一種兩級堆疊結構的射頻功率放大器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種兩級堆疊結構的射頻功率放大器，包括輸入匹配電路，輸出寬帶匹配電路，以及通過級間匹配電路級聯(lián)組成的兩級放大器電路，兩級放大器電路的前級為驅動級，后級為功率級；射頻信號源通過輸入匹配電路連接驅動級最底層晶體管的柵極，驅動級最上層的晶體管的漏極連接所述級間匹配電路的一端，級間匹配電路的另一端連接功率級最底層晶體管的柵極，功率級最上層的晶體管的漏極通過輸出寬帶匹配電路連接負載。本電路能提高功率放大器的耐壓能力、輸出電壓擺幅、工作帶寬、功率效率、功率增益和最大輸出功率，并有著較好的諧波抑制效果。
【專利說明】
一種兩級堆疊結構的射頻功率放大器
技術領域
[0001 ]本實用新型涉及一種功率放大器，尤其涉及一種射頻功率放大器。
【背景技術】
[0002]作為收發(fā)機中射頻前端的關鍵單元，射頻功率放大器是現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)不可或缺的的重要組成部分，主要用于射頻信號的線性放大，并通過天線輻射出去。
[0003]隨著智能手機的普及，移動數(shù)據(jù)呈指數(shù)增長的趨勢，為了滿足用戶的高速數(shù)據(jù)體驗的要求，現(xiàn)代通信系統(tǒng)多采用高頻譜效率的調(diào)制方式，如QPSK等調(diào)制方式，這要求應用于新一代通信系統(tǒng)的射頻功率放大器必須有著較高的功率效率、線性度與帶寬。另外，為了滿足不同地區(qū)的用戶的使用要求，移動手機一般都要求支持兩種或兩種以上的網(wǎng)絡制式。
[0004]另外，隨著便攜式設備的功能模塊越來越復雜，將各個功能模塊集成在一塊芯片上，將大大縮短設備制造商的量產(chǎn)和加工時間，并減少在流片方面的資金消耗，因此，如何減小芯片的有效面積和用廉價的工藝在單一芯片上實現(xiàn)整個射頻模組具有重要的研究意義。
[0005]由于硅工藝是最為成熟的，也是成本最低、集成度最高且與多數(shù)無線收發(fā)機的基帶處理部分工藝相兼容，因此，硅CMOS工藝是單片實現(xiàn)各個模塊集成的理想方案，不過CMOS工藝自身存在著物理缺陷，如低擊穿電壓和較差的電流能力等。工作于低電壓的功率放大器，需要通過減小負載阻值進而增大電流的方法來提高輸出功率，然后，這種方法使輸出匹配電路的設計變得異常困難。
[0006]在中國專利201510150849.1中，通過采用共源共柵結構的射頻功率放大器結構來提升功率級的耐壓能力，然而共源共柵結構的第二個晶體管的柵極因去耦電容在交流時呈接地狀態(tài)。隨著輸入信號功率的增大，輸出的電壓信號也隨著變大，從而會使該結構最上面的晶體管最先出現(xiàn)擊穿問題。另外，由于共源共柵結構中的兩個晶體管的輸出阻抗并不是最佳阻抗，所以輸出功率較小。
【實用新型內(nèi)容】
[0007]在中國專利201510150849.1中，射頻功率放大器采用共源共柵結構，該結構能提高射頻功率放大器的耐壓能力。然后，這種結構由于堆疊在最底下的晶體管上面的晶體管的柵極的去耦電容的作用，晶體管的柵極在交流時呈接地狀態(tài)，因此會導致該結構中最上面的晶體管最先出現(xiàn)擊穿而最底下面的晶體管最先出現(xiàn)進入線性區(qū)的情況;另外，該結構不能很好地保證每個晶體管的輸出阻抗都為最佳阻抗，因此，該結構輸出功率相對下降。本實用新型的的目的在于克服以上現(xiàn)有技術的缺點，而提供一種兩級堆疊結構的射頻功率放大器電路。
[0008]本實用新型的具體技術方案為:
[0009]—種兩級堆疊結構的射頻功率放大器，該射頻功率放大器包括輸入匹配電路，輸出寬帶匹配電路，以及通過級間匹配電路級聯(lián)組成的兩級放大器電路，所述兩級放大器電路的前級為驅動級，后級為功率級；
