CN118117977A - 线性化电路、功率放大器、芯片以及设备 - Google Patents

线性化电路、功率放大器、芯片以及设备 Download PDF

Info

Publication number
CN118117977A
CN118117977A CN202410197808.7A CN202410197808A CN118117977A CN 118117977 A CN118117977 A CN 118117977A CN 202410197808 A CN202410197808 A CN 202410197808A CN 118117977 A CN118117977 A CN 118117977A
Authority
CN
China
Prior art keywords
transistor
inductor
power
capacitor
amplifying
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202410197808.7A
Other languages
English (en)
Inventor
秦培
董景尚
薛泉
易翔
朱浩慎
车文荃
冯文杰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
South China University of Technology SCUT
Original Assignee
South China University of Technology SCUT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by South China University of Technology SCUT filed Critical South China University of Technology SCUT
Priority to CN202410197808.7A priority Critical patent/CN118117977A/zh
Publication of CN118117977A publication Critical patent/CN118117977A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Amplifiers (AREA)

Abstract

本发明公开了一种线性化电路、功率放大器、芯片以及设备，属于移动通信领域；其中，线性化电路包括功率检测单元、变容管单元以及开关电感单元；所述功率检测单元以及所述开关电感单元与所述变容管单元连接，所述功率检测单元提供的随功率变化的偏置电压来控制流经所述开关电感单元的电流大小以及所述变容管单元的等效电容大小；实现所述功率放大电路的等效输入电容随功率变化平坦化。本发明还提供一种自适应宽带功率放大器，结合线性化电路可以有效提高功率放大器的线性度。

Description

线性化电路、功率放大器、芯片以及设备
技术领域
本发明涉及移动通信领域，尤其是一种线性化电路、功率放大器、芯片以及设备。
背景技术
随着无线通信技术的高速发展，频谱资源日益紧缺，而物联网时代来临也促使着人们对更高数据速率的需求不断增加。紧张的频谱资源以及高速、低时延、大带宽的需求下促使无线通信技术朝着毫米波频段发展。为满足未来移动设备对高数据速率的需求，5G毫米波通信将很大程度上依赖于具有高峰均功率比和信道带宽的高阶正交幅度调制方案，这进一步提高对发射机线性度的要求。功率放大器(Power Amplifier，PA)是无线通信***中的重要部分，是射频发射机中最后一个有源放大信号的模块，其性能的好坏会影响到整个发射***的质量。为了实现宽带低幅度调制到相位调制失真(Amplitude modulation-phase modulation,AM-PM)，高线性度毫米波发射前端电路设计面临着巨大的挑战。
对于如何降低AM-PM失真，相关技术提供的结合功率检测器与晶体管变容管方案可以根据功率变化提供一个变化电压来控制变容管的容值大小，从而产生一个与放大级晶体管的栅极与源极之间的寄生电容随输入功率变化相互补的特性，从而降低AM-PM失真。但是该电路结合的功率检测器对于不同的输入功率范围所能输出的直流偏置电压有限，且仅针对单级放大电路进行补偿，导致整体寄生电容互补的效果不佳。总的来说，现有的功率放大器存在以下缺点：难以在宽带下降低多级功率放大器的AM-PM失真，以及射频前端电路的线性度较差的问题。因此，相关技术中仍存在需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一。
为此，本发明实施例的一个目的在于提供一种线性化电路、功率放大器、芯片以及设备，以实现AM-PM失真补偿，提高功率放大器的线性度。
为了达到上述技术目的，本发明所采取的第一技术方案是：
一种线性化电路，包括：功率检测单元、变容管单元以及开关电感单元；所述功率检测单元以及所述开关电感单元与所述变容管单元连接，所述功率检测单元提供的随功率变化的偏置电压来控制流经所述开关电感单元的电流大小以及所述变容管单元的等效电容大小；实现所述功率放大电路的等效输入电容随功率变化平坦化。
