CN105811899B - 一种功率放大器输出级模块及射频前端模块 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种功率放大器输出级模块及射频前端模块，其中，所述功率放大器输出级模块包括衬底，功率放大电路和多个引脚；所述衬底表面设置有所述功率放大电路，所述多个引脚设置于所述衬底背离所述功率放大电路一侧表面；所述功率放大电路包括：第一晶体管、第二晶体管、第一偏置电路和第二偏置电路，第一晶体管和第二晶体管的总栅宽均为预设尺寸；所述预设尺寸为第一预设参数或第二预设参数或第三预设参数。应用本申请实施例提供的射频功率放大器输出级模块只需要对应的设计三种版图即可满足需求者对于无线通信模式及射频信号的频段的任意需求，相应的降低了所述射频功率放大器输出级模块的设计成本以及后续的维护和管理成本。
Description
技术领域
本申请涉及电路设计技术领域，更具体地说，涉及一种功率放大器输出级模块及射频前端模块。
背景技术
功率放大器是各种无线通信系统中不可或缺的关键器件，它主要用于将收发信机输出的已调制射频信号进行功率放大，以得到满足无线通信需求的射频信号。主流的射频功率放大器电路如图1所示，主要包括第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第一电容M1、第一电感L、第二电容M2、第一偏置电路11、第二偏置电路12、输入匹配13及输出匹配14；其中，所述第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第一偏置电路11、第二偏置电路12、第一电容M1和第二电容M2集成于同一个芯片当中作为射频功率放大器输出级模块，图1中的标号GND代表接地端；Vbias1、Vbias2代表偏置电压输入端；Vcc代表电源输入端；RFIN代表射频信号输入端；RFOUT代表射频信号输出端。
现有技术中在设计所述射频功率放大器输出级模块时，通常要考虑其应用的无线通信模式，这是因为现今主流的2G、3G和4G无线通信模式的射频信号频段覆盖700MHz-3500MHz，这些频段通常可以分为3G/4G低频段(700MHz-915MHz)、3G/4G中频段(1710MHz-2025MHz)、GSM850频段(824MHz-849MHz)、GSM900频段(880MHz-915MHz)、DCS1800频段(1710MHz-1785MHz)和PCS1900频段(1850MHz-1910MHz)或按照其他分类标准进行频段划分。应用于2G低频、中频、高频或3G/4G中不同射频信号频段的射频功率放大器输出级模块，需要根据不同频段的输入射频信号调整第二电容M2的电容值、第一晶体管Q1以及第二晶体管Q2的尺寸，而这带来的问题是射频功率放大器输出级模块的生产厂家为了满足需求者对于输入射频信号的不同要求，而设计大量的不同的射频功率放大器输出级模块的版图，这些版图不仅在设计过程中需要耗费生产厂家大量的人力物力，而且这些版图在设计完成后的维护和管理过程中仍然需要生产厂家投入大量的人力物力，从而极大地提升了所述射频功率放大器输出级模块的生产成本。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种功率放大器输出级模块及射频前端模块，以解决由于需求者对于射频信号频段大量的不同要求而需要设计大量不同的射频功率放大器输出级模块的版图，而带来的射频功率放大器输出级模块的生产成本较高的问题。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供了如下技术方案：
一种功率放大器输出级模块，应用于无线通信系统，包括：衬底，功率放大电路和多个引脚；其中，
所述衬底表面设置有所述功率放大电路，所述多个引脚设置于所述衬底背离所述功率放大电路一侧表面；
所述功率放大电路包括：第一晶体管、第二晶体管、第一偏置电路和第二偏置电路，其中，
所述第一偏置电路的偏置电压输入端用于接收外界偏置电压，所述第一偏置电路的控制电压输入端用于接收外界控制电压，所述第一偏置电路的输出端与所述第一晶体管的栅极连接，用于为所述第一晶体管提供偏置电压；
