一種射頻功率放大電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種射頻功率放大電路，包括第一開關組、第二開關組、阻抗切換單元、第三開關、第四開關和第五開關，第一開關組的一端與電路的一個差分輸入端連接，另一端與阻抗切換單元的第一平衡差分端口連接；第二開關組的一端與電路的另一個差分輸入端連接，另一端與阻抗切換單元的第二平衡差分端口連接；第三開關的一端與供電電源連接，另一端與阻抗切換單元的第一平衡差分端口連接；第四開關的一端與供電電源連接，另一端與阻抗切換單元的第二平衡差分端口連接；第五開關的一端與阻抗切換單元的中心抽頭端口連接，另一端與供電電源連接；通過第一開關組、第二開關組、第三開關、第四開關及第五開關的開啟或關斷，控制阻抗切換單元的阻抗變換。
【專利說明】
_種射頻功率放大電路
技術領域
[0001 ]本發(fā)明涉及通信技術領域，特別涉及一種射頻功率放大電路。
【背景技術】
[0002] 藍牙低功耗(Bluetooth Low Energy，簡稱BLE)片上系統(tǒng)（System On Chip，S0C) 芯片，對系統(tǒng)功耗要求非常高，B L E S 0 C芯片中的射頻發(fā)射鏈路功率放大器（P o w e r Amp I i f i er，簡稱PA)通常是耗電最多的模塊，因此，藍牙BLE SOC芯片設計中，射頻發(fā)射鏈路 中的功率放大器的功耗控制顯得尤為重要。
[0003] 現(xiàn)有功率放大器的電路如圖1所示，上一級的射頻電壓輸入信號采用差分形式分 別通過RFP端和RFN端輸入到功率放大器，經(jīng)過放大處理后，仍采用差分形式，分別通過C4和 C5輸出。通常，功率放大器在飽和輸出時，能夠獲得最大效率，效率是指功率放大器輸出到 負載上的功率與功率放大器消耗的總功率的比值。在功率放大器的輸出功率向下調節(jié)時， 由于負載阻抗不變，功率放大器的效率會隨之下降。
[0004] 綜上所述，在功率放大器的輸出功率向下調節(jié)時，功率放大器的效率會隨之下降， 影響功率放大器的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明實施例提供了一種射頻功率放大電路，用于解決現(xiàn)有技術中在功率放大器 的輸出功率向下調節(jié)時，功率放大器的效率會隨之下降的問題。
[0006] 本發(fā)明實施例提供了一種射頻功率放大電路，所述電路包括:第一開關組、第二開 關組、阻抗切換單元、第三開關、第四開關和第五開關，其中：
[0007] 所述第一開關組的一端與所述電路的一個差分輸入端連接，且另一端與所述阻抗 切換單元的第一平衡差分端口連接；
[0008] 所述第二開關組的一端與所述電路的另一個差分輸入端連接，且另一端與所述阻 抗切換單元的第二平衡差分端口連接；
[0009] 所述第三開關的一端與供電電源連接，且另一端與所述阻抗切換單元的第一平衡 差分端口連接；
[0010] 所述第四開關的一端與所述供電電源連接，且另一端與所述阻抗切換單元的第二 平衡差分端口連接；
[0011]所述第五開關的一端與所述阻抗切換單元的中心抽頭端口連接，且另一端與所述 供電電源連接；
[0012] 通過所述第一開關組、所述第二開關組、所述第三開關、所述第四開關以及所述第 五開關的開啟或關斷，控制所述阻抗切換單元的阻抗變換。
[0013] -種可能的實現(xiàn)方式中，若所述電路工作在第一工作模式，所述第一開關組、所述 第二開關組和所述第五開關為開啟狀態(tài)，所述第三開關和所述第四開關為關斷狀態(tài)；
[0014] 若所述電路工作在第二工作模式，所述第一開關組和所述第四開關為開啟狀態(tài)， 所述第二開關組、所述第三開關和所述第五開關為關斷狀態(tài);其中，所述第一工作模式下的 輸出功率大于所述第二工作模式下的輸出功率。
[0015] -種可能的實現(xiàn)方式中，若所述電路的輸出功率為第一功率，所述第一開關組、所 述第二開關組和所述第五開關為開啟狀態(tài)，所述第三開關和所述第四開關為關斷狀態(tài)；
[0016] 若所述電路的輸出功率為第二功率，所述第二開關組和所述第三開關為開啟狀 態(tài)，所述第一開關組、所述第四開關和所述第五開關為關斷狀態(tài);其中，所述第一功率大于 所述第二功率。
[0017] 一種可能的實現(xiàn)方式中，所述第一開關組和所述第二開關組均為匪OS管;所述第 三開關、所述第四開關和所述第五開關均為PMOS管。
[0018] 一種可能的實現(xiàn)方式中，所述第一開關組和所述第二開關組均為PMOS管;所述第 三開關、所述第四開關和所述第五開關均為NMOS管。
[0019] -種可能的實現(xiàn)方式中，所述阻抗切換單元的第一非平衡差分端口為所述電路的 輸出端，所述第一非平衡差分端口與外接天線連接。
[0020] -種可能的實現(xiàn)方式中，所述阻抗切換單元的第二非平衡差分端口接地。
[0021] -種可能的實現(xiàn)方式中，所述電路還包括第一電容，所述第一電容的一端與所述 第一平衡差分端口連接，且另一端接地。
[0022] -種可能的實現(xiàn)方式中，所述電路還包括第二電容，所述第二電容的一端與所述 第二平衡差分端口連接，且另一端接地。
[0023] 本發(fā)明實施例中，在射頻功率放大電路中設置了阻抗切換單元，通過與該阻抗切 換單元連接的第一開關組、所述第二開關組、所述第三開關、所述第四開關以及所述第五開 關的開啟或關斷，控制所述阻抗切換單元的阻抗變換，從而改變射頻功率放大電路的負載 阻抗，以使射頻功率放大電路的輸出功率改變時，射頻功率放大電路的效率不變。
【附圖說明】
[0024] 圖1為現(xiàn)有功率放大器的電路示意圖；
[0025] 圖2為本發(fā)明實施例一中提供的一種功率放大電路的結構示意圖；
[0026] 圖3為本發(fā)明實施例二中提供的一種功率放大電路的結構示意圖；
[0027] 圖4為本發(fā)明實施例三中提供的一種功率放大電路的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0028] 為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本發(fā)明實施例 中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是 本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員 在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0029] 下面結合說明書附圖對本發(fā)明實施例作進一步詳細描述。應當理解，此處所描述 的實施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0030] 本發(fā)明實施例一中，提供了一種射頻功率放大電路，如圖2所示，所述電路包括:第 一開關組(M2)、第二開關組(M3)、阻抗切換單元、第三開關(M4)、第四開關(M5)和第五開關 (M6)，其中：
[0031 ]所述第一開關組(M2)的一端與所述電路的一個差分輸入端連接，且另一端與所述 阻抗切換單元的第一平衡差分端口（PO)連接；
[0032]所述第二開關組(M3)的一端與所述電路的另一個差分輸入端連接，且另一端與所 述阻抗切換單元的第二平衡差分端口（Pl)連接；
[0033]所述第三開關(M4)的一端與供電電源(VDD)連接，且另一端與所述阻抗切換單元 的第一平衡差分端口連接；
[0034]所述第四開關(M5)的一端與所述供電電源(VDD)連接，且另一端與所述阻抗切換 單元的第二平衡差分端口（Pl)連接；
