CN1224166C - 功率放大器和通信装置 - Google Patents
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Abstract
一种放大两个频带的信号的功率放大器，减小其尺寸并改善在低输出时的效率。该功率放大器包括输入端501；具有一个输入和多个输出的分支电路102等，其中该输入连接到输入端501；连接到分支电路102等的某些输出、并且以彼此不同的信号频率工作的放大装置104和106；一条连接到分支电路102的其它输出之一的传输线路108；连接到放大装置的输出、以及来自传输线路的输出的合成电路110；在该传输线路和合成输出单元之间提供的开关109；以及控制分支电路102等的导通，放大装置104和106的导通和放大操作，以及开关109的导通的控制电路112。
Description
技术领域
本发明涉及用于移动通信等的功率放大器和通信装置。
背景技术
在移动通信中存在具有多种方法和频带的应用设备，而且希望在无线电设备中处理多个应用。某些应用设备，通常是CDMA，需要控制无线电设备的输出功率，而且在一个较宽的动态范围上要求较低的能量消耗。此外，还要求重量减轻的更小的无线电设备。
在下文中，将依据附图讨论传统的功率放大器。
图7是一个显示了传统功率放大器700的方框图。在图7中，参考数字701表示第一输入终端，参考数字702表示第一输入端匹配电路，参考数字703表示第一输入端直流偏压电源电路，参考数字704表示第一晶体管，参考数字705表示第一输出端直流偏压电源电路，参考数字706表示第一输出端匹配电路，参考数字707表示第一输出终端，参考数字708表示第二输入终端，参考数字709表示第二输入端匹配电路，参考数字710表示第二输入端直流偏压电源电路，参考数字711表示第二晶体管，参考数字712表示第二输出端直流偏压电源电路，参考数字713表示第二输出端匹配电路，而参考数字714表示第二输出终端。
这样设置的传统功率放大器对两种频率的信号进行操作。执行的操作如下：在以第一频率操作的情况下，由第一晶体管704放大输入到第一输入终端702的信号并且输出到第一输出终端707。在以第二频率操作的情况下，由第二晶体管712放大输入到第二输入终端708的信号并且输出到第二输出终端714。
此外，对于两种频率的信号输入来说，即使当获得了具有低输出的信号时，该信号也经过第一晶体管704或者第二晶体管712，并且执行放大操作。
然而，在这样的一个配置中，存在这样一个问题，即：功率放大器在每一个频率是完全独立的，而且在功率放大器和天线之间的部件(未示出)的数目需要用于两种系统，这导致一个较大的无线电设备。
此外，在使用多级放大器等中还存在另一个问题，因为功率放大器通常被调整为在最大输出处具有最高的性能，所以即使当输出减小和需要低功率信号时，也会对功率放大器进行操作。因此，降低了整体的效率。
发明内容
设计本发明以解决上述问题，其目的是提供一种具有在多个不同频率工作的输入和输出系统的功率放大器、以及一种依据输出功率来切换信号路径并且甚至在低输出时实现低能耗的功率放大器。
根据本发明的第一发明是一种功率放大器，包括：
具有一个输入端和多个输出端的分支输出装置，
多个放大装置，连接到该分支输出装置的一些输出端，并且以彼此不同的信号频率工作，连接到该分支输出装置的其它输出端的旁路装置，
合成输出单元，接收该多个放大装置的输出以及来自旁路装置的输出作为输入，并且具有连接到外部的输出端，
开关装置，切换旁路装置导通和不导通，
其中
每个所述放大装置具有：
提供在分支输入装置一侧的第一匹配电路，提供在合成输出单元一侧的第二匹配电路，提供在第一匹配电路和第二匹配电路之间的晶体管，和用于所述晶体管的放大操作的直流偏压电源电路；
配置所述放大装置的所述第二匹配电路，以便在连接到所述第二匹配电路的所述各自的放大装置不进行放大的情况下，从所述合成输出单元到多个所述放大装置的阻抗在所有信号频率为高阻抗，和
控制装置，用于控制分支输出装置的导通，该多个放大装置的导通和放大操作，以及开关装置的导通，其中控制装置根据信号频率和所需的输出功率执行控制，以使放大到分支输出装置的输入，并经由该多个放大装置中的任何一个输出到合成输出单元，或者未经放大地经由旁路装置输出到合成输出单元。
本发明的第二发明是根据本发明的第一发明所述的功率放大器，其中放大装置包含：
提供在第一匹配电路和晶体管之间和/或在第二匹配电路和晶体管之间提供的直流偏压电源电路；和
第一匹配电路和第二匹配电路中的至少一个具有可变阻抗。
本发明的第三发明是根据本发明的第二发明的功率放大器，其特征在于控制装置根据该多个工作的放大装置中的任何一个的输出来改变第一匹配电路和第二匹配电路中的一个或者二者的阻抗，该匹配电路由工作的放大装置保持。
本发明的第四发明是根据本发明的第二发明所述的功率放大器，其特征在于第一匹配电路和/或第二匹配电路包含：
连接到分支输入装置或者晶体管的一个输出端的输入端，
连接到晶体管或者合成输出单元的一个输入端的输出端，
至少一个连接在输入端和输出端之间的串联匹配电路单元，
至少一个连接在输入端和串联匹配电路单元之间，在两个串联的匹配电路单元之间，或者在串联的匹配电路单元和输出端之间的开关，并由控制装置控制该开关接通和断开，以及
连接到开关的另一端的并联匹配电路单元。
本发明的第五发明是根据本发明的第一所述的功率放大器，其特征在于分支输入装置包括：
用于与该多个放大装置中的每一个导通的放大装置输入开关，以及
用于与旁路装置，传输线路，和传输线路组中的一个导通的旁路输入开关；和
放大装置输入开关作为一个失真预补偿电路操作。
本发明的第六发明是根据本发明的第二发明所述的功率放大器，进一步包含连接到在输出合成单元和输出终端之间的节点的用于多频率的直流偏压电源电路，
其中该用于多频率的直流偏压电源电路根据与该多个放大装置中的工作的放大装置对应的信号频率工作。
