CN103312272B - 多模式Doherty功率放大器 - Google Patents

多模式Doherty功率放大器 Download PDF

Info

Publication number
CN103312272B
CN103312272B CN201310081587.9A CN201310081587A CN103312272B CN 103312272 B CN103312272 B CN 103312272B CN 201310081587 A CN201310081587 A CN 201310081587A CN 103312272 B CN103312272 B CN 103312272B
Authority
CN
China
Prior art keywords
power
power stage
mode
matching unit
unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201310081587.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103312272A (zh
Inventor
赵允星
金氾晚
姜大显
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Academy Industry Foundation of POSTECH
Original Assignee
Academy Industry Foundation of POSTECH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Academy Industry Foundation of POSTECH filed Critical Academy Industry Foundation of POSTECH
Publication of CN103312272A publication Critical patent/CN103312272A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103312272B publication Critical patent/CN103312272B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/20—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers
    • H03F3/21—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/211—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers with semiconductor devices only using a combination of several amplifiers
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/02—Modifications of amplifiers to raise the efficiency, e.g. gliding Class A stages, use of an auxiliary oscillation
    • H03F1/04—Modifications of amplifiers to raise the efficiency, e.g. gliding Class A stages, use of an auxiliary oscillation in discharge-tube amplifiers
    • H03F1/06—Modifications of amplifiers to raise the efficiency, e.g. gliding Class A stages, use of an auxiliary oscillation in discharge-tube amplifiers to raise the efficiency of amplifying modulated radio frequency waves; to raise the efficiency of amplifiers acting also as modulators
    • H03F1/07—Doherty-type amplifiers
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/02—Modifications of amplifiers to raise the efficiency, e.g. gliding Class A stages, use of an auxiliary oscillation
    • H03F1/0205—Modifications of amplifiers to raise the efficiency, e.g. gliding Class A stages, use of an auxiliary oscillation in transistor amplifiers
    • H03F1/0277—Selecting one or more amplifiers from a plurality of amplifiers
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/02—Modifications of amplifiers to raise the efficiency, e.g. gliding Class A stages, use of an auxiliary oscillation
    • H03F1/0205—Modifications of amplifiers to raise the efficiency, e.g. gliding Class A stages, use of an auxiliary oscillation in transistor amplifiers
    • H03F1/0288—Modifications of amplifiers to raise the efficiency, e.g. gliding Class A stages, use of an auxiliary oscillation in transistor amplifiers using a main and one or several auxiliary peaking amplifiers whereby the load is connected to the main amplifier using an impedance inverter, e.g. Doherty amplifiers
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/60—Amplifiers in which coupling networks have distributed constants, e.g. with waveguide resonators
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/60—Amplifiers in which coupling networks have distributed constants, e.g. with waveguide resonators
    • H03F3/602—Combinations of several amplifiers
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/68—Combinations of amplifiers, e.g. multi-channel amplifiers for stereophonics
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/72—Gated amplifiers, i.e. amplifiers which are rendered operative or inoperative by means of a control signal
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2203/00—Indexing scheme relating to amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements covered by H03F3/00
    • H03F2203/72—Indexing scheme relating to gated amplifiers, i.e. amplifiers which are rendered operative or inoperative by means of a control signal
    • H03F2203/7236—Indexing scheme relating to gated amplifiers, i.e. amplifiers which are rendered operative or inoperative by means of a control signal the gated amplifier being switched on or off by putting into parallel or not, by choosing between amplifiers by (a ) switch(es)
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2203/00—Indexing scheme relating to amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements covered by H03F3/00
    • H03F2203/72—Indexing scheme relating to gated amplifiers, i.e. amplifiers which are rendered operative or inoperative by means of a control signal
    • H03F2203/7239—Indexing scheme relating to gated amplifiers, i.e. amplifiers which are rendered operative or inoperative by means of a control signal the gated amplifier being switched on or off by putting into parallel or not, by choosing between amplifiers and shunting lines by one or more switch(es)

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Abstract

本发明涉及Doherty功率放大器，其中，将用于在较低输出功率水平实现高效率的新的操作模式添加至常规Doherty功率放大器的操作，从而在功率放大器的各个输出功率水平实现高效率。增加了第二功率模式的多模式Doherty功率放大器的尺寸可减小以集成到芯片中。