[0035]所述第五開關(M6)的一端與所述阻抗切換單元的中心抽頭端口連接，且另一端與 所述供電電源連接；
[0036]通過所述第一開關組(M2)、所述第二開關組(M3)、所述第三開關(M4)、所述第四開 關(M5)以及所述第五開關(M6)的開啟或關斷，控制所述阻抗切換單元的阻抗變換。
[0037] 本發(fā)明實施例中，在射頻功率放大電路中設置了阻抗切換單元，通過與該阻抗切 換單元連接的第一開關組、所述第二開關組、所述第三開關、所述第四開關以及所述第五開 關的開啟或關斷，控制所述阻抗切換單元的阻抗變換，從而改變射頻功率放大電路的負載 阻抗，以使射頻功率放大電路的輸出功率改變時，射頻功率放大電路的效率不變。
[0038] 另外，本發(fā)明實施例中，用所述阻抗切換單元的寄生電感替換了圖1所示的現(xiàn)有射 頻功率放大電路中的LO和Ll，從而不會增加射頻功率放大電路所占空間。
[0039] 本發(fā)明實施例中，所述第一開關組中包含至少一個第一開關，所述第二開關組中 包含至少一個第二開關。
[0040] 具體的，若所述第一開關組中包含多個第一開關，則所述多個第一開關采用并聯(lián) 連接;若所述第二開關組中包含多個第二開關，則所述多個第二開關采用并聯(lián)連接。本發(fā)明 實施例中所指的多個的含義是兩個或兩個以上。
[0041] 可選的，本發(fā)明實施例中以阻抗切換單元為傳輸線平衡器(簡稱巴倫)為例進行說 明的，本發(fā)明實施例中不限定阻抗切換單元的具體實現(xiàn)，也可以采用其他結構，只要能變化 阻抗的結構均適用于本發(fā)明實施例中。其中，如圖2所示，所述阻抗切換單元包括：
[0042] 兩個平衡差分端口，即第一平衡差分端口和第二平衡差分端口 Pl，用于接收差分 信號；
[0043]兩個非平衡差分端口，即第一非平衡差分端口P3和第二非平衡差分端口P4，其中， 所述第一非平衡差分端口作為射頻功率放大電路的輸出端，與外接天線連接，用于將經(jīng)射 頻功率放大電路進行放大后的差分信號轉換成單端信號，并輸出到外接天線上;所述第二 非平衡差分端口接地；
[0044] 中心抽頭端口 P2，位于第一平衡差分端口和第二平衡差分端口所在的線圈的中 心。
[0045] 本發(fā)明實施例提供的射頻功率放大電路包括至少兩種工作模式，第一工作模式和 第二工作模式，其中，所述第一工作模式下的輸出功率大于所述第二工作模式下的輸出功 率。本發(fā)明實施例中是以兩種工作模式進行說明的，兩種以上模式的處理過程類似，此處不 再 舉例說明。
[0046]在實施中，若射頻功率放大電路工作在第一工作模式，所述第一開關組、所述第二 開關組和所述第五開關為開啟狀態(tài)，所述第三開關和所述第四開關為關斷狀態(tài)。由于第五 開關為開啟狀態(tài)，所述阻抗切換單元的中心抽頭端口與所述供電電源連接。
[0047] 此時，如圖2所示，射頻功率放大電路的差分負載阻抗為n2X50歐姆，其中，η為所 述阻抗切換單元的線圈匝數(shù)比，可以根據(jù)射頻功率放大電路的額定最大輸出功率確定，外 接天線的阻抗為50歐姆?？梢姡珹點（或B點）處的單端負載阻抗戈
歐姆。假設射頻功 率放大電路的供電電壓為VDD，則在差分工作模式(即第一工作模式)下，射頻功率放大電路 能輸出的最大功率Pmaxd滿足以下公式一：
[0048]
會式一；
[0049] 其中，VDD表示射頻功率放大電路的供電電壓。
[0050] 在實施中，若射頻功率放大電路工作在第二工作模式，一種可能的實現(xiàn)方式中，所 述第一開關組和所述第四開關為開啟狀態(tài)，所述第二開關組、所述第三開關和所述第五開 關為關斷狀態(tài);其中，所述第一工作模式下的輸出功率大于所述第二工作模式下的輸出功 率。
