一种锗化硅双极－互补金属氧化物半导体ＡＢ类功率放大器制造技术

本发明专利技术公开了一种锗化硅双极－互补金属氧化物半导体ＡＢ类功率放大器，该放大器电路结构分为第一级预放大级和第二级功率放大级，其中第一级放大管用的是标准锗化硅双极型晶体管，第二级放大管用的是高压锗化硅双极型晶体管，以得到高的功率输出；以电流镜的形式来提供偏置电流，利用温度负反馈来提高偏置电路的温度稳定性。本发明专利技术线性度高，功耗低，温度稳定性好，当输出Ｐ１ｄＢ压缩点约为１８．５ｄＢｍ。在５．５ＧＨｚ后仿真Ｓ１１＜－１５ｄＢ，Ｓ２２＜－６．６ｄＢ，Ｓ２１＞１６ｄＢ。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于射频集成电路设计的
，涉及一种工作于中心频率为5. 5GHz 锗化硅双极-互补金属氧化物半导体(SiGe BiCMOS) AB类功率放大器。
技术介绍
随着无线局域网IEEE802. 11系列技术的迅速发展，人们越来越青睐于便携式的 设备和数据传输率快的技术。802. Ila标准使用5 6GHz频段，工作于该频段的功率放大 器的设计实现对于数据传输起着至关重要的作用。近年来，射频集成电路技术日趋成熟，而 且基于CMOS工艺的全片集成芯片射频收发机已经有了许多成功案例。然而，芯片上集成的 高效率高线性度功率放大器(Power Amplifier, PA)还是一个挑战。功率放大器处于发射 机后端，需要高的输出功率来发射信号，并且由于802. Ila标准采用OFDM技术，对于5 6GHz功率放大器的线性度要求较高。传统由CMOS技术集成的功率放大器，由于有源器件的 击穿电压较低以及较小的电流驱动能，实现高功率输出和高线性度输出比较困难，需要有 新的替代工艺来实现高功率输出和高线性度功率放大器。与CMOS工艺相比，SiGe BiCMOS工艺结合了 Biploar和CMOS工艺的优点，具有更 高的特征频率，0. 18um SiGe BiCMOS技术具有50GHz以上的特征频率，可以有效减少噪声。 另外，该工艺还可以与Si工艺兼容。SiGe BiCMOS技术能充分改善Bipolar器件的大信号 性能，提高器件击穿电压，从而特别适合于功率放大器的应用。功率放大器在类型上分为许多种，其中A、B、AB、C类功放导通角比较大，从而有较 高的线性度。但是这是以较低的效率来换取高线性度的。而D类、E类、F类功放为非线性 功放，可以实现比较高的效率。典型功率放大器如图1所示。BFL作为扼流圈阻塞交流信 号，并且可以把直流功率送到晶体管集电极。集电极通过电容BFC连接到一个震荡回路来 避免负载上有直流功耗。这种传统结构的提供了滤波功能从而避免了由总是存在的非线性 引起的频带外的发射信号。但是由于集成电路中电感品质因子不太高，因此带来的损耗还 是比较高的。另外BFC可以吸收晶体管的输出电容，对于电路实现匹配非常有利。但是，这 种结构实现的功放往往都是窄带工作的，因此在设计宽带功放时需要改进这种结构。
技术实现思路
本专利技术的目的是推出一种基于SiGe BiCMOS工艺技术工作于中心频率为5. 5GHz 的全片集成AB类功率放大器。BiCMOS器件结合了双极型(Bipolar)器件和MOS器件两者 的优点，而且利用了锗硅异质结(SiGe)技术的器件功率优势，在高功率高效率以及低谐波 失真、工作速度快、功耗低等方面表现更为突出。本专利技术所述的SiGe BiCMOS AB类功率放大器是由Bipolar器件和无源器件相结 合组成的电路，电路结构分为第一级预放大级和第二级功率放大级，其中第一级放大管用 的是标准Bipolar晶体管，第二级放大管用的是高压Bipolar晶体管，以得到高的功率输 出。偏置电路中使用的晶体管为标准Bipolar晶体管，以电流镜的形式来提供偏置电流，利用温度负反馈技术来提高偏置电路的温度稳定性。