CN109274339A - 一种Doherty驱动Doherty功率放大器 - Google Patents

一种Doherty驱动Doherty功率放大器 Download PDF

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滑育楠
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Abstract

本发明公开了一种Doherty驱动Doherty功率放大器，包括输入移相分配网络、共源驱动主功率放大网络、共源驱动辅助功率放大网络、级间移相分配网络、堆叠主功率放大网络、堆叠辅助功率放大网络以及输出移相隔直网络。本发明采用共源Doherty放大器来驱动晶体管堆叠Doherty放大器的结构，有效利用了共源级放大器的低输入阻抗以及低功率高效率回退特性，在提高了整个放大器功率增益的同时还提高了多级放大器的级联回退效率，并且可以避免集成电路工艺的低击穿电压特性，提高电路的稳定性与可靠性。本发明所实现的Doherty驱动Doherty功率放大器芯片电路，输出功率高、6dB回退效率高、功率增益高。

Description

一种Doherty驱动Doherty功率放大器
技术领域
本发明属于场效应晶体管微波射频功率放大器和集成电路技术领域，具体涉及一种Doherty驱动Doherty功率放大器的设计。
背景技术
随着3G、4G-LTE等民用通信市场的快速发展，以及5G通信的前期布局，通信系统的射频信号往往采用非恒包络的信号进行传输，这就要求通信系统中研发高增益、高回退效率、低成本的Doherty功率放大器芯片。
然而，在Doherty功率放大器芯片设计中，一直存在一些设计难题，主要体现在：
(1)高功率和高效率指标兼容难度较大：由于未来5G市场的驱使，射频前端发射机迫切需要工作在高频频段的高功率、高效率的Doherty放大器，但是现有的频段的应用电路必须采用栅长较小、特征频率较高的半导体工艺晶体管，受到其低击穿电压的影响，功率放大器的电压摆幅将受到较大的限制，因此也就限制了功率晶体管的功率容量，为了获得高功率指标而采用的多晶体管并联结构往往是以牺牲效率指标为代价的，因此高功率和高效率指标兼容难度较大。
(2)高增益高回退效率指标兼容难度较大：为了获得高增益指标，往往需要采用多级放大结构，但是这些驱动放大结构往往采用常规的AB类驱动放大器，其回退效率较低，这也就导致高增益高回退效率指标兼容难度较大。
常见的射频高增益Doherty功率放大器的电路结构有很多，但是受上述因素制约下，可以实现高增益高回退效率的结构不多。常规解决方法是采用AB类驱动放大器驱动Doherty放大器，这将导致级联放大器的回退效率较低；或者在设计Doherty放大器时，主功率放大器和辅助功率放大器均采用多级结构，但是这样实际还是利用常规AB类驱动放大器提高Doherty的增益，回退效率指标改善不大。
发明内容
本发明的目的是提出一种Doherty驱动Doherty功率放大器，采用共源Doherty驱动晶体管堆叠Doherty放大器的结构，在提高了整个放大器功率增益的同时还提高了多级放大器的级联回退效率，避免了集成电路工艺的低击穿电压特性，具有输出功率高、6dB回退效率高、功率增益高的优点。
本发明的技术方案为：一种Doherty驱动Doherty功率放大器，包括输入移相分配网络、共源驱动主功率放大网络、共源驱动辅助功率放大网络、级间移相分配网络、堆叠主功率放大网络、堆叠辅助功率放大网络以及输出移相隔直网络；输入移相分配网络的输入端为整个Doherty功率放大器的输入端，其第一输出端与共源驱动主功率放大网络的输入端连接，其第二输出端与共源驱动辅助功率放大网络的输入端连接；级间移相分配网络的输入端分别与共源驱动主功率放大网络的输出端以及共源驱动辅助功率放大网络的输出端连接，其第一输出端与堆叠主功率放大网络的输入端连接，其第二输出端与堆叠辅助功率放大网络的输入端连接；输出移相隔直网络的输入端分别与堆叠主功率放大网络的输出端以及堆叠辅助功率放大网络的输出端连接，其输出端为整个Doherty功率放大器的输出端。
本发明的有益效果是：本发明的核心架构采用共源Doherty放大器来驱动晶体管堆叠Doherty放大器，可以充分利用共源放大器相对低阻抗以及强回退效率的优势，在驱动末级晶体管堆叠Doherty放大器时，可以提供适宜的非50欧姆的低阻抗驱动模式以及高回退效率工作方式，这种优势是常规的共源Doherty驱动共源Doherty，或者堆叠Doherty驱动堆叠Doherty所无法实现的。
