CN111193480B - 具有可变电容器的负载调制射频功率放大器 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种具有可变电容器的负载调制射频功率放大器，涉及射频前端集成电路技术领域。该具有可变电容器的负载调制射频功率放大器至少包括射频功率放大器、负载调制无源网络，负载调制无源网络用于根据射频功率放大器的输入功率等级调节阻抗；负载调制无源网络由两个可变电容器和变压器组成，变压器的原边和副边分别等分为三段绕组；变压器的原边与射频功率放大器连接，变压器的副边与负载连接；变压器的原边中的第二段绕组并联第一可变电容器，变压器的副边中的第二段绕组并联第二可变电容器；解决了现有负载调制射频功率放大器的效率低的问题；达到了提高负载调制射频功率放大器的效率的效果。
Description
技术领域
本申请涉及射频前端集成电路技术领域，具体涉及一种具有可变电容器的负载调制射频功率放大器。
背景技术
在无线通信应用中，便携式无线产品的广泛传播需要高效射频通信系统。射频通信系统中最耗电的模块为射频功率放大器，且射频功率放大器是提高射频通信系统功率的关键。
在输出功率范围内利用负载调制来提高功率放大器的效率，常用的为负载调制无源网络，负载调制无源网络根据输入功率等级调节阻抗，实现阻抗失配损耗的降低和功率回退效率的增强。负载调制无源网络包括两个可变电容器，可变电容器之间存在大幅电压摆动，且可变电容器需要大量开关组成，占用面积大，较大的等效串联电阻会降低可变电容器的有效品质因数，从而影响功率放大器的整体效率。
发明内容
本申请提供了一种具有可变电容器的负载调制射频功率放大器，可以解决相关技术中负载调制射频功率放大器效率低的问题。
一方面，本申请实施例提供了一种具有可变电容器的负载调制射频功率放大器，至少包括射频功率放大器、负载调制无源网络，负载调制无源网络用于根据射频功率放大器的输入功率等级调节阻抗；
负载调制无源网络由两个可变电容器和变压器组成，变压器的原边和副边分别等分为三段绕组；
变压器的原边与射频功率放大器连接，变压器的副边与负载连接；
变压器的原边中的第二段绕组并联第一可变电容器，变压器的副边中的第二段绕组并联第二可变电容器；
变压器的原边中的第二段绕组接直流电源。
可选的，每个可变电容器至少由两个电容和N组开关管电路组成；
每组开关管电路包括NMOS管和若干电阻；
第1组开关管电路中的NMOS管与第一电容连接，第N组开关管电路中的NMOS管与第二电容连接；
其中，在N组开关管电路中，第i组开关管电路中的NMOS管与第i+1组开关管电路中的NMOS管连接。
可选的，在每组开关管电路中，NMOS管的栅极通过电阻连接第一电压，NMOS管的衬底端通过电阻连接第二电压，NMOS管的源极通过电阻与漏极连接。
可选的，第一电压为栅极电压。
可选的，第二电压为偏置电压。
可选的，第1组开关管电路中的NMOS管的漏极与第一电容连接，第N组开关管电路中的NMOS管的源极与第二电容连接；
在N组开关管电路中，第i组开关管电路中的NMOS管的源极与第i+1组开关管电路中的NMOS管的漏极连接。
可选的，变压器原边中的第二段绕组的两端与第一可变电容器中的第一电容和第二电容分别连接；
变压器副边中的第二段绕组的两端与第二可变电容器中的第一电容和第二电容分别连接。
可选的，N≥2。
本申请技术方案，至少包括如下优点：
申请实施例提供的具有可变电容器的负载调制射频功率放大器，至少包括射频功率放大器、负载调制无源网络，负载无源网络根据射频功率放大器的输入功率等级调节阻抗，负载调制无源网络由两个可变电容器和变压器组成，两个可变电容器的接入点为低电压摆幅点，解决了负载调制射频功率放大器中存在大幅电压摆动，影响功率放大器的效率的问题；达到了提高负载调制射频功率放大器的效率的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请一实施例提供的具有可变电容器的负载调制射频功率放大器的结构框图；
图2是本申请一实施例提供的具有可变电容器的负载调制射频功率放大器的原理示意图；
图3是本申请实施例提供的负载调制无源网络中可变电容器的结构示意图；
图4是一种现有的负载调制射频功率放大器的结构示意图；
图5是本申请实施例提供的具有可变电容器的负载调制射频功功率放大器的效率与现有的负载调制射频功率放大器的效率的对比图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电气连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
此外，下面所描述的本申请不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本申请实施例提供了一种具有可变电容器的负载调制射频功率放大器，如图1所示，该具有可变电容器的负载调制射频功率放大器至少包括射频功率放大器RFPA110、负载调制无源网络120，负载调制无源网络用于根据射频功率放大器的输入功率等级调节阻抗Zopt。
