專利名稱：多頻帶功率放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
多頻帶功率放大器
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及IC設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其是涉及一種多頻帶功率放大器。背景技術(shù)：
目前無線移動通信系統(tǒng)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。無線移動通信系統(tǒng)從二十世紀(jì)80 年代早期的IG模擬系統(tǒng)發(fā)展到二十世紀(jì)90年代的2G數(shù)字系統(tǒng)，再發(fā)展到現(xiàn)在的3G系統(tǒng)， 將來可能發(fā)展到4G和5G系統(tǒng)。無線通信網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)是給世界各地用戶提供無縫寬帶連接。無線移動通信可以多個頻帶上進(jìn)行，比如，2G GSM(Global System of Mobile communication)標(biāo)準(zhǔn)支持 900MHz (GSM900)、1800MHz (GSM1800)及 1900MHz (GSM-1900)等幾個頻帶，WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access)標(biāo)準(zhǔn)多達(dá) 8 個頻帶。不同的頻帶將會顯著影響到硬件的設(shè)計(jì)，尤其是功率放大器的設(shè)計(jì)。通常來說，功率放大器是窄帶裝置，需要為每個頻帶設(shè)計(jì)一個獨(dú)立的功率放大器。 目前多模式/多頻帶蜂窩電話都包括有多個功率放大器以支持多個頻帶。圖1示出了傳統(tǒng)多模式/多頻帶功率放大器100的示例方框圖，其可以支持η個頻帶，分別為n、f2和fn。 所述功率放大器100包括有為頻帶fl設(shè)計(jì)的輸入阻抗匹配電路1、功率放大單元1和輸出阻抗匹配單元1、為頻帶f2設(shè)計(jì)的輸入阻抗匹配電路2、功率放大單元2和輸出阻抗匹配單元2、為頻帶fn設(shè)計(jì)的輸入阻抗匹配電路η、功率放大單元η和輸出阻抗匹配單元η，其中η 大于等于2?？梢?，現(xiàn)有多模式/多頻帶功率放大器10為每個頻帶設(shè)計(jì)了單獨(dú)的功率放大單元和單獨(dú)的輸入/輸出阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)。然而，這種設(shè)計(jì)會增加芯片面積和成本。此外，通常為了保證功率放大器的輸出不對其它頻段進(jìn)行干擾，一般需要對其支持的頻帶信號的諧波進(jìn)行抑制，在有些應(yīng)用中一個頻帶信號的諧波信號可能恰好位于另一個頻帶上，比如GSM900MHZ頻帶信號的二次諧波恰好位于GSM1800MHz頻帶上。這樣，為抑制一個頻帶的信號的諧波而設(shè)計(jì)的電路會抑制正好位于其諧波上的另一個頻帶的正常信號。 因此，目前還未開發(fā)出可以支持多個頻帶并且可以共享功率放大單元的高效率的功率放大
ο因此，希望提出一種改進(jìn)的方案來克服上述問題。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所解決的技術(shù)問題之一在于提供一種多頻帶功率放大器，其可以多個頻帶的信號共享功率放大單元。為了解決上述問題，根據(jù)本實(shí)用新型的一個方面，本實(shí)用新型提供了一種多頻帶功率放大器，其包括對多個頻帶的信號進(jìn)行放大的功率放大單元和諧波抑制電路。在所述功率放大單元放大一個頻帶的信號時使所述諧波抑制電路連接于所述功率放大單元的輸出路徑中，所述諧波抑制電路抑制放大后的該一個頻帶的信號的諧波，在所述功率放大單元放大另一個頻帶的信號時使所述諧波抑制電路不連接于所述功率放大單元的輸出路徑中。[0009]進(jìn)一步的，該一個頻帶的信號的諧波部分或全部位于該另一頻帶內(nèi)。進(jìn)一步的，通過一開關(guān)控制是否使所述諧波抑制電路連接于所述功率放大單元的輸出路徑上。更進(jìn)一步的，所述諧波抑制電路包括串聯(lián)的電容和電感。再進(jìn)一步的，所述電容、所述電感和所述開關(guān)串聯(lián)在所述功率放大單元的輸出端和地之間。進(jìn)一步的，所述多頻帶功率放大器還包括有輸出匹配電路，所述輸出匹配電路包括一級輸出匹配單元，用于對功率放大后的多個頻帶的信號進(jìn)行初級輸出阻抗匹配；多路分離器，用于將一級輸出匹配單元輸出的各個頻帶的信號分離為多路輸出，其中每一路對應(yīng)一個或多個頻帶的信號；分別設(shè)置于所述多路分離器的每路輸出后的多個二級輸出匹配單元，每個二級輸出匹配單元對對應(yīng)頻帶的信號進(jìn)行次級輸出阻抗匹配以為對應(yīng)頻帶的信號匹配得到合適的輸出阻抗。更進(jìn)一步的，所述諧波抑制電路連接于所述功率放大單元的輸出端和多路分離器之間。更進(jìn)一步的，如果所述多路分離器的一路輸出對應(yīng)多個頻帶的信號，那么在該路輸出上的二級輸出匹配單元后還包括有二級多路分離器，用于將對應(yīng)的二級輸出匹配單元輸出的各個頻帶的信號分離為多路輸出，其中每一路對應(yīng)一個或多個頻帶的信號；和分別設(shè)置于所述二級多路分離器的每路輸出后的多個三級輸出匹配單元，每個三級輸出匹配單元對對應(yīng)頻帶的信號進(jìn)行三級輸出阻抗匹配以為對應(yīng)頻帶的信號匹配得到合適的輸出阻抗。