本发明的第七发明是根据本发明的第六发明所述的功率放大器，其特征在于该用于多频率的直流偏压电源电路包括：
具有多个对应于信号频率的偏置传输线路并且彼此串联连接的传输线路组，其中这些信号频率对应于该多个放大装置，
连接到对应于最高信号频率的最高频率偏置传输线路的一端的第一旁路电容器，该电容器设置在传输线路组的一端并且另一端连接到该节点，
和第一旁路电容器串联连接的第一子开关，由控制装置控制该第一子开关接通和断开。
至少一个连接在传输线路组的多个偏置传输线路之间的第二旁路电容器，
与第二旁路电容器串联连接的第二子开关，以及
在传输线路组的另一端提供的偏置终端，该偏置终端连接到未与另一个偏置传输线路连接的一端，并且被提供从控制装置提供的直流偏压；以及
最高频率偏置传输线路的另一端经由第一旁路电容器和第一子开关接地，
经由第二旁路电容器和第二子开关，在除了最高频率偏置传输线路的另一端之外的传输线路组的多个偏置传输线路之间接地，
第一旁路电容器在信号频率的最高信号频率短路，以及
第二旁路电容器在与从连接位置到节点的传输线路总长度有关的信号频率短路。
本发明的第八发明是一种具有多级构造的功率放大器，其中组合和使用根据本发明的第一至第七发明中的任何一项所述的功率放大器作为至少一级或更多级的放大器。
本发明的第九发明是一种功率放大器，其中将根据本发明的第一至第七发明中的任何一项所述的功率放大器中的所有或者部分部件配置在同一个半导体衬底上。
本发明的第十发明是一种功率放大器，其中将根据本发明的第一至第七发明中的任何一项所述的功率放大器中的所有或者部分部件配置在多个彼此不同的半导体衬底上。
本发明的第十一发明是一种通信装置，包含：
信号处理电路，
传输来自该信号处理电路的信号，并且具有功率放大器的传输电路，
发送该传输电路的输出和接收一个接收信号的天线，以及
处理该接收信号的接收电路，
其中该功率放大器是根据本发明第一至第十发明中的任何一项所述的功率放大器。
本发明还可以提供一种功率放大器，包含：
具有一个输入终端和多个输出终端的分支输出装置，
多个放大装置，连接到该分支输出装置的一些输出，并且以彼此不同的信号频率工作，
连接到该分支输出装置的其它输出端并且具有多条互相串联连接的旁路传输线路的旁路传输线路组，
连接到该多个放大装置的每个输出以及来自传输线路组的输出的合成输出单元，
在传输线路组和分支输出装置的第一节点上提供的第一接地装置，允许进行导通控制，
在传输线路组的旁路传输线路之间的第二节点上提供的多个第二接地装置，允许进行导通控制，以及
控制装置，用于控制分支输出装置的导通，该多个放大装置的导通和放大操作，第一接地装置的导通，以及第二接地装置的导通，
其中从合成输出单元看，从传输线路组到第二节点中每一个的部分长度以及该传输线路组的总长度对应于该多个放大装置的每一个信号频率，
从最短长度开始的该部分长度从最高频率开始到最低频率依次地对应于该多个放大装置的信号频率，
总长度对应于该多个放大装置中的最低信号频率，以及
控制装置根据信号频率和所需的输出功率执行控制，以便放大到该分支输出装置的输入，并且经由该多个放大装置中的任何一个输出到合成输出单元，或者未经放大地将该输入经由传输线路组输出到合成输出单元。
本发明还可以提供一种功率放大器，包含：
具有一个输入终端和多个输出终端的分支输出装置，
多个放大装置，连接到分支输出装置的一些输出，并且以彼此不同的信号频率工作，
连接到分支输出装置的其它输出的传输线路，
连接到该多个放大装置的每个输出以及来自传输线路的输出的合成输出单元，
在该传输线路的分支输出装置的一端上提供的接地装置，允许进行导通控制，以及
控制装置，用于控制分支输出装置的导通，该多个放大装置的导通和放大操作，以及接地装置的导通，
其中信号频率彼此相差偶数倍，以及控制装置根据信号频率和所需的输出功率执行控制，以便放大到分支输出装置的输入并且经由该多个放大装置中的任何一个输出到合成输出单元，或者将该输入未经放大地经由传输线路输出到合成输出单元。
附图说明
图1是表示根据本发明的实施例1的配置方框图；
图2是表示根据本发明的实施例2的配置方框图；
图3是表示根据本发明的实施例1到3的匹配电路的配置的方框图；
图4是表示根据本发明的实施例4的输入转换开关的方框图；
图5是表示根据本发明的实施例5的配置的方框图；
图6是表示根据本发明的一个移动无线单元的示例的方框图；
图7是表示一种常规功率放大器的配置的方框图；
图8是说明根据本发明将实施例4中的输入转换开关用于的实施例1的情况局部结构图；以及
图9是表示根据本发明的实施例3的配置的方框图。
(符号描述)
100、200、500、603：功率放大器
201、301、401、501、701、708：输入终端
101、202、502：分支电路
103、105、107、109、203、205、207、209、302、305、503、505、507、509：开关
101、106、204、206、504、506：放大装置
104a、104b、106a、106b、204a、204b、206a、206b、300、504a、504b、506a、506b、702、706、709、713：匹配电路
104c、104d、106c、106d、204c、204d、206c、206d、504c、506c、703、705、710、711：直流偏压电源电路
104c、106c、204c、206c、504d、506d、704、712：晶体管
108、208、508、512a、512d：传输线路
110、210、510：合成电路
111、211、307、404、511、707、714：输出端
112、212、513：控制电路
303、306：并联匹配电路单元
304：串联匹配电路单元
402：DCAC分隔电路
402a：AC信号通路
402b：DC信号通路
403：二极管
512c、512f：子开关
512b、512e：旁路电容器
512g：直流偏压电源接线端
514：节点
