CN108259012B - 一种宽带电力线的功率放大器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种功率放大器，尤其涉及一种宽带电力线的功率放大器，至少包括：第一互补晶体管对，第二互补晶体管对，电流输入端，电压输入电路，第一电流镜电路，第二电流镜电路，第一电压缓冲电路，第二电压缓冲电路以及放大输出端，采用了MOS(Metal‑Oxide‑Semiconductor，金属‑氧化物‑半导体)晶体管实现电压模与电流模的结合，易于集成，并且将电压输入与电流输入相结合，从而在补偿反馈上具有更多选择，能够满足宽带PLC(Power Line Communication，电力线通信)功率放大器需要满足的要求。

Description

一种宽带电力线的功率放大器
技术领域
本发明涉及一种功率放大器，尤其涉及一种宽带电力线的功率放大器。
背景技术
宽带PLC(Power Line Communication，电力线通信)功率放大器需要覆盖2M～12M的频率范围，且电力线的负载是时变的，轻载下负载在100欧姆左右，而重载下负载只有几欧姆，另外电力线发送的信号是OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用技术)调制信号，对发送端的线性度及效率都有比较高的要求，而传统的功率放大器往往采用全双极结型晶体管实现电流膜反馈运放放大器，或者基于电压模电路实现功放，但均无法满足宽带PLC功率放大器需要满足的要求。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种宽带电力线的功率放大器，包括：
第一互补晶体管对，包括依次连接的一第一晶体管和一第二晶体管以形成一第一源漏极通道以及一第一节点；
第二互补晶体管对，包括依次连接的一第三晶体管和一第四晶体管以形成一第二源漏极通道以及一第二节点；
电流输入端，与所述第一节点连接；
所述第二源漏极通道的两端分别连接一第一源端和一第二源端；
电压输入电路，包括一电压输入端，一第一控制端和一第二控制端；
所述第一控制端与所述第一晶体管的栅极连接，所述第二控制端与所述第二晶体管的栅极连接；
第一电流镜电路，包括一第一输入支路和一第一输出支路，所述第一输入支路的两端分别连接所述第一源端以及所述第一源漏极通道的一端；
第二电流镜电路，包括一第二输入支路和一第二输出支路，所述第二输入支路的两端分别连接所述第二源端以及所述第一源漏极通道未与所述第一输入支路连接的一端；
所述第一输出支路和所述第二输出支路相连形成一第三节点，所述第一输出支路背离所述第三节点的一端连接所述第一源端，所述第二输出支路背离所述第三节点的一端连接所述第二源端；
第一电压缓冲电路，包括一第一输入口和一第一输出口；
所述第一输入口连接所述第三节点，所述第一输出口连接所述第三晶体管的栅极；
第二电压缓冲电路，包括一第二输入口和一第二输出口；
所述第二输入口连接所述第三节点，所述第二输出口连接所述第四晶体管的栅极；
放大输出端，与所述第二节点连接，用于将功率放大后的信号输出。
上述的功率放大器，其中，所述第二源端为接地端。
上述的功率放大器，其中，还包括：
补偿电路，连接于所述第一节点与所述第三节点之间，用于抑制所述第一节点和所述第三节点之间的零点漂移。
上述的功率放大器，其中，所述补偿电路包括串联的一电阻和一电容。
上述的功率放大器，其中，所述电压输入电路还包括：
依次连接的一第五晶体管和一第六晶体管，形成一第三源漏极通道以及一第四节点，所述第四节点延伸形成所述第一控制端；
所述第三源漏极通道的两端分别连接所述第一源端和所述第二源端；
第一参考电压输入端，与所述第五晶体管的栅极连接，用于接收一第一参考电压；
依次连接的一第七晶体管和一第八晶体管，形成一第四源漏极通道以及一第五节点，所述第五节点延伸形成所述第二控制端；
所述第四源漏极通道的两端分别连接所述第一源端和所述第二源端；
