CN115882798B - 推挽结构射频功率放大器和射频芯片 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种推挽结构射频功率放大器和射频芯片，其包括输入巴伦网络、驱动放大器、级间匹配网络、推挽结构功率放大器以及输出匹配网络；输入巴伦网络用于实现信号源与驱动放大器之间的阻抗匹配，并将单端信号转换为两路差分信号；驱动放大器用于将接收两路差分信号并分别放大；级间匹配网络用于输入阻抗匹配；级间匹配网络包括第五电容、第六电容、第七电容、第八电容、第九电容、第十电容和自耦变压器；推挽结构功率放大器用于将接收的两路信号分别进行功率放大；输出匹配网络用于输出阻抗匹配，并将推挽结构功率放大器输出的两路差分信号合路为一路单端信号。采用本发明的技术方案的输出功率高且效率高，版图面积小且集成度高。

Description

推挽结构射频功率放大器和射频芯片

技术领域

本发明涉及射频电路技术领域，尤其涉及一种推挽结构射频功率放大器和射频芯片。

背景技术

推挽结构射频功率放大器应用在无线通信系统的射频电路中。推挽结构射频功率放大器的输出功率决定着信号传播距离的远近，而效率对于减少电源消耗、提高系统稳定性、节约系统成本具有重要意义。

推挽结构射频功率放大器的效率与晶体管的工作状态、电路结构、负载大小、输出匹配电路等因素密切相关。相关技术的推挽结构射频功率放大器一般包括输入巴伦、放大晶体管单元和输出巴伦。请参考图1所示，所述输入巴伦和所述输出巴伦均为传输线变压器，由于传输线变压器兼具了集总参数变压器和传输线的优点，体积小、功率容量大、工作频带宽，将传输线型变压器的一端接地，使传输线型变压器转换为巴伦结构，已成为设计巴伦的有效方法。相关技术的传输线型变压器为磁耦合变压器，能够实现直流隔离。所述放大晶体管单元包括晶体管QA和晶体管QB，所述晶体管QA均为NPN晶体管。两个NPN晶体管分别与所述输入巴伦和所述输出巴伦的巴伦结构配合，所述输入巴伦和所述输出巴伦的巴伦结构实现不平衡到平衡的转换，将两路信号进行反向，电流在两路之间差分流动，射频信号以二者中间点为虚拟参考地。

然而，随着工作频率的提高，相关技术的推挽结构射频功率放大器因为采用磁耦合传输线变压器设计的巴伦，损耗增加，影响了推挽结构射频功率放大器的输出功率和效率。另外，采用所述输出匹配网络中的所述磁耦合变压器，尽管所述磁耦合变压器能够实现直流隔离，工作鲁棒性好，但所述磁耦合变压器在高频率频段功率损耗大，降低了推挽结构射频功率放大器的最大输出功率和效率。当采用微波单片集成电路（MMIC:MicrowaveMonolithic Integrated Circuit）工艺设计推挽结构射频功率放大器时，所述磁耦合变压器占用的芯片面积的面积大，插损大，成本高，基于磁耦合变压器的推挽结构射频功率放大器不易于集成于芯片。

因此，实有必要提供一种新的推挽结构射频功率放大器和射频芯片解决上述问题。

发明内容

针对以上现有技术的不足，本发明提出一种输出功率高且效率高，版图面积小且集成度高的推挽结构射频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推挽结构射频功率放大器，所述推挽结构射频功率放大器包括依次连接的输入巴伦网络、驱动放大器、级间匹配网络、推挽结构功率放大器以及输出匹配网络；

所述输入巴伦网络用于实现外部信号源与所述驱动放大器之间的阻抗匹配，并将接收的外部信号源产生的单端信号转换为两路差分信号并输出；所述输入巴伦网络的输入端作为所述推挽结构射频功率放大器的输入端；

所述驱动放大器用于将接收所述输入巴伦网络输出的两路所述差分信号并分别进行放大；

所述级间匹配网络用于实现所述推挽结构功率放大器的输入阻抗到所述驱动放大器的输出阻抗的变换匹配；所述级间匹配网络的第一输入端连接至所述驱动放大器的第一输出端，所述级间匹配网络的第二输入端连接至所述驱动放大器的第二输出端；

所述级间匹配网络包括第五电容、第六电容、第七电容、第八电容、第九电容、第十电容和自耦变压器，

所述第五电容的第二端作为所述级间匹配网络的第一输入端，且所述第五电容的第二端分别连接至所述驱动放大器的第一输出端和所述自耦变压器的第一输入端；所述第五电容的第一端连接至第一电源电压；

所述第六电容的第二端作为所述级间匹配网络的第二输入端，且所述第六电容的第二端分别端连接至所述驱动放大器的第二输出端和所述自耦变压器的第二输入端；所述第六电容的连接至所述第一电源电压；

