CN108199692A - 半导体微波集成电路及其功率放大装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及放大器技术领域，提供了一种半导体微波集成电路及其功率放大装置。该功率放大装置包括：输出匹配网络，与所述第一输出端连接；高功率放大单元，信号输入端与所述第一输入端电连接，信号输出端通过所述输出匹配网络与所述第一输出端电连接；低功率放大单元，信号输入端与所述第一输入端电连接，信号输出端通过所述输出匹配网络与所述第一输出端电连接；开关单元，设置在所述低功率放大单元与所述第一输入端之间，和/或所述低功率放大单元与所述输出匹配网络之间。从而在高功率放大单元工作而低功率放大单元不工作时，大功率信号不通过开关单元，从而能够降低开关耐功率要求，提升开关单元工作的可靠性。

Description

半导体微波集成电路及其功率放大装置

技术领域

本发明属于功率放大技术领域，尤其涉及半导体微波集成电路及其功率放大装置。

背景技术

宽禁带氮化镓(GaN)半导体功率器件具备高温、大功率、抗辐射等特性，具有优越的性能和宽广的应用前景。目前国内外均投入大量的人力物力开展GaN HEMT器件应用研究。GaN经过多年发展目前已应用于宽带电子战、卫星通讯、雷达等装备中，正逐步取代真空管和二代半导体器件。

针对新时期雷达的作战要求，为了实现多功能雷达，对功率放大器芯片提出了更高的工作要求。传统方案采用输入开关和输出开关选择工作芯片，来实现不同的工作模式切换。该方案的缺点在于宽带大功率工作时，由于有大功率要通过开关，而开关耐功率对其可靠性有非常大的影响，其次开关插损在大功率输出时，对系统效率的影响非常明显。

发明内容

本发明的目的在于提供半导体微波集成电路及其功率放大装置，旨在解决现有技术中采用输入开关和输出开关选择工作芯片导致的开关对系统效率的影响较大的问题。

本发明实施例第一方面，提供一种功率放大装置，包括：

输出匹配网络，与所述第一输出端连接；

高功率放大单元，信号输入端与所述第一输入端电连接，信号输出端通过所述输出匹配网络与所述第一输出端电连接；

低功率放大单元，信号输入端与所述第一输入端电连接，信号输出端通过所述输出匹配网络与所述第一输出端电连接；

开关单元，设置在所述低功率放大单元与所述第一输入端之间，和/或所述低功率放大单元与所述输出匹配网络之间。

可选的，所述高功率放大单元包括：

第二输入端，与所述第一输入端电连接；

第二输出端，通过所述输出匹配网络与所述第一输出端电连接；

第一功率放大器，信号输入端与所述第二输入端电连接，信号输出端与所述第二输出端电连接；

第二功率放大器，信号输入端与所述第二输入端电连接，信号输出端与所述第二输出端电连接；

功率合成模块，用于将所述第一功率放大器和所述第二功率放大器的输出功率进行合成，并输出至所述第一输出端。

可选的，所述开关单元包括：

第一开关，设置在所述低功率放大单元与所述第一输入端之间；

第二开关，设置在所述低功率放大单元与所述输出匹配网络之间。

可选的，所述低功率放大单元包括：

第三功率放大器，信号输入端与所述第一选择开关电连接，信号输出端与所述第二选择开关电连接；

其中，所述第三功率放大器的放大倍数小于所述第一功率放大器的放大倍数和所述第二功率放大器的放大倍数。

可选的，所述输出匹配网络、高功率放大单元、低功率放大单元和开关单元集成在同一芯片内。

可选的，在所述芯片中，所述第一功率放大器和所述第二功率放大器位于所述第三功率放大器的两侧。

可选的，所述功率放大装置还包括：

控制端，与所述开关单元连接，用于控制所述开关单元的工作状态。

可选的，所述功率放大装置还包括：

输入匹配网络，一端与所述第一输入端电连接，另一端与所述高功率放大单元和所述低功率放大单元电连接；

其中，所述高功率放大单元通过所述输入匹配网络与所述第一输入端电连接，所述低功率放大单元通过所述输入匹配网络与所述第一输入端电连接。

可选的，所述输出匹配网络包括至少一个电容电感单元，各个所述电容电感单元相串联；

每个所述电容电感单元包括：

第三输入端，与所述高功率放大单元的信号输出端电连接；

第三输出端，与所述第一输出端电连接；

第一电感，第一端通过其他的电容电感单元与所述第三输入端电连接，或直接与所述第三输入端电连接，第二端通过其他的电容电感单元与所述第三输出端电连接，或直接与所述第三输出端电连接；

