驱动放大器的制作方法

本发明属于芯片设计技术领域，更具体地说，是涉及一种驱动放大器。

背景技术：

驱动放大器位于功率放大器的前端，其主要功能是在保证系统线性指标的前提下为功率放大器提供足够大的功率，分担功率放大器的增益压力，如果驱动放大器的增益和线性等指标不够会导致末级功率放大器的性能大大降低，因此，驱动放大器设计的好坏直接影响了整个系统的性能。

目前的驱动放大器常采用砷化镓hbt器件来设计，砷化镓hbt器件虽然具有高线性、高效率等优势，但其损耗较多，稳定性也有待提高。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种驱动放大器，以降低电路损耗，提高电路稳定性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种驱动放大器，包括：

功率分配模块、共源放大模块、功率合成模块、栅漏反馈模块和偏置模块；

所述功率分配模块的第一端分别与所述偏置模块的输出端、所述栅漏反馈模块的第一端连接，所述功率分配模块的第二端与所述共源放大模块的第一端连接；所述共源放大模块的第二端与所述功率合成模块的第一端连接，所述功率合成模块的第二端与所述栅漏反馈模块的第二端连接；

所述功率分配模块提供所述驱动放大器的输入接口，所述功率合成模块提供所述驱动放大器的输出接口；

其中，所述功率分配模块接收输入信号，对输入信号的能量进行功率分配后，将输入信号传输至所述共源放大模块；所述共源放大模块对输入信号进行放大，并将放大后的输入信号传输至所述功率合成模块，所述功率合成模块对放大后的输入信号的能量进行功率合成，并输出该放大后的输入信号；

所述偏置模块在电源接通时产生偏置电流，用于通过所述功率分配模块为所述共源放大模块提供直流偏置；所述栅漏反馈模块根据功率合成模块的输出信号，通过所述功率分配模块向共源放大模块提供负反馈信号。