[0010]所述兩級放大器電路的每級均包括:至少由兩個晶體管漏極源極相連堆疊起來的功率放大電路，第一偏置電路和第二偏置電路，所述第一偏置電路連接所述功率放大電路的除所述最底層晶體管的其余晶體管的柵極，所述第二偏置電路連接所述最底層晶體管的柵極，所述其余晶體管的柵極通過連接柵極電容接地，所述最底層晶體管的源極接地；
[0011]射頻信號源通過所述輸入匹配電路連接所述驅動級最底層晶體管的柵極，所述驅動級最上層的晶體管的漏極連接所述級間匹配電路的一端，所述級間匹配電路的另一端連接所述功率級最底層晶體管的柵極，所述功率級最上層的晶體管的漏極通過所述輸出寬帶匹配電路連接負載。
[0012]本技術方案分別采用分離的第一和第二偏置電路對各晶體管進行偏置，其中第二偏置電路為堆疊在最下層的晶體管提供合適的靜態(tài)工作點，而第一偏置電路為其余堆疊的晶體管提供合適的靜態(tài)工作點。輸入匹配電路將功率放大電路的晶體管的阻抗轉換成信號源的源阻抗，完成共扼匹配，從而獲得最大的射頻功率增益。為了使每個晶體管都能夠輸出最大功率，在每個堆疊的晶體管的柵極加載電容，提供一個合適的交流阻抗，使每個晶體管的輸出電壓同相等幅疊加，增強了功率放大電路的線性度與功率輸出能力，并使從每個晶體管的漏往負載方向看過去的阻抗為最優(yōu)阻抗。信號從功率級最上層的晶體管的漏極輸出，且經(jīng)過輸出寬帶匹配電路，傳輸?shù)截撦d端。寬帶匹配電路將負載阻抗轉換成能使功率放大電路輸出最大功率時的最優(yōu)阻抗。
[0013]優(yōu)選地，所述兩級放大器電路的每級中堆疊的晶體管的偏置電壓不等分，最上層晶體管的偏置電壓最低，最下層晶體管的偏置電壓最高，其余晶體管的偏置電壓介于兩者之間。使功率放大電路輸出高功率時，各個晶體管的直流電壓匯集于一點，從而使各個晶體管在高輸出功率時有著一致的靜態(tài)情況，進而增強了功率放大電路的輸出功率和線性度。
[0014]優(yōu)選地，所述偏置電路A和偏置電路B由一個整合的偏置電路代替。
[0015]優(yōu)選地，所述驅動級由3個晶體管堆疊構成。
[0016]優(yōu)選地，所述功率級由4個晶體管堆疊構成。
[0017]優(yōu)選地，所述輸出寬帶匹配電路中設有二次諧波抑制電路;并可以結合扼流電感與功率放大電路輸出級的輸出電容，更好地實現(xiàn)二次諧波短路，三次諧波開路，從而大大提高了功率放大電路的效率。
[0018]優(yōu)選地，電源經(jīng)濾波電路連接到所述兩級放大器電路每級的最上層的晶體管的漏極。
[0019]優(yōu)選地，所述濾波電路由濾波電容和扼流電感組成。
[0020 ]優(yōu)選地，所述濾波電路由低頻濾波電容、高頻濾波電容和扼流電感組成。
[0021]本實用新型的有益效果:該電路結構不僅提高了射頻功率放大器的耐壓能力和功率增益，而且通過非等分方式的偏置方法并結合柵電容所提供的交流阻抗，使每個堆疊的晶體管的負載都為最佳阻抗，從而提高功率放大器的功率輸出能力。另外，本實用新型通過在堆置的晶體管加載電容，并相應提尚合適的偏置，從而使每個晶體管在輸出尚功率時有著相同的靜態(tài)工作點，從而提高了功率放大器整體的線性度。本電路能提高功率放大器的耐壓能力、輸出電壓擺幅、工作帶寬、功率效率、功率增益和最大輸出功率，并有著較好的諧波抑制效果。
【附圖說明】
[0022]圖1是實施例的射頻功率放大器電路圖。
[0023]圖中虛線方框所圈起的部分為堆疊結構功率放大電路。
【具體實施方式】
[0024]本實用新型的一個較佳實施例，圖1所示，一種兩級堆疊結構的射頻功率放大器，該射頻功率放大器包括包括輸入匹配電路，輸出寬帶匹配電路，以及通過級間匹配電路級聯(lián)組成的兩級放大器電路，所述兩級放大器電路的前級為驅動級，后級為功率級;所述兩級放大器電路的驅動級包括:由3個晶體管漏極源極相連堆疊起來的功率放大電路，偏置電路C連接所述功率放大電路的上面2個晶體管的M6、M7柵極，偏置電路D連接所述最底層晶體管M5的柵極，上面2個晶體管M6、M7的柵極通過連接柵極電容C4、C5接地，最底層晶體管M5的源極接地;所述兩級放大器電路的功率級包括:由4個晶體管漏極源極相連堆疊起來的功率放大電路，偏置電路A連接所述功率放大電路的上面3個晶體管M2、M3、M4的柵極，偏置電路B連接最底層晶體管Ml的柵極，上面3個晶體管M2、M3、M4的柵極通過連接柵極電容C1、C2、C3接地，最底層晶體管的源極接地;射頻信號源RFin通過所述輸入匹配電路連接所述驅動級的最底層的晶體管M5的柵極；驅動級最上層的晶體管M7的漏極連接所述級間匹配電路的一端，所述級間匹配電路的另一端連接所述功率級最底層晶體管Ml的柵極，所述功率級最上層的晶體管M4的漏極通過所述輸出寬帶匹配電路連接負載RL。