專利名稱：基于動態(tài)自偏置電路的差分射頻放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及差分射頻放大器，特別是一種基于動態(tài)自偏置電路的差分射頻放大器，具有較大的輸出功率和效率。
背景技術(shù)：
CMOS差分射頻功率放大器通常采用共源共柵結(jié)構(gòu)，如圖1所示。射頻差分輸入信號在共源器件101的柵極，共柵器件102的柵極電壓通常為固定電壓。為了提高放大器的增益和效率，共源器件通常采用高頻性能好的低電壓器件，而共柵器件通常采用擊穿電壓高的高壓器件。提高共柵器件的靜態(tài)偏置電壓會提高放大器的最大輸出功率和效率，但是這樣也會使得共源器件的漏極靜態(tài)電壓過高，給低壓的共源器件的可靠性帶來問題。通常共柵器件的偏置選擇不能太高，以避免共源器件的漏極靜態(tài)電壓超過規(guī)定值。線性功率放大器的輸入信號和輸出信號的幅度隨時間變化，變化范圍由調(diào)制方式?jīng)Q定。常規(guī)的差分共源共柵射頻放大器只包含共柵器件柵極靜態(tài)偏置電路，柵極電壓為固定值，不隨射頻信號的幅度變化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于動態(tài)自偏置電路的差分射頻放大器，該差分射頻放大器的偏置電路在不提高共柵器件的柵極靜態(tài)偏置電壓以及共源器件漏極靜態(tài)電壓，不影響器件可靠性的前提下，由放大器電路本身根據(jù)輸出信號的幅度，動態(tài)地改變共柵器件的柵極電壓，使得放大器電路只在輸出信號幅度較大的時候，提高共柵器件的柵極電壓，以達(dá)到提高最大輸出功率和效率。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:—種基于動態(tài)自偏置電路的差分射頻放大器，其特點(diǎn)在于由第一 N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管、第二 N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管、第三N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管、第四N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管，第一隔直電容、第二隔直電容、第一二極管、第二二極管、輸出變壓器、偏置電阻和負(fù)載電阻組成，上述元部件的連接關(guān)系如下:第一 N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管和第二 N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管的柵極為差分輸入端，第一 N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管和第二 N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管的源極連在一起并接地；第三N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管和第四N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管為疊管，它們的源級與第一 N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管和第二 N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管的漏級分別連接，組成差分共源共柵結(jié)構(gòu)；第三N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管和第四N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管的柵極連接在一起，并和偏置電阻相連，該偏置電阻的另一端接偏置電壓；所述的輸出變壓器的原邊與所述的第三N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管和第四N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管的漏級相連，所述的第一隔直電容和第一二極管的正極相聯(lián)，第一隔直電容的另一端和第三N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管的漏極相連，第一二極管的負(fù)極和第三N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管的柵極相連接；所述的第二隔直電容和第二二極管正極相聯(lián)，第二隔直電容的另一端和第四N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管的漏極相連，第二二極管的負(fù)極和第四N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管的柵極相連接，所述的第一隔直電容、第二隔直電容、第一二極管和第二二極管共同組成電荷泵電路。所述的第一二極管和第二二極管分別由第五N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管、第六N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管替換，所述的第五N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管的柵極和漏極接在一起并和第一隔直電容相連接，第一隔直電容的另一端和第三N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管的漏極相連；所述的第六N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管的柵極和漏極接在一起并和第二隔直電容相連接，第二隔直電容的另一端和第四N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管的漏極相連，第五N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管的源極、第六N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管的源極、所述的第三N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管的柵極和第四N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管的柵極連成節(jié)點(diǎn)，所述的第一隔直電容、第二隔直電容、第五N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管和第六N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管共同組成電荷泵電路。本發(fā)明基于動態(tài)自偏置電路的差分射頻放大器的結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要由共柵器件柵極靜態(tài)偏置電路和電荷泵電路組成。電荷泵電路可以由隔直電容和二極管或者提供相似功能的器件實(shí)現(xiàn)。在放大器無輸入/輸出信號或者輸入/輸出信號幅度較小的時候，共柵器件的柵極電壓由常規(guī)的靜態(tài)偏置電路決定和提供。當(dāng)輸出信號幅度大時，二極管導(dǎo)通，電荷泵電路開始工作，對共柵器件的柵極電容進(jìn)行充電，以提高柵極電壓。電荷泵電路的充放電時間常數(shù)應(yīng)該足夠快，能很好地跟蹤輸入/輸出射頻信的包絡(luò)信號。隨著移動通信設(shè)備的速率提高，射頻信號調(diào)制方式的復(fù)雜程度也隨之增加。射頻放大器的輸出信號幅度地變化越來越大。平衡射頻放大器的最大輸出功率、效率和可靠性帶來的難度也越來越大。本發(fā)明的技術(shù)效果是:本發(fā)明基于動態(tài)自偏置電路的差分射頻放大器在不影響器件可靠性的前提下，由放大器電路本身根據(jù)輸出信號的幅度，動態(tài)地改變共柵器件的柵極電壓，使得放大器電路只在輸出信號幅度較大的時候，提高共柵器件的柵極電壓，以達(dá)到提高最大輸出功率和效率。


