[发明专利]一种输出功率可调的功率放大器

说明书

技术领域

本发明属于射频集成电路技术领域，具体涉及一种输出功率可调的功率放大器，该功率放大器可应用于各种无线通信系统，本发明中功率放大器的电路结构适用于CMOS，BiCMOS，FET，异质结晶体管等其他晶体管。

背景技术

在各种无线传输技术中，因为实际环境，如距离，障碍，干扰的不同，往往需要功率放大器能提供不同的输出功率，以满足低功耗和实际需求的折中，而且如果每个网络的节点都能动态调节输出功率，将大大降低通信环境的背景噪声。实际很多通信的产品具有功率回退功能，如TI的zigbee芯片cc2530，最大输出功率为4.5dBm(典型值)，可编程的输出范围为32dB，输出功率范围为-27.5dBm到4.5dBm。

一般功率放大器都是根据最大输出功率进行优化，导致在功率回退(低于最大功率输出时)效率会明显降低。所有元件都是理想原件的(无寄生)情况下，传统功率放大器的输出功率与效率呈线性关系。即输出功率越低，效率越低。而在实际情况中，因为非理想的效应的影响，如寄生参数的影响，效率会进一步降低。

为了实现功率放大器的不同的输出功率，主要调节方式有调节供电电压，调解晶体管偏置电压，调解输出端等效负载电阻，或者开关控制功率放大器(通过将几个功率放大器并联，通过开关某几个功率放大器实现功率调解)。但是每一个方案单独应用都有其不足之处。

为了提高反向隔离，提高稳定性，一般采用中和电容技术，即在差分功率放大器的输入MOS管的栅极，和反向输出端之间连接一个电容，图1，参考文献【1】(Wei L.Chan and John R.Long“A 58-65GHz Neutralized CMOS Power Amplifier with PAE Above 10％at 1-V Supply，”IEEE J.Solid-State Circuits，vol.45，no.3，pp.554-564，Mar.2008.)。但是这个结构很难直接应用于开关控制功率放大器，因为传统的功率放大器并联结构的开关与输入管的漏端串联，图2，参考文献【2】(Chia-Jun Chang，Po-Chih Wang，Chih-Yu Tsai，Chin-Lung Li，Chiao-Ling Chang，Han-Jung Shih，Meng-Hsun Tsai，Wen-Shan Wang，Ka-Un Chan，and Ying-Hsi Lin“A CMOS Transceiver with internal PA and Digital Pre-distortion For WLAN802.11a/b/g/n Applications，”IEEE RFIC.Symp.Dig.，pp.435-438，Oct 2010.)，图中Vctr1信号即为开关控制信号。当开关关闭时，输入端与输出端的耦合电容与开关打开时的耦合电容不同。采用单一中和电容将导致不同输出功率的反向隔离和稳定性不同，甚至可能恶化反向隔离和稳定性，因此文献【2】没有采用中和电容。而通过调解中和电容大小的，满足开关控制功率放大器不同功率输出的需求的设计方案实现复杂度高，工艺稳定性差。

现有的改变输出阻抗的电路，存在着可调性差，面积大，结构复杂等缺点。如Doherty结构，图3，参考文献【3】(Li-Yuan Yang，Hsin-Shu Chen，and Yi-Jan Emery Chen“A 2.4GHz Fully Integrated Cascode-Cascade CMOS Doherty Power Amplifier，”IEEE Microwave and Wireless Components Letters vol.18，no.3，Mar 2008.)，需要额外的辅助功率放大器，功分器且需要四分之一波长传输线，在标准CMOS工艺中实现难度和设计难度很大，而且代价很高。在1GHz到10Ghz的工作范围内四分之一波长传输线的长度为几十毫米甚至几十厘米，在集成电路工艺上实现成本过高，甚至是不现实的。因此文献【3】采用了分立元件实现传输线，但是如图4所示，实现结构复杂，采用了多个电感，版图面积大，成本高。

现在有关阻抗变换网络的专利很多，如申请号为200610164854.9的专利提出了一种匹配网络，这种网络能自适应实现匹配，但是这种网络单端电路需要三个变容管，四个隔直电容，两个电感，面积太大。另外如申请号为200980113014.1的专利，公开了的网络单端电路需要四个电容，四个电感，同样存在面积太大的问题。

发明内容