[go: up one dir, main page]

CN116896331A - 功率放大器系统 - Google Patents

功率放大器系统 Download PDF

Info

Publication number
CN116896331A
CN116896331A CN202310069977.8A CN202310069977A CN116896331A CN 116896331 A CN116896331 A CN 116896331A CN 202310069977 A CN202310069977 A CN 202310069977A CN 116896331 A CN116896331 A CN 116896331A
Authority
CN
China
Prior art keywords
type
input
amplifier
power amplifier
bias
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
CN202310069977.8A
Other languages
English (en)
Inventor
B·斯科特
G·马克西姆
M·格兰杰-琼斯
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.)
Qorvo US Inc
Original Assignee
Qorvo US Inc
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 Qorvo US Inc filed Critical Qorvo US Inc
Publication of CN116896331A publication Critical patent/CN116896331A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/189High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers
    • H03F3/19High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/193High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers with semiconductor devices only with field-effect devices
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F1/00Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/32Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion
    • H03F1/3241Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion using predistortion circuits
    • H03F1/3282Acting on the phase and the amplitude of the input signal
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F1/00Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/02Modifications of amplifiers to raise the efficiency, e.g. gliding Class A stages, use of an auxiliary oscillation
    • H03F1/0205Modifications of amplifiers to raise the efficiency, e.g. gliding Class A stages, use of an auxiliary oscillation in transistor amplifiers
    • H03F1/0211Modifications of amplifiers to raise the efficiency, e.g. gliding Class A stages, use of an auxiliary oscillation in transistor amplifiers with control of the supply voltage or current
    • H03F1/0216Continuous control
    • H03F1/0222Continuous control by using a signal derived from the input signal
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F1/00Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/32Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion
    • H03F1/3205Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion in field-effect transistor amplifiers
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F1/00Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/32Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion
    • H03F1/3217Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion in single ended push-pull amplifiers
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F1/00Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/32Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion
    • H03F1/3223Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion using feed-forward
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F1/00Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/32Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion
    • H03F1/3241Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion using predistortion circuits
    • H03F1/3252Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion using predistortion circuits using multiple parallel paths between input and output
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F1/00Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/32Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion
    • H03F1/3241Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion using predistortion circuits
    • H03F1/3276Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion using predistortion circuits using the nonlinearity inherent to components, e.g. a diode
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/20Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers
    • H03F3/21Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/211Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers with semiconductor devices only using a combination of several amplifiers
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/20Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers
    • H03F3/24Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers of transmitter output stages
    • H03F3/245Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers of transmitter output stages with semiconductor devices only
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/30Single-ended push-pull [SEPP] amplifiers; Phase-splitters therefor
    • H03F3/3001Single-ended push-pull [SEPP] amplifiers; Phase-splitters therefor with field-effect transistors
    • H03F3/3022CMOS common source output SEPP amplifiers
    • H03F3/3028CMOS common source output SEPP amplifiers with symmetrical driving of the end stage
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F2200/00Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/42Indexing scheme relating to amplifiers the input to the amplifier being made by capacitive coupling means
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F2200/00Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/432Two or more amplifiers of different type are coupled in parallel at the input or output, e.g. a class D and a linear amplifier, a class B and a class A amplifier
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F2200/00Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/451Indexing scheme relating to amplifiers the amplifier being a radio frequency amplifier

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Abstract

公开了一种功率放大器系统,所述功率放大器系统具有主放大器,所述主放大器具有耦合到主射频(RF)输入的输入和连接到主RF输出的输出,其中所述主放大器展现具有压缩的非线性增益特性。至少一个压缩补偿放大器具有耦合到共同RF输入的信号输入和耦合到共同RF输出的信号输出。

