寬調(diào)整范圍高集成度變壓器耦合射頻功率放大器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種寬調(diào)整范圍高集成度變壓器耦合射頻功率放大器包括單轉(zhuǎn)差電路、驅(qū)動(dòng)功率放大器電路、級(jí)間匹配網(wǎng)絡(luò)電路、功率放大器電路陣列和非等分串聯(lián)功率耦合變壓器單元，所述單轉(zhuǎn)差電路的差分輸出端依次通過(guò)驅(qū)動(dòng)功率放大器電路、級(jí)間匹配網(wǎng)絡(luò)電路和功率放大器電路陣列進(jìn)而與非等分串聯(lián)功率耦合變壓器單元的差分輸入端連接。本發(fā)明通過(guò)調(diào)整功率放大器電路陣列的工作方式，在保證系統(tǒng)高效率的同時(shí)實(shí)現(xiàn)發(fā)射功率的寬調(diào)整范圍，具有工作頻帶寬、匹配電路簡(jiǎn)單、集成度高等特點(diǎn)。本發(fā)明能廣泛應(yīng)用于射頻技術(shù)領(lǐng)域中。
【專利說(shuō)明】
寬調(diào)整范圍高集成度變壓器輔合射頻功率放大器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及智能移動(dòng)終端的射頻前端技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種寬調(diào)整范圍高集成 度變壓器禪合射頻功率放大器。
【背景技術(shù)】
[0002] 智能移動(dòng)終端領(lǐng)域的快速發(fā)展，促進(jìn)射頻前端集成電路朝著低成本、高度集成化、 高速率和高兼容性等方向演進(jìn)。
[0003] 射頻前端產(chǎn)業(yè)需要新的技術(shù)、架構(gòu)來(lái)滿足高線性度、高效率和高功率密度的應(yīng)用。 實(shí)現(xiàn)娃基工藝射頻前端的全集成，對(duì)促進(jìn)產(chǎn)品小型化、提高兼容性、降低成本方面非常有 利。而功率放大器作為射頻前端忍片中最重要的部分，承擔(dān)了最后一級(jí)的功率信號(hào)的放大， 其面積和功耗比例最大，成為限制實(shí)現(xiàn)性能、體積和成本方面最主要的因素。另一方面，智 能移動(dòng)終端功能需求的增多促使多種無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)生，射頻功率放大器將承擔(dān)的多標(biāo) 準(zhǔn)、多頻段和寬功率發(fā)射范圍的信號(hào)發(fā)射工作。因此，實(shí)現(xiàn)適用于多種標(biāo)準(zhǔn)的、寬調(diào)整范圍 的單片化射頻功率放大器在智能移動(dòng)終端領(lǐng)域具有非常重要的意義。
[0004] 現(xiàn)今，在基于標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝技術(shù)實(shí)現(xiàn)有源器件時(shí)，器件的擊穿電壓較低，射頻輸出 功率偏低。運(yùn)些特征難W適應(yīng)當(dāng)前對(duì)忍片單片化和高效率的需求。
[000引為了解決上述問(wèn)題，美國(guó)專利US9214901和US7889009, W及期刊"Fully Integrated CMOS Power Amplifier With Efficiency Enhancement at Power Back- Off"均采用等分方式的串聯(lián)拓?fù)渥儔浩鹘Y(jié)構(gòu)進(jìn)行能量禪合，但其實(shí)現(xiàn)的發(fā)射功率調(diào)整范圍 有限，難W滿足日益增長(zhǎng)的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種能提高發(fā)射功率調(diào)整范圍的一 種寬調(diào)整范圍高集成度變壓器禪合射頻功率放大器。
[0007] 本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：
