CN113708734A - 网络匹配调谐保护电路以及包括其的射频功率放大器 - Google Patents

网络匹配调谐保护电路以及包括其的射频功率放大器 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于射频功率放大器的网络匹配调谐保护电路，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，所述网络匹配调谐保护电路被配置为其一端与所述射频功率放大器的匹配网络的信号传输线连接，并且所述网络匹配调谐保护电路的另一端与接地节点连接，其中，N是大于等于1的自然数。

Description

网络匹配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，涉及包括基于网络匹配调谐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。
随着3G、4G和5G通信的发展，人们对数据传输速率的要求越来越高。要满足不断增长的传输速率的要求，手机终端的射频功率放大器要对新频段，高线性度，高发射功率等方面发起了新的挑战。尤其是射频功率放大器的功率逐渐提升，在其发射链路中，加入保护电路则尤为重要。
在实际应用环境中，发射链路一般都是有多级功率放大器组成，每一级的功率会根据实际情况来调整。如果把保护电路加在芯片内部，则不能灵活调整。所以，根据实际的级间传输功率，在其匹配节点中加入保护电路，则可以更为灵活实用可行。
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网络匹配调谐保护电路，通过匹配结构的阻抗调谐，实现需要限定的功率值，从而达到实现对发射链路整体结构的保护功能。
本发明的一方面提出了一种用于射频功率放大器的网络匹配调谐保护电路，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，所述网络匹配调谐保护电路被配置为其一端与所述射频功率放大器的匹配网络的信号传输线连接，并且所述网络匹配调谐保护电路的另一端与接地节点连接，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网络匹配调谐保护电路，其中，根据射频功率放大器的限定功率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网络匹配调谐保护电路，其中，所述匹配网络包括射频功率放大器的输入匹配网络、级间匹配网络以及输出匹配网络中的至少一个。
本发明的一方面提出了一种用于射频功率放大器的网络匹配调谐保护电路，其中，所述匹配网络包括内部匹配网络A和内部匹配网络B，其中，所述网络匹配调谐保护电路被配置为连接到所述内部匹配网络A的输出端以及所述内部匹配网络B的输入端。
本发明的一方面提出了一种用于射频功率放大器的网络匹配调谐保护电路，其中，所述内部匹配网络A包括高通CL网络，并且其中，所述内部匹配网络B包括低通LC网络。
本发明的一方面提出了一种用于射频功率放大器的网络匹配调谐保护电路，其中，所述内部匹配网络A包括低通CL网络，并且其中，所述内部匹配网络B包括高通LC网络。
本发明的一方面提出了一种用于射频功率放大器的网络匹配调谐保护电路，其中，所述内部匹配网络A包括高通CL网络，并且其中，所述内部匹配网络B包括一个电容和一个电感的串联结构，所述内部匹配网络B的一端连接到所述匹配网络的输出端，并且其另一端与接地节点连接。
本发明的一方面提出了一种用于射频功率放大器的网络匹配调谐保护电路，其中，所述内部匹配网络A包括低通CL网络，并且其中，所述内部匹配网络B包括一个电容和一个电感的串联结构，所述内部匹配网络B的一端连接到所述匹配网络的输出端，并且其另一端与接地节点连接。
本发明的一方面提出了一种用于射频功率放大器的网络匹配调谐保护电路，其中，通过所述内部匹配网络A和内部匹配网络B的阻抗来调整射频功率放大器需要的限定功率。
本发明的一方面提出了一种包括网络匹配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；以及网络匹配调谐保护电路，其被配置为连接在输入匹配网络、级间匹配网络或者输出匹配网络中的至少一个的信号传输线和接地节点之间。
附图说明
图1是示出了根据本发明实施例的包括网络匹配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包括网络匹配调谐保护电路的匹配网络的示意图；
图3是示出了根据本发明实施例的包括网络匹配调谐保护电路的匹配网络的电路图；
图4是示出了根据本发明实施例的包括网络匹配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网络匹配调谐保护电路的工作电压摆幅的示意图；
图6是示出了根据本发明实施例的网络匹配调谐保护电路的阻抗示意图；
图7是示出了根据本发明实施例的包括网络匹配调谐保护电路的匹配网络的电路图；以及
图8是示出了根据本发明实施例的包括网络匹配调谐保护电路的匹配网络的电路图。
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。
