CN116032226A - 一种5g通信***和基于堆叠结构宽带差分的功率放大器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种5G通信***和基于堆叠结构宽带差分的功率放大器，该功率放大器包括依次连接的输入匹配模块、驱动放大模块、级间匹配模块、功率放大模块和输出匹配模块，级间匹配模块包括单输入端口和双输出端口，输出匹配模块包括双输入端口和单输出端口。该功率放大器通过具有堆叠结构的驱动放大模块和功率放大模块克服了该功率放大器中功率管低击穿电压的缺点，通过驱动放大模块的单端输入输出以及功率放大模块的差分结构，减轻该功率放大器由于差分结构带来的相位不平衡影响；也通过功率放大模块的两端均采用差分堆叠结构而提高该功率放大器的输出功率，通过级间匹配模块和输出匹配模块提高该功率放大器的宽带匹配成功率。

Description

一种5G通信***和基于堆叠结构宽带差分的功率放大器

技术领域

本申请涉及放大器技术领域，尤其涉及一种5G通信***和基于堆叠结构宽带差分的功率放大器。

背景技术

随着通信产业迅速发展，对于通信技术的要求也随之增加，超高数据速率通信已然成为通信技术的一大热点。人们开始关注毫米波频带中分配的可用带宽，为了更好地利用毫米波频带，第五代新无线电标准化已推动了无线通信***的发展。根据3GPP协议规定，频率范围标准为26GHz、28GHz、39 GHz、n257频带（26.50至29.50GHz）、n258频带（24.25至27.50GHz）和n260频带（37至40GHz）附近分配的多个频带。因此，对于毫米波5G通信***的技术发展显得十分迫切和关键。

毫米波5G通信***中的功率放大器决定整个通信***的输出功率，但由于输出功率和电路效率存在权衡关系。对此，设计一款高效率和高功率的毫米波宽带功率放大器具有很大挑战。目前采用SOI CMOS管制作功率放大器，但该类的功率放大器存在击穿电压有限、器件可用增益低等问题。

发明内容

本申请实施例提供了一种5G通信***和基于堆叠结构宽带差分的功率放大器，用于解决现有采用SOI CMOS管制作的功率放大器存在低击穿电压和输出功率低的技术问题。

为了实现上述目的，本申请实施例提供如下技术方案：

一种基于堆叠结构宽带差分的功率放大器，包括依次连接的输入匹配模块、驱动放大模块、级间匹配模块、功率放大模块和输出匹配模块，所述级间匹配模块包括单输入端口和双输出端口，所述输出匹配模块包括双输入端口和单输出端口；

所述输入匹配模块，用于采用T型匹配网络对输入的射频信号处理，得到匹配输入信号；

所述驱动放大模块，用于对所述匹配输入信号进行增益处理，得到增益信号；

所述级间匹配模块，用于采用匹配网络对所述增益信号进行宽带匹配处理，得到匹配增益信号；

所述功率放大模块，用于对所述匹配增益信号进行功率放大处理，得到功率放大后的放大信号；

所述输出匹配模块，用于输出与负载匹配的通信信号。

优选地，所述功率放大模块包括具有堆叠结构的第一差分子模块和第二差分子模块，所述第一差分子模块包括第三开关管、第四开关管、第五开关管和第一输出端，所述第三开关管的第一端与所述双输出端口的第一端口连接，所述双输出端口的第二端口与所述第二差分子模块连接，所述第三开关管的第二端与所述第四开关管的第三端连接，所述第四开关管的第二端与所述第五开关管的第三端连接，所述第五开关管的第二端作为第一输出端，所述第四开关管的第一端通过第三电阻与所述输出匹配模块的第三直流偏置电源连接，所述第四开关管的第一端还通过第六电容接地，所述第五开关管的第一端通过第四电阻与所述输出匹配模块的第三直流偏置电源连接，所述第五开关管的第一端还通过第七电容接地，所述第三开关管的第三端接地。