所述自耦变压器的中心抽头端连接至所述第一电源电压；

所述自耦变压器的第一输出端连接至所述第七电容的第一端；

所述第七电容的第二端作为所述级间匹配网络的第一输出端，且所述第七电容的第二端连接至所述第八电容的第一端；所述第八电容的第二端接地；

所述自耦变压器的第二输出端连接至所述第九电容的第一端；

所述第九电容的第二端作为所述级间匹配网络的第二输出端，且所述第九电容的第二端连接至所述第十电容的第一端；所述第十电容的第二端接地；

所述推挽结构功率放大器用于将所述级间匹配网络输出的两路信号分别进行功率放大；

所述输出匹配网络用于输出阻抗匹配，并将所述推挽结构功率放大器输出的两路差分信号合路为一路单端信号；所述输出匹配网络的输出端作为所述推挽结构射频功率放大器的输出端，用于连接外部的负载。

优选的，所述自耦变压器包括第一线圈、第二线圈以及第三线圈；所述第二线圈作为所述自耦变压器的公共绕组，所述第一线圈和所述第三线圈共同组成所述自耦变压器的串联绕组；

所述第一线圈的第一端作为所述自耦变压器的第一输入端；

所述第一线圈的第二端作为所述自耦变压器的第一输出端，且所述第一线圈的第二端连接至所述第二线圈的第二端；

所述第二线圈的中心抽头端作为所述自耦变压器的中心抽头端；

所述第三线圈的第一端作为所述自耦变压器的第二输出端；

所述第三线圈的第二端作为所述自耦变压器的第二输入端。

优选的，所述第一线圈、所述第二线圈以及所述第三线圈均为金属线制成。

优选的，所述第二线圈包括第一金属线、第二金属线和第三金属线，所述第一金属线为一根金属线的一端沿顺时针弯曲延伸至且间隔相邻的其另一端形成内圈，所述第二金属线为一根金属线的一端沿顺时针弯曲延伸至且相对的其另一端形成一个上半圈，所述第三金属线为一根金属线的一端沿逆时针弯曲延伸至且相对的其另一端形成一个下半圈；

所述第一线圈为一根金属线的一端沿顺时针弯曲延伸至且相对的其另一端形成另一个上半圈，所述第三线圈为一根金属线的一端沿逆时针弯曲延伸至且相对的其另一端形成另一个下半圈；

所述第二金属线和所述第三金属线均间隔且绕设于所述第一金属线的外周侧，且分别位于所述第一金属线的相对两侧；所述第一线圈间隔且绕设于所述第二金属线的外周侧；所述第三线圈间隔且绕设于所述第三金属线的外周侧；

所述第一线圈的金属线的第一端作为所述自耦变压器的第一输入端，所述第一线圈的金属线的第二端作为所述自耦变压器的第一输出端；

所述第三线圈的金属线的第一端作为所述自耦变压器的第二输入端，所述第三线圈的金属线的第二端作为所述自耦变压器的第二输出端；

所述第二线圈的中心抽头端、所述第一线圈的金属线的第一端、所述第三线圈的金属线的第一端、所述第一金属线的第一端、所述第一金属线的第二端、所述第二金属线的第一端和所述第三金属线的第一端均位于所述第一金属线的另外相对两侧的同一侧，所述第一线圈的金属线的第二端、所述第三线圈的金属线的第二端、所述第二金属线的第二端和所述第三金属线的第二端均位于所述第一金属线的另外相对两侧的另一侧；

所述第一金属线的第一端延伸并连接至所述第一线圈的金属线的第一端；所述第一金属线的第二端延伸并连接至所述第三金属线的第一端；

所述第二金属线的第一端通过连接线跨过所述第一金属线的第一端延伸的部分后连接至所述第三金属线的第一端；所述连接线向所述第一金属线的另外相对两侧的同一侧延伸的部分作为所述第二线圈的中心抽头端，且所述第二线圈的中心抽头端间隔且位于所述第一线圈的金属线的第一端和所述第三线圈的金属线的第一端之间；

所述第二金属线的第二端弯折延伸并连接至所述第三金属线的第二端；所述第三金属线的第二端通过金属线跨过所述第二金属线的第二端的延伸部分后连接至所述第一线圈的金属线的第二端。

优选的，所述第二线圈延伸形成的金属圈呈正方形、圆形、椭圆形中的任意一种。

优选的，所述输入巴伦网络包括第一电容、第二电容、第三电容、第四电容和第一变压器，

所述第一电容的第一端作为所述输入巴伦网络的输入端，且所述第一电容的第一端连接至所述第一变压器的初级线圈的第一端；所述第一变压器的初级线圈的第二端接地；

所述第一电容的第二端接地；

所述第一变压器的次级线圈的第一端作为所述输入巴伦网络的第一输出端，且所述第一变压器的次级线圈的第一端连接至所述第二电容的第一端；

所述第一变压器的次级线圈的中心抽头端分别连接至所述第二电容的第二端、所述第三电容的第二端和所述第四电容的第一端；所述第四电容的第二端接地；

所述第一变压器的次级线圈的第二端作为所述输入巴伦网络的第二输出端，且所述第一变压器的次级线圈的第二端连接至所述第三电容的第一端。

优选的，所述驱动放大器包括第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管和所述第二晶体管均为三极管；