所述第二偏置电路的电压输入端与所述第一偏置电路的控制电压输入端连接，用于接收外界控制电压，所述第二偏置电路的输出端与所述第二晶体管的栅极连接，用于为所述第二晶体管提供偏置电压；
所述第一晶体管的漏极与所述第二晶体管的源极连接，所述第一晶体管的栅极作为射频信号输入端，所述第一晶体管的源极接地，所述第二晶体管的漏极作为射频信号输出端；
所述第一晶体管和第二晶体管的总栅宽均为预设尺寸，用于将外界射频信号放大后通过所述射频信号输出端输出；
所述预设尺寸为第一预设参数或第二预设参数或第三预设参数。
优选的，所述第一预设参数大于或等于第一预设值；
所述第二预设参数大于或等于第二预设值；
所述第三预设参数大于或等于第三预设值。
优选的，所述第一预设值的取值范围为20mm-30mm，包括端点值；
所述第二预设值的取值范围为11mm-21mm，包括端点值；
所述第三预设值的取值范围为7mm-17mm，包括端点值。
优选的，所述多个引脚为6个引脚，其中，
所述6个引脚中的两个引脚为接地引脚，用于为所述射频放大电路提供接地端；
其他四个引脚分别为所述射频信号输入端的引脚、所述射频信号输出端的引脚、所述偏置电压输入端的引脚以及所述控制电压输入端的引脚。
优选的，所述第一偏置电路包括负反馈单元、第一电阻、第二电阻和第三晶体管；其中，
所述负反馈单元的第一端作为所述第一偏置电路的偏置电压输入端，所述负反馈单元的第二端接地，所述负反馈单元的第三端通过所述第一电阻接地，所述负反馈单元的第四端与所述第三晶体管的漏极连接作为所述第一偏置电路的控制电压输入端；
所述第三晶体管的源极通过所述第二电阻接地，所述第三晶体管与所述第二电阻的连接节点作为所述第一偏置电路的输出端，所述第三晶体管的栅极接于所述负反馈单元的第五端，以接收所述负反馈单元提供的稳定电压。
优选的，所述负反馈单元包括第四晶体管和第五晶体管；其中，
所述第四晶体管的漏极与所述第五晶体管的栅极连接，且所述第四晶体管的漏极与所述第五晶体管的栅极的连接节点为所述负反馈单元的第五端，所述第五晶体管的栅极为所述负反馈单元的第一端；所述第四晶体管的源极为所述负反馈单元的第二端；所述第四晶体管的栅极与所述第五晶体管的源极连接，且通过所述第一电阻接地，所述第五晶体管的源极为所述负反馈单元的第三端；
所述第五晶体管的漏极为所述负反馈单元的第四端。
优选的，所述负反馈单元还包括：第三电阻和第四电阻；
其中，所述第三电阻接于所述第五晶体管的栅极与所述第三晶体管的栅极之间，所述第四电阻接于所述第四晶体管与所述第一电阻之间；
所述第三电阻和第四电阻用于为所述第四晶体管和第五晶体管提供温度补偿。
优选的，所述第一偏置电路还包括第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻和第一电容；
其中，所述第五电阻的一端作为所述第一偏置电路的偏置电压输入端，另一端与所述负反馈单元的第一端连接；
所述第六电阻的一端作为所述第一偏置电路的控制电压输入端，另一端与所述负反馈单元的第四端连接；
所述第七电阻的一端与所述第六电阻连接，作为所述第一偏置电路的控制电压输入端，另一端与所述第三晶体管的漏极连接；
所述第八电阻的一端接于所述第三晶体管的源极与所述第二电阻的连接节点，另一端作为所述第一偏置电路的输出端；
所述第一电容的一端接于所述第三晶体管的栅极，另一端接地，用于滤去所述外界偏置电压中的交流成分；
所述第五电阻、第六电阻及第七电阻用于降低所述外界偏置电压、外界控制电压的波动对所述第一偏置电路的影响；
所述第八电阻用于降低射频信号对所述第一偏置电路的影响。
优选的，所述第二偏置电路包括第九电阻、第十电阻和第二电容；
其中，所述第九电阻的一端作为所述第二偏置电路的电压输入端，另一端与所述第十电阻连接；
所述第十电阻远离所述第九电阻一端接地，所述第九电阻和第十电阻的连接节点为所述第二偏置电路的输出端；
所述第二电容的一端与所述第九电阻和第十电阻的连接节点连接，另一端接地，用于滤去所述外界控制电压中的交流成分。
优选的，所述引脚为铜凸柱引脚或锡球引脚。
一种射频前端模块，应用于无线通信系统，包括：
至少一个功率放大器输出级模块，所述功率放大器输出级模块为上述任一实施例所述的功率放大器输出级模块；
与所述功率放大器输出级模块一一对应的电容，所述电容的电容值和与其对应的功率放大器输出级模块相匹配。
