專利名稱：自舉雙柵極e類放大器電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于晶體管放大器領(lǐng)域，尤其涉及高頻應(yīng)用中的功率放大電路。
背景技術(shù)：
在高頻應(yīng)用中有一種類型的放大器電路稱之為E類功率電路器，其中有源組件用作在載波頻率打開或關(guān)上的開關(guān)。E類功率電路器用于無線通信設(shè)備中并且以GaAsMESFET和深—子微米CMOS技術(shù)設(shè)計。
在E類放大器中，在輸出晶體管的漏極的信號振幅通常為電源供應(yīng)電壓的3倍或更多倍。這限制了用于避免在MOS晶體中柵極-漏極擊穿的最大電源電壓。因此，例如，在0.25微米CMOS過程中，額定電源電壓為2.5V，但是，這一過程不能設(shè)計2.5V的E類放大器，因為柵極擊穿電壓為6V?？紤]在該柵極的信號振幅，這一振幅與漏極處的信號振幅反相，傳統(tǒng)技術(shù)限制了在這一過程中的E類最大允許的電源供應(yīng)電壓為1.5V。由于在E類操作的輸出功率與功率電源電壓的平方成比例，使用1.5V代替2.5V減小了2.7倍用于給定負載值的最大功率輸出。
盡管有用來改善電路運行使用串聯(lián)晶體管和自舉技術(shù)的各種現(xiàn)有技術(shù)，在美國專利3,268,827；4,100,438；4,284,905和4,317,055中有所介紹，這些參考未指出如何使E類放大器電路中可用電源供應(yīng)電壓最大化。因此，需要一E類放大器電路，其電源輸出不因組件擊穿限制而在輸出階段操作低于額定供應(yīng)電壓發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種E類放大器電路，其中可用電源供應(yīng)電壓被最大化，以便電源輸出不因為組件擊穿特性的約束而受到限制。
根據(jù)本發(fā)明，這一目的是由一種自舉雙棚極配置的新的E類放大器電路實現(xiàn)的，在該電路中，第1 MOSFET和第2 MOSFET串聯(lián)，并且耦合于dc電壓源結(jié)點和普通結(jié)點之間，其中一rf輸入信號耦合于第1MOSFET的柵極，并且一dc控制電壓結(jié)點耦合到第2 MOSFET的柵極的。為了獲得自舉效果，一個單向?qū)щ娫贿B接于第2 MOSFET的漏極和柵極之間，并且放大器電路的輸出從第2MOSFET的漏極引出。
在本發(fā)明的最佳實施例中，dc控制電壓源結(jié)點通過一個電阻被耦合到第2MOSFET的柵極上，而rf輸入信號結(jié)點通過一個電容被耦合到第1 MOSFET的柵極上。
在本發(fā)明的進一步的最佳實施例中，單向?qū)щ娫且粋€二極連接的MOSFET，其執(zhí)行自舉效應(yīng)。
根據(jù)本發(fā)明的一個自舉雙柵極E類放大器電路提供了對現(xiàn)有技術(shù)E類放大器方面重大改進，其中可用的電源供電電壓被最大化，實質(zhì)上獲得電源輸出的提高。
本發(fā)明的這些和其他方面將在下文參考實施例進行闡述。


本發(fā)明將參考下面的描述以得到更好的理解，同時參考附圖，圖中給出了根據(jù)本發(fā)明的自舉雙棚極E類放大器電路的簡要結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式
根據(jù)本發(fā)明的自舉雙柵極E類放大器電路1的簡單結(jié)構(gòu)圖如附圖所示。放大器電路包括第1 MOSFET10，其主電流路徑與第2 MOSFET12的主電電流路徑串聯(lián)，它們通過一連接到結(jié)點14的電感16串聯(lián)耦合于一dc電壓源結(jié)點14和一普通結(jié)點(地)之間。
一rf輸入信號結(jié)點18通過一個耦合電容耦合到MOSFET10的柵極上，通過連接到偏置電壓24電源的電阻22為MOSFET10的柵極提供dc的偏置電壓。
MOSFET12的柵極通過電阻28被耦合到dc控制電壓結(jié)點26上，而MOSFET12的柵極通過電容30接地。此外，MOSFET12的柵極和漏極通過單向?qū)щ娫噙B，即通過二極連接MOSFET32相連，當(dāng)漏極電壓大于柵極電壓時導(dǎo)通。這一二極連接MOSFET在下面的描述的情況下，提供了自舉效果?？蛇x地，組件32是一個PN二極管。
放大器電路有源部分的輸出，來自MOSFET12的漏極，通過包括電感36和電容38串聯(lián)連接的匹配電路被耦合到電阻34表示的負載上，電容40在MOSFET12的漏極和地之間提供。
正如上文所述，傳統(tǒng)的E類操作在可用于避免柵極—漏極擊穿的供應(yīng)電壓最大化方面產(chǎn)生了一定的限制，因此實質(zhì)上減少了最大有效輸出電壓。這個問題的一部分可以通過使用簡單的雙棚極MOSFET開關(guān)(即具有主要電流通路串聯(lián)的2個晶體管)來克服。這種結(jié)構(gòu)允許供電電壓提高30％，轉(zhuǎn)換成一個輸出電壓增加因數(shù)則為1.69。