[000引寬調(diào)整范圍高集成度變壓器禪合射頻功率放大器，包括單轉(zhuǎn)差電路、驅(qū)動(dòng)功率放 大器電路、級(jí)間匹配網(wǎng)絡(luò)電路、功率放大器電路陣列和非等分串聯(lián)功率禪合變壓器單元，所 述單轉(zhuǎn)差電路的差分輸出端依次通過(guò)驅(qū)動(dòng)功率放大器電路、級(jí)間匹配網(wǎng)絡(luò)電路和功率放大 器電路陣列進(jìn)而與非等分串聯(lián)功率禪合變壓器單元的差分輸入端連接。
[0009] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述單轉(zhuǎn)差電路包括第一電容、第二電容和己倫，所述 第一電容的正極端與己倫的正極輸入端連接，所述第一電容的負(fù)極端與己倫的負(fù)極輸入端 連接，所述己倫的差分輸出端的中間抽頭連接至第一偏置電壓端，所述己倫的正極差分輸 出端與第二電容的正極端連接，所述己倫的負(fù)極差分輸出端與第二電容的負(fù)極端連接，所 述己倫的正極差分輸出端和負(fù)極差分輸出端均連接至驅(qū)動(dòng)功率放大器電路的差分輸入端。
[0010] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述級(jí)間匹配網(wǎng)絡(luò)電路包括第=電容、第四電容、第五 電容、第一電阻、第二電阻和差分電感，所述驅(qū)動(dòng)功率放大器電路的正極差分輸出端連接至 第=電容的正極端，所述驅(qū)動(dòng)功率放大器電路的負(fù)極差分輸出端連接至第=電容的負(fù)極 端，所述第=電容的正極端通過(guò)差分電感連接至第=電容的負(fù)極端，所述第=電容的正極 端連接至第四電容的正極端，所述第=電容的負(fù)極端連接至第五電容的正極端，所述第四 電容的負(fù)極端連接至第一電阻的第一端，所述第一電阻的第二端通過(guò)第二電阻進(jìn)而連接至 第五電容的負(fù)極端，所述差分電感的中間抽頭連接至電源電壓端，所述第一電阻的第二端 連接至第二偏置電壓端，所述第四電容的負(fù)極端和第五電容的負(fù)極端均連接至功率放大器 電路陣列。
[0011] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述功率放大器電路陣列包括N個(gè)功率放大器和N個(gè)與 各功率放大器一一對(duì)應(yīng)的調(diào)諧電容，其中，N>2,所述第四電容的負(fù)極端分別連接至各功率 放大器的第一輸入端，所述第五電容的負(fù)極端分別連接至各功率放大器的第二輸入端，各 所述功率放大器的正極輸出端連接至與其對(duì)應(yīng)的調(diào)諧電容的正極端，各所述功率放大器的 負(fù)極輸出端連接至與其對(duì)應(yīng)的調(diào)諧電容的負(fù)極端，各所述功率放大器的正極輸出端和負(fù)極 輸出端分別連接至非等分串聯(lián)功率禪合變壓器單元的各差分輸入端。
[0012] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，各所述功率放大器均連接有一工作狀態(tài)控制接口。
[0013] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，各所述功率放大器的輸出功率依次呈倍數(shù)m關(guān)系遞增， 其中，m〉l。
[0014] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述非等分串聯(lián)功率禪合變壓器單元包括N個(gè)與各功 率放大器一一對(duì)應(yīng)的變壓器，各所述功率放大器的正極輸出端分別連接至與其對(duì)應(yīng)的變壓 器的初級(jí)線圈的正極端，各所述功率放大器的負(fù)極輸出端分別連接至與其對(duì)應(yīng)的變壓器的 初級(jí)線圈的負(fù)極端，各所述變壓器的初級(jí)線圈的中間抽頭均連接至電源電壓端，各所述變 壓器的次級(jí)線圈依次相連接。
