[发明专利]一种SiGe BiCMOS射频功率放大器

说明书

技术领域

本发明涉及CMOS射频集成电路设计的技术领域，特别是涉及一种基于锗硅双极性-互补氧化物晶体管工艺(简称“SiGe BiCMOS”)的射频功率放大器。

背景技术

近年来，随着无线局域网(Wireless Local Area Network，简称“WLAN”)范围的短距离无线通信技术标准的迅速发展，灵活性、方便性、传输速率快的便携式设备越来越受到人们的青睐。2.4GHz是全世界公开通用的无线ISM(Industry Science Medicine)频段，在2.4GHz频段下工作可以获得更大的使用范围和更强的抗干扰能力。ZigBee/IEEE 802.15.4、Wi-Fi/IEEE 802.11b、蓝牙(Bluetooth)/IEEE 802.15.1、无线USB(Wireless USB)的标准都是工作在2.4GHz频段上，随着产品向高端化发展，越来越多的2.4GHz无线外设开始在市场里销售。近年来，在射频集成电路领域，基于CMOS工艺的全片集成芯片射频收发机得到了广泛的应用。然而，发射机系统中的一个关键模块是射频功率放大器，射频功率放大器的功耗在发射机的总功耗中占有很大的比例，因此实现高输出功率、高效率、高集成线性化的射频功率放大器显得尤为重要。但对于射频功率放大器而言，特征尺寸的减小，使得晶体管的耐压能力也急剧下降，使得采用先进的CMOS工艺实现集成化功率放大器面临着低击穿电压、低功率增益以及大衬底的压力和挑战。所以亟需一种新的工艺或方法来实现射频功率放大器的高线性度和高输出功率。

由于射频功率放大器电路工作在高频大信号状态，所以，在工艺选择上普遍采用III/V族化合物(如InP、GaAs MESFET等)，但使用这些工艺制造的电路成本较高。射频功率放大器的工作状态主要由功率、效率、失真、稳定性、可靠性及放大信号的特性等要求来确定，根据工作状态可分为A类、B类、AB类、C类、D类、E类和F类等。其中A类、B类、AB类、C类的射频功率放大器的主要差别在于偏置情况不同，上述类型的射频功率放大器的导通角比较大，其以较低的效率来换取了高线性度。而D类、E类、F类的射频功率放大器为非线性功放，通过工作在非线性区来优化效率和输出功率，这种射频功率放大器通常被称作“开关模式”的射频功率放大器。

目前使用最普遍、最典型的射频功率放大器如图1所示。图中电感BFL把直流功率送入到晶体管T的集电极，假设电感BFL很大，足以使通过它的电流基本保持不变。集电极通过电容BFC连至一个振荡回路以防止负载中有任何直流功耗。电感L和电容C构成输出端并联谐振滤波器，削减了由非线性引起的带外的发射功率，晶体管T的输出电容可被纳入振荡回路，电阻R和电感L为下级天线的等效阻抗。这种传统结构的功率放大器可以提供滤波功能，有效避免了由非线性引起的频带外的发射信号。因为集成电路的电感品质因子Q的值比较小，所以很有可能会带来一定的损耗，这对于便携式设备来讲，是不可取的。由于电容BFC能够吸收晶体管T的输出电容，则可以很好的实现电路的匹配。但是，通过观察现有的便携式产品，可以发现通过典型的射频功率放大器实现的大部分外设都是基于窄带工作的，所以亟需一种基于宽带工作的射频功率放大器来满足便携式产品的需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种SiGe BiCMOS射频功率放大器，能够实现高线性度和较高的输出功率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种SiGe BiCMOS射频功率放大器，包括一级预放大晶体管、二级功率放大晶体管、一级偏置电路、二级偏置电路、输入匹配网络和阻抗变换网络，所述的输入匹配网络的输出端和一级偏置电路的输出端分别与所述的一级预放大晶体管的基极相连；所述的一级预放大晶体管的集电极与基极之间连有相互串联的电阻和电容，所述的电阻和电容组成所述的一级预放大晶体管的反馈电路；所述的一级预放大晶体管的发射极接地，集电极通过一个电感与电源相连；所述的一级预放大晶体管的集电极通过耦合电容与所述的二级功率放大晶体管的基极相互连接；所述的二级偏置电路的输出端与所述的二级功率放大晶体管的基极相连；所述的二级功率放大晶体管的发射极接地，集电极通过一个电感与所述的电源相连；所述的二级功率放大晶体管的集电极还连接有阻抗变换网络；所述的输入匹配网络的输入端作为所述的SiGe BiCMOS射频功率放大器的射频输入端，所述的阻抗变换网络的输出端作为所述的SiGe BiCMOS射频功率放大器的射频输出端；所述的一级预放大晶体管为标准SiGe晶体管；所述的二级功率放大晶体管为高压SiGe晶体管。