[发明专利]可重构功率放大器集成电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种可重构功率放大器集成电路，可应用于两种不同频率范围的通信模式，特别是应用于IMT-A(International Mobile Telecommunications-Advanced)和超宽带(ultra-wide band，UWB)两种通信系统的一种双模可重构功率放大器集成电路。

背景技术

目前，移动通信发展的一个重要趋势是单个通信终端可以兼容多种通信标准(F.Agnelli，G.Albasini et al.，“Wireless multi-standard terminals：system analysis and design of a reconfigurable RF front-end”，IEEE Circuits and Systems Magazine，Volume 6，Issue 1，Page(s)：38-59，First Quarter 2006.参考文献1)，如第三代(3G)蜂窝移动通信系统与蓝牙(Bluetooth)或无线局域网(Wireless Local Area Networks，WLAN)等无线通信系统的集成。兼容多个通信标准如GSM(Global System for Mobile Communications)、UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)、蓝牙(Bluetooth)或无线局域网(WLAN)等的通信终端，既可以用作长距离移动通信终端，又可收发其他短程无线通信信号。

兼容多种通信标准的通信系统需要具有多频多通道与可重构特性，从而，多频可重构器件的设计成为移动通信技术发展中一个极为关键的问题。过去几年，可重构集成电路的研究在国际上是一大热点领域，包括射频收发前端的各种集成电路芯片，比如功率放大器、低噪声放大器、混频器、压控振荡器等都实现了多频可重构特性。其中，功率放大器作为收发前端一个重要模块，因为其价格相对较高，对性能要求比较严格，更成为可重构集成电路的一大难点。

下面，我们将在简单介绍功率放大器集成电路的实现方法基础上，结合已经公开发表的可重构功率放大器技术，来分析本发明的技术特点。

功率放大器是通信系统中射频收发前端的关键模块。围绕不同的系统架构和指标，功率放大器有多种设计技术，从而取得各项指标(输出功率、功率增益、效率和互调失真)的最佳折衷。目前，移动终端(如手机)功率放大器都是采用单片集成电路。经过几十年的发展，单片集成电路功率放大器技术已经相当成熟。常见的单片功率放大器电路包括多种结构，比如电抗匹配、有耗匹配、反馈式、有源匹配、分布式(行波放大器)、平衡式放大器、推挽放大器等。从集成电路加工工艺上分析，移动终端的功率放大器大都采用砷化镓的双极性晶体管工艺(GaAs HBT)，以及锗硅的双极性晶体管工艺(SiGe HBT)。因为硅的金属-氧化物-半导体(MOS)场效应管工艺(FET)的加工成本低廉，集成度高，利用硅MOS工艺加工功率放大器集成电路也成为一大研究热点。

各种不同结构的功率放大器集成电路各有其优缺点，适合于不同设计指标的要求。根据晶体管在放大时的信号工作状态和静态电流大小划分，放大器电路主要有五种类型：一是A类放大器电路，二是B类放大器电路，三是AB类放大器电路，四是D类放大器电路，五是E类放大器电路。

目前移动终端应用最为广泛的是基于AB类、D类以及E类的功率放大器。其中，AB类是界于A类和B类之间，推挽放大的每一只功率管导通时间大于信号的半个周期而小于一个周期，从而使两只功率管轮流放大的过渡平滑，有效解决了乙类放大器的交越失真问题，效率又比A类放大器高。详情参照Yuen Sum Ng，Lincoln Lai Kan Leung，Ka Nang Leung，″A 3-GHz fully-integrated CMOS Class-AB power amplifier，″Circuits and Systems，Midwest Symposium on，pp.995-998，2009 52nd IEEE International Midwest Symposium on Circuits and Systems，2009(参考文献2)。

因为移动终端对高效率、低功耗、低成本等方面的要求，功率放大器集成电路设计一直是一个技术难点。而可工作在多频段下的功率放大器其设计难度更大。现有的解决办法中，主要有以下两种方案：