專利名稱：射頻功率放大器高低功率合成電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及射頻功率放大器技術領域，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電路。
背景技術：
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，主要負責將 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。在
TD-SCDMA/CDMA/ WCDMA系統(tǒng)中，射頻功率放大器的輸出功率并非始終保持 在最大值，為了優(yōu)化蜂窩容量(基站能夠同時處理的傳輸量)，每部手機都 需要控制其射頻輸出功率，以便基站對于每部手機保持相同的有效接收信 噪比。從大多數(shù)手機在給定區(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)對于延長手機電池的使用時間就顯得尤為關鍵。傳統(tǒng) 的射頻功率放大器設計中通常都只關注高功率模式時的效率，因而其平均 效率很低，嚴重影響了電池的使用時間。
現(xiàn)有的提高射頻功率放大器平均效率的方法中，主要有動態(tài)電源控制 技術、動態(tài)偏置電流控制技術和并行高、低功率合成技術。動態(tài)電源控制 技術即是采用降壓型DC-DC開關調(diào)節(jié)器來驅動射頻功率放大器，通過動態(tài) 調(diào)節(jié)射頻功率放大器的供電電壓，使其剛好能夠滿足射頻功率放大器中射 頻信號的幅度要求，從而達到提高射頻功率放大器效率的目的，但動態(tài)電 源控制技術需要專門的DC-DC開關調(diào)節(jié)器，這極大的增加了射頻功率放大 器的電路復雜程度及生產(chǎn)成本而顯得不太實用。動態(tài)偏置電流控制技術通 過在低功率模式時減少射頻功率放大器的偏置電流來提高射頻功率放大 器的效率，采用這種技術具有電路結構簡單和成本較低等優(yōu)點，但利用這 種方法的射頻功率放大器在低功率模式下(通常為16dBm)的功率附加效 率即PAE仍小于10%，很難滿足高效率的要求。采用并行高、低功率合成技術，利用并行的兩路放大器對射頻信號進
行放大，如圖1所示，在高功率模式工作時，控制電路控制SW1、 PA1導 通，SW2、 SW3、 PA2關斷，由PA1實現(xiàn)功率放大，在低功率模式工作時， 控制電路控制SW2、 SW3、 PA2導通，SW1、 PA1關斷，由PA2實現(xiàn)功率放大； 這種高、低功率合成技術由于PA1、 PA2獨立工作時的輸入阻抗差別很大， 因而需要分別為其增加匹配網(wǎng)絡實現(xiàn)輸入匹配，這增加了射頻功率放大器 輸入匹配設計的復雜度，其次，這種功率合成技術在低功率模式工作時， 開關SW3導通，匹配網(wǎng)絡四和電容Cl把阻抗Zin—load轉換成一個更高的 阻抗以提高低功率模式下的效率，由丁開關SW3在集成電路中不是理想開 關元件，開關SW3導通存在的插損會直接影響射頻功率放大器的低功率模 式效率，從而影響采用這種功率合成方法的射頻功率放大器的平均效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術中射頻功率放大器高、低功率合成電路由于 開關插損等原因影響射頻功率放大器的低功率模式效率而導致平均效率
低，且匹配網(wǎng)絡電路復雜、設計難度大的問題，進而提供一種性能穩(wěn)定、 平均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)明所采取的技術方案為提供一種射頻功率放 大器高低功率合成電路，該電路連接于輸入信號與負載之間，包括并行的 作為功率級的高功率放大器PA2、低功率放大器PA3及用于選擇切換兩放