圖1常規(guī)CMOS差分射頻放大器電路圖。圖2本發(fā)明基于動態(tài)自偏置電路的差分射頻放大器實(shí)施例1的電路圖。圖3本發(fā)明基于動態(tài)自偏置電路的差分射頻放大器實(shí)施例2的電路圖。圖4常規(guī)CMOS差分射頻放大器電路共柵器件柵極電壓隨信號變化圖。圖5本發(fā)明基于動態(tài)自偏置電路的差分射頻放大器共柵器件柵極電壓隨信號變化圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。先請參閱圖2，圖2本發(fā)明基于動態(tài)自偏置電路的差分射頻放大器實(shí)施例1的電路圖，由圖可見，本發(fā)明基于動態(tài)自偏置電路的差分射頻放大器，由第一 N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管Ml、第二 N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管M2、第三N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管M3、第四N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管M4，第一隔直電容Cl、第二隔直電容C2、第一二極管D1、第二二極管D2、輸出變壓器L1、偏置電阻Rl和負(fù)載電阻R2組成，上述元部件的連接關(guān)系如下:第一 N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管Ml和第二 N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管M2的柵極為差分輸入端，第一 N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管Ml和第二 N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管M2的源極連在一起并接地；第三N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管M3和第四N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管M4為疊管，它們的源級與第一 N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管Ml和第二 N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管M2的漏級分別連接，組成差分共源共柵結(jié)構(gòu)；第三N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管M3和第四N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管M4的柵極連接在一起并和偏置電阻Rl相連，該偏置電阻Rl的另一端接偏置電壓；所述的輸出變壓器LI的原邊的兩端分別與所述的第三N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管M3和第四N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管M4的漏級相連，所述的輸出變壓器LI的副邊接所述的負(fù)載電阻R2，所述的第一隔直電容Cl和第一二極管Dl的正極相聯(lián)，第一隔直電容Cl的另一端和第三N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管M3的漏極相連，第一二極管Dl的負(fù)極和第三N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管M3的柵極相連接；所述的第二隔直電容C2和第二二極管D2正極相聯(lián)，第二隔直電容C2的另一端和第四N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管M4的漏極相連，第二二極管D2的負(fù)極和第四N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管M4的柵極相連接，所述的第一隔直電容Cl、第二隔直電容C2、第一二極管Dl和第二二極管D2共同組成電荷泵電路。圖3本發(fā)明基于動態(tài)自偏置電路的差分射頻放大器實(shí)施例2的電路圖，由圖可見，圖2中的第一二極管Dl和第二二極管D2分別由第五N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管M5、第六N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管M6替換構(gòu)成本發(fā)明實(shí)施例2，連接關(guān)系是:所述的第五N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管M5的柵極和漏極接在一起并和第一隔直電容Cl相連接，第一隔直電容Cl的另一端和第三N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管M3的漏極相連；所述的第六N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管M6的柵極和漏極接在一起并和第二隔直電容C2相連接，第二隔直電容C2的另一端和第四N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管M4的漏極相連，第五N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管M5的源極、第六N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管M6的源極、所述的第三N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管M3的柵極和第四N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管M4的柵極連成節(jié)點(diǎn)，所述的第一隔直電容Cl、第二隔直電容C2、第五N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管M5和第六N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管M6共同組成電荷泵電路。在輸出信號幅度大的時候，左右兩邊的電荷泵輪流導(dǎo)通工作，向共柵器件的柵極電容充電，提高柵極電壓。當(dāng)輸出信號幅度減小的時候，柵極電容通過偏置電阻Rl和二極管D1、D2反向漏電電流放電，柵極電壓減小到靜態(tài)偏置電壓值。常規(guī)CMOS差分射頻放大器電路共柵器件柵極電壓隨信號變化和本發(fā)明動態(tài)自偏置電路的差分射頻放大器的電路共柵器件柵極電壓隨信號變化如圖4和圖5所示。
