[實(shí)用新型]采用片上微帶分路合路器的單片集成功率放大器芯片

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201420260064.0
• 申請(qǐng)日: 2014-05-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN203933548U
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-11-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁立凱;葉松
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇博納雨田通信電子有限公司
• 主分類號(hào): H03F3/189
• 分類號(hào): H03F3/189;H03F3/20
• 代理公司: 北京科億知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術(shù)領(lǐng)域

本技術(shù)方案屬于射頻功率放大器，具體是一種采用片上微帶分路合路器的單片集成功率放大器芯片。

背景技術(shù)

在現(xiàn)代無(wú)線通信系統(tǒng)中，射頻功率放大器是實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)無(wú)線傳輸?shù)年P(guān)鍵部件。當(dāng)今，電信運(yùn)營(yíng)商推出了很多不同的無(wú)線通信系統(tǒng)，而不同的無(wú)線通信系統(tǒng)傳輸?shù)念l率和工作的模式要求不同。因此，高功率單片集成射頻功率放大器芯片應(yīng)運(yùn)而生，以中國(guó)北斗一代5W功率放大器芯片為例，該芯片內(nèi)部采用兩路射頻功率放大器通過(guò)片上微帶功分器﹑合路器合成。

現(xiàn)有的技術(shù)是采用分路合路器件，在片上或片外對(duì)兩路射頻功率放大器進(jìn)行合成，現(xiàn)有的技術(shù)方案請(qǐng)參考圖1a和圖1b。現(xiàn)有技術(shù)中采用片上分路合路器件對(duì)兩路射頻功率放大器進(jìn)行合成的方案，解決了功率放大器單片集成的需求，但是由于分路合路器件的體積和射頻損耗比較大，從而導(dǎo)致這種功率放大器芯片的輸出功率減小﹑效率變差，而且整個(gè)芯片的體積較大。

現(xiàn)有技術(shù)中功率放大器偏置電路一般是按照傳統(tǒng)的雙極型晶體管偏置電路，兩個(gè)電阻串聯(lián)分壓組成請(qǐng)參考圖1c。當(dāng)輸入功率增加時(shí)，功率管柵源端的電壓V_GS電壓信號(hào)增加，由于柵源端的P-N結(jié)二極管箝位作用，使得大的正向電壓受限，尤其信號(hào)越大該箝位作用越明顯，經(jīng)過(guò)P-N結(jié)二極管整形以后的平均電壓值V_GS將會(huì)降低ΔV_GS，偏置點(diǎn)將會(huì)由S點(diǎn)移動(dòng)到L₁點(diǎn)，該點(diǎn)斜率將會(huì)低于S點(diǎn)的斜率，所以對(duì)應(yīng)的跨導(dǎo)降低，導(dǎo)致增益下降，相位失真。一般功率放大器經(jīng)常工作在非最大輸出功率狀態(tài)，因此功率放大器的平均效率會(huì)比較低。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決該現(xiàn)有技術(shù)功率放大器芯片輸出功率小、效率差等問(wèn)題，本技術(shù)方案在現(xiàn)有采用片上分路合路器件功率放大器芯片的基礎(chǔ)上，將芯片內(nèi)部的分路合路器件用片內(nèi)分布式基板微帶功分器﹑合路器替換，既減小了芯片體積又降低了成本，同時(shí)提高了芯片的輸出功率和效率。并且通過(guò)芯片內(nèi)部采用自適應(yīng)偏置電 路可以有效的提高線性輸出功率及平均效率。

本技術(shù)方案具體如下：

一種采用片上微帶分路合路器的單片集成功率放大器芯片，包括片上微帶功分器、片上微帶合路器和兩路相同的功率放大器；本芯片的射頻輸入端連接片上微帶功分器的合路輸入端口，片上微帶功分器的第一、二分路輸出端口分別連接兩路功率放大器的輸入端；兩路功率放大器的輸出端分別連接片上微帶合路器的第一、二分路輸入端口，片上微帶合路器的合路輸出端口連接本芯片的射頻輸出端口；片上微帶功分器和片上微帶合路器的結(jié)構(gòu)是相同的威爾金森結(jié)構(gòu)；威爾金森結(jié)構(gòu)的合路端口為片上微帶功分器的合路輸入端口，威爾金森結(jié)構(gòu)的兩個(gè)分路端口為片上微帶功分器的第一、二分路輸出端口；威爾金森結(jié)構(gòu)的合路端口為片上微帶合路器的合路輸出端口，威爾金森結(jié)構(gòu)的兩個(gè)分路端口為片上微帶合路器的第一、二分路輸入端口；所述兩路功率放大器中，每一路功率放大器都是由一個(gè)功率放大器單體構(gòu)成，或者是由多個(gè)獨(dú)立的功率放大器單體依次串聯(lián)構(gòu)成，其特征是還包括有源偏置電路，有源偏置電路的數(shù)量與功率放大器單體的數(shù)量相同，各個(gè)有源偏置電路構(gòu)成有源偏置網(wǎng)絡(luò)；對(duì)于任一有源偏置電路包括如下器件：

三個(gè)晶體管M1、M2和M3；其中，對(duì)于晶體管M1和M2，它們各自的柵極和漏極連接；

電容C1；

電阻R1、R2和R_bias；

所述晶體管M1的漏極通過(guò)電阻R1連接參考電壓Vref；晶體管M1的柵極通過(guò)電容C1接地；

所述晶體管M2的漏極連接晶體管M1的源極；晶體管M2的源極接地；

所述晶體管M3的漏極連接電源VCC；晶體管M3的柵極通過(guò)電容C1接地；晶體管M3的源極通過(guò)電阻R2接地；所述電阻R_bias的一端連接晶體管M3的源極；

對(duì)于所述功率放大器單體，功率放大器單體的信號(hào)輸入端連接R_bias的另一端，同時(shí)，功率放大器單體的輸入信號(hào)通過(guò)隔直電容C2傳到功率放大器單體的信號(hào)輸入端。

有源偏置電路結(jié)構(gòu)的原理是，通過(guò)有源偏置電路結(jié)構(gòu)補(bǔ)償電壓ΔV_GS和補(bǔ)償 電流I_com，保持大信號(hào)與小信號(hào)的跨導(dǎo)一致。通過(guò)分壓電阻R2及隔直電阻R_bias連接到功率管柵極，起電壓補(bǔ)償作用的主要是M3管的柵源二極管及濾波電容C1，當(dāng)輸入信號(hào)功率增加時(shí)，由于功率管柵源二極管的整流作用，功率管柵源間的平均直流電壓V_GS降低。