大器工作并對兩放大器進行控制的控制電路，其特征在于，所述高、低功 率放大器PA2 、 PA3同時與作為輸入信號驅動級的放大器PA1連接，所述 控制電路控制放大器PA1持續(xù)導通并輸出適合于所述射頻功率放大器的高 功率或低功率工作模式的偏置電流。所述低功率放大器PA3輸入、輸出端 分別接有匹配網(wǎng)絡五、匹配網(wǎng)絡六，且低功率放大器PA3輸入端匹配網(wǎng)絡 五通過受控于控制電路的開關SW1連接驅動級。
優(yōu)選的，所述放大器PA1輸入、輸出端可分別連接有匹配網(wǎng)絡一、匹 配網(wǎng)絡二。所述負載前端還可連接匹配網(wǎng)絡四。
具體的，所述低功率放大器PA3輸出端通過電容接地，同時通過串聯(lián) 的另一電容及開關SW2到地，所述開關SW2受控于控制電路。
或者，所述低功率放大器PA3輸出端匹配網(wǎng)絡六依次通過受控于控制 電路的開關SW2、諧振網(wǎng)絡一連接負載，同時匹配網(wǎng)絡六還通過匹配網(wǎng)絡 七連接到負載。
再或者，所述低功率放大器PA3輸出端匹配網(wǎng)絡六通過受控于控制電路的開關SW2、電容到地，且同時連接匹配網(wǎng)絡七。 與以往技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點
1) 所述電路中，射頻功率放大器在高、低功率模式下共用一個驅動 級，簡化了輸入匹配網(wǎng)絡設計，降低了電路設計難度；
2) 所述電路具有高、低功率工作模式，且通過合理控制射頻開關的 通斷以消除開關插損對低功率模式效率的影響，有效提高了射頻功率放大 器的平均效率，延長了電池的使用時間。


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)明實施例一電路原理圖； 圖3為本發(fā)明實施例二電路原理圖；'
圖4為本發(fā)明實施例三電路原理圖。 '
具體實施例方式
為了便于本領域技術人員理解，下面結合附圖及實施例對本發(fā)明作進 一步的詳細說明。
針對現(xiàn)有的射頻功率放大器電路平均效率不高的缺點，本發(fā)明提出了 一種射頻功率放大器高、低功率合成方法，即利用控制電路控制射頻功率 放大器的驅動級一直導通，但在高、低功率模式下偏置于不同的偏置電流， 而射頻功率放大器并行的功率級在高、低功率模式下只有一路導通，從而 有助于簡化射頻功率放大器輸入匹配網(wǎng)絡的設計和增加高、低功率模式間 的隔離度，并且通過合理的控制射頻開關的通斷以消除開關插損對低功率 模式效率的影響，從而提高射頻功率放大器的平均效率，進而在有限的電
池容量下有效地延長手機的通話時間。
本發(fā)明具體實施例電路如圖2、圖3、圖4所示。
圖2為本發(fā)明第一實施電路圖。其實現(xiàn)方式為采用并行功率級放大器 對經(jīng)驅動級放大后的射頻信號進行放大，并由控制電路控制各功率放大器 與開關的通斷來實現(xiàn)高、低功率模式工作。
在高功率模式工作時，控制電路控制放大器PA1、 PA2、及射頻開關 SW2導通，且放大器PA1偏置于高增益模式，而放大器PA3、射頻開關SW1 關斷。則輸入信號通過由匹配網(wǎng)絡一、驅動級放大器PA1、匹配網(wǎng)絡二、 匹配網(wǎng)絡三、功率級放大器PA2和匹配網(wǎng)絡四構成高功率模式通道輸出給 負載。其中，匹配網(wǎng)絡四用于將負載(通常為50歐姆)轉換成一個低阻， 以提高射頻功率放大器的輸出功率能力；匹配網(wǎng)絡二和匹配網(wǎng)絡三構成級間匹配網(wǎng)絡，用于將從放大器PA2輸入端看進去的阻抗轉換成一個較高的 阻抗，以提高射頻功率放大器的增益；匹配網(wǎng)絡一用于實現(xiàn)輸入匹配，以 減少輸入射頻信號的反射；開關SW1和SW2用于增加高、低功率模式之間 的隔離度(在隔離度滿足要求時其可去掉)，SW2與電容C2 —起在高功率 模式工作時產(chǎn)生一個低阻(C2的作用是給開關SW2提供一個交流地，其電 容值相對較大，在高頻下可認為其交流短路，且其和SW2的位置可上下調(diào) 換)。由于關斷的放大器PA3的輸出阻抗相對較高，所以Zoutl位置的阻 抗主要由SW2與電容C2的阻抗決定，低阻Zoutl經(jīng)匹配網(wǎng)絡六轉換成一 個高阻(相對于Zin一load位置來說)，從而保證經(jīng)功率級放大器PA2放大 后的射頻信號大部分流入匹配網(wǎng)絡四并傳遞給負載。
在低功率模式工作時，控制電路控制放大器PA1、 PA3、開關SW1導通 且放大器PA1偏置于低增益模式，且放大器PA2、開關SW2關斷，輸入信 號經(jīng)由匹配網(wǎng)絡一、放大器PA1、開關SW1、匹配網(wǎng)絡五、放大器PA3、電 容C1、匹配網(wǎng)絡六和匹配網(wǎng)絡四構成低功率模式通道輸出給負載。其中放 大器PA1為可變增益放大器，從而在低功率模式工作時，通過減少PA1的 偏置電流讓其工作于低增益模式以進一步提高低功率模式下的效率(當?shù)?功率模式要求高增益時，可利用控制電路產(chǎn)生控制信號使PA1偏置于高增 益模式)；由于射頻開關SW3斷開，因而消除了開關SW3的導通插損對低 功率模式效率的影響；匹配網(wǎng)絡六和電容Cl用于將阻抗Zin一load轉換成 一個更高的阻抗，以提高低功率模式工作時效率；匹配網(wǎng)絡二和匹配網(wǎng)絡 五構成級間匹配網(wǎng)絡，匹配網(wǎng)絡一為輸入匹配網(wǎng)絡。在具體電路實現(xiàn)時， 方案中的開關和匹配網(wǎng)絡可根據(jù)實際情況進行取舍。
圖3為本發(fā)明第二實施電路圖。它與圖2的區(qū)別在于匹配網(wǎng)絡六、匹 配網(wǎng)絡七、開關SW2和諧振網(wǎng)絡1之間的連接，在本實施例中，射頻開關 SW2與諧振網(wǎng)絡1先串聯(lián)再與匹配網(wǎng)絡七并聯(lián)，再與匹配網(wǎng)絡六串聯(lián)。在 高功率模式工作時，射頻開關SW2導通，匹配網(wǎng)絡六、匹配網(wǎng)絡七和諧振 網(wǎng)絡1共同將放大器PA3的輸出阻抗轉換成一個高阻，從而保證經(jīng)功率級 放大后的輸出信號大部分流入匹配網(wǎng)絡四并傳遞給負載。在低功率模式工 作時，開關SW2關斷以消除開關插損對低功率模式效率的影響，匹配網(wǎng)絡 六和匹配網(wǎng)絡七用于將阻抗Zin—load轉換成一個更高的阻抗，以提高低 功率模式工作時效率；該實施例的其余描述與圖2所示實施例相同，在此 不再贅述。
圖4為本發(fā)明第三實施電路圖，該例與圖2所示的實施例的差別在于匹配網(wǎng)絡六、匹配網(wǎng)絡七、開關SW2和電容C1之間的連接。，在本實施例 中開關SW2先與電容Cl串聯(lián)再與匹配網(wǎng)絡七并聯(lián)，最后再與匹配網(wǎng)絡六 串聯(lián)，其中C1的作用是給開關SW2提供一個交流地，其電容值相對較大， 在高頻下可認為其交流短路，且其和SW2的位置可上下調(diào)換；在高功率模 式工作時，開關SW2導通，從而把匹配網(wǎng)絡七旁路，由匹配網(wǎng)絡六把PA3 的輸出阻抗轉換成一個高阻，從而保證經(jīng)功率級放大后的射頻信號大部分 流入匹配網(wǎng)絡四并傳遞給負載；在低功率模式工作時，開關SW2關斷以消 除開關插損對低功率模式效率的影響，匹配網(wǎng)絡六和匹配網(wǎng)絡七將阻抗 Zin—load轉換成一個更高的阻抗，以提高低功率模式工作時效率；本實施 例的其余描述與圖2所示實施例相同，在此不再贅述。
