CN104348424A - 具有增强的线性度的分离偏置射频功率放大器 - Google Patents

具有增强的线性度的分离偏置射频功率放大器 Download PDF

Info

Publication number
CN104348424A
CN104348424A CN201410381607.9A CN201410381607A CN104348424A CN 104348424 A CN104348424 A CN 104348424A CN 201410381607 A CN201410381607 A CN 201410381607A CN 104348424 A CN104348424 A CN 104348424A
Authority
CN
China
Prior art keywords
transistor
coupled
power
power cell
seconds
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.)
Granted
Application number
CN201410381607.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104348424B (zh
Inventor
韩海林
埃齐奥·佩龙
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.)
Qorvo US Inc
Original Assignee
Triquint Semiconductor Inc
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 Triquint Semiconductor Inc filed Critical Triquint Semiconductor Inc
Publication of CN104348424A publication Critical patent/CN104348424A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104348424B publication Critical patent/CN104348424B/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
    • H03F3/24—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers of transmitter output stages
    • H03F3/245—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers of transmitter output stages with semiconductor devices only
    • 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
    • H03F1/56—Modifications of input or output impedances, not otherwise provided for
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/189—High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers
    • H03F3/19—High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/191—Tuned amplifiers
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/189—High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers
    • H03F3/19—High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/193—High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers with semiconductor devices only with field-effect devices
    • 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
    • H03F2200/00—Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/387—A circuit being added at the output of an amplifier to adapt the output impedance of the amplifier
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2200/00—Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/432—Two or more amplifiers of different type are coupled in parallel at the input or output, e.g. a class D and a linear amplifier, a class B and a class A amplifier
    • 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
    • H03F2203/20—Indexing scheme relating to power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers
    • H03F2203/21—Indexing scheme relating to power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F2203/211—Indexing scheme relating to power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers with semiconductor devices only using a combination of several amplifiers
    • H03F2203/21131—Indexing scheme relating to power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers with semiconductor devices only using a combination of several amplifiers the input bias voltage of a power amplifier being controlled, e.g. by a potentiometer or an emitter follower

Landscapes

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

Abstract

公开了具有增强的线性度的分离偏置射频功率放大器。射频(RF)功率放大器(PA)可包括第一晶体管和第二晶体管。第一功率单元可与第一晶体管耦合，并且第二功率单元可与第二晶体管耦合。在实施例中，第一晶体管的尺寸可被设定为以第一电流密度工作，而第二晶体管的尺寸可被设定为以第二电流密度工作。