进一步地，输入移相分配网络包括微带线TL1，微带线TL1的一端为输入移相分配网络的输入端，其另一端分别与微带线TL2的一端、微带线TL3的一端以及接地微带线TL4连接；微带线TL2的另一端依次串联电容C1和微带线TL5后作为输入移相分配网络的第一输出端，微带线TL3的另一端依次串联电容C2和微带线TL6后作为输入移相分配网络的第二输出端；输入移相分配网络的第一输出端和第二输出端之间还依次串联有微带线TL7、电阻R1和微带线TL8。
上述进一步方案的有益效果是：输入移相分配网络用于对射频输入信号进行移相及功率分配。
进一步地，共源驱动主功率放大网络包括晶体管M0m，晶体管M0m的源极接地，其栅极分别与微带线TL11的一端以及微带线TL12的一端连接，微带线TL11的另一端分别与微带线TL9的一端以及开路微带线TL10连接，微带线TL9的另一端为共源驱动主功率放大网络的输入端；微带线TL12的另一端分别与接地电容C3以及第一低压主偏置电源VGm连接；晶体管M0m的漏极依次串联微带线TL17、微带线TL20、微带线TL22、电容C6以及微带线TL23后作为共源驱动主功率放大网络的输出端；微带线TL17和微带线TL20的连接节点还分别与微带线TL19的一端以及开路微带线TL18连接，微带线TL19的另一端分别与接地电容C5以及第一高压主偏置电源VDm连接；微带线TL20和微带线TL22的连接节点还与开路微带线TL21连接。
共源驱动辅助功率放大网络包括晶体管M0p，晶体管M0p的源极接地，其栅极分别与微带线TL15的一端以及微带线TL16的一端连接，微带线TL15的另一端分别与微带线TL13的一端以及开路微带线TL14连接，微带线TL13的另一端为共源驱动辅助功率放大网络的输入端；微带线TL16的另一端分别与接地电容C4以及第一低压辅助偏置电源VGp连接；晶体管M0p的漏极依次串联微带线TL24、微带线TL27、微带线TL29以及电容C8后作为共源驱动辅助功率放大网络的输出端；微带线TL24和微带线TL27的连接节点还分别与微带线TL25的一端以及开路微带线TL26连接，微带线TL25的另一端分别与接地电容C7以及第一高压辅助偏置电源VDp连接；微带线TL27和微带线TL29的连接节点还与开路微带线TL28连接。
上述进一步方案的有益效果是：共源驱动主功率放大网络和共源驱动辅助功率放大网络共同组成了Doherty放大器结构，利用有源牵引原理，其可实现对大功率以及回退功率信号的高效率放大，同时还具备对后续末级堆叠Doherty放大器的驱动功能，当末级堆叠Doherty放大器在其工作在所需功率回退点的时候，驱动功放作为Doherty放大器，也工作在最佳功率回退点，利用这种Doherty+Doherty的模式，牺牲增益指标2～3dB，同时保持功率特性不变，实现了回退功率点更高的效率指标，整体改善了平均效率指标。
进一步地，级间移相分配网络包括微带线TL60，微带线TL60的一端连接微带线TL59后作为级间移相分配网络的输入端，其另一端分别与微带线TL35的一端、微带线TL36的一端以及接地微带线TL37连接；微带线TL35的另一端依次串联电容C9和微带线TL30后作为级间移相分配网络的第一输出端，微带线TL36的另一端依次串联电容C10和微带线TL38后作为级间移相分配网络的第二输出端；级间移相分配网络的第一输出端和第二输出端之间还依次串联有微带线TL33、电阻R2和微带线TL39。
上述进一步方案的有益效果是：级间移相分配网络用于对一次有源牵引功率合成后的信号进行级间移相及功率分配。
进一步地，堆叠主功率放大网络包括依次按照源极-漏极相连堆叠构成的顶层晶体管M3m、中间层晶体管M2m以及底层晶体管M1m；底层晶体管M1m的源极接地，其栅极分别与微带线TL32的一端以及微带线TL44的一端连接，微带线TL32的另一端分别与微带线TL31的一端以及开路微带线TL34连接，微带线TL31的另一端为堆叠主功率放大网络的输入端，微带线TL44的另一端分别与接地电容C11以及第二低压主偏置电源VGGm连接；中间层晶体管M2m的栅极分别与电阻R6的一端以及第一栅极补偿电路连接，第一栅极补偿电路包括串联的栅极稳定电阻R9和补偿接地电容C14，电阻R6的另一端分别与电阻R4的一端以及接地电阻R3连接；顶层晶体管M3m的栅极分别与电阻R7的一端以及第二栅极补偿电路连接，第二栅极补偿电路包括串联的栅极稳定电阻R8和补偿接地电容C13，电阻R7的另一端分别与电阻R4的另一端以及电阻R5的一端连接；顶层晶体管M3m的漏极依次串联微带线TL46、微带线TL47、微带线TL48以及微带线TL51后作为堆叠主功率放大网络的输出端，微带线TL46和微带线TL47的连接节点还分别与微带线TL45的一端以及开路微带线TL49连接，微带线TL45的另一端分别与电阻R5的另一端、接地电容C17以及第二高压主偏置电源VDDm连接；微带线TL47和微带线TL48的连接节点还与开路微带线TL50连接。
