本申請(qǐng)涉及一種射頻功率放大器，特別是涉及一種應(yīng)用于GSM模式的射頻功率放大器。

背景技術(shù)：

以手機(jī)為代表的移動(dòng)通訊終端中，射頻功率放大器必不可少。例如，射頻功率放大器位于發(fā)射機(jī)的末級(jí)，用來將已調(diào)制射頻信號(hào)放大到所需功率值后送天線發(fā)射。

射頻功率放大器在設(shè)計(jì)時(shí)必須要考慮阻抗匹配(impedance matching)問題。阻抗匹配是指對(duì)電路負(fù)載的輸入阻抗和/或相應(yīng)信號(hào)源的輸出阻抗進(jìn)行設(shè)計(jì)，以使電路的功率傳輸最大化和/或使負(fù)載端的信號(hào)反射最小化。匹配網(wǎng)絡(luò)(matching network)通常只對(duì)較小頻率范圍內(nèi)的電磁波信號(hào)具有較好效果，即具有窄帶特性。

以GSM射頻功率放大器為例，目前得到商業(yè)應(yīng)用的GSM頻段有4個(gè)，分別是GSM-850、E-GSM-900、DCS-1800、PCS-1900。前兩個(gè)頻段的頻率范圍接近，可合稱為GSM低頻段。后兩個(gè)頻段的頻率范圍接近，可合稱為GSM高頻段?，F(xiàn)有的GSM射頻功率放大器通常設(shè)計(jì)有兩個(gè)通道，分別用于GSM低頻段、GSM高頻段的射頻信號(hào)放大，每個(gè)通道內(nèi)都具有獨(dú)立的匹配網(wǎng)絡(luò)。這種以多個(gè)通道來實(shí)現(xiàn)多頻射頻功率放大的方式，需要占用大量的裸片(die)面積，增加了生產(chǎn)成本與研發(fā)成本，也增加了設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)。

公開號(hào)為US2015/0070097A1、公開日為2015年3月12日的美國專利申請(qǐng)《Configurable multimode multiband integrated distributed power amplifier》(可配置的多模多頻集成分布式功率放大器)中，說明書0058段以及圖4、說明書0065段至0066段以及圖5就公開了兩種功率放大器的具體結(jié)構(gòu)。所公開的功率放大器采用差分架構(gòu)，同時(shí)采用變壓器作為功率分配器(splitter)和功率合成器(combiner)，因此射頻輸入信號(hào)與射頻輸出信號(hào)都是寬頻的，寬頻的輸入會(huì)導(dǎo)致工作頻段的噪聲性能惡化。現(xiàn)有的多頻射頻功率放大器通常選用砷化鎵(GaAs)異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT，heterojunction bipolar transistor)作為功率放大器件，砷化鎵(GaAs)HBT在半導(dǎo)體材料上通常使用兩層金屬制造，多個(gè)變壓器很難集成到只有兩層金屬的砷化鎵HBT芯片中。

現(xiàn)有的射頻功率放大器也有采用變壓器作為阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的。

申請(qǐng)公布號(hào)為CN101741326A、申請(qǐng)公布日為2010年6月16日的中國發(fā)明專利申請(qǐng)《RF功率放大器》中，記載了采用變壓器作為功率放大晶體管和負(fù)載之間的阻抗匹配電路。

申請(qǐng)公布號(hào)為CN101951232A、申請(qǐng)公布日為2011年1月19日的中國發(fā)明專利申請(qǐng)《射頻功率放大器》中，記載了采用變壓器來完成射頻功率放大器的輸出阻抗匹配。

申請(qǐng)公布號(hào)為CN102142819A、申請(qǐng)公布日為2011年8月3日的中國發(fā)明專利申請(qǐng)《基于變壓器的射頻功率放大器》中，記載了采用變壓器實(shí)現(xiàn)射頻功率放大器的輸出端的阻抗匹配。

在射頻功率放大器中使用變壓器作為阻抗匹配電路是常用手段，其優(yōu)點(diǎn)在于寬帶特性，即對(duì)較大頻率范圍內(nèi)的電磁波信號(hào)具有較好的阻抗匹配效果。然而采用變壓器作為阻抗匹配電路也存在如下技術(shù)難題。