Description

多模式Doherty功率放大器
技术领域
本发明涉及功率放大器，具体地，涉及用于便携的无线装置例如智能手机和移动电话或应用装置例如使用功率电池的笔记本电脑的射频（radiofrequency，RF）功率放大器。更具体地，本发明涉及Doherty功率放大器，其中，在低输出功率水平实现高效率的新操作模式被添加到常规的Doherty功率放大器的操作从而在功率放大器的各个输出功率水平实现高效率。增加了第二功率模式的多模式Doherty功率放大器的尺寸可被减小以集成到芯片中。
在一般的无线终端中，RF功率放大器消耗了整个终端系统所使用的功率的相当大的一部分。因此，RF功率放大器的低效率降低了整个系统的效率并耗费电池，从而减少了通话时间。为此，已经开展了许多研究来提高RF功率放大器的效率。当RF功率放大器具有较高的效率时，可减少电池使用。因而，可延长通话时间，或可增加基于电池充电的终端使用时间。
因此，研究聚焦于提高RF功率放大器的效率。近期研究的RF功率放大器的典型示例可包括Doherty功率放大器和多模式功率放大器。
Doherty功率放大器在1936年由W.H.Doherty首次提出，这种放大器通过使用四分之一波长变压器（λ/4线）并联连接载波放大器和峰化放大器。Doherty操作执行如下：Doherty功率放大器根据功率水平改变通过峰化放大器供给至负载的电流量，并控制载波放大器的负载线路阻抗，由此提高效率。多模式Doherty功率放大器被配置为根据功率放大级所需的情况进行操作，并根据输出功率水平在多个操作模式中的一个模式下进行操作。
通过向常规的Doherty功率放大器添加多功率模式特性而配置的Doherty功率放大器可以在低于常规Doherty功率放大器的输出功率水平下实现高效率。
背景技术
常规Doherty功率放大器在理想的操作状态下可在最大输出点处获得相对高的功率附加效率。此外，当功率水平为从最大输出功率回退大约6dB时，常规Doherty功率放大器获得与在最大输出功率处获得的功率附加效率相类似的功率附加效率。图1示出理想的常规Doherty功率放大器和理想的AB类功率放大器的功率附加效率（poweraddedefficiency,PAE）曲线，PAE由以下等式定义：
PAE=((Pout-Pin)/Pdc)
载波放大器与峰化放大器的尺寸比例可改变以调整可获得相对高功率附加效率的回退功率（backoffpower）点。
多模式功率放大器被配置为根据功率放大级所需的情况进行操作。此外，多模式功率放大器根据输出功率水平在各个操作模式中的一个模式下操作。图2为示出常规多模式功率放大器的功率附加效率的曲线图。
图3示出集成到芯片中的常规Doherty功率放大器。图4示出集成到芯片中的常规Doherty功率放大器的具体实施方式。图5示出使用开关的具有双通道结构的常规多模式功率放大器。
图6示出不使用开关的具有双通道结构的常规多模式功率放大器。参照图5和图6，第二功率模式所需的功率级和第一功率模式所需的功率级彼此并联连接。也就是说，图5和图6示出能够根据所需的功率模式选择通道的双通道结构。图7示出使用开关的具有旁路结构的常规多模式功率放大器。
图8示出不使用开关的具有旁路结构的常规多模式功率放大器。图7和图8示出能够绕过或经过最大功率级而不需要额外的功率级的旁路结构。
具有旁路结构或双通道结构的常规多模式功率放大器使用串联开关来选择功率模式的通道。串联开关的尺寸必须足以接受最大功率，从而将从功率级生成的大功率传输至最终的输出级。此外，因为开关具有一定的损耗，由开关操作引起的损耗导致输出功率减小。这种减小可能降低多模式功率放大器的效率。
第10-2004-0015107号韩国专利申请公开了无需使用串联开关而使用阻抗变换的旁路多模式功率放大器。该旁路多模式功率放大器使用一个或多个无源元件（例如电容器或电感器）的组合来实现阻抗变换器。甚至用于实现阻抗变换器的无源元件也有一定的损耗，虽然这种损耗小于串联开关的损耗。该损耗可能导致效率降低。
图9为示出理想的常规Doherty功率放大器和常规多模式功率放大器的功率附加效率的曲线图。
常规Doherty功率放大器可通过调整负载线路阻抗在约6dB的回退操作点处具有相对高的效率，其中负载线路阻抗为Doherty功率放大器的特性。然而，在约10dB或更大的回退操作点附近，常规Doherty功率放大器的功率附加效率低于常规多模式功率放大器。
发明内容
