射頻功率放大器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及通信領(lǐng)域，公開了一種射頻功率放大器。本實(shí)用新型中，射頻功率放大器包含：第一放大電路、第二放大電路、第三放大電路、第一變壓器、第二變壓器和第三變壓器；射頻信號依次經(jīng)第一放大電路、第二放大電路、第三放大電路放大后，再通過串聯(lián)合成的所述第三變壓器功率合成，并通過其單端輸出端輸出；其中，射頻信號通過第一變壓器輸入第一放大電路；第二放大電路的輸出通過第二變壓器輸入至第三放大電路。通過三級放大電路使得射頻信號通過串聯(lián)合成的變壓器合成后輸出，增加輸出擺幅。
【專利說明】射頻功率放大器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及通信領(lǐng)域，特別涉及射頻功率放大器。

【背景技術(shù)】
[0002]射頻功率放大器(RFPA)是各種無線發(fā)射機(jī)的重要組成部分。在發(fā)射機(jī)的前級電路中，調(diào)制振蕩電路所產(chǎn)生的射頻信號功率很小，需要經(jīng)過放大，獲得足夠的射頻功率以后，才能饋送到天線上輻射出去。為了獲得足夠大的射頻輸出功率，必須采用射頻功率放大器。
[0003]當(dāng)前的射頻功率放大器的工作頻率很高，但工作電壓較低，輸出電壓動態(tài)范圍較小，必須在負(fù)載阻抗足夠小的時候，才能在有限的輸出電壓下得到足夠大的輸出電流和輸出功率，射頻功率放大器就需要包含阻抗變換電路。
[0004]另外，隨著電子器件集成化的發(fā)展，射頻功率放大器的高集成度要求也成了重要發(fā)展趨勢。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型的目的在于提供一種射頻功率放大器，使得增加功率放大芯片的輸出擺幅，提高功率放大芯片的效率，降低直流功耗。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供了一種射頻功率放大器，包含:第一放大電路、第二放大電路、第三放大電路、第一變壓器、第二變壓器和第三變壓器；射頻信號依次經(jīng)所述第一放大電路、所述第二放大電路、所述第三放大電路放大后，再通過串聯(lián)合成的所述第三變壓器功率合成，并通過其單端輸出端輸出。
[0007]其中，所述射頻信號通過所述第一變壓器輸入所述第一放大電路；所述第二放大電路的輸出通過所述第二變壓器輸入至所述第三放大電路。
[0008]本實(shí)用新型實(shí)施方式相對于現(xiàn)有技術(shù)而言，主要區(qū)別及其效果在于:采用變壓器作為輸入輸出以及級間的匹配和阻抗變換電路，具有較大的工作帶寬。射頻信號經(jīng)變壓器輸入轉(zhuǎn)換成差分信號，經(jīng)第一放大電路放大，產(chǎn)生電壓增益，第二放大電路利用第二變壓器提供足夠大的驅(qū)動電流，用于驅(qū)動第三放大電路，通過第二變壓器變換阻抗，使第二放大電路看到的負(fù)載電阻變大，降低它的直流功耗，提高第二放大電路的效率，也就是提高本實(shí)用新型實(shí)施方式中射頻功率放大器的效率，然后第三放大電路輸出給功率合成變壓器(也就是串聯(lián)合成的變壓器)，最終合成為單端信號并輸出，使得增加功率放大芯片的輸出擺幅。
[0009]作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述第一放大電路為第一放大器，所述第一放大器為class AB放大器。進(jìn)一步限定第一放大電路為第一放大器，且第一放大器為class AB放大器,使得第一放大電路的結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)現(xiàn)方便，也使得第一放大電路可以利用較小的靜態(tài)電流實(shí)現(xiàn)較大的增益。
[0010]作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述第一放大器為差分放大器。使得可以補(bǔ)償?shù)谝环糯箅娐分械木€性度。
[0011]作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述第二放大電路包含至少2個第二放大器；各所述第二放大器的正負(fù)輸入端分別與所述第一放大電路的輸出端相連，各所述第二放大器的輸出端分別作為所述第二放大電路的輸出端。
[0012]進(jìn)一步限定了第二放大電路的具體結(jié)構(gòu)，使得本實(shí)用新型具有可實(shí)現(xiàn)性。