优选地，所述第二差分子模块包括第六开关管、第七开关管、第八开关管和第二输出端，所述第六开关管的第一端与所述双输出端口的第二端口连接，所述第六开关管的第二端与所述第七开关管的第三端连接，所述第七开关管的第二端与所述第八开关管的第三端连接，所述第八开关管的第二端作为第二输出端，所述第七开关管的第一端通过第五电阻与所述输出匹配模块的第三直流偏置电源连接，所述第七开关管的第一端还通过第八电容接地，所述第八开关管的第一端通过第六电阻与所述输出匹配模块的第三直流偏置电源连接，所述第八开关管的第一端还通过第九电容接地，所述第六开关管的第三端接地。

优选地，所述功率放大模块输出的功率为所述第五开关管的第二端输出最大电压的平方与两倍所述第五开关管的第二端输出阻抗的比值。

优选地，所述驱动放大模块包括与所述输入匹配模块输出端连接的第一开关管和与所述第一开关管的第二端连接的第二开关管，所述第二开关管的第一端通过第一电阻与所述级间匹配模块的第一直流偏置电源连接，所述第二开关管的第一端还通过第三电容接地，所述第一开关管的第三端接地，所述第一开关管的第一端通过第二电阻与所述级间匹配模块的第一直流偏置电源连接。

优选地，所述级间匹配模块的匹配网络包括第一变压器，所述第一变压器的第一端与所述驱动放大模块的输出端连接，所述第一变压器的第一端与所述驱动放大模块的输出端连接之间并联有第四电容，所述第一变压器的第一端作为所述单输入端口，所述第一变压器的第二端作为输出所述级间匹配模块的第一直流偏置电源的端口，所述第一变压器的第三端接地，所述第一变压器的第四端作为所述双输出端口的第一端口，所述第一变压器的第六端作为所述双输出端口的第二端口，所述第一变压器的第五端作为输出所述级间匹配模块的第二直流偏置电源的端口，所述第二直流偏置电源用于给所述功率放大模块的第三开关管和第六开关管提供电源；所述第一变压器的第四端和所述第六端上并联有第五电容。

优选地，所述输出匹配模块包括第二变压器，所述第二变压器的第一端作为所述双输入端口的第一端口，所述第二变压器的第三端作为所述双输入端口的第二端口，所述双输入端口还与第十电容并联连接，所述第二变压器的第二端作为所述输出匹配模块输出的第三直流偏置电源的端口，所述第二变压器的第五端接地，所述第二变压器的第四端与所述单输出端口连接。

优选地，所述第二变压器的第四端与所述单输出端口之间设置有第十一电容和第十二电容，所述第十一电容分别与所述第二变压器的第四端和所述第十二电容连接，所述第十二电容与所述单输出端口连接。

优选地，所述输入匹配模块的T型匹配网络包括第一电容、第二电容和第一电感，所述第一电容的第一端与射频信号的输入端连接，所述第一电容的第二端分别与所述第二电容的第一端和所述第一电感的第一端连接，所述第二电容的第二端与所述驱动放大模块连接，所述第一电感的第二端接地。

本申请还提供一种5G通信***，包括上述所述的基于堆叠结构宽带差分的功率放大器。

从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：该5G通信***和基于堆叠结构宽带差分的功率放大器，该基于堆叠结构宽带差分的功率放大器包括依次连接的输入匹配模块、驱动放大模块、级间匹配模块、功率放大模块和输出匹配模块，级间匹配模块包括单输入端口和双输出端口，输出匹配模块包括双输入端口和单输出端口。该基于堆叠结构宽带差分的功率放大器通过具有堆叠结构的驱动放大模块和功率放大模块克服了该功率放大器中功率管低击穿电压的缺点，通过驱动放大模块的单端输入输出以及功率放大模块的差分结构，减轻该功率放大器由于差分结构带来的相位不平衡影响；也通过功率放大模块的两端均采用差分堆叠结构而提高该功率放大器的输出功率，通过级间匹配模块和输出匹配模块提高该功率放大器的宽带匹配成功率，解决了现有采用SOI CMOS管制作的功率放大器存在低击穿电压和输出功率低的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本申请实施例所述的基于堆叠结构宽带差分的功率放大器的框架示意图；