进一步地，本发明实施例中，所述变容管单元包括两个结构相同的变容管子单元，其中一个所述变容管子单元与一个所述子检测单元连接；所述变容管子单元包括变容器件以及开关晶体管；所述变容器件包括场效应晶体管或者三极管或者可变电容。
进一步地，本发明实施例中，当所述变容器件为场效应晶体管时，所述变容管子单元包括第六晶体管以及第七晶体管；所述第六晶体管的栅极与所述子检测单元连接，所述第六晶体管的栅极与所述第六晶体管的漏极、所述第七晶体管的源极以及所述第七晶体管的漏极连接；所述第六晶体管的源极接地，所述第七晶体管的栅极与外接电路的放大输入端连接；
或者，所述第七晶体管的源极以及漏极与外接电路的放大输入端连接，所述第七晶体管的栅极与所述第六晶体管的漏极以及源极连接，所述第六晶体管的源极接地；
或者，当所述变容器件为可变电容时，变容管子单元包括第六晶体管以及可变电容，所述可变电容的一端与外接电路的放大输入端连接，所述可变电容的另一端与第六晶体管的漏极以及源极连接，而第六晶体管的源极接地。
进一步地，本发明实施例中，所述功率检测单元包括两个结构相同的子检测单元，所述子检测单元的输入端与外接电路的放大输入端或者放大输出端连接；所述子检测单元包括第四外接电位、第八电容、第九电容、第五晶体管、第一电阻以及第二电阻；所述第八电容的一端作为所述子检测单元的输入端，所述第八电容的另一端以及所述第一电阻的一端与所述第五晶体管的栅极连接，所述第一电阻的另一端以及所述第五晶体管的源极共同接地；所述第九电容的一端以及第二电阻的一端与第四外接电位连接；所述第九电容的另一端以及所述第二电阻的另一端与所述第五晶体管的漏极连接；所述第五晶体管的漏极作为所述子检测单元的输出端，两个所述子检测单元通过所述输出端连接。
进一步地，本发明实施例中，所述开关电感单元包括第一开关电感子单元以及第二开关电感子单元，所述第一开关电感子单元包括第五外接电位、第三电阻、第四电阻、第一开关电感以及第八晶体管；所述第二开关电感子单元包括第六外接电位、第五电阻、第六电阻、第二开关电感以及第九晶体管；
所述第八晶体管的栅极与一个所述子检测单元的输出端连接；所述第三电阻的一端以及所述第一开关电感的一端与所述第八晶体管的源极连接，所述第四电阻的一端以及所述第一开关电感的另一端与所述第八晶体管的漏极连接，所述第三电阻的另一端、所述第四电阻的另一端与所述第五外接电位连接；
所述第九晶体管的栅极与另一个所述子检测单元的输出端连接；所述第五电阻的一端以及所述第二开关电感的一端与所述第九晶体管的源极连接，所述第六电阻的一端以及所述第二开关电感的另一端与所述第九晶体管的漏极连接，所述第五电阻的另一端、所述第六电阻的另一端与所述第六外接电位连接；
或者，所述开关电感单元包括第一开关电感子单元以及第二开关电感子单元，所述第一开关电感子单元包括第五外接电位、第一开关电感以及第八晶体管；所述第二开关电感子单元包括第六外接电位、第二开关电感以及第九晶体管；
所述第八晶体管的栅极与一个所述子检测单元的输出端连接，所述第一开关电感的一端接地，所述第一开关电感的另一端与所述第八晶体管的漏极连接，所述第八晶体管的源极与所述第五外接电位连接；
所述第九晶体管的栅极与另一个所述子检测单元的输出端连接，所述第二开关电感的一端接地，所述第二开关电感的另一端与所述第九晶体管的源极连接，所述第九晶体管的漏极与所述第六外接电位连接；
或者，所述第八晶体管的栅极与一个所述子检测单元的输出端连接，所述第一开关电感的一端与所述第五外接电位连接，所述第一开关电感的另一端与所述第八晶体管的源极连接，所述第八晶体管的漏极接地；
所述第九晶体管的栅极与另一个所述子检测单元的输出端连接，所述第二开关电感的一端与所述第六外接电位连接，所述第二开关电感的另一端与所述第九晶体管的漏极连接，所述第九晶体管的源极接地。
本发明所采用的第二技术方案是：
一种自适应宽带功率放大器，包括：
以上所述的线性化电路以及功率放大电路；所述功率放大电路包括丙类功率放大结构、甲乙类功率放大结构以及预失真电感；所述开关电感单元与所述预失真电感正向耦合；所述功率检测单元提供的随功率变化的偏置电压来控制流经所述开关电感单元的电流大小以及所述变容管单元的等效电容大小，实现所述功率放大电路的预失真电感的大小随功率变化以及所述功率放大电路的等效输入电容随功率变化平坦化
进一步地，本发明实施例中，所述甲乙类功率放大结构包括：第二外接电位、第三外接电位、第五电感、第六电感、第七电感、第八电感、第九电感、第十电感、第十一电感、第十二电感、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第三晶体管以及第四晶体管；
所述第五电感的一端与所述第一预失真电感的另一端连接，所述第六电感的一端与所述第二预失真电感的另一端连接，所述第六电感的另一端以及所述第五电感的另一端与所述第二外接电位连接；所述第七电感与所述第五电感正向耦合；所述第八电感与所述第五电感正向耦合；所述第七电感的一端以及所述第四电容的一端与所述第三晶体管的栅极连接；所述第八电感的一端以及所述第五电容的一端与所述第四晶体管的栅极连接；所述第八电感的另一端与所述第七电感的另一端与所述第三外接电位连接；