其一，如果阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)具有寬頻特性，那么對(duì)非目標(biāo)頻段的信號(hào)或者說噪聲就無法起到抑制作用。GSM模式的各頻段下行頻率范圍與上行頻率范圍僅相差幾十MHz，如果在發(fā)射時(shí)不抑制噪聲，這會(huì)導(dǎo)致接收時(shí)噪聲惡化。因此GSM射頻功率放大器通常不采用變壓器作為阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)來同時(shí)覆蓋GSM低頻段和GSM高頻段。

其二，GSM射頻功率放大器需要比較高的增益，例如大于35dB，通常采用三級(jí)或者更多級(jí)放大單元。如果放大單元均采用差分結(jié)構(gòu)，那么就需要采用N+1個(gè)變壓器作為阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，N為放大單元的數(shù)量。在砷化鎵HBT芯片上實(shí)現(xiàn)變壓器需要比較大的面積，帶來高昂的成本。

2016年3月出版的《IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques》(IEEE微波理論與技術(shù)匯刊)第64卷第3期有一篇文章《A WCDMA Multiband Power Amplifier Module With Si-CMOS/GaAs-HBT Hybrid Power-Stage Configuration》(具有硅-CMOS/砷化鎵-HBT混合功率級(jí)配置的WCDMA多頻功率放大器模塊)。其中的圖2a公開了一種多頻功率放大模塊，采用CMOS(complementary metal–oxide–semiconductor，互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體)實(shí)現(xiàn)制造低頻段與高頻段的放大器鏈(amplifier chain)以及包含頻段選擇開關(guān)在內(nèi)的控制電路，采用HBT實(shí)現(xiàn)功率級(jí)晶體管，采用HEMT(高電子遷移率晶體管，High-electron-mobility transistor)實(shí)現(xiàn)輸出開關(guān)網(wǎng)絡(luò)。這種功率放大器在輸入端和輸出端都通過開關(guān)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)頻段切換，占用芯片面積較大，制造成本較高。并且開關(guān)有非線性，實(shí)際設(shè)計(jì)用比較難建模。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本申請(qǐng)所要解決的技術(shù)問題是提供一種GSM射頻功率放大器，采用單通道對(duì)GSM模式的多頻段射頻信號(hào)進(jìn)行功率放大。

為解決上述技術(shù)問題，本申請(qǐng)?zhí)峁┑亩囝lGSM射頻功率放大器從信號(hào)輸入端到信號(hào)輸出端依次包括輸入匹配網(wǎng)絡(luò)、初級(jí)放大單元、級(jí)間耦合電容、驅(qū)動(dòng)級(jí)放大單元、級(jí)間匹配網(wǎng)絡(luò)、功率級(jí)放大單元和輸出匹配網(wǎng)絡(luò)。

所述輸入匹配網(wǎng)絡(luò)具有兩個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端，用來對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行阻抗匹配；兩個(gè)輸入端分別作為GSM低頻段和GSM高頻段的信號(hào)輸入端，在任意時(shí)刻只有一個(gè)具有輸入信號(hào)；兩個(gè)輸出端分別作為GSM低頻段和GSM高頻段的信號(hào)輸出端，在任意時(shí)刻只有一個(gè)具有輸出信號(hào)。

所述初級(jí)放大單元包括兩個(gè)晶體管，分別是GSM低頻信號(hào)和GSM高頻信號(hào)的第一次放大晶體管。

所述級(jí)間耦合電容連接初級(jí)放大單元的輸出端與驅(qū)動(dòng)級(jí)放大單元的輸入端。

所述驅(qū)動(dòng)級(jí)放大單元包括驅(qū)動(dòng)晶體管，它是GSM低頻信號(hào)和GSM高頻信號(hào)復(fù)用的第二級(jí)放大晶體管。

所述級(jí)間匹配電路包括變壓器一，用來實(shí)現(xiàn)單端信號(hào)轉(zhuǎn)為差分信號(hào)以及阻抗匹配。

所述功率級(jí)放大單元包括兩個(gè)功率晶體管，它們是GSM低頻信號(hào)和GSM高頻信號(hào)復(fù)用的、采用差分結(jié)構(gòu)的第三級(jí)放大晶體管。