因此，本发明旨在努力解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种多模式Doherty功率放大器，其能够在与Doherty功率放大器的优势相对应的约6dB的回退操作区域内实现相对高的效率，并且能够在与多模式功率放大器的优势相对应的约10dB的回退操作区域内实现相对高的效率。
在常规多模式功率放大器中引起多模式功率放大操作所需的串联开关或阻抗变换器具有功率损耗。
在多功率模式和Doherty操作模式下，阻抗变换器必须被优化以获得功率附加效率。然而，能够在所有操作模式下执行优化操作的阻抗变换器在设计上有困难。取代串联开关或阻抗变换器，并联连接的开关或电容器（开关电容器单元）用于使损耗最小化，较简单的结构被应用以在多功率模式和Doherty操作模式实现优化的操作。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种多模式Doherty功率放大器，其包括：第一输入阻抗匹配单元，被配置为通过一侧接收输入电压；第一功率级，其一侧连接至第一输入阻抗匹配单元的输出端；第一λ/4阻抗控制电路，其一侧连接至第一功率级的输出端；第一阻抗匹配单元，其一侧连接至第一λ/4阻抗控制电路的输出端；第二功率级，其一侧连接至第一阻抗匹配单元的输出端；第一谐波控制单元，其一侧连接至第二功率级的输出端；第二λ/4阻抗控制电路，通常连接至第二功率级的输出端；第二阻抗匹配单元，通常连接至第一功率级的输出端；第三功率级，其一侧连接至第二阻抗匹配单元的输出端；第二谐波控制单元，其一侧连接至第三功率级的输出端；第二输入阻抗匹配单元，通常连接至第一输入阻抗匹配单元的输出端；第四功率级，其一侧连接至第二输入阻抗匹配单元的输出端；开关电容器单元，其一侧连接至第四功率级的输出端并且其另一侧连接至地电压；第三阻抗匹配单元，其一侧通常连接至第四功率级的输出端并且其另一侧通常连接至第二功率级的输出端；第一输出阻抗匹配单元，其一侧通常连接至第二λ/4阻抗控制电路和第三功率级的输出端；以及电压控制电路单元，其控制线路分别连接至第一至第四功率级的另一侧，其中，第一输出阻抗匹配单元被配置为通过其另一侧传送输出信号。
附图说明
在结合附图阅读下文的详细描述之后，本发明的上述目的以及其他特征和优点将变得显而易见，在附图中：
图1示出理想的常规Doherty功率放大器和理想的AB类功率放大器的功率附加效率曲线；
图2为示出常规多模式功率放大器的功率附加效率的曲线图；
图3示出集成到芯片中的常规Doherty功率放大器；
图4示出集成到芯片中的常规Doherty功率放大器的具体实施方式；
图5示出使用开关的具有双通道结构的常规多模式功率放大器；
图6示出不使用开关的具有双通道结构的常规多模式功率放大器；
图7示出使用开关的具有旁路结构的常规多模式功率放大器；
图8示出不使用开关的具有旁路结构的常规多模式功率放大器；
图9为示出理想的常规Doherty功率放大器和常规多模式功率放大器的功率附加效率的曲线图；
图10示出根据本发明的实施方式的使用并联开关电容器单元的具有双通道结构的多模式Doherty功率放大器，其；
图11示出根据本发明的实施方式的多模式Doherty功率放大器在第一功率模式期间的操作示例；
图12示出根据本发明的实施方式的多模式Doherty功率放大器在第二功率模式期间的操作示例；
图13为根据本发明的实施方式的多模式Doherty功率放大器的第一、第二、第三或第四功率级的配置示意图；
图14示出根据本发明的实施方式的使用开关电容器单元的多模式Doherty功率放大器的具体实施方式；
图15为根据本发明的实施方式的多模式Doherty功率放大器在第一和第二功率模式期间的功率增益特性曲线图；
图16为根据本发明的实施方式的多模式Doherty功率放大器在第一和第二功率模式期间的理想的功率附加效率曲线图；
图17为当调制信号应用于多模式Doherty功率放大器时，根据本发明的实施方式的多模式Doherty功率放大器的功率附加效率曲线图；
图18示出在根据本发明的实施方式的多模式Doherty功率放大器中包括位于相同节点处的电感器的实施方式；以及
图19示出在根据本发明的实施方式的多模式Doherty功率放大器中组合电感器的另一实施方式。
具体实施方式
下面将更详细地参照本发明的优选实施方式，该实施方式的示例在附图中示出。在可能的情况下，附图和说明书使用相同的参考标记表示相同或相似的部件。