Description

具有增强的线性度的分离偏置射频功率放大器
技术领域
本公开的实施例一般涉及射频(RF)功率放大器(PA)领域。
背景技术
对于在无线通信中使用的RF PA，线性度会是非常重要的。一般地，线性度可以是RF PA的RF信号输出如何随着RF输入信号增加而成线性的度量。换言之，线性度可以指的是RF PA的增益(有时称为AM-AM失真，其中，AM可以指的是振幅调制)和相移(有时称为AM-PM失真，其中，PM可以指的是相位调制)，并且可能期望增益和相位在RF信号输入或输出的范围内是恒定的，以使得一个信号输入处的RF PA的增益和相位与另一信号输入处的RF PA的增益和相位大致相同。RF PA线性度的关键测量结果之一可以是ACPR(相邻信道功率比)，其可以是总的相邻信道功率(有时称为互调信号)与主信道功率(有时称为有用信号)之间的比率的度量。
现有的RF PA可包括被设计成对功率放大器进行偏置以改进线性度的偏置电路。偏置电路可使用诸如异质结双极晶体管(HBT)的双极晶体管、诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的场效应晶体管、金属半导体场效应晶体管(MESFET)、伪形态高电子迁移率晶体管(PHEMT)或者上述的组合(诸如双极场效应晶体管(BiFET)和/或双极高电子迁移率晶体管(BiHEMT))。然而，与偏置电路无关，当RF PA的RF输入信号增加时，现有的RF PA仍可在RF PA的输出信号中呈现出非线性失真。
发明内容
本公开的实施例提供了具有增加的RF信号线性度的RF PA的技术和配置。在实施例中，第一晶体管可与第一功率单元耦合，并且第二晶体管可与第二功率单元耦合。第一晶体管和第二晶体管的尺寸可被设定为使得第二晶体管可比第一晶体管大得多。类似地，第一功率单元和第二功率单元的尺寸可被设定为使得第二功率单元比第一功率单元大得多。通过以此方式配置RF PA，可将第二功率单元的输出偏置升高以使得RF PA的增益和相位呈现出增加的线性度响应。
根据本发明的第一方面，提供了一种功率放大器，包括：第一晶体管，尺寸被设定为以第一电流密度工作；第二晶体管，尺寸被设定为以第二电流密度工作，所述第一晶体管与所述第二晶体管耦合；第一功率单元，包括与所述第一晶体管耦合的第三晶体管，所述第一晶体管被配置成对所述第一功率单元进行偏置；以及第二功率单元，包括与所述第二晶体管耦合的多个晶体管，所述第二晶体管被配置成对所述第二功率单元进行偏置。
根据本发明的第二方面，提供了一种方法，包括：将第一晶体管的输入耦合到电源，所述第一晶体管是基于第一电流密度来设定尺寸的；将第二晶体管的输入耦合到所述电源，所述第二晶体管是基于第二电流密度来设定尺寸的；将所述第一晶体管的第一端子与所述第二晶体管的第一端子耦合；将包括第三晶体管的第一功率单元的输入与所述第一晶体管的第二端子耦合；以及将包括多个晶体管的第二功率单元的输入与所述第二晶体管的第二端子耦合。
根据本发明的第三方面，提供了一种系统，包括：电源；以及功率放大器，与所述电源耦合。该功率放大器包括：第一晶体管，尺寸被设定为以第一电流密度工作，所述第一晶体管与所述电源耦合；第二晶体管，尺寸被设定为以第二电流密度工作，所述第二晶体管与所述电源耦合；第一功率单元，包括与所述第一晶体管耦合的第三晶体管；以及第二功率单元，包括与所述第二晶体管耦合的多个晶体管。
附图说明
通过以下结合附图的详细描述，将容易理解实施例。为了便于该描述，相同的附图标记指示相同的结构元件。在附图的各图中作为示例而不是作为限制示出了实施例。
图1示意性地示出了根据各个实施例的RF PA的电路图。
图2示意性地示出了根据各个实施例的RF PA的电路图。
图3示出了根据各个实施例的构造RF PA的处理。
图4是根据各个实施例的第一电压相比于RF PA中的输出功率的仿真结果。
图5是根据各个实施例的第二电压相比于RF PA中的输出功率的仿真结果。
图6是根据各个实施例的增益相比于两个不同电路的输出功率的仿真结果。
图7是根据各个实施例的相邻信道功率比(ACPR)相比于两个不同电路的输出功率的仿真结果。
图8示意性地示出了根据各个实施例的包括RF PA的示例系统。
图9示意性地示出了根据各个实施例的RF PA的电路图。
图10是根据各个实施例的相移相比于两个不同电路的输出功率的仿真结果。
具体实施方式
本公开的实施例提供了具有增加的RF信号线性度的RF PA的技术和配置。在实施例中，第一晶体管可与第一功率单元耦合，并且第二晶体管可与第二功率单元耦合。第一晶体管和第二晶体管的尺寸可被设定为使得第二晶体管可比第一晶体管大得多。类似地，第一功率单元和第二功率单元的尺寸可被设定为使得第二功率单元比第一功率单元大得多。通过以此方式配置RF PA，可将第二功率单元的输出偏置升高以使得RF PA的增益和相位呈现出增加的线性度响应。
在以下详细描述中，参照构成详细描述的一部分的附图，在附图中，相同的附图标记始终指示相同的部分，并且作为可实践本公开的主题的说明实施例示出了附图。应理解，可利用其它实施例，并且在不背离本公开的范围的情况下可进行结构或逻辑改变。因此，以下详细描述不应以限制性意义来理解，并且实施例的范围由所附权利要求及其等同方案来限定。
为了本公开的目的，短语“A和/或B”表示(A)、(B)或者(A和B)。为了本公开的目的，短语“A、B和/或C”表示(A)、(B)、(C)、(A和B)、(A和C)、(B和C)或者(A、B和C)。
描述可使用短语“在一个实施例中”或者“在实施例中”，其可以指的是相同或不同实施例中的一个或多个。此外，关于本公开的实施例所使用的术语“包括(comprising)”、“including(包含)”、“具有(having)”等是同义的。术语“耦合”可指的是直接连接、间接连接或者间接通信。