所述第一晶体管的基极作为所述驱动放大器的第一输入端；

所述第一晶体管的集电极作为所述驱动放大器的第一输出端；

所述第一晶体管的发射极接地；

所述第二晶体管的基极作为所述驱动放大器的第二输入端；

所述第二晶体管的集电极作为所述驱动放大器的第二输出端；

所述第二晶体管的发射极接地。

优选的，所述推挽结构功率放大器包括第三晶体管和第四晶体管，所述第三晶体管和所述第四晶体管均为三极管；

所述第三晶体管的基极作为所述推挽结构功率放大器的第一输入端；

所述第三晶体管的集电极作为所述推挽结构功率放大器的第一输出端；

所述第三晶体管的发射极接地；

所述第四晶体管的基极作为所述推挽结构功率放大器的第二输入端；

所述第四晶体管的集电极作为所述推挽结构功率放大器的第二输出端；

所述第四晶体管的发射极接地。

优选的，所述输出匹配网络包括第十一电容、第十二电容、第十三电容和第三变压器，

所述第三变压器的初级线圈的第一端作为所述输出匹配网络的第一输入端，且所述第三变压器的初级线圈的第一端连接至所述第十一电容的第二端；

所述第三变压器的初级线圈的中心抽头端分别连接至所述第十一电容的第一端、所述第十二电容的第一端和第二电源电压；

所述第三变压器的初级线圈的第二端作为所述输出匹配网络的第二输入端，且所述第三变压器的初级线圈的第二端连接至所述第十二电容的第二端；

所述第三变压器的次级线圈的第一端作为所述输出匹配网络的输出端，且所述第三变压器的次级线圈的第一端连接至所述第十三电容的第一端；所述第十三电容的第二端接地；

所述第三变压器的次级线圈的第二端接地。

第二方面，本发明的实施例还提供了一种射频芯片，其特征在于，所述射频芯片包括如本发明的实施例提供上述的推挽结构射频功率放大器。

与相关技术相比，本发明的推挽结构射频功率放大器和射频芯片通过设置依次连接的输入匹配网络、驱动放大器、级间匹配网络、差分结构功率放大器以及输出匹配网络。其中，所述级间匹配网络包括第五电容、第六电容、第七电容、第八电容、第九电容、第十电容和自耦变压器，该结构使得所述级间匹配网络基于所述自耦变压器，并使得所述自耦变压器用作降压变压器。由于自耦变压器比磁耦合变压器耗散的功率小，引入的插损也小，并使得本发明的推挽结构射频功率放大器输出功率高，进而提升了推挽结构射频功率放大器的工作效率。其中，所述自耦变压器只有一个绕组，所述自耦变压器的输出和输入共用一组线圈，同容量的所述自耦变压器与相关技术的磁耦合变压器相比，所述自耦变压器不但尺寸小，而且效率高，从而使得本发明的推挽结构射频功率放大器的版图面积小且集成度高。

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为相关技术的推挽结构射频功率放大器的电路结构示意图；

图2为本发明推挽结构射频功率放大器的电路结构示意图；

图3为本发明推挽结构射频功率放大器的应用电路结构示意图；

图4为本发明推挽结构射频功率放大器的自耦变压器的电路原理图；

图5为本发明的推挽结构射频功率放大器的自耦变压器的结构图。

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。

本发明实施例提供一种推挽结构射频功率放大器100。

请同时参考图2-图3所示，图2为本发明推挽结构射频功率放大器100的电路结构示意图；图3为本发明推挽结构射频功率放大器100的应用电路结构示意图。

所述推挽结构射频功率放大器100包括依次连接的输入巴伦网络1、驱动放大器2、级间匹配网络3、推挽结构功率放大器4以及输出匹配网络5。

所述推挽结构射频功率放大器100的电路连接关系为：

所述输入巴伦网络1的输入端作为所述推挽结构射频功率放大器100的输入端RFin。

所述驱动放大器2的第一输入端连接至所述输入巴伦网络1的第一输出端，所述驱动放大器2的第二输入端连接至所述输入巴伦网络1的第二输出端。

所述级间匹配网络3的第一输入端连接至所述驱动放大器2的第一输出端，所述级间匹配网络3的第二输入端连接至所述驱动放大器2的第二输出端。

所述推挽结构功率放大器4的第一输入端连接至所述级间匹配网络3的第一输出端；所述推挽结构功率放大器4的第二输入端连接至所述级间匹配网络3的第二输出端。

所述输出匹配网络5的第一输入端连接至所述推挽结构功率放大器4的第一输出端，所述输出匹配网络5的第二输入端连接至所述推挽结构功率放大器4的第二输出端。所述输出匹配网络5的输出端作为所述推挽结构射频功率放大器100的输出端RFout，用于连接外部的负载RL。

所述输入巴伦网络1用于实现外部信号源与所述驱动放大器之间的阻抗匹配，并将接收的外部信号源产生的单端信号转换为两路差分信号并输出。

本实施例中，所述输入巴伦网络1包括第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4和第一变压器XFM1。

