CN217522806U - 一种射频驱动放大器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种射频驱动放大器，输入匹配电路的输入端作为射频驱动放大器的射频输入端，其输出端与第一级放大电路的输入端连接；第一级放大电路、第一级间匹配电路、第二级放大电路、第二级间匹配电路与功率放大电路依次连接；功率放大电路的输出端连接输出匹配网络后作为射频驱动放大器的射频输出端；第一级放大电路连接第一基极偏置电路，第二级放大电路连接第二基极偏置电路，功率放大电路连接第三基极偏置电路。本发明提升了放大器的线性和饱和输出功率；通过将反馈电路连接至匹配电路内部，有效提高高频点增益，拓展应用带宽。

Description

一种射频驱动放大器

技术领域

本发明属于射频技术领域，具体涉及一种射频驱动放大器。

背景技术

随着5G民用通信市场的快速发展，当前射频驱动放大器逐渐向着宽带、高线性、高增益的方向发展。目前射频驱动放大器芯片的设计中存在着以下主要问题：

(1)由于芯片中寄生电感、电容的影响，放大器高频增益迅速下降

(2)随着输入功率的增加，放大器基极电流变大，导致基极偏置电压减小，增益迅速压缩，现有常用电压偏置技术对提升大功率输入场景下偏置电压的效果有限，导致P-1输出功率较低，无法满足当前通信系统的要求。

发明内容

本发明旨在解决现有技术存在的上述技术问题的至少一个方面，提供一种射频驱动放大器，提升大功率输入场景下射频驱动放大器的线性以及高频增益性能。

为实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案。

提供一种射频驱动放大器，包括：

一种射频驱动放大器，其特征在于，包括输入匹配电路、第一级放大电路、第一级间匹配电路、第二级放大电路、第二级间匹配电路、功率放大电路、输出匹配电路、第一基极偏置电路、第二基极偏置电路、第三基极偏置电路；

所述输入匹配电路的输入端作为射频驱动放大器的射频输入端，其输出端与第一级放大电路的输入端连接；所述第一级放大电路、第一级间匹配电路、第二级放大电路、第二级间匹配电路与功率放大电路依次连接；所述功率放大电路的输出端连接输出匹配网络后作为射频驱动放大器的射频输出端；

第一级放大电路连接第一基极偏置电路，第二级放大电路连接第二基极偏置电路，所述功率放大电路连接第三基极偏置电路。

进一步地，所述放大器还包括第一反馈电路，所述第一级放大电路的输出端连接第一反馈电路的输入端，第一反馈电路的输出端连接到所述输入匹配电路的输出端与所述第一级放大电路之间。

进一步地，所述放大器还包括第二反馈电路，所述功率放大电路的输出端连接第二反馈电路的输入端，所述第二反馈电路的输出端连接到所述级间匹配电路之中。

进一步地，所述输入匹配电路包括电感L1、电容C3、电容C1、电容C2以及电感L2，所述电感L1的一端与电容C3的一端连接，电感L1的另一端分别与输入匹配电路的输入端以及电容C1的一端连接，所述电容C1的另一端分别与电容C2以及电感L2的一端连接，所述电容C2，和电容C3的另一端均接地，所述电感L2的另一端作为输入匹配电路的输出端。

进一步地，所述第二级间匹配电路包含电感L4、电容C11、电容C12、电容C13和电感L5，电容C12的一端连接电感L4的一端，且作为第二第二级间匹配电路的输入端，电容C12的另一端连接电容C13及电感L5的一端，所述电感L4的另一端与电容C11的一端及供电电源VCC2连接，所述电容C11及电容C13的另一端接地，所述电感L5的另一端作为第二级间匹配电路的输出端。

再进一步地，所述第二反馈电路包含电容C16和电阻R20，所述电阻R20的一端接三极管M10集电极，其另一端接电容C16的一端，所述电容C16的另一端接电感L5的一端。

