CN107947805B - 匹配电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种能够充分衰减放大信号的高次谐波分量的匹配电路。匹配电路(10)对放大输入信号(RFin)并输出放大信号(RFout1)的放大器(60)的输出阻抗进行匹配。匹配电路(10)具备低通滤波器(40)和高通滤波器(50)。低通滤波器(40)的接地与高通滤波器(50)的接地相分离。由此，能够抑制低通滤波器(40)和高通滤波器(50)之间的干涉，充分地使放大信号(RFout1)的高次谐波分量衰减。
Description
技术领域
本发明涉及匹配电路。
背景技术
在移动电话等移动通信终端中，使用对发送给基站的RF(Radio Frequency：射频信号)信号进行放大的功率放大模块。作为这种功率放大模块，在专利5858280号公报中提出了下述功率放大模块，该功率放大模块具备对从放大器输出的RF信号的第2高次谐波分量进行衰减的终端电路、以及进行放大器的输出阻抗匹配的匹配电路。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5858280号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
但是，经过本发明者的深入研究，新发现了若共用构成匹配电路的各电路元件的接地，则RF信号的高次谐波分量会因电路元件间的干涉而无法充分地得到衰减。
因此，本发明的课题是提供一种能够充分地对放大信号的高次谐波分量进行衰减的匹配电路。
用于解决技术问题的技术手段
为了解决上述问题，本发明所涉及的匹配电路是对放大输入信号并输出放大信号的放大器的输出阻抗进行匹配的匹配电路，具备低通滤波器和高通滤波器，且低通滤波器的接地和高通滤波器的接地相分离。
发明效果
根据本发明，由于低通滤波器的接地和高通滤波器的接地相分离，因此能够抑制低通滤波器和高通滤波器间的干涉，能够充分地使放大信号的高次谐波分量衰减。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的匹配电路的电路结构的说明图。
图2是表示本发明的实施方式1所涉及的匹配电路的布线布局的示意图。
图3是表示比较例所涉及的匹配电路的电路结构的说明图。
图4是表示本发明的实施方式1所涉及的匹配电路和比较例所涉及的匹配电路的信号损耗的模拟结果的图表。
图5是表示本发明的实施方式1所涉及的匹配电路和比较例所涉及的匹配电路的信号损耗的模拟结果的图表。
图6是表示本发明的实施方式1所涉及的匹配电路和比较例所涉及的匹配电路的信号损耗的模拟结果的图表。
图7是表示本发明的实施方式1所涉及的匹配电路的电路结构的说明图。
图8是表示本发明的实施方式2所涉及的匹配电路的电路结构的说明图。
图9是表示本发明的实施方式1所涉及的匹配电路和实施方式2所涉及的匹配电路的信号损耗的模拟结果的图表。
图10是表示本发明的实施方式1所涉及的匹配电路和实施方式2所涉及的匹配电路的信号损耗的模拟结果的图表。
图11是表示本发明的实施方式1所涉及的匹配电路和实施方式2所涉及的匹配电路的信号损耗的模拟结果的图表。
图12是表示本发明的实施方式1所涉及的匹配电路和实施方式2所涉及的匹配电路的信号损耗的模拟结果的图表。
图13是表示本发明的实施方式1所涉及的匹配电路和实施方式2所涉及的匹配电路的信号损耗的模拟结果的图表。
图14是表示本发明的实施方式1所涉及的匹配电路和实施方式2所涉及的匹配电路的信号损耗的模拟结果的图表。
图15是表示本发明的实施方式2所涉及的匹配电路的电路结构的说明图。
图16是表示本发明的实施方式3所涉及的匹配电路的电路结构的说明图。
图17是表示本发明的实施方式3所涉及的匹配电路的信号损耗的模拟结果的图表。
图18是表示本发明的实施方式3所涉及的匹配电路的信号损耗的模拟结果的图表。
图19是表示本发明的实施方式3所涉及的匹配电路的信号损耗的模拟结果的图表。