權(quán)利要求
1.一種基于動態(tài)自偏置電路的差分射頻放大器，其特征在于由第一 N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管(Ml)、第二 N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管(M2)、第三N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管(M3)、第四N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管(M4)，第一隔直電容(Cl)、第二隔直電容(C2)、第一二極管(D1)、第二二極管(D2)、輸出變壓器(LI)、偏置電阻(Rl)和負(fù)載電阻(R2)組成，上述元部件的連接關(guān)系如下: 第一 N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管(Ml)和第二 N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管(M2)的柵極為差分輸入端，第一 N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管(Ml)和第二 N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管(M2)的源極連在一起并接地；第三N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管(M3)和第四N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管(M4)為疊管，它們的源級與第一 N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管(Ml)和第二 N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管(M2)的漏級分別連接，組成差分共源共柵結(jié)構(gòu)；第三N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管(M3)和第四N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管(M4)的柵極連接在一起，并和偏置電阻(Rl)相連，該偏置電阻(Rl)的另一端接偏置電壓；所述的輸出變壓器(LI)的原邊與所述的第三N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管(M3)和第四N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管(M4)的漏級相連，所述的輸出變壓器(LI)的副邊接所述的負(fù)載電阻(R2)，所述的第一隔直電容(Cl)和第一二極管(Dl)的正極相聯(lián),第一隔直電容(Cl)的另一端和第三N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管(M3)的漏極相連，第一二極管(Dl)的負(fù)極和第三N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管(M3)的柵極相連接；所述的第二隔直電容(C2)和第二二極管(D2)正極相聯(lián)，第二隔直電容(C2)的另一端和第四N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管(M4)的漏極相連，第二二極管(D2)的負(fù)極和第四N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管(M4)的柵極相連接，所述的第一隔直電容(Cl)、第二隔直電容(C2)、第一二極管(Dl)和第二二極管(D2)共同組成電荷泵電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于動態(tài)自偏置電路的差分射頻放大器，其特征在于所述的第一二極管(Dl)和第二二極管(D2)分別由第五N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管(M5)、第六N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管(M6)替換，所述的第五N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管(M5)的柵極和漏極接在一起并和第一隔直電容(Cl)相連接，第一隔直電容(Cl)的另一端和第三N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管(M3)的漏極相連；所述的第六N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管(M6)的柵極和漏極接在一起并和第二隔直電容(C2)相連接，第二隔直電容(C2)的另一端和第四N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管(M4)的漏極相連，第五N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管(M5)的源極、第六N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管(M6)的源極、所述的第三N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管(M3)的柵極和第四N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管(M4)的柵極連成節(jié)點(diǎn)，所述的第一隔直電容(Cl)、第二隔直電容(C2)、第五N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管(M5)和第六N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管(M6)共同組成電荷泵電路。
全文摘要
一種基于動態(tài)自偏置電路的差分射頻放大器，包括共柵器件柵極靜態(tài)偏置電路和電荷泵電路，由四個N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管、兩個隔直電容、兩個二極管、輸出變壓器、偏置電阻和負(fù)載電阻組成。本發(fā)明由放大器電路本身根據(jù)輸出信號的幅度，動態(tài)地改變共柵器件的柵極電壓，使得放大器電路只在輸出信號幅度較大的時候，提高共柵器件的柵極電壓，以達(dá)到提高最大輸出功率和效率。
文檔編號H03F3/189GK103187937SQ20131007688
公開日2013年7月3日 申請日期2013年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月11日
發(fā)明者馮衛(wèi)鋒, 章國豪, 李義梅 申請人:豪芯微電子科技(上海)有限公司