一种线性化设计的功率放大器

摘要

本发明公开了一种线性化设计的功率放大器，包括：输入及匹配模块，用于对输入的射频信号进行阻抗匹配并隔直；层叠功率放大模块，用于在偏置电压的控制下对匹配后的射频信号进行功率放大，并在线性度提升模块的影响下提高功率放大器的线性度；输出及匹配模块，用于对所述层叠功率放大模块的输出射频信号进行阻抗匹配并隔直；固定偏置模块，用于在参考电流Iref的控制下给所述层叠功率放大模块的共源NMOS功率放大管、多级共栅NMOS功率放大管设置偏置电压；线性度提升模块，用于将从所述输入及匹配模块获得的采样信号放大后馈入至所述层叠功率放大模块的级间。

说明书

技术领域

本发明涉及一种功率放大器，特别是涉及一种线性化设计的功率放大器。

背景技术

功率放大器(PowerAmplifier，PA)作为射频前端发射链路关键器件，其线性度影响着通信速率与质量。为了提高通信速率，5G通信采用64-QAM调制技术，更精细的调制技术为保证通信质量EVM的要求需要更高的ACPR及信号放大线性分辨能力，因此功放需要进行低失真线性化设计。

图1为现有技术中一种层叠式功率放大器的电路结构图。如图1所示，现有层叠式功率放大器，包括输入及匹配模块10、层叠功率放大模块20、输出及匹配模块30和固定偏置模块40。其中，输入及匹配模块10由输入匹配电感Lin和输入隔直匹配电容Cin组成，用于完成输入匹配并隔直；层叠功率放大模块20由共源NMOS功率放大管M

射频信号RFin连接至输入匹配电感Lin和输入隔直匹配电容Cin的公共端，输入匹配电感Lin的另一端接射频地RF GND，输入隔直匹配电容Cin的另一端连接至共源NMOS功率放大管M

NMOS偏置管M

虽然该固定偏置的功率放大器采用4-FET层叠结构可以提高输出功率，但由于功率放大器为保证高功率输出时层叠共栅管栅氧及源漏击穿可靠性，共栅管栅极对地电容一般为优化设计的有限值，使得共栅管栅极射频信号为一优化合适幅度，从而降低源漏电压增益，降低栅氧及源漏高功率击穿风险。相比小信号放大电路共栅管栅极对地电容可以无限大，使得共栅管栅极射频信号为0，功率放大器层叠设计共栅管栅极对地电容有限，非0的栅极射频信号幅度，因跨导非线性会引入三阶交调失真IM3。

发明内容

为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种线性化设计的功率放大器，通过采用三阶跨导补偿单元，提高一阶跨导、降低三阶跨导，综合改善三阶交调失真IM3，提高功放线性度。

为达上述及其它目的，本发明提出一种线性化设计的功率放大器，包括：

输入及匹配模块，用于对输入的射频信号进行阻抗匹配并隔直；

层叠功率放大模块，用于在偏置电压的控制下对匹配后的射频信号进行功率放大，并在线性度提升模块的影响下提高功率放大器的线性度；

输出及匹配模块，用于对所述层叠功率放大模块的输出射频信号进行阻抗匹配并隔直；

固定偏置模块，用于在参考电流Iref的控制下给所述层叠功率放大模块的共源NMOS功率放大管、多级共栅NMOS功率放大管设置偏置电压；

线性度提升模块，用于将从所述输入及匹配模块获得的采样信号放大且产生线性化三阶跨导补偿后馈入至所述层叠功率放大模块的级间。

优选地，所述线性度提升模块将放大后的采样信号馈入至所述层叠功率放大模块的第三级输入端。

优选地，所述线性度提升模块包括采样隔直电容(C

优选地，所述采样隔直电容(C

优选地，所述线性度提升模块通过利用MOS管的三阶跨导N及P互补对称特性及正负峰值特性,通过控制NMOS采样功率放大管(N

优选地，所述层叠功率放大模块包括共源NMOS功率放大管(M

优选地，所述第二共栅NMOS功率放大管(M

优选地，在所述线性度提升模块的电源与所述PMOS采样功率放大管(P

优选地，在所述线性度提升模块的NMOS采样功率放大管(N

优选地，在所述第二共栅NMOS功率放大管(M

与现有技术相比，本发明揭示一种线性化设计的功率放大器，通过采用三阶跨导补偿单元，提高一阶跨导、降低三阶跨导，综合改善三阶交调失真IM3，提高功放线性度。

附图说明

图1为现有技术中一种层叠式功率放大器的电路结构图；

图2为本发明一种线性化设计的功率放大器之一实施例的电路结构图；

图3为本发明一种线性化设计的功率放大器之另一实施例的电路结构图；

图4为本发明与现有技术的仿真结果对比图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。

图2为本发明一种线性化设计的功率放大器之一实施例的电路结构图。如图2所示，本发明一种线性化设计的功率放大器，包括输入及匹配模块10、层叠功率放大模块20、输出及匹配模块30、固定偏置模块40和线性度提升模块50。

其中，输入及匹配模块10由输入匹配电感Lin和输入隔直匹配电容Cin组成，用于对输入的射频信号进行阻抗匹配并隔直；层叠功率放大模块20由共源NMOS功率放大管M

具体地，射频信号RFin连接至输入匹配电感Lin和输入隔直匹配电容Cin的公共端，输入匹配电感Lin的另一端接射频地RF GND，输入隔直匹配电容Cin的另一端连接至共源NMOS功率放大管M

NMOS采样功率放大管N

共源NMOS功率放大管M

NMOS偏置管M

可见，本发明线性度提升模块50通过采用三阶跨导补偿，利用MOS管的三阶跨导N及P互补对称特性及正负峰值特性，通过控制NMOS采样功率放大管N

图3为本发明一种线性化设计的功率放大器之另一实施例的电路结构图。本实施例中，线性度提升模块50的电源Vb与PMOS采样功率放大管P

较佳地，在共栅NMOS功率放大管M

图4为本发明与现有技术的仿真对比图。通过图4的仿真对比:可见本发明通过采用三阶跨导线性度优化技术，可以有效改善三阶交调失真IM3，最大IM3改善约6dB。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。