从上述技术方案可以看出，本发明实施例提供了一种功率放大器输出级模块及射频前端模块，其中，所述功率放大器输出级模块包括衬底、功率放大电路和多个引脚；所述功率放大电路包括第一晶体管、第二晶体管、第一偏置电路和第二偏置电路，其中，所述第一晶体管和第二晶体管的总栅宽均为预设尺寸，而所述预设尺寸包括三种标准，分别为第一预设参数、第二预设参数和第三预设参数。
发明人通过对无线通信系统中主流的2G、3G和4G无线通信模式不同频段对于所述射频功率放大器输出级模块的输出功率的要求的研究发现，2G、3G和4G无线通信模式对于所述射频功率放大器输出级模块的输出功率的需求分为三个级别：2G低频段，该频段对于所述射频功率放大器输出级模块的饱和输出功率的要求为35dBm；2G高频段，该频段对于所述射频功率放大器输出级模块的饱和输出功率的要求为32dBm；所有的3G和4G频段，这些频段对于所述射频功率放大器输出级模块的线性输出功率的要求为28dBm；而在所述射频功率放大器输出级模块中通过调整所述第一晶体管和第二晶体管的尺寸来满足不同的输出功率要求，因此，所述射频功率放大器输出级模块中的第一晶体管和第二晶体管的总栅宽(晶体管尺寸的代表参数)分为三种规格(既所述第一预设参数、第二预设参数和第三预设参数)，即可满足现今主流的无线通信模式的所有射频信号频段的要求，因此，应用本申请实施例提供的射频功率放大器输出级模块只需要对应的设计三种版图即可满足需求者对于无线通信模式及射频信号的频段的任意需求，相应的降低了所述射频功率放大器输出级模块的设计成本以及后续的维护和管理成本。
并且，所述功率放大器输出级模块并没有将起滤除二阶谐波作用的电容集成在同一个芯片中，这是因为所述电容的电容值需要根据输入的射频信号的频段的不同而相应变化，因此如果将所述电容也集成到所述功率放大器输出级模块中，就不能实现仅设计三种版图就能够满足需求者对于无线通信模式及射频信号的频段的任意需求的目的。而应用所述功率放大器输出级模块时在片外设置与输入的射频信号的频段相对应的电容即可同样的满足滤除二阶谐波的要求。
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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为现有技术中的功率放大器的电路结构示意图；
图2为本申请的一个实施例提供的一种功率放大器输出级模块的结构示意图；
图3为本申请的一个实施例提供的一种功率放大电路的结构示意图；
图4为本申请的一个实施例提供的一种多个引脚的分布示意图；
图5为本申请的另一个实施例提供的一种功率放大电路的结构示意图；
图6为本申请的又一个实施例提供的一种功率放大电路的结构示意图；
图7为本申请的再一个实施例提供的一种功率放大电路的结构示意图；
图8为本申请的一个优选实施例提供的一种功率放大电路的结构示意图；
图9为本申请的另一个优选实施例提供的一种功率放大电路的结构示意图。
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。
本申请实施例提供了一种功率放大器输出级模块，应用于无线通信系统，如图2所示，包括：衬底100，功率放大电路200和多个引脚300；其中，
所述衬底100表面设置有所述功率放大电路200，所述多个引脚300设置于所述衬底100背离所述功率放大电路200一侧表面；
如图3所示，所述功率放大电路200包括：第一晶体管T1、第二晶体管T2、第一偏置电路210和第二偏置电路220，其中，
所述第一偏置电路210的偏置电压输入端用于接收外界偏置电压，所述第一偏置电路210的控制电压输入端用于接收外界控制电压，所述第一偏置电路210的输出端与所述第一晶体管T1的栅极连接，用于为所述第一晶体管T1提供偏置电压；
所述第二偏置电路220的电压输入端与所述第一偏置电路210的控制电压输入端连接，用于接收外界控制电压，所述第二偏置电路220的输出端与所述第二晶体管T2的栅极连接，用于为所述第二晶体管T2提供偏置电压；
所述第一晶体管T1的漏极与所述第二晶体管T2的源极连接，所述第一晶体管T1的栅极作为射频信号输入端，所述第一晶体管T1的源极接地，所述第二晶体管T2的漏极作为射频信号输出端；
所述第一晶体管T1和第二晶体管T2的总栅宽均为预设尺寸，用于将外界射频信号放大后通过所述射频信号输出端输出；
