CN201114042Y - 用于td-scdma系统基站的3w多载波功率放大器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种功率放大器。用于TD－SCDMA系统基站的3W多载波功率放大器，其特征是：它包括输入连接器(A)、功放电路、低噪放电路、开关电路(13)和射频开关控制电路(18)；功放电路包括温补衰减器(1)、第一级放大器(2)、第一介质滤波器(3)、第二级放大器(4)、移相器(5)、第三级放大器(6)、第四级放大器(7)、第五级放大器(8)、定向耦合器(9)、环形器(10)、耦合器(11)、第一射频开关(12)；低噪放电路包括第一级放大器(14)、第二级放大器(15)、第二射频开关(16)和第二介质滤波器(17)。本实用新型既满足了邻道抑制(ACPR)的要求，又能做到工作效率高；同时又能保证功放与低噪放电路工作可靠、稳定。可广泛用于TD－SCDMA基站系统中。

Description

用于TD-SCDMA系统基站的3W多载波功率放大器

技术领域

本实用新型涉及一种功率放大器，具体涉及一种用于TD-SCDMA系统基站中的3W多载波功率放大器。

背景技术

TD-SCDMA/3W多载波功率放大器，由于邻道抑制(ACPR)指标要求高，线性好，效率要求高，对于四级放大器来说，在设计中怎样选择各级放大管的配合，是一个具有挑战的问题。对于效率指标要求，最后的主放大级的功放管既不能选择功率过大也不能选择功率过小。功率过大则功耗较大；功率过小则又不能满足邻道抑制的要求。对于高效率要求和高线性指标要求的功率放大器来说，仅用功率回退技术是不能满足指标要求的。

TD-SCDMA/3W多载波功率放大器工作与时分状态，内部功放和低噪放电路时分工作，在功放体积要求较高的条件下，如何保证功放与低噪放电路的工作可靠性与稳定性也是一个技术挑战。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种用于TD-SCDMA系统基站中的3W多载波功率放大器，它既满足了邻道抑制(ACPR)的要求，又能做到工作效率高；同时又能保证功放与低噪放电路工作可靠、稳定。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：用于TD-SCDMA系统基站的3W多载波功率放大器，其特征是：它包括输入连接器A、功放电路、低噪放电路、开关电路13和射频开关控制电路18；功放电路包括温补衰减器1、第一级放大器2、第一介质滤波器3、第二级放大器4、移相器5、第三级放大器6、第四级放大器7、第五级放大器8、定向耦合器9、环形器10、耦合器11、第一射频开关12；低噪放电路包括第一级放大器14、第二级放大器15、第二射频开关16和第二介质滤波器17；输入连接器A连接温补衰减器1的输入端，温补衰减器1的输出端连接功放电路的第一级放大器2的输入端，功放电路的第一级放大器2的输出端连接第一介质滤波器3输入端，第一介质滤波器3的输出端连接功放电路的第二级放大器4的输入端，功放电路的第二级放大器4的输出端连接移相器5的输入端连接，移相器5的输出端连接第三级放大器6的输入端，第三级放大器6的输出端连接第四级放大器7的输入端；第四级放大器7的输出端连接第五级放大器8的输入端，第五级放大器8输出端连接定向耦合器9的输入端，定向耦合器9输出有两路信号，定向耦合器9的第一路通过定向耦合器9的耦合端与第一射频开关12的第一输入端连接，定向耦合器9的第二路输出端与环形器10的端口1相连，环形器10的端口2输出与输出输入连接器B的输入相连，环形器10的端口3与开关电路13的输入端相连；开关电路13的第一输出端与耦合器11的输入端相连，耦合器11的输出端与第一射频开关12的第二输入端相连，第一射频开关12的控制端与射频开关控制电路18的第1控制端连接，第一射频开关12的输出端与第二射频开关16的第二输入端相连；开关电路13的第二输出端与低噪放电路的第一级放大器14的输入端连接，低噪放电路的第一级放大器14的输出与低噪放电路的第二级放大器15的输入端连接，低噪放电路的第二级放大器15的输出端与第二射频开关16的第一输入端，第二射频开关16的输出端与第二介质滤波器17输入端连接，第二介质滤波器17的输出端与输出连接器C连接，开关电路13的控制端与射频开关控制电路18的第2控制端连接，第二射频开关16的控制端与射频开关控制电路18的第3控制端连接；

