CN104362988A - 一种用于功放线性化的电路 - Google Patents

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李罗生
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Abstract

本发明涉及一种用于功放线性化的电路，主要应用于射频功率放大器的线性化应用，属于射频集成电路设计领域。根据NMOS栅电容和PMOS栅电容随栅压变化互补的特点，采用PMOS并联在NMOS栅端的结构，通过PMOS栅电容补偿NMOS栅电容，使得输入端电容随栅压变化为常量，从而功放电路在大信号工作模式下，输入幅度变化时，输入端电容恒为常量，消除因NMOS器件栅电容变化而造成的非线性，改善功放的线性度。同样如果采用PMOS设计功放时，可通过NMOS补偿PMOS，实现功放的线性化。

Description

一种用于功放线性化的电路
技术领域
本发明涉及一种功放线性化补偿的电路，主要应用于射频功率放大器的线性化应用，属于射频集成电路设计领域。
背景技术
功率放大器是射频发射通路中的重要模块，它的主要功能是将发射信号放大传输到天线，功放工作在大信号状态，对发射***的线性度影响很大，尤其是在同时采用幅度、相位调制的通信应用中，功放对***线性度影响更大。因此功放往往有较高的线性度要求，设计中应分析造成功率放大器非线性的来源，通过线性化技术来改善线性度。
在同时采用幅度和相位调制应用场合，为了兼顾功放的功率、效率和线性度，功放一般工作在AB类或者A类，在大信号工作状态下，共源结构的晶体管栅端电压随输入信号变化。NMOS和PMOS器件栅源电容随栅压非线性变化，在功率放大器中，随着输入信号的变化，NMOS或者PMOS器件栅源电压发生变化，栅电容也随之发生变化，造成信号的相位和幅度失真。为了提高功放电路的线性度，设计中需要采用线性化技术消除栅端电容非线性造成的影响。
NMOS和PMOS器件栅电容由栅源电容和栅漏电容组成，其中栅漏电容随栅压基本不变，在分析器件栅电容随电容变化关系时，我们只需考虑栅源电容随电压变化关系。分析表明，NMOS和PMOS器件栅源电容随栅源电压变化趋势刚好互补，如果NMOS和PMOS栅端并联，选取合适的器件尺寸情况下，可以使得输入端电容随栅压变化基本保持不变，接近常量。
发明内容
本电路结构主要是应用Class A或者AB类线性功放中，通过NMOS和PMOS栅电容补偿的方式，使得栅电容为常量，从而在信号输入幅度变化时，输入电容恒为常量，消除因栅电容变化而造成的非线性，改善功放的线性度。
为了解决以上的技术要求，本发明提出的电路结构如图1所示。
其中，NMOS管M1、电阻R1、电感L1以及电容C1、C2组成功率放大电路110。功率放大电路110内部连接关系是：C1的一端作为信号输入，另外一端连接M1的栅极；电阻R1一端作为M1偏置电压Vg的输入，另一端连接M1栅极；电感一端连接功放的电源VDD1，另一端连接M1的漏极；NMOS管M1的源极接地；电容C2一端连接M1的漏极，另一端则作为输出连接到匹配电路120。
匹配电路120由传输线、电容、电感或者电阻组成，主要起阻抗变换的作用。匹配电路120的输出连接等效负载Rload，等效负载实物可以为天线等。
PMOS管M2、电阻R2和电容C3组成补偿电路130。PMOS管的源极、漏极短接，并且分别连接到电阻R2以及电容C3的一端；电阻R2另一端连接补偿电路的电源VDD2；电容C3的另一端则接地或者某个固定电平。
功率放大电路110、匹配电路120以及补偿电路130的连接关系是：功率功率放大电路110的NMOS管M1的栅极和补偿电路130栅极连接；功率放大电路110的输出也就是C2的一端连接到匹配电路120。
工作原理是：NMOS器件为功率放大器件，工作在AB类或者A类状态，在信号通路实现功率放大；PMOS器件作为补偿器件，栅端并联接入NMOS器件栅端，漏端和源端短接，接电源电路；NMOS器件和PMOS器件的电源电路和电源去耦电路。由于NMOS和PMOS器件栅电容随电压变化的互补，使得在任一栅压下，输入端电容接近为常量。当电路输入端有信号输入时，NMOS和PMOS器件栅端电压同时随信号变化，随着信号变化，栅端电容始终为常量，从而消除了栅电容变化引起的信号失真。
基于本电路所实现的结构，其优点在于：
(1)通过合理的选择PMOS器件的尺寸和供电电压，补偿NMOS器件栅电容的非线性；
(2)补偿后放大通路输入电容为常量，改善了电路的非线性；
(3)相比其他预失真技术，结构简单，效果明显。
附图说明
图1为NMOS器件栅端非线性电容补偿电路
具体实施方式
图1图解说明电路的具体实施方式如下：
其中，NMOS管M1、电阻R1、电感L1以及电容C1、C2组成功率放大电路110。功率放大电路110内部连接关系是：C1的一端作为信号输入，另外一端连接M1的栅极；电阻R1一端作为M1偏置电压Vg的输入，另一端连接M1栅极；电感一端连接功放的电源VDD1，另一端连接M1的漏极；NMOS管M1的源极接地；电容C2一端连接M1的漏极，另一端则作为输出连接到匹配电路120。
匹配电路120由传输线、电容、电感或者电阻组成，主要起阻抗变换的作用。匹配电路120的输出连接等效负载Rload，等效负载实物可以为天线等。
PMOS管M2、电阻R2和电容C3组成补偿电路130。PMOS管的源极、漏极短接，并且分别连接到电阻R2以及电容C3的一端；电阻R2另一端连接补偿电路的电源VDD2；电容C3的另一端则接地或者某个固定电平。
功率放大电路110、匹配电路120以及补偿电路130的连接关系是：功率功率放大电路110的NMOS管M1的栅极和补偿电路130栅极连接；功率放大电路110的输出也就是C2的一端连接到匹配电路120。
功放放大管M1(NMOS)处于信号放大通路中，带有供电电路R1、L1和隔直电路C1、C2；M2(PMOS)作为补偿电路并联在M1器件栅端，M2器件带有偏置电路R2和去耦电路C3。根据放大管M1管的尺寸及工作状态，通过合适的选取M2器件和漏源偏置电压，使得从输入端看入电路方向电容随栅压变化接近常量，从而减小由栅电容变化引起的信号失真，改善电路的线性度。图中R1、R2、L1代表了M1和M2的供电电路。
如果采用PMOS器件作为功率放大管，同样可以采用并联NMOS的方式进行电容补偿。
以上所述本专利的优化电路实施结构，凡依本申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。

