[发明专利]功率合成和Envelope injection的5G CMOS射频功率放大器

说明书

本发明的目的是提供一种功率合成和Envelope injection的5G CMOS射频功率放大器，主体架构包括输入巴伦、级间匹配网络、两个功率级差分放大器、PCT功率合成器；而Envelope injection偏置电路的作用是通过检测输入信号，判断当包络信号超过某一预定的值时，增加偏置电压，这种结构可以很好的避免了传统中因偏置电压未能完全跟随包络变化，从而导致因跟随包络延时降低线性度的问题。

技术领域

本发明涉及手机射频芯片技术领域，尤其涉及一种功率合成和Envelopeinjection的5GCMOS射频功率放大器。

背景技术

随着手机、数码产品等便携式通讯设备的广泛应用,射频芯片在整个通信系统中占的比重越来越高，作为射频系统中最重要的部分，功率放大器决定了整个通信系统的性能。射频功率放大器市场的激烈竞争，引导着射频功率放大器正逐步向着高性能、低成本的方向发展。相比于传统的砷化镓射频功率放大器，CMOS射频功率放大器有着先天的成本优势，凭借着其易集成、低成本特点，在射频系统中得到广泛的应用，市场发展前景非常广阔。即将到来的5G时代，CMOS射频功率放大器或许将有更大的应用空间。

然而，CMOS器件的耐压能力以及其本身的非线性特征成为了CMOS射频功率放大器向着高功率、高线性度发展的主要阻力，这在高频处表现的尤为明显。例如，MOS管的Gm和栅极电容具有很强的非线性，在大功率下，二次谐波会通过栅漏电容耦合到输入端，与其他阶次谐波产生三次谐波分量，使得线性度恶化。为了得到较大的输出功率以及较高的线性度，传统采用的方法为增加偏置电压或者电流、增大buffer级尺寸，而这些方法是以牺牲效率以及芯片面积来换取线性功率的提升，这使得CMOS射频功率放大器在5G市场中不具优势。传统的CMOS射频功率放大器电路如图4所示。

差分电路具有高增益、抗电磁干扰、电源噪声抑制能力强、消除偶次谐波等优点，使得其在射频功率放大器电路中被广泛的应用。与此同时，功率合成的重要性也与日俱增，常见的功率合成技术包括：直接功率合成、空间功率合成、LC巴伦功率合成器、片上变压器功率合成器等。相比于其他功率合成技术，基于片上变压器的差分功率合成器可以同时实现多个子射频功率放大器的输出相加、阻抗变换、差分-单端转换和ESD保护等功能，广泛应用于CMOS射频功率放大器的设计。在差分功率合成的基础上，Envelopeinjection技术的引用可以进一步改善线性度。

发明内容

本发明所要解决的是现有的CMOS射频功率放大器饱和功率低和线性度差的问题，提出了一种包括功率合成技术以及Envelopeinjection偏置电路技术的5GCMOS射频功率放大器，主体架构包括输入巴伦、级间匹配网络、两个功率级差分放大器、PCT功率合成器；而Envelope injection偏置电路的作用是通过检测输入信号，判断当包络信号超过某一预定的值时，增加偏置电压，这种结构可以很好的避免了传统中因偏置电压未能完全跟随包络变化，从而导致因跟随包络延时降低线性度的问题。

本发明的目的是提供一种功率合成和Envelope injection的5G CMOS射频功率放大器，包括有包括输入巴伦、级间匹配网络、第一级放大器、第二级放大器、两个功率级差分放大器、PCT功率合成器和Envelope injection偏置电路；输入巴伦的两端接第一级放大器的输入端，经级间匹配后与第二级放大器的输入端连接，第二级放大器的输出经级间匹配后分别接到两路功率级差分放大器，最后由功率合成器将功率传输至负载；输入巴伦输入射频信号；Envelope injection偏置电路的输入端接射频输入信号，输出端接两个功率级差分放大器的偏置端，作为其偏置电压。

进一步改进在于：所述PCT功率合成器为片上PCT变压器结构，包括两个主线圈和一个次线圈，以及与线圈并联的调谐电容。