[0015] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，從第1個(gè)變壓器到第N個(gè)變壓器的初次級(jí)線圈應(yīng)數(shù)比依 次呈倍數(shù)m關(guān)系遞減，即ni:n2:............: 1，其中，ni，n2,......，m分別表示 第1個(gè)變壓器到第N個(gè)變壓器的初次級(jí)線圈應(yīng)數(shù)比，且m〉l。
[0016] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，從第1個(gè)變壓器到第N個(gè)變壓器的次級(jí)線圈的自感感值 依次呈倍數(shù)m關(guān)系遞增，旨化Sl : Ls2 :……：LsN= 1 :m:……：m(N-"，其中Lsl，Ls2 :……，LsN分別表 示第1個(gè)變壓器到第N個(gè)變壓器的次級(jí)線圈的自感感值，且m〉l。
[0017] 本發(fā)明的有益效果是：
[0018] 本發(fā)明寬調(diào)整范圍高集成度變壓器禪合射頻功率放大器通過(guò)在非等分變壓器禪 合變壓器單元中采用非等分變壓器結(jié)構(gòu)的功率合成技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了一種高度集成且具有寬發(fā) 射功率調(diào)整范圍的射頻功率放大器忍片，從而能在更低的發(fā)射功率實(shí)現(xiàn)功率放大器的高效 率工作。而且本發(fā)明在功率放大器電路陣列中采用偽差分的功率放大器結(jié)構(gòu)，從而能提高 輸出電壓擺幅，降低對(duì)封裝寄生效應(yīng)的靈敏度，提高了整個(gè)功放系統(tǒng)的輸出電壓擺幅，進(jìn)而 能較大程度地提高發(fā)射功率。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步說(shuō)明：
[0020] 圖1是本發(fā)明寬調(diào)整范圍高集成度變壓器禪合射頻功率放大器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021 ]圖2是本發(fā)明的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022] 圖3是本發(fā)明的實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例一的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例一實(shí)現(xiàn)的輸出功率與效率性能圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 參考圖1和圖2,本發(fā)明寬調(diào)整范圍高集成度變壓器禪合射頻功率放大器，包括單 轉(zhuǎn)差電路3、驅(qū)動(dòng)功率放大器電路5、級(jí)間匹配網(wǎng)絡(luò)電路8、功率放大器電路陣列11和非等分 串聯(lián)功率禪合變壓器單元12,所述單轉(zhuǎn)差電路3的差分輸出端依次通過(guò)驅(qū)動(dòng)功率放大器電 路5、級(jí)間匹配網(wǎng)絡(luò)電路8和功率放大器電路陣列11進(jìn)而與非等分串聯(lián)功率禪合變壓器單元 12的差分輸入端連接。
[0026] 優(yōu)選的，所述單轉(zhuǎn)差電路3,用于寬頻段范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的單端轉(zhuǎn)差分，提供差分 信號(hào)給后一級(jí)驅(qū)動(dòng)功率放大電路;所述驅(qū)動(dòng)功率放大器電路5用于負(fù)責(zé)將差分功率信號(hào)進(jìn) 行第一次放大，用于提供給功率放大器電路陣列11;所述級(jí)間匹配網(wǎng)絡(luò)電路8用于負(fù)責(zé)完成 驅(qū)動(dòng)功率放大器和功率放大器電路陣列11之間的信號(hào)阻抗匹配;所述功率放大器電路陣列 11用于對(duì)功率信號(hào)進(jìn)行第二次放大，陣列中每一個(gè)差分功率放大器單元的放大管面積各不 相同，且呈一定倍數(shù)增加，每個(gè)差分功放單元都可W通過(guò)外部使能端控制，來(lái)實(shí)現(xiàn)正常工作 和關(guān)閉的狀態(tài)切換，從而使發(fā)射功率的控制范圍更寬;所述非等分串聯(lián)功率禪合變壓器單 元12用于完成每一個(gè)差分功率放大器單元的輸出阻抗匹配和最后的功率禪合，非等分串聯(lián) 功率禪合變壓器采用串聯(lián)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其應(yīng)數(shù)比和次級(jí)自感與功率放大器電路陣列11每個(gè) 功放單元的放大管面積比例有關(guān)，分別W-定的倍數(shù)依次遞減和遞增。