堆叠辅助功率放大网络包括依次按照源极-漏极相连堆叠构成的顶层晶体管M3p、中间层晶体管M2p以及底层晶体管M1p；底层晶体管M1p的源极接地，其栅极分别与微带线TL42的一端以及微带线TL43的一端连接，微带线TL42的另一端分别与微带线TL40的一端以及开路微带线TL41连接，微带线TL40的另一端为堆叠辅助功率放大网络的输入端，微带线TL43的另一端分别与接地电容C12以及第二低压辅助偏置电源VGGp连接；中间层晶体管M2p的栅极分别与电阻R12的一端以及第三栅极补偿电路连接，第三栅极补偿电路包括串联的栅极稳定电阻R10和补偿接地电容C15，电阻R12的另一端分别与电阻R15的一端以及接地电阻R14连接；顶层晶体管M3p的栅极分别与电阻R13的一端以及第四栅极补偿电路连接，第四栅极补偿电路包括串联的栅极稳定电阻R11和补偿接地电容C16，电阻R13的另一端分别与电阻R15的另一端以及电阻R16的一端连接；顶层晶体管M3p的漏极依次串联微带线TL56、微带线TL54以及微带线TL55后作为堆叠辅助功率放大网络的输出端，微带线TL56和微带线TL54的连接节点还分别与微带线TL57的一端以及开路微带线TL52连接，微带线TL57的另一端分别与电阻R16的另一端、接地电容C18以及第二高压辅助偏置电源VDDp连接；微带线TL54和微带线TL55的连接节点还与开路微带线TL53连接。
上述进一步方案的有益效果是：堆叠主功率放大网络和堆叠辅助功率放大网络共同构成了末级堆叠Doherty放大器，利用有源牵引原理，其可实现对大功率以及回退功率信号的高效率放大，并且本发明采用的堆叠主功率放大网络和堆叠辅助功率放大网络均加入了自偏置结构，不需要额外的堆叠栅极偏置电压，大大简化了堆叠结构的外围栅极供电结构。
进一步地，输出移相隔直网络包括微带线TL58和隔直电容C19，微带线TL58的一端为输出移相隔直网络的输入端，其另一端与隔直电容C19的一端连接，隔直电容C19的另一端为输出移相隔直网络的输出端。
上述进一步方案的有益效果是：输出移相隔直网络用于对二次有源牵引功率合成后的信号进行移相，并起到阻碍直流信号的作用。
附图说明
图1所示为本发明实施例提供的一种Doherty驱动Doherty功率放大器原理框图。
图2所示为本发明实施例提供的一种Doherty驱动Doherty功率放大器电路图。
具体实施方式
现在将参考附图来详细描述本发明的示例性实施方式。应当理解，附图中示出和描述的实施方式仅仅是示例性的，意在阐释本发明的原理和精神，而并非限制本发明的范围。
本发明实施例提供了一种Doherty驱动Doherty功率放大器，如图1所示，包括输入移相分配网络、共源驱动主功率放大网络、共源驱动辅助功率放大网络、级间移相分配网络、堆叠主功率放大网络、堆叠辅助功率放大网络以及输出移相隔直网络；输入移相分配网络的输入端为整个Doherty功率放大器的输入端，其第一输出端与共源驱动主功率放大网络的输入端连接，其第二输出端与共源驱动辅助功率放大网络的输入端连接；级间移相分配网络的输入端分别与共源驱动主功率放大网络的输出端以及共源驱动辅助功率放大网络的输出端连接，其第一输出端与堆叠主功率放大网络的输入端连接，其第二输出端与堆叠辅助功率放大网络的输入端连接；输出移相隔直网络的输入端分别与堆叠主功率放大网络的输出端以及堆叠辅助功率放大网络的输出端连接，其输出端为整个Doherty功率放大器的输出端。
如图2所示，输入移相分配网络包括微带线TL1，微带线TL1的一端为输入移相分配网络的输入端，其另一端分别与微带线TL2的一端、微带线TL3的一端以及接地微带线TL4连接；微带线TL2的另一端依次串联电容C1和微带线TL5后作为输入移相分配网络的第一输出端，微带线TL3的另一端依次串联电容C2和微带线TL6后作为输入移相分配网络的第二输出端；输入移相分配网络的第一输出端和第二输出端之间还依次串联有微带线TL7、电阻R1和微带线TL8。
共源驱动主功率放大网络包括晶体管M0m，晶体管M0m的源极接地，其栅极分别与微带线TL11的一端以及微带线TL12的一端连接，微带线TL11的另一端分别与微带线TL9的一端以及开路微带线TL10连接，微带线TL9的另一端为共源驱动主功率放大网络的输入端；微带线TL12的另一端分别与接地电容C3以及第一低压主偏置电源VGm连接；晶体管M0m的漏极依次串联微带线TL17、微带线TL20、微带线TL22、电容C6以及微带线TL23后作为共源驱动主功率放大网络的输出端；微带线TL17和微带线TL20的连接节点还分别与微带线TL19的一端以及开路微带线TL18连接，微带线TL19的另一端分别与接地电容C5以及第一高压主偏置电源VDm连接；微带线TL20和微带线TL22的连接节点还与开路微带线TL21连接。
