[发明专利]一种高效率可变增益E类射频功率放大器

说明书

技术领域

本发明涉及一种功率放大器，具体地说是可变增益E类射频功率放大器。

背景技术

E类功率放大器由Sokal等人于1975年首次提出。电路的基本组成结构如图1所示，包括：开关晶体管SW（通常可采用MOS晶体管驱动其栅极实现开关功能），与电源电压相连的电感L1，与开关晶体管并联的电容C，串联谐振于工作频率f0的电感Ls与Cs，优化电抗元件jX（一般为电感）和负载阻抗R。

E类功率放大器的工作原理如如图1所示，当输入电压大于MOS晶体管阈值电压时,晶体管工作在线性区，相当于开关闭合,由于漏源间电阻ron很小，因此vs近似为0； 而当输入电压小于阈值电压时，场效应管截止,相当于开关断开，is为0。此时，C开始充电，引起vs增加，调谐网络从vs中滤出基波，传输到负载电阻上。当开关再次闭合时,满足E类晶体管工作的两个条件（1）vs=0和（2）dvs/dt =0，从而使得晶体管上的电压和电流不同时出现，消除了由于充放电带来的(1/2)CV2的损耗，晶体管理想效率达到100%。

E类功率放大器的功率控制问题，由E类放大器自身特点决定。根据其工作原理，最佳控制方式是改变连接在L1的电源电压Vdd。但是在实际应用中，很难提供这样一个可变的电源电压，故在电路设计的时候需要增加LDO模块。不仅增加了芯片面积，并且LDO电路存在效率问题，其自身需要消耗一部分功耗，从而导致了E类功率放大器在整个功率输出范围内效率的降低。除此方法之外，目前对于低功率输出的E类功率放大器的功率控制功能的实现，尚无有效的方法。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种能够提高输出功率范围和输出功率效率的应用于低功率输出的E类功率放大器数字式功率控制电路，具有电路结构简单可靠，易于单片电路集成的优点。。

为实现上述目的，本发明所提出的技术方案为一种高效率可变增益E类射频功率放大器，包括用于实现放大器有效级联的级间匹配电路和用于信号功率放大的输出放大级，级间匹配电路的输出端与输出放大级输入端连接，在级间匹配电路的输入端上连接有用于预放大功能和信号幅度增益控制的可控放大级，级间匹配电路的输入端与可控放大级的输出端连接；在输出放大级的输入端上连接有用于调节进入到输出放大级开关晶体管的栅极偏置电压的偏置控制电路，输出放大级的输入端通过电感与偏置控制电路的输出端连接。

所述可控放大级上连接有增益控制位2，实现输入信号的增益控制。当增益控制位2为高电平时，信号增益增大，输出功率上升，反之亦然。

所述偏置控制电路上连接有偏置控制位1和偏置控制位0，实现信号占空比的控制。当偏置控制位1/0为高高电平时，信号占空比增加，输出功率上升，反之亦然。

通过联合改变控制位2、控制位1和控制位0的电平，可以实现输出功率在在较大范围内的控制。如图4所示，当三位控制字设为“000”时，功率放大器输出最小功率；当三位控制字设为“111”时，功率放大器输出最大功率。表1列出了三位控制字的八种状态。

表1 三位控制字的状态表