[发明专利]多频段无线移动通信系统中频带可重构的功率放大器电路

说明书

技术领域

本发明属于多频段无线移动通信系统中射频集成电路技术和模拟信号处理领域，特别涉及无线局域网(WLAN)、无线城域网(WiMAX)、高级国际移动通信技术(IMT-advanced)等多频段无线移动通信系统的无线收发机中频带可重构的功率放大器电路的结构设计。

背景技术

随着无线移动通信技术的发展，无线移动通信系统正从2G、3G向3G+、4G方向发展，出现了多频段的通信标准。如WLAN工作在2.4GHz和5.2GHz两个频段，WiMAX可以工作在3.5GHz和2.5GHz两个频段；国际电信联盟将最新的4G无线移动通信技术命名为IMT-advanced技术，其工作频段预计覆盖700M-6GHz内的几个频带，射频带宽为40M-100MHz。

在设计频带可重构的无线收发系统芯片时，对无线收发机中的各种功能模块提出了相应的要求。做为无线收发机中耗能最大的模块，功率放大器(简称功放)用于将经过上变频后的微弱射频信号进行功率放大，并经由天线发出，功率放大器的输出功率、效率、线性度等特性指标极大地影响了整个无线收发机系统的应用。针对多频段无线通信系统的应用特点，要求功放模块在满足工作频带可重构的前提下，具有高输出功率、低功耗、高线性度等特点。

目前在射频功率放大器的应用中，具备工作频带重构功能的功放模块一般是将多个独立的功放模块简单的并联在一起，如附图1所示，其输入、输出分别接各自的射频信号源和发射天线，通过选通不同的放大通路来完成相应频率下的功率放大功能。这种结构具有芯片面积大、功耗大、不易实现芯片全集成等缺点，严重影响了多频段无线移动通信系统的应用与进一步发展。

发明内容

欲解决的技术问题：

本发明的目的是针对上述多频段无线移动通信系统对收发机芯片中功率放大器模块的特定功能要求，以两个工作频带为例，提出了一种采用标准CMOS工艺实现、应用于多频段无线移动通信系统中频带可重构的功率放大器电路。

技术方案：

本发明实现的多频段无线移动通信系统中频带可重构的功率放大器电路，包括：在芯片上集成实现的功放模块，所述功放模块包含有输入匹配单元、输入级单元、输出级单元、输出匹配单元、偏置单元，其中：

输入匹配单元分别与射频信号源和输入级单元晶体管的栅极相连，输入匹配单元在宽频带范围内实现射频信号源与输入级单元之间的阻抗匹配；输入级单元分别与输入匹配单元和输出级单元的放大晶体管的栅极相连，输入级单元对输入的射频信号进行预放大，通过控制可控开关的通断状态，改变输入级单元的漏端所接电感的值，以此来改变输入级单元漏端的谐振频率，实现输入级单元的频带可重构；具有两个输出匹配单元各自的一端分别连接于输出级单元的一个共源-共栅分支，每个输出匹配单元的另一端与发射天线连接，用于在输出级单元和发射天线之间提供阻抗匹配；偏置单元与输入级单元、输出级单元连接，用于为输入级单元、输出级单元的放大晶体管提供固定的偏置电压。

优选地，所述输出级单元采用改进的共源-共栅(cascode)电路结构，此结构包含有一个共源放大晶体管、两个共栅晶体管和相应的漏端谐振电路，共源放大晶体管作为输出级的主功率放大管，其栅极与输出级单元的输出端口相连，源级接地，漏极与两个共栅晶体管的源级相连；两个共栅晶体管的栅极分别接控制信号和经过反相后的控制信号，漏极分别接各自的漏端谐振电路；相应的漏端谐振电路分别设计工作在不同的工作频率；在控制信号的作用下，用以选择其中一个共栅晶体管导通，而另一个共栅晶体管截止，则在任一时刻只有一个输出通路工作，只有一个工作频带被选通。

优选地，所述输入匹配单元、输出匹配单元是无源元件，所述无源元件为电容、变容管、电感、开关电感或变压器。

优选地，所述输入匹配单元是由片上元件组合而成的一个宽带匹配网络。

优选地，所述输出匹配单元，是由片上无源元件组成的窄带匹配电路，其工作频率为选通的工作频带。

优选地，所述输出级单元对经过输入级单元放大后的射频信号进行功率再放大，在任一时刻只有一个输出级单元的通路工作。

优选地，所述输入匹配单元的宽频带为数百MHz带宽到数GHz带宽的范围。

有益效果：