一种射频功率放大器及其工作方法技术

本申请公开了一种射频功率放大器，包括输入匹配电路、两个输入级、级间匹配电路、两个输出级、四个偏置电路。输入匹配电路连接到并联的两个输入级，并联的两个输入级再通过级间匹配电路连接到并联的两个输出级;四个偏置电路分别为两个输入级和两个输出级提供偏置电流。为其中一个输入级和其中一个输出级提供偏置电流的两个偏置电路具有相同的偏置电压一，为另一个输入级和另一个输出级提供偏置电流的另外两个偏置电路具有相同的偏置电压二。本申请在高功率工作模式下得到很高PAE的同时，在中低功率工作模式下也可以获得较低的静态电流和功率增益，同时保持较高的PAE。

【技术实现步骤摘要】
一种射频功率放大器及其工作方法
本申请涉及一种具有多种工作模式的射频功率放大器，每种工作模式对应于不同的输出功率范围。
技术介绍
随着移动通信技术的迅猛发展，各种移动通信终端已经广泛采用了3G乃至4G标准。移动通信终端中的射频前端模块由于耗能大而直接决定着整机的待机及使用时间。为了尽量减少整机能耗，提高射频前端模块中的功率放大器的功率附加效率（PAE）就成为必然选择。3G标准要求移动通信终端中的射频功率放大器的最大线性输出功率在28dBm左右，并且始终保持高的PAE。为业内人士所周知的是，射频功率放大器随着输出功率的降低，PAE也不断降低。因此，目前主流的3G、4G射频功率放大器都设置了三种工作模式，分别对应于三个输出功率范围。低功率工作模式一般是指输出功率在0～8dBm之间，中功率工作模式一般是指输出功率在8～18dBm之间，高功率工作模式一般是指输出功率在18～28dBm之间。根据所需功率不同，射频功率放大器工作于三种工作模式之一，以此来提高中低功率工作模式的PAE。此外，主流的3G射频收发机由于其输出动态范围的限制，亦对射频功率放大器功率增益提出了要求，在中低功率模式下，功率增益不能太高。专利号为US6894561B2、授权日为2005年5月17日的美国专利公开了一种功率放大器，如图1所示。该功率放大器由一个输入级211连接两个并联的输出级221、222，其中的输出级二222还连接分级控制电路250。三个偏置电路201～203分别为输入级211和两个输出级221、222提供偏置电流。该美国专利为功率放大器提供了两种工作模式。在低功率工作模式下，输出级一221工作，输出级二222不工作。在高功率工作模式下，输出级一221工作，输出级二222也工作。其中输出级二222是否工作由分级控制电路250决定。这样无论在哪种工作模式下，两个输出级221、222都不会在较低的静态电流下工作，因此整个功率放大器保持了较高的线性度。
技术实现思路
本申请所要解决的技术问题是提供一种射频功率放大器，其具有三种工作模式。在各种工作模式尤其是低功率工作模式下，该功率放大器仍保持较高的PAE、较低的静态电流；在中低功率下能有效降低功率增益，如低功率模式下可将增益降至18dB，而在高功率模式下增益为28dB。为此，本申请还要提供所述射频功率放大器的工作方法。为解决上述技术问题，本申请射频功率放大器包括输入匹配电路、两个输入级、级间匹配电路、两个输出级、四个偏置电路；输入匹配电路连接到并联的各个输入级，并联的两个输入级再通过级间匹配电路连接到并联的各个输出级；四个偏置电路分别为两个输入级和两个输出级提供偏置电流；为其中一个输入级和其中一个输出级提供偏置电流的两个偏置电路具有相同的偏置电压一，为另一个输入级和另一个输出级提供偏置电流的另外两个偏置电路具有相同的偏置电压二。本申请所述射频功率放大器的工作方法为：提供高功率、低功率、中功率共三种工作模式；在高功率工作模式下，偏置电压一和偏置电压二均设为非零值，两个偏置电路向两个输入级提供相同大小的偏置电流，另两个偏置电路向两个输出级提供相同大小的偏置电流，两个输入级和两个输出级均工作；在低功率工作模式下，偏置电压一和偏置电压二中的一个设为零，另一个设为小于或等于高功率工作模式下的取值；四个偏置电路中只有两个工作，另两个不工作；两个输入级中只有一个工作，两个输出级中也只有一个工作；在中间功率工作模式下，偏置电压一和偏置电压二均设为小于高功率工作模式下的取值，两个输入级和两个输出级均工作；或者，在中间功率工作模式下，偏置电压一和偏置电压二中的一个设为零，另一个设为小于或等于高功率工作模式下的取值且大于低功率工作模式下的取值；四个偏置电路中只有两个工作，另两个不工作；两个输入级中只有一个工作，两个输出级中也只有一个工作。本申请的射频功率放大器及其工作方法提供了三种不同输出功率范围的工作模式，在高功率工作模式下得到很高PAE的同时，在中、低功率工作模式下也可以获得较低的静态电流和功率增益，同时保持较高的PAE。附图说明图1是一种现有的射频功率放大器的结构示意图；图2是本申请的射频功率放大器的结构示意图；图3是图2中的两个并联的输入级的结构示意图；图4是图2中的两个并联的输出级的结构示意图；图5a～图5c是图3、图4中的单元结构的结构示意图；图6a、图6b是图2、图4中的级间匹配电路的结构示意图；图7a、图7b是图2～图4中的偏置电路的结构示意图。图中附图标记说明：10x为偏置电路；111、112为输入级；121、122为输出级；151为输入匹配电路；152为级间匹配电路；201～203为偏置电路；211为输入级；221、222为输出级；250为分级控制电路；5xx为单元结构。具体实施方式请参阅图2，这是本申请的射频功率放大器。其包括输入匹配电路151、两个输入级111和112、级间匹配电路152、两个输出级121和122、四个偏置电路101～104。输入匹配电路151连接到并联的两个输入级111和112。并联的两个输入级111和112再通过级间匹配电路152连接到并联的两个输出级121和122。四个偏置电路101～104分别为两个输入级111和112、两个输出级121和122提供偏置电流。为其中一个输入级和其中一个输出级提供偏置电流的两个偏置电路具有相同的偏置电压一，为另一个输入级和另一个输出级提供偏置电流的另外两个偏置电路具有相同的偏置电压二，这两个偏置电压均由外部控制器提供。作为一种示例，为输入级一111提供偏置电流的偏置电路一101和为输出级一121提供偏置电流的偏置电路三103具有相同的偏置电压一Vbias1。为输入级二112提供偏置电流的偏置电路二102和为输出级二122提供偏置电流的偏置电路四104具有相同的电源电压二Vbias2。本申请的射频功率放大器具有高功率、低功率、中功率共三种工作模式。在高功率工作模式下，偏置电压一Vbias1和偏置电压二Vbias2均设为较高值，例如为3V。两个偏置电路101和102向两个输入级111和112提供相同的偏置电流，两个偏置电路103和104向两个输出级121和122提供相同的偏置电流，但提供给两个输入级111和112的偏置电流和提供给两个输出级121和122的偏置电流大小通常不相同。两个输入级111和112、两个输出级121和122均工作。此时，输入信号RFin通过输入匹配电路151传递给并联的两个输入级111和112，并联的两个输入级111和112的输出汇合后作为中间信号RFint。中间信号RFint再通过级间匹配电路152传递给并联的两个输出级121和122，并联的两个输出级121和122的输出汇合后作为输出信号RFout。在低功率工作模式下，偏置电压一Vbias1和偏置电压二Vbias2中的一个设为零，另一个设为小于或等于高功率工作模式下的取值，例如为2.8V。四个偏置电路101～104中只有两个工作，另两个不工作。两个输入级111和112中只有一个工作，两个输出级121和122中也只有一个工作。此时，输入信号RFin通过输入匹配电路151传递给工作的一个输入级，这个工作的输入级的输出作为中间信号RFint。中间信号RFi本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种射频功率放大器，其特征是，包括输入匹配电路、两个输入级、级间匹配电路、两个输出级、四个偏置电路；输入匹配电路连接到并联的各个输入级，并联的各个输入级再通过级间匹配电路连接到并联的各个输出级；四个偏置电路分别为两个输入级和两个输出级提供偏置电流；为其中一个输入级和其中一个输出级提供偏置电流的两个偏置电路具有相同的偏置电压一，为另一个输入级和另一个输出级提供偏置电流的另外两个偏置电路具有相同的偏置电压二。

