CN107888152B - 应用于射频收发机的功率放大器、射频收发机、遥控器 - Google Patents

Abstract

本申请提供了应用于射频收发机的功率放大器、射频收发机、遥控器。功率放大器包括桥式功率放大单元、巴伦器件和第一开关管；第一开关管的一端连接供电电源，另一端连接巴伦器件的共模点；桥式功率放大单元包括：第二开关管，一端连接第一PMOS管的漏极，另一端连接巴伦器件的输入侧的一端；以及第三开关管，一端连接第二PMOS管的漏极，另一端连接巴伦器件的输入侧的另一端；功率放大器工作在第一模式时，第一开关管导通，第二和第三开关管断开；工作在第二模式时，第一开关管断开，第二和第三开关管导通。本申请无需依赖外置电路就可以输出两种不同大小的电压，从而实现两种不同大小的功率输出。

Description

应用于射频收发机的功率放大器、射频收发机、遥控器

技术领域

本申请涉及射频技术，特别涉及应用于射频收发机的功率放大器、射频收发机、遥控器。

背景技术

在射频收发机中，需要将调制后的射频信号通过功率放大器发射到天线(ANT)。图1示出了功率放大器的结构。参见图1，功率放大器主要包括：桥式功率放大单元和巴伦器件(Balun)。其中，桥式功率放大单元具有两个输入端IP和IN，以及两个输出端OP和ON，桥式功率放大单元的两个输出端OP和ON分别连接巴伦器件的两端。当桥式功率放大单元通过输入端IP和IN接收到调制后的差分射频信号时，放大射频信号并通过输出端OP和ON输出到巴伦器件，最终由巴伦器件将接收的射频信号单端输出给天线。

在应用中，当设定功率放大器的发射功率为低功率(例如0dBm)时，桥式功率放大单元的供电电压提供一个保证低功率输出的电源电压比如1V。而当设定功率放大器的发射功率为高功率(例如6dBm)时，若供电电压仍提供上述保证低功率输出的电源电压比如1V，则是无法实现功率放大器的高功率输出的。

为了实现功率放大器的高功率输出，常用的方法是：调整桥式功率放大单元的工作电压，比如从原来的1V提高到3V。具体地，需要设置两个不同的供电电压或设置电源转换电路。但是，若设置两个不同电压的供电电压，则会涉及两个供电电压切换，切换不当则会影响电路的正常工作，同时也增加了电源电路的设计难度。若设置电源转换电路，电源转换电路的转换效率无法达到100％，会造成功率损失；并且，电源转换电路的控制需要与射频收发机的工作状态相匹配，匹配不当则会影响电路的正常工作，同时也增加了电源电路的设计难度。

发明内容

本申请提供了一种应用于射频收发机的功率放大器、射频收发机、遥控器，用于解决相关技术中功率放大器设置两个供电电压或者设置电源转换电路可能会影响电路正常工作，以及增加电源电路设计难度的问题。

第一方面，本申请提供了一种应用于射频收发机的功率放大器，包括桥式功率放大单元和巴伦器件，所述功率放大器还包括第一开关管，一端连接所述桥式功率放大单元的供电电源，另一端连接所述巴伦器件的输入侧的共模点；

所述桥式功率放大单元包括：

第二开关管，一端连接第一上桥臂中第一PMOS管的漏极，另一端作为所述桥式功率放大单元的一个输出端，连接所述巴伦器件的输入侧的一端；

以及第三开关管，一端连接第二上桥臂中第二PMOS管的漏极，另一端作为所述桥式功率放大单元的另一个输出端，连接所述巴伦器件的输入侧的另一端；

所述功率放大器工作在第一模式时，所述第一开关管导通，且所述第二开关管和所述第三开关管均断开；工作在第二模式时，所述第一开关管断开，且所述第二开关管和所述第三开关管均导通。

可选地，所述第二开关管和所述第三开关管均为PMOS管。

可选地，所述功率放大器还包括控制器，所述桥式功率放大单元还包括第一电阻和第二电阻，所述控制器通过所述第一电阻与所述第二开关管的栅极连接，以及通过所述第二电阻与所述第三开关管的栅极连接，所述第一电阻用于阻止耦合在第二开关管的栅极的电压被所述控制器提供的电压所吸收，所述第二电阻用于阻止耦合在第三开关管的栅极的电压被所述控制器提供的电压所吸收。

可选地，所述桥式功率放大单元还包括第四开关管，一端连接所述第二开关管的栅极，另一端连接所述第三开关管的栅极，所述功率放大器工作在所述第一模式时，所述第四开关管断开；工作在所述第二模式时，所述第四开关管导通。

第二方面，本申请提供了一种应用于射频收发机的功率放大器，包括桥式功率放大单元和巴伦器件，所述功率放大器还包括第一开关管，一端接地，另一端连接所述巴伦器件的输入侧的共模点；

所述桥式功率放大单元包括：

第二开关管，一端连接第一下桥臂中第一NMOS管的漏极，另一端作为所述桥式功率放大单元的一个输出端，连接所述巴伦器件的输入侧的一端；

以及第三开关管，一端连接第二下桥臂中第二NMOS管的漏极，另一端作为所述桥式功率放大单元的一个输出端，连接所述巴伦器件的输入侧的另一端；

所述功率放大器工作在第一模式时，所述第一开关管导通，且所述第二开关管和所述第三开关管均断开；工作在第二模式时，所述第一开关管断开，且所述第二开关管和所述第三开关管均导通。