在这里可使用术语“与…耦合”以及其衍生词。“耦合”可表示以下中的一个或多个。“耦合”可意味着两个或更多个元件处于直接物理接触或电接触。然而，“耦合”还可意味着两个或更多个元件间接彼此接触，但是仍彼此配合或交互，并且可意味着一个或多个其它元件耦合或者连接在被认为彼此耦合的元件之间。
如上所述，RF PA可包括一个或多个HBT、BiFET、BiHEMT、MOSFET、MESFET或者PHEMT。然而，RF PA可呈现出非线性特性。图1描绘了可呈现出增加的线性度特性的RF PA100。在实施例中，RF PA100可与RF PA100内的电源102(诸如电池或者可提供固定参考电压(VDD)的某个其它电源)耦合。RF PA100可包括第一晶体管104和第二晶体管106。如图1所示，第一晶体管104的栅极和第二晶体管106的栅极可相互耦合。在实施例中，第一晶体管104和/或第二晶体管106可以是MESFET。第一晶体管104和第二晶体管106均可具有源极端子(在图1中以字母“S”指示)和漏极端子。如图1所示，第一晶体管104的漏极端子和第二晶体管106的漏极端子可相互耦合。第一晶体管104的栅极和第二晶体管106的栅极可通过参考电阻器108与电源102耦合。第一晶体管104的源极端子可经由反馈电阻器112与双极晶体管110的基极端子耦合。类似地，第一晶体管104的栅极端子和第二晶体管106的栅极端子可与双极晶体管的集电极端子耦合。在一些实施例中，双极晶体管110可以是异质结双极晶体管。在一些实施例中，如所示出的，双极晶体管110可以是BiFET或者BiHEMT晶体管。在图1未示出的其它实施例中，双极晶体管110可以不是双极的，而是替代地可以是MOSFET、MESFET或PHEMT晶体管。如图1所示，双极晶体管110的发射极端子可与地耦合。
在实施例中，第一晶体管104的源极端子可经由第一线路116与第一功率单元114耦合。如图1所示，第一功率单元114可由虚线来表示。在实施例中，如图1所示，第一功率单元114可包括第一功率单元结构，该第一功率单元结构包括与第一双极晶体管122的基极端子耦合的第一电阻器118和第一电容器120。在一些实施例中，第一双极晶体管122可以是异质结双极晶体管。在一些实施例中，第一双极晶体管122可以是BiFET或者BiHEMT。
第二晶体管106的源极端子可经由第二线路126与第二功率单元124耦合。第二功率单元124可由图1中的虚线来表示。在实施例中，第二功率单元124可包括与第一功率单元114的功率单元结构类似的多个功率单元结构。具体地，第二功率单元124可包括第二功率单元结构128，该第二功率单元结构128包括第二电阻器130、第二电容器132和第二双极晶体管134。第二功率单元124可另外包括诸如第三功率单元结构136的一个或多个其它功率单元结构。在一些实施例中，第二功率单元124可具有如图1中的虚线所示的多达十五个功率单元结构和十五个功率单元结构138。在一些实施例中，第二双极晶体管134可以是异质结双极晶体管。在一些实施例中，第二双极晶体管134可以是BiFET或者BiHEMT。在一些实施例中，第一功率单元114可具有数量增加的功率单元结构。在一些实施例中，第二功率单元124可具有多于或少于十五个的功率单元结构。
在实施例中，第二功率单元124中的功率单元结构128、136和138中的每一个的电阻器可经由第二线路126与第二晶体管106的源极端子耦合。在实施例中，第二功率单元124中的每个双极晶体管(例如，第二双极晶体管134)的发射极可彼此耦合并且经由发射极-地线140耦合到地。如所示出的，第一功率单元114中的第一双极晶体管122的发射极可同样地与地耦合。
第二功率单元124中的每个双极晶体管(例如，第二双极晶体管134)的集电极可相互耦合并且经由第一集电极线142与第一功率单元114中的第一双极晶体管122的集电极耦合。类似地，每个功率单元结构的电容器(例如，第一功率单元114的第一电容器120和第二功率单元124的第二电容器132)可经由第三电力线144相互耦合。
第三电力线144可与被配置成将输入电压或功率提供到RF PA100的RF输入146耦合。第一集电极线142可与被配置成将操作电压提供到RF PA100的操作功率或电压输入148耦合。在实施例中，操作功率输入148可与电感器150耦合。在一些实施例中，第一集电极线还可与RF输出功率152耦合。在一些实施例中，RF输出功率152可与匹配网络(未示出)耦合。
图1所示的RF PA100相对于其他的现有RF PA呈现出增加的线性度。具体地，第一晶体管104和第二晶体管106两者的使用可被认为是将现有RF PA的MOSFET、MESFET、PHEMT、BiFET或BiHEMT分离成两个晶体管。第一晶体管104的器件尺寸可小于第二晶体管106。例如，在一个实施例中，第一晶体管104的器件尺寸可为大约40μm2，并且第二晶体管106的器件尺寸可为大约1200μm2。该差别的结果可以是，第一晶体管104的尺寸可被设定为以相对高的电流密度工作，而第二晶体管106的尺寸可被设定为以相对低的电流密度工作。电流密度可被定义为根据该晶体管的器件尺寸划分的通过晶体管的电流。
在实施例中，将第一晶体管104和第二晶体管106的尺寸设定为以不同电流密度工作可涉及：选择第一晶体管104和第二晶体管106的器件尺寸的比率以及第一功率单元114和第二功率单元124的功率单元尺寸的比率。如果第一晶体管104和第二晶体管106的器件尺寸的比率不同于第一功率单元114和第二功率单元124的功率单元尺寸的比率，则第一晶体管104和第二晶体管106可被认为以不同电流密度工作。
