CN113346848A - 一种基于hbt工艺的高三阶交调点中功率射频放大电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种基于HBT工艺的高三阶交调点中功率射频放大电路，包括：放大电路，用于对输入的射频信号进行多级放大；输入偏置网络，用于为所述放大电路提供直流偏置；输出偏置网络，用于为所述放大电路提供电源，并将电源干扰信号与所述放大电路的输出信号进行隔离，同时为所述放大电路的输出信号提供输出阻抗匹配；所述输入偏置网络与所述放大电路并联，所述放大电路的输入端接入射频信号，输出端与所述输出偏置网络的输入端连接；所述输出偏置网络的电源连接端与电源连接，所述输出偏置网络的输出端输出经过匹配放大的射频信号；本发明可有效提高三阶交调参数相对于1dB压缩点参数的比例，增强射频放大电路的抗失真性能。

Description

一种基于HBT工艺的高三阶交调点中功率射频放大电路
技术领域
本发明涉及半导体集成电路设计领域，尤其涉及一种基于HBT工艺的高三阶交调点中功率射频放大电路。
背景技术
射频放大器是无线收发系统中的关键元器件，广泛应用于无线通信、广播电视、点对点通信等领域。射频放大器主要包括低噪声放大器、中功率放大器、功率放大器等，其中中功率放大器主要应用于无线收发机的中间级，实现对射频信号的放大作用。三阶交调点主要表征射频放大器放大具有一定带宽信号的抗失真性能，因此三阶交调点参数在宽带无线系统中尤为重要。射频放大器的三阶交调点参数和1dB压缩点参数存在一定的比例关系，传统射频放大器的三阶交调点参数通常比1dB压缩点参数高10dB至15dB。
目前，诸如新一代雷达、电子对抗等超宽带应用对射频放大器的三阶交调参数提出了更高的要求，需要使用三阶交调点参数比1dB压缩点参数高15dB以上的射频放大器以满足整机系统的线性度要求。
发明内容
鉴于以上现有技术存在的问题，本发明提出一种基于HBT工艺的高三阶交调点中功率射频放大电路，主要解决现有射频放大器针对超宽带应用抗失真性能不足的问题。
为了实现上述目的及其他目的，本发明采用的技术方案如下。
一种基于HBT工艺的高三阶交调点中功率射频放大电路，包括：
放大电路，用于对输入的射频信号进行多级放大；
输入偏置网络，用于为所述放大电路提供直流偏置；
输出偏置网络，用于为所述放大电路提供电源，并将电源干扰信号与所述放大电路的输出信号进行隔离，同时为所述放大电路的输出信号提供输出阻抗匹配；
所述输入偏置网络与所述放大电路并联，所述放大电路的输入端接入射频信号，输出端与所述输出偏置网络的输入端连接；所述输出偏置网络的电源连接端与电源连接，所述输出偏置网络的输出端输出经过匹配放大的射频信号。
可选地，所述输入偏置网络包括：第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的一端与所述第二电阻的一端连接，且所述第一电阻与所述第二电阻的连接端作为所述输入偏置网络的输入端与所述放大电路的输入端连接；所述第一电阻的另一端作为所述输入偏置网络的输出端与所述放大电路的输出端连接；所述第二电阻的另一端接地。
可选地，所述输出偏置网络包括：第一电感和第二电感，所述第一电感的一端与所述第二电感的一端连接，且所述第一电感与所述第二电感的连接端作为所述输出偏置网络的输出端；所述第一电感的另一端作为所述输出偏置网络的输入端与所述放大电路的输出端连接；所述第二电感的另一端作为所述输出偏置网络的电源连接端。
可选地，所述放大电路包括多个放大单元，各所述放大单元的输入端相连接作为所述放大电路的输入端，各所述放大单元的输出端相连接作为所述放大电路的输出端。
