專利名稱：一種射頻功率放大器高低功率合成電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及射頻功率放大器技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種分別具有高、低 功率輸出通道、性能穩(wěn)定、效率高且電路相對簡潔的射頻功率放大器應(yīng)用 電路。
背景技術(shù)：
射頻功率放大器是無線通信系統(tǒng)中不可或缺的電路模塊，主要負(fù)責(zé)將 調(diào)制后的射頻信號放大到一定的功率值，再通過天線發(fā)射出去。當(dāng)手機(jī)要 把調(diào)制后的信號發(fā)射給距離很遠(yuǎn)的基站時，為了保證基站能接收到足夠的
信號強(qiáng)度，需要手機(jī)以一個很高的功率等級對信號進(jìn)行發(fā)射；相反，手機(jī) 離基站越近，所需的發(fā)射功率就越小。從大多數(shù)手機(jī)在給定區(qū)域平均輸出 功率的概率分布看，TD-SCDMA/CDMA/WCDMA制式手機(jī)不管是在城區(qū)還是郊 區(qū)，射頻功率放大器大部分時間工作于中、低功率等級下。射頻功率放大 器作為無線收發(fā)機(jī)中功耗最大的部件，減小其本身的功率損耗即提高射頻 功率放大器的效率，特別是低功率模式下的效率(在TD-SCDMA/CDMA/ WCDMA 制式中以16dBm為高低功率切換點(diǎn))對于延長電池的使用時間就顯得尤為 關(guān)鍵。為了提高射頻功率放大器的平均效率，就有必要采用帶高、低功率 的射頻功率放大器電路。
現(xiàn)有的提高射頻功率放大器平均效率的高、低功率合成技術(shù)中，主要 采用并行通道高、低功率合成方法。如圖1所示，射頻功率放大器包含并 行的高功率通道和低功率通道，在高功率模式工作時，控制電路控制SW1、 PA1導(dǎo)通，SW2、 SW3、 PA2關(guān)斷，由PA1實(shí)現(xiàn)功率》文大；在低功率才莫式工 作時，控制電S各控制SW2、 SW3、 PA2導(dǎo)通，SW1、 PA1關(guān)斷，由PA2實(shí)現(xiàn)功 率放大；開關(guān)SW1和SW2用于增加射頻功率放大器高、低功率模式間的隔 離度及減少射頻信號的泄漏，開關(guān)SW3用于調(diào)節(jié)低功率通道的輸出阻抗以 提高低功率模式下的效率。采用這種并行通道高、低功率合成技術(shù)的射頻 功率放大器由于需要額外開關(guān)SW1和SW2來提高高、低功率模式間的隔離 度及減少射頻信號泄漏，這增加了電路設(shè)計的復(fù)雜程度與生產(chǎn)成本；并且 在高、低功率模式工作時，PA1、 PA2的輸入阻抗差別很大，因而需要分別 為高、低功率通道增加匹配網(wǎng)絡(luò)以實(shí)現(xiàn)良好的輸入匹配，這增加了射頻功率放大器輸入匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計復(fù)雜程度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中射頻功率放大器高、低功率合成電路性能 差、電路復(fù)雜、設(shè)計難度大的問題，進(jìn)而提供一種性能穩(wěn)定、效率高且電 路相對簡潔的射頻功率放大器高、低功率合成電路。
為解決上述問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案為提供一種射頻功率》文 大器高低功率合成電路，包括控制電路和受控于控制電路的功率放大器 PA1和PA2，其特征在于所述功率放大器PA1和PA2輸入端均與一采用
共射共基結(jié)構(gòu)連接且同樣受控于控制電路的三極管放大電路連接。
具體的，所述三極管放大電路包括三極管Q2、 Q3,所述三極管Q2、 Q3集電極分別連接功率放大器PA1和PA2輸入端，并分別通過電感Ll、 L2連接電源VCC1、 VCC2;三極管Q2、 Q3發(fā)射極相連并通過三極管Ql集 電極、Ql的發(fā)射極接地，所述三極管Ql基極與輸入信號連接；三極管Q2、 Q3基極分別通過電阻連接控制電路；所述三極管Q2、 Q3基極還分別通過 電容接地。
優(yōu)選的方案為所述三極管Q2、 Q3集電極與功率放大器PA1和PA2 輸入端之間分別連接有第二、第四匹配網(wǎng)絡(luò)；所述輸入信號通過第一匹配 網(wǎng)絡(luò)連接三極管Ql基極。
上述方案中的三極管均可使用M0S器件代替，組成共源共柵結(jié)構(gòu)的放 大電路，其它連接方式相同。
本發(fā)明所述電路采用共射共基(共源共柵結(jié)構(gòu))結(jié)構(gòu)放大器作為整個 放大電路的驅(qū)動級，在對輸入射頻信號進(jìn)行放大的同時起到輸入射頻開關(guān) 的作用，從而無需使用額外的輸入射頻開關(guān)來提高隔離度，P爭低了電路設(shè) 計的復(fù)雜程度和生產(chǎn)成本；且共射共基結(jié)構(gòu)(共源共柵結(jié)構(gòu))的共射級晶 體管在高、低功率模式下共用，能夠簡化輸入匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計。


圖1為現(xiàn)有的射頻功率放大器高低功率合成電路原理圖；圖2為本發(fā) 明實(shí)施例一原理圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例二原理圖。
具體實(shí)施例方式
為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn) 一步的詳細(xì)i兌明。
圖2為本發(fā)明第一種優(yōu)先實(shí)施電路圖。如圖，匹配網(wǎng)絡(luò)l接于輸入信 號與晶體管Ql的基極之間，Ql的發(fā)射極接地，集電極分別與晶體管Q2、 Q3的發(fā)射極相連，Q2的基極分別與電阻R1和電容C1相連，Q3的基極分別與電阻R2、電容C2相連，電容C1、 C2的另一端均與地相連，Q2的集 電極與電感L1、匹配網(wǎng)絡(luò)2相連，電感Ll的另一端與電源VCC1相連，Q3 的集電極與電感L2、匹配網(wǎng)絡(luò)4相連，電感L2的另一端與電源VCC2相連； 高功率放大器PA1分別接于匹配網(wǎng)絡(luò)2和匹配網(wǎng)絡(luò)3之間，低功率放大器 PA2分別與匹配網(wǎng)絡(luò)4和匹配網(wǎng)絡(luò)5、電容C3及開關(guān)SW1相連，SW1的另 一端與電容C4相連，電容C3、 C4的另一端均與地相連，匹配網(wǎng)絡(luò)5的另 一端與匹配網(wǎng)絡(luò)3相連，匹配網(wǎng)絡(luò)3的另一端與負(fù)載相連，控制電3各分別 與電阻R1、 R2、功率級PA1、 PA2及開關(guān)SW1相連。
該實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)方式為利用控制電蹤、控制晶體管Q2、 Q3及功率級放 大器PA1、 PA2的通斷來實(shí)現(xiàn)高、低功率模式工作。
在高功率模式工作時，控制電路控制晶體管Q2、高功率放大器PA1及 開關(guān)SW1導(dǎo)通，晶體管Q3及低功率放大器PA2關(guān)斷。此時輸入信號、匹 配網(wǎng)絡(luò)l、晶體管Q1、 Q2、匹配網(wǎng)絡(luò)2、 PA1和匹配網(wǎng)絡(luò)3及負(fù)載構(gòu)成高 功率模式通道；晶體管Q1、 Q2構(gòu)成共射共基結(jié)構(gòu)，且由于晶體管Q2導(dǎo)通， Q3關(guān)斷，輸入射頻信號經(jīng)由晶體管Q1、 Q2構(gòu)成的共射共基放大器放大后 傳遞給級間匹配網(wǎng)絡(luò)2和功率級的功率力文大器PA1。
這里晶體管Ql、 Q2在對輸入信號進(jìn)行放大的同時起到射頻開關(guān)的作 用。因為晶體管共射共基結(jié)構(gòu)的連接方式所固有的高隔離度特性，采用這 種結(jié)構(gòu)不會帶來任何射頻功率放大器高、低功率模式間的隔離度問題。晶 體管Q2、 Q3基極的并聯(lián)電容C1、 C2用于給晶體管提供一個交流地；電阻 Rl、 R2分別為晶體管Q2、 Q3提供偏置；電感L1、 L2為射頻扼流電感；匹 配網(wǎng)絡(luò)3用于將負(fù)載(通常為50歐姆)轉(zhuǎn)換成一個低阻，以提高射頻功 率放大器的輸出功率能力；匹配網(wǎng)絡(luò)2為級間匹配網(wǎng)絡(luò)，用于將^^人功率方欠 大器PA1輸入端看進(jìn)去的阻抗轉(zhuǎn)換成一個較高的阻抗，以提高射頻功率放 大器的增益；匹配網(wǎng)絡(luò)l用于實(shí)現(xiàn)輸入匹配，以減少輸入射頻信號的反射； 開關(guān)SW1與電容C4 一起在高功率模式工作時產(chǎn)生一個低阻(C4的作用是 給開關(guān)SW1提供一個交流地，其電容值相對較大，在高頻下可認(rèn)為其交流 短路，且其和SW1的位置可上下調(diào)換)。