CN113659942A - 阻抗调谐保护电路以及包括其的射频功率放大器 - Google Patents

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龙海波
王虹
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李孟
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Abstract

本发明提供了一种用于射频功率放大器的阻抗调谐保护电路，包括：阻抗调谐电路，和保护电路，其中，所述保护电路包括N个串联的正向二极管和N个串联的反向二极管，所述N个串联的正向二极管和所述N个串联的反向二极管并联连接，其中，所述阻抗调谐电路与保护电路并联连接，其中，所述阻抗调谐保护电路被配置在射频功率放大器中的输入匹配网络和驱动级放大器电路之间的节点、驱动级放大器电路和级间匹配网络之间的节点、级间匹配网络和功率级放大器电路之间的节点以及功率级放大器电路和输出匹配网络之间的节点中的一个或者多个处，以及其中，N是大于等于1的自然数。

Description

阻抗调谐保护电路以及包括其的射频功率放大器
技术领域
本发明涉及射频功率放大器，并且具体地，涉及包括基于阻抗调谐的保护电路的射频功率放大器。
背景技术
射频功率放大器芯片(Power Amplifier，PA)是手机智能终端中重要的元件，其主要功能是将数据信号加载到特定载波频点，然后将信号放大到一定的功率，满足远端的基站的接收要求，已保持数据传输的稳定。
在现有2G/3G/4G/5G网络通讯中,射频功率放大器是实现无线传输的重要组成部分。随着移动通信网络的升级,及未来的6G组网中，射频功率放大器的功率逐渐提升，额外超出的功率则会导致功率放大器烧坏。所以，在射频功率放大器电路结构中，加入保护电路则尤为重要。
在实际应用环境中，例如链路的校准阶段，负载失配环境下,无法精准限定每一级的信号功率大小,当信号功率较大时,会将电路中晶体管烧毁。
发明内容
本发明的一方面提供一种在射频功率放大器中加入的阻抗调谐保护电路，通过阻抗调谐实现需要限定的功率值，从而达到实现对电路结构的保护功能。
本发明的一方面提出了一种用于射频功率放大器的阻抗调谐保护电路，包括：阻抗调谐电路，和保护电路，其中，所述保护电路包括N个串联的正向二极管和N个串联的反向二极管，所述N个串联的正向二极管和所述N个串联的反向二极管并联连接，其中，所述阻抗调谐电路与保护电路并联连接，其中，所述阻抗调谐保护电路被配置在射频功率放大器中的输入匹配网络和驱动级放大器电路之间的节点、驱动级放大器电路和级间匹配网络之间的节点、级间匹配网络和功率级放大器电路之间的节点以及功率级放大器电路和输出匹配网络之间的节点中的一个或者多个处，以及其中，N是大于等于1的自然数。
本发明的一方面提出了一种用于射频功率放大器的阻抗调谐保护电路，其中，根据最大正向电压和正向二极管的正向导通电压来确定N的数值。
本发明的一方面提出了一种用于射频功率放大器的阻抗调谐保护电路，其中，所述阻抗调谐电路包括由并联的电感器和电容器组成的LC谐振网络。
本发明的一方面提出了一种用于射频功率放大器的阻抗调谐保护电路，其中，所述阻抗调谐电路包括由电感器组成的阻抗调谐结构。
本发明的一方面提出了一种用于射频功率放大器的阻抗调谐保护电路，其中，所述阻抗调谐电路包括由电容器组成的阻抗调谐结构。
本发明的一方面提出了一种用于射频功率放大器的阻抗调谐保护电路，其中，所述阻抗调谐电路包括由串联的电容器和电感器组成的阻抗调谐结构。
本发明的一方面提出了一种包括上述任何一个所述的阻抗调谐保护电路的射频功率放大器，包括：输入匹配网络，其被配置为接收射频信号，并且将信号提供给驱动级电路；驱动级电路，其包括驱动级偏置电路、驱动级放大器电路；级间匹配网络，其被配置在所述驱动级电路和功率级电路之间；功率级电路，其包括功率级偏置电路、功率级放大器电路；输出匹配网络，其被配置为输出放大的射频信号；以及阻抗调谐保护电路，其被配置在射频功率放大器中的输入匹配网络和驱动级放大器电路之间的节点、驱动级放大器电路和级间匹配网络之间的节点、级间匹配网络和功率级放大器电路之间的节点以及功率级放大器电路和输出匹配网络之间的节点中的一个或者多个处。