[0013]作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述第三放大電路包含至少2個第三放大器；所述第三放大器與所述第二放大器一一對應(yīng)；所述第三放大電路的各所述第三放大器的正負(fù)輸入端分別與所述第二放大電路的輸出端通過所述第二變壓器相連，各所述第三放大器的輸出端分別作為所述第三放大電路的輸出端。
[0014]進(jìn)一步限定了第三放大電路的具體結(jié)構(gòu)，第三放大器與第二放大器間利用第二變壓器隔直，同時利用第二變壓器進(jìn)行阻抗變換，使得第二放大電路輸出端看到的電容小于第三級實(shí)際的輸入電容，有利于在較小的直流電流下實(shí)現(xiàn)較大的增益，同時第三放大電路的電容(也就是第三放大電路中三極管柵極上寄生的電容)在低頻時不構(gòu)成第二放大電路的負(fù)載，有利于本實(shí)用新型實(shí)施方式中射頻功率放大器低頻時的穩(wěn)定性。
[0015]作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述第三放大器為偽差分放大器。使得第三放大電路的輸出擺幅大。
[0016]作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述第二放大器為偽差分放大器。使得第二放大電路的輸出擺幅大。
[0017]作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述第二放大器的數(shù)量為4個，所述第三放大器的數(shù)量為4個。數(shù)量分別為4個的第二放大器和第三放大器使得本實(shí)用新型具有可實(shí)現(xiàn)性。
[0018]作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述第一放大電路和所述第二放大電路間設(shè)有隔直電容。使得減小本實(shí)用新型實(shí)施方式中的射頻功率放大器的占用面積，提高芯片集成度。
[0019]作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述第一變壓器、所述第二變壓器和所述第三變壓器均為片上變壓器。將各個變壓器限定為片上變壓器，使得本實(shí)用新型實(shí)施方式中的射頻功率放大器電路中的所有元器件都可以集成在裸片上，而不需要任何片外器件，大大增加了射頻功率放大器的集成度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是根據(jù)本實(shí)用新型第一實(shí)施方式的射頻功率放大器結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021]為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的各實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)的闡述。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，在本實(shí)用新型各實(shí)施方式中，為了使讀者更好地理解本申請而提出了許多技術(shù)細(xì)節(jié)。但是，即使沒有這些技術(shù)細(xì)節(jié)和基于以下各實(shí)施方式的種種變化和修改，也可以實(shí)現(xiàn)本申請各權(quán)利要求所要求保護(hù)的技術(shù)方案。
[0022]本實(shí)用新型的第一實(shí)施方式涉及一種射頻功率放大器，如圖1所示，包含:第一放大電路100、第二放大電路200、第三放大電路300、第一變壓器102、第二變壓器202和第三變壓器302 ;射頻信號依次經(jīng)第一放大電路100、第二放大電路200、第三放大電路300放大后，通過串聯(lián)合成的第三變壓器302的單端輸出端輸出；其中，射頻信號通過第一變壓器102輸入第一放大電路100 ;第二放大電路200的輸出通過第二變壓器202輸入至第三放大電路300。
[0023]具體的說，在實(shí)際應(yīng)用中，射頻信號經(jīng)第一變壓器102輸入第一放大電路100進(jìn)行放大，產(chǎn)生電壓增益，經(jīng)過隔直電容后，直接耦合至第二放大電路200上，第二放大電路200驅(qū)動第三放大電路300，然后第三放大電路300的輸出通過第三變壓器302合成為單端信號并輸出。還需說明的是，第一放大電路100和第二放大電路200間可以設(shè)有隔直電容，隔直電容可以使第一級的輸出節(jié)點(diǎn)和第二級的輸入節(jié)點(diǎn)具有獨(dú)立的偏置電壓，降低本實(shí)施方式中的射頻功率放大器的功耗。更具體的說，第一變壓器102、第二變壓器202和第三變壓器302均為片上變壓器，以保證本實(shí)施方式中的射頻功率放大器中所有元器件均可集成在裸片上而不需要任何片外器件。