在常规的射频功率放大器工作模式下，功率级(驱动级)可承受的最大功率值,与其供电电压/偏置电路/调制信号等均有很大关系。一般功率级(驱动级)芯片内部的保护电路，对超额功率的保护值较为固定。若对其供电电压/偏置电路等进行调整时，其内部保护电路则不能起到作用。
当其发射链路进行功率校准，或者遇到负载阻抗失配较为严重时，芯片内部的保护电路起不到作用，则会导致芯片烧毁。所以，在其匹配网络间加入保护电路，则显得尤为重要。
图1是示出了根据本发明实施例的包括网络匹配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。射频输入信号进入输入匹配网络，通过输入网络匹配调谐保护电路D1，限制进入驱动级放大器的最大功率；射频信号进入级间匹配网络时，通过级间匹配网络调谐保护电路D2，限制进入功率级放大器的最大功率；当射频信号进入输出网络匹配网络时，通过输出匹配网络调谐保护电路D3，限制输出到负载的最大功率，从而实现对整个发射链路的功率保护。本领域技术人员应该理解，虽然在图1中示出了两级的射频功率放大器，但是本发明的原理同样可以应用于多级功率放大器，在放大器电路的前后匹配网络中加入保护电路,限制各个匹配网络中可以通过的最大功率值。
假如，驱动级放大器可以承受最大功率为20dBm,当功率过大时，驱动级放大器可能会损坏,导致整个发射链路失效。根据本发明的实施例的网络匹配调谐保护电路在输入匹配网络中限制通过射频信号RF1信号的功率值，超过的功率会通过保护电路泄掉，从而起到对驱动级放大器的保护作用。
根据本发明的实施例，在射频功率放大器电路的前端匹配网络中加入保护电路，限制信号可以通过的功率值，其功率值可以在匹配网络中调整，从而避免过大的功率传导将电路的驱动级或者功率级烧毁。
本领域技术人员应该理解，可以对射频功率放大器中的其他级(例如，功率级放大器)应用本发明的原理，以对电路提供保护作用。
图2是示出了根据本发明实施例的包括网络匹配调谐保护电路的匹配网络的示意图。
参考图2，这里以输入网络匹配调谐保护电路为例。包括保护电路的输入匹配网络包括：内部匹配网络A、保护电路和内部匹配网络B。参考图2，保护电路处于内部匹配网络A和内部匹配网络B之间的位置。本领域技术人员应该理解，根据本发明实施例的保护电路同样也可以处于内部匹配网络A前面或者内部匹配网络B后面，其并没有超出本发明的范围。
图3是示出了根据本发明实施例的包括网络匹配调谐保护电路的匹配网络的电路图。
参考图3，包括保护电路的输入匹配网络包括主要由三部分(内部匹配网络A、保护电路和内部匹配网络B)组成。参考图3，射频RF信号由RF-in输入,由Rf-out输出，其中，从RF-in到RF-out的线路为信号传输线。保护电路处于内部匹配网络A和内部匹配网络B之间的位置。本领域技术人员应该理解，根据本发明实施例的保护电路同样也可以处于内部匹配网络A前面或者内部匹配网络B后面，其并没有超出本发明的范围。
内部匹配网络A由一个串联电容和一个并联电感组成的高通CL网络。内部匹配网络B由一个串联电感和一个并联电容组成的低通LC网络。内部匹配网络A和内部匹配网络B的位置可以互换。内部匹配网络A可以由多个相同的结构组成，内部匹配网络B也可以由多个相同的结构组成，其并没有超出本发明的范围。
保护电路由正向N个二极管(D11～D1N)和反向N个二极管(D21～D2N)两者的并联结构组成。保护电路被配置为与内部匹配网络A和内部匹配网络B级联。根据本发明的实施例，保护电路被配置为连接在匹配网络的信号传输线和接地节点之间。参考图3，保护电路的一端连接在内部匹配网络A的信号输出端和内部匹配网络B的信号输入端，并且保护电路的另一端接地。本领域技术人员应该理解，上述示例仅仅用于说明本发明，可以对上述结构进行各种变化和修改，以使得保护电路的一端与从RF-in到RF-out的信号传输线连接，其另一端与接地节点连接。
图4是示出了根据本发明实施例的包括网络匹配调谐保护电路的射频功率放大器的电路图。
参考图4，网络匹配调谐保护电路被配置在处于驱动级之前的匹配网络中，本领域的技术人员应该理解，网络匹配调谐保护电路也可以被配置在级间匹配网络和输出匹配网络中，其并没有超出本发明的范围。
当射频信号RF1功率较小时，不会对驱动级或者功率级有损伤，此时保护电路不起作用。当射频信号RF1功率的功率较大并且接近需要的限定值时，此时的保护电路开启。
保护电路对功率的限定方式有两种。
第一种方式为通过正向和反向的二极管数量N来决定限定的功率。
图5是示出了根据本发明实施例的网络匹配调谐保护电路的工作电压摆幅的示意图。
参考图5，+Vdiode_N代表N个二极管串联之后的正向导通电压，-Vdiode_N代表N个二极管串联之后的反向导通电压。当保护电路的前后匹配网络C1、L1和L2、C2已固定的情况时，需要限定的功率值由保护电路中最大的正向导通电压和最小的反向导通电压来决定。此时需要限定的功率只与二极管的数量N有关，增大N，即可增大需要限定的功率，减小N，即可减小需要限定的功率。通过调整N的数量，即可实现对需要限定的功率实施调整。
第二种方式是通过调整保护电路前后的匹配网络C1、L1和L2、C2，来限制功率RF1。
图6是示出了根据本发明实施例的网络匹配调谐保护电路的阻抗示意图。