所述预设尺寸为第一预设参数或第二预设参数或第三预设参数。
附图3中的标号Vbias表示所述偏置电压输入端，VCB表示所述控制电压输入端，RFOUT表示所述射频信号输出端，RFIN表示所述射频信号输入端，GND表示接地端。
需要说明的是，发明人通过对无线通信系统中主流的2G、3G和4G无线通信模式不同频段对于所述射频功率放大器输出级模块的输出功率的要求的研究发现，2G、3G和4G无线通信模式对于所述射频功率放大器输出级模块的输出功率的需求分为三个级别：2G低频段，该频段对于所述射频功率放大器输出级模块的饱和输出功率的要求为35dBm；2G高频段，该频段对于所述射频功率放大器输出级模块的饱和输出功率的要求为32dBm；所有的3G和4G频段，这些频段对于所述射频功率放大器输出级模块的线性输出功率的要求为28dBm；而在所述射频功率放大器输出级模块中通过调整所述第一晶体管T1和第二晶体管T2的尺寸来满足不同的输出功率要求，因此所述射频功率放大器输出级模块中的第一晶体管T1和第二晶体管T2的总栅宽(晶体管尺寸的代表参数)分为三种规格(既所述第一预设参数、第二预设参数和第三预设参数)即可满足现今主流的无线通信模式的所有射频信号频段的要求，因此应用本申请实施例提供的射频功率放大器输出级模块只需要对应的设计三种版图即可满足需求者对于无线通信模式的射频信号的频段的任意需求，相应的降低了所述射频功率放大器输出级模块的设计成本以及后续的维护和管理成本。
并且，所述功率放大器输出级模块并没有将起滤除二阶谐波作用的电容集成在同一个芯片中，这是因为所述电容的电容值需要根据输入的射频信号的频段的不同而相应变化，因此如果将所述电容也集成到所述功率放大器输出级模块中就不能实现仅设计三种版图就能够满足需求者对于无线通信模式及射频信号的频段的任意需求的目的。而应用所述功率放大器输出级模块时在片外设置与输入的射频信号的频段相对应的电容即可同样的满足滤除二阶谐波的要求。
还需要说明的是，在本申请的一个实施例中，所述第一晶体管T1和第二晶体管T2均为高电子迁移率晶体管(High Electron Mobility Transistor，HEMT)或均为赝调制掺杂异质结场效应晶体管(pseudomorphic High Electron Mobility Transistor，pHEMT)；本申请对所述第一晶体管T1和第二晶体管T2的具体类型并不做限定，具体视实际情况而定。
在本申请的一个实施例中，所述衬底100为砷化镓衬底100或硅衬底100。本申请对所述衬底100的类型并不做限定，具体视实际情况而定。相应的，当所述衬底100为砷化镓衬底100时，所述第一晶体管T1和第二晶体管T2为基于砷化镓的pHEMT或基于砷化镓的HEMT或基于砷化镓的其他类型的晶体管；当所述衬底100为硅衬底100时，所述第一晶体管T1和第二晶体管T2为基于硅的场效应晶体管。本申请对此并不做限定，具体视实际情况而定。但在本申请的一个优选实施例中，所述第一晶体管T1和第二晶体管T2为砷化镓pHEMT，这是因为砷化镓pHEMT具有高电子迁移率、输出电阻大、跨导高、更大的电流处理能力以及更低的噪声等优点。由于砷化镓赝调制掺杂异质结场效应晶体管的具体结构已为本领域技术人员所熟知，本发明在此不做赘述。
在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述第一预设参数大于或等于第一预设值；
所述第二预设参数大于或等于第二预设值；
所述第三预设参数大于或等于第三预设值。
需要说明的是，当所述第一晶体管T1和第二晶体管T2的总栅宽大于第一预设值时，所述功率放大器输出级模块的饱和输出功率大于35dBm，既能够满足2G低频段的输出功率需求；当所述第一晶体管T1和第二晶体管T2的总栅宽大于第二预设值时，所述功率放大器输出级模块的饱和输出功率大于32dBm，既能够满足2G高频段的输出功率需求；当所述第一晶体管T1和第二晶体管T2的总栅宽大于第三预设值时，所述功率放大器输出级模块的线性输出功率大于28dBm，既能够满足所有的3G和4G频段的要求。
从上述描述可以看出，所述第一预设值为所述功率放大器输出级模块的饱和输出功率为35dBm时，所述第一晶体管T1和第二晶体管T2的最小总栅宽；