图10示出根据本发明的实施方式的使用并联开关电容器单元的具有双通道结构的多模式Doherty功率放大器。参照图10，多模式Doherty功率放大器包括：第一输入阻抗匹配单元100，被配置为通过其一侧接收输入电压；第一功率级200，其一侧连接至第一输入阻抗匹配单元100的输出端；第一λ/4阻抗控制电路400，其一侧连接至第一功率级200的输出端；第一阻抗匹配单元300，其一侧连接至第一λ/4阻抗控制电路400的输出端；第二功率级210，其一侧连接至第一阻抗匹配单元300的输出端；第一谐波控制单元700，其一侧连接至第二功率级210的输出端；第二λ/4阻抗控制电路410，其一侧连接至第二功率级210的输出端；第二阻抗匹配单元310，其一侧连接至第一功率级200的输出端；第三功率级220，其一侧连接至第二阻抗匹配单元310的输出端；第二谐波控制单元710，其一侧连接至第三功率级220的输出端；第二输入阻抗匹配单元110，其一侧连接至第一输入阻抗匹配单元100的输出端；第四功率级230，其一侧连接至第二输入阻抗匹配单元110的输出端；开关电容器单元800，其一侧连接至第四功率级230的输出端并且其另一侧连接至地电压（groundvoltage）；第三阻抗匹配单元320，其一侧连接至第四功率级230的输出端并且其另一侧连接至第二功率级210的输出端；第一输出阻抗匹配单元500，其一侧通常连接至第二λ/4阻抗控制电路410和第三功率级220的输出端；电压控制电路单元600，其控制线路分别连接至第一功率级200、第二功率级210、第三功率级220和第四功率级230的另一侧。第一输出阻抗匹配单元500被配置为通过其另一侧传送输出信号。
用于第一功率模式的功率级被配置为执行Doherty功率放大操作。用于第一功率模式的功率级并联连接至用于第二功率模式的功率级。第一功率级200、第二功率级210和第三功率级220在第一功率模式期间操作。第四功率级230在第二功率模式期间操作。并联开关电容器单元800位于第四功率级230的输出连接线路处。
在第一功率模式期间，第一功率级200和第二功率级210通过电压控制电路600工作在激活（active）状态，第四功率级230处于切断阶段。
图11示出根据本发明的实施方式的多模式Doherty功率放大器在第一功率模式期间的操作示例。第三功率级220（峰化放大器）根据偏置条件保持切断状态直至输出功率小于6dB的回退功率水平。然后，当输出功率超过6dB的回退功率水平时，第三功率级220工作在激活状态。第一开关801闭合以连接第十电容器802和地电压。
在第一功率模式期间，来自第一输入阻抗匹配单元100的在第二输入阻抗匹配单元110的方向上的阻抗ZIN.LPA的值远大于在第一功率级200的方向上的阻抗ZIN.HPA的值，由此使得在第二阻抗匹配单元110的方向上的信号损耗最小。
在第一功率模式中执行Doherty操作。执行Doherty操作的第一功率模式可分为两种情况，一种为输出功率小于6dB的回退功率水平，另一种为输出功率等于或大于6dB的回退功率水平。
当输出功率小于6dB的回退功率水平时，第三功率级220处于切断状态，信号通过第二功率级210输出。
从第二功率级210输出的信号经过第二λ/4阻抗控制电路410和第一输出阻抗匹配单元500然后传送至RF输出端。无需在常规Doherty功率放大器中使用额外的偏移线路，由于与第三功率级220的集电极连接的偏置线路的电感和第二谐波控制单元710，在第三功率级220的方向上的输出阻抗ZOUT.Peaking具有接近无穷的值，由此防止第二功率级210的功率泄露至第三功率级220。
由于开关电容器单元800的作用，阻抗ZOUT.LPA具有接近无穷的值，由此防止第二功率级210的功率泄露至第三阻抗匹配单元320。
当输出功率等于或大于6dB的回退功率水平时，第三功率级220被激活，第二功率级210和第三功率级220执行Doherty操作。从第二功率级210和第三功率级220输出的信号经过第一输出阻抗匹配单元500，然后传送至RF输出端。由于开关电容器单元800的作用，阻抗ZOUT.LPA具有接近无穷的值，由此防止第二功率级210和第三功率级220的功率泄露至第三阻抗匹配单元320。
开关电容器单元800用于防止第三阻抗匹配单元320和第四功率级230在功率放大器的操作频率附近谐振。第一开关801并联连接。此外，由第一开关801导致的损耗是微不足道的。原因是第一开关801没有位于直接传送信号的通道上。因为第一开关801不需要处理大功率信号，所以第一开关801的尺寸可小于常规放大器中使用的晶体管的尺寸。开关电容器单元800的第十电容器802和第一开关801通过晶体管加工而可简单地在芯片内实现。开关电容器单元800的尺寸可等于或小于应用于不使用开关的常规多模式功率放大器的阻抗变换器的尺寸。
图12示出根据本发明的实施方式的多模式Doherty功率放大器在第二模式期间的操作示例。
