CN103684272A - 射频功率放大器功率切换电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种射频功率放大器功率切换电路。所述切换电路包括并行的高功率放大路径、低功率放大路径及控制电路，在高、低功率放大路径输入端分别串联一隔直电容，且至少在一条功率放大路径中串联独立的切换开关，所述控制电路根据需要控制至少一条功率放大路径中输出；优选将独立的切换开关串联于对应的功率放大路径中的功率放大器与匹配网络之间。本发明所述切换电路有效的提高了功率放大器的效率，降低了电路设计的难度，且电路中器件均可采用CMOS或SOI工艺实现，所有器件均可集成在同一芯片上，降低了电路的面积，提高了集成度，有效的降低了成本。
Description
技术领域
本发明涉及射频功率放大器技术领域，具体是指一种利用开关和匹配对射频功率放大器的功率进行切换的电路。
背景技术
射频功率放大器是无线通信系统中不可或缺的电路模块，广泛应用在手机、移动终端等无线通信设备及电子系统中，负责将已调制后的射频信号放大到一定的功率值，再通过天线发射出去，其重要性不言而喻。日常生活中使用的手机等现代移动通讯系统，为了延长锂电池的使用时间，增加通话时间，有效途径之一是提高功率放大器的效率。
通讯系统中功率放大器的输出功率随着基站的信号强弱而改变，并不是一直需要功率放大器输出很高的功率。当接收手机信号的基站距离很远时，需要手机发射一个很高的功率等级，以保证基站能接收到足够的信号强度；但是当手机离基站距离很近时，为保证手机在这种状态下有很高的效率，要求手机的发射功率等级小。为了提高射频功率放大器的平均效率，就有必要采用具有不同发射功率等级的射频功率放大器电路。
现有的3G终端设备中，提高射频功率放大器平均效率的功率切换电路如图1所示，该功率放大器通过射频信号输入端RFIN的切换开关SW10和射频信号输出端的切换开关SW11来实现不同功率等级的切换。当切换开关SW10和SW11在控制系统的控制下，切换开关SW10与1触点端连接且切换开关SW11与3触点端连接时，射频信号依次通过高功率路径中的驱动电路10、功率放大器PA10和匹配电路10 后，射频信号输出端RFOUT输出高功率，此时低功率通道处于不工作状态；反之，当切换开关SW10与2触点端连接且切换开关SW11与4触点端连接时，射频信号依次通过低功率路径中的驱动电路11、功率放大器PA11和匹配电路11 后，射频信号输出端RFOUT输出低功率，此时高功率通道处于不工作状态。其中切换开关SWI0与SW11均会引入插入损耗，将导致功率放大器功率降低，且增加了电路设计的复杂程度与生产成本。且现有技术中，驱动电路和功率放大器采用HBT工艺实现，而切换开关通过SOI或PHEMT实现，控制电路通过CMOS实现，其余的匹配电路都制作在芯片的外围基板上，使得整个功率放大器集成度低，整个电路的面积大、成本高。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中射频功率放大器高、低功率切换电路效率低、集成度低、设计难度大的问题，提供一种高效率、全集成的射频功率放大器功率切换电路。
为解决上述问题，本发明所采取的技术方案为：一种射频功率放大器功率切换电路，包括并行的高功率放大路径、低功率放大路径及控制电路，所述高、低功率放大路径输入端分别串联一隔直电容，且至少在一条功率放大路径中串联独立的切换开关，所述控制电路根据需要控制至少一条功率放大路径中输出。
所述独立的切换开关串联于对应的功率放大路径中的功率放大器与匹配网络之间。
所述低功率放大路径包括依次连接的第一隔直电容、第一器驱动电路、低功率放大器、第一切换开关、第一阻抗匹配电路和输出匹配电路。
所述高功率放大路径包括依次连接的第二隔直电容、第二驱动电路、高功率放大器、第二切换开关、第二阻抗匹配电路和输出匹配电路。
所述高功率放大路径还包括第三驱动电路，所述第三驱动电路串联于第二器驱动电路与高功率放大器之间。
所述高功率放大路径、低功率放大路径及控制电路均采用CMOS或SOI工艺实现。
所述高功率放大路径、低功率放大路径及控制电路集成于同一芯片内。
与现有技术相比，本发明具有以下优点；
本发明所述射频功率放大器功率切换电路在高低两种功率放大路径中，均设置独立的切换开关和匹配电路，使电路控制方式简单，且能有效减少开关的损耗，提高射频功率放大器效率；另外，由于现有的用来制作功率放大器的GAAS工艺不能提供控制器和开关设计所需的NMOS管，无法实现功率放大器开关和控制器的集成，而本发明所述电路采用的开关及开关对应的控制器均可采用CMOS或SOI工艺,因此可方便的集成在一块芯片上，相对于现有技术中仅仅将驱动电路和功率放大器采用HBT工艺集成，开关和控制电路采用其他工艺的制作方式，本发明的电路结构能大大提高集成度，减少芯片面积，降低实际成本。
附图说明
图1为现有技术中的射频功率放大器功率切换电路的原理示意框图；
图2为本发明中所述射频功率放大器功率切换电路的一优选实施例的示意框图；
