專利名稱：一種輸出功率可調(diào)的功率放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于射頻集成電路技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種輸出功率可調(diào)的功率放大器， 該功率放大器可應(yīng)用于各種無線通信系統(tǒng)，本發(fā)明中功率放大器的電路結(jié)構(gòu)適用于CMOS， BiCMOS, FET，異質(zhì)結(jié)晶體管等其他晶體管。
背景技術(shù)：
在各種無線傳輸技術(shù)中，因?yàn)閷?shí)際環(huán)境，如距離，障礙，干擾的不同，往往需要功率放大器能提供不同的輸出功率，以滿足低功耗和實(shí)際需求的折中，而且如果每個(gè)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)都能動態(tài)調(diào)節(jié)輸出功率，將大大降低通信環(huán)境的背景噪聲。實(shí)際很多通信的產(chǎn)品具有功率回退功能，如TI的Zigbee芯片CC2530，最大輸出功率為4. 5dBm(典型值)，可編程的輸出范圍為32dB，輸出功率范圍為-27. 5dBm到4. 5dBm。一般功率放大器都是根據(jù)最大輸出功率進(jìn)行優(yōu)化，導(dǎo)致在功率回退(低于最大功率輸出時(shí))效率會明顯降低。所有元件都是理想原件的(無寄生)情況下，傳統(tǒng)功率放大器的輸出功率與效率呈線性關(guān)系。即輸出功率越低，效率越低。而在實(shí)際情況中，因?yàn)榉抢硐氲男?yīng)的影響，如寄生參數(shù)的影響，效率會進(jìn)一步降低。為了實(shí)現(xiàn)功率放大器的不同的輸出功率，主要調(diào)節(jié)方式有調(diào)節(jié)供電電壓，調(diào)解晶體管偏置電壓，調(diào)解輸出端等效負(fù)載電阻，或者開關(guān)控制功率放大器(通過將幾個(gè)功率放大器并聯(lián)，通過開關(guān)某幾個(gè)功率放大器實(shí)現(xiàn)功率調(diào)解)。但是每一個(gè)方案單獨(dú)應(yīng)用都有其不足之處。為了提高反向隔離，提高穩(wěn)定性，一般采用中和電容技術(shù)，即在差分功率放大器的輸入MOS管的柵極，和反向輸出端之間連接一個(gè)電容，圖1，參考文獻(xiàn)1(Wei L.Chan and John R. Long "A 58_65GHz Neutralized CMOS Power Amplifier with PAE Above 10% at I-V Supply," IEEE J. Solid-State Circuits，vol. 45，ηο· 3，pp. 554_564，Mar. 2008.)。 但是這個(gè)結(jié)構(gòu)很難直接應(yīng)用于開關(guān)控制功率放大器，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的功率放大器并聯(lián)結(jié)構(gòu)的開關(guān)與輸入管的漏端串聯(lián)，圖2，參考文獻(xiàn)2(Chia-Jun Chang, Po-Chih Wang, Chih-Yu Tsai,Chin-Lung Li,Chiao-Ling Chang,Han-Jung Shih,Meng-Hsun Tsai,Wen-Shan Wang, Ka-Un Chan, and Ying-Hsi Lin "A CMOS Transceiver with internal PA and Digital Pre-distortion For WLAN802.lla/b/g/n Applications," IEEE RFIC.Symp. Dig., pp. 435-438, Oct 2010.)，圖中Vctrl信號即為開關(guān)控制信號。當(dāng)開關(guān)關(guān)閉時(shí)，輸入端與輸出端的耦合電容與開關(guān)打開時(shí)的耦合電容不同。采用單一中和電容將導(dǎo)致不同輸出功率的反向隔離和穩(wěn)定性不同，甚至可能惡化反向隔離和穩(wěn)定性，因此文獻(xiàn)2沒有采用中和電容。而通過調(diào)解中和電容大小的，滿足開關(guān)控制功率放大器不同功率輸出的需求的設(shè)計(jì)方案實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度高，工藝穩(wěn)定性差。現(xiàn)有的改變輸出阻抗的電路，存在著可調(diào)性差，面積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜等缺點(diǎn)。 如 Doherty 結(jié)構(gòu)，圖 3，參考文獻(xiàn)3(Liluan Yang, Hsin-Shu Chen, and Yi-Jan Emery Chen "A 2. 4GHz Fully Integrated Cascode-Cascade CMOS Doherty Power
