功率放大器匹配电路及功率放大器论文和设计-张海涛

全文摘要

本实用新型公开一种功率放大器匹配电路，包括输入端、第一电感、第二电感、第一电容、第二电容和输出端；第一电容的第一端与功率放大器匹配电路的输入端连接，第一电容的第二端接地，第一电容的第一端与第一电感的第一端连接，第一电感的第二端与第二电感的第一端连接，第二电感的第二端连接至电源电压，第二电感的第一端与第二电容的第一端连接，第二电容的第二端与功率放大器匹配电路的输出端连接。相应的，本实用新型还公开一种功率放大器。本实用新型能够在电源电压动态调整的情况下，针对更宽的电源电压变化范围做匹配优化，提高功率放大器的附加效率，从而降低功耗，延长手机待机时间。

主设计要求

1.一种功率放大器匹配电路，其特征在于，包括用于连接第一级功率放大器模块的输入端、第一电感、第二电感、第一电容、第二电容和用于连接第二级功率放大器模块的输出端；所述第一电容的第一端与所述功率放大器匹配电路的输入端连接，所述第一电容的第二端接地，所述第一电容的第一端与所述第一电感的第一端连接，所述第一电感的第二端与所述第二电感的第一端连接，所述第二电感的第二端连接至电源电压，所述第二电感的第一端与所述第二电容的第一端连接，所述第二电容的第二端与所述功率放大器匹配电路的输出端连接。

设计方案

1.一种功率放大器匹配电路，其特征在于，包括用于连接第一级功率放大器模块的输入端、第一电感、第二电感、第一电容、第二电容和用于连接第二级功率放大器模块的输出端；

所述第一电容的第一端与所述功率放大器匹配电路的输入端连接，所述第一电容的第二端接地，所述第一电容的第一端与所述第一电感的第一端连接，所述第一电感的第二端与所述第二电感的第一端连接，所述第二电感的第二端连接至电源电压，所述第二电感的第一端与所述第二电容的第一端连接，所述第二电容的第二端与所述功率放大器匹配电路的输出端连接。

2.一种功率放大器，其特征在于，包括第一级功率放大器模块、功率放大器匹配电路和第二级功率放大器模块；

所述功率放大器匹配电路为如权利要求1所述的功率放大器匹配电路；

所述第一级功率放大器模块包括用于接收具有基频的射频信号的输入端和输出端，所述第二级功率放大器模块包括输入端和用于输出放大后的射频信号的输出端；

所述第一级功率放大器模块的输出端与所述功率放大器匹配电路的输入端连接，所述功率放大器匹配电路的输出端与所述第二级功率放大器模块的输入端连接。

3.如权利要求2所述的功率放大器，其特征在于，所述第一级功率放大器模块和所述第二级功率放大器模块均为包络跟踪功率放大器。

4.如权利要求2所述的功率放大器，其特征在于，所述第一级功率放大器模块和所述第二级功率放大器模块均为平均功率跟踪功率放大器。

5.如权利要求2所述的功率放大器，其特征在于，所述第一级功率放大器模块和所述第二级功率放大器模块均为增强功率跟踪功率放大器。

6.如权利要求2所述的功率放大器，其特征在于，所述第一级功率放大器模块和所述第二级功率放大器模块采用BJT工艺、MOSFET工艺或BiCMOS工艺中的一种实现。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及通信技术领域，尤其涉及功率放大器匹配电路及功率放大器。

背景技术

手机是现代人难以离开的智能数据终端之一，功率放大器直接决定了手机无线通信的距离、信号质量甚至待机时间。一方面随着人们对高速数据的需求与日俱增，现代通信系统的不断升级，手机电池的容量已无法跟上通信技术前进的步伐；另一方面由于功率放大器使用相对大量电流的组件，因此电流消耗比较严重；并且随着射频终端的电路板面积越来越小，使得功率放大器的功率附加效率(Power Added Efficiency，PAE)成为影响手机待机时间的主要原因之一。

现有技术中的包络跟踪(Envelop Tracking，ET)，平均功率跟踪(Average PowerTracking，APT)和增强功率跟踪(Enhanced Power Tracking，EPT)等技术，可以通过调整不同输出功率下不同的电源电压值，从而达到提高功率放大器PAE的目的。除了功率放大器的优化设计外，功率放大器匹配电路也是重要的影响整体系统性能的因素。功率放大器匹配电路通过电容、电感以及传输线使得前一级功率放大器模块的输出阻抗变换后，和后一级功率放大器模块的输入阻抗匹配(互为共轭)，这样可以无反射地传递信号到下一级并达到最高输出效率。

