一种支持多模多频的射频功率放大器、芯片及通信终端制造技术

本发明专利技术公开了一种支持多模多频的射频功率放大器、芯片及通信终端。该射频功率放大器包括控制及偏置单元、至少两条放大发射通路，控制及偏置单元分别与各放大发射通路相连；控制及偏置单元根据输入射频信号的频段，控制对应的放大发射通路处于导通状态，并使其余发射通路处于关闭状态。本发明专利技术可以根据不同频段选择最优的放大发射通路，通过控制及偏置单元控制相应的放大单元与切换单元的导通与关闭，实现对不同频段的射频信号的放大，一方面尽量满足F类功率放大器的设计原则，兼顾输出功率和功率附加效率，另一方面滤除各个放大发射通路的相应谐波，可以满足载波聚合技术的需求，并且降低射频信号在输出通路上的损耗。

【技术实现步骤摘要】
一种支持多模多频的射频功率放大器、芯片及通信终端
本专利技术涉及一种射频功率放大器，尤其涉及一种支持多模多频的射频功率放大器，同时也涉及包括该射频功率放大器的芯片及通信终端，属于射频集成电路

技术介绍
众所周知，射频功率放大器广泛应用于无线通信领域。为了适应现代通信事业对通信速度越来越高的要求，各种通信终端设备必须一步步提高技术指标，以满足这种需求。例如，为了满足4G手机对数据传输速率的需求，主流厂商如高通(Qualcomm)、联发科和展讯等开始在其产品上采用载波聚合技术(CarrierAggregation，简写为CA)。相应地，射频功率放大器也需要具有更高的输出功率及功率附加效率。根据射频功率放大器的固有特性，若要追求更高的输出功率，必然会导致功率附加效率的降低、工作电流的增大。也就是说，增加输出功率和提高功率附加效率是一对矛盾。在现有技术中，射频功率放大器普遍通过减小晶体管工作导通角来提高功率附加效率。这种方法在提高功率附加效率的同时却会降低输出功率。当前，谐波控制类功率放大器的出现颠覆了这一传统提高效率的方法。它们通过调整晶体管输出电流、电压波形减小晶体管功耗来提高效率。E类、F类功率放大器是其中最为典型的两种。理论上，E类功率放大器采用过驱动的方式使晶体管工作在开关模式，通过特定的输出网络使得晶体管输出电流电压不同时出现，并且保证在晶体管开、关瞬间的零电压开关(ZVS)、零电压斜率开关(ZVDS)条件，可以使其理论效率更高。但是，E类功率放大器具有非常明显的设计限制因素。这些因素包括晶体管寄生电容、匹配网络、偏置电路、开关占空比等，它们共同导致E类功率放大器无法大规模应用于民用通信领域。
技术实现思路
本专利技术所要解决的首要技术问题在于提供一种支持多模多频的射频功率放大器。本专利技术所要解决的另一技术问题在于提供一种包括该射频功率放大器的集成电路芯片及相应的通信终端。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用下述的技术方案：根据本专利技术实施例的第一方面，提供一种支持多模多频的射频功率放大器，包括控制及偏置单元、至少两条放大发射通路，所述控制及偏置单元分别与各放大发射通路相连；所述控制及偏置单元根据输入射频信号的频段，控制对应的放大发射通路处于导通状态，并使其余发射通路处于关闭状态。其中较优地，在每一条放大发射通路中，包括顺序连接的输入匹配电路、放大单元、输出匹配电路、谐波滤除网络及输出切换单元。其中较优地，所述输出切换单元的输出端通过多个可独立连接及断开的开关与对应的射频发射路径相连；所述控制及偏置单元控制所述输出切换单元，选择相应的射频发射路径发射射频信号。其中较优地，所述输出切换单元中包括至少一个公共端，该公共端与所述输出匹配电路及所述谐波滤除网络相连。其中较优地，所述射频功率放大器还包括输入切换单元；所述输入切换单元的输出端连接各所述放大发射通路中的输入匹配电路，用于根据所述控制及偏置单元的控制，选择相应的射频输入端接收射频信号。其中较优地，在phase3手机平台中，当输入信号引脚包括LB和LB_700时，所述输入切换单元省略。其中较优地，所述放大单元的输入端与对应的输入匹配电路相连，所述输入匹配电路的输入端与对应的输入切换单元的输出端相连，所述输入切换单元的输入端与至少一个射频输入端相连。其中较优地，所述输出匹配电路与所述谐波滤除网络融为一体。其中较优地，每一条放大发射通路所包含的谐波滤除网络的目标滤除频率，与其余放大发射通路中所包含的谐波滤除网络的目标滤除频率不同；在同一条放大发射通路中，所包含的多个谐波滤除网络的目标滤除频率相同。其中较优地，在每一条放大发射通路中，所覆盖频段的二次谐波的负载阻抗设计为短路，三次谐波的负载阻抗设计为开路。根据本专利技术实施例的第二方面，提供一种集成电路芯片，其中包括有上述的射频功率放大器。根据本专利技术实施例的第三方面，提供一种通信终端，其中包括有上述的射频功率放大器。与现有技术相比较，本专利技术所提供的支持多模多频的射频功率放大器，可以根据不同频段选择最优的放大发射通路，通过控制及偏置单元控制相应的放大单元与切换单元的导通与关闭，实现对不同频段的射频信号的放大，一方面尽量满足F类功率放大器的设计原则，兼顾输出功率和功率附加效率，另一方面滤除各个放大发射通路的相应谐波，可以满足载波聚合技术的需求，并且降低射频信号在输出通路上的损耗。附图说明图1为一个经过简化的射频功率放大器示意图；图2为一个典型的支持多模多频的射频功率放大器示意图；图3为考虑载波聚合技术需求的射频功率放大器的示意图；图4为本专利技术的第一实施例中提出的射频功率放大器的原理框图；图5为本专利技术的第二实施例中提出的射频功率放大器的原理框图；图6为本专利技术的第三实施例中提出的射频功率放大器的原理框图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术的
技术实现思路
做进一步的详细说明。为了充分说明在输出功率最大化的前提下进一步提高功率附加效率的条件及原理，本专利技术中首先对射频功率放大器的结构进行定义。图1是一个经过简化的射频功率放大器示意图，其中Pin是输入功率，Pout是输出功率，PDC是功率放大器的直流功耗。处于工作状态的射频功率放大器，其电压和电流的时域表达式如下：上式中，ξn和代表n次谐波的电流和电压的相位，n次谐波的阻抗可以表示为：电路的直流功耗PDC与电路本身消耗的功率Pdis分别为：PDC＝VDD*I0负载接收到的第n次谐波的功率Pout,nf为：基于上述各公式，可以将电路的直流功耗PDC重新整理为：在实际使用过程中，只有基波功率才是我们希望负载得到的功率，而高次谐波功率的产生只会降低放功率放大器的功率附加效率。从上面公式可以发现，如果功率放大器需要实现更高的功率附加效率，则需要减小第一项和第三项，这两项分别代表减小功率放大器功耗和减小谐波功率。F类功率放大器就是这类功率放大器的典型代表。F类功率放大器的设计思路是对其输出端进行谐波抑制，在输出端得到近似方波的电压信号和近似半正弦波的电流信号。理想的F类功率放大器，输出端的偶次谐波电压分量为零，而奇次谐波电流分量为零，因此可以显著降低谐波功率。同时，由于奇次谐波电压分量对基波分量电压的调制作用，使得负载端电压水平总体不变高的前提下，增加了基波分量的功率，以此达到提高功率放大器的输出功率和功率附加效率两方面的目的。但是，F类功率放大器的实现也有其限制因素。一般情况下，为了兼顾性能、手机电路板面积、生产成本等因素，射频功率放大器使用无源匹配网络实现其负载，只能在二次谐波点频上实现阻抗短路和三次谐波阻抗开路，或者只能实现以二次谐波为中心的较窄频段内的阻抗短路、以三次谐波为中心的较窄频段内的阻抗开路。这种情况与当下面临的越来越宽的通信频段需求形成了矛盾。除了以上介绍的带宽问题造成的挑战之外，载波聚合技术的逐步推广应用也对射频前端的功率放大器提出了更多的要求。载波聚合技术的应用，客观上导致射频功率放大器必须能够输出更高的功率给天线端。除此之外，射频功率放大器的输出端必须加入更多的谐波滤除网络，确保发射频段的高次谐波耦合到接收频段的信号强度必须低于正常接收信号10dB以上，如此才能确保正常的接收灵敏度，保证手机接收不受影响。例如低频段(lowband)band17(704-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种支持多模多频的射频功率放大器，其特征在于包括控制及偏置单元、至少两条放大发射通路，所述控制及偏置单元分别与各放大发射通路相连；所述控制及偏置单元根据输入射频信号的频段，控制对应的放大发射通路处于导通状态，并使其余发射通路处于关闭状态。

