提高放大器線性度的失真抵消偏置電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種偏置電路，特別涉及一種提高放大器線性度的失真抵消偏置電路 及提高線性度的方法，屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 高性能放大器作為子電路單元廣泛應(yīng)用于各種通信系統(tǒng)中。收發(fā)信機(jī)中，用于驅(qū) 動(dòng)接收鏈路中模數(shù)轉(zhuǎn)換器(AD)以及發(fā)射鏈路內(nèi)功率放大器（PA)的放大器亦稱驅(qū)動(dòng)放大 器，此類放大器輸出信號(hào)幅度較大，信號(hào)容易失真。為了不影響系統(tǒng)性能，對(duì)驅(qū)動(dòng)放大器的 線性度指標(biāo)有著較高的要求。用于提供功率放大器線性度的技術(shù)主要包括反饋、前饋、預(yù)失 真技術(shù)和自適應(yīng)偏置等技術(shù)。這些技術(shù)大多需要片外器件或環(huán)路來(lái)完成，不適用于全集成 的放大器。用于全集成普通放大器（如運(yùn)算放大器）的線性度提高技術(shù)主要包括反饋、局 部反饋、輸入夸導(dǎo)失真抵消技術(shù)，這些技術(shù)確實(shí)能夠在一定程度上提高放大器線性度?，F(xiàn)代 無(wú)線通信系統(tǒng)(如無(wú)線線基站）對(duì)通信系統(tǒng)的線性度提出了越來(lái)越高的要求，現(xiàn)有的提高放 大器線性度的技術(shù)已難以滿足系統(tǒng)要求。因此，迫切的需要一種新的方案解決上述技術(shù)問 題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明正是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，提供一種提高放大器線性度的失真 抵消偏置電路，該偏置電路利用三極管的基極偏置電路提取三極管集電極電壓引起的失真 電流，然后將提取到的失真電流按一定的比例反向饋送回三極管中，從而實(shí)現(xiàn)失真抵消。
[0004] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下，一種提高放大器線性度的失真 抵消偏置電路，其特征在于，所述失真抵消偏置電路由失真抵消偏置電路和三極管構(gòu)成，所 述失真抵消偏置電路一端連接三極管的基極，另一端連接在三極管的發(fā)射極，所述失真抵 消偏置電路用于提取及移除三極管集電極電壓變化引起的失真。
[0005] 作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述失真抵消偏置電路包括失真電流提取電路、失真電 流縮放電路和失真電流移除電路三個(gè)子單元，失真電流提取電路從三極管基極提取集電 極與基極間二極管D2引起的失真電流I;失真電流縮放電路對(duì)提取到的失真電流按比例 m，-10〈m〈10,進(jìn)行縮放后送入失真電流移除電路；失真電流移除電路將經(jīng)過(guò)縮放的失真電 流通過(guò)三極管的發(fā)射極送入三極管，從而在三極管的集電極獲得近乎無(wú)失真的電流。需要 指出的是失真分量移除電路本身亦可以對(duì)失真電流進(jìn)行縮放操作。所述失真抵消偏置電路 連接在三極管的基極與發(fā)射極，與集電極信號(hào)無(wú)直接聯(lián)系。失真電流提取電路在三極管的 基極偏置電路中實(shí)現(xiàn)，而失真電流移除電路接入低阻抗的三極管發(fā)射極。
[0006] 作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述失真電流I流入NPN晶體管的發(fā)射極，然后 從NPN晶體管的集電極進(jìn)入比例縮放電路102,102設(shè)置為m:l電流鏡，電路102將經(jīng) 過(guò)縮放后的失真電流送入失真電流移除電路103 ;失真電流移除電路103將接收到 的失真電流麵i再次縮放々倍后，將大小為i?i的失真電流送入三極管200的發(fā)射極， 完成失真電流的抵消工作；通過(guò)小信號(hào)分析推導(dǎo)出三極管200集電極小信號(hào)電流為 當(dāng)晨圈=1+!!時(shí),I3=U,該式表明三極管200集電極中已 無(wú)任何失真電流。三極管200的線性度得到了極大的提高。