所述第三晶体管的源极与所述第四晶体管的源极共同接地，所述第四电容的另一端与所述第三晶体管的漏极连接；所述第五电容的另一端与所述第四晶体管的漏极连接；
所述第九电感的一端与所述第三晶体管的漏极连接，所述第十电感的一端与所述第四晶体管的漏极连接；所述第九电感的另一端以及所述第十电感的另一端与第二外接电位连接；所述第十一电感与所述第九电感正向耦合；所述第十二电感与所述第十电感正向耦合；所述第十一电感的一端以及所述第六电容的一端与所述第七电容的一端连接，所述第十二电感的一端与所述第六电容的另一端共同接地，所述第十一电感的另一端与所述第十二电感的另一端连接，所述第七电容的另一端作为所述功率放大器的输出端；
其中所述第三晶体管的栅极以及所述第四晶体管的栅极作为所述甲乙类功率放大结构的两个放大输入端，所述第三晶体管的漏极以及所述第四晶体管的漏极作为所述甲乙类功率放大结构的两个放大输出端；
所述丙类功率放大结构包括第一外接电位、第一电容、第一电感、第二电感、第三电感、第四电感、第一晶体管、第二晶体管、第二电容以及第三电容；
所述第一电容的一端与所述第一电感的一端连接，所述第一电容的一端作为信号输入端，所述第一电容的另一端与所述第二电感的一端接地；所述第一电感的另一端与所述第二电感的另一端连接；
所述第三电感与所述第一电感正向耦合；所述第四电感与所述第二电感耦合；所述第三电感的一端以及第二电容的一端与所述第一晶体管的栅极连接，所述第四电感的一端以及所述第三电容的一端与所述第二晶体管的栅极连接；所述第三电感的另一端以及所述第四电感的另一端与所述第一外接电位连接；
所述第二电容的另一端与所述第二晶体管的漏极连接；所述第三电容的另一端与所述第一晶体管的漏极连接；所述第一晶体管的源极以及第二晶体管的源极共同接地；其中，所述第一晶体管的栅极以及第二晶体管的栅极作为所述丙类功率放大结构的两个放大输入端；所述第一晶体管的漏极以及所述第二晶体管的漏极作为所述丙类功率放大结构的两个放大输出端；所述第一预失真电感的一端与所述第一晶体管的漏极连接，所述第二预失真电感的一端与所述第二晶体管的漏极连接。
进一步地，本发明实施例中，所述预失真电感包括第一预失真电感以及第二预失真电感；所述第一预失真电感的一端与所述丙类功率放大结构连接；所述第一预失真电感的另一端与所述甲乙类功率放大结构连接；所述第二预失真电感的一端与所述丙类功率放大结构连接；所述第二预失真电感的另一端与所述甲乙类功率放大结构连接；所述线性化电路接入所述丙类功率放大结构的放大输入端或者放大输出端，或者所述甲乙类功率放大结构的放大输入端或者放大输出端；所述第一开关电感与所述第一预失真电感正向耦合，得到第一耦合系数；所述第二开关电感与所述第二预失真电感正向耦合，得到第二耦合系数；所述第一耦合系数以及所述第二耦合系数相等。
本发明所采用的第三技术方案是：
一种芯片，包括前面所述线性化电路或者如上所述一种自适应宽带高线性度功率放大器。
本发明所采用的第四技术方案是：
一种通信设备，包括如第三技术方案所述的芯片。
本发明的优点和有益效果将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到：
本发明可以通过功率检测电路提供的随功率变化的偏置电压来控制功率放大器自身电容容值的大小，当功率放大电路的输入功率较小时，线性化电路会产生一个等效输入电容，进而补偿低输入功率下功率放大电路的寄生电容，使等效输入电容平坦化。进一步地通过功率检测电路提供的随功率变化的偏置电压来控制流经所述开关电感单元的电流大小，从而控制预失真电感随功率大小而变化，产生与寄生电容对AM-PM相反的特性。
本发明提出了一种基于线性化电路的自适应宽带功率放大器，通过线性化电路提供的等效电容平坦化以及预失真电感提供的预失真相位特性，可以自适应地在宽带范围内改善功率放大电路的寄生电容导致的AM-PM失真，从而提高功率放大器的线性度。
附图说明
图1为本发明中一种具体实施例中线性化电路的电路结构示意图；
图2为本发明中一种具体实施例中自适应宽带功率放大器的电路结构示意图；
图3为本发明中另一种具体实施例中放大器的S21参数性能随着频率变化的变化曲线；
图4为本发明中一种具体实施例中在28GHz处放大器的AM-PM测试结果图；
图5为本发明中一种具体实施例中不同频率下放大器的最大AM-PM变化示意图；
图6为本发明中一种具体实施例中在28GHz处放大器的1dB压缩点测试结果图。
图7为本发明中一种具体实施例中在28GHz处放大器的功率附加效率测试结果图。
图8为本发明中另一种具体实施例中线性化电路的电路结构示意图；
图9为本发明中另一种具体实施例中线性化电路的电路结构示意图；
图10为本发明中另一种具体实施例中自适应宽带功率放大器的电路结构示意图；
图11为本发明中另一种具体实施例中自适应宽带功率放大器的电路结构示意图；
具体实施方式
下面结合附图详细描述本发明的实施例对本发明实施例中的线性化电路以及自适应宽带功率放大器原理和过程作以下说明。
针对上述相关技术中的缺陷，本发明采用的技术方案包括：提供一种线性化电路，包括：功率检测单元、变容管单元以及开关电感单元；所述功率检测单元以及所述开关电感单元与所述变容管单元连接，所述功率检测单元提供的随功率变化的偏置电压来控制流经所述开关电感单元的电流大小以及所述变容管单元的等效电容大小；实现所述功率放大电路的等效输入电容随功率变化平坦化。以及提供基于线性化电路的自适应宽带功率放大器。
