射频信号放大电路的制作方法
【专利摘要】本发明涉及射频信号放大电路，其包括主MOS变容管电容、辅助MOS变容管电容、主晶体管、辅助晶体管、输出单元、第一电阻、第二电阻和第三电阻。本发明利用MOS变容管电容（MOS?Varactor）容值随电容两端的电压变化的特性，在多重栅晶体管法（MGTR）的基础上，使用MOS变容管电容作为信号耦合电容，代替原有的线性电容，改善信号耦合过程的线性，使整个射频信号放大电路的线性得到优化，同时减少耦合电容所需的芯片面积。
【专利说明】射频信号放大电路
【技术领域】
[0001]本发明涉及射频集成电路技术，具体涉及射频信号放大电路。
【背景技术】
[0002]现代无线通讯系统的空中接口对干扰的定义，除包括了源自本系统内部的干扰外，还有来自异系统的干扰。具体的指标有:发射机的邻道抑制(ACPR，Adjacentchannel power rejection),互调特性(inter-modulation)等，和接收机的邻道选择性(ACS, Adjacent channel selectivity)，抗阻塞性倉泛(anti—Blocking characteristic),互调特性(inter-modulation)等。射频收发机的三阶线性的优劣直接决定了以上指标的优劣。
[0003]如图1所示，为现有技术的射频收发机，其发射通道一般依次由数模转换器100、滤波器102、上变频混频器104、预功放放大器107、和功率放大器111连接构成；其接收通道一般依次由低噪声放大器108、下变频混频器105、滤波器103和模数转换器101连接构成。射频信号放大器在发射通道表现为功率放大器PA前的预功放放大器(PPA，pre-PAamplifier)和功率放大器(PA, Power amplifier),在接收通道中表现为低噪声放大器(LNA, low noise amplifier)。以上列举的三种射频信号放大器的非线性性能对射频收发机整体线性性能有着至关重要的影响。
[0004]射频信号放大器非线性可由(公式I)表征，射频信号放大器的线性通常用IIP3或0IP3定义(公式2):
[0005]^RFOUT = 8m * ^RFIN * ^Load ~ (§ I^RFIN + §2 ^RFIN + §3^RFIN ^ )* Z ?
rnnnrn ? _ 沉RFOUT ? _ ^ IRFOUT ? _ ^ IRFOlITr 八 Hi 1、
[0006]g, ^^^^(公式 I)
VV RFINU V RFINU V RFlN
[0007]Aim = P — Aom = Alipi * gm * Zload(公式 2)
P g3
[0008]其中，Vkfin是射频信号放大器的输入电压信号，Vkfotjt是射频信号放大器的输出电压信号，gm是射频信号放大器的输出电流对输入电压信号的跨导，ZLoad是射频信号放大器的负载阻抗，gl、g2和g3分别是射频信号放大器输出电流对输入电压信号的一阶导数、二阶导数和三阶导数。
[0009]目前主流的CMOS工艺条件下，以输出功率为OdBm的预功放放大器为例，受MOS器件电流电压呈平方转换(1-V特性)限制，单个MOS管作为跨导元件的射频信号放大器的0IP3通常在15dBm左右，但主流OFDM射频发射机对0IP3基本要求达到23dBm以上。
[0010]多重栅晶体管法(MGTR, Multiple-Gated Transistor)是常用的改善射频信号放大器线性的方法。该方法最早由B.Kim在2000年IEEE Microwave and Guided WaveLetters中公开。
[0011]在采用多重栅晶体管法的射频信号放大器中(见图2)，其包括主晶体管Mmain、辅助晶体管Maux、电阻R1、电阻R2、电阻R3、耦合电容Cmain、耦合电容Caux和输出单元，主晶体管 Mfflain的栅极通过耦合电容Cmain与射频信号输入端Vrtin连接，辅助晶体管Maux的栅极通过耦 合电容caux与射频信号输入端Vrtin连接，耦合电容Cmain和耦合电容Caux均通过电阻R1与偏 置电压Vdc;in连接，主晶体管Mmain的漏极与输出单元的输入端连接，输出单元的供电端与电 源电压Vdd连接。主晶体管Mmain和辅助晶体管Maux的源极和漏极分别短接，主晶体管Mmain 的源极接地（Vss)，主晶体管Mmain通过偏置电压Vbmain和电阻R2偏置在饱和区，辅助晶体管 Maux通过偏置电压Vbaux和电阻R3偏置在亚阈值区。处于饱和区时,主晶体管Mmain的g3值为 负数，处于亚阈值区时，辅助晶体管Maux的g3值为正数。因此，分别配置两支路的增益，使两 支路g3之和趋近于零，射频信号放大器的线性性能就得到相当程度的改善。过程可由公式 3表示。
【权利要求】
1.射频信号放大电路，其特征在于，包括一主MOS变容管电容、一辅助MOS变容管电容、一主晶体管、一辅助晶体管、一输出单元、一第一电阻、一第二电阻和一第三电阻；主MOS变容管电容的栅极和辅助MOS变容管电容的栅极连接在一起并作为射频信号输入端，所述射频信号输入端通过第一电阻接入一工作电压；主MOS变容管电容的源极和漏极连接在一起并作为主SD端，辅助MOS变容管电容的源极和漏极连接在一起并作为辅助SD端；主晶体管和辅助晶体管的源极均接地，主晶体管的漏极和辅助晶体管的漏极连接在一起，主晶体管的栅极与主SD端连接，辅助晶体管的栅极与辅助SD端连接；主晶体管的栅极通过第二电阻接入一主偏置电压，辅助晶体管的栅极通过第三电阻接入一辅助偏置电压；主晶体管的漏极与所述输出单元的输入端连接；所述输出单元的供电端接入一电源电压； 其中，所述工作电压，用于使所述主MOS变容管电容的栅源电压大于零且小于其积累区电压，以及使所述辅助MOS变容管电容的栅源电压大于零且小于其积累区电压。
2.如权利要求1所述的射频信号放大电路，其特征在于，所述输出单元包括一负载阻抗和一共栅晶体管，所述共栅晶体管的漏极通过负载阻抗接入所述电源电压，共栅晶体管的栅极接入一共栅偏置电压，共栅晶体管的源极与主晶体管的漏极连接；共栅晶体管的漏极与负载阻抗的连接节点作为射频信号输出端。
3.如权利要求2所述的射频信号放大电路，其特征在于，所述共栅晶体管的驱动电压高于主晶体管和/或辅助晶体管的驱动电压。
4.如权利要求1所述的射频信号放大电路，其特征在于，主晶体管工作在饱和区，辅助晶体管工作在亚阈值区。
【文档编号】H03F3/189GK103580624SQ201310485973
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年10月16日 优先权日:2013年10月16日
【发明者】张伟锋, 石磊 申请人:广州润芯信息技术有限公司