可选地，所述功率分配模块包括总分配微带线、第一分配单元、第二分配单元和总分配电阻；所述共源放大模块的第一端包括第一输入端和第二输入端；

所述总分配微带线的第一端提供所述驱动放大器的输入接口，所述总分配微带线的第二端分别与所述第一分配单元的第一端、所述第二分配单元的第一端连接；

所述第一分配单元的第二端分别与所述总分配电阻的第一端、所述共源放大模块的第一输入端连接；

所述第二分配单元的第二端分别与所述总分配电阻的第二端、所述共源放大模块的第二输入端连接。

可选地，所述第一分配单元包括第一分配微带线、第二分配微带线、第三分配微带线和第一分配电阻；所述共源放大模块的第一输入端包括第一接口和第二接口；

所述第一分配微带线的第一端与所述总分配微带线的第二端连接，所述第一分配微带线的第二端分别与所述第二分配微带线的第一端、所述第三分配微带线的第一端连接；

所述第二分配微带线的第二端与所述第一分配电阻的第一端连接，所述第三分配微带线的第二端与所述第一分配电阻的第二端连接；

所述第一分配电阻的第一端与所述共源放大模块的第一接口连接，所述第一分配电阻的第二端分别与所述总分配电阻的第一端、所述共源放大模块的第二接口连接。

可选地，所述第二分配单元包括第四分配微带线、第五分配微带线、第六分配微带线和第二分配电阻；所述共源放大模块的第二输入端包括第三接口和第四接口；

所述第四分配微带线的第一端与所述总分配微带线的第二端连接，所述第四分配微带线的第二端分别与所述第五分配微带线的第一端、第六分配微带线的第一端连接；

所述第五分配微带线的第二端与所述第二分配电阻的第一端连接，所述第六分配微带线的第二端与所述第二分配电阻的第二端连接；

所述第二分配电阻的第一端分别与所述总分配电阻的第二端、所述共源放大模块的第三接口连接，所述第二分配电阻的第二端与所述共源放大模块的第四接口连接。

可选地，所述共源放大模块的第一端包括第一接口、第二接口、第三接口和第四接口，所述共源放大模块的第二端包括第五接口、第六接口、第七接口和第八接口；

所述共源放大模块包括第一放大电阻、第二放大电阻、第三放大电阻、第四放大电阻、第一镜像管、第二镜像管、第三镜像管、第四镜像管；

所述第一放大电阻的第一端为所述共源放大模块的第一接口，所述第一放大电阻的第二端与所述第一镜像管的栅极连接；所述第二放大电阻的第一端为所述共源放大模块的第二接口，所述第二放大电阻的第二端与所述第二镜像管的栅极连接；所述第三放大电阻的第一端为所述共源放大模块的第三接口，所述第三放大电阻的第二端与所述第三镜像管的栅极连接；所述第四放大电阻的第一端为所述共源放大模块的第四接口，所述第四放大电阻的第二端与所述第四镜像管的栅极连接；

所述第一镜像管的源极、所述第二镜像管的源极、所述第三镜像管的源极、所述第四镜像管的源极均接地，所述第一镜像管的漏极为所述共源放大模块的第五接口，所述第二镜像管的漏极为所述共源放大模块的第六接口，所述第三镜像管的漏极为所述共源放大模块的第七接口，所述第四镜像管的漏极为所述共源放大模块的第八接口。

可选地，所述功率合成模块包括总合成电阻、第一合成单元、第二合成单元和总合成微带线；所述共源放大模块的第二端包括第一输出端和第二输出端；

所述第一合成单元的第一端分别与所述总合成电阻的第一端、所述共源放大模块的第一输出端连接，所述第一合成单元的第二端与所述总合成微带线的第一端连接；

所述第二合成单元的第一端分别与所述总合成电阻的第二端、所述共源放大模块的第二输出端连接，所述第二合成单元的第二端与所述总合成微带线的第一端连接；

所述总合成微带线的第二端提供所述驱动放大器的输出接口。

可选地，所述第一合成单元包括第一合成电阻、第一合成微带线、第二合成微带线、第三合成微带线；所述共源放大模块的第一输出端包括第五接口和第六接口；

所述第一合成电阻的第一端分别与所述共源放大模块的第五接口、所述第一合成微带线的第一端连接；

所述第一合成电阻的第二端分别与所述共源放大模块的第六接口、所述第二合成微带线的第一端、所述总合成电阻的第一端连接；

所述第一合成微带线的第二端、所述第二合成微带线的第二端均与所述第三合成微带线的第一端连接，所述第三合成微带线的第二端与所述总合成微带线的第一端连接。

可选地，所述第二合成单元包括第二合成电阻、第四合成微带线、第五合成微带线、第六合成微带线；所述共源放大模块的第二输出端包括第七接口和第八接口；

所述第二合成电阻的第一端分别与所述共源放大模块的第七接口、所述第四合成微带线的第一端、所述总合成电阻的第二端连接；

所述第二合成电阻的第二端分别与所述共源放大模块的第八接口、所述第五合成微带线的第一端连接；

所述第四合成微带线的第二端、所述第五合成微带线的第二端均与所述第六合成微带线的第一端连接，所述第六合成微带线的第二端与所述总合成微带线的第一端连接。

可选地，所述偏置模块包括偏置电容、第一偏置电阻、第二偏置电阻、第三偏置电阻、第五镜像管、第六镜像管；

所述偏置电容的第一端接地，所述偏置电容的第二端分别与所述第一偏置电阻的第二端、所述第五镜像管的漏极、所述第六镜像管的栅极连接；

所述第五镜像管的源极接地，所述第五镜像管的栅极分别与所述第六镜像管的源极、所述第二偏置电阻的第一端、所述第三偏置电阻的第一端连接；

所述第一偏置电阻的第一端与第一电源连接，所述第六镜像管的漏极与第二电源连接，所述第二偏置电阻的第二端接地，所述第三偏置电阻的第二端与所述功率分配模块的第一端连接。