可选地，所述第二开关管和所述第三开关管均为NMOS管。

可选地，所述功率放大器还包括控制器，所述桥式功率放大单元还包括第一电阻和第二电阻，所述控制器通过所述第一电阻与所述第二开关管的栅极连接，以及通过所述第二电阻与所述第三开关管的栅极连接，所述第一电阻用于阻止耦合在第二开关管的栅极的电压被所述控制器提供的电压所吸收，所述第二电阻用于阻止耦合在第三开关管的栅极的电压被所述控制器提供的电压所吸收。

可选地，所述桥式功率放大单元还包括第四开关管，一端连接所述第二开关管的栅极，另一端连接所述第三开关管的栅极，所述功率放大器工作在所述第一模式时，所述第四开关管断开；工作在所述第二模式时，所述第四开关管导通。

第三方面，本申请提供了一种射频收发机，包括第一方面或第二方面所述的功率放大器。

第四方面，本申请提供了一种遥控器，包括第三方面所述的射频收发机。

本申请第一方面提供的应用于射频收发机的功率放大器中，所述功率放大器工作在第一模式时，所述第一开关管导通，且所述第二开关管和所述第三开关管均断开。此时，巴伦器件的输入侧的共模点和桥式功率放大单元的供电电源连接，即巴伦器件的输入侧的共模点处电压为供电电压VCC，而第一上桥臂和第二上桥臂均与巴伦器件的输入侧断开。在桥式功率放大单元接收到差分信号时，由于第一上桥臂和第二上桥臂断开，仅有第一下桥臂或者第二下桥臂导通，此时巴伦器件的输入侧的一端通过第一下桥臂或者第二下桥臂接地。基于巴伦器件本身的电压增益，当巴伦器件的输入侧的一端接地，且共模点的电压为VCC时，巴伦器件的输入侧的另一端的电压会泵升到2VCC，此时桥式功率放大单元的输出电压为2VCC或-2VCC。

所述功率放大器工作在第二模式时，所述第一开关管断开，且所述第二开关管和所述第三开关管均导通。此时，巴伦器件的输入侧的共模点和桥式功率放大单元的供电电源断开，在桥式功率放大单元接收到差分信号时，巴伦器件的输入侧的一端为VCC，另一端接地，此时桥式功率放大单元的输出电压为VCC或-VCC。

可见，本申请提供的功率放大器无需依赖外置电路就可以输出两种不同大小的电压，从而实现两种不同大小的功率输出。

本申请第二方面提供的应用于射频收发机的功率放大器中，所述功率放大器工作在第一模式时，所述第一开关管导通，且所述第二开关管和所述第三开关管均断开。此时，巴伦器件的输入侧的共模点接地，而第一下桥臂和第二下桥臂均与巴伦器件的输入侧断开。在桥式功率放大单元接收到差分信号时，由于第一下桥臂和第二下桥臂断开，仅有第一上桥臂和第二上桥臂导通，此时巴伦器件的输入侧的一端通过第一上桥臂或者第二上桥臂连接至供电电源。基于巴伦器件本身的电压增益，当巴伦器件的输入侧的一端的电压为供电电压VCC，且共模点的电压为0时，巴伦器件的输入侧的另一端的电压会骤降至-VCC，此时桥式功率放大单元的输出电压为2VCC或-2VCC。

所述功率放大器工作在第二模式时，所述第一开关管断开，且所述第二开关管和所述第三开关管均导通。此时，巴伦器件的输入侧的共模点和桥式功率放大单元的供电电源断开，在桥式功率放大单元接收到差分信号时，巴伦器件的输入侧的一端为VCC，另一端接地，此时桥式功率放大单元的输出电压为VCC或-VCC。

可见，本申请提供的功率放大器无需依赖外置电路就可以输出两种不同大小的电压，从而实现两种不同大小的功率输出。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

图1是现有技术提供的一种功率放大器的电路结构图；

图2是本申请提供的一种功率放大器的电路结构图；

图3是图2所示电路在S1导通且S2和S3断开时的等效电路图；

图4是本申请提供的一种功率放大器的电路结构图；

图5是S2和S3漏极电压摆动的示意图；

图6是本申请提供的一种功率放大器的电路结构图(增加R1和R2)；

图7是本申请提供的一种功率放大器的电路结构图(增加S4)；

图8是本申请提供的一种功率放大器的电路结构图；

图9是本申请提供的一种功率放大器的电路结构图；

图10是本申请提供的一种功率放大器的电路结构图；

图11是图10所示电路在S1导通且S2和S3断开时的等效电路图；

图12是本申请提供的一种功率放大器的电路结构图；

图13是S2和S3漏极电压摆动的示意图；

图14是本申请提供的一种功率放大器的电路结构图(增加R1和R2)；

图15是本申请提供的一种功率放大器的电路结构图(增加S4)；

图16是本申请提供的一种功率放大器的电路结构图；

图17是本申请提供的一种功率放大器的电路结构图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本申请进行详细描述。

名词解释：PMOS管是指P沟道MOS管(Metal Oxide Semiconductor，金属氧化物半导体)；NMOS管是指N沟道MOS管。

本申请提供了一种应用于射频收发机的功率放大器，图2是本申请提供的功率放大器的电路结构图。参见图2，功率放大器包括桥式功率放大单元10、巴伦器件11和第一开关管S1，桥式功率放大单元10包括第二开关管S2和第三开关管S3。

