一种偏置节点自适应的高线性包络跟踪功率放大器制造技术

本发明专利技术提出了一种偏置节点自适应的高线性包络跟踪功率放大器，包括驱动共源共栅级及其共栅级自偏置电路、输出共源共栅级及其共栅级自偏置电路和两级共源级自适应偏置电路。相比传统的固定栅偏置包络跟踪功率放大器和线性功率放大器，本发明专利技术能够抵消包络跟踪功率放大器变化的电源电压产生的增益变化以及改善AB类功率放大器本身存在的增益压缩特性，消除部分AM‑AM失真，使整个包络跟踪功率放大器的线性度和稳定性得到了极大的提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及功率放大器结构的
，尤其涉及一种偏置节点自适应的高线性包络跟踪功率放大器。
技术介绍
当代无线通信系统为了提高频谱效率，采用更为复杂的调制方式如OFDM、QAM等，并随着数据传输速率的增加，功率峰均比(PAPR)变得更大，这对功率放大器的线性度提出了更高的要求。最简单的方式是使功率放大器工作在功率回退处，但此时功率放大器的效率大幅降低。为了提高功率回退处的效率，许多效率增强技术如包络跟踪(ET)、包络消除和恢复(EER)、Doherty负载调制、非线性元件线性放大(LINC)、Outphasing等被长时间研究，其中包络跟踪技术是较常用的一种方法。包络跟踪功率放大器的电源电压跟随输出功率的变化而变化，当输出功率减小时，包络跟踪功率放大器的电源电压也减小，从而减小总功耗，使功放管始终工作于饱和状态，提高功率回退处的效率。然而，正是由于包络跟踪功率放大器的电源电压是变化的，引起较大的增益变化；以及考虑到线性度和效率的折衷，功率放大器大多工作于AB类，其本身存在增益压缩的特性。为了提高功率放大器的增益，主功率级采用A+AB类两级级联的方式。综上所述，简单的包络跟踪功率放大器会引起较大的AM-AM失真。包络跟踪功率放大器的电源电压是变化的，对于固定的输出共栅级的栅极偏置，较小的电源电压使得输出共栅管处于线性区，从而产生较大的失真；同理，由于驱动共栅级的漏极的电压变化较大，对于固定的栅偏置可能会使得驱动共栅管处于线性区，从而产生较大的失真。
技术实现思路
专利技术目的：为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种偏置节点自适应的高线性包络跟踪功率放大器，采用所有偏置节点跟随输入功率变化的两级级联的主功率级，具有高线性和高效率的特点。技术方案：本专利技术提出的技术方案为：一种偏置节点自适应的高线性包络跟踪功率放大器，设有单端射频输入信号RFIN，单端射频输入信号RFIN经单转双的巴伦产生差分输入信号RFIN+、RFIN-，处理后的差分输出信号经双转单的巴伦产生单端输出信 号RFOUT，还设有正输入端RFIN+和负输入端RFIN-，通过正输入端RFIN+和负输入端RFIN-接收射频输入功率；还包括驱动共源共栅级及其共栅级自偏置电路、输出共源共栅级及其共栅级自偏置电路和两级共源级自适应偏置电路，输出共源共栅级及其共栅级自偏置电路设有双转单的巴伦和输出级RC串联负反馈电路，射频输入功率经驱动共源共栅级及其共栅级自偏置电路和输出共源共栅级及其共栅级自偏置电路放大、然后经双转单的巴伦输出单端输出信号RFOUT；所述两级共源级自适应偏置电路采用栅极自适应偏置方式，使两级共源级自适应偏置电路的共源管的栅极偏置电压跟随输入功率的变化而变化，表现出增益扩展特性；所述驱动共源共栅级及其共栅级自偏置电路、输出共源共栅级及其共栅级自偏置电路均采用采用栅极自偏置方式，其栅极电压跟随漏极电压的变化而变化，使共栅管在不同的电源电压下始终工作在饱和区；输出级RC串联负反馈电路用于提高整体电路线性度和稳定性。作为优选，所述偏置节点自适应的高线性包络跟踪功率放大器设有第一偏置电压输入端Vbias1和第二偏置电压输入端Vbias2，用于接收外接电路输入的固定偏置电压；驱动共源共栅级及其共栅级自偏置电路设有正输出端OP1和负输出端ON1，两级共源级自适应偏置电路设有输出端Vcs0和输出端Vcs1；其中，驱动共源共栅级及其共栅级自偏置电路包括第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2、第三NMOS管MN3、第四NMOS管MN4、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电感L1和第二电感L2，其中，所述第一NMOS管MN1和第二NMOS管MN2的尺寸相同，第三NMOS管MN3和第四NMOS管MN4的尺寸相同，第三NMOS管MN3和第四NMOS管MN4的尺寸是第一