所述输入匹配网络1的电路连接关系为：

所述第一电容C1的第一端作为所述输入巴伦网络1的输入端，且所述第一电容C1的第一端连接至所述第一变压器XFM1的初级线圈的第一端。所述第一变压器XFM1的初级线圈的第二端接地GND。

所述第一电容C1的第二端接地GND。

所述第一变压器XFM1的次级线圈的第一端作为所述输入巴伦网络1的第一输出端，且所述第一变压器XFM1的次级线圈的第一端连接至所述第二电容C2的第一端。

所述第一变压器XFM1的次级线圈的中心抽头端分别连接至所述第二电容C2的第二端、所述第三电容C3的第二端和所述第四电容C4的第一端。所述第四电容C4的第二端接地GND。

所述第一变压器XFM1的次级线圈的第二端作为所述输入巴伦网络1的第二输出端，且所述第一变压器XFM1的次级线圈的第二端连接至所述第三电容C3的第一端。

所述驱动放大器2用于将接收所述输入巴伦网络输出的两路所述差分信号并分别进行放大。

本实施例中，所述驱动放大器2包括第一晶体管Q1和第二晶体管Q2，所述第一晶体管Q1和所述第二晶体管Q2均为三极管。其中，所述输入匹配网络1还用于同时将所述第一晶体管Q1和所述第二晶体管Q2的输入阻抗变换至与所述推挽结构射频功率放大器100的输入端RFin的信号源阻抗匹配。

所述驱动放大器2的电路连接关系为：

所述第一晶体管Q1的基极作为所述驱动放大器2的第一输入端。

所述第一晶体管Q1的集电极作为所述驱动放大器2的第一输出端。

所述第一晶体管Q1的发射极接地GND。

所述第二晶体管Q2的基极作为所述驱动放大器2的第二输入端。

所述第二晶体管Q2的集电极作为所述驱动放大器2的第二输出端。

所述第二晶体管Q2的发射极接地GND。

所述级间匹配网络3用于实现所述推挽结构功率放大器4的输入阻抗到所述驱动放大器2的输出阻抗的变换匹配。

具体的，所述级间匹配网络3包括第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9、第十电容C10和自耦变压器XFM2。

所述级间匹配网络3的电路连接关系为：

所述第五电容C5的第二端作为所述级间匹配网络3的第一输入端，且所述第五电容C5的第二端分别连接至所述驱动放大器2的第一输出端和所述自耦变压器XFM2的第一输入端PA1。所述第五电容C5的第一端连接至第一电源电压VCC1。

所述第六电容C6的第二端作为所述级间匹配网络3的第二输入端，且所述第六电容C6的第二端分别端连接至所述驱动放大器2的第二输出端和所述自耦变压器XFM2的第二输入端PA2。所述第六电容C6的连接至所述第一电源电压VCC1。

所述自耦变压器XFM2的中心抽头端连接至所述第一电源电压VCC1。

所述自耦变压器XFM2的第一输出端OUT1连接至所述第七电容C7的第一端。

所述第七电容C7的第二端作为所述级间匹配网络3的第一输出端，且所述第七电容C7的第二端连接至所述第八电容C8的第一端。所述第八电容C8的第二端接地GND。

所述自耦变压器XFM2的第二输出端OUT2连接至所述第九电容C9的第一端。

所述第九电容C9的第二端作为所述级间匹配网络3的第二输出端，且所述第九电容C9的第二端连接至所述第十电容C10的第一端。所述第十电容C10的第二端接地GND。

所述级间匹配网络3基于所述自耦变压器XFM2，自耦变压器是指它的绕组是初级和次级在同一条绕组上的变压器，原、副绕组直接串联，自行耦合的变压器。根据结构还可细分为可调压式和固定式。自耦的耦是电磁耦合的意思，普通的变压器是通过原副边线圈电磁耦合来传递能量，原副边没有直接电的联系，自耦变压器原副边有直接电的联系，它的低压线圈就是高压线圈的一部分。通信线路的防护设备中也会使用自耦变压器等保护设备。本实施例中，为将本发明推挽结构射频功率放大器100易于集成于芯片中，所述自耦变压器XFM2只有一个绕组，所述自耦变压器XFM2的输出和输入共用一组线圈，通常把同时属于一次和二次的那部分绕组称为公共绕组，所述自耦变压器XFM2的其余部分称为串联绕组。升压和降压用不同的抽头来实现，比共用线圈少的部分抽头电压就降低，比共用线圈多的部分抽头电压就升高。当作为降压变压器使用时，从绕组中抽出一部分线匝作为二次绕组。当作为升压变压器使用时，外施电压只加在绕组的部分线匝上。同容量的所述自耦变压器XFM2与普通变压器相比，不但尺寸小，而且效率高。

