CN114094953B - 功率放大器和射频芯片 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种功率放大器，包括第三电容、第一晶体管、第一级匹配电路、第二晶体管、第二级匹配电路、第三晶体管、输出匹配电路、跨接于第一晶体管的基极与地之间的第一级串联反馈网络电路以及跨接于第二晶体管的基极与地之间的第二级串联反馈网络电路；第一级串联反馈网络电路用于根据第一控制电压调整第一级串联反馈网络电路的电路等效电容值，以调整第一晶体管的增益；第二级串联反馈网络电路用于根据第二控制电压调整第二级串联反馈网络电路的电路等效电容值，以调整第二晶体管的增益。本发明还提供了一种射频芯片。采用本发明的技术方案，其可线性连续调整功率放大器的增益且抑制工作频段以外的低频和高频效果好。

Description

功率放大器和射频芯片

技术领域

本发明涉及放大器电路领域，尤其涉及一种功率放大器和射频芯片。

背景技术

目前，在无线收发系统中，射频的功率放大器是重要的组成部分之一，功率放大器将信号进行功率放大，获得足够的射频功率以后，信号才能馈送到天线上辐射出去。其中，功率放大器的增益为重要的性能指标。

相关技术的功率放大器包括依次连接的隔直电容、第一晶体管、第一级匹配电路、第二晶体管、第二级匹配电路、第三晶体管以及输出匹配电路。其中，如图1所示的功率放大器为相关技术中常用的一种功率放大器。功率放大器为典型的三级功率放大器。其中，功率放大器包括隔直电容CA3、第一晶体管T1、第一级匹配电路、第二晶体管T2、第二级匹配电路、第三晶体管T3、输出匹配电路、第一级负反馈电路以及第二级负反馈电路。具体的，隔直电容CA3为功率放大器的输入端INPUT的隔直电容。第一级负反馈电路包括依次串联的二极管D1、隔直电容CA1和电阻RA1。第一级负反馈电路设置于电源电压VCC与第一晶体管T1的基极之间。其中，控制电压VC1输入至二极管D1和隔直电容CA1之间，偏置电压VB1则直接连接至第一晶体管T1的基极。第一级负反馈电路形成第一晶体管T1的负反馈电路。第二级负反馈电路包括依次串联的二极管D2、隔直电容CA2和电阻RA2。第二级负反馈电路设置于电源电压VCC与第二晶体管T2的基极之间。其中，控制电压VC2输入至二极管D2和隔直电容CA2之间，偏置电压VB2则直接连接至第二晶体管T2的基极。第二级负反馈电路形成第二晶体管T2的负反馈电路。

然而，相关技术的功率放大器的控制电压VC1给二极管D1低电平，二极管D1导通，第一晶体管T1的集电极和基极形成负反馈。同时控制电压VC2给二极管D2低电平，二极管D2就导通，第一晶体管T1的集电极和基极形成负反馈。二极管D1和二极管D2同时导通，从而改变整个功率放大器的增益。但是这种传统的增益改变方式有一个很明显的缺点，就是增益变化比较跳跃。如图2所示，图2为相关技术的功率放大器的增益频率曲线示意图。其中，W1为控制电压VC1和控制电压VC2同时低电平时的功率放大器的增益频率曲线。W2为控制电压VC1和控制电压VC2同时高电平时的功率放大器的增益频率曲线。可以得出，相关技术的功率放大器的增益只会存在高和低两种方式，对于中间档位的增益是无法调节的。相关技术的功率放大器对其增益进行调节，采用办法就是增加一些反馈控制，但是这些反馈控制对增益的调节都不够线性。无法做到对增益的线性连续调节。如何对功率放大器的增益可以实现连续且动态调整在电路应用上具有重要的作用。

因此，实有必要提供一种新的功率放大器和芯片解决上述问题。

发明内容

针对以上现有技术的不足，本发明提出一种其可线性连续调整功率放大器的增益且抑制工作频段以外的低频和高频效果好的功率放大器和射频芯片。

为了解决上述技术问题，第一方面，本发明的实施例提供了一种功率放大器，其包括依次连接的第三电容、第一晶体管、第一级匹配电路、第二晶体管、第二级匹配电路、第三晶体管以及输出匹配电路，