图20是表示本发明的实施方式3所涉及的匹配电路的信号损耗的模拟结果的图表。
图21是表示本发明的实施方式3所涉及的匹配电路的信号损耗的模拟结果的图表。
图22是表示本发明的实施方式3所涉及的匹配电路的信号损耗的模拟结果的图表。
图23是表示本发明的实施方式3所涉及的匹配电路的信号损耗的模拟结果的图表。
图24是表示本发明的实施方式3所涉及的匹配电路的信号损耗的模拟结果的图表。
图25是表示构成本发明的实施方式3所涉及的匹配电路的电容器元件的电容器元件的个数和信号损耗的关系的图表。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。这里，令相同标号表示相同的电路元件，并省略重复说明。
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的匹配电路10的电路结构的说明图。匹配电路10设置在放大器70与后级的电路(例如，开关元件)之间，使放大器70的输出阻抗与后级的电路的输入阻抗相匹配。放大器70例如对输入到输入节点71的输入信号RFin进行放大，从输出节点72输出放大信号RFout1。放大器70具备发射极接地晶体管Tr，对通过输入节点71输入基极端子的输入信号RFin进行放大，并将其作为放大信号RFout1从集电极端子输出。输入信号RFin例如是规定的通信频带的RF信号。放大器70例如具备连接在信号线路73与接地之间的终端电路74。信号线路73将从晶体管Tr的集电极端子输出的放大信号RFout1传输给输出节点72。终端电路74对放大信号RFout1的第2高次谐波分量进行衰减。终端电路74例如是具备电容器元件C4和电感器元件L4的串联谐振电路。对电容器元件C4的电容值和电感器元件L4的电感值进行选定，以使放大信号RFout1的第2高次谐波的频率与串联谐振频率一致。由此，放大信号RFout1的第2高次谐波分量的大部分从信号线路73通过终端电路74流至接地，因此能够使从输出节点72输出的放大信号RFout1的第2高次谐波分量的大部分衰减。另外，晶体管Tr例如是异质结双极晶体管。但是，晶体管Tr并不限于双极晶体管，例如也可以是场效应晶体管。
匹配电路10具备低通滤波器40、高通滤波器50、输入节点11、输出节点12、以及信号线路13。匹配电路10进行放大器70的输出阻抗匹配，并对输入输入节点11的放大信号RFout1的高次谐波分量进行衰减，将其作为放大信号RFout2从输出节点12输出。信号线路13连接输入节点11与输出节点12之间。低通滤波器40具备串联连接至信号线路13的电感器元件L1、以及并联连接在信号线路13与接地之间的电容器元件C1。高通滤波器50具备串联连接至信号线路13的电容器元件C2、以及并联连接在信号线路13与接地之间的电感器元件L2。低通滤波器40中，与低频侧的阻抗的变化相比，高频侧的阻抗的变化较大。另一方面，在高通滤波器50中，与高频侧的阻抗的变化相比，低频侧的阻抗的变化较大。因此，通过组合低通滤波器40和高通滤波器50，能够使彼此的阻抗变化相抵消。由此，在放大信号RFout1的载波频带(载波的基本频率频带)中，能够使匹配电路10的阻抗宽频带化。低通滤波器40对放大信号RFout1的高次谐波分量(例如，第2高次谐波分量、第3高次谐波分量、或其以上的高次谐波分量)进行衰减。
图2是表示实施方式1所涉及的匹配电路10的布线布局的示意图。同一图中，标号301、302表示匹配电路10的布线图案。标号41表示低通滤波器40的接地，标号51表示高通滤波器50的接地。由此，低通滤波器40的接地41与高通滤波器50的接地51相分离。
图3是表示比较例所涉及的匹配电路30的电路结构的说明图。匹配电路30具备低通滤波器40、高通滤波器50、输入节点31、输出节点32、以及信号线路33。信号线路33连接输入节点31与输出节点32之间。低通滤波器40具备串联连接至信号线路33的电感器元件L1、以及并联连接在信号线路33与接地之间的电容器元件C1。高通滤波器50具备串联连接至信号线路33的电容器元件C2、以及并联连接在信号线路33与接地之间的电感器元件L2。匹配电路30在低通滤波器40的接地与高通滤波器50的接地共用这一点上与匹配电路10不同。
