CN208874541U - 功率放大模块 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供一种功率放大模块，谋求起因于阻抗不匹配的功率增益的改善。具备：第一功率放大电路，对输入信号进行放大并输出第一放大信号；第二功率放大电路，对第一放大信号进行放大并输出第二放大信号；以及匹配电路，连接在第一功率放大电路与第二功率放大电路之间，匹配电路具备：第一电容器，串联地连接在第一功率放大电路与第二功率放大电路之间；第二电容器，串联地连接在第一电容器与第二功率放大电路之间；第一电感器，连接在第一电容器和第二电容器之间与接地之间；以及第二电感器，串联地连接在第一功率放大电路与第一电容器之间。

Description

功率放大模块
技术领域
本实用新型涉及功率放大模块。
背景技术
在便携式电话等移动通信终端中，为了对发送到基站的信号的功率进行放大而使用功率放大电路(功率放大器)。近年来，在便携式电话中，开始采用作为高速的数据通信的标准的HSUPA(High Speed Uplink Packet Access，高速上行链路分组接入)、LTE(LongTerm Evolution，长期演进)、LTE-Advanced等调制方式。在这样的通信标准中，为了使通信速度提高，减小相位、振幅的偏移变得重要。即，对功率放大电路要求高线性度。此外，在这样的通信标准中，为了使通信速度提高，多数情况下信号的振幅变化的范围(动态范围)变宽。而且，为了即使在动态范围大的情况下也提高线性度，需要高的电源电压，处于功率放大电路中的消耗功率变大的倾向。因此，正在研究包络跟踪方式的功率放大模块，包络跟踪方式的功率放大模块通过根据所输入的调制信号的振幅等级对功率放大电路的电源电压进行控制，从而谋求功率的功率增益的提高。
在通过电池进行驱动的移动通信终端中使用的功率放大模块一方面要求降低消耗功率，另一方面与通信方式匹配地要求高线性度的功率增益。例如，在专利文献1公开了一种包络跟踪方式的功率放大模块，其中，作为第一功率放大电路与第二功率放大电路的匹配电路，具备：串联地连接的第一电容器和第二电容器；以及连接在第一电容器和第二电容器之间与接地之间的电感器。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5958483号公报
一般来说，若放大的信号的频率变高，则匹配电路所需的电容器以及电感器的元件值变小。因此，若输入信号的频率变高，则由电容器以及电感器的元件值的偏差造成的匹配电路的特性变动增大。因此，由于产生匹配电路间的阻抗不匹配，从而有可能导致功率增益的下降。
实用新型内容
实用新型要解决的课题
本实用新型是鉴于这样的情形而完成的，其目的在于，提供一种能够谋求起因于阻抗不匹配的功率增益的改善的功率放大模块。
用于解决课题的技术方案
本实用新型的一个方式涉及的功率放大模块具备：第一功率放大电路，对输入信号进行放大并输出第一放大信号；第二功率放大电路，对第一放大信号进行放大并输出第二放大信号；以及匹配电路，连接在第一功率放大电路与第二功率放大电路之间，匹配电路具备：第一电容器，串联地连接在第一功率放大电路与第二功率放大电路之间；第二电容器，串联地连接在第一电容器与第二功率放大电路之间；第一电感器，连接在第一电容器和第二电容器之间与接地之间；以及第二电感器，串联地连接在第一功率放大电路与第一电容器之间。
实用新型效果
根据本实用新型，能够提供一种能够谋求起因于阻抗不匹配的功率增益的改善的功率放大模块。
附图说明
图1是概略性地示出第一实施方式涉及的功率放大模块的电路结构的框图。
图2是示出匹配电路中的插入损耗的仿真结果的曲线图。
图3是示出不具备第二电感器的匹配电路(无L2匹配电路)中的放大器的频率特性的一个例子的图。
图4是示出具备第二电感器的匹配电路(有L2匹配电路)中的放大器的频率特性的一个例子的图。
