射頻功率放大器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種射頻功率放大器，包括：兩級級射頻功率放大管，輸入、級間匹配電路和兩個輸出匹配電路，兩個開關(guān)；包括兩種工作模式：第一種工作模式中，射頻輸入信號經(jīng)過兩級射頻功率放大管放大后輸出射頻輸出信號；第二種工作模式中，射頻輸入信號經(jīng)過單級放大后輸出射頻輸出信號。第二種工作模式的輸出功率區(qū)間小于第一種工作模式的輸出功率區(qū)間，通過第二種工作模式在低輸出功率區(qū)間具有較高的輸出效率來補償?shù)谝环N工作模式在低輸出功率區(qū)間內(nèi)輸出效率的降低，以此提高整個輸出功率范圍內(nèi)的輸出效率。本發(fā)明采用一個射頻功率放大器就能實現(xiàn)在高低輸出功率區(qū)間都具有較高的功率效率，工藝成本低，簡單易實現(xiàn)，還能更省電。
【專利說明】
射頻功率放大器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種半導體集成電路，特別是設(shè)及一種射頻功率放大器。
【背景技術(shù)】
[0002] 射頻功率放大器是射頻前端的主要耗能元件，現(xiàn)有射頻功率放大器工作在一定的 輸出功率范圍，也即只有在該特定的輸出功率范圍內(nèi)效率才比較高，在輸出較小功率時效 率則會大幅度降低。但是在實際應(yīng)用中，射頻功率放大器不僅會工作在具有較高的效率所 對應(yīng)的較高的輸出功率范圍，還會經(jīng)常工作在較小的輸出功率狀態(tài)下。由于現(xiàn)有射頻功率 器件在其輸出功率范圍之外的較小的輸出功率狀態(tài)下具有較低的效率，故現(xiàn)有技術(shù)中為了 滿足同時實現(xiàn)在較低和較高的輸出功率狀態(tài)下都能具有較高的效率，通常需要使用兩種或 多種射頻功率放大器來實現(xiàn)各功率區(qū)間較高的效率，運顯然具有較高的成本。
[0003] 如圖1所示，是現(xiàn)有射頻功率放大器的結(jié)構(gòu)圖；包括:第一級射頻功率放大管101， 第二級射頻功率放大管102,輸入匹配電路103,級間匹配電路104,輸出匹配電路105,射頻 輸入信號RFIN從輸入匹配電路103輸入到第一級射頻功率放大管101，經(jīng)過兩級放大后從輸 出匹配電路105的輸出端輸出射頻輸出信號RF0UT。正如上面所述，圖1所述現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的缺點 是具在高輸出功率區(qū)間具有較高的功率效率，隨著輸出功率的降低輸出效率會減少，所W 無法同時實現(xiàn)在高低輸出功率區(qū)間都具有較高的功率效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種射頻功率放大器，采用一個射頻功率放大 器就能實現(xiàn)在高低輸出功率區(qū)間都具有較高的功率效率，能降低工藝成本。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的射頻功率放大器包括:第一級射頻功率放大 管，第二級射頻功率放大管，輸入匹配電路，級間匹配電路，第一輸出匹配電路和第二輸出 匹配電路。
[0006] 所述輸入匹配電路的輸入端連接射頻輸入信號、輸出端連接所述第一級射頻功率 放大管的輸入端。
[0007] 所述第一級射頻功率放大管的輸出端通過第一開關(guān)和所述級間匹配電路連接到 所述第二級射頻功率放大管的輸入端。
[000引所述第二級射頻功率放大管的輸出端通過所述第一輸出匹配電路連接到射頻功 率放大器的輸出端。
[0009] 所述第一級射頻功率放大管的輸出端通過第二開關(guān)和所述第二輸出匹配電路連 接到所述射頻功率放大器的輸出端。
[0010] 所述射頻功率放大器包括兩種工作模式：
