CN111211739A - 负载调制功率放大器 - Google Patents

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任江川
戴若凡
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    • H—ELECTRICITY
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    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/02—Modifications of amplifiers to raise the efficiency, e.g. gliding Class A stages, use of an auxiliary oscillation
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
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    • H03F3/20—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers

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  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

本申请公开了一种负载调制功率放大器，涉及射频前端集成电路领域。该负载调制功率放大器包括设置在射频输入端和射频输出端之间的两个放大电路、阻抗转换网络；每个放大电路包括激励放大器和功率放大器；第一放大电路、第二放大电路通过第一变压器、第二变压器与射频输入端连接，第一变压器与第二变压器连接；阻抗转换网络中第一可变电容与第三变压器的原边并联，第二可变电容的两端分别连接电容后并联在第三变压器的原边；第三可变电容与第四变压器的原边并联，第四可变电容的两端分别连接电容后并联在第四变压器的原边；第三变压器的副边与第四变压器的副边连接；提高了负载调制功率放大器的输出功率和功率回退效率。

Description

负载调制功率放大器
技术领域
本申请涉及射频前端集成电路领域，具体涉及一种负载调制功率放大器。
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功率放大器，且功率放大器是提高射频通信系统功率的关键。
目前，利用负载调制技术根据输入功率等级调节阻抗，降低阻抗失配损耗和增强功率回退效率，从而在输出功率范围内提高功率放大器的效率。
发明内容
为了解决相关技术中的问题，本申请提供了一种负载调制功率放大器。技术方案如下：
一方面，本申请实施例提供了一种负载调制功率放大器，包括设置在射频输入端和射频输出端之间的两个放大电路、阻抗转换网络；
每个放大电路包括激励放大器和功率放大器；
第一放大电路通过第一变压器与射频输入端连接，第二放大电路通过第二变压器与射频输入端连接，第一变压器与第二变压器连接；
第一放大电路和第二放大电路分别与阻抗转换网络连接；
其中，阻抗转换网络由电容、可变电容和变压器组成；
第一可变电容与第三变压器的原边并联，第二可变电容的两端分别连接电容后并联在第三变压器的原边；第三可变电容与第四变压器的原边并联，第四可变电容的两端分别连接电容后并联在第四变压器的原边；
第三变压器的副边与第四变压器的副边连接，第三变压器的副边与第四变压器的副边之间还连接有第五可变电容。
可选的，第一变压器的副边还并联有电容，第二变压器的副边还并联有电容；
第一变压器的原边与第二变压器的原边连接，第一变压器的原边与第二变压器的原边之间还连接有电容。
可选的，在第一放大电路，激励放大器的输入端与第一变压器的副边连接，激励放大器的输出端与功率放大器连接；
在第二放大电路，激励放大器的输入端与第二变压器的副边连接，激励放大器的输出端与功率放大器连接。
可选的，在每个放大电路中，激励放大器包括两个共源共栅放大器；
激励放大器中每个共源共栅放大器的输入端连接变压器的副边，激励放大器中每个共源共栅放大器的输出端连接功率放大器的输入端。
可选的，第一变压器副边的中端和第二变压器副边的中端分别接第一偏置电压，第一偏置电压用于为激励放大器中的共源放大器提供偏置电压；
激励放大器中的每个共栅放大器的栅极接第二偏置电压。
可选的，第一放大电路和第二放大电路分别与阻抗转换网络连接；
在第一放大电路，功率放大器的输出端与第三变压器的原边连接；在第二放大电路，功率放大器的输出端与第四变压器的原边连接。
可选的，在每个放大电路中，功率放大器包括两个共源共栅放大器；
每个共源共栅放大器的输入端连接激励放大器的输出端，每个共源共栅放大器的输出端连接变压器的原边。
可选的，功率放大器中每个共源放大器的栅极接第三偏置电压，功率放大器中每个共栅放大器的栅极接第四偏置电压。
本申请技术方案，至少包括如下优点：
本申请实施例提供的负载调制功率放大器包括设置在射频输入端和射频输出端之间的两个放大电路和阻抗转换网络，每个放大电路包括激励放大器和功率放大器，第一放大电路通过第一变压器与射频输入端连接，第二放大电路通过第二变频器与射频输入端连接，第一变压器与第二变压器连接，第三变压器、第四变压器、五个可变电容和四个电容构成可重构的阻抗转换网络，通过串联的变压器提高了负载调制功率放大器的输出功率，通过可重构的阻抗转换网络提高负载调制功率放大器的功率回退效率。
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负载调制功率放大器的结构示意图；
图2是本申请一实施例提供的负载调制功率放大器的电路原理图；
图3一种现有的负载调制功率放大器的结构示意图；
图4是本申请实施例提供的负载调制功率放大器与现有的负载调制功率放大器的性能比较示意图。
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。
请参考图1，其示出了本申请一实施例提供的负载调制功率放大器的结构示意图。
该负载调制功率放大器包括设置在射频输入端FRIN和射频输出端RFOUT之间的两个放大电路、阻抗转换网络10。
每个放大电路包括激励放大器DA和功率放大器PA。
第一放大电路通过第一变压器T01与射频输入端RFIN连接，第二放大电路通过第二变压器T02与射频输入端RFIN连接，第一变压器T01和第二变压器T02连接。
第一放大电路和第二放大电路分别与阻抗转换网络10连接。
