CN207691763U - 用于wi-fi模块的射频功率放大器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型揭露了一种用于WI‑FI模块中的射频功率放大器，其包括：射频输入端；射频输出端；依次耦接于所述射频输入端和所述射频输出端之间的输入匹配电路、第一级射频功率放大结构、第一级间匹配电路、第二级射频功率放大结构、第二级间匹配电路、第三级射频功率放大结构和输出匹配电路。本实用新型中的用于WI‑FI模块的射频功率放大器位于一块芯片上，无需采用SMD电容电感，也不需要采用基板进行封装，设计简单，降低了成本。
Description
【技术领域】
本实用新型涉及射频电路领域，特别涉及用于WI-FI模块的射频功率放大器。
【背景技术】
近年来，无线局域网(WLAN)的应用一直是数据通信领域发展最快的领域之一，路由器更是扮演非常重要的角色，而WI-FI(Wireless Fidelity)模块的射频功率放大器则是路由器中的关键器件之一。
现有的5.1～5.8GHz单频段4mm*4mm功率放大器模块的典型设计是：一颗砷化镓芯片提供功率放大器所需要的射频功率；一颗CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor)芯片提供给砷化镓芯片稳定的工作电压值以保证砷化镓晶体管的工作状态不受外界电压源波动的影响；砷化镓芯片和CMOS芯片放在一个基板上，基板上面在贴上SMD(Surface Mount Technology)电容电感；然后通过打金线的方式把他们连接在一起，最后通过LGA(Land Grid Array)的封装形式把他们封装在一起。
上述典型设计中需要用到0201或者01005的SMD电容电感和基板。SMD电容电感的作用是射频匹配、电容滤波和射频隔直：射频匹配包括输入匹配，级间匹配和输出匹配；电容滤波主要是对电源上的低频进行滤波以保证射频功率放大器工作在稳定的状态下；射频隔直电容保证射频信号能够通过该通路而直流不能通过。同时采用SMD的设计必须要引入基板进行封装。
现有技术中的采用SMD电容电感和基板的设计方案封装成本高、设计复杂。因此，有必要提出一种改进的方案来克服上述问题。
【实用新型内容】
本实用新型的目的在于提供一种用于WI-FI模块的射频功率放大器，其采用无基板和无SMD电容电感的设计方案，可以节省封装成本。
为实现本实用新型的目的，本实用新型提供一种用于WI-FI模块中的射频功率放大器，其包括：射频输入端；射频输出端；依次耦接于所述射频输入端和所述射频输出端之间的输入匹配电路、第一级射频功率放大结构、第一级间匹配电路、第二级射频功率放大结构、第二级间匹配电路、第三级射频功率放大结构和输出匹配电路，其中第一级射频功率放大结构包括第一射频功率放大晶体管和第一偏置电路，第一偏置电路给第一射频功率放大晶体管的基极提供偏置电压，第二级射频功率放大结构包括第二射频功率放大晶体管和第二偏置电路，第二偏置电路给第二射频功率放大晶体管的基极提供偏置电压，第三级射频功率放大结构包括第三射频功率放大晶体管和第三偏置电路，第三偏置电路给第三射频功率放大晶体管的基极提供偏置电压，输入匹配电路包括耦接于射频输入端和第一射频功率放大晶体管的基极之间的电感L3和电容C3，第一级间匹配电路包括耦接于电源端和第一射频功率放大晶体管的集电极之间的电感RFC1、依次耦接于第一射频功率放大晶体管的集电极和第二射频功率放大晶体管的基极之间的电容C4和电容C5，耦接于电容C4和电容C5的中间节点和接地端之间的电感L4，第二级间匹配电路包括耦接于电源端和第二射频功率放大晶体管的集电极之间的电感RFC2、依次耦接于第二射频功率放大晶体管的集电极和第三射频功率放大晶体管的基极之间的电容C6、电容C7和电容C8、耦接于电容C6和电容C7的中间节点和接地端之间的电感L5和耦接于电容C7和电容C8的中间节点和接地端之间的电感L6，输出匹配电路包括耦接于电源端和第三射频功率放大晶体管的集电极之间的电感RFC3、依次耦接于第三射频功率放大晶体管的集电极和射频输出端之间的电感L8和电容C11，耦接于电感L8和电容C11的中间节点和接地端之间的电容C10和耦接于射频输出端和接地端之间的电感L9。