600：便携式无线电设备
601：信号处理部分
602：发射电路
604：天线
605：接收电路
具体实施方式
参见附图，下面将描述根据本发明实施例的一个功率放大器的操作。
(实施例1)
参见图1，下面将讨论本发明的实施例1。图1是表示根据本发明的实施例1的功率放大器100的方框图。在图1中，参考数字101表示输入端，参考数字102表示一个分支电路，参考数字103表示第一开关，参考数字104表示以第一频率操作的第一放大装置，参考数字104a表示一个输入端匹配电路，参考数字104b表示一个输出端匹配电路，参考数字104c表示一个输入端直流偏压电源电路，参考数字104d表示一个输出端直流偏压电源电路，参考数字104e表示晶体管，参考数字105表示第二开关，参考数字106表示以第二频率操作的第二放大装置，参考数字106a表示一个输入端匹配电路，参考数字106b表示一个输出端匹配电路，参考数字106c表示一个输入端直流偏压电源电路，参考数字106d表示一个输出端直流偏压电源电路，参考数字107表示第三开关，参考数字108表示一条传输线路，参考数字109表示第四开关，参考数字110表示合成电路，参考数字111表示一个输出端，而参考数字112表示一个控制电路。
根据本实施例配置的功率放大器100执行如下所述的操作。
功率放大器100以第一频率进行操作。在需要放大操作的第一模式中，控制电路112使第一开关103接通，使第二到第四开关105，107和109断开。直流偏压经由直流偏压电源电路104c和104d提供给第一放大装置104的晶体管104e，以便获得一个期望的初始电流。直流偏压经由直流偏压电源电路106c和106d提供给第二放大装置106的晶体管106e，以便不执行放大操作。
此时，在第一频率，控制电路112改变第二放大装置106的输入端和输出端匹配电路106a和106b，以便使从连接到合成电路110的第二放大装置106的输入到第二放大装置106的阻抗是高阻抗。然而，只有输出端匹配电路106b可以被改变，而不必总是改变输入端匹配电路106a。
因此，从输入终端101输入的信号由第一放大装置104放大，而且它的输出信号从输出端111输出。
在以第一频率操作而且不需要放大操作的第二模式中，控制电路112使第一和第二开关103和105断开，而使第三和第四开关107和109接通。直流偏压经由直流偏压电源电路104c，104d，106c和106d提供给第一和第二放大装置104和106的晶体管104e和106e，以便不执行放大操作。
此时，在第一频率，由控制电路112改变第一个放大装置104的输入端和输出端匹配电路104a和104b，以使从连接到合成电路110的第一放大装置104的输入到第一放大装置104的阻抗是高阻抗。由控制电路112改变第二放大装置106的输入端和输出端匹配电路106a和106b，以使从连接到合成电路110的第二放大装置106的输入到第二放大装置106的阻抗是高阻抗。然而，只可改变输出端匹配电路106b，而不必总是改变输入端匹配电路106a。
因此，从输入端101输入的信号通过传输线路108，它的输出信号从输出端111输出。
在以第二频率操作并且需要放大操作的第三模式中，控制电路112使第二开关105接通，并使第一，第三和第四开关103，107和109断开。直流偏压经由直流偏压电源电路106c和106d提供给第二放大装置106的晶体管106e，以便获得一个期望的初始电流。直流偏压经由直流偏压电源电路104c和104d提供给第一放大装置104的晶体管104e，以便不执行放大操作。
此时，在第二频率，由控制电路112改变第一放大装置104的输入端和输出端匹配电路104a和104b，以便使从连接到合成电路110的第一放大装置104的输入到第一放大装置104的阻抗是高阻抗。然而，只可改变输出端匹配电路104b，而不必总是改变输入端匹配电路104a。
因此，从输入终端101输入的信号由第二放大装置106放大，而它的输出信号从输出端111输出。
在以第二频率操作而且不需要放大操作的第四模式中，控制电路112使第一和第二开关103和105断开，并使第三和第四开关107和109被控制电路112接通。直流偏压经由直流偏压电源电路104c，104d，106c，和106d提供给第一和第二放大装置104和106的晶体管104e和106e，以便不执行放大操作。
此时，在第二频率，由控制电路112改变第一放大装置104的输入端和输出端匹配电路104a和104b，以使从连接到合成电路110的第一放大装置104的输入到第一放大装置104的阻抗是高阻抗，并且由控制电路112改变第二放大装置106的输入端和输出端匹配电路106a和106b，以使从连接到合成电路110的第二放大装置106的输入到第二放大装置106的阻抗是高阻抗。然而，只可改变输出端匹配电路104b和106b，而不必总是改变输入端匹配电路104a和106a。
因此，从输入端101输入的信号通过传输线路108，而且它的输出信号从输出终端111输出。
控制电路112依据工作频率和输出功率执行控制以切换以上四种模式。
如上所述，根据本实施例，依据工作频率和输出功率切换信号通路。尤其是在第二和第四模式中，使输出信号绕过放大装置，而且提供不使操作放大装置工作的偏压，以便减少用于较低输出功率的放大器消耗电流，由此在一个较宽的输出范围中提高了效率。此外，在两个频率处共享不需要放大操作的信号通路，而且放大器的输出作为单个系统提供，由此减少了电路规模。
此外，以上说明描述了功率放大器100包含两个放大装置，即放大第一频率的信号的第一放大装置104和放大第二频率的信号的第二放大装置106。本发明的功率放大器不局限于此。可以为放大不同频率的信号提供三个或更多的放大装置。这种情况下，能够在三个频率或更多频率处共享不需要放大操作的信号通路。
(实施例2)
