功率合成和Envelope injection的5G CMOS射频功率放大器制造技术

本发明专利技术的目的是提供一种功率合成和Envelope injection的5G CMOS射频功率放大器，主体架构包括输入巴伦、级间匹配网络、两个功率级差分放大器、PCT功率合成器；而Envelope injection偏置电路的作用是通过检测输入信号，判断当包络信号超过某一预定的值时，增加偏置电压，这种结构可以很好的避免了传统中因偏置电压未能完全跟随包络变化，从而导致因跟随包络延时降低线性度的问题。

Power Combination and Envelope Injection 5G CMOS RF Power Amplifier

The object of the present invention is to provide a 5G CMOS RF power amplifier with power combining and Envelope injection. The main structure includes input Barron, inter-stage matching network, two power-stage differential amplifiers and PCT power synthesizer. The function of the Envelope injection bias circuit is to detect the input signal and determine that when the envelope signal exceeds a predetermined value, the bias current is added. Voltage, this kind of structure can avoid the problem that the bias voltage can not follow the envelope completely in the traditional way, which leads to the decrease of linearity due to the envelope delay.

【技术实现步骤摘要】
功率合成和Envelopeinjection的5GCMOS射频功率放大器
本专利技术涉及手机射频芯片
，尤其涉及一种功率合成和Envelopeinjection的5GCMOS射频功率放大器。
技术介绍
随着手机、数码产品等便携式通讯设备的广泛应用,射频芯片在整个通信系统中占的比重越来越高，作为射频系统中最重要的部分，功率放大器决定了整个通信系统的性能。射频功率放大器市场的激烈竞争，引导着射频功率放大器正逐步向着高性能、低成本的方向发展。相比于传统的砷化镓射频功率放大器，CMOS射频功率放大器有着先天的成本优势，凭借着其易集成、低成本特点，在射频系统中得到广泛的应用，市场发展前景非常广阔。即将到来的5G时代，CMOS射频功率放大器或许将有更大的应用空间。然而，CMOS器件的耐压能力以及其本身的非线性特征成为了CMOS射频功率放大器向着高功率、高线性度发展的主要阻力，这在高频处表现的尤为明显。例如，MOS管的Gm和栅极电容具有很强的非线性，在大功率下，二次谐波会通过栅漏电容耦合到输入端，与其他阶次谐波产生三次谐波分量，使得线性度恶化。为了得到较大的输出功率以及较高的线性度，传统采用的方法为增加偏置电压或者电流、增大buffer级尺寸，而这些方法是以牺牲效率以及芯片面积来换取线性功率的提升，这使得CMOS射频功率放大器在5G市场中不具优势。传统的CMOS射频功率放大器电路如图1所示。差分电路具有高增益、抗电磁干扰、电源噪声抑制能力强、消除偶次谐波等优点，使得其在射频功率放大器电路中被广泛的应用。与此同时，功率合成的重要性也与日俱增，常见的功率合成技术包括：直接功率合成、空间功率合成、LC巴伦功率合成器、片上变压器功率合成器等。相比于其他功率合成技术，基于片上变压器的差分功率合成器可以同时实现多个子射频功率放大器的输出相加、阻抗变换、差分-单端转换和ESD保护等功能，广泛应用于CMOS射频功率放大器的设计。在差分功率合成的基础上，Envelopeinjection技术的引用可以进一步改善线性度。
技术实现思路
本专利技术所要解决的是现有的CMOS射频功率放大器饱和功率低和线性度差的问题，提出了一种包括功率合成技术以及Envelopeinjection偏置电路技术的5GCMOS射频功率放大器，主体架构包括输入巴伦、级间匹配网络、两个功率级差分放大器、PCT功率合成器；而Envelopeinjection偏置电路的作用是通过检测输入信号，判断当包络信号超过某一预定的值时，增加偏置电压，这种结构可以很好的避免了传统中因偏置电压未能完全跟随包络变化，从而导致因跟随包络延时降低线性度的问题。本专利技术的目的是提供一种功率合成和Envelopeinjection的5GCMOS射频功率放大器，包括有包括输入巴伦、级间匹配网络、第一级放大器、第二级放大器、两个功率级差分放大器、PCT功率合成器和Envelopeinjection偏置电路；输入巴伦的两端接第一级放大器的输入端，经级间匹配后与第二级放大器的输入端连接，第二级放大器的输出经级间匹配后分别接到两路功率级差分放大器，最后由功率合成器将功率传输至负载；输入巴伦输入射频信号；Envelopeinjection偏置电路的输入端接射频输入信号，输出端接两个功率级差分放大器的偏置端，作为其偏置电压。进一步改进在于：所述PCT功率合成器为片上PCT变压器结构，包括两个主线圈和一个次线圈，以及与线圈并联的调谐电容。