一种具有高频补偿电感的堆叠功率放大器电路制造技术

本发明专利技术提供了一种具有高频补偿电感的堆叠功率放大器电路

【技术实现步骤摘要】
一种具有高频补偿电感的堆叠功率放大器电路


[0001]本专利技术属微电子与固体电子学的射频与模拟集成电路
，具体涉及一种具有高频补偿电感的堆叠功率放大器电路
。

技术介绍

[0002]随着无线通信技术的迅速发展，智能手机
、
平板电脑等便携式终端逐渐成为人们日常生活中不可或缺的工具，功率放大器作为无线收发机前端的核心模块，其带宽和输出功率直接决定了发射链路的射频输出能力和信号发送距离，因此扩展功放的带宽以及提高其输出功率具有重要的研究意义
。
[0003]硅基
CMOS
工艺以其低成本和高集成度成为单片实现各个模块集成的不错方案，但是由于
CMOS
工艺的
MOS
管击穿电压较低，
CMOS
工艺的低阻抗衬底带来的高损耗，使得基于
CMOS
工艺设计的功放在输出功率
、
效率
、
带宽等方面表现性能较差
。
[0004]文献“J.Tsai,T.Yu and W.Huang,"An X
‑
Band 29.6
‑
dBm CMOS Power Amplifier Using Folded Radial Splitter and Binary Combiner Network,"in IEEE Microwave and Wireless Components Letters,vol.29,no.9,pp.607/>‑
609,Sept.2019”采用了功率合成的方法实现具有高输出功率的功率放大器电路，利用基于变压器的折叠径向功分器和二进制功率合成器网络，在
11GHz
处提供
29.6dBm
饱和输出功率
(P
sat
)
，测量增益为
11.2dB
，
1dB
压缩点输出为
28.2dBm
，峰值功率附加效率
(PAE)
为
15.5
％
。
虽然可以实现高输出功率，但是其带宽仅有
10
‑
12GHz
，并且芯片面积较大
。
由于该电路采用了多路功率合成的方式，导致电路尺寸较大，同时，带宽受到功分器和功率合成器的限制
。
[0005]堆叠技术通过将
n
个晶体管串联堆叠达到输出电压摆幅和输出阻抗增加
n
倍的效果，能够在不使用功率合成技术或阻抗变换技术的前提下有效的提高输出功率
。
文献“H.
‑
F.Wu,Q.
‑
F.Cheng,X.
‑
G.Li and H.
‑
P.Fu,"Analysis and Design of an Ultrabroadband Stacked Power Amplifier in CMOS Technology,"in IEEE Transactions on Circuits and Systems II:Express Briefs,vol.63,no.1,pp.49
‑
53,Jan.2016”采用堆叠晶体管的方法实现了具有高输出功率的功率放大器电路，利用两级三堆叠的结构，该功率放大器在
0.1
‑
6.5GHz
的
194
％分数带宽范围内实现了
22
‑
24.3dBm
的饱和输出功率和
13
％
‑
20
％的功率附加效率
。
但是该电路对于每两层晶体管之间的匹配问题考虑的不全面，在设计中作了负载阻抗为纯实数的近似
。
[0006]综上，采用功率合成技术或堆叠技术设计功率放大器能够实现高输出功率，但是功率合成技术实现面积较大，带宽受到功分器和功率合成器的限制；堆叠技术对于晶体管之间的匹配问题考虑不全面，导致高频功率损耗
。

技术实现思路

[0007]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种具有高频补偿电感的堆叠功率放大器电路
。
主要包括功率放大器及其偏置网络，其中，功率放大器包括三层晶体管堆叠和层与层
之间的高频补偿电感，高频补偿电感在高频处补偿晶体管寄生电容的影响，保证每层晶体管的负载阻抗等于该晶体管的最佳负载阻抗，减小由晶体管之间不匹配导致的输出功率和效率消耗；偏置网络由串联的电阻组成，偏置网络一端连接电源电压，一端接地，通过串联电阻分压提供各个晶体管的栅极偏置保证晶体管工作在需要的工作状态
。
本专利技术能够有效改善晶体管之间阻抗匹配
、
补偿高频功率损耗
、
提高输出功率
。
[0008]一种具有高频补偿电感的堆叠功率放大器电路，其特征在于主要包括：功率放大器及其偏置网络，其中，功率放大器采用堆叠式功率放大器结构，包括三层晶体管堆叠和高频补偿电感，最下层晶体管连接电路输入端，最上层晶体管连接电路输出端和电源端，输入端和输出端之间通过电阻
‑
电容反馈扩展带宽，高频补偿电感串联在每两层晶体管之间，在高频处补偿晶体管寄生电容的影响；偏置网络由串联分压电阻组成，提供晶体管栅极偏置，偏置网络的一端连接电源电压，一端接地
。
[0009]具体地，所述的功率放大器包括第一晶体管
M1、
第二晶体管
M2、
第三晶体管
M3、
第一电感
L1、
第二电感
L2、
第一电容
C1、
第二电容
C2、
第三电容
C3，所述的偏置网络包括顺序串联的第一电阻
R1、
第二电阻
R2、
第三电阻
R3、
第四电阻
R4，其中，第一晶体管
M1漏极通过电感
L
out
连接电源端
、
通过输出隔直电容
C
out
连接输出端
、
连接反馈网络电阻
R5的一端和偏置网络中第一电阻
R1的一端，第一晶体管
M1源极与第一电感
L1一端相接，第一晶体管
M1栅极接第一电容
C1的一端
、
偏置网络中第一电阻
R1的另一端和第二电阻
R2的一端，第一电容
C1的另一端接地，第一电感
L1另一端与第二晶体管
M2漏极相接，第二晶体管
M2栅极连接第二电容
C2的一端
、
偏置网络中第三电阻
R3的一端和第二电阻
R2的另一端，第二电容
C2的另一端接地，第二晶体管...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种具有高频补偿电感的堆叠功率放大器电路，其特征在于主要包括：功率放大器及其偏置网络，其中，功率放大器采用堆叠式功率放大器结构，包括三层晶体管堆叠和高频补偿电感，最下层晶体管连接电路输入端，最上层晶体管连接电路输出端和电源端，输入端和输出端之间通过电阻
‑
电容反馈扩展带宽，高频补偿电感串联在每两层晶体管之间，在高频处补偿晶体管寄生电容的影响；偏置网络由串联分压电阻组成，提供晶体管栅极偏置，偏置网络的一端连接电源电压，一端接地
。2.
根据权利要求1所述的一种具有高频补偿电感的堆叠功率放大器电路，其特征在于：所述的功率放大器包括第一晶体管
M1、
第二晶体管
M2、
第三晶体管
M3、
第一电感
L1、
第二电感
L2、
第一电容
C1、
第二电容
C2、
第三电容
C3，所述的偏置网络包括顺序串联的第一电阻
R1、
第二电阻
R2、
第三电阻
R3、
第四电阻
R4，其中，第一晶体管
M1漏极通过电感
L
out
连接电源端
、
通过输出隔直电容
C
out
连接输出端
、
连接反馈网络电阻
R5的一端和偏置网络中第一电阻
R1的一端...

【专利技术属性】
技术研发人员：王勇，费新星，巴洒，韦炜，李畅游，王湛，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七二三研究所，
类型：发明
国别省市：