本發(fā)明方案的所有 器件和電路均在片上實(shí)現(xiàn)，不采用外部匹配元件，能極大地提高了功率發(fā)射系統(tǒng)的集成度。
[0027] 進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述單轉(zhuǎn)差電路3包括第一電容CU第二電容C2和己 倫，所述第一電容Cl的正極端與己倫的正極輸入端連接，所述第一電容Cl的負(fù)極端與己倫 的負(fù)極輸入端連接，所述己倫的差分輸出端的中間抽頭連接至第一偏置電壓端，所述己倫 的正極差分輸出端與第二電容C2的正極端連接，所述己倫的負(fù)極差分輸出端與第二電容C2 的負(fù)極端連接，所述己倫的正極差分輸出端和負(fù)極差分輸出端均連接至驅(qū)動(dòng)功率放大器電 路5的差分輸入端。
[0028] 進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述級(jí)間匹配網(wǎng)絡(luò)電路8包括第=電容C3、第四電容 C4、第五電容巧、第一電阻RU第二電阻R2和差分電感LI,所述驅(qū)動(dòng)功率放大器電路5的正極 差分輸出端連接至第=電容C3的正極端，所述驅(qū)動(dòng)功率放大器電路5的負(fù)極差分輸出端連 接至第=電容C3的負(fù)極端，所述第=電容C3的正極端通過(guò)差分電感Ll連接至第=電容C3的 負(fù)極端，所述第=電容C3的正極端連接至第四電容C4的正極端，所述第=電容C3的負(fù)極端 連接至第五電容巧的正極端，所述第四電容C4的負(fù)極端連接至第一電阻Rl的第一端，所述 第一電阻Rl的第二端通過(guò)第二電阻R2進(jìn)而連接至第五電容巧的負(fù)極端，所述差分電感Ll的 中間抽頭連接至電源電壓端，所述第一電阻Rl的第二端連接至第二偏置電壓端，所述第四 電容C4的負(fù)極端和第五電容巧的負(fù)極端均連接至功率放大器電路陣列11。
[0029] 進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述功率放大器電路陣列11包括N個(gè)功率放大器和N 個(gè)與各功率放大器一一對(duì)應(yīng)的調(diào)諧電容，其中，N>2,所述第四電容C4的負(fù)極端分別連接至 各功率放大器的第一輸入端，所述第五電容巧的負(fù)極端分別連接至各功率放大器的第二輸 入端，各所述功率放大器的正極輸出端連接至與其對(duì)應(yīng)的調(diào)諧電容的正極端，各所述功率 放大器的負(fù)極輸出端連接至與其對(duì)應(yīng)的調(diào)諧電容的負(fù)極端，各所述功率放大器的正極輸出 端和負(fù)極輸出端分別連接至非等分串聯(lián)功率禪合變壓器單元12的各差分輸入端。
[0030] 進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，各所述功率放大器均連接有一工作狀態(tài)控制接口， 所述工作狀態(tài)控制接口能有效實(shí)現(xiàn)發(fā)射功率的多狀態(tài)調(diào)整，
[0031] 進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，各所述功率放大器的輸出功率依次呈倍數(shù)m關(guān)系遞 增，其中，m〉l。
