CN106253865B - 多频段射频功率放大器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多频段射频功率放大器，包括：多个输入匹配网络电路，射频功率放大电路，一个输出匹配网络；射频功率放大电路的放大器采用RFSOI工艺实现且采用堆叠MOS管的方式提高耐压和输出功率；各输入匹配网络的输入端分别通过一个开关连接射频输入信号，各输入匹配网络的输出端分别通过一个开关连接射频功率放大电路的输入端；根据射频输入信号的频率所属频率段的不同并通过各开关选择对应的输入匹配网络，实现多频段射频输入信号的输入；射频功率放大电路的输出端连接输出匹配网络的输入端，输出匹配网络的输出端输出射频输出信号。本发明能大幅度降低芯片面积以及使用成本。

Description

多频段射频功率放大器
技术领域
本发明涉及一种半导体集成电路，特别是涉及一种多频段射频功率放大器。
背景技术
射频功率放大器是射频前端的主要耗能元件，射频功率放大器工作在一定的频率范围，超过一定频率范围射频功率放大器输出功率及效率大幅降低，而射频功率放大器经常会工作在不同的频率状态下，为了适应不同的频率段，现有方法中通常需要使用两种或多种射频功率放大器来满足各频率区间。如图1所示，是现有多频段射频功率放大器的电路图，图1中共采用了3个射频功率放大电路(PA)，分别如标记101a、101b和101c所示。在射频功率放大电路101a、101b和101c的输入端分别连接有输入匹配网络电路(IMN)，分别如标记102a、102b和102c所示。射频输入信号RFIN通过各输入匹配网络电路102a、102b和102c输入对相应的射频功率放大电路101a、101b和101c的输入端。射频功率放大电路101a、101b和101c的输出端分别连接输出匹配网络电路(OMN)，分别如标记103a、103b和103c所示，射频功率放大电路101a、101b和101c的输出端分别通过相应的输出匹配网络电路103a、103b和103c输出射频输出信号RFOUT。
图1所示的电路中共有3路放大电路，当射频输入信号RFIN的频率不同时，选择相应路径进行放大，所以每一个频率段都需要一整套的放大电路，这会使器件的芯片面积以及成本较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种多频段射频功率放大器，能采用一个射频功率放大电路就能实现不同频率的较高功率和效率的射频信号的输出，能大幅度降低芯片面积以及使用成本。
为解决上述技术问题，本发明提供的多频段射频功率放大器包括：
多个输入匹配网络电路，射频功率放大电路，一个输出匹配网络。
所述射频功率放大电路的放大器采用RFSOI工艺实现且采用堆叠MOS管的方式提高耐压和输出功率。
各所述输入匹配网络的输入端分别通过一个开关连接射频输入信号，各所述输入匹配网络的输出端分别通过一个开关连接所述射频功率放大电路的输入端；根据所述射频输入信号的频率所属频率段的不同并通过各所述开关选择对应的所述输入匹配网络，实现多频段射频输入信号的输入。
所述射频功率放大电路的输出端连接所述输出匹配网络的输入端，所述输出匹配网络的输出端输出射频输出信号。
进一步的改进是，所述射频功率放大电路包括第一NMOS管，所述第一NMOS管作为放大器，所述第一NMOS管的栅极作为所述射频功率放大电路的输入端，所述第一NMOS管的源极接地。
在所述第一NNOS管的漏极和所述射频功率放大电路的输出端之间堆叠有多个第二NMOS管，各所述第二NMOS管之间通过源极和漏极串联在一起，各所述第二NMOS管的栅极分别连接直流偏置电压。
所述第一NMOS管和各所述第二NMOS管都形成于SOI衬底上。
在所述射频功率放大电路的输出端和正电源电压之间连接有扼流电感。
进一步的改进是，各所述第二NMOS管的栅极的直流偏置电压由连接在正电源电压和地之间的电阻串提供，沿着所述第一NMOS管的漏极到所述射频功率放大电路的输出端的方向上，各所述第二NMOS管的栅极的直流偏置电压依次增加。
进一步的改进是，各所述第二NMOS管的衬底电极和所述第一NMOS管的衬底电极都连接在一起并且接到地，在各所述第二NMOS管的栅极到地之间都分别连接有一个电容。
进一步的改进是，所述第二NMOS管的个数为3个。
进一步的改进是，在所述第一NMOS管的栅极和所述射频功率放大电路的输出端之间串联由一个电容和一个电阻；所述第一NMOS管的栅极和通过一个电阻连接到第一偏置电压。
进一步的改进是，所述输入匹配网络电路包括3个且分别在900MHz，1900MHz和2400MHz频率下被选择。