实施例1
参照图1，本发明提供一种线性化电路，线性化电路包括：
功率检测单元、变容管单元以及开关电感单元；功率检测单元以及开关电感单元与变容管单元连接；开关电感单元包括第一开关电感以及第二开关电感；第一开关电感可以与外接电路的预失真电感正向耦合，第二开关电感可以与外接电路的预失真电感正向耦合。
进一步地，在本发明的一些可行的实施例中，功率检测单元包括两个结构相同的子检测单元。两个子检测单元中的任意一个子检测单元的输入端与外接电路的放大输入端或者是放大输出端连接，而另一个子检测单元的输入端与外接电路的另一个放大输入端或者是放大输出端连接。可以理解的是外接电路可以是甲乙类功率放大电路或者丙类功率放大电路或者是两者的组合。
具体地，两个子检测单元中的任意一个子检测单元的输入端也可以与丙类功率放大结构的任意一个放大输出端连接，而另一个子检测单元的输入端与丙类功率放大结构的另一个放大输出端。两个子检测单元中的任意一个子检测单元还可以与甲乙类功率放大结构的一个放大输入端连接，而另一个子检测单元的输入端与甲乙类功率放大结构的另一个放大输入端连接。两个子检测单元中的任意一个子检测单元还可以与甲乙类功率放大结构的一个放大输出端连接，而另一个子检测单元的输出端与甲乙类功率放大结构的另一个放大输入端连接。
示例性地，两个子检测单元中的其中一个子检测单元的输入端可以与第一晶体管M11的栅极或者漏极连接，而另一个子检测单元的输入端可以与第二晶体管M12的栅极或者漏极连接。两个子检测单元中的其中一个子检测单元的输入端可以与第三晶体管M21的栅极或者漏极连接，而另一个子检测单元的输入端可以与第四晶体管M22的栅极或者漏极连接。其中，以图1的一个子检测模块为例，每个子检测单元可以包括：第四外接电位VDD、第八电容C61、第九电容C71、第五晶体管M41、第一电阻R11以及第二电阻R21；第八电容C61的一端作为子检测单元的输入端，第八电容C61的另一端以及第一电阻R11的一端与第五晶体管M41的栅极连接，第一电阻R11的另一端以及第五晶体管M41的源极共同接地；第九电容C71的一端以及第二电阻R21的一端与第四外接电位VDD连接；第九电容C71的另一端以及第二电阻R21的另一端与第五晶体管M41的漏极连接；第五晶体管M41的漏极作为子检测单元的输出端，两个子检测单元通过输出端连接。在图1中可以知道，两个子检测单元的元器件虽然标号不同，但是其中元器件连接结构以及元器件参数完全相同。
进一步地，在本发明的一些可行的实施例中，变容管单元包括两个结构相同的变容管子单元。两个变容管子单元相互连接。其中，一个变容管子单元与一个子检测单元连接。参照图1，任意一个变容管子单元可以包括第六晶体管M51以及第七晶体管M61；第六晶体管M51的栅极与子检测单元连接，第六晶体管M51的栅极与第六晶体管M51的漏极、第七晶体管M61的源极以及第七晶体管M61的漏极连接；第六晶体管M51的源极接地，第七晶体管M61的栅极与丙类功率放大结构的放大输入端连接。
进一步地，在本发明的一些可行的实施例中，开关电感单元可以包括第一开关电感子单元以及第二开关电感子单元。两个开关电感子单元可以相互连接。
参照图1，第一开关电感子单元可以包括第一开关电感L41、第五外接电位VDD、第三电阻R41、第四电阻R31以及第八晶体管M31。第八晶体管M31的栅极与一个子检测单元的输出端连接；第三电阻R41的一端以及第一开关电感L41的一端与第八晶体管M31的源极连接，第四电阻R31的一端以及第一开关电感L41的另一端与第八晶体管M31的漏极连接，第三电阻R41的另一端、第四电阻R31的另一端与第五外接电位VDD连接。
第二开关电感子单元可以包括第二开关电感L42、第六外接电位VDD、第五电阻R32、第六电阻R42以及第九晶体管M32。第九晶体管M32的栅极与另一个子检测单元的输出端连接；第五电阻R32的一端以及第二开关电感L42的一端与第九晶体管M32的源极连接，第六电阻R42的一端以及第二开关电感L42的另一端与第九晶体管M32的漏极连接，第五电阻R32的另一端、第六电阻R42的另一端与第六外接电位VDD连接。
实施例2
参照图2，本发明还提供一种自适应宽带功率放大器。自适应宽带功率放大器可以包括功率放大电路1以及前面所述的线性化电路；功率放大器1包括丙类功率放大结构11、甲乙类功率放大结构12以及第一预失真电感13以及第二预失真电感14；其中，第一预失真电感13的一端与丙类功率放大结构11连接；第一预失真电感13的另一端与甲乙类功率放大结构12连接；第二预失真电感14的一端与丙类功率放大结构11连接；第二预失真电感14的另一端与甲乙类功率放大结构12连接。
进一步地，参照图2，丙类功率放大结构包括第一外接电位VB1、第一电容C1、第一电感L11、第二电感L12、第三电感L21、第四电感L22、第一晶体管M11、第二晶体管M12、第二电容C21以及第三电容C22。
第一电容C1的一端与第一电感L11的一端连接，第一电容C1的一端作为信号输入端，第一电容C1的另一端与第二电感L12的一端接地；第一电感L11的另一端与第二电感L12的另一端连接。