所述第三电容的正极端作为所述功率放大器的信号输入端；

所述第三电容的负极端连接至所述第一晶体管的基极，且所述第一晶体管的基极还用于连接至第一偏置电压；

所述第一晶体管的集电极分别连接至电源电压和所述第一级匹配电路的输入端，所述第一晶体管的发射极连接至接地；

所述第一级匹配电路的输出端连接至所述第二晶体管的基极，且所述第二晶体管的基极还用于连接至第二偏置电压；

所述第二晶体管的集电极分别连接至电源电压和所述第二级匹配电路的输入端，所述第二晶体管的发射极连接至接地；

所述第二级匹配电路的输出端连接至所述第三晶体管的基极，且所述第三晶体管的基极还用于连接至第三偏置电压；

所述第三晶体管的集电极分别连接至电源电压和所述输出匹配电路的输入端，所述第三晶体管的发射极连接至接地；

所述输出匹配电路的输出端作为所述功率放大器的信号输出端；

所述功率放大器还包括跨接于所述第一晶体管的基极与地之间的第一级串联反馈网络电路和跨接于所述第二晶体管的基极与地之间的第二级串联反馈网络电路；

所述第一级串联反馈网络电路用于根据外部输入的第一控制电压调整所述第一级串联反馈网络电路的电路等效电容值，以作为所述第一晶体管的基极反馈电容调整所述第一晶体管的增益；所述第二级串联反馈网络电路用于根据外部输入的第二控制电压调整所述第二级串联反馈网络电路的电路等效电容值，以作为所述第二晶体管的基极反馈电容调整所述第二晶体管的增益。

优选的，所述第一控制电压与所述第一级串联反馈网络电路的电路等效电容值呈反比例关系。

优选的，所述第一级串联反馈网络电路包括第一电容和第一变容二极管；所述第一电容的正极端连接至所述第一变容二极管的输出端，且所述第一电容的正极端还用于连接至所述第一控制电压；所述第一变容二极管的输出端连接至接地；所述第一电容的负极端连接至所述第一晶体管的基极。

优选的，所述第二控制电压与所述第二级串联反馈网络电路的电路等效电容值呈反比例关系。

优选的，所述第二级串联反馈网络电路包括第二电容和第二变容二极管；所述第二电容的正极端连接至所述第二变容二极管的输出端，且所述第二电容的正极端还用于连接至所述第二控制电压；所述第二变容二极管的输出端连接至接地；所述第二电容的负极端作为所述功率放大器的第二偏置电压输入端，且所述第二电容的负极端连接至所述第二晶体管的基极。

优选的，所述功率放大器还包括第一电感、第二电感、第三电感、第一电阻、第二电阻以及第三电阻；

所述第一晶体管的发射极通过串联所述第一电感和所述第一电阻后连接至接地；

所述第二晶体管的发射极通过串联所述第二电感和所述第二电阻后连接至接地；

所述第三晶体管的发射极通过串联所述第三电感和所述第三电阻后连接至接地。

优选的，所述第一晶体管、所述第二晶体管以及所述第三晶体管均为BJT晶体管。

优选的，所述第一电容和所述第二电容均为参数可调电容。

优选的，所述第一变容二极管和所述第二变容二极管均为参数可调变容二极管。

第二方面，本发明的实施例还提供了一种射频芯片，所述射频芯片包括如上中任意一项所述的功率放大器。

与相关技术相比，本发明的功率放大器和射频芯片通过在第一晶体管的基极和第二晶体管的基极分布设置第一级串联反馈网络电路和第二级串联反馈网络电路。并通过所述第一级串联反馈网络电路根据外部输入的第一控制电压调整所述第一级串联反馈网络电路的电路等效电容值，从而实现作为所述第一晶体管的基极反馈电容调整所述第一晶体管的增益。并通过所述第二级串联反馈网络电路根据外部输入的第二控制电压调整所述第二级串联反馈网络电路的电路等效电容值，从而实现所述第二晶体管的基极反馈电容调整所述第二晶体管的增益。该电路结构通过第一控制电压和第二控制电压实现可线性连续调整功率放大器的增益。更优的，所述第一级串联反馈网络和所述第二级串联反馈网络电路通过均设置变容二极管，利用变容二极管的电容随第一控制电压和第二控制电压变化的特性，从而实现反馈可线性连续调整。另外，所述第一级串联反馈网络和所述第二级串联反馈网络电路在电路上形成带通匹配结构。该结构实质上是一种带通滤波器，对于工作频段以外低频和高频部分都有一定的抑制效果，因此，采用本发明的功率放大器和芯片抑制工作频段以外的低频和高频效果好。

附图说明

下面结合附图详细说明本发明。通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的上述或其他方面的内容将变得更清楚和更容易理解。附图中,

图1为相关技术的功率放大器的电路结构图；

图2为相关技术的功率放大器的增益频率曲线示意图；

图3为本发明实施例的功率放大器的电路结构图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。

在此记载的具体实施方式/实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案，都在本发明的保护范围之内。

