CN211791450U - 一种功率放大器及功率放大器系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种功率放大器及功率放大器系统，所述功率放大器采用倒装焊工艺安装在MCM基板上；所述功率放大器为推挽式的功率放大器，所述功率放大器包括第一变压器、第一晶体管、第二晶体管和第二变压器，输入信号经所述第一变压器后生成差分信号，所述差分信号耦合至所述第一晶体管和所述第二晶体管的输入端，所述第一晶体管和所述第二晶体管输出的信号经所述第二变压器后组合成功率输出信号。本实用新型采用倒装焊工艺及推挽式的功率放大器，减少了寄生电容，保证了功率放大器的输出功率。

Description

一种功率放大器及功率放大器系统

技术领域

本实用新型属于电子器件领域，尤其是涉及一种功率放大器及功率放大器系统。

背景技术

射频功率放大器(RF PA)是各种无线发射机的重要组成部分。在发射机的前级电路中，调制振荡电路所产生的射频信号功率很小，需要经过一系列的放大一缓冲级、中间放大级、末级功率放大级，获得足够的射频功率以后，才能馈送到天线上辐射出去。为了获得足够大的射频输出功率，必须采用射频功率放大器。射频功率放大器是发送设备的重要组成部分，射频功率放大器的主要技术指标是输出功率与效率，在射频功率放大器的设计过程中，会受到电路结构以及工艺的制约，影响的射频功率放大器的输出功率。

射频功率放大器的输出功率定义为功率放大器驱动给负载的带内射频信号的总功率，它不包括谐波成分以及杂散成分的功率。射频功率放大器的负载通常为天线，射频天线的等效阻抗一般为50欧姆。在功率放大器的设计中，需要在功率放大器的输出端设计输出匹配网络，将实际负载阻抗值(例如，50欧姆)变换到优化负载阻抗值，以实现较佳的输出功率。然而，在输出匹配网络设计完成之后，在对功率放大器进行封装时，会产生额外的寄生电容，进而影响输出匹配网络，导致功率放大器的输出效率偏低。

实用新型内容

为了解决现有技术所存在的技术问题，本实用新型在此的目的在于提供一种能够降低功率放大器的寄生电容，保证功率放大器的输出功率的功率放大器。

为实现本实用新型的目的，在此提供的功率放大器采用倒装焊工艺安装在MCM基板上；所述功率放大器为推挽式的功率放大器，所述功率放大器包括第一变压器、第一晶体管、第二晶体管和第二变压器，输入信号经所述第一变压器后生成差分信号，所述差分信号耦合至所述第一晶体管和所述第二晶体管的输入端，所述第一晶体管和所述第二晶体管输出的信号经所述第二变压器后组合成功率输出信号。

进一步地，所述功率放大器还包括第一级晶体管，输入信号经所述第一级晶体管后耦合至所述第一变压器的原边。

进一步地，所述功率放大器还包括第一中间级匹配网络，所述第一级晶体管输出的信号经所述第一中间级匹配网络耦合至所述第一变压器的原边。

进一步地，所述功率放大器还包括第二中间级匹配网络，所述第一变压器生成的差分信号经所述第二中间级匹配网络耦合至所述第一晶体管和所述第二晶体管的输入端。

进一步地，所述第二变压器的原边加载有偏置电压或电源电压。倒装焊技术是指IC芯片面朝下，与封装外壳或布线基板直接互连的一种技术。又称倒扣焊技术。与丝焊(WB)、载带自动焊(TAB)等其他芯片互连技术相比较，其互连线短、寄生电容和寄生电感小，芯片的I/O电极可在芯片表面任意设置，封装密度高。本实用新型提供功率放大器安装在MCM基板上，在倒装焊工艺中，采用的铜柱凸点封装引脚，铜柱的截面面积是引线键合工艺中金线的数倍，大大降低了寄生电容，保证了功率放大器的输出功率。

功率放大器采用推挽结构，推挽结构中两个晶体管轮流导通工作，由于每个晶体管仅在半个周期内导通，而在另半个周期内截止，输出功率是单个晶体管输出功率的两倍，保证了功率放大器的输出功率。

本实用新型在此的另一个目的在于提供一种包括本实用新型所提供的功率放大器的功率放大器系统。

进一步地，所述功率放大器系统还包括输入匹配网络和输出匹配网络，所述功率放大器、所述输入匹配网络和所述输出匹配网络均设置在MCM基板上。

进一步地，输入信号经所述输入匹配网络后耦合至所述功率放大器的输入端，所述功率放大器输出的功率输出信号耦合至所述输出匹配网络的输入端。

本实用新型的有益效果：本实用新型采用倒装焊工艺及推挽式的功率放大器，减少了寄生电容，保证了功率放大器的输出功率。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。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。