[0011] 第一種工作模式中，所述第一開關(guān)閉合，所述第二開關(guān)斷開，所述射頻輸入信號經(jīng) 過所述第一級射頻功率放大管和所述第二級射頻功率放大管的兩級放大后從所述射頻功 率放大器的輸出端輸出。
[0012] 第二種工作模式中，所述第一開關(guān)斷開，所述第二開關(guān)閉合，所述射頻輸入信號經(jīng) 過所述第一級射頻功率放大管的單級放大后從所述射頻功率放大器的輸出端輸出。
[0013] 所述第二種工作模式的輸出功率區(qū)間小于所述第一種工作模式的輸出功率區(qū)間， 所述第二種工作模式所對應(yīng)的低輸出功率區(qū)間內(nèi)所述第二種工作模式的輸出效率大于所 述第一種工作模式的輸出效率，用W補償所述第一種工作模式在低輸出功率區(qū)間內(nèi)輸出效 率的降低，W此提高所述射頻功率放大器的在整個輸出功率范圍內(nèi)的輸出效率。
[0014] 進一步的改進是，所述射頻功率放大器為集成于同一半導體襯底片上的全集成結(jié) 構(gòu)。
[0015] 進一步的改進是，所述半導體襯底片為娃襯底片。
[0016] 進一步的改進是，所述第一開關(guān)采用MOS晶體管開關(guān)，所述第二開關(guān)采用MOS晶體 管開關(guān)。
[0017]進一步的改進是，所述第一開關(guān)采用醒OS晶體管開關(guān)或PMOS晶體管，所述第二開 關(guān)采用NMOS晶體管開關(guān)或PMOS晶體管。
[0018] 進一步的改進是，在第二種工作模式中，所述第二級射頻功率放大管的工作電源 關(guān)閉。
[0019] 本發(fā)明射頻功率放大器具有兩級射頻功率放大管，且通過切換開關(guān)的控制能夠?qū)?現(xiàn)單級放大的工作模式和兩級放大的工作模式，利用單級和兩級放大的工作模式的輸出效 率較高的輸出功率區(qū)間正好互相錯開的特點，即單級放大的工作模式的輸出效率較高的輸 出功率區(qū)間低于兩級放大的工作模式的輸出效率較高的輸出功率區(qū)間，而運兩個輸出功率 區(qū)間正好將高低輸出功率區(qū)間都覆蓋，所W相對于現(xiàn)有技術(shù)中采用單個射頻功率放大器只 能實現(xiàn)在一個較高的輸出功率區(qū)間具有較高的輸出效率的缺陷，本發(fā)明通過開關(guān)切換能實 現(xiàn)在高低輸出功率區(qū)間都具有較高的輸出效率;而相對于現(xiàn)有技術(shù)中采用多個射頻功率放 大器來實現(xiàn)在高低輸出功率區(qū)間都具有較高的輸出效率，本發(fā)明采用一個射頻功率放大器 就能實現(xiàn)，所W本發(fā)明的成本更低。
[0020] 另外，本發(fā)明射頻功率放大器所采用的元件都能采用片內(nèi)方式實現(xiàn)，運能夠提高 集成度，進一步的降低成本。
[0021] 另外，相對于現(xiàn)有兩級放大的射頻功率放大器，本發(fā)明射頻功率放大器在較低輸 出功率區(qū)間時采用第一級射頻功率放大管就能實現(xiàn)，第二級射頻功率放大器則會不工作， 所W不工作的第二級射頻功率放大器的電源供電能夠關(guān)閉，運時本發(fā)明射頻功率放大器的 功耗會降低，能夠更省電。
【附圖說明】
[0022] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細的說明：
[0023] 圖1是現(xiàn)有射頻功率放大器的結(jié)構(gòu)圖；
[0024] 圖2是本發(fā)明實施例射頻功率放大器的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0025] 如圖2所示，是本發(fā)明實施例射頻功率放大器的結(jié)構(gòu)圖，本發(fā)明實施例射頻功率放 大器包括:第一級射頻功率放大管1，第二級射頻功率放大管2，輸入匹配電路3，級間匹配電 路4,第一輸出匹配電路5和第二輸出匹配電路6。
[0026] 所述輸入匹配電路3的輸入端連接射頻輸入信號RFIN、輸出端連接所述第一級射 頻功率放大管1的輸入端。