图5是概略性地示出第二实施方式涉及的功率放大模块的电路结构的框图。
图6是概略性地示出第二实施方式涉及的功率放大模块的另一个电路结构的框图。
图7是概略性地示出第二实施方式涉及的功率放大模块的另一个电路结构的框图。
图8是概略性地示出第三实施方式涉及的功率放大模块的电路结构的框图。
图9是概略性地示出第四实施方式涉及的功率放大模块的电路结构的框图。
图10是概略性地示出第四实施方式涉及的功率放大模块的另一个电路结构的框图。
图11是概略性地示出第五实施方式涉及的功率放大模块的电路结构的框图。
图12是概略性地示出第五实施方式涉及的功率放大模块的另一个电路结构的框图。
附图标记说明
10：功率放大模块，PA1：第一功率放大电路，PA2：第二功率放大电路，MN：匹配电路，C1：第一电容器，C2：第二电容器，L1：第一电感器，L2：第二电感器，RFIN：输入信号，RFOUT：输出信号(第二放大信号)，VCC、VREG：电源电压。
具体实施方式
以下，参照附图对本实用新型的实施方式进行说明。但是，在第二实施方式以后，与第一实施方式相同或类似的构成要素用与第一实施方式相同或类似的附图标记来表示，并适当地省略详细的说明。此外，关于在第二实施方式以后的实施方式中得到的效果，对于与第一实施方式同样的效果，适当地省略说明。各实施方式的附图是例示，各部分的尺寸、形状是示意性的，不应将本申请的实用新型的技术范围限定于该实施方式进行解释。
<第一实施方式>
首先，参照图1对本实用新型的第一实施方式涉及的功率放大模块10的结构进行说明。图1是概略性地示出第一实施方式涉及的功率放大模块的电路结构的框图。
功率放大模块10是在便携式电话等移动通信终端中将发送信号的功率放大至发送到基站所需的等级的高频模块。在此，发送信号例如是通过RFIC(Radio FrequencyIntegrated Circuit，射频集成电路)等根据给定的通信方式进行了调制的RF(RadioFrequency，射频)信号。
以下，以包络跟踪方式的功率放大模块10为例进行说明，但是功率放大模块10并不限定于包络跟踪(ET)方式。例如，功率放大模块10也可以是平均功率跟踪(APT)方式。
功率放大模块10具备功率放大电路PA1(第一功率放大电路)、功率放大电路PA2(第二功率放大电路)、以及匹配电路MN。功率放大电路PA1、功率放大电路PA2、以及匹配电路MN形成在一个芯片的单片微波集成电路(MMIC)芯片。但是，如后所述，也可以将构成功率放大模块10的一部分的元件形成在MMIC芯片的外部。
功率放大模块10包括两级放大电路，对输入信号RFIN进行放大，并将输出信号RFOUT输出。功率放大电路PA1、PA2包含双极晶体管(例如，异质结双极晶体管)而构成，对输入的信号进行放大并输出。功率放大电路PA1、PA2例如是发射极接地型放大电路，基于供给到集电极的电源电压对输入到基极的信号进行放大。
功率放大电路PA1相当于前级的放大电路。功率放大电路PA1接受给定等级的电源电压VCC(例如，电池电压或稳压器电压)的供给，对输入信号RFIN进行放大，输出第一放大信号。功率放大电路PA2相当于后级的放大电路。功率放大电路PA2接受电源电压VREG的供给，对第一放大信号进行放大，并输出第二放大信号，其中，电源电压VREG被控制为与输入信号RFIN的振幅等级相应的等级。该第二放大信号相当于输出信号RFoUT。
匹配电路MN为了使功率放大电路PA1、PA2之间的阻抗匹配而设置。匹配电路MN连接在功率放大电路PA1、PA2之间，具备电容器C1(第一电容器)、C2(第二电容器)、电感器L1(第一电感器)、L2(第二电感器)。电容器C1串联地连接在功率放大电路PA1、PA2之间。电容器C2串联地连接在电容器C1与功率放大电路PA2之间。电感器L1连接在电容器C1、C2之间与接地之间。电感器L2串联地连接在功率放大电路PA1与电容器C1之间。通过电感器L2，能够使匹配电路MN的阻抗增大，因此在使功率放大模块10以包络跟踪方式动作的情况下，能够期待抑制噪声。
