[实用新型]一种电流注入式E类功率放大器

说明书

本实用新型公开了一种电流注入式E类功率放大器，包括：电流源、射频扼流圈、由共源共栅的两个NMOS管组成的开关电路，及辅助电流注入电路、无源匹配电路、负载电阻；所述开关电路根据输入开关信号电平高低来控制其中一个NMOS管的导通和关断，同时辅助注入电流电路在该MOS管关断时根据注入控制信号的高电平控制将直流输入电流同功率放大器产生的输出电流一并向负载电阻注入，同时根据泻放控制信号的低电平关闭泻放通路，及在该NMOS管导通时根据注入控制信号的低电平控制停止向注入电流，同时根据泻放控制信号的高电平打开泻放通路。本实用新型的功率提升采用外部注入方式，不打破传统E类结构和工作方式，同时突破理论输出功率极限值。

技术领域

本实用新型涉及一种电流注入式E类功率放大器，属于射频功率放大器的技术领域。

背景技术

自从Sokal等人于1975年提出E类功率放大器以来，人们关于它已做了大量研究。如附图1所示，理想的E类功放电路由一个作为开关的有源器件，一个射频扼流圈，与开关并联的充放电电容，一个谐振网络和一个负载组成。对于任意一个负载电阻R，在理想100％的漏极效率前提下，其输出功率由电源电压唯一决定，如公式(1)所示:

然而在实际情况中，由于晶体管开关非理想性和寄生效应，以及在片无源器件的低Q 值，使得输出效率难以达到理想100％，进而使得电路优化后输出功率会低于理论计算值，因此公式1所得到的输出功率是E类网络所能输出的极限功率值。

从E类设计公式可以看出，为了增强E类功率放大器的输出功率，可以通过升高电源电压的方式提升输出功率，但在深亚微米极CMOS工艺中，升高电源电压会使充当有源开关的晶体管很容易被击穿，尤其E类的漏极输出电压会达到最高3.562V_cc；虽然可以通过增加晶体管宽长比的方式来减小导通电阻损耗，进而逼近最大输出功率，但在射频频率下，晶体管尺寸增加会带来严重的寄生电容问题，其中栅极寄生电容会降低功率放大器开关的转换速度，而增加的漏极寄生电容会还会超过理想运行下所需要的充放电电容，导致电路工作偏离E类最佳工作状态，功率和效率降低；Peter Haldi等人虽然采取了在片合成技术来增加输出功率，避免晶体管寄生和高电压可靠性问题，但在片变压器多采用无源结构，成倍的增加了芯片面积，提高了设计成本，而且CMOS工艺本身材料的低Q值，又会进一步增加不必要的功率损耗。

综上，E类功放最大输出功率有一个极限值，要想提高输出功率，就需要增加电源电压。然而，在纳米CMOS工艺下，电源电压受限，从而限制最大输出功率。因此更多研究放在给定电源的前提下，如何减少损耗去逼近理想E类功放。尽管减少了损耗，但只能逼近而无法突破理论上的最大输出功率，同时增加功放管的宽长比等技术，在减少的损耗的同时，却又降低了功放管的工作速度。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种电流注入式E类功率放大器，解决传统E类功率放大器输出功率受限于电源电压限制的问题，在不提升电源电压和改变最优负载电阻前提下，通过辅助电流定向注入技术提高输出功率。

本实用新型具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种电流注入式E类功率放大器，包括：电流源、射频扼流圈、由共源共栅的两个NMOS 管组成的开关电路、包含泻放通路的辅助电流注入电路、无源匹配电路、负载电阻；由直流偏置信号接入电流源，且电流源经射频扼流圈连接至开关电路；所述开关电路接入输入开关信号后分别连接至辅助电流注入电路、无源匹配电路；所述辅助电流注入电路分别接入直流输入电流、注入控制信号、泄放控制信号，且辅助电流注入电路经无源匹配电路连接至功率放大器的输出端，所述功率放大器的输出端连接负载电阻；其中输入开关信号、注入控制信号、泄放控制信号均来自一组差分信号，以实现对电流注入周期的控制。