Claims (6)

1.一种用于功放线性化的电路，应用于功放电路中，其特征在于通过PMOS管补偿NMOS管的栅端非线性电容，电路包括功率放大电路、匹配电路和补偿电路，其中：
功率放大电路由NMOS管M1、电阻R1、电感L1以及电容C1、电容C2组成；
补偿电路由PMOS管M2、电阻R2和电容C3组成；
匹配电路由传输线、电容、电感或者电阻组成，主要起阻抗变换的作用；
功率放大电路的NMOS管M1栅极和补偿电路的PMOS管M2栅极连接；功率放大电路的输出也就是电容C2的一端连接到匹配电路。
2.如权利要求1所述的电路，其特征在于当电路输入端有信号输入时，NMOS管和PMOS管栅端电压同时随信号变化，随着信号变化，栅端电容始终为常量，从而消除了栅电容变化引起的信号失真。
3.如权利要求1所述的电路，其特征在于补偿电路PMOS管M2的源极、漏极短接，并且分别连接到电阻R2以及电容C3的一端；电阻R2另一端连接补偿电路的电源VDD2，电容C3的另一端则接地或者固定电平。
4.如权利要求1所述的电路，其特征在于功率放大电路电容C1的一端作为信号输入，另外一端连接NMOS管M1的栅极；电阻R1一端作为M1偏置电压Vg的输入，另一端连接NMOS管M1栅极；电感L1一端连接功率放大电路的电源VDD1，另一端连接M1的漏极；NMOS管M1的源极接地；电容C2一端连接M1的漏极，另一端则作为输出连接到匹配电路。
5.如权利要求1所述的电路，其特征在于匹配电路的输出连接等效负载Rload，等效负载Rload实物可以为天线。
6.如权利要求1所述的电路，其特征在于如果采用PMOS管作为功率放大电路中的功率放大管，同样可以采用补偿电路中的NMOS管并联PMOS管栅端的方式进行电容补偿。
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