[发明专利]一种采用并联电容的射频堆叠功放

说明书

本发明公开了一种采用并联电容的射频堆叠功放，包括四堆叠晶体管、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容，其中四堆叠晶体管由第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和第四晶体管组成。电源电压Vcc产生静态电流，通过第四晶体管的漏极流入第四晶体管的源极，再流入第三晶体管的漏极，通过第三晶体管的漏极流入第三晶体管的源极，再流入第二晶体管的漏极，通过第二晶体管的漏极流入第二晶体管的源极，再流入第一晶体管的漏极，通过第一晶体管的漏极流入第一晶体管的源极，最终流入地。本发明实现了19.5 dB增益和43.5%的功率附加增益PAE，即具有增益和效率提升效果。

技术领域

本发明属于射频集成电路领域，具体涉及一种采用并联电容的射频堆叠功放。

背景技术

微波波段(1~30GHz)具有较高的开发程度和很高的商用价值，随着近年来通信技术的发展迭代，射频微波波段在商业上取得了大范围的应用。然而为满足较大的发射功率，提出了晶体管的堆叠技术，但是该技术随着堆叠晶体管数量的增加，堆叠功率放大器的效率有比较明显的下降，因此改善堆叠射频功率放大器效率始终是一个挑战。

对于堆叠射频功率放大器结构，随着堆叠晶体管数量的增加，相应的寄生电容就会越复杂，一方面导致各堆叠晶体管源漏堆叠电压的非一致性，另一方面会影响堆叠晶体管的导通速度，从而造成射频堆叠功率放大器效率下降。

发明内容

本发明提出了一种采用并联电容的射频堆叠功放，通过在上层晶体管并联电容，实现功率放大器增益和效率的提升。

本发明具体技术方案如下：一种采用并联电容的射频堆叠功放，包括四堆叠晶体管、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容Cp1、第五电容Cp2。其中四堆叠晶体管由自下向上堆叠的第一晶体管M1、第二晶体管M2、第三晶体管M3和第四晶体管M4组成。

第一晶体管M1的栅极连接信号输入端Vin和第一偏置电压Vb1，第一晶体管M1的源极接地，第一晶体管M1的漏极连接第二晶体管M2的源极；第二晶体管M2的栅极通过第一电容C1连接到地，同时第二晶体管M2的栅极连接第二偏置电压Vb2，第二晶体管M2的漏极连接第三晶体管M3的源极；第三晶体管M3的栅极通过第二电容C2连接到地，同时第三晶体管M3的栅极连接第三偏置电压Vb3，第三晶体管M3的漏极连接第四晶体管M4的源极；第四晶体管M4的栅极通过第三电容C3连接到地，同时第四晶体管M4的栅极连接第四偏置电压Vb4，第四晶体管M4的漏极连接信号输出端Vout和电源电压Vcc；第四电容Cp1两端分别连接第四晶体管M4的源极和漏极，第五电容Cp2两端分别连接第三晶体管M3的源极和漏极。

进一步地，静态电流的走向从电源电压Vcc开始，通过第四晶体管M4 的漏极流入第四晶体管M4的源极，再流入第三晶体管M3的漏极，通过第三晶体管M3 的漏极流入第三晶体管M3的源极，再流入第二晶体管M2的漏极，通过第二晶体管M2 的漏极流入第二晶体管M2的源极，再流入第一晶体管M1的漏极，通过第一晶体管M1 的漏极流入第一晶体管M1的源极，最终流入地。四堆叠晶体管起到放大输入信号的作用，通过调整第一偏置电压Vb1、第二偏置电压Vb2、第三偏置电压Vb3、第四偏置电压Vb4来调整各四堆叠晶体管各晶体管的静态工作点一致。第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3来调整四堆叠晶体管的各源漏堆叠电压幅度一致。第四电容Cp1、第五电容Cp2用来调整四堆叠相位一致，在第四晶体管M4的漏端、第三晶体管M3的漏端和第二晶体管M2的漏端形成额外的导电通路，当位于上层的第四晶体管M4的漏端、第三晶体管M3漏端电平快速变化时，该导电通路为位于下层的第二晶体管M2的漏端电平提供了额外充放电通路，能加快堆叠的上层晶体管和下层晶体管之间的电压同步变化，改善了由于晶体管寄生造成的堆叠晶体管源漏堆叠电压相位不一致的问题，使得四堆叠晶体管的各源漏堆叠电压相位更加一致，堆叠出的电压摆幅更大，提升电路效率。

进一步地，所述并联第四电容Cp1和第五电容Cp2的电容值范围为1 fF~10 nF，外部栅极第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3的范围为1 fF~10 nF。