[实用新型]一种基于CMOS工艺的毫米波功率放大器

说明书

本实用新型公开了一种基于CMOS工艺的毫米波功率放大器，属于射频集成电路技术领域，包括第一放大单元、第二放大单元、第三放大单元、第四放大单元、第五放大单元，功率分配网络、功率合成网络、偏置开关控制单元。本实用新型通过控制单级放大单元特定MOS管工作或者不工作来调节输出功率，具体到某个MOS管来说，只有工作与不工作两种状态，通过提高多个可控通断的晶体管的数量，实现多档位可调；在最高输出功率档位时，功率放大器工作的晶体管全部工作，此时工作电流最大，输出功率降低，功率放大器工作的晶体管数目随之减少，功耗也随之降低；相比于基于衰减器的功率控制方式，低输出功率工作时功耗更低，效率更高。

技术领域

本实用新型涉及射频集成电路技术领域，具体涉及一种基于CMOS工艺的毫米波功率放大器。

背景技术

毫米波为波长1-10mm的电磁波，相比频谱资源紧张的微波频段，毫米波具有更大的带宽，对于系统应用来说，意味着更大的数据率或更高的精度。因此毫米波技术在通信、雷达、遥感等领域有广阔的应用前景。

功率放大器是毫米波发射机中必不可少的电路，早期的毫米波功率放大器多用III-V族半导体工艺实现，随着CMOS工艺的发展，CMOS工艺器件射频性能显著提升，基于CMOS工艺的毫米波功率放大器是可行的。由于CMOS工艺具有低成本、高集成度的优点，越来越多的毫米波收发机系统基于CMOS工艺实现。

由于雷达、无线通信等系统，不同应用场景下对于功率放大器的输出功率要求有所不同。单芯片满足不同场景应用需求，实现多模应用是目前发展趋势，这就要求功率放大器要做到发射功率可根据具体需求灵活配置。

常规功率放大器功率控制主要包括以下两类：

第一类是通过调节模拟偏置电压方式实现功率控制，即通过调节改变电路的等效跨导的方式改变增益，实现放大器的功率控制，这种方法主要存在以下几个问题：

1)、在晶体管工作在饱和区的情况下，调节模拟偏置电压，由于电压可调范围有限，对增益的改变范围有限，尤其是且当偏置电压增加到一定值时，在增加偏置电压，增益几乎不变，却带来了功耗增加。

2)、当晶体管偏置在阈值电压附近时，尽管可以使其增益改变明显，但在此情况下，增益对偏置电压的波动十分敏感，对偏置电压精度要求较高。而且由于晶体管的阈值电压会随温度而发生变化，这会造成增益随温度波动明显。

3)、在特定工艺角下，如采用比较低的偏置电压，有进入亚阈值区的可能，降低电路的鲁棒性。

第二类是基于衰减器的功率控制，即功率放大器输出端串联衰减器实现功率控制，这种方法尽管可以实现大动态范围并实现线性功率控制，但这种功率控制方案缺点在于，无论输出功率在何种模式下，功率放大器本身输出功率始终不变，衰减器工作在衰减态时直接降低了发射机系统的效率。

上述问题亟待解决，为此，提出一种基于CMOS工艺的毫米波功率放大器。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于：如何解决常规功率放大器功率控制中存在的技术问题，并保证放大器的功耗随着输出功率降低而减小，从而保持相对较高的效率，提供了一种基于CMOS工艺的毫米波功率放大器，该功率放大器通过多位数字码控制放大单元内晶体管的通断数量，实现放大器输出功率控制。

本实用新型是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本实用新型包括第一放大单元、第二放大单元、第三放大单元、第四放大单元、第五放大单元、功率分配网络、功率合成网络、偏置开关控制单元；所述第一放大单元通过所述功率分配网络输出两路信号，分别与所述第二放大单元、所述第四放大单元连接，所述第二放大单元与所述第三放大单元连接，所述第四放大单元与所述第五放大单元连接，所述第四放大单元、所述第五放大单元通过所述功率合成网络输出合成一路输出信号，所述偏置开关控制单元分别与所述第四放大单元、所述第五放大单元连接。