进一步地，所述输出匹配电路包含电感L6、电感L7、电容C17、电容C18和电容C19，电感L6的一端分别连接电感L7以及电容C17的一端，电感L6的另一端作为输出匹配电路的输入端，所述电感L7的另一端与电容C18的一端及供VCC3连接，所述电容C17及C18的另一端接地，所述电容C19的另一端作为输出匹配电路输出端。

进一步地，所述第二基极偏置电路包括三极管M6、三极管M7、三极管M8、三极管M9、电容C10、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14；所述三极管M6的基极分别与其集电极、三极管M7基极和集电极、三极管M9基极、电阻R11及电容C10的一端连接，三极管M6的发射极与三极管M8的集电极及电阻R9的一端连接，所述电阻R9的另一端和电阻R11的另一端连接且作为基准电压VREF供电输入端，所述三极管M8的基极与电阻R12的一端连接，三极管M8的集电极与电阻R10连接，所述电阻R10的另一端接地，所述电阻R12的另一端与三极管M7的发射极连接，所述电容C10的另一端接地，所述三极管M9的发射极与电阻R14的一端连接，所述三极管M9的集电极与电阻R13的一端连接，所述电阻R14的另一端接第二级放大电路，所述电阻R13的另一端接偏置电压VBATT。

发明所取得的有益技术效果：本发明设置输入匹配电路实现射频驱动放大器输入匹配及提供潜在低频振荡信号泄放路径，提升电路稳定性；设置输出匹配电路实现良好的输出匹配，有效抑制二次谐波，提高放大器的OIP3指标。通过设置第一级放大电路，使射频驱动放大器具有，高增益的特性。通过设置第一基极偏置电路，提供且稳定全温下的静态工作点。通过设置第二基极偏置电路提升了射频驱动放大器的P-1性能。功率放大电路采用多路共射放大器并联的方式，提升了放大器的线性和饱和输出功率。本发明通过将反馈电路连接至匹配电路内部，有效提高高频点增益，拓展应用带宽。

本发明中还设置第一反馈电路有效调节增益平坦度以及提高电路稳定性。通过设置第二反馈电路有效提高高频增益，拓展射频驱动放大器工作带宽。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种射频驱动放大器原理框图；

图2为本发明实施例提供的一种射频驱动放大器电路图；

图3为现有技术及本发明的射频驱动放大器增益对比图；

图4为现有技术及本发明的三极管基极偏压Vb随输入功增

加化对比图；

图5为用现有技术及本发明的射频驱动放大器P-1输出功率对比图；

其中图中标记：1、第一基极偏置电路；2、第二基极偏置电路；3、第三基极偏置电路；4、输入匹配电路；5、第一级放大电路；6、第一反馈电路；7、第一级间匹配电路；8、第二级放大电路；9、第二级间匹配电路；10、第二反馈电路；11、功率放大电路；12、输出匹配电路。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例：本实施例提供的一种射频驱动放大器，如图1所示，包括输入匹配电路、第一级放大电路、第一级间匹配电路、第二级放大电路、第二级间匹配电路、功率放大电路、输出匹配电路、第一基极偏置电路、第二基极偏置电路、第三基极偏置电路；

所述输入匹配电路的输入端作为射频驱动放大器的射频输入端，其输出端与第一级放大电路的输入端连接；所述第一级放大电路、第一级间匹配电路、第二级放大电路、第二级间匹配电路与功率放大电路依次连接；所述功率放大电路的输出端连接输出匹配网络后作为射频驱动放大器的射频输出端；

第一级放大电路连接第一基极偏置电路1，第二级放大电路连接第二基极偏置电路，所述功率放大电路连接第三基极偏置电路。

可选地，所述放大器还包括第一反馈电路，所述第一级放大电路的输出端连接第一反馈电路的输入端，第一反馈电路的输出端连接到所述输入匹配电路的输出端与所述第一级放大电路之间。

可选地，所述放大器还包括第二反馈电路，所述功率放大电路的输出端连接第二反馈电路的输入端，所述第二反馈电路的输出端连接到所述级间匹配电路之中。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：采用一种新型基极偏置电路，提升大功率输入场景下放大器基级偏置电压，有效提升射频驱动放大器P-1输出功率；本发明将反馈电路连接至匹配电路内部，有效提高高频点增益，同时拓展应用带宽。