所述輸出匹配網(wǎng)絡(luò)具有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，用來將一對(duì)差分信號(hào)轉(zhuǎn)換為單端信號(hào)并實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。

本申請(qǐng)取得的技術(shù)效果是實(shí)現(xiàn)了單個(gè)芯片適用于多頻段的射頻信號(hào)功率放大。整個(gè)GSM射頻功率放大器僅采用兩個(gè)變壓器作為阻抗匹配電路，其中一個(gè)變壓器在芯片上實(shí)現(xiàn)，另一個(gè)變壓器在芯片外實(shí)現(xiàn)，從而節(jié)省了芯片面積、降低了制造成本。此外，大部分電路單元均為GSM低頻段信號(hào)與GSM高頻段信號(hào)復(fù)用的，提高了利用率。此外，使用互斥的兩個(gè)單端輸入實(shí)現(xiàn)輸入端窄帶匹配，大大提高了對(duì)非目標(biāo)頻段的噪聲抑制性能。

附圖說明

圖1是本申請(qǐng)?zhí)峁┑腉SM射頻功率放大器的實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本申請(qǐng)?zhí)峁┑腉SM射頻功率放大器的實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本申請(qǐng)?zhí)峁┑腉SM射頻功率放大器的實(shí)施例二的制造示意圖。

圖4是采用兩層金屬實(shí)現(xiàn)變壓器一的版圖示意圖。

圖5、圖6分別是本申請(qǐng)?zhí)峁┑腉SM射頻功率放大器的仿真示意圖。

圖7是初級(jí)放大單元的另一種實(shí)現(xiàn)方式的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8是驅(qū)動(dòng)級(jí)放大單元的另一種實(shí)現(xiàn)方式的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9是輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的另一種實(shí)現(xiàn)方式的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中附圖標(biāo)記說明：LBin為GSM低頻段信號(hào)輸入端；HBin為GSM高頻段信號(hào)輸入端；L1、H1為輸入匹配網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)輸出端；VDD為工作電壓；H為晶體管；L為電感；C為電容；RFout為射頻信號(hào)輸出端。

具體實(shí)施方式

請(qǐng)參閱圖1，這是本申請(qǐng)?zhí)峁┑亩囝lGSM射頻功率放大器的實(shí)施例一。所述多頻GSM射頻功率放大器依次包括輸入匹配網(wǎng)絡(luò)、初級(jí)放大單元、級(jí)間耦合電容、驅(qū)動(dòng)級(jí)放大單元、級(jí)間匹配網(wǎng)絡(luò)、功率級(jí)放大單元和輸出匹配網(wǎng)絡(luò)。

所述輸入匹配網(wǎng)絡(luò)具有兩個(gè)輸入端LBin和HBin，這兩個(gè)輸入端LBin和HBin在任意時(shí)刻只有一個(gè)具有輸入信號(hào)，即互斥地提供輸入信號(hào)。例如，輸入端一LBin作為GSM低頻段的信號(hào)輸入，輸入端二HBin作為GSM高頻段的信號(hào)輸入。所述輸入匹配網(wǎng)絡(luò)具有兩個(gè)輸出端L1和H1，這兩個(gè)輸出端L1和H1在任意時(shí)刻只有一個(gè)具有輸出信號(hào)，即互斥地提供輸出信號(hào)。當(dāng)某一時(shí)刻輸入端一LBin具有GSM低頻信號(hào)時(shí)，輸出端一L1具有經(jīng)過阻抗匹配后的GSM低頻信號(hào)。當(dāng)某一時(shí)刻輸入端二HBin具有GSM高頻信號(hào)時(shí)，輸出端二H1具有經(jīng)過阻抗匹配后的GSM高頻信號(hào)。

