一种互补式功率放大器制造技术

技术编号:15726722 阅读:105 留言:0更新日期:2017-06-29 21:30
本申请公开了一种互补式功率放大器,包括共源放大器一和共漏放大器一;共源放大器一为NMOS管,共漏放大器一为PMOS管;共源放大器一的源极通过电感三接地,共源放大器一的漏极与共漏放大器一的源极相连,共漏放大器一的漏极接地;共源放大器一的栅极和共漏放大器一的栅极相连,且作为信号输入端;共源放大器一的漏极和共漏放大器一的源极作为信号输出端。本申请通过采用NMOS管与PMOS管的互补式结构,或者采用NPN型三极管与PNP型三极管的互补式结构,稳定了功率放大器的输入电容,从而提高了功率放大器的线性度。

【技术实现步骤摘要】
一种互补式功率放大器
本申请涉及一种CMOS功率放大器,特别是涉及一种利用PMOS与NMOS进行栅极电容互补的功率放大器。
技术介绍
采用标准CMOS工艺设计功率放大器在许多性能指标上面临挑战,其中为了提升CMOS功率放大器的线性度已有一些方案被提出。2004年11月的《IEEE固态电路学报》(IEEEJournalofSolid-StateCircuits)第39卷第11期有一篇文章《用于AB类CMOS功率放大器提升线性度的电容补偿技术》(ACapacitance-CompensationTechniqueforImprovedLinearityinCMOSClass-ABPowerAmplifiers),其中公开了一种CMOS功率放大器的线性化方案,如图1所示。该功率放大器在NMOS管一MN1的栅极增加一条支路连接到PMOS管一MP1的栅极,该PMOS管一MP1的源极和漏极均连接偏置电压VPP。由于NMOS管和PMOS管的栅极电容在输入信号幅度增大时变化趋势相反,所以新增的PMOS管一与之前存在的NMOS管一的栅极电容的总和能够达到恒定,从而提升功率放大器的线性度。该方案的缺点有三个,首先是只能改善电容的非线性,对于增益的非线性没有作用;其次是新增PMOS管之后使得功率放大器的输入电容变大,增益降低,功率附加效率(PAE)也会降低;最后是需要采用仿真手段测试增加PMOS管以后功率放大器的输入电容变化程度是否随输入信号的幅度变化较小,从而来确定PMOS管的尺寸。采用类似技术方案的还有申请公布号为CN104362988A、申请公布日为2015年2月18日的中国专利技术专利申请《一种用于功放线性化的电路》,缺点也相似。2006年6月的《IEEE微波理论与技术学报》(IEEETransactionsonMicrowaveTheoryandTechniques)第54卷第4期有一篇文章《采用Doherty放大器的增益扩展现象的非线性放大器补偿方法》(CompensationMethodforaNonlinearAmplifierUsingtheGainExpansionPhenomenoninaDohertyAmplifier),其中公开了一种功率放大器的线性化方案,如图2所示。该功率放大器包括两级,在非线性放大器之前增加Doherty放大器作为增益扩展驱动级,利用Doherty放大器的增益扩展现象产生预失真信号,该预失真信号对非线性放大器进行补偿,使得前后两级放大器的整体增益平坦度提高,从而改善功率放大器的线性度。该方案的缺点有两个,首先是未考虑电容非线性对放大器非线性的影响,对线性度的改善有限;其次是只能用于多级放大器,限制了该方案的适用范围。
技术实现思路
本申请所要解决的技术问题是提供一种高线性度的CMOS功率放大器,可以克服由于输入功率过大导致的非线性问题。为解决上述技术问题,本申请互补式功率放大器包括共源放大器一和共漏放大器一;共源放大器一为NMOS管,共漏放大器一为PMOS管;共源放大器一的源极通过电感三接地,共源放大器一的漏极与共漏放大器一的源极相连,共漏放大器一的漏极接地;共源放大器一的栅极和共漏放大器一的栅极相连,且作为信号输入端;共源放大器一的漏极和共漏放大器一的源极作为信号输出端。可选地,NMOS管、PMOS管分别改为NPN型、PNP型双极性晶体管。可选地,电感三改为电阻一。在另一个实施例中,本申请互补式功率放大器还包括共栅放大器一;共栅放大器一为NMOS管;共源放大器一的漏极和共漏放大器一的源极连接共栅放大器一的源极,共栅放大器一的漏极作为信号输出端。本申请取得的技术效果是通过采用NMOS管与PMOS管的互补式结构,或者采用NPN型三极管与PNP型三极管的互补式结构,稳定了功率放大器的输入电容,使得功率放大器的输入电容基本不随输入信号的幅度而产生变化,从而提高了功率放大器的线性度。附图说明图1是一种现有的CMOS功率放大器提升线性度的电路示意图。图2是一种现有的多级功率放大器提升线性度的方框示意图。图3是本申请提供的互补式功率放大器的实施例一的示意图。图4是实施例一的第一种变形示意图。图5是实施例一的第二种变形示意图。图6是实施例一的第三种变形示意图。图7是本申请提供的互补式功率放大器的实施例二的示意图。图8是实施例二的变形示意图。图9是本申请提供的互补式功率放大器的仿真结果示意图。图中附图标记说明:CS为共源放大器;CD为共漏放大器;CG为共栅放大器;CE为共射放大器;CC为共集放大器;R为电阻;C为电容;L为电感;T为变压器;in为输入信号;mid为中间信号;out为输出信号;Vg1为栅极偏置电压一;Vg2为栅极偏置电压二;VDD为电源电压。具体实施方式本申请提供的互补式功率放大器用来对输入信号in进行功率放大,得到输出信号out。所述功率放大器的输入信号in可以是射频信号或基带信号等。请参阅图3,这是本申请提供的互补式功率放大器的实施例一。该实施例一包括共源放大器一CS1、共漏放大器一CD1、电感一L1、电感三L3和电感五L5。共源放大器一CS1为NMOS管,共漏放大器一CD1为PMOS管。栅极偏置电压一Vg1通过电感一L1连接共源放大器一CS1的栅极和共漏放大器一CD1的栅极。共源放大器一CS1的源极通过电感三L3接地,共源放大器一CS1的漏极与共漏放大器一CD1的源极相连,共漏放大器一CD1的漏极接地。电源电压VDD通过电感五L5连接共源放大器一CS1的漏极和共漏放大器一CD1的源极。输入信号in经过输入匹配网络后,从共源放大器一CS1的栅极和共漏放大器一CD1的栅极进入,共源放大器一CS1的漏极和共漏放大器一CD1的源极输出放大信号,该放大信号经过输出匹配网络后成为输出信号out。上述实施例一中,共源放大器一CS1先与电感三L3串联,该串联支路再与共漏放大器一CD1并联,由此得到核心的放大器电路。其中的共源放大器一CS1为NMOS管,共漏放大器一CD1为PMOS管,NMOS管和PMOS管的栅极电容在输入信号幅度增大时变化趋势相反,因此共源放大器一CS1和共漏放大器一CD1形成互补式结构,该互补式结构的栅极电容的总和能够达到恒定,从而用来补偿单独NMOS管或单独PMOS管的非线性电容,实现提升功率放大器的线性度。上述实施例一中,共源放大器一CS1的源极与电感三L3串联,电感三L3能够进一步改善非线性电容的补偿效果。这是由于电感和电容的传输函数表达式符号相反,在晶体管的源端串联电感相当于让该电感和晶体管的一部分栅极输入电容谐振,可以部分地抵消晶体管的栅极输入电容的容性,使NMOS管的栅极输入电容变化范围减小。此外,在NMOS管的源极串联的电感三增加了电路设计的自由度,使得NMOS管和PMOS管的尺寸选择多样化。由于引入了电感三,使得NMOS管的栅极输入电容减小,从而可以采用尺寸更小的PMOS管与之互补。由于PMOS管的增益相比NMOS管较低,所以采用小尺寸的PMOS管在提高线性度的同时有助于提高整个电路的增益,从而提高功率放大器的效率。而传统的PMOS管和NMOS管互补的结构的尺寸比例固定,限制了电路设计的自由度。这一有益效果同样适用于NPN型三极管的集电极串联的电感本文档来自技高网
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一种互补式功率放大器