4Amplifier,，，IEEE Microwave and Wireless Components Letters vol.18, no.3, Mar 2008.)，需要額外的輔助功率放大器，功分器且需要四分之一波長傳輸線，在標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝中實(shí)現(xiàn)難度和設(shè)計(jì)難度很大，而且代價(jià)很高。在IGHz到10(ihZ的工作范圍內(nèi)四分之一波長傳輸線的長度為幾十毫米甚至幾十厘米，在集成電路工藝上實(shí)現(xiàn)成本過高，甚至是不現(xiàn)實(shí)的。因此文獻(xiàn)3采用了分立元件實(shí)現(xiàn)傳輸線，但是如圖4所示，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，采用了多個(gè)電感，版圖面積大，成本高?，F(xiàn)在有關(guān)阻抗變換網(wǎng)絡(luò)的專利很多，如申請?zhí)枮?006101648M. 9的專利提出了一種匹配網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò)能自適應(yīng)實(shí)現(xiàn)匹配，但是這種網(wǎng)絡(luò)單端電路需要三個(gè)變?nèi)莨埽膫€(gè)隔直電容，兩個(gè)電感，面積太大。另外如申請?zhí)枮?00980113014. 1的專利，公開了的網(wǎng)絡(luò)單端電路需要四個(gè)電容，四個(gè)電感，同樣存在面積太大的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種輸出功率可調(diào)的功率放大器，用來滿足現(xiàn)有功率發(fā)射技術(shù)中，多功率輸出，提高多功率輸出穩(wěn)定性和反向隔離度，及提高功率回退時(shí)效率的需求的一種新型電路。本發(fā)明為了達(dá)到上述目的采用的技術(shù)方案為一種輸出功率可調(diào)的功率放大器， 其特征在于，包括主功率放大器和匹配網(wǎng)絡(luò)電路，所述主功率放大器的信號輸入端與輸入信號相接，輸出端與匹配網(wǎng)絡(luò)電路的信號輸入端連接，匹配網(wǎng)絡(luò)電路的信號輸出端與負(fù)載連接；所述主功率放大器采用開關(guān)控制的功率放大器，通過將開關(guān)陣列與功率放大器陣列結(jié)合起來用以實(shí)現(xiàn)不同功率輸出；采用中和電容用以提高反向隔離度和穩(wěn)定性；所述主功率放大器的電路包括多個(gè)功率放大器并聯(lián)形成的功率放大器陣列、兩個(gè)中和電容及兩個(gè)開關(guān)陣列；一個(gè)中和電容連接在差分信號的正相輸入端和對應(yīng)的正相輸出端，用以抵消差分信號正相輸入端與對應(yīng)的反相輸出端的寄生電容；另一個(gè)中和電容連接在差分信號的反相輸入端和對應(yīng)的反相輸出端，用以抵消差分信號的反相輸入端與對應(yīng)的正相輸出端的寄生電容，同時(shí)將其中一個(gè)開關(guān)陣列兩端分別連接在地和功率放大器之間；將另一個(gè)開關(guān)陣列分別兩端連接在供電電源和功率放大器之間；采用這種連接方式可以實(shí)現(xiàn)中和電容和開關(guān)控制的功率放大器的兼容；所述匹配網(wǎng)絡(luò)電路采用電容可變匹配網(wǎng)絡(luò)，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)包括兩種功能的可變電容， 一種可變電容的功能為調(diào)解阻抗變換率，連接在匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入信號和負(fù)載之間，用以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)阻抗變換率，進(jìn)而調(diào)節(jié)等效負(fù)載；另一種可變電容的功能為調(diào)諧電容，連接在輸入信號和地之間，即單端輸出；或連接在差分信號之間，即差分輸出；用以彌補(bǔ)改變調(diào)節(jié)阻抗變換率電容引起的頻率偏移，工藝角引起的偏移及其他因素引起的頻率偏移。