图4表示各个匹配电路10、30的信号损耗的模拟(以下，称为“第1模拟”)的结果。图4的横轴表示放大信号RFout1的频率[GHz]，纵轴表示信号损耗[dB]。第1模拟中，将放大信号RFout1的载波频带设为1.710GHz以上2.025GHz以下。在第1模拟中，假设各个匹配电路10、30的低通滤波器40使放大信号RFout1的第3高次谐波分量衰减的情况。标号401表示第1模拟中匹配电路10的信号损耗的模拟结果。标号402表示第1模拟中匹配电路30的信号损耗的模拟结果。图5是放大信号RFout1的第2高次谐波的频带附近的图4的模拟结果的放大图。图6是放大信号RFout1的第3高次谐波的频带附近的图4的模拟结果的放大图。根据图4至图6所示的第1模拟结果可知，通过分离低通滤波器40的接地41和高通滤波器50的接地51，能够对第2高次谐波分量和第3高次谐波分量的信号损耗具有约0.6dB到6.0dB程度的改善。这可认为是由于下述原因而获得的效果，即：由于低通滤波器40的接地41和高通滤波器50的接地51相分离，从而能够抑制低通滤波器40与高通滤波器50之间的干涉。另外，可以明确的是，即使在各匹配电路10、30的低通滤波器40使放大信号RFout1的第2高次谐波分量或第4高次谐波分量以上的高次谐波分量衰减的情况下，匹配电路10的信号损耗与匹配电路30的信号损耗相比更进一步得以改善。
另外，如图7所示那样，匹配电路10的低通滤波器40还可以具备高频终端电路80。高频终端电路80是具备串联连接在信号线路13和接地之间的电容器元件C1和电感器元件L5的LC串联谐振电路。该LC串联谐振电路的串联谐振频率与放大信号RFout1的高次谐波分量(例如，第2高次谐波分量、第3高次谐波分量、或其以上的高次谐波分量)的频率一致。由此，高频终端电路80能够对放大信号RFout1的高次谐波分量进行衰减。
根据实施方式1所涉及的匹配电路10，由于低通滤波器40的接地41与高通滤波器50的接地51相分离，因此能够抑制低通滤波器40与高通滤波器50之间的干涉。若共用接地41、51，则会产生没有通过低通滤波器40的信号经由接地41、51输入高通滤波器50的问题。并且，连接至接地41、51的电路元件越是增加，接地41、51的阻抗增加，从而也会产生无法获得理想的接地的问题。因此，通过对接地41、51进行分离，能够消除没有通过低通滤波器40的信号输入到高通滤波器50的问题。并且，由于接地41、51的分离，能够减少连接至接地41、51的电路元件的数量，能够使接地41、51接近于理想的接地。由此，能够充分得衰减放大信号RFout1的高次谐波分量。
图8是表示本发明的实施方式2所涉及的匹配电路20的电路结构的说明图。实施方式2所涉及的匹配电路20在具备并联谐振电路60这一点上与实施方式1所涉及的匹配电路10不同。匹配电路20具备低通滤波器40、高通滤波器50、输入节点21、输出节点22、以及信号线路23。信号线路23连接输入节点21与输出节点22之间。低通滤波器40具备串联连接至信号线路23的电感器元件L1、以及并联连接在信号线路23与接地之间的电容器元件C1。高通滤波器50具备串联连接至信号线路23的电容器元件C2、以及并联连接在信号线路23与接地之间的电感器元件L2。并联谐振电路60具备串联连接至信号线路23的电感器元件L3、以及串联连接至信号线路23的电容器元件C3。电感器元件L3和电容器元件C3并联连接。并联谐振电路60对放大信号RFout1的高次谐波分量(例如，第2高次谐波分量、第3高次谐波分量、或其以上的高次谐波分量)进行衰减。并联谐振电路60也可以对与低通滤波器40进行衰减的高次谐波分量不同的高次谐波分量进行衰减。实施方式2所涉及的匹配电路20在低通滤波器40的接地与高通滤波器50的接地相分离这一点上与实施方式1所涉及的匹配电路10是相同的。
