专利名称：Cmos功率放大器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可应用于前端模块的CMOS功率放大器，更具体地说，涉及一种可通过调节其的放大增益而选择性地用作非线性放大器或线性放大器的CMOS功率放大器。
背景技术：
总的来说，世界上将近80%以上的移动电话需求是使用非线性信号的GSM(全球移动通信系统)电话，预期在未来的市场上，使用线性信号的EDGE或W-CDMA电话将广泛地受到欢迎并使用。因此，对于单个功率放大器，要求能选择性地放大GSM信号和EDGE/W-CDMA信号的放大器。现有技术的功率放大器被分为能够放大诸如GSM信号的非线性信号的非线性放大器和能够放大诸如EDGE/W-CDMA信号的线性信号的线性放大器等。非线性放大器的操作原理如下。在其包络中不含有信息的GSM信号的情况下，使用具有大的增益的放大器以将输入信号的变化包络转换为一致的包络。线性放大器的操作原理如下。在其包络中含有信息的EDGE/W-CDMA信号的情况下，放大器必须放大输入信号，使得其保持具有相同增益的信号形式。然而，对于现有技术的功率放大器，需要非线性放大器来放大诸如GSM信号等的非线性信号，并需要线性放大器来放大诸如EDGE/W-CDMA信号等的线性信号。即，为了放大不同的信号，必须购买两个不同的放大器。
发明内容
本发明的一个方面提供一种通过调节其的放大增益而可选择性地用作非线性放大器或线性放大器的CMOS功率放大器。根据本发明的一个方面，提供一种CMOS功率放大器，其包括第一 MOS晶体管，连接于第一电源端子和第一输出级之间，并具有连接至输入级的栅极；第二 MOS晶体管，连接于第一输出级和接地端之间，并具有连接至输入级的栅极；切换电路单元，将输入级和第一输出级之间的反馈线路连接或断开以选择线性放大操作或非线性放大操作；以及电阻器， 设置在输入级和第一输出级之间的反馈线路上，以在接通反馈线路时确定线性放大增益。第一 MOS晶体管可以是其源极连接至第一电源端子并且其漏极连接至第一输出级的P沟道MOS晶体管。第二MOS晶体管可以是其漏极连接至第一输出级并且其源极连接至接地端的N沟道MOS晶体管。
切换电路单元可以是其漏极连接至 输入级、其源极连接至第一输出级以及其栅极接收切换信号的N沟道MOS晶体管。电阻器可以是能够调节其电阻值以调整线性放大增益的可变电阻器。根据本发明的一个方面，提供一种CMOS功率放大器，包括驱动级，接收第一电源并放大输入信号；以及功率级，接收第二电源并放大来自驱动级的信号的功率；其中驱动级包括第一 MOS晶体管，连接于第一电源端子和第一输出级之间，并具有连接至输入级的栅极；第二 MOS晶体管，连接于第一输出级和接地端之间，并具有连接至输入级的栅极；切换电路单元，将输入级和第一输出级之间的反馈线路连接或断开以选择线性放大操作或非线性放大操作；以及电阻器，设置在输入级和第一输出级之间的反馈线路上，以在接通反馈线路时确定线性放大增益。第一 MOS晶体管可以是其源极连接至第一电源端子并且其漏极连接至第一输出级的P沟道MOS晶体管。第二MOS晶体管可以是其漏极连接至第一输出级并且其源极连接至接地端的N沟道MOS晶体管。切换电路单元可以是其漏极连接至输入级、其源极连接至第一输出级以及其栅极接收切换信号的N沟道MOS晶体管。电阻器可以是能够调节其电阻值以调整线性放大增益的可变电阻器。功率级可以具有其中层接多个放大器的级联结构。功率级可以包括第三MOS晶体管，具有连接至第一输出级的栅极、连接至接地端的源极以及漏极；第四MOS晶体管，具有连接至第二电源端子和第二输出级的漏极、连接至第三MOS晶体管的漏极的源极以及连接至第一偏置电压的端子的栅极。第三MOS晶体管和第四MOS晶体管均为N沟道MOS晶体管。