更進(jìn)一步的，所述一級輸出匹配單元包括第一電感和第一電容，第一電感的一端接收功率放大后的多個頻帶的信號，另一端與所述多路分離器的輸入端連接，第一電感與所述多路分離器連接的一端與地之間串聯(lián)有第一電容。進(jìn)一步的，所述多頻帶功率放大器還包括有依次連接的多個初級輸入匹配單元、 多路復(fù)用器和次級輸入匹配單元，每個初級輸入匹配單元對對應(yīng)頻帶的輸入信號進(jìn)行初級輸入阻抗匹配，所述多路復(fù)用器從所述多個頻帶的輸入信號中選擇一個頻帶通過并阻止選定頻帶外的其他信號通過；所述次級輸入匹配單元對每個頻帶的信號進(jìn)行次級輸入阻抗匹配。進(jìn)一步的，所述功率放大單元包括依次連接的多個功率放大模塊，至少有一個功率放大模塊與一級間阻抗匹配單元相連，所述級間阻抗匹配單元包括串聯(lián)的第十一電容和第十一電感、與串聯(lián)的第十一電容和第十一電感并聯(lián)的第十二電感。更進(jìn)一步的，除了末級功率放大模塊外，其余功率放大模塊均與一級間阻抗匹配單元相連，所述級間阻抗匹配單元還包括有連接在第十二電感和第十一電容的中間節(jié)點(diǎn)和地之間的第十二電容，其中第十二電感和第十一電容的中間節(jié)點(diǎn)作為電源輸入端連接電源，第十二電感和第十一電感的中間節(jié)點(diǎn)連接對應(yīng)功率放大模塊。與現(xiàn)有技術(shù)相比，在本實(shí)用新型中一個功率放大單元可以放大多個頻帶的信號， 在所述功率放大單元放大一個頻帶的信號時使所述諧波抑制電路連接于所述功率放大單元的輸出路徑中，所述諧波抑制電路抑制放大后的該一個頻帶的信號的諧波，在所述功率放大單元放大另一個頻帶的信號時使所述諧波抑制電路不連接于所述功率放大單元的輸出路徑中，所述諧波抑制電路不影響放大后的該另一個頻帶的正常信號。此外，在所述諧波抑制電路的位置靠近功率放大單元的輸出端時，其還可以起到提高功率放大器輸出功率和效率的作用，通常諧波抑制位置離功率放大器單元的輸出端越遠(yuǎn)，其功率和效率強(qiáng)化作用越不明顯。關(guān)于本實(shí)用新型的其他目的，特征以及優(yōu)點(diǎn)，下面將結(jié)合附圖在具體實(shí)施方式
中詳細(xì)描述。

結(jié)合參考附圖及接下來的詳細(xì)描述，本實(shí)用新型將更容易理解，其中同樣的附圖標(biāo)記對應(yīng)同樣的結(jié)構(gòu)部件，其中圖1示出了傳統(tǒng)多頻帶功率放大器的方框示意圖；圖2示出了本實(shí)用新型中的多頻帶功率放大器的第一實(shí)施例的方框示意圖；圖3示出了本實(shí)用新型中的多頻帶功率放大器的第二實(shí)施例的方框示意圖；圖4示出了本實(shí)用新型中的多頻帶功率放大器的第三實(shí)施例的方框示意圖；圖5示出了本實(shí)用新型中的多頻帶功率放大器的第四實(shí)施例的方框示意圖；圖6示出了圖5中的諧波抑制電路的一個示例的電路示意圖；圖7示出了圖2-5中的初級輸出匹配單元的一個示例的電路示意圖；圖8A-8E分別示出了圖2_5中的多路分離器的一個示例；圖9示出了本實(shí)用新型中的多級功率放大單元的級間阻抗匹配示例的示意圖。
具體實(shí)施方式為使本實(shí)用新型的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。本實(shí)用新型的詳細(xì)描述主要通過程序、步驟、邏輯塊、過程或其他象征性的描述來呈現(xiàn)，其直接或間接地模擬本實(shí)用新型中的技術(shù)方案的運(yùn)作。所屬領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員使用此處的這些描述和陳述向所屬領(lǐng)域內(nèi)的其他技術(shù)人員有效的介紹他們的工作本質(zhì)。此處所稱的“一個實(shí)施例”或“實(shí)施例”是指與所述實(shí)施例相關(guān)的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性至少可包含于本實(shí)用新型至少一個實(shí)現(xiàn)方式中。在本說明書中不同地方出現(xiàn)的“在一個實(shí)施例中”并非必須都指同一個實(shí)施例，也不必須是與其他實(shí)施例互相排斥的單獨(dú)或選擇實(shí)施例。此外，表示一個或多個實(shí)施例的方法、流程圖或功能框圖中的模塊順序并非固定的指代任何特定順序，也不構(gòu)成對本實(shí)用新型的限制。本文中的“多個”或“多”可以表示兩個或兩個以上。圖2示出了本實(shí)用新型中的多頻帶功率放大器的第一實(shí)施例200的方框示意圖。 所述多頻帶功率放大器200可以支持多個頻帶(frequency bands)，其具有η個輸入端，分別標(biāo)記為201和202，它們分別接收頻率fl和頻率fn的輸入射頻(Radio Frequency)信號， 所述輸入射頻信號通常來自有收發(fā)機(jī)(transceiver)。所述多頻帶功率放大器200還具有 η個輸出端，分別標(biāo)記為203和204，它們分別輸出頻率f 1和頻率fn的放大射頻信號，輸出的放大射頻信號可以由天線無線發(fā)射出去。例如，頻率fl為800Mhz，頻率fn為1900Mhz， η大于等于2。