提高共源共栅CMOS功率放大器效率的方案

的依赖，也就减少了额外功耗，会在一定程度上提高功率放大器的效率。图1是上述思想的具体实现，中间的共源共栅电感是一个对称型电感，可以拆成两个电感量相同的电感，他们的电感量是该对称型电感的一半。加入输入信号后，电感与共源共栅管的源极寄生电容会发生谐振，进行能量的交换，这就降低了寄生电容充电时对电源处电流的依赖程度。

本次A类两级功率放大器设计，原理图中第一级加入了共源共栅电感，第二级并未添加，主要是从版图面积的角度考虑的，因为电感在芯片中所占用的面积比其他元件都要大很多。此外，在进行版图设计时，有意将原理图中一个共源共栅电感拆分成两个电感，这是为了提高电路结构的对称性，从而有利于功率放大器的整体性能，关于这一点，将在后面的版图设计中进行分析。

图1共源共栅电感的应用
 

2  功率放大器设计

放大电路如图2所示，电路结构为差分形式，采取两级放大，分别为驱动级和输出级。驱动级采用差分的共源共栅（Cascode）结构，可以提供适当的电压增益；输出级也是差分的共源共栅结构，在提供一定的电压增益的同时，还提供输出功率，这种结构可以提高功放输出电压的摆幅，从而降低对MOS管最大电流能力的要求，提高功放的效率。两级之间采用的耦合电容Cp和Cn在提高隔离度的同时起到级间阻抗匹配的作用。电感Lp1、Lp2、Ln1、Ln2用作负载，电感Lnp用来抵消源极寄生电容对功放效率的影响，其中Lp1、Ln1和Lnp采用工艺库里的片上螺旋电感来实现，而Lp2和Ln2可以采用高Q值的键合线电感实现，这样可以有效提高功放的增益，当然只要工艺条件允许，在对增益要求不是很高的情况下，也可以采用工艺库里的片上螺旋电感来实现。单路输入信号经输入匹配网络由巴伦转换成两路信号Vpin和Vnin,放大后的两路信号Vpout和Vnout经输出匹配网络由巴伦转换成一路信号送至天线。其中，输入匹配采用共轭匹配以达到最大增益，输出匹配采用功率匹配以输出最大功率，都是以简单的LC匹配网络为实现形式，通过高频辅助设计软件ADS中的Smithchart来设计。