电感器L1、L2在设置于MMIC芯片的情况下，例如由MMIC芯片的布线图案形成。在后述的各实施方式中，同样地，设置于MMIC芯片的电感器由MMIC芯片的布线图案形成。但是，各个电感器也可以由搭载在MMIC芯片的外部的电感器元件形成。此外，各个电感器也可以由将MMIC芯片和外部基板相连的接合线形成，还可以由外部基板的布线图案形成。
以往，若在匹配电路MN的电容器C1串联连接电感器L2，则插入损耗(InsertionLoss)的增加令人担忧，因此电感器L2相对于电容器C1的串联连接未被研究。另一方面，在不具有电感器L2的情况下，在匹配电路MN中，若第一放大信号的频率变高，则为了阻抗匹配，需要减小所使用的电容器C1以及电感器L1的元件值。但是，若电感器L1的元件值小，则由元件的偏差造成的阻抗变换的灵敏度变高，难以变换到所希望的阻抗。因此，若电感器L1的元件值小且存在偏差，则变得不能进行功率放大电路PA1的输出和功率放大电路PA2的输入之间的阻抗匹配，匹配电路的插入损耗增加。
在本实用新型的实施方式涉及的匹配电路MN中，通过具备电感器L2，从而能够增大电容器C1以及电感器L1的元件值。由此，功率放大模块10能够降低阻抗变换对电感器L1以及电容器C1的元件值的变动的灵敏度。对电容器C1、电感器L1、L2各自的元件值的调整进行了研究的结果，判明了在对高频进行放大的情况下，与由于将电感器L2与电容器C1串联连接而造成的插入损耗的增加相比，由于电感器L1的元件值的降低而造成的插入损耗的增加更大。也就是说，明确了，与由于具备电感器L2而造成的插入损耗的增加相比，由于具备电感器L2而造成的电感器L1的元件值的增大所造成的插入损耗的降低更大，从匹配电路MN整体来看，能够降低插入损耗。根据以上的情况，匹配电路MN能够在抑制第一放大信号的插入损耗的同时进行阻抗匹配。另外，作为一个例子，电感器L2的元件值(电感)大于电感器L1的元件值(电感)。
接着，参照图2～图4对具备电感器L2的匹配电路MN的特性进行说明。另外，一边与不具备电感器L2的匹配电路(无L2匹配电路)进行比较一边进行说明。图2是示出匹配电路中的插入损耗的仿真结果的曲线图。图3是示出不具备第二电感器的匹配电路(无L2匹配电路)中的放大器的频率特性的一个例子的图。图4是示出具备第二电感器的匹配电路(有L2匹配电路)中的放大器的频率特性的一个例子的图。在图2所示的曲线图中，横轴为输入信号的频率，纵轴为匹配电路中的插入损耗。在图3以及图4所示的曲线图中，横轴为输入信号的频率，纵轴为用分贝表示的S参数的|S(1，1)|以及|S(2，1)|。
如图2所示，通过具备电感器L2，从而匹配电路MN能够在大于3.0GHz的频带(超高频段)中降低插入损耗。此外，若对图3以及图4所示的曲线图进行比较，则在不具备电感器L2的匹配电路(无L2匹配电路)中，功率放大器的S参数的|S(2，1)|得到超过29dB的增益的带宽成为大约200MHz。另一方面，在具有电感器L2的匹配电路MN中，S参数|S(2，1)|得到超过29dB的增益的带宽成为大约1GHz，可知，与无L2匹配电路相比，能够宽带化。因此，具备匹配电路MN的功率放大模块10与不具备电感器L2的结构相比，能够在宽频带中得到高的功率增益。除此以外，通过具备电感器L2，从而在与功率放大电路PA1的集电极连接的电源为包络跟踪方式的稳压器(regulator)的情况下，能够通过电感器L2来抑制从稳压器泄漏的包络信号泄漏到功率放大电路PA2。
<第二实施方式>
接着，参照图5～图7对本实用新型的第二实施方式涉及的功率放大模块21、22、23的结构进行说明。图5是概略性地示出第二实施方式涉及的功率放大模块的电路结构的框图。图6是概略性地示出第二实施方式涉及的功率放大模块的另一个电路结构的框图。图7是概略性地示出第二实施方式涉及的功率放大模块的另一个电路结构的框图。