参见图2，下面将讨论本发明的实施例2。图2是表示根据本发明的实施例2的功率放大器200的方框图。在图2中，参考数字201表示输入端，参考数字202表示一个分支电路，参考数字203表示第一开关，参考数字204表示以第一频率操作的第一放大装置，参考数字204a表示一个输入端匹配电路，参考数字204b表示一个输出端匹配电路，参考数字204c表示一个输入端直流偏压电源电路，参考数字204d表示一个输出端直流偏压电源电路，参考数字204e表示晶体管，参考数字205表示第二开关，参考数字206表示以第二频率操作的第二放大装置，其中第二频率比第一频率大偶数倍，参考数字206a表示一个输入端匹配电路，参考数字206b表示一个输出端匹配电路，参考数字206c表示一个输入端直流偏压电源电路，参考数字206d表示一个输出端直流偏压电源电路，参考数字206e表示晶体管，参考数字207表示第三开关，参考数字208表示一条传输线路，参考数字209表示第四开关，参考数字210表示一个合成电路，参考数字211表示一个输出终端、而参考数字212表示一个控制电路。
在此，希望传输线路208的线路长度是第一频率信号波长的四分之一。
依据本实施例配置的功率放大器200执行如下所述的操作。
功率放大器200以第一频率进行操作。在需要放大操作的第一模式中，控制电路212使第一开关和第四开关203和209接通，并使第二和第三开关205和207断开。直流偏压经由直流偏压电源电路204c和204d提供给第一放大装置204的晶体管204e，以便获得期望的初始电流。直流偏压经由直流偏压电源电路206c和206d提供给第二放大装置206的晶体管206e，以便不执行放大操作。
此时，在第一频率，由控制电路212改变第二放大装置206的输入端和输出端匹配电路206a和206b，以便使从连接到合成电路210的第二放大装置206的输入到第二放大装置206的阻抗是高阻抗。然而，只可改变输出端匹配电路206b，而不必总是改变输入端匹配电路206a。
此外，由于第四开关209接通，所以从连接到合成电路210的传输线路208的输入到传输线路208的阻抗在第一频率是高阻抗，而在第二频率是低阻抗。
因此，从输入终端201输入的信号由第一个放大装置204放大，而且它的输出信号从输出端211输出。
在以第一频率操作并且不需要放大操作的第二模式中，控制电路212使第一和第二、和第四开关203，205和209断开，而使第三开关207接通。直流偏压经由直流偏压电源电路204c，204d，206c和206d提供给第一和第二放大装置204和206的晶体管204e和206e，以便不执行一个放大操作。
此时，在第一频率，由控制电路212改变第一个放大装置204的输入端和输出端匹配电路204a和204b，以使从连接到合成电路210的第一个放大装置204的输入到第一放大装置204的阻抗是高阻抗。由控制电路212改变第二放大装置206的输入端和输出端匹配电路206a和206b，以使从连接到合成电路210的第二放大装置206的输入到第二放大装置206的阻抗是高阻抗。然而，只可改变输出端匹配电路204b和206b，而不必总是改变输入端匹配电路204a和206a。
因此，从输入端201输入的信号通过传输线路208，而且它的输出信号从输出终端211输出。
在以第二频率操作而且需要放大操作的第三模式中，控制电路212使第二开关205接通，并使第一、第三和第四开关203，107和209断开。直流偏压经由直流偏压电源电路206c和206d提供给第二放大装置206的晶体管206e，以便获得一个期望的初始电流。直流偏压经由直流偏压电源电路204c和204d提供给第一放大装置204的晶体管204e，以便不执行放大操作。
此时，在第二频率，由控制电路212改变第一放大装置204的输入端和输出端匹配电路204a和204b，以使从连接到合成电路210的第一放大装置204的输入到第一放大装置204的阻抗是高阻抗。然而，只可改变输出端匹配电路204b，而必不总是改变输入端匹配电路204a。
此外，由于第三和第四开关207和209被断开，所以从连接到合成电路210的传输线路208的输入到传输线路208的阻抗在第二频率是高阻抗。
因此，从输入终端201输入的信号由第二放大装置206放大，而且它的输出信号从输出端211输出。
在以第二频率操作而且不需要放大操作的第四模式中，控制电路212使第一、第二、和第四开关203，205和209断开，并使第三开关207被控制电路212接通。直流偏压经由直流偏压电源电路204c，204d，206c和206d提供给第一和第二放大装置204和206的晶体管204e和206e，以便不执行一个放大操作。
此时，在第二频率，由控制电路212改变第一放大装置204的输入端和输出端匹配电路204a和204b，以使从连接到合成电路210的第一放大装置204的输入到第一放大装置204的阻抗是高阻抗，并且由控制电路212改变第二放大装置206的输入端和输出端匹配电路206a和206b，以使从连接到合成电路210的第二放大装置206的输入到第二放大装置206的阻抗是高阻抗的。然而，只可改变输出端匹配电路204a和206b，而不必总是改变输入端匹配电路204a和206a。
因此，从输入终端201输入的信号通过传输线路208，而且它的输出信号从输出终端211输出。
控制电路212依据工作频率和输出功率执行控制以切换以上四种模式，即，第一到第四模式。
如上所述，根据本实施例，在一个工作频率比另一个工作频率大偶数倍的情况下，即使在改变电路配置时，也有可能执行和实施例1相同的操作。此外，当放大装置在低频工作时，传输线路208在一个作为低频输出信号的谐波的高频率时具有低阻抗，并且抑制谐波内容。因此，有可能实现更高的谐波处理电路，而不需要提供另一个用于谐波处理的电路。
此外，与实施例1相比，由于没有在传输线路208和合成电路210之间提供开关，所以有可能减少内部损耗并且有效地传输信号。
