片上具有温度补偿功能的CMOS功率放大器制造技术

本申请涉及应用于移动设备的射频模块集成技术，公开了一种片上具有温度补偿功能的CMOS功率放大器，包括多路带隙基准电流源、第一级放大电路、第二级放大电路、第三级放大电路、第一偏置电路、第二偏置电路以及第三偏置电路，多路带隙基准电流源分别为三个偏置电路提供电流，射频信号输入总端口与第一级放大电路的输入端连接，第一级放大电路的输出端与第二级放大电路的输入端连接，第二级放大电路的输出端与第三级放大电路的输入端连接，第三级放大电路的输出端与射频信号输出总端口连接。本申请采用三级放大电路结构，实现了补偿高低温状态下增益波动和输出功率波动，能够很好的满足系统的需求。

【技术实现步骤摘要】
片上具有温度补偿功能的CMOS功率放大器
本申请涉及应用于移动设备的射频模块集成技术，具体涉及一种片上具有温度补偿功能的CMOS功率放大器。
技术介绍
随着通信技术的不断发展，无线通信技术也越来越成熟，射频功率放大器是各种无线通信系统中不可或缺的关键器件，它主要用于将收发信机输出的已调制射频信号进行功率放大，以得到满足无线通信需求的射频信号。在实际应用过程中，通常需要射频功率放大器的增益和输出功率在高低温状态下保持不变，从而保证在高低温环境下无线通信系统仍然可以保持同样的性能。参照说明书附图6，传统CMOS功率放大器由于硅基的特殊性，在高低温状态下增益波动特别剧烈，因此不能满足系统需求，并且随着工作温度的升高，参照说明书附图8，传统CMOS功率放大器的输出功率也会随着温度的升高而降低。例如在现有技术中，公开号为CN103762948A，公开日为2014年04月30日，专利技术名称为“一种集成于片上系统的CMOS射频功率放大器”的专利技术专利申请，其具体的技术方案为：本专利技术提供一种集成于片上系统的CMOS射频功率放大器，所述功率放大器集成于片上系统SOC中，实现输出信号功率放大的功能；所述功率放大器包括偏置电路、第一级放大电路、第二级放大电路及输出匹配电路。本专利技术的功率放大器采用CMOS工艺实现，很好地集成到SOC芯片中，因此能够单芯片实现功率控制和脉宽调制(PWM)；与以往分立元件或者III-V族化合物半导体实现的功率放大器相比，本专利技术的功率放大器具有双重功率可调，不需要单独的外部控制芯片，大大节省了应用系统的成本，更方便了系统的调试；并且本专利技术的功率放大器具有多频段输出功率可调，可以广泛运用在从10MHz到1GHz范围内的多种应用中。上述现有技术中，采用两级放大电路的结构，第一级放大电路和第二放大电路的偏置电路都与绝对温度成正比的IPTAT连接，只对电路的输出功率降低的问题进行了补偿，但是并没有解决放大电路增益降低的问题。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的问题和缺陷，本申请提供了一种片上具有温度补偿功能的CMOS功率放大器，解决了现有技术中CMOS功率放大器受温度影响大，导致电路输出功率以及增益降低的问题。为了实现上述专利技术目的，本申请的技术方案如下：一种片上具有温度补偿功能的CMOS功率放大器，包括多路带隙基准电流源、第一级放大电路、第二级放大电路、第三级放大电路、第一偏置电路、第二偏置电路以及第三偏置电路，射频信号输入总端口与第一级放大电路的输入端连接，第一级放大电路的输出端与第二级放大电路的输入端连接，第二级放大电路的输出端与第三级放大电路的输入端连接，第三级放大电路的输出端与射频信号输出总端口连接；所述第一偏置电路的电流输入端与多路带隙基准电流源产生的与绝对温度成正比电流连接，输出端与第一级放大电路的偏置端口Ⅰ连接，第一级放大电路通过第一偏置电路镜像电流，实现第一级放大电路低温低增益，高温高增益；所述第二偏置电路的电流输入端与多路带隙基准电流源产生的与绝对温度成正比电流连接，输出端与第二级放大电路的偏置端口Ⅱ连接，第二级放大电路通过第二偏置电路镜像电流，实现第二级放大电路低温低增益，高温高增益；所述第三偏置电路的电流输入端与多路带隙基准电流源产生的与绝对温度无关电流连接，输出端与第三级放大电路的偏置端口Ⅲ连接，第三级放大电路通过第三偏置电路镜像电流，实现第三级放大电路低温高增益，高温低增益。