一种SOI堆叠晶体管电压摆幅平衡电路和功率放大器

本发明涉及晶体管堆叠的功放，尤其涉及一种soi堆叠晶体管电压摆幅平衡电路和功率放大器。

背景技术：

1、按照国际标准组织3gpp的标准，5g频段分成fr1(sub-6ghz)和fr2(毫米波)两个范围。毫米波频段提供了更快更宽的物理传输通道，传输性能显著优于sub-6ghz，同时sub-6ghz频段的频谱资源紧张，根本性解决频谱拥挤的问题必须要从物理通道上拓展，朝频段更高的毫米波方向延伸，释放5g通信的全部潜力，功率放大器(pa)是无线通信链路中的关键单元之一，其作用是将携带有用信息的调制信号放大至一定的功率并通过天线辐射出去，发射机的输出能力、线性度和效率在很大程度上都是由功率放大器所决定。面对5g毫米波通信，要求功率放大器具有更高功率、更高效率、更好的线性度、更大带宽、以及高可靠性和更低的成本，功率放大器需要输出足够高的功率以满足通信要求和足够的信号覆盖范围，然而对于cmos器件，由于电流容量低、耐压小，导致输出功率受限，因此，使用cmos器件实现射频前端时必须要考虑功率提升的方法，晶体管堆叠技术是一种紧凑、高效的功率提升方法，而传统的晶体管堆栈的功率放大器，由于cmos器件自身特性，单个晶体管漏源两端可承受的最大电压摆幅较低，因此若只采用单个晶体管作为功率单元，最大输出功率将受到电压摆幅能力的限制，且由于工艺的限制，不仅漏源端口存在的电压限制，栅极-衬底、栅-源、栅-漏之间也会存在着击穿电压的限制，这会使顶部晶体管栅源、栅漏受到十分高的电压压力，进一步导致栅源、栅漏击穿，对电路的可靠性工作产生较大的影响。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种soi堆叠晶体管电压摆幅平衡电路和功率放大器，能够通过利用差分的波形对称以实现电压应力与相位的修正从而提高了功率输出与效率。

2、本发明所采用的第一技术方案是：一种soi堆叠晶体管电压摆幅平衡电路，包括输入匹配网络与输入巴伦电路、核心差分放大电路和输出匹配网络与输入巴伦电路，其中，所述输入匹配网络与输入巴伦电路的输出端与核心差分放大电路的输入端连接，所述核心差分放大电路的输出端与输出匹配网络与输入巴伦电路的输入端连接，所述输入匹配网络与输入巴伦电路的输入端接收射频信号，所述输出匹配网络与输入巴伦电路的输出端与负载阻抗连接：

3、所述输入匹配网络与输入巴伦电路包括输入匹配电路、第一变压器电路和rc偏置网络电路；

4、所述输入匹配电路用于接收射频信号；

5、所述第一变压器电路将输入匹配电路输出的单端信号进行转换为差分信号，并将差分信号耦合至核心差分放大电路的输入端；

6、所述rc偏置网络电路为核心差分放大电路中的底部晶体管工作提供偏置电压；

7、所述核心差分放大电路包括第一四晶体管堆叠单元、第一电容串联电路、第二四晶体管堆叠单元和第二电容串联电路；

8、所述第一四晶体管堆叠单元和第二四晶体管堆叠单元用于提高晶体管的电压摆幅，增强晶体管的功率输出能力；

9、所述第一电容串联电路和第二电容串联电路用于调节第一四晶体管堆叠单元和第二四晶体管堆叠单元之间的相位差，并减缓晶体管栅极的电压压力；

10、所述输出匹配网络与输入巴伦电路包括输出匹配网络电路和第二变压器电路；

11、所述第二变压器电路用于接收核心差分放大电路的输出信号并转换成单端信号；

12、所述输出匹配网络电路用于接收第二变压器电路输出的单端信号并传输至负载阻抗。

13、进一步，所述输入匹配网络与输入巴伦电路包括变压器tf1、电容c1和电阻r1，其中，所述变压器tf1为第一变压器电路，所述电容c1和电阻r1组成rc偏置网络电路。

14、进一步，在输入匹配网络与输入巴伦电路中，所述变压器tf1的输入端与输入匹配电路的输出端连接，所述变压器tf1的输出端分别与电容c1的第一端和电阻r1的第一端连接，所述电容c1的第二端接地，所述电阻r1的第二端连接vbias1。