此外，以上的说明描述功率放大器200包含两个放大装置，即，放大第一频率信号的第一放大装置204和放大第二频率信号的第二放大装置206，其中第二频率比第一频率大偶数倍。本发明的功率放大器不限于此。可以提供三个或更多用于放大彼此的频率相差偶数倍的信号的放大装置。
(实施例3)
参见图9，下面将讨论本发明的实施例3。图9是表示根据本发明实施例3的功率放大器900的方框图。在图9中，和图2中相同的部分或者相应的部分由相同的参考数字指示，而且省略对其详细说明。然而，对于第一放大装置204在其中工作的第一频率和第二放大装置206在其中工作的第二频率之间的关系，第二频率被简单地设置为比第一频率高而不必比第一频率高偶数倍。
此外，参考数字230表示第一传输线路，而参考数字231表示第二传输线路。第一传输线路230和第二传输线路231使各自的一端经由第二节点234b互相串联连接。第一传输线路230的另一端连接到在第三开关207和第四开关209之间的第一节点234a，而第二传输线路231的另一个端连接到合成电路210，因此形成了本发明的一个旁路传输线路组。此外，在第二节点234b上提供一个由控制装置212控制导通的第五开关232，并且第二节点234b经由第五开关232接地。
在此，第二传输线路231具有在第二放大装置206侧的第二频率信号的波长的四分之一的线路长度，第一传输线路230的线路长度和第二传输线路231的线路长度的总和是在第一放大装置204侧的第一频率信号的波长的四分之一。
根据本实施例配置的功率放大器900执行如下所述的操作。
功率放大器900在第一频率工作。在需要放大操作的第一模式中，控制电路212使第一和第四开关203和209接通，并使第二，第三和第五开关205，207和232断开。直流偏压经由直流偏压电源电路204c和204d提供给第一放大装置204的晶体管204e，以便获得期望的初始电流。直流偏压经由直流偏压电源电路206c和206d提供给第二放大装置206的晶体管206e，以便不执行放大操作。
此时，在第一频率，由控制电路212改变第二放大装置206的输入端和输出端匹配电路206a和206b，以使从连接到合成电路210的第二放大装置206的输入到第二放大装置206的阻抗是高阻抗。然而，只可改变输出端匹配电路206b，而不必总是改变输入端匹配电路206a。
此外，因为第四开关209被接通而第五开关232被断开，所以从连接到合成电路210的第一传输线路230和第二传输线路231的输入到第一传输线路230和第二传输线路231的阻抗在第一频率是高阻抗。
因此，从输入端201输入的信号在第一放大装置204中放大，而且它的输出信号从输出终端211输出。
在以第一频率操作而且不需要放大操作的第二模式中，控制电路112使第一，第二，第四和第五开关203，205，209和232断开，而使第三开关207接通。直流偏压经由直流偏压电源电路204c，204d，206c和206d提供给第一和第二放大装置204和206的晶体管204e和206e，以便不执行放大操作。
此时，在第一频率，由控制电路212改变第一个放大装置204的输入端和输出端匹配电路204a和204b，以使从连接到合成电路210的第一放大装置204的输入到第一放大装置204的阻抗是高阻抗，并由控制电路212改变第二放大装置206的输入端和输出端匹配电路206a和206b，以使从连接到合成电路210的第二放大装置206的输入到第二放大装置206的阻抗是高阻抗。然而，只可改变输出端匹配电路204b和206b，而不必总是改变输入端匹配电路204b和206a。
因此，从输入端201输入的信号通过第一传输线路230和第二传输线路231，而且它的输出信号从输出端211输出。
在以第二频率操作而且需要放大操作的第三模式中，控制电路212使第二开关205和第五开关232接通，并使第一、第三和第四开关203，207和209断开。直流偏压经由直流偏压电源电路206c和206d提供给第二放大装置206的晶体管206e以便获得期望的初始电流。直流偏压经由直流偏压电源电路204c和204d提供给第一放大装置204的晶体管204e，以便不执行放大操作。
此时，在第二频率，由控制电路212改变第一放大装置204的输入端和输出端匹配电路204a和204b，以使从连接到合成电路210的第一放大装置204的输入到第一放大装置204的阻抗是高阻抗。然而，只可改变输出端匹配电路204b，而不必总是改变输入端匹配电路204a
此外，因为第三和第四开关207和209被断开而第五开关232被接通，所以从连接到合成电路210的第二传输线路231的输入到第二传输线路231的阻抗在第二频率是高阻抗。
因此，从输入终端201输入的信号在第二放大装置206中被放大，而且它的输出信号从输出终端211输出。
在以第二频率操作而且不需要放大操作的第四模式中，控制电路212使第一，第二，第四，和第五开关203，205，209和232，并使第三开关207接通。直流偏压经由直流偏压电源电路204c，204d，206c和206d提供给第一和第二放大装置204和206的晶体管204e和206e，以便不执行放大操作。
此时，在第二频率，由控制电路212改变第一放大装置204的输入端和输出端匹配电路204a和204b，以使从连接到合成电路210的第一放大装置204的输入到第一放大装置204的阻抗是高阻抗，并由控制电路212改变第二放大装置206的输入端和输出端匹配电路206a和206b，以使从连接到合成电路210的第二放大装置206的输入到第二放大装置206的阻抗是高阻抗的。然而，只可改变输出端匹配电路204a和206b，而不必总是改变输入端匹配电路204a和206a。
因此，从输入终端201输入的信号通过第一传输线路230和第二传输线路231，而且它的输出信号从输出终端211输出。
控制电路212依据工作频率和输出功率执行控制以切换以上四种模式，即，第一个到第四模式。
