高线性度射频功率放大器的制作方法

本发明涉及集成电路领域，特别是涉及一种高线性度射频功率放大器。

背景技术：

随着现代通信技术的深入发展通信系统需要越来越高的线性度以满足越来越高的传输速率。

射频前端模块主要实现对接收射频信号的低噪声放大和发射射频信号的功率放大等功能，是射频通信设备中不可或缺的组成部分。其中，功率放大器是主要产生射频功率的原件并直接决定了射频信号的传输距离，传输质量，以及整个系统的温度和能耗。

在目前的无线通讯系统中，射频功率放大器通常采用几种形式：(1)采用分立的射频功率器件，采用混合电路的方式实现，其缺点是体积大，成本高，以及控制电路复杂。(2)采用砷化镓(gaas)异质结双极型晶体管(hbt)功率放大器，hbt晶体管具有体积小、线性度好，耐高电压等特点，但是，不易于和其它的射频电路做单芯片整合。(3)采用mos器件的功率放大器，有价格优势，适于和其它部分通信电路做片上集成，缺点是耐高电压以及很难在输出大功率条件下保持高线性度。随着现代通信技术的不断发展和人们对通信质量要求地日益苛刻，传统的mos管功率放大器的线性度已经难以满足需求。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种在不增加电流消耗的情况下，与现有射频功率放大器相比较在保持最高输出功率同时具有更高线性度的射频功率放大器。

为解决上述技术问题本发明提供的一种高线性度射频功率放大器，包括：

第一、第二半导体功率晶体管m1、m2，第一、第二电容c1、c2，电感l1，实现输入阻抗匹配的输入网络in，以及实现输出阻抗匹配的输出网络out；

输入网络in和输出网络out为本领域的常用技术，本领域人员能根据具体电路要求通过多种实施方式实现输入网络in和输出网络out(输入网络in和输出网络out结构可以相同也可以不同)。例如，一端通过一个电容接地的电感。

第一半导体功率晶体管m1，其第二端通过输入网络in连接高线性度射频功率放大 器第一端口p1并通输入偏置电路b连接第一偏置电压v1，其第三端通过输出网络out连接到高线性度射频功率放大器第二端口p2，并通过电感l1与外部电源电压vdd连接，此外部电源vdd通过第一电容c1接地，其第一端接地；

第二半导体功率晶体管m2，其第二端通过第三电容c3连接第一半导体功率晶体管m1第二端并通过电阻r1连接第二偏置电压v2，其第一端和第三端短路后与第一半导体功率晶体管m1的第一端相连。

其中，第一偏置电压v1为正向电压，第二偏置电压v2为反向电压，v2其电压数值为正。

其中，输入偏置电路b为电感、电阻、或并联电感电容谐振器。

其中，第一、第二半导体功率晶体管m1、m2为:nmos(n型金属-氧化物-半导体)、pmos(p型金属-氧化物-半导体)、hemt(高电子迁移率晶体管)或ldmos(横向扩散金属氧化物半导体)。并且，第一、第二半导体功率晶体管m1、m2互为反特性晶体管，当第一半导体功率晶体管m1为nmos时，则第二半导体功率晶体管m2为pmos。

发明结构工作原理：第一、第二半导体功率晶体管m1、m2等效电路如图2所示。其中，第一半导体功率晶体管m1具有非线性压控电流源ids＝f(vgs)，其电流受到栅源电压vgs的控制，栅漏寄生电容cgd，和栅源寄生电容cgs1。寄生电容cgs1的电容值是随栅源电压vgs变化的非线性函数cgs1＝f1(vgs)。寄生电容cgs1包含较强的非线性成分，这也是传统的共源极mosfet功率放大器电路产生非线性的一个重要的根源。

本发明中，第二半导体功率晶体管m2也可等效为一个可变电容cgs2，其电容值也是随栅源电压vgs变化的非线性函数cgs2＝f2(vgs)。由于m1、m2两个晶体管的特性相反，这两个函数的性质是相反的，因此在一定的vgs范围内、一定的直流偏置条件下、以及一定的两个电容比例(由两种晶体管的尺寸决定)的条件下，可以使得总电容cgs1+cgs2约等于一个不随vgs变化的常数，因此可以很大程度上提高mos晶体管功率放大器的线性度。其中，电容c3远大于cgs2并可视为交流短路。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是本发明第一种高线性度射频功率放大器结构示意图。

图2是图1所述射频功率放大器中，第一、第二半导体功率晶体管m1、m2的等效 电路图。

具体实施方式

如图1所示，第一、第二半导体功率晶体管m1、m2，第一、第二电容c1、c2，电感l1，实现输入阻抗匹配的输入网络in，以及实现输出阻抗匹配的输出网络out；s为源极，d为漏极，g为栅极。

输入网络in和输出网络out为本领域的常用技术，本领域人员能根据具体电路要求通过多种实施方式实现输入网络in和输出网络out(输入网络in和输出网络out结构可以相同也可以不同)。例如，一端通过一个电容接地的电感。

第一半导体功率晶体管m1(本实施例为nmos)，其第二端(栅极)通过输入网络in连接高线性度射频功率放大器第一端口p1并通输入偏置电路b连接第一偏置电压v1，其第三端(漏极)通过输出网络out连接到高线性度射频功率放大器第二端口p2，并通过电感l1与外部电源电压vdd连接，此外部电源vdd通过第一电容c1接地，其第一端(源极)接地；

第二半导体功率晶体管m2(本实施例为pmos)，其第二端(栅极)通过第三电容c3连接第一半导体功率晶体管m1第二端(栅极)并通过电阻r1连接第二偏置电压v2，其第一端(源极)和第三端(漏极)短路后与第一半导体功率晶体管m1的第一端(源极)相连。

其中，第一偏置电压v1为正向电压，第二偏置电压v2为反向电压，v2其电压数值为正。

其中，输入偏置电路b为电感、电阻、或并联电感电容谐振器。

其中，第一、第二半导体功率晶体管m1、m2可采用:nmos(n型金属-氧化物-半导体)、pmos(p型金属-氧化物-半导体)、hemt(高电子迁移率晶体管)或ldmos(横向扩散金属氧化物半导体)。并且，第一、第二半导体功率晶体管m1、m2互为反特性晶体管，当第一半导体功率晶体管m1为nmos时，则第二半导体功率晶体管m2为pmos。

以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种高线性度射频功率放大器，包括：第一半导体功率晶体管，其第二端通过输入网络连接高线性度射频功率放大器第一端口并通输入偏置电路连接第一偏置电压，其第三端通过输出网络连接到高线性度射频功率放大器第二端口，并通过电感与外部电源电压连接，此外部电源通过第一电容接地，其第一端接地；第二半导体功率晶体管，其第二端通过第三电容连接第一半导体功率晶体管第二端并通过电阻连接第二偏置电压，其第一端和第三端短路后与第一半导体功率晶体管的第一端相连。本发明在不增加电流消耗的情况下，与现有射频功率放大器相比较在保持最高输出功率同时能具有更的高线性度。

技术研发人员：赵奂;陈肯乐;何山暐
受保护的技术使用者：康希通信科技（上海）有限公司
技术研发日：2016.01.08
技术公布日：2017.07.18