[0032] 進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，所述非等分串聯(lián)功率禪合變壓器單元12包括N個(gè)與 各功率放大器一一對(duì)應(yīng)的變壓器，各所述功率放大器的正極輸出端分別連接至與其對(duì)應(yīng)的 變壓器的初級(jí)線圈的正極端，各所述功率放大器的負(fù)極輸出端分別連接至與其對(duì)應(yīng)的變壓 器的初級(jí)線圈的負(fù)極端，各所述變壓器的初級(jí)線圈的中間抽頭均連接至電源電壓端，各所 述變壓器的次級(jí)線圈依次相連接。
[0033] 進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，從第1個(gè)變壓器到第N個(gè)變壓器的初次級(jí)線圈應(yīng)數(shù)比 依次呈倍數(shù)m關(guān)系遞減，即ni:n2:......:nN=m(N-i) :m(N-2):......:1，其中，111，]12,......，m分別表 示第1個(gè)變壓器到第N個(gè)變壓器的初次級(jí)線圈應(yīng)數(shù)比，且m〉l。
[0034] 進(jìn)一步作為優(yōu)選的實(shí)施方式，從第1個(gè)變壓器到第N個(gè)變壓器的次級(jí)線圈的自感感 值依次呈倍數(shù)m關(guān)系遞增，旨化Sl : Ls2 :……：LsN= 1 : m :……：m(N-"，其中Lsl，Ls2 :……，LsN分別 表示第1個(gè)變壓器到第N個(gè)變壓器的次級(jí)線圈的自感感值，且m〉l。
[0035] 本發(fā)明實(shí)施例中，射頻信號(hào)RF_IN通過(guò)綁定線1與單轉(zhuǎn)差電路3的輸入信號(hào)端連接， 單轉(zhuǎn)差電路3的信號(hào)輸入地通過(guò)綁定線2與外部信號(hào)地GND連接，所述單轉(zhuǎn)差電路3的差分輸 出分別與驅(qū)動(dòng)功率放大器電路5的差分輸入連接，驅(qū)動(dòng)功率放大器電路5的差分輸出分別于 級(jí)間匹配網(wǎng)絡(luò)電路8的差分輸入連接，驅(qū)動(dòng)功率放大器電路5的使能端與綁定線6的一端連 接，綁定線6的另一端與EN連接，級(jí)間匹配網(wǎng)絡(luò)電路8的差分輸出分別于功率放大器電路陣 列11所有對(duì)應(yīng)的差分輸入連接，功率放大器電路陣列11所有的差分輸出與非等分串聯(lián)功率 禪合變壓器單元12所有對(duì)應(yīng)的差分輸入連接，非等分串聯(lián)功率禪合變壓器單元12的輸出信 號(hào)端與綁定線13連接，綁定線13的另外一端與RF_0UT連接，非等分串聯(lián)功率禪合變壓器單 元12的輸出信號(hào)地與綁定線14連接，綁定線14的另外一端與GND連接。
[0036] 圖1中的功率放大器電路陣列11的功率放大單元個(gè)數(shù)為N(N>2)，包括功率放大器 PAP1、功率放大器PAP2、……、功率放大器PAPN，各功率放大器單元的輸出功率按標(biāo)號(hào)順序 依次呈倍數(shù)m(m〉l)關(guān)系遞增，如公式（1):
[0037] P〇UT_PAPl: P〇UT_PAP2 :......：P〇UT_PAPN=l :m:......(I)
[0038] 本實(shí)施例中，所述工作狀態(tài)控制接口為電壓使能端，所述功率放大器電路陣列11 的每一個(gè)功率放大器單元都通過(guò)綁定線外接一個(gè)單獨(dú)電壓使能端，分別為EN_1、EN_ 2、……、EN_N，功率放大器電路陣列11的每一個(gè)功率放大器單元都通過(guò)綁定線外接GND，功 率放大器電路陣列11的每一個(gè)功率放大器單元的兩個(gè)差分輸出端口分別與調(diào)諧電容的兩 個(gè)端口連接，如PAPl的差分輸出與調(diào)諧電容TCl的兩個(gè)端口連接，PAP2的差分輸出與調(diào)諧電 容TC2的兩個(gè)端口連接、……、PAPN的差分輸出與調(diào)諧電容TCN的兩個(gè)端口連接。
[0039] 圖1中的非等分串聯(lián)功率禪合變壓器單元12包括變壓器1、變壓器2、……、變壓器 N，非等分串聯(lián)功率禪合變壓器單元12的每一個(gè)變壓器單元(變壓器1、變壓器2、……、變壓 器N)的初次級(jí)應(yīng)數(shù)比依次呈倍數(shù)m關(guān)系遞減，如公式(2):
