一种cmos线性功率放大器中的自适应偏置电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及功率放大器,具体涉及一种CMOS线性功率放大器中的自适应偏置电路。
【背景技术】
[0002]当今CMOS工艺在数字电路、混合信号甚至射频电路上都得到了广泛的应用,而集成功率放大器成为了 CMOS IC面临的最大障碍。原因在于,首先CMOS器件的特性,尤其是鲁棒性要大大弱于主流手机功放所采用的GaAs,SiGe等工艺,而随着尺寸的降低,这一缺陷变得越发突出。包括栅氧击穿电压低、源漏穿通电压小、热载流子效应明显等因素造成了CMOS器件在应对大电流、大电压的情况下性能和可靠性较差。
[0003]传统的CMOS功率放大器(CMOS PA)在涉及鲁棒性设计中,通常采用叠加多个Cascode甚至采用Stacked等方式来增加电路的可靠性,但是在负载失配较为严重的情况下,这些方法仍然存在风险。其次,CMOS器件在线性特性上也较传统工艺器件差,因此往往需要依靠线性化技术进行校正。
【实用新型内容】
[0004]为了解决现有技术中存在的问题,本实用新型公开了一种CMOS线性功率放大器中的自适应偏置电路。
[0005]本实用新型的技术方案如下:
[0006]一种CMOS线性功率放大器中的自适应偏置电路,包括反相器放大电路、失真放大电路、反相放大电路和电压电流转换电路;所述反相器放大电路的输入端是所述偏置电路的输入端,所述反相器放大电路的输出端连接所述失真放大电路的输入端,所述失真放大电路的输出端连接所述反相放大电路的输入端,所述反相放大电路的输出端连接所述电压电流转换电路;还包括第七场效应管,所述第七场效应管是P沟道型,所述电压电流转换电路的输出端连接所述第七场效应管的门级,所述第七场效应管的漏极作为所述偏置信号的输出端。
[0007]其进一步的技术方案为:所述反相器放大电路包括第一场效应管、第二场效应管、可变电阻;所述第一场效应管为N沟道型,所述第二场效应管为P沟道型,所述第一场效应管的漏极和第二场效应管的漏极相连接,所述第一场效应管的门级和第二场效应管的门级相连接,所述可变电阻一端连接所述第一场效应管的门级,另一端连接第一场效应管的漏极;所述第一场效应管的门级为反相器放大电路的输入端,漏极为反相器放大电路(I)的输出端。
[0008]其进一步的技术方案为:所述失真放大电路包括为N沟道型的第三场效应管和第四场效应管;所述第三场效应管的门级连接所述反相器放大电路的输出端;所述第三场效应管的漏极连接第四场效应管的源极,其公共端作为所述失真放大电路的输出端。
[0009]其进一步的技术方案为:所述反相放大电路包括P沟道型的第五场效应管、第一电阻和第一电容,所述第一电阻和第一电容并联,所述第一电阻的一端连接所述第五场效应管的漏极;所述第一电阻和所述第五场效应管的公共端为所述反相放大电路的输出端。
[0010]其进一步的技术方案为:所述电压电流转换电路包括误差放大器、第二电阻、第二电容和第六场效应管;所述第六场效应管的漏极连接第二电阻的一端,第二电阻的另一端接地;所述误差放大器的正向输入端连接所述第六场效应管和第二电阻的公共端,所述反相放大电路的输出端连接所述误差放大器的负向输出端;所述误差放大器的输出端连接所述第七场效应管的门级。
[0011]本实用新型的有益技术效果是:
[0012]1、本实用新型采用动态跟踪输出电压信号幅度,并提取出相关信息动态的调整偏置电路,使其可以自适应负载失配的情况。
[0013]2、本实用新型同时采用动态的跟踪输出电流的变化,实时调整功放的工作电流,从而可以在根本上改善CMOS功放在各个恶劣条件下的可靠性。
[0014]3、本实用新型采用动态的跟踪信号幅度,然后相应的调整偏置电路以适应当前的信号幅度需求,同时辅助模拟线性化装置或谐波抑制网络,同时改善功放的线性度和效率。
[0015]综上,本实用新型的自适应偏置技术很好的解决了不同信号输入下,对功率放大器在待机功耗和线性度之间的折中,在不同输入幅度下产生不同的偏置信号,在大信号下提升偏置改善功放的线性,在小信号下降低偏置,保证线性的情况下尽可能降低直流功耗。
【附图说明】
[0016]图1是本实用新型示意图。
[0017]图2显示了不同反相器增益下对功率放大器增益的影响。
