[发明专利]基于共模反馈的可变增益自适应偏置功率放大器

说明书

技术领域

本发明涉及了一种功率放大器，尤其是一种基于共模反馈的可变增益自适应偏置功率放大器，属于半导体集成电路设计领域。

背景技术

随着无线通信和IC产业不断的发展，单片集成射频和基带算法的SOC系统由于集成度高，面积小，成本低等优势越来越受到整机设计厂商的欢迎。在SOC系统设计中，随着CMOS工艺特征尺寸的不断减小其在面积和成本上的优势越来越明显。基于CMOS工艺的SOC系统已经成为各个IC设计公司的核心竞争力所在。然而基于CMOS工艺的片上PA设计由于CMOS工艺本身特性的限制（电源电压、非线性、寄生电容、衬底耦合和损耗等）成为SOC系统的瓶颈所在。

为了实现带宽的有效利用和大数据率的通信，现代无线通信系统采用了各种复杂的调制方式，调制方式的不同，对PA性能要求也不同。从射频设计角度看，调制方式大概可分为恒包络调制和变包络调制。变包络调制方式包括8/16/32/64-QAM、QPSK、OQPSK等。由于变包络调制方式包络中携带信息，所以需要线性度较高的A类PA对其进行放大。但是A类放大器往往转换效率低，而且在3.3V电源电压情况下CMOS工艺需要实现10dBm以上的功率输出很难保证高线性度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供了一种基于共模反馈的可变增益自适应偏置功率放大器，根据高带宽可变增益放大器将包络检测值叠加在直流偏置上的方法，该可变增益放大器不但可以用来实现直流偏置与包络信号的叠加，同时还可以用来调节包络信号的大小，实现PA线性度更有效的补偿。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种基于共模反馈的可变增益自适应偏置功率放大器，包括RF输入信号，还包括包络检测模块、偏置电压控制模块、运放模块和信号输出模块，所述包络检测模块的输入端与RF输入信号相连接，输出端与运放模块相连接；所述偏置电压控制模块与所述运放模块相连接；所述信号输出模块的输入端与运放模块和RF输入信号相连接，输出端连接PA输入端。

前述的基于共模反馈的可变增益自适应偏置功率放大器，其特征在于：所述运放模块包括运算放大器OP1，所述包络检测模块通过第一可变电阻R1与运算放大器OP1的同相输入端相连接，同相输入端与反向输出端之间连接有第二可变电阻R2；直流电源Vdc通过第三可变电阻R3与运算放大器OP1的反向输入端相连接，同相输出端与反向输入端之间连接有第四可变电阻R4。

前述的基于共模反馈的可变增益自适应偏置功率放大器，其特征在于：所述包络检测电路包括两个MOS管，所述两个MOS管的漏极均连接直流电压VDD，栅极均连接本振信号，源极均连接第一恒流源后接地；两个MOS管的源极连接RC滤波电路后与所述运放模块相连接。

前述的基于共模反馈的可变增益自适应偏置功率放大器，其特征在于：所述偏置电压控制模块包括第三MOS管，所述第三MOS管的漏极和栅极连接第二恒流源，源极接地，栅极与所述运放模块相连接，源极与栅极之间连接有第一电容C1。

前述的基于共模反馈的可变增益自适应偏置功率放大器，其特征在于：所述输出模块包括第二MOS管，所述第二MOS管的栅极连接RF输入信号和运放模块的输出端，源极接地，漏极连接PA输入端。

本发明的有益效果如下： 

1、偏置电压随输入信号包络的增大而增加；

2、在相同输出功率的基础上，采用动态偏置方法得到的线性度明显优于固定偏置；

3、与相同增益压缩点的固定偏置相比，动态偏置只有部分时间偏置在最高电流值，可以降低PA功耗，提高其效率；

4、由于采用了动态偏置，PA低输出能量情况下的电流消耗明显低于高输出能量情况下的电流消耗。

附图说明

图1是本发明基于共模反馈的可变增益自适应偏置电路示意图；

图2是本发明包络检测模块电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，一种基于共模反馈的可变增益自适应偏置功率放大器，包括RF输入信号Vrf_in、包络检测模块、偏置电压控制模块1、运放模块2和信号输出模块3，所述包络检测模块的输入端与RF输入Vrf_in信号相连接，输出端与运放模块2相连接；所述偏置电压控制模块3与所述运放模块2相连接；所述信号输出模块3的输入端与运放模块2和RF输入信号Vrf_in相连接，输出端连接PA输入端。