進(jìn)一步的，所述匹配網(wǎng)絡(luò)電路采用電容可變匹配網(wǎng)絡(luò)，差分電容可變匹配網(wǎng)絡(luò)包括三個(gè)可變電容，用以實(shí)現(xiàn)兩種功能；一個(gè)可變電容的一端與匹配網(wǎng)絡(luò)的正相輸入信號相連，另外一端與正相輸出端相連；另外一個(gè)可變電容的一端與匹配網(wǎng)絡(luò)的反相輸入信號相連，另外一端與反相輸出端相連；這兩個(gè)可變電容的功能是調(diào)節(jié)阻抗變換率；第三個(gè)可變電容的一端與匹配網(wǎng)絡(luò)的正相輸入信號相連，另一外端與匹配網(wǎng)絡(luò)的反相輸入信號相連， 這個(gè)電容陣列的功能是調(diào)節(jié)諧振頻率，包括調(diào)節(jié)用于調(diào)節(jié)阻抗變換率的電容引起的頻率偏移和其他因素一起的頻率偏移；這個(gè)電路還包括一個(gè)電感，電感的一端與匹配網(wǎng)絡(luò)的正相輸入信號相連，另外一端與匹配網(wǎng)絡(luò)的反相輸入信號相連，即與第三個(gè)可變電容并聯(lián)；或者所述匹配網(wǎng)絡(luò)電路采用電容可變匹配網(wǎng)絡(luò)，單端電容可變匹配網(wǎng)絡(luò)包括兩個(gè)可變電容，用以實(shí)現(xiàn)兩種功能；一個(gè)可變電容的一端與匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入信號相連，另外一端與匹配網(wǎng)絡(luò)的輸出端相連；這個(gè)可變電容的功能是調(diào)節(jié)阻抗變換率；另外一個(gè)可變電容的一端與匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入信號相連，另外一端與地相連，這個(gè)電容陣列的功能是調(diào)節(jié)諧振頻率，包括調(diào)節(jié)用于調(diào)節(jié)阻抗變換率的電容引起的頻率偏移和其他因素一起的頻率偏移；這個(gè)電路還包括一個(gè)電感，電感的一端與匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入信號相連，另外一端與地相連，即與第二個(gè)可變電容并聯(lián)。進(jìn)一步的，將開關(guān)控制的主功率放大器和電容可變的匹配網(wǎng)絡(luò)電路結(jié)合起來，同時(shí)控制開關(guān)控制的主功率放大器和匹配網(wǎng)絡(luò)電路，可以大大提高功率回退時(shí)的效率。進(jìn)一步的，所述的可變電容可由變?nèi)莨芑蜷_關(guān)電容陣列或二者組合實(shí)現(xiàn)，其中開關(guān)電容陣列為一個(gè)由開關(guān)控制的電容即為一路開關(guān)電容，多路開關(guān)電容并聯(lián)構(gòu)成開關(guān)電容陣列；采用開關(guān)電容陣列，可以與數(shù)字電路更好的兼容，實(shí)現(xiàn)直接由數(shù)字電路控制阻抗變換率。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于1、本發(fā)明單端電路只需要兩個(gè)可變電容(變?nèi)莨芑蜷_關(guān)電容陣列)和一個(gè)電感； 差分電路只需三個(gè)可變電容(變?nèi)莨芑蜷_關(guān)電容陣列)和一個(gè)電感就實(shí)現(xiàn)了隔直，阻抗匹配，電路調(diào)諧，和阻抗變換的功能。2、本發(fā)明采用了開關(guān)式功率放大器，可以用數(shù)字信號直接控制輸出功率。3、本發(fā)明的設(shè)計(jì)的電路結(jié)構(gòu)，采用了中和電容，并將開關(guān)管置于輸入管的源端，而非傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的漏端。解決了中和電容和開關(guān)式功率放大器不兼容的問題，提高了功率放大器的反向隔離度和穩(wěn)定性。4、本發(fā)明將開關(guān)式功率放大器和電容可變阻抗變換網(wǎng)絡(luò)結(jié)合起來，大大提高了功率回退時(shí)的效率。


圖1為一種采用中和電容的但是未采用開關(guān)控制功率放大器的背景技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖，參考文獻(xiàn)1；圖2為一種采用開關(guān)控制功率放大器但是未采用中和電容的背景技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖，參考文獻(xiàn)2；圖3為一種采用Doherty結(jié)構(gòu)的功率放大器的背景技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖，參考文獻(xiàn)3；圖4為一種采用Doherty結(jié)構(gòu)的功率放大器的背景技術(shù)的具體實(shí)現(xiàn)示意圖，參考文獻(xiàn)3；圖5為采用本發(fā)明的一種實(shí)施例和未采用本發(fā)明的傳統(tǒng)功率放大器輸出功率回退時(shí)的效率比較。圖6為本發(fā)明實(shí)施方式提供的輸出功率可調(diào)的射頻功率放大器的整體結(jié)構(gòu)示意圖7為本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式