偏置電路B、D為最下端的晶體管M1、M5提供合適的靜態(tài)工作點，而偏置電路A、C為其余堆疊的晶體管提供合適的靜態(tài)工作點。偏置電路提供給晶體管的偏置電壓不等分，最上層晶體管M7、M4的偏置電壓最低，最下層晶體管M1、M5的偏置電壓最高，其余晶體管的偏置電壓介于兩者之間。獨立的供電電源VDD分別經(jīng)濾波電路連接到各級放大器電路的最上層的晶體管M7、M4的漏極;濾波電路均由低頻濾波電容Cp 1、高頻濾波電容Cp2和扼流電感Lc組成。
[0025]該電路結構不僅提高了射頻功率放大器的耐壓能力和功率增益，而且通過調(diào)整每個堆疊的晶體管輸入阻抗，從而使每個晶體管的負載接近最佳阻抗，從而提高功率放大器的功率輸出能力。驅動級與功率級之間通過級間匹配電路相接，從而使功率增益更加平滑，進一步提高線性度，另外，本實用新型通過在堆疊的晶體管加載電容，并相應提高合適的偏置，從而使每個晶體管在輸出高功率時有著相同的靜態(tài)工作點，從而提高了功率放大器整體的線性度。
【主權項】
1.一種兩級堆疊結構的射頻功率放大器，其特征在于:該射頻功率放大器包括輸入匹配電路，輸出寬帶匹配電路，以及通過級間匹配電路級聯(lián)組成的兩級放大器電路，所述兩級放大器電路的前級為驅動級，后級為功率級； 所述兩級放大器電路的每級均包括:至少由兩個晶體管漏極源極相連堆疊起來的功率放大電路，第一偏置電路和第二偏置電路，所述第一偏置電路連接所述功率放大電路的除最底層晶體管的其余晶體管的柵極，所述第二偏置電路連接所述最底層晶體管的柵極，所述其余晶體管的柵極通過連接柵極電容接地，所述最底層晶體管的源極接地； 射頻信號源通過所述輸入匹配電路連接所述驅動級最底層晶體管的柵極，所述驅動級最上層的晶體管的漏極連接所述級間匹配電路的一端，所述級間匹配電路的另一端連接所述功率級最底層晶體管的柵極，所述功率級最上層的晶體管的漏極通過所述輸出寬帶匹配電路連接負載。2.根據(jù)權利要求1所述的兩級堆疊結構的射頻功率放大器，其特征在于:所述偏置電路A和偏置電路B由一個整合的偏置電路代替。3.根據(jù)權利要求1所述的兩級堆疊結構的射頻功率放大器，其特征在于:所述兩級放大器電路的每級中堆疊的晶體管的偏置電壓不等分，最上層晶體管的偏置電壓最低，最下層晶體管的偏置電壓最高，其余晶體管的偏置電壓介于兩者之間。4.根據(jù)權利要求3所述的兩級堆疊結構的射頻功率放大器，其特征在于:所述驅動級由3個晶體管堆疊構成。5.根據(jù)權利要求4所述的兩級堆疊結構的射頻功率放大器，其特征在于:所述功率級由4個晶體管堆疊構成。6.根據(jù)權利要求5所述的兩級堆疊結構的射頻功率放大器，其特征在于:所述輸出寬帶匹配電路中設有二次諧波抑制電路。7.根據(jù)權利要求1至6任一權利要求所述的兩級堆疊結構的射頻功率放大器，其特征在于:電源經(jīng)濾波電路連接到所述兩級放大器電路每級的最上層的晶體管的漏極。8.根據(jù)權利要求7所述的兩級堆疊結構的射頻功率放大器，其特征在于:所述濾波電路由濾波電容和扼流電感組成。9.根據(jù)權利要求8所述的兩級堆疊結構的射頻功率放大器，其特征在于:所述濾波電路由低頻濾波電容、高頻濾波電容和扼流電感組成。
【文檔編號】H03F3/24GK205566230SQ201620081361
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年1月26日
【發(fā)明人】林俊明, 章國豪, 張志浩, 余凱, 黃敬馨, 區(qū)力翔
【申請人】廣東工業(yè)大學