一种自适应偏置的射频功率放大器制造技术

本申请公开了一种自适应偏置的射频功率放大器，包括偏置电路和功率级放大电路。所述偏置电路用来为功率级放大电路中的晶体管二提供动态偏置电压；工作电压一连接电阻一的一端，电阻一的另一端作为偏置电路的输出端；工作电压二连接二极管一的阳极，二极管一的阴极连接偏置电路的输出端；工作电压二的取值使二极管一默认为临界导通状态。所述功率级放大电路包括晶体管一和晶体管二，采用共源共栅结构；晶体管一采用共源极接法，其栅极接收射频输入信号；晶体管二采用共栅极接法，其漏极输出漏极电压二。本申请提供了自适应的偏置电压，延迟了增益压缩，减小由于非线性电容而产生的相位失真。

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及一种射频功率放大器。
技术介绍
射频功率放大器(RFpoweramplifier)是一种电子放大器，用来将较低功率的射频信号转换为较高功率。射频功率放大器的典型应用是用来驱动发射机(transmitter)中的天线，即将已调制射频信号放大到所需功率值后送天线发射。射频功率放大器的设计指标通常包括增益(gain)、输出功率、带宽、效率(efficiency)、线性度(linearity)、输入及输出阻抗匹配(impedancematching)、发热量等。射频功率放大器的效率是指其将电源的直流功率转换为射频信号输出功率的能力。未转换为射频信号输出功率的电源功率就变为热量散发出来，因此低效率的射频功率放大器就具有较高的发热量。射频功率放大器的线性度是指其输出功率与输入功率之间的线性关系。理想情况下，射频功率放大器仅提高输入信号的功率而不改变信号的内容，这要求射频功率放大器在其工作频段内保持相同增益。然而大多数功率放大元件的增益都随着频率升高而降低，因此无法达到理想的线性度。采用复杂调制方式的射频信号对于射频功率放大器的线性度要求更高。现代的射频功率放大器可以采用砷化镓(GaAs)HBT(heterojunctionbipolartransistor，异质结双极晶体管)、LDMOS(laterallydiffusedmetaloxidesemiconductor，横向扩散金属氧化物半导体)、CMOS(complementarymetal-oxide-semiconductor，互补式金属氧化物半导体)等作为功率放大元件。其中采用CMOS器件实现的射频功率放大器具有兼容性好、集成度高、成本低的优点，也存在线性度低、耐压值低的缺点。因此如何采用CMOS器件来实现高功率、高效率与高线性度的射频功率放大器就成为一个值得研发的课题，研发难点主要在于以下几个方面。其一，MOS管(metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)是一种非线性器件。采用MOS管来实现射频功率放大器，其最大线性输出功率(maximumlinearoutputpower)较小。请参阅图1，这是单MOS管功率放大器的增益-输出功率曲线示意图。当单MOS管功率放大器工作在A类模式时，静态偏置电流大，随输出功率增大增益先大致保持稳定而后减小，如曲线A所示。曲线A的前段增益大致稳定，称为小信号增益(small-signalgain)。曲线A的后段增益随输出功率增大而减小，即发生了增益压缩(gaincompression)。当单MOS管功率放大器工作在AB类模式时，静态偏置电流小，可能如曲线A所示，也可能如曲线B所示。曲线B表示随输出功率增大增益先大致保持稳定而后增大再后减小。曲线B的前段增益大致稳定，称为小信号增益。曲线B的中段增益随输出功率增大而增大，即发生了增益扩展(gainexpansion)。曲线B的后段增益随输出功率增大而减小，即发生了增益压缩。为了实现较高的线性度和效率，MOS管作为功率放大元件使用时通常工作在AB类模式，无论是曲线A还是曲线B所示的增益与输出功率的关系，在接近饱和输出功率时总会出现增益压缩，这限制了MOS管的最大线性输出功率。其二，单MOS管功率放大器具有线性度低、效率低、最大线性输出功率小等缺点。为了弥补这些缺点，采用MOS管构成的射频功率放大器通常采用共源共栅(cascode，也称共射共基)结构，如图2所示，共分为两级。第一级MOS管采用共源极(commonsource)接法，即栅极作为信号输入端，漏极作为信号输入端。第二级MOS管采用共栅极(commongate)接法，即源极作为信号输入端，漏极作为信号输出端。第一级MOS管的漏极连接第二级MOS管的源极。这种共源共栅结构的射频功率放大器可以提高工作电压进而提高输出功率。提供输入和输出之间的隔离，但是效率仍然比较低，线性度也比较差。2010年8月出版的IEEEMicrowaveMagazine杂志第11卷(Volume)第5期(issue)有一篇文章《TheLinearity-EfficiencyCompromise》，作者是PedroM.Lavrador等。这篇文章对射频功率放大器难以同时取得高效率与高线性度的目标进行了分析，并对现有的线性化技术进行了介绍与分析。申请公布号为CN104716905A、申请公布日为2015年6月17日的中国专利技术专利申请《一种效率提高的共源共栅射频功率放大器》中，公开了一种共源共栅结构的放大器的偏置电路。该偏置电路主要由HEMT(High-electron-mobilitytransistor，高电子迁移率晶体管)组成，可通过控制电压来调整输出给晶体管的偏置电压。该方案通过引入额外的控制电路来调节晶体管的偏置电压，增加了电路的复杂度，提高了功耗。申请公布号为CN104716910A、申请公布日为2015年6月17日的中国专利技术专利申请《共射共基放大器》中，公开了一种共源共栅结构的放大器的偏置电路。该偏置电路根据可变的电源电压为晶体管提供可变的偏置电压。该方案通过将由电源电压函数表示的方式向晶体管提供偏置电压，类似自适应的偏置方式，但涉及的偏置电路相当复杂，因而大大增加了电路的复杂度。申请公布号为CN105765858A、申请公布日为2016年7月13日的中国专利技术专利申请《宽带偏置电路和方法》中，公开了一种共源共栅结构的放大器的偏置电路。该偏置电路主要由电阻和电容组成，只能提供恒定的偏置电压。该方案着重在解决偏置电源在一定带宽范围内变化时，晶体管依然可以跟随电源的变化从而获得适合的偏置，并不涉及提高线性度和效率的内容。
技术实现思路
本申请所要解决的技术问题是提供一种射频功率放大器，具有高功率、高效率与高线性度的特点。为解决上述技术问题，本申请提供了一种自适应偏置的射频功率放大器，包括偏置电路和功率级放大电路。所述偏置电路包含二极管一、电阻一和电容一，用来为功率级放大电路中的晶体管二提供动态偏置电压；工作电压一连接电阻一的一端，电阻一的另一端作为偏置电路的输出端；工作电压二连接二极管一的阳极，二极管一的阴极连接偏置电路的输出端；偏置电路的输出端还通过电容一接地；工作电压二的取值使二极管一默认为临界导通状态。所述功率级放大电路包括晶体管一和晶体管二，采用共源共栅结构；晶体管一采用共源极接法，其栅极接收射频输入信号；晶体管二采用共栅极接法，其漏极输出漏极电压二。或者，所述偏置电路中的二极管一改为晶体管三。晶体管三的栅极和漏极短接，相当于二极管的阳极；晶体管三的源极相当于二极管的阴极。或者，工作电压四接晶体管三的栅极，工作电压五接晶体管三的漏极，晶体管三的源极连接偏置电路的输出端。工作电压二的取值、或者工作电压四以及工作电压五的取值使得晶体管三默认为临界导通状态。进一步地，所述自适应偏置是指：随着射频输入信号的功率增大，功率级放大电路的输出信号电压摆幅随之增大，耦合到晶体管二的栅极的耦合电压摆幅也随之增大；在直流偏置时，二极管一或晶体管三为临界导通状态；当二极管一的阴极或晶体管三的源极叠加耦合电压后，二极管一或晶体管三转为时而导通时而截止的状态，二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自适应偏置的射频功率放大器，其特征是，包括偏置电路和功率级放大电路；所述偏置电路包含二极管一、电阻一和电容一，用来为功率级放大电路中的晶体管二提供动态偏置电压；工作电压一连接电阻一的一端，电阻一的另一端作为偏置电路的输出端；工作电压二连接二极管一的阳极，二极管一的阴极连接偏置电路的输出端；偏置电路的输出端还通过电容一接地；工作电压二的取值使二极管一默认为临界导通状态；所述功率级放大电路包括晶体管一和晶体管二，采用共源共栅结构；晶体管一采用共源极接法，其栅极接收射频输入信号；晶体管二采用共栅极接法，其漏极输出漏极电压二。