的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式
提供的與中和電容相兼容的主放大器電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖9為本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式
提供的匹配網(wǎng)絡(luò)電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖10為本發(fā)明的單端電路匹配網(wǎng)絡(luò)的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖中，1為主功率放大器；2為匹配網(wǎng)絡(luò)電路；3、4為中和電容；5為可變電容；6，7 為可變電容；8為負(fù)載；9為功率放大器陣列；10為固定電感；11、12為開關(guān)；13，14為子功率放大器。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)結(jié)合

本發(fā)明的實(shí)施例。但以下的實(shí)施例僅限于解釋本發(fā)明，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)包括權(quán)利要求的全部內(nèi)容，而且通過以下實(shí)施例對該領(lǐng)域的技術(shù)人員即可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明權(quán)利要求的全部內(nèi)容。本發(fā)明特別適用于無線通信發(fā)射機(jī)中的功率放大器，但不僅限于此，也可以應(yīng)用于具有其他用途的功率放大器。基本實(shí)施例如圖6所示，發(fā)明實(shí)施的電路包括主功率放大器1和匹配網(wǎng)絡(luò)電路2，主功率放大器1的輸出端與匹配網(wǎng)絡(luò)電路2的輸入端相連。電路采用了中和電容3、4，同時(shí)將主功率放大器的開關(guān)陣列(11)兩端分別連接在地和功率放大器之間；將另一個(gè)開關(guān)陣列(12)兩端分別連接在供電電源和功率放大器之間。此外本發(fā)明采用了電容可變的匹配網(wǎng)絡(luò)電路2，可變電容6，7與負(fù)載串聯(lián)，可變電容5與固定電感10并聯(lián)在匹配網(wǎng)絡(luò)電路2的輸入端。8表示負(fù)載，如天線等。本發(fā)明結(jié)構(gòu)框圖如圖6，通過開關(guān)控制的功率放大器1實(shí)現(xiàn)功率調(diào)解的方案和匹配網(wǎng)絡(luò)電路2調(diào)解輸出端等效負(fù)載電阻的方案結(jié)合起來，又在這兩種方案的傳統(tǒng)解決方法上提出改進(jìn)和創(chuàng)新。該發(fā)明實(shí)現(xiàn)了，功率放大器功率回退時(shí)，效率明顯優(yōu)于不采用該技術(shù)的傳統(tǒng)電路，性能比較如圖5。如圖6所示，本發(fā)明的采用多個(gè)功率放大器并聯(lián)的功率放大器陣列9，通過開關(guān)某幾個(gè)功率放大器陣列9實(shí)現(xiàn)功率調(diào)解。為了提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和反向隔離度，電路中采用了中和電容3、4，中和電容3連接在差分信號的正相輸入端和對應(yīng)的正相輸出端，用以抵消差分信號正相輸入端與對應(yīng)的反相輸出端的寄生電容；中和電容4連接在差分信號的反相輸入端和對應(yīng)的反相輸出端，用以抵消差分信號的反相輸入端與對應(yīng)的正相輸出端的寄生電容，同時(shí)將其中一個(gè)開關(guān)陣列(11)兩端連接在地和功放管之間；將另一個(gè)開關(guān)陣列(12)兩端連接在供電電源和功放管之間。這樣實(shí)現(xiàn)了在開關(guān)控制功率放大器與中和電容相兼容， 即不同功率輸出情況下，開關(guān)無論打開或關(guān)閉，輸出端和輸入端看到的耦合電容基本不變， 采用兩個(gè)中和電容就可以提高不同輸出功率的反向隔離和穩(wěn)定性。解決了中和電容不適用于開關(guān)控制功率放大器的問題。這種設(shè)計(jì)方式設(shè)計(jì)難度低，版圖面積小，工藝穩(wěn)定性高。如圖6所示，本發(fā)明的匹配網(wǎng)絡(luò)電路2，采用了可變電容的形式(包括變?nèi)莨軐?shí)現(xiàn)或電容開關(guān)陣列實(shí)現(xiàn)，或二者組合實(shí)現(xiàn)，及其他實(shí)現(xiàn)方式)。在傳統(tǒng)的L型匹配網(wǎng)絡(luò)中，將固定電容改為可變電容，功能是調(diào)解阻抗變換率，但是只調(diào)解可變電容6、7會影響電路的諧
