[发明专利]一种低电压E类功率放大器、方法、芯片及设备

说明书

本申请公开了一种低电压E类功率放大器、方法、芯片及设备，属于集成电路技术领域。该低电压E类功率放大器包括：驱动级模块，其对差分输入信号进行预放大处理；功率级放大模块，其对差分输入信号进行放大；以及级间匹配模块，其采用变压器结构，对驱动级模块和功率级放大模块进行匹配连接。本申请的应用保证驱动信号和输出信号的功率水平，在低功耗工作的情况下实现较高的效率，简化负载回路设计的难度。通过差分结构，能够有效抑制共模信号，减小噪声，提高线性度。

技术领域

本申请涉及集成电路技术领域，特别是一种低电压E类功率放大器、方法、芯片及设备。

背景技术

近年来，随着射频集成电路技术的迅速发展，日常生活中使用到了许多无线通信产品，而不断增长的低功耗，低成本和便携性要求对这些无线通信产品设计提出了更高的标准。目前，利用CMOS(互补金属氧化物半导体）工艺集成单芯片射频收发机已经有很多成功案例，但是在射频收发机前端片上集成高性能功率放大器（Power Amplifier, PA)仍然是一个巨大的挑战。由于功率放大器具有高输出功率，在整个系统中占据功耗的绝大部分，故功率放大器的功率效率就显得尤为关键，是系统性能的重要指标。而采用CMOS技术单片集成高效率功率放大器，又受到器件较低的击穿电压、较小的电流驱动能力和较高衬底损耗的影响，很难达到。功率放大器在类型上分为许多种，其中A、B、AB、C类功放为传统功放，在工作时晶体管处于放大状态，可等效为电流源，但效率一般较低；而D类、E类、F类功放为非线性功放，其中E类功放工作时晶体管可以等效为开关，且理论上具有100%的效率，可广泛应用于恒包络调制信号放大，如FM及GMSK等通信系统信号。

随着半导体工艺的快速发展，基于CMOS工艺的射频功率放大器愈加受到重视。如今，在生活中的各方面，比如无线电能传输、物联网以及未来的可穿戴装置中，功率放大器有着重要的应用。而且对相关产品小型化和便携性的追求，也促使人们提高功率放大器的效率。传统Bulk-CMOS工艺的功率放大器寄生电容较大，运行速度慢，漏电流较大，且具有闩所效应，衬底中会存在的脉冲电流干扰，增加了软错误的发生率。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本申请提供了一种低电压E类功率放大器、方法、芯片及设备。

在本申请的一个技术方案中，提供一种低电压E类功率放大器，包括：驱动级模块，其对差分输入信号进行预放大处理，包括第一反相器、第二反相器以及第一电容，其中，第一反相器的输入端连接差分输入信号的正相输入端，第二反相器的输入端连接差分输入信号的反相输入端，第一反相器的输出端连接第一电容的一端，第二反相器的输出端连接第一电容的另一端；功率级放大模块，其对预放大处理后的差分输入信号进行放大，包括第二电容、第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管以及第四MOS管，其中，第二电容的一端连接第二MOS管的栅极，第二电容的另一端连接第三MOS管的栅极，第二MOS管的漏极接地，第二MOS管的源极连接第一MOS管的漏极，第三MOS管的漏极连接第四MOS管的源极，第三MOS管的源极接地，第一MOS管的栅极和第四MOS管的栅极连接一定数值的偏置电压；以及级间匹配模块，其采用变压器结构，对驱动级模块和功率级放大模块进行匹配连接，包括第一变压器，第一变压器的输入端的一端连接第一电容的一端，第一变压器的输入端的另一端连接第一电容的另一端，第一变压器的输出端的一端连接第二电容的一端，第一变压器的输出端的另一的端连接第二电容的另一端。