所述初級(jí)放大單元包括兩個(gè)晶體管H1L和H1H，例如為砷化鎵HBT，它們分別是GSM低頻信號(hào)和GSM高頻信號(hào)的第一級(jí)放大晶體管，分別用來對(duì)GSM低頻信號(hào)和GSM高頻信號(hào)進(jìn)行第一次放大。晶體管一H1L的基極連接輸入匹配網(wǎng)絡(luò)的輸出端一L1，發(fā)射極接地，集電極通過負(fù)載電感L1C連接工作電壓VDD。晶體管二H1H的基極連接輸入匹配網(wǎng)絡(luò)的輸出端二H1，發(fā)射極接地，集電極也通過負(fù)載電感L1C連接工作電壓VDD。這兩個(gè)晶體管H1L和H1H的集電極相連，還作為初級(jí)放大單元的輸出端。晶體管一H1L只在輸入匹配網(wǎng)絡(luò)的輸出端一L1有輸出時(shí)才開啟，用來對(duì)GSM低頻段的射頻信號(hào)進(jìn)行放大。晶體管二H1H只在輸入匹配網(wǎng)絡(luò)的輸出端二H1有輸出時(shí)才開啟，用來對(duì)GSM高頻段的射頻信號(hào)進(jìn)行放大。由于輸入匹配網(wǎng)絡(luò)在任意時(shí)刻僅有一個(gè)輸出端有射頻信號(hào)輸出，因此這兩個(gè)晶體管H1L和H1H在任意時(shí)刻也只有一個(gè)開啟，初級(jí)放大單元的輸出端輸出經(jīng)過第一次放大的GSM低頻信號(hào)或者是經(jīng)過第一次放大的GSM高頻信號(hào)。

所述級(jí)間耦合電容C1連接初級(jí)放大單元的輸出端與驅(qū)動(dòng)級(jí)放大單元的輸入端，實(shí)現(xiàn)初級(jí)放大單元與驅(qū)動(dòng)級(jí)放大單元之間的級(jí)間匹配。

所述驅(qū)動(dòng)級(jí)放大單元包括驅(qū)動(dòng)晶體管H2，它是GSM低頻信號(hào)和GSM高頻信號(hào)復(fù)用的第二級(jí)放大晶體管，用來對(duì)GSM低頻信號(hào)或者是GSM高頻信號(hào)進(jìn)行第二次放大。驅(qū)動(dòng)晶體管H2的基極連接級(jí)間耦合電容C1，發(fā)射極接地，集電極作為驅(qū)動(dòng)級(jí)放大單元的輸出端。

所述級(jí)間匹配電路包括變壓器一T1，用來實(shí)現(xiàn)單端信號(hào)轉(zhuǎn)為差分信號(hào)以及阻抗匹配。變壓器一T1的初級(jí)線圈L2的一端連接驅(qū)動(dòng)級(jí)放大單元的輸出端，另一端通過電容二C2接地。變壓器一T1的次級(jí)線圈L3作為級(jí)間匹配電路的一對(duì)差分輸出端，輸出一對(duì)差分信號(hào)。

變壓器用來將交流電從一種電壓轉(zhuǎn)換為相同波形的另一種電壓，也可用來實(shí)現(xiàn)單端信號(hào)與差分信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換以及阻抗匹配。采用變壓器將一個(gè)單端信號(hào)轉(zhuǎn)換為一對(duì)差分信號(hào)，例如是在初級(jí)線圈的兩端分別接收單端信號(hào)與接地，在次級(jí)線圈的兩端分別輸出一對(duì)差分信號(hào)。采用變壓器將一對(duì)差分信號(hào)轉(zhuǎn)換為一個(gè)單端信號(hào)，例如是在初級(jí)線圈的兩端分別接收一對(duì)差分信號(hào)，在次級(jí)線圈的兩端分別輸出單端信號(hào)與接地。用變壓器實(shí)現(xiàn)阻抗匹配的原理是：變壓器的低電壓側(cè)具有低阻抗，因?yàn)榈碗妷簜?cè)具有較少的線圈匝數(shù)；變壓器的高電壓側(cè)具有高阻抗，因?yàn)楦唠妷簜?cè)具有較多的線圈匝數(shù)。