【技术特征摘要】
1.一种自适应偏置的射频功率放大器，其特征是，包括偏置电路和功率级放大电路；所述偏置电路包含二极管一、电阻一和电容一，用来为功率级放大电路中的晶体管二提供动态偏置电压；工作电压一连接电阻一的一端，电阻一的另一端作为偏置电路的输出端；工作电压二连接二极管一的阳极，二极管一的阴极连接偏置电路的输出端；偏置电路的输出端还通过电容一接地；工作电压二的取值使二极管一默认为临界导通状态；所述功率级放大电路包括晶体管一和晶体管二，采用共源共栅结构；晶体管一采用共源极接法，其栅极接收射频输入信号；晶体管二采用共栅极接法，其漏极输出漏极电压二。2.根据权利要求1所述的自适应偏置的射频功率放大器，其特征是，所述偏置电路中的二极管一改为晶体管三；晶体管三的栅极和漏极短接，相当于二极管的阳极；晶体管三的源极相当于二极管的阴极；或者，工作电压四接晶体管三的栅极，工作电压五接晶体管三的漏极，晶体管三的源极连接偏置电路的输出端；工作电压二的取值、或者工作电压四以及工作电压五的取值使得晶体管三默认为临界导通状态。3.根据权利要求1或2所述的自适应偏置的射频功率放大器，其特征是，所述自适应偏置是指：随着射频输入信号的功率增大，功率级放大电路的输出信号电压摆幅随之增大，耦合到晶体管二的栅极的耦合电压摆幅也随之增大；在直流偏置时，二极管一或晶体管三为临界导通状态；当二极管一的阴极或晶体管三的源极叠加耦合电压后，二极管一或晶体管三转为时而导通时而截止的状态，二极管一或晶体管三导通时的电流的直流分量流过电阻一，流过电阻一的电流的直流分量在电阻一上的压降叠加工作电压一便构成了偏置...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙亚楠，江亮，张海兵，贾斌，
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