另外，现有RF PA的RF功率单元可被分离为两个部分，第一功率单元114和第二功率单元124。从图1可以看出，第一功率单元114可比第二功率单元124小。例如，第一功率单元114可仅包含单个功率单元结构，而第二功率单元124可包含多个功率单元结构。如所指出的，在一些实施例中，第二功率单元124可包含多达十五个功率单元结构，而在其它实施例中，第二功率单元124可包括更多或更少的功率单元结构。
在实施例中，参考电阻器108可用来为双极晶体管110的集电极设置参考电流。另外，反馈电阻器112可感测第一线路116中的电压改变。第一线路116的电压可被描述为Vb1。第二线路126的电压可被描述为Vb2。
从图1可以看出，第一功率单元114、反馈电阻器112、双极晶体管110和第一电阻器104可形成以闭环偏置电路作为电流反射镜的PA。换言之，晶体管112的静态电流可根据晶体管110的集电极处的参考电流来设置，其可以与通过电阻器108的电流相同。相比之下，第二功率单元124和第二晶体管106可形成具有开环偏置电路的PA。换言之，功率单元124中的晶体管的静态电流可不直接根据晶体管110的集电极处的参考电流来设置。相反，功率单元124中的晶体管的静态电流可直接根据通过晶体管106的电流来设置。由于晶体管104和106各自的栅极可耦合，因此晶体管106的栅极电压可以是与晶体管104的栅极电压相同的电压，其可通过上述的闭环电流反射镜偏置来设置。晶体管106的源极端子电压可接近功率单元124中的晶体管(例如，晶体管134)的基极发射极结电压Vbe。另外，由于晶体管134和晶体管122可以是具有相同工艺的相同类型的双极晶体管，因此功率单元124的基极发射极结电压Vbe可非常接近功率单元114中的晶体管122的基极发射极结电压Vbe。由于晶体管104的栅极电压和晶体管106的栅极电压可以是相同的，并且晶体管104的源极电压和晶体管106的源极电压可以是相同的或者非常接近，因此如果不考虑晶体管106的源极端子电压随着通过其的电流的改变，则通过晶体管106的电流与通过晶体管104的电流的比率可以与晶体管106和晶体管104的器件尺寸接近成比例。因此，在该情况下，晶体管104和晶体管106的电流密度可以是相同的。
然而，当设定晶体管104和晶体管106的尺寸以及功率单元124和功率单元114的尺寸时，通过晶体管106的电流可在晶体管106处引起与晶体管104相比不同的源极端子电压。进而，晶体管106的不同源极端子电压可改变通过晶体管106的电流以及晶体管106的电流密度。
例如，由于晶体管104和晶体管106的源极端子电压可接近彼此，因此如果晶体管104和晶体管106的器件尺寸比率是大约1:30，则通过晶体管106的电流可以是通过晶体管104的电流的大约30倍。另外，如果功率单元124的尺寸被设定为功率单元114的尺寸的大约15倍，则通过功率单元124的每个晶体管的基极的电流可以是通过功率单元114的晶体管的基极的电流的大约两倍。
另外，在每个晶体管的基极处可存在具有相同值的基极镇流电阻器(例如，电阻器118和电阻器130)。因此，功率单元124的基极镇流电阻器两端的电压降可以是功率单元114的基极镇流电阻器两端的电压降的大约两倍。如上所述，由于相同类型的晶体管的相同工艺，因此功率单元114和功率单元124的晶体管的基极发射极结电压Vbe可以是相同的。功率单元124的基极镇流电阻器上的较高电压降可使得晶体管106的源极端子电压比晶体管104的源极端子电压高。当栅极电压和晶体管类型相同时，如上所讨论的，虽然晶体管106的尺寸仍可以是晶体管104的尺寸的两倍，但是较高的源极端子电压可使得通过晶体管106的实际电流小于通过晶体管106的电流的两倍。
因此，在该示例中，晶体管106可具有比晶体管104低的电流密度。在其它示例中，晶体管104与晶体管106的不同比率可导致具有不同电流密度的通过晶体管106的不同电流。一般地，当设定晶体管104和晶体管106的器件尺寸以及设定功率单元114和功率单元124的器件尺寸时，可控制晶体管104和晶体管106的电流密度。
在操作中，随着RF输入146提供的RF输入信号增加，第一线路116的电压可下降。一般地，第二线路126的电压可具有也下降的趋势。第一线路116和第二线路126的电压降可使得第一功率单元114和第二功率单元124的偏置点随着RF输入146处的输入功率增加而下降。然而，当第一线路116的电压下降时，到双极晶体管110的基极的电流也可下降。到双极晶体管110的基极的电流的下降可使得双极晶体管110的集电极端子的电流也下降。如可以看出的，双极晶体管110的集电极端子处的电流可与通过参考电阻器108的电流相同，因此参考电阻器108两端的电压降可减小。
如先前所指出的，电源102可提供固定参考电压VDD。在实施例中，可认为VDD是在RF PA100的外部生成的。如上所指出的，RF输入146提供的RF输入信号的增加可导致参考电阻器108两端的电压降减小。由于VDD是固定电压，因此参考电阻器108两端的电压降的减小可导致第一晶体管104和第二晶体管106的栅极端子处的电压增大。
如上所指出的，第一晶体管104和第二晶体管106的尺寸可被设定为以不同电流密度工作。具体地，当选择静态工作点时，第一晶体管104的尺寸可被设定为以较高电流密度工作，而第二晶体管106的尺寸被设定为以较低电流密度工作。由于电流密度差，跨越第一晶体管104的栅极端子和源极端子的电压可大于跨越第二晶体管106的栅极端子和源极端子的电压。由于第一晶体管104的栅极和第二晶体管106的栅极是电耦合的，因此该电压差可将第二线路126的电压拉至高于第一线路116的电压。将第二线路126的电压拉至高于第一线路116的电压可消除第二线路126的电压下降的上述趋势。