7振頻率，所以還需可變電容5負(fù)責(zé)調(diào)諧匹配網(wǎng)絡(luò)，使網(wǎng)絡(luò)工作在設(shè)定頻率。電感10與電容共同組成諧振網(wǎng)絡(luò)。10為負(fù)載，如天線，音箱等。通過采用電容可變的匹配網(wǎng)絡(luò)電路2，可以在功率回退時(shí)調(diào)解等效輸出阻抗，使主功率放大器的輸出端的輸出擺幅在功率回退時(shí)仍然保持在一個(gè)最優(yōu)的數(shù)值，大大提高了功率回退時(shí)功率放大器的效率，而且整個(gè)電容可變匹配網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，只需要一個(gè)電感，便于集成電路實(shí)現(xiàn)，所需面積小，成本大大降低。目前提高功率回退時(shí)，功率放大器的效率的方案很多，如Doherty結(jié)構(gòu)，脈寬調(diào)制，采用DC-DC等等，但是這些方法無一不存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電路面積大的問題，而且脈寬調(diào)制方案只適用于D、E、F類功率放大器，DC-DC控制供電電壓的解決方案本身的DC-DC的面積就很大，而且消耗一定的功率。相比而言，本發(fā)明設(shè)計(jì)方案只有一個(gè)電感，控制簡單，易于可以實(shí)現(xiàn)片上集成，大大節(jié)約了芯片面積，既適用于傳統(tǒng)功率放大器，又適用于D、E、F類功率放大器。實(shí)施例1圖7展示了圖6的主功率放大器1的一種具體實(shí)施方案。圖中只包括了兩個(gè)子功率放大器并聯(lián)，即功率子放大器13和子功率放大器14并聯(lián)，但是顯然多個(gè)子功率放大器并聯(lián)亦屬于本發(fā)明的應(yīng)用。對于功率子放大器13，晶體管匪1，晶體管匪2的源端接地，柵端接開關(guān)控制信號 SW1，晶體管匪1，晶體管匪2的漏端相接，并與晶體管匪5，晶體管NM6的源端相接，構(gòu)成了其中一個(gè)子功率放大器的到地的開關(guān)。晶體管NMl，晶體管NM2的漏端相接的目的是實(shí)現(xiàn)一個(gè)電路上的虛地，提高增益。晶體管匪5，晶體管PMl的柵端與一端輸入線號相接，如Vin+ ； 晶體管NM6，晶體管PM2的柵端與另外一端輸入線號相接，如Vin-。晶體管匪5的漏端和晶體管PMl的漏端相連，晶體管NM6的漏端和晶體管PM2的漏端相連。晶體管PM5，晶體管 PM6的源端接電源，柵端接開關(guān)控制信號SWl的反向信號，晶體管PM5，晶體管PM6的漏端相接，并與晶體管PM1，晶體管PM2的源端相接，構(gòu)成了子功率放大器的到電源的開關(guān)。晶體管匪1，晶體管匪2的漏端相接的目的也是實(shí)現(xiàn)一個(gè)電路上的虛地，提高增益。對于子功率放大器14，晶體管匪3，晶體管NM4的源端接地，柵端接開關(guān)控制信號 Sff2,晶體管匪3，晶體管NM4的漏端相接，并與晶體管NM7,晶體管NM8的源端相接，構(gòu)成了另一個(gè)子功率放大器的到地的開關(guān)。晶體管NM7，晶體管PM3的柵端與一端輸入線號相接， 如Vin+ ；晶體管NM8，晶體管PM4的柵端與另外一端輸入線號相接，如Vin_。晶體管NM7的漏端和晶體管PM3的漏端相連，晶體管NM8的漏端和晶體管PM4的漏端相連。晶體管PM7， 晶體管PM8的源端接電源，柵端接開關(guān)控制信號SW2的反向信號，晶體管PM7，晶體管PM8的漏端相接，并與晶體管PM3，晶體管PM4的源端相接，構(gòu)成了子功率放大器的到電源的開關(guān)。功率放大器13的晶體管匪5，晶體管PMl的柵端所接的輸入信號與功率放大器14 的晶體管NM7，晶體管PM3的柵端所接輸入信號同為Vin+。功率放大器13的晶體管NM6，晶體管PM2的柵端所接的輸入信號與功率放大器14的晶體管NM8，晶體管PM4的柵端輸入所接信號同為Vin-。功率放大器13的晶體管匪5，晶體管PMl的漏端所接的輸出信號與功率放大器14的晶體管NM7,晶體管PM3的漏端所接輸出信號同為Vout-。