功率放大器电路及其形成方法技术

技术编号:19435462 阅读:6 留言:0更新日期:2018-11-14 12:52
本申请公开了一种功率放大器电路及其形成方法,涉及无线通信领域。其中,该功率放大器电路包括:依次连接的差分到单端转换器、增益级电路、驱动级电路和输出级电路;偏置电路,与增益级电路的偏置电压端口连接,用于调节增益级电路的偏置电压。本申请通过偏置电路向功率放大器电路的增益级电路的偏置电压端口提供偏置电压,该偏置电压可调,能够防止工艺温度电压的偏差对功率放大器电路的性能产生影响,进而能够在保证功耗较低的情况下,提高功率放大器电路的效率。

【技术实现步骤摘要】
功率放大器电路及其形成方法
本申请涉及无线通信领域,尤其涉及一种功率放大器电路及其形成方法。
技术介绍
近年来,随着5G和物联网等无线通讯技术的崛起,射频集成电路的不断发展,一些手持式无线通信设备被引入到公众平台,无线通信产业发生了爆炸性增长。而如今,随着移动通信系统(GSM)、通用分组无线业务(GPRS)、无线局域网(WLAN)、低功耗蓝牙(BLE)等无线应用的发展,大大增加了无线通信设备在大众市场的份额,消费者的需求也转向低成本、小尺寸、低功耗且具有多媒体功能等多功能的设备,这促进了射频集成电路产业的发展。BLE(BluetoothLowEnergy,蓝牙低功耗)现多数采用数模混合集成电路设计,其中模拟系统主要由收发机射频前端电路构成,后端的数字系统由数字基带处理。PA(PowerAmplifier,功率放大器)作为BLE发射机的主要部分,它的功能是将射频信号放大到一定程度后经过天线发射出去,使其通过空气在不被邻近通道的信号破坏的情况下正确传到指定接收机中。所以,要想使信号成功传递到目的地,必须有充足的功率用于在空气传递中的消耗。因此,PA主导了整个收发系统的功率损失。传统的PA一般为A、B、C类放大器,PAE(Power-addedefficiency,功率附加效率)较低,且功耗较大。PA的结构通常为单端或差分结构,相对比较简单;并且PA的片内偏置电压为固定的,由于工艺温度电压(PVT)的偏差,会对PA的性能产生影响。如图1所示,该高增益高效率功率放大器包括主放大器和辅助放大器电路,二者都具有包括驱动级的多个放大级。分路器分频输入信号,以便给两个放大器路径的输入信号分频提供路径不对称性。该功率放大器为Doherty结构,两路功放相互影响的程度很大,敏感度较高。并且功率回退较大,效率也较低。同时,由于两路功率放大器同时工作,所以功耗会较高。图2为一种在高输出功率下显示出高功率附加效率的射频功率放大器。该功率放大器的设计基于开关晶体管受电压或电流控制而不受两者同时控制这一观察结果。该功率放大器的电压(电流)幅值保持不变时,功率传递非但未最大化,功耗反而降低,并且激励级同末级均设计为开关操作方式。这种功率放大器的设计为单端设计,结构比较简单,且PA的片内偏置电压为固定的,由于工艺温度电压(PVT)的偏差,会对PA的性能产生影响。
技术实现思路
本申请要解决的一个技术问题是提供一种功率放大器电路及其形成方法,能够防止工艺温度电压(PVT)的偏差对功率放大器电路的性能产生影响,提高功率放大器电路的效率。根据本申请一方面,提出一种功率放大器电路,包括:依次连接的差分到单端转换器、增益级电路、驱动级电路和输出级电路;偏置电路,与增益级电路的偏置电压端口连接,用于调节增益级电路的偏置电压。在一个实施例中,偏置电路包括:第一电流源组,第一电流源组内的各电流源的第一端通过开关与电源电压连接,第一电流源组内的各电流源的第二端与增益级电路的偏置电压端口连接;和第二电流源组,第二电流源组内的各电流源的第一端通过开关与增益级电路的偏置电压端口连接,第二电流源组内的各电流源的第二端接地。在一个实施例中,偏置电路还包括:传输门控制单元,传输门控制单元分别与第一电流源组的第二端、第二电流源组的第一端以及偏置电压端口连接。在一个实施例中,传输门控制单元包括:第一PMOS晶体管,第一PMOS晶体管的栅极分别与第一开关组的第一端和第二开关组的第一端连接,第一PMOS晶体管的源极分别与电源电压和第一开关组的第二端连接,第一PMOS晶体管的漏极分别与偏置电压端口和第二开关组的第二端连接;和第一NMOS晶体管,第一NMOS晶体管的栅极分别与第三开关组的第一端和第四开关组的第一端连接,第一NMOS晶体管的漏极分别与偏置电压端口和第三开关组的第二端连接,第一NMOS晶体管的源极接地,第四开关组的第二端与第一NMOS晶体管的源极连接。在一个实施例中,第一开关组的PMOS晶体管的栅极、第二开关组的NMOS晶体管的栅极、第三开关组的NMOS晶体管的栅极和第四开关组的PMOS晶体管的栅极分别与使能端连接;第一开关组的NMOS晶体管的栅极、第二开关组的PMOS晶体管的栅极、第三开关组的PMOS晶体管的栅极和第四开关组的NMOS晶体管的栅极分别与反向使能端连接。在一个实施例中,增益级电路包括:至少一个放大器,放大器的输入端与偏置电压端口连接,放大器的电源端与电源电压连接,放大器的接地端接地。在一个实施例中,驱动级电路包括多个级联的放大器。在一个实施例中,驱动级电路的多个级联的放大器构成锥形放大器链。在一个实施例中,放大器为反向放大器。在一个实施例中,输出级电路与串联谐振网络连接。在一个实施例中,输出级电路为D类开关型结构。在一个实施例中,差分到单端转换器为折叠共源共栅结构。根据本申请的另一方面,还提出一种形成功率放大器电路的方法,包括:将差分到单端转换器、增益级电路、驱动级电路和输出级电路依次连接;将偏置电路与增益级电路的偏置电压端口连接,以便调节增益级电路的偏置电压。在一个实施例中,该方法还包括:通过控制偏置电路中第一电流源组内的各电流源和第二电流源组内的各电流源的通断来调节增益级电路的偏置电压。在一个实施例中,该方法还包括:通过偏置电路的传输门控制单元来控制第一电流源组和第二电流源组的工作状态。在一个实施例中,通过偏置电路的传输门控制单元来控制第一电流源组和第二电流源组的工作状态包括:在传输门控制单元中的第一PMOS晶体管和第一NMOS晶体管关断时,第一电流源组和第二电流源组为非工作状态;在传输门控制单元中的第一PMOS晶体管和第一NMOS晶体管导通时,第一电流源组和第二电流源组为工作状态。在一个实施例中,在使能端为低电平时,第一PMOS晶体管和第一NMOS晶体管关断;在使能端为高电平时,第一PMOS晶体管和第一NMOS晶体管导通。与相关技术相比,本申请通过偏置电路向功率放大器电路的增益级电路的偏置电压端口提供偏置电压,该偏置电压可调,能够防止工艺温度电压的偏差对功率放大器电路的性能产生影响,进而能够在保证功耗较低的情况下,提高功率放大器电路的效率。通过以下参照附图对本申请的示例性实施例的详细描述,本申请的其它特征及其优点将会变得清楚。附图说明构成说明书的一部分的附图描述了本申请的实施例,并且连同说明书一起用于解释本申请的原理。参照附图,根据下面的详细描述,可以更加清楚地理解本申请,其中:图1为相关技术中功率放大器电路的示意图。图2为相关技术中功率放大器电路的另一个示意图。图3为本申请功率放大器电路的一个实施例的结构示意图。图4为本申请偏置电路的一个实施例的结构示意图。图5为本申请功率放大器电路的一个具体实施例的结构示意图。图6为本申请功率放大器电路的增益级偏置电压及输入信号电压的瞬态仿真波形图。图7为本申请功率放大器电路的输出功率的仿真曲线图。图8为本申请功率放大器电路的功率增益仿真曲线图。图9为本申请功率放大器电路的输出回波损耗示意图。图10为本申请功率放大器电路的功率附加效率的仿真曲线图。图11为本申请形成功率放大器电路的方法的一个实施例的流程示意图。具体实施方式现在将参照附图来详细描述本申请的各种示例性实施例。应注意到:除非另外具体说本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种功率放大器电路,其特征在于,包括:依次连接的差分到单端转换器、增益级电路、驱动级电路和输出级电路;偏置电路,与所述增益级电路的偏置电压端口连接,用于调节所述增益级电路的偏置电压。