可通过适当地调整第一晶体管104或第二晶体管106的器件尺寸来控制或调节第二线路126的该增加电压。类似地，调整第一功率单元的部件(例如，第一双极晶体管122)的尺度或尺寸或者第二功率单元的部件(例如，第二双极晶体管134)的尺度或尺寸可同样地影响第二线路126的增加电压。另外，调整第一功率单元114或第二功率单元124中的功率单元结构的数量的比率可同样地影响第二线路126的增加电压。在实施例中，可选择第一晶体管104、第二晶体管106、第一功率单元114和/或第二功率单元124来向第二线路126的期望电压改变提供来自RF输入146的RF输入信号功率增加。在实施例中，提供第二线路126的期望电压改变可使得第二线路126的电压保持大致相同，而与来自RF输入146的RF输入信号功率的增加无关。在其它实施例中，提供第二线路126的期望电压改变可使得第二线路126的电压随着来自RF输入146的RF输入信号功率增加而增加，这可称为“偏置升压”。如以下关于图4和图5描述的，当第二线路126的电压随着来自RF输入146的RF输入信号功率增加而略微增加时，可发生第二线路126的期望电压改变。
如这里所使用的，信号功率或功率可指的是以瓦特、毫瓦、dBm为单位的测量结果或者某种其它功率测量结果。信号功率的改变可指的是以毫瓦或某种其它单位的改变。在其它实施例中，信号功率的改变可指的是电压和/或电流的改变。
一般地，可看出，第二线路126可为第二功率单元124提供偏置电流，该第二功率单元124可显著大于如上所述的第一功率单元114。由于第二功率单元124可显著大于第一功率单元114，因此第二功率单元124可放大RF PA100的RF输入信号的大部分。因此，即使第一线路116的电压可随着RF输入信号功率增加而减小，由于对第二线路126的偏置升压影响，因此可改进RF PA100的总体线性度。
图2示出了可与图1的RF PA100类似的RF PA200。图1的RF PA100与图2的RF PA200之间的主要差别可以是，第一晶体管204可以是双极晶体管而非MESFET型晶体管。类似地，图2的RF PA200的第二晶体管206可以是双极晶体管。在其它实施例中，RF PA的第一晶体管(例如，第一晶体管104或204)可以是MESFET型晶体管，而RF PA的第二晶体管(例如，第二晶体管106或206)可以是双极型晶体管(或者反之亦然)。在其它实施例中，RF PA的第一晶体管和第二晶体管中的一个或两个可以是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或者某种其它类型的场效应晶体管(FET)或者某种其它类型的双极晶体管。
如图2所示，第一晶体管204的发射极端子可与第一线路216耦合，进而可与第一功率单元214耦合。类似地，第二晶体管206的发射极端子可与第二线路226耦合，进而可与第二功率单元224耦合。
图9示出了可与图1的RF PA100或图2的RF PA200类似的RF PA900。然而，在RF PA900中，第一功率单元914和第二功率单元924的晶体管可以不是双极晶体管，而是可以是不同类型的晶体管，诸如MOSFET、MESFET、PHEMT或者某种其它类型的晶体管。具体地，第一晶体管922和第二晶体管934可以是非双极晶体管，并且可以替代地是MOSFET、MESFET或者PHEMT。类似地，第三功率单元结构936至第十五功率单元结构938的晶体管可以不是双极晶体管。如图9所示，第一晶体管904、第二晶体管906和参考晶体管910可以不是双极晶体管，而是可以是不同类型的晶体管，诸如MOSFET、MESFET、PHEMT或者某种其它类型的晶体管。
应理解，RF PA100、200以及900是不同实施例的示例，并且在其它实施例中，不同的晶体管可以是双极晶体管或者非双极晶体管。例如，在一些实施例中，第一功率单元和第二功率单元的晶体管可以是双极晶体管，而第一晶体管和第二晶体管是非双极晶体管。在一些实施例中，参考晶体管可以是双极的(例如，双极晶体管110)或者非双极的(例如，参考晶体管910)。
图3示出了用于构造诸如RF PA100、200或900的RF PA的示例处理300。在实施例中，可在302将第一晶体管(例如，第一晶体管104、204或904)与电流/电压源(例如，电源102、202或902)耦合。然后，可在304将第二晶体管(例如，第二晶体管106、206或906)与电流/电压源耦合。然后，可在306将第一晶体管与第二晶体管耦合。例如，如图1、图2或图9所示，第一晶体管和第二晶体管的栅极或基极可相互耦合。替选地，集电极端子和/或漏极端子可相互耦合。
然后，可在308将第一晶体管与第一功率单元(例如，第一功率单元114、214或914)耦合。类似地，可在310将第二晶体管与第二功率单元(例如，第二功率单元124、224或924)耦合。
各种操作以对理解要求保护的主题最有用的方式而依次被描述为多个离散操作。然而，描述的顺序不应被解释为暗示这些操作必须是依赖于顺序的。特别地，这些操作可不以描述的顺序来执行。所描述的操作可以以不同于所描述的实施例的顺序来执行。在另外的实施例中，可执行各种另外的操作和/或可省略所描述的操作。
图4和图5示出了由于RF PA(诸如RF PA100)的RF输入信号功率增加而增加RF输出信号功率的仿真结果。具体地，图4示出了当例如通过增加RF输入146处的RF输入信号功率并且使用RF PA100对其进行放大而增大RF输出信号功率时第一线路116处的仿真电压。相比之下，图5示出了当RF输出信号功率增大时信号线126处的仿真电压。如从图4可以看出，第一线路的电压可保持相对水平直到输出信号功率在25dBm与30dBm(有时称为dBmW)之间，在30dBm处，第一线路的电压可开始显著减小。相比之下，如从图5可以看出，第二线路的电压可随着输出信号功率增加而略微增大，直到输出信号功率达到大致33dBm，此时，第二线路的电压可显著增加。第一或第二线路的电压开始更显著地改变的这些拐点可基于与第一晶体管104、第二晶体管106、第一功率单元114和/或第二功率单元124相关联的特定值或尺度中的一个或多个。在图5中还可看出，第二线路的电压可随着输出信号功率增加而略微增加，直到输出信号功率在大约33dBm达到拐点。第二线路的该电压增加可基于以上关于图1描述的偏置升压效果。如所指出的，图4和图5的仿真结果仅是示例，并且在其它实施例中，由于第一晶体管104、第二晶体管106、第一功率单元114和/或第二功率单元124中的一个或多个的差别，所使用的值可以是不同的。