第三电感L21与第一电感L11正向耦合；第四电感L22与第二电感L12耦合；第三电感L21的一端以及第二电容C21的一端与第一晶体管M11的栅极连接，第四电感L22的一端以及第三电容C22的一端与第二晶体管M12的栅极连接；第三电感L21的另一端以及第四电感L22的另一端与第一外接电位VB1连接。
第二电容C21的另一端与第二晶体管M12的漏极连接；第三电容C22的另一端与第一晶体管M11的漏极连接；第一晶体管M11的源极以及第二晶体管M12的源极共同接地；其中，从图2中可以看到，第一晶体管M11的栅极以及第二晶体管M12的栅极作为丙类功率放大结构的两个放大输入端；第一晶体管M11的漏极以及第二晶体管M12的漏极作为丙类功率放大结构的两个放大输出端；第一预失真电感L31的一端与第一晶体管M11的漏极连接，第二预失真电感L32的一端与第二晶体管M12的漏极连接。
进一步地，在本发明的一些可行的实施例中，甲乙类功率放大结构可以包括：第二外接电位VDD、第三外接电位VB2、第五电感L51、第六电感L52、第七电感L61、第八电感L62、第九电感L71、第十电感L72、第十一电感L81、第十二电感L82、第四电容C31、第五电容C32、第六电容C4、第七电容C5、第三晶体管M21以及第四晶体管M22。
第五电感L51的一端与第一预失真电感L31的另一端连接，第六电感L52的一端与第二预失真电感L32的另一端连接，第六电感L52的另一端以及第五电感L51的另一端与第二外接电位VDD连接；第七电感L61与第五电感L51正向耦合；第八电感L62与第五电感L51正向耦合；第七电感L61的一端以及第四电容C31的一端与第三晶体管M21的栅极连接；第八电感L62的一端以及第五电容C32的一端与第四晶体管M22的栅极连接；第八电感L62的另一端与第七电感L61的另一端与第三外接电位VB2连接。
第三晶体管M21的源极与第四晶体管M22的源极共同接地，第四电容C31的另一端与第三晶体管M21的漏极连接；第五电容C32的另一端与第四晶体管M22的漏极连接。
第九电感L71的一端与第三晶体管M21的漏极连接，第十电感L72的一端与第四晶体管M22的漏极连接；第九电感L71的另一端以及第十电感L72的另一端与第二外接电位VDD连接；第十一电感L81与第九电感L71正向耦合；第十二电感L82与第十电感L72正向耦合；第十一电感L81的一端以及第六电容C4的一端与第七电容C5的一端连接，第十二电感L82的一端与第六电容C4的另一端共同接地，第十一电感L81的另一端与第十二电感L82的另一端连接，第七电容C5的另一端作为功率放大器的输出端；
其中从图2中可以看出，第三晶体管M21的栅极以及第四晶体管M22的栅极作为甲乙类功率放大结构的两个放大输入端，第三晶体管M21的漏极以及第四晶体管M22的漏极作为甲乙类功率放大结构的两个放大输出端。
进一步地，在本发明的一些可行的实施例中，第一开关电感L41与第一预失真电感L31正向耦合，得到第一耦合系数；第二开关电感L42与第二预失真电感L32正向耦合，得到第二耦合系数；第一耦合系数以及第二耦合系数相等。
下面结合附图说明本发明的具体实现原理：
本发明的功率放大器共有两级，每一级均为共源结构。
为降低幅度调制到幅度调制(Amplitude modulation-Amplitude modulation,AM-AM)失真，在第一级电路中，采用丙类偏置功率放大结构，而第二级电路采用甲乙类偏置功率放大结构，第一级电路与第二级电路由于偏置在不同类下，三阶跨导大小刚好相反，可以实现AM-AM互补，从而可以降低AM-AM失真，提高1dB压缩点，优化功率放大器的线性度。其次由于偏置在丙类的第一级功率放大器与偏置在甲乙类功率放大器的AM-PM特性恰好相反，所以两级级联放大的AM-PM特性会显示出先正向增大后反向增大，如图4所示。
AM-PM的绝对值越大，功率放大器的线性度越差，所以为了提高线性度，本发明采用一种基于功率检测器进行AM-PM分段优化技术。
当输出功率较低时，由于处于丙类的第一级功率放大器的晶体管栅极与源极之间的寄生电容变化较大，并会随着输入功率增大而增大，导致出现较大的AM-PM失真。本发明采用一种基于晶体管的新型变容管技术，其中变容管由一个二极管接法的晶体管M51和晶体管M61组成，利用功率检测电路提供的随功率变化的偏置电压来控制电容容值的大小，当输入功率较小时，二极管接法的晶体管M51导通，会产生一个等效输入电容，进而补偿低输入功率下放大器的晶体管M11栅极与源极之间的寄生电容较小的问题，即使用本发明的补偿技术后，随输入功率变大，第一级的等效输入电容呈现十分平坦的特性，从而降低在低输入功率下AM-PM失真。
当输入功率较高时，由于处于甲乙类的第二级功率放大器的晶体管栅极与源极之间的寄生电容变化较大，并会随着输入功率增大而增大，导致出现较大的AM-PM失真。
本实施例采用一种基于变压器的开关电感技术，利用功率检测电路提供的随功率变化的偏置电压来控制变压器流经开关电感电感L41的电流大小，从而实现预失真电感L31的大小随功率变化，并且是与放大级晶体管M21的栅极与源极之间的寄生电容随输入功率变化相同的特性，利用电感与电容对相位相反的变化特性进行AM-PM失真补偿。
