一种可配置式射频功率放大器电路制造技术

本实用新型专利技术一种可配置式射频功率放大器电路，所述电路包含有驱动级、以及由驱动级驱动的末级，电路的驱动级由三组基于电阻反馈的反相器构成，且反相器的控制端接入镜像恒流源；末级由MOS管一、MOS管二和MOS管三串联而成，驱动级输出的偏置电压一输入MOS管一的栅极，MOS管二和MOS管三的栅极分别连接至偏置电压二和偏置电压三。本实用新型专利技术一种可配置式射频功率放大器电路，驱动采用基于镜像恒流源的三级驱动方式，可完美的兼顾增益、线性、输出功率、效率等，同时镜像恒流源取代电感的设计，有利于降低芯片尺寸，减少电磁干扰。减少电磁干扰。减少电磁干扰。

【技术实现步骤摘要】
一种可配置式射频功率放大器电路


[0001]本技术涉及一种功率放大器电路，尤其是涉及一种可配置式的无线射频收发系统所用的功率放大器电路，属于集成电路


技术介绍

[0002]功率放大器，是现代无线收发系统中的核心模块，也是决定无线系统中发射性能的最重要的模块，其在无线收发系统中的位置如图1所示：功率放大器（PA）的主要功能是把经过上变频调制的基带信号（Din）放大至天线端（TX
‑
ANT），使发射机有足够的功率克服无线信道的路径损耗（TX
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ANT和RX
‑
ANT之间），从而在接收机能解调出所对应的信号（Dout）。
[0003]在实际的无线收发系统中往往采用不同的调制方式。具体的讲，一是不同制式的无线通信系统采用不同的调制方式，如WCDMA采用的是HPSK调制，LTE采用的是更高阶的QAM调制；二是相同的制式在不同的信道条件下也会自适应调整调制方式，如在信道较好的条件下可能采用高阶QAM调制（如64
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QAM），而在信道较差的情况则会调整至QPSK甚至BPSK等低阶调制方式；三是相同制式在不同发展阶段的调制方式也不相同，如GSM系统一版采用GMSK，而在EDGE模式下则采用8PSK的方式。这些调制方式按照幅度是否变化可以分为恒包络调制和非恒包络调制（幅度调制），这对PA有不同的设计要求，比如恒包络调制要求PA有较高的输出功率，并不需要有较好的线性度要求；而包络调制则需要PA有很好的线性度，从而满足发射辐射的频谱模板（Spectrum Mask）标准，同时不影响调制精度，如EVM等，但是这对PA的输出功率相对要求会降低。由此可见，不同的调制方式对PA有着较多情况的要求，PA必须在增益、线性、输出功率、效率包括可靠性方面做出平衡。
[0004]为此，如今CMOS PA采用如图2所示的基于Cascode的常规多级线性功率放大器以试图解决上述问题，但是，图2所示的电路无法兼顾增益和线性度，且增益的配置变化还会显著影响其输出功率和效率。同时，每一级需要一个占用较大芯片面积的电感进行馈电，从而导致芯片面积的增加、造成成本增加的同时，而且电感之间也容易产生耦合，除了造成性能恶化，还极易引起不稳定性。
[0005]因此，亟需一种能够解决上述问题的全新设计的功率放大器电路。