如图1所示，是现有技术提供的传统功率放大器匹配电路，电感L5的第一一端连接至电源电压VCC，第二端与电容C6的第一端连接以及连接至前一级功率放大器模块，电容C6的第二端通过电感L6接地，电容C6的第二端还通过电容C7连接至后一级功率放大器模块。如图2所示，是表示了现有技术提供的传统功率放大器匹配电路移动轨迹的史密斯圆图，输入和输出阻抗分别用两个不同点来表示，引入的每一个匹配器件相当于史密斯圆图上一条特定的线，不同的匹配网络代表通过不同的路径达成匹配。传统功率放大器匹配电路由于在不同功率输出下的电源电压值是固定的，只针对该固定的电源电压值做了优化，而在电源电压值是动态调整的情况下，在不同电源电压下的匹配性能变化较大，造成系统整体性能不够优化。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种功率放大器匹配电路及功率放大器，能够在电源电压动态调整的情况下，针对更宽的电源电压变化范围做匹配优化，提高功率放大器的附加效率，从而降低功耗，延长手机待机时间。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种功率放大器匹配电路，包括用于连接第一级功率放大器模块的输入端、第一电感、第二电感、第一电容、第二电容和用于连接第二级功率放大器模块的输出端；

本实用新型提供的功率放大器匹配电路，包括用于连接第一级功率放大器模块的输入端、第一电感、第二电感、第一电容、第二电容和用于连接第二级功率放大器模块的输出端；第一电容的第一端与功率放大器匹配电路的输入端连接，第一电容的第二端接地，第一电容的第一端与第一电感的第一端连接，第一电感的第二端与第二电感的第一端连接，第二电感的第二端连接至电源电压，第二电感的第一端与第二电容的第一端连接，第二电容的第二端与功率放大器匹配电路的输出端连接，能够在电源电压动态调整的情况下，针对更宽的电源电压变化范围做匹配优化，提高功率放大器的附加效率，从而降低功耗，延长手机待机时间。

相应地，本实用新型还提供了一种功率放大器，包括第一级功率放大器模块、功率放大器匹配电路和第二级功率放大器模块；

所述功率放大器匹配电路为如前所述的功率放大器匹配电路；

进一步地，所述第一级功率放大器模块和所述第二级功率放大器模块均为包络跟踪功率放大器。

进一步地，所述第一级功率放大器模块和所述第二级功率放大器模块均为平均功率跟踪功率放大器。

进一步地，所述第一级功率放大器模块和所述第二级功率放大器模块均为增强功率跟踪功率放大器。

进一步地，所述第一级功率放大器模块和所述第二级功率放大器模块采用BJT工艺、MOSFET工艺或BiCMOS工艺中的一种实现。

本实用新型提供的功率放大器，第一级功率放大器模块接收具有基频的射频信号，第一级功率放大器模块和第二级功率放大器模块对所述射频信号进行放大后通过第二级功率放大器模块的输出端输出放大后的射频信号，功率放大器匹配电路用于改善第一级功率放大器模块的负载阻抗以提高功率放大器的功率附加效率，且能够在电源电压动态调整的情况下，针对更宽的电源电压变化范围做匹配优化，提高功率放大器的附加效率，从而降低功耗，延长手机待机时间。

附图说明

图1是现有技术提供的传统功率放大器匹配电路的电路原理图；

图2是表示了现有技术提供的传统功率放大器匹配电路移动轨迹的史密斯圆图；

图3是本实用新型提供的一种功率放大器匹配电路的电路原理图；

图4是表示了本实用新型提供的一种功率放大器匹配电路移动轨迹的史密斯圆图；

图5是本实用新型提供的一种功率放大器的电路方框图；

图6是本实用新型提供的一种功率放大器的第一个实施例的电路方框图；

图7A是本实用新型第一个实施例提供的一种功率放大器与传统的功率放大器在0.9V电源电压下的输出功率和功率附加效率(PAE)的关系曲线图；

图7B是本实用新型第一个实施例提供的一种功率放大器与传统的功率放大器在2.1V电源电压下的输出功率和功率附加效率(PAE)的关系曲线图；

图7C是本实用新型第一个实施例提供的一种功率放大器与传统的功率放大器在3.3V电源电压下的输出功率和功率附加效率(PAE)的关系曲线图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参见图3，是本实用新型提供的一种功率放大器匹配电路的电路原理图。

本实用新型实施例提供一种功率放大器匹配电路，包括用于连接第一级功率放大器模块的输入端IN1、第一电感L7、第二电感L8、第一电容C8、第二电容C9和用于连接第二级功率放大器模块的输出端OUT1；

