功率放大器及其功率放大方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電路領(lǐng)域，特別涉及功率放大技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的非線性功率放大器使用共源共柵結(jié)構(gòu)，其中，在功率放大器的輸入和輸出之間連接有一組M0S (場(chǎng)效應(yīng)管)晶體管用于提供輸入和輸出之間的隔離。但是，由于M0S晶體管組被安置在信號(hào)通路上，即在功率放大器的輸入和輸出之間，這會(huì)限制功率放大器的最大輸出功率并在信號(hào)通路引入電阻元件，從而降低功率放大器的性能。因此，急需開(kāi)發(fā)一種具有改進(jìn)的性能和最大輸出功率的功率放大器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，功率放大器包括第一電感器、第二電感器、電容器、第一M0S晶體管、第二 M0S晶體管和電流源。第一電感器和第二電感器都與第一電源連接。第一電感器和第二電感器形成差分電感器。上述電容器的第一端子與第一電感器連接而電容器的第二端子與第二電感器連接。第一 M0S晶體管的漏極與電容器的第一端子連接。第二M0S晶體管的漏極與電容器的第二端子連接，電流源的第一端子與第一 M0S晶體管的源極和第二 M0S晶體管的源極連接。電流源的第二端子與第二電源連接?；谄秒妷旱妮斎腚娏髟刺峁┛勺冸娏?。
[0004]根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，一種方法包括:通過(guò)第一M0S晶體管和第二M0S晶體管接收差分輸入電壓，其中，第一 M0S晶體管的漏極與電容器的第一端子連接,而第二 M0S晶體管的漏極與電容器的第二端子連接；通過(guò)第一電感器、第二電感器和電容器在共振頻率下產(chǎn)生高阻抗，其中，電容器的第一端子與第一電感器連接，而電容器的第二端子與第二電感器連接，第一電感器和第二電感器都與第一電源連接，同時(shí)，第一電感器和第二電感器形成差分電感器；以及基于偏置電壓的輸入通過(guò)電流源提供偏置電流給第一 M0S晶體管和第二 M0S晶體管，其中，電流源的第一端子與第一 M0S晶體管和第二 M0S晶體管的源極連接，而電流源的第二端子與第二電源連接。
【附圖說(shuō)明】
[0005]本發(fā)明的非限制性和非詳盡的各實(shí)施方式將參照下列附圖進(jìn)行說(shuō)明，其中類(lèi)似附圖標(biāo)記除詳細(xì)說(shuō)明外在各種視圖中指示類(lèi)似部件。
[0006]圖1是本發(fā)明一實(shí)施方式中功率放大器的電路圖；
[0007]圖2是本發(fā)明另一實(shí)施方式中功率放大器的電路圖；
[0008]圖3是本發(fā)明另一實(shí)施方式中功率放大器的電路圖；
[0009]圖4是本發(fā)明另一實(shí)施方式中功率放大器的電路圖；
[0010]圖5是本發(fā)明一實(shí)施方式中的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]現(xiàn)將對(duì)本發(fā)明的各種方面和實(shí)例進(jìn)行說(shuō)明。下面的描述為全面理解和說(shuō)明這些實(shí)例提供了特定的細(xì)節(jié)。但是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，即使沒(méi)有這些細(xì)節(jié)，也可以實(shí)施本發(fā)明。此外，一些公知結(jié)構(gòu)或功能可能沒(méi)有被示出或詳細(xì)描述，以避免不必要地模糊相關(guān)說(shuō)明。
[0012]圖1示出了本發(fā)明一實(shí)施方式中功率放大器10的電路圖。該功率放大器10包括第一電感器L1、第二電感器L2、電容器CL、第一 M0S晶體管Ma1、第二 M0S晶體管Ma2和電流源Ics。在圖1中，第一 M0S晶體管Mai和第二 M0S晶體管Ma2包括NM0S晶體管。第一電感器L1和第二電感器L2都與第一電源連接。第一電源包括圖示為vddPA的正電源電壓(Vdd)。第一電感器L1和第二電感器L2形成差分電感器Ld。第一電感器L1和第二電感器L2振幅相同但相位相反。電容CL的第一端子與第一電感器L1連接，而電容器CL的第二端子與第二電感器L2連接。