[0027] 所述第一級射頻功率放大管1的輸出端通過第一開關(guān)7和所述級間匹配電路4連接 到所述第二級射頻功率放大管2的輸入端。
[0028] 所述第二級射頻功率放大管2的輸出端通過所述第一輸出匹配電路5連接到射頻 功率放大器的輸出端。
[0029] 所述第一級射頻功率放大管1的輸出端通過第二開關(guān)8和所述第二輸出匹配電路6 連接到所述射頻功率放大器的輸出端。
[0030] 所述射頻功率放大器包括兩種工作模式：
[0031] 第一種工作模式中，所述第一開關(guān)7閉合，所述第二開關(guān)8斷開，所述射頻輸入信號 RFIN經(jīng)過所述第一級射頻功率放大管1和所述第二級射頻功率放大管2的兩級放大后從所 述射頻功率放大器的輸出端輸出射頻輸出信號RFOUT。
[0032] 第二種工作模式中，所述第一開關(guān)7斷開，所述第二開關(guān)8閉合，所述射頻輸入信號 RFIN經(jīng)過所述第一級射頻功率放大管1的單級放大后從所述射頻功率放大器的輸出端輸出 射頻輸出信號RFOUT。
[0033] 所述第二種工作模式的輸出功率區(qū)間小于所述第一種工作模式的輸出功率區(qū)間， 所述第二種工作模式所對應(yīng)的低輸出功率區(qū)間內(nèi)所述第二種工作模式的輸出效率大于所 述第一種工作模式的輸出效率，用W補償所述第一種工作模式在低輸出功率區(qū)間內(nèi)輸出效 率的降低，W此提高所述射頻功率放大器的在整個輸出功率范圍內(nèi)的輸出效率。
[0034] 所述射頻功率放大器為集成于同一半導體襯底片上的全集成結(jié)構(gòu)。所述半導體襯 底片為娃襯底片。所W本發(fā)明實施例無需片外匹配元件，能夠大大提高集成度，降低成本。
[0035] 所述第一開關(guān)7采用MOS晶體管開關(guān)如NMOS晶體管開關(guān)或PMOS晶體管，所述第二開 關(guān)8采用MOS晶體管開關(guān)如NMOS晶體管開關(guān)或PMOS晶體管。運些NMOS晶體管開關(guān)或PMOS晶體 管很容易實現(xiàn)，具有簡單實用的特點。
[0036] 在第二種工作模式中，所述第二級射頻功率放大管2的工作電源關(guān)閉。也即在第二 種工作模式中，本發(fā)明實施例不再采用所述第二級射頻功率放大管2,不僅實現(xiàn)了在低輸出 功率區(qū)間提高輸出效率的技術(shù)效果，還能進一步省電。
[0037] 如表一所示，是通過對本發(fā)明實施例的兩種工作模式下輸出功率和對應(yīng)的效率進 行仿真得到的對比表格，兩級模式對應(yīng)于上述的第一種工作模式，單級模式對應(yīng)于上述的 第二種工作模式，Pout表示輸出功率，單位為dBm，PAE表示功率附加效率（Power Added Efficiency),可W看出在低輸出功率范圍內(nèi)，單級模式的PAE更高，如在Pout為15.42地m 時，單級模式的PAE達到了31.5% ;而化Ut為15.05時，兩級模式的PAE才只有15.51，約為單 級模式的一半，所W本發(fā)明實施例通過在低輸出功率時選用第二種工作模式，能夠大大提 高低輸出功率的輸出效率。而在高輸出功率時，則兩級模式具有較高的輸出效率，如在化Ut 為22.16dBm時，PAE達到了35.74%，所W在高輸出功率時本發(fā)明采用第一種工作模式；而 且，仿真發(fā)現(xiàn)，第二種工作模式的IdB壓縮點所對應(yīng)的輸出功率要低于第一種工作模式的， 在輸出大于第二種工作模式的IdB壓縮點所對應(yīng)的輸出功率的高功率時，不好采用第二種 工作模式，只能采用第一種工作模式，但是，當輸出功率范圍大于第二種工作模式所能達到 的范圍時，第一種工作模式的輸出功率效率已經(jīng)足夠達到要求，所W本發(fā)明通過在低輸出 功率區(qū)間采用第二種工作模式，能夠補償所述第一種工作模式在低輸出功率區(qū)間內(nèi)輸出效 率較低的問題，從而能提高所述射頻功率放大器的在整個輸出功率范圍內(nèi)的輸出效率。