为了将基站SMPA中使用的高功率晶体管与发射器的所有数字CMOS模块相连，需要能够生成高压(HV)摆幅的宽带RF CMOS驱动器。这样不仅能实现更优的高功率晶体管性能，而且还能将数字信号处理直接用于控制所需的SMPA输入脉冲波形，从而提高系统整体性能。晶体管性能，而且还能将数字信号处理直接用于控制所需的SMPA输入脉冲波形，从而提高系统整体性能。
本文主要描述了采用1.2V基线65nm CMOS技术实现8.04Vpp和3.6GHz工作频率的首款宽带PWM控制RF SMPA驱动器。该CMOS驱动器连接了数字CMOS电路与高功率晶体管，可充当面向无线基础设施系统的下一代可重新配置多频多模发射器的主要构建模块。
现有解决方案
用于实现高压电路的方法并不多。可以采用能够实现高压容限晶体管的技术解决方案(如多栅氧化层)，但代价是生产流程较昂贵，必须向基线CMOS工艺添加额外的掩模和处理步骤，因此这种方案并不理想。此外，为可靠地增加高压耐受力，可以采用仅使用标准基线晶体管(使用薄/厚氧化层器件)的电路方案。在第二种方法中，器件堆叠或串联阴极是常见的例子。但是，射频复杂性和性能具有很大的局限性，尤其是当串联阴极(或堆叠)器件的数量增加至2个或3个以上时。另一种实现高压电路的途径就是如本文所述的在基线CMOS技术中使用漏极延伸场效应管(EDMOS)来实现。
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VDD1-VSS1=VDD0-VSS0=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VDD1-VSS0决定，可随意选择不超过EDMOS器件击穿电压的任意值，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。
