CN112636703B - 一种双频段功率芯片电路结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双频段功率芯片电路结构，包括双频输入级单元、双频输出级单元、频段A放大单元和频段B放大单元；所述双频输入级单元的两个输出端分别连接频段A放大单元的输入端和频段B放大单元的输入端，所述双频输出级单元的两个输入端分别连接频段A放大单元的输出端和频段B放大单元的输出端。本发明能够在两个频段均发挥器件的最佳性能，实现高隔离度、高功率、高效率的双频功放，提升双频功放的整体性能。

Description

一种双频段功率芯片电路结构
技术领域
本发明属于单片微波集成电路领域，特别涉及了双频功率放大电路。
背景技术
随着信息技术的发展，现代的系统已经向多功能、一体化的方向发展，这就需要芯片能够同时满足两种不同的应用场景。在不同的应用场景下，系统所用的频段往往不同，以往的方式是采用超宽带的功率放大器覆盖所需的频段或者采用两款功率放大器分别满足两种应用场景的需求，但是这么做无法同时实现高性能和高集成度，需要设计出双频功率放大器来实现系统的高集成度和高性能。
发明内容
为了解决上述背景技术提到的技术问题，本发明提出了一种双频段功率芯片电路结构，能够在两个频段均发挥器件的最佳性能，实现高隔离度、高功率、高效率的双频功放，提升双频功放的整体性能。
为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：
一种双频段功率芯片电路结构，包括双频输入级单元、双频输出级单元、频段A放大单元和频段B放大单元；所述双频输入级单元的两个输出端分别连接频段A放大单元的输入端和频段B放大单元的输入端，所述双频输出级单元的两个输入端分别连接频段A放大单元的输出端和频段B放大单元的输出端。
进一步地，所述双频输入级单元采用基于高、低通滤波器的三端口双工器结构，通过该双工器结构实现输入信号选频进入频段A放大单元或频段B放大单元。
进一步地，所述频段A放大单元与频段B放大单元完全独立，通过选择不同的晶体管大小、放大电路拓扑级数实现频段A和频段B的增益和输出功率的独立设计；通过单独对频段A放大单元和频段B放大单元的偏置电压进行控制实现双频工作模式的切换。
进一步地，所述频段A放大单元采用三级放大拓扑。
进一步地，所述频段A放大单元包括频段A输入匹配网络、频段A第一级间匹配网络和频段A第二级间匹配网络，频段A输入匹配网络与频段A第一级间匹配网络之间串联晶体管，频段A第一级间匹配网络与频段A第二级间匹配网络之间串联晶体管。
进一步地，所述频段B放大单元采用两级放大拓扑。
进一步地，所述频段B放大单元包括频段B输入匹配网络和频段B级间匹配网络，频段B输入匹配网络与频段B级间匹配网络之间串联晶体管。
进一步地，所述双频输出级单元包括频段A输出匹配网络、频段B输出匹配网络和阻抗变换线，频段A输出匹配网络的输入端连接频段A放大单元的输出端，频段B输出匹配网络的输入端连接频段B放大单元的输出端，频段A输出匹配网络的输出端通过所述阻抗变换线与频段B输出匹配网络连接。
进一步地，所述双频输出级单元通过阻抗变换线将ZL_B在频段A匹配至接近开路状态，将ZL_A在频段B匹配至接近某一特定阻抗，使得频段A的输出端阻抗Z_A和频段B的输出端阻抗Z_B能够相对独立的匹配到目标值；其中ZL_A表示从双频输出级单元输出节点向频段A输出匹配网络方向看去的阻抗位置，ZL_B表示从双频输出级单元输出节点向频段B输出匹配网络方向看去的阻抗位置。
进一步地，所述双频段功率芯片电路结构的基片材料包括但不限于GaAs或GaN。
采用上述技术方案带来的有益效果：
1、本发明在输入级采用双工器结构，用高、低滤波网络实现选频功能，能够实现两个频段间的高隔离度；
2、本发明在输出级采用双频匹配网络，通过一段阻抗变换线实现两个频段的独立匹配，极大减小了匹配网络的损耗，从而实现双频功放的高性能；
3、本发明在两个频段的放大单元独立设计，避免了由于共用匹配网络和晶体管导致的两个频段的增益、输出功率互相限制，极大提升了设计的自由度；
4、本发明设计的双频电路结构较为简洁，不需要开关来实现频段切换，减少了额外的控制单元引入，而且能够提升功放的整体性能。
附图说明
图1是本发明提出的双频段功率芯片电路结构图；
图2是本发明中输出级阻抗匹配示意图；
图3是本发明中双频放大单元的具体电路图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
本发明设计了一种双频段功率芯片电路结构，如图1所示，包括双频输入级单元、双频输出级单元、频段A放大单元和频段B放大单元。双频输入级单元的两个输出端分别连接频段A放大单元的输入端和频段B放大单元的输入端，双频输出级单元的两个输入端分别连接频段A放大单元的输出端和频段B放大单元的输出端。
双频输入级单元采用基于高、低通滤波器的三端口双工器结构，通过该双工器结构实现输入信号选频进入频段A放大单元或频段B放大单元。采用双工器结构易于实现两个频段的高隔离度。
双频输出级单元包括频段A输出匹配网络、频段B输出匹配网络和阻抗变换线，频段A输出匹配网络的输入端连接频段A放大单元的输出端，频段B输出匹配网络的输入端连接频段B放大单元的输出端，频段A输出匹配网络的输出端通过所述阻抗变换线与频段B输出匹配网络连接。如图2所示，双频输出级单元通过阻抗变换线将ZL_B在频段A匹配至接近开路状态，将ZL_A在频段B匹配至接近某一特定阻抗，使得频段A的输出端阻抗Z_A和频段B的输出端阻抗Z_B能够相对独立的匹配到目标值，减小匹配损耗，实现高效率的双频功率芯片。
在本发明中，频段A放大单元与频段B放大单元完全独立，通过选择不同的晶体管大小、放大电路拓扑级数实现频段A和频段B的增益和输出功率的独立设计。进一步地，如图3所示，频段A放大单元采用三级放大拓扑，频段A放大单元包括频段A输入匹配网络、频段A级间匹配网络1和频段A级间匹配网络2。频段B放大单元包括频段B输入匹配网络和频段B级间匹配网络1。
通过单独对频段A放大单元和频段B放大单元的偏置电压进行控制实现双频工作模式的切换。具体的切换方式为：在其中一个频段工作时将另一个频段的偏置电压设置为栅压夹断状态或者漏压零偏状态。
综合考虑工作频率、带宽、功率、效率、一致性、成品率、成本，以适当的半导体技术制造，可以采用GaAs或GaN材料作为基片，但不限于此。
实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (8)