所述的温补衰减器1为SANGSHINE公司的3-9或6-9；功放电路的第一级放大器2的放大管为RFMD公司的RF3315，第一介质滤波器3为MURURA公司的DFCH32G01HDNAA，功放电路的第二级放大器4的放大管为RFMD公司的RF3315，移相器5为SKYWORKS公司的PS214-315，第三级放大器6为HITTITE公司的HMC454，第四级放大器7的放大管为infineon公司的PTF180101m或PTF180101S，第五级放大器8的放大管为infineon公司的PTFA210601E；定向耦合器9为ANAREN公司的XC2100A-20；环形器10为上海达信公司的M201025CFS1ZW，耦合器11为ANAREN公司的JP520；第一射频开关12为HITTITE公司的HMC194MS8E；开关电路13为南京55所的WKB018025P，低噪放电路的第一级放大器14的放大管为Agilent公司的ATF54143，低噪放电路的第二级放大器15的放大管为Agilent公司的ATF53189，第二介质滤波器17为MURURA公司的DFCH32G01HDNAA，第二射频开关16为HITTITE公司的HMC194MS8E；射频开关控制电路18中的芯片为TI公司的74AHC04或74AHC08。

本实用新型为了满足高效率的要求，合适选择各级功放管的型号及工作状态，为了满足邻道抑制(ACPR)的要求并且有很大富余量，采用预失真技术，从而使功放在输出功率为3W时±1.6MHz带外抑制≤-48dBc，±3.2MHz带外抑制≤-53dBc；并且已经通过高低温实验、稳定性可靠性实验以及HALT实验，功放与低噪放电路工作可靠、稳定；这种功率放大器功率消耗小，总的工作效率为9％～10％。

本实用新型的有益果是：既满足了邻道抑制(ACPR)的要求，又能做到工作效率高；同时又能保证功放与低噪放电路工作可靠、稳定。

附图说明

图1是本实用新型电路原理框图

具体实施方式

如图1所示，用于TD-SCDMA系统基站的3W多载波功率放大器，它包括输入连接器A、功放电路、低噪放电路、开关电路13和射频开关控制电路18；功放电路包括温补衰减器1、第一级放大器2、第一介质滤波器3、第二级放大器4、移相器5、第三级放大器6、第四级放大器7、第五级放大器8、定向耦合器9、环形器10、耦合器11、第一射频开关12；低噪放电路包括第一级放大器14、第二级放大器15、第二射频开关16和第二介质滤波器17；输入连接器A连接温补衰减器1的输入端，温补衰减器1的输出端连接功放电路的第一级放大器2的输入端，功放电路的第一级放大器2的输出端连接第一介质滤波器3输入端，第一介质滤波器3的输出端连接功放电路的第二级放大器4的输入端，功放电路的第二级放大器4的输出端连接移相器5的输入端连接，移相器5的输出端连接第三级放大器6的输入端，第三级放大器6的输出端连接第四级放大器7的输入端；第四级放大器7的输出端连接第五级放大器8的输入端，第五级放大器8输出端连接定向耦合器9的输入端，定向耦合器9输出有两路信号，定向耦合器9的第一路通过定向耦合器9的耦合端与第一射频开关12的第一输入端连接，定向耦合器9的第二路输出端与环形器10的端口1相连，环形器10的端口2输出与输出输入连接器B的输入相连，环形器10的端口3与开关电路13的输入端相连；开关电路13的第一输出端与耦合器11的输入端相连，耦合器11的输出端与第一射频开关12的第二输入端相连，第一射频开关12的控制端与射频开关控制电路18的第1控制端连接，第一射频开关12的输出端与第二射频开关16的第二输入端相连；开关电路13的第二输出端与低噪放电路的第一级放大器14的输入端连接，低噪放电路的第一级放大器14的输出与低噪放电路的第二级放大器15的输入端连接，低噪放电路的第二级放大器15的输出端与第二射频开关16的第一输入端，第二射频开关16的输出端与第二介质滤波器17输入端连接，第二介质滤波器17的输出端与输出连接器C连接，开关电路13的控制端与射频开关控制电路18的第2控制端连接，第二射频开关16的控制端与射频开关控制电路18的第3控制端连接；

所述的温补衰减器1为SANGSHINE公司的3-9或6-9；功放电路的第一级放大器2的放大管为RFMD公司的RF3315，第一介质滤波器3为MURURA公司的DFCH32G01HDNAA，功放电路的第二级放大器4的放大管为RFMD公司的RF3315，移相器5为SKYWORKS公司的PS214-315，第三级放大器6为HITTITE公司的HMC454，第四级放大器7的放大管为infineon公司的PTF180101m或PTF180101S，第五级放大器8的放大管为infineon公司的PTFA210601E；定向耦合器9为ANAREN公司的XC2100A-20；环形器10为上海达信公司的M201025CFS1ZW，耦合器11为ANAREN公司的JP520；第一射频开关12为HITTITE公司的HMC194MS8E；开关电路13为南京55所的WKB018025P，低噪放电路的第一级放大器14的放大管为Agilent公司的ATF54143，低噪放电路的第二级放大器15的放大管为Agilent公司的ATF53189，第二介质滤波器17为MURURA公司的DFCH32G01HDNAA，第二射频开关16为HITTITE公司的HMC194MS8E；射频开关控制电路18中的芯片为TI公司的74AHC04或74AHC08。

