[实用新型]一种用于GSM/DCS的共源共栅射频功率放大器

说明书

技术领域

本实用新型属于射频集成电路技术领域，具体涉及一种用于GSM/DCS的共源共栅射频功率放大器。

背景技术

射频功率放大器是各种无线通信应用中必不可少的关键部件，用于将收发信机输出的已调制射频信号进行功率放大，以满足无线通信所需的射频信号的功率要求。射频功率放大器属于大信号器件，因此要求用于制造射频功率放大器的半导体器件具有高击穿电压、高电流密度等特性。相对于数字电路、模拟电路等小信号电路所普遍采用Si CMOS工艺，基于GaAs材料的HBT、pHEMT等工艺，由于其较高的击穿电压和载流子迁移速率，在射频功率放大器领域中得到了广泛的应用。

如图1所示为一个典型的射频功率放大器电路，晶体管103作为射频功率放大器中的重要有源器件，在实际中通常采用Si或GaAs工艺制造；射频功率放大器的输入信号端口RFin通过输入匹配网络101连接到晶体管103的栅极；晶体管103的栅极还通过偏置电路102连接到射频功率放大器的偏置电压端口Vbias；晶体管103的源极连接到地；晶体管103的漏极通过扼流电感104连接到射频功率放大器的供电电压端口Vcc；供电电压端口Vcc还连接到去耦电容105的一端，去耦电容105的另外一端连接到地；晶体管103的漏极还通过输出匹配网络106连接到射频功率放大器的输出信号端口RFout。射频功率放大器的输入信号电压摆幅较低，经过晶体管103功率放大之后，输出信号的电压摆幅大幅提升。对于一个典型的Class-A/B/AB射频功率放大器，在供电电压Vcc下工作，晶体管漏极上的电压摆幅通常可以达到2×Vcc。譬如，当射频功率放大器的供电电压Vcc为5V时，晶体管漏极上的电压摆幅将达到10V。如果射频功率放大器工作于Class-E状态，那么晶体管漏极上的电压摆幅将会更高，达到3.5×Vcc以上。由此可见，射频功率放大器中的晶体管上将承受远高于供电电压的摆幅，对晶体管的击穿电压及可靠性提出了很高的要求。选用足够高击穿电压的半导体工艺来制造射频功率放大器，将使得选择余地严重受限，丧失了设计灵活性并将降低集成度。

为了使得较小击穿电压半导体工艺也可以用于制造射频功率放大器，业界通常通过将射频功率放大器电路设计为共源共栅结构来提高器件的击穿电压。如图2所示，为一个典型的共源共栅结构的射频功率放大器。晶体管203和晶体管204为射频功率放大器中实现功率放大的有源器件，在实际中通常采用Si或GaAs工艺制造；射频功率放大器的输入信号端口RFin通过输入匹配网络201连接到晶体管203的栅极；晶体管203的栅极还通过偏置电路202连接到射频功率放大器的偏置电压端口Vbias1；晶体管203的源极连接到地；晶体管203的漏极连接到晶体管204的源极；晶体管204的栅极通过偏置电路205连接到射频功率放大器的偏置电压端口Vbias2；晶体管204的栅极还连接到去耦电容206的一端，去耦电容206的另外一端连接到地；晶体管204的漏极通过扼流电感207连接到射频功率放大器的供电电压端口Vcc；供电电压端口Vcc还连接到去耦电容208的一端，去耦电容208的另外一端连接到地；晶体管204的漏极还通过输出匹配网络209连接到射频功率放大器的输出信号端口RFout。射频功率放大器的输入信号电压摆幅较低，经过晶体管203及晶体管204功率放大之后，输出信号的电压摆幅大幅提升。在共源共栅结构射频功率放大器中，晶体管203为共源级，晶体管204为共栅极；这样的共源共栅结构相比单晶体管共源结构具有更高的功率增益和更高的反向隔离度；更为重要的是，共源共栅结构比单晶体管共源结构具有更高的击穿电压，允许射频功率放大器有更高的工作电压。

如图2所示，工作于Class-A/AB/B状态的共源共栅结构射频功率放大器，晶体管204漏极的射频电压摆幅为2×Vcc，晶体管203漏极的射频电压摆幅则不超过Vcc。因此，晶体管203及晶体管204各自漏极与源极之间的电压摆幅都不超过2×Vcc，保证了晶体管工作于安全区域。