Description

功率放大器系统
技术领域
本公开涉及射频扩增系统和操作所述系统的方法。
背景技术
传统的功率放大器通常在输出级中采用n型场效应晶体管(NFETS)或n型-p型-n型(NPN)双极晶体管。这是由于例如NFETS和NPN双极晶体管的N型装置的较大转换频率和/或较大透射率造成的。换句话说,N型装置内的电子通常具有较高的移动性,这使得将N型装置用作输出级功率放大装置是合乎需要的。然而,用作电源路径内的扼流线圈的感应器为最后一级供电,导致电压和电流振铃经常成问题,特别是在基于金属氧化物半导体(MOS)的实施方案中。
当最后一级功率放大装置关闭时,即停止导电时,最后一级的输出电压到达的水平可以比为输出级供电的供应电压大数倍。例如,虽然典型的供应电压可以是4.5V,但输出电压在负载电压立波比(VSWR)变化上可以容易地达到16V或更多,这可能带来复杂负载阻抗的极端变化。高阻抗水平导致大的输出电压摆动。为了抵消功率放大级的输出处的过量电压,必须堆叠大量输出级装置。这种不合需要数目的输出级装置产生用于输出级的较大区域、高个别寄生电容,以及由于信号丢失到地面的多个电容路径而导致的效率损失。需要的是新的输出放大器级结构,所述结构能减少在功率放大级中抵消输出节点内过度电压所需的堆叠装置的数目。
发明内容
公开了一种功率放大器系统,所述功率放大器系统具有主放大器,所述主放大器具有耦合到主射频(RF)输入的输入和连接到主RF输出的输出,其中所述主放大器展现具有压缩的非线性增益特性。至少一个压缩补偿(CC)放大器具有耦合到共同RF输入的信号输入和耦合到共同RF输出的信号输出。
在一些实施例中,主放大器包含具有第一RF输入的p型晶体管串联堆叠和具有第二RF输入的n型晶体管串联堆叠。第一RF输入和第二RF输入耦合到作为主输入的共同RF输入,并且p型晶体管串联堆叠和n型晶体管串联堆叠在作为主输出的共同RF输出处耦合在一起。压缩补偿放大器具有耦合到共同RF输入的信号输入和耦合到共同RF输出的信号输出。在至少一些实施例中,包含振幅调制-振幅调制(AM-AM)补偿器以改进第五代(5G)应用所需的AM-AM线性。在至少一些实施例中,包含另外的振幅调制-相位调制(AM-PM)补偿器以改进第五代(5G)应用所需的AM-PM线性。
在另一方面,可以单独地或一起地组合前述方面中的任一方面,和/或如本文所描述的各种单独方面和特征,以获得额外优点。除非本文相反指示,否则本文所公开的各种特征和元件中的任一者可以与一个或多个其它公开的特征和元件组合。
本领域技术人员在阅读以下对于优选实施例的具体说明以及相关的附图后,将会认识到本公开的范围并且了解其另外的方面。
附图说明
并入本说明书中并形成本说明书的一部分的附图示出了本公开的几个方面,并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。
图1A是根据本公开的结构化的功率放大器系统的示例性实施例的示意图。
图1B是并联使用多个振幅调制-振幅调制(AM-AM)校正电路以实现多段线性化的功率放大器系统的示例性实施例的替代通用示意图。
图2A是根据本公开的结构化的互补(n型和p型)功率放大器系统的示例性实施例的详细示意图。
图2B是根据本公开的结构化的n型功率放大器系统的示例性实施例的详细示意图。
图3是由主放大器生成的模拟输出信号的图,其示出对电压立波比(VSWR)变化的不敏感性。
图4是根据本公开的结构化的功率放大器系统的另一示例性实施例的详细示意图,其具有并联连接以实现多段线性化的多个AM-AM校正电路。
图5是图2B的示例性实施例的放大器增益、供应电流、放大器效率和输出相移性能的图。
具体实施方式
下文阐述的实施例表示使本领域技术人员能够实践实施例并且说明实践实施例的最佳模式所必需的信息。在根据附图阅读以下描述时,本领域技术人员将理解本公开的概念,并将认识到这些概念在此未特别述及的应用。应理解,这些概念和应用落入本公开和所附权利要求的范围内。