[0018]图3显示了对于不同输入信号幅度下对应的功放的工作电流。
[0019]图4显示了带自适应偏置电路和没有带自适应偏置电路的增益变化
【具体实施方式】
[0020]图1是本实用新型示意图。本实用新型包括反相器放大电路1、失真放大电路2、反相放大电路3和电压电流转换电路4.反相器放大电路I的输入端是偏置电路的输入端,反相器放大电路I的输出端连接失真放大电路2的输入端,失真放大电路2的输出端连接反相放大电路3的输入端,反相放大电路3的输出端连接电压电流转换电路4。还包括场效应管M7,场效应管M7是P沟道型,电压电流转换电路4的输出端连接场效应管M7的门级,场效应管M7的漏极作为偏置电路的输出端。
[0021]反相器放大电路I包括场效应管M1、场效应管M2、可变电阻R0。场效应管Ml为N沟道型,场效应管M2为P沟道型,场效应管Ml的漏极和场效应管M2的漏极相连接,场效应管Ml的门级和场效应管M2的门级相连接,可变电阻RO—端连接场效应管Ml的门级,另一端连接场效应管Ml的漏极。场效应管Ml的门级为反相器放大电路I的输入端,漏极为反相器放大电路I的输出端。通过调节可变电阻RO的大小,改变放大器的增益,就可以调节自适应偏置电路的起始点。
[0022]失真放大电路2包括为N沟道型的场效应管M3和场效应管M4。场效应管M3的门级连接反相器放大电路I的输出端,场效应管M3的漏极连接场效应管M4的源极,其公共端作为失真放大电路2的输出端。场效应管M3和场效应管M4组成了一个增益固定的失真放大电路2,即在小信号模式下,电路节点b的平均电压相对固定,而在大信号下,电路节点b产生的失真将导致电路节点B点的平均电压下降。
[0023]反相放大电路3包括P沟道型的场效应管M5、电阻Rl和电容Cl。电阻Rl和电容Cl并联,电阻Rl的一端连接场效应管M5的漏极,电阻Rl和场效应管M5的公共端为反相放大电路3的输出端。场效应管M5和电阻R1、电容Cl组成的反相放大电路3具有滤波作用,经过失真放大电路后电路节点2的平均电平随着
信号增大而减小,因而电路节点c的平均电平会随之变大,并且通过作为滤波作用的电阻Rl和电容Cl组成的网络之后,射频信号会被滤为一个近似直流信号。
[0024]电压电流转换电路4包括误差放大器Al、电阻R2、电容C2和场效应管M6。场效应管M6的漏极连接电阻R2的一端,电阻R2的另一端接地,误差放大器Al的正向输入端连接场效应管M6和电阻R2的公共端,反相放大电路3的输出端连接误差放大器Al的负向输出端,误差放大器Al的输出端连接场效应管M7的门级。电压电流转换电路4中的电路节点d的电压会跟随电路节点c的电压变化,并通过电阻R2转换成相应的电流,该电流通过作为镜像管的场效应管M7被复制出来提供给偏置电路。其中电容C2为电压电流转换电路4的补偿电容。
[0025]图2是不同反相器增益下对功率放大器增益的影响示意图,如果反相器增益高,那么自适应偏置电路的启动范围就早,体现在功率放大器的增益上,就是增益抬升提早,如gainl曲线所示;如果反相器增益降低,那么增益提升的曲线出现的越晚,如gain3曲线所示。对于功放来所,提前和延后都不是最佳的选择,因此增益提升的区间需要进行可调,如调至gain2曲线处。
[0026]图3和图4都比较了增加了本实用新型所述的偏置电路和没有使用本实用新型所述的偏置电路的对比。
[0027]图3是小信号情况下对应的功放的工作电流示意图,其中w/i adaptive bias曲线是使用了本实用新型所述的偏置电路的情况,w/o adaptive bias曲线是未使用本实用新型所述的偏置电路的情况。在小信号情况下,功放的工作电流近似为静态电流,可见,没有自适应偏置技术的电流曲线远远大于采用自适应偏置电路的电流,这样在小信号模式下,功放电流被无形地浪费了。
[0028]图4是电路的增益变化示意图,其中w/i adaptive bias曲线是使用了本实用新型所述的偏置电路的情况,w/o adaptive bias曲线是未使用本实用新型所述的偏置电路的情况。w/o adaptive bias曲线是较斜的曲线,因而功放的重要参数输出IdB压缩点偏差,而采用自适应偏置技术的增益曲线会变得非常平滑,从而获得很好的输出IdB压缩曲线,也即是AM-AM失真会得到改善,同时实际上通过自适应技术得到的AM-PM曲线也会随之改善,因而也会对功放在大信号下的线性度有明显的改善。
