一种动态偏置的功率放大器制造技术

本发明专利技术公开了一种动态偏置的功率放大器，包括：输入及匹配模块，用于对输入的射频信号进行阻抗匹配并隔直；层叠功率放大模块，用于在动态偏置电压的控制下对匹配后的射频信号进行功率放大；输出及匹配模块，用于对所述层叠功率放大模块的输出射频信号进行阻抗匹配并隔直；动态偏置模块，用于根据输入射频信号的大小产生动态偏置电压至所述层叠功率放大模块的功率放大管。

【技术实现步骤摘要】
一种动态偏置的功率放大器
本专利技术涉及一种功率放大器，特别是涉及一种动态偏置的功率放大器。
技术介绍
功率放大器(PowerAmplifier，PA)作为射频前端发射链路关键器件，其效率影响着系统功耗。为了提高通信速率，5G通信采用64-QAM调制技术，功率放大器PA需要在更高的输出功率峰均比PAPR下工作，因此提高功率放大器PA功率回退区域PAE，对降低系统功耗十分重要。图1为现有技术中固定偏置的功率放大器的电路结构图。如图1所示，现有固定偏置的功率放大器，包括输入及匹配模块10、层叠功率放大模块20、输出及匹配模块30和固定偏置模块40。其中，输入及匹配模块10由输入匹配电感Lin和输入隔直匹配电容Cin组成，用于完成输入匹配并隔直；层叠功率放大模块20由共源NMOS功率放大管M1及其栅极隔离电阻R1、多级共栅NMOS功率放大管M2、M3、M4及其隔离电阻R2、R3、R4和栅极接地电容C2、C3、C4组成，用于完成射频信号功率放大；输出及匹配模块30由负载电感Ld和输出匹配隔直电容Co组成，用于完成输出匹配并隔直；固定偏置模块40由二极管连接的多个NMOS偏置管M5、M6、M7、M8组成，用于在参考电流Iref的控制下给共源NMOS功率放大管M1、共栅NMOS功率放大管M2、M3、M4设置固定偏置电压。射频信号RFin连接至输入匹配电感Lin和输入隔直匹配电容Cin的公共端，输入匹配电感Lin的另一端接射频地RFGND，输入隔直匹配电容Cin的另一端连接至共源NMOS功率放大管M1的栅极和隔离电阻R1的一端；共源NMOS功率放大管M1的源极和衬底连接射频地RFGND，共源NMOS功率放大管M1的漏极连接至共栅NMOS功率放大管M2的源极和衬底，共栅NMOS功率放大管M2的栅极连接至隔离电阻R2的一端和栅极接地电容C2的一端，共栅NMOS功率放大管M2的漏极连接至共栅NMOS功率放大管M3的源极和衬底，共栅NMOS功率放大管M3的栅极连接至隔离电阻R3的一端和栅极接地电容C3的一端，共栅NMOS功率放大管M3的漏极连接至共栅NMOS功率放大管M4的源极和衬底，共栅NMOS功率放大管M4的栅极连接至隔离电阻R4的一端和栅极接地电容C4的一端，栅极接地电容C2、C3、C4的另一端接地；共栅NMOS功率放大管M4的漏极连接至负载电感Ld和输出匹配隔直电容Co的公共端，负载电感Ld的另一端接电源Vdd，输出匹配隔直电容Co的另一端为功率放大器的输出端RFout；NMOS偏置管M5的漏极和栅极短接后连接至NMOS偏置管M6的源极和衬底以及隔离电阻R1的另一端，NMOS偏置管M5的源极和衬底接模拟地，NMOS偏置管M6的漏极和栅极短接后连接至NMOS偏置管M7的源极和衬底以及隔离电阻R2的另一端，NMOS偏置管M7的漏极和栅极短接后连接至NMOS偏置管M8的源极和衬底隔离电阻R3的另一端，NMOS偏置管M8的漏极和栅极短接后连接至参考电流Iref和隔离电阻R4的另一端。虽然该固定偏置的功率放大器采用4-FET层叠结构可以提高输出功率，但其需要根据最大功率设计采用固定偏置，直流(dc)电流满足最大功率输出需要较大电流，在功率输出回退区域，直流(dc)电流大于功率输出需要电流，降低了回退区域PAE(Power-addedefficiency,功率附加效率)效率。
技术实现思路