功率放大器13的晶體管NM6，晶體管PM2的漏端所接的輸出信號與功率放大器14的晶體管NM8，晶體管PM4的漏端所接輸出信號同為Vout+。中和電容Cl的一端與輸入信號Vin+相接，另外一端與輸出信號Vout+相接。中和電容Cl大小的一般性選取原則為，與晶體管匪5，晶體管匪7，晶體管PM1，晶體管PM3的柵漏電容Cgd之和相等。中和電容C2的一端與輸入信號Vin-相接，另外一端與輸出信號 Vout-相接。中和電容C2大小的一般性選取原則為，與晶體管NM6，晶體管NM8，晶體管PM2， 晶體管PM4的柵漏電容Cgd之和相等。如實(shí)施例1所示，該方案只需要兩個(gè)中和電容就可以實(shí)現(xiàn)對于兩個(gè)以致多個(gè)子功率放大器的寄生電容Cgd進(jìn)行中和。實(shí)施例2圖8展示了圖6的匹配網(wǎng)絡(luò)電路2的一種具體實(shí)施方案。具體展示了一種差分電容可變匹配網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，采用開關(guān)電容陣列實(shí)現(xiàn)阻抗變換。顯然，電容可變匹配網(wǎng)絡(luò)很容易應(yīng)用在單端電路，亦屬于本發(fā)明范疇。開關(guān)的實(shí)現(xiàn)方式很多，很簡單的一種方式便是用NMOS 管來實(shí)現(xiàn)。在本實(shí)施例中，阻抗變換率調(diào)解電容采用四個(gè)開關(guān)電容陣列，諧振頻率調(diào)解電容采用兩個(gè)開關(guān)電容陣列，顯然可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用采用其他數(shù)目的電容陣列以實(shí)現(xiàn)所需的調(diào)諧范圍和精度。兩個(gè)并聯(lián)的開關(guān)陣列(C8，SW5串聯(lián)構(gòu)成其中一個(gè)電容陣列，C9，SW6串聯(lián)構(gòu)成另一個(gè)電容陣列)構(gòu)成的阻抗變換率調(diào)解電容的一端與輸出負(fù)載Load的一端相連，這兩個(gè)并聯(lián)的開關(guān)陣列的另外一端與輸入信號Vin+相連。因?yàn)椴罘蛛娐返男枰?，兩個(gè)并聯(lián)的開關(guān)陣列(C10，SW7串聯(lián)構(gòu)成其中一個(gè)電容陣列，C10，SW8串聯(lián)構(gòu)成另一個(gè)電容陣列)構(gòu)成的另外一個(gè)阻抗變換率調(diào)解電容與輸出負(fù)載的另外一端相連，這兩個(gè)并聯(lián)的開關(guān)陣列的另外一端與輸入信號Vin-相連。兩個(gè)并聯(lián)的開關(guān)陣列(C3，Sff3, C4構(gòu)成其中一個(gè)電容陣列，C5， SW4，C6構(gòu)成另一個(gè)電容陣列)構(gòu)成的諧振頻率調(diào)解電容的兩端，與輸入信號的兩端Vin+和 Vin-相連。電感Ll的兩端與輸入信號的兩端Vin+和Vin-相連。工作原理介紹該匹配網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)向上的匹配網(wǎng)絡(luò)，即從一個(gè)低阻變?yōu)橐粋€(gè)高阻， 變換后的高阻值與低阻值的比值即為阻抗變換率。當(dāng)開關(guān)SW5，Sff6, Sff7, SW8全部導(dǎo)通時(shí)， 阻抗變換率調(diào)解電容最大，此時(shí)阻抗變換率最低，輸入端Vin+，Vin-看到的等效并聯(lián)電阻最小，輸出功率最大，而此時(shí)等效并聯(lián)電容最大，為了將諧振頻率固定在一個(gè)希望的頻率， 斷開SW3，SW4，使并聯(lián)在輸入端Vin+，Vin-的總的電容保持不變，使諧振頻率保持恒定。當(dāng)開關(guān)SW5，SW8導(dǎo)通，SW6，SW7斷開時(shí)，阻抗變換率調(diào)解電容居中，此時(shí)阻抗變換率居中，輸入端Vin+，Vin-看到的等效并聯(lián)電阻居中，輸出功率居中，而此時(shí)等效并聯(lián)電容居中，為了將諧振頻率固定在一個(gè)希望的頻率，SW3導(dǎo)通，SW4斷開，使并聯(lián)在輸入端Vin+，Vin-的總的電容保持不變，使諧振頻率保持恒定。當(dāng)開關(guān)SW5，Sff6, Sff7, SW8全部斷開時(shí)，阻抗變換率調(diào)解電容最小，此時(shí)阻抗變換率最高，輸入端Vin+，Vin-看到的等效并聯(lián)電阻最大，輸出功率最小，而此時(shí)等效并聯(lián)電容最小，為了將諧振頻率固定在一個(gè)希望的頻率，SW3和SW4導(dǎo)通，使并聯(lián)在輸入端Vin+，Vin-的總的電容保持不變，使諧振頻率保持恒定。