本發(fā)明屬于射頻集成電路設(shè)計，尤其涉及一種增強穩(wěn)定性的跨導(dǎo)提升線性功率放大器核心電路。

背景技術(shù)：

1、在無線通信技術(shù)需求的推動下，應(yīng)用于高數(shù)據(jù)傳輸速率的毫米波通信系統(tǒng)中的收發(fā)機快速發(fā)展。實現(xiàn)高數(shù)據(jù)傳輸速率通常需要采用高階調(diào)制方案(例如64-qam，256-qam)，然而這些方案都具有較大的峰均功率比(papr)，這對毫米波功率放大器的線性度和功率附加效率提出了嚴格的設(shè)計要求，尤其是大信號下的幅度-幅度失真(am-am)和幅度-相位(am-pm)失真。

2、為了提高功率附加效率，毫米波功率放大器通常偏置在深ab類或b類狀態(tài)。這種方法通常以犧牲am-am為代價來提高效率，從而導(dǎo)致功率放大器具有較差的誤差向量幅度(evm)和鄰道功率比(acpr)，給設(shè)計帶來了挑戰(zhàn)。

3、此外，與傳統(tǒng)射頻工藝gaas和sige工藝相比，cmos工藝具有高集成度、低成本、低功耗等優(yōu)勢。然而，以硅基工藝制成的晶體管在毫米波頻段增益低、損耗大等缺點，以及硅基工藝下高損耗襯底限制無源元件品質(zhì)因數(shù)，也對射頻前端的設(shè)計帶來了諸多的挑戰(zhàn)。

4、因此，未來的毫米波放大器設(shè)計除了要滿足相控陣或大規(guī)模mimo應(yīng)用所需的輸出功率和尺寸限制外，還需要提供高線性度和高效率。根據(jù)文獻檢索，目前很多功率放大器尚不能滿足上述要求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、技術(shù)問題：本發(fā)明目的在于提供一種增強穩(wěn)定性的跨導(dǎo)提升線性功率放大器，以滿足高階調(diào)制方案下毫米波功率放大器的線性度和功率附加效率要求，同時解決深ab類工作狀態(tài)下線性度較差的問題。

2、技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種增強穩(wěn)定性的跨導(dǎo)提升線性功率放大器，包括共源級差分對第一晶體管、第二晶體管和共柵級差分對第三晶體管、第四晶體管構(gòu)成共源共柵功率放大器的信號輸入端，

3、其中，第一晶體管和第二晶體管柵極分別為差分輸入端in+和in-，源極接地，漏極通過串聯(lián)第一電感和第二電感連接至第三晶體管和第四晶體管的源極；

4、第三晶體管和第四晶體管漏極分別為差分輸出端out+和out-，源極通過串聯(lián)第一電感和第二電感連接至第一晶體管和第二晶體管的漏極，柵極通過串聯(lián)第三電感和第四電感相連，在第三電感和第四電感的中間節(jié)點連接第一電容到地，同時在中間節(jié)點連接第一電阻饋電，提高共模穩(wěn)定性。

5、所述的第一電感和第三電感互相耦合，耦合系數(shù)為k1；第二電感和第四電感互相耦合，耦合系數(shù)為k2；第一電感和第二電感感值相同，第三電感和第四電感感值相同，兩耦合系數(shù)值相同。

6、所述的第二晶體管柵極和第一晶體管漏極之間連接第二電容，第一晶體管柵極和第二晶體管漏極之間連接第三電容，第二電容和第三電容容值相同，以此補償晶體管寄生柵漏電容引入的密勒效應(yīng)，提高放大器增益和隔離度。

7、所述第三晶體管源極和第四晶體管漏極之間連接第四電容，第四晶體管源極和第三晶體管漏極之間連接第五電容，第四電容和第五電容容值相同，以解決跨導(dǎo)提升技術(shù)帶來的穩(wěn)定性問題。

8、所述第一晶體管、第二晶體管漏極之間串聯(lián)連接第五電感和第六電感，第五電感和第六電感感值相同，在第五電感和第六電感的中間節(jié)點連接第六電容到地。

9、所述第三電感、第四電感和第一電容為一個諧振器，第五電感、第六電感和第六電容為一個諧振器，在二次諧波頻率附近選取兩個設(shè)定的諧振頻率，實現(xiàn)寬帶的陷波網(wǎng)絡(luò)，在寬帶內(nèi)抑制二次諧波，從而減輕am-pm失真，提升線性度。

10、使用的所有晶體管均為nmos晶體管。

11、所述的第一電感、第二電感、第三電感、第四電感、第五電感和第六電感為高層厚金屬平面電感器。

12、有益效果：本發(fā)明的一種增強穩(wěn)定性的跨導(dǎo)提升線性功率放大器，其有益效果如下：

13、1、采用共源共柵結(jié)構(gòu)提高放大器輸出功率，同時提高了輸出阻抗，有利于與50ω的天線進行匹配；

14、2、通過在共柵級引入跨導(dǎo)提升技術(shù)提高了放大器的增益和效率；

15、3、通過在共源級引入交叉柵漏電容中和技術(shù)提高了共源級放大器的增益和隔離度；

16、4、通過在共柵級引入交叉漏源電容中和技術(shù)進一步提高了整體放大器的穩(wěn)定性，同時有利于實現(xiàn)最佳阻抗匹配和輸出共軛匹配的兼容；

17、5、通過在共源級和共柵級中間節(jié)點和共柵級柵極分別引入一個二次諧波陷波網(wǎng)絡(luò)，并在二次諧波頻率附近選取兩個合適的諧振頻率以實現(xiàn)寬帶的陷波網(wǎng)絡(luò)，從而在寬帶內(nèi)抑制二次諧波，從而減輕am-pm失真。

技術(shù)特征：

1.一種增強穩(wěn)定性的跨導(dǎo)提升線性功率放大器，其特征在于，包括共源級差分對第一晶體管(m1)、第二晶體管(m2)和共柵級差分對第三晶體管(m3)、第四晶體管(m4)構(gòu)成共源共柵功率放大器，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強穩(wěn)定性的跨導(dǎo)提升線性功率放大器，其特征在于，所述的第一電感(l1)和第三電感(l3)互相耦合，耦合系數(shù)為k1；第二電感(l2)和第四電感(l4)互相耦合，耦合系數(shù)為k2；第一電感(l1)和第二電感(l2)感值相同，第三電感(l3)和第四電感(l4)感值相同，兩耦合系數(shù)值相同。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強穩(wěn)定性的跨導(dǎo)提升線性功率放大器，其特征在于，所述的第二晶體管(m2)柵極和第一晶體管(m1)漏極之間連接第二電容(c2)，第一晶體管(m1)柵極和第二晶體管(m2)漏極之間連接第三電容(c3)，第二電容(c2)和第三電容(c3)容值相同，以此補償晶體管寄生柵漏電容引入的密勒效應(yīng)，提高放大器增益和隔離度。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強穩(wěn)定性的跨導(dǎo)提升線性功率放大器，其特征在于，所述第三晶體管(m3)源極和第四晶體管(m4)漏極之間連接第四電容(c4)，第四晶體管(m4)源極和第三晶體管(m3)漏極之間連接第五電容(c5)，第四電容(c4)和第五電容(c5)容值相同，以解決跨導(dǎo)提升技術(shù)帶來的穩(wěn)定性問題。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強穩(wěn)定性的跨導(dǎo)提升線性功率放大器，其特征在于，所述第一晶體管(m1)、第二晶體管(m2)漏極之間串聯(lián)連接第五電感(l5)和第六電感(l6)，第五電感(l5)和第六電感(l6)感值相同，在第五電感(l5)和第六電感(l6)的中間節(jié)點連接第六電容(c6)到地。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強穩(wěn)定性的跨導(dǎo)提升線性功率放大器，其特征在于，所述第三電感(l3)、第四電感(l4)和第一電容(c1)為一個諧振器，第五電感(l5)、第六電感(l6)和第六電容(c6)為一個諧振器，在二次諧波頻率附近選取兩個設(shè)定的諧振頻率，實現(xiàn)寬帶的陷波網(wǎng)絡(luò)，在寬帶內(nèi)抑制二次諧波，從而減輕am-pm失真，提升線性度。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強穩(wěn)定性的跨導(dǎo)提升線性功率放大器，其特征在于，使用的所有晶體管均為nmos晶體管。

8.根據(jù)權(quán)利要求1、5所述的增強穩(wěn)定性的跨導(dǎo)提升線性功率放大器，其特征在于，所述的第一電感(l1)、第二電感(l2)、第三電感(l3)、第四電感(l4)、第五電感(l5)和第六電感(l6)為高層厚金屬平面電感器。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種增強穩(wěn)定性的跨導(dǎo)提升線性功率放大器。該功率放大器采用共源共柵結(jié)構(gòu)，在共源級的柵極和漏極引入交叉電容中和技術(shù)提高增益和隔離度，在共柵級的柵極和源極引入跨導(dǎo)提升技術(shù)進一步提高增益和功率附加效率。為了解決跨導(dǎo)提升技術(shù)帶來的穩(wěn)定性問題，提出了一種漏源電容中和技術(shù)，有效地提高了整體放大器的穩(wěn)定性。此外，在共源級、共柵級的中間節(jié)點和共柵級的柵極各自引入一個“電感?電容?電感”型的二次諧波陷波網(wǎng)絡(luò)以抑制二次諧波，在寬帶內(nèi)有效地減輕了AM?PM失真，提高了線性度。

技術(shù)研發(fā)人員：李旭偉,萬璽,馮景,王浩翔,陳秦,楊宣宣,梁宇辰,王東明,李連鳴
受保護的技術(shù)使用者：東南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/9