可选地，所述放大单元包括输入级电路和多个输出级电路；所述输入级电路包括第一连接端、第二连接端和第三连接端；所述第一连接端作为所述放大单元的输入端；所述第二连接端分别与各输出级电路的输入端连接；所述第三连接端分别与各输出级电路的输出端连接，作为所述放大单元的输出端。
可选地，所述输入级电路包括：第一三极管和第三电阻，所述第一三极管的基极作为所述输入级电路的第一连接端；所述第一三极管的集电极所为所述输入级电路的第三连接端；所述第一三极管的发射极与所述第三电阻的一端连接作为所述输入级电路的第二连接端；所述第三电阻的另一端接地。
可选地，所述输出级电路包括：第二三极管和第四电阻；所述第二三极管基极作为所述输出级电路输入端与所述输入级电路的第二连接端连接；所述第二三极管的集电极作为所述输出级电路的输出端与所述输入级电路的第三连接端连接；所述第二三极管的发射极与所述第四电阻的一端连接，所述第四电阻的另一端接地。
可选地，所述放大电路包括两个相同的放大单元，两个所述放大单元的输入端相互连接作为所述放大单元的输入端，输出端相互连接作为所述放大单元的输出端。
可选地，所述放大单元包括九个相同结构的输出级电路。
可选地，三极管采用相同型号三极管，包括：Si-BJT、SiGe-HBT、GaAs-HBT或InP-HBT。
如上所述，本发明一种基于HBT工艺的高三阶交调点中功率射频放大电路，具有以下有益效果。
本发明可有效提高射频放大器的三阶交调点参数使得射频放大器获得更好的抗失真性能。
附图说明
图1为本发明一实施例中基于HBT工艺的高三阶交调点中功率射频放大电路的结构框架示意图。
图2为本发明一实施例中输入偏置网络的电路结构示意图。
图3为本发明一实施例中输出偏置网络的电路结构示意图。
图4为本发明一实施例中放大电路的结构框架示意图。
图5为本发明一实施例中放大单元的结构框架示意图。
图6为本发明一实施例中输入级电路的电路结构示意图。
图7为本发明一实施例中输出级电路的电路结构示意图。
图8为本发明一实例中95mA电源电流下，输出三阶交调点参数与1dB压缩点参数的对比图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
请参阅图1，本发明提供一种基于HBT工艺的高三阶交调点中功率射频放大电路，包括：输入偏置网络、放大电路和输出偏置网络。输入偏置网络的1端为输入端，2端为输出端；放大电路的1端为输入端，2为输出端；输出偏置网络的1端为输入端，2端为输出端，3端为电源连接端。输入偏置网络的1端与放大电路的1端连接作为整个基于HBT工艺的高三阶交调点中功率射频放大电路的输入端；输入偏置网络的2与放大电路的2端连接，放大电路的2端还与输出偏置网络的1端连接，输出偏置网络的3端连接电源，输出偏置网络的2端作为整个基于HBT工艺的高三阶交调点中功率射频放大电路的输出端。放大电路用于接收来自输入端的射频信号并将其放大，输入偏置网络为放大电路提供直流偏置，输出偏置网络为放大电路提供电源，并对电源的干扰信号和放大电路输出端有用信号进行隔离，输出偏置网络还可提供一定的输出匹配作用。
请参阅图2，在一实施例中,输入偏置网络包括：第一电阻R1、第二电阻R2；图2中1端为输入偏置网络的输入端，2端为输入偏置网络的输出端，电阻R1的一端与输入偏置网络的2端相连，电阻R1的另一端与输入偏置网络的1端相连；电阻R2的一端与输入偏置网络的1端相连，电阻R2的另一端接地。
请参阅图3，在一实施例中，输出偏置网络包括：第一电感LOUT和第二电感LC；图3中1端为输出偏置网络的输入端，2端为输出偏置网络的输出端，3端为输出偏置网络的电源连接端；第一电感电感LOUT的一端与输出偏置网络的1端相连，第一电感LOUT的另一端与输出偏置网络的2端相连；第二电感LC的一端与输出偏置网络的2端相连，第二电感LC的另一端与输出偏置网络的3端相连。