本发明提供一种功率放大器100。请同时参考图3所示，图3为本发明实施例的功率放大器的电路结构图。

所述功率放大器100包括第三电容C3、第一晶体管Q1、第一级匹配电路M1、第二晶体管Q2、第二级匹配电路M2、第三晶体管Q3、输出匹配电路M3、第一级串联反馈网络电路1以及第二级串联反馈网络电路2。

从外部信号经过所述功率放大器100的方向，第三电容C3、第一晶体管Q1、第一级匹配电路M1、第二晶体管Q2、第二级匹配电路M2、第三晶体管Q3以及输出匹配电路M3依次连接。

本实施方式中，所述第一晶体管Q1、所述第二晶体管Q2以及所述第三晶体管Q3均为BJT晶体管。

具体的，所述功率放大器100的电路连接关系为：

所述第三电容C3的正极端作为所述功率放大器100的信号输入端INPUT。

所述第三电容C3的负极端连接至所述第一晶体管Q1的基极。

所述第一晶体管Q1的基极还用于连接至第一偏置电压VB1。

所述第一晶体管Q1的集电极分别连接至电源电压VCC和所述第一级匹配电路M1的输入端，所述第一晶体管Q1的发射极连接至接地GND。

所述第一级匹配电路M1的输出端连接至所述第二晶体管Q2的基极。

所述第二晶体管Q2的基极还用于连接至第二偏置电压VB2。

所述第二晶体管Q2的集电极分别连接至电源电压VCC和所述第二级匹配电路M2的输入端，所述第二晶体管Q2的发射极连接至接地GND。

所述第二级匹配电路M2的输出端连接至所述第三晶体管Q3的基极。

所述第三晶体管的基极还用于连接至第三偏置电压VB3。

所述第三晶体管Q3的集电极分别连接至电源电压VCC和所述输出匹配电路M3的输入端，所述第三晶体管Q3的发射极连接至接地GND。

所述输出匹配电路M3的输出端作为所述功率放大器100的信号输出端OUTPUT。

第一级串联反馈网络电路1跨接于所述第一晶体管Q1的基极与地GND之间。

第二级串联反馈网络电路2跨接于所述第二晶体管Q2的基极与地GND之间。

其中，所述第一级串联反馈网络电路1用于根据外部输入的第一控制电压VC1调整所述第一级串联反馈网络电路1的电路等效电容值，以作为所述第一晶体管Q1的基极反馈电容调整所述第一晶体管Q1的增益。

本实施方式中，所述第一控制电压VC1与所述第一级串联反馈网络电路1的电路等效电容值呈反比例关系。具体的，所述第一级串联反馈网络电路1包括第一电容C1和第一变容二极管CD1。

所述第一级串联反馈网络电路1的电路结构为：

所述第一电容C1的正极端连接至所述第一变容二极管CD1的输出端，且所述第一电容C1的正极端还用于连接至所述第一控制电压VC1。所述第一变容二极管CD1的输出端连接至接地GND。所述第一电容C1的负极端连接至所述第一晶体管Q1的基极。

所述第二级串联反馈网络电路2用于根据外部输入的第二控制电压VC2调整所述第二级串联反馈网络电路2的电路等效电容值，以作为所述第二晶体管Q2的基极反馈电容调整所述第二晶体管Q2的增益。

本实施方式中，所述第二控制电压VC2与所述第二级串联反馈网络电路2的电路等效电容值呈反比例关系。具体的，所述第二级串联反馈网络电路2包括第二电容C2和第二变容二极管CD2。

所述第二级串联反馈网络电路2的电路结构为：

所述第二电容C2的正极端连接至所述第二变容二极管CD2的输出端，且所述第二电容C2的正极端还用于连接至所述第二控制电压VC2。所述第二变容二极管CD2的输出端连接至接地GND。所述第二电容C2的负极端作为所述功率放大器100的第二偏置电压输入端，且所述第二电容C2的负极端连接至所述第二晶体管Q2的基极。

本实施方式中，所述功率放大器100还包括第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第一电阻R1、第二电阻R2以及第三电阻R3。