如上所述，根据本实施例，类似于实施例1，使输出信号绕过放大装置，并且提供了不操作放大装置的偏压，以便能够通过在当输出功率减少时减少放大器的消耗电流来在一个宽的输出范围中提高效率。此外，当不需要放大操作时，在两个频率处共享信号通路，而且放大器的输出作为单个系统提供，由此实现了一个更小的电路。因为在第一传输线路230和第二传输线路231和同步电路210之间没有开关，因此能够减少内部损耗，并且因此能够有效地传输信号。
此外，以上说明已经描述了功率放大器900包含两个放大装置，放大第一频率信号的第一放大装置204和放大第二频率信号的第二放大装置206，其中第二频率比第一频率高。本发明的功率放大器不限于此。可以为放大不同频率的信号提供三个或更多的放大装置。此时，根据放大装置的数目准备串联连接的传输线路数目，而且经由一个几乎与第五开关232一样的、其中能够由控制装置控制导通的开关在传输线路之间接地。
从同步电路210开始，使多条传输线路到节点的部分长度和串联连接的传输线路的总长度分别对应于多个放大装置的信号频率。更可取的是，从最短一个开始的部分长度顺序地对应于该多个放大装置的信号频率，从最高频率开始到最低频率，而且使用了一个对应于多个放大装置中最低信号频率的总长度。控制装置依据操作放大装置的频率控制在传输线路之间的开关导通，以便即使当提供了三个或更多放大装置时也能够执行和上述实施例相同的操作。同样在这种情况下，希望一个对应于部分长度的长度，而且总长度等于对应于每一信号频率的波长四分之一。
此外，在实施例1到3中，第一和第二开关工作作为失真预补偿电路，以便专门对要求线性的系统提高效率。
此外，可根据输出功率改变操作放大装置的直流偏压以减少损耗电流，同时满足了一个期望的特征，以便改善效率。
此外，还能够通过以下操作提高效率：操作放大装置的输入端和输出端匹配电路中的一个或者两个依据输出功率改变，而且在输出功率的最佳负载下使用。
图3是一个框图，显示了在依据实施例1到3的放大装置中的匹配电路配置的一个示例。在匹配电路300中，参考数字301表示输入端，参考数字302表示第一开关，参考数字303表示第一并联匹配电路单元，参考数字304表示串联匹配电路单元，参考数字305表示第二开关，参考数字306表示第二并联匹配电路单元，而参考数字307表示输出端。例如，串联匹配电路单元由一个线圈，电容器和传输线路实现。例如，该单元被实现为两端分别连接到输入端301和输出端307的线圈。第一并联匹配电路单元303和第二并联匹配电路单元306被实现为例如一端接地的电容器。
响应来自控制电路112和212的控制信号切换第一和第二开关302和305的接通和断开，以改变匹配电路300的阻抗。增加由第一和第二开关302和305和第一和第二并联匹配电路单元303和306组成的电路的数目，以便能够以一种更精心的方式调整匹配电路。当不需要切换匹配电路时，能够通过排除由第一和第二开关302和305以及第一和第二并联匹配电路单元303和306组成的电路来实现一个具有恒定阻抗的匹配电路。利用上述方案，能够实现实施例1到3的操作。
(实施例4)
图4是表示放大装置104和106(204和206)的输入端各由开关二极管构成的示例的方框图，其中的二极管由一个晶体管的输入端直流偏压接通和断开。图4示出了当放大装置104和106的晶体管需要执行放大的输入端直流偏压需要正电压时使用的电路。开关400是一个用作在图1中显示的第一开关103和第二开关105的开关。在开关400中，参考数字401表示输入端，参考数字402表示DC AC分离电路，参考数字402a表示一个交流信号通路，参考数字402b表示一个直流信号通路，参考数字403表示一个二极管，而参考数字404表示一个输出端。此外，图8a显示了当开关400用于实施例1中的第一开关103(在图8(a)中的400a)时、以及当开关400用于实施例1的第二开关105(在图8(a)中的400b)时的一个功率放大器的部分方框图。另外，因为整个电路的操作与实施例1和2的那些相同，所以稍后将仅描述第一放大装置104和第二放大装置106的输入端开关的操作。
当操作放大装置104或者106时，提供到晶体管104e或者106e输入端的直流偏压还施加到二极管403的阳极，而且二极管403的阴极由DC AC分离电路402以DC方式接地。因此，电流被施加到二极管403，而且开关400被接通。当第一放大装置104或者第二放大装置106不操作时，提供直流偏压以便使晶体管104e或者106e以及二极管403都断开。
利用这个布置，能够共享放大装置104和106的控制端以及输入端开关103和105同时实现实施例1和2的操作，而且能够减少来自控制电路的控制线。
此外，如图8(b)所示，分别由起第一开关103作用的开关400a和起第二开关105作用的开关400b保持的DC AC分离电路402被共享。而且DC AC分离电路402被布置在输入端101和分支电路102之间，且第一和第二开关分别被实现为400a’和400b’，每个都仅由二极管403组成。这样，能够进一步减少该电路的规模。
此外，很明显，能够通过作为一个失真预补偿电路操作由二极管403组成的开关来实现实施例2中效率的改善。
(实施例5)
参见图5，下面将讨论本发明的实施例5。图5是表示根据本发明实施例5的功率放大器500的方框图。在图5中，因为电路结构与实施例1的几乎相同，所以将仅描述其不同点。第一和第二放大装置504和506分别由输入端匹配电路504a和506a、输出端匹配电路504b和506b、和仅仅在输入端具有直流偏压电源电路504c和506c的晶体管504d和506d组成。在放大装置504和506中的晶体管504d和506d的输出端直流偏压由一个双频直流偏压电源电路512提供。用于双频率的直流偏压电源电路512连接到设置在合成电路510和输出端511之间提供的一个节点514。此时，第一和第二放大装置的输出端匹配电路504b和506b都必须被配置，以便施加直流偏压到晶体管504d和506d。此外，必要时，可以在节点514和输出终端511之间提供一个DC载止电路。