其中，第一开关管S1的一端连接桥式功率放大单元10的供电电源VCC，另一端连接巴伦器件11的输入侧的共模点P1；第二开关管S2的一端连接第一上桥臂中第一PMOS管PM1的漏极，另一端作为桥式功率放大单元10的输出端ON，连接巴伦器件11的输入侧的一端(图2中巴伦器件输入侧的下端)；第三开关管S3的一端连接第二上桥臂中第二PMOS管PM2的漏极，另一端作为桥式功率放大单元10的输出端OP，连接巴伦器件11的输入侧的另一端(图2中巴伦器件输入侧的上端)。

功率放大器工作在第一模式时，第一开关管S1导通，且第二开关管S2和第三开关管S3均断开。

功率放大器工作在第二模式时，第一开关管S1断开，且第二开关管S2和第三开关管S3均导通。

在可选的一种实施方式中，功率放大器在接收到发射功率大于预设功率的指令时工作在第一模式，功率放大器在接收到发射功率小于等于预设功率的指令时工作在第二模式。

在可选的一种实施方式中，为了实现相同的功能，桥式功率放大单元中第一上桥臂中的第一PMOS管和第二上桥臂中的第二PMOS管可以由其他器件所代替。

桥式功率放大单元10的输入端IP和IN用于接收差分的射频信号，下面对图2中功率放大器的工作原理进行详细介绍。

功率放大器工作在第一模式时，第一开关管S1导通，且第二开关管S2和第三开关管S3均断开，此时图2可以等效为如图3所示的电路。

当输入端IP接收的信号为高电平，输入端IN接收的信号为低电平时，在桥式功率放大单元10中，第一下桥臂中的第一NMOS管NM1导通，第二下桥臂中的第二NMOS管NM2截止。电流从供电电源VCC流入巴伦器件输入侧的共模点P1，途经桥式功率放大单元10的输出端ON流入NM1，最终流入GND。

基于巴伦器件本身的电压增益，当巴伦器件的输入侧的一端接地，且共模点的电压为VCC时，巴伦器件的输入侧的另一端的电压会泵升到2VCC。具体地，此时巴伦器件输入侧的下端接地，由于巴伦器件中存储有能量，在下拉过程中这部分能量会阻止巴伦器件输入侧下端处的电压被下拉，阻止过程中巴伦器件输入侧的上端处感应出电压。以共模点为基准，巴伦器件输入侧的下端被下拉的电压变化量与其上端感应出的电压变化量相同。由于巴伦器件输入侧的下端被下拉至地，电压变化量为VCC，因此巴伦器件输入侧的上端的电压变化量为VCC，加之先前巴伦器件输入侧共模点的电压为VCC，这样巴伦器件输入侧的上端的电压变为2VCC。此时，桥式功率放大单元的输出电压为2VCC。

当输入端IP接收的信号为低电平，输入端IN接收的信号为高电平时，在桥式功率放大单元10中，第一下桥臂中的第一NMOS管NM1截止，第二下桥臂中的第二NMOS管NM2导通。电流从供电电源VCC流入巴伦器件输入侧的共模点P1，途经桥式功率放大单元10的输出端OP，流入NM2，最终流入GND。

此时巴伦器件输入侧的上端接地，由于巴伦器件中存储有能量，在下拉过程中这部分能量会阻止巴伦器件输入侧上端处的电压被下拉，阻止过程中巴伦器件输入侧的下端处感应出电压。以共模点为基准，巴伦器件输入侧的上端被下拉的电压变化量与其下端感应出的电压变化量相同。由于巴伦器件输入侧的上端被下拉至地，电压变化量为VCC，因此巴伦器件输入侧的下端的电压变化量为VCC，加之先前巴伦器件输入侧共模点的电压为VCC，这样巴伦器件输入侧的下端的电压变为2VCC。此时，桥式功率放大单元的输出电压为-2VCC。

功率放大器工作在第二模式时，第一开关管S1断开，且第二开关管S2和第三开关管S3均导通。

参见图2，当输入端IP接收的信号为高电平，输入端IN接收的信号为低电平时，在桥式功率放大单元10中，第一下桥臂中的第一NMOS管NM1以及第二上桥臂中的第二PMOS管PM2导通，第一上桥臂中的第一PMOS管PM1以及第二下桥臂中的第二NMOS管NM2截止。电流从供电电源VCC流入PM2，经过第三开关管S3，途经输出端OP流入巴伦器件的输入侧，再途经输出端ON流入NM1，最终流入GND。此时，桥式功率放大单元的输出电压为VCC。

当输入端IP接收的信号为低电平，输入端IN接收的信号为高电平时，在桥式功率放大单元10中，第一上桥臂中的第一PMOS管PM1以及第二下桥臂中的第二NMOS管NM2导通，第一下桥臂中的第一NMOS管NM1以及第二上桥臂中的第二PMOS管PM2截止。电流从供电电源VCC流入PM1，经过第二开关管S2，途经输出端ON流入巴伦器件的输入侧，再途经输出端OP流入NM2，最终流入GND。此时，桥式功率放大单元的输出电压为-VCC。