通过以下结合附图进行的详细描述，本发明的上述以及其他方面、特征和其他优点能被更清晰地理解，附图中图1是根据本发明示例性实施方式的CMOS功率放大器的电路图；图2是根据本发明示例性实施方式的CMOS功率放大器用作非线性放大器的电路图；图3是根据本发明示例性实施方式的CMOS功率放大器用作线性放大器的电路图； 以及图4是示出根据本发明示例性实施方式的CMOS功率放大器的输入信号和输出信号的波形的示图。
具体实施例方式将参照附图详细地描述本发明的示例性实施方式。然而，本发明可以以多种不同的形式来实施并且不被解释为局限于本文所阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式以使得本公开详尽和完整，并将本发明的范围完整地传达给本领域技术人员。在附图中，为了清楚起见，可以将形状和尺寸放大，通篇将使用相同的参考标号来表示相同或相似的元件。
图1是根据本发明示例性实施方式的CMOS功率放大器的电路图。参考图1，根据本发明示例性实施方式的CMOS功率放大器可包括驱动级100，用于接收第一电源(power) Vddl并将输入信号放大；以及功率级200，用于接收第二电源Vdd2 并将来自驱动级100的信号的功率放大。 驱动级100可包括第一 MOS晶体管PM10，连接于第一电源端子Vddl和第一输出级OUTl之间，并具有连接至输入级IN的栅极；第二 MOS晶体管匪10，连接于第一输出级 OUTl和接地端之间，并具有连接至输入级IN的栅极；切换电路单元SW10，将输入级IN和第一输出级OUTl之间的反馈线路短路或断开，以选择线性放大操作或非线性放大操作；以及电阻器R10，设置在输入级IN和第一输出级OUTl之间的反馈线路上，以在接通反馈线路时确定线性放大增益。在示例性实施例中，第一 MOS晶体管PMlO可构造为其源极连接至第一电源端子 Vddl并且其漏极连接至第一输出级OUTl的P沟道MOS晶体管。第二 MOS晶体管可构造为其漏极连接至第一输出级OUTl并且其源极连接至接地端的N沟道MOS晶体管。切换电路单元SWlO可包括其漏极连接至输入级IN、其源极连接至第一输出级 OUTl以及其栅极接收切换信号SS的N沟道MOS晶体管。电阻器RlO可构造为能够控制电阻值以调整线性放大增益的可变电阻器。功率级200可构造为其中层接(stack)多个放大器的级联结构。在示例性实施例中，功率级200可包括第三MOS晶体管匪21，其具有连接至所述第一输出级OUTl的栅极、连接至接地端的源极、以及漏极；第四MOS晶体管匪22，其具有连接至第二电源端子Vdd2和第二输出级0UT2的漏极、连接至第三MOS晶体管匪21的源极以及连接至第一偏置电压Vbl的端子的栅极。第三MOS晶体管匪21和第四MOS晶体管匪22均可构造为N沟道MOS晶体管。图2是根据本发明示例性实施方式的CMOS功率放大器用作非线性放大器的电路图，图3是根据本发明示例性实施方式的CMOS功率放大器用作线性放大器的电路图。在图2中，切换电路单元SWlO被断开，以使CMOS功率放大器用作非线性放大器。在图3中，切换电路单元SWlO被接通，以使CMOS功率放大器用作线性放大器。图4是示出根据本发明示例性实施方式的CMOS功率放大器的输入信号和输出信号的波形的示图。如图4所示，当将其中包络中不含有信息的输入信号输入时，切换电路单元SWlO 被断开，因此输出具有相同峰值电平的第一输出信号。