本发明具有如下有益效果：
首先、本发明对射频功率放大电路的放大器进行了特别设计，具体为采用RFSOI工艺和堆叠MOS管，本发明通过将射频功率放大电路的放大器采用RFSOI工艺实现且采用堆叠MOS管的方式能提高射频功率放大电路耐压和输出功率，这样使得本发明能够使得采用一个射频功率放大电路就能实现不同频率的较高功率和效率的射频信号的输出。
其次、由于本发明仅采用一个射频功率放大电路就能实现多频段的较高功率和效率的射频信号的输出，相对于现有技术中每一个频率段都要设计一个对应的射频功率放大电路的结构，本发明能降低射频功率放大电路的放大器的数量，从而能大幅度降低芯片面积以及使用成本。
再次、本发明仅在射频功率放大电路的输入端设置不同的输入匹配网络电路并通过相应的开关进行切换即可实现不同频率段的射频输入信号的输入，使用方便且成本低。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是现有多频段射频功率放大器的电路图；
图2是本发明实施例多频段射频功率放大器的电路图；
图3是本发明实施例多频段射频功率放大器中的射频功率放大电路的电路图；
图4A是本发明实施例多频段射频功率放大器的900MHz频率的功率仿真曲线；
图4B是本发明实施例多频段射频功率放大器的900MHz频率的效率仿真曲线；
图5A是本发明实施例多频段射频功率放大器的1900MHz频率的功率仿真曲线；
图5B是本发明实施例多频段射频功率放大器的1900MHz频率的效率仿真曲线；
图6A是本发明实施例多频段射频功率放大器的2400MHz频率的功率仿真曲线；
图6B是本发明实施例多频段射频功率放大器的2400MHz频率的效率仿真曲线。
具体实施方式
如图2所示，是本发明实施例多频段射频功率放大器的电路图；本发明实施例多频段射频功率放大器包括：
多个输入匹配网络电路，射频功率放大电路1，一个输出匹配网络3。本发明实施例中，输入匹配网络电路包括3个且在图2中分别用标记2a、2b和2c表示，所述输入匹配网络电路2a、2b和2c分别在900MHz，1900MHz和2400MHz频率下被选择。在图2中输入匹配网络电路用IMN表示，射频功率放大电路用PA表示，输出匹配网络用OMN表示。
所述射频功率放大电路1的放大器采用RFSOI工艺实现且采用堆叠MOS管的方式提高耐压和输出功率。
各所述输入匹配网络的输入端分别通过一个开关连接射频输入信号RFIN，各所述输入匹配网络的输出端分别通过一个开关连接所述射频功率放大电路1的输入端；根据所述射频输入信号RFIN的频率所属频率段的不同并通过各所述开关选择对应的所述输入匹配网络，实现多频段射频输入信号RFIN的输入。本发明实施例中，输入匹配网络电路2a的输入端的开关用标记4a标示，输入匹配网络电路2a的输出端的开关用标记4b标示，输入匹配网络电路2b的输入端的开关用标记4c标示，输入匹配网络电路2b的输出端的开关用标记4d标示，输入匹配网络电路2c的输入端的开关用标记4e标示，输入匹配网络电路2c的输出端的开关用标记4f标示。
所述射频功率放大电路1的输出端连接所述输出匹配网络3的输入端，所述输出匹配网络3的输出端输出射频输出信号RFOUT。
如图3所示，是本发明实施例多频段射频功率放大器中的射频功率放大电路的电路图。所述射频功率放大电路1包括第一NMOS管201，所述第一NMOS管201作为放大器，所述第一NMOS管201的栅极作为所述射频功率放大电路1的输入端，所述第一NMOS管201的源极接地AVSS。
在所述第一NNOS管的漏极和所述射频功率放大电路1的输出端之间堆叠有多个第二NMOS管，多个第二NMOS管的堆叠结构如虚线框202所示。各所述第二NMOS管之间通过源极和漏极串联在一起，各所述第二NMOS管的栅极分别连接直流偏置电压。本发明实施例中，所述第二NMOS管的个数为3个，分别用标记202a、202b和202c标示。
所述第一NMOS管201和各所述第二NMOS管都形成于SOI衬底上。
在所述射频功率放大电路1的输出端和正电源电压AVDD之间连接有扼流电感L1。
各所述第二NMOS管202a、202b和202c的栅极的直流偏置电压由连接在正电源电压AVDD和地AVSS之间的电阻串203提供，沿着所述第一NMOS管201的漏极到所述射频功率放大电路1的输出端的方向上，各所述第二NMOS管202a、202b和202c的栅极的直流偏置电压依次增加。图2中，电阻串203由电阻R1、R2、R3和R4串联在正电源电压AVDD和地AVSS之间形成。