图3为本发明中所述射频功率放大器功率切换电路的第二实施例的示意框图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细说明。
图2为本发明第一种优选实施例。该实施例中在高低两种功率放大路径中均串入独立的切换开关，并在高功率放大路径中加入两级驱动电路，两放大路径输入端分别串联了隔直电容。实际上,在高低功率放大路径中,设置驱动电路即可,具体设置几级驱动电路,根据电路实际需要设置即可。
所述电路工作在高功率放大状态时，控制电路控制切换开关SW20导通、SW21断开，此时低输出路径处于开路状态，从阻抗匹配电路20输出端的b1端看进去的阻抗值接近为无穷大，切换开关SW20和SW21对两并联路径中输出端的信号起着隔离的作用，防止输出端信号间的相互干扰。射频输入信号从RFIN端输入到高功率放大路径中电容C20，C20具有隔直流的作用，且对两路并行的功率路径输入端起着隔离的作用，防止不同路径在输入端的信号干扰。从电容C20输出的信号又输入到串联的第一级驱动电路D20和第二级驱动电路D21，然后输入到高功率放大器PA20，通过三级放大使得输出功率满足3G PA的最高输出标准，经放大后的信号通过匹配电路20，被匹配到一定的阻抗值，该阻抗值又通过输出匹配电路22匹配到输出端RFOUT所接天线的输入阻抗值，通常为50欧姆。且匹配电路20能有效滤除一部分高功率路径工作中产生的谐波干扰，提高该高功率放大路径的效率。
所述电路工作在低功率放大状态时，控制电路控制开关SW20断开、SW21导通，高功率放大路径处于开路状态，从阻抗匹配电路20输出端看进去的阻抗值接近为无穷大。输入信号从低功率放大路径的输入端RFIN输入，经过隔直电容C21后，经过驱动电路D22和低功率放大器两级放大后，经过开关SW21和匹配电路21，被匹配到一定的阻抗值，该阻抗值又通过输出匹配电路22匹配到输出端RFOUT所接天线的输入阻抗值，通常为50欧姆。两并行的功率通道共用一个输入节点RFIN、输出节点RFOUT和输出匹配电路22，可以简化电路结构，缩小电路尺寸。
图3是本发明第二种实施例示意图。该实施例中仅在低功率放大路径中串联了一个切换开关，并在高功率放大路径中加入两级驱动电路，两放大路径输入端分别串联了隔直电容。控制电路通过控制高功率放大路径中驱动电路D30、D31和高功率放大器PA30的工作状态，配合控制低功率放大路径中切换开关SW30的通断和匹配电路来共同实现功率放大器的功率切换。
本实施例中，相比较图2所示的实现方式，节省了一个高功率放大路径中的切换开关。当输出高功率等级的功率时，控制电路控制开关SW30断开，低功率放大路径处于不工作状态；当输出低功率等级的功率时，控制电路控制驱动电路D30、D31和高功率放大器PA30不工作，低功率放大路径中切换开关SW30导通；此时，高功率放大路径中，从阻抗匹配电路30输出端的a2点看进去的阻抗值趋向于无穷大，高功率放大路径处于不工作状态，信号经过低功率放大路径放大后从输出端RFOUT输出。其他工作方式同实施例一，这里不再赘述。
以上仅为本发明较优选的实施例，需说明的是，在未脱离本发明构思前提下对其所做的任何微小变化及等同替换，均应属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种射频功率放大器功率切换电路，包括并行的高功率放大路径、低功率放大路径及控制电路，其特征在于，所述高、低功率放大路径输入端分别串联一隔直电容，且至少在一条功率放大路径中串联独立的切换开关，所述控制电路根据需要控制至少一条功率放大路径中输出。
2.根据权利要求1所述的射频功率放大器功率切换电路，其特征在于，所述独立的切换开关串联于对应的功率放大路径中的功率放大器与匹配网络之间。
3.根据权利要求1所述的射频功率放大器功率切换电路，其特征在于，所述低功率放大路径包括依次连接的第一隔直电容(C21)、第一驱动电路(D22)、低功率放大器(PA21)、第一切换开关(SW21)、第一阻抗匹配电路（21）和输出匹配电路（22）。
4. 根据权利要求1所述的射频功率放大器功率切换电路，其特征在于，所述高功率放大路径包括依次连接的第二隔直电容(C20)、第二驱动电路(D20)、高功率放大器（PA20）、第二切换开关(SW20)、第二阻抗匹配电路（20）和输出匹配电路（22）。
5.根据权利要求4所述的射频功率放大器功率切换电路，其特征在于，所述高功率放大路径还包括第三驱动电路（D21），所述第三驱动电路串联于第二器驱动电路(D22)与高功率放大器（PA20）之间。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的射频功率放大器功率切换电路，其特征在于，所述高功率放大路径、低功率放大路径及控制电路均采用CMOS或SOI工艺实现。
7.根据权利要求6所述的射频功率放大器功率切换电路，其特征在于，所述高功率放大路径、低功率放大路径及控制电路集成于同一芯片内。
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