应理解,尽管术语第一、第二等在本文中可以用于描述各种元件,但这些元件不应受这些术语限制。这些术语仅用于区分一个元件与另一个元件。例如,在不脱离本公开的范围的情况下,第一元件可以被称为第二元件,并且类似地,第二元件可以被称为第一元件。如本文所使用,术语“和/或”包含相关联所列项目中的一个或多个项目的任何和所有组合。
应理解,当例如层、区域或衬底的元件被称为“在另一元件上”或“延伸到另一元件上”时,其可以直接在另一元件上或直接延伸到另一元件上,或者也可以存在中间元件。相反,当元件被称为“直接在另一元件上”或“直接延伸到另一元件上”时,不存在中间元件。同样,应理解,当例如层、区域或衬底的元件被称为“在另一元件上方”或“在另一元件上方延伸”时,其可以直接在另一元件上方或直接在另一元件上方延伸,或者也可以存在中间元件。相反,当元件被称为“直接在另一元件上方”或“直接在另一元件上方延伸”时,不存在中间元件。还将理解,当元件被称为“连接”或“耦合”到另一元件时,其可以直接连接或耦合到另一元件,或者可以存在中间元件。相反,当元件被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一元件时,不存在中间元件。
例如“以下”或“以上”或“上”或“下”或“水平”或“竖直”的相对术语在本文中可以用于描述一个元件、层或区域与如图式所说明的另一元件、层或区域的关系。应理解,这些术语和上面讨论的那些旨在包括除附图中描绘的朝向之外的装置的不同朝向。
本文所用的术语仅用于描述特定实施例的目的,并且不旨在限制本公开。如本文所用,除非上下文另外明确指示,否则单数形式“一(a、an)”和“所述”也旨在包含复数形式。还应理解,当在本文中使用时,术语“包括(comprises、comprising)”和/或包含(includes、including)指定存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件,但不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的群组。
除非另外定义,否则本文使用的所有术语(包含技术和科学术语)具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的相同含义。将进一步理解的是,除非本文明确地定义,否则本文使用的术语应被解释为具有与其在本说明书的上下文和相关技术中的含义一致的含义,并且将不以理想化或过于正式的意义来解释。
本文中参考本公开的实施例的示意性图示来描述实施例。这样,层和元件的实际尺寸可以不同,并且预期会由于例如制造技术和/或公差而与图示的形状不同。例如,说明或描述为正方形或矩形的区可以具有圆形或弯曲特征,并且示出为直线的区可以具有一些不规则性。因此,图中所说明的区是示意性的,并且其形状不旨在说明装置的区的精确形状,并且不旨在限制本公开的范围。另外,为了说明目的,结构或区的大小可以相对于其它结构或区放大,并且因此提供结构或区以说明本发明的一般结构,且可以按比例绘制或可以不按比例绘制。附图之间的共同元件在本文中可以用共同的元件标号示出,并且随后不再描述。
图1A是根据本公开的结构化的功率放大器系统10的示例性实施例的示意图。功率放大器系统10包含主放大器12和压缩补偿(CC)放大器14。主放大器12和CC放大器14两者由电压源VDD供应。主信号输入16通过第一输入电容器CIN1耦合到共同RF输入18。CC输入20通过第二输入电容器CIN2耦合到共同RF输入18。主信号输出22耦合到共同RF输出24,且CC信号输出26也耦合到共同RF输出24,由此将CC放大器14与主放大器12并联放置。例如天线的负载耦合到共同RF输出24。主放大器12的偏置由主偏置网络28产生,在此示例性实施例中,所述主偏置网络具有耦合到主信号输入16的主偏置输出30。CC放大器14的偏置由C类偏置网络32产生,所述C类偏置网络具有耦合到CC输入20的C类偏置输出34。输入振幅调制-相位调制(AM-PM)补偿器36具有耦合到CC输入20的补偿输出38。当CC放大器14随着被放大的RF信号的信号水平增加而变为活动时,输入AM-PM补偿器36被配置成随着其输入电容增加而抵消CC放大器14的输入电容变化。