功放电路部分的输入信号经输入连接器A、经过温补衰减器1衰减后输入至功放电路的第一级放大器2，功放电路的第一级放大器2的输出与第一介质滤波器3的输入端连接实现对输入信号的滤波，保证输入信号为工作频段内信号，第一介质滤波器3输出端与第功放电路的二级放大器4的输入端连接，功放电路的第二级放大器4的输出端与移相器5的输入端连接，移相器5的输出端连接第三级放大器6的输入端，第三级放大器6的输出端与第四级放大器7的输入端连接，第四级放大器7的输出端与第五级放大器8的输入端连接；这五级放大器实现对信号的放大，满足增益及输出功率、效率、线性的要求，同时与移相器电路配合，提高功放线性与效率的指标。功放工作时，开关电路13的控制原理是当开关电路13的第一输出端与耦合器11的输入端相连时，此时第一射频开关12由系统送出高低电平决定是前向功率检波还是反向功率检波，环形器10的端口2输出与输出输入连接器B连接，为功放输出功率的物理接口。所述的移相器5，通过电压控制移相器来调整功放的相位，使功放的相位失真最小，提高功放的线性。

低噪放电路部分的输入信号经输出输入连接器B输入至环形器(10)的端口2，环形器(10)的端口2的输出与开关电路(13)的输入端相连接，开关电路(13)受射频开关控制电路18的控制(开关电路13的控制端与射频开关控制电路18的第2控制端连接)，当整机功率放大器处于低噪放状态工作时，开关电路(13)、第一射频开关WKB018025P与低噪放部分相连。开关电路(13)的第二输出端与低噪放电路的第一级放大器(14)的输入端连接，低噪放电路的第一级放大器(14)的输出与低噪放电路的第二级放大器(15)的输入端连接，第二级放大器(15)的输出端至第二射频开关(16)，第二射频开关(16)受射频开关控制电路18的控制(射频开关16的控制端与射频开关控制电路18的第3控制端端连接)，当整机功率放大器处于低噪放状态工作时，第二射频开关(16)的输出端与第二介质滤波器(17)的输入端连接，第二介质滤波器(17)的输出端与输出连接器C相连。

TD-SCDMA功放时分同步控制技术说明：

TD-SCDMA功放时分同步控制技术分为三大块：一、功放电源时分管理；二、功放电源保护；三、射频通道切换开关保护。

一、功放电源时分管理：

LDMOS功率放大器件可以正常使用于开关状态，其器件本身开关响应时间基本在几十纳秒量级，完全不会对系统的响应速度造成很大影响。具体的开关控制点，选在器件的栅极和漏极只有微小差别。但是，考虑到漏极通过电流大，对控制器件要求高，一般选在栅极作开关控制点。

选择栅极作时分控制点，一般使用电子开关做为切换开关即可。如CD4066，在5V供电时可通过的模拟电压为5V，电流20mA，开关响应时间典型值35ns。足以满足要求。

如果使用单刀单掷开关，开关的控制点不管选择在栅极还是漏极都会面临一个问题。就是关断的响应时间。用于功率放大LDMOS器件栅极和漏极的对地电阻都是很大的，安装在功放中时普遍在5M欧以上。这样导致开关关断后，栅极或漏极上积累的电荷没有泻放的路径，关断后的很长时间，栅极或漏极上的电压仍保持在很高的电压上，不能满足TD-SCDMA协议对时隙切换速度的要求。解决这个问题的方法是给栅极或漏极加上放电电路。由于栅极的电流极小，所以栅极的放电电路可以使用单刀双掷开关，在关闭时使栅极接地放电。漏极电流较大，普通的单刀双掷开关不能承受大电流和大电压，所以需要用三极管或MOS管做放电电路。

二、功放电源保护：

为降低能耗，减少运行成本，TD-SCDMA系统对于功放的效率要求很高。同时出于上下行的隔离度的问题的考虑。决定了功放中的上下行通道要求在上行(下行)工作时下行(上行)要完全关断。所以上下行的电源是不允许同时有电工作的。为防止外部输入的控制时序受到干扰而错误动作造成电源同时打开工作。在电源管理部分加上了电源互锁保护。具体做法是使用比较器对上下行的电源电压进行监视，比较器得到的监视信号反馈回逻辑控制部分，逻辑控制部分对两路的监视信号进行互锁逻辑，保证在一路电源有电时另一路电源开关不可能打开。

