[发明专利]一种基于共源共栅结构的非线性抵消功率放大器

说明书

本发明属于无线通信技术领域，提供一种基于共源共栅结构的非线性抵消功率放大器，用以解决现有基于共源共栅结构的功率放大器存在的线性度和输出端回波损耗性能差的问题。本发明由单端共源共栅结构电路与非线性抵消电路构成，通过在单端共源共栅结构的中间节点添加共栅管M3，改变功率放大器的输出电阻，使之与与最佳负载电阻近乎相等，进而大幅提升器件的输出回波损耗性能；同时，共栅管M3与共源共栅结构中共源管M1的非线性电流相互抵消，使得功率放大器的线性度提高；另外，共栅管M3本身不会引入额外的功耗，也不会恶化功率放大器的输出功率。综上，本发明提供的非线性抵消功率放大器具有更高的线性度和更优的输出回波损耗性能。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及通信系统发射机中的功率放大器，具体提供一种基于共源共栅结构的非线性抵消功率放大器。

背景技术

随着无线通信技术的迅速发展，人们对射频收发机提出了更高频率、更小尺寸、更低功耗、更高可靠性等一系列要求。作为射频收发机中的的核心模块，功率放大器(PA)的性能直接影响到信号发射的质量，其线性度和输出端的回波损耗是两个很关键的性能指标。共源共栅(cascode)结构作为功率放大器(PA)的一种常用结构，其电路图如图1所示。共源共栅结构具有高输出功率和高增益的优点，但同时也存在许多问题：第一，叠加在共源管上的共栅管会引入额外的非线性，恶化共源共栅的整体线性度，进而影响通信质量；第二，共源共栅结构的功率放大器输出电阻过大，与其输出端所接的最佳负载电阻的阻值相差大，因此具有较差的输出回波损耗；第三，共源共栅结构的内部节点存在阻抗失配，会降低整体的增益。

针对上述问题，研究者改进了传统的共源共栅结构，一种改进方法为通过在共栅管和共源管相连接的地方添加一个并联到地的电感，可以使得该节点的寄生电容与电感形成并联谐振腔，避免了信号在此节点处的泄露，从而提升增益，如图2所示；另一种改进方法为通过在共栅管和共源管连接处插入一个串联电感，使共源管看到的负载阻抗从容性变成感性，实现了共栅管和共源管之间的匹配，最终使增益得以提升，如图3所示。

然而，上述的两种改进方法均引入了电感，电感占用版图面积较大、且不利于布版，同时引入额外的损耗。另外，上述的改进型结构也仅仅提升了cascode结构功率放大器的增益，并没有解决cascode结构功率放大器存在的线性度和输出端回波损耗差的问题。功率放大器的线性度直接影响通信质量，线性度越低，传输的信号失真程度越大，通信质量也就越差；功率放大器的输出端回波损耗限制了其可靠性，回波损耗越大，功率放大器与负载之间的反射能量就越大，可靠性也越差。基于此，本发明提供一种新型的改进型cascode结构的功率放大器。

发明内容

本发明的目的在于针对上述传统及改进型共源共栅(cascode)结构功率放大器存在的诸多问题，提供一种新型的cascode结构功率放大器；本发明采用一种无电感的线性化cascode结构，无电感结构使得电路的面积大幅减小，线性化技术通过使用额外的共栅晶体管实现，有效改变了cascode的输出阻抗和内部非线性电流的流向，从而使得功率放大器能够实现更高的线性度与良好的输出端回波损耗。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于共源共栅结构的非线性抵消功率放大器，包括：单端共源共栅结构电路，所述单端共源共栅结构电路包括：共源管M1和共栅管M2；所述功率放大器还包括：非线性抵消电路，所述非线性抵消电路由共栅管M3、高频旁路电容C和隔离电阻R组成，其中，所述共栅管M3的源极与共源管M1的漏极相连、栅极经过隔离电阻R后接控制电压V_ctrl、漏极接供电电压V_x，所述高频旁路电容C一端接共栅管M3的栅极、另一端接地。

进一步的，所述单端共源共栅结构中，所述共源管M1的源极接地、漏极与共栅管M2的源极相连，电源电压VDD通过扼流电感连接共栅管M2的漏极，输入信号从共源管M1的栅极输入、经共源管M1和共栅管M2放大后从共栅管M2的漏极输出。

本发明的有益效果在于：