参照图12，在第二功率模式期间，第一功率级200、第二功率级210和第三功率级220处于切断状态，第四功率级230工作在激活状态。第一开关801断开以将第十电容器802设置成开路状态（openstubstate）。
在第二功率模式期间，来自第一输入阻抗匹配单元100的在第一功率级200的方向上的阻抗ZIN.HPA的值大于在第二输入阻抗匹配单元110的方向上的阻抗ZIN.LPA的值，由此使得在第一功率级200的方向上的信号损耗最小。
在第二功率模式期间，由于与第二功率级210的集电极连接的偏置线路的电感和第一谐波控制电路单元700，在第二功率级210的方向上的输出阻抗ZOUT.carrier具有接近无穷的值，由此防止第四功率级230的功率泄露至第二功率级210。
此外，由于与第三功率级220的集电极连接的偏置线路的电感和第二谐波控制单元710，在第三功率级220的方向上的输出阻抗ZOUT.Peaking具有接近无穷的值，由此防止第四功率级230的功率泄露至第三功率级220。因此，第四功率级230的功率通过第一输出阻抗匹配单元500传送至RF输出端。
图13为根据本发明的实施方式的多模式Doherty功率放大器的第一功率级200、第二功率级210、第三功率级220或第四功率级230的配置示意图。在图13中，COUT表示在元件中形成的寄生电容，VBB表示与电压控制电路单元连接的基极偏置电压，LBIAS表示与集电极连接的偏置线路的电感。
图14示出根据本发明的实施方式的使用开关电容器单元的多模式Doherty功率放大器的具体实施方式。在第一功率模式中，由第一功率级200放大的信号由第二功率级210或第三功率级220再次放大。在第二功率模式中，信号仅由第四功率级230放大。
图15为根据本发明的实施方式的多模式Doherty功率放大器在第一和第二功率模式期间的功率增益特性曲线图。参照图15，在第一功率模式中的功率增益高于第二功率模式中的功率增益。
图16为根据本发明的实施方式的多模式Doherty功率放大器在第一和第二功率模式期间的理想的功率附加效率曲线图。参照图16，可根据功率放大器的目的，对在第二功率模式中实现最大输出功率和在Doherty操作过程中获得相对高功率附加效率的回退功率点进行控制。
在本发明的该实施方式中，两个并联的电感器和一个电容器用于构造π网络。
图17为当调制信号应用于多模式Doherty功率放大器时，根据本发明的实施方式的多模式Doherty功率放大器的功率附加效率曲线图。
图18示出在根据本发明的实施方式的多模式Doherty功率放大器中包括位于相同节点处的电感器的实施方式。参照图18，位于第一λ/4阻抗控制单元400内前部的第三电感器402和第二阻抗匹配单元310的第二电感器312位于一个节点处，并可组合为第一组合电感器910。
此外，位于第一λ/4阻抗控制单元400内后部的第四电感器403和第一阻抗匹配单元300的第一电感器302可组合为第二组合电感器920。位于相同节点处的电感器可彼此组合，并联电感之和具有使其大小减小的特性。因此，电感器的尺寸可减小。
第一λ/4阻抗控制单元400和第二阻抗匹配单元310中的第一组合电感器910可与连接至第一功率级200集电极的偏置线路的电感器组合。因此，具有小尺寸的电感器可用于形成该电路配置。
图19示出在根据本发明的实施方式的多模式Doherty功率放大器中组合电感器的另一实施方式。
在本发明的该实施方式中，移除位于第三功率级220之后的偏移线路，并且没有在第三功率级220之前增加延迟电路。因此，使用的元件数量可减少。因此，可容易地实现具有小尺寸的集成电路。
此外，具有电感的部件可被组合以实现具有小尺寸的电感器。
根据本发明的实施方式，多模式Doherty功率放大器为在第一功率模式和第二功率模式中操作的多模式Doherty功率放大器。在与高功率周期相对应的第一功率模式期间，多模式Doherty功率放大器可通过Doherty特性获得相对高的效率。此外，在与低功率周期相对应的第二功率模式期间，多模式Doherty功率放大器也可获得相对高的效率。多模式Doherty功率放大器使用并联连接的开关来取代常规功率放大器中使用的串联开关。此外，多模式Doherty功率放大器防止信号通过开关所在的通道传送，从而消除了由开关引起的损耗。π网络的电感部件和阻抗匹配单元可组合以减少元件的数量以及电感器的尺寸。偏移线路和延迟电路可被移除以减少元件的数量并容易地实现具有小尺寸的集成电路。
虽然出于说明的目的描述了本发明的优选实施方式，但本领域技术人员可理解，可对本发明进行多种修改、增加和替换而不背离如所附的权利要求所公开的本发明的精神和范围。