具体实施例如图2所示，输入匹配电路4包括电感L1、电容C3、电容C1、电容C2以及电感L2，所述电感L1的一端与电容C3的一端连接，其另一端分别与输入匹配电路4的输入端RFIN以及电容C1的一端连接，所述电容C1的另一端分别与电容C2以及电感L2的一端连接，电容C2、电容C3的另一端均接地，所述电感L2的另一端作为输入匹配电路4的输出端。

上述进一步方案的有益效果：输入匹配电路4实现射频驱动放大器输入匹配及提供潜在低频振荡信号泄放路径，提升电路稳定性。

进一步地，第一级放大电路5可以包括多个相同放大电路并联，本实施例中第一级放大电路包括了单个放大电路，所述单个放大电路包括三极管M1、电阻R1、电容C4。所述三极管M1的基极分别与电阻R1以及电容C4的一端连接，其集电极作为第一级放大电路的输出端并与第一反馈电路6连接，其发射级接地。所述电阻R1的另一端与第一基极偏置电路1连接，所述电容C4的另一端作为第一级放大电路5的输入端。

上述进一步方案的有益效果：第一级放大电路具有宽带，高增益的特性。

进一步地，第一基极偏置电路1包括三极管M2、三极管M3、三极管M4、电容C5、电阻R2、电阻R3、电阻R4和电阻R5。所述三极管M2的基极分别与其集电极、三极管M4基极、电阻R2以及电容C5的一端连接，其发射极与三极管M3的基极、集电极连接，所述三极管M3的发射极与电阻R3的一端连接，所述电阻R3的另一端接地，所述电容C5的另一端接地，所述三极管M4的集电极与电阻R4的一端连接，所述三极管M4的发射极分别与电阻R5的一端及电阻R1连接，所述电阻R5的另一端接地。

上述进一步方案的有益效果：第一基极偏置电路1具有抑制温漂的功能，放大器温度升高时，静态电流增加，基极电流相应增加，偏置电路中的电阻R2分压升高，晶体管M4分压降低，导致其静态电流降低，稳定了全温下的静态工作点。

进一步地，第一反馈电路6包含电容C6、电阻R6。所述电阻R6的一端接三极管M1集电极，其另一端接电容C6的一端，所述电容C6的另一端接电容C4的一端。

上述进一步方案的有益效果：第一反馈电路6有效调节增益平坦度以及提高电路稳定性。

进一步地，第一级间匹配电路7包含电感L3，电容C7、电容C8，电容C8的一端连接电感L3的一端，且作为第一级间匹配电路7的输入端，其另一端作为第一级间匹配电路7的输出端，所述电感L3的另一端分别与电容C7及供电电源VCC1连接，所述电容C7的另一端接地。

上述进一步方案的有益效果：第一级间匹配电路7实现了第一级放大电路良好的输出匹配同时实现了第二级放大电路8的输入匹配。

进一步地，第二级放大电路8可以包括多个相同放大电路并联，本实施例中第二级放大电路包括单个放大电路，所述单个放大电路包括三极管M5、电阻R7、电阻R8和电容C9。所述三极管M5的基极分别与电阻R7以及电容C9的一端连接，其集电极作为第二级放大电路8的输出端，其发射级与电阻R8的一端连接。所述电阻R7的另一端与第二基极偏置电路2连接，所述电容C9的另一端作为第二级放大电路8的输入端，所述电阻R8的另一端接地。

