一种效率提高的共源共栅射频功率放大器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于射频集成电路技术领域，具体涉及一种效率提高的共源共栅射频功率放大器。
【背景技术】
[0002]射频功率放大器是各种无线通信应用中必不可少的关键部件，用于将收发信机输出的已调制射频信号进行功率放大，以满足无线通信所需的射频信号的功率要求。射频功率放大器属于大信号器件，因此要求用于制造射频功率放大器的半导体器件具有高击穿电压、高电流密度等特性。相对于数字电路、模拟电路等小信号电路所普遍采用的基于SiCMOS工艺，基于GaAs材料的HBT、pHEMT等工艺，由于其较高的击穿电压和载流子迀移速率，在射频功率放大器领域中得到了广泛的应用。
[0003]如图1所示为一个典型的射频功率放大器电路，晶体管103作为射频功率放大器中的重要有源器件，在实际中通常采用Si或GaAs工艺制造；射频功率放大器的输入信号端口 RFin通过输入匹配网络101连接到晶体管103的栅极；晶体管103的栅极还通过偏置电路102连接到射频功率放大器的偏置电压端口 Vbias;晶体管103的源极连接到地；晶体管103的漏极通过扼流电感104连接到射频功率放大器的供电电压端口 Vcc;供电电压端口Vcc还连接到去耦电容105的一端，去耦电容105的另外一端连接到地；晶体管103的漏极还通过输出匹配网络106连接到射频功率放大器的输出信号端口 RFout。射频功率放大器的输入信号电压摆幅较低，经过晶体管103功率放大之后，输出信号的电压摆幅大幅提升。对于一个典型的Class-A/B/AB射频功率放大器，在供电电压Vcc下工作，晶体管漏极上的电压摆幅通常可以达到2XVcc。譬如，当射频功率放大器的供电电压Vcc为5V时，晶体管漏极上的电压摆幅将达到10V。如果射频功率放大器工作于Class-E状态，那么晶体管漏极上的电压摆幅将会更高，达到3.5XVcc以上。由此可见，射频功率放大器中的晶体管上将承受远高于供电电压的摆幅，对晶体管的击穿电压及可靠性提出了很高的要求。选用足够高击穿电压的半导体工艺来制造射频功率放大器，将使得选择余地严重受限，丧失了设计灵活性并将降低集成度。
[0004]为了使得较小击穿电压半导体工艺也可以用于制造射频功率放大器，业界通常通过将射频功率放大器电路设计为共源共栅结构来提高器件的击穿电压。如图2所示，为一个典型的共源共栅结构的射频功率放大器。晶体管203和晶体管204为射频功率放大器中实现功率放大的有源器件，在实际中通常采用Si或GaAs工艺制造；射频功率放大器的输入信号端口 RFin通过输入匹配网络201连接到晶体管203的栅极；晶体管203的栅极还通过偏置电路202连接到射频功率放大器的偏置电压端口 Vbiasl;晶体管203的源极连接到地；晶体管203的漏极连接到晶体管204的源极；晶体管204的栅极通过偏置电路205连接到射频功率放大器的偏置电压端口 Vbias2;晶体管204的栅极还连接到去耦电容206的一端，去耦电容206的另外一端连接到地；晶体管204的漏极通过扼流电感207连接到射频功率放大器的供电电压端口 Vcc;供电电压端口 Vcc还连接到去耦电容208的一端，去耦电容208的另外一端连接到地；晶体管207的漏极还通过输出匹配网络209连接到射频功率放大器的输出信号端口 RFout。射频功率放大器的输入信号电压摆幅较低，经过晶体管203及晶体管204功率放大之后，输出信号的电压摆幅大幅提升。在共源共栅结构射频功率放大器中，晶体管203为共源级，晶体管204为共栅极；这样的共源共栅结构相比单晶体管共源结构具有更高的功率增益和更高的反向隔离度；更为重要的是，共源共栅结构比单晶体管共源结构具有更高的击穿电压，允许射频功率放大器有更高的工作电压。
[0005]如图2所示，工作于Class-A/AB/B状态的共源共栅结构射频功率放大器，晶体管204漏极的射频电压摆幅为2XVcc，晶体管203漏极的射频电压摆幅则不超过Vcc。因此，晶体管203及晶体管204各自漏极与源极之间的电压摆幅都不超过2XVcc，保证了晶体管工作于安全区域。