如图2所示，负载调制无源网络由两个可变电容器(即第一可变电容器C1和第二可变电容器C2)、变压器T1组成，变压器T1的原边和副边分别等分为三段绕组，即第一段绕组S1、第二段绕组S2、第三段绕组S3。
变压器T1的原边与射频功率放大器RF PA连接，变压器T1的副边与负载ZL连接。
变压器T1的原边中的第二段绕组S2并联第一可变电容器C1，变压器T1的副边中的第二段绕组S2并联第二可变电容器C2。
变压器T1的原边中的第二段绕组S2接直流电源vdd。
可选的，变压器T1的原边中的第二段绕组S2的中端接直流电源vdd。
综上所述，本申请实施例提供的具有可变电容器的负载调制射频功率放大器，至少包括射频功率放大器、负载调制无源网络，负载无源网络根据射频功率放大器的输入功率等级调节阻抗，负载调制无源网络由两个可变电容器和变压器组成，两个可变电容器的接入点为低电压摆幅点，解决了负载调制射频功率放大器中存在大幅电压摆动，影响功率放大器的效率的问题；达到了提高负载调制射频功率放大器的效率的效果。
在基于图1所示实施例的可选实施例中，每个可变电容器至少由两个电容和N组开关管电路210组成，如图3所示。
可选的，N≥2。
每组开关管电路包括NMOS管和若干电阻。
第1组开关管电路中的NMOS管与第一电容C11连接，第N组开关管电路中的NMOS管与第二电容C12连接。
其中，在N组开关管电路中，第i组开关管电路中的NMOS管与第i+1组开关管电路中的NMOS管连接；i的初始值为1，i为整数，i的取值范围为1至N-1。
具体地，第i组开关管电路中的NMOS管的漏极与第一电容C11连接，第N组开关管电路中的NMOS管的源极与第二电容C12连接。
在N组开关管电路中，第i组开关管电路中的NMOS管的源极与第i+1组开关管电路中的NMOS管的漏极连接。
在每组开关管电路210中，NMOS管MN的栅极通过电阻R连接第一电压，NMOS管MN的衬底端通过电阻R连接第二电压，NMOS管MN的源极通过电阻R与漏极连接。
第一电压为栅极电压VG，第二电压为偏置电压VB。
当第一可变电容器C1并联在变压器T1原边中的第二段绕组S2的两端时，变压器原边中的第二段绕组S2的两端与第一可变电容器C1中的第一电容C11和第二电容C22分别连接；当第二可变电容器C2并联在变压器T1副边中的第二段绕组S2的两端时，变压器副边中的第二段绕组S2的两端与第二可变电容器C2中的第一电容C11和第二电容C22分别连接。
图4示出了一种现有的负载调制射频功率放大器的结构示意图。
与图4所示的负载调制射频功率放大器相比，本申请实施例提供的具有可变电容器的负载调制射频功功率放大器的效率提高，如图5所示。其中，曲线51对应本申请实施例提供的具有可变电容器的负载调制射频功功率放大器，曲线52对应现有的负载调制射频功率放大器，Pout表示输出功率，PAE表示射频输出功率与耗散的直流功率之比。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本申请创造的保护范围之中。
Claims (6)
1.一种具有可变电容器的负载调制射频功率放大器，其特征在于，至少包括射频功率放大器、负载调制无源网络，所述负载调制无源网络用于根据所述射频功率放大器的输入功率等级调节阻抗；
所述负载调制无源网络由两个可变电容器和变压器组成，所述变压器的原边和副边分别等分为三段绕组；
所述变压器的原边与所述射频功率放大器连接，所述变压器的副边与负载连接；
所述变压器的原边中的第二段绕组并联第一可变电容器，所述变压器的副边中的第二段绕组并联第二可变电容器；
所述变压器的原边中的第二段绕组的中端接直流电源；
其中，每个可变电容器至少由两个电容和N组开关管电路组成；
每组开关管电路包括NMOS管和若干电阻；
第1组开关管电路中的NMOS管与第一电容连接，第N组开关管电路中的NMOS管与第二电容连接；
其中，在N组开关管电路中，第i组开关管电路中的NMOS管与第i+1组开关管电路中的NMOS管连接；
在所述每组开关管电路中，所述NMOS管的栅极通过电阻连接第一电压，所述NMOS管的衬底端通过电阻连接第二电压，所述NMOS管的源极通过电阻与漏极连接。
2.根据权利要求1所述的具有可变电容器的负载调制射频功率放大器，其特征在于，所述第一电压为栅极电压。
3.根据权利要求1所述的具有可变电容器的负载调制射频功率放大器，其特征在于，所述第二电压为偏置电压。
4.根据权利要求1所述的具有可变电容器的负载调制射频功率放大器，其特征在于，所述第1组开关管电路中的NMOS管的漏极与所述第一电容连接，所述第N组开关管电路中的NMOS管的源极与所述第二电容连接；
在所述N组开关管电路中，所述第i组开关管电路中的NMOS管的源极与所述第i+1组开关管电路中的NMOS管的漏极连接。
5.根据权利要求1至4任一所述的具有可变电容器的负载调制射频功率放大器，其特征在于，所述变压器原边中的第二段绕组的两端与所述第一可变电容器中的第一电容和第二电容分别连接；
所述变压器副边中的第二段绕组的两端与所述第二可变电容器中的第一电容和第二电容分别连接。
6.根据权利要求1所述的具有可变电容器的负载调制射频功率放大器，其特征在于，N≥2。
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