所述第二预设值为所述功率放大器输出级模块的饱和输出功率为32dBm时，所述第一晶体管T1和第二晶体管T2的最小总栅宽；
所述第三预设值为所述功率放大器输出级模块的线性输出功率为28dBm时，所述第一晶体管T1和第二晶体管T2的最小总栅宽。
众所周知的，所述第一晶体管T1和第二晶体管T2的总栅宽越大，所述功率放大器输出级模块占用的衬底面积也会相应增加，而增加的衬底面积会使得所述功率放大器输出级模块的成本增加。因此所述第一预设参数优选等于第一预设值；所述第二预设参数优选等于第二预设值；所述第三预设参数优选等于第三预设值。但本申请对此并不做限定，在本申请的其他实施例中，所述第一预设参数也可以大于所述第一预设值，所述第二预设参数也可以大于所述第二预设值，所述第三预设参数也可以大于所述第三预设值，具体视实际情况而定。
在上述实施例的基础上，本申请的一个具体实施例提供了所述第一预设值、第二预设值及第三预设值的取值范围：
所述第一预设值的取值范围为20mm-30mm，包括端点值；
所述第二预设值的取值范围为11mm-21mm，包括端点值；
所述第三预设值的取值范围为7mm-17mm，包括端点值。
需要说明的是，由于所述第一晶体管T1和第二晶体管T2的种类不同，由其构成的功率放大器输出级模块的输出功率也会有所差异，因此本申请对所述第一预设值、第二预设值和第三预设值的具体取值和取值范围并不做限定，具体视实际情况而定。
但本申请的一个实施例提供了一种所述第一预设值、第二预设值和第三预设值的优选取值，在本实施例中，构成所述功率放大器输出级模块的第一晶体管T1和第二晶体管T2均为砷化镓pHEMT，在此条件下，所述第一预设值优选为25mm，所述第二预设值优选为16mm，所述第三预设值优选为12mm。但随着晶体管工艺的不断发展，所述第一预设值、第二预设值和第三预设值的取值还可能进一步变小，因此本申请对所述第一预设值、第二预设值和第三预设值的取值范围和具体取值并不做限定，具体视实际情况而定。
在上述实施例的基础上，在本申请的另一个实施例中，所述多个引脚300为6个引脚300，其中，
所述6个引脚300中的两个引脚300为接地引脚300，用于为所述射频放大电路提供接地端；
其他四个引脚300分别为所述射频信号输入端的引脚300、所述射频信号输出端的引脚300、所述偏置电压输入端的引脚300以及所述控制电压输入端的引脚300。
需要说明的是，本实施例还提供了一种所述6个引脚300的具体分布方式，如图4所示，图4中的标号301代表所述射频信号输出端的引脚，302及303代表所述接地引脚，304代表所述射频信号输入端的引脚，305代表所述偏置电压输入端的引脚，306代表所述控制电压输入端的引脚。本申请对所述6个引脚300的具体分布方式并不做限定，只要与图3中的所述功率放大电路200在所述衬底100表面的分布相对应即可，具体视实际情况而定。但由于射频功率放大器输出级模块的大电流及大功率工作特性的限制，所述射频信号输出端的引脚以及两个所述接地引脚的面积要大于其他引脚，以增强所述射频信号输出端的引脚以及两个所述接地引脚的过电流能力并且减小所述射频信号输出端的引脚以及两个所述接地引脚的寄生参数。
在上述实施例的基础上，在本申请的一个优选实施例中，所述引脚300为铜凸柱引脚或锡球引脚。本申请对所述引脚300的具体种类并不做限定，具体视实际情况而定。
在上述实施例的基础上，在本申请的又一个实施例中，如图5所示，所述第一偏置电路210包括负反馈单元211、第一电阻R1、第二电阻R2和第三晶体管T3；其中，
所述负反馈单元211的第一端作为所述第一偏置电路210的偏置电压输入端，所述负反馈单元211的第二端接地，所述负反馈单元211的第三端通过所述第一电阻R1接地，所述负反馈单元211的第四端与所述第三晶体管T3的漏极连接作为所述第一偏置电路210的控制电压输入端；
所述第三晶体管T3的源极通过所述第二电阻R2接地，所述第三晶体管T3与所述第二电阻R2的连接节点作为所述第一偏置电路210的输出端，所述第三晶体管T3的栅极接于所述负反馈单元211的第五端，以接收所述负反馈单元211提供的稳定电压。