图2为本申请实施例所述的基于堆叠结构宽带差分的功率放大器的电路原理示意图；

图3为本申请实施例所述的基于堆叠结构宽带差分的功率放大器中堆叠结构与输出功率的折线图；

图4为本申请实施例所述的基于堆叠结构宽带差分的功率放大器中级间匹配模块的匹配网络等效图。

具体实施方式

为使得本申请的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而非全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请提出一种5G通信***和基于堆叠结构宽带差分的功率放大器，用于解决了现有采用SOI CMOS管制作的功率放大器存在低击穿电压和输出功率低的技术问题。在本实施例中，该基于堆叠结构宽带差分的功率放大器中所有的开关管均可以选为三极管、场效应管、晶闸管或IGBT管等晶体管。开关管的第一端为晶体管的栅极，开关管的第二端为晶体管的漏极，开关管的第三端为源极。

实施例一：

图1为本申请实施例所述的基于堆叠结构宽带差分的功率放大器的框架示意图，图2为本申请实施例所述的基于堆叠结构宽带差分的功率放大器的电路原理示意图。

如图1所示，本申请提供一种基于堆叠结构宽带差分的功率放大器，包括依次连接的输入匹配模块10、驱动放大模块20、级间匹配模块30、功率放大模块40和输出匹配模块50，级间匹配模块30包括单输入端口和双输出端口，输出匹配模块50包括双输入端口和单输出端口。

需要说明的是，输入的射频信号连接到输入匹配模块10的输入端，输入匹配模块10的输出端与驱动放大模块20的输入端连接，驱动放大模块20的输出端与级间匹配模块30的输入端连接，级间匹配模块30的输出端与功率放大模块40的输入端连接，功率放大模块40的输出端与输出匹配模块50的输入端连接，输出匹配模块50的输出端与负载连接。单输入端口输入的信号是单端信号，双输出端口输出的信号是差分信号，双输入端口输入的信号是 差分信号，单输出端口输出的信号是单端信号。

在本申请实施例中，输入匹配模块10用于采用T型匹配网络对输入的射频信号处理，得到匹配输入信号。

如图2所示，需要说明的是，输入匹配模块10的T型匹配网络包括第一电容C1、第二电容C2和第一电感L1，第一电容C1的第一端与射频信号的输入端RFIN连接，第一电容C1的第二端分别与第二电容C2的第一端和第一电感L1的第一端连接，第二电容C2的第二端与驱动放大模块20的输入端连接，第一电感L1的第二端接地。在本实施例中，第二电容C2的第二端输出匹配输入信号至驱动放大模块20。其中，输入匹配模块10采用T型匹配网络降低输入端RFIN输入射频信号的回损，输入匹配模块10的第一电容C1参与匹配并起到隔断直流的作用。

在本申请实施例中，驱动放大模块20用于对匹配输入信号进行增益处理，得到增益信号。

需要说明的是，该基于堆叠结构宽带差分的功率放大器采用堆叠结构的驱动放大模块，由于驱动放大模块20主要作用是为功率放大模块40提供增益，从而提高该基于堆叠结构宽带差分的功率放大器的效率同时保证高增益。

在本申请实施例中，级间匹配模块30用于采用匹配网络对增益信号进行宽带匹配处理，得到匹配增益信号。

需要说明的是，级间匹配模块30采用匹配网络对增益信号进行处理，能够减少该基于堆叠结构宽带差分的功率放大器中电容电感元件的使用，提高该基于堆叠结构宽带差分的功率放大器版图面积的利用率，还能很好地解决级间匹配窄带问题，提高宽带匹配成功率。

在本申请实施例中，功率放大模块40用于对匹配增益信号进行功率放大处理，得到功率放大后的放大信号。

需要说明的是，该基于堆叠结构宽带差分的功率放大器采用差分结构的功率放大模块40降低其寄生电感带来增益减少的问题。

在本申请实施例中，输出匹配模块50用于输出与负载匹配的通信信号。

在本申请实施例中，该基于堆叠结构宽带差分的功率放大器通过单端堆叠结构的驱动放大模块、变压器耦合的级间匹配模块、功率放大模块的配合使用，从而提高该功率放大器的输出功率；采用级间匹配模块拓宽该功率放大器的频带，可以提供更多的设计自由度，且仅占与单个电感相似的版图面积，能取代传统的电容电感元件匹配。