上述进一步方案的有益效果：第二级放大电路8进一步提高射频驱动放大器的增益，同时负反馈电阻R8有效提高了放大器稳定性。

进一步地，第二基极偏置电路2包括三极管M6、三极管M7、三极管M8、三极管M9、电容C10、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13和电阻R14。所述三极管M6的基极分别与其集电极、三极管M7基极和集电极、三极管M9基极、电阻R11及电容C10的一端连接，其发射极与三极管M8的集电极及电阻R9的一端连接，所述电阻R9的另一端和电阻R11的另一端连接且作为VREF供电输入端，所述三极管M8的基极与电阻R12的一端连接，集电极与电阻R10连接，所述电阻R10的另一端接地，所述电阻R12的另一端与三极管M7的发射极连接，所述电容C10的另一端接地，所述三极管M9的发射极与电阻R14的一端连接，所述三极管M9的集电极与电阻R13的一端连接，所述电阻R14的另一端接第二级放大电路8，所述电阻R13的另一端接偏置电压VBATT。

上述进一步方案的有益效果：第二基极偏置电路2具有抑制温漂，补偿大功率输入场景偏置电压值的功能。放大器温度升高时，静态电流增加，基极电流相应增加，偏置电路中的电阻R9分压升高，晶体管M9分压降低，导致其静态电流降低，稳定了全温下的静态工作点；在大功率输入场景下通过两个途径的作用提高三极管M5基极偏压，从而有效提升射频驱动放大器的P-1性能，现通过附图2进行详细说明。传统的偏置电路如附图2中框图1所示，即本发明的基极偏置电路1，在大功率输入场景下，部分射频信号通过三极管M4及电容C5到地，等效效果为给三极管M4一个负偏压，从而提高三极管M1基极偏压，提升了放大器的P-1性能。在更高P-1性能要求场景下，传统基极偏置电路1提高三极管基极偏压能力有限。本方案基极偏置电路2通过两个途径对三极管基极偏压提升的叠加，进一步提升了放大器的P-1性能。在大功率输入场景下，部分射频信号进入基极偏置电路2，第一条途径射频信号经过三极管M9及C10到地，等效效果为给三极管M9一个负偏压，有效减小三极管M9基极发射极偏压Vbe,从而提高三极管M5基极偏压；第二个途径为三极管M6、三极管M7、电阻R12、三极管M8、电阻R10,大功率输入场景下三极管M9基极偏压Vb9（即三极管M6、M7基极集电极偏压）变小，导致三极管M8基极电压变小，三级管M8由于R10的负反馈作用，基极电流变大；三极管M6基极集电极偏压变小，导致由三极管M6流出至三极管M8的集电极电流减小，同理由于电阻R10的负反馈作用，使得三极管M8基极电流进一步变大，三极管M8基极电流的变大提高了三极管M7集电极即三极管M9基极偏压Vb9，从而使得三极管M5基极偏压进一步提升，更加有效提升驱动放大器的P-1性能

进一步地，第二级间匹配电路9包含电感L4，电容C11、电容C12、电容C13和电感L5，电容C12的一端连接电感L4的一端，且作为第二级间匹配电路9的输入端，其另一端连接电容C13、电感L5的一端，所述电感L4的另一端与电容C11的一端及供电电源VCC2连接，所述电容C11及电容C13的另一端接地，所述电感L5的另一端作为第二级间匹配电路9的输出端。

上述进一步方案的有益效果：第二级间匹配电路9实现了第一级放大电路良好的输出匹配同时实现第二级放大电路8的输入匹配。

进一步地，功率放大电路11可以包括多个相同放大电路并联，本实施例中包括单个放大电路，单个放大电路具体包括三极管M10、电阻R15和电容C14。所述三极管M10的基极分别与电阻R15以及电容C14的一端连接，其集电极作为功率放大电路11的输出端，其发射级接地。所述电阻R15的另一端与基极偏置电路3连接，所述电容C14的另一端作为功率放大电路11的输入端。

上述进一步方案的有益效果：功率放大电路11采用多路共射放大器并联的方式，提升了放大器的线性和饱和输出功率。

进一步地，第三基极偏置电路3包括三极管M11、三极管M12、三极管M13、电容C15、电阻R16、电阻R17、电阻R18和电阻R19。所述三极管M11的基极分别与其集电极、三极管M13基极、电阻R16以及电容C15的一端连接，其发射极与三极管M12的基极、集电极连接，所述三极管M12的发射极与电阻R17的一端连接，所述电阻R17的另一端接地，所述电容C15的另一端接地，所述三极管M13的集电极与电阻R18的一端连接，所述三极管M13的发射极分别与电阻R19及电阻R15的一端连接，所述电阻R19的另一端接地。