需要说明的是，在本实施例中，所述负反馈单元211用于将所述外界偏置电压转换为一个稳定的电压提供给所述第三晶体管T3，使得流入所述第三晶体管T3的电流值不会受到所述外界偏置电压的波动而发生变化。所述第三晶体管T3将接收到的稳定电流转换后通过其源极输出，所述第三晶体管T3源极输出的电流与所述第二电阻R2的阻值的乘积既为向所述第一晶体管T1输出的电压值，通过调节所述负反馈单元211的参数以及第二电阻R2的阻值即可调节向所述第一晶体管T1输出的电压值的目的，从而起到了为所述第一晶体管T1提供合适的偏置电压的目的。
在上述实施例的基础上，在本申请的再一个实施例中，如图6所示，所述负反馈单元211包括第四晶体管T4和第五晶体管T5；其中，
所述第四晶体管T4的漏极与所述第五晶体管T5的栅极连接，且所述第四晶体管T4的漏极与所述第五晶体管T5的栅极的连接节点为所述负反馈单元211的第五端，所述第五晶体管T5的栅极为所述负反馈单元211的第一端；所述第四晶体管T4的源极为所述负反馈单元211的第二端；所述第四晶体管T4的栅极与所述第五晶体管T5的源极连接，且通过所述第一电阻R1接地，所述第五晶体管T5的源极为所述负反馈单元211的第三端；
所述第五晶体管T5的漏极为所述负反馈单元211的第四端。
需要说明的是，本实施例仅提供了一种可能的负反馈单元211的构成形式，其他可能的负反馈单元211的构成结构也适用于本申请。
在上述实施例的基础上，在本申请的一个优选实施例中，如图7所示，所述负反馈单元211还包括：第三电阻R3和第四电阻R4；
其中，所述第三电阻R3接于所述第五晶体管T5的栅极与所述第三晶体管T3的栅极之间，所述第四电阻R4接于所述第四晶体管T4与所述第一电阻R1之间；
所述第三电阻R3和第四电阻R4用于为所述第四晶体管T4和第五晶体管T5提供温度补偿。
在上述实施例的基础上，在本申请的另一个优选实施例中，如图8所示，所述第一偏置电路210还包括第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8和第一电容C1；
其中，所述第五电阻R5的一端作为所述第一偏置电路210的偏置电压输入端，另一端与所述负反馈单元211的第一端连接；
所述第六电阻R6的一端作为所述第一偏置电路210的控制电压输入端，另一端与所述负反馈单元211的第四端连接；
所述第七电阻R7的一端与所述第六电阻R6连接，作为所述第一偏置电路210的控制电压输入端，另一端与所述第三晶体管T3的漏极连接；
所述第八电阻R8的一端接于所述第三晶体管T3的源极与所述第二电阻R2的连接节点，另一端作为所述第一偏置电路210的输出端；
所述第一电容C1的一端接于所述第三晶体管T3的栅极，另一端接地，用于滤去所述外界偏置电压中的交流成分；
所述第五电阻R5、第六电阻R6及第七电阻R7用于降低所述外界偏置电压、外界控制电压的波动对所述第一偏置电路210的影响；
所述第八电阻R8用于降低射频信号对所述第一偏置电路210的影响。
在上述实施例的基础上，在本申请的又一个优选实施例中，如图9所示，所述第二偏置电路220包括第九电阻R9、第十电阻R10和第二电容C2；
其中，所述第九电阻R9的一端作为所述第二偏置电路220的电压输入端，另一端与所述第十电阻R10连接；
所述第十电阻R10远离所述第九电阻R9一端接地，所述第九电阻R9和第十电阻R10的连接节点为所述第二偏置电路220的输出端；
所述第二电容C2的一端与所述第九电阻R9和第十电阻R10的连接节点连接，另一端接地，用于滤去所述外界控制电压中的交流成分。
需要说明的是，同所述第一晶体管T1和第二晶体管T2相似，当所述衬底100为砷化镓衬底100时，所述第三晶体管T3为基于砷化镓的pHEMT或基于砷化镓的HEMT或基于砷化镓的其他类型的晶体管；当所述衬底100为硅衬底100时，所述第三晶体管T3为基于硅的场效应晶体管。本申请对此并不做限定，具体视实际情况而定。同样的，所述第三晶体管T3优选为砷化镓赝调制掺杂异质结场效应晶体管。
还需要说明的是，所述第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9和第十电阻R10优选为金属薄膜电阻，可以在所述功率放大器输出级模块在所述衬底100上制备时通过第一层金属或第二层金属构成。但本申请对所述第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9和第十电阻R10的种类并不做限定，也可以为其他类型的电阻。