在放大器系统10的操作期间,由主放大器12在毫米波频率下产生的任何软振幅调制-放大器调制(AM-AM)畸变由偏置为C类并联放大器级的CC放大器14补偿。在小信号到中等信号水平下,CC放大器14通常具有线性增益特性,并且不需要AM-AM校正。在一些给定较高信号水平下,CC放大器14的增益可展现畸变,例如软压缩。这是随着被放大的RF信号在信号水平上增加且随着软压缩的开始,CC放大器14逐渐开始提供额外放大之处。实质上,由C类偏置网络32提供的偏置产生使C类并联放大器的激活与主放大器12中的畸变(例如,软压缩)的拐点对准的偏移偏置。由C类偏置的CC放大器14(增益增强)提供的额外增益需要与主放大器12的软压缩轮廓反向匹配。关于提供CC放大器14的输入电容补偿的输入AM-PM补偿器36的操作,当CC放大器14关断时,输入电容相对较低,直到CC放大器14开始补偿软压缩的点。然而,随着CC放大器14变得越来越活跃,CC放大器14的输入电容也增加。为了补偿,输入AM-PM补偿器36具有在软压缩开始之前较高的电容,以及随着RF信号水平增加和CC放大器变为活动而降低的电容。因而,输入电容在由CC放大器12补偿软压缩时保持相对恒定。
图1B是根据本公开的结构化的功率放大器系统10的示例性实施例的另一示意图。与图1A的主要差异在于,代替具有一个CC放大器14来补偿主放大器12的畸变,并联使用两个(或更多个)CC放大器14A和14B,CC放大器14A和14B中的每一个具有针对其激活点的特定偏移偏置。CC输入20B通过第三输入电容器CIN3耦合到共同RF输入18。当主放大器12的AM-AM特性展现具有不同斜率的畸变区域时,此类实施变得有用。例如,在放大器进入硬压缩或裁剪之前,软压缩以中等到高信号水平存在,而更显著的压缩可以在较高信号水平存在。在这种情况下,第一CC放大器14A补偿软压缩且需要使偏移偏置与软压缩阈值对准,而第二CC放大器14B补偿更显著的压缩且需要使不同的偏移偏置与中等压缩阈值对准。
图2A是根据本公开的结构化的功率放大器系统10的示例性实施例的详细示意图。主放大器12包含耦合到第一RF输入16-1的p型晶体管Q1、Q2和Q3的串联堆叠和耦合到第二RF输入16-2的n型晶体管Q4、Q5和Q6的串联堆叠。第一RF输入16-1和第二RF输入16-2分别通过第一耦合电容器C1和第二耦合电容器C2耦合到共同RF输入18。p型晶体管Q1、Q2和Q3的串联堆叠以及n型晶体管Q4、Q5和Q6的串联堆叠在共同RF输出24处耦合在一起。p型偏置网络40被配置成针对p型晶体管Q1、Q2和Q3生成偏置。在一些实施例中,p型偏置网络40被配置成生成A/B类偏置。n型偏置网络42被配置成针对n型晶体管Q4、Q5和Q6生成偏置。在一些实施例中,n型偏置网络42被配置成生成A/B类偏置。第一AM-PM补偿器44被配置成基本上维持p型级联晶体管Q1、Q2和Q3中的至少晶体管Q2的恒定输出电容。在至少一个实施例中,第一AM-PM补偿器44包含被配置为变容器的晶体管Q7。在图2B中所描绘的示例性实施例中,固定补偿电容器C3也可以跨越晶体管Q2从源极耦合到漏极。第二AM-PM补偿器46被配置成基本上维持n型级联晶体管Q4、Q5和Q6中的至少晶体管Q5的恒定输出电容。在至少一个实施例中,第二AM-PM补偿器46包含被配置为变容器的晶体管Q8。在图2A中所描绘的示例性实施例中,固定补偿电容器C4也可以跨越晶体管Q5从源极耦合到漏极。应理解,基本上像第一AM-PM补偿器44那样结构化的额外AM-PM补偿器可在任何或所有剩余晶体管Q1、Q3、Q4和Q6以及可在高堆叠计数放大器中添加的任何另外的顶部级联件上添加。其它的AM-PM校正方法可以用于顶部级联装置,不同于用于下部级联装置的并联漏极-源极电容。