本专利技术具体技术方案是一种锗化硅双极_互补金属氧化物半导体AB类功率放大器，该放大器包括第一 晶体管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3、第四晶体管Q4、第五晶体管Q5、第六晶体管Q6、 第七晶体管Q7、第八晶体管Q8、第一电感Li、第二电感L2、第三电感L3、第四电感L4、第一 电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第一电容Cl、 第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5及第六电容C6，其连接方式为第一晶 体管Ql的基极与第二电容C2相连，发射极与地线GND连接，集电极与第四电容C4连接；第 二晶体管Q2的基极与第四电容C4连接，发射极与地线GND连接，集电极与电容C6相连；第 三晶体管Q3的基极与电阻R2相连接，发射极与第五晶体管Q5的集电极和基极连在一起， 集电极与第一电阻Rl连接；第四晶体管Q4的基极与第二电阻R2和第一电阻Rl连接，发射 极与第三电阻R3和第三电容C3相连，集电极与2. 5V电源V25相连；第五晶体管Q5基极与 集电极连在一起并与第四晶体管Q4发射极相连；第六晶体管Q6的基极与电阻R5相连接， 发射极与第八晶体管Q8的集电极和基极连在一起，集电极与第四电阻R4连接；第七晶体管 Q7的基极与第五电阻R5和第四电阻R4连接，发射极与第六电阻R6和第五电容C5相连，集 电极与电源V33相连；第八晶体管Q8基极与集电极连在一起并与第六晶体管Q6发射极相 连；第一电感Ll 一端接第一电容Cl和第二电容C2，另一端接地线GND ；第二电感L2跨接 在电源V25和第一晶体管Ql的集电极之间；第三电感L3跨接在电源V33端和第二晶体管 Q2的集电极之间；第四电感L4 一端接在第六电容C6端，另一端接地线GND ；第一电阻Rl跨 接在第三晶体管Q3集电极和电源V25之间；第二电阻R2跨接在第三晶体管Q3基极和第四 晶体管Q4基极之间；第三电阻R3跨接在第四晶体管Q4发射极和第一晶体管Ql基极之间； 第四电阻R4跨接在第六晶体管Q6集电极和电源V33之间；第五电阻跨接在第六晶体管Q6 基极和第七晶体管Q7基极之间；第六电阻跨接在第七晶体管Q7发射极和第二晶体管Q2基 极之间；第一电容Cl跨接在输入端RFIN和第二电容C2之间；第二电容C2跨接在第一电容 Cl和第一晶体管Ql基极之间；第三电容C3跨接在第四晶体管Q4发射极和第一晶体管Ql 基极之间；第四电容C4跨接在第一晶体管Ql集电极和第二级晶体管Q2基极之间；第五电 容C5跨接在第七晶体管Q7发射极和第二晶体管Q2基极之间；第六电容C6跨接在第二晶 体管Q2集电极和电感L4之间。所述第一晶体管Ql至第八晶体管Q8为锗化硅双极型晶体管。本专利技术能够通过简单的两级放大电路结构来实现对于输入信号的功率放大并同 时保证一定的线性度。利用偏置电路的温度负反馈原理来保证电路工作的温度稳定性。根 据输出功率指标选择了两级放大电路，第一级为预放大电路，考虑到标准管的电流放大能 力比较强，而且也希望第一级的电压放大不要太大，这样对于第二级输入晶体管BE结容易 造成击穿。标准管的击穿电压为4 4. 5V，据此选择了电源电压2. 5V。仿真过程中为了留 有一定的裕度，使得第一晶体管Ql集电极处电压峰值小于4V。第二级晶体管Q2集电极击 穿电压可以达到6V，这也有利于达到一定的输出功率。对于AB类功率放大器而言，输出功 率和线性度是其关键指标，但是效率也是非常重要的指标，AB类功率放大器的效率与其导 通角θ大小紧密相关。一般而言，AB类放大器在一个周期的50%到100%的时间段内导 通，导通角越小效率也会越高，如公式(1)，但是线性度也会随着下降，因此这里需要一个折中。第一级为预放大级对输入信号进行预放大处理，两级通过耦合电容连在一起，第 二级对信号进行再放大。偏置电路的电流镜结构为电路提供偏置，采用温度负反馈来稳定 的提供偏置电流。