图9表示各个匹配电路10、20的信号损耗的模拟(以下，称为第2模拟)的结果。”图9的横轴表示放大信号RFout1的频率[GHz]，纵轴表示信号损耗[dB]。第2模拟中，将放大信号RFout1的载波频带设为1.710GHz以上2.025GHz以下。在第2模拟中，假设各个匹配电路10、20的低通滤波器40使放大信号RFout1的第3高次谐波分量衰减的情况。并且，在第2模拟中，假设并联谐振电路60使放大信号RFout1的第2高次谐波分量衰减的情况。标号801表示第2模拟中实施方式2所涉及的匹配电路20的信号损耗的模拟结果。标号802表示第2模拟中实施方式1所涉及的匹配电路10的信号损耗的模拟结果。图10是放大信号RFout1的第2高次谐波的频带附近的图9的模拟结果的放大图。图11是放大信号RFout1的第3高次谐波的频带附近的图9的模拟结果的放大图。根据图9至图11所示的第2模拟的结果可知，使用并联谐振电路60能够使第2高次谐波分量急剧地进行衰减，使用低通滤波器40能够使第3高次谐波分量平缓地进行衰减。尤其可知，通过增加并联谐振电路60，能够对第2高次谐波分量的信号损耗进行约5dB到12dB程度的改善。此外，根据实施方式2所涉及的匹配电路20，能够减少载波频带的信号损耗。
图12表示各个匹配电路10、20的信号损耗的其他模拟(以下，称为“第3模拟”)的结果。图12的横轴表示放大信号RFout1的频率[GHz]，纵轴表示信号损耗[dB]。第3模拟中，将放大信号RFout1的载波频带设为1.710GHz以上2.025GHz以下。在第3模拟中，假设匹配电路10、20的低通滤波器40使放大信号RFout1的第2高次谐波分量衰减的情况。并且，在第3模拟中，假设并联谐振电路60使放大信号RFout1的第3高次谐波分量衰减的情况。标号1101表示第3模拟中实施方式2的匹配电路20的信号损耗的模拟结果。标号1102表示第3模拟中实施方式1的匹配电路10的信号损耗的模拟结果。图13是放大信号RFout1的第2高次谐波的频带附近的图12的模拟结果的放大图。图14是放大信号RFout1的第3高次谐波的频带附近的图11的模拟结果的放大图。根据图12至图14所示的第3模拟的结果可知，实施方式2的匹配电路20与实施方式1的匹配电路10相比，能够在宽频带中对第2高次谐波分量和第3高次谐波分量进行衰减。
另外，如图15所示那样，匹配电路20的低通滤波器40还可以具备高频终端电路80。高频终端电路80是具备串联连接在信号线路13和接地之间的电容器元件C1和电感器元件L5的LC串联谐振电路。该LC串联谐振电路的串联谐振频率与放大信号RFout1的高次谐波分量(例如，第2高次谐波分量、第3高次谐波分量、或其以上的高次谐波分量)的频率一致。由此，高频终端电路80能够对放大信号RFout1的高次谐波分量进行衰减。例如，低通滤波器40的高频终端电路80对放大信号RFout1的第3高次谐波分量进行衰减，并联谐振电路60对放大信号RFout1的第2高次谐波分量进行衰减。或者，低通滤波器40的高频终端电路80对放大信号RFout1的第2高次谐波分量进行衰减，并联谐振电路60对放大信号RFout1的第3高次谐波分量进行衰减。
根据实施方式2的匹配电路20，低通滤波器40对放大信号RFout1的第3高次谐波分量进行衰减，并联谐振电路60对放大信号RFout1的第2高次谐波分量进行衰减。由此，能够急剧地对第2高次谐波分量进行衰减，并且能够平缓地对第3高次谐波分量进行衰减，由此能够在宽频带内使高次谐波分量衰减。并且，还能减少载波频带中的信号损耗。根据实施方式2的匹配电路20，低通滤波器40对放大信号RFout1的第2高次谐波分量进行衰减，并联谐振电路60也可对放大信号RFout1的第3高次谐波分量进行衰减。由此，能够在宽频带内对第2高次谐波分量和第3高次谐波分量进行衰减。