需要明確的是，上述頻率都可以表示一個頻帶，頻率和頻帶兩個詞有時在互用。所述功率放大器200包括依次連接的η至1的輸入匹配網(wǎng)絡(luò)220、功率放大單元(或稱之為功率放大主體)230和1至η的輸出匹配網(wǎng)絡(luò)Μ0。所述功率放大單元230可以放大每個頻率的射頻信號。所述η至1的輸入匹配網(wǎng)絡(luò)220為每個頻率提供合適匹配的輸入阻抗，其包括多路復(fù)用器(Multiplexer) 221、次級輸入匹配單元或網(wǎng)絡(luò)222、n個初級輸入匹配單元223和 224。η個頻帶的輸入信號分別輸入至對應(yīng)的初級輸入匹配單元，每個初級輸入匹配單元用于為每個頻帶的輸入信號提供初級輸入阻抗匹配。所述多路復(fù)用器221可以從η個頻帶的輸入信號中選擇一個頻帶通過并阻止選定頻帶外的其他信號通過，比如多路復(fù)用器221選擇頻率Π的輸入信號通過，那么所述多路復(fù)用器221將會阻止頻率Π外的輸入信號通過。 所述次級輸入匹配單元222用于對每個頻帶的信號進(jìn)行次級輸入阻抗匹配。所述次級輸入匹配單元222、對應(yīng)的初級輸入匹配單元223和224與功率放大單元230和多路復(fù)用器221 —起為所述功率放大器200的每個頻帶提供合適匹配的輸入阻抗。在此實(shí)施例中，可以為每個頻帶設(shè)計(jì)獨(dú)立的初級輸入匹配單元，這樣可以為每個頻帶提供更為精確匹配的輸入阻抗。由于射頻信號輸入端功率較小，在一個特殊的應(yīng)用中，也可以不為每個頻帶設(shè)計(jì)不同的初級輸入匹配單元，即可以省略初級輸入匹配單元，而僅保留多路復(fù)用器221和其后的次級輸入匹配單元222，此時所述次級輸入匹配單元222可以被稱為輸入匹配單元 222，這樣同樣可以滿足一些應(yīng)用的不同頻帶的輸入阻抗的匹配要求。[0040]所述1至η的輸出匹配網(wǎng)絡(luò)240為每個頻率提供合適匹配的輸出阻抗，其包括初級輸出匹配單元241、多路分離器(Demultiplexer) 242,η個次級輸出匹配單元243和Μ4。 所述初級輸出匹配單元241先將所述功率放大器200的輸出阻抗提升至一個中間阻抗值， 從而可以較為容易的在后續(xù)電路中進(jìn)行阻抗匹配得到一個更高的預(yù)定阻抗值，這不僅使得后續(xù)匹配更容易設(shè)計(jì)，還可以使得相鄰的多路分離器242更容易設(shè)計(jì)。所述多路分離器242可以允許各個頻帶的信號傳輸至對應(yīng)的次級輸出匹配單元， 并阻止或防止各個頻帶的信號傳輸至其它次級輸出匹配單元。換句話說，所述多路分離器 242可以將一條輸出路徑分離為η條輸出路徑，并將相應(yīng)頻帶的信號傳輸至相應(yīng)的輸出路徑上。比如，多路分離器242可以將頻率fl的信號輸送至次級輸出匹配單元M3，而阻止頻率fl的信號進(jìn)入其它次級輸出匹配單元，再比如多路分離器242可以將頻率fn的信號輸送至次級輸出匹配單元對4，而阻止頻率fn的信號進(jìn)入其它次級輸出匹配單元。每個次級輸出匹配單元設(shè)置于所述多路分離器242分離出的一條輸出路徑上，其對應(yīng)一個頻帶，比如所述次級輸出匹配單元243對應(yīng)輸出頻率fl的射頻信號，所述次級輸出匹配單元244對應(yīng)輸出頻率fn的射頻信號。所述次級輸出匹配單元用來完成對應(yīng)頻帶的最終輸出阻抗匹配和諧波濾除。由于初級輸出匹配單元已經(jīng)將所述輸出阻抗提升至一個中間值，因此次級輸出匹配單元則更容易將該輸出路徑的輸出阻抗匹配至一個更高的預(yù)定阻抗值。頻率Π的射頻信號經(jīng)由輸入端201輸入所述功率放大器200，所述信號經(jīng)過多路復(fù)用器221和輸入匹配單元222后，由功率放大單元230進(jìn)行功率放大，之后所述信號經(jīng)由初級輸出匹配單元241至多路分離器Μ2，所述多路分離器242將頻率Π的信號輸送至次級輸出匹配單元對3，而阻止頻率f 1的信號進(jìn)入其它次級輸出匹配單元M4，之后所述信號經(jīng)由次級輸出匹配單元243后至輸出端203。所述初級輸出匹配單元241和所述次級輸出
7匹配單元243與功率放大單元230和多路分離器242 —起為所述功率放大器200的頻帶f 1 提供合適匹配的輸出阻抗。頻率fn的射頻信號經(jīng)由輸入端202輸入所述功率放大器200，所述信號經(jīng)過多路復(fù)用器221和輸入匹配單元222后，由功率放大單元230進(jìn)行功率放大，之后所述信號經(jīng)由初級輸出匹配單元241至多路分離器M2，所述多路分離器242將頻率fn的信號輸送至次級輸出匹配單元對4，而阻止頻率fn的信號進(jìn)入其它次級輸出匹配單元，之后所述信號經(jīng)由次級輸出匹配單元244后至輸出端204。所述初級輸出匹配單元241和所述次級輸出匹配單元244與功率放大單元230和多路分離器242 —起為所述功率放大器200的頻帶fn 提供合適匹配的輸出阻抗。圖3示出了本實(shí)用新型中的多頻帶功率放大器的第二實(shí)施例300的方框示意圖。 所述多頻帶功率放大器300與圖2中的多頻帶功率放大器200的功能及結(jié)構(gòu)基本相同，其也包括依次連接的輸入匹配網(wǎng)絡(luò)320、功率放大單元(或稱之為功率放大主體)330和1至 η的輸出匹配網(wǎng)絡(luò)340。