一种动态偏置的功率放大器

技术领域

本发明涉及一种功率放大器，特别是涉及一种动态偏置的功率放大器。

背景技术

功率放大器(PowerAmplifier，PA)作为射频前端发射链路关键器件，其效率影响着系统功耗。为了提高通信速率，5G通信采用64-QAM调制技术，功率放大器PA需要在更高的输出功率峰均比PAPR下工作，因此提高功率放大器PA功率回退区域PAE，对降低系统功耗十分重要。

图1为现有技术中固定偏置的功率放大器的电路结构图。如图1所示，现有固定偏置的功率放大器，包括输入及匹配模块10、层叠功率放大模块20、输出及匹配模块30和固定偏置模块40。其中，输入及匹配模块10由输入匹配电感Lin和输入隔直匹配电容Cin组成，用于完成输入匹配并隔直；层叠功率放大模块20由共源NMOS功率放大管M

射频信号RFin连接至输入匹配电感Lin和输入隔直匹配电容Cin的公共端，输入匹配电感Lin的另一端接射频地RF GND，输入隔直匹配电容Cin的另一端连接至共源NMOS功率放大管M

NMOS偏置管M

虽然该固定偏置的功率放大器采用4-FET层叠结构可以提高输出功率，但其需要根据最大功率设计采用固定偏置，直流(dc)电流满足最大功率输出需要较大电流，在功率输出回退区域，直流(dc)电流大于功率输出需要电流，降低了回退区域PAE(Power-addedefficiency,功率附加效率)效率。

发明内容

为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种动态偏置的功率放大器，以根据输入功率大小有效调整功率放大管栅极偏置电压、控制偏置dc电流实现功耗自适应输入功率动态调整，有效改善功率回退区域PAE效率。

为达上述及其它目的，本发明提出一种动态偏置的功率放大器，包括：

输入及匹配模块，用于对输入的射频信号进行阻抗匹配并隔直；

层叠功率放大模块，用于在动态偏置电压的控制下对匹配后的射频信号进行功率放大；

输出及匹配模块，用于对所述层叠功率放大模块的输出射频信号进行阻抗匹配并隔直；

动态偏置模块，用于根据输入射频信号的大小产生动态偏置电压至所述层叠功率放大模块的功率放大管。

优选地，所述动态偏置模块进一步包括：

输入探测放大器，用于采集输入功率并进行适当同向增益放大，转换为射频信号电流注入偏置调节模块；

偏置调节模块，用于在所述输入探测放大器输出的采样射频信号影响下动态调节所述层叠功率放大模块的共源NMOS功率放大管及共栅NMOS功率放大管的偏置电压。

优选地，所述偏置调节模块包括：

固定偏置模块，用于在参考电流约束下，依次调整栅漏电压给所述层叠功率放大模块的各共栅NMOS功率放大管的偏置电压实现栅极偏置调整；

可变偏置模块，用于根据注入电流调整其NMOS偏置管的栅极及漏极电压，实现所述层叠功率放大模块的共源NMOS功率放大管的栅极偏置调整；

钳位器，用于保护输入功率最大时栅极偏置调整过大使得所述层叠功率放大模块各功率放大管进入线性区。

优选地，所述固定偏置模块包括二极管连接的第六NMOS偏置管(M

优选地，所述可变偏置模块包括NMOS偏置管(M

优选地，所述钳位器包括第一二极管(D

优选地，所述钳位器包括限流电阻(Rd)和二极管连接的第一NMOS管(MD

优选地，所述输入探测放大器包括取样隔直电容(C

优选地，所述单端放大器(Sa)包括第九NMOS管(M

优选地，所述层叠功率放大模块包括共源NMOS功率放大管(M

与现有技术相比，本发明揭示一种动态偏置的功率放大器，以根据输入功率大小有效调整功率放大管栅极偏置电压、控制偏置dc电流实现功耗自适应输入功率动态调整，有效改善功率回退区域PAE效率。

附图说明

图1为现有技术中固定偏置的功率放大器的电路结构图；

图2为本发明一种动态偏置的功率放大器之一实施例的电路结构图；

图3为本发明一种动态偏置的功率放大器之另一实施例的电路结构图；

图4为本发明与现有技术的仿真结果对比图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。

图2为本发明一种动态偏置的功率放大器之一实施例的电路结构图。如图2所示，本发明一种动态偏置的功率放大器，包括输入及匹配模块10、层叠功率放大模块20、输出及匹配模块30和动态偏置模块40。其中，输入及匹配模块10由输入匹配电感Lin和输入隔直匹配电容Cin组成，用于完成输入匹配并隔直；层叠功率放大模块20由共源NMOS功率放大管M

具体地，射频信号RFin连接至输入匹配电感Lin、取样隔直电容C

取样隔直电容C

可见，本发明的输入探测放大器41通过采集输入功率并进行适当同向增益放大，转换为射频信号电流注入偏置调节模块42，偏置调节模块42的自偏置调整管M5根据注入电流调整栅极及漏极电压，实现共源NMOS功率放大管M

图3为本发明一种动态偏置的功率放大器之另一实施例的电路结构图。较佳地，如图3所示，单端放大器Sa由NMOS管M

较佳地，如图3所示，钳位器423由限流电阻Rd和二极管连接的NMOS管MD

也就是说，在本实施例中，输入探测放大器由两级自偏置共源放大构成，钳位器由二极管连接的MOS及电阻串联实现，可根据最大功率输出调整钳位保护偏置最大电压。

图4为本发明与现有技术的仿真对比图。通过图4的仿真对比:可见本发明通过采用动态偏置技术，可以有效改善功率回退区域PAE，6dB回退点PAE改善>5％。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。