共源驱动辅助功率放大网络包括晶体管M0p，晶体管M0p的源极接地，其栅极分别与微带线TL15的一端以及微带线TL16的一端连接，微带线TL15的另一端分别与微带线TL13的一端以及开路微带线TL14连接，微带线TL13的另一端为共源驱动辅助功率放大网络的输入端；微带线TL16的另一端分别与接地电容C4以及第一低压辅助偏置电源VGp连接；晶体管M0p的漏极依次串联微带线TL24、微带线TL27、微带线TL29以及电容C8后作为共源驱动辅助功率放大网络的输出端；微带线TL24和微带线TL27的连接节点还分别与微带线TL25的一端以及开路微带线TL26连接，微带线TL25的另一端分别与接地电容C7以及第一高压辅助偏置电源VDp连接；微带线TL27和微带线TL29的连接节点还与开路微带线TL28连接。
级间移相分配网络包括微带线TL60，微带线TL60的一端连接微带线TL59后作为级间移相分配网络的输入端，其另一端分别与微带线TL35的一端、微带线TL36的一端以及接地微带线TL37连接；微带线TL35的另一端依次串联电容C9和微带线TL30后作为级间移相分配网络的第一输出端，微带线TL36的另一端依次串联电容C10和微带线TL38后作为级间移相分配网络的第二输出端；级间移相分配网络的第一输出端和第二输出端之间还依次串联有微带线TL33、电阻R2和微带线TL39。
堆叠主功率放大网络包括依次按照源极-漏极相连堆叠构成的顶层晶体管M3m、中间层晶体管M2m以及底层晶体管M1m；底层晶体管M1m的源极接地，其栅极分别与微带线TL32的一端以及微带线TL44的一端连接，微带线TL32的另一端分别与微带线TL31的一端以及开路微带线TL34连接，微带线TL31的另一端为堆叠主功率放大网络的输入端，微带线TL44的另一端分别与接地电容C11以及第二低压主偏置电源VGGm连接；中间层晶体管M2m的栅极分别与电阻R6的一端以及第一栅极补偿电路连接，第一栅极补偿电路包括串联的栅极稳定电阻R9和补偿接地电容C14，电阻R6的另一端分别与电阻R4的一端以及接地电阻R3连接；顶层晶体管M3m的栅极分别与电阻R7的一端以及第二栅极补偿电路连接，第二栅极补偿电路包括串联的栅极稳定电阻R8和补偿接地电容C13，电阻R7的另一端分别与电阻R4的另一端以及电阻R5的一端连接；顶层晶体管M3m的漏极依次串联微带线TL46、微带线TL47、微带线TL48以及微带线TL51后作为堆叠主功率放大网络的输出端，微带线TL46和微带线TL47的连接节点还分别与微带线TL45的一端以及开路微带线TL49连接，微带线TL45的另一端分别与电阻R5的另一端、接地电容C17以及第二高压主偏置电源VDDm连接；微带线TL47和微带线TL48的连接节点还与开路微带线TL50连接。
堆叠辅助功率放大网络包括依次按照源极-漏极相连堆叠构成的顶层晶体管M3p、中间层晶体管M2p以及底层晶体管M1p；底层晶体管M1p的源极接地，其栅极分别与微带线TL42的一端以及微带线TL43的一端连接，微带线TL42的另一端分别与微带线TL40的一端以及开路微带线TL41连接，微带线TL40的另一端为堆叠辅助功率放大网络的输入端，微带线TL43的另一端分别与接地电容C12以及第二低压辅助偏置电源VGGp连接；中间层晶体管M2p的栅极分别与电阻R12的一端以及第三栅极补偿电路连接，第三栅极补偿电路包括串联的栅极稳定电阻R10和补偿接地电容C15，电阻R12的另一端分别与电阻R15的一端以及接地电阻R14连接；顶层晶体管M3p的栅极分别与电阻R13的一端以及第四栅极补偿电路连接，第四栅极补偿电路包括串联的栅极稳定电阻R11和补偿接地电容C16，电阻R13的另一端分别与电阻R15的另一端以及电阻R16的一端连接；顶层晶体管M3p的漏极依次串联微带线TL56、微带线TL54以及微带线TL55后作为堆叠辅助功率放大网络的输出端，微带线TL56和微带线TL54的连接节点还分别与微带线TL57的一端以及开路微带线TL52连接，微带线TL57的另一端分别与电阻R16的另一端、接地电容C18以及第二高压辅助偏置电源VDDp连接；微带线TL54和微带线TL55的连接节点还与开路微带线TL53连接。
输出移相隔直网络包括微带线TL58和隔直电容C19，微带线TL58的一端为输出移相隔直网络的输入端，其另一端与隔直电容C19的一端连接，隔直电容C19的另一端为输出移相隔直网络的输出端。
下面结合图2对本发明的具体工作原理及过程进行介绍：
