CN104485907A - 一种高效率多模射频功率放大器 - Google Patents

Abstract

本发明公开的射频功率放大器，用于实现高、低功率模式，因所述放大器可实现高、低功率模式相对独立进行输出匹配，可以使低功率模式下静态电流降低至5.0mA以下，同时满足低增益下，高的线性功率和高的功率附加效率。

Description

一种高效率多模射频功率放大器

技术领域

本发明涉及电力电子设备技术领域，尤其涉及一种功率放大器。

背景技术

射频功率放大器（RFPA）系无线通讯设备和电子系统如手机、路由器、平板电脑及其他移动终端等的关键器件。在无线通讯中，已调制好的信号，需通过功率放大器将信号放大到满足需求的输出功率后通过天线等其他组件发送出去。

随着无线通讯的发展，特别是3G/4G移动通讯的大规模普及，对通讯系统提出了更高的要求。基站接受到手机等终端的信号，容易受到距离、地形、天气等客观条件的影响，为满足基站对信号稳定性和线性度等性能指标的要求，功率放大器通常采用多功率模式。通常采用高功率模式（HPM）和低功率模式（LPM）两种模式，低功率模式要求在较低的输出功率水平下，保证线性度等性能，同时降低增益，提高效率。

传统的多模功率放大器电路如图1所示，当高功率模式时，开关S1和S3导通，开关S2和S4关断，此时，第一通路（高功率通路）导通，当低功率模式时，开关S1和S3关断，开关S2和S4导通，此时，第二通路（低功率通路）导通。第一通路与第二通路共用输出匹配。

然而，不管是在市内还是市郊，良好的基站覆盖率使得手机经常以较低的功率输入工作，因此为确保在不提高电池容量的情况下，延长手机电池的使用时间，提高低功率输出时的效率已成为手机功率放大器重要的设计要求。

发明内容

本发明提供了一种高效率多模功率放大器，以解决现有技术中低功率输出时效率低的问题。

为了实现上述目的，现提出方案如下：

一种多模功率放大器，包括：第一通路，用于实现高功率模式；第二通路，用于实现低功率模式。

优选的，还包括：

与所述第一通路及第二通路相连的频率选择开关或天线开关，用以在进行不同频率切换时，同时控制高、低功率路的导通和关断。该开关第一通路和第二通路在输入端相互独立，输出合为同一通路。

优选的，分别与所述第一通路及第二通路相连的控制电路，用于控制所述第一通路及第二通路的偏置电压，同时用于控制所述开关的通断，以使所述多模功率放大器实现高功率模式、中功率模式，低功率模式及其他功率模式。

分别与所述第一通路及第二通路相连的供电电路。

连接于所述供电电路与所述第一通路的第一匹配网络，用于通直流隔交流或者变换阻抗。

 连接于所述供电电路与所述第二通路的第二匹配网络，用于通直流隔交流或者变换阻抗。

 优选的，所述第一通路和第二通路分别通过匹配网络一和匹配网络二与开关输入端相连。

 从上述技术方案可以看出，本发明公开的功率放大器，所述用于实现高功率模式的第一通路和低功率模式的第二通路，通过开关对输出隔离，使得两通路输出匹配独立，从而可以将低功率通路输出匹配调节至合适的阻抗大小，极大提高低功率输出效率。