第二参考电压输入端，与所述第八晶体管的栅极连接，用于接收一第二参考电压；
所述第六晶体管和所述第七晶体管的栅极分别与所述电压输入端连接，以接收所述电压输入端输入的输入电压；
通过所述输入电压，所述第一参考电压和所述第二参考电压在所述第一控制端和所述第二控制端上生成控制信号，以控制所述第一晶体管和所述第二晶体管。
上述的功率放大器，其中，所述第一电流镜电路的所述第一输出支路与所述第一输入支路之间的信号大小的比例的范围在4～8之间。
上述的功率放大器，其中，还包括：
源随器，连接于所述第三晶体管和所述第四晶体管的栅极之间。
上述的功率放大器，其中，所述源随器包括形成有一第五源漏极通道的依次连接的一第九晶体管和一第十晶体管；
所述第九晶体管和所述第十晶体管均为PMOS(P-Metal-Oxide-Semiconductor，P型金属-氧化物-半导体)晶体管；
所述第九晶体管的栅极与源极连接，且所述第十晶体管的栅极与源极连接。
上述的功率放大器，其中，还包括：
第一偏置电路，连接于所述第一源端和所述第三晶体管的栅极之间，用于对所述第三晶体管的栅极上的电压进行偏置；
第二偏置电路，连接于所述第二源端和所述第四晶体管的栅极之间，用于对所述第四晶体管的栅极上的电压进行偏置。
有益效果：本发明提出的一种宽带电力线的功率放大器，采用了MOS(Metal-Oxide-Semiconductor，金属-氧化物-半导体)晶体管，易于集成，并且将电压输入与电流输入相结合，从而在补偿反馈上具有更多选择，能够满足宽带PLC功率放大器需要满足的要求。
附图说明
图1为本发明一实施例中宽带电力线的功率放大器的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。
在一个较佳的实施例中，如图1所示，提出了一种宽带电力线的功率放大器，可以包括：
第一互补晶体管对，包括依次连接的一第一晶体管M1和一第二晶体管M2以形成一第一源漏极通道以及一第一节点A；
第二互补晶体管对，包括依次连接的一第三晶体管M3和一第四晶体管M4以形成一第二源漏极通道以及一第二节点B；
电流输入端Vi-o，与第一节点A连接；
第二源漏极通道的两端分别连接一第一源端Vdd和一第二源端(附图中以三角形表示)；
电压输入电路10，包括一电压输入端Vi+，一第一控制端k1和一第二控制端k2；
第一控制端k1与第一晶体管M1的栅极连接，第二控制端k2与第二晶体管M2的栅极连接；
第一电流镜电路20，包括一第一输入支路21和一第一输出支路22，第一输入支路的两端分别连接第一源端Vdd以及第一源漏极通道的一端；
第二电流镜电路30，包括一第二输入支路和一第二输出支路，第二输入支路的两端分别连接第二源端以及第一源漏极通道未与第一输入支路连接的一端；
第一输出支路22和第二输出支路相连形成一第三节点C，第一输出支路22背离第三节点C的一端连接第一源端Vdd，第二输出支路背离第三节点C的一端连接第二源端(本实施例中，第二输入支路和第二输出支路与第二源端连接的部分进行了合并，因此在图中第二电流镜电路30仅通过一条线与第二源端连接)；
第一电压缓冲电路40，包括一第一输入口In1和一第一输出口Out1；
第一输入口In1连接第三节点C，第一输出口Out1连接第三晶体管M3的栅极；
第二电压缓冲电路50，包括一第二输入口In2和一第二输出口Out2；
第二输入口In2连接第三节点C，第二输出口Out2连接第四晶体管M4的栅极；
放大输出端V0，与第二节点B连接，用于将功率放大后的信号输出。
其中，各个晶体管均为MOS晶体管，各个源漏极通道指的是连接后的晶体管形成仅经过源极和漏极的结构性通道，不应理解为是一种导通状态，实际工作时，以第一源漏极通道为例，第一晶体管M1导通的同时第二晶体管M2可以处于关断的状态，此时第一源漏极通道仅在第一晶体管M1处导通，而不是整个第一源漏极通道导通；第一电压缓冲电路40和第二电压缓冲电路50的存在能够隔离电路中寄生电容的影响，从而避免整个闭环的传输函数中出现一个零点，这样的零点会在输出频谱中产生一个峰值，会导致信号在该峰值的频率上产生相位大的变化，这中情况是需要避免的。