[0040] ni：n2：......:m=HiN-I :mN-2:......：1 (2)
[0041] 所述非等分串聯(lián)功率禪合變壓器單元12中每一個(gè)變壓器初級(jí)電感的中間抽頭分 別通過(guò)綁定線與電源電壓端VDD連接，非等分串聯(lián)功率禪合變壓器單元12中每一個(gè)變壓器 次級(jí)電感的自感感值依次呈倍數(shù)m關(guān)系遞增，如公式(3):
[0042] Lsi:Ls2:......:LsN=I :m:......:巧糾(3)
[0043] 如圖1所示的射頻功率放大器的單轉(zhuǎn)差電路3中，第一電容Cl和第二電容C2均可W 更換為可調(diào)電容，用來(lái)調(diào)整己倫的最佳工作頻段，功率放大器電路陣列11的各個(gè)功放單元 的地信號(hào)相互連接，綁定線的數(shù)目可W不限制，只要保證每個(gè)功放單元的地端口都與接地 綁定線連接即可，同樣地，非等分串聯(lián)功率禪合變壓器單元12的每個(gè)變壓器單元次級(jí)線圈 的中間抽頭也可W相互連接，只需保證每個(gè)抽頭端口都與接電源電壓端VDD綁定線連接即 可。
[0044] 如圖2所示為圖1的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)示意圖，圖2中將除了功率放大器電路陣列11、非等分 串聯(lián)功率禪合變壓器單元12之外的其它部分等效為一個(gè)信號(hào)源15,等效元件15的輸出電壓 是Vin,功率放大器電路陣列11和非等分串聯(lián)功率禪合變壓器單元12的所有綁定線都省略， 其它部分維持不變，為了便于分析，非等分串聯(lián)功率禪合變壓器單元12的輸出信號(hào)端施加 一個(gè)負(fù)載電阻化。
[0045] 考慮當(dāng)功率放大器電路陣列11全部處于滿額輸出功率狀態(tài)，所有功放單元的輸出 電壓擺幅都最大時(shí)，Vout,MAX = Vdd,系統(tǒng)效率最高，定為系統(tǒng)最大發(fā)射功率，此時(shí)等效元件15 的輸出電壓為最大值Vin,MAX,每一個(gè)功放單元的輸出電壓擺幅都相等且大小如公式(4)所 示：
[0046] (斗）
[0047]
[0048] (5)
[0049] 其中a為應(yīng)數(shù)比調(diào)整系數(shù)，理論上〇<a< + cx^，比
），變壓器1的初次級(jí)雜 數(shù)比3
變壓器N的初次級(jí)雜數(shù)比為nNp:riNs = a:l = l: 2,應(yīng)數(shù)比調(diào)整系數(shù)會(huì)影響輸出電壓擺幅和輸出功率的大小。
[0050] 考慮當(dāng)功率放大器電路陣列11中其它功放單元都關(guān)閉只有功放管面積最小的功 放單元工作且保持滿額功率輸出狀態(tài)時(shí)，定為系統(tǒng)最小發(fā)射功率，且它的輸出電壓擺幅最 大使效率最高時(shí)，等效元件15的輸出電壓Vin為最小值Vin,MIN,由理論推算可知，當(dāng)Vin,MIN如W 下公式(6)所示時(shí)：
[0051 ]
(技） (7)
[C
[0052]最小功放管面積功放單元輸出電壓擺幅如公式(7)所示：[0化3]
[C
[0056] 考慮到本發(fā)明射頻功率放大器為陣列形式，每個(gè)功放單元都有一個(gè)工作狀態(tài)控制 開關(guān)，因此，除了全部關(guān)斷狀態(tài)外，總共有2^-1個(gè)工作狀態(tài)，上述公式（2)和（5)已經(jīng)推算出 最大和最小發(fā)射功率，因此該射頻功率放大器在最大和最小發(fā)射功率之間還有2^-3個(gè)工作 狀態(tài)，即運(yùn)/-3個(gè)工作狀態(tài)下，系統(tǒng)效率也會(huì)保持在最高點(diǎn)。
[0057] 如圖3和圖4所示分別為本發(fā)明射頻功率放大器實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖和實(shí)施例 一的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)示意圖，本發(fā)明實(shí)施例一中:m = 2，N=4，，根據(jù)上述推算公式可知，該 實(shí)施例一的最大發(fā)射功率如公式(9)所示：