图6可示出增加RF PA中的RF输出信号功率的仿真结果。具体地，图6可示出RF PA中的信号增益相对于现有电路和RF PA(诸如RF PA100)的输出信号功率的仿真比较。第一条线600可示出与现有RF PA的以dBm为单位的输出信号功率相比的、现有RF PA的输出信号增益。相比之下，第二条线605可示出与RF PA(诸如RF PA100)的以dBm为单位的输出信号功率相比的、RF PA(诸如RF PA100)的输出信号增益。在图6中，当输出信号功率在从17dBm至21dBm(在该点处，现有的RF PA可开始呈现出非线性特性)之间时，现有的RF PA可具有相对线性的信号增益。具体地，在大约21dBm的输出信号功率之后，信号增益可随着输出信号功率增加而变化。非线性信号增益特性可随着输出信号功率增加到大约31dBm(在该点处，RF PA可呈现出显著的非线性信号增益特性)而增加。即，信号增益可随着输出信号功率增加而显著变化。
相比之下，本公开的RF PA(例如，RF PA100)可随着输出信号功率从17dBm增加至25dBm而呈现出强线性增益特性，即，第一输出信号功率的信号增益可与另一输出信号功率的信号增益大致类似。当输出信号功率达到并且超过大约25dBm时，诸如RF PA100的RF PA可开始呈现出稍微非线性的信号增益特性。因此，如从图6可以看出，本公开的RF PA可呈现出显著增加的线性特性。
图10可示出增加根据本公开的RF PA中的RF输出信号功率的仿真结果。具体地，图10可示出RF PA中的信号相移相对于现有电路(线1000)和诸如RF PA100、200或900的RF PA(线1005)的输出信号功率的仿真比较。如图10所示，根据本公开的RF PA的相位(线1005)可显著小于如线1000所示的现有RF PA的相位。图7示出了现有电路和RF PA(诸如RF PA100)的ACPR与各个电路的输出信号功率的仿真比较。具体地，第一条线700可表示与现有电路的输出信号功率相比的该电路的ACPR。第二条线705可表示相对于RF PA(诸如RF PA100)的输出信号功率的该RF PA的ACPR。在实施例中，期望ACPR随着输出信号功率增加而保持低。特别地，例如，在EDGE通信标准中，期望ACPR随着输出信号功率增加至29dBm与30dBm之间的PA的输出功率(由图7中的垂直虚线表示)而保持一般低于-57dBc(由图7中的水平虚线来表示)。由于ACPR低可导致对相邻信道的用户的较少干扰，因此该相对低的ACPR会是所期望的。如在图7中可以看出，现有电路的ACPR可高于29dBm与30dBm之间的输出信号功率处的期望ACPR。相比之下，诸如RF PA100的RF PA的ACPR可保持低于-57dBc的ACPR阈值，直至RF PA的输出信号功率达到大约31.5dBm。应理解，这些示例是针对RF PA(诸如RF PA100和现有RF PA)的一个实施例的仿真结果。在其它实施例中，线700或705的不同的ACRP斜率或截距可以是不同的。另外，在其它实施例中，对于ACPR的大约-57dBc的阈值和对于输出功率的29.7dBm的阈值可以是不同的。
这里描述的RF PA(例如，RF PA100或200)的实施例以及包括这样的RF PA的设备可被合并到各种其它设备和系统中。在图8中示出了示例系统800的框图。如所示出的，系统800包括PA模块802，在一些实施例中PA模块802可以是RF PA模块。系统800可包括与如所示出的PA模块802耦合的收发器804。PA模块802可包括这里描述的一个或多个RF PA(例如，RF PA100或200)。
PA模块802可从收发器804接收RF输入信号RFin。PA模块802可对RF输入信号RFin进行放大以提供RF输出信号RFout。RF输入信号RFin和RF输出信号RFout均可以是传送链的一部分，其在图8中分别由TX-RFin和TX-RFout来标注。
放大后的RF输出信号RFout可被提供到天线开关模块(ASM)806，该天线开关模块806经由天线结构808而实现RF输出信号RFout的空中(OTA)传送。ASM806还可经由天线结构808接收RF信号以及沿着接收链将所接收到的RF信号Rx耦合到收发器804。
在各个实施例中，天线结构808可包括一个或多个定向和/或全向天线，包括例如偶极天线、单极天线、贴片天线、环路天线、微带天线或者适合于RF信号的OTA传送/接收的任何其它类型的天线。
系统800可以是包括功率放大的任何系统。RF PA(例如，RF PA100或200)可提供可包括功率调节应用的功率开关应用的有效开关装置，诸如，例如交流(AC)-直流(DC)转换器、DC-DC转换器、DC-AC转换器等。在各个实施例中，系统800可具体用于以高射频功率和频率进行功率放大。例如，系统800可适用于地面和卫星通信、雷达系统中的任意一个或多个以及可能地适用在各种工业和医疗应用中。更具体地，在各个实施例中，系统800可以是在雷达装置、卫星通信装置、移动手机、蜂窝电话基站、广播无线电或电视放大器系统中所选择的一个。
尽管这里出于描述目的而示出和描述了某些实施例，但是在不背离本公开的范围的情况下，被设想为实现相同目的的各种替选和/或等同实施例或实施方式可替换所示出和描述的实施例。该申请旨在覆盖这里讨论的实施例的任何修改或变化。因此，这里描述的实施例明确地旨在仅由权利要求及其等同方案来限制。

