一種基于正反饋的堆疊結(jié)構(gòu)的射頻功率放大器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種功率放大器，尤其涉及一種射頻功率放大器。
【背景技術(shù)】
[0002]射頻功率放大器是現(xiàn)代無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的重要組成部分，能將功率很小的射頻信號(hào)無(wú)失真地進(jìn)行功率放大，進(jìn)而通過(guò)天線(xiàn)輻射出去。
[0003]隨著便攜式設(shè)備的功能模塊和現(xiàn)代通信系統(tǒng)的調(diào)制方式越來(lái)越復(fù)雜，如為滿(mǎn)足不同用戶(hù)的使用需要，無(wú)線(xiàn)手機(jī)一般都支持兩種或兩種以上的網(wǎng)絡(luò)制式，且為了滿(mǎn)足用戶(hù)的大數(shù)據(jù)要求，現(xiàn)代通信系統(tǒng)采用諸如QPSK等調(diào)制方式，這要求應(yīng)用于新一代通信系統(tǒng)的功率放大器必須有著較高的功率效率、線(xiàn)性度與帶寬。
[0004]另外，隨著便攜式設(shè)備的功能模塊越來(lái)越復(fù)雜，將各個(gè)功能模塊集成在一塊芯片上，將大大縮短設(shè)備制造商的量產(chǎn)和加工時(shí)間，并減少在流片方面的資金消耗，因此，如何減小芯片的有效面積和用廉價(jià)的工藝在單一芯片上實(shí)現(xiàn)整個(gè)射頻模組具有重要的研究意義。
[0005]由于硅工藝是最為成熟的，也是成本最低、集成度最高且與多數(shù)無(wú)線(xiàn)收發(fā)機(jī)的基帶處理部分工藝相兼容，因此，硅CMOS工藝是單片實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊集成的理想方案，不過(guò)CMOS工藝自身存在著物理缺陷，如低擊穿電壓和較差的電流能力等。工作于低電壓的功率放大器，需要通過(guò)減小負(fù)載阻值進(jìn)而增大電流的方法來(lái)提高輸出功率，然后，這種方法使輸出匹配電路的設(shè)計(jì)變得異常困難。
[0006]在中國(guó)專(zhuān)利201510150849.1中，通過(guò)采用共源共柵結(jié)構(gòu)的射頻功率放大器結(jié)構(gòu)來(lái)提升功率級(jí)的耐壓能力，然而共源共柵結(jié)構(gòu)的第二個(gè)晶體管的柵極因去耦電容在交流時(shí)呈接地狀態(tài)。隨著輸入信號(hào)功率的增大，輸出的電壓信號(hào)也隨著變大，從而會(huì)使該結(jié)構(gòu)最上層的晶體管最先出現(xiàn)擊穿問(wèn)題。另外，由于共源共柵結(jié)構(gòu)中的兩個(gè)晶體管的輸出阻抗并不是最佳阻抗，所以輸出功率較小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]在中國(guó)專(zhuān)利201510150849.1中，射頻功率放大器采用共源共柵結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能提高射頻功率放大器的耐壓能力。然而，這種結(jié)構(gòu)由于堆疊在最底下的晶體管上面的晶體管的柵極的去耦電容的作用，晶體管的柵極在交流時(shí)呈接地狀態(tài)，因此會(huì)導(dǎo)致該結(jié)構(gòu)中最上層的晶體管最先出現(xiàn)擊穿而最底下面的晶體管最先出現(xiàn)進(jìn)入線(xiàn)性區(qū)的情況;另外，該結(jié)構(gòu)不能很好地保證每個(gè)晶體管的輸出阻抗都為最佳阻抗，因此，該結(jié)構(gòu)輸出功率相對(duì)下降。本發(fā)明的的目的在于克服以上現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，而提供一種基于正反饋的堆疊結(jié)構(gòu)的射頻功率放大器。
[0008]本發(fā)明的具體技術(shù)方案為:
[0009]—種基于正反饋的堆疊結(jié)構(gòu)的射頻功率放大器，該射頻功率放大器包括輸入匹配電路，輸出寬帶匹配電路，偏置電路A，偏置電路B，以及至少由兩個(gè)晶體管漏極源極相連堆疊起來(lái)的功率放大電路;其中，射頻信號(hào)源通過(guò)所述輸入匹配電路連接所述功率放大電路的最底層的晶體管的柵極，所述偏置電路B連接所述最底層晶體管的柵極;所述偏置電路A連接所述功率放大電路的除所述最底層晶體管的其余晶體管的柵極;所述其余晶體管的柵極和源極之間連接有反饋電容;所述功率放大電路最上層的晶體管的漏極通過(guò)所述輸出寬帶匹配電路連接負(fù)載。本技術(shù)方案分別采用分離的偏置電路A，B對(duì)各晶體管進(jìn)行偏置，其中偏置電路B為堆疊在最下層的晶體管提供合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，而偏置電路A為其余堆疊的晶體管提供合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。輸入匹配電路將功率放大電路的晶體管的阻抗轉(zhuǎn)換成信號(hào)源的源阻抗，完成共扼匹配，從而獲得最大的射頻功率增益。為了使每個(gè)晶體管都能夠輸出最大功率，在每個(gè)堆疊的晶體管的柵極與源極相連，從而提供一個(gè)合適的交流阻抗，使每個(gè)晶體管的輸出電壓同相等幅疊加，使從每個(gè)晶體管的漏往負(fù)載方向看過(guò)去的阻抗為最優(yōu)阻抗;信號(hào)從最上層的晶體管的漏極輸出，且經(jīng)過(guò)輸出寬帶匹配電路，傳輸?shù)截?fù)載端。寬帶匹配電路將負(fù)載阻抗轉(zhuǎn)換成能使射頻功率放大器輸出最大功率時(shí)的最優(yōu)阻抗。
[0010]優(yōu)選地，所述偏置電路A和偏置電路B由一個(gè)整合的偏置電路代替。
[0011]優(yōu)選地，所述最底層晶體管的源極直接接地。
[0012]優(yōu)選地，所述偏置電路B為電阻與晶體管組成的偏置電路，偏置電路A為電阻分壓式偏置電路。偏置電路B為電阻與晶體管組成的偏置電路，精度高且占芯面積小;偏置電路A為電阻分壓式偏置，這種偏置方式不僅有著良好的溫度抑制系數(shù)，且易于集成。
[0013]優(yōu)選地，所述功率放大電路中堆疊的晶體管的偏置電壓不等分，最上層晶體管的偏置電壓最低，最下層晶體管的偏置電壓最高，其余晶體管的偏置電壓介于兩者之間，使功率放大電路輸出高功率時(shí)，各個(gè)晶體管的直流電壓匯集于一點(diǎn)，從而使各個(gè)晶體管在高輸出功率時(shí)有著一致的靜態(tài)情況，進(jìn)而增強(qiáng)了功率放大電路的輸出功率和線(xiàn)性度。
[0014]優(yōu)選地，所述輸出寬帶匹配電路中設(shè)有二次諧波抑制電路;并可以結(jié)合扼流電感與功率放大電路輸出級(jí)的輸出電容，更好地實(shí)現(xiàn)二次諧波短路，三次諧波開(kāi)路，從而大大提高了射頻功率放大器的效率。
[0015]優(yōu)選地，電源經(jīng)濾波電路連接到所述功率放大電路的最上層的晶體管的漏極。
[0016]優(yōu)選地，所述濾波電路由濾波電容和扼流電感組成。
[0017]優(yōu)選地，所述濾波電路由低頻濾波電容、高頻濾波電容和扼流電感組成。
[0018]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)不僅提高了射頻功率放大器的耐壓能力，而且使每個(gè)堆疊的晶體管的負(fù)載都為最佳阻抗，從而提高了射頻功率放大器的功率輸出能力。另外，本發(fā)明通過(guò)在堆疊的晶體管的柵極源極之前加載反饋電容，提供一個(gè)正反饋電路，并相應(yīng)的提供合適的偏置，從而使每個(gè)晶體管在輸出高功率時(shí)有著相同的靜態(tài)工作點(diǎn)，從而提高了射頻功率放大器整體的線(xiàn)性度。本發(fā)明還能提高射頻功率放大器的輸出電壓擺幅、工作帶寬、功率效率、功率增益和最大輸出功率，并有著較好的二次諧波抑制效果。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是實(shí)施例的射頻功率放大器電路圖。
[0020]圖中虛線(xiàn)方框所圈起的部分為功率放大電路部分。
【具體實(shí)施方式】
[0021]本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例，一種基于正反饋的堆疊結(jié)構(gòu)的射頻功率放大器，該射頻功率放大器包括輸入匹配電路，輸出寬帶匹配電路，偏置電路A，偏置電路B，以及至少由兩個(gè)晶體管漏極源極相連堆疊起來(lái)的功率放大電路;其中，射頻信號(hào)源RFin通過(guò)所述輸入匹配電路連接所述功率放大電路的最底層的晶體管Ml的柵極，所述偏置電路B連接所述最底層晶體管Ml的柵極;所述偏置電路A連接所述功率放大電路的除所述最底層晶體管的其余晶體管的柵極，即晶體管M2至Mn;所述其余晶體管的柵極和源極之間連接有反饋電容，SP電容Cl至Cn;所述最底層晶體管Ml的源極直接接地;所述功率放大電路的最上層的晶體管Mn的漏極與所述輸出寬帶匹配電路和負(fù)載RL順序連接。電源VDD經(jīng)濾波電路連接到所述功率放大電路的最上層的晶體管Mn的漏極;所述濾波電路由低頻濾波電容Cp 1、高頻濾波電容Cp2和扼流電感Lc組成。所述偏置電路B為電阻與晶體管組成的偏置電路，偏置電路A為電阻分壓式偏置電路，偏置電壓不等分，最上層晶體管的偏置電壓最低，最下層晶體管的偏置電壓最高，其余晶體管的偏置電壓介于兩者之間。
[0022]該電路結(jié)構(gòu)不僅提高了射頻功率放大器的耐壓能力，而且通過(guò)非等分方式的偏置方法，并通過(guò)結(jié)合在每個(gè)堆疊的晶體管的柵極與源極連接正反饋電容，從而提供一個(gè)合適的交流阻抗，使每個(gè)堆疊的晶體管的負(fù)載都為最佳阻抗，從而提高射頻功率放大器的功率輸出能力，而使每個(gè)晶體管在輸出高功率時(shí)有著相同的靜態(tài)工作點(diǎn)，從而提高了射頻功率放大器整體的線(xiàn)性度。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于正反饋的堆疊結(jié)構(gòu)的射頻功率放大器，其特征在于:該射頻功率放大器包括輸入匹配電路，輸出寬帶匹配電路，偏置電路A，偏置電路B，以及至少由兩個(gè)晶體管漏極源極相連堆疊起來(lái)的功率放大電路;其中，射頻信號(hào)源通過(guò)所述輸入匹配電路連接所述功率放大電路的最底層的晶體管的柵極，所述偏置電路B連接所述最底層晶體管的柵極;所述偏置電路A連接所述功率放大電路的除所述最底層晶體管的其余晶體管的柵極;所述其余晶體管的柵極和源極之間連接有反饋電容;所述功率放大電路最上層的晶體管的漏極通過(guò)所述輸出寬帶匹配電路連接負(fù)載。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于正反饋的堆疊結(jié)構(gòu)的射頻功率放大器，其特征在于:所述偏置電路A和偏置電路B由一個(gè)整合的偏置電路代替。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于正反饋的堆疊結(jié)構(gòu)的射頻功率放大器，其特征在于:所述最底層晶體管的源極直接接地。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于正反饋的堆疊結(jié)構(gòu)的射頻功率放大器，其特征在于:所述偏置電路B為電阻與晶體管組成的偏置電路，偏置電路A為電阻分壓式偏置電路。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于正反饋的堆疊結(jié)構(gòu)的射頻功率放大器，其特征在于:所述功率放大電路中堆疊的晶體管的偏置電壓不等分，最上層晶體管的偏置電壓最低，最下層晶體管的偏置電壓最高，其余晶體管的偏置電壓介于兩者之間。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于正反饋的堆疊結(jié)構(gòu)的射頻功率放大器，其特征在于:所述輸出寬帶匹配電路中設(shè)有二次諧波抑制電路。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于正反饋的堆疊結(jié)構(gòu)的射頻功率放大器，其特征在于:電源經(jīng)濾波電路連接到所述功率放大電路的最上層的晶體管的漏極。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于正反饋的堆疊結(jié)構(gòu)的射頻功率放大器，其特征在于:所述濾波電路由濾波電容和扼流電感組成。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于正反饋的堆疊結(jié)構(gòu)的射頻功率放大器，其特征在于:所述濾波電路由低頻濾波電容、高頻濾波電容和扼流電感組成。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于正反饋的堆疊結(jié)構(gòu)的射頻功率放大器，包括輸入匹配電路，輸出寬帶匹配電路，偏置電路A，偏置電路B，以及至少由兩個(gè)晶體管漏極源極相連堆疊起來(lái)的功率放大電路；信號(hào)源通過(guò)輸入匹配電路連接功率放大電路的最底層的晶體管的柵極，偏置電路B也連接此柵極；偏置電路A連接功率放大電路的其余晶體管的柵極；所述其余晶體管的柵極和源極之間連接有反饋電容；最上層的晶體管的漏極通過(guò)輸出寬帶匹配電路連接負(fù)載。本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)提高了射頻功率放大器的線(xiàn)性度和耐壓能力，同時(shí)還能提高射頻功率放大器的輸出電壓擺幅、工作帶寬、功率效率、功率增益和最大輸出功率，并有著較好的二次諧波抑制效果。
【IPC分類(lèi)】H03F1/52, H03F1/56, H03F3/19, H03F3/21, H03F1/32, H03F1/42, H03F3/24
【公開(kāi)號(hào)】CN105515540
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610053833
【發(fā)明人】林俊明, 章國(guó)豪, 張志浩, 余凱, 黃亮
【申請(qǐng)人】廣東工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年4月20日
【申請(qǐng)日】2016年1月26日