所述1至η的輸出匹配網(wǎng)絡(luò)340為每個頻率提供合適匹配的輸出阻抗，其包括初級輸出匹配單元；341、多路分離器342、η個次級輸出匹配單元342和344、η 個對應(yīng)的輸出端302和303。所述多頻帶功率放大器300與圖2中的多頻帶功率放大器200 的不同之處在于所述輸入匹配網(wǎng)絡(luò)320置具有一個輸入端301和輸入匹配單元304，而不具圖2中的多路復(fù)用器。在此實(shí)施例中，頻率fl至頻率fn的輸入射頻信號依次經(jīng)由輸入端301串行輸入，此時需要收發(fā)機(jī)僅通過一個信號輸出端來輸出各種頻率的信號。在本實(shí)用新型中，由于采用了 1至η的輸出匹配網(wǎng)絡(luò)，從而可以使得多個頻帶的信號共用同一個功率放大單元，同時也可以為每個頻帶得到匹配的輸出阻抗，這種設(shè)減小了芯片面積和降低了成本。此外，所述1至η的輸出匹配網(wǎng)絡(luò)采用兩級輸出匹配的方式，初級輸出匹配單元先將所述輸出阻抗提升至一個中間阻抗值，從而可以使得次級輸出匹配單元更容易設(shè)計(jì)，還可以使得相鄰的多路分離器更容易設(shè)計(jì)。圖4示出了本實(shí)用新型中的多頻帶功率放大器的第三實(shí)施例400的方框示意圖， 其中并未示出所述多頻帶功率放大器400的輸入匹配單元。所述多頻帶功率放大器400的功能及結(jié)構(gòu)與圖2中的多頻帶功率放大器200基本相同，其也包括依次連接的功率放大單元(或稱之為功率放大主體)430和1至η的輸出匹配網(wǎng)絡(luò)440。所述功率放大單元430具有一個輸入端401，從頻帶Π到頻帶fn的射頻信號從輸入端401輸入到所述功率放大單元 430內(nèi)。所述多頻帶功率放大器400與圖2中的多頻帶功率放大器200的不同之處在于1 到η的輸出匹配網(wǎng)絡(luò)440的結(jié)構(gòu)有所不同。所述1至η的輸出匹配網(wǎng)絡(luò)440為每個頻率提供合適匹配的輸出阻抗，其包括初級輸出匹配單元441、初級多路分離器442、次級輸出匹配網(wǎng)絡(luò)443和444。圖4中的輸出匹配網(wǎng)絡(luò)440和圖2中的輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的實(shí)質(zhì)不同在于所述初級多路分離器442可以將一條輸出路徑分離為多條輸出路徑，其中有一條或多條輸出路徑上對應(yīng)多個頻帶，而不是所有的輸出路徑上都對應(yīng)一個頻帶。所述輸出匹配網(wǎng)絡(luò)440還包括 在對應(yīng)多個頻帶的次級輸出匹配單元443后設(shè)置的次級分離器445、m個末級輸出匹配單元 446和447。所述次級多路分離器445將對應(yīng)的次級輸出匹配單元443輸出的多個頻帶的信號分離為多路輸出，其中每一路對應(yīng)一個頻帶。所述次級多路分離器445的實(shí)現(xiàn)方式可以參考圖7A至圖7E或本文描述的其他實(shí)現(xiàn)多路分離器的方式。[0049]m個末級輸出匹配單元446和447分別設(shè)置于所述次級多路分離器445的對應(yīng)路輸出后，用于對對應(yīng)頻帶的信號進(jìn)行再次輸出阻抗匹配以為對應(yīng)頻帶的信號匹配得到預(yù)定輸出阻抗。與所述初級輸出匹配單元441類似，所述次級輸出匹配單元443繼續(xù)將所述功率放大器200的輸出阻抗提升至一個更高中間阻抗值，并最終由末級輸出匹配單元將所述輸出阻抗匹配至預(yù)定阻抗值。不同的是，所述次級輸出匹配單元444則直接完成對應(yīng)頻帶的最終輸出阻抗匹配，將所述輸出阻抗匹配至預(yù)定阻抗值。需要知道的是，在其他實(shí)施例中，所述次級多路分離器445分離出的一條輸出路徑也可以對應(yīng)多個頻帶，那么也可以在這個輸出路徑上設(shè)計(jì)一個次次級多路分離器?？傊?， 只要有一個輸出路徑上有多個頻帶，那么就可以在這個頻帶上設(shè)置多路分離器，之后在分離出的路徑上進(jìn)行輸出阻抗匹配。如背景中所述，通常為了保證功率放大器的輸出不對其它頻段進(jìn)行干擾，一般需要對其支持的頻帶信號的諧波進(jìn)行抑制，在有些應(yīng)用中一個頻帶信號的諧波信號可能恰好位于另一個頻帶上，比如GSM900MHZ頻帶信號的二次諧波恰好位于GSM1800MHz頻帶上。這樣，為抑制一個頻帶的信號的諧波而設(shè)計(jì)的電路會抑制正好位于其諧波上的另一個頻帶的正常信號。為了解決這個問題，圖5示出了本實(shí)用新型中的多頻帶功率放大器的第四實(shí)施例500的方框示意圖。所述功率放大器500包括功率放大單元(或稱之為功率放大主體)530和1至η 的輸出匹配網(wǎng)絡(luò)Μ0，其中并未示出輸入匹配網(wǎng)絡(luò)和全部的輸出匹配網(wǎng)絡(luò)，它們可以采用與圖2至圖4中示出的相同的匹配網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。所述多頻帶功率放大器500與圖2中的多頻帶功率放大器200的不同之處在于所述多頻功率放大器500包括通過一個開關(guān)SW連接在功率放大單元530輸出端的諧波抑制電路550。在所述功率放大單元530放大一個頻帶的信號(比如fl，fl為頻帶900MHz)時， 控制所述開關(guān)SW導(dǎo)通使得諧波抑制電路550連接于所述功率放大單元330的輸出端，這樣所述諧波抑制電路550可以對該頻帶的信號的諧波信號(比如二次諧波、三次諧波或其他更高次的諧波)進(jìn)行抑制，從而改善所述功率放大器500在這個頻帶的諧波輸出。