[发明专利]射频功率放大器

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体集成电路，特别是涉及一种射频功率放大器。

背景技术

在无线通讯系统中，需要用到射频功率放大器对无线信号进行接收并进行功率放大。如图1所示，是现有射频功率放大器的电路图，包括：

由NMOS管M101组成的单级放大器，NMOS管M101的源极接地，NMOS管M101的栅极通过直流电压偏置并接收输入信号VIN，输入信号VIN和NMOS管M101的栅极之间可以接一个输入匹配网络。NMOS管M101的漏极通过扼流电感L101连接电源电压VDD。

电容C101的第一端连接NMOS管M102的漏极，电容C101的第二端输出输出信号VOUT，电感L102和电容C102并联在电容C101和地之间，电阻R101也连接在电容C101的第二端和地之间。电容C101、电感L102和电容C102和电阻R101实现对NMOS管M102的漏极输出信号进行隔直和阻抗匹配。

图1所示的结构中，单级放大器采用CMOS工艺实现，对于CMOS工艺而言，特征尺寸减小使得晶体管耐压急剧下降，造成低击穿电压，低输出功率和增益。另外，片上无源器件性能差，尤其片上电感的Q值过低，严重影响了功率放大器性能，因此电感等元件往往采用片外方式，即现有CMOS工艺实现的射频功率放大器的无源器件如电感和有源器件如CMOS器件往往不能形成于同一芯片上，即不能实现整个射频功率放大器的全片集成。由于电感需要采用片外制造，故相对于所有组成部件都集成于同一芯片上的全片集成的射频功率放大器，现有射频功率放大器的成本会很高，应用也不方便。

除了如图1所示的现有CMOS工艺实现的射频功率放大器外，现有射频功率放大器还有采用砷化镓(GaAs)异质结双极型晶体管(HBT)来实现，GaAsHBT虽然性能较好，但是无法与硅(Si)工艺集成；在半导体制造领域中，只有硅基器件才能实现大规模的制造，而GaAsHBT由于无法实现也硅工艺的集成，故成本很高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种射频功率放大器，能实现全片集成从而提高集成度、降低成本并使应用简化，能提高电路的电压摆幅和工作电流大小，能提高电路的增益和最大输出功率，能提高器件的频率性能；能提高电路的耐压能力。

为解决上述技术问题，本发明提供的射频功率放大器集成于同一芯片上，所述射频功率放大器包括：输入匹配网络、第一级放大电路、级间匹配网络、第二级放大电路、输出匹配网络、第一偏置电路和第二偏置电路。

所述输入匹配网络连接于射频信号输入端和所述第一级放大电路的输入端之间；所述级间匹配网络连接于所述第一级放大电路的输出端和所述第二级放大电路的输入端之间；所述输出匹配网络连接于所述第二级放大电路的输出端和射频信号输出端之间。

所述第一级放大电路包括共射极连接的第一锗硅(SiGe)异质结双极型晶体管(HBT)，所述第一锗硅异质结双极型晶体管的发射极接地，所述第一锗硅异质结双极型晶体管的集电极和电源电压之间连接有第一扼流电感，所述第一锗硅异质结双极型晶体管的基极作为所述第一级放大电路的输入端，所述第一锗硅异质结双极型晶体管的集电极作为所述第一级放大电路的输出端；所述第一偏置电路提供偏置电压到所述第一锗硅异质结双极型晶体管的基极。

所述第二级放大电路包括共射极连接的第二锗硅异质结双极型晶体管，所述第二锗硅异质结双极型晶体管的发射极接地，所述第二锗硅异质结双极型晶体管的集电极和电源电压之间连接有第二扼流电感，所述第二锗硅异质结双极型晶体管的基极作为所述第二级放大电路的输入端，所述第二锗硅异质结双极型晶体管的集电极作为所述第二级放大电路的输出端；所述第二偏置电路提供偏置电压到所述第二锗硅异质结双极型晶体管的基极。

进一步的改进是，所述第一偏置电路和所述第二偏置电路都采用相同结构自适应偏置电路，该自适应偏置电路包括：第三锗硅异质结双极型晶体管、第四锗硅异质结双极型晶体管、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第一电容。

所述第三锗硅异质结双极型晶体管的集电极连接电源电压，所述第一电阻连接于所述第三锗硅异质结双极型晶体管的集电极和基极之间，所述第二电阻连接于所述第三锗硅异质结双极型晶体管的发射极和所述第四锗硅异质结双极型晶体管的基极之间。

所述第一电容连接于所述第四锗硅异质结双极型晶体管的集电极和发射极之间，所述第四锗硅异质结双极型晶体管的集电极和所述第三锗硅异质结双极型晶体管的基极连接，所述第四锗硅异质结双极型晶体管的发射极接地。