所述级间匹配网络3的电路中，所述自耦变压器XFM2与所述推挽结构功率放大器4之间通过容性电压分配电路，即由所述第七电容C7、所述第八电容C8、所述第九电容C9和所述第十电容C10进行直流隔离组成的容性电压分配电路。所述第八电容C8和所述第十电容C10分别用于与所述推挽结构功率放大器4的晶体管进行基极-发射极电容并联，线性化了基极-发射极电容，提升了所述级间匹配网络3的性能。

请同时参考图4-图5所示，图4为本发明推挽结构射频功率放大器100的自耦变压器XFM2的电路原理图；图5为本发明的推挽结构射频功率放大器100的自耦变压器XFM2的结构图。

所述自耦变压器XFM2包括第一线圈L1、第二线圈L2以及第三线圈L3。所述第二线圈L2作为所述自耦变压器XFM2的公共绕组，所述第一线圈L1和所述第三线圈L3共同组成所述自耦变压器XFM2的串联绕组。

所述自耦变压器XFM2的电路连接关系为；

所述第一线圈L1的第一端作为所述自耦变压器XFM2的第一输入端PA1。

所述第一线圈L1的第二端作为所述自耦变压器XFM2的第一输出端OUT1，且所述第一线圈L1的第二端连接至所述第二线圈L2的第二端。

所述第二线圈L2的中心抽头端LC作为所述自耦变压器XFM2的中心抽头端。

所述第三线圈L3的第一端作为所述自耦变压器XFM2的第二输出端OUT2。

所述第三线圈L3的第二端作为所述自耦变压器XFM2的第二输入端PA2。

所述自耦变压器XFM2只有一个绕组，输出和输入共用一组线圈，同时属于一次和二次的那部分绕组称为公共绕组，升压和降压用不同的抽头来实现，比共用线圈少的部分抽头电压就降低，比共用线圈多的部分抽头电压就升高。所述第五电容C5和所述第六电容C6用作调谐电容，所述第五电容C5和所述第六电容C6用于调节所述自耦变压器XFM2的阻抗，将所述推挽结构功率放大器4的晶体管从较低的输入阻抗变换到所述驱动放大器2的所述第一晶体管Q1和所述第二晶体管Q2较高的最优输出阻抗，所述第二线圈L2的中心抽头端LC连接至第一电源电压VCC1，给所述第一晶体管Q1的集电极和所述第二晶体管Q2的集电极供电。上述结构使得所述自耦变压器XFM2用作降压变压器。由于所述自耦变压器XFM2比相关技术的磁耦合变压器耗散的功率小，引入的插损也小，提升了整个本发明推挽结构射频功率放大器100的工作效率。采用MMIC工艺设计全集成的本发明推挽结构射频功率放大器100时，所述自耦变压器XFM2的尺寸也较小，成本更低。

本实施例中，所述第一线圈L1、所述第二线圈L2以及所述第三线圈L3均为金属线制成。其中金属线制成所述第一线圈L1、所述第二线圈L2以及所述第三线圈L3的工艺采用本领域常用的工艺，在此，不作详细赘述。

所述自耦变压器XFM2的结构为：

所述第二线圈L2包括第一金属线M1、第二金属线M2和第三金属线M3，所述第一金属线M1为一根金属线的一端沿顺时针弯曲延伸至且间隔相邻的其另一端形成内圈，所述第二金属线M2为一根金属线的一端沿顺时针弯曲延伸至且相对的其另一端形成一个上半圈，所述第三金属线M3为一根金属线的一端沿逆时针弯曲延伸至且相对的其另一端形成一个下半圈。

所述第一线圈L1为一根金属线的一端沿顺时针弯曲延伸至且相对的其另一端形成另一个上半圈，所述第三线圈L3为一根金属线的一端沿逆时针弯曲延伸至且相对的其另一端形成另一个下半圈。

所述第二金属线M2和所述第三金属线M3均间隔且绕设于所述第一金属线M1的外周侧，且分别位于所述第一金属线M1的相对两侧。所述第一线圈L1间隔且绕设于所述第二金属线M2的外周侧。所述第三线圈L3间隔且绕设于所述第三金属线M3的外周侧。

所述第一线圈L1的金属线的第一端L1A作为所述自耦变压器XFM2的第一输入端PA1，所述第一线圈L1的金属线的第二端L1B作为所述自耦变压器XFM2的第一输出端OUT1。

所述第三线圈L3的金属线的第一端L3A作为所述自耦变压器XFM2的第二输入端PA2，所述第三线圈L3的金属线的第二端L3B作为所述自耦变压器XFM2的第二输出端OUT2。

所述第二线圈L2的中心抽头端LC、所述第一线圈L1的金属线的第一端L1A、所述第三线圈L3的金属线的第一端L3A、所述第一金属线M1的第一端M1A、所述第一金属线M1的第二端M1B、所述第二金属线M2的第一端M2A和所述第三金属线M3的第一端M3A均位于所述第一金属线M1的另外相对两侧的同一侧，所述第一线圈L1的金属线的第二端L1B、所述第三线圈L3的金属线的第二端L3B、所述第二金属线M2的第二端M2B和所述第三金属线M3的第二端M3B均位于所述第一金属线M1的另外相对两侧的另一侧。