在所述功率放大單元530放大另一個頻帶的信號(比如f2，f2為頻帶1800MHz，頻帶fl的二次諧波的部分或全部恰好位于該頻帶內(nèi))時，控制所述開關(guān)SW截至使得諧波抑制電路550不連接于所述功率放大單元530的輸出端，這樣所述諧波抑制電路550并不會對該另一頻帶的正常信號產(chǎn)生任何影響。此外，在所述諧波抑制電路的位置靠近功率放大單元的輸出端時，該諧振抑制電路不僅可以抑制諧波，同時該諧振抑制電路還實(shí)現(xiàn)了類似F類(class F)功率放大器的作用，即通過改變諧波阻抗來改善功率放大器的輸出功率和效率，通常諧波抑制電路的位置離功率放大器單元的輸出端越遠(yuǎn)，其功率和效率強(qiáng)化作用越不明顯。在圖5示出的實(shí)施例中，所述諧波抑制電路550的位置正好位于所述功率放大單元的輸出端，這樣最大的改善了功率放大器的輸出功率和效率。為了使得諧波抑制電路滿足類似F類功率放大器的要求，可以將所述諧波抑制電路設(shè)置于所述功率放大單元的輸出端及多路分離器之間，然而這一段所述功率放大單元的輸出路徑是多個頻帶的共用路徑。假如一個頻帶信號Π的諧波信號恰好部分或全部位于另一個頻帶f2上，這樣為頻帶信號Π設(shè)計(jì)的諧波抑制電路會干擾另一頻帶f2的正常信號，在采用了圖5示出的實(shí)施例后，可以很好的解決上述問題。很顯然，假如頻帶fl的三次諧波或更高次諧波的部分或全部位于頻帶f2或其它頻帶內(nèi)，同樣可以采用上述開關(guān)式諧波抑制電路的方式來實(shí)現(xiàn)在抑制頻帶Π的諧波信號的同時不影響頻帶fl的諧波信號所處頻帶的正常信號，進(jìn)而可以改善了功率放大器的輸出濾波、功率和效率。在另一個實(shí)施例中，所述開關(guān)SW也可以位于所述諧波抑制電路550和地之間，此時所述諧波抑制電路陽0的一端直接連接所述功率放大單元530的輸出端，這樣所述開關(guān) Sff同樣可以實(shí)現(xiàn)將所述諧波抑制電路550連接于或不連接所述功率放大器530的輸出端。在一個實(shí)施例中，圖6示出了本實(shí)用新型中的諧波抑制電路在一個實(shí)施例中的電路示意圖，所述諧波抑制電路包括串聯(lián)的電感Lr和電容Cr，電容Cr的一端接地，電感Lr的一端通過所述開關(guān)SW連接至所述功率放大單元530的輸出端。還以頻帶fl的諧波信號的部分或全部位于頻帶f2內(nèi)為例，在開關(guān)SW導(dǎo)通時，電感Lr和電容Cr可以在頻帶fl的諧波處共振以吸收頻帶f 1的諧波信號，而在開關(guān)SW截至?xí)r，電感Lr和電容Cr則不可以在頻帶fl的諧波信號(f2)處共振。在其他實(shí)施例中，所述開關(guān)SW、所述電感Lr和電容Cr的串聯(lián)順序是可以任意調(diào)整的，比如所述電感Lr、所述開關(guān)SW和電容Cr依次串聯(lián)在功率放大單元530的輸出端和地之間，在比如電容Cr、所述開關(guān)SW和所述電感Lr依次串聯(lián)在功率放大單元530的輸出端和地之間。所述開關(guān)SW可以為微機(jī)電系統(tǒng)式開關(guān)MEMS，也可以是晶體管組合式開關(guān)，還可以是其他形式的開關(guān)。此外，所述諧波抑制電路還可以采用所屬領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所知道的其他形式。 在其他實(shí)施例中，所述諧波抑制電路可以連接于功率放大單元530的輸出端和多路分離器之間，比如初級輸出匹配單元內(nèi)。在一個實(shí)施例中，所述諧波抑制電路也可以被視作輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的一部分或者被視為所述初級輸出匹配單元的一部分。通過采用控制開關(guān)選擇性的將所述諧波抑制電路連接于或不連接于所述功率放大單元的輸出路徑上，從而可以實(shí)現(xiàn)在抑制一個頻帶的諧波信號的同時不影響位于該一個頻帶的諧波信號處的另一頻帶的正常信號，從而可以改善了功率放大器的輸出濾波、輸出功率和效率。圖7示出了圖2-5中的初級輸出匹配單元的一個示例的電路示意圖。所述初級輸出匹配單元包括電感Ll和電容Cl。所述電感Ll的一端與功率放大單元的輸出端連接，另一端與多路分離器的輸入端連接。電感Ll與多路分離器連接的一端與地之間串聯(lián)有所述電容Cl。當(dāng)然，所述初級輸出匹配單元還可以采用其它不同的結(jié)構(gòu)，其核心思想在于將功率放大器的輸出阻抗提升至一個中級水平。圖8A示出了圖2-5中的多路分離器的一個示例800A的電路示意圖。所述多路分離器800A為1至3的分離器，其包括一個輸入端801A、三個輸出端802A、803A和804A、低通濾波單元810A、帶通濾波單元820A和高通濾波單元830A。低通濾波單元810A、帶通濾波單元820A和高通濾波單元830A共用所述輸入端801A，并分別對應(yīng)三個輸出端802A、803A 和804A。所述輸入端801A連接所述初級輸出匹配單元的輸出端，所述輸出端802A、803A和 804A分別連接對應(yīng)次級輸出匹配單元。這樣，所述多路分離器800A可以將三個頻帶的信號傳輸至對應(yīng)的次級輸出匹配單元并阻止三個頻帶的信號傳輸至其它次級輸出匹配單元。當(dāng)然，所述多路分離器還可以采用多個通濾波器和/或多個阻濾波器(比如帶阻濾波器，其僅阻止某一頻帶的信號)來實(shí)現(xiàn)1至η路的分離器。