實(shí)施例3圖9展示了圖6的一種具體的整體實(shí)施方案，為了便于進(jìn)一步說明該實(shí)施例3，將圖7和圖8放在了一起形成圖9，將實(shí)施例1的輸出端與實(shí)施例2的輸入端串聯(lián)，即實(shí)現(xiàn)了實(shí)施例3。當(dāng)開關(guān)SW5，SW6，SW7，SW8全部導(dǎo)通時(shí)，阻抗變換率調(diào)解電容最大，此時(shí)阻抗變換率最低，主功率放大器輸出端看到的等效電阻最小，此時(shí)主功率放大器的開關(guān)控制信號SW1， SW2導(dǎo)通，主功率放大器包含的子功率放大器1和子功率放大器2共同工作，輸出功率最大。當(dāng)開關(guān)SW5，Sff6, Sff7, SW8全部斷開時(shí)，阻抗變換率調(diào)解電容最小，此時(shí)阻抗變換率最高，主功率放大器輸出端看到的等效電阻最大，此時(shí)主功率放大器的開關(guān)控制信號SWl導(dǎo)通，SW2 關(guān)閉，包含的子功率放大器13工作，而子功率放大器14不工作，輸出功率最小。通過合理的選取電路的尺寸，可以使主功率放大器輸出端的輸出擺幅在上述兩種情況下，都保持在最優(yōu)值。從而提高了功率回退時(shí)的效率。 以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。本發(fā)明的可追溯性如權(quán)利要求所示，任何電路只要采用了開關(guān)控制功率放大器和中和電容，并將開關(guān)連接在電源和功放管之間，或者地和功放管之間，即為本發(fā)明范疇。如權(quán)利要求所示，任何電路只要采用了包括兩種可變電容，一種可變電容用來調(diào)解阻抗變換率，與負(fù)載或輸出端串聯(lián)，另一種可變電容用來調(diào)節(jié)諧振頻率， 與電感并聯(lián)，即為本發(fā)明范疇。顯然本發(fā)明可以通過反向工程，判斷某款芯片產(chǎn)品是否侵權(quán)?；蛲ㄟ^觀察電路板電路結(jié)構(gòu)判斷某款產(chǎn)品是否侵權(quán)。
權(quán)利要求
1.一種輸出功率可調(diào)的功率放大器，其特征在于，包括主功率放大器(1)和匹配網(wǎng)絡(luò)電路O)，所述主功率放大器(1)的信號輸入端與輸入信號相接，輸出端與匹配網(wǎng)絡(luò)電路 (2)的信號輸入端連接，匹配網(wǎng)絡(luò)電路O)的信號輸出端與負(fù)載連接；所述主功率放大器(1)采用開關(guān)控制的功率放大器，通過將開關(guān)陣列(11、12)與功率放大器陣列(9)結(jié)合起來用以實(shí)現(xiàn)不同功率輸出；采用中和電容(3)用以提高反向隔離度和穩(wěn)定性；所述主功率放大器(1)的電路包括多個(gè)功率放大器并聯(lián)形成的功率放大器陣列(9)、兩個(gè)中和電容(3、4)及兩個(gè)開關(guān)陣列(11、12)；—個(gè)中和電容(3)連接在差分信號的正相輸入端和對應(yīng)的正相輸出端，用以抵消差分信號正相輸入端與對應(yīng)的反相輸出端的寄生電容；另一個(gè)中和電容(4)連接在差分信號的反相輸入端和對應(yīng)的反相輸出端，用以抵消差分信號的反相輸入端與對應(yīng)的正相輸出端的寄生電容，同時(shí)將其中一個(gè)開關(guān)陣列 (11)兩端分別連接在地和功率放大器之間；將另一個(gè)開關(guān)陣列(1 兩端分別連接在供電電源和功率放大器之間；采用這種連接方式可以實(shí)現(xiàn)中和電容(3)和開關(guān)控制的功率放大器的兼容；所述匹配網(wǎng)絡(luò)電路( 采用電容可變匹配網(wǎng)絡(luò)，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)包括兩種功能的可變電容， 一種可變電容的功能為調(diào)解阻抗變換率，連接在匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入信號和負(fù)載之間，用以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)阻抗變換率，進(jìn)而調(diào)節(jié)等效負(fù)載；另一種可變電容的功能為調(diào)諧電容，連接在輸入信號和地之間，即單端輸出；或連接在差分信號之間，即差分輸出；用以彌補(bǔ)改變調(diào)節(jié)阻抗變換率電容引起的頻率偏移，工藝角引起的偏移及其他因素引起的頻率偏移。