Claims (19)

1.一种多模式Doherty功率放大器，包括：
第一输入阻抗匹配单元，被配置为通过所述第一输入阻抗匹配单元的一侧接收输入电压；
第一功率级，所述第一功率级的一侧连接至所述第一输入阻抗匹配单元的输出端；
第一λ/4阻抗控制电路，所述第一λ/4阻抗控制电路的一侧连接至所述第一功率级的输出端；
第一阻抗匹配单元，所述第一阻抗匹配单元的一侧连接至所述第一λ/4阻抗控制电路的输出端；
第二功率级，所述第二功率级的一侧连接至所述第一阻抗匹配单元的输出端；
第一谐波控制单元，所述第一谐波控制单元的一侧连接至所述第二功率级的输出端；
第二λ/4阻抗控制电路，连接至所述第二功率级的输出端；
第二阻抗匹配单元，连接至所述第一功率级的输出端；
第三功率级，所述第三功率级的一侧连接至所述第二阻抗匹配单元的输出端；
第二谐波控制单元，所述第二谐波控制单元的一侧连接至所述第三功率级的输出端；
第二输入阻抗匹配单元，连接至所述第一输入阻抗匹配单元的输出端；
第四功率级，所述第四功率级的一侧连接至所述第二输入阻抗匹配单元的输出端；
开关电容器单元，所述开关电容器单元的一侧连接至所述第四功率级的输出端并且所述开关电容器单元的另一侧连接至地电压；
第三阻抗匹配单元，所述第三阻抗匹配单元的一侧连接至所述第四功率级的输出端并且所述第三阻抗匹配单元的另一侧连接至所述第二功率级的输出端；
第一输出阻抗匹配单元，所述第一输出阻抗匹配单元的一侧连接至所述第二λ/4阻抗控制电路和所述第三功率级的输出端；以及
电压控制电路单元，所述电压控制电路单元的控制线路分别连接至所述第一功率级、所述第二功率级、所述第三功率级和所述第四功率级的另一侧，
其中，所述第一输出阻抗匹配单元被配置为通过所述第一输出阻抗匹配单元的另一侧传送输出信号。
2.如权利要求1所述的多模式Doherty功率放大器，其中，操作区域根据所述输入电压的改变而被分成第一操作区域、第二操作区域和第三操作区域，
所述第一操作区域为仅使所述第一输入阻抗匹配单元、所述第一功率级、所述第一λ/4阻抗控制电路、所述第一阻抗匹配单元、所述第二功率级、所述第二λ/4阻抗控制电路、所述开关电容器单元以及所述第一输出阻抗匹配单元操作的区域，
所述第二操作区域为除了所述第一操作区域之外，使所述第一输入阻抗匹配单元、所述第一功率级、所述第二阻抗匹配单元以及所述第三功率级操作的区域，
所述第三操作区域为使所述第一输入阻抗匹配单元、所述第二输入阻抗匹配单元、所述第四功率级、所述开关电容器单元、所述第三阻抗匹配单元、所述第二λ/4阻抗控制电路以及所述第一输出阻抗匹配单元操作的区域，
第一功率模式对应于使在所述第一操作区域和所述第二操作区域中操作的部件操作的模式，
第二功率模式对应于使在所述第三操作区域中操作的部件操作的模式。
3.如权利要求2所述的多模式Doherty功率放大器，其中，当所述输入电压的大小大于执行所述第三操作区域的输入电压的大小时，执行所述第一操作区域，以及
当所述输入电压的大小大于执行所述第一操作区域的输入电压的大小时，执行所述第二操作区域。
4.如权利要求2所述的多模式Doherty功率放大器，其中，所述电压控制电路单元控制所述第一操作区域、所述第二操作区域和所述第三操作区域所需的电压的应用。
5.如权利要求2所述的多模式Doherty功率放大器，其中，在所述第一功率模式期间，并联连接的所述第二功率级和所述第三功率级产生Doherty操作。
6.如权利要求2所述的多模式Doherty功率放大器，其中，所述开关电容器单元包括：第十电容器，所述第十电容器的一侧连接至所述第四功率级与所述第三阻抗匹配单元之间的连接线路；以及第一开关，所述第一开关的一侧连接至所述第十电容器的另一侧并且所述第一开关的另一侧连接至地电压，
在所述第一功率模式期间，
所述开关电容器单元阻止在所述第一功率模式中操作的电路的输出被传送至所述第四功率级，将输出功率传送至所述第一输出阻抗匹配单元而没有损耗，并且将来自所述第二功率级的在所述第四功率级的输出端的方向上的阻抗增大至大于现有阻抗的值，所述第一开关连接所述第十电容器和所述地电压，以及
在所述第二功率模式期间，
所述开关电容器单元阻止在所述第二功率模式中操作的电路的输出被损耗，并且所述第一开关断开所述第十电容器与所述地电压的连接。
7.如权利要求2所述的多模式Doherty功率放大器，其中，在所述第二功率模式期间，
所述第一功率级阻止所述第一输入阻抗匹配单元的输出信号被输入至在所述第一功率模式中操作的电路以使损耗最小化；
所述第二功率级阻止在所述第二操作区域中操作的所述第三功率级的输出被损耗，阻止在所述第三操作区域中操作的所述第三阻抗匹配单元的输出被损耗，并将来自所述第二λ/4阻抗控制电路的在所述第二功率级的输出端的方向上的阻抗增大至大于现有阻抗的值；以及
所述第三功率级阻止在所述第一操作区域中操作的所述第二功率级的输出被损耗，阻止在所述第三操作区域中操作的所述第三阻抗匹配单元的输出被损耗，并将来自所述第一输出阻抗匹配单元的在所述第三功率级的输出端的方向上的阻抗增大至大于现有阻抗的值。
8.如权利要求2所述的多模式Doherty功率放大器，其中，在所述第一功率模式期间，
所述第四功率级阻止所述第一输入阻抗匹配单元的输出信号被输入至在所述第二功率模式中操作的电路以使损耗最小化，并将来自所述第一输出阻抗匹配单元的在所述第四功率级的输出端的方向上的阻抗增大至大于现有阻抗的值。
9.如权利要求8所述的多模式Doherty功率放大器，其中，所述第一λ/4阻抗控制电路包括：
第四电容器，连接至所述第一功率级的输出端，并且所述第四电容器的一侧连接至所述第一阻抗匹配单元；
第三电感器，连接至所述第一功率级与所述第四电容器之间的连接线路；以及
第四电感器，连接至所述第四电容器与所述第一阻抗匹配单元之间的连接线路，