如圖由于關(guān)斷的功率放大器PA2 的輸出阻抗相對較高，所以功率放大器PA2的輸出阻抗Zoutl主要由開關(guān) SW1與電容C4的阻抗決定，這個阻抗相對較低，因此Zoutl要經(jīng)匹配網(wǎng)絡(luò) 5轉(zhuǎn)換成一個高阻(相對于功率放大器PA1輸出阻抗Zin-load來說)，/人 而保證經(jīng)功率級放大器PA1放大后的射頻信號大部分流入匹配網(wǎng)絡(luò)3并傳 遞給負(fù)載。
在低功率模式工作時，控制電路控制晶體管Q3、低功率放大器PA2導(dǎo)通，晶體管Q2、高功率放大器PA1及開關(guān)SW1關(guān)斷，輸入信號、匹配網(wǎng)絡(luò) 1、晶體管Q1、 Q3、匹配網(wǎng)絡(luò)4、功率放大器PA2、電容C3、匹配網(wǎng)絡(luò)5 和匹配網(wǎng)絡(luò)3及負(fù)載構(gòu)成低功率模式通道。
由于晶體管Q2關(guān)斷，Q3導(dǎo)通，輸入射頻信號經(jīng)由晶體管Q1、 Q3組成 共射共基結(jié)構(gòu)放大后傳遞給功率級PA2及負(fù)載實(shí)現(xiàn)低功率模式工作。開關(guān) SW1斷開，消除了如圖1中開關(guān)導(dǎo)通插損對低功率模式效率的影響；匹配 網(wǎng)絡(luò)5和電容C3用于將阻抗Zin—load轉(zhuǎn)換成一個更高的阻抗，以提高低 功率^t式工作時效率；匹配網(wǎng)絡(luò)4為級間匹配網(wǎng)絡(luò)，用于將從功率力文大器 PA2輸入端看進(jìn)去的阻抗轉(zhuǎn)換成一個較高的阻抗，以提高射頻功率放大器 的增益；匹配網(wǎng)絡(luò)l用于實(shí)現(xiàn)輸入匹配，以減少輸入射頻信號的反射。
圖3為本發(fā)明第二種優(yōu)先實(shí)施電路圖。它采用MOSFET或HEMT等工 藝的晶體管實(shí)現(xiàn)電路。如圖，匹配網(wǎng)絡(luò)1接于輸入信號與晶體管M1的柵 極之間，Ml的源極接地，漏極分別與晶體管M2、 M3的源極相連，M2的柵 極分別與電阻Rl和電容Cl相連，M3的斥冊極分別與電阻R2、電容C2相連， 電容C1、 C2的另一端均與地相連，M2的漏才及與電感L1、匹配網(wǎng)絡(luò)2相連， 電感Ll的另一端與電源VCC1相連，M3的漏才及與電感L2、匹配網(wǎng)全備4相 連，電感L2的另一端與電源VCC2相連，高功率放大器PA1分別與匹配網(wǎng) 絡(luò)2和匹配網(wǎng)絡(luò)3相連，低功率放大器PA2分別與匹配網(wǎng)絡(luò)4和匹配網(wǎng)絡(luò) 5、電容C3及開關(guān)SW1相連，SW1的另一端與電容C4相連，電容C3、 C4 的另一端均與地相連，匹配網(wǎng)絡(luò)5的另一端與匹配網(wǎng)絡(luò)3相連，匹配網(wǎng)絡(luò) 3的另一端與負(fù)載相連，控制電路分別與電阻R1、 R2、功率級的功率》文大 器PA1、 PA2及開關(guān)SW1相連。
其工作方式同樣是利用控制電路控制M0S晶體管M2、 M3及功率級》丈 大器PA1、 PA2的通斷來實(shí)現(xiàn)高、低功率模式工作。在高功率模式工作時， 晶體管M2導(dǎo)通，M3關(guān)斷，晶體管M1、 M2構(gòu)成共源共4冊;故大器對輸入射頻 信號進(jìn)行》文大；在低功率模式工作時，晶體管M2關(guān)斷，M3導(dǎo)通，晶體管 Ml、 M3構(gòu)成共源共柵;改大器對輸入射頻信號進(jìn)行放大。實(shí)施例二具體工作 原理與圖2所示方案相同，在此不再贅述。
實(shí)際上，本發(fā)明所述電路中，晶體管Q1、 Q2、 Q3可以用采用M0SFET、 HEMT、 GaAs、 SiGe等等其他工藝制作而來的晶體管替代，均可實(shí)現(xiàn)該電路 功能，在此不再——列舉。
以上僅為本發(fā)明較優(yōu)選的實(shí)施例，需說明的是，在未脫離本發(fā)明構(gòu)思 前提下對其所做的任何微'J、變化及等同替換，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范 圍。
權(quán)利要求
1、射頻功率放大器高低功率合成電路，包括控制電路和受控于控制電路的功率放大器PA1和PA2，其特征在于所述功率放大器PA1和PA2輸入端均與一采用共射共基結(jié)構(gòu)連接且同樣受控于控制電路的三極管放大電路連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的射頻功率放大器高低功率合成電路，其 特征在于所述三極管放大電路包括三極管Q2、 Q3，所述三極管Q2、 Q3 集電極分別連接功率放大器PA1和PA2輸入端，并分別通過電感Ll、 L2 連接電源VCC1、 VCC2;三極管Q2、 Q3射極相連并通過三極管Ql集電極、 Ql的發(fā)射極接地，所述三極管Q1基極與輸入信號連接；三極管Q2、 Q3基 極分別通過電阻連接控制電路。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的射頻功率放大器高低功率合成電路，其 特征在于，所述三極管Q2、 Q3基極還分別通過電容4妻地。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的射頻功率放大器高低功率合成電路， 其特征在于，所述三極管Q2、 Q3集電極與功率》文大器PA1和PA2輸入端 之間分別連接有第二、第四匹配網(wǎng)絡(luò)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的射頻功率放大器高低功率合成電路，其 特征在于，所述輸入信號通過第一匹配網(wǎng)絡(luò)連接三極管Ql基極。
6、 射頻功率放大器高低功率合成電路，包括控制電路和受控于控 制電路的功率放大器PA1和PA2,其特征在于所述功率放大器PA1和PA2 輸入端均與一采用共源共柵結(jié)構(gòu)連接且同樣受控于控制電路的M0S管放大 電路連接。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的射頻功率放大器高低功率合成電路，其 特征在于所述M0S放大電路包括M0S管M2、 M3，所述M0S管M2、 M3漏 極分別連接功率放大器PA1和PA2輸入端，并分別通過電感Ll、 L2連接 電源VCC1、 VCC2; MOS管M2、 M3源極相連并通過MOS管Ml漏極、Ml的源 才及接地，所述MOS管Ml 4冊極與輸入信號連接；M0S管M2、 M3柵極分別通 過電阻連接控制電路。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的射頻功率放大器高低功率合成電路， 其特征在于，所述M0S管M2、 M3柵-極還分別通過電容接地。
9、 根據(jù)權(quán)利要求6或8所述的射頻功率放大器高低功率合成電路， 其特征在于，所述所述MOS管M2、 M3漏極與功率放大器PA1和PA2輸入 端之間分別連接有第二、第四匹配網(wǎng)絡(luò)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的射頻功率放大器高低功率合成電路，其 特征在于，所述輸入信號通過第一匹配網(wǎng)絡(luò)連接MOS管柵極。
全文摘要
本發(fā)明涉及射頻功率放大器領(lǐng)域，具體是指一種具有高、低功率輸出通道、效率高且電路相對簡潔的射頻功率放大器應(yīng)用電路。所述電路包括控制電路和受控于控制電路的功率放大器PA1和PA2，所述功率放大器PA1和PA2輸入端均與一采用共射共基結(jié)構(gòu)連接且同樣受控于控制電路的三極管放大電路連接。上述電路中的三極管可以采用MOSFET或HEMT等工藝制作的晶體管代替。本發(fā)明所述電路采用共射共基結(jié)構(gòu)放大器作為整個放大電路的驅(qū)動級，在對輸入射頻信號進(jìn)行放大的同時起到輸入射頻開關(guān)的作用，從而省略了輸入射頻開關(guān)，降低了電路設(shè)計的復(fù)雜程度和生產(chǎn)成本；且共射共基結(jié)構(gòu)的共射級晶體管在高、低功率模式下共用，能夠簡化輸入匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計。
文檔編號H03F3/189GK101656515SQ20091019210
公開日2010年2月24日 申請日期2009年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月4日
發(fā)明者彭鳳雄 申請人:惠州市正源微電子有限公司