另外，偏置结构可以根据输入信号的功率来在一定程度上调节偏置电流， 从而有助于提高本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锗化硅双极－互补金属氧化物半导体ＡＢ类功率放大器，其特征在于该放大器包括：第一晶体管Ｑ１、第二晶体管Ｑ２、第三晶体管Ｑ３、第四晶体管Ｑ４、第五晶体管Ｑ５、第六晶体管Ｑ６、第七晶体管Ｑ７、第八晶体管Ｑ８、第一电感Ｌ１、第二电感Ｌ２、第三电感Ｌ３、第四电感Ｌ４、第一电阻Ｒ１、第二电阻Ｒ２、第三电阻Ｒ３、第四电阻Ｒ４、第五电阻Ｒ５、第六电阻Ｒ６、第一电容Ｃ１、第二电容Ｃ２、第三电容Ｃ３、第四电容Ｃ４、第五电容Ｃ５及第六电容Ｃ６，其连接方式为：第一晶体管Ｑ１的基极与第二电容Ｃ２相连，发射极与地线ＧＮＤ连接，集电极与第四电容Ｃ４连接；第二晶体管Ｑ２的基极与第四电容Ｃ４连接，发射极与地线ＧＮＤ连接，集电极与电容Ｃ６相连；第三晶体管Ｑ３的基极与电阻Ｒ２相连接，发射极与第五晶体管Ｑ５的集电极和基极连在一起，集电极与第一电阻Ｒ１连接；第四晶体管Ｑ４的基极与第二电阻Ｒ２和第一电阻Ｒ１连接，发射极与第三电阻Ｒ３和第三电容Ｃ３相连，集电极与２．５Ｖ电源Ｖ２５相连；第五晶体管Ｑ５基极与集电极连在一起并与第四晶体管Ｑ４发射极相连；第六晶体管Ｑ６的基极与电阻Ｒ５相连接，发射极与第八晶体管Ｑ８的集电极和基极连在一起，集电极与第四电阻Ｒ４连接；第七晶体管Ｑ７的基极与第五电阻Ｒ５和第四电阻Ｒ４连接，发射极与第六电阻Ｒ６和第五电容Ｃ５相连，集电极与电源Ｖ３３相连；第八晶体管Ｑ８基极与集电极连在一起并与第六晶体管Ｑ６发射极相连；第一电感Ｌ１一端接第一电容Ｃ１和第二电容Ｃ２，另一端接地线ＧＮＤ；第二电感Ｌ２跨接在电源Ｖ２５和第一晶体管Ｑ１的集电极之间；第三电感Ｌ３跨接在电源Ｖ３３端和第二晶体管Ｑ２的集电极之间；第四电感Ｌ４一端接在第六电容Ｃ６端，另一端接地线ＧＮＤ；第一电阻Ｒ１跨接在第三晶体管Ｑ３集电极和电源Ｖ２５之间；第二电阻Ｒ２跨接在第三晶体管Ｑ３基极和第四晶体管Ｑ４基极之间；第三电阻Ｒ３跨接在第四晶体管Ｑ４发射极和第一晶体管Ｑ１基极之间；第四电阻Ｒ４跨接在第六晶体管Ｑ６集电极和电源Ｖ３３之间；第五电阻跨接在第六晶体管Ｑ６基极和第七晶体管Ｑ７基极之间；第六电阻跨接在第七晶体管Ｑ７发射极和第二晶体管Ｑ２基极之间；第一电容Ｃ１跨接在输入端ＲＦＩＮ和第二电容Ｃ２之间；第二电容Ｃ２跨接在第一电容Ｃ１和第一晶体管Ｑ１基极之间；第三电容Ｃ３跨接在第四晶体管Ｑ４发射极和第一晶体管Ｑ１基极之间；第四电容Ｃ４跨接在第一晶体管Ｑ１集电极和第二级晶体管Ｑ２基极之间；...

【技术特征摘要】
一种锗化硅双极 互补金属氧化物半导体AB类功率放大器，其特征在于该放大器包括第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3、第四晶体管Q4、第五晶体管Q5、第六晶体管Q6、第七晶体管Q7、第八晶体管Q8、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第四电感L4、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5及第六电容C6，其连接方式为第一晶体管Q1的基极与第二电容C2相连，发射极与地线GND连接，集电极与第四电容C4连接；第二晶体管Q2的基极与第四电容C4连接，发射极与地线GND连接，集电极与电容C6相连；第三晶体管Q3的基极与电阻R2相连接，发射极与第五晶体管Q5的集电极和基极连在一起，集电极与第一电阻R1连接；第四晶体管Q4的基极与第二电阻R2和第一电阻R1连接，发射极与第三电阻R3和第三电容C3相连，集电极与2.5V电源V25相连；第五晶体管Q5基极与集电极连在一起并与第四晶体管Q4发射极相连；第六晶体管Q6的基极与电阻R5相连接，发射极与第八晶体管Q8的集电极和基极连在一起，集电极与第四电阻R4连接；第七晶体管Q7的基极与第五电阻R5和第四电阻R4连接，发射极与第六电阻R6和第五电容C5相连，集电极与电源...

【专利技术属性】
技术研发人员：张书霖，陈磊，赖宗声，苏杰，张伟，华林，刘盛富，阮颖，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]