所述第一金属线M1的第一端M1A延伸并连接至所述第一线圈L1的金属线的第一端L1A。所述第一金属线M1的第二端M1B延伸并连接至所述第三金属线M3的第一端M3A。

所述第二金属线M2的第一端M2A通过连接线ML跨过所述第一金属线M1的第一端M1A延伸的部分后连接至所述第三金属线M3的第一端M3A。所述连接线ML向所述第一金属线M1的另外相对两侧的同一侧延伸的部分作为所述第二线圈L2的中心抽头端LC，且所述第二线圈L2的中心抽头端LC间隔且位于所述第一线圈L1的金属线的第一端L1A和所述第三线圈L3的金属线的第一端L3A之间。

所述第二金属线M2的第二端M2B弯折延伸并连接至所述第三金属线M3的第二端M3B。所述第三金属线M3的第二端M3B通过金属线跨过所述第二金属线M2的第二端M2B的延伸部分后连接至所述第一线圈L1的金属线的第二端L1B。

由上述所述自耦变压器XFM2的结构可以得出：所述自耦变压器XFM2应用集成所述推挽结构射频功率放大器1000时的版图面积小且集成度高。

本实施例中，所述第二线圈L2延伸形成的金属圈呈正方形、圆形、椭圆形中的任意一种。当然，不限于此，其他多边形状也是可以的。优选的，所述金属圈呈椭圆形，从而使得所述自耦变压器XFM2于集成到芯片版图中，从而使得所述推挽结构射频功率放大器1000时的版图面积小且集成度高。

所述推挽结构功率放大器4用于将所述级间匹配网络3输出的两路信号分别进行功率放大。

本实施例中，所述推挽结构功率放大器4包括第三晶体管Q3和第四晶体管Q4，所述第三晶体管Q3和所述第四晶体管Q4均为三极管。其中，所述级间匹配网络3还用于将所述第三晶体管Q3和所述第四晶体管Q4的输入阻抗变换到所述第一晶体管Q1和所述第二晶体管Q2的最佳输出阻抗。所述级间匹配网络3的电路中的所述第八电容C8和所述第三晶体管Q3进行基极-发射极电容并联，所述级间匹配网络3的电路中的所述第十电容C10和所述第四晶体管Q4进行基极-发射极电容并联，线性化了基极-发射极电容，提升了所述级间匹配网络3的性能。

所述差分结构功率放大器4的电路连接关系为：

所述第三晶体管Q3的基极作为所述推挽结构功率放大器4的第一输入端。

所述第三晶体管Q3的集电极作为所述推挽结构功率放大器4的第一输出端。

所述第三晶体管Q3的发射极接地GND。

所述第四晶体管Q4的基极作为所述推挽结构功率放大器4的第二输入端。

所述第四晶体管Q4的集电极作为所述推挽结构功率放大器4的第二输出端。

所述第四晶体管Q4的发射极接地GND。

所述输出匹配网络5用于输出阻抗匹配，并将所述推挽结构功率放大器4输出的两路差分信号合路为一路单端信号。所述输出匹配网络5将负载RL变换到所述第三晶体管Q3和所述第四晶体管Q4的最佳输出阻抗，同时实现差分信号到单端信号的转换。

本实施例中，所述输出匹配网络5包括第十一电容C11、第十二电容C12、第十三电容C13和第三变压器XFM3。

所述输出匹配网络5的电路连接关系为：

所述第三变压器XFM3的初级线圈的第一端作为所述输出匹配网络5的第一输入端，且所述第三变压器XFM3的初级线圈的第一端连接至所述第十一电容C11的第二端。

所述第三变压器XFM3的初级线圈的中心抽头端分别连接至所述第十一电容C11的第一端、所述第十二电容C12的第一端和第二电源电压VCC2。

所述第三变压器XFM3的初级线圈的第二端作为所述输出匹配网络5的第二输入端，且所述第三变压器XFM3的初级线圈的第二端连接至所述第十二电容C12的第二端。

所述第三变压器XFM3的次级线圈的第一端作为所述输出匹配网络5的输出端，且所述第三变压器XFM3的次级线圈的第一端连接至所述第十三电容C13的第一端。所述第十三电容C13的第二端接地GND。

所述第三变压器XFM3的次级线圈的第二端接地GND。

需要指出的是，本发明采用的相关电路、电阻、电容、变压器及功率放大器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。

本发明实施例提供一种射频芯片。所述射频芯片包括本发明实施例提供的所述推挽结构射频功率放大器100。

可以理解的是，上述的所述推挽结构射频功率放大器100实施例中的内容均适用于本发明的所述射频芯片，本发明射频芯片实施例所具体实现的功能与上述的所述推挽结构射频功率放大器100实施例相同，并且达到的有益效果与上述的所述推挽结构射频功率放大器100实施例所达到的有益效果也相同。