 低功率通路上的功率管尺寸较小，可以使其静态电流降至5mA以下，线性功率可达10dBm以上。

 同时，该方案未增加任何子模块，减少了输入输出端的开关S1、S2，S3，S4，从而使设计更简单，成本更低。

附图说明

 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

 图1为现有技术的功率放大器电路图。

 图2为本发明实施例公开的功率放大器电路图。

 图3为本发明另一实施例公开的功率放大器电路图。

 图4为本发明另一实施例公开的功率放大器电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

 本发明提供了一种功率放大器，以解决现有技术中低功率输出时效率有待提高的问题。

 具体的，如图2所示，包括：第一通路，用于实现高功率模式；第二通路，用于实现低功率模式。

 具体的工作原理为：

当高功率模式时，CMOS控制电路子模块给通路一的功率级提供偏置，通路二功率级偏置为0V，同时控制开关子模块控制第一通路导通，第二通路关断；

此时，高功率模式功率级的匹配电路为匹配电路一，匹配到低阻抗，输出高功率；

当低功率模式时，CMOS控制电路子模块给通路二的功率级提供偏置，通路一功率级偏置为0V，同时控制开关子模块控制第二通路导通，第一通路关断；

此时，低功率模式功率级的匹配电路为匹配电路二，匹配到高阻抗，输出低功率，由于匹配到高阻抗，极大提高低功率模式下的附加效率。

 本实施例提供的功率放大器，实现低功率模式的第二通路功率级采用异质结双极晶体管HBT Q1，因异质结双极晶体管HBT Q1尺寸很小，可以使其静态电流降低到5.0mA。同时，由于匹配电路一和匹配电路二相对独立，在高低功率模式下，都可以得到更好的性能。在低功率模式下，线性功率可达到10dBm以上。在满足低功率输出良好的线性度等性能的同时实现了高的功率附件效率，解决了现有技术低功率输出时效率有待提高的问题。由于减少了开关S1、S2、S3和S4，减小了设计难度，功率级可以采用简单便宜的HBT工艺实现，降低了成本。

 本发明另一实施例还提供了另外一种功率放大器，如图3所示，包括：

第一通路，用于实现高功率模式；第二通路，用于实现低功率模式。

 具体的，第二通路减少匹配电路2。由于开关子模块输入输出阻抗为50ohm附近，具有高阻抗，可以直接作为低功率模式负载阻抗或针对低功率模式，在开关子模块中，自匹配到所需高阻抗。

 本实施例内其他元器件的连接及具体的工作原理与上述实施例相同，此处不再赘述。

 本发明另一实施例还提供了另外一种功率放大器，如图4所示，包括：

第一通路，用于实现高功率模式；第二通路，用于实现中功率模式；第三通路，用于实现低功率模式。

 具体的，当高功率模式时，CMOS控制电路子模块给通路一的功率级提供偏置，其它通路功率级偏置为0V，同时控制开关子模块控制第一通路导通，其它通路关断。此时，高功率模式功率级的匹配电路为匹配电路一，匹配到低阻抗，输出高功率。当中功率模式时，CMOS控制电路子模块给通路二的功率级提供偏置，其它通路功率级偏置为0V，同时控制开关子模块控制第二通路导通，其它通路关断。此时，中功率模式功率级的匹配电路为匹配电路二，匹配到中阻抗，输出中功率。当低功率模式时，CMOS控制电路子模块给通路三的功率级提供偏置，其它通路功率级偏置为0V，同时控制开关子模块控制第三通路导通，其它通路关断。此时，中功率模式功率级的匹配电路为匹配电路三，匹配到高阻抗，输出低功率。

Claims (9)

1.一种多模功率放大器，其特征在于，包括：第一通路，高功率模式；第二通路，低

功率模式。

2.根据权利要求1所述多模功率放大器，其特征在于，还包括：

分别与所述第一通路及第二通路相连的开关，用以控制高、低功率通路的导通和关断；

该开关输入各通道相互独立，输出合为同一通路。

3.根据权利要求1所述多模功率放大器，其特征在于，分别于所述第一通路及第二通路相连的控制电路，用于控制所述第一通路及第二通路的偏置电压，同时用于控制所述开关的通断，以使所述多模功率放大器实现高功率模式、中功率模式，低功率模式及其他功率模式。

4.根据权利要求1所述多模功率放大器，其特征在于，分别与所述第一通路及第二通路相连的供电电路；

连接于所述供电电路与所述第一通路的第一匹配网络，用于通直流隔交流或者变换阻抗；

连接于所述供电电路与所述第二通路的第二匹配网络，用于通直流隔交流或者变换阻抗。

5.根据权利要求2所述多模功率放大器，其特征在于，所述第一通路和第二通路分别通过匹配网络一和匹配网络二与开关输入端相连。

6.根据权利要求2所述多模功率放大器，其特征在于，所述第一通路包括：

输入端作为所述第二通路输入端的驱动级；所述驱动级的供电端与所述供电电路相连；所述驱动级的控制端与所述控制电路相连；

输入端与所述驱动级输出端相连的第一功率级；所述第一功率级的供电端与所述供电电路相连；所述第一功率级的控制端与所述控制电路相连。

7.根据权利要求2所述多模功率放大器，其特征在于，输入端与所述第一功率级输出端相连的第二功率级；所述第二功率级的供电端与所述第一匹配网络相连；所述第二功率级的控制端与所述控制电路相连；所述第二功率级的输出端为所述第二通路的输出端。

8.根据权利要求2所述多模功率放大器，其特征在于，所述第二通路包括：

输入端作为所述第二通路输入端的功率级；所述功率级的供电端与所述供电电路相连；所述功率级的控制端与所述控制电路相连。

9.根据权利要求3所述多模功率放大器，其特征在于，所述输出端开关：

连接所述第一匹配电路和第二匹配电路与输出端；

开关输入端不限于连接第一匹配电路和第二匹配电路，可以兼做频率选择开关或天线开关。