CN111010098A - 一种滤除功率放大器高频谐波分量的电路和功率放大器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种滤除功率放大器高频谐波分量的电路，包括谐振频率与功率放大器的高频谐波分量相匹配的CLC串联谐振电路，CLC串联谐振电路包括依次串联的第一可调电容、电感和第二可调电容。第一可调电容的容值、第二可调电容的容值相等。第一可调电容、第二可调电容均采用变容二极管。本发明还涉及一种包括上述滤除功率放大器高频谐波分量的电路的功率放大器。本发明通过可调电容的设置来使CLC串联谐振电路的谐振频率始终与功率放大器的高频谐波分量相匹配，从而能够较好地滤除功率放大器的高次谐波分量，提高功率放大器的性能。
Description
技术领域
本发明属于微电子学领域，具体涉及一种针对功率放大器而滤除其高次谐波分量的电路结构以及用其的功率放大器。
背景技术
功率放大器，如应用于Wi-Fi的功率放大器（Power Amplifier，PA）工作频率在2.4GHz-2.5GHz。电路一般采用差分结构，偶次谐波在差分信号的差分输出端幅度近似相等，相位相反，因此几乎被抵消。但是，在7.35GHz附近的三次谐波或其他高次谐波就会比较大，会影响电路性能。因此，需要设计减小功率放大器高次谐波的方案。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够减小功率放大器的高次谐波，从而提高功率放大器性能的滤除功率放大器高频谐波分量的电路。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种滤除功率放大器高频谐波分量的电路，设置于功率放大器中，所述滤除功率放大器高频谐波分量的电路包括谐振频率与所述功率放大器的高频谐波分量相匹配的CLC串联谐振电路，所述CLC串联谐振电路包括依次串联的第一可调电容、电感和第二可调电容。
所述第一可调电容的容值、所述第二可调电容的容值相等。
所述第一可调电容、所述第二可调电容均采用变容二极管。
所述第一可调电容、所述第二可调电容均采用固定电容和MOS管。
本发明还提供一种能够滤除高次谐波，从而具有较好的输出性能的一种功率放大器，其包括主放大电路和前述的滤除功率放大器高频谐波分量的电路，所述滤除功率放大器高频谐波分量的电路与所述主放大电路相连接。
所述主放大电路包括构成差分共源共栅结构的第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管和第四场效应管；所述第一场效应管的源极、所述第二场效应管的源极共同接地，所述第三场效应管的源极与所述第一场效应管的漏极相连接，所述第三场效应管的漏极与所述CLC串联谐振电路的一端相连接，所述第四场效应管的源极与所述第二场效应管的漏极相连接，所述第四场效应管的漏极与所述CLC串联谐振电路的另一端相连接。
所述第一场效应管的栅极给定的偏置电压与所述第二场效应管的栅极给定的偏置电压相等，所述第三场效应管的栅极给定的偏置电压与所述第四场效应管的栅极给定的偏置电压相等。
所述功率放大器还包括使所述其工作在中心频率的并联谐振负载电路，所述并联谐振负载电路与所述CLC串联谐振电路相连接。
所述并联谐振负载电路包括电容和变压器，所述电容并联于所述变压器原边两端，所述变压器副边的第一端接地，第二端作为输出端。
所述变压器副边的第二端经匹配网络后作为输出端。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明通过可调电容的设置来使CLC串联谐振电路的谐振频率始终与功率放大器的高频谐波分量相匹配，从而能够较好地滤除功率放大器的高次谐波分量，提高功率放大器的性能。
附图说明
附图1为本发明的功率放大器的电路图。
附图2为采用本发明方案前后功率放大器的电路增益随频率变化曲线图，其中横坐标是工作频率，纵坐标为功率放大器的增益。
具体实施方式
下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。
实施例一：如附图1所示，一种功率放大器，包括主放大电路，还包括滤除功率放大器高频谐波分量的电路和并联谐振负载电路。
主放大电路包括构成差分共源共栅结构的第一场效应管M1、第二场效应管M2、第三场效应管M3和第四场效应管M3。第一场效应管M1的源极、第二场效应管M 2的源极共同接地，第三场效应管M3的源极与第一场效应管M1的漏极相连接，第三场效应管M3的漏极与CLC串联谐振电路的一端相连接，第四场效应管M4的源极与第二场效应管M2的漏极相连接，第四场效应管M4的漏极与CLC串联谐振电路的另一端相连接。
第一场效应管M1的栅极给定的偏置电压与第二场效应管M2的栅极给定的偏置电压相等，均为Vb2，第三场效应管M3的栅极给定的偏置电压与第四场效应管M4的栅极给定的偏置电压相等，均为Vb3。
