CN111969960B - 一种射频功率放大器 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种射频功率放大器，该射频功率放大器包括：N个功率放大单元和与N个功率放大单元连接的编码器；其中，每个功率放大单元包括：驱动单元、与驱动单元连接的开关单元和与开关单元连接的电容单元；N个电容单元包括M个第一电容单元和N‑M个第二电容单元，M个第一电容单元中的每个电容单元的电容值不同，N‑M个第二电容单元的电容值均相同，0≤M＜N，M和N均为正整数。本发明实施例，提供一种射频功率放大器，可以解决射频微波功率放大器的回退效率较低的问题。

Description

一种射频功率放大器

技术领域

本发明实施例涉及微波技术领域，尤其涉及一种射频功率放大器。

背景技术

射频微波功率放大器，常应用于现代无线通信系统中，该射频微波功率放大器可以起到信号功率放大，其性能的好坏可以决定输出信号的质量。在相关技术中，射频微波功率放大器在饱和输出功率下，效率最高；功率回退状态时，效率也随之逐渐减小。如此，可能会导致射频微波功率放大器的回退效率较低的问题。

发明内容

本发明实施例提供一种射频功率放大器，可以解决射频微波功率放大器的回退效率较低的问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例采用如下技术方案：

本发明实施例的第一方面，提供一种射频功率放大器，该射频功率放大器包括：N个功率放大单元和与N个功率放大单元连接的编码器；其中，每个功率放大单元包括：驱动单元、与驱动单元连接的开关单元和与开关单元连接的电容单元；N个电容单元包括M个第一电容单元和N-M个第二电容单元，M个第一电容单元中的每个电容单元的电容值不同，N-M个第二电容单元的电容值均相同，0≤M＜N，M和N均为正整数。

可以理解，编码器100的输出端口连接驱动单元200，所述的驱动单元200输出端口连接开关单元300，开关单元300的输出端口连接电容单元400，电容单元400的输出端汇合在一起，通过输出匹配网络500，连接到输出负载端600。

本申请实施例中，通过编码器100控制，在最大功率输出时，射频功率放大器中的所有开关单元300均被频率为fc的载波信号同相驱动；在功率回退时，部分开关单元300被关闭(输入端电压置0或置Vdd)。由于在功率回退时，被关闭的开关单元300并不消耗能量，进而保持了功率放大器的效率。

在本发明实施例中，该射频功率放大器包括：N个功率放大单元和与N个功率放大单元连接的编码器；其中，每个功率放大单元包括：驱动单元、与驱动单元连接的开关单元和与开关单元连接的电容单元；N个电容单元包括M个第一电容单元和N-M个第二电容单元，M个第一电容单元中的每个电容单元的电容值不同，N-M个第二电容单元的电容值均相同，0≤M＜N，M和N均为正整数。本发明的射频功率放大器的设计方法克服了现有射频功率放大电路技术中存在的缺陷，利用了数模混合电路中的开关电容结构，来解决射频功率放大器中大功率回退的效率、线性度、带宽等一系列问题。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种射频放大器的结构示意图之一；

图2为本发明实施例提供的一种射频放大器的结构示意图之二；

图3为本发明实施例提供的一种射频放大器的开关单元的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种射频放大器的开关单元输入端2端子信号的正确包络关系示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例的说明书和权利要求书中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述对象的特定顺序。例如，第一耦合线和第二耦合线等是用于区别不同的媒体文件，而不是用于描述媒体文件的特定顺序。

在本发明实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指两个或两个以上。例如，多个元件是指两个元件或两个以上元件。

本文中术语“和/或”，是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，显示面板和/或背光，可以表示：单独存在显示面板，同时存在显示面板和背光，单独存在背光这三种情况。本文中符号“/”表示关联对象是或者的关系，例如输入/输出表示输入或者输出。

在本发明实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本发明实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。

本发明实施例提供一种射频功率放大器，本发明的射频功率放大器的设计方法克服了现有射频功率放大电路技术中存在的缺陷，利用了数模混合电路中的开关电容结构，来解决射频功率放大器中大功率回退的效率、线性度、带宽等一系列问题。