此外，当将其中包络中含有信息的输入信号输入时，切换电路单元SWlO被接通， 以输出具有不同峰值电平的第二输出信号。现在将参照附图描述本发明的操作和效果。现在将参照图1至图4描述根据本发明示例性实施方式的CMOS功率放大器。在图1中，根据本发明示例性实施方式的CMOS功率放大器中所包括的驱动级100接收第一电源Vddl、放大输入信号并将放大的信号输出至功率级200。功率级200接收第二电源Vdd2并将来自驱动级100的信号的功率放大。这里，第一电源Vddl和第二电源Vdd2可以具有相同或不同的电压。
参照图1，根据本发明示例性实施方式的驱动级100可用作线性放大器或非线性放大器。现在将对此进行描述。参照图1，根据本发明示例性实施方式的驱动级100可以包括第一 MOS晶体管 PM10、第二 MOS晶体管NM10、切换电路单元SWlO以及电阻器R10。接通或断开切换电路单元SWlO以使CMOS功率放大器用作线性放大器或非线性放大器，使得连接在第一输出级OUTl和输入级IN之间的反馈线路可以根据切换信号SS连接或断开，其中第一 MOS晶体管PMlO的漏极和第二 MOS晶体管匪10的漏极连接至第一输出级 OUTl。首先，为了将MOS功率放大器用作非线性放大器，当断开切换电路单元SWlO时，输入级IN和第一输出级OUTl之间的反馈线路是断开的。
当反馈线路通过切换电路单元SWlO而断开时，图1中所示的根据本发明示例性实施方式的CMOS功率放大器可用作如图2所示的非线性放大器。即，当切换电路单元SWlO构造为N沟道MOS晶体管并且通过切换信号SS断开N 沟道MOS晶体管时，输入级IN和第一输出级OUTl之间的反馈线路是断开的，这阻止了电流流向电阻器R10。于是，根据本发明示例性实施方式的驱动级100具有大的增益，因此，驱动级100可用作非线性放大器。当驱动级100用作非线性放大器时，其等效电路如图2所示，并且通过根据本发明示例性实施方式的CMOS功率放大器，输入信号在其包络中不含有信息，因此输出如图4所示的具有相同峰值电平的第一输出信号。同时，为了将CMOS功率放大器用作线性放大器，当接通切换电路单元SWlO时，输入级IN和第一输出级OUTl之间的反馈线路是连通的。当反馈线路通过切换电路单元SWlO而连接时，图1中所示的根据本发明示例性实施方式的CMOS功率放大器可用作如图3所示的线性放大器。S卩，当切换电路单元SWlO构造为N沟道MOS晶体管并且通过切换信号SS接通N沟道MOS晶体管时，输入级IN和第一输出级OUTl之间的反馈线路短路(或连接)，使得电流通过反馈线路流向电阻器R10，因此就产生了从第一输出级OUTl至输入级IN的电流反馈。 在这种情况下，可通过调节电阻器RlO的电阻值来调整驱动级100的增益，因此通过将驱动级100的增益调整到所期望的值，根据示例性实施方式的驱动级100可以用作线性放大器。当驱动级100用作线性放大器时，其等效电路如图3所示，并且利用根据本发明示例性实施方式的CMOS功率放大器，输入信号在其包络中含有信息，因此输出如图4所示的其包络中含有信息的第二输出信号。如上所述，添加切换电路单元以使驱动级的输出级与输入级之间的反馈线路断开或短路。因此，通过接通或断开切换电路单元，单个CMOS功率放大器可用作线性放大器或非线性放大器。如上所阐述，根据本发明的示例性实施方式，单个CMOS功率放大器可调节其放大增益，由此可选择性地用作非线性放大器或线性放大器。尽管已经结合示例性实施方式示出和描述了本发明，但是对本领域技术人员显而易见的是，在不背离本发明的精神和范围的前提下，可以进行各种修改和变化，本发明的精神和范围由所附权利要求来限定。
权利要求