此外，所述多路分離器還可以采用其它不同的結(jié)構(gòu)，比如可以采用多個開關(guān)器件組合的方式將輸入信號選擇至對應(yīng)的輸出端。在一個實(shí)施例中，采用η個開關(guān)，所述η個開關(guān)的一端連接在一起作為多路分離器的輸入端，所述η個開關(guān)的另一端作為多路分離器的多個輸出端。在需要選通某一個頻帶時，將對應(yīng)的開關(guān)導(dǎo)通，將其他的開關(guān)截止，這樣就可以將一路輸入分離成多路輸出。所述開關(guān)可以為微機(jī)電系統(tǒng)式開關(guān) (Micro-Electro-Mechanical Systems, MEMS)。本實(shí)用新型中的多頻帶功率放大器在實(shí)現(xiàn)時為位于一塊芯片內(nèi)，這就需要所述開關(guān)的體積非常小，通?，F(xiàn)有技術(shù)中的功率放大器的芯片內(nèi)的開關(guān)是由晶體管來實(shí)現(xiàn)的，但是以這種方式實(shí)現(xiàn)的開關(guān)的阻抗一般會非常高或占用的芯片面積比較大，因此如果用晶體管的方式來實(shí)現(xiàn)所述多路分離器中的開關(guān)在具體應(yīng)用中是比較難以實(shí)現(xiàn)的或?qū)崿F(xiàn)成本很高。然而，由于微機(jī)電系統(tǒng)式開關(guān)非常小，因此其能夠集成至功率放大器的芯片中。同時，由于其實(shí)質(zhì)上是機(jī)械式的開關(guān)，因此其阻抗非常小，容易在具體應(yīng)用中保證所述功率放大器能夠正常工作。圖8B示出了圖2-5中的多路分離器的另一個示例800B的電路示意圖。所述多路分離器800B為1至2的分離器，其包括一個輸入端801B、兩個輸出端802B和80!3Β、第一濾波單元810Β和第二濾波單元820Β。第一濾波單元810Β和第二濾波單元820Β共用所述輸入端801Β，分別對應(yīng)兩個輸出端802Β和80;3Β。所述輸入端801Β連接所述初級輸出匹配單元的輸出端，所述輸出端802Β和80 分別連接對應(yīng)次級輸出匹配單元。第一濾波單元810B 包括并聯(lián)的電感L2和電容C2，所述第二濾波單元820B包括并聯(lián)的電感L3和電容C3。所述第一濾波單元810B的并聯(lián)的電容和電感可以在頻率f2處共振以阻止頻率f2，同時其可以使頻率Π的信號通過。所述第二濾波單元820B的并聯(lián)的電容和電感可以在頻率fl處共振以阻止頻率fl，同時其可以使頻率f2的信號通過。圖8C示出了圖2-5中的多路分離器的再一個示例800C的電路示意圖。所述多路分離器800C為1至η的分離器，其包括一個輸入端801C、η個輸出端802C、803C和804C、 第一開關(guān)810C、第二開關(guān)820C和帶通濾波單元830C。第一開關(guān)810C、第二開關(guān)820C和帶通濾波單元830C共用所述輸入端801C，并分別對應(yīng)η個輸出端802C、803C和804C。所述輸入端801C連接所述初級輸出匹配單元的輸出端，所述輸出端802C、803C和804C分別連接對應(yīng)次級輸出匹配單元。在此例中，采用濾波單元和開關(guān)混合組成多路分離器的方式。圖8D示出了圖2-5中的多路分離器的另外一個示例800D的電路示意圖。所述多路分離器800D為1至2的分離器，其包括一個輸入端801D、兩個輸出端802D和803D、第一濾波單元810D和第二濾波單元820D。第一濾波單元810D和第二濾波單元820D共用所述輸入端801D，分別對應(yīng)兩個輸出端802D和803D。所述輸入端801D連接所述初級輸出匹配單元的輸出端，所述輸出端802D和803D分別連接對應(yīng)次級輸出匹配單元。第一濾波單元 810D包括并聯(lián)的電感L4和電容C4，所述第二濾波單元820D包括串聯(lián)在輸出端803D和地之間的電感L5和電容C5和串聯(lián)在輸入端80ID和輸出端803D的電容C6。所述第一濾波單元810D中的并聯(lián)的電容和電感可以在頻率f2處共振以阻止頻率f2的信號，同時可以使頻率fl的信號通過。所述第二濾波單元820D串聯(lián)的電容C5和電感L5可以在頻率fl處共振以吸收頻率fl的信號，從而可以使頻率f2的信號通過。圖8E示出了圖2-5中的多路分離器的另外一個示例800E的電路示意圖。所述多路分離器800E為1至2的分離器，其包括一個輸入端801E、兩個輸出端802E和803E、第一濾波單元810E和第二濾波單元820E。第一濾波單元810E和第二濾波單元820E共用所述輸入端801E，分別對應(yīng)兩個輸出端802E和803E。所述輸入端801E連接所述初級輸出匹配單元的輸出端，所述輸出端802E和803E分別連接對應(yīng)次級輸出匹配單元。第一濾波單元 8IOE包括依次串聯(lián)在輸出端802E和地之間的電感L7和電容C7和串連在輸入端80IE和輸出端802E之間的電感L8，電容C7的一端接地。第二濾波單元820E包括依次串聯(lián)在輸出端 803E和地之間的電感L9和電容C9和串連在輸入端80IE和輸出端803E之間的電容ClO， 電容C9的一端接地。所述第一濾波單元810E中的串聯(lián)的電容C7和電感L7可以在頻率f2 處共振以吸收頻率f2的信號，同時可以使頻率f 1的信號通過。