Claims (22)

1.一种功率放大器，包括：
第一晶体管，尺寸被设定为以第一电流密度工作；
第二晶体管，尺寸被设定为以第二电流密度工作，所述第一晶体管与所述第二晶体管耦合；
第一功率单元，包括与所述第一晶体管耦合的第三晶体管，所述第一晶体管被配置成对所述第一功率单元进行偏置；以及
第二功率单元，包括与所述第二晶体管耦合的多个晶体管，所述第二晶体管被配置成对所述第二功率单元进行偏置。
2.根据权利要求1所述的功率放大器，其中，所述第一晶体管是双极晶体管。
3.根据权利要求2所述的功率放大器，其中，所述第一晶体管包括第一基极；以及
其中，所述第二晶体管是包括与所述第一基极耦合的第二基极的双极晶体管。
4.根据权利要求1所述的功率放大器，其中，所述第一晶体管是场效应晶体管。
5.根据权利要求4所述的功率放大器，其中，所述第一晶体管包括第一栅极；以及
其中，所述第二晶体管是包括与所述第一栅极耦合的第二栅极的场效应晶体管。
6.根据权利要求1所述的功率放大器，其中，所述多个晶体管包括十五个晶体管。
7.根据权利要求1所述的功率放大器，其中，所述第三晶体管包括第一集电极，以及所述多个晶体管中的各个晶体管包括各自的集电极，并且所述第一集电极与所述各自的集电极耦合。
8.一种方法，包括：
将第一晶体管的输入耦合到电源，所述第一晶体管是基于第一电流密度来设定尺寸的；
将第二晶体管的输入耦合到所述电源，所述第二晶体管是基于第二电流密度来设定尺寸的；
将所述第一晶体管的第一端子与所述第二晶体管的第一端子耦合；
将包括第三晶体管的第一功率单元的输入与所述第一晶体管的第二端子耦合；以及
将包括多个晶体管的第二功率单元的输入与所述第二晶体管的第二端子耦合。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第一晶体管是双极晶体管。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第一晶体管的输入是第一基极；
其中，所述第二晶体管是双极晶体管；以及
其中，所述第二晶体管的输入是第二基极。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第一晶体管是场效应晶体管。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第一晶体管的输入是第一栅极；
其中，所述第二晶体管是场效应晶体管；以及
其中，所述第二晶体管的输入是第二栅极。
13.根据权利要求8所述的方法，其中，所述多个晶体管包括十五个晶体管。
14.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第三晶体管包括第一集电极，以及所述多个晶体管中的每个晶体管分别包括各自的集电极，并且所述方法还包括将所述第一集电极与所述各自的集电极耦合。
15.一种系统，包括：
电源；以及
功率放大器，与所述电源耦合，所述功率放大器包括：
第一晶体管，尺寸被设定为以第一电流密度工作，所述第一晶体管与所述电源耦合；
第二晶体管，尺寸被设定为以第二电流密度工作，所述第二晶体管与所述电源耦合；
第一功率单元，包括与所述第一晶体管耦合的第三晶体管；以及
第二功率单元，包括与所述第二晶体管耦合的多个晶体管。
16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述第一晶体管是双极晶体管。
17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述第一晶体管包括第一基极，以及其中，所述第二晶体管是包括与所述第一基极耦合的第二基极的双极晶体管。
18.根据权利要求15所述的系统，其中，所述第一晶体管是场效应晶体管。
19.根据权利要求18所述的系统，其中，所述第一晶体管包括第一栅极，以及其中，所述第二晶体管是包括与所述第一栅极耦合的第二栅极的场效应晶体管。
20.根据权利要求15所述的系统，其中，所述多个晶体管包括十五个晶体管。
21.根据权利要求15所述的系统，其中，所述第三晶体管包括第一集电极，以及所述多个晶体管中的每个晶体管分别包括各自的集电极，并且所述第一集电极与所述各自的集电极耦合。
22.根据权利要求15所述的系统，还包括与所述功率放大器耦合的收发器。
CN201410381607.9A 2013-08-05 2014-08-05 具有增强的线性度的分离偏置射频功率放大器 Expired - Fee Related CN104348424B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/959,398 2013-08-05
US13/959,398 US9077296B2 (en) 2013-08-05 2013-08-05 Split biased radio frequency power amplifier with enhanced linearity