所述第一电容C1和第二电容C2优选为金属-绝缘体-金属(MIM，Metal-Insulator-Metal)电容。MIM电容的电容密度大，对于同样电容值的电容，MIM电容所需的面积小。但本申请对所述第一电容C1和第二电容C2的具体种类并不做限定，还可以为其他种类的电容，具体视实际情况而定。
相应的，本申请实施例还提供了一种射频前端模块，应用于无线通信系统，包括：
至少一个功率放大器输出级模块，所述功率放大器输出级模块为上述任一实施例所述的功率放大器输出级模块；
与所述功率放大器输出级模块一一对应的电容，所述电容的电容值和与其对应的功率放大器输出级模块相匹配。
需要说明的是，与所述功率放大器输出级模块一一对应的电容用于去除所述功率放大器输出级模块的二阶谐波。所述电容的电容值和与其对应的功率放大器输出级模块相匹配是指：向所述功率放大器输出级模块输入的射频信号的频段决定与该功率放大器输出级模块对应的电容的电容值。
综上所述，本申请实施例提供了一种功率放大器输出级模块及射频前端模块，其中，所述功率放大器输出级模块包括衬底100、功率放大电路200和多个引脚300；所述功率放大电路200包括第一晶体管T1、第二晶体管T2、第一偏置电路210和第二偏置电路220，其中，所述第一晶体管T1和第二晶体管T2的总栅宽均为预设尺寸，而所述预设尺寸包括三种标准，分别为第一预设参数、第二预设参数和第三预设参数。
发明人通过对无线通信系统中主流的2G、3G和4G无线通信模式不同频段对于所述射频功率放大器输出级模块的输出功率的要求的研究发现，2G、3G和4G无线通信模式对于所述射频功率放大器输出级模块的输出功率的需求分为三个级别：2G低频段，该频段对于所述射频功率放大器输出级模块的饱和输出功率的要求为35dBm；2G高频段，该频段对于所述射频功率放大器输出级模块的饱和输出功率的要求为32dBm；所有的3G和4G频段，这些频段对于所述射频功率放大器输出级模块的线性输出功率的要求为28dBm；而在所述射频功率放大器输出级模块中通过调整所述第一晶体管T1和第二晶体管T2的尺寸来满足不同的输出功率要求，因此所述射频功率放大器输出级模块中的第一晶体管T1和第二晶体管T2的总栅宽(晶体管尺寸的代表参数)分为三种规格(既所述第一预设参数、第二预设参数和第三预设参数)即可满足现今主流的无线通信模式的所有射频信号频段的要求，因此应用本申请实施例提供的射频功率放大器输出级模块只需要对应的设计三种版图即可满足需求者对于无线通信模式及射频信号的频段的任意需求，相应的降低了所述射频功率放大器输出级模块的设计成本以及后续的维护和管理成本。
并且，所述功率放大器输出级模块并没有将起滤除二阶谐波作用的电容集成在同一个芯片中，这是因为所述电容的电容值需要根据输入的射频信号的频段的不同而相应变化，因此如果将所述电容也集成到所述功率放大器输出级模块中就不能实现仅设计三种版图就能够满足需求者对于无线通信模式及射频信号的频段的任意需求的目的。而应用所述功率放大器输出级模块时在片外设置与输入的射频信号的频段相对应的电容即可同样的满足滤除二阶谐波的要求。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种功率放大器输出级模块，应用于无线通信系统，其特征在于，包括：衬底，功率放大电路和多个引脚；其中，
所述衬底表面设置有所述功率放大电路，所述多个引脚设置于所述衬底背离所述功率放大电路一侧表面；
所述功率放大电路包括：第一晶体管、第二晶体管、第一偏置电路和第二偏置电路，其中，
所述第一偏置电路的偏置电压输入端用于接收外界偏置电压，所述第一偏置电路的控制电压输入端用于接收外界控制电压，所述第一偏置电路的输出端与所述第一晶体管的栅极连接，用于为所述第一晶体管提供偏置电压；
所述第二偏置电路的电压输入端与所述第一偏置电路的控制电压输入端连接，用于接收外界控制电压，所述第二偏置电路的输出端与所述第二晶体管的栅极连接，用于为所述第二晶体管提供偏置电压；
所述第一晶体管的漏极与所述第二晶体管的源极连接，所述第一晶体管的栅极作为射频信号输入端，所述第一晶体管的源极接地，所述第二晶体管的漏极作为射频信号输出端；
所述第一晶体管和第二晶体管的总栅宽均为预设尺寸，用于将外界射频信号放大后通过所述射频信号输出端输出；
所述预设尺寸为第一预设参数或第二预设参数或第三预设参数；
