[發(fā)明專利]低功耗反饋型功率放大電路

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711100448.0
• 申請日: 2017-11-09
• 公開（公告）號: CN107863939B
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呂紅亮;李少軍;張艷松;張義門;張玉明;武岳
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號: H03F1/02
• 分類號: H03F1/02;H03F1/32;H03F1/56;H03F3/19;H03F3/21;H03F3/24
• 代理公司: 西安嘉思特知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61230
• 代理人: 劉長春

本發(fā)明涉及一種低功耗反饋型功率放大電路，包括輸入匹配網(wǎng)絡(luò)、功率單元、偏置網(wǎng)絡(luò)、反饋網(wǎng)絡(luò)、限流旁路單元、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)以及射頻扼流圈，其中，輸入匹配網(wǎng)絡(luò)電連接至功率單元的基極，功率單元的集電極分別電連接至輸出匹配網(wǎng)絡(luò)和射頻扼流圈；功率單元的集電極還電連接至反饋網(wǎng)絡(luò)的第一輸入端；反饋網(wǎng)絡(luò)的輸出端分別電連接至功率單元的基極和限流旁路單元；偏置網(wǎng)絡(luò)電連接至反饋網(wǎng)絡(luò)的第二輸入端。本實(shí)施例通過設(shè)置反饋網(wǎng)絡(luò)和限流旁路單元，限制了功率單元的電流，降低直流功耗，并對功率單元進(jìn)行溫度補(bǔ)償和偏置抑制，提高了電路線性度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低功耗反饋型功率放大電路。

背景技術(shù)

射頻功率放大器是任何無線通信系統(tǒng)的重要組成部件。它為發(fā)射信號提供足夠的功率放大能力，然后將放大后的功率傳輸?shù)截?fù)載，它常常作為射頻發(fā)射機(jī)的前端關(guān)鍵模塊。射頻功率放大器的設(shè)計(jì)主要關(guān)注三個方面：(1)功率效率；(2)線性度；(3)帶寬。

(1)功率效率。功率放大器消耗了無線通信系統(tǒng)的大部分功率，因此有必要提高直流功率到交流功率的轉(zhuǎn)換效率，通常用功率附加效率PAE(Power-added efficiency)來表征。增加功率放大器的功率附加效率的傳統(tǒng)方法是降低靜態(tài)偏置點(diǎn)，即通過減少導(dǎo)通角來實(shí)現(xiàn)，常見分類為AB類、B類、C類三種。另外改善線性度的技術(shù)有F類和J類等功率放大器，它們分別利用三次和二次諧波，在保證線性度的情況下來改善效率，因此比較適合發(fā)射可變包絡(luò)的調(diào)制信號。其他技術(shù)如D類、E類等功率放大器是將功率單元當(dāng)作開關(guān)使用，在輸入和輸出之間不存在線性關(guān)系，因此這些技術(shù)比較適合發(fā)射沒有線性度要求的常包絡(luò)調(diào)制信號。

(2)線性度。射頻功率放大器的非線性工作將導(dǎo)致信號在輸出端出現(xiàn)不希望的失真項(xiàng)，這些失真項(xiàng)可能落在發(fā)射信號所在通道內(nèi)，從而損壞通道內(nèi)的期望信號。射頻功率放大器線性度的要求主要來自使通道間的頻譜干擾達(dá)到最小。對于現(xiàn)代通信中數(shù)字調(diào)制方案而言，調(diào)制信號的幅值和相位都是可變的，因此線性功率放大器的需求也相繼變高，因?yàn)楣β史糯笃鞯姆蔷€性不僅造成頻譜擴(kuò)展，同時還會造成發(fā)射信號的幅值和相位失真。功率放大器非線性具有不同的來源，通常將非線性特性分類為弱非線性和強(qiáng)非線性兩種，弱非線性發(fā)生在線性可變輸出功率范圍內(nèi)，而強(qiáng)非線性發(fā)生在飽和輸出功率處。目前有利用跨導(dǎo)提升的方法來補(bǔ)償HBT(heterojunctionbipolar transistor)晶體管的集電極電流和基極-發(fā)射極電壓呈現(xiàn)的指數(shù)非線性特性；也有采取在輸出端消去信號奇次諧波分量的方法改善線性度。此外，對于HBT晶體管制備的功率放大器還會存在對溫度敏感的電流放大系數(shù)β以及偏置抑制效應(yīng)的影響，需要利用溫度補(bǔ)償和偏置抑制減小的措施來改善射頻功率放大器的線性度。

(3)帶寬。為了兼容目前存在的多個通信標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)一個覆蓋多頻率的功率放大器是也是當(dāng)今無線通信的發(fā)展趨勢之一。而其中增加帶寬的方法主要在于合理設(shè)計(jì)出寬帶匹配網(wǎng)絡(luò)。寬帶匹配網(wǎng)絡(luò)可以采取“串聯(lián)電感-并聯(lián)電容”的梯形阻抗變換網(wǎng)絡(luò)表查詢所得；另一種寬帶匹配方法是采用不同結(jié)構(gòu)(L型、T型或者π型)的單塊匹配網(wǎng)絡(luò)組合而得；還有一種方法是結(jié)合負(fù)載拉移(Load-Pull)數(shù)據(jù)，利用史密斯(Smith)圓圖進(jìn)行寬帶匹配。最近也有用片上變壓器進(jìn)行寬帶匹配，其效果相比其他的寬帶匹配方法表現(xiàn)出更好的性能結(jié)果。

此外，GaAs HBT異質(zhì)結(jié)雙極晶體管用于設(shè)計(jì)射頻功率放大器RFPA(radiofrequency power amplifier)具有諸多優(yōu)勢，首先GaAs HBT具有高的功率密度，因此允許制備更小尺寸的電路，從而節(jié)省了面積；其次GaAsHBT具有較高的效率，同時在相對較高的功率水平下還具有良好的諧波性能，從而可實(shí)現(xiàn)高效率低諧波失真的功率放大器，此外GaAs HBT的高跨導(dǎo)和基極-發(fā)射極電壓良好的匹配特性也十分有利于實(shí)現(xiàn)高線性度的射頻功率放大器。