图2A中描绘了压缩补偿(CC)放大器14的示例性实施例。CC放大器14包含p型晶体管Q9,所述p型晶体管与p型晶体管Q1、Q2和Q3的串联堆叠中的晶体管Q1并联耦合。晶体管Q9的栅极20-1通过耦合电容器C5耦合到第一RF输入16-1。n型晶体管Q10与n型晶体管Q4、Q5和Q6的串联堆叠中的晶体管Q6并联耦合。晶体管Q10的栅极20-2通过耦合电容器C6耦合到第二RF输入16-2。C类偏置网络32具有耦合到晶体管Q9的栅极20-1的第一偏置输出48。C类偏置网络32被配置成通过第一偏置输出48生成晶体管Q9的第一C类偏置。C类偏置网络32具有耦合到晶体管Q10的栅极20-2的第二偏置输出50。C类偏置网络32被配置成通过第二偏置输出50生成晶体管Q10的第二C类偏置。
在图2A的示例性实施例中,输入AM-PM补偿器36A包含被配置为变容器的晶体管Q11A。电阻器R1和第一串联电压源V1耦合在供应电压VDD与晶体管Q11A的漏极和源极之间。输入AM-PM补偿器36A被配置成基本上维持至少晶体管Q9的恒定输入电容。
此外,输入AM-PM补偿器36B包含被配置为变容器的晶体管Q11B。电阻器R2和第二串联电压源V2耦合在固定电压节点与晶体管Q11B的漏极和源极之间,所述固定电压节点在此情况下是接地(GND1)。输入AM-PM补偿器36B被配置成基本上维持至少晶体管Q10的恒定输入电容。应理解,基本上像输入AM-PM补偿器36A和36B那样结构化的额外AM/PM补偿器可以添加到任何或所有剩余晶体管Q2、Q3、Q4、Q5和Q9的输入/栅极中。
图2B是根据本公开的结构化的功率放大器系统10的示例性实施例的详细示意图。主放大器12包含耦合到RF输入16-2的串联堆叠n型晶体管Q4、Q5和Q6,在此实施例中,所述RF输入通过电感器L1耦合到供应电压VDD。n型偏置网络42被配置成针对n型晶体管Q4、Q5和Q6生成偏置。在一些实施例中,n型偏置网络42被配置成生成A/B类偏置。第一AM-PM补偿器46被配置成基本上维持n型堆叠放大器的至少晶体管Q5的恒定输出电容。在至少一个实施例中,第一AM-PM补偿器46包含被配置为变容器的晶体管Q8。使用变容器已经给出非线性电容,当级联Q5的漏极-源极电压大时,所述非线性电容更大,并且当级联Q4处于三极区时,所述非线性电容较小。在图2B中所描绘的示例性实施例中,固定补偿电容器C4也可以跨越晶体管Q5从源极耦合到漏极。虽然恒定,但当级联Q5饱和时和当其处于三极模式时,C4电容将显示信号路径的可变加载。应理解,基本上像第一AM-PM补偿器46那样结构化的额外AM-PM补偿器可在例如Q4和Q6的任何或所有剩余晶体管上添加。其它AM-PM校正方法可用于顶部级联装置Q4。
图3是由主放大器生成的模拟输出信号的图,其示出对电压立波比(VSWR)变化的不敏感性。p型晶体管Q1、Q2和Q3的串联堆叠和n型晶体管Q4、Q5和Q6的串联堆叠的级联晶体管有当栅极电容通常在主放大器12的信号路径内表现出大的影响时级联晶体管进入三极管区而产生大的AM-PM畸变的问题,AM-PM补偿确保功率放大器系统10满足5G应用所需的AM-PM线性。
图4是根据本公开的结构化的功率放大器系统10的另一示例性实施例的详细示意图。在此示例性实施例中,CC放大器14被配置成以分段方式提供额外放大。这在主放大器12具有增益特性并且增益特性显示具有不同斜率的畸变时是有用的。例如,在中等信号水平下,主放大器12可以展现软压缩,而在较大信号下,主放大器12可以展现更显著的压缩。在这种情况下,CC放大器14包含与p型晶体管Q1、Q2和Q3的串联堆叠中的晶体管Q1并联耦合的至少另一p型晶体管Q12。晶体管Q12的栅极20-3通过耦合电容器C7耦合到第一RF输入16-1。至少另一n型晶体管Q13与n型晶体管Q4、Q5和Q6的串联堆叠中的晶体管Q6并联耦合。晶体管Q13的栅极20-4通过耦合电容器C8耦合到第二RF输入16-2。C类偏置网络32具有耦合到晶体管Q12的栅极20-3的第三偏置输出52。C类偏置网络32被配置成通过第三偏置输出52生成晶体管Q12的第三C类偏置。C类偏置网络32具有耦合到晶体管Q13的栅极20-4的第四偏置输出54。C类偏置网络32被配置成通过第四偏置输出54生成晶体管Q13的第四C类偏置。例如,第一p型偏置和第二p型偏置被设定在不同水平,并且第一n型偏置和第二n型偏置被设定在不同水平,以对由于所述主放大器12经历的软压缩而产生的所述AM-AM畸变提供分段补偿。在替代实施例中,多于两个CC放大器14A和14B可用于校正主放大器的AM-AM畸变。
