專利名稱：基于共模反饋的可變增益自適應(yīng)偏置功率放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及了一種功率放大器，尤其是一種基于共模反饋的可變增益自適應(yīng)偏置功率放大器，屬于半導(dǎo)體集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著無線通信和IC產(chǎn)業(yè)不斷的發(fā)展，單片集成射頻和基帶算法的SOC系統(tǒng)由于集成度高，面積小，成本低等優(yōu)勢越來越受到整機(jī)設(shè)計(jì)廠商的歡迎。在SOC系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，隨著 CMOS工藝特征尺寸的不斷減小其在面積和成本上的優(yōu)勢越來越明顯?；贑MOS工藝的SOC 系統(tǒng)已經(jīng)成為各個(gè)IC設(shè)計(jì)公司的核心競爭力所在。然而基于CMOS工藝的片上PA設(shè)計(jì)由于CMOS工藝本身特性的限制(電源電壓、非線性、寄生電容、襯底耦合和損耗等)成為SOC系統(tǒng)的瓶頸所在。為了實(shí)現(xiàn)帶寬的有效利用和大數(shù)據(jù)率的通信，現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)采用了各種復(fù)雜的調(diào)制方式，調(diào)制方式的不同，對PA性能要求也不同。從射頻設(shè)計(jì)角度看，調(diào)制方式大概可分為恒包絡(luò)調(diào)制和變包絡(luò)調(diào)制。變包絡(luò)調(diào)制方式包括8/16/32/64-QAM、QPSK、0QPSK等。由于變包絡(luò)調(diào)制方式包絡(luò)中攜帶信息，所以需要線性度較高的A類PA對其進(jìn)行放大。但是A 類放大器往往轉(zhuǎn)換效率低，而且在3. 3V電源電壓情況下CMOS工藝需要實(shí)現(xiàn)IOdBm以上的功率輸出很難保證高線性度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供了一種基于共模反饋的可變增益自適應(yīng)偏置功率放大器，根據(jù)高帶寬可變增益放大器將包絡(luò)檢測值疊加在直流偏置上的方法，該可變增益放大器不但可以用來實(shí)現(xiàn)直流偏置與包絡(luò)信號的疊加，同時(shí)還可以用來調(diào)節(jié)包絡(luò)信號的大小，實(shí)現(xiàn)PA線性度更有效的補(bǔ)償。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是
一種基于共模反饋的可變增益自適應(yīng)偏置功率放大器，包括RF輸入信號，還包括包絡(luò)檢測模塊、偏置電壓控制模塊、運(yùn)放模塊和信號輸出模塊，所述包絡(luò)檢測模塊的輸入端與RF 輸入信號相連接，輸出端與運(yùn)放模塊相連接；所述偏置電壓控制模塊與所述運(yùn)放模塊相連接；所述信號輸出模塊的輸入端與運(yùn)放模塊和RF輸入信號相連接，輸出端連接PA輸入端。前述的基于共模反饋的可變增益自適應(yīng)偏置功率放大器，其特征在于所述運(yùn)放模塊包括運(yùn)算放大器0P1，所述包絡(luò)檢測模塊通過第一可變電阻Rl與運(yùn)算放大器OPl的同相輸入端相連接，同相輸入端與反向輸出端之間連接有第二可變電阻R2 ；直流電源Vdc通過第三可變電阻R3與運(yùn)算放大器OPl的反向輸入端相連接，同相輸出端與反向輸入端之間連接有第四可變電阻R4。前述的基于共模反饋的可變增益自適應(yīng)偏置功率放大器，其特征在于所述包絡(luò)檢測電路包括兩個(gè)MOS管，所述兩個(gè)MOS管的漏極均連接直流電壓VDD，柵極均連接本振信號，源極均連接第一恒流源后接地；兩個(gè)MOS管的源極連接RC濾波電路后與所述運(yùn)放模塊相連接。前述的基于共模反饋的可變增益自適應(yīng)偏置功率放大器，其特征在于所述偏置電壓控制模塊包括第三MOS管，所述第三MOS管的漏極和柵極連接第二恒流源，源極接地， 柵極與所述運(yùn)放模塊相連接，源極與柵極之間連接有第一電容Cl。前述的基于共模反饋的可變增益自適應(yīng)偏置功率放大器，其特征在于所述輸出模塊包括第二 MOS管，所述第二 MOS管的柵極連接RF輸入信號和運(yùn)放模塊的輸出端，源極接地，漏極連接PA輸入端。本發(fā)明的有益效果如下