附图说明
图1是示出了根据本发明实施例的包括阻抗调谐保护电路的射频功率放大器的示意图；
图2是示出了根据本发明实施例的阻抗调谐保护电路的示意图；
图3是示出了根据本发明实施例的阻抗调谐保护电路的电路图；
图4是示出了根据本发明实施例的包括阻抗调谐保护电路的射频功率放大器的电路图；
图5是示出了根据本发明实施例的阻抗调谐保护电路的工作原理的示意图；
图6是示出了根据本发明实施例的阻抗调谐保护电路的电路图；
图7是示出了根据本发明实施例的阻抗调谐保护电路的电路图；以及
图8是示出了根据本发明实施例的阻抗调谐保护电路的电路图。
具体实施方式
在进行下面的详细描述之前，阐述贯穿本专利文件使用的某些单词和短语的定义可能是有利的。术语“耦接”“连接”及其派生词指两个或多个元件之间的任何直接或间接通信或者连接，而无论那些元件是否彼此物理接触。术语“传输”、“接收”和“通信”及其派生词涵盖直接和间接通信。术语“包括”和“包含”及其派生词是指包括但不限于。术语“或”是包含性的，意思是和/或。短语“与……相关联”及其派生词是指包括、包括在……内、互连、包含、包含在……内、连接或与……连接、耦接或与……耦接、与……通信、配合、交织、并列、接近、绑定或与……绑定、具有、具有属性、具有关系或与……有关系等。术语“控制器”是指控制至少一个操作的任何设备、系统或其一部分。这种控制器可以用硬件、或者硬件和软件和/或固件的组合来实施。与任何特定控制器相关联的功能可以是集中式的或分布式的，无论是本地的还是远程的。短语“至少一个”，当与项目列表一起使用时，意指可以使用所列项目中的一个或多个的不同组合，并且可能只需要列表中的一个项目。例如，“A、B、C中的至少一个”包括以下组合中的任意一个：A、B、C、A和B、A和C、B和C、A和B和C。
贯穿本专利文件提供了其他特定单词和短语的定义。本领域普通技术人员应该理解，在许多情况下，即使不是大多数情况下，这种定义也适用于这样定义的单词和短语的先前和将来使用。
在本专利文件中，模块的应用组合以及子模块的划分层级仅用于说明，在不脱离本公开的范围内，模块的应用组合以及子模块的划分层级可以具有不同的方式。
图1是示出了根据本发明实施例的包括阻抗调谐保护电路的射频功率放大器的示意图。
参考图1，以两级功率放大器为例。在射频功率放大器工作模式下，输入信号RF进入输入匹配网络，通过阻抗调谐保护电路A1，对驱动级的基极或者栅极进行限定功率保护；信号RF2进入级间匹配网络之前，通过阻抗调谐保护电路B1，对驱动级的集电极或者漏极进行限定功率保护；信号RF2进入级间匹配网络之后，通过阻抗调谐保护电路A2，对功率级的基极或者栅极进行限定功率保护；信号RF3进入输出匹配网络之前，通过阻抗调谐保护电路B2，对功率级的集电极或者漏极进行限定功率保护。本领域技术人员应该理解，本发明的概念同样可以应用到多级功率放大器，其并没有超出本发明的范围。
例如,功率级放大器的输出最大承受功率为30dBm,当RF3信号超过30dBm时,功率级就有可能会损坏,导致功率放大器失效。加入阻抗调谐保护电路B2，超过的功率会通过保护电路泄掉，从而起到对功率级的保护作用。
当RF2信号较大时,RF2信号作为功率级放大器的输入,也会导致功率级放大器电路烧毁。因为功率级放大器的基级或者栅极较为薄弱,更易烧毁。加入阻抗调谐保护电路A2，超过的功率会通过保护电路泄掉，从而起到对功率级的保护作用。
基于相同的理由,当RF1信号和RF2信号较大时,也可以将驱动级放大器电路烧毁。加入阻抗调谐保护电路A1和阻抗调谐保护电路B1，起到对驱动级放大器电路的保护作用。
