CN215897689U - 谐波抑制电路、功率放大器模组、通信系统及芯片 - Google Patents

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CN215897689U CN202121936495.0U CN202121936495U CN215897689U CN 215897689 U CN215897689 U CN 215897689U CN 202121936495 U CN202121936495 U CN 202121936495U CN 215897689 U CN215897689 U CN 215897689U
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Abstract

本申请提供了一种谐波抑制电路、功率放大器模组、通信系统及芯片。其中适用于5G‑NR射频功率放大器的谐波抑制电路，包括：并联连接的第一谐振器和第二谐振器；所述第一谐振器包括串联连接的第一电感器和第一电容器；所述第二谐振器包括串联连接的第二电感器和第二电容器；所述谐波抑制电路工作于第一频率；所述第一谐振器和所述第二谐振器中的至少一项谐振于所述第一频率；所述第一谐振器和第二谐振器并联谐振于第一频率的第一预设整数倍。

Description

谐波抑制电路、功率放大器模组、通信系统及芯片
技术领域
本申请涉及通信领域，特别涉及一种适用于5G-NR射频功率放大器的谐波抑制电路、一种功率放大器模组、一种通信系统及一种芯片。
背景技术
目前，5GNR一般采用基于OFDM的全新空口设计的全球性5G 标准。该技术标准比先前的4G LTE蜂窝网络快100倍。数据传输速率最高可达10Gbit/s。如此高的数据传输速率对射频前端模组中的功率放大器提出了更高的线性功率要求。
由于功率放大器PA属于非线性器件。高线性功率输出时，功率放大器PA工作在非线性区，会产生一系列的谐波分量。因此功率放大器模组自身对谐波的抑制能力也就成为评判其整体性能的一项重要指标。
现有手机功率放大器模组产品的谐波抑制电路，大多通过在 Laminate基板上采用串联谐振电路-trap或并联谐振电路-tank来提升对谐波抑制能力。其中组成trap或tank电路网络的元器件大多由SMT组成。随着5G PA模组所集成元件数目越来越多，基板设计更加复杂，其留给 SMT的空间变得更加有限。
此外，传统trap或tank电路网络的引入，除增加了对谐波抑制能力的同时，也或多或少改变了基波阻抗。基波阻抗的改变会使得PA输出性能发生变化。所以，如何在不改变基波阻抗，且不增加基板电路复杂度的前提下，还能实现较高的谐波抑制，已引起电路设计者的广泛关注。
实用新型内容
基于此，本申请提供了一种适用于5G-NR射频功率放大器的谐波抑制电路，包括：并联连接的第一谐振器和第二谐振器；所述第一谐振器包括串联连接的第一电感器和第一电容器；所述第二谐振器包括串联连接的第二电感器和第二电容器；所述谐波抑制电路工作于第一频率；所述第一谐振器和所述第二谐振器中的至少一项谐振于所述第一频率；所述第一谐振器和第二谐振器并联谐振于第一频率的第一预设整数倍。
可选地，所述第一电感器与所述第一电容器可以满足下式：
Figure DEST_PATH_GDA0003478778060000021
和/或所述第二电感器与所述第二电容器可以满足下式：
Figure DEST_PATH_GDA0003478778060000022
其中，f1为所述第一预设频率，L1为所述第一电感器，C1为所述第一电容器，L2为所述第二电感器，C2为所述第二电容器。
可选地，所述第一电感器、所述第一电容器、所述第二电感器与所述第二电容器可以满足下式：
Figure DEST_PATH_GDA0003478778060000023
其中，f2为所述第一预设频率的第一预设整数倍，L1为所述第一电感器，L2为所述第二电感器，C1为所述第一电容器，C2为所述第二电容器。
可选地，所述第一预设整数倍为2倍；所述第一预设频率为2.5GHz；所述第一电感器为0.2nH；所述第一电容器为2.5pF；所述第二电感器为0.28nH；所述第二电容器为13pF。
可选地，所述第一电感器和所述第二电感器中的至少一个为微带线。
可选地，所述第一电容器和所述第二电容器中的至少一个集成于与所述谐波抑制电路直接连接的元件上。