1.一种双频段功率芯片电路结构，其特征在于：包括双频输入级单元、双频输出级单元、频段A放大单元和频段B放大单元；所述双频输入级单元的两个输出端分别连接频段A放大单元的输入端和频段B放大单元的输入端，所述双频输出级单元的两个输入端分别连接频段A放大单元的输出端和频段B放大单元的输出端；
所述双频输出级单元包括频段A输出匹配网络、频段B输出匹配网络和阻抗变换线，频段A输出匹配网络的输入端连接频段A放大单元的输出端，频段B输出匹配网络的输入端连接频段B放大单元的输出端，频段A输出匹配网络的输出端通过所述阻抗变换线与频段B输出匹配网络连接；
所述双频输出级单元通过阻抗变换线将ZL_B在频段A匹配至接近开路状态，将ZL_A在频段B匹配至接近某一特定阻抗，使得频段A的输出端阻抗Z_A和频段B的输出端阻抗Z_B能够相对独立的匹配到目标值；其中ZL_A表示从双频输出级单元输出节点向频段A输出匹配网络方向看去的阻抗位置，ZL_B表示从双频输出级单元输出节点向频段B输出匹配网络方向看去的阻抗位置；
通过单独对频段A放大单元和频段B放大单元的偏置电压进行控制实现双频工作模式的切换;具体的切换方式为：在其中一个频段工作时将另一个频段的偏置电压设置为栅压夹断状态或者漏压零偏状态。
2.根据权利要求1所述双频段功率芯片电路结构，其特征在于：所述双频输入级单元采用基于高、低通滤波器的三端口双工器结构，通过该双工器结构实现输入信号选频进入频段A放大单元或频段B放大单元。
3.根据权利要求1所述双频段功率芯片电路结构，其特征在于：所述频段A放大单元与频段B放大单元完全独立，通过选择不同的晶体管大小、放大电路拓扑级数实现频段A和频段B的增益和输出功率的独立设计；通过单独对频段A放大单元和频段B放大单元的偏置电压进行控制实现双频工作模式的切换。
4.根据权利要求1所述双频段功率芯片电路结构，其特征在于：所述频段A放大单元采用三级放大拓扑。
5.根据权利要求4所述双频段功率芯片电路结构，其特征在于：所述频段A放大单元包括频段A输入匹配网络、频段A第一级间匹配网络和频段A第二级间匹配网络，频段A输入匹配网络与频段A第一级间匹配网络之间串联晶体管，频段A第一级间匹配网络与频段A第二级间匹配网络之间串联晶体管。
6.根据权利要求1所述双频段功率芯片电路结构，其特征在于：所述频段B放大单元采用两级放大拓扑。
7.根据权利要求6所述双频段功率芯片电路结构，其特征在于：所述频段B放大单元包括频段B输入匹配网络和频段B级间匹配网络，频段B输入匹配网络与频段B级间匹配网络之间串联晶体管。
8.根据权利要求1所述双频段功率芯片电路结构，其特征在于：所述双频段功率芯片电路结构的基片材料包括但不限于GaAs或GaN。
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