所述功率級(jí)放大單元包括兩個(gè)功率晶體管H3a和H3b，它們是GSM低頻信號(hào)和GSM高頻信號(hào)復(fù)用的、采用差分結(jié)構(gòu)的第三級(jí)放大晶體管，用來對(duì)GSM低頻信號(hào)或者是GSM高頻信號(hào)進(jìn)行第三次放大。這兩個(gè)功率晶體管H3a和H3b的基極分別連接級(jí)間匹配網(wǎng)絡(luò)的一對(duì)差分輸出端，用來接收一對(duì)差分信號(hào)。這兩個(gè)功率晶體管H3a和H3b的發(fā)射極相連并接地。這兩個(gè)功率晶體管H3a和H3b的集電極作為功率級(jí)放大單元的一對(duì)差分輸出端。

所述輸出匹配網(wǎng)絡(luò)具有兩個(gè)輸入端，分別連接功率級(jí)放大單元的一對(duì)差分輸出端。所述輸出匹配網(wǎng)絡(luò)還具有一個(gè)輸出端RFout。所述輸出匹配網(wǎng)絡(luò)用來將一對(duì)差分信號(hào)轉(zhuǎn)換為單端信號(hào)，并實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。

圖1所示的多頻GSM射頻功率放大器并未給出輸入匹配網(wǎng)絡(luò)和輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的具體電路實(shí)現(xiàn)形式，這兩部分電路完全可以采用現(xiàn)有的阻抗匹配電路實(shí)現(xiàn)。請(qǐng)參閱圖2，這是本申請(qǐng)?zhí)峁┑亩囝lGSM射頻功率放大器的實(shí)施例二。實(shí)施例二在實(shí)施例一的基礎(chǔ)上給出了輸入匹配網(wǎng)絡(luò)和輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的一種具體實(shí)現(xiàn)方式作為優(yōu)選示例。

所述輸入匹配網(wǎng)絡(luò)在輸入端一LBin和輸出端一L1之間為電感一L1L，在輸入端二HBin和輸出端二H1之間為電感二L1H。晶體管一H1L與電感一L1L相匹配，構(gòu)成了只允許GSM低頻段信號(hào)的窄帶輸入。晶體管二H1H與電感二L1H相匹配，構(gòu)成了只允許GSM高頻段信號(hào)的窄帶輸入。

所述輸出匹配網(wǎng)絡(luò)包括變壓器二T2，用來實(shí)現(xiàn)差分信號(hào)轉(zhuǎn)為單端信號(hào)以及阻抗匹配。變壓器二T2的初級(jí)線圈L4a、L4b例如采用具有中間抽頭的一個(gè)線圈，中間抽頭連接工作電壓VDD，初級(jí)線圈L4a、L4b的兩端連接功率級(jí)放大單元的一對(duì)差分輸出端。變壓器二T2的次級(jí)線圈L5a、L5b例如是一個(gè)線圈，其一端是輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的單端輸出端RFout，另一端接地。

請(qǐng)參閱圖3，制造圖2所示的GSM射頻功率放大器時(shí)，各個(gè)晶體管采用半導(dǎo)體芯片。初級(jí)放大單元、級(jí)間耦合電容、驅(qū)動(dòng)級(jí)放大單元、級(jí)間匹配網(wǎng)絡(luò)和功率級(jí)放大單元的絕大部分器件與連線均可在芯片上集成制造，只有負(fù)載電感L1C和電容二C2需要在芯片外制造，例如采用表面貼裝器件(SMD，surfacemount device)。表面貼裝器件采用表面安裝技術(shù)(SMT，surfacemount technology)裝配在基板上。芯片裝配在基板(laminate)上，芯片與基板的電性連接通常是由打線接合(wire bongding)工藝制造的金屬連線實(shí)現(xiàn)的。

請(qǐng)參閱圖4，這是變壓器一T1在半導(dǎo)體材料上采用兩層金屬設(shè)計(jì)的版圖結(jié)構(gòu)。其中的線圈一、線圈二例如分別對(duì)應(yīng)于變壓器一T1的初級(jí)線圈、次級(jí)線圈，或者相反。每個(gè)線圈分為兩層，在上層金屬具有兩個(gè)螺旋結(jié)構(gòu)，這兩個(gè)螺旋結(jié)構(gòu)通過下層金屬連接，上層金屬與下層金屬之間通過接觸孔電極連接。