本实施例采用的AM-PM分段优化技术，是基于功率检测电路，无需通过任何外部施加的电压信号来优化AM-PM失真，可完全自适应地准确根据输入功率的大小分别对第一级功率放大器和第二级功率放大器采用不同的AM-PM优化技术。其次，本发明采用的功率检测电路仅对输入功率敏感，频率偏差对本发明的AM-PM优化效果影响非常小，可以实现宽带下非常低的AM-PM失真。S21的仿真结果如图3所示，最大S21＝20dB，S21 -3dB带宽范围为19.8GHz-30.2GHz。优化后的最大AM-PM失真如图5所示，可以保持在S21 -3dB带宽范围19.8GHz-30.2GHz内，AM-PM均小于3°。输出功率的仿真结果如图6所示，饱和输出功率为18.6dBm，输出功率1dB压缩点为17.0dBm。PAE的仿真结果如图7所示，峰值PAE为37.5％。
实施例3
参照图8，实施例3提供的线性化电路与实施例1的电路结构相同，同样采用了功率检测单元、变容管单元以及开关电感单元。其中的区别在于：变容管子单元可以包括第六晶体管M51、第七晶体管M61，但是其接法与实施例1的接法不同。具体地，第七晶体管M61的源极以及漏极与丙类功率放大结构的放大输入端连接，而第七晶体管M61的栅极与第六晶体管M51的漏极以及源极连接，而第六晶体管M51的源极接地。
进一步地，参照图8，开关电感子单元包括第五外接电位VDD、第一开关电感L41以及第八晶体管M31，但是接法与实施例1不同。其中的区别在于：第八晶体管M31的栅极与一个子检测单元的输出端连接，第一开关电感L41的一端接地，第一开关电感L41的另一端与第八晶体管M31的漏极连接，第八晶体管M31的源极与第五外接电位VDD连接。
实施例4
参照图9，实施例4提供的线性化电路与实施例1的电路结构相同，同样采用了功率检测单元、变容管单元以及开关电感单元。其中的区别在于：变容管子单元可以包括第六晶体管M51以及可变电容C81，C81的一端与丙类功率放大结构的放大输入端连接，C81的另一端与第六晶体管M51的漏极以及源极连接，而第六晶体管M51的源极接地。
进一步地，参照图9，开关电感子单元包括第五外接电位VDD、第一开关电感L41以及第八晶体管M31，但是接法与实施例1不同。其中的区别在于：第八晶体管M31的栅极与一个子检测单元的输出端连接，第一开关电感L41的一端与第五外接电位连接，第一开关电感L41的另一端与第八晶体管M31的源极连接，第八晶体管M31的漏极接地。
实施例5
参照图10，实施例5提供的自适应宽带功率放大器与实施例2的电路结构相同，同样采用了线性化电路与功率放大电路。其中的区别在于：实施例5的线性化电路采用了实施例3的接法，通过去掉开关电感的电阻可以缩减面积。进一步地，与实施例2不同，实施例5的线性化电路的功率检测单元输入端接入甲乙类功率放大结构的输入端。
实施例6
参照图11，实施例6提供的自适应宽带功率放大器与实施例2的电路结构相同，同样采用了线性化电路与功率放大电路。其中的区别在于：实施例6的线性化电路采用了实施例4的接法，通过去掉开关电感的电阻可以缩减面积。进一步地，与实施例2不同，实施例5的线性化电路的功率检测单元输入端接入甲乙类功率放大结构的输出端，通过接入输出端，可以降低功率检测电路的引入对功率放大结构的输入电容的影响。
综上，本发明的自适应宽带功率放大器具有以下优点及有益效果：
1.本发明提出了一种线性化电路，通过功率检测电路提供的随功率变化的偏置电压来控制功率放大器自身电容容值的大小，当功率放大电路的输入功率较小时，线性化电路会产生一个等效输入电容，进而补偿低输入功率下功率放大电路的寄生电容，使等效输入电容平坦化。进一步地通过功率检测电路提供的随功率变化的偏置电压来控制流经所述开关电感单元的电流大小，从而控制预失真电感随功率大小而变化，产生与寄生电容对AM-PM相反的特性。
2.本发明提出了一种基于线性化电路的自适应宽带功率放大器，通过线性化电路提供的等效电容平坦化以及预失真电感提供的预失真相位特性，可以自适应地在宽带范围内改善功率放大电路的寄生电容导致的AM-PM失真，从而提高功率放大器的线性度。
此外，虽然在功能性模块的背景下描述了本申请，但应当理解的是，除非另有相反说明，功能和/或特征中的一个或多个可以被集成在单个物理装置和/或软件模块中，或者一个或多个功能和/或特征可以在单独的物理装置或软件模块中被实现。还可以理解的是，有关每个模块的实际实现的详细讨论对于理解本申请是不必要的。更确切地说，考虑到在本文中公开的装置中各种功能模块的属性、功能和内部关系的情况下，在工程师的常规技术内将会了解该模块的实际实现。因此，本领域技术人员运用普通技术就能够在无需过度试验的情况下实现在权利要求书中所阐明的本申请。还可以理解的是，所公开的特定概念仅仅是说明性的，并不意在限制本申请的范围，本申请的范围由所附权利要求书及其等同方案的全部范围来决定。
在本说明书的上述描述中，参考术语“一个实施方式/实施例”、“另一实施方式/实施例”或“某些实施方式/实施例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本申请的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。