就此而言,功率放大器可包括一个、两个、三个或甚至更多个放大级。功率放大器级的所有级或仅子集可使用所呈现的AM-AM和AM-PM校正电路。一般来说,前端级在较低的信号水平下操作,且因此展现可能不需要AM-AM和/或AM-PM线性化的更多线性特性。后端级(特别是最后一个输出级)在最大信号水平下操作,且因此表现出更高水平的畸变,从而强制使用AM-AM和/或AM-PM校正电路。
在一些实施例中,主放大器12和CC放大器14是互补金属氧化物半导体(CMOS)型放大器。在其它实施例中,主放大器12和CC放大器14是部分耗尽的绝缘体上硅(SOI)CMOS型放大器。在其它实施例中,主放大器12和CC放大器14是完全耗尽的SOI CMOS型放大器。
图5是图2中所描绘的功率放大器系统10的示例性实施例的放大器增益、供应电流、放大器效率和输出相移的曲线图。具体地,图5示出了使用作为主放大器12的互补的级联输出级,在22nm完全耗尽绝缘体上硅过程中内置的功率放大器系统10的毫米波互补金属氧化物半导体(CMOS)形式的改进性能。实现了高内在AM-AM和AM-PM线性,而不使用外部数字预畸变线性化。数字预畸变线性化始终可以在顶部添加,以进一步提高主放大器12的线性性能。应注意,对于3.5V的电池电压(Vbat),主放大器12的静态电流(Icq)在20mA范围内,这是相对高度期望的,而处于最大功率水平的峰值电流保持低于100mA。还应注意,在功率放大器系统10中也实现了约36%的相对高效率。
可以设想,可以组合前述方面中的任一方面,和/或如本文所描述的各种单独方面和特征以获得额外优点。除非本文相反指示,否则本文所公开的各种实施例中的任一实施例可以与一个或多个其它公开的实施例组合。
本领域技术人员将认识到对本公开的优选实施例的改进和修改。所有此类改进和修改都认为是在本文公开的概念和以下权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种功率放大器系统,包括:
●主放大器,具有耦合到主RF输入的输入和连接到主RF输出的输出,其中所述主放大器展现具有压缩的非线性增益特性;
●压缩补偿CC放大器,具有耦合到共同RF输入的信号输入和耦合到共同RF输出的信号输出。
2.根据权利要求1所述的功率放大器系统,其中所述CC放大器还包括振幅调制-相位调制AM-PM补偿器,所述AM-PM补偿器被配置成维持所述功率放大器系统的输入电容基本恒定。
3.根据权利要求1所述的功率放大器系统,其中所述主放大器包括具有第一射频RF输入的p型晶体管串联堆叠和具有第二RF输入的n型晶体管串联堆叠,其中所述第一RF输入和所述第二RF输入耦合到所述主RF输入,并且所述p型晶体管串联堆叠和所述n型晶体管串联堆叠具有一起耦合在所述主RF输出处的输出。
4.根据权利要求2所述的功率放大器系统,包括具有第一射频RF输入和第一RF输出的晶体管串联堆叠,其中所述第一RF输入耦合到所述主RF输入,并且所述第一RF输出耦合到所述主RF输出,其中所述晶体管是n型或p型。
5.根据权利要求3所述的功率放大器系统,其中所述压缩补偿CC放大器包括:
●第一p型晶体管,与所述p型晶体管串联堆叠并联耦合;以及●第一n型晶体管,与所述n型晶体管串联堆叠并联耦合;以及●C类偏置网络,具有耦合到所述第一p型晶体管的栅极的第一p型偏置输出和耦合到所述第一n型晶体管的栅极的第一n型偏置输出,其中所述C类偏置网络被配置成针对所述第一p型晶体管生成第一p型C类偏置,并且所述C类偏置网络还被配置成针对所述第一n型晶体管生成第一n型C类偏置。