三、射频通道切换开关保护：

上下行射频通道的切换开关和隔离保护的设计使用双管齐下的方式。一方面选用高耐受功率高隔离度的PIN管射频开关。另一方面联合使用环行器和射频开关，在通道切换开关、功放输出和天线端口之间加入环行器，使用环行器来增加PA通道和LNA通道之间的隔离度。

射频通道的切换开关的时序安全的设计。通道开关的切换时序要与上下行两路放大器的工作同步。由于低噪放通道的放大器都是小信号放大器，器件的耐受功率值不高。如果射频通道的切换开关的时序错误，在PA工作时切换到了低噪放通道。则在全反射时PA的输出全加到了低噪放上，低噪放的器件会因此损坏。

解决的方法是将射频通道的切换开关的时序与低噪放电源管理控制信号挂钩，低噪放电源开时才将射频通道的切换开关切换到低噪放通道上。

Claims (1)

1.用于TD-SCDMA系统基站的3W多载波功率放大器，其特征是：它包括输入连接器(A)、功放电路、低噪放电路、开关电路(13)和射频开关控制电路(18)；功放电路包括温补衰减器(1)、第一级放大器(2)、第一介质滤波器(3)、第二级放大器(4)、移相器(5)、第三级放大器(6)、第四级放大器(7)、第五级放大器(8)、定向耦合器(9)、环形器(10)、耦合器(11)、第一射频开关(12)；低噪放电路包括第一级放大器(14)、第二级放大器(15)、第二射频开关(16)和第二介质滤波器(17)；输入连接器(A)连接温补衰减器(1)的输入端，温补衰减器(1)的输出端连接功放电路的第一级放大器(2)的输入端，功放电路的第一级放大器(2)的输出端连接第一介质滤波器(3)输入端，第一介质滤波器(3)的输出端连接功放电路的第二级放大器(4)的输入端，功放电路的第二级放大器(4)的输出端连接移相器(5)的输入端连接，移相器(5)的输出端连接第三级放大器(6)的输入端，第三级放大器(6)的输出端连接第四级放大器(7)的输入端；第四级放大器(7)的输出端连接第五级放大器(8)的输入端，第五级放大器(8)输出端连接定向耦合器(9)的输入端，定向耦合器(9)输出有两路信号，定向耦合器(9)的第一路通过定向耦合器(9)的耦合端与第一射频开关(12)的第一输入端连接，定向耦合器(9)的第二路输出端与环形器(10)的端口1相连，环形器(10)的端口2输出与输出输入连接器(B)的输入相连，环形器(10)的端口3与开关电路(13)的输入端相连；开关电路(13)的第一输出端与耦合器(11)的输入端相连，耦合器(11)的输出端与第一射频开关(12)的第二输入端相连，第一射频开关(12)的控制端与射频开关控制电路(18)的第1控制端连接，第一射频开关(12)的输出端与第二射频开关(16)的第二输入端相连；开关电路(13)的第二输出端与低噪放电路的第一级放大器(14)的输入端连接，低噪放电路的第一级放大器(14)的输出与低噪放电路的第二级放大器(15)的输入端连接，低噪放电路的第二级放大器(15)的输出端与第二射频开关(16)的第一输入端，第二射频开关(16)的输出端与第二介质滤波器(17)输入端连接，第二介质滤波器(17)的输出端与输出连接器(C)连接，开关电路(13)的控制端与射频开关控制电路(18)的第2控制端连接，第二射频开关(16)的控制端与射频开关控制电路(18)的第3控制端连接；

所述的温补衰减器(1)为SANGSHINE公司的3-9或6-9；功放电路的第一级放大器(2)的放大管为RFMD公司的RF3315，第一介质滤波器(3)为MURURA公司的DFCH32G01HDNAA，功放电路的第二级放大器(4)的放大管为RFMD公司的RF3315，移相器(5)为SKYWORKS公司的PS214-315，第三级放大器(6)为HITTITE公司的HMC454，第四级放大器(7)的放大管为infineon公司的PTF180101m或PTF180101S，第五级放大器(8)的放大管为infineon公司的PTFA210601E；定向耦合器(9)为ANAREN公司的XC2100A-20；环形器(10)为上海达信公司的M201025CFS1ZW，耦合器(11)为ANAREN公司的JP520；第一射频开关(12)为HITTITE公司的HMC194MS8E；开关电路(13)为南京55所的WKB018025P，低噪放电路的第一级放大器(14)的放大管为Agilent公司的ATF54143，低噪放电路的第二级放大器(15)的放大管为Agilent公司的ATF53189，第二介质滤波器(17)为MURURA公司的DFCH32G01HDNAA，第二射频开关(16)为HITTITE公司的HMC194MS8E；射频开关控制电路(18)中的芯片为TI公司的74AHC04或74AHC08。

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