CN110572132A - 一种射频功率放大器 - Google Patents

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刘双军
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Abstract

本发明公开了一种射频功率放大器，包括驱动级电路和功率级电路两级电路结构，驱动级电路将输入信号功率提高到可以驱动功率级电路正常工作的程度；功率级电路采用共源共栅结构。本发明研发设计的射频功率放大器性能指标良好，输出功率的提升使得通信距离得到拓展；工作效率的提升降低了能量的消耗程度、提高了系统的稳定运行时长。

Description

一种射频功率放大器
技术领域
本发明涉及无线通讯技术领域，尤其是一种改良设计的两级电路结构射频功率放大器。
背景技术
随着科学技术的发展和社会经济的进步，现代化的无线通信技术也随之迅速发展。由此导致通讯系统对发射机的要求越来越高。
射频功率放大器作为发射机的核心组成部分，对整个通讯系统的性能指标起着关键性的影响和决定作用。射频功率放大器的输出功率决定了通信距离的长短,射频功率放大器效率决定了能量的消耗程度及稳定运行时长。
因此，开发研究性能指标良好的射频功率放大器，是行业亟需解决和急切期盼完成的具有重要基础性和广阔实际应用价值的科研工作。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种具有两级电路结构的性能指标良好的射频功率放大器。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
一种射频功率放大器，包括驱动级电路和功率级电路两级电路结构，其特征在于：
所述驱动级电路将输入信号功率提高到可以驱动功率级电路正常工作的程度；所述驱动级电路的输入匹配电路完成输入阻抗匹配，将前级电路的输出阻抗转换为功放的最优输入阻抗；输入匹配电路滤除前级电路中多余的高频分量；
所述功率级电路采用共源共栅结构；共源共栅结构中的共源管采用能够为电路提供高增益的薄栅N型金属-氧化物-半导体晶体管；共源共栅结构中的共栅管采用能够承担高分压和降低击穿风险的厚栅N型金属-氧化物-半导体晶体管；功率级电路中的漏极直流电感采用有限电感；漏极直流电感的寄生电阻设置为与漏极直流电感成正比；在功率级电路中对于电压变化时寄生电容充放电汲取额外电流导致射频功率放大器效率的下降的节点，在节点处添加与寄生电容并联谐振在基频的电感-电容串联电路，并利用电容并实现隔直，降低节点寄生电容的损耗。
作为本发明的一种优选技术方案，所述驱动级电路设置有用于为驱动级电路提供栅端直流偏置电压的电感和用于隔直的电容。
作为本发明的一种优选技术方案，所述驱动级电路设置有用于改善增益平坦度的RC反馈电路。
作为本发明的一种优选技术方案，所述功率级电路中采用1.5V、60nm的薄栅N型金属-氧化物-半导体晶体管；
作为本发明的一种优选技术方案，所述功率级电路中采用2.2V、260nm的厚栅N型金属-氧化物-半导体晶体管；
作为本发明的一种优选技术方案，所述功率级电路中栅极偏置电压设置为1.68V，漏极偏置电压设置为2.52V。
作为本发明的一种优选技术方案，在所述功率级电路中通过提高输入与输出之间的隔离度以提高电路稳定性。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
总体来看，本发明研发设计的射频功率放大器性能指标良好，表现在：输出功率的提升使得通信距离得到拓展；工作效率的提升降低了能量的消耗程度、提高了系统的稳定运行时长。
具体来看，本发明驱动级电路的设计架构使得能够通过不断优化调整电路改善增益平坦度，得到最佳的频功率放大器效率；本发明的功率级电路中共源共栅结构以及栅极偏置电压和漏极偏置电压的设置结构能够降低金属氧化物半导体晶体管被击穿的压力，同时提高输入与输出之间的隔离度，增强电路的稳定性；本发明薄栅N型金属-氧化物-半导体晶体管能够以为电路提供较高的增益；厚栅N型金属-氧化物-半导体晶体管能够承担较高的分压，保证金属氧化物半导体晶体管在工作过程中不会被击穿；本发明功率级电路中的漏极直流电感采用有限电感；漏极直流电感的寄生电阻设置为与漏极直流电感成正比，能够有效减小电感功耗、减小芯片尺寸、提升放大器的工作效率；本发明添加了与寄生电容并联谐振在基频的电感-电容串联电路，并利用电容并实现隔直，降低节点寄生电容的损耗，进一步在实用中按需优化电感-电容串联电路即可大幅低节点处的寄生耗损，十分明显、有效的提升放大器的工作效率。
具体实施方式
以下实施例详细说明了本发明。本发明所使用的各种原料及各项设备均为常规市售产品，均能够通过市场购买直接获得。
实施例1、射频功率放大器的驱动级电路。
为了应对输入信号较弱的情况，需要充分放大输入信号，为此电路采用包括驱动级和功率级的两级结构，这样的设计也能够有效降低功率级电路的设计难度。
驱动级电路采用用伪E类结构。驱动级电路将输入信号功率提高到可以驱动功率级电路正常工作的程度；驱动级电路的输入匹配电路完成输入阻抗匹配，将前级电路的输出阻抗转换为功放的最优输入阻抗；输入匹配电路滤除前级电路中多余的高频分量；驱动级电路设置有用于为驱动级电路提供栅端直流偏置电压的电感和用于隔直的电容；驱动级电路设置有用于改善增益平坦度的RC反馈电路。
实施例2、射频功率放大器的功率级电路。
功率级电路采用共源共栅结构；共源共栅结构中的共源管采用能够为电路提供高增益的薄栅N型金属-氧化物-半导体晶体管；共源共栅结构中的共栅管采用能够承担高分压和降低击穿风险的厚栅N型金属-氧化物-半导体晶体管；具体采用1.5V、60nm的薄栅N型金属-氧化物-半导体晶体管，和2.2V、260nm的厚栅N型金属-氧化物-半导体晶体管；电路中栅极偏置电压设置为1.68V，漏极偏置电压设置为2.52V；功率级电路中的漏极直流电感采用有限电感；漏极直流电感的寄生电阻设置为与漏极直流电感成正比；并在电路中通过提高输入与输出之间的隔离度以提高电路稳定性；对于电压变化时寄生电容充放电汲取额外电流导致射频功率放大器效率的下降的节点，在节点处添加与寄生电容并联谐振在基频的电感-电容串联电路，并利用电容并实现隔直，降低节点寄生电容的损耗。
上述描述仅作为本发明可实施的技术方案提出，不作为对其技术方案本身的单一限制条件。