NMOS管MN1和第二NMOS管MN2的1.5倍；所述第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2、第一电容C1、第二电容C2、第一电阻R1和第二电阻R2构成驱动共源级，第一NMOS管MN1的栅极、第一电阻R1的负端和第一电容C1的下极板相连接；第二NMOS管MN2的栅极、第二电阻R2的负端和第二电容C2的下极板相连接；第一NMOS管MN1的漏极与第三NMOS管MN3的源极相连接；第二NMOS管MN2的漏极与第四NMOS管MN4的源极相连接；第一NMOS管MN1和第二NMOS管MN2的源极相连，其连接点连接到地；所述第三NMOS管MN3、第四NMOS管MN4、第三电容C3、第四电容C4、第 三电阻R3、第四电阻R4、第一电感L1和第二电感L2构成驱动共栅级及其共栅级自偏置电路，第三NMOS管MN3的栅极、第三电阻R3的负端和第三电容C3的下极板相连接；第四NMOS管MN4的栅极、第四电阻R4的负端和第四电容C4的下极板相连接；第三电容C3和第四电容C4的上极板相连接，其连接点连接到地；第三NMOS管MN3的漏极、第三电阻R3的正端和第一电感L1的负端相连接，其连接点作为驱动共源共栅级及其共栅级自偏置电路的负输出端ON1；第四NMOS管MN4的漏极、第四电阻R4的正端和第二电感L2的负端相连接，其连接点作为驱动共源共栅级及其共栅级自偏置电路的正输出端OP1；第一电感L1和第二电感L2的正端相连，其连接点连接到电源；所述第一电阻R1和第二R2的正端电压作为驱动共源级的栅极偏置电压，其连接点连接到两级共源级自适应偏置电路的输出端Vcs0；第一电容C1的上极板作为偏置节点自适应的高线性包络跟踪功率放大器的正输入端RFIN+；第二电容C2的上极板作为偏置节点自适应的高线性包络跟踪功率放大器的负输入端RFIN-。作为优选，所述偏置节点自适应的高线性包络跟踪功率放大器设有第一偏置电压输入端Vbias1和第二偏置电压输入端Vbias2，用于接收外接电路输入的固定偏置电压；驱动共源共栅级及其共栅级自偏置电路设有正输出端OP1和负输出端ON1，两级共源级自适应偏置电路设有输出端Vcs0和输出端Vcs1；其中，输出共源共栅级及其共栅级自偏置电路包括第五NMOS管MN5、第六NMOS管MN6、第七NMOS管MN7、第八NMOS管MN8、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9和双转单的巴伦，其中，所述第五NMOS管MN5和第六NMOS管MN6的尺寸相同，第七NMOS管MN7和第八NMOS管MN8的尺寸相同，第七NMOS管MN7和第八NMOS管MN8的尺寸是第五NMOS管MN5和第六NMOS管MN6的1.5倍，双转单的巴伦包括平衡端、非平衡端和公共端，平衡端设有负极和正极两个端子；所述第五NMOS管MN5、第六NMOS管MN6、第五电容C5、第六电容C6、第五电阻R5、第六电阻R6构成输出共源级，第五NMOS管MN5的栅极、第五电阻R5的负端、第五电容C5的下极板和第七电容C7的下极板相连接；第六NMOS管MN6的栅极、第六电阻R6的负端、第六电容C6的下极板和第八电容C8的下极板相连接； 第五NMOS管MN5的漏极和第七NMOS管MN7的源极本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种偏置节点自适应的高线性包络跟踪功率放大器，设有单端射频输入信号RFIN，单端射频输入信号RFIN经单转双的巴伦产生差分输入信号RFIN+、RFIN‑，处理后的差分输出信号经双转单的巴伦产生单端输出信号RFOUT，还设有正输入端RFIN+和负输入端RFIN‑，通过正输入端RFIN+和负输入端RFIN‑接收射频输入功率，其特征在于：包括驱动共源共栅级及其共栅级自偏置电路、输出共源共栅级及其共栅级自偏置电路和两级共源级自适应偏置电路，输出共源共栅级及其共栅级自偏置电路设有双转单的巴伦和输出级RC串联负反馈电路，射频输入功率经驱动共源共栅级及其共栅级自偏置电路和输出共源共栅级及其共栅级自偏置电路放大、然后经双转单的巴伦输出单端输出信号RFOUT；所述两级共源级自适应偏置电路采用栅极自适应偏置方式，使两级共源级自适应偏置电路的共源管的栅极偏置电压跟随输入功率的变化而变化，表现出增益扩展特性；所述驱动共源共栅级及其共栅级自偏置电路、输出共源共栅级及其共栅级自偏置电路均采用采用栅极自偏置方式，其栅极电压跟随漏极电压的变化而变化，使共栅管在不同的电源电压下始终工作在饱和区；输出级RC串联负反馈电路用于提高整体电路线性度和稳定性。...

