CN216162675U - 一种差分功率放大器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型实施例公开了一种差分功率放大器，包括依次串联的输入匹配网络、第一级放大电路、第一级间匹配网络、第二级放大电路、第二级间匹配网络、第三级放大电路以及输出匹配网络；其中所述第一级放大电路和第二级放大电路为单端输入单端输出电路，所述第三级放大电路为双路输入双路输出电路，所述第二级间匹配网络包括一个第一变压器T1、第一电容C1、第二电容C2、第一电感L1以及第二电感L2，所述输出匹配网络包括一个第二变压器T2，由此通过将级间匹配网络和输出匹配网络采用变压器来实现，可以有效降低级间匹配难度，可有效优化输入回波损耗和增益，且可以提高输出功率。

Description

一种差分功率放大器
技术领域
本实用新型涉及功率放大器技术领域，尤其涉及一种差分功率放大器。
背景技术
在5G无线通信***中，关键模块是位于发射机末级的射频功率放大器(RF PowerAmplifier)，其作用为将输出信号进行放大，由天线将被放大的信号发出。射频功率放大器直接影响和决定发射机***的输出功率、效率、增益、线性度、工作带宽、反射系数等各项性能指标，从而影响和决定整个5G无线通信***的各项性能指标。现有的传统匹配结构为一个到几个电容电感之间的串并联组合，电容电感的匹配结构目的是使得功率放大器的输入输出端口与50欧姆端口连接时实现阻抗变化，根据不同放大器的需求达到最大增益传输或最大功率传输等效果。现有阻抗匹配多为“Π型”、“T型”、“L型”匹配网络，可根据不同阻抗点选择最适合的匹配结构和匹配器件。
5G移动通信中的射频功率放大器的输出功率要求更大，因此设计和实现高功率需要更多的晶体管，增加了匹配的难度；并且在高频下的电容、电感、电阻将产生较大的寄生效应，导致器件的实际值与理想值有一定差距；由此可知高频下的阻抗匹配将更加困难。在实际设计中，仅使用电容、电感的传统匹配结构，无法将输入回波损耗、增益匹配至一个较好的状态。
实用新型内容
本实用新型实施例提供一种差分功率放大器，能够降低匹配难度，具有较高的增益和输出功率，且可以优化输入回波损耗。
为了解决上述技术问题，本实用新型一方面提供一种差分功率放大器，包括输入匹配网络、第一级放大电路、第一级间匹配网络、第二级放大电路、第二级间匹配网络、第三级放大电路以及输出匹配网络；
其中所述第一级放大电路和第二级放大电路为单端输入单端输出电路，所述第三级放大电路为双路输入双路输出电路，所述第二级间匹配网络包括一个第一变压器T1、第一电容C1、第二电容C2、第一电感L1以及第二电感L2，所述输出匹配网络包括一个第二变压器T2；
所述输入匹配网络的输入端和输出端分别连接单端射频输入信号RFin和第一级放大电路的输入端，所述第一级放大电路的输出端连接所述第一级间匹配网络的输入端，所述第一级间匹配网络的输出端连接所述第二级放大电路的输入端；所述第一变压器T1的两个输入端分别连接所述第二级放大电路的输出端和供电电压Vcc2，将来自所述第二级放大电路的单端信号变为一对差分信号并分别输入至所述第三级放大电路的两个输入端，所述第三级放大电路的两个输出端分别与所述第二变压器T2的两个输入端连接，所述第二变压器T2的一个输出端接地，另一输出端用于输出单端射频输出信号RFout；
所述第一电容C1和第二电容C2的一端分别与所述第一变压器T1的两个输入端连接，所述第一电容C1和第二电容C2的另一端分别接地，所述第一电感L1和所述第二电感L2的一端分别与所述第一变压器T1的两个输出端连接，所述第一电感L1和所述第二电感L2的另一端分别接地。
更进一步地，所述第一级放大电路包括一个第一晶体管Q1，所述第二级放大电路包括一个第二晶体管Q2，所述第三级放大电路包括两个第三晶体管Q3；
所述第一晶体管Q1的基极、集电极和发射极分别与所述输入匹配网络的输出端、所述第一级间匹配网络的输入端以及接地端连接；所述第二晶体管Q2 的基极、集电极和发射极分别与所述第一级间匹配网络的输出端、所述第一变压器T1的一个输入端以及接地端连接；两个所述第三晶体管Q3的基极分别与所述第一变压器T1的两个输出端连接，两个所述第三晶体管Q3的集电极分别与所述第二变压器T2的两个输入端连接，两个所述第三晶体管Q3的发射极分别接地。