6.根据权利要求5所述的功率放大器系统,其中所述压缩补偿CC放大器包括:
●第二p型晶体管,与所述p型晶体管串联堆叠并联耦合;以及●第二n型晶体管,与所述n型晶体管串联堆叠并联耦合,其中所述C类偏置网络具有耦合到所述第二p型晶体管的栅极的第二p型偏置输出和耦合到所述第二n型晶体管的栅极的第二n型偏置输出,其中所述C类偏置网络被配置成针对所述第二p型晶体管生成第二p型C类偏置,并且所述C类偏置网络还被配置成针对所述第二n型晶体管生成第二n型C类偏置。
7.根据权利要求6所述的功率放大器系统,其中第一p型偏置和第二p型偏置以及第一n型偏置和第二n型偏置被设定在不同水平,以对由于所述主放大器经历的软压缩而产生的振幅调制-振幅调制AM-AM畸变提供分段补偿。
8.根据权利要求6所述的功率放大器系统,其中第一p型偏置和第二p型偏置被设定在不同水平,并且第一n型偏置和第二p型偏置也被设定在不同水平,以对由于所述主放大器经历的软压缩而产生的所述AM-AM畸变提供分段补偿。
9.根据权利要求8所述的功率放大器系统,其具有仅一种类型的堆叠装置,n型或p型。
10.根据权利要求1所述的功率放大器系统,其中所述主放大器和所述CC放大器是互补金属氧化物半导体CMOS型放大器。
11.根据权利要求10所述的功率放大器系统,其中所述主放大器和所述CC放大器是部分耗尽的绝缘体上硅SOICMOS型放大器。
12.根据权利要求10所述的功率放大器系统,其中所述主放大器和所述CC放大器是完全耗尽的SOICMOS型放大器。
13.根据权利要求1所述的功率放大器系统,其中所述CC放大器还包含输入AM-PM补偿器,所述输入AM-PM补偿器被配置成对所述CC放大器的输入电容提供补偿。
14.根据权利要求13所述的功率放大器系统,其中所述输入AM-PM补偿器被配置成提供基本恒定的输入电容,而所述CC放大器主动地补偿在软压缩期间由所述主放大器产生的AM-AM畸变。
15.根据权利要求13所述的功率放大器系统,其中所述输入AM-PM补偿器包括场效应晶体管,所述场效应晶体管被配置为具有偏置网络的变容器,以设定其等效电容开始减小的阈值。
16.根据权利要求15所述的功率放大器系统,其中所述输入AM-PM补偿器还包含耦合在固定电压节点与所述场效应晶体管之间的电阻器,所述场效应晶体管被配置为变容器以设定其等效电容开始减小的阈值。
17.根据权利要求3所述的功率放大器系统,还包含输出AM-PM校正电路,所述输出AM-PM校正电路利用与所述n型晶体管串联堆叠、所述p型晶体管串联堆叠或互补型晶体管串联堆叠中的中间晶体管并联漏极到源极连接的固定电容来实现。
18.根据权利要求3所述的功率放大器系统,还包含输出AM-PM校正电路,所述输出AM-PM校正电路利用与所述晶体管串联堆叠(n型、p型或互补型)中的中间晶体管并联漏极到源极连接的变容器电容来实现,当中间级联装置处于饱和操作时,所述变容器电容呈现较大等效电容,且当中间级联装置处于三极操作时,所述变容器电容呈现较小等效电容。
19.根据权利要求1所述的功率放大器系统,其中所述主放大器和所述CC放大器在-2.0dBm至高达25dBm的输出功率范围内提供25%和45%之间的效率。
20.根据权利要求19所述的功率放大器系统,其中所述主放大器和所述CC放大器以高达25dBm的功率水平汲取低于100mA的峰值电流。
CN202310069977.8A 2022-03-29 2023-02-07 功率放大器系统 Pending CN116896331A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/706,985 2022-03-29
US17/706,985 US20230318537A1 (en) 2022-03-29 2022-03-29 Power amplifier system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116896331A true CN116896331A (zh) 2023-10-17