1、偏置電壓隨輸入信號包絡(luò)的增大而增加；
2、在相同輸出功率的基礎(chǔ)上，采用動態(tài)偏置方法得到的線性度明顯優(yōu)于固定偏置；
3、與相同增益壓縮點(diǎn)的固定偏置相比，動態(tài)偏置只有部分時(shí)間偏置在最高電流值，可以降低PA功耗，提高其效率；
4、由于采用了動態(tài)偏置，PA低輸出能量情況下的電流消耗明顯低于高輸出能量情況下的電流消耗。


圖1是本發(fā)明基于共模反饋的可變增益自適應(yīng)偏置電路示意圖； 圖2是本發(fā)明包絡(luò)檢測模塊電路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。如圖1所示，一種基于共模反饋的可變增益自適應(yīng)偏置功率放大器，包括RF輸入信號Vrf_in、包絡(luò)檢測模塊、偏置電壓控制模塊1、運(yùn)放模塊2和信號輸出模塊3，所述包絡(luò)檢測模塊的輸入端與RF輸入Vrf_in信號相連接，輸出端與運(yùn)放模塊2相連接；所述偏置電壓控制模塊3與所述運(yùn)放模塊2相連接；所述信號輸出模塊3的輸入端與運(yùn)放模塊2和RF 輸入信號Vrfjn相連接，輸出端連接PA輸入端。所述運(yùn)放模塊2包括運(yùn)算放大器0P1，所述包絡(luò)檢測模塊通過第一可變電阻Rl與運(yùn)算放大器OPl的同相輸入端相連接，同相輸入端與反向輸出端之間連接有第二可變電阻 R2 ；直流電源Vdc通過第三可變電阻R3與運(yùn)算放大器OPl的反向輸入端相連接，同相輸出端與反向輸入端之間連接有第四可變電阻R4。所述包絡(luò)檢測電路包括兩個(gè)MOS管，MOS管M3與MOS管M4的漏極均連接直流電壓VDD，柵極分別連接本振信號Vrf_in+和Vrf_in-，源極均連接第一恒流源I_Biasl后接地；兩個(gè)MOS管的源極連接RC濾波電路后與所述運(yùn)放模塊2的運(yùn)算放大器OPl的同相輸入端相連接。所述偏置電壓控制1模塊包括第三MOS管M3，所述第三MOS管M3的漏極和柵極連接第二恒流源I_Bias2，源極接地，柵極與所述運(yùn)放模塊2的運(yùn)算放大器OPl的輸入端相連接，源極與柵極之間連接有第一電容Cl。所述輸出模塊3包括第二 MOS管M2，第二 MOS管M2的源極接地，柵極與所述運(yùn)放模塊2的運(yùn)算放大器OPl的同相輸出端、RF輸入信號Vrf_in相連接，漏極作為PA的輸入端，在第二 MOS管M2柵極與運(yùn)放模塊2的運(yùn)算放大器OPl的同相輸出端之間還連接有一個(gè)由電阻R5和電容C2組成的RC濾波電路。在忽略放大器直流失調(diào)的情況下(實(shí)際電路設(shè)計(jì)中在運(yùn)放閉環(huán)增益較小，版圖較好的情況下，運(yùn)放輸出直流失調(diào)可以控制在20mV以內(nèi))，運(yùn)放的共模負(fù)反饋環(huán)路增益和帶寬足夠高的情況下，可得VBiaS=VCM+R2/Rl*VEV_in，其中VBias為運(yùn)算放大器OPl同相輸出端的輸出電壓，VCM為偏置電壓控制模塊輸出端的電壓，VEV_in為包絡(luò)檢測模塊輸出端的電壓?？梢娖秒妷旱扔谟善秒娏鳟a(chǎn)生的偏置電壓值加上包絡(luò)信號乘以一個(gè)增益。只要保證運(yùn)放的閉環(huán)增益帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于包絡(luò)信號帶寬，運(yùn)放電路引入的延時(shí)可以忽略不計(jì)。同時(shí)通過改變Rl和R2的比值很方便的調(diào)節(jié)包絡(luò)檢測鏈路的增益來補(bǔ)償PA的非線性。該電路也可以通過將單端輸出運(yùn)放的輸出直流取出與參考電壓作比較反饋調(diào)節(jié)運(yùn)放偏置實(shí)現(xiàn)，但是這種實(shí)現(xiàn)方法需要額外運(yùn)放電路，電路更為復(fù)雜。綜上所述，本發(fā)明提供的一種基于共模反饋的可變增益自適應(yīng)偏置功率放大器， 通過一個(gè)全差分放大器同時(shí)實(shí)現(xiàn)了偏置與前饋包絡(luò)的疊加和包絡(luò)信號增益的調(diào)節(jié)。利用了 RC與CR網(wǎng)絡(luò)傳輸特性的不同避免了自適應(yīng)偏置電路的路徑延時(shí)對PA性能的影響。實(shí)際使用中可以根據(jù)測試結(jié)果確定合適的前饋增益，得到PA的最優(yōu)性能。該實(shí)現(xiàn)方式電路結(jié)構(gòu)簡單，不存在反饋路徑，無穩(wěn)定性問題。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界。
權(quán)利要求
1.一種基于共模反饋的可變增益自適應(yīng)偏置功率放大器，包括RF輸入信號，其特征在于還包括包絡(luò)檢測模塊、偏置電壓控制模塊、運(yùn)放模塊和信號輸出模塊，所述包絡(luò)檢測模塊的輸入端與RF輸入信號相連接，輸出端與運(yùn)放模塊相連接；所述偏置電壓控制模塊與所述運(yùn)放模塊相連接；所述信號輸出模塊的輸入端與運(yùn)放模塊和RF輸入信號相連接，輸出端連接PA輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于共模反饋的可變增益自適應(yīng)偏置功率放大器，其特征在于所述運(yùn)放模塊包括運(yùn)算放大器0P1，所述包絡(luò)檢測模塊通過第一可變電阻Rl與運(yùn)算放大器OPl的同相輸入端相連接，同相輸入端與反向輸出端之間連接有第二可變電阻R2 ；直流電源Vdc通過第三可變電阻R3與運(yùn)算放大器OPl的反向輸入端相連接，同相輸出端與反向輸入端之間連接有第四可變電阻R4。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于共模反饋的可變增益自適應(yīng)偏置功率放大器，其特征在于所述包絡(luò)檢測電路包括兩個(gè)MOS管，所述兩個(gè)MOS管的漏極均連接直流電壓VDD， 柵極均連接本振信號，源極均連接第一恒流源后接地；兩個(gè)MOS管的源極連接RC濾波電路后與所述運(yùn)放模塊相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于共模反饋的可變增益自適應(yīng)偏置功率放大器，其特征在于所述偏置電壓控制模塊包括第三MOS管，所述第三MOS管的漏極和柵極連接第二恒流源，源極接地，柵極與所述運(yùn)放模塊相連接，源極與柵極之間連接有第一電容Cl。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于共模反饋的可變增益自適應(yīng)偏置功率放大器，其特征在于所述輸出模塊包括第二 MOS管，所述第二 MOS管的柵極連接RF輸入信號和運(yùn)放模塊的輸出端，源極接地，漏極連接PA輸入端。
全文摘要
本發(fā)明公開了基于共模反饋的可變增益自適應(yīng)偏置功率放大器，包括RF輸入信號，還包括包絡(luò)檢測模塊、偏置電壓控制模塊、運(yùn)放模塊和信號輸出模塊，所述包絡(luò)檢測模塊的輸入端與RF輸入信號相連接，輸出端與運(yùn)放模塊相連接；所述偏置電壓控制模塊與所述運(yùn)放模塊相連接；所述信號輸出模塊的輸入端與運(yùn)放模塊和RF輸入信號相連接，輸出端連接PA輸入端。本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中自適應(yīng)偏置電路的路徑延時(shí)對PA性能影響的問題，通過高帶寬可變增益放大器將包絡(luò)檢測值疊加在直流偏置上的方法，該可變增益放大器不但可以用來實(shí)現(xiàn)直流偏置與包絡(luò)信號的疊加，同時(shí)還可以用來調(diào)節(jié)包絡(luò)信號的大小，實(shí)現(xiàn)PA線性度更有效的補(bǔ)償。
文檔編號H03F3/20GK102570999SQ20111043931
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月26日
發(fā)明者李云初, 李國儒 申請人:蘇州云芯微電子科技有限公司