【技术保护点】
一种互补式功率放大器,其特征是,包括共源放大器一和共漏放大器一;共源放大器一为NMOS管,共漏放大器一为PMOS管;共源放大器一的源极通过电感三接地,共源放大器一的漏极与共漏放大器一的源极相连,共漏放大器一的漏极接地;共源放大器一的栅极和共漏放大器一的栅极相连,且作为信号输入端;共源放大器一的漏极和共漏放大器一的源极作为信号输出端。

【技术特征摘要】
1.一种互补式功率放大器,其特征是,包括共源放大器一和共漏放大器一;共源放大器一为NMOS管,共漏放大器一为PMOS管;共源放大器一的源极通过电感三接地,共源放大器一的漏极与共漏放大器一的源极相连,共漏放大器一的漏极接地;共源放大器一的栅极和共漏放大器一的栅极相连,且作为信号输入端;共源放大器一的漏极和共漏放大器一的源极作为信号输出端。2.根据权利要求1所述的互补式功率放大器,其特征是,共源放大器一改为共射放大器一,共漏放大器一改为共集放大器一;共射放大器一为NPN型双极性晶体管,共集放大器一为PNP型双极性晶体管;MOS管的栅极、源极、漏极分别对应双极性晶体管的基极、集电极、发射极。3.根据权利要求1所述的互补式功率放大器,其特征是,电感三改为电阻一。4.根据权利要求1所述的互补式功率放大器,其特征是,整个功率放大器改为差分结构,包括输入匹配网络、差分放大器以及输出匹配网络;所述差分放大器包括两路;差分放大器的第一路包括共源放大器一和共漏放大器一;共源放大器一为NMOS管或NPN型双极性晶体管,共漏放大器一为PMOS管或PNP型双极性晶体管;共源放大器一的源极通过电感三或电阻一接地,共源放大器一的漏极与共漏放大器一的源极相连,共漏放大器一的漏极接地;共源放大器一的栅极和共漏放大器一的栅极相连,且作为信号输入端;共源放大器一的漏极和共漏放大器一的源极作为信号输出端;差分放大器的第二路包括共源放大器二和共漏放大器二;共源放大器二为NMOS管或NPN型双极性晶体管,共漏放大器二为PMOS管或PNP型双极性晶体管;共源放大器二的源极通过电感四或电阻二接地,共源放大器二的漏极与共漏放大器二的源极相连,共漏放大器二的漏极接地;共源放大器二的栅极和共漏放大器二的栅极相连,且作为信号输入端;共源放大器二的漏极和共漏放大器二的源极作为信号输出端。5.根据权利要求4所述的互补式功率放大器,其特征是,所述输入匹配网络为变压器一;变压器一的初级线圈的一端接收功率放大器的输入信号,另一端接地;变压器一的次级线圈具有中心抽头,该次级线圈的两端分别向差分放大器的两路输入端输出一对差分输入信号。6.根据权利要求4所述的互补式功率...

【专利技术属性】
技术研发人员:林甲富刘冠山郭天生
申请(专利权)人:锐迪科微电子上海有限公司
类型:发明
国别省市:上海,31

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