[发明专利]一种射频放大器电路

说明书

本发明提出了一种放大器电路，所述放大器由第一电容、第一晶体管、第二晶体管、第一电阻、一电流源以及负载组成；第一晶体管和第二晶体管的栅极相连，还与信号输入端耦合连接；第一晶体管和第一晶体管的源极均接地；第二晶体管的漏极与负载的一端相连，还耦合连接到信号输出端；第一晶体管的漏极与所述电流源的输出端相连，还通过第一电阻与第一晶体管的栅极相连，还经过第一电容与第二晶体管的漏极相连。通过本发明的技术方案，实现了偏置电流及偏置晶体管在放大电路中的复用，电流使用效率可以达到理论的100％，可以更大程度上做到低功耗低电流高性能设计。

技术领域

本发明涉及信号处理领域，尤其涉及一种应用于可穿戴设备的射频放大器电路及其偏置方法。

背景技术

随着物联网市场的飞速发展，可穿戴电子设备的数量和市场份额也迅速增长，智能手表、智能手环、无线耳机等消费类应用的兴起推动了可穿戴市场的火热。然而在手表、手环、耳机等无线电子产品中，为了实现长时间的移动式工作，客观上可穿戴设备要求更轻的设备重量、更长的待机和工作时间，因而低功耗的需求、尤其是对芯片的功耗要求，相对其他市场更为迫切。

在可穿戴设备中，由于其模组尺寸较小，天线距离人体的距离较近，而人体是相比天线尺寸体积巨大的导体，当可穿戴设备靠近人体时，其上的天线效率会受到严重的影响。虽然可穿戴设备如手表手环等体积的缩小对于消费者的使用体验有着显著提升，然而当设备尺寸缩小时，天线的性能也会受到严重影响。因此，在贴近人体的微型可穿戴设备中，对于接收发射芯片的性能有着更高更苛刻的要求。为了提高使用体验，在接收模式下，在可穿戴设备的天线端往往采用低噪声放大器来提高接收灵敏度，间接地提高天线接收效率并且扩大接收范围，其在靠近人体时有着更佳的接收性能和使用体验；而在发射模式下，往往也会采用功率放大器来提高发射功率，同时扩大通信范围。

基于上述的原因，可穿戴设备中对于前端放大器有着非常高的要求，特别是在卫星导航定位等高频率使用的通信系统的接收模式下，放大器既要有足够高的功率增益和尽可能低的噪声系数，同时又需要消耗尽可能低的电流，这对放大器的工艺和设计提出了极为苛刻的要求。

图1示出了一种现有技术中的放大器结构及其偏置电路。其中，放大器由电容C1、N型CMOS晶体管M2、负载部分LOAD以及电容C2组成，电容C1的一端与射频输入端相连，另外一端与晶体管M2的栅极相连，M2的源极接地，漏极与负载LOAD相连，同时经由电容C2连接到输出端。其中C1、C2的作用是将输入输出外部的直流电压同内部电压相隔离开，晶体管M2的作用是把输入到栅极的射频信号放大；电阻R1的作用是将M2栅极的射频输入信号同另外一端的直流偏置部分隔离开，以避免偏置部分的容性或阻性特性影响射频性能。偏置部分由电流源I1和晶体管M1组成，其中M1的源极接地，栅极和漏极直接相连，以提供射频放大管M2的直流偏置电压，电流源I1为M1提供必要的偏置电流。

上述放大器采用了1:N的电流镜结构来提供放大器主晶体管M2的偏置电压，从而保证了放大器的正常工作。假定晶体管M1和M2的栅长为L，宽分别为W1和W2，则射频放大管M2的电流为(W2/W1)*I1，为了避免晶体管的二级效应以及达到较好的匹配特性，一般W2/W1(即N)不超过4，这样总体的电流等于(1+W2/W1)*I1，假如W2/W1＝4，则晶体管M2的电流为4I1，总电流为5I1，其中4I1用于放大管M2的偏置，I1用于偏置管M1的正常工作。这样电流的利用效率为80％，因为其中20％的电流没有用于放大管的工作。

由上可知，现有放大器电路为了保证放大器精确的直流工作电流，需要额外的另外一部分电流来保证偏置电路的正常工作，而这部分电流的作用是用于维持偏置电路的工作，并没有用于主放大电路的工作。在面对可穿戴设备中低功耗的严苛要求时，放大器的电流使用效率仍存在进一步提高的空间。

发明内容

为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种更为高效的射频放大器电路，通过进一步提高电流使用效率来实现可用于可穿戴设备的高性能低功耗放大器产品。