1.一种CMOS功率放大器，包括第一 MOS晶体管，连接于第一电源端子和第一输出级之间，并具有连接至输入级的栅极；第二 MOS晶体管，连接于所述第一输出级和接地端之间，并具有连接至所述输入级的栅极；切换电路单元，将所述输入级和所述第一输出级之间的反馈线路连接或断开以选择线性放大操作或非线性放大操作；以及电阻器，设置在所述输入级和所述第一输出级之间的所述反馈线路上，以在接通所述反馈线路时确定线性放大增益。
2.根据权利要求1所述的放大器，其中，所述第一MOS晶体管是其源极连接至所述第一电源端子并且其漏极连接至所述第一输出级的P沟道MOS晶体管。
3.根据权利要求2所述的放大器，其中，所述第二MOS晶体管是其漏极连接至所述第一输出级并且其源极连接至接地端的N沟道MOS晶体管。
4.根据权利要求3所述的放大器，其中，所述切换电路单元是其漏极连接至所述输入级、其源极连接至所述第一输出级以及其栅极接收切换信号的N沟道MOS晶体管。
5.根据权利要求4所述的放大器，其中，所述电阻器是能够调节其电阻值以调整所述线性放大增益的可变电阻器。
6.一种CMOS功率放大器，包括驱动级，接收第一电源并放大输入信号；以及功率级，接收第二电源并放大来自所述驱动级的信号的功率；其中，所述驱动级包括第一 MOS晶体管，连接于第一电源端子和第一输出级之间，并具有连接至输入级的栅极；第二 MOS晶体管，连接于所述第一输出级和接地端之间，并具有连接至所述输入级的栅极；切换电路单元，将所述输入级和所述第一输出级之间的反馈线路连接或断开，以选择线性放大操作或非线性放大操作；以及电阻器，设置在所述输入级和所述第一输出级之间的所述反馈线路上，以在接通所述反馈线路时确定线性放大增益。
7.根据权利要求6所述的放大器，其中，所述第一MOS晶体管是其源极连接至所述第一电源端子并且其漏极连接至所述第一输出级的P沟道MOS晶体管。
8.根据权利要求7所述的放大器，其中，所述第二MOS晶体管是其漏极连接至所述第一输出级并且其源极连接至接地端的N沟道MOS晶体管。
9.根据权利要求8所述的放大器，其中，所述切换电路单元是其漏极连接至所述输入级、其源极连接至所述第一输出级以及其栅极接收切换信号的N沟道MOS晶体管。
10.根据权利要求9所述的放大器，其中，所述电阻器是能够调节其电阻值以调整所述线性放大增益的可变电阻器。
11.根据权利要求5至10中任一项所述的放大器，其中，所述功率级具有其中层接多个放大器的级联结构。
12.根据权利要求11所述的放大器，其中，所述功率级包括第三MOS晶体管，具有连接至所述第一输出级的栅极、连接至接地端的源极、以及漏极；第四MOS晶体管，具有连接至所述第二电源端子和第二输出级的漏极、连接至所述第三MOS晶体管的漏极的源极以及连接至第一偏置电压的端子的栅极。
13.根据权利要求11所述的放大器，其中，所述第三MOS晶体管和所述第四MOS晶体管均为N沟道MOS晶体管。
全文摘要
一种CMOS功率放大器，包括第一MOS晶体管，连接于第一电源端子和第一输出级之间，并具有连接至输入级的栅极；第二MOS晶体管，连接于第一输出级和接地端之间，并具有连接至输入级的栅极；切换电路单元，将输入级和第一输出级之间的反馈线路连接或断开以选择线性放大操作或非线性放大操作；以及电阻器，设置在输入级和第一输出级之间的反馈线路上，以在接通反馈线路时确定线性放大增益。
文档编号H03F3/20GK102347734SQ20111020351
公开日2012年2月8日 申请日期2011年7月20日 优先权日2010年7月29日
发明者元俊九, 南重镇, 尹喆焕, 金基仲, 金胤锡 申请人:三星电机株式会社