在一个较佳的实施例中，第二源端可以为接地端。
在一个较佳的实施例中，如图1所示，还可以包括：
补偿电路60，连接于第一节点A与第三节点C之间，用于抑制功放闭环网络产生的高频零点。
上述实施例中，优选地，如图1所示，补偿电路60可以包括串联的一电阻Rcomp和一电容Ccomp。
其中，电阻Rcomp和电容Ccomp的大小可以根据实际生产进行调节，经过补偿以后输出的频率响应特性更为平坦，并且通过调节电阻值和电容值可以满足例如12M带宽的要求。
在一个较佳的实施例中，如图1所示，电压输入电路10还可以包括：
依次连接的一第五晶体管M5和一第六晶体管M6，形成一第三源漏极通道以及一第四节点D，第四节点D延伸形成第一控制端k1；
第三源漏极通道的两端分别连接第一源端Vdd和第二源端；
第一参考电压输入端Vbias1，与第五晶体管M5的栅极连接，用于接收一第一参考电压；
依次连接的一第七晶体管M7和一第八晶体管M8，形成一第四源漏极通道以及一第五节点E，第五节点E延伸形成第二控制端k2；
第四源漏极通道的两端分别连接第一源端和第二源端；
第二参考电压输入端Vbias2，与第八晶体管M8的栅极连接，用于接收一第二参考电压；
第六晶体管M6和第七晶体管M7的栅极分别与电压输入端Vi+连接，以接收电压输入端Vi+输入的输入电压；
通过输入电压，第一参考电压和第二参考电压在第一控制端k1和第二控制端k2上生成控制信号，以控制第一晶体管M1和第二晶体管M2。
在一个较佳的实施例中，如图1所示，第一电流镜电路20的第一输出支路22与第一输入支路21之间的信号大小的比例的范围在4～8之间。在一个较佳的实施例中，如图1所示，还可以包括：
源随器70，连接于第三晶体管M3和第四晶体管M4的栅极之间，用于调整放大输出端V0的静态电流，还起限压的作用，从而使得放大输出端V0的输出工作在两个阈值的等级。
上述实施例中，优选地，如图1所示，源随器70包括形成有一第五源漏极通道的依次连接的一第九晶体管M9和一第十晶体管M10；
第九晶体管M9和第十晶体管M10均为PMOS(P-Metal-Oxide-Semiconductor，P型金属-氧化物-半导体)晶体管；
第九晶体管M9的栅极与源极连接，且第十晶体管M10的栅极与源极连接。
其中，第九晶体管M9和第十晶体管M10的存在可能会产生一个较大的寄生电容，但是因为第一电压缓冲电路40和第二电压缓冲电路的存在，可以较好地屏蔽该寄生电容。
在一个较佳的实施例中，如图1所示，还可以包括：
第一偏置电路80，连接于第一源端Vdd和第三晶体管M3的栅极之间，用于对第三晶体管M3的栅极上的电压进行偏置；
第二偏置电路90，连接于第二源端和第四晶体管M4的栅极之间，用于对第四晶体管M4的栅极上的电压进行偏置。
具体地，各个晶体管可以均采用高压DMOS(Discrete Metal-Oxide-Silicon，分立型金属-氧化物-硅)晶体管。
综上所述，本发明提出的一种宽带电力线的功率放大器，采用了MOS(Metal-Oxide-Semiconductor，金属-氧化物-半导体)晶体管，易于集成，并且将电压输入与电流输入相结合，从而在补偿反馈上具有更多选择，能够满足宽带PLC功率放大器需要满足的要求。
通过说明和附图，给出了具体实施方式的特定结构的典型实施例，基于本发明精神，还可作其他的转换。尽管上述发明提出了现有的较佳实施例，然而，这些内容并不作为局限。
对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。

Claims (9)

1.一种宽带电力线的功率放大器，其特征在于，包括：
第一互补晶体管对，包括依次连接的一第一晶体管和一第二晶体管以形成一第一源漏极通道以及一第一节点；
第二互补晶体管对，包括依次连接的一第三晶体管和一第四晶体管以形成一第二源漏极通道以及一第二节点；