在附图中：

图1为本实用新型提供的功率放大器的电路原理图；

图2为本实用新型提供的功率放大器系统的原理框图；

图3为本实用新型提供的功率放大器系统的电路图；

图4为本实用新型提供的输入匹配网络的电路图之一；

图5为本实用新型提供的输入匹配网络的电路图之二；

图6为本实用新型提供的输入匹配网络的电路图之三；

图7为本实用新型提供的第一中间级匹配网络的电路图之一；

图8为本实用新型提供的第一中间级匹配网络的电路图之二；

图9为本实用新型提供的第一中间级匹配网络的电路图之三；

图10为本实用新型提供的第二中间级匹配网络的电路图之一；

图11为本实用新型提供的第二中间级匹配网络的电路图之二；

图12为本实用新型提供的第二中间级匹配网络的电路图之三；

图13为本实用新型提供的第二中间级匹配网络的电路图之四；

图14为本实用新型提供的输出匹配网络的电路图之一；

图15为VCC2处对应的电路结构之一；

图16为VCC2处对应的电路结构之二；

图17为VCC2处对应的电路结构之三；

图18为VCC2处对应的电路结构之四；

附图中：1-输入匹配网络，2-功率放大器，3-输出匹配电路，21-第一级晶体管，22-第一中间级匹配电路，23-第二中间级匹配电路，24-第一晶体管，25-第二晶体管。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本实用新型将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。

本文提供的功率放大器采用倒装焊工艺安装在MCM基板上；该功率放大器为推挽式的功率放大器。如图1所示，该功率放大器包括第一变压器T1、第一晶体管24、第二晶体管25和第二变压器T2，输入信号经所述第一变压器T1后生成差分信号，所述差分信号耦合至所述第一晶体管24和所述第二晶体管25的输入端，所述第一晶体管24和所述第二晶体管25输出的信号经所述第二变压器后组合成功率输出信号。

在本实施例中，由于功率放大器采用倒装焊工艺安装在MCM基板上，与现有的丝焊(WB)、载带自动焊(TAB)等其他芯片互连技术相比较，倒装焊工艺互连线短、寄生电容和寄生电感小，芯片的I/O电极可在芯片表面任意设置，封装密度高。且在倒装焊工艺中，采用的铜柱凸点封装引脚，铜柱的截面面积是引线键合工艺中金线的数倍，大大降低了寄生电容，可以保证功率放大器的输出功率。另外地，功率放大器采用推挽功率放大器。推挽功率放大器中第一晶体管和第二晶体管轮流导通工作，输入信号由第一变压器变换为差分信号，分别驱动第一晶体管和第二晶体管。由于每一个晶体管仅在半个周期内导通，而在另半个周期内截止，它们的输出电流经第二变压器后，组合为一个完整的周期信号，输出功率是单个晶体管输出功率的两倍；从而进一步保证了功率放大器的输出功率。

进一步地，如图1所示，功率放大器还包括第一级晶体管21，输入信号经所述第一级晶体管21后耦合至所述第一变压器的原边。具体地，输入信号先经过第一级晶体管进行放大后再耦合至所述第一变压器的原边，从而保证了输入信号的信号强度,使到达第一变压器的输入信号为满意的信号。

进一步地，如图1所示，所述功率放大器还包括第一中间级匹配网络22，所述第一级晶体管21输出的信号经所述第一中间级匹配网络22耦合至所述第一变压器的原边；从而实现对第一级晶体管21输出的信号进行滤波，滤除信号中的失真分量。

具体地，本文中第一中间级匹配电路22包括电容C3和电容C4，或者电容C3、电容C4和电感L3。如图7所示，电容C3串联于第一变压器T1原边一端和地之间，电容C4串联于第一变压器T1原边另一端和地之间；第一变压器T1接电容C4的一端加载有VCC1。如图8所示，电容C3和电感L3串联于第一变压器T1原边一端和地之间，电容C4串联于第一变压器T1原边另一端和地之间；第一变压器T1接电容C4的一端加载有VCC1。如图9所示，电感L3串联于VCC1和第一变压器T1原边一端之间，电容C3串联于VCC1和地之间，电容C4串联于第一变压器T1原边的两端之间并接地。图7-9中的VCC1为偏置电压或者电源电压，VCC1处对应的电路结构可以与VCC2处对应的电路结构相同，也可以不同。

进一步地，如图1所示，所述功率放大器还包括第二中间级匹配网络23，所述第一变压器生成的差分信号经所述第二中间级匹配网络23耦合至所述第一晶体管和所述第二晶体管的输入端；从而实现对第一变压器生成的差分信号进行滤波，滤除信号中的失真分量。