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輸出功率可調(diào)的功率放大器，其特征在于所述匹配網(wǎng)絡(luò)電路( 采用電容可變匹配網(wǎng)絡(luò)，差分電容可變匹配網(wǎng)絡(luò)包括三個(gè)可變電容，用以實(shí)現(xiàn)兩種功能；一個(gè)可變電容的一端與匹配網(wǎng)絡(luò)的正相輸入信號相連，另外一端與正相輸出端相連；另外一個(gè)可變電容的一端與匹配網(wǎng)絡(luò)的反相輸入信號相連，另外一端與反相輸出端相連；這兩個(gè)可變電容的功能是調(diào)節(jié)阻抗變換率；第三個(gè)可變電容的一端與匹配網(wǎng)絡(luò)的正相輸入信號相連，另一外端與匹配網(wǎng)絡(luò)的反相輸入信號相連，這個(gè)電容陣列的功能是調(diào)節(jié)諧振頻率，包括調(diào)節(jié)用于調(diào)節(jié)阻抗變換率的電容引起的頻率偏移和其他因素一起的頻率偏移；這個(gè)電路還包括一個(gè)電感，電感的一端與匹配網(wǎng)絡(luò)的正相輸入信號相連，另外一端與匹配網(wǎng)絡(luò)的反相輸入信號相連，即與第三個(gè)可變電容并聯(lián)；或者所述匹配網(wǎng)絡(luò)電路( 采用電容可變匹配網(wǎng)絡(luò)，單端電容可變匹配網(wǎng)絡(luò)包括兩個(gè)可變電容，用以實(shí)現(xiàn)兩種功能；一個(gè)可變電容的一端與匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入信號相連，另外一端與匹配網(wǎng)絡(luò)的輸出端相連；這個(gè)可變電容的功能是調(diào)節(jié)阻抗變換率；另外一個(gè)可變電容的一端與匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入信號相連，另外一端與地相連，這個(gè)電容陣列的功能是調(diào)節(jié)諧振頻率，包括調(diào)節(jié)用于調(diào)節(jié)阻抗變換率的電容引起的頻率偏移和其他因素一起的頻率偏移；這個(gè)電路還包括一個(gè)電感，電感的一端與匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入信號相連，另外一端與地相連，即與第二個(gè)可變電容并聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輸出功率可調(diào)的功率放大器，其特征在于將開關(guān)控制的主功率放大器(1)和電容可變的匹配網(wǎng)絡(luò)電路(2)結(jié)合起來，同時(shí)控制開關(guān)控制的主功率放大器(1)和匹配網(wǎng)絡(luò)電路O)，可以大大提高功率回退時(shí)的效率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輸出功率可調(diào)的功率放大器，其特征在于所述的可變電容可由變?nèi)莨芑蜷_關(guān)電容陣列或二者組合實(shí)現(xiàn)，其中開關(guān)電容陣列為一個(gè)由開關(guān)控制的電容即為一路開關(guān)電容，多路開關(guān)電容并聯(lián)構(gòu)成開關(guān)電容陣列；采用開關(guān)電容陣列，可以與數(shù)字電路更好的兼容，實(shí)現(xiàn)直接由數(shù)字電路控制阻抗變換率。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種輸出功率可調(diào)的功率放大器，該功率放大器包括主功率放大器(1)和匹配網(wǎng)絡(luò)電路(2)，主功率放大器(1)的輸出端與匹配網(wǎng)絡(luò)電路(2)的輸入端相連；采用開關(guān)控制功率放大器和中和電容技術(shù)，同時(shí)將主功率放大器(1)的開關(guān)陣列(11)兩端分別連接在地和功率放大器之間；將另一個(gè)開關(guān)陣列(12)兩端分別連接在供電電源和功率放大器之間，使開關(guān)控制功率放大器與中和電容技術(shù)更好的兼容，提高了方向隔離度和穩(wěn)定性。此外本發(fā)明采用了電容可變的匹配網(wǎng)絡(luò)電路(2)，通過調(diào)節(jié)電容(6、7)可以調(diào)節(jié)阻抗變換率，同時(shí)調(diào)節(jié)電容(5)使電路諧振到設(shè)定頻率。本發(fā)明可滿足現(xiàn)有功率發(fā)射技術(shù)中，多功率輸出，提高多功率輸出穩(wěn)定性和反向隔離度，及提高功率回退時(shí)效率的需求。
文檔編號H03H7/01GK102427339SQ20111038579
公開日2012年4月25日 申請日期2011年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月27日
發(fā)明者刁盛錫, 林福江, 賈非 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)