[0024]需要說明的是，第一放大電路100為第一放大器101，且第一放大器101為classAB放大器。更具體的說，第一放大器101是差分放大器，也可以是互補(bǔ)CMOS結(jié)構(gòu)。也就是說，射頻信號經(jīng)第一變壓器102輸入第一放大器101進(jìn)行放大,第一放大器101的輸出端作為第一放大電路100的輸出端,其輸出后的信號經(jīng)過隔直電容I禹合至第二放大電路200上。還需說明的是，在實(shí)際應(yīng)用中，第一變壓器102可以采用1:3的變壓器，以便實(shí)現(xiàn)較高的匹配增益。
[0025]值得一提的是，第二放大電路200包含至少2個第二放大器201，具體的說，本實(shí)施方式中為4個第二放大器201 ;各第二放大器201的正負(fù)輸入端分別與第一放大電路100的正負(fù)輸出端相連，各第二放大器201的輸出端分別作為第二放大電路200的輸出端。具體的說，第二放大器201為偽差分放大器，更具體的說，也是class AB放大器。
[0026]還需說明的是，第三放大電路300包含至少2個第三放大器301，具體的說，本實(shí)施方式中為4個第三放大器301 ;第三放大器301與第二放大器201 對應(yīng)；第三放大電路300的各第三放大器301的正負(fù)輸入端分別與第二放大電路200的輸出端通過第二變壓器202相連，各第三放大器301的輸出端分別作為第三放大電路300的輸出端。具體的說，第三放大器301為偽差分放大器，也可以是互補(bǔ)CMOS結(jié)構(gòu)或NMOS結(jié)構(gòu)，更具體的說，也是class AB放大器。
[0027]具體的說，在實(shí)際應(yīng)用中，第三放大器301與第二放大器201間設(shè)置的第二變壓器202為2:1變壓器，也就是利用了變壓器隔直，可以提高元器件間的集成度，節(jié)省芯片的面積，另外，利用第二變壓器202進(jìn)行阻抗變換，使得第二放大電路200的輸出端看到的負(fù)載電容明顯小于第三放大電路300的實(shí)際輸入電容，有利于在較小的直流電流下實(shí)現(xiàn)較大的增益，同時第三放大電路300的電容(也就是第三放大電路中MOS管柵極上寄生的電容)在低頻時不構(gòu)成第二放大電路200的負(fù)載，有利于本實(shí)用新型實(shí)施方式中射頻功率放大器低頻時的穩(wěn)定性。
[0028]還需說明的是，第三放大器301的輸出端連接第三變壓器302，也就是說，本實(shí)施方式中4個第三放大器301分別連接4個第三變壓器302，4個第三變壓器302的次級線圈串聯(lián)，可以串聯(lián)合成各個放大器的輸出，使得本實(shí)施方式中的射頻功率放大器的輸出接500hm負(fù)載即可得到瓦級的輸出功率。
[0029]其中，值得一提的是，第二放大電路200中的放大器數(shù)量與第三放大電路300中放大器的數(shù)量一一對應(yīng)，且與第三變壓器302的數(shù)量同樣一一對應(yīng)，本實(shí)施方式以數(shù)量為4為例。
[0030]本實(shí)施方式相對于現(xiàn)有技術(shù)而言，主要區(qū)別及其效果在于:采用變壓器作為輸入輸出以及級間的匹配和阻抗變換電路，具有較大的工作帶寬。射頻信號經(jīng)變壓器輸入轉(zhuǎn)換成差分信號，經(jīng)第一放大電路100放大，產(chǎn)生電壓增益，第二放大電路200利用第二變壓器202提供足夠大的驅(qū)動電流，用于驅(qū)動第三放大電路300，第二變壓器同時實(shí)現(xiàn)阻抗變換，降低它的直流功耗，提高第二放大電路的效率，也就是提高本實(shí)施方式中射頻功率放大器的效率，然后第三放大電路300輸出后通過串聯(lián)合成的變壓器最終合成為單端信號并輸出，使得增加功率放大芯片的輸出擺幅。另外，本實(shí)施方式利用片上變壓器把功率放大器中最難集成的功率合成電路集成到了片上，把所有元器件都集成在裸片上，而不需要任何片外器件，克服了功率放大器在集成度上的瓶頸。
[0031]本實(shí)用新型的第二實(shí)施方式同樣涉及一種射頻功率放大器，本實(shí)施方式和第一實(shí)施方式大致相同，主要區(qū)別在于:第一實(shí)施方式中第二放大器201、第三放大器301和第三變壓器302的數(shù)量分別為4個，而本實(shí)施方式中，第二放大器201、第三放大器301和第三變壓器302的數(shù)量分別為3個。具體的說，在第一實(shí)施方式中第三放大器301采用差分互補(bǔ)CMOS結(jié)構(gòu)，采用3.4V電源電壓，用4個單元合成，即可實(shí)現(xiàn)超過31dBm的最大輸出功率，滿足3G、4G無線通信的要求；而在本實(shí)施方式中，第三放大器301采用差分NMOS結(jié)構(gòu)，采用3.4V電源電壓，用3個單元合成，即可實(shí)現(xiàn)超過35dBm的最大輸出功率，滿足2G無線通信的要求。另外，使用較少的功率單元，有利于提高了合成效率。