第一电容C8的第一端与功率放大器匹配电路的输入端IN1连接，第一电容C8的第二端接地，第一电容C8的第一端与第一电感L7的第一端连接，第一电感L7的第二端与第二电感L8的第一端连接，第二电感L8的第二端连接至电源电压VCC1，第二电感L8的第一端与第二电容C9的第一端连接，第二电容C9的第二端与功率放大器匹配电路的输出端OUT1连接。

在具体实施时，通过功率放大器匹配电路改善第一级功率放大器模块的负载阻抗达到提高功率放大器的PAE的目的，本实用新型的功率放大器匹配电路可以提高功率放大器在不同电源电压下的PAE，从而提升该功率放大器的整体效率。参见图4，是表示了本实用新型提供的一种功率放大器匹配电路移动轨迹的史密斯圆图。如图2和图3所示，在史密斯圆图上，本实用新型功率放大器匹配电路和传统的功率放大器匹配电路是两条不同的路径。如果只针对某一个特定条件(如固定的电源电压)，两种功率放大器匹配电路没有本质区别。但在电源电压动态变化的功率放大器架构下，两种功率放大器匹配电路由于路径的不同，在其它电源电压的情况下匹配发生了变化，本实用新型功率放大器匹配电路在其它电源电压的情况下，匹配优于功率放大器匹配电路方案，达到了增强功率放大器PAE的目的。

参见图5，是本实用新型提供的一种功率放大器的电路方框图。

本实用新型提供一种功率放大器，包括第一级功率放大器模块1、功率放大器匹配电路和第二级功率放大器模块2；

所述功率放大器匹配电路为如前所述的功率放大器匹配电路；

第一级功率放大器模块1包括用于接收具有基频的射频信号的输入端RFI和输出端，第二级功率放大器模块2包括输入端和用于输出放大后的射频信号的输出端RFO；

第一级功率放大器模块1的输出端与功率放大器匹配电路的输入端IN1连接，功率放大器匹配电路的输出端OUT1与第二级功率放大器模块的输入端连接。

具体实施时，第一级功率放大器模块1的输入端RFI接收具有基频的射频信号，第一级功率放大器模块1和第二级功率放大器模块2对所述射频信号进行放大后通过第二级功率放大器模块2的输出端RFO输出放大后的射频信号，功率放大器匹配电路用于改善第一级功率放大器模块1的负载阻抗以提高功率放大器的功率附加效率，且能够在电源电压VCC1动态调整的情况下，针对更宽的电源电压变化范围做匹配优化，提高功率放大器的功率附加效率，从而降低功耗，延长手机待机时间。

参见图6，是本实用新型提供的一种功率放大器的第一个实施例的电路方框图。如图6所示，第一级功率放大器模块1和第二级功率放大器模块2均为包络跟踪功率放大器。

需要说明的是，包络跟踪技术是通过调整不同输出功率下不同的电源电压值，从而达到提高功率放大器PAE的目的。本实用新型的功率放大器匹配电路可以提高功率放大器在不同电压源下的PAE，从而提升该功率放大器的整体效率。

参见图7A、图7B和图7C,分别是本实用新型第一个实施例提供的一种功率放大器与传统的功率放大器在0.9V、2.1V和3.3V电源电压下的输出功率和功率附加效率(PAE)的关系曲线图。如图7A、图7B和图7C所示，功率放大器在25摄氏度，频率为1747.5MHz，电源电压分别为0.9V,2.1V,3.3V时，对于相同的输入功率，扫描输出功率得到的对比结果，通过改变功率放大器匹配电路的拓扑结构，使得功率放大器PAE上升1％至4％。

进一步地，第一级功率放大器模块1和第二级功率放大器模块2均为平均功率跟踪功率放大器。

进一步地，第一级功率放大器模块1和第二级功率放大器模块2均为增强功率跟踪功率放大器。

进一步地，第一级功率放大器模块1和第二级功率放大器模块2采用BJT工艺、MOSFET工艺或BiCMOS工艺中的一种实现。

需要说明的是，第一级功率放大器模块1和第二级功率放大器模块2采用的工艺包括但不限于BJT工艺、MOSFET工艺和BiCMOS工艺等。

本实用新型提供的功率放大器匹配电路及功率放大器，包括用于连接第一级功率放大器模块的输入端、第一电感、第二电感、第一电容、第二电容和用于连接第二级功率放大器模块的输出端；第一电容的第一端与功率放大器匹配电路的输入端连接，第一电容的第二端接地，第一电容的第一端与第一电感的第一端连接，第一电感的第二端与第二电感的第一端连接，第二电感的第二端连接至电源电压，第二电感的第一端与第二电容的第一端连接，第二电容的第二端与功率放大器匹配电路的输出端连接，能够在电源电压动态调整的情况下，针对更宽的电源电压变化范围做匹配优化，提高功率放大器的附加效率，从而降低功耗，延长手机待机时间。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

设计图

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