提供了一种增加功率放大器中最大可使用的电源电压的方法。一种自偏压射地－基地放大器电路包括连接在一个直流电压源端和公共端的串连连接的一个第一ＭＯＳＦＥＴ晶体管和一个第二ＭＯＳＦＥＴ晶体管。一个ＲＦ信号端被连接到所述第一ＭＯＳＦＥＴ的栅极电极，并且所述第二ＭＯＳＦＥＴ的栅极被连接在位于所述第二ＭＯＳＦＥＴ的漏极和所述第一ＭＯＳＦＥＴ的源极之间的串联连接的电阻和电容之间。在优选实施例中，一个单向导通增压子电路被连接在所述第二ＭＯＳＦＥＴ的漏极电极和栅极电极之间，该子电路可以包括一个电阻性二极管子电路，或者跨电阻性分压器连接的第三ＭＯＳＦＥＴ。该放大器电路的输出被从所述第二ＭＯＳＦＥＴ的漏极取出。这样的结构允许第一和第二ＭＯＳＦＥＴ能承受更大的输出电压摆幅，因此允许使用更高的电源电压和增加的输出功率而不需要复杂的偏置电压。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及功率放大器，并且更具体地，涉及一种适合使用在高频应用中的功率放大器的改进的结构。在现有技术的MOS功率放大器中，漏极-栅极电压径常高于电源电压的三倍。这限制了可以使用在此类放大器中的并且还避免栅极-漏极击穿的最大电源电压。一种改进此问题的方法是在放大器中使用众所周知的射地-基地结构，其中，在两个晶体管的例子中，一个晶体管是共源极结构并且另一个是共栅极结构。在此类射地-基地结构中，信号摆动在两个晶体管之间降低并且因此减小了栅极-漏极击穿的问题。此类射地-基地晶体管表现为一个四端器件两个栅极，一个源极和一个漏极。可以分别在本申请人，Tirdad Svowlati最近(2001年)提交的两个未决的申请，题目为“射地-基地自举模拟功率放大器电路(CASCODE BOOTSTRAPPED ANALOG POWER AMPLIFIER CIRCUIT)”和“自举双栅极类放大器电路(BOOTSTRAPPED DUAL-GATE CLASSAMPLIFIER CIRCUIT)”找到对此类射地-基地结构的例子，通过引用将其公开全文结合在此。因此，射地-基地结构需要两个直流电压，每个栅极使用一个。这些直流电压必需从芯片外部的源提供，因此需要用于第二栅极的外部焊盘，或者可选地，他们必需在需要额外的偏压电路的芯片上产生。功率放大器应用中的另一个情况是非常希望被施加到第二栅极的直流值与电源电压相等，由此允许漏极上的更大的电压摆幅。因此，第二栅极必需具有到片外直流电压源的直流连接。因此，虽然射地-基地结构确实改进了栅极-漏极击穿的问题，但是它增加了成本和功率放大器的复杂程度。能够使用射地-基地结构而不需要为第二晶体管的栅极使用额外的直流电压源是更好的解决方案。当使用多于一个的放大级，和/或使用差分放大器结构时，由此导致的多个射地-基地结构增加了直流电压源的问题。考虑到上述问题，在此领域需要一种改进的功率放大器结构，该功率放大器结构具有由射地-基地结构提供的稳定性并且不需要在标准射地-基地结构中所必需的用来偏压两个晶体管栅极的额外的直流连接。因此，本专利技术的一个目的是提供一种功率放大器结构，该结构能够得益于射地-基地结构提供的无条件的稳定性，并且同时不需要来自片外或者来自额外的偏压电路的其它直流电压来在芯片上提供其它的直流偏压。根据本专利技术克服了现有技术的上述和其它问题，提供了一种利用自偏压射地-基地结构的功率放大器，其中该射地-基地结构的公共栅极晶体管的栅极电压来自其本身的漏极。该自偏压射地-基地结构表现为具有三个端的复合晶体管，因此只需要用于第一栅极(即，用于公共源极晶体管的栅极)的直流电压。由于自偏压，射地-基极对的第二栅极的电压随着其漏极电压的增加而动态地增加。可以通过适当地选择元件值来选择增加的量。在此类自偏压射地-基地结构中，联合的晶体管能够承受更大的电压摆幅，由此允许将放大器设计成使用具有增加的输出功率的更高的电源电压。在优选实施例中，自偏压射地-基地结构的第二晶体管的栅极电压在正摆幅期间被进一步升高到更密切地跟随漏极电压的升高，以进一步实现没有栅极-漏极击穿的更的大信号摆幅。在其它一组优选实施例中，该自偏压射地-基地放大器结构被扩展到差分结构和多级差分功率放大器。使用本专利技术的结构和方法的放大器可以被以放大率的任何标准分类，即A，B，C类，甚至切换E类来设计。本专利技术的这些和其它方面将通过参照下述实施例的解释而变得明显。