专利名称：基于共模反馈的可变增益自适应偏置功率放大器的制作方法
技术领域：
本发明涉及了一种功率放大器，尤其是一种基于共模反馈的可变增益自适应偏置功率放大器，属于半导体集成电路设计领域。
背景技术：
随着无线通信和IC产业不断的发展，单片集成射频和基带算法的SOC系统由于集成度高，面积小，成本低等优势越来越受到整机设计厂商的欢迎。在SOC系统设计中，随着 CMOS工艺特征尺寸的不断减小其在面积和成本上的优势越来越明显。基于CMOS工艺的SOC 系统已经成为各个IC设计公司的核心竞争力所在。然而基于CMOS工艺的片上PA设计由于CMOS工艺本身特性的限制(电源电压、非线性、寄生电容、衬底耦合和损耗等)成为SOC系统的瓶颈所在。为了实现带宽的有效利用和大数据率的通信，现代无线通信系统采用了各种复杂的调制方式，调制方式的不同，对PA性能要求也不同。从射频设计角度看，调制方式大概可分为恒包络调制和变包络调制。变包络调制方式包括8/16/32/64-QAM、QPSK、0QPSK等。由于变包络调制方式包络中携带信息，所以需要线性度较高的A类PA对其进行放大。但是A 类放大器往往转换效率低，而且在3. 3V电源电压情况下CMOS工艺需要实现IOdBm以上的功率输出很难保证高线性度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供了一种基于共模反馈的可变增益自适应偏置功率放大器，根据高带宽可变增益放大器将包络检测值叠加在直流偏置上的方法，该可变增益放大器不但可以用来实现直流偏置与包络信号的叠加，同时还可以用来调节包络信号的大小，实现PA线性度更有效的补偿。为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是
一种基于共模反馈的可变增益自适应偏置功率放大器，包括RF输入信号，还包括包络检测模块、偏置电压控制模块、运放模块和信号输出模块，所述包络检测模块的输入端与RF 输入信号相连接，输出端与运放模块相连接；所述偏置电压控制模块与所述运放模块相连接；所述信号输出模块的输入端与运放模块和RF输入信号相连接，输出端连接PA输入端。前述的基于共模反馈的可变增益自适应偏置功率放大器，其特征在于所述运放模块包括运算放大器0P1，所述包络检测模块通过第一可变电阻Rl与运算放大器OPl的同相输入端相连接，同相输入端与反向输出端之间连接有第二可变电阻R2 ；直流电源Vdc通过第三可变电阻R3与运算放大器OPl的反向输入端相连接，同相输出端与反向输入端之间连接有第四可变电阻R4。前述的基于共模反馈的可变增益自适应偏置功率放大器，其特征在于所述包络检测电路包括两个MOS管，所述两个MOS管的漏极均连接直流电压VDD，栅极均连接本振信号，源极均连接第一恒流源后接地；两个MOS管的源极连接RC滤波电路后与所述运放模块相连接。前述的基于共模反馈的可变增益自适应偏置功率放大器，其特征在于所述偏置电压控制模块包括第三MOS管，所述第三MOS管的漏极和栅极连接第二恒流源，源极接地， 栅极与所述运放模块相连接，源极与栅极之间连接有第一电容Cl。前述的基于共模反馈的可变增益自适应偏置功率放大器，其特征在于所述输出模块包括第二 MOS管，所述第二 MOS管的栅极连接RF输入信号和运放模块的输出端，源极接地，漏极连接PA输入端。本发明的有益效果如下
1、偏置电压随输入信号包络的增大而增加；
2、在相同输出功率的基础上，采用动态偏置方法得到的线性度明显优于固定偏置；
3、与相同增益压缩点的固定偏置相比，动态偏置只有部分时间偏置在最高电流值，可以降低PA功耗，提高其效率；
4、由于采用了动态偏置，PA低输出能量情况下的电流消耗明显低于高输出能量情况下的电流消耗。
图1是本发明基于共模反馈的可变增益自适应偏置电路示意图； 图2是本发明包络检测模块电路结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。如图1所示，一种基于共模反馈的可变增益自适应偏置功率放大器，包括RF输入信号Vrf_in、包络检测模块、偏置电压控制模块1、运放模块2和信号输出模块3，所述包络检测模块的输入端与RF输入Vrf_in信号相连接，输出端与运放模块2相连接；所述偏置电压控制模块3与所述运放模块2相连接；所述信号输出模块3的输入端与运放模块2和RF 输入信号Vrfjn相连接，输出端连接PA输入端。所述运放模块2包括运算放大器0P1，所述包络检测模块通过第一可变电阻Rl与运算放大器OPl的同相输入端相连接，同相输入端与反向输出端之间连接有第二可变电阻 R2 ；直流电源Vdc通过第三可变电阻R3与运算放大器OPl的反向输入端相连接，同相输出端与反向输入端之间连接有第四可变电阻R4。