其中，所述第一电感L1和所述第一电阻R1为电路板背孔的等效阻抗。所述第一晶体管Q1的发射极通过串联所述第一电感L1和所述第一电阻R1后连接至接地GND。

所述第二电感L2和所述第二电阻R2为电路板背孔的等效阻抗。所述第二晶体管Q2的发射极通过串联所述第二电感L2和所述第二电阻R2后连接至接地GND。

所述第三电感L3和所述第三电阻R3为电路板背孔的等效阻抗。所述第三晶体管Q3的发射极通过串联所述第三电感L3和所述第三电阻R3后连接至接地GND。

所述功率放大器100的电路工作原理为：

所述第一变容二极管CD1和所述第二变容二极管CD2均为变容二极管。变容二极管具有的工作特性为：PN结反偏时，变容二极管的结电容大小随外加电压而变化的特性制成。反偏电压增大时，变容二极管的结电容减小，反之变容二极管的结电容增大。本实施方式中，所述第一控制电压VC1与所述第一变容二极管CD1的结电容呈反比例关系。所述第二控制电压VC2与所述第二变容二极管CD2的结电容呈反比例关系呈反比例关系。

所述第一电容C1和所述第二电容C2在电路中容值较大，在电路中作为隔直电容使用。所述第一电容C1和所述第一变容二极管CD1串联，形成所述第一晶体管Q1的基极反馈。从而使得所述第一级串联反馈网络电路1作为所述第一晶体管Q1的基极反馈电容调整所述第一晶体管Q1的增益。

所述第二电容C2和所述第二变容二极管CD2串联，形成所述第二晶体管Q2的基极反馈。从而使得所述第二级串联反馈网络电路2作为所述第二晶体管Q2的基极反馈电容调整所述第二晶体管Q2的增益。

功率放大器100中晶体管的基极反馈电容的大小会影响其增益的大小。反馈电容越大，其增益越小。反馈电容越小，其增益则变大。

所述第一级串联反馈网络电路1的反馈电容大小为：

FC1*FCD1/(FC1+FCD1)＝FCD1/(1+FCD1/FC1)；

其中，FC1为所述第一电容C1的电容值。FCD1为所述第一变容二极管CD1的结电容值。

假如FC1足够大,那么FC1的大小与FCD1电容值接近.因此所述第一电容C1与所述第一变容二极管CD1串联电容的大小实际主要受所述第一变容二极管CD1的结电容大小的控制。所述第一变容二极管CD1作为变容二极管,所述第一控制电压VC1的电压值决定所述第一变容二极管CD1的结电容大小。

同理，所述第二级串联反馈网络电路2的反馈电容大小为：

FC2*FCD2/(FC2+FCD2)＝FCD2/(1+FCD2/FC2)；

其中，FC2为所述第二电容C2的电容值。FCD2为所述第二变容二极管CD2的结电容值。

假如FC2足够大,那么FC2的大小与FCD2电容值接近.因此所述第二电容C2与所述第二变容二极管CD2串联电容的大小实际主要受所述第二变容二极管CD2的结电容大小的控制。所述第二变容二极管CD2作为变容二极管,所述第二控制电压VC2的电压值决定所述第二变容二极管CD2的结电容大小。

因此，调整所述第一控制电压VC1的电压值大小和所述第二控制电压VC2的电压值大小即可控制所述第一晶体管Q1和所述第二晶体管Q2的反馈电容大小。由于所述第一控制电压VC1和所述第二控制电压VC2可以进行连续变化调整，从而使得所述第一变容二极管CD1的结电容大小和所述第二变容二极管CD2的结电容大小也是随电压连续可变的，从而达到了将功率放大器100增益的连续可调的效果。即通过第一控制电压VC1和第二控制电压VC2实现可线性连续调整功率放大器的增益。另外，通过所述第一电容C1、所述第二电容C2、所述第一变容二极管CD1和所述第二变容二极管CD2即可实现增益连续可调，电路结构简单，易于实现。

另外，所述第一级串联反馈网络1和所述第二级串联反馈网络电路2在电路上形成带通匹配结构。该结构实质上是一种带通滤波器，对于工作频段以外低频和高频部分都有一定的抑制效果，因此，采用本发明的功率放大器100抑制工作频段以外的低频和高频效果好。

为了更灵活实现电路的调整增益效果，本实施方式中，所述第一电容C1和所述第二电容C2均为参数可调电容。更优的，所述第一变容二极管CD1和所述第二变容二极管CD2均为参数可调变容二极管。

本发明的实施例还提供一种射频芯片，所述射频芯片包括所述功率放大器100。

需要指出的是，本发明采用的相关电路、电阻、电容、电感、变容二极管及晶体管均为本领域常用的电路、元器件，对应的具体的指标和参数根据实际应用进行调整，在此，不作详细赘述。

