[发明专利]多级CMOS功率放大器

说明书

相关申请交叉参考

本申请要求于2009年11月2日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2009-0104992的优选权，其内容结合于此以供参考。

技术领域

本发明涉及一种可应用于移动通信系统(例如，移动电话)的多级互补金属氧化物半导体(CMOS)功率放大器，且更具体地，涉及一种通过改善多级CMOS功率放大器中包括的多个放大器之间的功率匹配而具有提高的功率效率的多级CMOS功率放大器。

背景技术

通常，为了延长移动电话的连续通话时间，放大传送至基站的微波的功率放大器的效率非常重要。在这点上，可使用其中的多个功率放大器串联连接的多级功率放大器。

而且，当用于移动电话的功率放大器通过使用广泛用于特定GaAs半导体生产工艺中的互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺来设计时，可成批生产该功率放大器。因此，具有降低生产成本和使功能多样化的优点。

如上所述，传统的多级CMOS功率放大器可以多个功率放大器串联连接的方式来构造。

更具体地，传统的多级CMOS功率放大器可包括激励放大器和功率放大器，例如，这两个放大器中的每个均具有差动构造，从而每个放大器信号具有不同的相。

为了放大输入交流电压，具有差动构造的功率放大器中包括的每个放大器均可包括至少一个金属氧化物半导体(MOS)晶体管。

然而，在这种传统的多级CMOS功率放大器中，由于功率放大器中包括的MOS晶体管基于0.4V的交流电压而执行导通和截止操作，所以，当输入交流电压高于0.8V时，电压波形失真。从而，减小了放大率，并由此降低了功率效率。

发明内容

本发明的一个方面提供了这样一种多级互补金属氧化物半导体(CMOS)功率放大器：其允许通过改善多级CMOS功率放大器中包括的多个放大器之间的功率匹配来提高功率效率。

根据本发明的一个方面，提供了一种多级CMOS功率放大器，其包括：激励放大器，具有差动输出端，使通过第一和第二输入端输入的差动信号反相，并通过差动输出端输出相应反相的信号；变压器，用于功率匹配，具有连接在激励放大器的差动输出端之间的初级线圈以及利用电磁感应与初级线圈耦合的次级线圈，该次级线圈相对于初级线圈具有预定匝数比，并连接至直流电(DC)调谐电压端；以及功率放大器，功率放大通过变压器的次级线圈的一端和另一端的差动信号，并通过第一和第二输出端输出相应功率放大的差动信号。

激励放大器可包括：第一反相器，连接在第一工作电压端与地之间，并使通过第一输入端输入的第一输入信号反相；以及第二反相器，连接在第一工作电压端与地之间，并使通过第二输入端输入的第二输入信号反相。

变压器的初级线圈可连接在第一与第二反相器的输出端之间，而变压器的次级线圈相对于初级线圈可具有预定匝数比，并根据预定匝数比转换由初级线圈产生的功率。

功率放大器可包括：第一放大器，连接在第二工作电压端与地之间，放大通过变压器的次级线圈的一端的信号，并通过第一输出端输出放大的信号；以及第二放大器，连接在第二工作电压端与地之间，放大通过变压器的次级线圈的另一端的信号，并通过第二输出端输出放大的信号。

变压器可具有连接至次级线圈的中间节点的调谐电压端。

第一反相器可包括：第一p沟道金属氧化物半导体(PMOS)晶体管，具有连接至第一工作电压端的源极、连接至第一输入端的栅极、以及连接至第一反相器的输出端的漏极；以及第一n沟道金属氧化物半导体(NMOS)晶体管，具有连接至第一反相器的输出端的漏极、连接至第一输入端的栅极、以及接地的源极。

当第一PMOS晶体管根据通过第一输入端输入的第一输入信号导通时，第一NMOS晶体管根据通过第一输入端输入的第一输入信号截止。当第一PMOS晶体管根据通过第一输入端输入的第一输入信号截止时，第一NMOS晶体管根据通过第一输入端输入的第一输入信号导通。

第二反相器可包括：第二PMOS晶体管，具有连接至第一工作电压端的源极、连接至第二输入端的栅极、以及连接至第二反相器的输出端的漏极；以及第二NMOS晶体管，具有连接至第二反相器的输出端的漏极、连接至第二输入端的栅极、以及接地的源极。

当第二PMOS晶体管根据通过第二输入端输入的第二输入信号导通时，第二NMOS晶体管根据通过第二输入端输入的第二输入信号截止。当第二PMOS晶体管根据通过第二输入端输入的第二输入信号截止时，第二NMOS晶体管根据通过第二输入端输入的第二输入信号导通。

第一和第二放大器中的每个均可具有包括两个放大器的共发共基放大器(cascode)构造。