本实施例提供的功率放大器无需依赖外置电路就可以输出两种不同大小的电压，从而实现两种不同大小的功率输出。

本实施例中，第一开关管S1、第二开关管S2以及第三开关管S3均可以为任意的能够实现开关功能的开关器件，例如可以为晶体管，也可以为MOS管，还可以为开关芯片。

在可选的一种实施方式中，第二开关管S2和第三开关管S3均为PMOS管，如图4所示。功率放大器工作在第一模式时，第一开关管S1导通，且第二开关管S2和第三开关管S3均断开。本实施例中，可以通过向SWP端输出高电平，以使得第二开关管S2和第三开关管S3断开。

在输入端IP和IN未接收到差分信号时，由于第二开关管S2的漏极与巴伦器件的输入侧的一端(图4中巴伦器件的输入侧的下端)连接，此时第二开关管S2漏极处的电压为VCC(此时第一开关管S1导通)。在输入端IP和IN接收到差分信号时，巴伦器件的输入侧的下端处电压为0或者2VCC，也就是说，第二开关管S2漏极处的电压会在0～2VCC之间摆动，参见图5。该摆动会通过Cgd寄生电容耦合到第二开关管S2的栅极，在摆动时，当漏极处电压与栅极处电压之间的电压差超过第二开关管S2的阈值电压Vth时，第二开关管S2被动导通，使功率放大器的最大输出功率下降，从而降低输出效率。

同理，第三开关管S3也会存在上述被动导通的现象。

为了解决上述第二开关管S2和第三开关管S3无法完全断开的问题，在可选的一种实施方式中，如图6所示，桥式功率放大单元10还包括第一电阻R1和第二电阻R2，功率放大器还包括控制器(图中未示出)，其中，控制器通过第一电阻与第二开关管S2的栅极连接，以及通过第二电阻R2与第三开关管S3的栅极连接，第一电阻R1用于阻止耦合在第二开关管的栅极的电压被控制器提供的电压所吸收，第二电阻R2用于阻止耦合在第三开关管的栅极的电压被控制器提供的电压所吸收。

本实施例中，第一电阻R1和第二电阻R2的阻值需要足够大，从而可以阻止寄生电容耦合在栅极的电压波动被SWP端的电压吸收掉，从而保证第二开关管S2以及第三开关管S3的漏极和栅极之间电压波动相同，保证第二开关管S2以及第三开关管S3工作在完全断开状态。

在可选的一种实施方式中，功率放大器工作在第二模式时，第一开关管S1断开，且第二开关管S2和第三开关管S3均导通。

参见图6，当输入端IP接收的信号为高电平，输入端IN接收的信号为低电平时，电流从供电电源VCC流入PM2，经过第三开关管S3，途经输出端OP流入巴伦器件的输入侧，再途经输出端ON流入NM1，最终流入GND。本实施例中，并不希望第三开关管的栅极电压跟随漏极电压波动，因为这会增加第三开关管的导通电阻，从而减小最大发射功率，恶化功率放大器的效率。

当输入端IP接收的信号为低电平，输入端IN接收的信号为高电平时，电流从供电电源VCC流入PM1，经过第二开关管S2，途经输出端ON流入巴伦器件的输入侧，再途经输出端OP流入NM2，最终流入GND。同理，本实施例中也不希望第二开关管的栅极电压跟随漏极电压波动，因为这会增加第二开关管的导通电阻，从而减小最大发射功率，恶化功率放大器的效率。

为了解决上述问题，在可选的一种实施方式中，如图7所示，上述桥式功率放大单元还包括第四开关管S4，一端连接第二开关管S2的栅极，另一端连接第三开关管S3的栅极，功率放大器工作在第一模式时，第四开关管S4断开；工作在第二模式时，第四开关管S4导通。

本实施例中，通过增加第四开关管S4把第二开关管S2和第三开关管S3的栅极连接在一起。当第二开关管S2和第三开关管S3的漏极摆动通过Cgd寄生电容分别耦合到对应开关管的栅极时，会被差分抵消。从而保证了第二开关管S2和第三开关管S3的栅极电压不受漏极电压摆动的影响，而保持在0V附近。

同样地，本实施例中的第四开关管S4可以为任意的能够实现开关功能的开关器件，例如可以为晶体管，也可以为MOS管，还可以为开关芯片。

在可选的一种实施方式中，在上述实施例的基础上，参见图8，第一开关管S1为PMOS管，第四开关管S4为NMOS管。功率放大器工作在第一模式时，第二开关管S2(PMOS管)、第三开关管S3(PMOS管)以及第四开关管S4(NMOS管)均处于断开状态，第一开关管S1(PMOS管)处于导通状态；功率放大器工作在第二模式时，第二开关管S2(PMOS管)、第三开关管S3(PMOS管)以及第四开关管S4(NMOS管)均处于导通状态，第一开关管S1(PMOS管)处于断开状态。

因此，本实施例中控制器向SWP端输出的电平与向SWN端输出的电平相反。例如控制器向SWP端输出高电平时，必然向SWN端输出低电平；或者，控制器向SWP端输出低电平时，必然向SWN端输出高电平。在一实施例中，在SWP端和SWN端之间设置一个反相器，以保证两者的电平相反。