为克服上述现有技术存在的不足，本专利技术之目的在于提供一种动态偏置的功率放大器，以根据输入功率大小有效调整功率放大管栅极偏置电压、控制偏置dc电流实现功耗自适应输入功率动态调整，有效改善功率回退区域PAE效率。为达上述及其它目的，本专利技术提出一种动态偏置的功率放大器，包括：输入及匹配模块，用于对输入的射频信号进行阻抗匹配并隔直；层叠功率放大模块，用于在动态偏置电压的控制下对匹配后的射频信号进行功率放大；输出及匹配模块，用于对所述层叠功率放大模块的输出射频信号进行阻抗匹配并隔直；动态偏置模块，用于根据输入射频信号的大小产生动态偏置电压至所述层叠功率放大模块的功率放大管。优选地，所述动态偏置模块进一步包括：输入探测放大器，用于采集输入功率并进行适当同向增益放大，转换为射频信号电流注入偏置调节模块；偏置调节模块，用于在所述输入探测放大器输出的采样射频信号影响下动态调节所述层叠功率放大模块的共源NMOS功率放大管及共栅NMOS功率放大管的偏置电压。优选地，所述偏置调节模块包括：固定偏置模块，用于在参考电流约束下，依次调整栅漏电压给所述层叠功率放大模块的各共栅NMOS功率放大管的偏置电压实现栅极偏置调整；可变偏置模块，用于根据注入电流调整其NMOS偏置管的栅极及漏极电压，实现所述层叠功率放大模块的共源NMOS功率放大管的栅极偏置调整；钳位器，用于保护输入功率最大时栅极偏置调整过大使得所述层叠功率放大模块各功率放大管进入线性区。优选地，所述固定偏置模块包括二极管连接的第六NMOS偏置管(M6)、第七NMOS偏置管(M7)、第八NMOS偏置管(M8)，所述第八NMOS偏置管(M8)栅漏短接后连接至所述参考电流(Iref)，并连接所述层叠功率放大模块，所述第七NMOS偏置管(M7)栅漏短接后连接所述第八NMOS偏置管(M8)源极，并连接所述层叠功率放大模块，所述第六NMOS偏置管(M6)栅漏短接后连接所述所述第七NMOS偏置管(M7)源极，并连接所述层叠功率放大模块，所述第六NMOS偏置管(M6)源极接所述可变偏置模块。优选地，所述可变偏置模块包括NMOS偏置管(M5)、偏置电阻(R5)、整流电容(C5)，所述偏置电阻(R5)一端连接所述第六NMOS偏置管(M6)源极，所述偏置电阻(R5)另一端连接至所述NMOS偏置管(M5)、所述整流电容(C5)的一端、所述钳位器以及所述层叠功率放大模块，所述NMOS偏置管(M5)源极和衬底与所述整流电容(C5)另一端接射频地。优选地，所述钳位器包括第一二极管(D1)、第二二极管(D2)，所述第一二极管(D1)的阳极连接所述偏置电阻(R5)、所述整流电容(C5)以及所述层叠功率放大模块，阴极连接所述第二二极管(D2)的阳极,所述第二二极管(D2)阴极接射频地。优选地，所述钳位器包括限流电阻(Rd)和二极管连接的第一NMOS管(MD1)、第二NMOS管(MD2)，所述限流电阻(Rd)一端连接所述NMOS偏置管(M5)的栅极，其另一端连接第一NMOS管(MD1)的漏极和栅极，第一NMOS管(MD1)的源极和衬底连接第二NMOS管(MD2)的漏极和栅极，所述第二NMOS管(MD2)的源极和衬底接射频地。优选地，所述输入探测放大器包括取样隔直电容(C9)和单端放大器(Sa)，射频信号RFin连接至所述取样隔直电容(C9)一端，所述取样隔直电容(C9)另一端连接至所述单端放大器(Sa)的输入端，所述单端放大器(Sa)的输出端连接至所述NMOS偏置管(M5)的漏极、偏置电阻(R5)的一端以及第六NMOS偏本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种动态偏置的功率放大器，包括：/n输入及匹配模块，用于对输入的射频信号进行阻抗匹配并隔直；/n层叠功率放大模块，用于在动态偏置电压的控制下对匹配后的射频信号进行功率放大；/n输出及匹配模块，用于对所述层叠功率放大模块的输出射频信号进行阻抗匹配并隔直；/n动态偏置模块，用于根据输入射频信号的大小产生动态偏置电压至所述层叠功率放大模块的功率放大管。/n