[0006]用于现代无线通信的射频功率放大器，通常可以分为饱和功率放大器和线性功率放大器。饱和功率放大器一般工作在饱和功率输出状态，其输出功率主要由功率器件的供电电压大小决定；当供电电压较高时，输出射频功率较高，当供电电压较低时，输出射频功率较低。因此，饱和功率放大器的功率控制通常通过控制供电电压高低来完成。线性功率放大器通常采用与饱和功率放大器不同的功率控制方式，在正常工作范围内线性功率放大器通常保持功率增益恒定，其输出功率高低由输入功率高低决定。本领域专业人员众所周知的，线性功率放大器在较低功率等级工作时，效率将急剧降低；在依靠电池供电的手持无线通信设备中，线性功率放大器的低效率工作将严重影响设备的正常工作时间。因此，提高线性功率放大器的效率，尤其是提高较低功率等级时线性功率放大器的效率，极为重要。
【发明内容】
[0007]本实用新型目的是:提供一种效率提高的共源共栅射频功率放大器，可以动态调整偏置电路的输出偏置电压，进而动态调整整个射频功率放大器工作状态，无论在低功率等级还是在高功率等级，射频功率放大器都能具有较好的线性度指标。
[0008]本实用新型的技术方案是:
[0009]一种效率提高的共源共栅射频功率放大器，包括至少一个由第一射频晶体管和第二射频晶体管组成的共源共栅晶体管对；所述第一射频晶体管和第二射频晶体管为GaAsE/D pHEMT晶体管，第一射频晶体管的栅极通过输入匹配网络连接输入信号端，源极连接到地，漏极连接第二射频晶体管的源极；第二射频晶体管的漏极通过扼流电感连接供电电压端，第二射频晶体管的漏极还通过输出匹配网络连接输出信号端；第一去耦电容的一端与供电电压端连接，另一端接地；第一射频晶体管的栅极还连接第一偏置电路，第二射频晶体管的栅极还连接第二偏置电路，并连接第二去耦电容，第二去耦电容的另一端接地；所述第一偏置电路和第二偏置电路分别连接功率控制单元，所述功率控制单元具有至少一个用于调整第一偏置电路和第二偏置电路的输出偏置电压的输入控制信号端。
[0010]进一步的，所述共源共栅晶体管对组成并联结构。
[0011]进一步的，所述输入控制信号端连接系统控制器或者连接射频功率放大器输出检测处理电路的输出端。
[0012]进一步的，所述第一偏置电路和第二偏置电路包括第三晶体管、第四晶体管、和第五晶体管；所述第三晶体管的源极接地，栅极通过第一电阻连接第五晶体管的源极，第五晶体管的源极还连接一接地的第二电阻；第三晶体管的漏极连接第三电阻、第一电容和第四晶体管的栅极，第三电阻的另一端连接第四电阻和第五晶体管的栅极，第四电阻另一端连接输入控制信号端，第一电容的另一端接地；第四晶体管和第五晶体管的漏极连接供电电压端，第四晶体管的源极连接一接地的第五电阻和第六电阻，第六电阻的另一端连接输出端。
[0013]进一步的，所述共源共栅晶体管对为2个，包括由第一射频晶体管和第二射频晶体管组成的第一共源共栅晶体管对，以及由第三射频晶体管和第四射频晶体管组成的第二共源共栅晶体管对；所述第一射频晶体管、第二射频晶体管、第三射频晶体管和第四射频晶体管为GaAs E/D pHEMT晶体管，第一射频晶体管的源极接地，栅极连接第一隔直电容的一端及第一偏置电路的输出端，第一隔直电容的另一端通过输入匹配网络连接输入信号端，第一射频晶体管的漏极连接第二射频晶体管的源极，第二射频晶体管的栅极连接第一去耦电容的一端及第二偏置电路输出端，第一去耦电容的另一端接地，第二射频晶体管的漏极连接第四射频晶体管的漏极及扼流电感的一端，并通过输出匹配网络连接输出信号端，扼流电感的另一端连接供电电压端及第三去耦电容的一端，第三去耦电容的另一端接地，第三射频晶体管的源极接地，第三射频晶体管的栅极连接第二隔直电容的一端及第三偏置电路的输出端，第二隔直电容的另一端通过输入匹配网络连接输入信号端，第三射频晶体管的漏极连接第四射频晶体管的源