[0013]第一 M0S晶體管Mai的漏極與電容器CL的第一端子連接。第二 M0S晶體管Ma2的漏極與電容器CL的第二端子連接。電流源Ics的第一端子與第一 M0S晶體管Mai的源極和第二 M0S晶體管Ma2的源極連接。電流源Ics的第二端子與第二電源連接。在圖1中，第二電源包括接地(GND)。電流源基于偏置電壓輸入vb0，vbl，……vbn提供可變電流。此夕卜，偏置電壓輸入vbO到vbn可被轉(zhuǎn)換為由偏置電路產(chǎn)生的偏置電壓以開(kāi)啟相應(yīng)的電流源。優(yōu)選地，也可將其轉(zhuǎn)換為接地以關(guān)閉相應(yīng)的電流源。
[0014]優(yōu)選地，第一 M0S晶體管Mai的柵極接收差分輸入信號(hào)的正電壓輸入Vip。第二M0S晶體管Ma2的柵極接收差分輸入信號(hào)的負(fù)電壓輸入Vin。電容器CL的第一端子輸出負(fù)電壓Von。電容器的第二端子輸出正電壓Vop。
[0015]圖2是本發(fā)明另一實(shí)施方式中功率放大器20的電路圖。省略關(guān)于圖1已經(jīng)描述的元素的細(xì)節(jié)。如圖2所示，電流源Ics包括電流源M0S晶體管Men, Mcn-1......McO陣列。
每個(gè)電流源M0S晶體管Men，Mcn-1......McO的漏極與第一 M0S晶體管Mai的源極和第二
M0S晶體管Ma2的源極連接。每個(gè)電流源M0S晶體管Men，Mcn-1......McO的源極與第二電源GND連接。每個(gè)電流源M0S晶體管Men，Mcn-1……McO的柵極被控制為與偏置電壓輸入連接或與第二電源GND連接。注意在圖2中，每個(gè)電流源M0S晶體管Mcn，Mcn-l……McO的與相應(yīng)的偏置電壓輸入vbO，vbl,……vbn連接。具體地，第一電流源M0S晶體管McO被vbO控制。第二電流源M0S晶體管Mcl被vbl控制。第三電流源M0S晶體管Mc2被vb2控制。第η電流源M0S晶體管Mcn-1被vbn_l控制。第(n+1)電流源M0S晶體管Men被vbn
控制。優(yōu)選地，為了便于控制，偏置電壓輸入vbn, vbn-1, vbn-2,......vbl, vbO是相等的。
當(dāng)電流源晶體管柵極連接偏置電壓輸入時(shí)，其提供偏置電流給功率放大器20。但是，當(dāng)電流源晶體管的柵極接地時(shí)，沒(méi)有電流經(jīng)過(guò)電流源晶體管，因此，其不提供任何偏置電流給功率放大器20。因而，電流源Ics提供的偏置電流等于電流源晶體管的柵極連接到偏置電壓輸入時(shí)的電流總和。同時(shí)，應(yīng)注意每個(gè)電流源晶體管被單獨(dú)的偏置電壓輸入獨(dú)立控制。例如，利用MCU(Micro Control Unit,微控制單元)實(shí)現(xiàn)對(duì)電流源晶體管的控制。該MCU的每一位輸出對(duì)應(yīng)于電流源。當(dāng)MCU的第η位輸出1時(shí)，對(duì)應(yīng)的vbn被提供給第n+1電流源晶體管的柵極。當(dāng)MCU的第η位輸出0時(shí)，第(n+1)電流源晶體管的柵極接地。通過(guò)這種方式，可獲得功率放大器精確的輸出功率。
[0016]參考圖1，在操作過(guò)程中，第一 M0S晶體管和第二 M0S晶體管作為開(kāi)關(guān)使用。第一M0S晶體管和第二 M0S晶體管被差分輸入Vip和Vin驅(qū)動(dòng)。通過(guò)電流源提供電流給第一 M0S晶體管Mai和第二 M0S晶體管Ma2。第一 M0S晶體管Mai和第二 M0S晶體管Ma2選擇性地打開(kāi)并選擇性地從電流源提供電流給負(fù)載CL。這意味著，當(dāng)?shù)谝?M0S晶體管Mai打開(kāi)時(shí)，第二 M0S晶體管Ma2是關(guān)閉的，而當(dāng)?shù)谝?M0S晶體管Mai關(guān)閉時(shí)，第二 M0S晶體管Ma2是打開(kāi)的。進(jìn)一步地，電流源Ics控制通過(guò)第一 M0S晶體管Mai和第二 M0S晶體管Ma2的電流。進(jìn)一步地，第一和第二電感器L1、L2與電容器CL在工作頻率產(chǎn)生諧振，從而提供高性能的高阻抗以驅(qū)動(dòng)電流給負(fù)載。
