功率放大器 |
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| 申请号 | CN202410178672.5 | 申请日 | 2024-02-10 | 公开(公告)号 | CN117728781B | 公开(公告)日 | 2024-04-26 |
| 申请人 | 深圳飞骧科技股份有限公司; | 发明人 | 韦星辉; 郭嘉帅; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种功率 放大器 ，其包括 信号 输入端、输入匹配 电路 、驱动级放大器、级间匹配电路、功率级放大器、第一输出匹配电路、第二输出匹配电路、信号输出端以及 偏置电路 网络；所述偏置电路网络包括逻辑控制电路、第一偏置电路以及第二偏置电路；所述逻辑控制电路用于根据外部控制 电压 分别控制所述第一偏置电路输出的第一偏置电压和所述第二偏置电路输出的第二偏置电压；所述第一偏置电路用于为所述驱动级放大器提供所述第一偏置电压；所述第二偏置电路用于为所述功率级放大器提供所述第二偏置电压。本发明中的 功率放大器 可以保证其在具备足够的输出功率的情况下，提升回退区的效率。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种功率放大器，其特征在于，所述功率放大器包括信号输入端、输入匹配电路、驱动级放大器、级间匹配电路、功率级放大器、第一输出匹配电路、第二输出匹配电路、信号输出端以及偏置电路网络； |
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| 说明书全文 | 功率放大器技术领域背景技术[0002] 功率放大器是能够向天线提供足够信号功率的放大电路，其主要功能是将调制振荡电路所产生的小功率射频信号放大并馈送到天线上辐射出去，是无线通信设备射频前端最核心的组成部分，其性能直接决定了无线终端的通讯距离、信号质量和待机时间（或耗电量），也是射频前端功耗最大的器件。 [0003] 在无线通信发展的过程中，为了充分利用频谱资源，产生了多种复杂的调制技术，然而，应用于复杂调制技术的调制信号普遍都具有较高的峰均功率比（Peak to Average Power Ratio，PAPR），比如 LTE 信号（4G信号）的峰均功率比可以达到10 dB。高峰均功率比的信号会迫使功率放大器（PA）工作在回退区，但功率放大器的效率峰值会位于功率饱和点，而在功率回退点的效率极低，因此 如何提升功率放大器在回退区的效率成为一个重要的发展方向。 发明内容[0005] 针对以上现有技术的不足，本发明提出了一种新的功率放大器，以解决相关技术中的功率放大器在回退区的效率较低的问题。 [0006] 为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案： [0007] 本发明提供了一种功率放大器，其包括信号输入端、输入匹配电路、驱动级放大器、级间匹配电路、功率级放大器、第一输出匹配电路、第二输出匹配电路、信号输出端以及偏置电路网络； [0008] 所述输入匹配电路的输入端连接至所述信号输入端； [0010] 所述级间匹配电路的输入端连接至所述驱动级放大器的第二输出端； [0011] 所述功率级放大器的输入端连接至所述级间匹配电路的第一输出端，所述功率级放大器的第一输出端连接至工作电压，所述功率级放大器的第二输出端接地； [0012] 所述第一输出匹配电路的输入端连接至所述功率级放大器的第二输出端； [0013] 所述第二输出匹配电路的输入端连接至所述级间匹配电路的第二输出端； [0014] 所述信号输出端分别连接至所述第一输出匹配电路的输出端和所述第二输出匹配电路的输出端； [0015] 所述偏置电路网络包括逻辑控制电路、第一偏置电路以及第二偏置电路； [0016] 所述逻辑控制电路的输入端连接至外部控制电压；所述逻辑控制电路用于根据外部控制电压分别控制所述第一偏置电路输出的第一偏置电压和所述第二偏置电路输出的第二偏置电压； [0017] 所述第一偏置电路的输入端连接至所述逻辑控制电路的第一输出端，所述第一偏置电路的输出端连接至所述驱动级放大器的输入端；所述第一偏置电路用于为所述驱动级放大器提供所述第一偏置电压； [0018] 所述第二偏置电路的输入端连接至所述逻辑控制电路的第二输出端，所述第二偏置电路的输出端连接至所述功率级放大器的输入端；所述第二偏置电路用于为所述功率级放大器提供所述第二偏置电压。 [0020] 所述第一电阻的第一端和所述第二电阻的第二端相连接并作为所述逻辑控制电路的输入端； [0022] 所述第二三极管的基极连接至所述第二电阻的第二端，所述第二三极管的发射极接地，所述第二三极管的集电极作为所述逻辑控制电路的第二输出端。 [0023] 优选的，所述第一偏置电路包括第三电阻、第三三极管、第四三极管、第四电阻、第五电阻以及第六电阻； [0024] 所述第三电阻的第一端连接至参考电压； [0025] 所述第三电阻的第二端、所述第三三极管的集电极以及所述第四三极管的基极相连接并作为所述第一偏置电路的输入端，所述三极管的发射极接地，所述第四三极管的集电极连接至工作电压； [0026] 所述第四电阻的第一端连接至所述第三三极管的基极； [0027] 所述第五电阻的第一端分别连接至所述第四三极管的发射极以及所述第四电阻的第二端，所述第五电阻的第二端接地； [0028] 所述第六电阻的第一端连接至所述第四电阻的第二端，所述第六电阻的第二端作为所述第一偏置电路的输出端。 [0029] 优选的，所述第二偏置电路包括第七电阻、第五三极管、第六三极管、第八电阻、第九电阻以及第十电阻； [0030] 所述第七电阻的第一端连接至参考电压； [0031] 所述第七电阻的第二端、所述第五三极管的集电极以及所述第六三极管的基极相连接；所述第五三极管的发射极接地，所述第六三极管的集电极连接至工作电压； [0032] 所述第八电阻的第一端连接至所述第五三极管的基极； [0033] 所述第九电阻的第一端分别连接至所述第六三极管的发射极以及所述第八电阻的第二端，所述第九电阻的第二端接地； [0034] 所述第十电阻的第一端连接至所述第八电阻的第二端，并作为所述第二偏置电路的输入端，所述第十电阻的第二端作为所述第二偏置电路的输出端。 [0035] 优选的，所述驱动级放大器包括第七三极管；所述第七三极管的基极作为所述驱动级放大器的输入端，所述第七三极管的集电极作为所述驱动级放大器的第一输出端，所述第七三极管的发射极作为所述驱动级放大器的第二输出端。 [0036] 优选的，所述级间匹配电路包括第一电容、第一电感以及第二电容； [0037] 所第一电容的第一端作为所述级间匹配电路的输入端，所述第一电容的第二端作为所述级间匹配电路的第二输出端； [0038] 所述第一电感的第一端连接至所述第一电容的第二端，所述第一电感的第二端接地； [0039] 所述第二电容的第一端连接至所述第一电容的第二端，所述第二电容的第二端作为所述级间匹配电路的第一输出端。 [0040] 优选的，所述功率级放大器包括第八三极管；所述第八三极管的基极作为所述功率级放大器的输入端，所述第八三极管的集电极作为所述功率级放大器的第一输出端，所述第八三极管的发射极作为所述功率级放大器的第二输出端。 [0041] 优选的，所述第二输出匹配电路包括第二电感和第三电容； [0042] 所述第二电感的第一端作为所述第二输出匹配电路的输入端，所述第二电感的第二端作为所述第二输出匹配电路的输出端； [0043] 所述第三电容的第一端连接至所述第二电感的第一端，所述第三电容的第二端接地。 [0044] 优选的，所述功率放大器还包括第三电感；所述第三电感的第一端连接至工作电压，所述第三电感的第二端连接至所述驱动级放大器的第一输出端。 [0045] 优选的，所述功率放大器还包括第四电感；所述第四电感的第一端连接至工作电压，所述第四电感的第二端连接至所述功率级放大器的第一输出端。 [0046] 与相关技术相比，本发明中的功率放大器通过设计信号输入端、输入匹配电路、驱动级放大器、级间匹配电路、功率级放大器、第一输出匹配电路、第二输出匹配电路、信号输出端以及偏置电路网络，且限定偏置电路网络包括逻辑控制电路、第一偏置电路以及第二偏置电路，并限定所述逻辑控制电路用于根据外部控制电压分别控制所述第一偏置电路输出的第一偏置电压和所述第二偏置电路输出的第二偏置电压，还限定所述第一偏置电路用于为所述驱动级放大器提供所述第一偏置电压，所述第二偏置电路用于为所述功率级放大器提供所述第二偏置电压。这样便可以通过逻辑控制电路分别控制输入至驱动级放大器的第一偏置电压和输入至功率级放大器的第二偏置电压，以保证功率放大器在具备足够的输出功率的情况下，提升其回退区的效率。附图说明 [0047] 下面结合附图详细说明本发明。通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的上述或其他方面的内容将变得更清楚和更容易理解。附图中： [0048] 图1为本发明实施例提供的一种功率放大器的整体电路结构图； [0049] 图2为本发明实施例提供的一种功率放大器中偏置电路网络的电路结构图； [0050] 图3为本发明实施例提供的一种功率放大器的效率提升示意图。 具体实施方式[0051] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语 “包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。本申请的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。 [0052] 在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。 [0053] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0054] 本发明提供了一种功率放大器100，结合图1至图3所示，其包括信号输入端Rfin、输入匹配电路1、驱动级放大器2、级间匹配电路3、功率级放大器4、第一输出匹配电路5、第二输出匹配电路6、信号输出端Rfout以及偏置电路网络7。 [0055] 输入匹配电路1的输入端连接至信号输入端Rfin。 [0056] 驱动级放大器2（驱动级功率放大器）的输入端连接至输入匹配电路1的输出端，驱动级放大器2的第一输出端连接至工作电压Vcc，驱动级放大器2的第二输出端接地。 [0057] 级间匹配电路3的输入端连接至驱动级放大器2的第二输出端。 [0058] 功率级放大器4（功率级功率放大器）的输入端连接至级间匹配电路3的第一输出端，功率级放大器4的第一输出端连接至工作电压Vcc，功率级放大器4的第二输出端接地。 [0059] 第一输出匹配电路5的输入端连接至功率级放大器4的第二输出端。 [0060] 第二输出匹配电路6的输入端连接至级间匹配电路3的第二输出端。 [0061] 信号输出端Rfout分别连接至第一输出匹配电路5的输出端和第二输出匹配电路6的输出端。 [0062] 偏置电路网络7包括逻辑控制电路71、第一偏置电路72以及第二偏置电路73。 [0063] 逻辑控制电路71的输入端连接至外部控制电压Vmode；逻辑控制电路71用于根据外部控制电压Vmode分别控制第一偏置电路72输出的第一偏置电压Bias1和第二偏置电路73输出的第二偏置电压Bias2。 [0064] 第一偏置电路72的输入端连接至逻辑控制电路71的第一输出端，第一偏置电路72的输出端连接至驱动级放大器2的输入端；第一偏置电路72用于为驱动级放大器2提供第一偏置电压Bias1。 [0065] 第二偏置电路73的输入端连接至逻辑控制电路71的第二输出端，第二偏置电路73的输出端连接至功率级放大器4的输入端；第二偏置电路73用于为功率级放大器4提供第二偏置电压Bias2。 [0066] 具体地，逻辑控制电路71包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一三极管HBT1以及第二三极管HBT2。 [0067] 第一电阻R1的第一端和第二电阻R2的第二端相连接并作为逻辑控制电路71的输入端。 [0068] 第一三极管HBT1的基极连接至第一电阻R1的第二端，第一三极管HBT1的发射极接地，第一三极管HBT1的集电极作为逻辑控制电路71的第一输出端。 [0069] 第二三极管HBT2的基极连接至第二电阻R2的第二端，第二三极管HBT2的发射极接地，第二三极管HBT2的集电极作为逻辑控制电路71的第二输出端。 [0070] 具体地，第一偏置电路72包括第三电阻R3、第三三极管HBT3、第四三极管HBT4、第四电阻R4、第五电阻R5以及第六电阻R6。 [0071] 第三电阻R3的第一端连接至参考电压Vref。 [0072] 第三电阻R3的第二端、第三三极管HBT3的集电极以及第四三极管HBT4的基极相连接并作为第一偏置电路72的输入端，第三三极管HBT3的发射极接地，第四三极管HBT4的集电极连接至工作电压Vcc。 [0073] 第四电阻R4的第一端连接至第三三极管HBT3的基极。 [0074] 第五电阻R5的第一端分别连接至第四三极管HBT4的发射极以及第四电阻R4的第二端，第五电阻R5的第二端接地。 [0075] 第六电阻R6的第一端连接至第四电阻R4的第二端，第六电阻R6的第二端作为第一偏置电路72的输出端。 [0076] 具体地，第二偏置电路73包括第七电阻R7、第五三极管HBT5、第六三极管HBT6、第八电阻R8、第九电阻R9以及第十电阻R10。 [0077] 第七电阻R7的第一端连接至参考电压Vref。 [0078] 第七电阻R7的第二端、第五三极管HBT5的集电极以及第六三极管HBT6的基极相连接；第五三极管HBT5的发射极接地，第六三极管HBT6的集电极连接至工作电压Vcc。 [0079] 第八电阻R8的第一端连接至第五三极管HBT5的基极。 [0080] 第九电阻R9的第一端分别连接至第六三极管HBT6的发射极以及第八电阻R8的第二端，第九电阻R9的第二端接地。 [0081] 第十电阻R10的第一端连接至第八电阻R8的第二端，并作为第二偏置电路73的输入端，第十电阻R10的第二端作为第二偏置电路73的输出端。 [0082] 本实施例中，驱动级放大器2包括第七三极管HBT7；第七三极管HBT7的基极作为驱动级放大器2的输入端，第七三极管HBT7的集电极作为驱动级放大器2的第一输出端，第七三极管HBT7的发射极作为驱动级放大器2的第二输出端。 [0083] 本实施例中，级间匹配电路3包括第一电容C1、第一电感L1以及第二电容C2。 [0084] 所第一电容C1的第一端作为级间匹配电路3的输入端，第一电容C1的第二端作为级间匹配电路3的第二输出端。 [0085] 第一电感L1的第一端连接至第一电容C1的第二端，第一电感L1的第二端接地。 [0086] 第二电容C2的第一端连接至第一电容C1的第二端，第二电容C2的第二端作为级间匹配电路3的第一输出端。 [0087] 本实施例中，功率级放大器4包括第八三极管HBT8；第八三极管HBT8的基极作为功率级放大器4的输入端，第八三极管HBT8的集电极作为功率级放大器4的第一输出端，第八三极管HBT8的发射极作为功率级放大器4的第二输出端。 [0088] 本实施例中，第二输出匹配电路6包括第二电感L2和第三电容C3。 [0089] 第二电感L2的第一端作为第二输出匹配电路6的输入端，第二电感L2的第二端作为第二输出匹配电路6的输出端。 [0090] 第三电容C3的第一端连接至第二电感L2的第一端，第三电容C3的第二端接地。 [0091] 本实施例中，功率放大器100还包括第三电感L3和第四电感L4；第三电感L3的第一端连接至工作电压Vcc，第三电感L3的第二端连接至驱动级放大器2的第一输出端；第四电感L4的第一端连接至工作电压Vcc，第四电感L4的第二端连接至功率级放大器4的第一输出端。 [0092] 本实施例中功率放大器100的第一偏置电路72的第三电阻R3和第四电阻R4对于第四三极管HBT4而言形成了一个负反馈环路，保证了第四三极管HBT4的发射极电流维持稳定，从而为驱动级放大器2提供一个稳定的第一偏置电压Bias1；相应的，第二偏置电路73的第七电阻R7和第八电阻R8为第六三极管HBT6提供了反馈环路，从而为功率级放大器4提供了稳定的第二偏置电压Bias2。 [0093] 本实施例中功率放大器100的逻辑控制电路71具体用于在高功率模式和低功率模式下进行切换，在输入功率水平较高（高功率模式、高功率区）的情况下，将外部控制电压Vmode设置为低于某一阈值的电压，从而将第一三极管HBT1和第二三极管HBT2关闭，此时，第一偏置电路72和第二偏置电路73正常工作；在输入功率水平较低（低功率模式、低功率区）的情况下，为提升回退效率，将外部控制电压Vmode设置为高于某一阈值的电压，从而将第一三极管HBT1和第二三极管HBT2打开，对于第一偏置电路72来说，有与第一三极管HBT1和第三三极管HBT3为镜像关系，第三三极管HBT3中的电流将会降低，从而导致供给驱动级放大器2的第一偏置电压Bias1的电流减小，对于第二偏置电路73而言，第二三极管HBT2的开启将会导致供给功率级放大器4的第二偏置电压Bias2直接降为0，即功率放大器100在低功率模式，仅有驱动级放大器2在低偏置的情况下对射频信号进行放大，因此，功率放大器100的回退区的效率得到了提升。 [0094] 本实施例中的功率放大器100在具体使用过程中，先确定一个功率阈值P0用于划分功率放大器100的高功率模式和低功率模式；当输入功率处于高功率模式时，为了保证功率放大器100具备足够的输出功率，将外部控制电压Vmode设置为小于2.5V，此时，第一三极管HBT1和第二三极管HBT2将会关闭，第一偏置电路72和第二偏置电路73正常工作，以为驱动级放大器2和功率级放大器4提供合适的偏置电压，功率的流向图如图1中的A1；当输入功率处于低功率模式时，为提升此功率范围内的效率，将外部控制电压Vmode设置为大于2.5V，此时，第一三极管HBT1和第二三极管HBT2打开，第一偏置电压Bias1相较于高功率模式下的电压降低，而第二偏置电压Bias2约等于0，因此，驱动级放大器2在低偏置电压下工作，功率级放大器4关闭，功率的流向图如图1中的A2。 [0095] 其中，图2中的偏置电压流向1为第一偏置电压Bias1向驱动级放大器2的流向，图2中的偏置电压流向2为第二偏置电压Bias2向功率级放大器4的流向。 [0096] 本实施例中的功率放大器100通过设计信号输入端Rfin、输入匹配电路1、驱动级放大器2、级间匹配电路3、功率级放大器4、第一输出匹配电路5、第二输出匹配电路6、信号输出端Rfout以及偏置电路网络7，且限定偏置电路网络7包括逻辑控制电路71、第一偏置电路72以及第二偏置电路73，并限定逻辑控制电路71用于根据外部控制电压Vmode分别控制第一偏置电路72输出的第一偏置电压Bias1和第二偏置电路73输出的第二偏置电压Bias2，还限定第一偏置电路72用于为驱动级放大器2提供第一偏置电压Bias1，第二偏置电路73用于为功率级放大器4提供第二偏置电压Bias2。这样便可以通过逻辑控制电路71分别控制输入至驱动级放大器2的第一偏置电压Bias1和输入至功率级放大器4的第二偏置电压Bias2，以保证功率放大器100在具备足够的输出功率的情况下，提升其回退区的效率。同时，与相关技术中的包络跟踪功率放大器相比，其逻辑控制电路71更加简单，还减小了对于带宽的限制。 [0097] 需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。 |
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