所述第三电感器、所述第四电感器和所述第四电容器构成π网络，
所述第三电感器和所述第四电感器的另一侧连接至所述地电压，以及
所述第三电感器和所述第四电感器包括微带线或键合线，λ/4变换输入信号并调整所述第二功率级与所述第三功率级之间的延迟时间。
10.如权利要求9所述的多模式Doherty功率放大器，其中，所述第二λ/4阻抗控制电路包括：
第五电感器，连接至所述第二功率级的输出端，并且所述第五电感器的一侧连接至所述第一输出阻抗匹配单元；
第五电容器，连接至所述第二功率级与所述第五电感器之间的连接线路；以及
第六电容器，连接至所述第五电感器与所述第一输出阻抗匹配单元之间的连接线路，
所述第五电容器和所述第六电容器的另一侧连接至所述地电压，以及
所述第五电感器包括微带线或键合线，λ/4变换输入信号并控制所述第二功率级的负载线路阻抗。
11.如权利要求10所述的多模式Doherty功率放大器，其中，所述第一阻抗匹配单元包括：
电容器，该电容器的一侧连接至所述第一λ/4阻抗控制电路的输出端，并且该电容的另一侧连接至所述第二功率级；以及
第一电感器，连接至所述第一λ/4阻抗控制电路与所述第二电容器之间的连接线路，
所述第二阻抗匹配单元包括：
第三电容器，所述第三电容器的另一侧连接至所述第三功率级；以及
第二电感器，所述第二电感器的一侧连接至所述第一功率级与所述第三电容器之间的连接线路，并且所述第二电感器的另一侧连接至地电压，其中，所述第二电感器的一侧连接至所述第一功率级的输出端，以及
所述第三阻抗匹配单元执行阻抗匹配功能以在所述第一功率模式期间阻止在所述第一功率模式中操作的电路的输出信号被传送至所述第四功率级，并且在所述第二功率模式期间接收所述第四功率级的输出功率以及将所述输出功率传送至所述第二λ/4阻抗控制电路而没有损耗。
12.如权利要求2所述的多模式Doherty功率放大器，其中，所述第二输入阻抗匹配单元执行阻抗匹配功能以使来自所述第一操作区域和所述第二操作区域的在所述第三操作区域的方向上的信号损耗最小化。
13.如权利要求2所述的多模式Doherty功率放大器，其中，所述第一输出阻抗匹配单元将在所述第一功率模式中操作的电路的输出作为所述第一功率模式期间的最大输出信号传送，并将在所述第二功率模式中操作的电路的输出作为所述第二功率模式期间的最大输出信号传送。
14.如权利要求2所述的多模式Doherty功率放大器，其中，所述第一谐波控制单元连接至所述第二功率级的输出端与所述第二λ/4阻抗控制电路之间的连接线路，并将所述第二功率级的输出端的方向上的阻抗增大至大于现有阻抗的值，以及
所述第二谐波控制单元连接至所述第三功率级的输出端与所述第一输出匹配电路之间的连接线路，并将所述第三功率级的输出端的方向上的阻抗增大至大于现有阻抗的值。
15.如权利要求11所述的多模式Doherty功率放大器，还包括电感部件，所述电感部件的一侧连接至所述第一功率级的输出端，并且所述电感部件的另一侧连接至电源，
其中，所述电感部件、所述第三电感器、以及所述第二电感器组合并用作第一组合电感器，
所述第四电感器和所述第一电感器组合并用作第二组合电感器，以及
所述第一组合电感器和所述第二组合电感器包括微带线或键合线。
16.一种多模式Doherty功率放大器，所述多模式Doherty功率放大器仅包括四个放大单元，所述四个放大单元包括：
第一放大单元，被配置为放大输入信号；
第二放大单元和第三放大单元，并联连接至所述第一放大单元；以及
第四放大单元，相对于所述输入信号并联连接至所述第一放大单元，
其中，所述第一放大单元至所述第四放大单元根据所述输入信号的改变而在被分成第一功率模式和第二功率模式的多个模式中操作，
其中所述第一放大单元、所述第二放大单元以及所述第三放大单元在所述第一功率模式中操作，以及仅所述第四放大单元在所述第二功率模式中操作，以及其中，所述第一功率模式包括：
第一操作区域，所述第一放大单元和所述第二放大单元在所述第一操作区域中操作；以及
第二操作区域，除了在所述第一操作区域中操作的部件之外，所述第三放大单元在所述第二操作区域中操作，以及
所述第二功率模式包括第三操作区域，在所述第三操作区域中，对仅操作所述第四放大单元所需的电压的应用进行控制。
17.如权利要求16所述的多模式Doherty功率放大器，其中，当所述输入电压的大小大于执行所述第三操作区域的输入电压的大小时，执行所述第一操作区域，以及
当所述输入电压的大小大于执行所述第一操作区域的输入电压的大小时，执行所述第二操作区域。
18.如权利要求16所述的多模式Doherty功率放大器，还包括电压控制电路单元，所述电压控制电路单元被配置为对输入至所述第一放大单元至所述第四放大单元的电压的应用进行控制。
19.如权利要求16所述的多模式Doherty功率放大器，其中，所述第二放大单元和所述第三放大单元产生Doherty操作。
CN201310081587.9A 2012-03-14 2013-03-14 多模式Doherty功率放大器 Expired - Fee Related CN103312272B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2012-0026289 2012-03-14
KR1020120026289A KR101325158B1 (ko) 2012-03-14 2012-03-14 다중 모드 도허티 전력 증폭 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103312272A CN103312272A (zh) 2013-09-18
CN103312272B true CN103312272B (zh) 2016-06-01