与相关技术相比，本发明的功率放大器和射频芯片通过在第一晶体管的基极和第二晶体管的基极分布设置第一级串联反馈网络电路和第二级串联反馈网络电路。并通过所述第一级串联反馈网络电路根据外部输入的第一控制电压调整所述第一级串联反馈网络电路的电路等效电容值，从而实现作为所述第一晶体管的基极反馈电容调整所述第一晶体管的增益。并通过所述第二级串联反馈网络电路根据外部输入的第二控制电压调整所述第二级串联反馈网络电路的电路等效电容值，从而实现所述第二晶体管的基极反馈电容调整所述第二晶体管的增益。该电路结构通过第一控制电压和第二控制电压实现可线性连续调整功率放大器的增益。更优的，所述第一级串联反馈网络和所述第二级串联反馈网络电路通过均设置变容二极管，利用变容二极管的电容随第一控制电压和第二控制电压变化的特性，从而实现反馈可线性连续调整。另外，所述第一级串联反馈网络和所述第二级串联反馈网络电路在电路上形成带通匹配结构。该结构实质上是一种带通滤波器，对于工作频段以外低频和高频部分都有一定的抑制效果，因此，采用本发明的功率放大器和芯片抑制工作频段以外的低频和高频效果好。

需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。

Claims (6)

1.一种功率放大器，其包括依次连接的第三电容、第一晶体管、第一级匹配电路、第二晶体管、第二级匹配电路、第三晶体管以及输出匹配电路，

所述第三电容的正极端作为所述功率放大器的信号输入端；

所述第三电容的负极端连接至所述第一晶体管的基极，且所述第一晶体管的基极还用于连接至第一偏置电压；

所述第一晶体管的集电极分别连接至电源电压和所述第一级匹配电路的输入端，所述第一晶体管的发射极连接至接地；

所述第一级匹配电路的输出端连接至所述第二晶体管的基极，且所述第二晶体管的基极还用于连接至第二偏置电压；

所述第二晶体管的集电极分别连接至电源电压和所述第二级匹配电路的输入端，所述第二晶体管的发射极连接至接地；

所述第二级匹配电路的输出端连接至所述第三晶体管的基极，且所述第三晶体管的基极还用于连接至第三偏置电压；

所述第三晶体管的集电极分别连接至电源电压和所述输出匹配电路的输入端，所述第三晶体管的发射极连接至接地；

所述输出匹配电路的输出端作为所述功率放大器的信号输出端；

其特征在于，所述功率放大器还包括跨接于所述第一晶体管的基极与地之间的第一级串联反馈网络电路和跨接于所述第二晶体管的基极与地之间的第二级串联反馈网络电路；

所述第一级串联反馈网络电路用于根据外部输入的第一控制电压调整所述第一级串联反馈网络电路的电路等效电容值，以作为所述第一晶体管的基极反馈电容调整所述第一晶体管的增益；所述第二级串联反馈网络电路用于根据外部输入的第二控制电压调整所述第二级串联反馈网络电路的电路等效电容值，以作为所述第二晶体管的基极反馈电容调整所述第二晶体管的增益；

所述第一控制电压与所述第一级串联反馈网络电路的电路等效电容值呈反比例关系；

所述第一级串联反馈网络电路包括第一电容和第一变容二极管；所述第一电容的正极端连接至所述第一变容二极管的输出端，且所述第一电容的正极端还用于连接至所述第一控制电压；所述第一变容二极管的输出端连接至接地；所述第一电容的负极端连接至所述第一晶体管的基极；

所述第二控制电压与所述第二级串联反馈网络电路的电路等效电容值呈反比例关系；

所述第二级串联反馈网络电路包括第二电容和第二变容二极管；所述第二电容的正极端连接至所述第二变容二极管的输出端，且所述第二电容的正极端还用于连接至所述第二控制电压；所述第二变容二极管的输出端连接至接地；所述第二电容的负极端作为所述功率放大器的第二偏置电压输入端，且所述第二电容的负极端连接至所述第二晶体管的基极。

2.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，所述功率放大器还包括第一电感、第二电感、第三电感、第一电阻、第二电阻以及第三电阻；

所述第一晶体管的发射极通过串联所述第一电感和所述第一电阻后连接至接地；

所述第二晶体管的发射极通过串联所述第二电感和所述第二电阻后连接至接地；

所述第三晶体管的发射极通过串联所述第三电感和所述第三电阻后连接至接地。

3.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，所述第一晶体管、所述第二晶体管以及所述第三晶体管均为BJT晶体管。

4.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，所述第一电容和所述第二电容均为参数可调电容。

5.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，所述第一变容二极管和所述第二变容二极管均为参数可调变容二极管。

6.一种射频芯片，其特征在于，所述射频芯片包括如权利要求1-5中任意一项所述的功率放大器。

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