上述进一步方案的有益效果：第三基极偏置电路3具有抑制温漂的功能，放大器温度升高时，静态电流增加，基极电流相应增加，偏置电路中的电阻R16分压升高，晶体管M13分压降低，导致其静态电流降低，稳定了全温下的静态工作点。

进一步地，第二反馈电路10包含电容C16和电阻R20。所述电阻R20的一端接三极管M10集电极，其另一端接电容C16的一端，所述电容C16的另一端接电感L5连接电容C12的一端。

上述进一步方案的有益效果：第二反馈电路10串联RC电路至第二级间匹配电路9内部，有效提高高频增益，，拓展射频驱动放大器工作带宽。宽带驱动放大器为了提高高频点增益，通常是提高放大器静态工作点，同时提高了低频点增益。导致放大器效率降低，同时带内增益平坦度没有得到改善；本方案通过将负反馈电路10连接至第二级间匹配电路9内部，有效提高高频增益，现通过附图2进行详细说明。反馈电路10包括电阻R20以及电容C16，在高频点阻抗值相对更低，高频点获得更高反馈电流，流经匹配电感L5以及电容C13的高频电流也相应变高，从而在高频点对匹配电感L5以及电容C13进行了调制，等效效果为在高频点，匹配电感L5感值变大，电容C13容值变小。从而使得匹配电路9在低频和高频均获得了良好阻抗匹配，实现了宽带高增益的性能

进一步地，输出匹配电路12包含电感L6、电感L7、电容C17、电容C18和电容C19，电感L6的一端分别连接电感L7以及电容C17的一端，其另一端作为输出匹配电路的输入端，所述电感L7的另一端与电容C18的一端及供电电源VCC3连接，所述电容C17及C18的另一端接地，所述电容C19的另一端作为输出匹配电路的输出端。

上述进一步方案的有益效果：输出匹配电路12实现良好的输出匹配，有效抑制二次谐波，提高放大器的OIP3指标。

具体工作原理进行介绍：

射频芯片通过RFin进入射频驱动放大器，经过输入匹配电路4阻抗匹配后，进入第一级放大电路5，经过第一级放大电路5放大后进入第一级间匹配电路7，经过第一级间匹配电路7多级LC电路阻抗变换后进入第二级放大电路8，经过第二级放大电路8放大后进入第二级间匹配电路9，经过第二级间匹配电路9阻抗变换后进入功率放大电路11，经过功率放大电路11放大后进入输出匹配电路，经过输出匹配电路阻抗变换后进入射频驱动放大器负载。基极偏置电路1、第二基极偏置电路2、基极偏置电路3分别给第一级放大电路、第二级放大电路8、功率放大电路11提供基极偏置电压，同时具备抑制温漂，稳定静态工作点的作用。第一反馈电路6、第二反馈电路10提供提升高频点增益降低低频点增益功能的同时分别优化了输入输出阻抗匹配。

本发明主要通过将反馈电路连接至级间匹配电路内部。图3为现有技术及本发明的射频驱动放大器增益对比图；如图3所示，本发明提供的射频驱动放大器在5GHz增益提升4dB以上。

图4为现有技术及本发明的三极管基极偏压VBATT后随输入功

增加化对比图；通过对比图4可知，本发明通过一种新型基极偏置电路结构，有效稳定且提升大功率输入场景下基极偏置电压，提高大功率输入场景射频驱动放大器增益，从而提高射频驱动放大器的P-1输出功率。