【技术特征摘要】
1.一种功率放大器电路,其特征在于,包括:依次连接的差分到单端转换器、增益级电路、驱动级电路和输出级电路;偏置电路,与所述增益级电路的偏置电压端口连接,用于调节所述增益级电路的偏置电压。2.根据权利要求1所述的功率放大器电路,其特征在于,所述偏置电路包括:第一电流源组,所述第一电流源组内的各电流源的第一端通过开关与电源电压连接,所述第一电流源组内的各电流源的第二端与所述增益级电路的偏置电压端口连接;和第二电流源组,所述第二电流源组内的各电流源的第一端通过开关与所述增益级电路的偏置电压端口连接,所述第二电流源组内的各电流源的第二端接地。3.根据权利要求2所述的功率放大器电路,其特征在于,所述偏置电路还包括:传输门控制单元,所述传输门控制单元分别与所述第一电流源组的第二端、所述第二电流源组的第一端以及所述偏置电压端口连接。4.根据权利要求3所述的功率放大器电路,其特征在于,所述传输门控制单元包括:第一PMOS晶体管,所述第一PMOS晶体管的栅极分别与第一开关组的第一端和第二开关组的第一端连接,所述第一PMOS晶体管的源极分别与电源电压和所述第一开关组的第二端连接,所述第一PMOS晶体管的漏极分别与所述偏置电压端口和所述第二开关组的第二端连接;和第一NMOS晶体管,所述第一NMOS晶体管的栅极分别与第三开关组的第一端和第四开关组的第一端连接,所述第一NMOS晶体管的漏极分别与所述偏置电压端口和所述第三开关组的第二端连接,所述第一NMOS晶体管的源极接地,所述第四开关组的第二端与所述第一NMOS晶体管的源极连接。5.根据权利要求4所述的功率放大器电路,其特征在于:所述第一开关组的PMOS晶体管的栅极、所述第二开关组的NMOS晶体管的栅极、所述第三开关组的NMOS晶体管的栅极和所述第四开关组的PMOS晶体管的栅极分别与使能端连接;所述第一开关组的NMOS晶体管的栅极、所述第二开关组的PMOS晶体管的栅极、所述第三开关组的PMOS晶体管的栅极和所述第四开关组的NMOS晶体管的栅极分别与反向使能端连接。6.根据权利要求1-5任一所述的功率放大器电路,其...

【专利技术属性】
技术研发人员:孙浩
申请(专利权)人:中芯国际集成电路制造上海有限公司中芯国际集成电路制造北京有限公司
类型:发明
国别省市:上海,31

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