参照下面结合附图的描述可以更清楚地理解本专利技术。附图说明图1表示两个MOS晶体管的标准射地-基地结构；图2表示一个常规射地-基地结构的放大器；图3A表示图1的两个晶体管的自偏压射地-基地结构；图3B表示具有电阻性二极管增压的自偏压射地-基地结构；图3C表示具有晶体管增压的自偏压射地-基地结构；图4A和4B表示分别对应于图3A和3C的晶体管结构的自偏压射地-基地放大器；图5A表示根据本专利技术的差分自偏压射地-基地放大器；图5B表示图5A的电路中的晶体管M2和M4的栅极被连接在一起的电路；并且图6表示根据本专利技术的两级差分放大器。图1示出了两个晶体管的标准射地-基地结构。参考图1，晶体管M1 101是公共源极，M2 105是公共栅极。在点103将M1 101的漏极和M2 105的源极连接在一起。为了便于讨论，在下文中字母D，S和G将指代一个给定晶体管的漏极，源极和栅极，因此，例如G2是晶体管M2的栅极，D1是晶体管M1的漏极等等。图2示出了一个常规的射地-基地放大器。晶体管M1 201作为公共源极(CS)并且晶体管M2 205作为公共栅极(CG)。射频输入信号210被施加到M1 201的栅极，即G1 202，并且M2 205的栅极，即G2206，借助于通过L1 211和C1 210连接到地而位于射频地，它具有可以等于Vdd 230的Vgg2 220的直流值。G2 206处的射频地可以通过与焊线电感谐振的片外电容或者片上电容来实现。在G2 206提供RF地的常规方法在功率放大器的大信号范围中不是必需的。因此，G2 206处的电压可以具有射频摆动，并且只要D2 207具有从Vdd到零的全摆幅，功率放大器可以提供一个高的输出功率和提高功率的高效率。图3a表示了自偏压射地-基地结构。用于G2 3A06的偏压通过Rb3A10和Cb 3A20的串联连接提供。Rb和Cb之间标号为3A25的点是连接G2 3A06的地方。因此，施加到G2 3A06的直流电压与施加到D2 3A07的直流电压相同(在直流中Cb是一个开路，Rb没有电流，因此没有压降，并且D2 3A07的所有电压跨Cb出现)。因此，在D2 3A07的射频摆幅被Rb-Cb 3A10-3A20串联连接的低通特性消弱。在功率放大器应用中，希望在G2具有射频摆幅。这能够使在D2具有一个更大信号摆幅而不会面对在G2-D2 3A06-3A07的击穿电压。随着D2 3A07增加，G2 3A06也增加(由于被Rb-Cb设定，因此具有一个较小的值，)并且S2 3A08也增加。以此方式，在M1和M2的每个栅极-漏极上的电压降的量可以被平衡。可以选择在M1或M2发生栅极-漏极击穿之前的Rb和Cb的值来获得最佳性能和信号摆幅。此类自偏压射地-基地结构还可以被看作是具有一个栅极、一个漏极和一个源极的三极管的组合，很显然，不需要任何其它的焊盘来为G2提供电源电压。注意到在图3a的电路中，G2在其DC值附近的正向和负向摆幅都跟随D2的射频电压。基于此进行改进，在图3b中加入装置以便G2的正向摆幅大于负向摆幅，这些装置是跨Rb 3B10串联连接的Rd 3B30、和二极管连接的M3 3B50，因此，提供了一个从D2 3B07到G2 3B06的并联通路。因此，图3b是具有电阻性二极管增压的自偏压射地-基地结构。通过适当地选择Rd的值和二极管连接的晶体管M3的尺寸可以规定阈值电压，在此阈值电压上Rd-M3路径开始导通和增加G2的正向摆幅。这个额外的路径使G2以一个比其跟随D2的下降更小的衰减跟随D2的升高。这在D2的信号摆幅在特定功率放大器设计中变得更大时是特别有用的。还可以通过为Rb 3B10、Cb 3B20、Rd 3B30和M3 3B50选择适当的值来获得具有没有栅极-漏极本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种增加功率放大器电路中最大可使用电源电压的方法，包括：使用射地－基地结构；和自偏压所述射地－基地结构（３Ａ１０，３Ｂ１０）。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：TSH索拉蒂，
申请(专利权)人：NXP股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]
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