CLC串联谐振电路的谐振频率与功率放大器的高频谐波分量相匹配，并与主放大电路相连接。本实施例中，主要针对三次谐波分量（如7.35GHz的三次谐波分量）。该CLC串联谐振电路包括依次串联的第一可调电容C1、电感L和第二可调电容C2，从而第一可调电容C1未连接电感L的一端形成CLC串联谐振电路的一端，第二可调电容C2未连接电感L的一端形成CLC串联谐振电路的另一端。在该CLC串联谐振电路中，第一可调电容C1的容值、第二可调电容C2的容值相等，以保证电路对称性。CLC串联谐振电路可以使谐振频率点的增益降低，即减小了三次谐波分量的大小，减弱了谐波分量对电路的影响，大大提高了功率放大器的性能。由于制造工艺以及PCB上各种寄生参数的影响，谐振频率点可能会发现变化。本方案通过可调电容的设置而可以调节CLC串联谐振电路的谐振频率，而使其始终与功率放大器的高频谐波分量相匹配，达到减弱高频谐波分量的目的。
上述第一可调电容C1、第二可调电容C2可以采用以下方案之一来实现：
方案一：第一可调电容C1、第二可调电容C2均采用变容二极管。
方案二：第一可调电容C1、第二可调电容C2均采用固定电容和MOS管。
应用方案一时，变容二极管的电压在0到3.3V之间调节，从而通过对电压的调节改变电容的大小。且分别作为第一可调电容C1、第二可调电容C2的两个变容二极管的偏置电压相同，均为Vb1。本方案通过改变偏置电压Vb1从0V变到3.3V可以减小频率变化带来的影响。该方案中可调电容使用的是变容二极管，代替传统的固定电容，这样可以实现只要改变偏置点Vb1的电压值就可以改变电容大小，从而改变谐振频率的目的。
方案二中采用固定电容和MOS管开关控制来实现可调电容的功能，其缺点是引入开关会引入额外寄生，对主放大电路产生影响。因此，方案一更优。
需要说明的是，在附图1中，三个电压Vb1、Vb2、Vb3都出现两次，只说明偏置电压相等，并不是说明电路可以直接连接。
并联谐振负载电路用于使功率放大器工作在其中心频率（如2.45GHz）附近，并联谐振负载电路与CLC串联谐振电路相连接。并联谐振负载电路包括电容C3和变压器T1，电容C3并联于变压器T1原边两端，变压器T1副边的第一端接地，第二端作为输出端，先经一个匹配网络后再作为输出端。
附图2是采用上述方案前后功率放大器的电路增益随频率变化曲线图。在附图2中的仿真曲线中，Vb1选取了0、2.8V、3V作为代表，其实可以在0-3.3V之间设置任意电压值，曲线的最小值点会在0-3.3V的曲线之间变化，2.8V只是一个任意的中间值。0V和2.8V的交叉点在7.4GHz，2.8V和3.3V的交叉点8.7GHz，也就是说如果三次谐波落在7.4GHz左边，电压选3.3V，如果在7.4GHz和8.7GHz之间，电压选2.8V，如果高于8.7GHz有比较大的谐波分量或者其他干扰，电压选0V。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种滤除功率放大器高频谐波分量的电路，设置于功率放大器中，其特征在于：所述滤除功率放大器高频谐波分量的电路包括谐振频率与所述功率放大器的高频谐波分量相匹配的CLC串联谐振电路，所述CLC串联谐振电路包括依次串联的第一可调电容、电感和第二可调电容。
2.根据权利要求1所述的一种滤除功率放大器高频谐波分量的电路，其特征在于：所述第一可调电容的容值、所述第二可调电容的容值相等。
3.根据权利要求1所述的一种滤除功率放大器高频谐波分量的电路，其特征在于：所述第一可调电容、所述第二可调电容均采用变容二极管。
4.根据权利要求1所述的一种滤除功率放大器高频谐波分量的电路，其特征在于：所述第一可调电容、所述第二可调电容均采用固定电容和MOS管。
5.一种功率放大器，包括主放大电路，其特征在于：所述功率放大器还包括如权利要求1至4中任一项所述的滤除功率放大器高频谐波分量的电路，所述滤除功率放大器高频谐波分量的电路与所述主放大电路相连接。
6.根据权利要求5所述的一种功率放大器，其特征在于：所述主放大电路包括构成差分共源共栅结构的第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管和第四场效应管；所述第一场效应管的源极、所述第二场效应管的源极共同接地，所述第三场效应管的源极与所述第一场效应管的漏极相连接，所述第三场效应管的漏极与所述CLC串联谐振电路的一端相连接，所述第四场效应管的源极与所述第二场效应管的漏极相连接，所述第四场效应管的漏极与所述CLC串联谐振电路的另一端相连接。
7.根据权利要求6所述的一种滤除功率放大器高频谐波分量的电路，其特征在于：所述第一场效应管的栅极给定的偏置电压与所述第二场效应管的栅极给定的偏置电压相等，所述第三场效应管的栅极给定的偏置电压与所述第四场效应管的栅极给定的偏置电压相等。
8.根据权利要求5所述的一种功率放大器，其特征在于：所述功率放大器还包括使所述其工作在中心频率的并联谐振负载电路，所述并联谐振负载电路与所述CLC串联谐振电路相连接。
9.根据权利要求8所述的一种滤除功率放大器高频谐波分量的电路，其特征在于：所述并联谐振负载电路包括电容和变压器，所述电容并联于所述变压器原边两端，所述变压器副边的第一端接地，第二端作为输出端。
10.根据权利要求9所述的一种滤除功率放大器高频谐波分量的电路，其特征在于：所述变压器副边的第二端经匹配网络后作为输出端。
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