图16是表示本发明的实施方式3所涉及的匹配电路100的电路结构的说明图。实施方式3的匹配电路100与实施方式1的匹配电路10的不同点在于，构成低通滤波器40的电容器元件C1由N个电容器元件C11，C12，…，C1N的并联连接电路构成。这里，N为2以上的整数。多个电容器元件C11，C12，…，C1N并联连接在低通滤波器40的接地与信号线路13之间，它们可等效地看作是单一的电容器元件C1。这里，实施方式3的匹配电路100的各电容器元件C11、C12、…、C1N的电容值被选择为使得多个电容器元件C11、C12、…、C1N的合成电容值与实施方式1的匹配电路10的电容器元件C1的电容值等效。例如，各电容器元件C11、C12、…、C1N的电容值是实施方式1的匹配电路10的电容器元件C1的电容值的1/N。
图17表示匹配电路10、100的信号损耗的模拟结果。图17的横轴表示放大信号RFout1的频率[GHz]，纵轴表示信号损耗[dB]。在该模拟中，将放大信号RFout1的载波频带设为1.710GHz以上2.025GHz以下。标号1701表示实施方式1的匹配电路10的信号损耗的模拟结果。标号1702表示N＝2时的实施方式3的匹配电路100的信号损耗的模拟结果。图18是载波频带附近的图17的模拟结果的放大图。根据这些模拟结果可知，与由单一的电容器元件构成电容器元件C1的情况相比，通过利用电容值相等的两个电容器元件构成电容器元件C1能够对载波频带下的信号损耗进行0.101dB的改善。这可认为是由于下述原因而获得的效果，即：通过利用电容值相等的两个电容器元件构成电容器元件C1，低通滤波器40的***损耗减少，Q值(Quality factor：品质因素)提高。
图19表示N＝2、3时的匹配电路100的信号损耗的模拟结果。图19的横轴表示放大信号RFout1的频率[GHz]，纵轴表示信号损耗[dB]。在该模拟中，将放大信号RFout1的载波频带设为1.710GHz以上2.025GHz以下。标号1703表示N＝3时的实施方式3的匹配电路100的信号损耗的模拟结果。图20是载波频带附近的图19的模拟结果的放大图。根据这些模拟结果可知，与由电容值相等的两个电容器元件构成电容器元件C1的情况相比，利用电容值相等的三个电容器元件构成电容器元件C1能够对载波频带下的信号损耗进行0.015dB的改善。
图21表示N＝3、4时的匹配电路100的信号损耗的模拟结果。图21的横轴表示放大信号RFout1的频率[GHz]，纵轴表示信号损耗[dB]。在该模拟中，将放大信号RFout1的载波频带设为1.710GHz以上2.025GHz以下。标号1704表示N＝4时的实施方式3的匹配电路100的信号损耗的模拟结果。图22是载波频带附近的图21的模拟结果的放大图。根据这些模拟结果可知，与由电容值相等的三个电容器元件构成电容器元件C1的情况相比，利用电容值相等的四个电容器元件构成电容器元件C1能够对载波频带下的信号损耗进行0.016dB的改善。
图23表示N＝4、5时的匹配电路100的信号损耗的模拟结果。图23的横轴表示放大信号RFout1的频率[GHz]，纵轴表示信号损耗[dB]。在该模拟中，将放大信号RFout1的载波频带设为1.710GHz以上2.025GHz以下。标号1705表示N＝5时的实施方式3的匹配电路100的信号损耗的模拟结果。图24是载波频带附近的图23的模拟结果的放大图。根据这些模拟结果可知，无论是利用电容值相等的四个电容器元件构成电容器元件C1的情况，还是利用电容值相等的五个电容器元件构成电容器元件C1的情况，载波频带下的信号损耗几乎没有改变。
表1表示构成电容器C1的电容器元件的个数从1变化到5时的载波频带(1.71GHz、1.86GHz、1.91GHz、2.01GHz)的信号损耗[dB]。图25将表1的结果表示为图表。图25的横轴表示构成电容器元件C1的电容器元件的个数，纵轴表示信号损耗[dB]。
[表1]
| 1个 | 2个 | 3个 | 4个 | 5个 | |
| 1.71GHz | -1.075 | -1.015 | -1.016 | -1.004 | -1.008 |