进一步地，所述谐波抑制电路的一端连接于射频功率放大器，另一端连接射频开关；所述第一电容器和所述第二电容器中的至少一个集成于所述射频开关和/或所述射频功率放大器。
本申请的一个实施例还提供一种功率放大器模组，包括：功率放大器；前述任意一种谐波抑制电路，与所述功率放大器连接。
本申请的一个实施例还提供一种通信系统，包括：前述任意一种的谐波抑制电路和/或前述任意一种功率放大器模组。
本申请的一个实施例还提供一种芯片，包括：前述任意一种的谐波抑制电路和/或前述任意一种功率放大器模组。
利用前述谐波抑制电路和通信系统，可以通过并联的两组LC串联谐振器可以在实现几乎无损传输基波信号的同时，实现对预设谐波信号的谐波抑制。
在本申请提供的谐波抑制电路中，两组LC串联谐振器中的至少一个可以谐振于基波频率附近。使得在基波频率处，两个LC串联谐振器的并联阻抗可以接近于零。从而在基波频率处，可以使得本申请提供的谐波抑制电路对传输阻抗的影响可以很小，比如可以非常接近50Ω。
在本申请提供的谐波抑制电路中，两组LC串联谐振器可以并联谐振于基波频率信号的预设谐波频率附近。从而可以使得两组LC串联串联谐振器的并联阻抗可以较大。该较大的阻抗可以造成本申请提供的谐波抑制电路对该谐波频率产生较大的衰减效果。从而可以实现，在几乎不影响基波信号传输的同时，对预设谐波频率信号产生较大衰减。
由于本申请提供的谐波抑制电路的电路拓扑结构非常简单，因而可以在不增加基板电路复杂度的前提下实现前述技术效果。由于本申请提供的谐波抑制电路的LC参数可以较小，因而本申请提供的谐波抑制电路涉及的电感器可以是微带线，该本申请涉及的电容器可以集成于与谐波抑制电路直接连接的器件上。从而可以进一步降低电路复杂度，降低成本。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图，而并不超出本申请要求保护的范围。
图1示出了本申请的一个实施例谐波抑制电路的原理示意图。
图2示出了本申请的一个实施例谐波抑制电路的原理示意图。
图3示出了图2所示谐波抑制电路在频率f1＝2.5GHz附近的传输特性仿真曲线示意图。
图4出了图2所示谐波抑制电路在频率f2＝5GHz附近的传输特性仿真曲线示意图。
图5示出了图2所示谐波抑制电路在端Term1处的史密斯圆仿真示意图。
图6示出了本申请的一个实施例功率放大器模组的拓扑连接示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域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，都属于本申请保护的范围。
图1示出了本申请的一个实施例谐波抑制电路的原理示意图。其中谐波抑制电路1000可以工作于基波频率f1。谐波抑制电路1000 可以通过基波频率为f1的基波信号，并可以用于抑制频率为f2的该基波信号的谐波信号。
如图1所示，谐波抑制电路1000可以包括并联连接的谐振器11 和谐振器12。其中，谐振器11可以包括串联连接的电感器L1和电容器C1。谐振器12可以包括串联连接的电感器L2和电容器C2。
可选地，谐振器11和谐振器12中的至少一项可以谐振于基波频率f1附近。例如：电感器L1和电容器C1可以满足如下关系：
Figure DEST_PATH_GDA0003478778060000041
和/或电感器L2和电容器C2可以满足如下关系：
Figure DEST_PATH_GDA0003478778060000042
可选地，谐振器11和谐振器12可以并联谐振于谐波频率f2附近，其中谐波频率f2可以是基波频率f1的预设整数倍。可选地，谐波频率 f2可以是基波频率f1的2倍。可选地，电感器L1、L2和电容器C1、C2可以满足如下关系：
Figure DEST_PATH_GDA0003478778060000043
如图1所示，谐波抑制电路1000的两端Term1和Term2中的至少一项可以连接匹配电阻。该匹配电阻可以使得端Term1和Term2中的至少一项的输出/输出阻抗为50Ω。
在谐波频率f2处，从端口Term1看过去，由串联连接的电感器L1和电容器C1组成的谐振器11可以等效于电容。从端口Term1看过去，由串联连接的电感器L2和电容器C2组成的谐振器12可以等效于电感。该等效的电感和等效的电容组成了并联谐振器tank。该并联谐振器tank 的谐振频率可以恰好位于谐波频率f2的附近。另外谐振器11和/或谐振器12恰好谐振于基波频率f1附近。因此在基波频率f1处，从端口Term1 看过去，谐波抑制电路1000的阻抗基本没有变化，还是50Ω。