本文中第二中间级匹配网络23包括电阻R1、电容C5和电感L4，电阻R1、电容C5和电感L4，或者电容C5。如图10所示，电阻R1串联于第一变压器T1副边输出端，电容C5和电感L4串联，并并联于电阻R1两端。如图11所示，电阻R1串联于第一变压器T1副边输出端。如图12所示，电容C5和电感L4串联于第一变压器T1副边输出端。如图13所示，电容C5串联于第一变压器T1副边输出端。

进一步地，所述第二变压器的原边加载有偏置电压或电源电压。具体地，第二变压器的原边加载有电压VCC2，电压VCC2为偏置电压或电源电压。此处VCC2处对应的电路结构包括电容C7、电容C7和电阻R2、电容C7和电感L7、或者电容C7、电感L7和电阻R2。如图15所示，电容C7的第一极板接电源电压或偏置电压，第二极板接第二变压器T2。如图16所示，电容C7的第一极板接电源电压或偏置电压，第二极板接电阻R2的一端，电阻R2的另一端接第二变压器T2。如图17所示，电容C7的第一极板接电源电压或偏置电压，第二极板接电感L7的一端，电感L7的另一端接第二变压器T2。如图18所示，电容C7的第一极板接电源电压或偏置电压，第二极板接电感L7的一端，电感L7的另一端接电阻R2的一端，电阻R2的另一端接第二变压器T2。第一变压器T1、第二变压器T2采用任何一种，如Balue变压器。

参照图2-3所示，本实用新型还提供一种功率放大器系统，该功率放大器系统包括输入匹配网络1、功率放大器2和输出匹配网络3，输入匹配网络1、功率放大器2和输出匹配网络3均设置在MCM基板上。输入信号经输入匹配网络1后耦合至功率放大器2的输入端，功率放大器2输出的功率输出信号耦合至输出匹配网络3的输入端。其中，功率放大器2为本文提供的功率放大器。

参照图4-6所示，本文中输入匹配网络1包括电容C1和电感L1，或者包括电容C1、电容C2和电感L1，或者电容C1、电容C2、电感L1和电感L2。如图4所示，电感L1串联与电容C1的第一极板和地之间，电容C1的第一极板为输入端，用于输入信号加载，电容C1的第二极板为输出端，接功率放大网络2。如图5所示，电容C1的第一极板为输入端，用于输入信号加载，电容C1的第二极板接电容C2的第一极板，电容C2的第二极板为输出端，接功率放大网络2；电感L1串联于电容C1的第二极板和地之间。如图6所示，电感L1的一端为输入端，用于输入信号加载，另一端接电感L2的一端，电感L2的另一端为输出端，接功率放大网络2；电容C1串联于电感L1与电感L2相连接的一端和地之间，电容C2串联于电感L2作为输出端的一端和地之间。

本文中输出匹配网络3包括电感L5、电感L6和电容C6，电路结构如图14所示。

本文的功率放大器2为GaAs晶片。

本公开已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本公开的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本公开的范围。相反，在不脱离本公开的精神和范围内所作的变动与润饰，均属本公开的专利保护范围。

Claims (8)

1.一种功率放大器，其特征在于，所述功率放大器采用倒装焊工艺安装在MCM基板上；所述功率放大器为推挽式的功率放大器，所述功率放大器包括第一变压器、第一晶体管、第二晶体管和第二变压器，输入信号经所述第一变压器后生成差分信号，所述差分信号耦合至所述第一晶体管和所述第二晶体管的输入端，所述第一晶体管和所述第二晶体管输出的信号经所述第二变压器后组合成功率输出信号。

2.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，所述功率放大器还包括第一级晶体管，输入信号经所述第一级晶体管后耦合至所述第一变压器的原边。

3.根据权利要求2所述的功率放大器，其特征在于，所述功率放大器还包括第一中间级匹配网络，所述第一级晶体管输出的信号经所述第一中间级匹配网络耦合至所述第一变压器的原边。

4.根据权利要求3所述的功率放大器，其特征在于，所述功率放大器还包括第二中间级匹配网络，所述第一变压器生成的差分信号经所述第二中间级匹配网络耦合至所述第一晶体管和所述第二晶体管的输入端。

5.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于：所述第二变压器的原边加载有偏置电压或电源电压。

6.一种功率放大器系统，其特征在于，包括如权利要求1-5任一项所述的功率放大器。

7.根据权利要求6所述的功率放大器系统，其特征在于，还包括输入匹配网络和输出匹配网络，所述功率放大器、所述输入匹配网络和所述输出匹配网络均设置在MCM基板上。

8.根据权利要求7所述的功率放大器系统，其特征在于，输入信号经所述输入匹配网络后耦合至所述功率放大器的输入端，所述功率放大器输出的功率输出信号耦合至所述输出匹配网络的输入端。

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