本申请提供的基于堆叠结构宽带差分的功率放大器，包括依次连接的输入匹配模块、驱动放大模块、级间匹配模块、功率放大模块和输出匹配模块，级间匹配模块包括单输入端口和双输出端口，输出匹配模块包括双输入端口和单输出端口。该基于堆叠结构宽带差分的功率放大器通过具有堆叠结构的驱动放大模块和功率放大模块克服了该功率放大器中功率管低击穿电压的缺点，通过驱动放大模块的单端输入输出以及功率放大模块的差分结构，减轻该功率放大器由于差分结构带来的相位不平衡影响；也通过功率放大模块的两端均采用差分堆叠结构而提高该功率放大器的输出功率，通过级间匹配模块和输出匹配模块提高该功率放大器的宽带匹配成功率，解决了现有采用SOI CMOS管制作的功率放大器存在低击穿电压和输出功率低的技术问题。

如图2所示，在本申请的一个实施例中，功率放大模块40包括具有堆叠结构的第一差分子模块和第二差分子模块，第一差分子模块包括第三开关管Q3、第四开关管Q4、第五开关管Q5和第一输出端，第三开关管Q3的第一端与双输出端口的第一端口连接，双输出端口的第二端口与第二差分子模块连接，第三开关管Q3的第二端与第四开关管Q3的第三端连接，第四开关管Q4的第二端与第五开关管Q5的第三端连接，第五开关管Q5的第二端作为第一输出端，第四开关管Q4的第一端通过第三电阻R3与输出匹配模块50的第三直流偏置电源连接，第四开关管Q4的第一端还通过第六电容C6接地，第五开关管Q5的第一端通过第四电阻R4与输出匹配模块50的第三直流偏置电源连接，第五开关管Q5的第一端还通过第七电容C7接地，第三开关管Q3的第三端接地。第二差分子模块包括第六开关管Q6、第七开关管Q7、第八开关管Q8和第二输出端，第六开关管Q6的第一端与双输出端口的第二端口连接，第六开关管Q6的第二端与第七开关管Q7的第三端连接，第七开关管Q7的第二端与第八开关管Q8的第三端连接，第八开关管Q8的第二端作为第二输出端，第七开关管Q7的第一端通过第五电阻R5与输出匹配模块50的第三直流偏置电源连接，第七开关管Q7的第一端还通过第八电容C8接地，第八开关管Q8的第一端通过第六电阻R6与输出匹配模块50的第三直流偏置电源连接，第八开关管Q8的第一端还通过第九电容C9接地，第六开关管Q6的第三端接地。

需要说明的是，第三直流偏置电源是由输出匹配模块50的电源连接端VD2提供的。级间匹配模块的双输出端口输出差分信号分别连接第三开关管Q3和第六开关管Q6的栅极，第三开关管Q3和第六开关管Q6的源级相连，第三开关管Q3和第六开关管Q6的漏极分别连接第四开关管Q4和第七开关管Q7的源级，第四开关管Q4和第七开关管Q7的栅极分别连接第六电容C6、第三电阻R3和第八电容C8、第五电阻R5，其中第三电阻R3另外一端连接直流偏置VG4，第五电阻R5另一端连接直流偏置VG6。第四开关管Q4和第七开关管Q7的漏极分别连接第五开关管Q5、第八开关管Q8的源级，第五开关管Q5和第八开关管Q8的栅极分别连接第七电容C7、第四电阻R4和电容C9、电阻R6，其中电阻R4另外一端连接直流偏置VG5，第六电阻R6另一端连接直流偏置VG7。第五开关管Q5和第八开关管Q8的漏极分别输出差分信号，并连接到输出匹配模块50的输入端。输出匹配模块50的变压器中心抽头第二端k连接电源连接端VD2，为功率放大模块40提供直流偏置VG4、直流偏置VG5、直流偏置VG6和直流偏置VG7。在本实施例中，功率放大模块40采用差分结构，差分结构让第三开关管Q3和第六开关管Q6的源级相连形成交流虚地，降低第三开关管Q3和第六开关管Q6的源级因寄生电感而带来增益减少的影响。