以上是对本申请的较佳实施进行了具体说明，但本申请并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本申请精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种线性化电路，其特征在于，包括：
功率检测单元、变容管单元以及开关电感单元；
所述功率检测单元以及所述开关电感单元与所述变容管单元连接，所述功率检测单元提供的随功率变化的偏置电压来控制流经所述开关电感单元的电流大小以及所述变容管单元的等效电容大小；实现所述功率放大电路的等效输入电容随功率变化平坦化。
2.根据权利要求1所述的线性化电路，其特征在于，所述变容管单元包括两个结构相同的变容管子单元，其中一个所述变容管子单元与一个所述子检测单元连接；所述变容管子单元包括变容器件以及开关晶体管；所述变容器件包括场效应晶体管或者三极管或者可变电容。
3.根据权利要求2所述的线性化电路，其特征在于，当所述变容器件为场效应晶体管时，所述变容管子单元包括第六晶体管以及第七晶体管；所述第六晶体管的栅极与所述子检测单元连接，所述第六晶体管的栅极与所述第六晶体管的漏极、所述第七晶体管的源极以及所述第七晶体管的漏极连接；所述第六晶体管的源极接地，所述第七晶体管的栅极与外接电路的放大输入端连接；
或者，所述第七晶体管的源极以及漏极与外接电路的放大输入端连接，所述第七晶体管的栅极与所述第六晶体管的漏极以及源极连接，所述第六晶体管的源极接地；
或者，当所述变容器件为可变电容时，变容管子单元包括第六晶体管以及可变电容，所述可变电容的一端与外接电路的放大输入端连接，所述可变电容的另一端与第六晶体管的漏极以及源极连接，而第六晶体管的源极接地。
4.根据权利要求1所述的线性化电路，其特征在于，所述功率检测单元包括两个结构相同的子检测单元，所述子检测单元的输入端与功率放大电路的放大输入端或者放大输出端连接或者信号流经的任意节点；所述子检测单元包括第四外接电位、第八电容、第九电容、第五晶体管、第一电阻以及第二电阻；所述第八电容的一端作为所述子检测单元的输入端，所述第八电容的另一端以及所述第一电阻的一端与所述第五晶体管的栅极连接，所述第一电阻的另一端以及所述第五晶体管的源极共同接地；所述第九电容的一端以及第二电阻的一端与第四外接电位连接；所述第九电容的另一端以及所述第二电阻的另一端与所述第五晶体管的漏极连接；所述第五晶体管的漏极作为所述子检测单元的输出端，两个所述子检测单元通过所述输出端连接。
5.根据权利要求3所述的线性化电路，其特征在于，所述开关电感单元包括两个结构相同的开关电感子单元，所述开关电感子单元包括外接电源电压、第三电阻、第四电阻、第一开关电感以及第八晶体管；所述开关采用第八晶体管来实现；
所述第八晶体管与一个所述子检测单元的输出端连接；所述第三电阻、第四电阻一端与所述外接电源电压连接，所述第三电阻、第四电阻的另一端分别连接所述第一开关电感的两端以及所述第八晶体管的源极和漏极；
或者，所述第一开关电感子单元包括外接电源电压、第一开关电感以及第八晶体管；所述第八晶体管的栅极与一个所述子检测单元的输出端连接，所述第一开关电感的一端接地以及另一端与所述第八晶体管的漏极连接，所述第八晶体管的源极与所述外接电源电压连接；
或者，所述第一开关电感的一端与所述外接电源电压连接以及另一端与所述第八晶体管的源极连接，所述第八晶体管的漏极接地。
6.一种自适应宽带功率放大器，其特征在于，包括上述权利要求1-5任一项所述的线性化电路以及功率放大电路；所述功率放大电路包括丙类功率放大结构、甲乙类功率放大结构以及预失真电感；所述开关电感单元与所述预失真电感正向耦合；所述功率检测单元提供的随功率变化的偏置电压来控制流经所述开关电感单元的电流大小以及所述变容管单元的等效电容大小，实现所述功率放大电路的预失真电感的大小随功率变化以及所述功率放大电路的等效输入电容随功率变化平坦化。
7.根据权利要求6所述的自适应宽带功率放大器，其特征在于，所述丙类功率放大结构包括电路结构对称的第一侧和第二侧，所述第一侧包括：第一电容、第一电感、第三电感、第一晶体管以及第二电容；
所述第一电容的一端与所述第一电感的一端连接，作为信号输入端，所述第一电容的另一端接地；所述第三电感与所述第一电感正向耦合；所述第三电感的一端以及第二电容的一端与所述第一晶体管的栅极连接，源极接地；所述第一预失真电感的一端与所述第一晶体管的漏极连接；
所述甲乙类功率放大结构包括电路结构对称的第三侧和第四侧，所述第三侧包括：第五电感、第七电感、第九电感、第十一电感、第四电容、第六电容、第七电容以及第三晶体管；
所述第五电感的一端与所述第一预失真电感的另一端连接；所述第七电感与所述第五电感正向耦合；所述第七电感的一端以及所述第四电容的一端与所述第三晶体管的栅极连接，源极接地；所述第九电感的一端与所述第三晶体管的漏极连接；所述第十一电感与所述第九电感正向耦合；所述第六电容一端连接所述第十一电感的另一端以及第七电容的一端；所述第七电容的另一端作为所述功率放大器的输出端。
