專利名稱：基于動(dòng)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(dòng)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(hào)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(huì)提高放大器的最大輸出功率和效率，但是這樣也會(huì)使得共源器件的漏極靜態(tài)電壓過(guò)高，給低壓的共源器件的可靠性帶來(lái)問(wèn)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(guò)規(guī)定值。線性功率放大器的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的幅度隨時(shí)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(hào)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(dòng)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(hào)的幅度，動(dòng)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(hào)幅度較大的時(shí)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(dòng)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(jí)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(jí)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(jí)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(dòng)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(wú)輸入/輸出信號(hào)或者輸入/輸出信號(hào)幅度較小的時(shí)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(hào)幅度大時(shí)，二極管導(dǎo)通，電荷泵電路開(kāi)始工作，對(duì)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(shí)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(hào)。隨著移動(dòng)通信設(shè)備的速率提高，射頻信號(hào)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(hào)幅度地變化越來(lái)越大。平衡射頻放大器的最大輸出功率、效率和可靠性帶來(lái)的難度也越來(lái)越大。本發(fā)明的技術(shù)效果是:本發(fā)明基于動(dòng)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(hào)的幅度，動(dòng)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(hào)幅度較大的時(shí)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(dòng)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(dòng)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(hào)變化圖。圖5本發(fā)明基于動(dòng)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(hào)變化圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。先請(qǐng)參閱圖2，圖2本發(fā)明基于動(dòng)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(jiàn)，本發(fā)明基于動(dòng)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(jí)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(jí)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(jí)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(dòng)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(jiàn)，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(hào)幅度大的時(shí)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(hào)幅度減小的時(shí)候，柵極電容通過(guò)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(hào)變化和本發(fā)明動(dòng)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(hào)變化如圖4和圖5所示。
權(quán)利要求
1.一種基于動(dòng)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(jí)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(jí)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(jí)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(dòng)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(dòng)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(gè)N溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體管、兩個(gè)隔直電容、兩個(gè)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(hào)的幅度，動(dòng)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(hào)幅度較大的時(shí)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(hào)H03F3/189GK103187937SQ20131007688
公開(kāi)日2013年7月3日 申請(qǐng)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(guó)豪, 李義梅 申請(qǐng)人:豪芯微電子科技(上海)有限公司