采用射频功率放大器驱动器实现下一代无线系统

新的解决方案

漏极延伸器件基于智能布线技术，这得益于在ACTIVE(硅)、STI(氧化层)及GATE (多晶硅)区域中可实现十分精细的尺寸，并能在没有附加费用的条件下，利用基线深亚微米CMOS技术实现PMOS和NMOS两种高压容限晶体管。尽管与采用该工艺的标准晶体管相比，这些EDMOS设备的RF性能实际上较低，但由于消除了与其他HV等效电路相关的重要损耗机制(如串联阴极)，它们仍能在整个高压电路中实现较高整体性能。

因此，本文所述的高压CMOS驱动器拓扑结构采用EDMOS器件来避免器件堆叠。RF CMOS驱动器采用薄氧化层EDMOS器件通过65nm低待机功耗基线CMOS工艺制造，且无需额外的掩模步骤或工序。对PMOS和NMOS而言，这些器件上测量到的fT分别超过30GHz和50GHz，它们的击穿电压限度为12V。高速CMOS驱动器前所未有地实现了高达3.6GHz的8Vpp输出摆幅，因而能为像GaN这样的基于宽带隙的SMPA提供驱动。

图1为本文所述驱动器的结构示意图。输出级包括一个基于EDMOS的逆变器。EDMOS器件可由低压高速标准晶体管直接驱动，从而简化了输出级与其它数字和模拟CMOS电路在单颗芯片上的集成。每个EDMOS晶体管均由通过3个CMOS逆变器级实现的锥形缓冲器(图1中的缓冲器A和B)提供驱动。两个缓冲器具有不同的直流等级，以确保每个CMOS逆变器都能在1.2V的电压下(受技术所限，即V_DD1-V_SS1=V_DD0-V_SS0=1.2V)稳定运行。为了使用不同的电源电压并允许相同的交流操作，两个缓冲器的构造完全相同，并内置于单独的Deep N-Well(DNW)层中。驱动器的输出摆幅由V_DD1-V_SS0决定，可随意选择不超过EDMOS器件最大击穿电压的任意值，而内部驱动器的运行保持不变。直流电平位移电路可分离每个缓冲器的输入信号。

图1：RF CMOS驱动电路示意图和相应的电压波形。

CMOS驱动器的另一个功能就是对输出方波的脉冲宽度控制，该功能由脉宽调制(PWM)通过可变栅偏压技术实现。PWM控制有助于实现微调和调谐功能，从而提升高级SMPA器件的性能。缓冲器A和B的第一个逆变器(M3)的偏置电平可参照该逆变器本身的开关阈值对RF正弦输入信号进行上移/下移。偏置电压的改变将使逆变器M3的输出脉冲宽度发生变化。然后，PWM信号将通过另外两个逆变器M2和M1进行传输，并在RF驱动器的输出级(EDMOS)合并。

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