可理解的是，输入端IP和输入端IN接收的差分信号中包含直流分量时，第一PMOS管PM1、第二PMOS管PM2、第一NMOS管NM1和第二NMOS管NM2的功耗就会增加，参见图9，为此本申请一实施例中还在桥式功率放大单元中增加第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4。其中，第一电容C1串接在输入端IP和第一PMOS管PM1的栅极之间，第二电容C2串接在输入端IN和第二PMOS管PM2的栅极之间，第三电容C3串接在输入端IP和第一NMOS管NM1的栅极之间，第四电容C4串接在输入端IN和第二NMOS管NM2的栅极之间。这样，第一电容C1～第四电容C4可以过滤掉输入端IP和输入端IN输入的第一电平和第二电平中的直流分量，降低第一PMOS管PM1、第二PMOS管PM2、第一NMOS管NM1和第二NMOS管NM2的功耗。

可理解的是，为使第一PMOS管PM1、第二PMOS管PM2、第一NMOS管NM1和第二NMOS管NM2保持在导通和断开的临界状态，参见图9，本申请一实施例中还在桥式功率放大单元中增加偏置电源VBP、偏置电源VBN和电阻R11～R14。其中偏置电源VBP通过电阻R11连接至第一PMOS管PM1的栅极，通过电阻R12连接至第二PMOS管PM2的栅极。偏置电源VBN通过电阻R13连接至第一NMOS管NM1的栅极，通过电阻R14连接至第四NMOS管NM2的栅极。这样偏置电源VBP为第一PMOS管PM1、第二PMOS管PM2提供合适的偏置电压，使第一PMOS管PM1和第二PMOS管PM2处于导通和断开的临界状态。并且，偏置电源VBN为第一NMOS管NM1、第二NMOS管NM2提供合适的偏置电压，使第一NMOS管NM1和第二NMOS管NM2处于导通和断开的临界状态。

可理解的是，应用于射频收发机的功率放大器中还可以包括多个桥式功率放大单元，在每个桥式功率放大单元的输入端IP和IN处设置开关管，通过控制开关管导通，可以将对应的桥式功率放大单元并联到功率放大器中，从而进一步增加功率放大器的发射功率。即根据射频收发机的发射功率可以确定桥式功率放大单元并联到射频收发机的数量。当然，本领域技术人员还可以根据具体场景设置开关管的位置以及控制开关管的装置，在此不作限定。

本申请还提供了一种应用于射频收发机的功率放大器，图2是本申请提供的功率放大器的电路结构图。参见图10，功率放大器包括桥式功率放大单元20、巴伦器件21和第一开关管S1，桥式功率放大单元20包括第二开关管S2和第三开关管S3。

其中，第一开关管S1的一端连接接地，另一端连接巴伦器件21的输入侧的共模点P2；第二开关管S2的一端连接第一下桥臂中第一NMOS管NM1的漏极，另一端作为桥式功率放大单元20的输出端ON，连接巴伦器件21的输入侧的一端(图10中巴伦器件输入侧的下端)；第三开关管S3的一端连接第二下桥臂中第二NMOS管NM2的漏极，另一端作为桥式功率放大单元20的输出端OP，连接巴伦器件21的输入侧的另一端(图10中巴伦器件输入侧的上端)。

功率放大器工作在第一模式时，第一开关管S1导通，且第二开关管S2和第三开关管S3均断开。

功率放大器工作在第二模式时，第一开关管S1断开，且第二开关管S2和第三开关管S3均导通。

在可选的一种实施方式中，功率放大器在接收到发射功率大于预设功率的指令时工作在第一模式，功率放大器在接收到发射功率小于等于预设功率的指令时工作在第二模式。

在可选的一种实施方式中，为了实现相同的功能，桥式功率放大单元中第一下桥臂中的第一NMOS管和第二下桥臂中的第二NMOS管可以由其他器件所代替。

桥式功率放大单元20的输入端IP和IN用于接收差分的射频信号，下面对图10中功率放大器的工作原理进行详细介绍。

功率放大器工作在第一模式时，第一开关管S1导通，且第二开关管S2和第三开关管S3均断开，此时图10可以等效为如图11所示的电路。

当输入端IP接收的信号为低电平，输入端IN接收的信号为高电平时，在桥式功率放大单元20中，第一上桥臂中的第一PMOS管PM1导通，第二上桥臂中的第二PMOS管PM2截止。电流从供电电源VCC流入PM1，途经桥式功率放大单元20的输出端ON流入巴伦器件输入侧的共模点P2，最终流入GND。

基于巴伦器件本身的电压增益，当巴伦器件的输入侧的一端的电压为VCC，且共模点接地时，巴伦器件的输入侧的另一端的电压会骤降到-VCC。具体地，此时巴伦器件输入侧的下端的电压为VCC，由于巴伦器件中存储有能量，在上拉过程中这部分能量会阻止巴伦器件输入侧下端处的电压被上拉，阻止过程中巴伦器件输入侧的上端处感应出电压。以共模点为基准，巴伦器件输入侧的下端被上拉的电压变化量与其上端感应出的电压变化量相同。由于巴伦器件输入侧的下端连接VCC，电压变化量为-VCC，因此巴伦器件输入侧的上端的电压变化量为-VCC，加之先前巴伦器件输入侧的共模点接地，这样巴伦器件输入侧的上端的电压变为-VCC。此时，桥式功率放大单元的输出电压为-2VCC。

