[发明专利]一种高线性度高输出功率的功率放大器

说明书

一种高线性度高输出功率的功率放大器，采用堆叠式功率放大器，同时使用由PMOS管构成的电容补偿电路对NMOS管的非线性进行补偿，在设计过程中需要对MOS管的尺寸以及电阻值进行多次调整以达到期望的性能；利用堆叠结构实现高功率的功率放大器，在面积上和输出功率上都具有优势，本发明在堆叠结构中每个NMOS管的栅端都增加了一个PMOS管，以补偿NMOS管栅源电容对线性度的影响；该功率放大器同时具有高线性度以及高输出功率的特性，此电路结构无需复杂的辅助电路、电路结构简单易实现、芯片面积小、成本较低。

技术领域

本发明涉及无线通信功率放大器技术领域，尤其涉及互补型金属氧化物半导体(CMOS)射频功率放大器和集成电路领域的一种高线性度高输出功率的功率放大器。

背景技术

射频功率放大器是无线通信系统中不可缺少的重要模块，随着无线通信标准的不断演化，其对于射频功率放大器的线性度以及输出功率的要求不断提高。为了实现高功率输出的功率放大器，常采用的工艺是GaAs或GaN工艺，但是这种工艺的缺点是成本较高、产能不稳定。相比之下，CMOS工艺成本更低、更加适合大规模生产、技术也更为成熟。

针对提升功率放大器线性度的问题，传统的方法包括：前馈技术，预失真线性化技术，非线性器件的线性化技术（LINC）以及功率回退技术等[1]。 其中前馈技术由于其易受温度和器件老化的影响而导致漂移等问题，不利于高输出功率的射频功率放大器的设计；预失真线性化技术也会由于温度、直流电压变化、以及器件老化等问题到导致信号波形失真，而不能起到补偿作用；非线性器件的线性化技术所需的分离器电路很难实现，不仅存在功耗过大的问题，而且两路信号很难保持相位和幅度的同步；对于采用恒定包络调制的射频收发机系统而言，功率回退的方法可以获得系统所需的线性度，但这种方法会导致输出功率相应下降，不能同时保证功率放大器的输出功率和线性度。此外，以上方法均需要复杂的辅助电路，将会增加电路成本，带来更多可靠性的问题。

对于CMOS工艺的射频功率放大器，由于击穿电压较低等工艺条件的限制，难以实现片上的大功率输出[2]。针对此问题，目前常用的方法包括：功率级采用厚栅器件以及两管并联的方法，而这些方法都具有比较明显的缺点。功率级采用厚栅器件可以使功率放大器在更高电压下工作，从而实现高功率输出，但是此方法的工艺要求严格，实现难度大，成本较高，而且厚栅工艺与高速数字基带所使用的先进工艺难以兼容；两管并联的方式被国内外普遍使用，但此方法的缺点是芯片面积过大，两管并联还会降低整体电路结构的最优输出阻抗，增加输出级的设计难度，降低效率，并且用于合并多路输出的无源结构的功率损耗也使得并联的级数不可能无限制增加。

[1] Chengzhou Wang, “A Capacitance-Compensation Technique forImproved Linearity in CMOS Class-AB Power Amplifiers,” IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol.39, no.11, pp. 1927 - 1937, Nov. 2004。

[2] Youngmin Kim, Youngwoo Kwon, “Analysis and Design of Millimeter-Wave Power Amplifier Using Stacked-FET Structure,” IEEE Transactions onMicrowave Theory and Techniques, vol.63, no.2, pp. 691 - 702, Feb. 2015。

发明内容

为解决现有技术中存在的难题，本发明提出一种高线性度高输出功率的功率放大器，该功率放大器同时具有高线性度以及高输出功率的特性，此电路结构无需复杂的辅助电路、电路结构简单易实现、芯片面积小、成本较低。