【技术特征摘要】
1.一种动态偏置的功率放大器，包括：
输入及匹配模块，用于对输入的射频信号进行阻抗匹配并隔直；
层叠功率放大模块，用于在动态偏置电压的控制下对匹配后的射频信号进行功率放大；
输出及匹配模块，用于对所述层叠功率放大模块的输出射频信号进行阻抗匹配并隔直；
动态偏置模块，用于根据输入射频信号的大小产生动态偏置电压至所述层叠功率放大模块的功率放大管。


2.如权利要求1所述的一种动态偏置的功率放大器，其特征在于：所述动态偏置模块进一步包括：
输入探测放大器，用于采集输入功率并进行适当同向增益放大，转换为射频信号电流注入偏置调节模块；
偏置调节模块，用于在所述输入探测放大器输出的采样射频信号影响下动态调节所述层叠功率放大模块的共源NMOS功率放大管及共栅NMOS功率放大管的偏置电压。


3.如权利要求2所述的一种动态偏置的功率放大器，其特征在于：所述偏置调节模块包括：
固定偏置模块，用于在参考电流约束下，依次调整栅漏电压给所述层叠功率放大模块的各共栅NMOS功率放大管的偏置电压实现栅极偏置调整；
可变偏置模块，用于根据注入电流调整其NMOS偏置管的栅极及漏极电压，实现所述层叠功率放大模块的共源NMOS功率放大管的栅极偏置调整；
钳位器，用于保护输入功率最大时栅极偏置调整过大使得所述层叠功率放大模块各功率放大管进入线性区。


4.如权利要求3所述的一种动态偏置的功率放大器，其特征在于：所述固定偏置模块包括二极管连接的第六NMOS偏置管(M6)、第七NMOS偏置管(M7)、第八NMOS偏置管(M8)，所述第八NMOS偏置管(M8)栅漏短接后连接至所述参考电流(Iref)，并连接所述层叠功率放大模块，所述第七NMOS偏置管(M7)栅漏短接后连接所述第八NMOS偏置管(M8)源极，并连接所述层叠功率放大模块，所述第六NMOS偏置管(M6)栅漏短接后连接所述所述第七NMOS偏置管(M7)源极，并连接所述层叠功率放大模块，所述第六NMOS偏置管(M6)源极接所述可变偏置模块。


5.如权利要求4所述的一种动态偏置的功率放大器，其特征在于：所述可变偏置模块包括NMOS偏置管(M5)、偏置电阻(R5)、整流电容(C5)，所述偏置电阻(R5)一端连接所述第六NMOS偏置管(M6)源极，所述偏置电阻(R5)另一端连接至所述NMOS偏置管(M5)、所述整流电容(C5)的一端、所述钳位器以及所述层叠功率放大模块，所述NMOS偏置管(M5)源极和衬底与所述整流电容(C5)另一端接射频地。


6.如权利要求5所述的一种动态偏置的功率放大器，其特征在于：所述钳位器包括第一二极管(D1)、第二二极管(D2)，所述第一二极管(D1)的阳极连接所述偏置电阻(R5)、所述整流电容(C5)以及所述层叠功率放大模块，阴极连接所述第二二极管(D2)的阳极,所述第二二极管(D2)阴极接射频地。


7.如权利要求5所述的一种动态偏置的功率放大器，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴若凡，
申请(专利权)人：上海华虹宏力半导体制造有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31