本申請(qǐng)?zhí)峁┑腉SM射頻功率放大器在進(jìn)行散射參數(shù)仿真時(shí)，是將其作為二端口網(wǎng)絡(luò)(two port network)。散射參數(shù)(Scattering parameters，也稱S參數(shù)，S-parameters)著重于分析各端口的入射波及反射波，特別適用于特高頻(Ultra high frequency，UHF)信號(hào)、微波信號(hào)等。S11是散射參數(shù)中的一個(gè)，表示輸入端口電壓反射系數(shù)(input port voltage reflection coefficient)。S21是散射參數(shù)中的一個(gè)，表示正向電壓增益(forward voltage gain)。

請(qǐng)參閱圖5，這是整個(gè)GSM射頻功率放大器具有GSM低頻段信號(hào)輸入時(shí)的輸入端口電壓反射系數(shù)S11與正向電壓增益S21。其中的輸入端口電壓反射系數(shù)S11在GSM低頻段的頻率范圍內(nèi)明顯較小，在其余頻率范圍內(nèi)明顯較大。

請(qǐng)參閱圖6，這是整個(gè)GSM射頻功率放大器具有GSM高頻段信號(hào)輸入時(shí)的輸入端口電壓反射系數(shù)S11與正向電壓增益S21。其中的輸入端口電壓反射系數(shù)S11在GSM高頻段的頻率范圍內(nèi)明顯較小，在其余頻率范圍內(nèi)明顯較大。

傳統(tǒng)的寬頻GSM射頻功率放大器在整個(gè)頻段上的輸入端口電壓反射系數(shù)S11都較小，這相當(dāng)于對(duì)所有頻段的信號(hào)和噪聲都不加區(qū)分地進(jìn)行放大。而通過圖5和圖6可以發(fā)現(xiàn)，本申請(qǐng)?zhí)峁┑腉SM射頻功率放大器僅在GSM低頻段和GSM高頻段的頻率范圍內(nèi)具有明顯較小的輸入端口電壓反射系數(shù)S11，在其余頻段內(nèi)的輸入端口電壓反射系數(shù)S11都比較大。這是由于本申請(qǐng)?zhí)峁┑腉SM射頻功率放大器具有兩個(gè)輸入端分別作為GSM低頻段和GSM高頻段的信號(hào)輸入，因此可以為這兩個(gè)頻率范圍設(shè)計(jì)各自的輸入匹配電路。GSM模式的各頻段下行頻率范圍與上行頻率范圍僅相差幾十MHz，本申請(qǐng)相當(dāng)于僅對(duì)目標(biāo)頻段(例如是GSM模式的各頻段上行頻率范圍)的信號(hào)進(jìn)行放大，而使得其他頻段的噪聲大部分地被發(fā)射。這使得距離目標(biāo)頻段很接近的其他頻段(例如是GSM模式的各頻段下行頻率范圍)的噪聲性能得到優(yōu)化。

圖1和圖2所示的GSM射頻功率放大器中，初級(jí)放大單元也可改為如圖7所示。圖7所示的初級(jí)放大單元包括四個(gè)晶體管H1La、H1Lb、H1Ha和H1Hb。晶體管H1La和晶體管H1Lb組成了共射共基(cascode，也稱共源共柵)結(jié)構(gòu)，用來對(duì)GSM低頻信號(hào)進(jìn)行第一次放大。晶體管H1Ha和晶體管H1Hb也組成了共射共基結(jié)構(gòu)，用來對(duì)GSM高頻信號(hào)進(jìn)行第一次放大。晶體管H1La的基極連接輸入匹配網(wǎng)絡(luò)的輸出端一L1，晶體管H1Ls只在輸入匹配網(wǎng)絡(luò)的輸出端一L1有輸出時(shí)才開啟。晶體管H1Ha的基極連接輸入匹配網(wǎng)絡(luò)的輸出端二H1，晶體管H1Ha只在輸入匹配網(wǎng)絡(luò)的輸出端二H1有輸出時(shí)才開啟。