功率放大模块21、22、23具备功率放大电路PA1、PA2、以及匹配电路MN。此外，功率放大模块21、22、23各自具备的匹配电路MN具有电容器C1、C2、以及电感器L1、L2。
如图5所示，功率放大模块21与第一实施方式涉及的功率放大模块10的不同点在于，电感器L1设置在MMIC芯片的外部。如图6所示，功率放大模块22与第一实施方式涉及的功率放大模块10的不同点在于，电感器L2设置在MMIC芯片的外部。如图7所示，功率放大模块23与第一实施方式涉及的功率放大模块10的不同点在于，电感器L1、L2设置在MMIC芯片的外部。
设置在MMIC芯片的外部的电感器将对MMIC芯片和外部基板进行电连接的接合线作为电感器来使用，或者由利用了外部基板的布线的线圈、另外安装在外部基板的电感器元件等形成。通过将电感器设置在MMIC芯片的外部，从而第二实施方式涉及的功率放大模块21、22、23与第一实施方式涉及的功率放大模块10相比，能够降低MMIC芯片的芯片尺寸。
<第三实施方式>
接着，参照图8对本实用新型的第三实施方式涉及的功率放大模块31的结构进行说明。图8是概略性地示出第三实施方式涉及的功率放大模块的电路结构的框图。
功率放大模块31具备功率放大电路PA1、PA2、以及匹配电路MN。此外，功率放大模块31具备的匹配电路MN具有第二电容器C1、C2、以及电感器L1、L2。
功率放大模块31与第一实施方式涉及的功率放大模块10的不同点在于，匹配电路MN具有电容器C3(第三电容器)、C4(第四电容器)。电容器C3连接在第一功率放大电路PA1和第二电感器L2之间与接地之间。电容器C4连接在第二电容器C2和第二功率放大电路PA2之间与接地之间。像这样，也可以为了对阻抗匹配进行调整而具备电容器C3、C4。
另外，关于电容器C3、C4，可以具备一者而省略另一者。此外，也可以像第二实施方式涉及的功率放大模块21、22、23那样，将匹配电路MN的电感器L1、L2中的至少一方设置在MMIC芯片的外部。
<第四实施方式>
接着，参照图9以及图10对本实用新型的第四实施方式涉及的功率放大模块41、42的结构进行说明。图9是概略性地示出第四实施方式涉及的功率放大模块的电路结构的框图。图10是概略性地示出第四实施方式涉及的功率放大模块的另一个电路结构的框图。
功率放大模块41、42具备功率放大电路PA1、PA2、以及匹配电路MN。此外，功率放大模块41、42各自具备的匹配电路MN具有电容器C1、C2、以及电感器L1、L2。
如图9所示，功率放大模块41与第一实施方式涉及的功率放大模块10的不同点在于，具有电容器C3(第三电容器)以及电感器L3(第三电感器)。如图10所示，功率放大模块42与第一实施方式涉及的功率放大模块10的不同点在于，具有电容器C5(第五电容器)以及电感器L5(第五电感器)。
如图9所示，电容器C3连接在功率放大电路PA1和电感器L2之间与接地之间。电感器L3串联地连接在电容器C3与接地之间。电容器C3以及电感器L3构成串联谐振电路，作为使从第一功率放大电路PA1输出的第一放大信号包含的高次谐波分量衰减的高次谐波终止电路而发挥功能。此外，如图10所示，电容器C5连接在电容器C1、C2之间与接地之间。电感器L5串联地连接在电容器C5与接地之间。电容器C5以及电感器L5与电容器C3以及电感器L3同样地作为高次谐波终止电路而发挥功能。由此，能够使从功率放大电路PA1输出的第一放大信号包含的高次谐波分量衰减。另外，电容器C3以及电感器L3只要是串联连接，则连接的顺序没有特别限定，也可以在接地与电感器L3之间连接电容器C3。同样地，也可以在接地与电感器L5之间连接电容器C5。此外，虽然省略了图示，但是匹配电路也可以具备与图8所示的电容器C4串联地连接的电感器L4(第四电感器)。此时，电容器C4以及电感器L4构成串联谐振电路，作为高次谐波终止电路而发挥功能。