请参阅图4，在一实施例中，放大电路包括多个相同的放大单元；各所述放大单元的输入端相连接作为所述放大电路的输入端，各所述放大单元的输出端相连接作为所述放大电路的输出端。如图4所示，放大电路的1端为输入端和2端为输出端；放大单元的1端为输入端，2端为输出端；多个放大单元的1端连接在一起并与放大电路的1端相连；所述多个放大单元的2端连接在一起并与放大电路的2端相连。可选地，放大电路可包括两个相同的放大单元，两个放大单元并联。
请参阅图5，在一实施例中，放大单元包括：输入级电路和多个相同的输出级电路；放大单元的1端为输入端，2端为输出端；输入级电路的1端为第一连接端，2端为第二连接端，3端为第三连接端；输入级电路的1端与放大单元的1端相连，输入级电路的3端与放大单元的2端相连作为放大单元的输出端；多个输出级电路的1端连接在一起并与输入级电路的2端相连；多个输出级电路的2端连接在一起并与输入级电路的3端相连。可选地，放大单元包括九个相同的输出级电路。
请参阅图6，在一实施例中，输入级电路包括：第一三极管Q1和第三电阻R3；输入级电路的1端为第一连接端、2端为第二连接端和3端为第三连接端；第一三极管Q1的基级与输入级电路的1端相连，第一三极管Q1的集电极与输入级电路的3端相连，第一三极管Q1的发射级与输入级电路的2端相连；第三电阻R3的一端与输入级电路的2端相连，第三电阻R3的另一端接地。
请参阅图7，在一实施例中，输出级电路包括：第二三极管Q2和第四电阻R4；输出级电路的1端为输入端，2端为输出端；第二三极管Q2的基级与输出级电路的1端相连，输出级电路的1端与输入级电路的第二连接端相连；第二三极管Q2的集电极与输出级电路的2端相连，输出级电路的2端与所述输入级电路的3端相连；第四电阻R4的一端与第二三极管Q2的发射级相连，第四电阻R4的另一端接地。
在一实施例中，第一三极管Q1和第二三极管Q2为相同型号的晶体管，第一三极管Q1和第二三极管Q2的型号可采用SiGe HBT、GaAs HBT和InP HBT中的一种。
本发明的工作原理如下：
第一三极管Q1和第二三极管Q2组成放大单元，第一电阻R1和第二电阻R2对电源进行分压，从而为第一三极管Q1提供直流偏置。第一三极管Q1的静态工作点由第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3决定，第二三极管Q2的静态工作点由第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4决定。放大单元的增益由第三电阻R3和第四电阻R4构成的负反馈网络决定。由于本发明采用电阻网络和负反馈电阻进行阻抗匹配，可获得良好的宽带输入输出匹配特性。放大电路由多个相同的放大单元并联而成，每个放大单元包含多个由第二三极管Q2和第四电阻R4组成的输出级电路，有利于提高放大器的三阶交调点参数。此外，在输出偏置网络中，加入一个串联输出第一电感LOUT，进一步提高放大器的三阶交调点参数。
如图8所示，在95mA电源电流条件下，输出1dB压缩点参数可达到21dBm、输出三阶交调点参数可达到41dBm，将中功率射频放大器的三阶交调参数提升至比1dB压缩点参数高20dB。
综上所述，本发明一种基于HBT工艺的高三阶交调点中功率射频放大电路，采用多路对称放大单元架构，在放大单元中将多个输出放大级并联，并在输出端加入电感LOUT，能够有效提升射频放大器的三阶交调点参数；此外，本发明采用电阻网络和负反馈电阻进行阻抗匹配，可获得良好的宽带输入输出匹配特性；本发明在95mA电源电流条件下，输出1dB压缩点参数可达到21dBm、输出三阶交调点参数可达到41dBm，将中功率射频放大器的三阶交调参数提升至比1dB压缩点参数高20dB。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种基于HBT工艺的高三阶交调点中功率射频放大电路，其特征在于，包括：