本發(fā)明中所述的各個匹配網(wǎng)絡、諧振網(wǎng)絡的具體實現(xiàn)方式及放大器的 選擇等，本領域技術人員可以根據(jù)情況具體確定，在此不再一一列舉。
以上僅為本發(fā)明較優(yōu)選的實施例，需說明的是，在未脫離本發(fā)明構思 前提下對其所做的任何微小變化及等同替換，均應屬于本發(fā)明的保護范 圍。
權利要求
1、射頻功率放大器高低功率合成電路，連接于輸入信號與負載之間，包括并行的作為功率級的高功率放大器PA2、低功率放大器PA3及用于選擇切換兩放大器工作并對兩放大器進行控制的控制電路，其特征在于，所述高、低功率放大器PA2、PA3同時與作為輸入信號驅動級的放大器PA1連接，所述控制電路控制放大器PA1持續(xù)導通并輸出適合于所述射頻功率放大器的高功率或低功率工作模式的偏置電流。
2、 根據(jù)權利要求l所述的射頻功率放大器高低功率合成電路，其特 征在于所述低功率放大器PA3輸入、輸出端分別接有匹配網(wǎng)絡五、匹配 網(wǎng)絡六，且低功率放大器PA3輸入端匹配網(wǎng)絡五通過受控于控制電路的開 關SW1連接驅動級。
3、 根據(jù)權利要求2所述的射頻功率放大器高低功率合成電路，其特 征在于，所述低功率放大器PA3輸出端通過電容接地，同時通過串聯(lián)的另 一電容及開關SW2到地，所述開關SW2受控于控制電路。
4、 根據(jù)權利要求2所述的射頻功率放大器高低功率合成電路，其特 征在于，所述低功率放大器PA3輸出端匹配網(wǎng)絡六依次通過受控于控制電 路的開關SW2、諧振網(wǎng)絡一連接負載，同時匹配網(wǎng)絡六還通過匹配網(wǎng)絡七 連接到負載。
5、 根據(jù)權利要求2所述的射頻功率放大器高低功率合成電路，其特 征在于，所述低功率放大器PA3輸出端匹配網(wǎng)絡六通過受控于控制電路的 開關SW2、電容到地，且同時連接匹配網(wǎng)絡七。
6、 根據(jù)權利要求3或4或5所述的射頻功率放大器高低功率合成電 路，其特征在于，所述放大器PA1輸入、輸出端可分別連接有匹配網(wǎng)絡一、 匹配網(wǎng)絡二。
7、 根據(jù)權利要求6所述的射頻功率放大器高低功率合成電路，其特 征在于，所述負載前端還可連接匹配網(wǎng)絡四。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種射頻功率放大器高、低功率合成電路。該電路連接于輸入信號與負載之間，包括并行的作為功率級的高功率放大器、低功率放大器及用于切換兩放大器工作并對兩放大器進行控制的控制電路，所述高、低功率放大器同時與作為輸入信號驅動級的另一放大器連接，所述控制電路控制驅動級放大器持續(xù)導通并輸出適合于功率級放大器的高功率或低功率工作模式的偏置電流。本發(fā)明所述電路中，射頻功率放大器在高、低功率模式下共用一個驅動級，簡化了輸入匹配網(wǎng)絡設計，降低了電路設計難度；且所述電路具高、低功率工作模式，通過合理控制射頻開關通斷消除開關插損對低功率模式效率的影響，有效提高射頻功率放大器的平均效率，延長電池的使用時間。
文檔編號H03F1/02GK101656509SQ200910192109
公開日2010年2月24日 申請日期2009年9月4日 優(yōu)先權日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