8.根据权利要求6所述的自适应宽带功率放大器，其特征在于，所述预失真电感包括结构相同的第一预失真电感以及第二预失真电感；所述第一预失真电感的一端与所述丙类功率放大结构连接；所述第一预失真电感的另一端与所述第五电感的一端连接；所述线性化电路接入所述丙类功率放大结构的放大输入端或者放大输出端，或者所述甲乙类功率放大结构的放大输入端或者放大输出端；所述第一开关电感与所述第一预失真电感正向耦合。
9.一种芯片，其特征在于，包括权利要求1-5任一项所述的线性化电路或者如权利要求6-8任一项所述一种自适应宽带功率放大器。
10.一种通信设备，其特征在于，包括上述权利要求9所述的芯片。
CN202410197808.7A 2024-02-22 2024-02-22 线性化电路、功率放大器、芯片以及设备 Pending CN118117977A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202410197808.7A CN118117977A (zh) 2024-02-22 2024-02-22 线性化电路、功率放大器、芯片以及设备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202410197808.7A CN118117977A (zh) 2024-02-22 2024-02-22 线性化电路、功率放大器、芯片以及设备

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN118117977A true CN118117977A (zh) 2024-05-31

Family

ID=91209905

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202410197808.7A Pending CN118117977A (zh) 2024-02-22 2024-02-22 线性化电路、功率放大器、芯片以及设备

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN118117977A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109951159B (zh) 基于变压器的Doherty功率放大器
US9385669B2 (en) Class-E outphasing power amplifier with efficiency and output power enhancement circuits and method
JP2002043862A (ja) プリディストーション回路
US20220416730A1 (en) Compensation circuit of amplitude modulation-phase modulation, radio frequency power amplifier and device
CN213990604U (zh) 放大器偏置电路和射频功率放大器
CN107863939B (zh) 低功耗反馈型功率放大电路
CN101919158A (zh) 微波功率放大器的平均功效增强和线性度改善
WO2022205975A1 (zh) 偏置电路及射频功率放大器
CN111262534A (zh) 一种用于功率放大器芯片的自适应偏置电路
CN116155213A (zh) 信号放大装置
Woo et al. A wideband envelope-tracking CMOS linear transmitter without digital predistortion
CN211791445U (zh) 一种用于功率放大器芯片的自适应偏置电路
CN114640316A (zh) 一种可配置式射频功率放大器电路
CN115412036A (zh) 用于短距离无线通信的高线性宽带功率放大器
CN118117977A (zh) 线性化电路、功率放大器、芯片以及设备
CN112910420A (zh) 一种高线性度射频功率放大器
WO2021077594A1 (zh) 功率放大器及电子设备
KR100471386B1 (ko) 전기적 튜닝이 가능한 전치왜곡기
CN111064438B (zh) 模拟预失真电路、功率放大器及射频模块
Wongkomet et al. Efficiency Enhancement Techniques for CMOS RF Power Amplifiers
WO2022127821A1 (zh) 一种射频功率放大器及提高视频带宽的耦合电路
US20230353095A1 (en) Linearization of differential rf power amplifier by bias control using cross-coupling components
CN115913155B (zh) 一种适用于5g***的高线性功率放大器
CN116647199B (zh) 调谐变压器及包含该调谐变压器的Doherty功率放大器
EP3909127B1 (en) Bias circuit and power amplifier circuit

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination