CN203590164U - 一种异质结双极晶体管低功率通道功率放大器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开的功率放大器,实现低功率模式的第一通路包括异质结双极晶体管,因所述异质结双极晶体管尺寸很小,可以使其静态电流降低到3.0mA,在满足低功率输出的同时实现了高的功率附件效率。

Description

一种异质结双极晶体管低功率通道功率放大器
技术领域
本实用新型涉及电力电子设备技术领域,尤其涉及一种功率放大器。 
背景技术
功率放大器(RFPA)广泛的应用在各种无线通信设备及电子系统中,如手机、路由器或其他移动终端等。例如应用于手机中的功率放大器,用于放大已经调制好的输入信号,并获得满足要求的输出功率后输出至负载。手机与基站之间的电磁波传播不仅受通信距离的影响,还受到地形、地物的影响;为了使到达基站的信号大小基本稳定,故手机电路中的功率放大器一般会具有多功率模式。常用的功率模式一般分为三种:高功率模式、中功率模式和低功率模式。 
传统的多模功率放大器电路如图1所示,当高功率模式时,只有第一开关S1导通,则高功率通路导通;当中功率模式时,只有第二开关S2与第四开关S4导通,则中功率通路导通;当低功率模式时,只有第三开关S3与第五开关S5导通,则低功率通路导通。 
由于不管是在都市或者市郊,良好的基站覆盖率使得手机经常以较低的功率输入工作,因此为确保在不提高电池容量的情况下,延长手机电池的使用时间,提高低功率输出时的效率已经成为手机功率放大器非常重要的设计要求。 
实用新型内容
有鉴于此,本实用新型提供了一种功率放大器,以解决现有技术中低功率输出时效率有待提高的问题。 
为了实现上述目的,现提出的方案如下: 
一种功率放大器,包括:实现低功率模式的第一通路;所述第一通路包括异质结双极晶体管。 
优选的,还包括: 
与所述第一通路并联连接的第二通路; 
通过VM0/VM1模式控制所述第一通路及第二通路的偏置电压,以使所述功率放大器实现高功率模式、中功率模式或者低功率模式的控制电路;所述控制电路分别与所述第一通路及第二通路相连; 
分别与所述第一通路及第二通路相连的供电电路; 
通直流隔交流或者变换阻抗的第一匹配网络;所述第一匹配网络连接于所述供电电路与所述第一通路或者第二通路之间; 
所述第一通路还包括:连接于所述异质结双极晶体管集电极与所述第一通路输出端之间的第二匹配网络。 
优选的,所述异质结双极晶体管的基极作为所述第一通路的输入端;所述异质结双极晶体管的基极与所述控制电路相连;所述异质结双极晶体管的集电极与所述供电电路相连;所述异质结双极晶体管的发射极接地; 
所述第二通路包括: 
输入端作为所述第二通路输入端的驱动级;所述驱动级的供电端与所述供电电路相连;所述驱动级的控制端与所述控制电路相连; 
输入端与所述驱动级输出端相连的第一功率级;所述第一功率级的供电端与所述供电电路相连;所述第一功率级的控制端与所述控制电路相连; 
输入端与所述第一功率级输出端相连的第二功率级;所述第二功率级的供电端与所述第一匹配网络相连;所述第二功率级的控制端与所述控制电路相连;所述第二功率级的输出端为所述第二通路的输出端。 
优选的,所述第一通路还包括: 
连接于所述第一通路输入端与所述异质结双极晶体管基极之间的第一开关; 
连接于所述第二匹配网络与所述第一通路输出端之间的第二开关; 
所述第二通路还包括: 
连接于所述第二通路输入端与所述驱动级输入端之间的第三开关。 
优选的,所述第一通路还包括: 
连接于所述第一通路输入端与所述异质结双极晶体管基极之间的第三匹配网络; 
所述第二通路还包括: 
连接于所述第二通路输入端与所述驱动级输入端之间的第四匹配网络; 
连接于所述第一功率级输出端与所述第二功率级输入端之间的第五匹配网络; 
所述功率放大器还包括: 
与所述第一通路及第二通路并联输出端相连的第六匹配网路。 
优选的,所述第一通路还包括: 
输入端与所述异质结双极晶体管集电极相连的第一功率级;所述第一功率级供电端与所述供电电路相连;所述第一功率级的控制端与所述控制电路相连; 
所述异质结双极晶体管基极作为所述第一通路的输入端;所述异质结双极晶体管的基极与所述控制电路相连;所述异质结双极晶体管的集电极与所述第一匹配网络相连;所述异质结双极晶体管的发射极接地。 
优选的,所述第二通路包括: 
输入端作为所述第二通路输入端的驱动级;所述驱动级的供电端与所述供电电路相连;所述驱动级的控制端与所述控制电路相连; 
输入端与所述驱动级输出端相连的第二功率级;所述第二功率级的供电端与所述供电电路相连;所述第二功率级的控制端与所述控制电路相连;所述第二功率级的输出端为所述第二通路的输出端。 
从上述的技术方案可以看出,本实用新型公开的功率放大器,所述实现低功率模式的第一通路包括异质结双极晶体管,因所述异质结双极晶体管尺 寸很小,可以使其静态电流降低到3.0mA,在满足低功率输出的同时实现了高的功率附件效率。 
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。 
图1为现有技术的功率放大器电路图; 
图2为本实用新型实施例公开的功率放大器电路图; 
图3为本实用新型另一实施例公开的功率放大器电路图; 
图4为本实用新型另一实施例公开的功率放大器电路图; 
图5为本实用新型另一实施例公开的功率放大器电路图; 
图6为本实用新型另一实施例公开的功率放大器电路图; 
图7为本实用新型另一实施例公开的功率放大器电路图; 
图8为本实用新型另一实施例公开的功率放大器电路图。 
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本实用新型保护的范围。 
本实用新型提供了一种功率放大器,以解决现有技术中低功率输出时效率有待提高的问题。 
具体的,如图2所示,包括:实现低功率模式的第一通路101;第一通路101包括异质结双极晶体管Q1。 
具体的工作原理为: 
功率放大器一般具有高功率模式、中功率模式和低功率模式,以使到达基站的信号大小基本稳定。现有技术中存在通过PHEMT(pseudomorphic high-electron-mobility transistor,一种利用在砷化镓上生长的特殊外延层制造的射频砷化镓功率晶体管)器件实现的开关,也有利用HBT(Heterojunction bipolar transistor,磷化铟镓基异质结双极晶体管)的器件,即使现在有混合模式的双极场效应晶体管Bi FET工艺,但其依然存在成本高,效率低的问题;尤其是,目前普遍良好的基站覆盖率,使得手机经常以较低的功率输入工作,因此为确保在不提高电池容量的情况下,延长手机电池的使用时间,提高低功率输出时的效率已经成为手机功率放大器非常重要的设计要求。 
本实施例提供的功率放大器,实现低功率模式的第一通路101采用异质结双极晶体管HBT Q1,因异质结双极晶体管HBT Q1尺寸很小,可以使其静态电流降低到3.0mA,在满足低功率输出的同时实现了高的功率附件效率,解决了现有技术低功率输出时效率有待提高的问题。 
本实用新型另一实施例还提供了另外一种功率放大器,如图3所示,包括: 
第一通路101; 
与第一通路101并联连接的第二通路102; 
分别与第一通路101及第二通路102相连的控制电路103; 
分别与第一通路101及第二通路102相连的供电电路104; 
连接于供电电路104与第一通路101或者第二通路102之间的第一匹配网络105;图3中的虚线表示第一匹配网络105与第一通路101或者第二通路102相连; 
其中,第一通路101包括: 
异质结双极晶体管HBT Q1; 
连接于异质结双极晶体管HBT Q1集电极与第一通路101输出端之间的第二匹配网络106。 
具体的工作原理为: 
供电电路104为第一通路101及第二通路102供电;控制电路103通过VM0/VM1模式控制第一通路101及第二通路102的偏置电压,第一匹配网络105与第二匹配网络106配合起到通直流隔交流或者变换阻抗的作用,使第一通路101及第二通路102实现不同的导通形式,以使所述功率放大器实现高功率模式、中功率模式或者低功率模式。 
本实施例提供的功率放大器,不仅通过异质结双极晶体管HBT Q1实现低功率模式,解决了现有技术低功率输出时效率有待提高的问题;同时,通过控制电路103控制第一通路101及第二通路102实现不同的导通形式,以使所述功率放大器实现高功率模式、中功率模式或者低功率模式;相比现有技术采用三路通路分别实现所述高功率模式、中功率模式及低功率模式,电路结构简单,并且可以避免引起较大的相位差。 
本实施例内其他元器件的连接及具体的工作原理与上述实施例相同,此处不再赘述。 
本实用新型另一实施例还提供了另外一种功率放大器,如图4所示,包括: 
第一通路101; 
与第一通路101并联连接的第二通路102; 
分别与第一通路101及第二通路102相连的控制电路103; 
分别与第一通路101及第二通路102相连的供电电路104; 
连接于供电电路104与第二通路102之间的第一匹配网络105; 
其中,第一通路101包括: 
异质结双极晶体管HBT Q1;异质结双极晶体管HBT Q1的基极作为第一通路101的输入端;异质结双极晶体管HBT Q1的基极与控制电路103相连;异质结双极晶体管HBT Q1的集电极与供电电路104相连;异质结双极晶体管HBT Q1的发射极接地; 
连接于异质结双极晶体管HBT Q1集电极与第一通路101输出端之间的第二匹配网络106。 
第二通路102包括: 
输入端作为第二通路102输入端的驱动级P1;驱动级P1的供电端与供电电路104相连;驱动级P1的控制端与控制电路103相连; 
输入端与驱动级P1输出端相连的第一功率级U1;第一功率级U1的供电端与供电电路104相连;第一功率级U1的控制端与控制电路103相连; 
输入端与第一功率级U1输出端相连的第二功率级U2;第二功率级U2的供电端与第一匹配网络105相连;第二功率级U2的控制端与控制电路103相连;第二功率级U2的输出端为第二通路102的输出端。 
具体的工作原理为: 
当在高功率模式工作时,控制电路103通过VM0/VM1模式控制第二通路102的偏置电压使其驱动级P1、第一功率级U1和第二功率级U2导通,此时第一匹配网络105可看成第二功率级U2的扼流电感起到通直隔交的作用。第一通路101的偏置电压使异质结双极晶体管HBT Q1不能开启,此时异质结双极晶体管HBT Q1与第二匹配网络106的阻抗为第二功率级U2阻抗的10倍以上,对第二通路102的影响很小。而且匹配网络能够有效的滤除第二通路102工作时产生的二阶谐波,提高第二通路102的工作效率。 
当在中功率模式工作时,控制电路103通过VM0/VM1模式控制第二通路102的偏置电压使其驱动级P1和第一功率级U1导通,而第二功率级U2不能开启,此时第一匹配网络105起到阻抗变换的作用,将负载电阻转换到一个相对低的阻抗使其达到中功率模式下的最佳功率和效率。第一通路101的偏置电压使异质结双极晶体管HBT Q1不能开启。 
当在低功率模式工作时,控制电路103通过VM0/VM1模式控制第二通路102的偏置电压使其驱动级P1、第一功率级U1和第二功率级U2均不能开启,控制第一通路101的偏置电压使异质结双极晶体管HBT Q1导通。此时由第一匹配网络105、第一功率级U1和第二功率级U2形成的阻抗很大,对第一通路101的影响很小。而第二匹配网络106起到阻抗变换的作用,将负载电阻转换到一个低的阻抗使其达到低功率模式下的最佳功率和效率。 
本实施例提供的功率放大器,不仅通过异质结双极晶体管HBT Q1实现低功率模式,解决了现有技术低功率输出时效率有待提高的问题;同时,通过控制电路103控制第一通路101及第二通路102实现不同的导通形式,以使所述功率放大器实现高功率模式、中功率模式或者低功率模式;相比现有技术采用三路通路分别实现所述高功率模式、中功率模式及低功率模式,电路结构简单,并且可以避免引起较大的相位差;而且,本实施例提供的功率放大器,相比现有技术省略了多个射频开关。 
另外的,如图5所示,所示功率放大器中的第一通路101也可以还包括: 
连接于第一通路101输入端与异质结双极晶体管HBT Q1基极之间的第一开关S1; 
连接于第二匹配网络106与第一通路101输出端之间的第二开关S2; 
第二通路102还包括: 
连接于第二通路102输入端与驱动级P1输入端之间的第三开关S3。 
在高功率模式或者中功率模式工作时,第三开关S3打开,第一开关S1和第二开关S2关闭。在低功率模式工作时,第一开关S1和第二开关S2打开,第三开关S3关闭。 
本实施例内其他元器件的连接及具体的工作原理与上述实施例相同,此处不再赘述。 
优选的,本实用新型另一实施例还提供了另外一种功率放大器,如图6所示,第一通路101还包括: 
连接于第一通路101输入端与异质结双极晶体管HBT Q1基极之间的第三匹配网络107; 
第二通路102还包括: 
连接于第二通路102输入端与驱动级P1输入端之间的第四匹配网络108; 
连接于第一功率级U1输出端与第二功率级U2输入端之间的第五匹配网络109; 
所述功率放大器还包括: 
与第一通路101及第二通路102并联输出端相连的第六匹配网路110。 
具体的工作原理为: 
各个匹配网络可以为单L网络、单C网络或者LC的网络。具体实施的LC网络图如图7所示;第四匹配网络108用于第二通路102的输入匹配,第三匹配网络107用于第一通路101的输入匹配,第五匹配网络109是连接第二通路102通道上第一功率级U1与第二功率级U2的级间匹配,用于将从第二功率级U2输入端的阻抗转换到一个相对高的阻抗给到第一功率级U1的输出端。第一匹配网络105有两个作用,当高功率模式时,供电电路104通过第一匹配网络105在进入第二功率级U2,作为扼流电感起到通直阻交的作用;当中功率模式时,其起到阻抗变换的作用,把第二功率级U2的低阻抗变大以使第二通路102上的第一功率级U1的输出功率和效率达到中功率模式的指标要求。第二匹配网络106的功能主要用于阻抗变换把较低的阻抗变大以使第一通路101上异质结双极晶体管HBT Q1的输出功率和效率达到低功率模式的指标需求。第六匹配网路110的功能主要用于将负载电阻转换到一个较低的阻抗以使第二通路102上第二功率级U2的输出功率和效率达到高功率模式的指标需求。 
本实施例内其他元器件的连接及具体的工作原理与上述实施例相同,此处不再赘述。 
本实用新型另一实施例还提供了另外一种功率放大器,如图8所示,包括: 
第一通路101; 
与第一通路101并联连接的第二通路102; 
分别与第一通路101及第二通路102相连的控制电路103; 
分别与第一通路101及第二通路102相连的供电电路104; 
连接于供电电路104与第一通路101之间的第一匹配网络105; 
其中,第一通路101包括: 
异质结双极晶体管HBT Q1;异质结双极晶体管HBT Q1的基极作为第一通路101的输入端;异质结双极晶体管HBT Q1的基极与控制电路103相连;异质结双极晶体管HBT Q1的集电极与供电电路104相连;异质结双极晶体管HBT Q1的发射极接地; 
输入端与异质结双极晶体管HBT Q1输入端相连的第一功率级U1;第一功率级U1供电端与供电电路104相连;第一功率级U1的控制端与控制电路103相连; 
连接于异质结双极晶体管HBT Q1集电极与第一通路101输出端之间的第二匹配网络106。 
优选的,第二通路102包括: 
输入端作为第二通路102输入端的驱动级P1;驱动级P1的供电端与供电电路104相连;驱动级P1的控制端与控制电路103相连; 
输入端与驱动级P1输出端相连的第二功率级U2;第二功率级U2的供电端与供电电路104相连;第二功率级U2的控制端与控制电路103相连;第二功率级U2的输出端为第二通路102的输出端。 
当在高功率模式工作时,控制电路103通过VM0/VM1模式控制第二通路102的偏置电压使其驱动级P1和第二功率级U2导通,控制第一通路101的偏置电压使其异质结双极晶体管HBT Q1和第一功率级U1不能开启,此时由第二匹配网络106、异质结双极晶体管HBT Q1和第一功率级U1形成的阻抗为第二通 路102上第二功率级U2阻抗的10倍以上,对第二通路102的影响很小。而且匹配网络能够有效的滤除第二通路102工作时产生的二阶谐波,提高第二通路102的工作效率。 
当在中功率模式工作时,控制电路103通过VM0/VM1模式控制第二通路102的偏置电压使其驱动级P1和第二功率级U2不能开启,控制第一通路101的偏置电压使其异质结双极晶体管HBT Q1和第一功率级U1导通,此时第一匹配网络105可看成第一通路101上异质结双极晶体管HBT Q1的扼流电感起到通直隔交的作用,而第二匹配网络106起到阻抗变换的作用,将负载电阻转换到一个相对低的阻抗使其达到中功率模式下的最佳功率和效率。 