更进一步地，所述差分功率放大器还包括连接在所述第一晶体管Q1的集电极和基极之间的负反馈网络，所述负反馈网络包括串联的第一电阻R1和第三电容C3；
所述第一级放大电路还包括第二电阻R2，所述第二电阻R2串联在所述输入匹配网络和所述第一晶体管Q1的基极之间，并与所述负反馈网络并联。
更进一步地，所述第二级间匹配网络还包括第四电容C4、第五电容C5以及第三电感L3；
所述第四电容C4串联在所述第一变压器T1的一个输出端和一个第三晶体管Q3的基极之间，所述第五电容C5串联在所述第一变压器T1的另一个输出端和另一第三晶体管Q3的基极之间，所述第三电感L3串联在所述第一变压器 T1的输入端和供电电压Vcc2之间。
更进一步地，所述输出匹配网络还包括第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8以及第四电感L4；
所述第六电容C6和所述第七电容C7的一端分别与所述第二变压器T2的两个输入端连接，所述第六电容C6和所述第七电容C7的另一端分别接地，所述第八电容C8的一端与所述第二变压器T2中用于接地的输出端连接，所述第八电容C8的另一端接地，所述第四电感L4串联在所述第二变压器T2的用于接地的输出端和地端之间。
更进一步地，所述输入匹配网络包括第九电容C9、第十电容C10、第五电感L5以及第六电感L6；
所述第九电容C9的一端与第五电感L5的一端连接，且连接节点用于输入所述单端射频输入信号RFin，所述第五电感L5的另一端接地，所述第九电容 C9的另一端与所述第十电容C10的一端连接，所述第十电容C10的另一端与所述第一级放大电路的输入端连接，所述第六电感L6的一端连接在所述第九电容C9和第十电容C10之间，所述第六电感L6的另一端接地。
更进一步地，所述第二级放大电路还包括第三电阻R3，所述第三电阻R3 串联在所述第一级间匹配网络的输出端和所述第二级放大电路的输入端之间。
更进一步地，还包括与每个所述晶体管的基极一一对应连接的基极偏置电路；
所述基极偏置电路包括第四晶体管Q4、第五晶体管Q5、第六晶体管Q6、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6以及第十一电容C11；
所述第四晶体管Q4的基极和集电极、所述第五晶体管Q5的基极、所述第四电阻R4的一端以及所述第十一电容C11的一端相连接；所述第四电阻R4 的另一端连接供电电压Vreg，所述第四晶体管Q4的发射极、所述第六晶体管 Q6的集电极和基极相连接，所述第六晶体管Q6的发射极与第五电阻R5的一端连接，所述第五电阻R5的另一端接地，所述第十一电容C11的另一端接地，所述第五晶体管Q5的集电极连接供电电压Vbat，所述第五晶体管Q5的发射极与第六电阻R6的一端连接，所述第六电阻R6的另一端与对应的晶体管的基极连接。
更进一步地，所述第一级间匹配网络包括第七电感L7、第八电感L8、第十四电容C14以及第十五电容C15；
所述第七电感L7的一端和所述第十四电容C14的一端均连接至所述第一级放大电路的输出端，所述第七电感L7的另一端接供电电压Vcc1，所述第十四电容C14的另一端、第八电感L8的一端以及第十五电容C15的一端相连接，所述第十五电容C15的另一端连接第二级放大电路的输入端，所述第八电感L8 的另一端接地。
更进一步地，所述第一变压器T1和所述第二变压器T2均为互绕对称式变压器。
有益效果：本实用新型的差分功率放大器中，包括输入匹配网络、第一级放大电路、第一级间匹配网络、第二级放大电路、第二级间匹配网络、第三级放大电路以及输出匹配网络；其中所述第二级间匹配网络包括一个第一变压器 T1、第一电容C1、第二电容C2、第一电感L1以及第二电感L2，所述输出匹配网络包括一个第二变压器T2，所述第一电容C1和第二电容C2的一端分别与所述第一变压器的两个输入端连接，所述第一电容C1和第二电容C2的另一端分别接地，所述第一电感L1和所述第二电感L2的一端分别与所述第一变压器的两个输出端连接，所述第一电感L1和所述第二电感L2的另一端分别接地，由此通过将级间匹配网络和输出匹配网络采用变压器来实现，可以有效降低级间匹配难度，可有效优化输入回波损耗和增益，同时可以提高输出功率，且通过电容C1和C2、电感L1和L2的作用，可以增加变压器的匹配带宽，且可以降低变压器匹配的插损。