根据本发明的实施例，通过在各个节点的一个或者多个中加入阻抗调谐保护电路,当RF信号的功率超过晶体管的承受时,保护电路起到限定措施,超额的功率通过保护电路泄掉,从而起到保护作用。此外，各个节点需要限定的功率，也可以通过阻抗调谐保护电路进行配置。
图2是示出了根据本发明实施例的阻抗调谐保护电路的示意图。
参考图2，阻抗调谐保护电路主要由两部组成，即，阻抗调谐电路A和保护电路B。通过阻抗调谐电路A对该电路的负载阻抗进行调谐，设置需要限定的功率，当功率超过限定值以后，保护电路B开始工作，限制超额功率。
图3是示出了根据本发明实施例的阻抗调谐保护电路的电路图。
参考图3，阻抗调谐保护电路主要由阻抗调谐电路A1和保护电路B组成。阻抗调谐电路A1包括并联的电感L和电容C组成的LC谐振网络，其对电路的负载阻抗进行调谐。虽然在图3中示出的是一个电感L和一个电容C形成的电路，然而本领域技术人员应该清楚，也可以由多个电感L和多个电容C来形成谐振网络，或者通过多组LC谐振器并联来形成LC谐振网络，其并没有超出本发明的保护范围。
保护电路B包括两个正向二极管(D1/D2)和两个反向二极管(D3/D4)组成的并联结构，以对电路进行功率保护。本领域技术人员应该清楚，正向和反向二极管的数量并不限于两个，其也可以为N个，其中N为大于等于1的自然数。
参考图3，阻抗调谐电路A1和保护电路B级联，具体地，阻抗调谐电路A1和保护电路B并联连接，其一端连接到信号线，并且其另一端接地。
图4是示出了根据本发明实施例的包括阻抗调谐保护电路的射频功率放大器的电路图。
参考图4，作为示例，阻抗调谐保护电路被配置在处于驱动级放大器电路之前的节点处。本领域的技术人员应该理解，阻抗调谐保护电路也可以被配置在级间匹配网络之前或者之后，以及功率级放大器电路之后，其并没有超出本发明的范围。
射频信号RF经过输入匹配网络进入驱动级放大器电路，通过阻抗调谐电路A1，调整LC网络的谐振阻抗R，从而调整设置需要限定的功率值Wlimit。负载功率和电压的平方成正比，和负载阻抗成反比，如公式1所示。
Figure BDA0003249066610000051
其中，R是LC网络的谐振阻抗R，并且Vdiode是整个二极管串上的电压。
图5是示出了根据本发明实施例的阻抗调谐保护电路的工作原理的示意图。
参考图5，保护电路的两个正向二极管，当电压浮动超过+Vdiode时，则正向导通，即，最大正向电压为+Vdiode。保护电路的两个反向二极管，当电压浮动超过-Vdiode时，则反向导通，即，最大反向电压为-Vdiode。按照上述Wlimit公式，最大电压的平方，由2个二极管串上的导通电压Vdiode决定，而Vdiode与输入射频信号的大小无关，只与二极管串本身设计有关，通过保护电路的最大正向电压和正向二极管的正向导通可以确定二极管的个数N，或者通过保护电路的最大负向电压和负向二极管的负向导通可以确定二极管的个数N。此时增大或者减小谐振阻抗R，即可以实现对需要限制的功率Wlimit进行调整。
根据本发明的实施例，通过阻抗调谐保护电路，实现了对输入功率的限制，起到了对驱动级放大器电路的保护作用。
图6是示出了根据本发明实施例的阻抗调谐保护电路的电路图。
参考图6，阻抗调谐电路A2由一个电感器组成，以对电路的负载阻抗进行调谐。本领域技术人员应该理解，也可以通过多个电感器L来形成阻抗调谐电路A2，其并没有超出本发明的范围。
保护电路B包括两个正向二极管(D1/D2)和两个反向二极管(D3/D4)组成的并联结构，以对电路进行功率保护。本领域技术人员应该清楚，正向和反向二极管的数量并不限于两个，其也可以为一个或者更多个。
参考图6，阻抗调谐电路A2和保护电路B级联，具体地，阻抗调谐电路A2和保护电路B并联连接，其一端连接到信号线，并且其另一端接地。
通过阻抗调谐保护电路，实现了对电路中节点的功率的限制，起到了对射频功率放大器的保护作用。
图7是示出了根据本发明实施例的阻抗调谐保护电路的电路图。
参考图7，阻抗调谐电路A3由一个电容器C组成，对对电路的负载阻抗进行调谐。本领域技术人员应该理解，也可以通过多个电容器C来形成阻抗调谐电路A3，其并没有超出本发明的范围。