图5为用现有技术及本发明的射频驱动放大器P-1输出功率对比

图；通过对比图5可知，本发明通过一种新型基极偏置电路结构，有效稳定且提升大功率输入场景下基极偏置电压，提高大功率输入场景射频驱动放大器增益，从而提高射频驱动放大器的P-1输出功率。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种射频驱动放大器，其特征在于，包括输入匹配电路、第一级放大电路、第一级间匹配电路、第二级放大电路、第二级间匹配电路、功率放大电路、输出匹配电路、第一基极偏置电路、第二基极偏置电路、第三基极偏置电路；

所述输入匹配电路的输入端作为射频驱动放大器的射频输入端，其输出端与第一级放大电路的输入端连接；所述第一级放大电路、第一级间匹配电路、第二级放大电路、第二级间匹配电路与功率放大电路依次连接；所述功率放大电路的输出端连接输出匹配网络后作为射频驱动放大器的射频输出端；

第一级放大电路连接第一基极偏置电路，第二级放大电路连接第二基极偏置电路，所述功率放大电路连接第三基极偏置电路。

2.根据权利要求1所述一种射频驱动放大器，其特征在于，所述放大器还包括第一反馈电路，所述第一级放大电路的输出端连接第一反馈电路的输入端，第一反馈电路的输出端连接到所述输入匹配电路的输出端与所述第一级放大电路之间。

3.根据权利要求1所述一种射频驱动放大器，其特征在于，所述放大器还包括第二反馈电路，所述功率放大电路的输出端连接第二反馈电路的输入端，所述第二反馈电路的输出端连接到所述级间匹配电路之中。

4.根据权利要求1所述一种射频驱动放大器，其特征在于，

所述输入匹配电路包括电感L1、电容C3、电容C1、电容C2以及电感L2，所述电感L1的一端与电容C3的一端连接，电感L1的另一端分别与输入匹配电路的输入端以及电容C1的一端连接，所述电容C1的另一端分别与电容C2以及电感L2的一端连接，所述电容C2，和电容C3的另一端均接地，所述电感L2的另一端作为输入匹配电路的输出端。

5.根据权利要求1所述一种射频驱动放大器，其特征在于，所述第二级间匹配电路包含电感L4、电容C11、电容C12、电容C13和电感L5，电容C12的一端连接电感L4的一端，且作为第二级间匹配电路的输入端，电容C12的另一端连接电容C13及电感L5的一端，所述电感L4的另一端与电容C11的一端及供电电源VCC2连接，所述电容C11及电容C13的另一端接地，所述电感L5的另一端作为第二级间匹配电路的输出端。

6.根据权利要求3所述一种射频驱动放大器，其特征在于，所述第二反馈电路包含电容C16和电阻R20，所述电阻R20的一端接三极管M10集电极，其另一端接电容C16的一端，所述电容C16的另一端接电感L5的一端。

7.根据权利要求1所述一种射频驱动放大器，其特征在于，

所述输出匹配电路包含电感L6、电感L7、电容C17、电容C18和电容C19，电感L6的一端分别连接电感L7以及电容C17的一端，电感L6的另一端作为输出匹配电路的输入端，所述电感L7的另一端与电容C18的一端及供VCC3连接，所述电容C17及C18的另一端接地，所述电容C19的另一端作为输出匹配电路输出端。

8.根据权利要求1所述一种射频驱动放大器，其特征在于，所述第二基极偏置电路包括三极管M6、三极管M7、三极管M8、三极管M9、电容C10、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14；所述三极管M6的基极分别与其集电极、三极管M7基极和集电极、三极管M9基极、电阻R11及电容C10的一端连接，三极管M6的发射极与三极管M8的集电极及电阻R9的一端连接，所述电阻R9的另一端和电阻R11的另一端连接且作为基准电压VREF供电输入端，所述三极管M8的基极与电阻R12的一端连接，三极管M8的集电极与电阻R10连接，所述电阻R10的另一端接地，所述电阻R12的另一端与三极管M7的发射极连接，所述电容C10的另一端接地，所述三极管M9的发射极与电阻R14的一端连接，所述三极管M9的集电极与电阻R13的一端连接，所述电阻R14的另一端接第二级放大电路，所述电阻R13的另一端接偏置电压VBATT。

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