附图说明
下面结合附图，通过对本实用新型的具体实施方式详细描述，将使本实用新型的技术方案及其有益效果显而易见。
图1是本实用新型实施例提供的差分功率放大器的电路图；
图2是本实用新型实施例提供的基极偏置电路的电路图；
图3是本实用新型实施例提供的对称互绕变压器的原理图；
图4是本实用新型实施例提供的对称互绕变压器的版图；
图5是本实用新型实施例提供的差分功率放大器的小信号的仿真波形图；
图6是本实用新型实施例提供的差分功率放大器的大信号的仿真波形图。
具体实施方式
请参照图式，其中相同的组件符号代表相同的组件，本实用新型的原理是以实施在一适当的运算环境中来举例说明。以下的说明是基于所例示的本实用新型具体实施例，其不应被视为限制本实用新型未在此详述的其它具体实施例。
参阅图1，本实用新型实施例在的差分功率放大器100中，包括依次串联连接的输入匹配网络11、第一级放大电路12、第一级间匹配网络13、第二级放大电路14、第二级间匹配网络15、第三级放大电路16以及输出匹配网络17。
其中，所述第一级放大电路12和第二级放大电路14为单端输入单端输出电路，即第一级放大电路12和第二级放大电路14都是具有一个输入端和一个输出端的电路，所述第三级放大电路16为双路输入双路输出电路。所述第二级间匹配网络15包括一个第一变压器T1、第一电容C1、第二电容C2、第一电感L1以及第二电感L2，所述输出匹配网络17包括一个第二变压器T2。
其中，所述输入匹配网络11的输入端和输出端分别连接单端射频输入信号 RFin和第一级放大电路12的输入端，所述第一级放大电路12的输出端连接所述第一级间匹配网络13的输入端，所述第一级间匹配网络13的输出端连接所述第二级放大电路14的输入端；所述第一变压器T1的两个输入端分别连接所述第二级放大电路14的输出端和供电电压Vcc2，将来自所述第二级放大电路 14的单端信号变为一对差分信号并分别输入至所述第三级放大电路16的两个输入端，所述第三级放大电路16的两个输出端分别与所述第二变压器T2的两个输入端连接，所述第二变压器T2的一个输出端接地，另一输出端用于输出单端射频输出信号RFout。
其中，所述第一电容C1和第二电容C2的一端分别与所述第一变压器T1 的两个输入端连接，所述第一电容C1和第二电容C2的另一端分别接地，所述第一电感L1和所述第二电感L2的一端分别与所述第一变压器T1的两个输出端连接，所述第一电感L1和所述第二电感L2的另一端分别接地。其中，所述第一电感L1和第二电感L2可采用相同的电感元件实现，两者大小相同。
因此，本实用新型实施例中，差分功率放大器100采用的是三级放大电路实现，由此可获得高增益，通过将级间匹配网络和输出匹配网络采用变压器来实现，可以有效降低级间匹配难度，可有效优化输入回波损耗和增益，有利于提高输出功率，且通过电容C1和C2、电感L1和L2的作用，可以增加变压器的匹配带宽，且可以降低变压器匹配的插损。
在本实用新型的一些实现方式中，第一级放大电路12、第二级放大电路14 以及第三放大电路16可采用HBT晶体管实现，当然，在其他一些实现方式中，也可以采用其他工艺实现，例如各级放大电路还可以采用COMS管、HEMT管或pHEMT管来实现。
以HBT晶体管为例，所述第一级放大电路12包括一个第一晶体管Q1，所述第二级放大电路14包括一个第二晶体管Q2，所述第三级放大电路16包括两个第三晶体管Q3。
其中，所述第一晶体管Q1的基极、集电极和发射极分别与所述输入匹配网络11的输出端、所述第一级间匹配网络13的输入端以及接地端连接；所述第二晶体管Q2的基极、集电极和发射极分别与所述第一级间匹配网络13的输出端、所述第一变压器T1的一个输入端以及接地端连接；两个所述第三晶体管Q3的基极分别与所述第一变压器T1的两个输出端连接，两个所述第三晶体管Q3的集电极分别与所述第二变压器T2的两个输入端连接，两个所述第三晶体管Q3的发射极分别接地。