Claims (7)

1.一种射频功率放大器，包括驱动级电路和功率级电路两级电路结构，其特征在于：
所述驱动级电路将输入信号功率提高到可以驱动功率级电路正常工作的程度；所述驱动级电路的输入匹配电路完成输入阻抗匹配，将前级电路的输出阻抗转换为功放的最优输入阻抗；输入匹配电路滤除前级电路中多余的高频分量；
所述功率级电路采用共源共栅结构；共源共栅结构中的共源管采用能够为电路提供高增益的薄栅N型金属-氧化物-半导体晶体管；共源共栅结构中的共栅管采用能够承担高分压和降低击穿风险的厚栅N型金属-氧化物-半导体晶体管；功率级电路中的漏极直流电感采用有限电感；漏极直流电感的寄生电阻设置为与漏极直流电感成正比；在功率级电路中对于电压变化时寄生电容充放电汲取额外电流导致射频功率放大器效率的下降的节点，在节点处添加与寄生电容并联谐振在基频的电感-电容串联电路，并利用电容并实现隔直，降低节点寄生电容的损耗。
2.根据权利要求1所述的一种射频功率放大器，其特征在于：所述驱动级电路设置有用于为驱动级电路提供栅端直流偏置电压的电感和用于隔直的电容。
3.根据权利要求1所述的一种射频功率放大器，其特征在于：所述驱动级电路设置有用于改善增益平坦度的RC反馈电路。
4.根据权利要求1所述的一种射频功率放大器，其特征在于：所述功率级电路中采用1.5V、60nm的薄栅N型金属-氧化物-半导体晶体管。
5.根据权利要求1所述的一种射频功率放大器，其特征在于：所述功率级电路中采用2.2V、260nm的厚栅N型金属-氧化物-半导体晶体管。
6.根据权利要求1所述的一种射频功率放大器，其特征在于：所述功率级电路中栅极偏置电压设置为1.68V，漏极偏置电压设置为2.52V。
7.根据权利要求1所述的一种射频功率放大器，其特征在于：在所述功率级电路中通过提高输入与输出之间的隔离度以提高电路稳定性。
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