Family

ID=49137132

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310081587.9A Expired - Fee Related CN103312272B (zh) 2012-03-14 2013-03-14 多模式Doherty功率放大器

Country Status (3)

Country Link
US (1) US8947165B2 (zh)
KR (1) KR101325158B1 (zh)
CN (1) CN103312272B (zh)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9231536B2 (en) * 2011-07-24 2016-01-05 Ethertronics, Inc. Multi-mode multi-band self-realigning power amplifier
JP6182937B2 (ja) * 2013-04-01 2017-08-23 株式会社ソシオネクスト 電力増幅器及び通信装置
CN103580610B (zh) * 2013-11-21 2016-03-16 无锡中普微电子有限公司 多模功率放大器及相应的移动通信终端
US10063190B2 (en) 2014-09-11 2018-08-28 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Broadband Doherty power amplifier
US9853603B2 (en) 2014-11-14 2017-12-26 Microsoft Technology Licensing, Llc Power amplifier for amplifying radio frequency signal
KR102127815B1 (ko) * 2015-03-18 2020-06-29 삼성전기주식회사 전력 증폭기 및 전력 증폭기의 출력 제어 방법
WO2016149904A1 (zh) * 2015-03-24 2016-09-29 华为技术有限公司 功率放大设备
KR101671284B1 (ko) * 2015-11-20 2016-11-01 포항공과대학교 산학협력단 도허티 전력증폭 장치
US11018628B2 (en) * 2018-03-31 2021-05-25 Skyworks Solutions, Inc. Antenna impedance prediction via power amplifier parameter
CN108964623A (zh) * 2018-10-22 2018-12-07 深圳飞骧科技有限公司 一种多种功率模式的射频功率放大器及其主电路
CN112953399B (zh) * 2021-01-27 2024-02-02 电子科技大学 一种高回退效率功率放大器
CN114826173B (zh) * 2022-06-30 2022-10-14 深圳市时代速信科技有限公司 一种射频功率器件与电子设备

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1501578A (zh) * 2002-11-18 2004-06-02 ѧУ��������ƴ�ѧУ 使用doherty放大器的信号放大器
CN201438689U (zh) * 2009-04-30 2010-04-14 惠州市正源微电子有限公司 射频功率放大器高低功率合成电路
KR20110132139A (ko) * 2010-06-01 2011-12-07 포항공과대학교 산학협력단 이중 도허티 전력증폭기

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6069525A (en) 1997-04-17 2000-05-30 Qualcomm Incorporated Dual-mode amplifier with high efficiency and high linearity
KR100749932B1 (ko) 2004-03-05 2007-08-16 아바고테크놀로지스코리아 주식회사 바이패스 스위치를 사용하지 않는 다중 전력 모드 전력증폭 장치
JP2008092521A (ja) 2006-10-05 2008-04-17 Nec Electronics Corp 小型電力増幅器
KR100814415B1 (ko) 2007-02-14 2008-03-18 포항공과대학교 산학협력단 하모닉 제어 회로를 이용한 고효율 도허티 전력 증폭기
KR101124425B1 (ko) * 2010-01-20 2012-03-22 포항공과대학교 산학협력단 분포 도허티 전력 증폭기
KR101284814B1 (ko) * 2010-11-05 2013-07-10 포항공과대학교 산학협력단 구동증폭기를 이용한 3-웨이 도허티 전력증폭기
US8400216B2 (en) * 2010-11-05 2013-03-19 Postech Academy-Industry Foundation 3-way Doherty power amplifier using driving amplifier
CN102761310B (zh) * 2011-04-29 2015-06-10 中兴通讯股份有限公司 一种多合体功率放大器及其实现方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1501578A (zh) * 2002-11-18 2004-06-02 ѧУ��������ƴ�ѧУ 使用doherty放大器的信号放大器
CN201438689U (zh) * 2009-04-30 2010-04-14 惠州市正源微电子有限公司 射频功率放大器高低功率合成电路
KR20110132139A (ko) * 2010-06-01 2011-12-07 포항공과대학교 산학협력단 이중 도허티 전력증폭기

Also Published As

Publication number Publication date
KR101325158B1 (ko) 2013-11-06
CN103312272A (zh) 2013-09-18
US8947165B2 (en) 2015-02-03
KR20130104639A (ko) 2013-09-25
US20130241657A1 (en) 2013-09-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103312272B (zh) 多模式Doherty功率放大器
US10135408B2 (en) Amplifier with termination circuit and resonant circuit
Fu et al. Improving power amplifier efficiency and linearity using a dynamically controlled tunable matching network
US8130043B2 (en) Multi-stage power amplifier with enhanced efficiency
US7679438B2 (en) High frequency circuit, semiconductor device, and high frequency power amplification device
CN104011998B (zh) 用于功率放大器的装置和方法
CN102208899B (zh) 功率放大器
CN101540589B (zh) 高频功率放大器
US7486133B2 (en) Transmitting output stage with adjustable output power and process for amplifying a signal in a transmitting output stage
US20100301947A1 (en) Rf power amplifier
CN103023448A (zh) 具有补偿性谐振器匹配拓扑的rf器件
CN102742155A (zh) 可变种类特性的放大器
JP5417064B2 (ja) 高周波電力増幅器
CN101098127A (zh) Rf功率放大器
KR102309866B1 (ko) 전력 증폭 회로
CN114389551A (zh) 功率放大电路
CN107306118B (zh) 功率放大模块
US7501897B2 (en) High-power amplifier
JP5313970B2 (ja) 高周波電力増幅器
US8653886B2 (en) Method and arrangement in a mobile communications system
CN104272587A (zh) 级联放大器以及放大电路
Madureira et al. Design and measurement of a 2.5 GHz switched-mode CMOS power amplifier with reliability enhancement
Hwang et al. A current-shared cascade structure with an auxiliary power regulator for switching mode RF power amplifiers
US20100156531A1 (en) Power amplifier, integrated circuit, and communication apparatus
CN213879763U (zh) 功率放大电路

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20160601

Termination date: 20180314