在輸出電源方面的進步通過利用圖中所示的自舉雙柵極E類放大器電路來獲得。這一改進通過為簡單、方便地獲得所要的自舉效果在MOSFET 12的漏極和棚極之間連接一個單向?qū)щ娫颂帪殡p極連接的MOSFET 32來獲得。當(dāng)在MOSFET 10的柵極的信號是高電平，晶體管10和12導(dǎo)通，并且晶體管12的漏極電壓將降低。據(jù)此，元件32將不導(dǎo)通，并在電路的操作中不再起作用。當(dāng)MOSFET 12的柵極電壓變低的時候，MOSFET 10將斷開，并且MOSFET12的漏極電壓開始增加。一旦這一電壓增加到大于用在MOSFET 12的柵極的dc電壓與二極連接的MOSFET 32的閾值電壓之和時，組件32將開始導(dǎo)通，并且將使MOSFET 12的柵極電壓加大，隨后漏極電壓也加大。通過適當(dāng)?shù)剡x擇組件28和30的值，以及組件32的幾何尺寸，MOSFET 12的漏-柵極電壓可以被適當(dāng)?shù)目刂啤Ｓ捎贛OSFET 12柵極電壓控制其源極電壓，并且MOSFET 12的源極被連接到MOSFET 10的漏極，MOSFET 10的漏極電壓也可以被控制。
已發(fā)現(xiàn)最佳擊穿容量是在組件10和12實質(zhì)上接收了同樣的最大漏極—柵極電壓時獲得的，由于允許對一所給的晶體管設(shè)計采用最大可能供應(yīng)電壓而使晶體管不擊穿。通過適當(dāng)?shù)剡x擇組件28、30和32的參數(shù)，如上所述，為了獲得這一條件，本發(fā)明的E類放大器電路可以以適當(dāng)?shù)?倍于一般的E類放大器電路的供電電壓來操作，因此對一給定負載值增長了4倍的輸出功率。
在這種情況下，本發(fā)明采用了一種自舉雙柵極E類放大器電路，其中可用的電源供電電壓可以被最大化，所以，電源輸出不僅受限于輸出級低于額定供電電壓的電壓操作需要，以避免組件斷開。此外，由本發(fā)明獲得的改進可以通過簡單并且經(jīng)濟的電路結(jié)構(gòu)來執(zhí)行。
本發(fā)明已經(jīng)參考實施例進行了描述，可以理解的是熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不超出本發(fā)明的精神和范圍的情況下所作的各種形式的改變。因此，例如，本發(fā)明可以采用GaAsMESFET或GaAsPHEMT技術(shù)代替CMOS技術(shù)。此外可以使用不同類型的晶體管和其他組件，可以根據(jù)特定的設(shè)計需要對電路結(jié)構(gòu)作出改變。
權(quán)利要求
1.一種自舉雙柵極E類放大器電路(1)，包括串聯(lián)的第1 MOSFET(10)和第2 MOSFET(12)，它們在dc電壓源結(jié)點(14)和普通結(jié)點(gnd)之間，一rf出信號結(jié)點(18)連接到所述第1 MOSFET(10)的柵極上，而一dc控制電壓結(jié)點(26)連接到所述第2 MOSFET(12)的柵極上，一單向?qū)щ娫?32)連接在漏極和所述第2 MOSFET(12)的所述柵極之間，所述放大器電路的輸出來自所述漏極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自舉雙柵極E類放大器電路(1)，其特征在于，所述第2 MOSFET(12)的漏極通過一個電感(16)連接到所述dc電壓結(jié)點(14)，并且所述的第1 MOSFET(10)的源極連接到所述普通結(jié)點(gnd)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自舉雙柵極E類放大器電路(1)，其特征在于，所述放大器電路的輸出通過一匹配電路(40、36、38)連接到一負載(34)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自舉雙柵極E類放大器電路(1)，其特征在于，所述匹配電路(40、36、38)包括連接在所述漏極和所述第二晶體管和所述普通結(jié)點之間的一電容(40)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的自舉雙柵極E類放大器電路(1)，其特征在于，所述匹配電路(40、36、38)進一步包括電容(38)和連接在所述放大電路輸出和負載(34)之間的電感(36)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自舉雙柵極E類放大器電路(1)，其特征在于，所述dc控制電壓結(jié)點(26)通過電阻(28)連接到所述第2 MOSFET(10)的柵極并且所述rf輸出信號結(jié)點(18)通過電容(20)連接到第1 MOSFET(10)的柵極。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自舉雙柵極E類放大器電路(1)，其特征在于，所述單向?qū)щ娫粋€二極連接的MOSFET(32)。
全文摘要
自舉雙柵極E類放大器電路(1)，包括串聯(lián)的第1MOSFET(10)和第2MOSFET(12)，它們連接在dc電壓源結(jié)點(14)和普通結(jié)點(gnd)之間。rf輸出信號結(jié)點(18)連接到所述第1MOSFET(10)的柵極上，而dc控制電壓結(jié)點(26)連接到所述第2 MOSFET(12)的柵極上，單向?qū)щ娫?32)連接在漏極和所述第2MOSFET(12)的所述柵極之間，所述放大器電路(1)的輸出來自所述第2MOSFET(12)漏極。該電路結(jié)構(gòu)允許第一和第二MOSFET抵抗更大的輸出電壓振幅，因此允許使用更大的供應(yīng)電壓，實質(zhì)上增加了一給定負載值的最大輸出電源容量。
文檔編號H03F1/22GK1393053SQ01802905
公開日2003年1月22日 申請日期2001年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月28日
發(fā)明者T·索拉蒂 申請人:皇家菲利浦電子有限公司