当在低功率模式工作时,控制电路103通过VM0/VM1模式控制第二通路102的偏置电压使其驱动级P1和第二功率级U2不能开启,控制第一通路101的偏置电压使其第一功率级U1不能开启而异质结双极晶体管HBT Q1导通。此时由第一匹配网络105和第二匹配网络106一起作为阻抗变换的作用,将负载电阻转换到一个低的阻抗使其达到低功率模式下的最佳功率和效率。 
本实施例内其他元器件的连接及具体的工作原理与上述实施例相同,此处不再赘述。 
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。 

Claims (7)

1.一种功率放大器,其特征在于,包括:实现低功率模式的第一通路;所述第一通路包括异质结双极晶体管。
2.根据权利要求1所述的功率放大器,其特征在于,还包括:
与所述第一通路并联连接的第二通路;
通过VM0/VM1模式控制所述第一通路及第二通路的偏置电压,以使所述功率放大器实现高功率模式、中功率模式或者低功率模式的控制电路;所述控制电路分别与所述第一通路及第二通路相连;
分别与所述第一通路及第二通路相连的供电电路;
通直流隔交流或者变换阻抗的第一匹配网络;所述第一匹配网络连接于所述供电电路与所述第一通路或者第二通路之间;
所述第一通路还包括:连接于所述异质结双极晶体管的集电极与所述第一通路输出端之间的第二匹配网络。
3.根据权利要求2所述的功率放大器,其特征在于,所述异质结双极晶体管的基极作为所述第一通路的输入端;所述异质结双极晶体管的基极与所述控制电路相连;所述异质结双极晶体管的集电极与所述供电电路相连;所述异质结双极晶体管的发射极接地;
所述第二通路包括:
输入端作为所述第二通路输入端的驱动级;所述驱动级的供电端与所述供电电路相连;所述驱动级的控制端与所述控制电路相连;
输入端与所述驱动级输出端相连的第一功率级;所述第一功率级的供电端与所述供电电路相连;所述第一功率级的控制端与所述控制电路相连;
输入端与所述第一功率级输出端相连的第二功率级;所述第二功率级的供电端与所述第一匹配网络相连;所述第二功率级的控制端与所述控制电路相连;所述第二功率级的输出端为所述第二通路的输出端。
4.根据权利要求3所述的功率放大器,其特征在于,所述第一通路还包括:
连接于所述第一通路输入端与所述异质结双极晶体管控制端之间的第一开关;
连接于所述第二匹配网络与所述第一通路输出端之间的第二开关;
所述第二通路还包括:
连接于所述第二通路输入端与所述驱动级输入端之间的第三开关。
5.根据权利要求3所述的功率放大器,其特征在于,所述第一通路还包括:
连接于所述第一通路输入端与所述异质结双极晶体管控制端之间的第三匹配网络;
所述第二通路还包括:
连接于所述第二通路输入端与所述驱动级输入端之间的第四匹配网络;
连接于所述第一功率级输出端与所述第二功率级输入端之间的第五匹配网络;
所述功率放大器还包括:
与所述第一通路及第二通路并联输出端相连的第六匹配网路。
6.根据权利要求2所述的功率放大器,其特征在于,所述第一通路还包括:
输入端与所述异质结双极晶体管集电极相连的第一功率级;所述第一功率级供电端与所述供电电路相连;所述第一功率级的控制端与所述控制电路相连;
所述异质结双极晶体管的基极作为所述第一通路的输入端;所述异质结双极晶体管的基极与所述控制电路相连;所述异质结双极晶体管的集电极与所述第一匹配网络相连;所述异质结双极晶体管的发射极接地。
7.根据权利要求6所述的功率放大器,其特征在于,所述第二通路包括:
输入端作为所述第二通路输入端的驱动级;所述驱动级的供电端与所述供电电路相连;所述驱动级的控制端与所述控制电路相连;
输入端与所述驱动级输出端相连的第二功率级;所述第二功率级的供电端与所述供电电路相连;所述第二功率级的控制端与所述控制电路相连;所述第二功率级的输出端为所述第二通路的输出端。
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