[发明专利]一种互补型功率合成的功率放大器结构

说明书

本发明属于射频集成电路领域，具体提供一种互补型功率合成的功率放大器结构，用以解决现有采用电容补偿技术的功率放大器功耗大、效率低的问题。本发明结构有效利用N型功率放大器和P型功率放大器的互补特性，通过P型功率放大器进行电容补偿，有效保证功率放大器结构线性度；同时，采用变压器将P型功率放大器的输出信号和N型功率放大器的输出信号进行功率合成，保证P型功率放大器的能量没有被浪费掉，使得整个功率放大器的输出功率得到提升，效率也得到提高；另外，提出失配调节网络，解决N型功率放大器与P型功率放大器输出匹配阻抗不同的问题；综上，本发明结构能够在保证功率放大器线性度的同时，提高输出功率及效率。

技术领域

本发明属于射频集成电路领域，涉及功率放大器，具体为一种互补型功率合成的功率放大器结构。

背景技术

功率放大器通常用在通信系统中，用以将射频小信号进行功率放大；但是由于一些非线性特性的原因，导致功率放大器在大功率输出下不能线性的放大信号；引起功率放大器非线性特性的因素特别多，如寄生元件导致的功率放大器的记忆效应、寄生电阻的热效应等。幅度/相位失真用以表达功率放大器的非线性特性；幅度失真是指：当输入功率增加时，功率放大器的功率增益不能保持为一个定值，而是会随着输入功率的增加而减小，因此功率增益下降1分贝的输出功率值为功率放大器的输出1dB压缩点，功率放大器的工作状态不应该超过输出1dB压缩点，保证功率增益能够保持在一个恒定的值；而相位失真是指：在不同的输入功率下，功率放大器输出电压的相位值与输入电压的相位值不能保持在一个恒定的值，从而产生相位的失真。幅度和相位失真都会使得信号点在星座图上面发生偏移，较大的失真甚至会导致信息不能正确的被解调出来；因此，对功率放大器线性度的提升可以从幅度/相位失真的改善上进行。

在现代通信系统中，高的功率峰均比的信号对功率放大器的线性度的要求就变得特别的高。对功率放大器幅度/相位的失真研究，有助于提升功率放大器的线性度，在幅度失真方面，可以通过控制功率放大器输出功率的大小，使得功率放大器的幅度失真变小；而在相位失真方面，主要是因为在不同输入功率下，功率放大器的晶体管的栅/基极电容是一个变化的值；对于N型晶体管，栅/基极电容会随着输入电压的增加而增加，导致相位的失真变大；在功率放大器的设计中，由于P型晶体管具有与N型晶体管相反的特性，P型晶体管的栅/基极电容会随着输入电压的增加而减小，因此可以利用P型晶体管和N型晶体管的互补特性，减小功率放大器的相位失真。

通常利用P型晶体管进行补偿的技术叫做电容补偿技术，利用N型晶体管设计的功率放大器称为N型功率放大器，通过在N型功率放大器的晶体管的栅/基极并联P型晶体管，N型晶体管的栅/基极和P型晶体管的栅/基极并联在一起，这时的P型晶体管的作用其实起到的是一个电容作用；如文献“A Nonlinear Capacitance Cancellation Technique andits Appli cation to a CMOS Class AB Power Amplifier”中采用的结构。但是，该类结构都存在一个缺点：通常功率放大器的晶体管的尺寸都比较大，为了补偿N型晶体管的栅/基极电容，需要一个同样很大的P型晶体管，另外P型晶体管也需要另外增加一个独立的电源；因此，为了得到较好的线性度，P型晶体管部分会产生较大的功耗，从而使得整个功率放大器的功耗变大，功率附加效率变低。

发明内容

本发明的目的在于针对上述采用电容补偿技术的功率放大器功耗大、效率低的问题，提供了一种互补型功率合成的功率放大器；该功率放大器结构基于电容补充技术，采用变压器将P型功率放大器的输出信号和N型功率放大器的输出信号进行功率合成，进而提升整个功率放大器的输出功率与效率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：