[0化引 （9)
[0059] 式（10)所示：
[0060] (10)
[0061] 而系統(tǒng)在最大和最小發(fā)射功率區(qū)間，另外還有13個(gè)效率最高的點(diǎn)。結(jié)合仿真可W 更加明確地分析運(yùn)個(gè)問(wèn)題。
[0062] 如圖5所示，為該實(shí)施例一的發(fā)射功率調(diào)整范圍內(nèi)取得的系統(tǒng)效率曲線圖，，發(fā)射 功率最大值為最小值的225倍，即可提供的發(fā)射功率調(diào)整范圍約為23.5地，該實(shí)施例一與傳 統(tǒng)B類功率放大器相比，在23.5地的功率回退值下，可W保持系統(tǒng)的工作效率最高。
[0063] 同樣地，依照本發(fā)明原始推導(dǎo)公式，改變?nèi)我獗壤墓β史糯笃麟娐逢嚵?1、非等 分串聯(lián)功率禪合變壓器單元12,均可W得到類似的結(jié)論。
[0064] 從上述內(nèi)容可知，本發(fā)明寬調(diào)整范圍高集成度變壓器禪合射頻功率放大器通過(guò)在 非等分變壓器禪合變壓器單元中采用非等分變壓器禪合的功率合成技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了一種高度 集成且具有寬動(dòng)態(tài)發(fā)射功率調(diào)整范圍的射頻功率放大器忍片，從而能在更高的功率回退值 實(shí)現(xiàn)功率放大器的高效率工作。而且本發(fā)明在功率放大器電路陣列11中采用偽差分的功率 放大器結(jié)構(gòu)，從而能提高輸出電壓擺幅，降低對(duì)封裝寄生效應(yīng)的靈敏度，提高了整個(gè)功放系 統(tǒng)的輸出電壓擺幅，進(jìn)而能較大程度地提高發(fā)射功率。
[0065] W上是對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施進(jìn)行了具體說(shuō)明，但本發(fā)明創(chuàng)造并不限于所述實(shí)施 例，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本發(fā)明精神的前提下還可做作出種種的等同變形或替 換，運(yùn)些等同的變形或替換均包含在本申請(qǐng)權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 寬調(diào)整范圍高集成度變壓器耦合射頻功率放大器，其特征在于:包括單轉(zhuǎn)差電路、驅(qū) 動(dòng)功率放大器電路、級(jí)間匹配網(wǎng)絡(luò)電路、功率放大器電路陣列和非等分串聯(lián)功率耦合變壓 器單元，所述單轉(zhuǎn)差電路的差分輸出端依次通過(guò)驅(qū)動(dòng)功率放大器電路、級(jí)間匹配網(wǎng)絡(luò)電路 和功率放大器電路陣列進(jìn)而與非等分串聯(lián)功率耦合變壓器單元的差分輸入端連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬調(diào)整范圍高集成度變壓器耦合射頻功率放大器，其特征在 于:所述單轉(zhuǎn)差電路包括第一電容、第二電容和巴倫，所述第一電容的正極端與巴倫的正極 輸入端連接，所述第一電容的負(fù)極端與巴倫的負(fù)極輸入端連接，所述巴倫的差分輸出端的 中間抽頭連接至第一偏置電壓端，所述巴倫的正極差分輸出端與第二電容的正極端連接， 所述巴倫的負(fù)極差分輸出端與第二電容的負(fù)極端連接，所述巴倫的正極差分輸出端和負(fù)極 差分輸出端均連接至驅(qū)動(dòng)功率放大器電路的差分輸入端。