下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本发明实施例提供的一种射频功率放大器进行详细地说明。

本发明实施例提供的一种射频功率放大器，图1至3示出了本发明实施例提供的一种射频功率放大器。如图1至3所示，本发明实施例的射频功率放大器包括：N个功率放大单元和与所述N个功率放大单元连接的编码器100。

本申请实施例中，每个功率放大单元包括：驱动单元、与所述驱动单元连接的开关单元和与所述开关单元连接的电容单元；N个电容单元包括M个第一电容单元和N-M个第二电容单元，所述M个第一电容单元中的每个电容单元的电容值不同，所述N-M个第二电容单元的电容值均相同，0≤M＜N，M和N均为正整数。

本申请实施例提供的射频功率放大器，该射频功率放大器包括：N个功率放大单元和与N个功率放大单元连接的编码器；其中，每个功率放大单元包括：驱动单元、与驱动单元连接的开关单元和与开关单元连接的电容单元；N个电容单元包括M个第一电容单元和N-M个第二电容单元，M个第一电容单元中的每个电容单元的电容值不同，N-M个第二电容单元的电容值均相同，0≤M＜N，M和N均为正整数。本发明的射频功率放大器的设计方法克服了现有射频功率放大电路技术中存在的缺陷，利用了数模混合电路中的开关电容结构，来解决射频功率放大器中大功率回退的效率、线性度、带宽等一系列问题。

可以理解，编码器100的输出端口连接驱动单元200，所述的驱动单元200输出端口连接开关单元300，开关单元300的输出端口连接电容单元400，电容单元400的输出端汇合在一起，通过输出匹配网络500，连接到输出负载端600。

可选的，本申请实施例中，上述M个第一电容单元中的第Q个第一电容单元的电容值与第Q+1个第一电容单元的电容值的比值相同。

可以理解，M个第一电容单元的电容值2倍递增，N-M个第二电容的电容值完全相同。

本申请实施例中，通过编码器100控制，在最大功率输出时，射频功率放大器中的所有开关单元300均被频率为fc的载波信号同相驱动；在功率回退时，部分开关单元300被关闭(输入端电压置0或置Vdd)。由于在功率回退时，被关闭的开关单元300并不消耗能量，进而保持了功率放大器的效率。

可选的，本申请实施例中，N个电容单元的输入端与所述编码器的输出端相短接。

示例性的，N个电容单元400包括18组电容单元，相应地，开关单元300包含18组开关单元，驱动单元200包含18组驱动单元。其中，电容单元400中第1组电容401容值为C，第2组电容402容值为401的两倍，即2C；第3至第18组电容(即403至418)容值相同，为402容值的两倍，即4C。由单个驱动单元200开关单元300-电容单元400构成了一条信号通路，本实施例中总共包含18个信号通路。在电容的输出端，信号能量同相叠加，并通过输出匹配网络500传递给负载600。

控制编码器100控制上述通路工作的状态(静默或工作)，工作状态即驱动单元200的输入端被频率为fc的载波信号激励，静默状态即驱动单元200的输入端被置零电位或置Vdd电位，设每条通路工作状态由“1”表示，静默状态由“0”表示，则当只有第1条通路工作，第2至18条通路静默时，用000 000 000 000 000 001。最低位和次低位为2位二进制码，用于提高精度，其余高16位(即3至18位)为温度计码。

可选的，本申请实施例中，N个驱动单元的输入端与所述编码器的输出端相连接，所述驱动单元的P输出端和N输出端均输出控制信号。

可选的，本申请实施例中，针对N个开关单元中的每个开关单元，一个开关单元包括：第一PMOS管，第二PMOS管，第一NMOS管和第二NMOS管；其中，所述第一PMOS管的源极连接正供电源Vdd；所述第一PMOS管的漏极和所述第二PMOS管的源极短接；所述第一NMOS管的源极连接地；所述第一NMOS管的漏极和所述第二NMOS管的源极短接；所述第二PMOS管的漏极与所述第二NMOS管的漏极短接，作为所述电容单元的输入端；所述第二PMOS管的栅极与所述第二NMOS管的栅极短接连接正供电源Vdd/2；所述第二PMOS管的栅极作为P控制端与所述驱动电路的P输出端短接；所述第二NMOS管的栅极作为N控制端与所述驱动电路的N输出端短接。