在用于双频率的直流偏压电源电路512中，第一偏置传输线路512a具有经由节点514直接连接在合成电路510和输出终端511之间的一端，和连接到第二偏置传输线路512d的一端的另一端。第二偏置传输线路512d的另一端连接到直流偏压电源终端512g，并且从控制电路513提供直流偏压。此外，经由第一旁路电容器512b和第一子开关512c在第一偏置传输线路512a和第二偏置传输线路512d之间接地，而且经由第二旁路电容器512e和第二子开关512f在第二偏置传输线路512d以及直流偏压电源终端512g之间接地。此外，第一偏置传输线路512a的线路长度是对应于第一放大装置504的高频信号波长的四分之一，而且第一偏置传输线路512a的线路长度和第二偏置传输线路的线路长度的总和是对应于第二放大装置506的一个低频率波长的四分之一。
这样配置的本实施例以下述方式进行操作。
当以两个频率中的高频率执行操作时，控制电路513执行控制以接通第一子开关512c，并且将所需的直流偏压提供给直流偏压电源终端512g。
因此，由于在连接到第一偏置传输线路512a的第一旁路电容器512b接地，其中第一偏置传输线路512a具有在高频率的波长的四分之一的长度，所以在高频率时从节点514到用于两个频率的直流偏压电源电路512的阻抗是高阻抗。
当以两个频率中的低频率执行操作时，控制电路513执行控制以断开第一子开关512c并接通第二子开关512f，并且提供所需的直流偏压给直流偏压电源终端512g。
因此，第一和第二偏置传输线路512a和512d的长度总和是在低频率时波长的四分之一，而且连接到第二偏置传输线路512d的第二旁路电容器512e通过由控制电路513接通第二子开关512f而被接地。因此，在低频率时从节点514到用于两个频率的直流偏压电源电路512的阻抗是高阻抗。
因此，能够由两个晶体管共享的直流偏压电源电路施加直流偏压而不影响高频信号。另外，即使当第二子开关512f(或者最接近直流偏压电源终端512g的一个子开关)不存在时，也能够执行相同的操作而且能够减少需要控制的开关数目。
虽然上述说明已经描述了具有实施例1的电路配置的情况，但是当用于两个频率的直流偏压电源电路在实施例2和3的电路配置中使用时仍然能够执行实施例2中的操作。
虽然上述说明已经描述了在旁路电容器和地之间都提供了第一子开关512c和第一子开关512f，但是该电容器和开关仅须为串联连接，而且可以在开关和地之间提供旁路电容器。
此外，以上说明描述了功率放大器500包含两个放大装置，即，放大第一频率信号的第一放大装置504和放大第二频率信号的第二放大装置506。本发明的功率放大器不限于此。类似于实施例1，可以为放大不同频率的信号提供三个或更多的放大装置。此时，用于双频率的直流偏压电源电路512起到处理与由放大装置处理的信号一样多的信号的多频直流偏压电源电路的作用。而且希望在多频直流偏压电源电路中，作为本发明中的最高频率偏置传输线路，具有在最高频率时波长的四分之一的偏置传输线路的一端连接到节点514，而且增加了在节点514和直流偏压电源终端512g之间串联连接的偏置传输线路的数目。此时，所希望的是，从节点514到增加的偏置传输线路的节点的长度被设置为对应于每一个增加的偏置传输线路的放大装置的对应信号波长的四分之一。
此外，在根据实施例2的配置的情况下，可以提供用于放大频率彼此相差偶数倍的信号的三个或更多放大装置。同样在这种情况下，用于双频率的直流偏压电源电路512起到处理与由放大装置处理的信号一样多的信号的多频直流偏压电源电路的作用。而且所希望的是，在这个多频直流偏压电源电路中，作为本发明中的最高频率偏置传输线路，具有在最高频率时波长的四分之一的偏置传输线路的一端连接到节点514，而且增加在节点514和直流偏压电源终端512g之间串联连接的偏置传输线路的数目。此时，所希望的是从节点514到增加的偏置传输线路的节点的长度被设置为对应于每一个增加的偏置传输线路的放大装置的对应信号波长的四分之一。
另外，通过以多级连接实施例1到5所示的功率放大器，能够以输出功率的步长更完善地改善效率。
此外，实施例1到5的功率放大器或者使用上述放大器的多级功率放大器被布置在同一个半导体衬底上，以便能够减少电路的尺寸。
此外，某些部件被布置在同一个半导体衬底上，而其它部件在以不同的处理过程中布置在由不同材料构成的半导体衬底上，以便能够共享每个极好的特征。
图6中的便携式无线电设备被配置为使用实施例1到5中的功率放大器，以便有可能实现诸如便携式无线电设备之类的通信设备，其能够在至少两个频率以被小尺寸和高效率被使用。
此外，在上述实施例中，输入端101，201和501，第一开关103，203和503，第二开关105，205和505，以及第三开关107，207和507对应于本发明的分支输出装置。此外，第一开关103，203和503以及第二开关105，205和505对应于本发明中的放大装置输入开关，第三开关107，207和507对应于本发明的旁路输入开关，而传输线路108对应于本发明的旁路装置。此外，输入端直流偏压电源电路104c，204c，106c，206c和504c以及输出端直流偏压电源电路104d，106d，204d和206d对应于本发明的直流偏压电源电路。另外，同步电路110，210和510对应于本发明的合成输出设备。此外，第四开关109和509对应于本发明的传输线路输出开关。此外，第四开关209被包含在本发明的接地装置中。此外，输入端匹配电路104a，204a，504a，106a，206a和506a对应于本发明的第一匹配电路，而输出端匹配电路104b，204b，504b，106b，206b和506b对应于本发明的第二匹配电路。另外，控制电路113，213，和513对应于本发明的控制装置。此外，第一偏置传输线路512a对应于本发明的最高频率偏置传输线路，而且第一偏置传输线路512a和第二偏置传输线路512d对应于本发明的传输线路组。