射频输入信号通过输入端IN进入功率放大器的输入移相分配网络，经输入移相分配网络进行移相及功率分配后，分成一次主输入信号和一次辅助输入信号。当一次主输入信号低于共源驱动主功率放大网络的饱和输入功率点时，此时只有共源驱动主功率放大网络工作，一次主输入信号放大为一次主输出信号；当一次主输入信号高于共源驱动主功率放大网络的饱和输入功率点时，此时共源驱动主功率放大网络和共源驱动辅助功率放大网络同时工作，一次主输入信号放大为一次主输出信号，一次辅助输入信号放大为一次辅助输出信号；一次主输出信号和一次辅助输出信号经过移相功率合成为级间信号并进入级间移相分配网络。级间移相分配网络对级间信号进行移相及功率分配后，分成二次主输入信号和二次辅助输入信号。当二次主输入信号低于堆叠主功率放大网络的饱和输入功率点时，此时只有堆叠主功率放大网络工作，二次主输入信号放大为二次主输出信号；当二次主输入信号高于堆叠主功率放大网络的饱和输入功率点时，此时堆叠主功率放大网络和堆叠辅助功率放大网络同时工作，二次主输入信号放大为二次主输出信号，二次辅助输入信号放大为二次辅助输出信号；二次主输出信号和二次辅助输出信号经过移相功率合成后到达输出端OUT形成射频输出信号。
其中，输入移相分配网络以及级间移相分配网络均在其第一输出端和第二输出端之间串联有电阻+微带线的结构(输入移相分配网络中的微带线TL7、电阻R1和微带线TL8，级间移相分配网络中的微带线TL33、电阻R2和微带线TL39)，用于调整功率分配后两路信号的相移及阻抗匹配。
共源驱动主功率放大网络和共源驱动辅助功率放大网络共同组成了Doherty放大器结构，利用有源牵引原理，其可实现对大功率以及回退功率信号的高效率放大，同时还具备对后续末级堆叠Doherty放大器的驱动功能，当末级堆叠Doherty放大器在其工作在功率回退的时候，驱动功放也是Doherty放大器，也工作在最佳功率回退点，利用这种Doherty+Doherty的模式牺牲增益指标2～3dB，同时保持功率特性不变，实现了回退功率点更高的效率指标，整体改善了平均效率指标。
堆叠主功率放大网络和堆叠辅助功率放大网络共同构成了末级堆叠Doherty放大器，利用有源牵引原理，其可实现对大功率以及回退功率信号的高效率放大，，并且本发明采用的堆叠主功率放大网络和堆叠辅助功率放大网络均加入了自偏置结构(堆叠主功率放大网络中的电阻R3～R7，堆叠辅助功率放大网络中的电阻R12～R16)，不需要额外的堆叠栅极偏置电压，大大简化了堆叠结构的外围栅极供电结构。
本发明实施例中，晶体管的尺寸和其他直流馈电电阻、补偿电容的大小是综合考虑整个电路的增益、带宽和输出功率等各项指标后决定的，通过后期的版图设计与合理布局，可以更好地实现所要求的各项指标，实现超宽带的高效率、高增益、高功率输出能力。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种Doherty驱动Doherty功率放大器，其特征在于，包括输入移相分配网络、共源驱动主功率放大网络、共源驱动辅助功率放大网络、级间移相分配网络、堆叠主功率放大网络、堆叠辅助功率放大网络以及输出移相隔直网络；
所述输入移相分配网络的输入端为整个所述Doherty功率放大器的输入端，其第一输出端与共源驱动主功率放大网络的输入端连接，其第二输出端与共源驱动辅助功率放大网络的输入端连接；
所述级间移相分配网络的输入端分别与共源驱动主功率放大网络的输出端以及共源驱动辅助功率放大网络的输出端连接，其第一输出端与堆叠主功率放大网络的输入端连接，其第二输出端与堆叠辅助功率放大网络的输入端连接；
所述输出移相隔直网络的输入端分别与堆叠主功率放大网络的输出端以及堆叠辅助功率放大网络的输出端连接，其输出端为整个所述Doherty功率放大器的输出端。
2.根据权利要求1所述的Doherty驱动Doherty功率放大器，其特征在于，所述输入移相分配网络包括微带线TL1，所述微带线TL1的一端为输入移相分配网络的输入端，其另一端分别与微带线TL2的一端、微带线TL3的一端以及接地微带线TL4连接；
所述微带线TL2的另一端依次串联电容C1和微带线TL5后作为输入移相分配网络的第一输出端，所述微带线TL3的另一端依次串联电容C2和微带线TL6后作为输入移相分配网络的第二输出端；
所述输入移相分配网络的第一输出端和第二输出端之间还依次串联有微带线TL7、电阻R1和微带线TL8。
3.根据权利要求1所述的Doherty驱动Doherty功率放大器，其特征在于，所述共源驱动主功率放大网络包括晶体管M0m，所述晶体管M0m的源极接地，其栅极分别与微带线TL11的一端以及微带线TL12的一端连接，所述微带线TL11的另一端分别与微带线TL9的一端以及开路微带线TL10连接，所述微带线TL9的另一端为共源驱动主功率放大网络的输入端；所述微带线TL12的另一端分别与接地电容C3以及第一低压主偏置电源VGm连接；