可以理解，每个开关单元由驱动放大器和反向器构成，反向器的输出电压摆幅在电源电压Vdd和地电压Gnd间摆动。在所述的反向单元翻转过程(电平由高到低或由低到高)中，为了避免产生从电源到地之间的特别大的漏电流,要求反向单元的控制信号有正确的包络关系，即在时域上，PMOS管的栅极电压信号Vinp完全包络NMOS管的栅极电压信号Vinn。

示例性的，图3给出了本发明、一种实施例。包含：第一PMOS管，第二PMOS管，第一NMOS管第二NMOS管；其中，所述第一PMOS管的源极连接正供电源Vdd；所述第一PMOS管的漏极和所述第二PMOS管的源极短接；所述第一NMOS管的源极连接地；所述第一NMOS管的漏极和所述第二NMOS管的源极短接；所述第二PMOS管的漏极与所述第二NMOS管的漏极短接，作为所述电容单元的输入端；所述第二PMOS管的栅极与所述第二NMOS管的栅极短接连接正供电源Vdd/2；所述第二PMOS管的栅极作为P控制端与所述驱动电路的P输出端短接；所述第二NMOS管的栅极作为N控制端与所述驱动电路的N输出端短接。为了进一步提高效率，P端口的驱动信号Vinp包络N端口的控制信号Vinn。

本申请实施例中，本发明的射频功率放大器的设计方法克服了现有射频功率放大电路技术中存在的缺陷，利用了数模混合电路中的开关电容结构，来解决射频功率放大器中大功率回退的效率、线性度、带宽等一系列问题。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。

Claims (5)

1.一种射频功率放大器，其特征在于，所述射频功率放大器包括：N个功率放大单元和与所述N个功率放大单元连接的编码器；

其中，每个功率放大单元包括：驱动单元、与所述驱动单元连接的开关单元和与所述开关单元连接的电容单元；

N个电容单元包括M个第一电容单元和N-M个第二电容单元，所述M个第一电容单元中的每个电容单元的电容值不同，所述N-M个第二电容单元的电容值均相同，0≤M＜N，M和N均为正整数；

针对N个开关单元中的每个开关单元，一个开关单元包括：第一PMOS管，第二PMOS管，第一NMOS管和第二NMOS管；

其中，所述第一PMOS管的源极连接正供电源Vdd；所述第一PMOS管的漏极和所述第二PMOS管的源极短接；

所述第一NMOS管的源极连接地；所述第一NMOS管的漏极和所述第二NMOS管的源极短接；

所述第二PMOS管的漏极与所述第二NMOS管的漏极短接，作为所述电容单元的输入端；所述第二PMOS管的栅极与所述第二NMOS管的栅极短接连接正供电源Vdd/2；

所述第二PMOS管的栅极作为P控制端与所述驱动单元的P输出端短接；所述第二NMOS管的栅极作为N控制端与所述驱动单元的N输出端短接。

2.根据权利要求1所述的射频功率放大器，其特征在于，所述M个第一电容单元中的第Q个第一电容单元的电容值与第Q+1个第一电容单元的电容值的比值相同。

3.根据权利要求1或2所述的射频功率放大器，其特征在于，N个电容单元的输入端与所述编码器的输出端相短接。

4.根据权利要求1所述的射频功率放大器，其特征在于，N个驱动单元的输入端与所述编码器的输出端相连接，所述驱动单元的P输出端和N输出端均输出控制信号。

5.根据权利要求1所述的射频功率放大器，其特征在于，所述第一PMOS管，第二PMOS管尺寸大于第一NMOS管，第二NMOS管。