进一步地，所述差分功率放大器100还包括连接在所述第一晶体管Q1的集电极和基极之间的负反馈网络18，所述负反馈网络18包括串联的第一电阻 R1和第三电容C3。所述第一级放大电路12还包括第二电阻R2，所述第二电阻R2串联在所述输入匹配网络11和所述第一晶体管Q1的基极之间，并与所述负反馈网络18并联。由此，通过在第一晶体管Q1的基极串联阻值较小的第二电阻R2，并在第一晶体管Q1的集电极和基极之间增加负反馈网络18，其中，通过第一电阻R1的作用可调节反馈深度，从而增加稳定性的同时使第一级放大电路12的增益和输出功率有所降低。
从图1可以看出，本实用新型实施例中，第一级放大电路12采用第一晶体管Q1实现一路放大电路，在其他实施例中，第一晶体管Q1的数量不限于是一个，可以采用多个并联的第一晶体管Q1实现第一级放大电路12，多个第一晶体管Q1实现并联的方式为多个第一晶体管Q1的基极各自串联一个第二电阻 R2后并联在一起，第一晶体管Q1的集电极并联在一起作为第一级放大电路12 的输出端，第一晶体管Q1的发射极均接地。同理地，图1所示的实施例中，第二级放大电路14也采用一个第二晶体管Q2实现一路放大电路，在其他实时方式中，第二级放大电路14也可以采用多个并联的第二晶体管Q2实现，多个并联的第二晶体管Q2的基极并联在一起，集电极并联在一起，发射极均接地。此外，第三级放大电路16采用两个第三晶体管Q3分别实现两路放大电路，在其他实时方式中，第三级放大电路16的每一路放大电路可以采用多个并联的第三晶体管Q3实现，每一路中多个并联的第三晶体管Q3的基极并联在一起，集电极并联在一起，发射极接地。
进一步地，所述第二级间匹配网络15还包括第四电容C4、第五电容C5 以及第三电感L3。所述第四电容C4串联在所述第一变压器T1的一个输出端和一个第三晶体管Q3的基极之间，所述第五电容C5串联在所述第一变压器 T1的另一个输出端和另一第三晶体管Q3的基极之间，所述第三电感L3串联在所述第一变压器T1的输入端和供电电压Vcc2之间。第四电容C4和第五电容C5为隔直电容，可以采用相同的电容元件实现，两者大小相同，可以起到调节第三级放大电路16的增益的作用。
其中，所述输出匹配网络17还包括第六电容C6、第七电容C7、第八电容 C8以及第四电感L4。
所述第六电容C6和所述第七电容C7的一端分别与所述第二变压器T2的两个输入端连接，所述第六电容C6和所述第七电容C7的另一端分别接地，所述第八电容C8的一端与所述第二变压器T2中用于接地的输出端连接，所述第八电容C8的另一端接地，所述第四电感L4串联在所述第二变压器T2的用于接地的输出端和地端之间。
其中，为优化整体电路的***回波损耗，所述输入匹配网络11采用两阶 LC匹配实现，即电感并联接地和电容串联形成的高通匹配结构，有利于增加稳定性的同时使第一级放大电路12的增益和输出功率有所降低。具体地，输入匹配网络11包括第九电容C9、第十电容C10、第五电感L5以及第六电感L6。所述第九电容C9的一端与第五电感L5的一端连接，且连接节点用于输入所述单端射频输入信号RFin，所述第五电感L5的另一端接地，所述第九电容C9 的另一端与所述第十电容C10的一端连接，所述第十电容C10的另一端与所述第二电阻R2的一端连接，即第二电阻R2串联在所述第十电容C10和第一晶体管Q1的基极之间，所述第六电感L6的一端连接在所述第九电容C9和第十电容C10之间，所述第六电感L6的另一端接地。
进一步地，第二级放大电路14还包括第三电阻R3。所述第一级间匹配网络13也采用两阶LC匹配实现，LC匹配结构也为高通匹配结构。具体地，第一级间匹配网络13包括第七电感L7、第八电感L8、第十四电容C14以及第十五电容C15；所述第七电感L7的一端和所述第十四电容C14的一端均连接至所述第一晶体管Q1的集电极，所述第七电感L7的另一端接供电电压Vcc1，该第七电感L7为扼流电感，所述第十四电容C14的另一端、第八电感L8的一端以及第十五电容C15的一端相连接，所述第十五电容C15的另一端连接第三电阻R3的一端，第三电阻R3的另一端连接第二晶体管Q2的基极，所述第八电感L8的另一端接地。通过第一级间匹配网络13和第三电阻R3的作用，可进一步提高第二级放大电路14的稳定性和优化***回波损耗。并且，为保证整体电路的误差向量幅度(EVM)值较低，第二级放大电路14的输出功率留有较大余量，使该级电路1dB功率压缩点处的功率比第三级放大电路16所需的输入功率大4dBm左右。
其中，供电电压Vcc1和Vcc2用于对相应器件进行供电，其大小可以相同也可以不同，可以根据实际需要进行选择。
其中，差分功率放大器100还包括与每个所述晶体管的基极一一对应连接的基极偏置电路，即第一晶体管Q1的基极连接基极偏置电路191，第二晶体管 Q2的连接基极偏置电路192，第三晶体管Q3的基极连接基极偏置电路193，各基极偏置电路用于为对应的晶体管的基极用于提供偏置电压。基极偏置电路 191、基极偏置电路192以及基极偏置电路193的结构可以相同也可以不同，本实施例中，三个偏置电路都采用相同的电路结构实现。
具体地，如图2所示，所述基极偏置电路包括第四晶体管Q4、第五晶体管Q5、第六晶体管Q6、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6以及第十一电容C11。
所述第四晶体管Q4的基极和集电极、所述第五晶体管Q5的基极、所述第四电阻R4的一端以及所述第十一电容C11的一端相连接；所述第四电阻R4 的另一端连接电压信号Vreg，所述第四晶体管Q4的发射极、所述第六晶体管Q6的集电极和基极相连接，所述第六晶体管Q6的发射极与第五电阻R5的一端连接，所述第五电阻R5的另一端接地，所述第十一电容C11的另一端接地，所述第五晶体管Q5的集电极连接电压信号Vbat，所述第五晶体管Q5的发射极与第六电阻R6的一端连接，所述第六电阻R6的另一端与对应的晶体管的基极连接，例如，基极偏置电路191中的第六电阻R6的一端与第五晶体管Q5的发射极连接，另一端与第一晶体管Q1的基极连接，以此类推。
其中，第四电阻R4和第五电阻R5为分压电阻，第六电阻R6热效应抑制电阻，I1、I2为电流，第十一电容C11为滤波电容。第四晶体管Q4和第六晶体管Q6构成钳位电压，使得电流I2为稳定电流，调节第四电阻R4和第五电阻 R5的大小可调节电流I2的大小。第四晶体管Q4和第五晶体管Q5组成电流镜，由于第五晶体管Q5的放大功能，第五晶体管Q5的发射极电流被镜像放大，因 I2为稳定电流，故I1＝βI2。以与第一晶体管Q1连接的基极偏置电路191为例，当输入功率增大，功率放大器处于大功率工作状态时，第一晶体管Q1的直流电流增加，因晶体管自热效应和二极管整流特性，第一晶体管Q1的基极电位会下降，射频线路上信号泄露进偏置电路。由于电容C11存在，信号依次经过第五晶体管Q5的发射极、第五晶体管Q5的基极、电容C11到地。因此第五晶体管Q5的基极电位保持不变，因此功率放大器的线性度得到有效提高。第五晶体管Q5的基极和发射极由于整流作用，该基极和发射极之间的电压降低，因为第五晶体管Q5的基极电位保持不变，所以对第一晶体管Q1的基极电压的降低进行有效补偿，使得第一晶体管Q1在高输入、输出功率状态下，保持静态工作点不变，因此增益压缩得到有效抑制。
参阅图3和图4，本实用新型的实施例中，第一变压器T1和第二变压器 T2均为互绕对称式变压器，接地点在对称轴上，由此在输出信号相位转换时可确保相位足够精确，在传输差分信号方面有较大优势。此外，对称互绕变压器有较大的互感，因此其耦合系数K值较大为0.7～0.9，K值越大，变压器越接近理想状态，其带宽较宽、***损耗较小。并且该变压器的初级线圈和次级线圈的端口在变压器两端，因此十分适合用于前后级电路的级联。例如，以第一变压器T1为例，变压器的E、F端分别连接第二晶体管Q2的输出端与隔离端 (即直流供电端Vcc2)，E、F端及其连接线圈为初级线圈，M、N端连接第三级放大电路的两路差分信号的输入端，M、N及其连接线圈为次级线圈，初、次级线圈匝数比在2:1与1:1之间。
其中，本实用新型实施例的变压器，采用三层层叠的金属层实现，变压器的初级线圈用第二层金属层实现，次级线圈采用第一层和第三层金属层实现。
参阅图5，图5是本实用新型的差分功率放大器的小信号的仿真和测试波形图，其中，小信号包括输入回波损耗S11、增益S21以及输出回波损耗S22，即图5为输入回波损耗S11、增益S21以及输出回波损耗S22的仿真和测试波形图。其中，仿真和测试条件为各个Vcc(包括偏置电路中的Vcc和Vcc1～Vcc3) 电压信号均为5V、三个偏置电路的Vbat均为4.2V、偏置电路191的Vreg1 为2.8V、偏置电路192的Vreg2和偏置电路193的Vreg3均为3V；各级静态电流，ICC1为20.5mA，ICC2为82.7mA，ICC3为268mA。在3.3～4.2GHz 工作频率，增益S21仿真结果为36.5～38.5dB，增益S21测试结果为36～38dB，增益达到预期指标，整体电路实现高增益；***回波损耗S11的仿真结果为 -15～-11dB，***回波损耗S11的测试结果为-13～-10.2dB，N77工作全频段***回波损耗S11小于-10dB，电路匹配结果较好；测试结果和仿真结果均比较接近。输出回波损耗S22相对较差，在仿真阶段为-7.5～-11dB；在测试阶段为-7～-10.5dB，获得更好的***回波损耗和增益。
参阅图6，图6是本实用新型的差分功率放大器的大信号的仿真波形图，其中大信号包括：输出功率和功率附加效率(效率)等。其中，图6所示的波形图中，左边纵坐标“Gain”表示增益，右边纵坐标“PAE”表示功率附加效率，横坐标“Pout”表示输出功率。从波形图中可看出，在3.3Ghz、3.6GHz、 3.9GHz、4.2GHz，这4个频点的P1dB均大于37dBm，并且这4个频点的功率附加效率在P1dB处均大于45％。图6中的增益压缩曲线，从P1dB点至饱和功率点约增加1dBm左右，增益在输出功率到达P1dB后的1dB内迅速下降，该输出功率性能较好，输出线性功率较大。本申请的功率放大器采用AB类静态工作点，可获得较高效率。
此外，通过实验数据可知，当输出功率为29dBm时，左右边带的ACLR (相邻信道泄露比)测试结果分别为-42.5dBc和-42.3dBc，满足设计要求。
通过本实用新型的差分功率放大器，可以使得级间匹配和整体匹配的***回波损耗较好，具有较高的增益、输出功率和效率，并且功率放大器的ACLR 较好，在输出功率为29dBm处，ACLR(相邻信道功率泄露比)小于-42dBc；而通过使用变压器进行级间匹配，可以减小芯片面积，可使得功率放大器的面积小于1mm2。
以上对本实用新型实施例所提供的一种差分功率放大器进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (10)

1.一种差分功率放大器，其特征在于，包括输入匹配网络、第一级放大电路、第一级间匹配网络、第二级放大电路、第二级间匹配网络、第三级放大电路以及输出匹配网络；
其中所述第一级放大电路和第二级放大电路为单端输入单端输出电路，所述第三级放大电路为双路输入双路输出电路，所述第二级间匹配网络包括一个第一变压器T1、第一电容C1、第二电容C2、第一电感L1以及第二电感L2，所述输出匹配网络包括一个第二变压器T2；
所述输入匹配网络的输入端和输出端分别连接单端射频输入信号RFin和第一级放大电路的输入端，所述第一级放大电路的输出端连接所述第一级间匹配网络的输入端，所述第一级间匹配网络的输出端连接所述第二级放大电路的输入端；所述第一变压器T1的两个输入端分别连接所述第二级放大电路的输出端和供电电压Vcc2，将来自所述第二级放大电路的单端信号变为一对差分信号并分别输入至所述第三级放大电路的两个输入端，所述第三级放大电路的两个输出端分别与所述第二变压器T2的两个输入端连接，所述第二变压器T2的一个输出端接地，另一输出端用于输出单端射频输出信号RFout；
所述第一电容C1和第二电容C2的一端分别与所述第一变压器T1的两个输入端连接，所述第一电容C1和第二电容C2的另一端分别接地，所述第一电感L1和所述第二电感L2的一端分别与所述第一变压器T1的两个输出端连接，所述第一电感L1和所述第二电感L2的另一端分别接地。
2.根据权利要求1所述的差分功率放大器，其特征在于，所述第一级放大电路包括一个第一晶体管Q1，所述第二级放大电路包括一个第二晶体管Q2，所述第三级放大电路包括两个第三晶体管Q3；
所述第一晶体管Q1的基极、集电极和发射极分别与所述输入匹配网络的输出端、所述第一级间匹配网络的输入端以及接地端连接；所述第二晶体管Q2的基极、集电极和发射极分别与所述第一级间匹配网络的输出端、所述第一变压器T1的一个输入端以及接地端连接；两个所述第三晶体管Q3的基极分别与所述第一变压器T1的两个输出端连接，两个所述第三晶体管Q3的集电极分别与所述第二变压器T2的两个输入端连接，两个所述第三晶体管Q3的发射极分别接地。
3.根据权利要求2所述的差分功率放大器，其特征在于，所述差分功率放大器还包括连接在所述第一晶体管Q1的集电极和基极之间的负反馈网络，所述负反馈网络包括串联的第一电阻R1和第三电容C3；
所述第一级放大电路还包括第二电阻R2，所述第二电阻R2串联在所述输入匹配网络和所述第一晶体管Q1的基极之间，并与所述负反馈网络并联。
4.根据权利要求2所述的差分功率放大器，其特征在于，所述第二级间匹配网络还包括第四电容C4、第五电容C5以及第三电感L3；
所述第四电容C4串联在所述第一变压器T1的一个输出端和一个第三晶体管Q3的基极之间，所述第五电容C5串联在所述第一变压器T1的另一个输出端和另一第三晶体管Q3的基极之间，所述第三电感L3串联在所述第一变压器T1的输入端和供电电压Vcc2之间。
5.根据权利要求2所述的差分功率放大器，其特征在于，所述输出匹配网络还包括第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8以及第四电感L4；
所述第六电容C6和所述第七电容C7的一端分别与所述第二变压器T2的两个输入端连接，所述第六电容C6和所述第七电容C7的另一端分别接地，所述第八电容C8的一端与所述第二变压器T2中用于接地的输出端连接，所述第八电容C8的另一端接地，所述第四电感L4串联在所述第二变压器T2的用于接地的输出端和地端之间。
6.根据权利要求1所述的差分功率放大器，其特征在于，所述输入匹配网络包括第九电容C9、第十电容C10、第五电感L5以及第六电感L6；
所述第九电容C9的一端与第五电感L5的一端连接，且连接节点用于输入所述单端射频输入信号RFin，所述第五电感L5的另一端接地，所述第九电容C9的另一端与所述第十电容C10的一端连接，所述第十电容C10的另一端与所述第一级放大电路的输入端连接，所述第六电感L6的一端连接在所述第九电容C9和第十电容C10之间，所述第六电感L6的另一端接地。
7.根据权利要求1所述的差分功率放大器，其特征在于，所述第二级放大电路还包括第三电阻R3，所述第三电阻R3串联在所述第一级间匹配网络的输出端和所述第二级放大电路的输入端之间。
8.根据权利要求2所述的差分功率放大器，其特征在于，还包括与每个所述晶体管的基极一一对应连接的基极偏置电路；
所述基极偏置电路包括第四晶体管Q4、第五晶体管Q5、第六晶体管Q6、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6以及第十一电容C11；
所述第四晶体管Q4的基极和集电极、所述第五晶体管Q5的基极、所述第四电阻R4的一端以及所述第十一电容C11的一端相连接；所述第四电阻R4的另一端连接供电电压Vreg，所述第四晶体管Q4的发射极、所述第六晶体管Q6的集电极和基极相连接，所述第六晶体管Q6的发射极与第五电阻R5的一端连接，所述第五电阻R5的另一端接地，所述第十一电容C11的另一端接地，所述第五晶体管Q5的集电极连接供电电压Vbat，所述第五晶体管Q5的发射极与第六电阻R6的一端连接，所述第六电阻R6的另一端与对应的晶体管的基极连接。
9.根据权利要求1所述的差分功率放大器，其特征在于，所述第一级间匹配网络包括第七电感L7、第八电感L8、第十四电容C14以及第十五电容C15；
