一种可调自适应偏置结构制造技术

本发明专利技术公开了一种可调自适应偏置结构，应用于电子电路设计领域，包括主要由可调衰减单元构成的可调功率分配模块、主要由电容、晶体管差分对和电流镜构成的可调功率

【技术实现步骤摘要】
一种可调自适应偏置结构


[0001]本专利技术涉及电子电路设计
，尤其涉及一种可调自适应偏置结构。

技术介绍

[0002]当今无线通信技术迅速发展，对信道容量和数据传输速率的要求不断提高。为利用高频较丰富的频谱资源并提高频谱利用率，高速无线通信系统多部署在高频微波波段和毫米波频段，并采用高阶调制技术。这对无线接收机和发射机的线性度提出了很高的要求。
[0003]放大器是接收机和发射机中最主要的线性度限制模块。尤其是功率放大器，其线性化技术广受关注。经历了数十年的发展，发展出了包括预失真、自适应控制、反馈、前馈和数字处理等多种线性化技术。在高频微波和毫米波CMOS或GaAs等集成电路设计中，由于要求接收机和发射机绝对稳定、响应时间短、带宽宽且电路成本低廉，自适应偏置技术较为适用。现有的自适应偏置技术通常仅针对单级A类或AB类功率放大器的功率特性，其技术思路为提供随功率增加而升高的偏置电压，以补偿放大器在高功率区间里增益随功率增加的下降。然而，越来越多的应用场景给收发机的线性度提出了新的要求，传统思路难以满足要求。例如在多功能模块的级联系统中、大动态范围的接收机中，或数倍频程带宽的宽带收发电路中，仅用A类放大器无法同时满足高输入线性度、宽带宽、低噪声和低功耗等要求，而多级AB类或B类放大器引入的非线性失真比单级放大器更为复杂，靠传统自适应偏置技术不能很好地解决。
[0004]单片微波集成电路通常采用高电子迁移率晶体管（high electron mobility transistor, HEMT）工艺，例如砷化镓（GaAs）和氮化镓（GaN），但它们工艺成本较高，且无法与低成本的CMOS数字逻辑电路相集成，因此难以大范围应用于5G移动通信、汽车雷达和民用卫星通信等民用市场。另一方面，CMOS工艺在集成度和成本等方面表现优异，但其电源电压和击穿电压均较低，严重影响其高功率下的性能。