各所述第二NMOS管的衬底电极和所述第一NMOS管201的衬底电极都连接在一起并且接到地AVSS，在各所述第二NMOS管202a、202b和202c的栅极到地AVSS之间都分别连接有一个电容，图2中，电容C1连接到各所述第二NMOS管202a的栅极，电容C2连接到各所述第二NMOS管202b的栅极，电容C3连接到各所述第二NMOS管202c的栅极。
在所述第一NMOS管201的栅极和所述射频功率放大电路1的输出端之间串联由一个电容C4和一个电阻R5；在所述第一NMOS管201的栅极和第一偏置电压AVG之间连接有一个电阻R6。
本发明实施例通过将所述射频功率放大电路1的放大器设置为采用RFSOI工艺实现且采用堆叠MOS管的结构，能够提高所述射频功率放大电路1的放大器耐压和输出功率，从而使得本发明能够使得采用一个射频功率放大电路就能实现不同频率的较高功率和效率的射频信号的输出。通过仿真可以发现，本发明实施例能够在900MHz，1900MHz和2400MHz频率都得到较高的功率输出和较高的效率。如图4A所示，是本发明实施例多频段射频功率放大器的900MHz频率的功率仿真曲线；图4A中1st Orderfreq表示一阶频率，1st Orderfreq＝900MHZ表示一阶频率为900MHZ，这正是仿真对应的射频输入信号的频率，图4A中Output Referred 1dB Compression表示输出1dB压缩点，1st Order对应的曲线为线性增益曲线，可以看出900MHZ时输出1dB压缩点达到27.5585；如图4B所示，是本发明实施例多频段射频功率放大器的900MHz频率的效率仿真曲线，也达到了较高的效率。如图5A所示，是本发明实施例多频段射频功率放大器的1900MHz频率的功率仿真曲线；输出1dB压缩点达到32.3356；如图5B所示，是本发明实施例多频段射频功率放大器的1900MHz频率的效率仿真曲线；也达到了较高的效率。如图6A所示，是本发明实施例多频段射频功率放大器的2400MHz频率的功率仿真曲线；输出1dB压缩点达到31.0467；如图6B所示，是本发明实施例多频段射频功率放大器的2400MHz频率的效率仿真曲线，也达到了较高的效率。所以，本发明实施例确实能够在900MHz，1900MHz和2400MHz频率都得到较高的功率输出和较高的效率。
以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种多频段射频功率放大器，其特征在于，包括集成于同一芯片上的如下结构：
多个输入匹配网络电路，射频功率放大电路，一个输出匹配网络；
所述射频功率放大电路的放大器采用RFSOI工艺实现且采用堆叠MOS管的方式提高耐压和输出功率；
各所述输入匹配网络的输入端分别通过一个开关连接射频输入信号，各所述输入匹配网络的输出端分别通过一个开关连接所述射频功率放大电路的输入端；根据所述射频输入信号的频率所属频率段的不同并通过各所述开关选择对应的所述输入匹配网络，实现多频段射频输入信号的输入；
所述射频功率放大电路的输出端连接所述输出匹配网络的输入端，所述输出匹配网络的输出端输出射频输出信号；
所述射频功率放大电路包括第一NMOS管，所述第一NMOS管作为放大器，所述第一NMOS管的栅极作为所述射频功率放大电路的输入端，所述第一NMOS管的源极接地；
在所述第一NNOS管的漏极和所述射频功率放大电路的输出端之间堆叠有多个第二NMOS管，各所述第二NMOS管之间通过源极和漏极串联在一起，各所述第二NMOS管的栅极分别连接直流偏置电压；
所述第一NMOS管和各所述第二NMOS管都形成于SOI衬底上；
在所述射频功率放大电路的输出端和正电源电压之间连接有扼流电感；
各所述第二NMOS管的栅极的直流偏置电压由连接在正电源电压和地之间的电阻串提供，沿着所述第一NMOS管的漏极到所述射频功率放大电路的输出端的方向上，各所述第二NMOS管的栅极的直流偏置电压依次增加；
在所述第一NMOS管的栅极和所述射频功率放大电路的输出端之间串联由一个电容和一个电阻；所述第一NMOS管的栅极和通过一个电阻连接到第一偏置电压。
2.如权利要求1所述的多频段射频功率放大器，其特征在于：各所述第二NMOS管的衬底电极和所述第一NMOS管的衬底电极都连接在一起并且接到地，在各所述第二NMOS管的栅极到地之间都分别连接有一个电容。
3.如权利要求1或2所述的多频段射频功率放大器，其特征在于：所述第二NMOS管的个数为3个。
4.如权利要求1所述的多频段射频功率放大器，其特征在于：所述输入匹配网络电路包括3个且分别在900MHz，1900MHz和2400MHz频率下被选择。
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