[发明专利]深AB类功率放大器的前馈式幅度线性化方法及电路

说明书

本发明揭示了一种深AB类功率放大器的前馈式幅度线性化方法及电路，所述方法包括如下步骤：将输入信号包络检测器输出信号转换为CMOS射频功率放大器PA偏置电压，让偏置电压随着输入信号幅度升高而降低，从而用CMOS射频功率放大器PA偏置电压降低带来的增益降低抵消CMOS射频功率放大器PA晶体管从亚阈值区进入饱和区而导致的增益升高，达到线性化幅度增益。本发明提出的PA偏置电压自动调整电路、深AB类功率放大器的前馈式幅度线性化方法，可以实现对深AB类偏置下的PA的幅度增益的线性化，达到降低功耗同时保持PA线性的目的。

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，涉及一种CMOS射频功率放大器，尤其涉及一种深AB类功率放大器的前馈式幅度线性化方法。

背景技术

CMOS射频功率放大器(PA)具有可片上集成的优点，但由于器件性能的限制，设计出高效率高性能的PA也是一项巨大的挑战。OFDM技术由于其信道利用率高，抗干扰等优势被大量运用在WLAN、LTE等协议中，但由于OFDM本身所固有的高峰值平均功率比(PAPR)的缺点，在发射端要求PA具有优秀的线性度，同时需要平均发射功率在峰值发射功率基础上充分回退，这会大大降低PA的发射效率。

提高回退发射效率的一种方式是将PA偏置在深AB类状态，即在最大输出功率下PA的导通角接近180°。比起A类偏置，这种偏置方式可以大大降低回退功率下的直流功耗，但也会导致PA的线性度变得很差。如图1(a)所示是PA功率管的输出电流与输入电压的关系，输出电流I_out和输入电压V_in近似满足

其中V_th为功率管的阈值电压，K与工艺和功率管的宽长比相关。

V_in-I_out增益为

当输入信号是电压幅度为A的正弦信号，偏置电压为V_b时，输入信号表达式为

V_in＝A·sin(ω₀t)+V_b

输出电流为

选择偏置电压V_b靠近阈值电压时，随着图1(b)中输入正弦电压幅度逐渐增大，输出电流先工作在V_in-I_out增益较小的区域，逐渐进入V_in-I_out增益较大的区域，信号也逐渐失真，如图1(c)所示。

输出失真信号中与输入信号频率相同的分量即基频分量是PA真正关心的输出。图2显示了在不同幅度的正弦电压输入下PA从输入到输出的基频信号增益(AM-AM)，虚线是不考虑输出电压被电源电压限幅的增益，实线考虑了电源电压的限幅作用。当输入信号幅度由小变大，基频信号增益增大3dB以上，这会引入非常严重的非线性。要使用偏置在深AB类状态的PA，必须解决此非线性问题。

数字预失真线性化技术

请参阅图3，图3揭示一种解决的方式是使用数字预失真技术(DPD)，经过数据训练得到PA的AM-AM失真形状，要发送的数据先通过DPD处理，相当于通过AM-AM的反函数，再通过PA，即可得到没有失真的输出信号。这种方法存在的问题一是较剧烈的DPD处理会降低DAC动态范围的利用率，二是当信号带宽较宽，PA的记忆效应有显著影响时，DPD处理的作用会大大降低。

包络反馈线性化技术