[实用新型]一种用CMOS管做开关实现线性功率放大器的高低功率的电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及通讯技术领域，尤其是一种用CMOS管做开关实现线性功率放大器的高低功率的电路。

背景技术

在3G通信系统的手持设备中，为了满足规范要求，一般都需要大量使用线性PA即为功率放大器，下面即简称为功放。这些系统除了线性的要求外，还有效率的要求，通常用PAE表示。由于手持设备的发射功率大部分时间工作在0dBm左右，处于最大功率输出的时间比较少，为了使手持设备尽可能省电，需要发射功率在0dBm左右时线性PA的效率比较高。为了满足该要求，通常线性PA会有三种工作模式：高功率模式，中功率模式和低功率模式。高功率模式下输出功率在17dBm至28dBm之间，而中功率和低功率模式的输出功率在17dBm以下。通常在最大功率输出时PA的效率能够达到35%到40%以上，随着功率的降低，效率也随之降低；在降低到17dBm左右时，如果不切换到中功率模式，则效率将在5%左右，而切换到低功率模式之后，效率能够提高到20%左右。同理在输出功率在8dBm切换到低功率模式，效率也能够在中功率模式下继续提高，因此能够让手持设备更加省电。

手持设备在发射链路上的各个模块的基本架构见图4，由图可见PA模块（功率放大器模块）的输入信号由transceiver提供，而Vref（或者VEN）和Vmode等控制电平由基带芯片给出，PA模块的输出和天线之间通常会有双工器或者开关，另外再加上一些匹配网络。根据3G系统规范，手持设备在天线端的最大功率达到23dBm或者24dBm，扣除双工器或者开关的插入损耗，线性PA在手持设备的最大功率大致在26dBm到27dBm，而transceiver的最大输出功率一般在0dBm到3dBm之间，因此线性PA在高功率需要大致25dB左右才能达到最大功率的输出；同理，手持设备在天线端的最小功率能够为-49dBm，而中功率模式切换大致在17dBm左右，transceiver的最小输出功率需要在-49dBm的基础上减去线性PA的中低功率模式的增益。因此为了保证transceiver的动态范围，中功率模式下线性PA的增益不能太高，一般在18dB左右，为了保证切换点的功率输出，中功率模式的增益也不能低于14dB。

然而目前使用的线性功放中的中低功率的实现时，一般有三种方法，第一种是降低偏置电压，比如将图3中通过CMOS的裸片将偏置电压从2.85V调整到2.70V。驱动级和功率级仍然处于工作状态，由于偏置电压的降低导致增益的降低和效率的提高，但是中低功率模式的效率还是会比较低，同时中低功率下的增益只比高功率的增益小几个分贝，因此对收发器的动态范围提出了更高的要求；第二种是图5阐释的专利US7394313在中低功率模式下的方式，线性功放的功率级关闭，而将驱动级通过转换网络作为中低功率模式的输出，但由于该网络连接功率输出级的输入端和输出端，因此在高功率模式下，需要保证高功率模式下该网络对整个功率输出基本没有影响，保证高功率模式下的稳定性、效率、和线性，而在低功率模式下功率输出级关闭，需要通过阻抗转换网络和其他的匹配网络保证低功率模式下的线性和效率，此种方式会造成整个网络相当复杂，且大大提高了生产的成本；第三种是在模块内加开关实现，这种方法有两种实现方式，一种是通过工艺在一种晶圆上实现功率输出和开关的功能，但是这种工艺的价格高昂，而另外一种是在模块中直接加一个开关裸片来实现，专利200910039721中采用的就是这种方法，实现方式见图6，然而额外的开关也带来了成本的上升。CMOS工艺由于衬底不是绝缘体，如果直接用传统方法做开关，即用管子自身的特性实现ON/OFF特性，那么插损会比较大，从而导致PA的增益和效率会比较低。

发明内容

本实用新型要解决的问题是在功放模块内部加了CMOS管子作为开关并通过匹配网络实现整个功放的高低频率模式下的工作。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种用CMOS管做开关实现线性功率放大器的高低功率的电路，其包括高功率模块、中低功率模块和输出匹配网络电路二；

高功率模块包括依次串联连接的匹配网络电路一、驱动电路、级间匹配网络电路、功率输出电路以及输出匹配网络电路一，还包括CMOS管子一和控制电路一，所述CMOS管子一的漏极和匹配网络电路一的输出端与驱动电路的输入端连接处连接，该CMOS管子一的栅极与所述控制电路一的电压输出端连接，而CMOS管子一的源极接地；