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104348424A true CN104348424A (zh) 2015-02-11
CN104348424B CN104348424B (zh) 2018-12-04

Family

ID=52427116

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410381607.9A Expired - Fee Related CN104348424B (zh) 2013-08-05 2014-08-05 具有增强的线性度的分离偏置射频功率放大器

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9077296B2 (zh)
CN (1) CN104348424B (zh)
TW (1) TWI642272B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104900529B (zh) * 2015-04-23 2018-02-06 中国电子科技集团公司第十三研究所 一种提高栅控晶体管线性度的方法及其结构
CN105375884A (zh) * 2015-11-24 2016-03-02 宁波柏人艾电子有限公司 一种音箱功放电路
CN105337580A (zh) * 2015-11-26 2016-02-17 宁波柏人艾电子有限公司 一种音频功率放大控制电路
CN113328708A (zh) * 2021-06-08 2021-08-31 维沃移动通信有限公司 射频功放电路的控制电路、控制方法、装置和电子设备

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5051706A (en) * 1988-11-09 1991-09-24 Kabushiki Kaisha Toshiba High frequency power amplifier circuit
US20030132801A1 (en) * 2002-01-15 2003-07-17 Grebennikov Andrei Viktorovich Switchable power amplifier
US20050270103A1 (en) * 2004-04-09 2005-12-08 Nicolas Constantin Dynamic biasing system for an amplifier
US20060132232A1 (en) * 2004-12-17 2006-06-22 Atiqul Baree Multi-mode power amplifier
CN102111113B (zh) * 2009-12-28 2012-09-26 中国科学院微电子研究所 一种串联级联的多级射频功率放大器及前端发射机

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7853235B2 (en) * 2004-02-11 2010-12-14 Qualcomm, Incorporated Field effect transistor amplifier with linearization
KR100680302B1 (ko) * 2004-12-20 2007-02-07 인티그런트 테크놀로지즈(주) 선형성 및 주파수대역이 향상된 멀티플 게이티드트랜지스터를 이용한 증폭회로.
US7889007B2 (en) * 2005-08-02 2011-02-15 Qualcomm, Incorporated Differential amplifier with active post-distortion linearization
KR100813096B1 (ko) * 2005-08-17 2008-03-17 인티그런트 테크놀로지즈(주) 선형성이 향상된 증폭회로
US7345547B2 (en) * 2005-10-17 2008-03-18 Wj Communications, Inc. Bias circuit for BJT amplifier
US8963613B2 (en) * 2011-08-11 2015-02-24 Qualcomm Incorporated Canceling third order non-linearity in current mirror-based circuits

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5051706A (en) * 1988-11-09 1991-09-24 Kabushiki Kaisha Toshiba High frequency power amplifier circuit
US20030132801A1 (en) * 2002-01-15 2003-07-17 Grebennikov Andrei Viktorovich Switchable power amplifier
US20050270103A1 (en) * 2004-04-09 2005-12-08 Nicolas Constantin Dynamic biasing system for an amplifier
US20060132232A1 (en) * 2004-12-17 2006-06-22 Atiqul Baree Multi-mode power amplifier
CN102111113B (zh) * 2009-12-28 2012-09-26 中国科学院微电子研究所 一种串联级联的多级射频功率放大器及前端发射机

Also Published As

Publication number Publication date
TWI642272B (zh) 2018-11-21
TW201519574A (zh) 2015-05-16
US20150035601A1 (en) 2015-02-05
US9077296B2 (en) 2015-07-07
CN104348424B (zh) 2018-12-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11855586B2 (en) Power amplifier module
CN104426486B (zh) 用于射频功率放大器的偏置升压偏置电路
US7928804B2 (en) Power amplifier
CN108512515A (zh) 功率放大电路
US6236266B1 (en) Bias circuit and bias supply method for a multistage power amplifier
US9698740B2 (en) Mode linearization switch circuit
US8314655B2 (en) RF power amplifier and RF power module using the same
US20200195202A1 (en) RF Power Amplifiers with Diode Linearizer
US10523161B2 (en) Power amplification module
CN104348424A (zh) 具有增强的线性度的分离偏置射频功率放大器
CN104753478A (zh) 功率放大模块
Kim et al. Design of linear Doherty power amplifier for handset application
KR20170073459A (ko) 전력증폭장치 및 무선통신장치
CN110719077A (zh) 一种功率放大器及电子设备
Glass et al. Application of enhancement mode FET technology for wireless subscriber transmit/receive circuits
CN110768630A (zh) 一种射频功率放大器幅度调制对幅度调制的补偿电路
US9641130B2 (en) Low noise amplifier with noise and linearity improvement
KR101383484B1 (ko) LDMOS FET 및 GaN FET를 이용한 도허티 증폭기
CN112636706A (zh) 功率放大电路以及电子设备
Kim et al. Dual-mode power amplifier for LTE handset applications using BiFET technology
Rasmi et al. A 3.5 GHz packaged medium power amplifier using GaAs PHEMT

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20170112

Address after: North Carolina

Applicant after: Qorvo USA Inc.

Address before: oregon

Applicant before: Triquint Semiconductor Inc

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20181204

Termination date: 20200805

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee