本發(fā)明涉及電子信息技術(shù)領(lǐng)域，具體而言涉及一種開關(guān)功率放大器。

背景技術(shù)：

射頻功放是無線通信設(shè)備的重要組成部分，現(xiàn)應(yīng)用的通信設(shè)備中使用的都是傳統(tǒng)模擬功放，但是由于信號頻率的上升，傳統(tǒng)的模擬功放在放大信號的時候會出現(xiàn)信號失真嚴(yán)重的情況，所以利用數(shù)字模式的功放來放大信號可以保持信號的完整性，為此數(shù)字功率放大技術(shù)已成為當(dāng)前業(yè)界的研究熱點。

開關(guān)功放作為數(shù)字功率放大技術(shù)核心電路，在數(shù)字功放電路中，首先是對模擬的信號進(jìn)行一次調(diào)制使之轉(zhuǎn)化成有高低電平的數(shù)字信號，而開關(guān)功放模塊就是將該數(shù)字信號進(jìn)行大幅度地放大并通過濾波器得到放大后的模擬信號。

目前，一般的開關(guān)功率放大器可以將電壓值大于2v的電壓進(jìn)行放大，不能放大電壓值較小的電壓。隨著輸入信號工作頻率增大，以及對信號放大能力要求的增加，現(xiàn)有的gaas(砷化鎵)基功率管頻率特性和功率特性較差，不能滿足對高頻信號放大的要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明的目的在于提供一種開關(guān)功率放大器，以解決上述的至少一項技術(shù)問題。

(二)技術(shù)方案

本發(fā)明提供了一種開關(guān)功率放大器，包括：

兩個電平轉(zhuǎn)移電路，分別用于對低電壓差分信號的兩路信號進(jìn)行降壓，得到兩路降壓負(fù)值電壓信號；

放大模塊，用于對所述兩路降壓負(fù)值電壓信號進(jìn)行放大，得到并輸出一路放大后的電壓信號。

可選地，所述放大模塊包括：

兩個電平放大電路，分別用于放大所述降壓負(fù)值電壓信號的兩路信號，得到兩路放大負(fù)值電壓信號；

一電平驅(qū)動電路，分別用于對所述兩路放大負(fù)值電壓信號進(jìn)行電壓的二次放大，得到一對差分電壓；

一功率放大電路，用于對所述差分電壓進(jìn)行電壓選通，輸出一路放大后的電壓信號至下一級電路。

可選地，所述開關(guān)功率放大器還可以包括：

一濾波器，用于濾除與所述低電壓差分信號工作頻率不同的放大后的電壓信號；

一偏置電路，為所述電平轉(zhuǎn)移電路以及放大模塊提供偏置電壓。

可選地，所述電平轉(zhuǎn)移電路和放大模塊均包含氮化鎵功率管。

可選地，功率放大電路包括兩個支路，上支路與偏置電壓相連，下支路接地，所述電壓選通指選通氮化鎵功率管能導(dǎo)通的上支路或者下支路，并輸出選通的上支路或者下支路的電壓。

可選地，所述電平轉(zhuǎn)移電路可以包括肖特基二極管，用于對所述低電壓差分信號的兩路信號進(jìn)行降壓，從而得到所述負(fù)值電壓信號。

可選地，所述電平放大電路可以包括電阻，該電阻與氮化鎵晶體管對偏置電壓進(jìn)行分壓，輸出放大后的電平信號，從而放大所述降壓負(fù)值電壓信號。

可選地，所述電平驅(qū)動電路可以為雙端輸入和雙端輸出的差分對電路。

可選地，所述差分對電路中的兩個電阻的電阻值可以不同，從而實現(xiàn)對所述放大負(fù)值電壓信號進(jìn)行不同程度的二次放大，以得到一對大小不同的差分電壓。

可選地，所述功率放大電路可以為d類功率放大結(jié)構(gòu)。

(三)有益效果

1、電平轉(zhuǎn)移電路的引入，可以使輸入的lvds信號電平轉(zhuǎn)移到更小值，以達(dá)到下級電平放大電路所需要的柵壓值，有利于對幅度較小的電平信號的放大。

2、雙端輸入和雙端輸出差分對電路的引入，通過對電平放大電路輸出的兩路信號進(jìn)行放大，放大后的信號驅(qū)動下一級的功率放大電路。功率放大電路的引入，可以大幅度提高功放電路的工作效率，能為數(shù)字功放提供更強(qiáng)的放大能力。

3、本發(fā)明引入了gan功率管，可以對高工作頻率的信號進(jìn)行穩(wěn)定的放大和輸出。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例的開關(guān)功率放大器的電路原理示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例的電平轉(zhuǎn)移電路的電路示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例的電放大電路的電路示意圖；

圖4是本發(fā)明實施例的電平驅(qū)動電路的電路示意圖；

圖5是本發(fā)明實施例的功率放大電路的電路示意圖；

圖6為本發(fā)明實施例的電路輸入輸出曲線圖。

具體實施方式

目前，現(xiàn)有技術(shù)中的開關(guān)功率放大器一般將電壓值大于2v的電壓進(jìn)行放大，不能放大電壓值較小的電壓，如大于1v小于2v的電壓。另外，隨著輸入信號工作頻率增大，以及對信號放大能力要求的增加，現(xiàn)有的gaas基功率管頻率特性和功率特性較差，不能滿足對高頻信號放大的要求，但是gan襯底的高電子遷移率、高電子飽和漂移速率和以及高工作頻率等優(yōu)點，使它成為了高頻、高功率微波射頻器件的理想材料，可以完成對高頻信號的功率放大，所以gan基的開關(guān)功放的開發(fā)與研究迫在眉睫。

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

基于上述現(xiàn)狀，本發(fā)明提供了一種開關(guān)功率放大器，用于放大低電壓差分信號，并將放大后的信號輸出至向下一級電路。圖1是本發(fā)明實施例的開關(guān)功率放大器的電路原理示意圖，如圖1所示，該開關(guān)功率放大器包括：

兩個電平轉(zhuǎn)移電路，分別用于對低電壓差分信號的兩路信號進(jìn)行降壓，得到兩路降壓負(fù)值電壓信號；

放大模塊，用于對所述兩路降壓負(fù)值電壓信號進(jìn)行放大，得到并輸出一路放大后的電壓信號；

一濾波器，用于濾除與所述低電壓差分信號工作頻率不同的放大后的電壓信號；

一偏置電路，為所述電平轉(zhuǎn)移電路、電平放大電路、電平驅(qū)動電路和功率放大電路提供偏置電壓，且在不同的電路中，偏置電壓的大小不一樣。

具體地，所述放大模塊包括：

兩個電平放大電路，分別用于放大所述降壓負(fù)值電壓信號的兩路信號，得到兩路放大負(fù)值電壓信號；

一電平驅(qū)動電路，分別用于對所述兩路放大負(fù)值電壓信號進(jìn)行電壓的二次放大，得到一對差分電壓；

一功率放大電路，用于對所述差分電壓進(jìn)行電壓選通，輸出一路放大后的電壓信號至下一級電路。

圖2是本發(fā)明實施例的電平轉(zhuǎn)移電路的電路示意圖，如圖2所示，本發(fā)明實施例中，電平轉(zhuǎn)移電路包括：

兩個gan功率管t21和t22；四個肖特基二極管d21、d22、d23和d24。因為gan基功率管的高電子遷移率、高電子飽和漂移速率和以及高工作頻率等優(yōu)點，因此，本發(fā)明實施例中的功率管優(yōu)選為gan功率管。

在本發(fā)明實施例中，gan功率管t21和t22的導(dǎo)通電壓(柵極和源極的電壓差)均為-2.5v，即當(dāng)柵極和源極的電壓差大于等于-2.5v時，t21和t22導(dǎo)通，否則，t21和t22關(guān)閉。另外，本實施例的每個肖特基二極管在導(dǎo)通狀態(tài)下的壓降為3v，在不同實施例中，各二極管的壓降可以不同，也可以相同。選擇導(dǎo)通電壓較大的功率管以及導(dǎo)通壓降較大的二極管，可以使得低電壓差分信號的電壓大小大幅下降，可以使輸入的lvds信號電平轉(zhuǎn)移到更小值，以達(dá)到下級電平放大電路所需要的柵壓值，有利于對幅度較小的電平信號的放大。

在該電平轉(zhuǎn)移電路中，vin2端輸入低電壓差分信號的兩路信號，信號幅度為0.35v，工作頻率為600mhz。其中，上電平轉(zhuǎn)移電路的第一電壓為v1，下電平轉(zhuǎn)移電路的第二電壓為v0，其中v0和v1均只有兩個值1.05v與1.4v，且在同一時刻，v0和v1的值不相等。v21、v22均為偏置電路為該電平轉(zhuǎn)移電路提供的偏置電壓，且v21的電壓大小為13v，v22的電壓大小為-17v。在偏置電壓v21和v22的控制下，兩路信號v0和v1先后經(jīng)過g21、d21、d22、d23、d24和t22時，信號的電壓大小被調(diào)制，得到兩路電壓為-12.8v或-12.4v的降壓負(fù)值電壓信號，且在該兩路電壓中，電壓互不相等?？梢钥闯觯捎趃an功率管t21和t22本身的放大特征，電壓差為0.35v的低電壓差分信號，經(jīng)過電平轉(zhuǎn)移電路降壓后，其電壓差值變?yōu)?.4v。

圖3是本發(fā)明實施例的電平放大電路的電路示意圖，如圖3所示，該放大電路包括：一個gan功率管t3和一個電阻r3，r3電阻阻值為150ω，該電阻與氮化鎵晶體管對偏置電壓進(jìn)行分壓，不同柵壓下的氮化鎵晶體管的導(dǎo)通電阻不同，分壓的效果也不一樣，隨后輸出放大后的電平信號，從而放大所述降壓負(fù)值電壓信號。

在本發(fā)明實施例中，v31、v32均為偏置電路為該電平轉(zhuǎn)移電路提供的偏置電壓，且v31的電壓大小為9v，v32的電壓大小為-10v。電平轉(zhuǎn)移電路的得到的兩路-12.8v或-12.4v的降壓負(fù)值電壓信號輸入電平放大電路，信號經(jīng)過晶體管t3，因為晶體管t3工作在不同的放大狀態(tài)，電阻r3和t3的等效電阻實現(xiàn)分壓，最后得到-3v或-7v的兩路放大負(fù)值電壓信號。由此可見，兩路幅值為0.4v的降壓負(fù)值電壓信號，經(jīng)過電平放大電路放大處理后，得到兩路幅值為4v的放大負(fù)值電壓信號。

圖4為本發(fā)明實施例的電平驅(qū)動電路的電路示意圖，如圖4所示，該電平驅(qū)動電路為雙端輸入和雙端輸出的差分對電路，由電平放大得到的兩路信號可以通過該電平驅(qū)動電路得到兩路差分輸出信號。且差分對電路中的兩個電阻(即r41和r42)的電阻值分別為350ω和100ω。r41和r42的電阻值不同，是為了實現(xiàn)對所述放大負(fù)值電壓信號進(jìn)行不同程度的二次放大，以得到一對大小不同的差分對電壓。

在本發(fā)明實施例中，電平放大電路輸出的大小為-3v或-7v的兩路放大負(fù)值電壓信號從vin41和vin42輸入，偏置電壓電路提供的偏置電壓v41先經(jīng)過r41分擔(dān)電壓，再經(jīng)過t41的開啟和關(guān)斷過程，輸出電壓值為-5v或20v的一路差分電壓，其中v41大小為20v。偏置電壓電路提供的偏置電壓v42先經(jīng)過r42分擔(dān)電壓，再經(jīng)過t42開啟和關(guān)斷過程，輸出電壓范圍為-5v或0v的一路差分電壓，其中v42大小為0v。

圖5為本發(fā)明實施例的功率放大電路的電路示意圖，如圖5所示，該功率放大電路為d類功率放大結(jié)構(gòu)，d類功率結(jié)構(gòu)工作在開關(guān)狀態(tài)時，具有較高的工作效率，該功率放大電路包括兩個gan功率管t51和t52。在本發(fā)明實施例中，電平驅(qū)動電路的一對差分電壓(大小為-5v或20v的一路電壓；與大小為-5v或0v的另一路電壓)分別從v51端口與v52端口進(jìn)入功率放大電路，其中，電路的偏置電壓v53為20v。功率放大電路包括兩個支路，上支路與偏置電壓相連，下支路接地，上支路的輸入的差分電壓為20v，下支路的輸入的差分電壓為-5v時，t51源漏極的壓降達(dá)到預(yù)定閾值，t51導(dǎo)通，且t52關(guān)閉，功率放大電路可以輸出20v的電平；當(dāng)上支路的差分電壓為-5v，下支路的差分電壓為0v時，t52導(dǎo)通，且t51關(guān)閉，功率放大電路可以輸出0v的電平，最終完成開關(guān)功率放大器的性能，最終得一路0或20v的數(shù)字電壓信號。由此可見，電壓幅值為0.35v的低電壓差分信號經(jīng)過本發(fā)明提供的開關(guān)功率放大器，實現(xiàn)了電壓幅值的放大，最終得到一路電壓幅值為20v的放大后的電壓信號。

另外，該放大后的信號還可以通過帶通濾波器bpf，從而濾除頻率為600mhz(輸入的低電壓差分信號的工作頻率)以外的信號，得到與低電壓差分信號相同頻率的放大信號，并將該放大信號輸出至下一級電路，一般來說，下一級電路的等效負(fù)載為50ω。

上電平轉(zhuǎn)移電路的第一電壓為v1，且該上電平轉(zhuǎn)移電路與上電平放大電路、上電平驅(qū)動電路以及功率放大電路中的與偏置電壓相連的上支路相連，下電平轉(zhuǎn)移電路的第二電壓為vn，且該下電平轉(zhuǎn)移電路與下電平放大電路、下電平驅(qū)動電路以及功率放大電路中的接地的下支路相連。圖6為本發(fā)明實施例的電路輸入輸出曲線圖，如圖6所示，當(dāng)上電平轉(zhuǎn)移電路v1的電壓為1.05v時，v1經(jīng)過上電平轉(zhuǎn)移電路降壓，得到-12.8v的放大負(fù)值電壓信號，再經(jīng)過上電平放大電路放大，得到-3v的放大負(fù)值電壓信號，再通過電平驅(qū)動電路二次放大，得到-5v的差分電壓并輸入功率放大電路的上支路；對于v0，其電壓為1.4v時，v0經(jīng)過下電平轉(zhuǎn)移電路降壓，得到-12.4v的放大負(fù)值電壓信號，再經(jīng)過下電平放大電路放大，得到-7v的放大負(fù)值電壓信號，再通過電平驅(qū)動電路二次放大，得到0v的差分電壓，此時，功率放大電路中的下支路的功率管t52導(dǎo)通，上支路的功率管t51關(guān)閉，輸出下支路的電壓0v。同理，當(dāng)上電平轉(zhuǎn)移電路v1的電壓為1.4v時，v1經(jīng)過上電平轉(zhuǎn)移電路降壓，得到-12.4v的放大負(fù)值電壓信號，再經(jīng)過上電平放大電路放大，得到-7v的放大負(fù)值電壓信號，再通過電平驅(qū)動電路二次放大，得到20v的差分電壓并輸入功率放大電路的上支路；對于v0，其電壓為1.05v時，v0經(jīng)過下電平轉(zhuǎn)移電路降壓，得到-12.8v的放大負(fù)值電壓信號，再經(jīng)過下電平放大電路放大，得到-3v的放大負(fù)值電壓信號，再通過電平驅(qū)動電路二次放大，得到-5v的差分電壓，此時，功率放大電路中的上支路的功率管t51導(dǎo)通，上下支路的功率管t52關(guān)閉，輸出下支路的電壓20v。此外，由于功率管在工作時會產(chǎn)生一定的壓降，所以輸出的信號電平?jīng)]有達(dá)到理想的20v，但在理想情況下，該輸出電壓無限接近20v。

以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。