| 1.86GHz | -1.041 | -0.97 | -0.964 | -0.951 | -0.953 |
| 1.91GHz | -1.055 | -0.976 | -0.968 | -0.954 | -0.955 |
| 2.01GHz | -1.155 | -1.014 | -0.999 | -0.983 | -0.98 |
另外，构成实施方式2的匹配电路20的低通滤波器40的电容器元件C1也可以由N个电容器元件C11、C12、…、C1N的并联连接电路构成。该情况下，也可以设为低通滤波器40对放大信号RFout1的第3高次谐波分量进行衰减，并联谐振电路60对放大信号RFout1的第2高次谐波分量进行衰减。或者，还可以设为低通滤波器40对放大信号RFout1的第2高次谐波分量进行衰减，并联谐振电路60对放大信号RFout1的第3高次谐波分量进行衰减。
此外，构成低通滤波器40的电感器元件L1可以由被等效地看作为单一的电感器元件L1的多个电感器元件的并联连接电路构成。同样地，构成高通滤波器50的电容器元件C2也可以由被等效地看作为单一的电容器元件C2的多个电容器元件的并联连接电路构成。同样地，构成高通滤波器50的电感器元件L2还可以由被等效地看作为单一的电感器元件L2的多个电感器元件的并联连接电路构成。
以上所说明的实施方式用于方便理解本发明，而并不用于限定并解释本发明。本发明在不脱离其发明思想的前提下，可以进行变更或改良，并且本发明中也包含其等效发明。即，本领域技术人员对实施方式进行了适当设计变更后得到的发明，只要具备本发明的特征，那么也包含在本发明的范围中。实施方式所具备的各电路元件及其配置等并不限于例示的情况，可适当进行变更。例如，“电路元件A连接至电路元件B”不只包含电路元件A直接与电路元件B连接的情况，还包含在电路元件A与电路元件B之间经由电路元件C(例如开关元件)选择性地确立信号路径的情况。此外，实施方式所具备的各电路元件只要在技术上能够实现就可进行组合，组合这些电路元件而得到的结构只要包含本发明的特征，那么也包含在本发明的范围内。
标号说明
10、20、30、100…匹配电路
11、21、31、71…输入节点
12、22、32、72…输出节点
13、23、33、73…信号线路
40…低通滤波器
50…高通滤波器
60…并联谐振电路
70…放大器
301、302…布线图案
41、51…接地
Tr…晶体管
L1、L2、L3、L4…电感器元件
C1、C2、C3、C4…电容器元件
Claims (6)
1.一种匹配电路，该匹配电路对放大输入信号并输出放大信号的放大器的输出阻抗进行匹配，该匹配电路的特征在于，包括：
低通滤波器；以及
高通滤波器，
所述低通滤波器的接地与所述高通滤波器的接地将所述匹配电路的布线图案夹在中间而相分离。
2.如权利要求1所述的匹配电路，其特征在于，
还包括并联谐振电路，
所述低通滤波器对所述放大信号的第3高次谐波分量进行衰减，
所述并联谐振电路对所述放大信号的第2高次谐波分量进行衰减。
3.如权利要求2所述的匹配电路，其特征在于，
所述低通滤波器具备对所述放大信号的第3高次谐波分量进行衰减的LC串联谐振电路。
4.如权利要求1所述的匹配电路，其特征在于，
还包括并联谐振电路，
所述低通滤波器对所述放大信号的第2高次谐波分量进行衰减，
所述并联谐振电路对所述放大信号的第3高次谐波分量进行衰减。
5.如权利要求4所述的匹配电路，其特征在于，
所述低通滤波器具备对所述放大信号的第2高次谐波分量进行衰减的LC串联谐振电路。
6.如权利要求1、2、4的任一项所述的匹配电路，其特征在于，
所述低通滤波器具备串联连接至所述低通滤波器的信号线路的电感器元件， 以及并联连接在所述低通滤波器的接地与所述信号线路之间的多个电容器元件， 即可等效看作为单一的电容器元件的多个电容器元件。
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