[0032]在實(shí)際應(yīng)用中，第二放大器201、第三放大器301和第三變壓器302的具體數(shù)量可以取決于阻抗變換比。變壓器的數(shù)量可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場景中的阻抗變換比決定，也就是說，根據(jù)所需的輸出的最大功率和采用的電源電壓以及電路結(jié)構(gòu)，可以確定阻抗變換比，而變壓器所實(shí)現(xiàn)的基本阻抗變換比跟變壓器兩線圈的匝數(shù)比的平方成正比。使得本實(shí)施方式中的射頻功率放大器更為精確穩(wěn)定，進(jìn)一步拓展了本實(shí)用新型的應(yīng)用場景。
[0033]本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，上述各實(shí)施方式是實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，而在實(shí)際應(yīng)用中，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對其作各種改變，而不偏離本實(shí)用新型的精神和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種射頻功率放大器，其特征在于，包含:第一放大電路、第二放大電路、第三放大電路、第一變壓器、第二變壓器和第三變壓器；射頻信號依次經(jīng)所述第一放大電路、所述第二放大電路、所述第三放大電路放大后，通過串聯(lián)合成的所述第三變壓器功率合成，并通過其單端輸出端輸出； 其中，所述射頻信號通過所述第一變壓器輸入所述第一放大電路； 所述第二放大電路的輸出通過所述第二變壓器輸入至所述第三放大電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的射頻功率放大器，其特征在于，所述第一放大電路為第一放大器，所述第一放大器為class AB放大器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的射頻功率放大器，其特征在于，所述第一放大器為偽差分放大器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的射頻功率放大器，其特征在于，所述第二放大電路包含至少2個第二放大器；各所述第二放大器的正負(fù)輸入端分別與所述第一放大電路的輸出端相連，各所述第二放大器的輸出端分別作為所述第二放大電路的輸出端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的射頻功率放大器，其特征在于，所述第三放大電路包含至少2個第三放大器；所述第三放大器與所述第二放大器 對應(yīng)； 所述第三放大電路的各所述第三放大器的正負(fù)輸入端分別與所述第二放大電路的輸出端通過所述第二變壓器相連，各所述第三放大器的輸出端分別作為所述第三放大電路的輸出端。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的射頻功率放大器，其特征在于，所述第三放大器為偽差分放大器。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的射頻功率放大器，其特征在于，所述第二放大器為偽差分放大器。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的射頻功率放大器，其特征在于，所述第二放大器的數(shù)量為4個，所述第三放大器的數(shù)量為4個。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任意一項所述的射頻功率放大器，其特征在于，所述第一放大電路和所述第二放大電路間設(shè)有隔直電容。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任意一項所述的射頻功率放大器，其特征在于，所述第一變壓器、所述第二變壓器和所述第三變壓器均為片上變壓器。
【文檔編號】H03F3/20GK204156825SQ201420451678
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年8月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月12日
【發(fā)明者】唐鵬, 馮衛(wèi)鋒, 孫亞楠, 章國豪, 曾斌, 趙鵬, 康春雷, 鄭爽爽, 張頂平, 趙家彥, 鄧義奎, 楊紅祥, 何長亮, 沈薇, 蔡之君, 李義梅, 舒志萍 申請人:豪芯微電子科技（上海）有限公司