所述晶体管M0m的漏极依次串联微带线TL17、微带线TL20、微带线TL22、电容C6以及微带线TL23后作为共源驱动主功率放大网络的输出端；所述微带线TL17和微带线TL20的连接节点还分别与微带线TL19的一端以及开路微带线TL18连接，所述微带线TL19的另一端分别与接地电容C5以及第一高压主偏置电源VDm连接；所述微带线TL20和微带线TL22的连接节点还与开路微带线TL21连接。
4.根据权利要求1所述的Doherty驱动Doherty功率放大器，其特征在于，所述共源驱动辅助功率放大网络包括晶体管M0p，所述晶体管M0p的源极接地，其栅极分别与微带线TL15的一端以及微带线TL16的一端连接，所述微带线TL15的另一端分别与微带线TL13的一端以及开路微带线TL14连接，所述微带线TL13的另一端为共源驱动辅助功率放大网络的输入端；所述微带线TL16的另一端分别与接地电容C4以及第一低压辅助偏置电源VGp连接；
所述晶体管M0p的漏极依次串联微带线TL24、微带线TL27、微带线TL29以及电容C8后作为共源驱动辅助功率放大网络的输出端；所述微带线TL24和微带线TL27的连接节点还分别与微带线TL25的一端以及开路微带线TL26连接，所述微带线TL25的另一端分别与接地电容C7以及第一高压辅助偏置电源VDp连接；所述微带线TL27和微带线TL29的连接节点还与开路微带线TL28连接。
5.根据权利要求1所述的Doherty驱动Doherty功率放大器，其特征在于，所述级间移相分配网络包括微带线TL60，所述微带线TL60的一端连接微带线TL59后作为级间移相分配网络的输入端，其另一端分别与微带线TL35的一端、微带线TL36的一端以及接地微带线TL37连接；
所述微带线TL35的另一端依次串联电容C9和微带线TL30后作为级间移相分配网络的第一输出端，所述微带线TL36的另一端依次串联电容C10和微带线TL38后作为级间移相分配网络的第二输出端；
所述级间移相分配网络的第一输出端和第二输出端之间还依次串联有微带线TL33、电阻R2和微带线TL39。
6.根据权利要求1所述的Doherty驱动Doherty功率放大器，其特征在于，所述堆叠主功率放大网络包括依次按照源极-漏极相连堆叠构成的顶层晶体管M3m、中间层晶体管M2m以及底层晶体管M1m；
所述底层晶体管M1m的源极接地，其栅极分别与微带线TL32的一端以及微带线TL44的一端连接，所述微带线TL32的另一端分别与微带线TL31的一端以及开路微带线TL34连接，所述微带线TL31的另一端为堆叠主功率放大网络的输入端，所述微带线TL44的另一端分别与接地电容C11以及第二低压主偏置电源VGGm连接；
所述中间层晶体管M2m的栅极分别与电阻R6的一端以及第一栅极补偿电路连接，所述第一栅极补偿电路包括串联的栅极稳定电阻R9和补偿接地电容C14，所述电阻R6的另一端分别与电阻R4的一端以及接地电阻R3连接；
所述顶层晶体管M3m的栅极分别与电阻R7的一端以及第二栅极补偿电路连接，所述第二栅极补偿电路包括串联的栅极稳定电阻R8和补偿接地电容C13，所述电阻R7的另一端分别与电阻R4的另一端以及电阻R5的一端连接；
所述顶层晶体管M3m的漏极依次串联微带线TL46、微带线TL47、微带线TL48以及微带线TL51后作为堆叠主功率放大网络的输出端，所述微带线TL46和微带线TL47的连接节点还分别与微带线TL45的一端以及开路微带线TL49连接，所述微带线TL45的另一端分别与电阻R5的另一端、接地电容C17以及第二高压主偏置电源VDDm连接；所述微带线TL47和微带线TL48的连接节点还与开路微带线TL50连接。
7.根据权利要求1所述的Doherty驱动Doherty功率放大器，其特征在于，所述堆叠辅助功率放大网络包括依次按照源极-漏极相连堆叠构成的顶层晶体管M3p、中间层晶体管M2p以及底层晶体管M1p；
所述底层晶体管M1p的源极接地，其栅极分别与微带线TL42的一端以及微带线TL43的一端连接，所述微带线TL42的另一端分别与微带线TL40的一端以及开路微带线TL41连接，所述微带线TL40的另一端为堆叠辅助功率放大网络的输入端，所述微带线TL43的另一端分别与接地电容C12以及第二低压辅助偏置电源VGGp连接；
所述中间层晶体管M2p的栅极分别与电阻R12的一端以及第三栅极补偿电路连接，所述第三栅极补偿电路包括串联的栅极稳定电阻R10和补偿接地电容C15，所述电阻R12的另一端分别与电阻R15的一端以及接地电阻R14连接；
所述顶层晶体管M3p的栅极分别与电阻R13的一端以及第四栅极补偿电路连接，所述第四栅极补偿电路包括串联的栅极稳定电阻R11和补偿接地电容C16，所述电阻R13的另一端分别与电阻R15的另一端以及电阻R16的一端连接；