<第五实施方式>
接着，参照图11以及图12对本实用新型的第五实施方式涉及的功率放大模块51、52的结构进行说明。图11是概略性地示出第五实施方式涉及的功率放大模块的电路结构的框图。图12是概略性地示出第五实施方式涉及的功率放大模块的另一个电路结构的框图。
功率放大模块51、52具备功率放大电路PA1、PA2、以及匹配电路MN。此外，功率放大模块51、52各自具备的匹配电路MN具有电容器C1、C2、以及电感器L1。
功率放大模块51、52与第一实施方式涉及的功率放大模块10的不同点分别在于，在功率放大电路PA1与电容器C1之间设置有包含第二电感器的低通滤波器(LPF)电路。
如图11所示，设置在功率放大模块51的LPF包含：串联地连接在功率放大电路PA1与电容器C1之间的电感器L21、L22；以及连接在电感器L21、L22之间与接地之间的电容器C21。电感器L21、L22中的任一个相当于第二电感器。如图12所示，设置在功率放大模块52的LPF包含：串联地连接在功率放大电路PA1与电容器C1之间的n个电感器L21、L22、…、L2n；分别连接在相邻的电感器之间与接地之间的n-1个电容器C21、C22、…；以及连接在电感器L2n和电容器C1之间与接地之间的电容器C2n。电感器L21、L22、…、L2n中的任一个相当于第二电感器。一般来说，通过增多匹配元件的数目，能够使能够进行阻抗匹配的频带增加。因此，第五实施方式涉及的匹配电路MN与第一实施方式～第四实施方式涉及的匹配电路MN相比较，能够在更宽的频段使阻抗匹配。
像以上那样，根据本实用新型的一个方式，可提供一种功率放大模块，其具备：第一功率放大电路，对输入信号进行放大并输出第一放大信号；第二功率放大电路，对第一放大信号进行放大并输出第二放大信号；以及匹配电路，连接在第一功率放大电路与第二功率放大电路之间，匹配电路具备：第一电容器，串联地连接在第一功率放大电路与第二功率放大电路之间；第二电容器，串联地连接在第一电容器与第二功率放大电路之间；第一电感器，连接在第一电容器和第二电容器之间与接地之间；以及第二电感器，串联地连接在第一功率放大电路与第一电容器之间。
根据上述方式，能够降低匹配电路中的插入损耗，能够使能够得到充分的增益的频段变宽。此外，能够增大第一电感器、第一电容器的元件值，因此在输入信号的频率变大的情况下，能够降低匹配电路的特性变化对第一电感器、第一电容器的元件值的变动的灵敏度。因此，能够改善功率放大模块的功率增益。
第一电感器也可以形成在形成第一电容器以及第二电容器的芯片的外部。由此，能够降低MMIC芯片的尺寸。
第二电感器也可以形成在形成第一电容器以及第二电容器的芯片的外部。由此，能够降低MMIC芯片的尺寸。
可以还具备连接在第一功率放大电路和第二电感器之间与接地之间的第三电容器。也就是说，匹配电路也可以为了调整阻抗匹配而具备第三电容器。
可以还具备连接在第二电容器和第二功率放大电路之间与接地之间的第四电容器。也就是说，匹配电路可以为了调整阻抗匹配而具备第三电容器。
也可以在第一功率放大电路和第二电感器之间与接地之间，进一步具备与第三电容器串联地连接的第三电感器。由此，第三电容器以及第三电感器构成串联谐振电路，能够作为使从第一功率放大电路PA1输出的第一放大信号包含的高次谐波分量衰减的高次谐波终止电路而发挥功能。
也可以在第二电容器和第二功率放大电路之间与接地之间进一步具备与第四电容器串联地连接的第四电感器。由此，第四电容器以及第四电感器构成串联谐振电路，能够作为使从第一功率放大电路PA1输出的第一放大信号包含的高次谐波分量衰减的高次谐波终止电路而发挥功能。
也可以进一步具备串联连接的第五电容器以及第五电感器，且第五电容器以及第五电感器连接在第一电容器和第二电容器之间与接地之间。由此，第五电容器以及第五电感器构成串联谐振电路，能够作为使从第一功率放大电路PA1输出的第一放大信号包含的高次谐波分量衰减的高次谐波终止电路而发挥功能。