当输入端IP接收的信号为高电平，输入端IN接收的信号为低电平时，在桥式功率放大单元20中，第一上桥臂中的第一PMOS管PM1截止，第二上桥臂中的第二PMOS管PM2导通。电流从供电电源VCC流入PM2，途经桥式功率放大单元20的输出端OP流入巴伦器件输入侧的共模点P2，最终流入GND。

基于巴伦器件本身的电压增益，当巴伦器件的输入侧的一端的电压为VCC，且共模点接地时，巴伦器件的输入侧的另一端的电压会骤降到-VCC。具体地，此时巴伦器件输入侧的上端的电压为VCC，由于巴伦器件中存储有能量，在上拉过程中这部分能量会阻止巴伦器件输入侧上端处的电压被上拉，阻止过程中巴伦器件输入侧的下端处感应出电压。以共模点为基准，巴伦器件输入侧的上端被上拉的电压变化量与其下端感应出的电压变化量相同。由于巴伦器件输入侧的上端连接VCC，电压变化量为VCC，因此巴伦器件输入侧的下端的电压变化量为VCC，加之先前巴伦器件输入侧的共模点接地，这样巴伦器件输入侧的下端的电压变为-VCC。此时，桥式功率放大单元的输出电压为2VCC。

功率放大器工作在第二模式时，第一开关管S1断开，且第二开关管S2和第三开关管S3均导通。

参见图10，当输入端IP接收的信号为高电平，输入端IN接收的信号为低电平时，在桥式功率放大单元20中，第一下桥臂中的第一NMOS管NM1以及第二上桥臂中的第二PMOS管PM2导通，第一上桥臂中的第一PMOS管PM1以及第二下桥臂中的第二NMOS管NM2截止。电流从供电电源VCC流入PM2，经过第三开关管S3，途经输出端OP流入巴伦器件的输入侧，再途经输出端ON流入NM1，最终流入GND。此时，桥式功率放大单元的输出电压为VCC。

当输入端IP接收的信号为低电平，输入端IN接收的信号为高电平时，在桥式功率放大单元20中，第一上桥臂中的第一PMOS管PM1以及第二下桥臂中的第二NMOS管NM2导通，第一下桥臂中的第一NMOS管NM1以及第二上桥臂中的第二PMOS管PM2截止。电流从供电电源VCC流入PM1，经过第二开关管S2，途经输出端ON流入巴伦器件的输入侧，再途经输出端OP流入NM2，最终流入GND。此时，桥式功率放大单元的输出电压为-VCC。

本实施例提供的功率放大器无需依赖外置电路就可以输出两种不同大小的电压，从而实现两种不同大小的功率输出。

类似地，本实施例中，第一开关管S1、第二开关管S2以及第三开关管S3均可以为任意的能够实现开关功能的开关器件，例如可以为晶体管，也可以为MOS管，还可以为开关芯片。

在可选的一种实施方式中，第二开关管S2和第三开关管S3均为NMOS管，如图12所示。功率放大器工作在第一模式时，第一开关管S1导通，且第二开关管S2和第三开关管S3均断开。本实施例中，可以通过向SWN端输出低电平，以使得第二开关管S2和第三开关管S3断开。

在输入端IP和IN未接收到差分信号时，由于第二开关管S2的漏极与巴伦器件的输入侧的一端(图12中巴伦器件的输入侧的下端)连接，此时第二开关管S2漏极处的电压为0(此时第一开关管S1导通)。在输入端IP和IN接收到差分信号时，巴伦器件的输入侧的下端处电压为VCC或者-VCC，也就是说，第二开关管S2漏极处的电压会在-VCC～VCC之间摆动，参见图13。该摆动会通过Cgd寄生电容耦合到第二开关管S2的栅极，在摆动时，当漏极处电压与栅极处电压之间的电压差低于第二开关管S2的阈值电压-Vth时，第二开关管S2被动导通，使功率放大器的最大输出功率下降，从而降低输出效率。

同理，第三开关管S3也会存在上述被动导通的现象。

为了解决上述第二开关管S2和第三开关管S3无法完全断开的问题，在可选的一种实施方式中，如图14所示，桥式功率放大单元20还包括第一电阻R1和第二电阻R2，功率放大器还包括控制器(图中未示出)，其中，控制器通过第一电阻与第二开关管S2的栅极连接，以及通过第二电阻R2与第三开关管S3的栅极连接，第一电阻R1用于阻止耦合在第二开关管的栅极的电压被控制器提供的电压所吸收，第二电阻R2用于阻止耦合在第三开关管的栅极的电压被控制器提供的电压所吸收。

本实施例中，第一电阻R1和第二电阻R2的阻值需要足够大，从而可以阻止寄生电容耦合在栅极的电压波动被SWN端的电压吸收掉，从而保证第二开关管S2以及第三开关管S3的漏极和栅极之间电压波动相同，保证第二开关管S2以及第三开关管S3工作在完全断开状态。

在可选的一种实施方式中，功率放大器工作在第二模式时，第一开关管S1断开，且第二开关管S2和第三开关管S3均导通。

参见图14，当输入端IP接收的信号为低电平，输入端IN接收的信号为高电平时，电流从供电电源VCC流入PM1，途经输出端ON流入巴伦器件的输入侧，再途经输出端OP，经过第三开关管S3，流入NM2，最终流入GND。本实施例中，并不希望第三开关管的栅极电压跟随漏极电压波动，因为这会增加第三开关管的导通电阻，从而减小最大发射功率，恶化功率放大器的效率。