此外，在实施例2中，第一传输线路230和第二传输线路231对应于第二发明中的旁路传输线路，第四开关209被包含在第二发明的第一接地装置中，而且第五开关209被包含在第二发明的第二接地装置中。
工业实用性
如说明所描述的，很显然，根据本发明，能够为包含放大不同频带的信号的多个放大装置的功率放大器实现小型化以及在低输出时实现更高的效率。
Claims (14)
1.一种功率放大器，包括：
具有一个输入端和多个输出端的分支输出装置，
多个放大装置，连接到该分支输出装置的一些输出端，并且以彼此不同的信号频率工作，
连接到该分支输出装置的其它输出端的旁路装置，
合成输出单元，接收该多个放大装置的输出以及来自旁路装置的输出作为输入，并且具有连接到外部的输出端，
开关装置，切换旁路装置导通和不导通，以及
控制装置，用于控制分支输出装置的导通，该多个放大装置的导通和放大操作，以及开关装置的导通，
其中
每个所述放大装置具有：
提供在分支输入装置一侧的第一匹配电路，提供在合成输出单元一侧的第二匹配电路，提供在第一匹配电路和第二匹配电路之间的晶体管，和用于所述晶体管的放大操作的直流偏压电源电路；
配置所述放大装置的所述第二匹配电路，以便在连接到所述第二匹配电路的所述各自的放大装置不进行放大的情况下，从所述合成输出单元到多个所述放大装置的阻抗在所有信号频率为高阻抗，和
控制装置根据信号频率和所需的输出功率执行控制，以便放大到分支输出装置的输入，并经由该多个放大装置中的任何一个输出到合成输出单元，或者未经放大地经由旁路装置输出到合成输出单元。
2.根据权利要求1所述的功率放大器，其中放大装置包含：
提供在第一匹配电路和晶体管之间和/或在第二匹配电路和晶体管之间提供的直流偏压电源电路；和
第一匹配电路和第二匹配电路中的至少一个具有可变阻抗。
3.根据权利要求2所述的功率放大器，其特征在于控制装置根据该多个工作的放大装置中的任何一个的输出来改变第一匹配电路和第二匹配电路中的一个或者二者的阻抗，该匹配电路由工作的放大装置保持。
4.根据权利要求2所述的功率放大器，其特征在于第一匹配电路和/或第二匹配电路包含：
连接到分支输入装置或者晶体管的一个输出端的输入端，
连接到晶体管或者合成输出单元的一个输入端的输出端，
至少一个连接在输入端和输出端之间的串联匹配电路单元，
至少一个连接在输入端和串联匹配电路单元之间，在两个串联的匹配电路单元之间，或者在串联的匹配电路单元和输出端之间的开关，并由控制装置控制该开关接通和断开，以及
连接到开关的另一端的并联匹配电路单元。
5.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于分支输入装置包括：
用于与该多个放大装置中的每一个导通的放大装置输入开关，以及
用于与旁路装置，传输线路，和传输线路组中的一个导通的旁路输入开关；和
放大装置输入开关作为一个失真预补偿电路操作。
6.根据权利要求2所述的功率放大器，进一步包含连接到在输出合成单元和输出终端之间的节点的用于多频率的直流偏压电源电路，
其中该用于多频率的直流偏压电源电路根据与该多个放大装置中的工作的放大装置对应的信号频率工作。
7.根据权利要求6所述的功率放大器，其特征在于该用于多频率的直流偏压电源电路包括：
具有多个对应于信号频率的偏置传输线路并且彼此串联连接的传输线路组，其中这些信号频率对应于该多个放大装置，
连接到对应于最高信号频率的最高频率偏置传输线路的一端的第一旁路电容器，该电容器设置在传输线路组的一端并且另一端连接到该节点，
和第一旁路电容器串联连接的第一子开关，由控制装置控制该第一子开关接通和断开。
至少一个连接在传输线路组的多个偏置传输线路之间的第二旁路电容器，
与第二旁路电容器串联连接的第二子开关，以及
在传输线路组的另一端提供的偏置终端，该偏置终端连接到未与另一个偏置传输线路连接的一端，并且被提供从控制装置提供的直流偏压；以及
最高频率偏置传输线路的另一端经由第一旁路电容器和第一子开关接地，
经由第二旁路电容器和第二子开关，在除了最高频率偏置传输线路的另一端之外的传输线路组的多个偏置传输线路之间接地，
第一旁路电容器在信号频率的最高信号频率短路，以及
第二旁路电容器在与从连接位置到节点的传输线路总长度有关的信号频率短路。
8.一种具有多级构造的功率放大器，其中组合和使用根据权利要求1到7中的任何一项所述的功率放大器作为至少一级或更多级的放大器。
9.一种功率放大器，其中将根据权利要求1到7中的任何一项所述的功率放大器中的所有或者部分部件配置在同一个半导体衬底上。
10.一种功率放大器，其中将根据权利要求1到7中的任何一项所述的功率放大器中的所有或者部分部件配置在多个彼此不同的半导体衬底上。
11.一种通信装置，包含：
信号处理电路，
传输来自该信号处理电路的信号，并且具有功率放大器的传输电路，
发送该传输电路的输出和接收一个接收信号的天线，以及
处理该接收信号的接收电路，
其中该功率放大器是根据权利要求1到7中的任何一项所述的功率放大器。
12.一种通信装置，包含：
信号处理电路，
传输来自该信号处理电路的信号，并且具有功率放大器的传输电路，
发送该传输电路的输出和接收一个接收信号的天线，以及
处理该接收信号的接收电路，
其中该功率放大器是根据权利要求8所述的功率放大器。
13.一种通信装置，包含：
信号处理电路，
传输来自该信号处理电路的信号，并且具有功率放大器的传输电路，
发送该传输电路的输出和接收一个接收信号的天线，以及
处理该接收信号的接收电路，
其中该功率放大器是根据权利要求9所述的功率放大器。
14.一种通信装置，包含：
信号处理电路，
传输来自该信号处理电路的信号，并且具有功率放大器的传输电路，
发送该传输电路的输出和接收一个接收信号的天线，以及
处理该接收信号的接收电路，
其中该功率放大器是根据权利要求10所述的功率放大器。
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