[发明专利]一种射频堆叠式功率放大器设计方法及系统

权利要求书

1.一种射频堆叠式功率放大器设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、对第一层晶体管进行负载牵引仿真，得到最优负载阻抗值Z_opt1；

S2、调节第二层晶体管的源输入阻抗Z_in2与步骤S1第一层晶体管的最优负载阻抗Z_opt,1相等，第一层晶体管工作在最佳状态；

S3、若选择的堆叠功放拓扑中的元件参数值不满足步骤S2中第一层晶体管和第二层晶体管之间的阻抗关系，对负载阻抗值进行调整，得到新的负载阻抗Z_opt,1＇，使第二层晶体管的源输入阻抗Z_in2与新负载阻抗Z_opt,1＇相等；

S4、当步骤S3中的新负载阻抗带来的功率损耗P_loss，1大于3dB，重新设计电路结构，直至确定第二层晶体管的设计值；

S5、对第一层晶体管和由步骤S4确定的第二层晶体管构成的结构进行整体负载牵引，使第三层晶体管的源输入阻抗Z_in3与第一层晶体管和第二层晶体管的最优负载阻抗Z_opt,2相等，确定第三层晶体管的设计值；若调节第一层晶体管和第二层晶体管组成的堆叠结构的负载阻抗值带来的功率损耗P_loss,2大于1.76dB，重新设计电路结构或堆叠结束；

S6、重复以上步骤，对步骤S4和步骤S5中确定的第一层晶体管M₁到第k层晶体管M_k构成前k层进行整体负载牵引，使第k+1层晶体管的源输入阻抗Z_in,k+1＝Z_op,t，若不能满足则进行相应的负载阻抗值调整，确定出第k+1层的设计值；若调整前k层堆叠结构负载阻抗值后的功率损耗P_loss,k大于堆叠结束；

S7、在步骤S4、S5和S6确定堆叠结构的设计参数值后，根据稳定性、带宽性能的要求对设计参数进行微调，加入输入匹配网络和输出匹配网络，完成整个功放设计。

2.根据权利要求1所述的射频堆叠式功率放大器设计方法，其特征在于，步骤S2至S6中，源输入阻抗Z_ink具体为：

S201、对第一层晶体管M1进行高频小信号建模，在漏端根据KCL得到漏源电压V_ds关于栅源电压V_gs的关系式；

S202、对第k层晶体管M_k进行高频小信号建模，k≠1，通过在栅极、源极和漏极三个节点列出三个KCL的方程给出Z_in的表达式，带入步骤S201中得到的第一层V_ds与V_gs的关系式，得到源输入阻抗Z_in,k。

3.根据权利要求2所述的射频堆叠式功率放大器设计方法，其特征在于，步骤S201中，漏端根据KCL得到漏源电压V_ds关于栅源电压V_gs的关系如下：

其中，j为虚数单位，ω为角频率，C_gd为MOS管的栅漏之间电容，g_m为MOS管的跨导，r_o为MOS管的等效输出电阻，Z_L1为M1的漏端负载阻抗，C_ds为漏源之间电容。

4.根据权利要求2所述的射频堆叠式功率放大器设计方法，其特征在于，步骤S202中，源输入阻抗Z_in,k为：

其中，j为虚数单位，ω为角频率，C_gd为MOS管的栅漏之间电容，C_k为第k层晶体管栅极对地电容，C_ds为漏源之间电容，C_gs为栅源之间电容，g_m为MOS管的跨导，r_o为MOS管的等效输出电阻，Z_L1为M1的漏端负载阻抗。