所述顶层晶体管M3p的漏极依次串联微带线TL56、微带线TL54以及微带线TL55后作为堆叠辅助功率放大网络的输出端，所述微带线TL56和微带线TL54的连接节点还分别与微带线TL57的一端以及开路微带线TL52连接，所述微带线TL57的另一端分别与电阻R16的另一端、接地电容C18以及第二高压辅助偏置电源VDDp连接；所述微带线TL54和微带线TL55的连接节点还与开路微带线TL53连接。
8.根据权利要求1所述的Doherty驱动Doherty功率放大器，其特征在于，所述输出移相隔直网络包括微带线TL58和隔直电容C19，所述微带线TL58的一端为输出移相隔直网络的输入端，其另一端与隔直电容C19的一端连接，所述隔直电容C19的另一端为输出移相隔直网络的输出端。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109951159A (zh) * 2019-02-27 2019-06-28 上海华虹宏力半导体制造有限公司 基于变压器的Doherty功率放大器
CN110868160A (zh) * 2019-11-27 2020-03-06 电子科技大学 一种互补型功率合成的功率放大器结构
CN114400975A (zh) * 2021-12-15 2022-04-26 陕西亚成微电子股份有限公司 一种基于包络追踪技术的功率放大电路及设计方法

Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110037033A (ko) * 2009-10-05 2011-04-13 주식회사 피플웍스 2단 연결 바이어스 혼합 전력 증폭 장치
CN102394569A (zh) * 2011-11-02 2012-03-28 三维通信股份有限公司 一种高效率Doherty功放
KR20120056459A (ko) * 2010-11-25 2012-06-04 주식회사 에이스테크놀로지 다중대역 스위칭 도허티 증폭기
CN202931253U (zh) * 2012-11-30 2013-05-08 北京北广科技股份有限公司 Doherty功率放大器
US20140035679A1 (en) * 2011-04-29 2014-02-06 Zte Corporation Power Amplifier Device and Power Amplifier Circuit Thereof
KR20150136735A (ko) * 2014-05-27 2015-12-08 광운대학교 산학협력단 2단 불균형 도허티 전력 증폭 장치
CN107425814A (zh) * 2017-08-07 2017-12-01 杭州电子科技大学 一种基于补偿寄生电容的宽带Doherty功率放大器
CN107528546A (zh) * 2016-06-21 2017-12-29 三星电机株式会社 共栅极放大器电路和使用共栅极放大器电路的功率放大器
CN107565908A (zh) * 2016-06-30 2018-01-09 恩智浦有限公司 多尔蒂放大器电路
CN107634298A (zh) * 2017-08-16 2018-01-26 佳木斯大学 具有谐波抑制功能的威尔金森功分器
CN107733381A (zh) * 2017-09-30 2018-02-23 成都嘉纳海威科技有限责任公司 一种高效率高增益Doherty堆叠功率放大器
CN207475495U (zh) * 2017-09-30 2018-06-08 成都嘉纳海威科技有限责任公司 一种高效率高增益Doherty堆叠功率放大器
CN108599730A (zh) * 2018-06-15 2018-09-28 成都嘉纳海威科技有限责任公司 一种基于紧凑型谐振器的高效率f类堆叠功率放大器
CN108649911A (zh) * 2018-06-15 2018-10-12 成都嘉纳海威科技有限责任公司 一种毫米波宽带高效率晶体管堆叠功率放大器
CN108664757A (zh) * 2018-08-14 2018-10-16 成都嘉纳海威科技有限责任公司 精确谐波控制高增益高效率e3f2类堆叠功率放大器
CN209134361U (zh) * 2018-10-18 2019-07-19 成都嘉纳海威科技有限责任公司 一种Doherty驱动Doherty功率放大器

Patent Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110037033A (ko) * 2009-10-05 2011-04-13 주식회사 피플웍스 2단 연결 바이어스 혼합 전력 증폭 장치