技术实现思路

[0005]技术目的：现有自适应偏置技术只适用于A类或AB类功率放大器，针对其适应性较窄的缺陷，本专利技术公开了一种可调自适应偏置结构，通过提取两种不同器件射频功率
‑
直流电流转换特性的差异，并通过数字或模拟控制，输出调节方向和调节程度均可控的功率自适应偏置电压，以实现不同功率特性的射频放大器或电路系统的线性化，并具有很小的面积和功耗。
[0006]技术方案：为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种可调自适应偏置结构，包括主要由可调衰减单元构成的可调功率分配模块、主要由电容、晶体管差分对和电流镜构成的第一可调功率
‑
电流转换模块和第二可调功率
‑
电流转换模块、主要由晶体管构成的电流减法电路模块，其中，所述可调功率分配模块连接所述可调自适应偏置结构的输入信号，用于对所述可调自适应偏置结构的输入信号进行功率分配；
所述第一可调功率
‑
电流转换模块的输入端连接可调功率分配模块的一个输出端，用于将检测到的功率信号转换为直流电流信号一后通过电流镜转换为电压信号并设为输出端；所述第二可调功率
‑
电流转换模块的输入端连接可调功率分配模块的另一个输出端，用于将检测到的功率信号转换为直流电流信号二后通过电流镜转换为电压信号并设为输出端；所述电流减法电路模块的两个输入端分别连接第一可调功率
‑
电流转换模块和第二可调功率
‑
电流转换模块的输出端，用于取出直流电流信号一和直流电流信号二电流的差值，并转换为电压信号，输出作为所述可调自适应偏置结构的输出信号，即功率自适应电压。
[0007]作为优选，所述可调功率分配模块包括结构相同的可调衰减单元，即第一幅度控制模块、第二幅度控制模块，第一幅度控制模块和第二幅度控制模块的两组幅度控制信号和输入端并联组合，其中，幅度控制信号与幅度控制模块对应连接；所述可调功率分配模块输入端连接所述的一种可调自适应偏置结构的输入端,所述第一幅度控制模块的输出端连接所述可调功率分配模块的第一输出端,所述第二幅度控制模块的输出端连接所述可调功率分配模块的第二输出端。
[0008]作为优选，所述第一幅度控制模块为开关电阻阵列，包括n+1个并联的阵列单元和与各个阵列单元一一对应的数字控制信号（V
d0
‑
V
dn
），所述数字控制信号用于控制阵列单元处于导通状态或断开状态。第n个阵列单元连接对应的数字控制信号V
dn
，其中，n∈N。
[0009]作为优选，所述第一幅度控制模块的阵列单元结构相同，为CMOS晶体管开关与电阻的串联结构，第一个阵列单元包括第一电阻、第一晶体管、第二电阻、第三电阻、第二晶体管和第四电阻，其中，所述第一电阻和第三电阻的一端连接第一幅度控制单元的输入端，另一端连接第一晶体管和第二晶体管的源极，所述第一晶体管和第二晶体管的漏极连接第一幅度控制单元的输出端，所述第一晶体管和第二晶体管的栅极分别通过第二电阻和第四电阻共同连接数字控制信号。
[0010]作为优选，所述第一幅度控制模块的不同阵列单元元件值不必相同。
[0011]数字控制信号通过分别控制第一、第二幅度控制模块中导通单元的数量，改变两路功率的衰减程度，调节所述可调功率分配模块两个输出端的输出功率。理论上，更多的阵列单元可以实现更精细的调节。
[0012]作为优选，所述第一可调功率
‑
电流转换模块包括第一NMOS管、第二NMOS管、第一PMOS管、第五电阻、第六电阻、第一电容和第二电容，第一PMOS管作为电流镜；所述第一电容和第二电容的一端连接所述第一可调功率
‑
电流转换模块的输入端,另一端连接所述第一NMOS管和第二NMOS管的栅极,所述第一NMOS管和第二NMOS管为一个差分对的源极共同接地，漏极共同连接所述第一PMOS管的漏极，所述第一PMOS管的源极连接电源，漏极和栅极相连并连接到所述第一可调功率
‑
电流转换模块的输出端，所述第一NMOS管和第二NMOS管的栅极分别通过所述第五电阻和第六电阻连接偏置电压V
b1
。
[0013]作为优选，所述的第一电容和第二电容相同，所述第一NMOS管和第二NMOS管相同，所述第五电阻和第六电阻相同，偏置电压V
b1
为可调电压。
[0014]作为优选，所述第二可调功率
‑
电流转换模块包括第二PMOS管、第三PMOS管、第三
NMOS管、第七电阻、第八电阻、第三电容和第四电容，第三NMOS管作为电流镜；所述第三电容和第四电容的一端连接所述第二可调功率
‑
电流转换模块的输入端，另一端连接所述第三PMOS管的栅极和第二PMOS管的栅极，所述第二PMOS管和第三PMOS管的源极共同接电源，漏极共同连接所述第三NMOS管的漏极，所述第三NMOS管的源极接地，漏极和栅极相连并连接到所述第二可调功率
‑
电流转换模块的输出端，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可调自适应偏置结构，其特征在于：包括可调功率分配模块（110）、第一可调功率
‑
电流转换模块（120）、第二可调功率
‑
电流转换模块（130）、电流减法电路模块（140），其中，所述可调功率分配模块（110）连接所述可调自适应偏置结构（100）的输入信号，用于对所述可调自适应偏置结构的输入信号进行功率分配，并设有两个输出端；所述第一可调功率
‑
电流转换模块（120）的输入端连接可调功率分配模块（110）的一个输出端，用于将检测到的功率信号转换为直流电流信号一后通过电流镜转换为电压信号并设为输出端；所述第二可调功率
‑
电流转换模块（130）的输入端连接可调功率分配模块（110）的另一个输出端，用于将检测到的功率信号转换为直流电流信号二后通过电流镜转换为电压信号并设为输出端；所述电流减法电路模块（140）的两个输入端分别连接第一可调功率
‑
电流转换模块（120）的输出端和第二可调功率
‑
电流转换模块（130）的输出端，用于提取直流电流信号一和直流电流信号二的差值，并转换为电压信号，输出作为所述可调自适应偏置结构（100）的输出信号，即功率自适应电压。2.根据权利要求1所述的一种可调自适应偏置结构，其特征在于：所述可调功率分配模块（110）包括结构相同的可调衰减单元，即第一幅度控制模块（111）、第二幅度控制模块（112），第一幅度控制模块（111）和第二幅度控制模块（112）的两组幅度控制信号和输入端并联组合，其中，两组幅度控制信号分别与第一幅度控制模块（111）、第二幅度控制模块（112）对应连接；所述可调功率分配模块（110）输入端连接所述的一种可调自适应偏置结构（100）的输入端（V
IN
+、V
IN
‑
）；所述第一幅度控制模块（111）的输出端连接所述可调功率分配模块（110）的第一输出端（V1+、V1‑
），所述第二幅度控制模块（112）的输出端连接所述可调功率分配模块（110）的第二输出端（V2+、V2‑
）。3.根据权利要求1所述的一种可调自适应偏置结构，其特征在于：所述第一幅度控制模块（111）为开关电阻阵列，包括n+1个并联的阵列单元和与各个阵列单元一一对应的数字控制信号（V
d0
‑
V
dn
），所述数字控制信号用于控制阵列单元处于导通状态或断开状态；第n个阵列单元连接对应的数字控制信号V
dn
,其中，n∈N。4.根据权利要求3所述的一种可调自适应偏置结构，其特征在于：所述第一幅度控制模块（111）的阵列单元结构相同，为CMOS晶体管开关与电阻的串联结构，第一个阵列单元包括第一电阻（151）、第一晶体管（152）、第二电阻（153）、第三电阻（154）、第二晶体管（155）和第四电阻（156），其中，所述第一电阻（151）和第三电阻（154）的一端连接第一幅度控制单元（111）的输入端，另一端分别连接第一晶体管（152）和第二晶体管（155）的源极，所述第一晶体管（152）和第二晶体管（155）的漏极连接第一幅度控制单元（111）的输出端，所述第一晶体管（152）和第二晶体管（155）的栅极分别通过第二电阻（153）和第四电阻（156）共同连接第一数字控制信号（V
d0
）。5.根据权利要求3所述的一种可调自适应偏置结构，其特征在于：所述第一幅度控制模块（111）的不同阵列单元元件值不必相同，根据实际需求选取。6.根据权利要求1所述的一种可调自适应偏置结构，其特征在于：所述第一可调功率
‑
电流转换模块（120）包括第一NMOS管（121）、第二NMOS管（122）、第一PMOS管（123）、第五电阻
（124）、第六电阻（125）、第一电容（126）和第二电容（127），第一PMOS管（123）作为电流镜；所述第一电容（126）和第二电容（127）的一端连接所述第一可...

【专利技术属性】
技术研发人员：柴远，贺平洋，
申请(专利权)人：南京汇君半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：