技术实现思路

[0006]本技术的目的在于克服上述不足，提供一种可配置式射频功率放大器电路。本技术主要用于无线收发系统中发射机的末端，用于对发射信号进行放大到额定的输出功率，同时保证一定的信号质量（如EVM）和满足频谱输出要求（一般有发射模板和远端辐射要求）。并在，在满足上述条件的基础上，还实现了增益可配置，从而适应不同条件下功率放大器（PA）的工作状态，即高增益高功率针对恒包络（非线性）调制场景，而低增益低输出功率针对非恒包络（线性模式）工作场景。最后，在增益要求很高的发射模式下，本技术也可以提供最大可能的增益调节范围。
[0007]本技术的目的是这样实现的：
[0008]一种可配置式射频功率放大器电路，所述电路包含有驱动级、以及由驱动级驱动的末级，所述电路的驱动级由三组基于电阻反馈的反相器构成，且反相器的控制端接入镜像恒流源。
[0009]优选的，末级由MOS管一、MOS管二和MOS管三串联而成，驱动级输出的偏置电压一输入MOS管一的栅极，MOS管二和MOS管三的栅极分别连接至偏置电压二和偏置电压三。
[0010]优选的，所述反相器的反馈电阻为可变电阻。
[0011]优选的，所述驱动级包含有反相器一、反相器二和反相器三，反相器一、反相器二和反相器三的控制端分别接入镜像恒流源一、镜像恒流源二和镜像恒流源三，反相器一、反相器二和反相器三的输出端和输入端之间分别连接变阻器一、变阻器二和变阻器三。
[0012]优选的，且反相器一的输出端和反相器二的输入端之间连接有耦合电容一，反相器二的输出端和反相器三的输入端之间连接有耦合电容二。
[0013]优选的，变阻器二与电子开关相并联。
[0014]优选的，反相器一、反相器二、反相器三均为由两个串接于控制端和接地端之间的MOS管级联而成，两个MOS管的栅极相连构成反相器的输入端，两个MOS管之间的连接点构成反相器的输出端。
[0015]优选的，反相器均由一个NMOS管以及一个PMOS管级联构成，所述NMOS管的栅极与PMOS管的栅极连接后作为反相器的输入端，所述NMOS管的漏极与PMOS管的漏极连接后作为反相器的输出端，所述PMOS管的源极为反相的控制端，所述NMOS管的源极为反相器的接地端。
[0016]与现有技术相比，本技术的有益效果是：
[0017]本技术功率放大器的驱动级基于带变阻器反馈的反相器构成，与常规的电感反馈形式相比，不但降低了电磁干扰、提高了稳定性，而且省去电感后，极大的降低了其占用面积，有利于实现芯片的小型化、降低芯片的成本。且反相器在电阻反馈的工作模式下，使用变阻器可以改变反相器的线性工作范围，从而使得反相器的线性度不受限。与此同时，增加输出级增益的设计，比如增加Cascode叠管，可以减轻对输入信号幅度的压力，也可以在一定程度上降低对驱动级线性区间的要求，这种设计方法比开环的Cascode结构要更鲁棒和可靠，设计上也更简单、可靠。并且从性能上讲，反相器基于镜像恒流源的供电电压比传统的Cascode+电感要低，在多电源供电的条件下，其驱动级的效率和总体效率要好于传统功放的设计。同时，镜像恒流源的电流模式更适合采用CMOS或者SiGe等工艺单片集成，（电压模式通常是异质集成，比如CMOS作为偏置电路产生，而GaAs的HBT作为PA的核心电路，这样存在偏置的失配，对工艺或者温度的补偿较为复杂），因此有利于提高芯片的集成度、并简化流片工艺、提高流片良品率。
[0018]同时设计的三级反相器结构，切换增益的过程，既可以避免输入匹配S11的恶化，同时可以保证驱动功率放大器末级的驱动能力，使得饱和功率Psat和效率PAE都不会有明显的恶化。
附图说明
[0019]图1为基于功率放大器的无线收发机系统图。
[0020]图2为基于Cascode的常规多级线性功率放大器的电路图。
[0021]图3为图2所示放大器的工作区间示意图。
[0022]图4为具有三种可变模式的常规功率放大器的电路图。
[0023]图5为本技术一种可配置式射频功率放大器电路的电路图。
[0024]图6为本技术反相器的输入输出特性图。
[0025]图7为本技术的增益模式切换方式示意图。
具体实施方式
[0026]参见图5~7，本技术涉及的一种可配置式射频功率放大器电路，基于带电阻反馈的反相器作为驱动级，偏置基于镜像恒流源，如图5所示：
[0027]反相器一I1、反相器二I2、反相器三I3相互级联（即三个反相器相互串联，前一级的输出端接入本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可配置式射频功率放大器电路，所述电路包含有驱动级、以及由驱动级驱动的末级，其特征在于：所述电路的驱动级由三组基于电阻反馈的反相器构成，且反相器的控制端接入镜像恒流源。2.根据权利要求1所述一种可配置式射频功率放大器电路，其特征在于：末级由MOS管一（M1）、MOS管二（M2）和MOS管三（M3）串联而成，驱动级输出的偏置电压一（V
B1
）输入MOS管一（M1）的栅极，MOS管二（M2）和MOS管三（M3）的栅极分别连接至偏置电压二（V
B2
）和偏置电压三（V
B3
）。3.根据权利要求1或2所述一种可配置式射频功率放大器电路，其特征在于：所述反相器的反馈电阻为可变电阻。4.根据权利要求3所述一种可配置式射频功率放大器电路，其特征在于：所述驱动级包含有反相器一（I1）、反相器二（I2）和反相器三（I3），反相器一（I1）、反相器二（I2）和反相器三（I3）的控制端分别接入镜像恒流源一（I
B1
）、镜像恒流源二（I
B2
）和镜像恒流源三（I
B3
），反相器一（I1）、反相器二（I2）和反相器三（I3）的输出端和输入端之间分别连接变...

【专利技术属性】
技术研发人员：谈熙，
申请(专利权)人：无锡旗连电子科技有限公司，
类型：新型
国别省市：