所述第七电感L7的一端和所述第十四电容C14的一端均连接至所述第一级放大电路的输出端，所述第七电感L7的另一端接供电电压Vcc1，所述第十四电容C14的另一端、第八电感L8的一端以及第十五电容C15的一端相连接，所述第十五电容C15的另一端连接第二级放大电路的输入端，所述第八电感L8的另一端接地。
10.根据权利要求1所述的差分功率放大器，其特征在于，所述第一变压器T1和所述第二变压器T2均为对称互绕式变压器。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115765634A (zh) * 2022-11-18 2023-03-07 北京无线电测量研究所 一种功率放大电路
CN117353672A (zh) * 2023-10-16 2024-01-05 北京无线电测量研究所 一种功率放大器电路

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6762647B1 (en) * 2002-08-09 2004-07-13 Triquint Semiconductor, Inc. Active protection circuit for load mismatched power amplifier
US7479827B2 (en) * 2006-03-21 2009-01-20 Fairchild Semiconductor Corporation Multi-mode power amplifier with high efficiency under backoff operation
CN106533374A (zh) * 2016-09-20 2017-03-22 锐迪科微电子（上海）有限公司 一种多频gsm射频功率放大器
DE102017208917A1 (de) * 2017-05-26 2018-11-29 TRUMPF Hüttinger GmbH + Co. KG Hochfrequenzverstärkeranordnung und Verfahren zur Auslegung einer Hochfrequenzverstärkeranordnung
CN109167575A (zh) * 2018-09-18 2019-01-08 复旦大学 一种宽带高增益平坦度的功率放大器
US11128269B2 (en) * 2019-12-18 2021-09-21 Nxp Usa, Inc. Multiple-stage power amplifiers and devices with low-voltage driver stages
CN211063579U (zh) * 2020-06-12 2020-07-21 成都锐新科技有限公司 一种x波段低噪声放大器
CN111934629B (zh) * 2020-07-24 2021-06-11 成都天锐星通科技有限公司 一种宽带高线性度功率放大器
US11515842B2 (en) * 2020-10-15 2022-11-29 Nxp Usa, Inc. Doherty power amplifiers and devices with low voltage driver stage in carrier-path and high voltage driver stage in peaking-path

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115765634A (zh) * 2022-11-18 2023-03-07 北京无线电测量研究所 一种功率放大电路
CN117353672A (zh) * 2023-10-16 2024-01-05 北京无线电测量研究所 一种功率放大器电路
CN117353672B (zh) * 2023-10-16 2024-04-02 北京无线电测量研究所 一种功率放大器电路

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