电流输入端，与所述第一节点连接；
所述第二源漏极通道的两端分别连接一第一源端和一第二源端；
电压输入电路，包括一电压输入端，一第一控制端和一第二控制端；
所述第一控制端与所述第一晶体管的栅极连接，所述第二控制端与所述第二晶体管的栅极连接；
第一电流镜电路，包括一第一输入支路和一第一输出支路，所述第一输入支路的两端分别连接所述第一源端以及所述第一源漏极通道的一端；
第二电流镜电路，包括一第二输入支路和一第二输出支路，所述第二输入支路的两端分别连接所述第二源端以及所述第一源漏极通道未与所述第一输入支路连接的一端；
所述第一输出支路和所述第二输出支路相连形成一第三节点，所述第一输出支路背离所述第三节点的一端连接所述第一源端，所述第二输出支路背离所述第三节点的一端连接所述第二源端；
第一电压缓冲电路，包括一第一输入口和一第一输出口；
所述第一输入口连接所述第三节点，所述第一输出口连接所述第三晶体管的栅极；
第二电压缓冲电路，包括一第二输入口和一第二输出口；
所述第二输入口连接所述第三节点，所述第二输出口连接所述第四晶体管的栅极；
放大输出端，与所述第二节点连接，用于将功率放大后的信号输出。
2.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，所述第二源端为接地端。
3.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，还包括：
补偿电路，连接于所述第一节点与所述第三节点之间，用于抑制所述第一节点和所述第三节点之间的零点漂移。
4.根据权利要求3所述的功率放大器，其特征在于，所述补偿电路包括串联的一电阻和一电容。
5.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，所述电压输入电路还包括：
依次连接的一第五晶体管和一第六晶体管，形成一第三源漏极通道以及一第四节点，所述第四节点延伸形成所述第一控制端；
所述第三源漏极通道的两端分别连接所述第一源端和所述第二源端；
第一参考电压输入端，与所述第五晶体管的栅极连接，用于接收一第一参考电压；
依次连接的一第七晶体管和一第八晶体管，形成一第四源漏极通道以及一第五节点，所述第五节点延伸形成所述第二控制端；
所述第四源漏极通道的两端分别连接所述第一源端和所述第二源端；
第二参考电压输入端，与所述第八晶体管的栅极连接，用于接收一第二参考电压；
所述第六晶体管和所述第七晶体管的栅极分别与所述电压输入端连接，以接收所述电压输入端输入的输入电压；
通过所述输入电压，所述第一参考电压和所述第二参考电压在所述第一控制端和所述第二控制端上生成控制信号，以控制所述第一晶体管和所述第二晶体管。
6.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，所述第一电流镜电路的所述第一输出支路与所述第一输入支路之间的信号大小的比例的范围在4~8之间。
7.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，还包括：
源随器，连接于所述第三晶体管和所述第四晶体管的栅极之间。
8.根据权利要求7所述的功率放大器，其特征在于，所述源随器包括形成有一第五源漏极通道的依次连接的一第九晶体管和一第十晶体管；
所述第九晶体管和所述第十晶体管均为PMOS晶体管；
所述第九晶体管的栅极与漏极连接，且所述第十晶体管的栅极与漏极连接。
9.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，还包括：
第一偏置电路，连接于所述第一源端和所述第三晶体管的栅极之间，用于对所述第三晶体管的栅极上的电压进行偏置；
第二偏置电路，连接于所述第二源端和所述第四晶体管的栅极之间，用于对所述第四晶体管的栅极上的电压进行偏置。
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