[0017]優(yōu)選地，電流源M0S晶體管陣列根據(jù)尺寸以二進(jìn)制序列排布。M0S晶體管的尺寸包括寬/長(zhǎng)比(W/L)。在大規(guī)模的M0S工藝中，所有M0S晶體管的長(zhǎng)度可以被設(shè)置為同一值；因此，M0S晶體管的寬度決定其長(zhǎng)/寬比。電流源M0S晶體管根據(jù)尺寸以二進(jìn)制序列排布的一個(gè)實(shí)例是第一電流源晶體管McO的寬/長(zhǎng)(W/L)為1，第二電流源晶體管Mcl的寬/長(zhǎng)(W/L)為2，第三電流源晶體管Mc2的寬/長(zhǎng)(W/L)為4，等等。
[0018]優(yōu)選地，多個(gè)M0S晶體管可根據(jù)尺寸以對(duì)數(shù)線性順序排布，或換句話說(shuō)，以dB線性(linear-1n-dB)排列。例如，第一電流源晶體管McO的寬/長(zhǎng)(W/L)為1，第二電流源晶體管Mcl的寬/長(zhǎng)(W/L)為1.1，第三電流源晶體管Mc2的寬/長(zhǎng)(W/L)為1.21，第四電流源晶體管Mc3的寬/長(zhǎng)(W/L)為1.331，等等。
[0019]優(yōu)選地，雖然在圖中未示出，但是功率放大器可以進(jìn)一步包括多個(gè)單刀雙擲開(kāi)關(guān)，
這些開(kāi)關(guān)被安置在每個(gè)偏置電壓輸入vbO, vbl,......vbn和相對(duì)應(yīng)的電流源NM0S晶體管的柵極之間。每個(gè)單刀雙擲開(kāi)關(guān)控制相應(yīng)的電流源M0S晶體管連接偏置電壓輸入或第二電源。例如，單刀雙擲開(kāi)關(guān)是轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，并且該單刀雙擲開(kāi)關(guān)連接電流源M0S晶體管的柵極到偏置電壓輸入，或連接電流源M0S晶體管的柵極到第二電源，即接地。
[0020]如圖1和圖2所示，第一和第二 M0S晶體管都包括NM0S晶體管。圖3是本發(fā)明另一實(shí)施方式中功率放大器的電路圖。優(yōu)選地，如圖3所示，第一和第二 M0S晶體管包括PM0S晶體管。進(jìn)一步地，第一電源包括接地GND。第二電源包括正電源vddPA。進(jìn)一步地，電流源M0S晶體管包括PM0S晶體管，而第二電源包括正電源電壓(Vdd)。省略關(guān)于圖1和圖2中已經(jīng)描述的元素的細(xì)節(jié)。
[0021]圖1和圖2中所示的功率放大器10和20分別利用差分輸入和輸出。優(yōu)選地，圖4是本發(fā)明另一實(shí)施方式中功率放大器的電路圖。圖4中所示的功率放大器40包括電感器L1、電容CL、M0S晶體管Mai和電流源Ics。電感器L1與第一電源連接。如圖4所示，第一電源包括正電源VddPA。M0S晶體管Mai包括NM0S晶體管。電容器CL的第一端子與電感器Ld連接。電容器的第二端子與第一電源的vddPA連接。M0S晶體管Mai的漏極與電容器CL的第一端子連接。電流源Ics的第一端子與M0S晶體管Mai的源極連接。電流源Ics的第二端子與第二電源連接。如圖4所示，第二電源包括接地(GND)。基于偏置電壓輸入電流源提供可變電流。在圖4中，M0S晶體管Mai和所有的電流源M0S晶體管McO，Mcl，……Men都是NM0S晶體管。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解M0S晶體管Mai和所有的電流源M0S晶體管McO, Mcl,……Men也可以是PM0S晶體管，與圖2中所示的電路類(lèi)似。
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