[0007] 作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，失真電流%流入PNP晶體管的發(fā)射極，然后從PNP晶體的 集電極直接進(jìn)入失真移除電路103中，由于失真移除電路103本身亦具有電流縮放能力，因 此本案例中的比例縮放電路102可以移除。失真電流移除電路103將接收到的失真電流^ 縮放A倍后，送入三極管200的發(fā)射極，完成失真電流的抵消工作；通過(guò)小信號(hào)分析推導(dǎo)出 三極管2〇〇集電極小信號(hào)電流為I3=參+藏)|-Ii= 表明三極管200集電極中已無(wú)任何失真電流。三極管200的線性度得到了極大的提高。
[0008] 作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，失真電流提取電路102與待抵消的三極管200均為失真 抵消電路103的一部分。其具體的失真抵消過(guò)程如下：失真電流I從NPN晶體管T2的發(fā)射 極流入，從T2的集電極流出進(jìn)入m:l電流鏡；m:l電流鏡將失真電流I縮放m倍后送入晶體 管T1的集電極；晶體管TI、T2、T3以及電阻Rl、R2構(gòu)成比例為々的電流鏡，該電流鏡將T1 集電極電路縮放々倍后鏡像到晶體管T3的集電極；得出三極管200 (T3)集電極的小信號(hào)電 流:^=0+||^-.屬1|=(1+a繼當(dāng)I1 = 1+跋時(shí),I3=_,該式表明三極管2〇〇集電極中 已無(wú)任何失真電流。三極管200的線性度得到了極大的提高。
[0009] 作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，該方案充分利用了差分信號(hào)的互補(bǔ)特性，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了 失真抵消偏置電路的實(shí)現(xiàn)形式，其失真抵消過(guò)程如下：失真提取電路101通過(guò)晶體管T2、T5的發(fā)射極分別接收來(lái)自晶體管T3、T4的差分失真電流|與_|,然后將差分失真電流通過(guò) T2、T5的集電極送入比例縮放電路102中；比例縮放電路102 -方面將來(lái)自T2集電極的失 真電流I轉(zhuǎn)送入晶體管T6的集電極，另一方面將來(lái)自T5集電極的失真電流一i送入晶體管 T1的集電極；晶體管TI、T2、T3與電阻Rl、R2構(gòu)成電流鏡，該電流鏡將T1集電極接收到的 源自于T4的失真電流1按比例左鏡像到T3的集電極；晶體管T4、T5、T6與電阻R3、R4構(gòu) 成另一組電流鏡，該電流鏡將T6集電極接收到的源自于T3的失真電流I按比例左鏡像到T4 的集電極；得出晶體管T3的集電極電流= 卜= 晶體管T4的集電 極電流:?? = -|霉+1| = -〇+? 。當(dāng)|?；|+||時(shí)，晶體管T3、T4集電極電流|| =U=I ，該式表明該電路中即使T3、T4的集電極已無(wú)失真電流分量。T3、T4的線性度得到了極大 的提商。
[0010] 采用上述電路提高放大器線性度的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟，1) 失真電流提取電路101從三極管200基極提取集電極與基極間二極管D2引起的失真電流 ^ ;2)失真電流縮放電路102對(duì)101提取到的失真電流按比例mm(-10〈m〈10)進(jìn)行縮放后送 入失真電流移除電路；3)失真電流移除電路103將經(jīng)過(guò)縮放的失真電流通過(guò)三極管200的 發(fā)射極送入三極管200,從而在三極管200的集電極獲得近乎無(wú)失真的電流。