放大电路，用于对输入的射频信号进行多级放大；
输入偏置网络，用于为所述放大电路提供直流偏置；
输出偏置网络，用于为所述放大电路提供电源，并将电源干扰信号与所述放大电路的输出信号进行隔离，同时为所述放大电路的输出信号提供输出阻抗匹配；
所述输入偏置网络与所述放大电路并联，所述放大电路的输入端接入射频信号，输出端与所述输出偏置网络的输入端连接；所述输出偏置网络的电源连接端与电源连接，所述输出偏置网络的输出端输出经过匹配放大的射频信号。
2.根据权利要求1所述的基于HBT工艺的高三阶交调点中功率射频放大电路，其特征在于，所述输入偏置网络包括：第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的一端与所述第二电阻的一端连接，且所述第一电阻与所述第二电阻的连接端作为所述输入偏置网络的输入端与所述放大电路的输入端连接；所述第一电阻的另一端作为所述输入偏置网络的输出端与所述放大电路的输出端连接；所述第二电阻的另一端接地。
3.根据权利要求1所述的基于HBT工艺的高三阶交调点中功率射频放大电路，其特征在于，所述输出偏置网络包括：第一电感和第二电感，所述第一电感的一端与所述第二电感的一端连接，且所述第一电感与所述第二电感的连接端作为所述输出偏置网络的输出端；所述第一电感的另一端作为所述输出偏置网络的输入端与所述放大电路的输出端连接；所述第二电感的另一端作为所述输出偏置网络的电源连接端。
4.根据权利要求1所述的基于HBT工艺的高三阶交调点中功率射频放大电路，其特征在于，所述放大电路包括多个放大单元，各所述放大单元的输入端相连接作为所述放大电路的输入端，各所述放大单元的输出端相连接作为所述放大电路的输出端。
5.根据权利要求4所述的基于HBT工艺的高三阶交调点中功率射频放大电路，其特征在于，所述放大单元包括输入级电路和多个输出级电路；所述输入级电路包括第一连接端、第二连接端和第三连接端；所述第一连接端作为所述放大单元的输入端；所述第二连接端分别与各输出级电路的输入端连接；所述第三连接端分别与各输出级电路的输出端连接，作为所述放大单元的输出端。
6.根据权利要求5所述的基于HBT工艺的高三阶交调点中功率射频放大电路，其特征在于，所述输入级电路包括：第一三极管和第三电阻，所述第一三极管的基极作为所述输入级电路的第一连接端；所述第一三极管的集电极所为所述输入级电路的第三连接端；所述第一三极管的发射极与所述第三电阻的一端连接作为所述输入级电路的第二连接端；所述第三电阻的另一端接地。
7.根据权利要求5所述的基于HBT工艺的高三阶交调点中功率射频放大电路，其特征在于，所述输出级电路包括：第二三极管和第四电阻；所述第二三极管基极作为所述输出级电路输入端与所述输入级电路的第二连接端连接；所述第二三极管的集电极作为所述输出级电路的输出端与所述输入级电路的第三连接端连接；所述第二三极管的发射极与所述第四电阻的一端连接，所述第四电阻的另一端接地。
8.根据权利要求4所述的基于HBT工艺的高三阶交调点中功率射频放大电路，其特征在于，所述放大电路包括两个相同的放大单元，两个所述放大单元的输入端相互连接作为所述放大单元的输入端，输出端相互连接作为所述放大单元的输出端。
9.根据权利要求5所述的基于HBT工艺的高三阶交调点中功率射频放大电路，其特征在于，所述放大单元包括九个相同结构的输出级电路。
10.根据权利要求6或7所述的基于HBT工艺的高三阶交调点中功率射频放大电路，其特征在于，三极管采用相同型号三极管，包括：Si-BJT、SiGe-HBT、GaAs-HBT或InP-HBT。
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