其中，阻抗转换网络由电容、可变电容和变压器组成。
第一可变电容C10与第三变压器T03的原边并联，第二可变电容C07的两端分别连接电容后并联在第三变压器T03的原边。
第二可变电容C07的两端分别连接电容C08和电容C09。
第三可变电容C19与第四变压器T04的原边并联，第四可变电容C16的两端分别连接电容后并联在第四变压器T04的原边。
第四可变电容C16的两端分别连接电容C17和电容C18。
第三变压器T03的副边与第四变压器T04的副边连接，第三变压器的副边与第四变压器的副边之间还连接有第五可变电容C20。
第三变压器T03的副边与射频输出端RFOUT连接，第四变压器T04的副边接地。
通过变压器结合电容作为可重构的阻抗转换网络，负载调制功率放大器可以获得更高的功率回退效率。
如图1所示，第一变压器T01的副边并联有电容C02，第二变压器T02的副边并联有电容C11。第一变压器T01的原边与第二变压器T02的原边连接，第一变压器T01的原边与第二变压器T02的原边之间还连接有电容C01。
第一变压器T01的原边连接射频输入端RFIN，第二变压器T02的原边接地。
通过串联变压器，负载调制功率放大器可以获得更高的功率。
在第一放大电路，激励放大器DA的输入端与第一变压器T01的副边连接，激励放大器DA的输出端与功率放大器PA连接。
在第二放大电路，激励放大器DA的输入端与第二变压器T02的副边连接，激励放大器DA的输出端与功率放大器PA连接。
图2示例性地示出了本申请一实施例提供的负载调制功率放大器的电路原理图。
如图2所示，在每个放大电路中，激励放大器包括两个共源共栅放大器。第一放大电路的激励放大器中，NMOS管MN01和NMOS管MN03构成一个共源共栅放大器，NMOS管MN02和NMOS管MN04构成一个共源共栅放大器；第二放大电路的激励放大器中，MOS管MN09和NMOS管MN11构成一个共源共栅放大器，NMOS管MN10和NMOS管MN12构成一个共源共栅放大器。
激励放大器中每个共源共栅放大器的输入端连接变压器的副边，激励放大器中每个共源共栅放大器的输出端连接功率放大器的输入端。
第一变压器副边的中端和第二变压器副边的中端分别接第一偏置电压，第一偏置电压用于为激励放大器中的共源放大器提供偏置电压；激励放大器中的每个共栅放大器的栅极接第二偏置电压。
如图2所示，NMOS管MN01的栅极和NMOS管MN02的栅极连接第一变压器T01的副边连接，NMOS管MN09的栅极和NMOS管MN10的栅极与第二变压器T02的副边连接。
在第一放大电路，NMOS管MN03的漏极和NMOS管MN04的漏极与功率放大器的输入端连接。在第二放大电路，NMOS管MN11的漏极和NMOS管MN12的漏极与功率放大器的输入端连接。
第一变压器T01副边的中端通过电阻R01接第一偏置电压VBCS_DA，第二变压器T02副边的中端通过电阻R06接第一偏置电压VBCS_DA，第一偏置电压VBCS_DA用于为NMOS管MN01、NMOS管MN02、NMOS管MN09、NMOS管MN10提供偏置电压。
NMOS管MN03的栅极和NMOS管MN04的栅极通过电阻RO2接第二偏置电压VBCG_DA，
NMOS管MN03的栅极和NMOS管MN04的栅极还通过电容C03接地；NMOS管MN11的栅极和NMOS管MN12的栅极通过电阻RO7接第二偏置电压VBCG_DA，NMOS管MN11的栅极和NMOS管MN12的栅极还通过电容C12接地。
NMOS管MN03的漏极和NMOS管MN04的漏极分别通过电感L01接电源电压VDD，NMOS管MN11的漏极和NMOS管MN12的漏极通过电感L02接电源电压VDD。
第一放大电路和第二放大电路分别与阻抗转换网络连接。在第一放大电路，功率放大器的输出端与第三变压器的原边连接；在第二放大电路，功率放大器的输出端与第四变压器的原边连接。
在每个放大电路中，功率放大器包括两个共源共栅放大器；每个共源共栅放大器的输入端连接激励放大器的输出端，每个共源共栅放大器的输出端连接变压器的原边。功率放大器中每个共源放大器的栅极接第三偏置电压，功率放大器中每个共栅放大器的栅极接第四偏置电压。
第一放大电路的功率放大器中，NMOS管MN05和NMOS管MN07构成一个共源共栅放大器，NMOS管MN06和NMOS管MN08构成一个共源共栅放大器；第二放大电路的功率放大器中，NMOS管MN13和NMOS管MN15构成一个共源共栅放大器，NMOS管MN14和NMOS管MN16构成一个共源共栅放大器。
NMOS管MN05的栅极和NMOS管MN06的栅极为第一放大电路中功率放大器的输入端，NMOS管MN13的栅极和NMOS管MN14的栅极为第二放大电路中功率放大器的输入端。NMOS管MN07的漏极和NMOS管MN08的漏极为第一放大电路中功率放大器的输出端，NMOS管MN15的漏极和NMOS管MN16的漏极为第二放大电路中功率放大器的输出端。
NMOS管MN07的漏极和NMOS管MN08的漏极连接第三变压器T03的原边，NMOS管MN15的漏极和NMOS管MN16的漏极连接第四变压器T04的原边。
NMOS管MN05的栅极通过电阻R03接第三偏置电压VBCS_PA，NMOS管MN06的栅极通过电阻R04接第三偏置电压VBCS_PA；NMOS管MN13的栅极通过电阻R08接第三偏置电压VBCS_PA，NMOS管MN14的栅极通过电阻R09接第三偏置电压VBCS_PA。NMOS管MN07的栅极和NMOS管MN08的栅极通过电阻R10接第四偏置电压VBCG_PA，NMOS管MN07的栅极和NMOS管MN08的栅极还通过电容C06接地，NMOS管MN15的栅极和NMOS管MN16的栅极通过电阻R10接第四偏置电压VBCG_PA，NMOS管MN15的栅极和NMOS管MN16的栅极还通过电容C15接地。
第三变压器T03原边的中端接电源电压VDD，第四变压器T04原边的中端接电源电压VDD。
图3示例性地使出了一种现有的负载调制功率放大器的结构示意图。
本申请实施例提供的负载调制功率放大器与现有的负载调制功率放大器相比，输出功率和功率回退效率都得到了提高。在一个例子中，如图4所示，曲线41表示本申请实施例提供的负载调制功率放大器的输出功率曲线，曲线42表示现有的负载调制功率放大器的输出功率曲线，曲线43表示现有的负载调制功率放大器的PAE曲线，曲线44表示本申请实施例提供的负载调制功率放大器的PAE曲线；其中，PAE表示射频输出功率与耗散的直流功率之比，Pin表示输入功率，Pout表示输出功率。
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 (8)