保护电路B包括两个正向二极管(D1/D2)和两个反向二极管(D3/D4)组成的并联结构，以对电路进行功率保护。本领域技术人员应该清楚，正向和反向二极管的数量并不限于两个，其也可以为一个或者更多个。
参考图7，阻抗调谐电路A3和保护电路B级联，具体地，阻抗调谐电路A3和保护电路B并联连接，其一端连接到信号线，并且其另一端接地。
通过阻抗调谐保护电路，实现了对电路中节点的功率的限制，起到了对射频功率放大器的保护作用。
图8是示出了根据本发明实施例的阻抗调谐保护电路的电路图。
参考图8，阻抗调谐电路A4由一个电容器C和一个电感器L的串联结构组成，对对电路的负载阻抗进行调谐。本领域技术人员应该理解，也可以通过多个电容器C和多个电感器L来形成阻抗调谐电路A3，其并没有超出本发明的范围。此外，电容器C和电感器L的串联位置也可以相互交换。
保护电路B包括两个正向二极管(D1/D2)和两个反向二极管(D3/D4)组成的并联结构，以对电路进行功率保护。本领域技术人员应该清楚，正向和反向二极管的数量并不限于两个，其也可以为一个或者更多个。
参考图8，阻抗调谐电路A4和保护电路B级联，具体地，阻抗调谐电路A4和保护电路B并联连接，其一端连接到信号线，并且其另一端接地。
通过阻抗调谐保护电路，实现了对电路中节点的功率的限制，起到了对射频功率放大器的保护作用。
尽管已经用示例性实施例描述了本公开，但是可以向本领域技术人员建议各种改变和修改。本公开旨在涵盖落入所附权利要求范围内的这种改变和修改。
本发明中的任何描述都不应被理解为暗示任何特定的元件、步骤或功能是必须包括在权利要求范围内的必要元件。专利主题的范围仅由权利要求限定。

Claims (8)

1.一种用于射频功率放大器的阻抗调谐保护电路，包括：
阻抗调谐电路，和
保护电路，其中，所述保护电路包括N个串联的正向二极管和N个串联的反向二极管，所述N个串联的正向二极管和所述N个串联的反向二极管并联连接，
其中，所述阻抗调谐电路与保护电路并联连接，
其中，所述阻抗调谐保护电路被配置在射频功率放大器中的输入匹配网络和驱动级放大器电路之间的节点、驱动级放大器电路和级间匹配网络之间的节点、级间匹配网络和功率级放大器电路之间的节点以及功率级放大器电路和输出匹配网络之间的节点中的一个或者多个处，以及
其中，N是大于等于1的自然数。
2.根据权利要求1所述的阻抗调谐保护电路，其中，根据最大正向电压和正向二极管的正向导通电压来确定N的数值。
3.根据权利要求1所述的阻抗调谐保护电路，其中，根据最大负向电压和负向二极管的负向导通电压来确定N的数值。
4.根据权利要求1所述的阻抗调谐保护电路，其中，所述阻抗调谐电路包括由并联的电感器和电容器组成的LC谐振网络。
5.根据权利要求1所述的阻抗调谐保护电路，其中，所述阻抗调谐电路包括由电感器组成的阻抗调谐结构。
6.根据权利要求1所述的阻抗调谐保护电路，其中，所述阻抗调谐电路包括由电容器组成的阻抗调谐结构。
7.根据权利要求1所述的阻抗调谐保护电路，其中，所述阻抗调谐电路包括由串联的电容器和电感器组成的阻抗调谐结构。
8.一种包括根据权利要求1-7中任何一个所述的阻抗调谐保护电路的射频功率放大器，包括：
输入匹配网络，其被配置为接收射频信号，并且将信号提供给驱动级电路；
驱动级电路，其包括驱动级偏置电路、驱动级放大器电路；
级间匹配网络，其被配置在所述驱动级电路和功率级电路之间；
功率级电路，其包括功率级偏置电路、功率级放大器电路；
输出匹配网络，其被配置为输出放大的射频信号；以及
阻抗调谐保护电路，其被配置在射频功率放大器中的输入匹配网络和驱动级放大器电路之间的节点、驱动级放大器电路和级间匹配网络之间的节点、级间匹配网络和功率级放大器电路之间的节点以及功率级放大器电路和输出匹配网络之间的节点中的一个或者多个处。
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