进一步改进在于：所述Envelopeinjection偏置电路为提升线性功率的包络检测电路，其包括有：NMOS：M1、M2；PMOS：M3，电阻R1、R2、R3、R4，电容C1、C2、C3；M2和M3并联连接在M1的输出端，M1和M3之间连接有并联的R2和C2，M1输入端连接有并联的R1和C1，M2和M3的输出端连接有R4，M2和M3的输出端还连接有并联的R3和C3。进一步改进在于：所述C1的输入端连接接射频输入信号，M2和M3的输出端连接两个功率级差分放大器的偏置端。进一步改进在于：所述输入巴伦两端均并联电容。本专利技术的有益效果：本专利技术采用了功率合成技术，基于片上PCT变压器结构，实现在片内集成两个驱动放大级，对饱和功率的提升有着很大的帮助，有助于回退功率处各项指标的实现，并且减少了制作成本。Envelopeinjection偏置电路，可以随着射频信号的变化自适应的调节射频功率放大器的偏置电压，对射频功率放大器线性度的提升有着很大的帮助。附图说明图1是本专利技术CMOS射频功率放大器的示意图。图2是本专利技术Envelopeinjection偏置电路图。图3为本专利技术中片上PCT变压器等效模型图。图4是
技术介绍
中传统的CMOS射频功率放大器的示意图。具体实施方式为了加深对本专利技术的理解，下面将结合实施例对本专利技术作进一步详述，该实施例仅用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术保护范围的限定。如图1-3所示，本实施例提供一种功率合成和Envelopeinjection的5GCMOS射频功率放大器，其特征在于：包括有包括输入巴伦、级间匹配网络、第一级放大器、第二级放大器、两个功率级差分放大器、PCT功率合成器和Envelopeinjection偏置电路；输入巴伦的两端接第一级放大器的输入端，经级间匹配后与第二级放大器的输入端连接，第二级放大器的输出经级间匹配后分别接到两路功率级差分放大器，最后由功率合成器将功率传输至负载；输入巴伦输入射频信号；Envelopeinjection偏置电路的输入端接射频输入信号，输出端接两个功率级差分放大器的偏置端，作为其偏置电压。所述PCT功率合成器为片上PCT变压器结构，包括两个主线圈和一个次线圈，以及与线圈并联的调谐电容。所述Envelopeinjection偏置电路为提升线性功率的包络检测电路，其包括有：NMOS：M1、M2；PMOS：M3，电阻R1、R2、R3、R4，电容C1、C2、C3；M2和M3并联连接在M1的输出端，M1和M3之间连接有并联的R2和C2，M1输入端连接有并联的R1和C1，M2和M3的输出端连接有R4，M2和M3的输出端还连接有并联的R3和C3。所述C1的输入端连接接射频输入信号，M2和M3的输出端连接两个功率级差分放大器的偏置端。所述输入巴伦两端均并联电容。图2所示，射频信号首先由输入巴伦分成两路幅值相同、相位相差180度的两路信号，经过前两级放大后再分别进入两个功率级差分放大器，放大的输出信号由功率合成器进行功率合成。功率合成器通过片上变压器实现，采用PCT结构，次级线圈和2个主线圈同时耦合，等效为交流电流在次级线圈的叠加，并且两端均接有调谐电容，用来提高PCT的效率，同时微调电路工作频率范围内的阻抗。功率合成后的电流、电压以及阻抗转换比如下：其中，N1/N2为主、次线圈比，n为主线圈端口数，Ii、Vi分别表示合成器的输入电流和输入电压。当考虑电感线圈的阻抗损耗时，因为主线圈的电流相等，故阻抗转换比、功率提升比如下：R1、R2分别为初级和次级电感线圈的寄生电阻。可以看出线圈的寄生阻抗和主线圈数目都对阻抗转换比和功率提升比有着直接的影响，因此也直接影响着输出功率的大小，受限于成本，本专利技术中主线圈的个数为2，可以通过提升线圈的Q值减小本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功率合成和Envelope injection的5G CMOS射频功率放大器，其特征在于：包括有包括输入巴伦、级间匹配网络、第一级放大器、第二级放大器、两个功率级差分放大器、PCT功率合成器和Envelope injection偏置电路；输入巴伦的两端接第一级放大器的输入端，经级间匹配后与第二级放大器的输入端连接，第二级放大器的输出经级间匹配后分别接到两路功率级差分放大器，最后由功率合成器将功率传输至负载；输入巴伦输入射频信号；Envelope injection偏置电路的输入端接射频输入信号，输出端接两个功率级差分放大器的偏置端，作为其偏置电压。

【技术特征摘要】
1.一种功率合成和Envelopeinjection的5GCMOS射频功率放大器，其特征在于：包括有包括输入巴伦、级间匹配网络、第一级放大器、第二级放大器、两个功率级差分放大器、PCT功率合成器和Envelopeinjection偏置电路；输入巴伦的两端接第一级放大器的输入端，经级间匹配后与第二级放大器的输入端连接，第二级放大器的输出经级间匹配后分别接到两路功率级差分放大器，最后由功率合成器将功率传输至负载；输入巴伦输入射频信号；Envelopeinjection偏置电路的输入端接射频输入信号，输出端接两个功率级差分放大器的偏置端，作为其偏置电压。2.如权利要求1所述功率合成和Envelopeinjection的5GCMOS射频功率放大器，其特征在于：所述PCT功率合成器为片上PCT变压器结构，包括两个主线圈和一个次线圈，以及与线圈并联的调谐电容。3.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪洋，陈杰，梁绪亮，
申请(专利权)人：汪洋，
类型：发明
国别省市：安徽,34