当输入端IP接收的信号为高电平，输入端IN接收的信号为低电平时，电流从供电电源VCC流入PM2，途经输出端OP流入巴伦器件的输入侧，再途经输出端ON，经过第二开关管S2，流入NM1，最终流入GND。本实施例中，并不希望第三开关管的栅极电压跟随漏极电压波动，因为这会增加第三开关管的导通电阻，从而减小最大发射功率，恶化功率放大器的效率。

为了解决上述问题，在可选的一种实施方式中，如图15所示，上述桥式功率放大单元还包括第四开关管S4，一端连接第二开关管S2的栅极，另一端连接第三开关管S3的栅极，功率放大器工作在第一模式时，第四开关管S4断开；工作在第二模式时，第四开关管S4导通。

本实施例中，通过增加第四开关管S4把第二开关管S2和第三开关管S3的栅极连接在一起。当第二开关管S2和第三开关管S3的漏极摆动通过Cgd寄生电容分别耦合到对应开关管的栅极时，会被差分抵消。从而保证了第二开关管S2和第三开关管S3的栅极电压不受漏极电压摆动的影响，而保持在0V附近。

同样地，本实施例中的第四开关管S4可以为任意的能够实现开关功能的开关器件，例如可以为晶体管，也可以为MOS管，还可以为开关芯片。

在可选的一种实施方式中，在上述实施例的基础上，参见图16，第一开关管S1为NMOS管，第四开关管S4为PMOS管。功率放大器工作在第一模式时，第二开关管S2(NMOS管)、第三开关管S3(NMOS管)以及第四开关管S4(PMOS管)均处于断开状态，第一开关管S1(NMOS管)处于导通状态；功率放大器工作在第二模式时，第二开关管S2(NMOS管)、第三开关管S3(NMOS管)以及第四开关管S4(PMOS管)均处于导通状态，第一开关管S1(NMOS管)处于断开状态。

因此，本实施例中控制器向SWP端输出的电平与向SWN端输出的电平相反。例如控制器向SWP端输出高电平时，必然向SWN端输出低电平；或者，控制器向SWP端输出低电平时，必然向SWN端输出高电平。在一实施例中，在SWP端和SWN端之间设置一个反相器，以保证两者的电平相反。

与前述实施例类似，输入端IP和输入端IN接收的差分信号中包含直流分量时，第一PMOS管PM1、第二PMOS管PM2、第一NMOS管NM1和第二NMOS管NM2的功耗就会增加，参见图17，为此本申请一实施例中还在桥式功率放大单元中增加第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4。其中，第一电容C1串接在输入端IP和第一PMOS管PM1的栅极之间，第二电容C2串接在输入端IN和第二PMOS管PM2的栅极之间，第三电容C3串接在输入端IP和第一NMOS管NM1的栅极之间，第四电容C4串接在输入端IN和第二NMOS管NM2的栅极之间。这样，第一电容C1～第四电容C4可以过滤掉输入端IP和输入端IN输入的第一电平和第二电平中的直流分量，降低第一PMOS管PM1、第二PMOS管PM2、第一NMOS管NM1和第二NMOS管NM2的功耗。

与前述实施例类似，为使第一PMOS管PM1、第二PMOS管PM2、第一NMOS管NM1和第二NMOS管NM2保持在导通和断开的临界状态，参见图17，本申请一实施例中还在桥式功率放大单元中增加偏置电源VBP、偏置电源VBN和电阻R11～R14。其中偏置电源VBP通过电阻R11连接至第一PMOS管PM1的栅极，通过电阻R12连接至第二PMOS管PM2的栅极。偏置电源VBN通过电阻R13连接至第一NMOS管NM1的栅极，通过电阻R14连接至第四NMOS管NM2的栅极。这样偏置电源VBP为第一PMOS管PM1、第二PMOS管PM2提供合适的偏置电压，使第一PMOS管PM1和第二PMOS管PM2处于导通和断开的临界状态。并且，偏置电源VBN为第一NMOS管NM1、第二NMOS管NM2提供合适的偏置电压，使第一NMOS管NM1和第二NMOS管NM2处于导通和断开的临界状态。

本申请一实施例还提供了一种射频收发机，包括上述各实施例所述的功率放大器。该射频收发机可以应用于蓝牙射频收发机，由于功率放大器的电路结构和工作原理在上述实施例中已经详细描述，请参考上述各实施例，在此不再赘述。

本申请一实施例还提供了一种遥控器，包括上述实施例所述的射频收发机。由于射频收发机包括上述实施例所述的功率放大器，且功率放大器的电路结构和工作原理在上述实施例中已经详细描述，请参考上述各实施例，在此不再赘述。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (6)