可选地，所述栅漏反馈模块包括反馈电阻和反馈电容；

所述反馈电阻的第一端与所述功率分配模块的第一端连接，所述反馈电阻的第二端与所述反馈电容的第一端连接，所述反馈电容的第二端与所述功率合成模块的第二端连接。

本发明实施例提供的驱动放大器的有益效果为：与现有技术相比，一方面，本发明实施例通过偏置模块为共源放大模块提供了稳定的直流偏置，通过栅漏反馈模块提高了整个电路的驱动能力和增益平坦度，从而使电路更加的稳定；另一方面，本发明实施例通过功率分配模块和功率合成模块进行了信号能量的分配和合成，有效降低了电路损耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提供的驱动放大器的结构示意图；

图2为本发明另一实施例提供的驱动放大器的结构示意图；

图3为本发明一实施例提供的功率分配模块的结构示意图；

图4为本发明一实施例提供的功率合成模块的结构示意图；

图5为本发明一实施例提供的驱动放大器的应用示意图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参考图1，图1为本发明一实施例提供的驱动放大器的结构示意图。一种驱动放大器100，包括：

功率分配模块10、共源放大模块20、功率合成模块30、栅漏反馈模块40和偏置模块50。

功率分配模块10的第一端分别与偏置模块50的输出端、栅漏反馈模块40的第一端连接，功率分配模块10的第二端与共源放大模块20的第一端连接。共源放大模块20的第二端与功率合成模块30的第一端连接，功率合成模块30的第二端与栅漏反馈模块40的第二端连接。

功率分配模块10提供驱动放大器100的输入接口，功率合成模块30提供驱动放大器100的输出接口。

其中，功率分配模块10接收输入信号，对输入信号的能量进行功率分配后，将输入信号传输至共源放大模块20。共源放大模块20对输入信号进行放大，并将放大后的输入信号传输至功率合成模块30，功率合成模块30对放大后的输入信号的能量进行功率合成，并输出该放大后的输入信号。

偏置模块50在电源接通时产生偏置电流，用于通过功率分配模块10为共源放大模块20提供直流偏置。栅漏反馈模块40根据功率合成模块30的输出信号，通过功率分配模块10向共源放大模块20提供负反馈信号。

在本实施例中，功率分配模块10以及功率合成模块20可采用微带线结构实现功率的分配和合成。

在本实施例中，共源放大模块20用于对输入信号进行放大，从而为末级功率放大器提供足够的功率。共源放大模块20的栅宽可通过负载牵引仿真确定。其中，考虑到驱动放大器的芯片面积以及微波信号在栅指上的传输延时和损耗，单指栅宽不宜过小或过大。本实施例中的共源放大模块20可采用2胞或4胞实现，每胞的栅极输入串连电阻，以提高电路的稳定性，每胞对输入信号进行单独放大，并通过漏极连接的功率合成模块30进行功率输出。

在本实施例中，栅漏反馈模块40可采用电阻电容串联的电路结构实现，此种电路结构节省芯片面积。在满足驱动放大器的增益指标前提下，可以有效提高电路的增益平坦度和电路稳定。在本实施例中，可通过设置电阻，来降低电路q值，拓展带宽，提高增益平坦度。在本实施例中，在驱动放大器的芯片面积的允许条件下，可采用大容量电容来提高电路低频端的稳定性。

在本实施例中，偏置模块50可采用带有负反馈系统的有源镜像偏置结构，为共源放大模块20提供稳定的直流偏置。负反馈系统的引入，可有效提高驱动放大器的驱动能力，避免偏置电流对温度和供电电压过于敏感导致的电路不稳定情况的发生，使电路更加稳定。

从以上描述可知，一方面，本发明实施例通过偏置模块为共源放大模块提供了稳定的直流偏置，通过栅漏反馈模块提高了整个电路的驱动能力和增益平坦度，从而使电路更加的稳定；另一方面，本发明实施例通过功率分配模块和功率合成模块进行了信号能量的分配和合成，有效降低了电路损耗。