Family

ID=85704047

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310069977.8A Pending CN116896331A (zh) 2022-03-29 2023-02-07 功率放大器系统

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20230318537A1 (zh)
EP (1) EP4254787A1 (zh)
CN (1) CN116896331A (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20230336127A1 (en) * 2022-04-14 2023-10-19 Qorvo Us, Inc. Amplitude modulation-phase modulation (am-pm) linearization in a power amplifier

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6828858B2 (en) * 2002-04-12 2004-12-07 The Regents Of The University Of California CMOS class AB power amplifier with cancellation of nonlinearity due to change in gate capacitance of a NMOS input transistor with switching
JP2004221646A (ja) * 2003-01-09 2004-08-05 Nec Corp ドハ−ティ増幅器
US8344808B2 (en) * 2008-03-31 2013-01-01 Javelin Semiconductor, Inc. Non-linear capacitance compensation
US8779857B2 (en) * 2009-08-14 2014-07-15 Qualcomm Incorporated Amplifier with variable matching circuit to improve linearity
KR101101617B1 (ko) * 2010-06-10 2012-01-02 한국과학기술원 전력 증폭기
US8624673B2 (en) * 2011-01-17 2014-01-07 Marvell World Trade Ltd. Self-biasing radio frequency circuitry
US8629725B2 (en) * 2010-12-05 2014-01-14 Rf Micro Devices (Cayman Islands), Ltd. Power amplifier having a nonlinear output capacitance equalization
FR3030153B1 (fr) * 2014-12-16 2018-03-30 Stmicroelectronics Sa Amplificateur rf a plages multiples
US10056869B2 (en) * 2016-01-20 2018-08-21 Mediatek Inc. Power amplifier system and associated control circuit and control method
US11018628B2 (en) * 2018-03-31 2021-05-25 Skyworks Solutions, Inc. Antenna impedance prediction via power amplifier parameter

Also Published As

Publication number Publication date
US20230318537A1 (en) 2023-10-05
EP4254787A1 (en) 2023-10-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106571780B (zh) 一种自适应偏置的射频功率放大器
US8274336B1 (en) Saturated power amplifier system
WO2016155614A1 (zh) 一种效率提高的共源共栅射频功率放大器
JP6229369B2 (ja) 電力増幅器
TWI424302B (zh) 用以適應性地偏壓通訊系統的可適性偏壓電路
US7439805B1 (en) Enhancement-depletion Darlington device
US20150145604A1 (en) High efficiency radio frequency power amplifier circuitry with reduced distortion
KR101300324B1 (ko) 전력 증폭기
CN113054915B (zh) 一种应用于射频功率放大器的温度补偿偏置电路
US20140354363A1 (en) Power amplifier
CN107306118B (zh) 功率放大模块
US9712116B2 (en) Multiple range RF amplifier
US8633771B2 (en) Power amplifier
CN116896331A (zh) 功率放大器系统
KR20230129028A (ko) 고신뢰성 애플리케이션을 위한 고효율 이중-구동 전력증폭기
US7135931B2 (en) Negative conductance power amplifier
KR101590605B1 (ko) 무선 송수신기용 선형 전력증폭기
US20110304395A1 (en) Power amplifier
EP1515434A1 (en) High-frequency amplifier
CN108768323B (zh) 一种高功率高效率高增益逆f类堆叠功率放大器
US20050083128A1 (en) [power amplifier with active bias circuit]
TW201547187A (zh) 多區間操作之功率放大器
US8860506B2 (en) Amplifying apparatus
KR101891619B1 (ko) 질화갈륨 집적회로 증폭기의 선형화 바이어스 회로 기술
US7161433B2 (en) High-frequency amplifier

Legal Events

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