【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及集成电路设计领域，特别是涉及一种主放大电路及射频功率放大器。
技术介绍
1、随着5g和6g通信技术的发展，越来越多的信号频段需要共存，对应半导体芯片的集成密度也越来越高，过多的集成模块带来了芯片散热、可靠性、寿命、成本等诸多问题。显然基于目前的半导体工艺并能够有效解决这些挑战的唯一办法就是尽量增加集成模块的功效、性能(线性度)、以及集成度。
2、射频功率放大器(功放)是射频芯片中的关键模块，其功耗占据了整个射频芯片的近半(40～50％)。如图1所示，功放2的主要功能是将变频器1提供的射频信号放大，再经过巴伦3驱动天线4，以向空间发射无线信号；理想的功放应该是将其输入端的信号以最小的片上功率损耗无失真地放大并传输到天线上。因此，提高功放的功率效率、线性度、集成度等成为发展的关键；此外，因为信号的传输距离与功率大小相关，在满足线性度的前提下追求尽量大的功放输出功率也是发展的关键因素。
3、如图2所示为一种集成射频功率放大器2，由两级放大器组成，其中，第一级为预放大器2a，主要功能是对信号进行初步放大并且隔离功放输入端与主放大器；第二级为主放大器2c，对信号的放大和增强主要由这一级实现，因此主放大器2c决定了整个功放的功效、线性度及输出功率的大小。预放大器2a与主放大器2c之间还设置有匹配电路2b，用于实现阻抗匹配。一般预放大器2a的结构与主放大器2c的结构类似或者一致。主放大器2c中晶体管m1和m2组成差分对，形成主放大管；为了取得高输出功率，主放大器2c的电源电压vdd一般要远高于基本晶体管m
4、无论是晶体管m1和m2还是晶体管m3和m4都有很强的大信号非线性特性，需要添加晶体管m5和m6来补偿部分非线性，晶体管m5和m6的添加无疑增加了二级之间的容性负载，进而减小了功率效率。而晶体管m5和m6只能补偿晶体管m1和m2中的电容非线性，其他的非线性则依赖差分对m3和m4的推挽特性部分抵消，因此，相当部分的非线性将会抵达负载rl，功放2的线性度比较差；此外，如图3所示，由于信号失真而造成的主放大器2c输出端的非零电流id及非零电压vout同时出现的时间变长，并带来额外功耗，进一步限制了整个功放的功率效率。
5、另外，随着输出功率的增加，在输出阻抗失配的情况下，晶体管m3和m4将会承受更高的电压，导致晶体管m3和m4存在损坏的风险，因此，又必须引入输出失配驻波比(vswr)保护电路(图中未显示)，这无疑又会增加电路的成本。
6、综上，图2的射频功率放大器2存在以下问题：1)高压晶体管m3和m4限制了功放能够取得的功率效率，晶体管m3和m4(与基本晶体管m1和m2相比)不仅跨导增益更小，而且本身带有更大的容性寄生参数，从而自身将消耗更多的功耗。2)大信号非线性特性的补偿不够充分，添加的补偿电路(晶体管m5和m6)本身也消耗功率，因此不仅不能够取得更高的功率效率而且也很难进一步提高线性度。3)由于普通cmos工艺中的晶体管的跨导增益普遍较低，仅靠简单差分式推挽放大对负载的驱动力不够强，这样就会造成输出的非零电压和非零电流重叠面积增加，进而进一步限制了功放的功率效率。4)晶体管m3和m4要承受的电压最大可达到电源电压vdd的2倍，现有技术中对进一步增加电源电压vdd显得力不从心。5)需要添加输出失配驻波比保护电路，额外增加电路成本。因此，如何在提高功放的功率效率、线性度、集成度和输出功率的同时减小成本，已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。
7、应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的
技术介绍
部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。
技术实现思路
1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种主放大电路及射频功率放大器，用于解决现有技术中射频功率放大器高功率效率、高性能、高集成度、高输出功率和低成本不能兼顾的问题。
2、为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种主放大电路，应用于射频功率放大器，所述主放大电路至少包括：
3、2个p管放大模块及2个n管放大模块，所述p管放大模块包括k个pmos管堆叠构成的共源共栅结构，所述nmos管放大模块包括k个nmos管堆叠构成的共源共栅结构，k为大于等于3且小于等于5的自然数；
4、第一p管放大模块与第一n管放大模块依次串联在电源电压和地之间；所述第一p管放大模块及所述第一n管放大模块的主放大管的栅极连接所述主放大电路的正相输入端，所述第一p管放大模块与所述第一n管放大模块的连接节点连接所述主放大电路的反相输出端；
5、第二p管放大模块与第二n管放大模块依次串联在电源电压和地之间；所述第二p管放大模块及所述第二n管放大模块的主放大管的栅极连接所述主放大电路的反相输入端；所述第二p管放大模块与所述第二n管放大模块的连接节点连接所述主放大电路的正相输出端；
6、所述p管放大模块及所述n管放大模块中各晶体管的栅极连接对应偏置电压。
7、可选地，所述p管放大模块与所述n管放大模块中各主放大管的偏置电压由同一偏置电流产生。
8、可选地，各p管放大模块及各n管放大模块中靠近所述主放大电路输出端的晶体管的栅极分别连接一rc模块，各rc模块均包括第一电阻及第一电容，所述第一电阻连接在靠近所述主放大电路输出端的晶体管的栅极和漏极之间，所述第一电容的一端连接靠近所述主放大电路输出端的晶体管的栅极，其中，连接于所述p管放大模块的各第一电容的另一端连接电源电压；连接于所述n管放大模块的各第一电容的另一端接地。