由 上可知，本發(fā)明實施例很好的利用了單級模式和雙極模式的高輸出效率所對應(yīng)的輸出功率 區(qū)間正好錯開的特點，僅在圖1所示的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加兩個切換開關(guān)和一個輸出匹 配電路就能實現(xiàn)本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)，不僅實現(xiàn)了在高低輸出功率區(qū)間都取得較高的輸出 效率，而且簡單易實現(xiàn)，成本更低，更省電，功耗更小。
[003引 親'~
[0039]
[0040] W上通過具體實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，但運些并非構(gòu)成對本發(fā)明的限 審IJ。在不脫離本發(fā)明原理的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可做出許多變形和改進，運些也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種射頻功率放大器，其特征在于，包括:第一級射頻功率放大管，第二級射頻功率 放大管，輸入匹配電路，級間匹配電路，第一輸出匹配電路和第二輸出匹配電路； 所述輸入匹配電路的輸入端連接射頻輸入信號、輸出端連接所述第一級射頻功率放大 管的輸入端； 所述第一級射頻功率放大管的輸出端通過第一開關(guān)和所述級間匹配電路連接到所述 第二級射頻功率放大管的輸入端； 所述第二級射頻功率放大管的輸出端通過所述第一輸出匹配電路連接到射頻功率放 大器的輸出端； 所述第一級射頻功率放大管的輸出端通過第二開關(guān)和所述第二輸出匹配電路連接到 所述射頻功率放大器的輸出端； 所述射頻功率放大器包括兩種工作模式： 第一種工作模式中，所述第一開關(guān)閉合，所述第二開關(guān)斷開，所述射頻輸入信號經(jīng)過所 述第一級射頻功率放大管和所述第二級射頻功率放大管的兩級放大后從所述射頻功率放 大器的輸出端輸出； 第二種工作模式中，所述第一開關(guān)斷開，所述第二開關(guān)閉合，所述射頻輸入信號經(jīng)過所 述第一級射頻功率放大管的單級放大后從所述射頻功率放大器的輸出端輸出； 所述第二種工作模式的輸出功率區(qū)間小于所述第一種工作模式的輸出功率區(qū)間，所述 第二種工作模式所對應(yīng)的低輸出功率區(qū)間內(nèi)所述第二種工作模式的輸出效率大于所述第 一種工作模式的輸出效率，用以補償所述第一種工作模式在低輸出功率區(qū)間內(nèi)輸出效率的 降低，以此提高所述射頻功率放大器的在整個輸出功率范圍內(nèi)的輸出效率。2. 如權(quán)利要求1所述的射頻功率放大器，其特征在于:所述射頻功率放大器為集成于同 一半導體襯底片上的全集成結(jié)構(gòu)。3. 如權(quán)利要求2所述的射頻功率放大器，其特征在于:所述半導體襯底片為硅襯底片。4. 如權(quán)利要求1所述的射頻功率放大器，其特征在于:所述第一開關(guān)采用MOS晶體管開 關(guān)，所述第二開關(guān)采用MOS晶體管開關(guān)。5. 如權(quán)利要求4所述的射頻功率放大器，其特征在于:所述第一開關(guān)采用NMOS晶體管開 關(guān)或PMOS晶體管，所述第二開關(guān)采用NMOS晶體管開關(guān)或PMOS晶體管。6. 如權(quán)利要求1所述的射頻功率放大器，其特征在于:在第二種工作模式中，所述第二 級射頻功率放大管的工作電源關(guān)閉。
【文檔編號】H03F3/195GK105978492SQ201610269856
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年4月27日
【發(fā)明人】劉國軍
【申請人】上海華虹宏力半導體制造有限公司