[發明專利]超頻寬放大器及其設計方法

在審

• 申請號: 201410239556.6
• 申請日: 2014-05-30
• 公開（公告）號: CN103986428A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 韓科鋒;任啟明;雷良軍
• 申請（專利權）人: 無錫中普微電子有限公司
• 主分類號: H03F3/20
• 分類號: H03F3/20
• 代理公司: 無錫互維知識產權代理有限公司 32236
• 代理人: 龐聰雅

【技術領域】

本發明涉及一種放大器，特別是涉及一種超頻寬放大器及其設計方法。

【背景技術】

目前無線移動通信系統已經得到了廣泛應用。無線移動通信系統從二十世紀80年代早期的1G模擬系統發展到二十世紀90年代的2G數字系統，再發展到現在的3G/4G系統，將來可能發展到5G系統。無線通信網絡的目標是給世界各地用戶提供無縫寬帶連接。

無線移動通信可以多個頻帶上進行，比如，2G?GSM(Global?System?of?Mobile?communication)標準支持900MHz(GSM900)、1800MHz(GSM1800)及1900MHz(GSM-1900)等幾個頻帶，WCDMA(Wideband?Code?Division?Multiple?Access)標準多達8個頻帶。LTE(Long?Term?Evolution)標準定義的頻段超過40個。不同的頻帶將會顯著影響到硬件的設計，尤其是功率放大器的設計。

通常來說，功率放大器是窄帶裝置，需要為每個頻帶設計一個獨立的功率放大器。目前多模式/多頻帶蜂窩電話都包括有多個功率放大器以支持多個頻帶。圖1示出了傳統多模式/多頻帶功率放大器10的示例方框圖，其可以支持n個頻帶，分別為f1、f2和fn。所述功率放大器10包括有為頻帶f1設計的輸入阻抗匹配電路1、功率放大單元1和輸出阻抗匹配單元1、為頻帶f2設計的輸入阻抗匹配電路2、功率放大單元2和輸出阻抗匹配單元2、為頻帶fn設計的輸入阻抗匹配電路n、功率放大單元n和輸出阻抗匹配單元n，其中n大于等于2。可見，現有多模式/多頻帶功率放大器10為每個頻帶設計了單獨的功率放大單元和單獨的輸入/輸出阻抗匹配網絡。然而，這種設計會增加芯片面積和成本。

在射頻和微波電路設計中，常常采用線圈互感耦合的變壓器進行輸入輸出匹配或者是級間匹配，一方面變壓器可以靈活配置為差分-差分電路，也可以配置為單端-單端電路，或者單端-差分、差分-單端的轉化電路；另一方面可以有效的提供ESD(靜電釋放保護)保護；就實際電路來說，還存在如下的優點：1.級間耦合有DC耦合作用，不必使用AC耦合電容；2.可以靈活地給電路提供饋電；3.靈活的阻抗匹配設計；4.電路設計上還具有功率分配、合成等功能。但是，在傳統設計中，基于變壓器耦合的放大器電路只具有窄帶特性，這樣在應對多模多頻(可相應展開，相關示例如圖1)應用時，需要多個相應的電路才能覆蓋寬帶特性，由此，有必要對傳統設計進行改進，以滿足寬帶系統的應用，大大降低電路的硬件資源。

【發明內容】

本發明的目的在于提供一種超頻寬放大器，其可以實現超頻寬的阻抗匹配。

本發明的目的在于提供一種超頻寬放大器的設計方法，其得到的功率放大器可以實現超頻寬的阻抗匹配，還可以減低設計的復雜度。

為了實現上述目的，本發明提出一種超頻寬放大器，其包括：功率放大單元，用于對射頻輸入信號進行功率放大；連接于所述功率放大單元的輸出端的超頻寬輸出阻抗匹配電路和/或連接于所述功率放大單元的輸入端的超頻寬輸入阻抗匹配電路，所述阻抗匹配電路包括初級線圈、與初級線圈互感耦合的次級線圈、與初級線圈并聯的初級調諧電容和與次級線圈并聯的次級調諧電容，初級線圈的兩端作為射頻信號輸入端，次級線圈的兩端作為射頻信號的輸出端，通過配置初級線圈的自感系數、次級線圈的自感系數、初級線圈與次級線圈的互感系數、初級調諧電容的電容值、次級調諧電容的電容值，使得所述阻抗匹配電路具有第一互諧振頻點和第二互諧振頻點，所述阻抗匹配電路在第一互諧振頻點和第二互諧振頻點之間的整個頻帶的插損均小于3dB。

進一步的，基于負載的阻抗匹配比例確定初級線圈和次級線圈的自感系數比例；根據負載和帶寬要求初步確定阻抗匹配電路的有載Q值；基于該自感系數比例以及有載Q值選定初級線圈和次級線圈的自感系數；基于超頻寬放大器的最小工作頻率、初級線圈和初級調諧電容的自諧振頻點、次級線圈和次級調諧電容的自諧振頻點確定初級調諧電容和次級調諧電容的電容值；基于超頻寬放大器的最大工作頻率和所述阻抗匹配電路的第二諧振頻點確定所述互感系數。

進一步的，初級調諧電容和次級調諧電容為可切換電容。