【技术特征摘要】
1.一种射频功率放大器，其特征是，包括输入匹配电路、输入级一、输入级二、级间匹配电路、输出级一、输出级二和偏置电路一～偏置电路四；输入匹配电路连接到并联的各个输入级，并联的各个输入级再通过级间匹配电路连接到并联的各个输出级；偏置电路一～偏置电路四分别为输入级一、输入级二、输出级一、输出级二提供偏置电流；为其中一个输入级和其中一个输出级提供偏置电流的两个偏置电路具有相同的偏置电压一，为另一个输入级和另一个输出级提供偏置电流的另外两个偏置电路具有相同的偏置电压二；所述射频功率放大器提供高功率、低功率、中功率共三种工作模式；在高功率工作模式下，偏置电压一和偏置电压二均设为非零值，两个偏置电路向两个输入级提供相同大小的偏置电流，另两个偏置电路向两个输出级提供相同大小的偏置电流，两个输入级和两个输出级均工作；在低功率工作模式下，偏置电压一和偏置电压二中的一个设为零，另一个设为小于或等于高功率工作模式下的取值；四个偏置电路中只有两个工作，另两个不工作,两个输入级中只有一个工作，两个输出级中也只有一个工作；在中功率工作模式下，偏置电压一和偏置电压二均设为小于高功率工作模式下的取值，两个输入级和两个输出级均工作；或者，在中功率工作模式下，偏置电压一和偏置电压二中的一个设为零，另一个设为小于或等于高功率工作模式下的取值且大于低功率工作模式下的取值,四个偏置电路中只有两个工作，另两个不工作,两个输入级中只有一个工作，两个输出级中也只有一个工作。2.根据权利要求1所述的射频功率放大器，其特征是，所述输入级一、输入级二均由一个或多个单元结构所组成，两个输入级所包含的单元结构的数量或者相同，或者不同；每个单元结构由电源通过扼流电感一后供电、接地,由偏置电路提供偏置电流,接受输入匹配电路传递的输入信号、输出中间信号；所述输出级一、输出级二均由一个或多个单元结构所组成，两个输出级所包含的单元结构的数量或者相同，或者不同；每个单元结构由电源通过扼流电感二后供电、接地,由偏置电路提供偏置电流,接受级间匹配电路传递的中间信号、输出输出信号。3.根据权利要求2所述的射频功率放大器，其特征是，任意输入级所包含的单元结构的数量均小于任意输出级所包含的单元结构的数量。4.根据权利要求2所述的射频功率放大器，其特征是，所述单元结构为：射频输入端通过电容一连接到NPN型双极晶体管一的基极，偏置电流通过电阻一也输入到该晶体管一的基极,该晶体管一的集电极作为射频输出端，发射极接地；或者，所述单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：张辉，张哲，魏述然，
申请(专利权)人：锐迪科科技有限公司，
类型：发明
国别省市：中国香港;81