【技术特征摘要】
1.一种支持多模多频的射频功率放大器，其特征在于包括控制及偏置单元、至少两条放大发射通路，所述控制及偏置单元分别与各放大发射通路相连；所述控制及偏置单元根据输入射频信号的频段，控制对应的放大发射通路处于导通状态，并使其余发射通路处于关闭状态。2.如权利要求1所述的射频功率放大器，其特征在于：在每一条放大发射通路中，包括顺序连接的输入匹配电路、放大单元、输出匹配电路、谐波滤除网络及输出切换单元。3.如权利要求2所述的射频功率放大器，其特征在于：所述输出切换单元的输出端通过多个可独立连接及断开的开关与对应的射频发射路径相连；所述控制及偏置单元控制所述输出切换单元，选择相应的射频发射路径发射射频信号。4.如权利要求2或3所述的射频功率放大器，其特征在于：所述输出切换单元中包括至少一个公共端，该公共端与所述输出匹配电路及所述谐波滤除网络相连。5.如权利要求2所述的射频功率放大器，其特征在于还包括输入切换单元；所述输入切换单元的输出端连接各所述放大发射通路中的输入匹配电路，用于根据所述控制及偏置单元的控制，选择相应的射频输入端接收射频信号。6.如权利要求5所述的射频功率放大器，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛旭，白云芳，
申请(专利权)人：唯捷创芯天津电子技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12