所述第二濾波單元820E串聯(lián)的電容C9和電感L9可以在頻率fl處共振以吸收頻率fl的信號，從而可以使頻率f2的信號通過。其中，電容ClO也可以根據(jù)需要換成電感，電感L8也可以根據(jù)需要換成電容。本實(shí)用新型中功率放大器可以為單級放大的功率放大器，同樣可以為多級放大的功率放大器。從某種意義上講，圖2-5中的功率放大單元可以為多級串聯(lián)的功率放大單元的組合。在多級放大的功率放大器中需要考慮多個功率放大單元之間的級間阻抗匹配，這些都可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的級間阻抗匹配技術(shù)。在一個優(yōu)選的實(shí)施例中，圖9示出了本實(shí)用新型中的多級功率放大單元900的級間阻抗匹配示例的示意圖。所述多級功率放大單元900可以取代或用作圖2-5中的功率放大單元，其包括有依次連接的三個功率放大級，分別為第一級功率放大單元或模塊910、第二級功率放大單元或模塊920和第三級功率放大單元或模塊930，第一級功率放大單元910 的輸入端用作多級功率放大單元900的輸入端901，第三級功率放大單元930的輸出端用作多級功率放大單元900的輸出端902。為了進(jìn)行級間阻抗匹配，所述多級功率放大單元900 還包括有與第一級功率放大單元910連接的第一級級間阻抗匹配單元940和與第二級功率放大單元920連接的第二級級間阻抗匹配單元940。所述第一級級間阻抗匹配單元940可以為第一級功率放大單元910和第二級功率放大單元920在不同頻帶下提供合適的級間阻抗匹配，所述第二級級間阻抗匹配單元950可以為第二級功率放大單元920和第三級功率放大單元930在不同頻帶下提供合適的級間阻抗匹配。第一級級間阻抗匹配單元940包括串聯(lián)的電容Cll和電感L11、與串聯(lián)的電容Cll 和電感Lll并聯(lián)的電感L12、連接在電感L12和電容Cll的中間節(jié)點(diǎn)和地之間的電容C12， 其中電感L12和電容Cll的中間節(jié)點(diǎn)作為電源輸入端連接電源Vcc，電感L12和電感Lll的中間節(jié)點(diǎn)連接第一級功率放大單元910。第一級級間阻抗匹配單元940的另一個作用是為第一級功率放大單元910提供電源。第二級級間阻抗匹配單元950包括串聯(lián)的電容C13和電感L13、與串聯(lián)的電容C13 和電感L13并聯(lián)的電感L14、連接在電感L13和電容C13的中間節(jié)點(diǎn)和地之間的電容C14， 其中電感L14和電容C13的中間節(jié)點(diǎn)作為電源輸入端連接電源Vcc，電感L14和電感L13的中間節(jié)點(diǎn)連接第二級功率放大單元120。第二級級間阻抗匹配單元950的另一個作用是為第二級功率放大單元920提供電源。通過為電容Cl 1、電感Ll 1和L12設(shè)定合適的值，在第一頻帶f 1時，所述電容Cl 1、 電感Lll和L12等效于一定值的電感，在第二頻帶f2時，所述電容C11、電感Lll和L12又會等效于另一值的電感，從而可以利用同一級間阻抗匹配單元為不同頻帶的信號提供合適
12的級間阻抗匹配。同樣的，通過為電容C13、電感L13和L14設(shè)定合適的值，在第一頻帶f 1時，所述電容C13、電感L13和L14等效于一定值的電感，在第二頻帶f2時，所述電容C13、電感L13 和L14又會等效于另一值的電感，從而可以利用同一級間阻抗匹配單元為不同頻帶的信號提供合適的級間阻抗匹配。圖9中示出了三級功率放大的示例，在其他示例中，也可以為兩級功率放大、四級功率放大或更多級功率放大，除了末級功率放大外，其他各個級的功率放大級處均可以設(shè)置上述級間阻抗匹配單元。本實(shí)用新型中的輸出匹配電路也可以用于其它結(jié)構(gòu)的功率放大器中。本實(shí)用新型中的電感可以是金絲、金屬走線、SMD(surfaCe mounted device，表面安裝裝置)等所有射頻性能為感性的東西或他們的組合。同樣，本實(shí)用新型中的電容可以是SMD、芯片電容、基板電容、MEMS電容等所有射頻性能為容性的東西或是他們的組合。本實(shí)用新型中的相連或連接的含義不僅包括直接相接或連接，還包括間接相連或連接，比如經(jīng)由一個電阻、功能電路后相連。文中的“初級”也可以稱為“一級”，“次級”也可以稱為“二級”等。本實(shí)用新型中的“和/或”或“或/和”表示和或者或的邏輯關(guān)系，比如A和/或B，表示A和B，或者A或B。上文對本實(shí)用新型進(jìn)行了足夠詳細(xì)的具有一定特殊性的描述。所屬領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，實(shí)施例中的描述僅僅是示例性的，在不偏離本實(shí)用新型的真實(shí)精神和范圍的前提下做出所有改變都應(yīng)該屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。本實(shí)用新型所要求保護(hù)的范圍是由所述的權(quán)利要求書進(jìn)行限定的，而不是由實(shí)施例中的上述描述來限定的。