1.一种应用于射频收发机的功率放大器，包括控制器、桥式功率放大单元和巴伦器件，其特征在于，所述桥式功率放大单元包括第一电阻、第二电阻、第一PMOS管、第二PMOS管、第一NMOS管、第二NMOS管、第一电容、电阻R11、第二电容、电阻R12、第三电容、电阻R13、第四电容、电阻R14、输入端IP、输入端IN、输出端ON、输出端OP、第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管，所述输入端IP和所述输入端IN用于接收差分的射频信号；所述第一PMOS管的源极处输入供电电压VCC，所述第一PMOS管的栅极通过所述第一电容与所述输入端IP连接以及通过所述电阻R11与偏置电源VBP连接，所述第一PMOS管的漏极与所述桥式功率放大单元的输出端ON连接；所述第二PMOS管的源极处输入供电电压VCC，所述第二PMOS管的栅极通过所述第二电容与所述输入端IN连接以及通过所述电阻R12与偏置电源VBP连接，所述第二PMOS管的漏极通过所述第二开关管与所述桥式功率放大单元的输出端OP连接；所述第一NMOS管的源极接地GND，所述第一NMOS管的栅极通过所述第三电容与所述输入端IP连接以及通过所述电阻R13与偏置电源VBN连接，所述第一NMOS管的漏极与所述桥式功率放大单元的输出端ON连接；所述第二NMOS管的源极接地GND，所述第二NMOS管的栅极通过所述第四电容与所述输入端IN连接以及通过所述电阻R14与偏置电源VBN连接，所述第二NMOS管的漏极通过所述第三开关管与所述桥式功率放大单元的输出端OP连接；所述输出端ON和所述输出端OP分别连接巴伦器件的一端；

所述控制器通过所述第一电阻与所述第二开关管的栅极连接，以及通过所述第二电阻与所述第三开关管的栅极连接，所述第一电阻用于阻止耦合在所述第二开关管的栅极的电压被所述控制器提供的电压所吸收，所述第二电阻用于阻止耦合在所述第三开关管的栅极的电压被所述控制器提供的电压所吸收；

所述第一开关管，一端连接所述桥式功率放大单元的供电电源，另一端连接所述巴伦器件的输入侧的共模点；

所述第二开关管，一端连接第一上桥臂中第一PMOS管的漏极，另一端与所述桥式功率放大单元的输出端ON连接；

所述第三开关管，一端连接第二上桥臂中第二PMOS管的漏极，另一端与所述桥式功率放大单元的输出端OP连接；

所述第四开关管，一端连接所述第二开关管的栅极，另一端连接所述第三开关管的栅极；

所述功率放大器工作在第一模式时，所述第一开关管导通，且所述第二开关管、所述第三开关管和所述第四开关管均断开；所述功率放大器工作在第二模式时，所述第一开关管断开，且所述第二开关管、所述第三开关管和所述第四开关管导通。

2.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，所述第二开关管和所述第三开关管均为PMOS管。

3.一种应用于射频收发机的功率放大器，包括控制器、桥式功率放大单元和巴伦器件，其特征在于，所述桥式功率放大单元包括第一电阻、第二电阻、第一PMOS管、第二PMOS管、第一NMOS管、第二NMOS管、第一电容、电阻R11、第二电容、电阻R12、第三电容、电阻R13、第四电容、电阻R14、输入端IP、输入端IN、输出端ON、输出端OP、第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管，所述输入端IP和所述输入端IN用于接收差分的射频信号；所述第一PMOS管的源极处输入供电电压VCC，所述第一PMOS管的栅极通过所述第一电容与所述输入端IP连接以及通过所述电阻R11与偏置电源VBP连接，所述第一PMOS管的漏极与所述桥式功率放大单元的输出端ON连接；所述第二PMOS管的源极处输入供电电压VCC，所述第二PMOS管的栅极通过所述第二电容与所述输入端IN连接以及通过所述电阻R12与偏置电源VBP连接，所述第二PMOS管的漏极与所述桥式功率放大单元的输出端OP连接；所述第一NMOS管的源极接地GND，所述第一NMOS管的栅极通过所述第三电容与所述输入端IP连接以及通过所述电阻R13与偏置电源VBN连接，所述第一NMOS管的漏极通过所述第二开关管与所述桥式功率放大单元的输出端ON连接；所述第二NMOS管的源极接地GND，所述第二NMOS管的栅极通过所述第四电容与所述输入端IN连接以及通过所述电阻R14与偏置电源VBN连接，所述第二NMOS管的漏极通过所述第三开关管与所述桥式功率放大单元的输出端OP连接；所述输出端ON和所述输出端OP分别连接巴伦器件的一端；

所述控制器通过所述第一电阻与所述第二开关管的栅极连接，以及通过所述第二电阻与所述第三开关管的栅极连接，所述第一电阻用于阻止耦合在所述第二开关管的栅极的电压被所述控制器提供的电压所吸收，所述第二电阻用于阻止耦合在所述第三开关管的栅极的电压被所述控制器提供的电压所吸收；

所述第一开关管，一端接地，另一端连接所述巴伦器件的输入侧的共模点；

所述第二开关管，一端连接第一下桥臂中第一NMOS管的漏极，另一端与所述桥式功率放大单元的输出端ON连接；

所述第三开关管，一端连接第二下桥臂中第二NMOS管的漏极，另一端与所述桥式功率放大单元的输出端OP连接；

所述第四开关管，一端连接所述第二开关管的栅极，另一端连接所述第三开关管的栅极；

所述功率放大器工作在第一模式时，所述第一开关管导通，且所述第二开关管、所述第三开关管和所述第四开关管均断开；所述功率放大器工作在第二模式时，所述第一开关管断开，且所述第二开关管、所述第三开关管和所述第四开关管均导通。

4.根据权利要求3所述的功率放大器，其特征在于，所述第二开关管和所述第三开关管均为NMOS管。

5.一种射频收发机，其特征在于，包括权利要求1-4中任一项所述的功率放大器。

6.一种遥控器，其特征在于，包括如权利要求5所述的射频收发机。

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