如图1所示，谐振器11的阻抗Z11可以表现为：
Figure DEST_PATH_GDA0003478778060000051
整理得到：
Figure DEST_PATH_GDA0003478778060000052
由式(5)可知，阻抗Z11可以具备一对零点，为：
Figure DEST_PATH_GDA0003478778060000053
当电感器L1和电容器C1满足式(1)所示关系时，在基波频率f1处，谐振器11的阻抗Z11可以非常小。相应地，在频率f1处，谐波抑制电路 1000的阻抗Z1000也为非常小。因而，对基波频率为f1的基波信号，谐波抑制电路1000有较小的衰减。
可选地，谐振器12也可以谐振于基波频率f1附近。例如：电感器 L2和电容器C2可以满足式(2)所示关系。与谐振器11相似，当谐振器12谐振于基波频率f1时，即当电感器L2和电容器C2满足式(2)所示关系时，在基波频率f1处谐振器12的阻抗Z12非常小，相应地，在基波频率f1处，谐波抑制电路1000的阻抗Z必然也非常小。即，对基波频率为f1的信号，谐波抑制电路1000有着很好的传输特性。由于在基波频率f1处谐波抑制电路1000的阻抗Z非常小。在基波频率f1处，嵌入谐波抑制电路1000的功放电路的基波频率f1信号的传输阻抗受谐波抑制电路1000的影响可以较小。
由图1所示，谐振器11和谐振器12的并联阻抗Z1000满足一下关系：
Figure DEST_PATH_GDA0003478778060000054
整理得到：
Figure DEST_PATH_GDA0003478778060000055
由式(6)可知，谐波抑制电路1000的阻抗Z1000可以具备两对零点，分别为：
Figure DEST_PATH_GDA0003478778060000061
和
Figure DEST_PATH_GDA0003478778060000062
谐波抑制电路1000的阻抗Z1000同时还具备一对极点，为：
Figure DEST_PATH_GDA0003478778060000063
当电感器L1、L2和电容器C1、C2满足时(3)所示关系时，在谐波频率f2处，谐波抑制电路1000的阻抗Z1000可以非常大。因而，在谐波抑制电路1000对频率为f2的谐波信号可以有着较大的抑制作用。
如图1所示，可选地，谐波抑制电路1000两端Term1和Term2中的至少一项可以用于连接射频功率放大器。可选地，谐波抑制电路1000 的两端Term1和Term2中的至少一项可以连接射频开关。
可选地，电感器L1、L2中的至少一项可以是微带线。可选地，电容器C1、C2中的至少一项可以集成于与谐波抑制电路1000直接连接的其他元件。比如：电容器C1、C2中的至少一项可以连接前述射频开关，电容器C1、C2中的至少一项也可以直接连接前述射频功率放大器。
可选地，谐波抑制电路1000也可以包括级联的多个图1所示的电路结构。其中每个图1所示的结构可以分别用于抑制基波信号相同和/ 或不同的多个谐波频率信号。
图2示出了本申请的一个实施例谐波抑制电路的原理示意图。
谐波抑制电路2000可以用于通过基波频率f1＝2.5GHz的基波信号。并可以用于抑制频率为谐波频率f2的谐波信号。谐波频率f2可以是基波频率f1的整数倍。如示例实施例所示，谐波频率f2可以是基波频率 f1的2倍，即谐波频率f2＝5GHz。
如图2所示，谐波抑制电路2000可以包括并联连接的两个LC串联谐振器，分别为谐振器21和谐振器22。谐波抑制电路2000的两端 Term1和Term2可以均为50Ω阻抗端口。可选地，电感器L1可以为 0.2nH，电感器L2可以为0.28nH。电容器C1可以为2.5pF，电容器C2可以为13pF。
如图2所示，谐振器21的阻抗Z21和谐振器22的阻抗Z22可以分别表示为：
Figure DEST_PATH_GDA0003478778060000064
Figure DEST_PATH_GDA0003478778060000065
谐波抑制电路2000的阻抗Z2000可以表示为：
Figure DEST_PATH_GDA0003478778060000071
由式(8)-(10)可知，谐振器21的谐振频率f21、谐振器22的谐振频率f22、谐振器21和谐振器22的并联谐振频率f2000可以分别表示为：
Figure DEST_PATH_GDA0003478778060000072