所述包络检测电路包括两个MOS管，MOS管M3与MOS管M4的漏极均连接直流电压VDD，栅极分别连接本振信号Vrf_in+和Vrf_in-，源极均连接第一恒流源I_Biasl后接地；两个MOS管的源极连接RC滤波电路后与所述运放模块2的运算放大器OPl的同相输入端相连接。所述偏置电压控制1模块包括第三MOS管M3，所述第三MOS管M3的漏极和栅极连接第二恒流源I_Bias2，源极接地，栅极与所述运放模块2的运算放大器OPl的输入端相连接，源极与栅极之间连接有第一电容Cl。所述输出模块3包括第二 MOS管M2，第二 MOS管M2的源极接地，栅极与所述运放模块2的运算放大器OPl的同相输出端、RF输入信号Vrf_in相连接，漏极作为PA的输入端，在第二 MOS管M2栅极与运放模块2的运算放大器OPl的同相输出端之间还连接有一个由电阻R5和电容C2组成的RC滤波电路。在忽略放大器直流失调的情况下(实际电路设计中在运放闭环增益较小，版图较好的情况下，运放输出直流失调可以控制在20mV以内)，运放的共模负反馈环路增益和带宽足够高的情况下，可得VBiaS=VCM+R2/Rl*VEV_in，其中VBias为运算放大器OPl同相输出端的输出电压，VCM为偏置电压控制模块输出端的电压，VEV_in为包络检测模块输出端的电压。可见偏置电压等于由偏置电流产生的偏置电压值加上包络信号乘以一个增益。只要保证运放的闭环增益带宽远远大于包络信号带宽，运放电路引入的延时可以忽略不计。同时通过改变Rl和R2的比值很方便的调节包络检测链路的增益来补偿PA的非线性。该电路也可以通过将单端输出运放的输出直流取出与参考电压作比较反馈调节运放偏置实现，但是这种实现方法需要额外运放电路，电路更为复杂。综上所述，本发明提供的一种基于共模反馈的可变增益自适应偏置功率放大器， 通过一个全差分放大器同时实现了偏置与前馈包络的叠加和包络信号增益的调节。利用了 RC与CR网络传输特性的不同避免了自适应偏置电路的路径延时对PA性能的影响。实际使用中可以根据测试结果确定合适的前馈增益，得到PA的最优性能。该实现方式电路结构简单，不存在反馈路径，无稳定性问题。以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界。
权利要求
1.一种基于共模反馈的可变增益自适应偏置功率放大器，包括RF输入信号，其特征在于还包括包络检测模块、偏置电压控制模块、运放模块和信号输出模块，所述包络检测模块的输入端与RF输入信号相连接，输出端与运放模块相连接；所述偏置电压控制模块与所述运放模块相连接；所述信号输出模块的输入端与运放模块和RF输入信号相连接，输出端连接PA输入端。
2.根据权利要求1所述的基于共模反馈的可变增益自适应偏置功率放大器，其特征在于所述运放模块包括运算放大器0P1，所述包络检测模块通过第一可变电阻Rl与运算放大器OPl的同相输入端相连接，同相输入端与反向输出端之间连接有第二可变电阻R2 ；直流电源Vdc通过第三可变电阻R3与运算放大器OPl的反向输入端相连接，同相输出端与反向输入端之间连接有第四可变电阻R4。
3.根据权利要求1或2所述的基于共模反馈的可变增益自适应偏置功率放大器，其特征在于所述包络检测电路包括两个MOS管，所述两个MOS管的漏极均连接直流电压VDD， 栅极均连接本振信号，源极均连接第一恒流源后接地；两个MOS管的源极连接RC滤波电路后与所述运放模块相连接。
4.根据权利要求3所述的基于共模反馈的可变增益自适应偏置功率放大器，其特征在于所述偏置电压控制模块包括第三MOS管，所述第三MOS管的漏极和栅极连接第二恒流源，源极接地，栅极与所述运放模块相连接，源极与栅极之间连接有第一电容Cl。
5.根据权利要求4所述的基于共模反馈的可变增益自适应偏置功率放大器，其特征在于所述输出模块包括第二 MOS管，所述第二 MOS管的栅极连接RF输入信号和运放模块的输出端，源极接地，漏极连接PA输入端。
全文摘要
本发明公开了基于共模反馈的可变增益自适应偏置功率放大器，包括RF输入信号，还包括包络检测模块、偏置电压控制模块、运放模块和信号输出模块，所述包络检测模块的输入端与RF输入信号相连接，输出端与运放模块相连接；所述偏置电压控制模块与所述运放模块相连接；所述信号输出模块的输入端与运放模块和RF输入信号相连接，输出端连接PA输入端。本发明解决了现有技术中自适应偏置电路的路径延时对PA性能影响的问题，通过高带宽可变增益放大器将包络检测值叠加在直流偏置上的方法，该可变增益放大器不但可以用来实现直流偏置与包络信号的叠加，同时还可以用来调节包络信号的大小，实现PA线性度更有效的补偿。
文档编号H03F3/20GK102570999SQ20111043931
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月26日 优先权日2011年12月26日
发明者李云初, 李国儒 申请人:苏州云芯微电子科技有限公司