与现有技术相比，本实用新型中的用于WI-FI模块的射频功率放大器位于一块芯片上，无需采用SMD电容电感，也不需要采用基板进行封装，设计简单，降低了成本。
【附图说明】
结合参考附图及接下来的详细描述，本实用新型将更容易理解，其中同样的附图标记对应同样的结构部件，其中：
图1为本实用新型中的用于WI-FI模块的射频功率放大器在一个实施例中的电路图。
【具体实施方式】
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
有鉴于此，本实用新型提出了一种用于WI-FI模块的射频功率放大器，其不需要采用SMD电容电感和基板。具体的，本实用新型采用的技术方案如下：一颗CMOS芯片提供稳定的电压，一颗射频功率放大芯片(采用GaAs工艺)提供高EVM(Error Vector Magnitude)的输出信号，其中射频功率放大芯片采用三级级联放大的形式。
图1为本实用新型中的用于WI-FI模块的射频功率放大器100在一个实施例中的电路图。所述射频功率放大器100包括：射频输入端IN；射频输出端OUT；依次耦接于所述射频输入端IN和所述射频输出端OUT之间的输入匹配电路、第一级射频功率放大结构、第一级间匹配电路、第二级射频功率放大结构、第二级间匹配电路、第三级射频功率放大结构和输出匹配电路。
其中第一级射频功率放大结构包括第一射频功率放大晶体管T1和第一偏置电路，第一偏置电路给第一射频功率放大晶体管的基极提供偏置电压，第二级射频功率放大结构包括第二射频功率放大晶体管T2和第二偏置电路120，第二偏置电路给第二射频功率放大晶体管的基极提供偏置电压，第三级射频功率放大结构包括第三射频功率放大晶体管和第三偏置电路，第三偏置电路给第三射频功率放大晶体管的基极提供偏置电压。
输入匹配电路包括耦接于射频输入端和第一射频功率放大晶体管的基极之间的电感L3和电容C3。设置电感L3和电容C3的参数，使得第一射频功率放大晶体管的集电极的输出阻抗为90-110欧姆。所述输入匹配电路还包括：依次耦接于射频输入端与电容C3和电感L3的中间节点之间的电感L2和电容C2；依次耦接于射频输入端与接地端之间的电容C1和电感L1。C1和L1形成一个2.4G的带阻网络，C2和L2形成一个5.8G的带通网络，这样在信号放大的前级就可以过滤掉一些频带外的信号，进而保证5.8G的天线的输出信号和功率不受影响。电容C1和电感L1的谐振频率为2.4G，从而抑制2.4G频率的射频信号，电感L2和电容C2的谐振频率为主频频率5.8G，从而使得主频信号通过。
第一级间匹配电路包括耦接于电源端VCC2和第一射频功率放大晶体管T1的集电极之间的电感RFC1、耦接于第一射频功率放大晶体管的集电极和第二射频功率放大晶体管的基极之间的电容C4和电容C5，耦接于电容C4和电容C5的中间节点和接地端之间的电感L4。调整第一级间匹配电路的参数使得第二射频功率放大晶体管的集电极的输出阻抗为35-45欧姆。
第二级间匹配电路包括耦接于电源端VCC2和第二射频功率放大晶体管T2的集电极之间的电感RFC2、耦接于第二射频功率放大晶体管的集电极和第三射频功率放大晶体管T3的基极之间的电容C6、电容C7和电容C8、耦接于电容C6和电容C7的中间节点和接地端之间的电感L5和耦接于电容C7和电容C8的中间节点和接地端之间的电感L6。调整第二级间匹配电路的参数使得第三射频功率放大晶体管T3的集电极的输出阻抗为5欧姆。
输出匹配电路包括耦接于电源端VCC2和第三射频功率放大晶体管T3的集电极之间的电感RFC3、依次耦接于第三射频功率放大晶体管的集电极和射频输出端之间的电感L8和电容C11，耦接于电感L8和电容C11的中间节点和接地端之间的电容C10和耦接于射频输出端和接地端之间的电感L9。芯片电容C11不仅起到匹配作用同时还有直流隔直的效果。所述输出匹配电路还包括有：耦接于第三射频功率放大晶体管的集电极和接地端之间的电容C9和电感L7。C9和L7组成二阶共振网络，C9和L7的谐振网络的谐振频率为主频的两倍，从而抑制主频信号的二次谐波，在此时实施例中，主频信号的频率为5.8Ghz，从而可以提高效率和抑制谐波。调整输出匹配电路的参数使得射频输出端OUT的输出阻抗为50欧姆。