Figure DEST_PATH_GDA0003478778060000073
Figure DEST_PATH_GDA0003478778060000074
把L1＝0.2nH，C1＝2.5pF，L1＝0.28nH，C1＝13pF分别带入式(11)- (13)，得到f21＝7.12GHz，f22＝2.63GHz，f2000＝5.02GHz。即谐振器22 谐振于基波频率f1＝2.5GHz附近，谐振器21和谐振器22的并联谐振于谐波频率f2＝5GHz附近。
把L1＝0.2nH，C1＝2.5pF，L1＝0.28nH，C1＝13pF，s＝j×2×π×2.5GHz 带入式(8)-(10)，得到Z21＝-22.32j，Z22＝-0.49j，Z2000＝-0.48j。当端Term1的匹配电阻为50Ω时，谐波抑制电路2000在端Term1的传输阻抗为：50+Z2000＝50-0.48j。该阻抗非常接近50Ω。即在基波频率 f1＝2.5GHz处，谐振器21和谐振器22的并联谐阻抗Z2000的阻抗可以较小。对嵌入谐波抑制电路2000的电路而言，在基波频率f1＝2.5GHz处，谐波抑制电路2000的对传输阻抗影响较小，可以忽略不计。因而谐波抑制电路2000对基波信号的衰减较小，可以忽略不计。
把L1＝0.2nH，C1＝2.5pF，L1＝0.28nH，C1＝13pF，s＝j×2×π×5GHz 带入式(8)-(10)，得到Z21＝-6.45j，Z22＝6.35j，Z2000＝409.6j。在谐波频率f2＝5GHz处，谐振器21呈容性，谐振器22呈感性。二者并联谐振，使得谐波抑制电路2000的阻抗Z2000较大。因而谐波抑制电路2000 可以对频率为f2＝5GHz的谐波信号有着较好的抑制作用。
图3示出了图2所示谐波抑制电路在频率f1＝2.5GHz附近的传输特性仿真曲线示意图。
如图3所示，在频率f1＝2.5GHz处，谐波抑制电路2000增益为-8.5 ×10-5dB。且在频率f1＝2.5GHz附近，谐波抑制电路2000的增益曲线非常平坦。谐波抑制电路2000对频率f1＝2.5GHz附近的基波信号的影响可以忽略不计。
图4出了图2所示谐波抑制电路在频率f2＝5GHz附近的传输特性仿真曲线示意图。
如图4所示，在频率f2＝5GHz处，谐波抑制电路2000增益为-35.4dB。即谐波抑制电路2000对谐波频率f2＝5GHz处的谐波信号有着35.4dB 的衰减。在频率4.97GHz处，谐波抑制电路2000增益为-7.681dB，在频率5.03GHz处，谐波抑制电路2000增益为-8.185dB。即谐波抑制电路2000对频率范围4.97-5.03GHz内的谐波信号有着不小于7.5dB的衰减效果。
图5示出了图2所示谐波抑制电路在端Term1处的史密斯圆仿真示意图。
如图5所示，端Term1处的输入阻抗为Z0×(1-0.009j)。其中，Z0为端Term1处的匹配阻抗，其阻抗值可以为50Ω。显然端Term1处的输入阻抗也近似为50Ω，其相对于50Ω的偏差极小。同理，端Term2 处的输出阻抗相对于50Ω的偏差也可以极小。
由于电感器L1和电感器L2的电感值较小，可选地，电感器L1和电感器L2中的至少一项可以是微带线。由于电容器C1和电容器C2的电容值较小，可选地，电容器C1和电容器C2中的至少一项可以集成于与谐波抑制电路2000直接连接的元器件。
如示例实施例所示：电容器C1和电容器C2中的至少一项可以连接于端Term2。端Term2可以作为谐波抑制电路2000的信号输出端，直接连接于射频开关(未示出)。电容器C1和电容器C2中的至少一项可以集成于该射频开关。
可选地，电容器C1可以与电感器L1交换位置，电容器C2也可以与电感器L2交换位置。端Term1可以作为谐波抑制电路2000的信号输入端，与射频功率放大器(未示出)直接连接。电容器C1和电容器 C2中的至少一项可以集成于该射频功率放大器。
图6示出了本申请的一个实施例功率放大器模组的拓扑连接示意图。
如图6所示，放大器模组可以包括功率放大器PA、谐波抑制电路 31。其中谐波抑制电路31可以是前述任意一种谐波抑制电路。功率放大器PA可以是射频功率放大器。谐波抑制电路31可以直接或者间接连接于功率放大器PA的输出端。
如示例实施例所示，功率放大模组3000还可以包括射频开关 SOI_Switch。可选地，射频开关SOI_Switch可以与谐波抑制电路32 也可以与谐波抑制电路31直接连接。
本申请还提供一个实施例一种通信系统。该电子系统可以包括前述任意之中谐波抑制电路和/或前述任意一种功率放大模组。