所述共射共基結(jié)構(gòu)通常分為兩級(jí)。第一級(jí)晶體管采用共射極(common emitter)接法，即基極作為信號(hào)輸入端，集電極作為信號(hào)輸入端。第二級(jí)晶體管采用共基極(common base)接法，即發(fā)射極作為信號(hào)輸入端，集電極作為信號(hào)輸出端。第一級(jí)晶體管的集電極連接第二級(jí)晶體管的發(fā)射極。這種共射共基結(jié)構(gòu)的初級(jí)放大單元可以提高工作電壓進(jìn)而提高輸出功率。

圖1和圖2所示的GSM射頻功率放大器中，驅(qū)動(dòng)級(jí)放大單元也可改為如圖8所示。圖8所示的驅(qū)動(dòng)級(jí)放大單元包括兩個(gè)晶體管H2a和H2b，組成共射共基結(jié)構(gòu)，用來對(duì)GSM低頻信號(hào)或者是GSM高頻信號(hào)進(jìn)行第二次放大。這種共射共基結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)級(jí)放大單元可以提高工作電壓進(jìn)而提高輸出功率。

圖2所示的GSM射頻功率放大器中，輸出匹配網(wǎng)絡(luò)也可改為如圖9所示。圖9所示的輸出匹配網(wǎng)絡(luò)包括變壓器二T2、寄生電感一LP1至寄生電感三LP3、電容三C3、電容四C4和電感六L6，用來實(shí)現(xiàn)差分信號(hào)轉(zhuǎn)為單端信號(hào)、阻抗匹配以及諧波抑制。在變壓器二T2的初級(jí)線圈L4a、L4b處，有一條與初級(jí)線圈L4a、L4b相并聯(lián)的支路，該支路由寄生電感一LP1、電容三C3和寄生電感二LP2串聯(lián)組成。在變壓器二T2的單端輸出端，還連接電感六L6，電感六L6的另一端作為輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的單端輸出端RFout。該輸出端RFout還通過串聯(lián)的電容四C4和寄生電感三LP3接地。

如前所述，GSM模式得到商業(yè)應(yīng)用的有四個(gè)頻段，最終又可歸納為GSM低頻段和GSM高頻段。如果僅考慮上行頻率范圍，那么GSM低頻段是從824.2MHz到915.0MHz，GSM高頻段是從1710.2MHz到1909.8MHz，GSM高頻段的頻率范圍大致是GSM低頻段的兩倍。寄生電感一LP1、電容三C3和寄生電感二LP2串聯(lián)組成了一條LC諧振電路，這一條LC諧振電路與變壓器二T2在諧振的時(shí)候可以簡化成LC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)在特定頻率例如GSM低頻段上的阻抗變化。當(dāng)頻率增加到GSM高頻段時(shí)，這個(gè)LC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)一個(gè)容性。電感六L6、電容四C4和寄生電感三LP3組成了一個(gè)LC低通濾波電路，寄生電感三LP3的感值比較小可以在阻抗轉(zhuǎn)化上忽略，那么電感六L6和電容四C4可以等效成一條LC串聯(lián)電路，其在GSM低頻段上也實(shí)現(xiàn)了一個(gè)阻抗變化，然而在GSM高頻段上呈現(xiàn)一個(gè)感性。所述LC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)與LC串聯(lián)電路相組合，就可以實(shí)現(xiàn)在GSM高頻段上感性和容性的互相抵消，從而能實(shí)現(xiàn)在GSM低頻段和GSM高頻段同時(shí)實(shí)現(xiàn)阻抗變換，即在GSM低頻段和GSM高頻段都取得虛部小的阻抗。

GSM射頻功率放大器工作在飽和狀態(tài)，自動(dòng)地具有高效率。應(yīng)用于GSM射頻功率放大器的輸出匹配網(wǎng)絡(luò)如果呈現(xiàn)容性或感性，會(huì)帶來效率的降低。本申請(qǐng)?zhí)峁┑亩囝l輸出匹配網(wǎng)絡(luò)在GSM低頻段沒有呈現(xiàn)出容性或感性，在GSM高頻段又能使容性和感性相互抵消，從而獲得了GSM射頻功率放大器的高效率。

