[实用新型]一种具有最优匹配的堆叠的射频功率放大器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种功率放大器，尤其涉及一种射频功率放大器。

背景技术

作为现代无线通信系统中的收发机的重要组成单元，射频功率放大器主要 用于将小功率的射频电信号进行无失真地放大，并通过天线辐射出去进行信息 通信。

射频功率放大器结构包括多种形式，如线性功率放大器结构和饱和功率放 大器结构等，随着无线通信系统所采用的调制方式的不同，对应采用的射频功 率放大器则有所不同。例如，现代通信系统为了提供高速率的数据流服务，采 用诸如QPSK等调制方式，这要求应用于该系统的功率放大器必须有着较高的 线性度和效率。

另外，随着便携式设备的功能模块越来越复杂，如果能将各个功能模块集 成在同一块芯片上，就能大幅度地缩短芯片的量产与加工时间，因此，如何减 小芯片的有效面积和用廉价的工艺在单一芯片上实现整个射频模组具有重要 的实际应用意义。

然而，由于大多数无线收发机的基带处理部分采用硅工艺，且该工艺是目 前最成熟且成本最低的工艺，所以采用硅CMOS工艺是实现全集成的理想方 案。不过，由于硅CMOS工艺自身存在着不可克服的物理缺陷，如低击穿电压 和低功率密度等。传统的设计方法将多个晶体管并联起来，从而提高整体的电 流，然而，如果供电电压太低，会使得功率放大器的输出最佳阻抗变得非常小， 使输出匹配电路的设计变得非常困难。

在中国专利201510150849.1中，采用共源共栅结构的射频功率放大器结构 克服功率级的耐压问题，不过在这种结构中，堆叠的晶体管的栅极与去耦电容 相接，从而使该极在交流时呈接地状态。然而，该结构会在输入功率较大时， 出现阻抗不匹配的情况，从而使功率不能同向叠加，从而限制了功率放大器的 功率输出能力。

实用新型内容

在中国专利201510150849.1中，采用共源共栅结构的射频功率放大器结构 克服功率级的耐压问题，不过在这种结构中，堆叠的晶体管的栅极与去耦电容 相接，从而使该极在交流时呈接地状态。然而，该结构会在输入功率较大时， 出现阻抗不匹配的情况，从而使功率不能同相叠加，从而限制了功率放大器的 功率输出能力。本实用新型的的目的在于克服以上现有技术的缺点，而提供一 种具有最优匹配的堆叠的射频功率放大器。

本实用新型的具体技术方案为：

一种具有最优匹配的堆叠的射频功率放大器，该射频功率放大器包括 输入匹配电路，输出宽带匹配电路，偏置电路A，偏置电路B，以及至少由两 个晶体管漏极源极通过电感相连堆叠起来的功率放大电路；其中，射频信号源 通过所述输入匹配电路连接所述功率放大电路的最底层的晶体管的栅极，所述 偏置电路B连接所述最底层晶体管的栅极；所述偏置电路A连接所述功率放 大电路的除所述最底层晶体管的其余晶体管的栅极，所述其余晶体管的栅极通 过连接栅极电容接地；所述功率放大电路最上层的晶体管的漏极通过所述输出 宽带匹配电路连接负载。本技术方案分别采用分离的偏置电路A，B对各晶体 管进行偏置，其中偏置电路B为堆叠在最下层的晶体管提供合适的静态工作 点，而偏置电路A为其余堆叠的晶体管提供合适的静态工作点。输入匹配电路 将功率放大电路的晶体管的阻抗转换成信号源的源阻抗，完成共扼匹配，从而 获得最大的射频功率增益。为了使每个晶体管都能够输出最大功率，在每个堆 叠的晶体管的栅极加载电容，并在每两个堆叠的晶体管之间连接一个电感，从 而使每个晶体管的输出电压同相等幅叠加，增强了功率放大电路的线性度与功 率输出能力，并使从每个晶体管的漏往负载方向看过去的阻抗为最优阻抗。信 号从最上层的晶体管的漏极输出，且经过输出宽带匹配电路，传输到负载端。 宽带匹配电路将负载阻抗转换成能使功率放大电路输出最大功率时的最优阻 抗。

优选地，所述偏置电路A和偏置电路B由一个整合的偏置电路代替。

优选地，所述最底层晶体管的源极直接接地。

优选地，所述偏置电路B为电阻与晶体管组成的偏置电路，偏置电路A 为电阻分压式偏置电路。偏置电路B为电阻与晶体管组成的偏置电路，精度高 且占芯面积小；偏置电路A为电阻分压式偏置，这种偏置方式不仅有着良好的 温度抑制系数，且易于集成。