[发明专利]一种0.1～1.2GHz的CMOS超宽带射频功率放大器

说明书

技术领域

本发明涉及互补型金属氧化物半导体(CMOS)射频功率放大器和集成电领域，特别是面向行业专网应用的一种CMOS超宽带射频功率放大器。

背景技术

随着现代无线通信技术的快速发展,不断推动射频前端收发器向高集成、低功耗、结构紧凑、价格低廉的方向发展。功率放大器(简称功放)是无线发射器中必不可少的组成部分,也是整个发射机中耗能最多的部件,输出功率一般比较大。目前，人们对功率放大器设计的要求也越来越高，特别是功率放大器的功率、效率、带宽和线性度等方面的考虑。所以在现在无线电系统中，宽带功率放大器有着举足轻重的地位，其性能的优劣将直接影响整个无线电系统的工作情况。

相对于其它无线收发组件,大功率、高线性、高效率是功率放大器的基本设计要求。CMOS工艺的进步除了提高功放的工作频率带宽之外,对输出功率、线性度、PAE等指标的改善难度加大,实现起来更困难。从频域来看，超宽带有别于传统的窄带和宽带，它的频带更宽。目前，频率在100MHz-1.2GHz范围内的宽带无线接入设备主要用于行业专网，但是行业专网的频点和带宽种类繁多，标准不统一。我国对于宽带功率放大器的研制起步较晚，尤其是CMOS宽带功率放大器。并且，目前行业专网所用的射频前端芯片多数被国外公司所垄断。行业专网核心器件应用国外芯片还存在诸多问题。因此，我们十分迫切地需要研发具有自主知识产权的射频前端芯片。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种0.1～1.2GHz的CMOS超宽带射频功率放大器，用于面向行业专网应用的0.1～1.2GHz的超宽带射频功率放大器电路芯片的设计，其具有足够的增益、带宽和输出功率，并具有良好的线性度。

为了解决上述技术问题，本发明一种0.1～1.2GHz的CMOS超宽带射频功率放大器，包括多级放大电路，多级放大电路用于实现整个放大器的增益，并保证整个电路的输入匹配（S11参数）达到要求，所述多级放大电路包括输入隔直电容C1、驱动级偏置及输入匹配电路、驱动级放大电路、级间隔直电容C2、中间级偏置及级间匹配电路、中间级放大电路、级间隔直电容C3、功率级偏置及级间匹配电路、功率级放大电路、输出隔直电容C4和芯片电源，所述芯片电源采用电压节点VDD；所述中间级放大电路用于保证整个电路的增益、效率和级间匹配；功率输出级放大电路用于保证整个电路的良好的输出匹配（S22参数）和功率输出。所述驱动级放大电路包括两个共栅共源结构的NMOS管M1和NMOS管M2，一个片外电感L0，其电感值至少为100nH；所述中间级放大电路包括两个共栅共源结构的NMOS管M4和NMOS管M5，一个片外电感L1，其电感值至少为100nH；所述功率级放大电路包括一共源结构的NMOS管M7和一个片外电感L2，其电感值至少为100nH，所述NMOS管M7的漏级和栅级之间设有反馈电阻Rf，所述反馈电阻Rf用于改善输出匹配，带宽增益平坦度和稳定性。所述驱动级偏置及输入匹配电路、中间级偏置及级间匹配电路和功率级偏置及级间匹配电路结构相同，均分别包括有一个NMOS管、第一电阻和第二电阻；所述驱动级放大电路中，所述NMOS管M2的源极接地，所述NMOS管M2的栅极通过驱动所述驱动级偏置及输入匹配电路和输入隔直电容C1后连接至放大器的输入端Vin，所述NMOS管M2的漏极与所述NMOS管M1的源极相连，所述NMOS管M1的栅极偏置接至电压节点VDD，所述NMOS管M1的漏极与所述片外电感L0连接，所述片外电感L0的另一端接电压节点VDD；所述中间级放大电路中采用与驱动级放大电路相同的偏置结构和放大结构，即所述中间级放大电路中，所述NMOS管M5的源极接地，所述NMOS管M5的栅极通过中间级偏置及级间匹配电路和级间隔直电容C2后连接至所述NMOS管M1的漏极，所述NMOS管M5的漏极与所述NMOS管M4的源极相连，所述NMOS管M4的栅极偏置为芯片电源，即节点VDD，所述NMOS管M4的漏极与所述片外电感L1连接，所述片外电感L1的另一端接电压节点VDD；所述功率级放大电路采用与前两级相同的偏置结构，所述功率级放大电路中，所述NMOS管M7的源极接地，所述NMOS管M7的栅极通过功率级偏置及级间匹配电路和级间隔直电容C3后连接至所述NMOS管M4的漏极，所述NMOS管M7的漏极与所述片外电感L2连接，所述NMOS管M7的漏极与所述输出隔直电容C4并接后连接至放大器的输出端口Vout，所述片外电感L2的另一端接电压节点VDD。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：