第一电容，第一端与所述第一电感的第二端电连接，第二端接地。

本发明实施例的第二方面，还提供一种半导体微波集成电路，包括上述任一种所述的功率放大装置。

本发明提供的空调系统的有益效果在于：与现有技术相比，本发明实施例，包括高功率放大单元和低功率放大单元，而且将开关单元设置在低功率放大单元与所述第一输入端之间，和/或设置在所述低功率放大单元与所述输出匹配网络之间，从而在高功率放大单元工作而低功率放大单元不工作时，大功率信号不通过开关单元，从而能够降低开关耐功率要求，提升开关单元工作的可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的功率放大装置的结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的功率放大装置的电路结构图；

图3为本发明实施例二提供的功率放大装置的结构示意图；

图4为本发明实施例三提供的功率放大装置的结构示意图；

图5为本发明实施例四提供的功率放大装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

传统的功率放大装置包括并行的高功率放大电路和低功率放大电路，两路功率放大电路之间通过选择开关进行切换，而在高功率放大电路工作时，由于有大功率通过选择开关，对选择开关的可靠性有非常大的影响，而且开关插损在大功率输出时，对系统效率的影响非常明显。

基于上述问题，本发明实施例提出一种功率放大装置，包括第一输入端、第一输出端、输出匹配网络、高功率放大单元、低功率放大单元和开关单元。

其中，所述输出匹配网络与所述第一输出端连接。所述高功率放大单元的信号输入端与所述第一输入端电连接，所述高功率放大单元的信号输出端通过所述输出匹配网络与所述第一输出端电连接。所述低功率放大单元的信号输入端与所述第一输入端电连接，所述低功率放大单元的信号输出端通过所述输出匹配网络与所述第一输出端电连接。所述开关单元设置在所述低功率放大单元与所述第一输入端之间，和/或设置在所述低功率放大单元与所述输出匹配网络之间。

上述功率放大装置，包括高功率放大单元和低功率放大单元，而且将开关单元设置在低功率放大单元与所述第一输入端之间，和/或设置在所述低功率放大单元与所述输出匹配网络之间，从而在高功率放大单元工作而低功率放大单元不工作时，大功率信号不通过开关单元，从而能够降低开关耐功率要求，提升开关单元工作的可靠性。

以下通过几个实施例，对上述功率放大装置进行进一步说明。

实施例一

参见图1，本实施例中的功率放大装置包括第一输入端A、第一输出端B、高功率放大单元101、低功率放大单元102、开关单元103和输出匹配网络104。

输出匹配网络104与所述第一输出端A连接。高功率放大单元101的信号输入端与所述第一输入端A电连接，高功率放大单元101的信号输出端通过所述输出匹配网络104与所述第一输出端B电连接。低功率放大单元102的信号输入端与所述第一输入端A电连接，低功率放大单元102的信号输出端B通过所述输出匹配网络104与所述第一输出端电B连接。开关单元103设置在所述低功率放大单元102与所述第一输入端A之间。

上述功率放大装置，将开关单元103设置在低功率放大单元102与所述第一输入端A之间，从而在高功率放大单元101工作而低功率放大单元102不工作时，大功率信号不通过开关单元103，从而能够降低开关耐功率要求，提升开关单元103工作的可靠性。