權(quán)利要求1.一種多頻帶功率放大器，其特征在于，其包括對多個頻帶的信號進(jìn)行放大的功率放大單元和諧波抑制電路，在所述功率放大單元放大一個頻帶的信號時使所述諧波抑制電路連接于所述功率放大單元的輸出路徑中，所述諧波抑制電路抑制放大后的該一個頻帶的信號的諧波，在所述功率放大單元放大另一個頻帶的信號時使所述諧波抑制電路不連接于所述功率放大單元的輸出路徑中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多頻帶功率放大器，其特征在于，該一個頻帶的信號的諧波部分或全部位于該另一頻帶內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多頻帶功率放大器，其特征在于，通過一開關(guān)控制是否使所述諧波抑制電路連接于所述功率放大單元的輸出路徑上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多頻帶功率放大器，其特征在于，所述諧波抑制電路包括串聯(lián)的電容和電感。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多頻帶功率放大器，其特征在于，所述電容、所述電感和所述開關(guān)串聯(lián)在所述功率放大單元的輸出端和地之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一所述的多頻帶功率放大器，其特征在于，其還包括有輸出匹配電路，所述輸出匹配電路包括一級輸出匹配單元，用于對功率放大后的多個頻帶的信號進(jìn)行初級輸出阻抗匹配；多路分離器，用于將一級輸出匹配單元輸出的各個頻帶的信號分離為多路輸出，其中每一路對應(yīng)一個或多個頻帶的信號；分別設(shè)置于所述多路分離器的每路輸出后的多個二級輸出匹配單元，每個二級輸出匹配單元對對應(yīng)頻帶的信號進(jìn)行次級輸出阻抗匹配以為對應(yīng)頻帶的信號匹配得到合適的輸出阻抗。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多頻帶功率放大器，其特征在于，所述諧波抑制電路連接于所述功率放大單元的輸出端和多路分離器之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多頻帶功率放大器，其特征在于，如果所述多路分離器的一路輸出對應(yīng)多個頻帶的信號，那么在該路輸出上的二級輸出匹配單元后還包括有二級多路分離器，用于將對應(yīng)的二級輸出匹配單元輸出的各個頻帶的信號分離為多路輸出，其中每一路對應(yīng)一個或多個頻帶的信號；和分別設(shè)置于所述二級多路分離器的每路輸出后的多個三級輸出匹配單元，每個三級輸出匹配單元對對應(yīng)頻帶的信號進(jìn)行三級輸出阻抗匹配以為對應(yīng)頻帶的信號匹配得到合適的輸出阻抗。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多頻帶功率放大器，其特征在于，所述一級輸出匹配單元包括第一電感和第一電容，第一電感的一端接收功率放大后的多個頻帶的信號，另一端與所述多路分離器的輸入端連接，第一電感與所述多路分離器連接的一端與地之間串聯(lián)有第一電容。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一所述的多頻帶功率放大器，其特征在于，其還包括有依次連接的多個初級輸入匹配單元、多路復(fù)用器和次級輸入匹配單元，每個初級輸入匹配單元對對應(yīng)頻帶的輸入信號進(jìn)行初級輸入阻抗匹配，所述多路復(fù)用器從所述多個頻帶的輸入信號中選擇一個頻帶通過并阻止選定頻帶外的其他信號通過；所述次級輸入匹配單元對每個頻帶的信號進(jìn)行次級輸入阻抗匹配。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一所述的多頻帶功率放大器，其特征在于，所述功率放大單元包括依次連接的多個功率放大模塊，至少有一個功率放大模塊與一級間阻抗匹配單元相連，所述級間阻抗匹配單元包括串聯(lián)的第十一電容和第十一電感、與串聯(lián)的第十一電容和第十一電感并聯(lián)的第十二電感。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的多頻帶功率放大器，其特征在于，除了末級功率放大模塊外，其余功率放大模塊均與一級間阻抗匹配單元相連，所述級間阻抗匹配單元還包括有連接在第十二電感和第十一電容的中間節(jié)點(diǎn)和地之間的第十二電容，其中第十二電感和第十一電容的中間節(jié)點(diǎn)作為電源輸入端連接電源，第十二電感和第十一電感的中間節(jié)點(diǎn)連接對應(yīng)功率放大模塊。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種多頻帶功率放大器，其包括對多個頻帶的信號進(jìn)行放大的功率放大單元和諧波抑制電路。在所述功率放大單元放大一個頻帶的信號時使所述諧波抑制電路連接于所述功率放大單元的輸出路徑中，所述諧波抑制電路抑制放大后的該一個頻帶的信號的諧波，在所述功率放大單元放大另一個頻帶的信號時使所述諧波抑制電路不連接于所述功率放大單元的輸出路徑中。這樣，所述諧波抑制電路實(shí)現(xiàn)了類似F類功率放大器等高效率功率放大器的效果，即通過改變諧波阻抗來改進(jìn)輸出功率和效率，這樣在不干擾該另一頻帶的正常信號的前提下改善了功率放大器的輸出濾波、功率和效率。
文檔編號H03F3/20GK202218193SQ20112029714
公開日2012年5月9日 申請日期2011年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月16日
發(fā)明者任啟明, 雷良軍 申請人:任啟明, 雷良軍