[发明专利]一种带减压负载电路的小直流馈电电感E类功率放大器

说明书

本发明提供一种减压负载电路以及含有其的小直流馈电电感E类功率放大器，减压负载电路中小直流馈电电感的第一端连接于电源、其第二端连接于E功率放大器的MOS管的漏极，输出并联电容的第一端连接于MOS管漏极、其第二端接地，等效电容、等效电感并联组成谐振电路，且谐振电路第一端连接于MOS管漏极、且谐振电路的第二端连接于E功率放大器的隔直电容的一端，外加电容第一端与谐振电路的第二端相连。在基频f0时，谐振电路等效为剩余电感，而自身谐振在3f0，实现三次谐波的开路，在2f0时，谐振电路与外加电容发生串联谐振，实现二次谐波的短路。应用本发明实施例，可降低漏极电压峰值，缓解MOS管击穿压力；减少漏极电压波形和电流波形的交叠，提升效率。

技术领域

本发明涉及射频通讯技术领域，特别是涉及一种减压负载电路以及含有其的小直流馈电电感E类功率放大器。

背景技术

近年来，无线通信(也称射频或微波通信)技术取得了巨大的发展，同时，射频技术快速发展对低能耗、高效率的射频电路设计提出了更高的要求，在整个无线通信系统中，射频功率放大器是无线发射机中的核心模块，也是无线收发机中功耗最大的模块，它的性能决定着发射机的性能，因此设计一款高效率的功率放大器对整个无线通信系统来说至关重要。

E类功率放大器因其简单的结构、容易实现且理想的工作效率能够达到100％等优点，在射频微波领域得到了广泛的研究和应用。经典E类功率放大器由晶体管、射频扼流圈、并联电容、串联LC滤波电路、串联的剩余电感及偏置电路几个部分构成。具体电路如图1所示。这种高效E类功率放大器是在1975年由N.O.Sokal提出的，它要求在晶体管由断开切换到导通的瞬间，E类功率放大器的漏极电压以及电压的变化率都接近于零，即ZVS(零电压开关)和ZDS(零电压导数开关)条件。理想工作状态下的经典E类功率放大器各电量波形如图2所示。

1987年由R.E.Zulinski等人提出的具有小直流馈电电感的E类功率放大器，它用有限的小直流馈电电感来代替了经典E类功率放大器的射频扼流圈。具体电路如图2所示、时序图如图3所示。与经典E类功率放大器比较，小直流馈电电感，由于自身较小的等效串联电阻，可以明显的降低功耗；对晶体管呈现的电阻增加，匹配电路更容易设置，阻抗转换比例的下降，降低了由于阻抗转换带来的功率损耗；采用小电感也会节约芯片面积，降低成本。

具有小直流馈电电感的E类功率放大器相比于经典E类功率放大器性能上有很大的改善，但是漏极输出电压峰值依旧很高，接近电源电压VDD的3.56倍，晶体管的击穿效应也依旧是设计过程中考虑的重点。在实际电路设计中，由于各种不理想效应的影响，晶体管的漏极的输出电压波形和电流波形有较多的重叠，这也会造成的功率损耗。

高效F类功率放大器的概念1958年就由V.J.Tyler首次提出了，它利用谐波控制的方法，若输出匹配电路对所有的奇次谐波阻抗为无穷大，偶次谐波阻抗为零，则可能得到相互交错的电压方波和电流半波，因二者波形上的交叠少，而达到高效率。这种电路设计方法也为E类研究提供了新的思路。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种带减压负载电路的小直流馈电电感E类功率放大器。第一，可以降低MOS管漏极的电压峰值，缓解管子被击穿的压力，第二，能够修整漏极电压电流的波形，减少漏极电压波形和电流波形的交叠，进而降低功耗，提升效率。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种带减压负载电路的小直流馈电电感E类功率放大器，其特征在于，其中所述的减压负载电路至少包括：小直流馈电电感、输出并联电容、等效电容、等效电感、外加电容；所述小直流馈电电感的第一端连接于电源、所述小直流馈电电感的第二端连接于所述E功率放大器的MOS管的漏极，所述输出并联电容的第一端连接于MOS管漏极、所述输出并联电容的第二端接地，以及所述等效电容、所述等效电感并联组成谐振电路，且所述谐振电路第一端连接于MOS管漏极、且所述谐振电路的第二端连接于所述E功率放大器的隔直电容的一端，所述谐振电路的第二端与所述外加电容第一端相连，所述外加电容的第二端接地。