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬調(diào)整范圍高集成度變壓器耦合射頻功率放大器，其特征在 于:所述級(jí)間匹配網(wǎng)絡(luò)電路包括第三電容、第四電容、第五電容、第一電阻、第二電阻和差分 電感，所述驅(qū)動(dòng)功率放大器電路的正極差分輸出端連接至第三電容的正極端，所述驅(qū)動(dòng)功 率放大器電路的負(fù)極差分輸出端連接至第三電容的負(fù)極端，所述第三電容的正極端通過(guò)差 分電感連接至第三電容的負(fù)極端，所述第三電容的正極端連接至第四電容的正極端，所述 第三電容的負(fù)極端連接至第五電容的正極端，所述第四電容的負(fù)極端連接至第一電阻的第 一端，所述第一電阻的第二端通過(guò)第二電阻進(jìn)而連接至第五電容的負(fù)極端，所述差分電感 的中間抽頭連接至電源電壓端，所述第一電阻的第二端連接至第二偏置電壓端，所述第四 電容的負(fù)極端和第五電容的負(fù)極端均連接至功率放大器電路陣列。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的寬調(diào)整范圍高集成度變壓器耦合射頻功率放大器，其特征在 于:所述功率放大器電路陣列包括N個(gè)功率放大器和N個(gè)與各功率放大器 對(duì)應(yīng)的調(diào)諧電 容，其中，N多2,所述第四電容的負(fù)極端分別連接至各功率放大器的第一輸入端，所述第五 電容的負(fù)極端分別連接至各功率放大器的第二輸入端，各所述功率放大器的正極輸出端連 接至與其對(duì)應(yīng)的調(diào)諧電容的正極端，各所述功率放大器的負(fù)極輸出端連接至與其對(duì)應(yīng)的調(diào) 諧電容的負(fù)極端，各所述功率放大器的正極輸出端和負(fù)極輸出端分別連接至非等分串聯(lián)功 率耦合變壓器單元的各差分輸入端。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的寬調(diào)整范圍高集成度變壓器耦合射頻功率放大器，其特征在 于:各所述功率放大器均連接有一工作狀態(tài)控制接口。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的寬調(diào)整范圍高集成度變壓器耦合射頻功率放大器，其特征在 于:各所述功率放大器的輸出功率依次呈倍數(shù)m關(guān)系遞增，其中，m>l。7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的寬調(diào)整范圍高集成度變壓器耦合射頻功率放大器，其特征在 于:所述非等分串聯(lián)功率耦合變壓器單元包括N個(gè)與各功率放大器一一對(duì)應(yīng)的變壓器，各所 述功率放大器的正極輸出端分別連接至與其對(duì)應(yīng)的變壓器的初級(jí)線圈的正極端，各所述功 率放大器的負(fù)極輸出端分別連接至與其對(duì)應(yīng)的變壓器的初級(jí)線圈的負(fù)極端，各所述變壓器 的初級(jí)線圈的中間抽頭均連接至電源電壓端，各所述變壓器的次級(jí)線圈依次相連接。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的寬調(diào)整范圍高集成度變壓器耦合射頻功率放大器，其特征在 于：從第1個(gè)變壓器到第N個(gè)變壓器的初次級(jí)線圈匝數(shù)比依次呈倍數(shù)m關(guān)系遞減，即n 1: n2:……:nN=m (Ν_υ: m(N_2):……：1，其中，m，n2,……，nN分別表示第1個(gè)變壓器到第N個(gè)變 壓器的初次級(jí)線圈匝數(shù)比，且m>l。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的寬調(diào)整范圍高集成度變壓器耦合射頻功率放大器，其特征在 于：從第1個(gè)變壓器到第N個(gè)變壓器的次級(jí)線圈的自感感值依次呈倍數(shù)m關(guān)系遞增，即Lsl: Ls2：……：LsN=1: m:……：m(N-1]，其中Ls1，Ls2:……，L sN分別表示第1個(gè)變壓器到第N個(gè)變 壓器的次級(jí)線圈的自感感值，且m>l。
【文檔編號(hào)】H03F3/21GK105978515SQ201610289633
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年5月3日
【發(fā)明人】吳海崗, 李斌, 吳朝暉, 趙明劍
【申請(qǐng)人】華南理工大學(xué)