[发明专利]射频功率放大器

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体集成电路，特别是涉及一种射频功率放大器。

背景技术

在无线通讯系统中，需要用到射频功率放大器对无线信号进行接收并进行功率放大。如图1所示，是现有两级射频功率放大器，包括：

第一级放大器，由NMOS管M101组成，NMOS管M101的源极接地，射频输入信号RFIN通过隔直电容C101输入到NMOS管M101的栅极，偏置电压AVDDVB1通过电感L1加到NMOS管M101的栅极，NMOS管M101的漏极通过扼流电感L2连接电源电压。

第二级放大器，由NMOS管M102组成，NMOS管M102的源极接地，NMOS管M102的栅极通过隔离电容C2和NMOS管M101的漏极连接，偏置电压AVDDVB2通过电感L3加到NMOS管M102的栅极，NMOS管M102的漏极通过扼流电感L4连接电源电压，NMOS管M102的漏极通过隔直电容C103后输出射频输出信号RFOUT。

如图1所示的现有两级射频功率放大器的两级放大器都采用NMOS器件实现，即采用CMOS工艺就能实现。随着CMOS工艺的进步，CMOS器件的高频性能得到了改善，这也使采用CMOS工艺实现的现有两级射频功率放大器的高频性能得到了改善。在无线通讯领域中，2.4GHz频段为各国共同的ISM(Industrial Scientific Medical)频段，因此无线局域网、蓝牙、ZigBee等无线网络均可工作在2.4GHz频段上。所以射频功率放大器在上述无线网络中应用时也要求能够在2.4GHz频段上能够保持良好的工作性能。

采用CMOS工艺实现的现有两级射频功率放大器的高频性能虽然得到了改善，但同时也给射频功率放大器带来了一些困难，如CMOS器件的氧化层击穿电压过低，电流驱动能力差，衬底耦合严重等。另外，片上无源器件性能差，尤其片上电感的Q值过低，严重影响了功率放大器性能，因此电感等元件往往采用片外方式，即现有CMOS工艺实现的射频功率放大器的无源器件如电感和有源器件如CMOS器件往往不能形成于同一芯片上，即不能实现整个射频功率放大器的全片集成。由于电感需要采用片外制造，故相对于所有组成部件都集成于同一芯片上的全片集成的射频功率放大器，现有射频功率放大器的成本会很高，应用也不方便。

除了如图1所示的现有CMOS工艺实现的射频功率放大器外，现有射频功率放大器还有采用砷化镓（GaAs）异质结双极型晶体管（HBT）来实现，GaAs HBT虽然性能较好，但是无法与硅（Si）工艺集成；在半导体制造领域中，只有硅基器件才能实现大规模的制造，而GaAs HBT由于无法实现也硅工艺的集成，故成本很高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种射频功率放大器，能提高电路的耐压、隔离度和带宽，能提高电路的电压摆幅和工作电流大小，能提高电路的增益和最大输出功率，能提高器件的频率性能，能实现全片集成从而提高集成度、降低成本并使应用简化。

为解决上述技术问题，本发明提供的射频功率放大器集成于同一芯片上，所述射频功率放大器包括：输入匹配网络、第一级放大电路、级间匹配网络、第二级放大电路、输出匹配网络、第二级偏置电路。

所述输入匹配网络连接于射频信号输入端和所述第一级放大电路的输入端之间；所述级间匹配网络连接于所述第一级放大电路的输出端和所述第二级放大电路的输入端之间；所述输出匹配网络连接于所述第二级放大电路的输出端和射频信号输出端之间。

所述第一级放大电路包括自偏置的共源共栅CMOS放大器，所述共源共栅CMOS放大器的输出端和电源电压之间连接有第一级扼流电感，所述共源共栅CMOS放大器的自偏置电路为所述共源共栅CMOS放大器的共栅CMOS放大器提供第一偏置电压。

所述第二级放大电路包括共射极连接的第一锗硅（SiGe）异质结双极型晶体管，所述第一锗硅异质结双极型晶体管的发射极接地，所述第一锗硅异质结双极型晶体管的集电极和电源电压之间连接有第二级扼流电感，所述第一锗硅异质结双极型晶体管的基极作为所述第二级放大电路的输入端，所述第一锗硅异质结双极型晶体管的集电极作为所述第二级放大电路的输出端。

所述第二级偏置电路为所述第二级放大电路提供第二偏置电压。