本申请还提供一个实施例一种芯片。该芯片可以包括前述任意之中谐波抑制电路和/或前述任意一种功率放大模组。
利用前述谐波抑制电路和通信系统，可以通过并联的两组LC串联谐振器可以在实现几乎无损传输基波信号的同时，实现对预设谐波信号的谐波抑制。
在本申请提供的谐波抑制电路中，两组LC串联谐振器中的至少一个可以谐振于基波频率附近。使得在基波频率处，两个LC串联谐振器的并联阻抗可以接近于零。从而在基波频率处，可以使得本申请提供的谐波抑制电路对传输阻抗的影响可以很小，比如可以非常接近50Ω。
在本申请提供的谐波抑制电路中，两组LC串联谐振器可以并联谐振于基波频率信号的预设谐波频率附近。从而可以使得两组LC串联串联谐振器的并联阻抗可以较大。该较大的阻抗可以造成本申请提供的谐波抑制电路对该谐波频率产生较大的衰减效果。从而可以实现，在几乎不影响基波信号传输的同时，对预设谐波频率信号产生较大衰减。
由于本申请提供的谐波抑制电路的电路拓扑结构非常简单，因而可以在不增加基板电路复杂度的前提下实现前述技术效果。由于本申请提供的谐波抑制电路的LC参数可以较小，因而本申请提供的谐波抑制电路涉及的电感器可以是微带线，该本申请涉及的电容器可以集成于与谐波抑制电路直接连接的器件上。从而可以进一步降低电路复杂度，降低成本。
以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明仅用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。同时，本领域技术人员依据本申请的思想，基于本申请的具体实施方式及应用范围上做出的改变或变形之处，都属于本申请保护的范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种适用于5G-NR射频功率放大器的谐波抑制电路，其特征在于，包括：
并联连接的第一谐振器和第二谐振器；
所述第一谐振器包括串联连接的第一电感器和第一电容器；
所述第二谐振器包括串联连接的第二电感器和第二电容器；
所述谐波抑制电路工作于第一频率；
所述第一谐振器和所述第二谐振器中的至少一项谐振于所述第一频率；
所述第一谐振器和第二谐振器并联谐振于第一频率的第一预设整数倍。
2.根据权利要求1所述的谐波抑制电路，其特征在于，所述第一电感器与所述第一电容器满足下式：
Figure DEST_PATH_FDA0003478778050000011
和/或所述第二电感器与所述第二电容器满足下式：
Figure DEST_PATH_FDA0003478778050000012
其中，f1为所述第一预设频率，L1为所述第一电感器，C1为所述第一电容器，L2为所述第二电感器，C2为所述第二电容器。
3.根据权利要求1所述的谐波抑制电路，其特征在于，所述第一电感器、所述第一电容器、所述第二电感器与所述第二电容器满足下式：
Figure DEST_PATH_FDA0003478778050000013
其中，f2为所述第一预设频率的第一预设整数倍，L1为所述第一电感器，L2为所述第二电感器，C1为所述第一电容器，C2为所述第二电容器。
4.根据权利要求1所述的谐波抑制电路，其特征在于，
所述第一预设整数倍为2倍；
所述第一预设频率为2.5GHz；
所述第一电感器为0.2nH；
所述第一电容器为2.5pF；
所述第二电感器为0.28nH；
所述第二电容器为13pF。
5.根据权利要求1所述的谐波抑制电路，其特征在于，所述第一电感器和所述第二电感器中的至少一个为微带线。
6.根据权利要求1所述的谐波抑制电路，其特征在于，所述第一电容器和所述第二电容器中的至少一个集成于与所述谐波抑制电路直接连接的元件上。
7.根据权利要求6所述的谐波抑制电路，其特征在于，所述谐波抑制电路的一端连接于射频功率放大器，另一端连接射频开关；
所述第一电容器和所述第二电容器中的至少一个集成于所述射频开关和/或所述射频功率放大器。
8.一种功率放大器模组，其特征在于，包括：
功率放大器；
权利要求1-7中任意一项所述的谐波抑制电路，与所述功率放大器连接。
9.一种通信系统，其特征在于，包括：权利要求1-7中任意一项所述的谐波抑制电路和/或权利要求8所述的功率放大器模组。
10.一种芯片，其特征在于，包括：权利要求1-7中任意一项所述的谐波抑制电路和/或权利要求8所述的功率放大器模组。
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