所述射频功率放大器100还包括：耦接于电源端和接地端之间的电容C15，可以有效滤除电源带来的低频干扰。
电感L1-电感L9，电感RFC1-电感RFC3均为片上电感，电容C1-电容C15均为片上电容，所述射频功率放大器形成于砷化镓芯片上。这样，不需要SMD电感电容就可以完成输入匹配、级间匹配和输出匹配。
第一偏置电路包括电阻R1、电容C12，双极型晶体管T6、T4和T5，电阻R1的一端与参考电压端Vreg相连，电阻R1的另一端与双极型晶体管T5的集电极相连，双极型晶体管T5的基极与其集电极相连，双极型晶体管T5的发射极与双极型晶体管T4的集电极相连，双极型晶体管T4的基极与其集电极相连，双极型晶体管T4的发射极接地，电容C12耦接于双极型晶体管T6的基极和接地端之间，双极型晶体管T6的基极与双极型晶体管T5的集电极相连，双极型晶体管T6的集电极与参考电压端相连，双极型晶体管T6的发射极耦接于第一射频功率放大晶体管的基极。
第二偏置电路包括电阻R2、电容C13，双极型晶体管T7、T8和T9，电阻R2的一端与参考电压端Vreg相连，电阻R2的另一端与双极型晶体管T8的集电极相连，双极型晶体管T8的基极与其集电极相连，双极型晶体管T8的发射极与双极型晶体管T7的集电极相连，双极型晶体管T7的基极与其集电极相连，双极型晶体管T7的发射极接地，电容C13耦接于双极型晶体管T9的基极和接地端之间，双极型晶体管T9的基极与双极型晶体管T8的集电极相连，双极型晶体管T9的集电极与参考电压端相连，双极型晶体管T9的发射极耦接于第二射频功率放大晶体管的基极。
第三偏置电路包括电阻R3、电容C14，双极型晶体管T10、T11和T12，电阻R3的一端与参考电压端Vreg相连，电阻R3的另一端与双极型晶体管T11的集电极相连，双极型晶体管T11的基极与其集电极相连，双极型晶体管T11的发射极与双极型晶体管T10的集电极相连，双极型晶体管T10的基极与其集电极相连，双极型晶体管T10的发射极接地，电容C14耦接于双极型晶体管T12的基极和接地端之间，双极型晶体管T12的基极与双极型晶体管T11的集电极相连，双极型晶体管T12的集电极与参考电压端相连，双极型晶体管T12的发射极耦接于第三射频功率放大晶体管的基极。
本实用新型中的“耦接”、“相连”、“相接”、“连接”、“接地”等表示电性连接的词，除了特别说明的外，都表示直接或间接的电性相连，间接的电性相连意味着中间可以串联一些器件，比如电阻或电感等。
上述说明已经充分揭露了本实用新型的具体实施方式。需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本实用新型的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本实用新型的权利要求书的范围。相应地，本实用新型的权利要求的范围也并不仅仅局限于所述具体实施方式。
Claims (6)
1.一种用于WI-FI模块中的射频功率放大器，其特征在于，其包括：
射频输入端；
射频输出端；
依次耦接于所述射频输入端和所述射频输出端之间的输入匹配电路、第一级射频功率放大结构、第一级间匹配电路、第二级射频功率放大结构、第二级间匹配电路、第三级射频功率放大结构和输出匹配电路，
其中第一级射频功率放大结构包括第一射频功率放大晶体管和第一偏置电路，第一偏置电路给第一射频功率放大晶体管的基极提供偏置电压，第二级射频功率放大结构包括第二射频功率放大晶体管和第二偏置电路，第二偏置电路给第二射频功率放大晶体管的基极提供偏置电压，第三级射频功率放大结构包括第三射频功率放大晶体管和第三偏置电路，第三偏置电路给第三射频功率放大晶体管的基极提供偏置电压，
输入匹配电路包括耦接于射频输入端和第一射频功率放大晶体管的基极之间的电感L3和电容C3，