1.一种负载调制功率放大器，其特征在于，包括设置在射频输入端和射频输出端之间的两个放大电路、阻抗转换网络；
每个所述放大电路包括激励放大器和功率放大器；
第一放大电路通过第一变压器与所述射频输入端连接，第二放大电路通过第二变压器与所述射频输入端连接，第一变压器与第二变压器连接；
所述第一放大电路和所述第二放大电路分别与所述阻抗转换网络连接；
其中，所述阻抗转换网络由电容、可变电容和变压器组成；
第一可变电容与第三变压器的原边并联，第二可变电容的两端分别连接电容后并联在所述第三变压器的原边；第三可变电容与第四变压器的原边并联，第四可变电容的两端分别连接电容后并联在所述第四变压器的原边；
所述第三变压器的副边与所述第四变压器的副边连接，所述第三变压器的副边与所述第四变压器的副边之间还连接有第五可变电容。
2.根据权利要求1所述的负载调制功率放大器，其特征在于，所述第一变压器的副边还并联有电容，所述第二变压器的副边还并联有电容；
所述第一变压器的原边与所述第二变压器的原边连接，所述第一变压器的原边与所述第二变压器的原边之间还连接有电容。
3.根据权利要求1所述的负载调制功率放大器，其特征在于，在所述第一放大电路，激励放大器的输入端与所述第一变压器的副边连接，激励放大器的输出端与所述功率放大器连接；
在所述第二放大电路，激励放大器的输入端与所述第二变压器的副边连接，激励放大器的输出端与所述功率放大器连接。
4.根据权利要求1或3所述的负载调制功率放大器，其特征在于，在每个放大电路中，激励放大器包括两个共源共栅放大器；
所述激励放大器中每个共源共栅放大器的输入端连接变压器的副边，所述激励放大器中每个共源共栅放大器的输出端连接所述功率放大器的输入端。
5.根据权利要求4所述的负载调制功率放大器，其特征在于，所述第一变压器副边的中端和所述第二变压器副边的中端分别接第一偏置电压，所述第一偏置电压用于为所述激励放大器中的共源放大器提供偏置电压；
所述激励放大器中的每个共栅放大器的栅极接第二偏置电压。
6.根据权利要求1或3所述的负载调制功率放大器，其特征在于，所述第一放大电路和所述第二放大电路分别与所述阻抗转换网络连接；
在所述第一放大电路，功率放大器的输出端与所述第三变压器的原边连接；在所述第二放大电路，功率放大器的输出端与所述第四变压器的原边连接。
7.根据权利要求6所述的负载调制功率放大器，其特征在于，在每个放大电路中，功率放大器包括两个共源共栅放大器；
每个共源共栅放大器的输入端连接激励放大器的输出端，每个共源共栅放大器的输出端连接变压器的原边。
8.根据权利要求7所述的负载调制功率放大器，其特征在于，所述功率放大器中每个共源放大器的栅极接第三偏置电压，所述功率放大器中每个共栅放大器的栅极接第四偏置电压。
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