9、可选地，各p管放大模块及各n管放大模块的中间级晶体管的栅极接收对应偏置电压，并分别连接一栅极电容，其中，连接于所述p管放大模块的栅极电容的另一端连接电源电压；连接于所述n管放大模块的栅极电容的另一端接地。
10、更可选地，k设定为3。
11、更可选地，所述电源电压为3v～3.5v。
12、更可选地，各主放大管的栅极还分别通过一输入电容连接所述主放大电路的对应输入端。
13、为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术还提供一种射频功率放大器，所述射频功率放大器至少包括：
14、预放大电路、第一阻抗匹配电路、第二阻抗匹配电路及上述主放大电路；
15、所述预放大电路的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种主放大电路，应用于射频功率放大器，其特征在于，所述主放大电路至少包括：
2.根据权利要求1所述的主放大电路，其特征在于：所述P管放大模块与所述N管放大模块中各主放大管的偏置电压由同一偏置电流产生。
3.根据权利要求1所述的主放大电路，其特征在于：各P管放大模块及各N管放大模块中靠近所述主放大电路输出端的晶体管的栅极分别连接一RC模块，各RC模块均包括第一电阻及第一电容，所述第一电阻连接在靠近所述主放大电路输出端的晶体管的栅极和漏极之间，所述第一电容的一端连接靠近所述主放大电路输出端的晶体管的栅极，其中，连接于所述P管放大模块的各第一电容的另一端连接电源电压；连接于所述N管放大模块的各第一电容的另一端接地。
4.根据权利要求1所述的主放大电路，其特征在于：各P管放大模块及各N管放大模块的中间级晶体管的栅极接收对应偏置电压，并分别连接一栅极电容，其中，连接于所述P管放大模块的栅极电容的另一端连接电源电压；连接于所述N管放大模块的栅极电容的另一端接地。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的主放大电路，其特征在于：K设定为3。>
6.根据权利要求5所述的主放大电路，其特征在于：所述电源电压为3V～3.5V。
7.根据权利要求1所述的主放大电路，其特征在于：各主放大管的栅极还分别通过一输入电容连接所述主放大电路的对应输入端。
8.一种射频功率放大器，其特征在于，所述射频功率放大器包括：
9.根据权利要求8所述的射频功率放大器，其特征在于：所述预放大电路包括第一PMOS差分放大模块及第一NMOS差分放大模块；
10.根据权利要求9所述的射频功率放大器，其特征在于：所述第一PMOS差分放大模块及所述第一NMOS差分放大模块中输入级晶体管的栅极还分别通过一输入电容连接所述预放大电路的对应输入端。
11.根据权利要求8所述的射频功率放大器，其特征在于：所述预放大电路包括第一共源共栅模块及第二共源共栅模块，所述第一共源共栅模块的输入端连接所述预放大电路的正相输入端，输出端连接所述预放大电路的反相输出端；所述第二共源共栅模块的输入端连接所述预放大电路的反相输入端，输出端连接所述预放大电路的正相输出端。
12.根据权利要求8所述的射频功率放大器，其特征在于：所述射频功率放大器还包括输入缓冲电路、第三阻抗匹配电路及第四阻抗匹配电路；
13.根据权利要求12所述的射频功率放大器，其特征在于：所述输入缓冲电路包括电流源、第二PMOS差分放大模块及第二NMOS差分放大模块；
14.根据权利要求13所述的射频功率放大器，其特征在于：所述第二PMOS差分放大模块与所述电流源的连接节点处还连接有一接地电容。
15.根据权利要求8-14任意一项所述的射频功率放大器，其特征在于：各阻抗匹配电路为电感变压器。
...【技术特征摘要】
1.一种主放大电路，应用于射频功率放大器，其特征在于，所述主放大电路至少包括：
2.根据权利要求1所述的主放大电路，其特征在于：所述p管放大模块与所述n管放大模块中各主放大管的偏置电压由同一偏置电流产生。
3.根据权利要求1所述的主放大电路，其特征在于：各p管放大模块及各n管放大模块中靠近所述主放大电路输出端的晶体管的栅极分别连接一rc模块，各rc模块均包括第一电阻及第一电容，所述第一电阻连接在靠近所述主放大电路输出端的晶体管的栅极和漏极之间，所述第一电容的一端连接靠近所述主放大电路输出端的晶体管的栅极，其中，连接于所述p管放大模块的各第一电容的另一端连接电源电压；连接于所述n管放大模块的各第一电容的另一端接地。
4.根据权利要求1所述的主放大电路，其特征在于：各p管放大模块及各n管放大模块的中间级晶体管的栅极接收对应偏置电压，并分别连接一栅极电容，其中，连接于所述p管放大模块的栅极电容的另一端连接电源电压；连接于所述n管放大模块的栅极电容的另一端接地。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的主放大电路，其特征在于：k设定为3。
6.根据权利要求5所述的主放大电路，其特征在于：所述电源电压为3v～3.5v。
7.根据权利要求1所述的主放大电路，其特征在于：各主放大管的栅极还分别通过一输入电容连接所述主放大电路的对应输入端。
8.一种射频功率...
【专利技术属性】
技术研发人员：古强，
申请(专利权)人：上海物骐微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：
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