可选地，请参考图1至图3，作为本发明实施例提供的驱动放大器的一种具体实施方式，功率分配模块10包括总分配微带线z10、第一分配单元101、第二分配单元102和总分配电阻r10。共源放大模块的第一端包括第一输入端和第二输入端。

总分配微带线z10的第一端提供驱动放大器的输入接口，总分配微带线z10的第二端分别与第一分配单元101的第一端、第二分配单元102的第一端连接。

第一分配单元101的第二端分别与总分配电阻r10的第一端、共源放大模块的第一输入端连接。

第二分配单元102的第二端分别与总分配电阻r10的第二端、共源放大模块的第二输入端连接。

在本实施例中，第一分配单元101与第二分配单元102结构对称，以保证输入信号功率的均匀分配。可选地，也可设置四个分配单元来进行功率分配，结构与图3所示结构类似，此处不做赘述。

可选地，请参考图1至图3，作为本发明实施例提供的驱动放大器的一种具体实施方式，第一分配单元101包括第一分配微带线z11、第二分配微带线z12、第三分配微带线z13和第一分配电阻r11。共源放大模块的第一输入端包括第一接口和第二接口。

第一分配微带线z11的第一端与总分配微带线z10的第二端连接，第一分配微带线z11的第二端分别与第二分配微带线z12的第一端、第三分配微带线z13的第一端连接。

第二分配微带线z12的第二端与第一分配电阻r11的第一端连接，第三分配微带线z13的第二端与第一分配电阻r11的第二端连接。

第一分配电阻r11的第一端与共源放大模块的第一接口连接，第一分配电阻r11的第二端分别与总分配电阻r10的第一端、共源放大模块的第二接口连接。

可选地，请参考图1至图3，作为本发明实施例提供的驱动放大器的一种具体实施方式，第二分配单元102包括第四分配微带线z14、第五分配微带线z15、第六分配微带线z16和第二分配电阻r12。共源放大模块的第二输入端包括第三接口和第四接口。

第四分配微带线z14的第一端与总分配微带线z10的第二端连接，第四分配微带线z14的第二端分别与第五分配微带线z15的第一端、第六分配微带线z16的第一端连接。

第五分配微带线z15的第二端与第二分配电阻r12的第一端连接，第六分配微带线z16的第二端与第二分配电阻r12的第二端连接。

第二分配电阻r12的第一端分别与总分配电阻r10的第二端、共源放大模块的第三接口连接，第二分配电阻r12的第二端与共源放大模块的第四接口连接。

在本实施例中，总分配电阻r10、第一分配电阻r11、第二分配电阻r12均为平衡电阻。

在本实施例中，平衡电阻的阻值可设置为10ω。

从以上描述可知，相对于现有技术，本发明实施例引入了平衡电阻，以保证各分配单元的输出信号在幅度和相位上的一致性。相比现有技术，本发明实施例采用微带线结构实现，具有频带宽、结构简单、面积小和损耗低等优点。此外，本发明实施例通过引入平衡电阻保证了输入、输出信号在幅度和相位上的一致性，可以有效的抑制奇模震荡，提高电路稳定性。

可选地，请参考图1至图2，作为本发明实施例提供的驱动放大器的一种具体实施方式，共源放大模块的第一端包括第一接口、第二接口、第三接口和第四接口，共源放大模块的第二端包括第五接口、第六接口、第七接口和第八接口。

共源放大模块包括第一放大电阻r21、第二放大电阻r22、第三放大电阻r23、第四放大电阻r24、第一镜像管m1、第二镜像管m2、第三镜像管m3、第四镜像管m4。

第一放大电阻r21的第一端为共源放大模块的第一接口，第一放大电阻r21的第二端与第一镜像管m1的栅极连接。第二放大电阻r22的第一端为共源放大模块的第二接口，第二放大电阻r22的第二端与第二镜像管m2的栅极连接。第三放大电阻r23的第一端为共源放大模块的第三接口，第三放大电阻r23的第二端与第三镜像管m3的栅极连接。第四放大电阻r24的第一端为共源放大模块的第四接口，第四放大电阻r24的第二端与第四镜像管m4的栅极连接。

