[发明专利]一种高线性度射频功率放大器

说明书

本发明公开了一种高线性度射频功率放大器，包括输入匹配电路、前级放大电路、第一线性化偏置电路、第一级间匹配电路、中间级放大电路、第二线性化偏置电路、第二级间匹配电路、功率级放大电路、第三线性化偏置电路以及输出匹配电路前级放大电路、中间级放大电路和功率级放大电路分别采用A类放大结构，且内部分别具有源极退化电感，前级放大电路、中间级放大电路和功率级放大电路分别利用其内部源极退化电感进行反馈来扩展线性工作区域，第一线性化偏置电路、第二线性化偏置电路和第三线性化偏置电路分别为基于PMOS管和NMOS管设计的有源偏置电路；优点是在具有较高线性度的同时，具有较高增益。

技术领域

本发明涉及一种射频功率放大器，尤其是涉及一种高线性度射频功率放大器。

背景技术

射频功率放大器(Power Amplifier,简称PA)是无线收发系统的重要组成部分，是整个无线通信系统收发机中功耗最大的模块，其性能的好坏直接影响到信号传输的质量和距离。随着第五代(5G)无线通信系统的到来，有几个毫米波频段已被许可用于5G无线通信，可用于具有低延迟的Gb/s数据速率。为了在有限的频谱资源内满足大数据流量的需求，64QAM高阶调制方案是个理想的选择，其呈现出较大的峰值平均功率比(Peak to AveragePower Ratio，PAPR)。为了高保真地放大这些调制信号，对用于5G应用的射频功率放大器的线性度提出了更高要求。在射频范围内，已经研究了多种校正技术来提高射频前端功率放大器的线性度。然而，将这些技术部署到5G应用中是具有挑战性的。数字预失真(DPD)技术，对于大规模配置来说实现的方法非常复杂。目前已经提出了许多线性化射频功率放大器，所提出的线性化技术主要有前馈线性化、反馈线性化以及预失真线性化。

目前，文献报道的基于CMOS工艺的射频功率放大器(即CMOS射频功率放大器)中使用较多的主要是模拟预失真线性化技术，通过在射频功率放大器的前端放置一个预失真线性化电路，该预失真线性化电路与射频功率放大器的非线性特性相反，两者的非线性部分可以相互抵消，从而可以提高射频功率放大器的线性度，整体构成高线性度射频功率放大器。这种高线性度射频功率放大器主要是利用模拟器件设计一种内置的预失真线性化器来抵消射频功率放大器本身的非线性特性。在基于CMOS工艺的射频功率放大器设计中，模拟预失真线性化器主要是利用MOS晶体管来实现的。例如，文献1“A 60GHz CMOS PowerAmplifier With Built-in Pre-Distortion Linearizer,”IEEE Microw ave andWireless Components Letters,vol.21,no.12,pp.676-678,Dec.2011.中提出了一款三级的CMOS射频功率放大器，该CMOS射频功率放大器通过冷模式MOSFET线性化预失真技术来提高射频功率放大器的线性度，冷模式MOSFET具有漏源电压为零(V_DS＝0)的特点，在电路中加入体偏置技术，利用冷模式MOSFET的体偏置效应来产生预失真特性，来提高射频功率放大器的增益扩展能力，从而提高功率放大器的线性度；但是，上述CMOS射频功率放大器中，冷模式MOSFET提供的增益补偿能力有限，并且需要很多控制电压引脚，使设计的功率放大器需要较多的偏置，随着线性度的提高，增益性能将大大下降。文献2“A K-band poweramplifier with parasitic diode linearizer in 0.18-μm CMOS process using 1.8-Vsupply voltage,”in 2016 IEEE International Symposium on Radio-FrequencyIntegration Technology(RFIT),Taipei,2016,pp.1-3.中提出了一种K波段的三级功率放大器，该三级功率放大器使用寄生二极管线性化电路，将NMOS的p-n结中的寄生二极管用作预失真线性化器并添加到电路中，从而显著消除三阶互调(IM3)项；该三级功率放大器虽然在一定程度上提高了功率放大器的线性度，但是其增益性能也大大地降低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种在具有较高线性度的同时，具有较高增益的高线性度射频功率放大器。