第一级间匹配电路包括耦接于电源端和第一射频功率放大晶体管的集电极之间的电感RFC1、依次耦接于第一射频功率放大晶体管的集电极和第二射频功率放大晶体管的基极之间的电容C4和电容C5，耦接于电容C4和电容C5的中间节点和接地端之间的电感L4，
第二级间匹配电路包括耦接于电源端和第二射频功率放大晶体管的集电极之间的电感RFC2、依次耦接于第二射频功率放大晶体管的集电极和第三射频功率放大晶体管的基极之间的电容C6、电容C7和电容C8、耦接于电容C6和电容C7的中间节点和接地端之间的电感L5和耦接于电容C7和电容C8的中间节点和接地端之间的电感L6，
输出匹配电路包括耦接于电源端和第三射频功率放大晶体管的集电极之间的电感RFC3、依次耦接于第三射频功率放大晶体管的集电极和射频输出端之间的电感L8和电容C11，耦接于电感L8和电容C11的中间节点和接地端之间的电容C10和耦接于射频输出端和接地端之间的电感L9。
2.根据权利要求1所述的射频功率放大器，其特征在于，所述输出匹配电路还包括有：耦接于第三射频功率放大晶体管的集电极和接地端之间的电容C9和电感L7，电容C9和电感L7组成谐振网络，谐振网络的谐振频率为主频的两倍，从而抑制主频信号的二次谐波。
3.根据权利要求2所述的射频功率放大器，其特征在于，所述输入匹配电路包括：依次耦接于射频输入端与电容C3和电感L3的中间节点之间的电感L2和电容C2；依次耦接于射频输入端与接地端之间的电容C1和电感L1，电容C1和电感L1的谐振频率为预定频率，从而抑制预定频率的射频信号，电感L2和电容C2的谐振频率为主频频率，从而使得主频信号通过。
4.根据权利要求3所述的射频功率放大器，其特征在于，电感L1至电感L9，电感RFC1至电感RFC3均为片上电感，电容C1至电容C11均为片上电容，所述射频功率放大器形成于砷化镓芯片上。
5.根据权利要求1所述的射频功率放大器，其特征在于，其还包括：
耦接于电源端和接地端之间的电容C15，电容C15为片上电容。
6.根据权利要求1所述的射频功率放大器，其特征在于，第一偏置电路包括电阻R1、电容C12，双极型晶体管T6、T4和T5，电阻R1的一端与参考电压端相连，电阻R1的另一端与双极型晶体管T5的集电极相连，双极型晶体管T5的基极与其集电极相连，双极型晶体管T5的发射极与双极型晶体管T4的集电极相连，双极型晶体管T4的基极与其集电极相连，双极型晶体管T4的发射极接地，电容C12耦接于双极型晶体管T6的基极和接地端之间，双极型晶体管T6的基极与双极型晶体管T5的集电极相连，双极型晶体管T6的集电极与参考电压端相连，双极型晶体管T6的发射极耦接于第一射频功率放大晶体管的基极；
第二偏置电路包括电阻R2、电容C13，双极型晶体管T7、T8和T9，电阻R2的一端与参考电压端相连，电阻R2的另一端与双极型晶体管T8的集电极相连，双极型晶体管T8的基极与其集电极相连，双极型晶体管T8的发射极与双极型晶体管T7的集电极相连，双极型晶体管T7的基极与其集电极相连，双极型晶体管T7的发射极接地，电容C13耦接于双极型晶体管T9的基极和接地端之间，双极型晶体管T9的基极与双极型晶体管T8的集电极相连，双极型晶体管T9的集电极与参考电压端相连，双极型晶体管T9的发射极耦接于第二射频功率放大晶体管的基极；
第三偏置电路包括电阻R3、电容C14，双极型晶体管T10、T11和T12，电阻R3的一端与参考电压端相连，电阻R3的另一端与双极型晶体管T11的集电极相连，双极型晶体管T11的基极与其集电极相连，双极型晶体管T11的发射极与双极型晶体管T10的集电极相连，双极型晶体管T10的基极与其集电极相连，双极型晶体管T10的发射极接地，电容C14耦接于双极型晶体管T12的基极和接地端之间，双极型晶体管T12的基极与双极型晶体管T11的集电极相连，双极型晶体管T12的集电极与参考电压端相连，双极型晶体管T12的发射极耦接于第三射频功率放大晶体管的基极，
电容C12-C14为片上电容。
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