参考图6，内部匹配网络B节点的输入阻抗Zin_B，由L2、C2和驱动级阻抗Zin_驱动级来决定；内部匹配网络A节点的输入阻抗Zin_A，由C1、L1和L2、C2及驱动级阻抗Zin_驱动级来共同决定。通过调整C1、L1和L2、C2的值，可以实现对保护电路上的阻抗变换。阻抗值和功率成反比，增大阻抗，降低功率；减小阻抗，增加功率。因此，通过在内部匹配A和内部匹配B上的阻抗变换，也实现了对限制功率的调整作用，起到了对驱动级的保护作用。
图7是示出了根据本发明实施例的包括网络匹配调谐保护电路的匹配网络的电路图。
参考图7，包括保护电路的匹配网络包括主要由三部分(内部匹配网络A、保护电路和内部匹配网络B)组成。参考图7，射频RF信号由RF-in输入,由Rf-out输出，其中，从RF-in到RF-out的线路为信号传输线。内部匹配网络A由一个串联电容和一个并联电感组成的高通CL网络。内部匹配网络B由一个电容和一个电感串联结构组成。内部匹配网络A和内部匹配网络B的位置可以互换。内部匹配网络A可以由多个相同的结构组成，内部匹配网络B也可以由多个相同的结构组成，其均没有脱离本发明的范围。
保护电路由正向N个二极管(D11～D1N)和反向N个二极管(D21～D2N)两者的并联结构组成。保护电路被配置为与内部匹配网络A和内部匹配网络B级联。根据本发明的实施例，保护电路被配置为连接在匹配网络的信号传输线和接地节点之间。参考图7，保护电路的一端连接在内部匹配网络A的信号输出端和内部匹配网络B的信号输入端，并且保护电路的另一端接地。
通过在匹配网络中加入保护电路，实现了对该匹配网络中的传导功率限制，从而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包括网络匹配调谐保护电路的匹配网络的电路图。
参考图8，包括保护电路的匹配网络包括主要由三部分(内部匹配网络A、保护电路和内部匹配网络B)组成。参考图8，射频RF信号由RF-in输入,由Rf-out输出，其中，从RF-in到RF-out的线路为信号传输线。内部匹配网络A由一个串联电感和一个并联电容组成的低通LC网络。内部匹配网络B由一个电容和一个电感串联结构组成。内部匹配网络A和内部匹配网络B的位置可以互换。内部匹配网络A可以由多个相同的结构组成，内部匹配网络B也可以由多个相同的结构组成，其均没有脱离本发明的范围。
保护电路由正向N个二极管(D11～D1N)和反向N个二极管(D21～D2N)两者的并联结构组成，保护电路被配置为与内部匹配网络A和内部匹配网络B级联。根据本发明的实施例，保护电路被配置为连接在匹配网络的信号传输线和接地节点之间。参考图8，保护电路的一端连接在内部匹配网络A的信号输出端和内部匹配网络B的信号输入端，并且保护电路的另一端接地。
通过在匹配网络中加入保护电路，实现了对该匹配网络中的传导功率限制，从而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 (10)

1.一种用于射频功率放大器的网络匹配调谐保护电路，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，所述网络匹配调谐保护电路被配置为其一端与所述射频功率放大器的匹配网络的信号传输线连接，并且所述网络匹配调谐保护电路的另一端与接地节点连接，
其中，N是大于等于1的自然数。
2.根据权利要求1所述的网络匹配调谐保护电路，其中，根据射频功率放大器的限定功率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所述的网络匹配调谐保护电路，其中，所述匹配网络包括射频功率放大器的输入匹配网络、级间匹配网络以及输出匹配网络中的至少一个。
4.根据权利要求1所述的网络匹配调谐保护电路，其中，所述匹配网络包括内部匹配网络A和内部匹配网络B，
其中，所述网络匹配调谐保护电路被配置为连接到所述内部匹配网络A的输出端以及所述内部匹配网络B的输入端。
5.根据权利要求4所述的网络匹配调谐保护电路，其中，所述内部匹配网络A包括高通CL网络，并且其中，所述内部匹配网络B包括低通LC网络。
6.根据权利要求4所述的网络匹配调谐保护电路，其中，所述内部匹配网络A包括低通CL网络，并且其中，所述内部匹配网络B包括高通LC网络。
7.根据权利要求4所述的网络匹配调谐保护电路，其中，所述内部匹配网络A包括高通CL网络，并且
其中，所述内部匹配网络B包括一个电容和一个电感的串联结构，所述内部匹配网络B的一端连接到所述匹配网络的输出端，并且其另一端与接地节点连接。
8.根据权利要求4所述的网络匹配调谐保护电路，其中，所述内部匹配网络A包括低通CL网络，并且
其中，所述内部匹配网络B包括一个电容和一个电感的串联结构，所述内部匹配网络B的一端连接到所述匹配网络的输出端，并且其另一端与接地节点连接。
9.根据权利要求4所述的网络匹配调谐保护电路，其中，通过所述内部匹配网络A和内部匹配网络B的阻抗来调整射频功率放大器需要的限定功率。
10.一种包括根据权利要求1-9中任何一个所述的网络匹配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
网络匹配调谐保护电路，其被配置为连接在输入匹配网络、级间匹配网络或者输出匹配网络中的至少一个的信号传输线和接地节点之间。
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