与相关技术相比，本发明的推挽结构射频功率放大器和射频芯片通过设置依次连接的输入匹配网络、驱动放大器、级间匹配网络、差分结构功率放大器以及输出匹配网络。其中，所述级间匹配网络包括第五电容、第六电容、第七电容、第八电容、第九电容、第十电容和自耦变压器，该结构使得所述级间匹配网络基于所述自耦变压器，并使得所述自耦变压器用作降压变压器。由于自耦变压器比磁耦合变压器耗散的功率小，引入的插损也小，并使得本发明的推挽结构射频功率放大器输出功率高，进而提升了推挽结构射频功率放大器的工作效率。其中，所述自耦变压器只有一个绕组，所述自耦变压器的输出和输入共用一组线圈，同容量的所述自耦变压器与相关技术的磁耦合变压器相比，所述自耦变压器不但尺寸小，而且效率高，从而使得本发明的推挽结构射频功率放大器的版图面积小且集成度高。

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 (10)

1.一种推挽结构射频功率放大器，其特征在于，所述推挽结构射频功率放大器包括依次连接的输入巴伦网络、驱动放大器、级间匹配网络、推挽结构功率放大器以及输出匹配网络；

所述输入巴伦网络用于实现外部信号源与所述驱动放大器之间的阻抗匹配，并将接收的外部信号源产生的单端信号转换为两路差分信号并输出；所述输入巴伦网络的输入端作为所述推挽结构射频功率放大器的输入端；

所述驱动放大器用于将接收所述输入巴伦网络输出的两路所述差分信号并分别进行放大；

所述级间匹配网络用于实现所述推挽结构功率放大器的输入阻抗到所述驱动放大器的输出阻抗的变换匹配；所述级间匹配网络的第一输入端连接至所述驱动放大器的第一输出端，所述级间匹配网络的第二输入端连接至所述驱动放大器的第二输出端；

所述级间匹配网络包括第五电容、第六电容、第七电容、第八电容、第九电容、第十电容和自耦变压器，

所述第五电容的第二端作为所述级间匹配网络的第一输入端，且所述第五电容的第二端分别连接至所述驱动放大器的第一输出端和所述自耦变压器的第一输入端；所述第五电容的第一端连接至第一电源电压；

所述第六电容的第二端作为所述级间匹配网络的第二输入端，且所述第六电容的第二端分别端连接至所述驱动放大器的第二输出端和所述自耦变压器的第二输入端；所述第六电容的第一端连接至所述第一电源电压；

所述自耦变压器的中心抽头端连接至所述第一电源电压；

所述自耦变压器的第一输出端连接至所述第七电容的第一端；

所述第七电容的第二端作为所述级间匹配网络的第一输出端，且所述第七电容的第二端连接至所述第八电容的第一端；所述第八电容的第二端接地；

所述自耦变压器的第二输出端连接至所述第九电容的第一端；

所述第九电容的第二端作为所述级间匹配网络的第二输出端，且所述第九电容的第二端连接至所述第十电容的第一端；所述第十电容的第二端接地；

所述推挽结构功率放大器用于将所述级间匹配网络输出的两路信号分别进行功率放大；

所述输出匹配网络用于输出阻抗匹配，并将所述推挽结构功率放大器输出的两路差分信号合路为一路单端信号；所述输出匹配网络的输出端作为所述推挽结构射频功率放大器的输出端，用于连接外部的负载。

2.根据权利要求1所述的推挽结构射频功率放大器，其特征在于，所述自耦变压器包括第一线圈、第二线圈以及第三线圈；所述第二线圈作为所述自耦变压器的公共绕组，所述第一线圈和所述第三线圈共同组成所述自耦变压器的串联绕组；

所述第一线圈的第一端作为所述自耦变压器的第一输入端；

所述第一线圈的第二端作为所述自耦变压器的第一输出端，且所述第一线圈的第二端连接至所述第二线圈的第二端；所述第二线圈的第一端连接所述第三线圈的第一端；

所述第二线圈的中心抽头端作为所述自耦变压器的中心抽头端；

所述第三线圈的第一端作为所述自耦变压器的第二输出端；

所述第三线圈的第二端作为所述自耦变压器的第二输入端。

3.根据权利要求2所述的推挽结构射频功率放大器，其特征在于，所述第一线圈、所述第二线圈以及所述第三线圈均为金属线制成。

4.根据权利要求3所述的推挽结构射频功率放大器，其特征在于，所述第二线圈包括第一金属线、第二金属线和第三金属线，所述第一金属线为一根金属线的一端沿顺时针弯曲延伸至且间隔相邻的其另一端形成内圈，所述第二金属线为一根金属线的一端沿顺时针弯曲延伸至且相对的其另一端形成一个上半圈，所述第三金属线为一根金属线的一端沿逆时针弯曲延伸至且相对的其另一端形成一个下半圈；

所述第一线圈为一根金属线的一端沿顺时针弯曲延伸至且相对的其另一端形成另一个上半圈，所述第三线圈为一根金属线的一端沿逆时针弯曲延伸至且相对的其另一端形成另一个下半圈；

所述第二金属线和所述第三金属线均间隔且绕设于所述第一金属线的外周侧，且分别位于所述第一金属线的相对两侧；所述第一线圈间隔且绕设于所述第二金属线的外周侧；所述第三线圈间隔且绕设于所述第三金属线的外周侧；