可选的，参见图2，所述高功率放大单元101可以包括第二输入端、第二输出端、第一功率放大器1011、第二功率放大器1012和功率合成模块1013。

其中，所述第二输入端与所述第一输入端A电连接，所述第二输出端通过所述输出匹配网络104与所述第一输出端B电连接。第一功率放大器1011的信号输入端与所述第二输入端电连接，第一功率放大器1011的信号输出端与所述第二输出端电连接。第二功率放大器1012的信号输入端与所述第二输入端电连接，第二功率放大器1012的信号输出端与所述第二输出端电连接。功率合成模块1013用于将所述第一功率放大器1011和所述第二功率放大器1012的输出功率进行合成，并输出至所述第一输出端A。

可选的，参见图2，所述开关单103包括第一开关K1。第一开关K1设置在所述低功率放大单元102与所述第一输入端A之间。本实施例中，通过第一开关K1控制高功率放大单元101和低功率放大单元102的工作状态。具体的，在第一开关K1断开时，高功率放大单元101工作，低功率放大单元102不工作；在第一开关K1闭合时，低功率放大单元102工作，控制电路驱动高功率放大单元101停止工作。

可选的，参见图2，所述低功率放大单元102可以包括第三功率放大器1021。第三功率放大器1021的信号输入端与所述开关单元电连接，第三功率放大器1021的信号输出端与所述输出匹配网络140电连接。其中，所述第三功率放大器1021的放大倍数小于所述第一功率放大器1011的放大倍数和所述第二功率放大器1012的放大倍数。

可选的，所述输出匹配网络104、高功率放大单元101、低功率放大单元102和开关单元103集成在同一芯片内。本实施例中，如图2所示，在所述芯片中，所述第一功率放大器1011和所述第二功率放大器1012位于所述第三功率放大器1021的两侧。

另外，所述高功率放大单元101还可以包括四个或六个功率放大器，在所述芯片中，高功率放大单元101的各个功率放大器位于所述第三功率放大器1021的两侧，且所述第三功率放大器1021的两侧的高功率放大单元101的功率放大器的个数相等。

可选的，输出匹配网络104可以包括至少一个电容电感单元，各个所述电容电感单元相串联。参见图2，本实施例中，输出匹配网络104包括两个电容电感单元，但并不以此为限。其中，每个所述电容电感单元包括第三输入端、第三输出端、第一电感L1和第一电容C1。

第三输入端与所述高功率放大单元101的信号输出端电连接，第三输出端，与所述第一输出端B电连接。第一电感L1的第一端通过其他的电容电感单元与所述第三输入端电连接，或直接与所述第三输入端电连接；第一电感L1的第二端通过其他的电容电感单元与所述第三输出端电连接，或直接与所述第三输出端电连接。第一电容C1的第一端与所述第一电感L1的第二端电连接，第一电容C1的第二端接地。

具体的，第三功率放大器1021的信号输入端与第一开关K1电连接，第三功率放大器1021的信号输出端与所述输出匹配网络104中第一个电容电感单元中的第一电感L1电连接。

作为一种可实施方式，第一电容C1可以为隔直电容，从而对功率放大装置输出的信号进行相应处理，以提高功率放大装置输出的信号的质量。

实施例二

参见图3，本实施例中的功率放大装置包括第一输入端A、第一输出端B、高功率放大单元201、低功率放大单元202、开关单元203和输出匹配网络204。

本实施例中的功率放大装置与实施例一中的功率放大装置的区别在于，开关单元203设置在所述低功率放大单元202与所述输出匹配网络204之间。

实施例三

参见图4，本实施例中的功率放大装置包括第一输入端A、第一输出端B、高功率放大单元301、低功率放大单元302、开关单元303和输出匹配网络304。

本实施例中的功率放大装置与实施例一中的功率放大装置的区别在于：开关单元303设置在所述低功率放大单元302与所述第一输入端A之间，和/或所述低功率放大单元302与所述输出匹配网络304之间。

例如，开关单元303包括第一开关K1和第二开关K2。第一开关K1设置在低功率放大单元302与所述第一输入端A之间。第二开关K2设置在低功率放大单元302与输出匹配网络304中第一个电感电容单元中的第一电感L1电连接。