KR20120056459A (ko) * 2010-11-25 2012-06-04 주식회사 에이스테크놀로지 다중대역 스위칭 도허티 증폭기
US20140035679A1 (en) * 2011-04-29 2014-02-06 Zte Corporation Power Amplifier Device and Power Amplifier Circuit Thereof
CN102394569A (zh) * 2011-11-02 2012-03-28 三维通信股份有限公司 一种高效率Doherty功放
CN202931253U (zh) * 2012-11-30 2013-05-08 北京北广科技股份有限公司 Doherty功率放大器
KR20150136735A (ko) * 2014-05-27 2015-12-08 광운대학교 산학협력단 2단 불균형 도허티 전력 증폭 장치
CN107528546A (zh) * 2016-06-21 2017-12-29 三星电机株式会社 共栅极放大器电路和使用共栅极放大器电路的功率放大器
CN107565908A (zh) * 2016-06-30 2018-01-09 恩智浦有限公司 多尔蒂放大器电路
CN107425814A (zh) * 2017-08-07 2017-12-01 杭州电子科技大学 一种基于补偿寄生电容的宽带Doherty功率放大器
CN107634298A (zh) * 2017-08-16 2018-01-26 佳木斯大学 具有谐波抑制功能的威尔金森功分器
CN107733381A (zh) * 2017-09-30 2018-02-23 成都嘉纳海威科技有限责任公司 一种高效率高增益Doherty堆叠功率放大器
CN207475495U (zh) * 2017-09-30 2018-06-08 成都嘉纳海威科技有限责任公司 一种高效率高增益Doherty堆叠功率放大器
CN108599730A (zh) * 2018-06-15 2018-09-28 成都嘉纳海威科技有限责任公司 一种基于紧凑型谐振器的高效率f类堆叠功率放大器
CN108649911A (zh) * 2018-06-15 2018-10-12 成都嘉纳海威科技有限责任公司 一种毫米波宽带高效率晶体管堆叠功率放大器
CN108664757A (zh) * 2018-08-14 2018-10-16 成都嘉纳海威科技有限责任公司 精确谐波控制高增益高效率e3f2类堆叠功率放大器
CN209134361U (zh) * 2018-10-18 2019-07-19 成都嘉纳海威科技有限责任公司 一种Doherty驱动Doherty功率放大器

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KEVIN GREENE等: "A 60-GHz Dual-Vector Doherty Beamformer", 《IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS》, vol. 52, no. 5, pages 1373 *
张弦: "Ku波段基于GaN HEMT Doherty功率放大器的研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库信息科技辑》, no. 8, pages 135 - 422 *
江彦博: "高功率、高效率线性化功率放大器技术的研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库信息科技辑》, no. 4, 15 April 2011 (2011-04-15), pages 135 - 297 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109951159A (zh) * 2019-02-27 2019-06-28 上海华虹宏力半导体制造有限公司 基于变压器的Doherty功率放大器
CN109951159B (zh) * 2019-02-27 2023-05-02 上海华虹宏力半导体制造有限公司 基于变压器的Doherty功率放大器
CN110868160A (zh) * 2019-11-27 2020-03-06 电子科技大学 一种互补型功率合成的功率放大器结构
CN114400975A (zh) * 2021-12-15 2022-04-26 陕西亚成微电子股份有限公司 一种基于包络追踪技术的功率放大电路及设计方法

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