所述第一线圈的金属线的第一端作为所述自耦变压器的第一输入端，所述第一线圈的金属线的第二端作为所述自耦变压器的第一输出端；

所述第三线圈的金属线的第一端作为所述自耦变压器的第二输入端，所述第三线圈的金属线的第二端作为所述自耦变压器的第二输出端；

所述第二线圈的中心抽头端、所述第一线圈的金属线的第一端、所述第三线圈的金属线的第一端、所述第一金属线的第一端、所述第一金属线的第二端、所述第二金属线的第一端和所述第三金属线的第一端均位于所述第一金属线的另外相对两侧的同一侧，所述第一线圈的金属线的第二端、所述第三线圈的金属线的第二端、所述第二金属线的第二端和所述第三金属线的第二端均位于所述第一金属线的另外相对两侧的另一侧；

所述第一金属线的第一端延伸并连接至所述第一线圈的金属线的第一端；所述第一金属线的第二端延伸并连接至所述第三金属线的第一端；

所述第二金属线的第一端通过连接线跨过所述第一金属线的第一端延伸的部分后连接至所述第三金属线的第一端；所述连接线向所述第一金属线的另外相对两侧的同一侧延伸的部分作为所述第二线圈的中心抽头端，且所述第二线圈的中心抽头端间隔且位于所述第一线圈的金属线的第一端和所述第三线圈的金属线的第一端之间；

所述第二金属线的第二端弯折延伸并连接至所述第三金属线的第二端；所述第三金属线的第二端通过金属线跨过所述第二金属线的第二端的延伸部分后连接至所述第一线圈的金属线的第二端。

5.根据权利要求4所述的推挽结构射频功率放大器，其特征在于，所述第二线圈延伸形成的金属圈呈正方形、圆形、椭圆形中的任意一种。

6.根据权利要求1所述的推挽结构射频功率放大器，其特征在于，所述输入巴伦网络包括第一电容、第二电容、第三电容、第四电容和第一变压器，

所述第一电容的第一端作为所述输入巴伦网络的输入端，且所述第一电容的第一端连接至所述第一变压器的初级线圈的第一端；所述第一变压器的初级线圈的第二端接地；

所述第一电容的第二端接地；

所述第一变压器的次级线圈的第一端作为所述输入巴伦网络的第一输出端，且所述第一变压器的次级线圈的第一端连接至所述第二电容的第一端；

所述第一变压器的次级线圈的中心抽头端分别连接至所述第二电容的第二端、所述第三电容的第二端和所述第四电容的第一端；所述第四电容的第二端接地；

所述第一变压器的次级线圈的第二端作为所述输入巴伦网络的第二输出端，且所述第一变压器的次级线圈的第二端连接至所述第三电容的第一端。

7.根据权利要求1所述的推挽结构射频功率放大器，其特征在于，所述驱动放大器包括第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管和所述第二晶体管均为三极管；

所述第一晶体管的基极作为所述驱动放大器的第一输入端；

所述第一晶体管的集电极作为所述驱动放大器的第一输出端；

所述第一晶体管的发射极接地；

所述第二晶体管的基极作为所述驱动放大器的第二输入端；

所述第二晶体管的集电极作为所述驱动放大器的第二输出端；

所述第二晶体管的发射极接地。

8.根据权利要求1所述的推挽结构射频功率放大器，其特征在于，所述推挽结构功率放大器包括第三晶体管和第四晶体管，所述第三晶体管和所述第四晶体管均为三极管；

所述第三晶体管的基极作为所述推挽结构功率放大器的第一输入端；

所述第三晶体管的集电极作为所述推挽结构功率放大器的第一输出端；

所述第三晶体管的发射极接地；

所述第四晶体管的基极作为所述推挽结构功率放大器的第二输入端；

所述第四晶体管的集电极作为所述推挽结构功率放大器的第二输出端；

所述第四晶体管的发射极接地。

9.根据权利要求1所述的推挽结构射频功率放大器，其特征在于，所述输出匹配网络包括第十一电容、第十二电容、第十三电容和第三变压器，

所述第三变压器的初级线圈的第一端作为所述输出匹配网络的第一输入端，且所述第三变压器的初级线圈的第一端连接至所述第十一电容的第二端；

所述第三变压器的初级线圈的中心抽头端分别连接至所述第十一电容的第一端、所述第十二电容的第一端和第二电源电压；

所述第三变压器的初级线圈的第二端作为所述输出匹配网络的第二输入端，且所述第三变压器的初级线圈的第二端连接至所述第十二电容的第二端；

所述第三变压器的次级线圈的第一端作为所述输出匹配网络的输出端，且所述第三变压器的次级线圈的第一端连接至所述第十三电容的第一端；所述第十三电容的第二端接地；

所述第三变压器的次级线圈的第二端接地。

10.一种射频芯片，其特征在于，所述射频芯片包括如权利要求1-9中任意一项所述的推挽结构射频功率放大器。

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