15、进一步，所述核心差分放大电路包括晶体管m1、晶体管m2、晶体管m3、晶体管m4、晶体管m5、晶体管m6、晶体管m7、晶体管m8、电容c2、电容c3、电容c4、电容c5、电容c6、电容c7、电容c8、电容c9、电容c10、电容c11、电容c12、电容c13、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6和电阻r7，其中，晶体管m1、晶体管m2、晶体管m3、晶体管m4、电容c2、电容c3、电容c4、电阻r2、电阻r3和电阻r4组成第一四晶体管堆叠单元，晶体管m5、晶体管m6、晶体管m7、晶体管m8、电容c5、电容c6、电容c7、电阻r5、电阻r6和电阻r7组成第二四晶体管堆叠单元，电容c8、电容c9和电容c10组成第一电容串联电路，电容c11、电容c12和电容c13组成第一电容串联电路。

16、进一步，在核心差分放大电路中，所述晶体管m1的栅极、晶体管m5的栅极分别与变压器tf1的输出端连接，所述晶体管m1的源极和晶体管m5的源极连接并接地，所述晶体管m1的栅极与电容c11的第一端连接，所述晶体管m1的漏极与晶体管m2的源极连接，所述晶体管m2的栅极分别与电容c8的第二端、电容c9的第一端、电容c2的第二端和电阻r2的第二端连接，所述晶体管m2的漏极与晶体管m3的源极连接，所述晶体管m3的栅极分别与电容c9的第二端、电容c10的第一端、电容c3的第二端和电阻r3的第二端连接，所述晶体管m3的漏极与晶体管m4的源极连接，所述晶体管m4的栅极分别与电容c10的第二端、电容c4的第二端和电阻r4的第二端连接，所述晶体管m4的漏极与输出匹配网络与输入巴伦电路中的第二变压器电路的输入端连接，所述晶体管m5的栅极与电容c8的第一端连接，所述晶体管m5的漏极与晶体管m6的源极连接，所述晶体管m6的栅极分别与电容c11的第二端、电容c12的第一端、电容c5的第一端和电阻r5的第一端连接，所述晶体管m6的漏极与晶体管m7的源极连接，所述晶体管m7的栅极分别与电容c12的第二端、电容c13的第一端、电容c6的第一端和电阻r6的第一端连接，所述晶体管m7的漏极与晶体管m8的源极连接，所述晶体管m8的栅极分别与电容c13的第二端、电容c7的第一端和电阻r7的第一端连接，所述晶体管m8的漏极与输出匹配网络与输入巴伦电路中的第二变压器电路的输入端连接，所述电容c2的第一端、电容c3的第一端、电容c4的第一端、电容c5的第二端、电容c6的第二端和电容c7的第二端接地，所述电阻r2的第一端和电阻r5的第二端接vbias，所述电阻r3的第一端和电阻r6的第二端接vbias，所述电阻r4的第一端和电阻r7的第二端接vbias4。

17、进一步，所述输出匹配网络与输入巴伦电路包括变压器tf2，其中，所述变压器tf2为第二变压器电路。

18、进一步，在输出匹配网络与输入巴伦电路中，所述变压器tf2的输入端与核心差分放大电路连接，所述变压器tf2的输出端与输出匹配网络电路的输入端连接，所述输出匹配网络电路的输出端与负载阻抗连接。

19、本发明所采用的第二技术方案是：一种功率放大器，包括如权利要求1-7任意一项所述的一种soi堆叠晶体管电压摆幅平衡电路。

20、本发明电路及器件的有益效果是：本发明通过输入匹配网络与输入巴伦电路将信号从输入端输入后，经过输入巴伦将单端信号转换为双端差分信号，在输入至核心差分放大电路供差分放大电路放大，差分电路两条路径以180°相位差工作，此时差分放大单元的两个晶体管堆叠结构轮流导通放大，在堆成节点上的电流电压可以视为对称关系，引入差分结构一是提高整体功放的功率输出能力，二是同时利用差分的波形对称以实现电压应力与相位的修正，进而输入至输出匹配网络与输入巴伦电路，在输出巴伦tf2处获取了输出信号的摆幅，并转换至单端输出信号至负载处。