第一镜像管m1的源极、第二镜像管m2的源极、第三镜像管的源极m3、第四镜像管m4的源极均接地，第一镜像管m1的漏极为共源放大模块的第五接口，第二镜像管m2的漏极为共源放大模块的第六接口，第三镜像管m3的漏极为共源放大模块的第七接口，第四镜像管m4的漏极为共源放大模块的第八接口。

在本实施例中，可基于驱动放大器的系统增益和线性指标，进行负载牵引仿真，从而确定共源放大模块的总栅宽尺寸。例如，根据仿真结果，可将总栅宽尺寸设置为4mm。

在本实施例中，可根据驱动放大器的芯片面积及微波信号在栅指上的传输延时和损耗，确定单指栅宽。例如，根据驱动放大器的芯片面积及微波信号在栅指上的传输延时和损耗，选取4个单胞管芯来实现信号放大。其中，每个单胞管芯都包括一个镜像管和一个电阻。

在本实施例中，第一放大电阻r21、第二放大电阻r22、第三放大电阻r23、第四放大电阻r24均为稳定电阻。

在本实施例中，稳定电阻的阻值可设置为5ω。

在本实施例中，镜像管m1～m4尺寸可设置为10×100μm。

在本实施例中，在各单胞的栅极分别串入稳定电阻r21、r22、r23、r24，以提高电路全频段的绝对稳定性。

可选地，请参考图1至图4，作为本发明实施例提供的驱动放大器的一种具体实施方式，功率合成模块30包括总合成电阻r30、第一合成单元301、第二合成单元302和总合成微带线z30。共源放大模块的第二端包括第一输出端和第二输出端。

第一合成单元301的第一端分别与总合成电阻r30的第一端、共源放大模块的第一输出端连接，第一合成单元301的第二端与总合成微带线z30的第一端连接。

第二合成单元302的第一端分别与总合成电阻r30的第二端、共源放大模块的第二输出端连接，第二合成单元302的第二端与总合成微带线z30的第一端连接。

总合成微带线z30的第二端提供驱动放大器的输出接口。

在本实施例中，第一合成单元301与第二合成单元302结构对称，以与功率分配模块10对应，从而保证输入信号功率的均匀分配以及合成。可选地，若设置了四个分配单元来进行功率分配，那么可对应设置4个合成单元来进行功率合成，结构与图3所示结构类似，此处不做赘述。

可选地，请参考图1至图4，作为本发明实施例提供的驱动放大器的一种具体实施方式，第一合成单元301包括第一合成电阻r31、第一合成微带线z31、第二合成微带线z32、第三合成微带线z33。共源放大模块的第一输出端包括第五接口和第六接口。

第一合成电阻r31的第一端分别与共源放大模块的第五接口、第一合成微带线z31的第一端连接。

第一合成电阻r31的第二端分别与共源放大模块的第六接口、第二合成微带线z32的第一端、总合成电阻r30的第一端连接。

第一合成微带线z31的第二端、第二合成微带线z32的第二端均与第三合成微带线z33的第一端连接，第三合成微带线z33的第二端与总合成微带线z30的第一端连接。

可选地，请参考图1至图4，作为本发明实施例提供的驱动放大器的一种具体实施方式，第二合成单元302包括第二合成电阻r32、第四合成微带线z34、第五合成微带线z35、第六合成微带线z36。共源放大模块的第二输出端包括第七接口和第八接口。