[0029]以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式,本实用新型不限于以上实施例。可以理解,本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化,均应认为包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种CMOS线性功率放大器中的自适应偏置电路,其特征在于:包括反相器放大电路(I)、失真放大电路(2)、反相放大电路(3)和电压电流转换电路(4);所述反相器放大电路(I)的输入端是所述偏置电路的输入端,所述反相器放大电路(I)的输出端连接所述失真放大电路⑵的输入端,所述失真放大电路⑵的输出端连接所述反相放大电路⑶的输入端,所述反相放大电路(3)的输出端连接所述电压电流转换电路(4);还包括第七场效应管(M7),所述第七场效应管(M7)是P沟道型,所述电压电流转换电路(4)的输出端连接所述第七场效应管(M7)的门级,所述第七场效应管(M7)的漏极作为所述偏置电路的输出端。2.如权利要求1所述的CMOS线性功率放大器中的自适应偏置电路,其特征在于:所述反相器放大电路(I)包括第一场效应管(M1)、第二场效应管(M2)、可变电阻(RO);所述第一场效应管(Ml)为N沟道型,所述第二场效应管(M2)为P沟道型,所述第一场效应管(Ml)的漏极和第二场效应管(M2)的漏极相连接,所述第一场效应管(Ml)的门级和第二场效应管(M2)的门级相连接,所述可变电阻(RO) —端连接所述第一场效应管(Ml)的门级,另一端连接第一场效应管(Ml)的漏极;所述第一场效应管(Ml)的门级为反相器放大电路(I)的输入端,漏极为反相器放大电路(I)的输出端。3.如权利要求1所述的CMOS线性功率放大器中的自适应偏置电路,其特征在于:所述失真放大电路⑵包括为N沟道型的第三场效应管(M3)和第四场效应管(M4);所述第三场效应管(M3)的门级连接所述反相器放大电路(I)的输出端;所述第三场效应管(M3)的漏极连接第四场效应管(M4)的源极,其公共端作为所述失真放大电路(2)的输出端。4.如权利要求1所述的CMOS线性功率放大器中的自适应偏置电路,其特征在于:所述反相放大电路(3)包括P沟道型的第五场效应管(M5)、第一电阻(Rl)和第一电容(Cl),所述第一电阻(Rl)和第一电容(Cl)并联,所述第一电阻(Rl)的一端连接所述第五场效应管(M5)的漏极;所述第一电阻(Rl)和所述第五场效应管(M5)的公共端为所述反相放大电路(3)的输出端。5.如权利要求1所述的CMOS线性功率放大器中的自适应偏置电路,其特征在于:所述电压电流转换电路(4)包括误差放大器(Al)、第二电阻(R2)、第二电容(C2)和第六场效应管(M6);所述第六场效应管(M6)的漏极连接第二电阻(R2)的一端,第二电阻(R2)的另一端接地;所述误差放大器(Al)的正向输入端连接所述第六场效应管(M6)和第二电阻(R2)的公共端,所述反相放大电路(3)的输出端连接所述误差放大器(Al)的负向输出端;所述误差放大器(Al)的输出端连接所述第七场效应管(M7)的门级。
【专利摘要】本实用新型公开了一种CMOS线性功率放大器中的自适应偏置电路,包括反相器放大电路、失真放大电路、反相放大电路和电压电流转换电路;所述反相器放大电路的输入端是所述偏置电路的输入端,所述反相器放大电路的输出端连接所述失真放大电路的输入端,所述失真放大电路的输出端连接所述反相放大电路的输入端,所述反相放大电路的输出端连接所述电压电流转换电路。本实用新型的自适应偏置技术很好的解决了不同信号输入下,对功率放大器在待机功耗和线性度之间的折中,在不同输入幅度下产生不同的偏置信号,在大信号下提升偏置改善功放的线性,在小信号下降低偏置,保证线性的情况下尽可能降低直流功耗。
【IPC分类】H03F1/32, H03F1/02, H03F3/20
【公开号】CN204697009
【申请号】CN201520489655
【发明人】焦建堂, 万颖高
【申请人】无锡中普微电子有限公司
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年7月8日