【技术特征摘要】
1.一种偏置节点自适应的高线性包络跟踪功率放大器，设有单端射频输入信号RFIN，单端射频输入信号RFIN经单转双的巴伦产生差分输入信号RFIN+、RFIN-，处理后的差分输出信号经双转单的巴伦产生单端输出信号RFOUT，还设有正输入端RFIN+和负输入端RFIN-，通过正输入端RFIN+和负输入端RFIN-接收射频输入功率，其特征在于：包括驱动共源共栅级及其共栅级自偏置电路、输出共源共栅级及其共栅级自偏置电路和两级共源级自适应偏置电路，输出共源共栅级及其共栅级自偏置电路设有双转单的巴伦和输出级RC串联负反馈电路，射频输入功率经驱动共源共栅级及其共栅级自偏置电路和输出共源共栅级及其共栅级自偏置电路放大、然后经双转单的巴伦输出单端输出信号RFOUT；所述两级共源级自适应偏置电路采用栅极自适应偏置方式，使两级共源级自适应偏置电路的共源管的栅极偏置电压跟随输入功率的变化而变化，表现出增益扩展特性；所述驱动共源共栅级及其共栅级自偏置电路、输出共源共栅级及其共栅级自偏置电路均采用采用栅极自偏置方式，其栅极电压跟随漏极电压的变化而变化，使共栅管在不同的电源电压下始终工作在饱和区；输出级RC串联负反馈电路用于提高整体电路线性度和稳定性。2.根据权利要求1所述的一种偏置节点自适应的高线性包络跟踪功率放大器，其特征在于：所述偏置节点自适应的高线性包络跟踪功率放大器设有第一偏置电压输入端Vbias1和第二偏置电压输入端Vbias2，用于接收外接电路输入的固定偏置电压；驱动共源共栅级及其共栅级自偏置电路设有正输出端OP1和负输出端ON1，两级共源级自适应偏置电路设有输出端Vcs0和输出端Vcs1；其中，驱动共源共栅级及其共栅级自偏置电路包括第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2、第三NMOS管MN3、第四NMOS管MN4、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电感L1和第二电感L2，其中，所述第一NMOS管MN1和第二NMOS管MN2的尺寸相同，第三NMOS管MN3和第四NMOS管MN4的尺寸相同，第三NMOS管MN3和第四NMOS管MN4的尺寸是第一NMOS管MN1和第二NMOS管MN2的1.5倍；所述第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2、第一电容C1、第二电容C2、第一电阻R1和第二电阻R2构成驱动共源级，第一NMOS管MN1的栅极、第一电阻R1的负端和第一电容C1的下极板相连接；第二NMOS管MN2的栅极、第二电阻R2的负端和第二电容C2的下极板相连接；第一NMOS管MN1的漏极与第三NMOS管MN3的源极相连接；第二NMOS管MN2的漏极与第四NMOS管MN4的源极相连接；第一NMOS管MN1和第二NMOS管MN2的源极相连，其连接点连接到地；所述第三NMOS管MN3、第四NMOS管MN4、第三电容C3、第四电容C4、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电感L1和第二电感L2构成驱动共栅级及其共栅级自偏置电路，第三NMOS管MN3的栅极、第三电阻R3的负端和第三电容C3的下极板相连接；第四NMOS管MN4的栅极、第四电阻R4的负端和第四电容C4的下极板相连接；第三电容C3和第四电容C4的上极板相连接，其连接点连接到地；第三NMOS管MN3的漏极、第三电阻R3的正端和第一电感L1的负端相连接，其连接点作为驱动共源共栅级及其共栅级自偏置电路的负输出端ON1；第四NMOS管MN4的漏极、第四电阻R4的正端和第二电感L2的负端相连接，其连接点作为驱动共源共栅级及其共栅级自偏置电路的正输出端OP1；第一电感L1和第二电感L2的正端相连，其连接点连接到电源；所述第一电阻R1和第二R2的正端电压作为驱动共源级的栅极偏置电压，其连接点连接到两级共源级自适应偏置电路的输出端Vcs0；第一电容C1的上极板作为偏置节点自适应的高线性包络跟踪功率放大器的正输入端RFIN+；第二电容C2的上极板作为偏置节点自适应的高线性包络跟踪功率放大器的负输入端RFIN-。3.根据权利要求1所述的一种偏置节点自适应的高线性包络跟踪功率放大器，其特征在于：所述偏置节点自适应的高线性包络跟踪功率放大器设有第一偏置电压输入端Vbias1和第二偏置电压输入端Vbias2，用于接收外接电路输入的固定偏置电压；驱动共源共栅级及其共栅级自偏置电路设有正输出端OP1和负输出端ON1，两级共源级自适应偏置电路设有输出端Vcs0和输出端Vcs1；其中，输出共源共栅级及其共栅级自偏置电路包括第五NMOS管MN5、第六NMOS管MN6、第七NM...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴建辉，陈建芳，陈超，李红，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32