[发明专利]一种低功耗AB类CMOS的功率放大器

说明书

本发明公开了一种低功耗AB类CMOS功率放大器，包括驱动级共源共栅放大电路、功率级共源共栅放大电路、输入阻抗匹配网络、输出阻抗匹配网络、LC谐振网络、电阻负反馈电路以及偏置电路。本发明在驱动级与输出级均使用了RC谐振网络对输入信号进行选频，提高功率增益以及改善匹配。利用负反馈电阻R2与级间耦合电容C4组成负反馈网络抑制输入谐波，在兼顾效率的同时提高了线性度。本发明在2.4GHz频率下保证线性度的同时在低功耗下具有较高效率。

技术领域

本发明属于微电子技术领域，更进一步涉及射频集成电路技术领域中的一种用于2.4GHz低功耗AB类互补金属氧化物半导体CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor)的功率放大器。本发明可用蓝牙、无线局域网、手机等的发射机系统，将由基带输出的低功率信号放大到满足通信需求的功率。

背景技术

进入21世纪以来，集成电路设计技术得到飞速发展，各类新型数字和射频电路应用也越来越广泛，发射/接收通信模块的数字传输频率要求也越来越高。功率放大器是射频收发系统中关键的模块电路，位于发射链路的最后一级,其作用是将由基带输出的低功率信号放大到满足通信需求功率，因此功率放大器直接影响到整个系统的性能。功率放大器是系统中除基带处理外耗能最高的电路，所以降低功率放大器的功耗，提高PA的工作效率(在无线设备中通常可转换为电池工作寿命的延长)能有效地降低整体的耗能；再者，输出信号的质量受功率放大器的线性度影响非常大，PA处于发射链的末端，是信号失真的重要来源，为了接收前端相邻信道不受干扰而收到某特定频域内的电平信号，发射信号的邻道功率抑制能力也必须足够好。

陈元虎在其发表的论文“应用于低功耗蓝牙的CMOS功率放大器的设计”(南开大学，集成电路工程专业硕士论文，2017年，6月)中公开了一种采用TSMC55nm CMOS工艺设计的功率放大器。该功率放大器采用两级放大结构，第一级采用推挽式放大电路结构。经过驱动放大级电路放大后的信号再经过功率输出级电路进行功率放大，功率输出级电路的工作模式为class D类，经过功率输出级电路放大后的差分信号经过片内巴伦转化为单端输出信号，再经过匹配网络选频作用后最终将信号功率传输到天线上。该功率放大器的工作频率为2.45GHz，最终能够达到输出饱和功率为4.2dBm，漏极效率为27％，直流静态功耗为5.2mW。该电路虽然由于达到的饱和输出功率较低实现了低功耗，但是该功率放大器存在的不足之处在于，由于该功率放大器使用了差分结构，并且由此增加了共模反馈电路来稳定输出共模点，结构复杂的同时增加了该电路所占用功耗与芯片面积。

南通大学在其申请的专利文献“一种偏置电流可调节的功率放大器”(申请号201220278344.5公开号CN 202634371U)中公开了一种偏置电流可调节的功率放大器。该功率放大器采用了一种新型的偏置电流可调节的偏置电路，使得功率放大器在输出低功率时处于偏置电流较低的低功率模式状态，在输出高功率时工作在偏置电流较高的高功率模式状态，实现了根据输出功率的大小自适应地调节偏置电流的大小来提高功率放大器的平均效率。与工作在高功率模式下相比，功率放大器在低功率模式下工作时，功率附加效率PAE在输出0dBm时提高了56.7％，在输出20dBm时提高了19.2％。但是，该功率放大器仍然存在的不足之处在于，由于该功率放大器在输出高功率时工作在偏置电流较高的高功率模式状态时效率与低功率模式效率都在较低的水平，占用过多功耗，且没有有效抑制非线性效应，整体线性度较差。

发明内容

本发明的目的在于针对当前无线通信系统对低功耗技术的需求与上述现有技术的不足，提供一种低功耗AB类CMOS功率放大器电路，用于解决现有低功耗功率放大器输出功率低、线性度差与效率低等问题。