所述第一预设参数大于或等于第一预设值；
所述第二预设参数大于或等于第二预设值；
所述第三预设参数大于或等于第三预设值；
所述第一预设值的取值范围为20mm-30mm，包括端点值；
所述第二预设值的取值范围为11mm-21mm，包括端点值；
所述第三预设值的取值范围为7mm-17mm，包括端点值。
2.根据权利要求1所述的功率放大器输出级模块，其特征在于，所述多个引脚为6个引脚，其中，
所述6个引脚中的两个引脚为接地引脚，用于为所述射频放大电路提供接地端；
其他四个引脚分别为所述射频信号输入端的引脚、所述射频信号输出端的引脚、所述偏置电压输入端的引脚以及所述控制电压输入端的引脚。
3.根据权利要求1所述的功率放大器输出级模块，其特征在于，所述第一偏置电路包括负反馈单元、第一电阻、第二电阻和第三晶体管；其中，
所述负反馈单元的第一端作为所述第一偏置电路的偏置电压输入端，所述负反馈单元的第二端接地，所述负反馈单元的第三端通过所述第一电阻接地，所述负反馈单元的第四端与所述第三晶体管的漏极连接作为所述第一偏置电路的控制电压输入端；
所述第三晶体管的源极通过所述第二电阻接地，所述第三晶体管与所述第二电阻的连接节点作为所述第一偏置电路的输出端，所述第三晶体管的栅极接于所述负反馈单元的第五端，以接收所述负反馈单元提供的稳定电压。
4.根据权利要求3所述的功率放大器输出级模块，其特征在于，所述负反馈单元包括第四晶体管和第五晶体管；其中，
所述第四晶体管的漏极与所述第五晶体管的栅极连接，且所述第四晶体管的漏极与所述第五晶体管的栅极的连接节点为所述负反馈单元的第五端，所述第五晶体管的栅极为所述负反馈单元的第一端；所述第四晶体管的源极为所述负反馈单元的第二端；所述第四晶体管的栅极与所述第五晶体管的源极连接，且通过所述第一电阻接地，所述第五晶体管的源极为所述负反馈单元的第三端；
所述第五晶体管的漏极为所述负反馈单元的第四端。
5.根据权利要求4所述的功率放大器输出级模块，其特征在于，所述负反馈单元还包括：第三电阻和第四电阻；
其中，所述第三电阻接于所述第五晶体管的栅极与所述第三晶体管的栅极之间，所述第四电阻接于所述第四晶体管与所述第一电阻之间；
所述第三电阻和第四电阻用于为所述第四晶体管和第五晶体管提供温度补偿。
6.根据权利要求3所述的功率放大器输出级模块，其特征在于，所述第一偏置电路还包括第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻和第一电容；
其中，所述第五电阻的一端作为所述第一偏置电路的偏置电压输入端，另一端与所述负反馈单元的第一端连接；
所述第六电阻的一端作为所述第一偏置电路的控制电压输入端，另一端与所述负反馈单元的第四端连接；
所述第七电阻的一端与所述第六电阻连接，作为所述第一偏置电路的控制电压输入端，另一端与所述第三晶体管的漏极连接；
所述第八电阻的一端接于所述第三晶体管的源极与所述第二电阻的连接节点，另一端作为所述第一偏置电路的输出端；
所述第一电容的一端接于所述第三晶体管的栅极，另一端接地，用于滤去所述外界偏置电压中的交流成分；
所述第五电阻、第六电阻及第七电阻用于降低所述外界偏置电压、外界控制电压的波动对所述第一偏置电路的影响；
所述第八电阻用于降低射频信号对所述第一偏置电路的影响。
7.根据权利要求1所述的功率放大器输出级模块，其特征在于，所述第二偏置电路包括第九电阻、第十电阻和第二电容；
其中，所述第九电阻的一端作为所述第二偏置电路的电压输入端，另一端与所述第十电阻连接；
所述第十电阻远离所述第九电阻一端接地，所述第九电阻和第十电阻的连接节点为所述第二偏置电路的输出端；
所述第二电容的一端与所述第九电阻和第十电阻的连接节点连接，另一端接地，用于滤去所述外界控制电压中的交流成分。
8.根据权利要求1所述的功率放大器输出级模块，其特征在于，所述引脚为铜凸柱引脚或锡球引脚。
9.一种射频前端模块，应用于无线通信系统，其特征在于，包括：
至少一个功率放大器输出级模块，所述功率放大器输出级模块为权利要求1-8任一项所述的功率放大器输出级模块；
与所述功率放大器输出级模块一一对应的电容，所述电容的电容值和与其对应的功率放大器输出级模块相匹配。
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