优选地，所述第一偏置电路、第二偏置电路以及第三偏置电路的结构相同，均包括NMOS管M以及电阻R，NMOS管M的源极接地，栅极和漏极短接，漏极与电流输入端i_in连接，栅极与电阻R的一端连接，电阻R的另一端与电流输出端i_out连接。优选地，所述第一级放大电路包括电感L1、电感L2、电感L3、电感L4、电容C1、电容C2、电容C3、电阻R1以及NMOS管M1，射频信号输入总端口通过电容C1连接至电感L1的一端，电感L1的另一端分别与电阻R1的一端以及NMOS管M1的栅极连接，电阻R1的另一端与第一级放大电路的偏置端口Ⅰ连接，NMOS管M1的源极与电感L2的一端连接，电感L2的另一端接地，NMOS管M1的漏极分别与电感L3的一端以及电感L4的一端连接，电感L3的另一端分别与电源电压Vdd以及电容C3的一端连接，电容C3的另一端接地，电感L4的另一端与电容C2的一端连接，电容C2的另一端为第一级放大电路射频信号输出端。优选地，所述第二级放大电路包括电感L5、电感L6、电容C4、电容C5、电阻R2以及NMOS管M2，第二级放大电路射频信号输入端分别与电阻R2的一端以及NMOS管M2的栅极连接，电阻R2的另一端与第二级放大电路的偏置端口Ⅱ连接，NMOS管M2的源极与电感L5的一端连接，电感L5的另一端接地，NMOS管M2的漏极分别与电感L6以及电容C4的一端连接，电感L6的另一端分别与电源电压Vdd以及电容C5的一端连接，电容C5的另一端接地，电容C4的另一端为第二级放大电路射频信号输出端。优选地，所述第三级放大电路包括电容C6、电容C7、电容C8、电阻R3、电阻R4、NMOS管M3、NMOS管M4、巴伦B1以及巴伦B2，第三级放大电路射频信号输入端与巴伦B1的单端输入端连接，巴伦B1的差分输出第一端口分别与电容C6、电阻R3的一端以及NMOS管M3的栅极连接，巴伦B1的差分输出第二端口分别与电容C7、电阻R4的一端以及NMOS管M4的栅极连接，电阻R3以及电阻R4的另一端与第三级放大电路的偏置端口Ⅲ连接，NMOS管M3的源极接地，NMOS管M4的源极接地，NMOS管M3的漏极和电容C7的另一端分别与巴伦B2的差分输入第二端口连接，NMOS管M4的漏极和电容C6的另一端分别与巴伦B2的差分输入第一端口连接，巴伦B2的差分输入端中间抽头连接至电源电压Vdd以及电容C8的一端，电容C8的另一端接地，巴伦B2的单端输出端为功率放大器的输出端。本申请的有益效果：（1）本申请采用三级放大电路结构，第一级放大电路和第二放大电路的偏置电路都是和与温度成正比的电流源连接，第三级放大电路和与温度无关的电流源相连接，从而实现了补偿高低温状态下增益波动和输出功率波动，能够很好的满足系统的需求。（2）本申请前两级放大器的功率晶体管采用了共源结构，第三级放大器的功率晶体管采用了伪差分结构，第二级放大和第三级放大之间采用巴伦匹配，第三级放大器输出也采用巴伦匹配，不但简化了匹配电路结构，还减小了芯片面积，实现了芯片小型化的目的。（3）本申请对三级放大管的偏置电流进行了数字量化，通过数字控制位a1<0:3>、a2<0:3>、a3<0:3>分别控制第一路电流源、第二路电流源和第三路电流源的大小，通过数字控制位b1<0:3>、b2<0:3>、b3<0:3>分别控制第一路电流源第二路电流源和第三路电流源的斜率，控制放大器增益和输出功率的变化更加精准。附图说明本申请本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种片上具有温度补偿功能的CMOS功率放大器，其特征在于：包括多路带隙基准电流源（1）、第一级放大电路（2）、第二级放大电路（3）、第三级放大电路（4）、第一偏置电路（5）、第二偏置电路（6）以及第三偏置电路（7），射频信号输入总端口（8）与第一级放大电路（2）的输入端连接，第一级放大电路（2）的输出端与第二级放大电路（3）的输入端连接，第二级放大电路（3）的输出端与第三级放大电路（4）的输入端连接，第三级放大电路（4）的输出端与射频信号输出总端口（9）连接；/n所述第一偏置电路（5）的电流输入端与多路带隙基准电流源（1）产生的与绝对温度成正比电流连接，输出端与第一级放大电路