[0011] 相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)如下：1)本發(fā)明的技術(shù)方案中所述的失真抵消偏 置電路包括失真電流提取，失真電流縮放和失真移除三個(gè)子單元，所述失真抵消技術(shù)工作 原理簡(jiǎn)單清晰；2)所述失真抵消偏置電路的工作過(guò)程為直接提取三極管中不希望的失真 電流|，再將提取到失真電流^按比例縮放，最后將縮放后的失真電流疊加到三極管的集電 極電流中；失真電流提取、縮放與移除動(dòng)作均在三極管的基極偏置電路中完成，不影響三極 管本身的信號(hào)處理工作；3)所述失真抵消偏置技術(shù)直接提高了三極管本身的線性度，而 三極管是眾多放大器電路的基本單元，因此所述失真抵消技術(shù)可廣泛應(yīng)用于各種放大器的 設(shè)計(jì)中。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 圖1為本發(fā)明所述失真抵消偏置電路。
[0013] 圖2a為實(shí)施例1電路原理圖；
[0014] 圖2b為實(shí)施例2電路原理圖；
[0015] 圖3為實(shí)施例3電路原理圖；
[0016] 圖4為實(shí)施例4電路原理圖；
[0017] 圖5-圖7為NPN型晶體管電路原理圖；
[0018] 圖8a為現(xiàn)有技術(shù)折疊共集共基全差分放大器電路原理圖；
[0019] 圖8b為本發(fā)明方案替換后的電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 為了加深對(duì)本發(fā)明的理解和認(rèn)識(shí)，下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一 步描述和介紹。
[0021] 參見圖1，一種提高放大器線性度的失真抵消偏置電路，所述失真抵消偏置電路由 失真抵消偏置電路100和三極管200構(gòu)成，所述失真抵消偏置電路100 -端連接三極管的 基極，另一端連接在三極管的發(fā)射極，所述失真抵消偏置電路100用于提取及移除由于三 極管集電極交流電壓引起的失真，所述失真抵消偏置電路100由失真電流提取電路101、失 真電流縮放電路102和失真電流移除電路103構(gòu)成，失真電流提取電路101從三極管200 基極提取集電極與基極間二極管D2引起的失真電流I;失真電流縮放電路102對(duì)101提取 到的失真電流按比例m(-10〈m〈10)進(jìn)行縮放后送入失真電流移除電路；失真電流移除電路 103將經(jīng)過(guò)縮放的失真電流通過(guò)三極管200的發(fā)射極送入三極管200,從而在三極管200的 集電極獲得近乎無(wú)失真的電流。集電極存在大信號(hào)的三極管的主要失真源，如圖1，D1為集 電極與基極反偏二極管、D2為集電極至襯底的寄生二極管；由于二極管為強(qiáng)非線性器件， 三極管T3集電極的大電壓信號(hào)Vout在Dl、D2上產(chǎn)生嚴(yán)重的非線性電流4和I;由于I和I相位相近大小不同，可以假定^=<4,則在T3集電極由Vout引起的的小信號(hào)輸出電流為 ^ = (1+11?本發(fā)明所述的失真抵消偏置技術(shù)即用于抵消或移除三極管集電極電流中的非 線性電流分量需要指出的是失真分量移除電路1〇3本身亦可以對(duì)失真電流 進(jìn)行縮放操作。所述失真抵消偏置電路連接在三極管的基極與發(fā)射極，與集電極信號(hào)無(wú)直 接聯(lián)系。失真電流提取電路101在三極管的基極偏置電路中實(shí)現(xiàn)，而失真電流移除電路103 接入低阻抗的三極管發(fā)射極。因此，所述的失真抵消偏置技術(shù)不會(huì)降低三極管的增益與頻 率響應(yīng)。
[0022] 實(shí)施例1 :參見圖2a，作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述失真電流%流入NPN晶體管T2 的發(fā)射極，然后從NPN晶體管T2的集電極進(jìn)入比例縮放電路102,102設(shè)置為m: 1電流鏡， 電路102將經(jīng)過(guò)縮放后的失真電流》*^送入失真電流移除電路103 ;失真電流移除電路103 將接收到的失真電流圍I再次縮放A倍后，將大小為的失真電流送入三極管200的發(fā) 射極，完成失真電流的抵消工作；對(duì)小信號(hào)分析推導(dǎo)得出三極管200集電極小信號(hào)電流為 當(dāng)該式表明三極管200集電極中已 無(wú)任何失真電流。三極管200的線性度得到了極大的提高。
[0023] 實(shí)施例2:參見圖2b，作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，失真電流I流入PN