第二合成电阻r32的第一端分别与共源放大模块的第七接口、第四合成微带线z34的第一端、总合成电阻r30的第二端连接。

第二合成电阻r32的第二端分别与共源放大模块的第八接口、第五合成微带线z35的第一端连接。

第四合成微带线z34的第二端、第五合成微带线z35的第二端均与第六合成微带线z36的第一端连接，第六合成微带线z36的第二端与总合成微带线z30的第一端连接。

在本实施例中，总合成电阻r30、第一合成电阻r31、第二合成电阻r32均为平衡电阻。

在本实施例中，平衡电阻的阻值可设置为10ω。

从以上描述可知，相对于现有技术，本发明实施例引入了平衡电阻，以保证各合成单元的输出信号在幅度和相位上的一致性。相比现有技术，本发明实施例采用微带线结构实现，具有频带宽、结构简单、面积小和损耗低等优点。此外，本发明实施例通过引入平衡电阻保证了输入、输出信号在幅度和相位上的一致性，可以有效的抑制奇模震荡，提高电路稳定性。

可选地，请参考图1至图2，作为本发明实施例提供的驱动放大器的一种具体实施方式，偏置模块50包括偏置电容c50、第一偏置电阻r51、第二偏置电阻r52、第三偏置电阻r53、第五镜像管m5、第六镜像管m6。

偏置电容c50的第一端接地，偏置电容c50的第二端分别与第一偏置电阻r51的第二端、第五镜像管m5的漏极、第六镜像管m6的栅极连接。

第五镜像管m5的源极接地，第五镜像管m5的栅极分别与第六镜像管m6的源极、第二偏置电阻r52的第一端、第三偏置电阻r53的第一端连接。

第一偏置电阻r51的第一端与第一电源连接，第六镜像管m6的漏极与第二电源连接，第二偏置电阻r52的第二端接地，第三偏置电阻r53的第二端与功率分配模块的第一端连接。

在本实施例中，相对于现有技术，本发明实施例引入了负反馈系统：镜像管m5为共源放大模块20提供偏置电流，m5通过栅压改变偏置电流，从而控制m6的栅压，m6通过r52又控制m5的栅压，形成一个负反馈系统。负反馈系统的引入，可有效提高驱动放大器的驱动能力，避免偏置电流对温度和供电电压过于敏感导致的电路不稳定情况的发生，使电路更加稳定。

在本实施例中，m5尺寸可设置为4×50μm，m6尺寸可设置为2×50μm，r52可设置为100ω。偏置电容c50为滤波电容，用于滤除高频杂波，偏置电容c50的值可设置为10pf。r53用于抑制串扰，可设置为500ω。偏置电阻r51外置，可通过调节偏置电阻r51的值来调整偏置电流大小，从而使电路工作在最佳状态。其中，r51可设置为1.8kω，对应的电路静态工作电流为130ma。

可选地，请参考图1至图2，作为本发明实施例提供的驱动放大器的一种具体实施方式，栅漏反馈模块包括反馈电阻r40和反馈电容c40。

反馈电阻r40的第一端与功率分配模块的第一端连接，反馈电阻r40的第二端与反馈电容c40的第一端连接，反馈电容c40的第二端与功率合成模块的第二端连接。

在本实施例中，反馈电阻r40可设置为1.5kω，反馈电容c40可设置为20pf。

在本实施例中，可通过调节反馈电阻r40和反馈电容c40的值来提高电路的增益平坦度和电路低频端的稳定性。

可选地，请参考图5，作为本发明实施例提供的驱动放大器的一种具体实施方式，本发明实施例还提供了驱动放大器的外围结构。

在本实施例中，输入端(也即输入匹配电路)采用l型匹配网络，其中串联和并联电容均为1.2pf，串联电阻为2.7ω。输出端(也即输出匹配网络)也采用l型匹配网络，其中串联电容为3pf，并联电容为0.8pf。输入端和输出端微带线特征阻抗z0均为50ω。外部偏置电阻为1.8kω，馈电电感为18nh，两个电源去耦电容分别为1uf和100pf。其它应用频段可通过选取适当的输入匹配电路和输出匹配电路方案来实现，本发明实施例可应用于第五代移动通信基站，可满足5g通信系统不同频段的应用需求。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。