也可以具备滤波器电路，其具有：串联地连接在第一功率放大电路与第一电容器之间的多个电感器；以及连接在多个电感器中的相邻的电感器之间与接地之间的至少一个电容器，第二电感器可以包含于多个电感器。由此，匹配电路能够在宽频段对阻抗进行调整。也就是说，能够将功率放大模块能够放大的频带扩大。
第二电感器的电感可以大于第一电感器的电感。
输入信号的频率可以大于3.0GHz。
像以上说明的那样，根据本实用新型的一个方式，能够提供一种能够谋求起因于阻抗不匹配的功率增益的改善的功率放大模块。
另外，以上说明的各实施方式用于使本实用新型容易理解，并非用于对本实用新型进行限定解释。本实用新型能够在不脱离其主旨的情况下进行变更/改良，并且本实用新型还包含其等价物。即，只要具备本实用新型的特征，本领域技术人员对各实施方式适当地施加了设计变更的实施方式也包含于本实用新型的范围。例如，各实施方式具备的各要素及其配置、材料、条件、形状、尺寸等并不限定于例示的，能够适当地进行变更。此外，各实施方式为例示，能够进行在不同的实施方式中示出的结构的部分置换或组合，这是不言而喻的，这些只要包含本实用新型的特征，就也包含于本实用新型的范围。

Claims (11)

1.一种功率放大模块，其特征在于，具备：
第一功率放大电路，对输入信号进行放大并输出第一放大信号；
第二功率放大电路，对所述第一放大信号进行放大并输出第二放大信号；以及
匹配电路，连接在所述第一功率放大电路与所述第二功率放大电路之间，
所述匹配电路具备：
第一电容器，串联地连接在所述第一功率放大电路与所述第二功率放大电路之间；
第二电容器，串联地连接在所述第一电容器与所述第二功率放大电路之间；
第一电感器，连接在所述第一电容器和所述第二电容器之间与接地之间；以及
第二电感器，串联地连接在所述第一功率放大电路与所述第一电容器之间。
2.根据权利要求1所述的功率放大模块，其特征在于，
所述第一电感器形成在形成所述第一电容器以及所述第二电容器的芯片的外部。
3.根据权利要求1或2所述的功率放大模块，其特征在于，
所述第二电感器形成在形成所述第一电容器以及所述第二电容器的芯片的外部。
4.根据权利要求1或2所述的功率放大模块，其特征在于，
所述功率放大模块还具备：第三电容器，连接在所述第一功率放大电路和所述第二电感器之间与接地之间。
5.根据权利要求1或2所述的功率放大模块，其特征在于，
所述功率放大模块还具备：第四电容器，连接在所述第二电容器和所述第二功率放大电路之间与接地之间。
6.根据权利要求4所述的功率放大模块，其特征在于，
所述功率放大模块还具备：第三电感器，在所述第一功率放大电路和所述第二电感器之间与接地之间，与所述第三电容器串联地连接。
7.根据权利要求5所述的功率放大模块，其特征在于，
所述功率放大模块还具备：第四电感器，在所述第二电容器和所述第二功率放大电路之间与接地之间，与所述第四电容器串联地连接。
8.根据权利要求1或2所述的功率放大模块，其特征在于，
所述功率放大模块还具备：串联连接的第五电容器以及第五电感器，
所述第五电容器以及所述第五电感器连接在所述第一电容器和所述第二电容器之间与接地之间。
9.根据权利要求1或2所述的功率放大模块，其特征在于，
所述功率放大模块具备：滤波器电路，
所述滤波器电路具有：
多个电感器，串联地连接在所述第一功率放大电路与所述第一电容器之间；以及
至少一个电容器，连接在所述多个电感器中的相邻的电感器之间与接地之间，
所述第二电感器包含于所述多个电感器。
10.根据权利要求1或2所述的功率放大模块，其特征在于，
所述第二电感器的电感大于所述第一电感器的电感。
11.根据权利要求1或2所述的功率放大模块，其特征在于，
所述输入信号的频率大于3.0GHz。
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