圖9所示的輸出匹配網(wǎng)絡(luò)中，變壓器二T2采用了差分結(jié)構(gòu)，能夠在一定程度上抑制偶次諧波的產(chǎn)生，那么僅需要重點(diǎn)考慮奇次諧波的抑制。串聯(lián)的寄生電感一LP1、電容三C3和寄生電感二LP2構(gòu)成了LC諧振電路。通過選取各元件參數(shù)可以將這一LC諧振電路的諧振頻率設(shè)為GSM低頻段的三次諧波頻率，從而用來抑制GSM低頻段的三次諧波。而輸出端的電感六L6、電容四C4和寄生電感三LP3構(gòu)成了LC低通濾波電路和一個(gè)LC諧振網(wǎng)絡(luò)。通過選取各元件參數(shù)可以將其設(shè)置為用來抑制GSM低頻段的五次諧波及GSM高頻段的三次諧波以及其他高次諧波。這樣整個(gè)輸出匹配網(wǎng)絡(luò)在抑制諧波方面就可以取得良好的效果，從而有利于在較寬的頻率范圍內(nèi)提供良好的阻抗匹配效果。

圖9所示的輸出匹配網(wǎng)絡(luò)在制造時(shí)，電容三C3優(yōu)選地是片上電容集成在放大電路芯片中，此時(shí)電容三C3與輸出匹配網(wǎng)絡(luò)之間通過兩根打線接合工藝制造的金屬連線實(shí)現(xiàn)電性連接，這兩根金屬連線具有的寄生電感就分別是寄生電感一LP1和寄生電感二LP2。電感六L6例如由基板中的金屬線實(shí)現(xiàn)。電容四C4例如采用表面貼裝器件的電容。寄生電感三LP3的感值較小，可以由基板上的過孔(via，vertical interconnect access)實(shí)現(xiàn)。在印刷電路板中，過孔用來電學(xué)連接不同層的電路，其自身也具有寄生電感。

與現(xiàn)有的GSM射頻功率放大器相比，本申請(qǐng)?zhí)峁┑腉SM射頻功率放大器具有如下優(yōu)勢。

其一，本申請(qǐng)?zhí)峁┑腉SM射頻功率放大器具有三級(jí)放大單元，其中的初級(jí)放大單元和驅(qū)動(dòng)級(jí)放大單元均不是差分結(jié)構(gòu)，只有功率級(jí)放大單元是差分結(jié)構(gòu)。因此本申請(qǐng)?zhí)峁┑腉SM射頻功率放大器只使用了兩個(gè)變壓器。其中，在芯片上僅使用一個(gè)變壓器作為驅(qū)動(dòng)級(jí)放大單元與功率級(jí)放大單元之間的級(jí)間匹配網(wǎng)絡(luò)，該變壓器可在半導(dǎo)體芯片中通過二層金屬實(shí)現(xiàn)，從而節(jié)省了芯片面積。此外，在芯片外也僅使用了一個(gè)變壓器作為輸出匹配網(wǎng)絡(luò)，從而降低了制造成本。本申請(qǐng)因此實(shí)現(xiàn)了單個(gè)芯片適用于多頻段的射頻信號(hào)功率放大。

其二，本申請(qǐng)?zhí)峁┑腉SM射頻功率放大器不使用輸出開關(guān)進(jìn)行頻段選擇，避免了由開關(guān)帶來的損耗。

其三，本申請(qǐng)?zhí)峁┑腉SM射頻功率放大器除輸入匹配網(wǎng)絡(luò)與初級(jí)放大單元以外，其余各單元均為GSM低頻段信號(hào)與GSM高頻段信號(hào)復(fù)用的，提高了利用率。

其四，本申請(qǐng)?zhí)峁┑腉SM射頻功率放大器使用互斥的兩個(gè)單端輸入，實(shí)現(xiàn)輸入端窄帶匹配，避免引入非目標(biāo)頻段的信號(hào)。這大大提高了對(duì)非目標(biāo)頻段的噪聲抑制性能，并有利于在較窄的頻率范圍內(nèi)對(duì)增益、效率、輸入回波損耗(input return loss)等進(jìn)行優(yōu)化。

以上僅為本申請(qǐng)的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限定本申請(qǐng)。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本申請(qǐng)可以有各種更改和變化。凡在本申請(qǐng)的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本申請(qǐng)的保護(hù)范圍之內(nèi)。