（2）的偏置端口Ⅰ（10）连接，第一级放大电路（2）通过第一偏置电路（5）镜像电流，实现第一级放大电路（2）低温低增益，高温高增益；/n所述第二偏置电路（6）的电流输入端与多路带隙基准电流源（1）产生的与绝对温度成正比电流连接，输出端与第二级放大电路（3）的偏置端口Ⅱ（11）连接，第二级放大电路（3）通过第二偏置电路（6）镜像电流，实现第二级放大电路（3）低温低增益，高温高增益；/n所述第三偏置电路（7）的电流输入端与多路带隙基准电流源（1）产生的与绝对温度无关电流连接，输出端与第三级放大电路（4）的偏置端口Ⅲ（12）连接，第三级放大电路（4）通过第三偏置电路（7）镜像电流，实现第三级放大电路（4）低温高增益，高温低增益；/n所述第一偏置电路（5）、第二偏置电路（6）以及第三偏置电路（7）的结构相同，均包括NMOS管M以及电阻R，NMOS管M的源极接地，栅极和漏极短接，漏极与电流输入端i_in连接，栅极与电阻R的一端连接，电阻R的另一端与电流输出端i_out连接；/n所述第一级放大电路（2）包括电感L1、电感L2、电感L3、电感L4、电容C1、电容C2、电容C3、电阻R1以及NMOS管M1，射频信号输入总端口（8）通过电容C1连接至电感L1的一端，电感L1的另一端分别与电阻R1的一端以及NMOS管M1的栅极连接，电阻R1的另一端与第一级放大电路（2）的偏置端口Ⅰ（10）连接，NMOS管M1的源极与电感L2的一端连接，电感L2的另一端接地，NMOS管M1的漏极分别与电感L3的一端以及电感L4的一端连接，电感L3的另一端分别与电源电压Vdd以及电容C3的一端连接，电容C3的另一端接地，电感L4的另一端与电容C2的一端连接，电容C2的另一端为第一级放大电路射频信号输出端（13）。/n...

【技术特征摘要】
1.一种片上具有温度补偿功能的CMOS功率放大器，其特征在于：包括多路带隙基准电流源（1）、第一级放大电路（2）、第二级放大电路（3）、第三级放大电路（4）、第一偏置电路（5）、第二偏置电路（6）以及第三偏置电路（7），射频信号输入总端口（8）与第一级放大电路（2）的输入端连接，第一级放大电路（2）的输出端与第二级放大电路（3）的输入端连接，第二级放大电路（3）的输出端与第三级放大电路（4）的输入端连接，第三级放大电路（4）的输出端与射频信号输出总端口（9）连接；
所述第一偏置电路（5）的电流输入端与多路带隙基准电流源（1）产生的与绝对温度成正比电流连接，输出端与第一级放大电路（2）的偏置端口Ⅰ（10）连接，第一级放大电路（2）通过第一偏置电路（5）镜像电流，实现第一级放大电路（2）低温低增益，高温高增益；
所述第二偏置电路（6）的电流输入端与多路带隙基准电流源（1）产生的与绝对温度成正比电流连接，输出端与第二级放大电路（3）的偏置端口Ⅱ（11）连接，第二级放大电路（3）通过第二偏置电路（6）镜像电流，实现第二级放大电路（3）低温低增益，高温高增益；
所述第三偏置电路（7）的电流输入端与多路带隙基准电流源（1）产生的与绝对温度无关电流连接，输出端与第三级放大电路（4）的偏置端口Ⅲ（12）连接，第三级放大电路（4）通过第三偏置电路（7）镜像电流，实现第三级放大电路（4）低温高增益，高温低增益；
所述第一偏置电路（5）、第二偏置电路（6）以及第三偏置电路（7）的结构相同，均包括NMOS管M以及电阻R，NMOS管M的源极接地，栅极和漏极短接，漏极与电流输入端i_in连接，栅极与电阻R的一端连接，电阻R的另一端与电流输出端i_out连接；
所述第一级放大电路（2）包括电感L1、电感L2、电感L3、电感L4、电容C1、电容C2、电容C3、电阻R1以及NMOS管M1，射频信号输入总端口（8）通过电容C1连接至电感L1的一端，电感L1的另一端分别与电阻R1的一端以及NMOS管M1的栅极连接，电阻R1的另一端与第一级放大电路（2）的偏置端口Ⅰ（10）连...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑中万，宋柏，陈涛，
申请(专利权)人：成都知融科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51