实施例四

参见图5，本实施例中的功率放大装置包括第一输入端A、第一输出端B、高功率放大单元401、低功率放大单元402、开关单元403、输出匹配网络404和输入匹配网络405。本实施例中的功率放大装置与实施例三中的功率放大装置的区别在于还包括输入匹配网络405。

具体的，输入匹配网络405一端与所述第一输入端A电连接，输入匹配网络405另一端与所述高功率放大单元401和所述低功率放大单元402电连接。其中，所述高功率放大单元401通过所述输入匹配网络405与所述第一输入端A电连接，所述低功率放大单元402通过所述输入匹配网络405与所述第一输入端B电连接。

实施例六

对应于上述功率放大装置，本实施例提供了一种半导体微波集成电路，包括上述任一种功率放大装置，且具有上述功率放大装置所具有的优点，在此不再赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种功率放大装置，其特征在于，包括第一输入端和第一输出端，还包括：

输出匹配网络，与所述第一输出端连接；

高功率放大单元，信号输入端与所述第一输入端电连接，信号输出端通过所述输出匹配网络与所述第一输出端电连接；

低功率放大单元，信号输入端与所述第一输入端电连接，信号输出端通过所述输出匹配网络与所述第一输出端电连接；

开关单元，设置在所述低功率放大单元与所述第一输入端之间，和/或所述低功率放大单元与所述输出匹配网络之间。

2.如权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，所述高功率放大单元包括：

第二输入端，与所述第一输入端电连接；

第二输出端，通过所述输出匹配网络与所述第一输出端电连接；

第一功率放大器，信号输入端与所述第二输入端电连接，信号输出端与所述第二输出端电连接；

第二功率放大器，信号输入端与所述第二输入端电连接，信号输出端与所述第二输出端电连接；

功率合成模块，用于将所述第一功率放大器和所述第二功率放大器的输出功率进行合成，并输出至所述第一输出端。

3.如权利要求2所述的功率放大装置，其特征在于，所述开关单元包括：

第一开关，设置在所述低功率放大单元与所述第一输入端之间；

第二开关，设置在所述低功率放大单元与所述输出匹配网络之间。

4.如权利要求3所述的功率放大装置，其特征在于，所述低功率放大单元包括：

第三功率放大器，信号输入端与所述第一选择开关电连接，信号输出端与所述第二选择开关电连接；

其中，所述第三功率放大器的放大倍数小于所述第一功率放大器的放大倍数和所述第二功率放大器的放大倍数。

5.如权利要求4所述的功率放大装置，其特征在于，所述输出匹配网络、高功率放大单元、低功率放大单元和开关单元集成在同一芯片内。

6.如权利要求5所述的功率放大装置，其特征在于，在所述芯片中，所述第一功率放大器和所述第二功率放大器位于所述第三功率放大器的两侧。

7.如权利要求1所述的功率放大装置，其特征在于，还包括：

控制端，与所述开关单元连接，用于控制所述开关单元的工作状态。

8.如权利要求1所述的功率放大装置，其特征在于，所述输出匹配网络包括至少一个电容电感单元，各个所述电容电感单元相串联；

每个所述电容电感单元包括：

第三输入端，与所述高功率放大单元的信号输出端电连接；

第三输出端，与所述第一输出端电连接；

第一电感，第一端通过其他的电容电感单元与所述第三输入端电连接，或直接与所述第三输入端电连接，第二端通过其他的电容电感单元与所述第三输出端电连接，或直接与所述第三输出端电连接；

第一电容，第一端与所述第一电感的第二端电连接，第二端接地。

9.如权利要求1至8任一项所述的功率放大装置，其特征在于，还包括：

输入匹配网络，一端与所述第一输入端电连接，另一端与所述高功率放大单元和所述低功率放大单元电连接；

其中，所述高功率放大单元通过所述输入匹配网络与所述第一输入端电连接，所述低功率放大单元通过所述输入匹配网络与所述第一输入端电连接。

10.一种半导体微波集成电路，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的功率放大装置。