图3为本申请实施例所述的基于堆叠结构宽带差分的功率放大器中堆叠结构与输出功率的折线图。

如图2所示，在本申请实施例中，功率放大模块40输出的功率为第五开关管Q5的第二端输出最大电压的平方与两倍第五开关管Q5的第二端输出阻抗的比值。

需要说明的是，由于现有功率放大器的SOI CMOS功率管的击穿电压有限，该基于堆叠结构宽带差分的功率放大器的功率放大模块40采用多个开关管构成堆叠结构提高开关管的直流栅压，缓解击穿机制，从而提供更多开关管的漏极电压摆幅，达到提高输出功率的目的。功率放大模块40的输出功率Pout的表达式为：Pout=VDD²/2RL，VDD为第五开关管Q5的第二端输出最大电压，RL为第五开关管Q5的第二端输出阻抗。在本实施例中，功率放大模块40转给你堆叠结构的输出饱和功率Psat和最大功率附加效率PAEmax存在一个权衡关系，其趋势如图3所示，堆叠较多的开关管会输出更大的饱和功率，但也导致电路的最大功率附加效率下降，在权衡后，选择在功率放大模块40的差分子模块采用三个开关管进行堆叠，保证足够大的输出功率同时也有合适的功率附加效率。

如图2所示，在本申请的一个实施例中，驱动放大模块20包括与输入匹配模块10输出端连接的第一开关管Q1和与第一开关管Q1的第二端连接的第二开关管Q2，第二开关管Q2的第一端通过第一电阻R1与级间匹配模块30的第一直流偏置电源连接，第二开关管Q2的第一端还通过第三电容C3接地，第一开关管Q1的第三端接地，第一开关管Q1的第一端通过第二电阻R2与级间匹配模块30的第一直流偏置电源连接。

需要说明的是，第一直流偏置电源是由级间匹配模块30的电源连接端VD1提供的。输入匹配模块10输出端连接第一开关管Q1的栅极，同时第一开关管Q1栅极连接第二电阻R2，第二电阻R2另外一端连接直流偏置VG1。第一开关管Q1的漏极连接到第二开关管Q2的源极，第二开关管Q2的栅极连接了第一电阻R1和第三电容C3，其中第一电阻R1另外一端连接直流偏置VG2，第二开关管Q2的漏极连接到级间匹配模块30的输入端。其中，级间匹配模块30的变压器中心抽头第二端E连接直流偏执VD1，为驱动放大模块20提供直流偏置VG1和直流偏置VG2。

如图2所示，在本申请的一个实施例中，级间匹配模块30的匹配网络包括第一变压器T1，第一变压器T1的第一端A与驱动放大模块20的输出端连接，第一变压器T1的第一端A与驱动放大模块20的输出端连接之间并联有第四电容C4，第一变压器T1的第一端A作为单输入端口，第一变压器T1的第二端E作为输出级间匹配模块30的第一直流偏置电源的端口，第一变压器T1的第三端B接地，第一变压器T1的第四端C作为双输出端口的第一端口，第一变压器T1的第六端D作为双输出端口的第二端口，第一变压器T1的第五端F作为输出级间匹配模块30的第二直流偏置电源的端口，第二直流偏置电源用于给功率放大模块40的第三开关管Q3和第六开关管Q6提供电源；第一变压器T1的第四端C和第六端D上并联有第五电容C5。

需要说明的是，驱动放大模块20的输出经过并联第四电容C4连接到第一变压器T1的第一端A，而第一变压器T1的第三端B接地。第一变压器T1的中心抽头第二端E为驱动放大模块20的第一开关管Q1和第二开关管Q2提供直流偏置VD1，第一变压器T1的第五端F为功率放大模块40的第三开关管Q3和第四开关管Q4的栅极提供直流偏置VG3，通过第一变压器T1使增益信号从单输入端口输入转换为差分双端的匹配增益信号并分别从第四端C和第六端D输出，差分的匹配增益信号分别通过第五电容C5输出到功率放大模块40。

图4为本申请实施例所述的基于堆叠结构宽带差分的功率放大器中级间匹配模块的匹配网络等效图。

如图4所示，在本申请实施例中，第一变压器T1可以等效为一个T型网络，第一变压器T1的初次级线圈电感值分别为Lp和Ls。两个线圈之间的互感值等效为并联电感Lm，其中第一变压器T1的串联电感L1'等效为初级线圈电感Lp减去并联电感Lm，即L1'=Lp-Lm，第一变压器T1的串联电感L2'等效为次级线圈电感Ls减去并联电感Lm，即L2'=Ls-Lm。第一变压器T1的两端增加两个电容C1'和C2'作调谐从而组成级间匹配模块30。

需要说明的是，由图4可知，若第一变压器T1的其中一个线圈的电感值小于互感，这两个串联电感中的一个可以具有负电感，此时负电感实际上起到了电容的作用，也就是说，使用单个第一变压器T1就可以设计一个复杂的匹配网络，不但减少该基于堆叠结构宽带差分的功率放大器电容电感元件的使用，提高该功率放大器版图面积的利用率，还能很好地解决该功率放大器的级间匹配窄带问题，使得该基于堆叠结构宽带差分的功率放大器的宽带匹配成为可能。第一变压器T1增加的第二端E提供直流偏置，不需要额外的直流偏置电路，进一步减少版图面积。

如图2所示，在本申请的一个实施例中，输出匹配模块50包括第二变压器T2，第二变压器T2的第一端G作为双输入端口的第一端口，第二变压器T2的第三端H作为双输入端口的第二端口，双输入端口还与第十电容C10并联连接，第二变压器T2的第二端K作为输出匹配模块50输出的第三直流偏置电源的端口，第二变压器T1的第五端J接地，第二变压器T2的第四端I与单输出端口连接。第二变压器T2的第四端I与单输出端口之间设置有第十一电容C11和第十二电容C12，第十一电容C11分别与第二变压器T2的第四端I和第十二电容C12连接，第十二电容C12与单输出端口RFOUT连接。

需要说明的是，功率放大模块40的输出的放大信号经过并联第十电容C10分别连接到第二变压器T2的第一端G和第三端H，第二变压器T2的第二端K为功率放大模块40的两端开关管Q4、Q5、Q7、Q8的漏极提供直流偏置VD2，通过第二变压器T2使放大信号从差分双端信号转换为单端信号并分别从第二变压器T2的第四端I输出，第二变压器T2的第五端J接地，第二变压器T2输出的通信信号通过并联第十一电容C11并连接到串联第十二电容C12，最后从单输出端口RFOUT输出通信信号。在本实施例中，输出匹配模块的原理、优势与级间匹配模块一致。由于功率放大模块为输出更大的输出功率，需要的管子较大，最佳负载阻抗较小，变压器不仅可以充当一个匹配网络，还具有阻抗变换的作用，所以输出匹配模块采用一个匝数比为1:2的第二变压器，使得50欧姆的单输出端口RFOUT转换为功率放大模块中开关管的最佳负载阻抗RL，从而提高输出功率。

实施例二：

本申请还提供一种5G通信***，包括上述的基于堆叠结构宽带差分的功率放大器。

需要说明的是，实施例二中基于堆叠结构宽带差分的功率放大器的内容已经实施例一中阐述了，此实施例二中不再对基于堆叠结构宽带差分的功率放大器的内容再次阐述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的***，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的***，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-OnlyMemory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于堆叠结构宽带差分的功率放大器，其特征在于，包括依次连接的输入匹配模块、驱动放大模块、级间匹配模块、功率放大模块和输出匹配模块，所述级间匹配模块包括单输入端口和双输出端口，所述输出匹配模块包括双输入端口和单输出端口；

所述输入匹配模块，用于采用T型匹配网络对输入的射频信号处理，得到匹配输入信号；

所述驱动放大模块，用于对所述匹配输入信号进行增益处理，得到增益信号；

所述级间匹配模块，用于采用匹配网络对所述增益信号进行宽带匹配处理，得到匹配增益信号；

所述功率放大模块，用于对所述匹配增益信号进行功率放大处理，得到功率放大后的放大信号；

所述输出匹配模块，用于输出与负载匹配的通信信号。

2.根据权利要求1所述的基于堆叠结构宽带差分的功率放大器，其特征在于，所述功率放大模块包括具有堆叠结构的第一差分子模块和第二差分子模块，所述第一差分子模块包括第三开关管、第四开关管、第五开关管和第一输出端，所述第三开关管的第一端与所述双输出端口的第一端口连接，所述双输出端口的第二端口与所述第二差分子模块连接，所述第三开关管的第二端与所述第四开关管的第三端连接，所述第四开关管的第二端与所述第五开关管的第三端连接，所述第五开关管的第二端作为第一输出端，所述第四开关管的第一端通过第三电阻与所述输出匹配模块的第三直流偏置电源连接，所述第四开关管的第一端还通过第六电容接地，所述第五开关管的第一端通过第四电阻与所述输出匹配模块的第三直流偏置电源连接，所述第五开关管的第一端还通过第七电容接地，所述第三开关管的第三端接地。

3.根据权利要求2所述的基于堆叠结构宽带差分的功率放大器，其特征在于，所述第二差分子模块包括第六开关管、第七开关管、第八开关管和第二输出端，所述第六开关管的第一端与所述双输出端口的第二端口连接，所述第六开关管的第二端与所述第七开关管的第三端连接，所述第七开关管的第二端与所述第八开关管的第三端连接，所述第八开关管的第二端作为第二输出端，所述第七开关管的第一端通过第五电阻与所述输出匹配模块的第三直流偏置电源连接，所述第七开关管的第一端还通过第八电容接地，所述第八开关管的第一端通过第六电阻与所述输出匹配模块的第三直流偏置电源连接，所述第八开关管的第一端还通过第九电容接地，所述第六开关管的第三端接地。

4.根据权利要求2所述的基于堆叠结构宽带差分的功率放大器，其特征在于，所述功率放大模块输出的功率为所述第五开关管的第二端输出最大电压的平方与两倍所述第五开关管的第二端输出阻抗的比值。

5.根据权利要求1所述的基于堆叠结构宽带差分的功率放大器，其特征在于，所述驱动放大模块包括与所述输入匹配模块输出端连接的第一开关管和与所述第一开关管的第二端连接的第二开关管，所述第二开关管的第一端通过第一电阻与所述级间匹配模块的第一直流偏置电源连接，所述第二开关管的第一端还通过第三电容接地，所述第一开关管的第三端接地，所述第一开关管的第一端通过第二电阻与所述级间匹配模块的第一直流偏置电源连接。

6.根据权利要求1所述的基于堆叠结构宽带差分的功率放大器，其特征在于，所述级间匹配模块的匹配网络包括第一变压器，所述第一变压器的第一端与所述驱动放大模块的输出端连接，所述第一变压器的第一端与所述驱动放大模块的输出端连接之间并联有第四电容，所述第一变压器的第一端作为所述单输入端口，所述第一变压器的第二端作为输出所述级间匹配模块的第一直流偏置电源的端口，所述第一变压器的第三端接地，所述第一变压器的第四端作为所述双输出端口的第一端口，所述第一变压器的第六端作为所述双输出端口的第二端口，所述第一变压器的第五端作为输出所述级间匹配模块的第二直流偏置电源的端口，所述第二直流偏置电源用于给所述功率放大模块的第三开关管和第六开关管提供电源；所述第一变压器的第四端和所述第六端上并联有第五电容。

7.根据权利要求1所述的基于堆叠结构宽带差分的功率放大器，其特征在于，所述输出匹配模块包括第二变压器，所述第二变压器的第一端作为所述双输入端口的第一端口，所述第二变压器的第三端作为所述双输入端口的第二端口，所述双输入端口还与第十电容并联连接，所述第二变压器的第二端作为所述输出匹配模块输出的第三直流偏置电源的端口，所述第二变压器的第五端接地，所述第二变压器的第四端与所述单输出端口连接。

8.根据权利要求7所述的基于堆叠结构宽带差分的功率放大器，其特征在于，所述第二变压器的第四端与所述单输出端口之间设置有第十一电容和第十二电容，所述第十一电容分别与所述第二变压器的第四端和所述第十二电容连接，所述第十二电容与所述单输出端口连接。

9.根据权利要求1所述的基于堆叠结构宽带差分的功率放大器，其特征在于，所述输入匹配模块的T型匹配网络包括第一电容、第二电容和第一电感，所述第一电容的第一端与射频信号的输入端连接，所述第一电容的第二端分别与所述第二电容的第一端和所述第一电感的第一端连接，所述第二电容的第二端与所述驱动放大模块连接，所述第一电感的第二端接地。

10.一种5G通信***，其特征在于，包括如权利要求1-9任意一项所述的基于堆叠结构宽带差分的功率放大器。

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