[0051] 另一種可能的實現(xiàn)方式中，所述第二開關組和所述第三開關為開啟狀態(tài)，所述第 一開關組、所述第四開關和所述第五開關為關斷狀態(tài)。
[0052] 具體的，射頻功率放大電路工作在第二工作模式（即單端工作模式)時，由于第五 開關為關斷狀態(tài)，所述阻抗切換單元的中心抽頭端口懸空，即呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，此時，如圖2所 示，所述阻抗切換單元轉變成變壓器模式，射頻功率放大電路由第一工作模式（即差分工作 模式)轉變成單端工作模式，射頻功率放大電路的負載阻抗為η 2Χ50歐姆，即A點處的單端 負載阻抗為η2 X 50歐姆，可見，單端工作模式相對于差分工作模式，單端負載阻抗增加了 1 倍。假設射頻功率放大電路的供電電壓為VDD，則在單端工作模式（即第二工作模式)下，射 頻功率放大電路能輸出的最大功率?_^滿足以下公式二：
[0053]
公式二；
[0054]其中，VDD表示射頻功率放大電路的供電電源。
[0055] 兩種工作模式下，射頻功率放大電路能輸出的最大功率相差6dB，由于兩種工作模 式下射頻功率放大電路均工作在最大輸出功率狀態(tài)，因此，可以獲得相同的效率。
[0056] 本發(fā)明實施例中，所述第一開關組中包含的第一開關和所述第二開關組包含的第 二開關為同類型開關，所述第三開關、所述第四開關和所述第五開關為同類型開關。
[0057] 一種可選的實現(xiàn)方式中，所述第一開關組和所述第二開關組均為匪OS管;所述第 三開關、所述第四開關和所述第五開關均為PMOS管。
[0058]另一種可選的實現(xiàn)方式中，所述第一開關組和所述第二開關組均為PMOS管;所述 第三開關、所述第四開關和所述第五開關均為NMOS管。
[0059]本發(fā)明實施例中，分別通過片內(nèi)寄存器輸出的數(shù)字控制信號控制所述第一開關組 中包含的第一開關、所述第二開關組包含的第二開關、所述第三開關、所述第四開關和所述 第五開關的開啟或關斷。具體的，當分別與所述第一開關組中包含的第一開關、所述第二開 關組包含的第二開關、所述第三開關、所述第四開關和所述第五開關的柵極連接的數(shù)字控 制信號為高電平時，所述第一開關組中包含的第一開關、所述第二開關組包含的第二開關、 所述第三開關、所述第四開關和所述第五開關為開啟狀態(tài)；當分別與所述第一開關組中包 含的第一開關、所述第二開關組包含的第二開關、所述第三開關、所述第四開關和所述第五 開關的柵極連接的數(shù)字控制信號為低電平時，所述第一開關組中包含的第一開關、所述第 二開關組包含的第二開關、所述第三開關、所述第四開關和所述第五開關為關斷狀態(tài)。
[0060] 本發(fā)明實施例二中，提供了另一種射頻功率放大電路，在實施例一所示的射頻功 率放大電路的基礎上，增加了用于濾波的第一電容C2和第二電容C3,如圖3所示，所述第一 電容的一端與所述第一平衡差分端口連接，且另一端接地。所述第二電容的一端與所述第 二平衡差分端口連接，且另一端接地。
[0061] 下面通過一個具體實施例，對本發(fā)明實施例提供的射頻功率放大電路進行詳細說 明。
[0062]實施例三、本實施例提供的射頻功率放大器(PA)電路，應用于BLE SOC芯片中，電 路結構如圖4所示，包括:用于隔離輸入射頻信號的直流部分的第三電容CO和第四電容Cl; 第一電容C2和第二電容C3;第六開關MO、第七開關Ml、第一開關組M2和第二開關組M3，且MO、 Ml、M2和M3均為匪OS管；第三開關M4、第四開關M5和第五開關M6，且M4、M5和M6均為PMOS管； 以及巴侖T0。第一電容C2與巴倫TO次級線圈的寄生電感組成第一諧振電路，第一諧振電路 的諧振頻率Π 為PA電路的工作頻率，即
sqrt()表示平方根函數(shù)； 第二電容C3與巴倫TO次級線圈的寄生電感組成第二諧振電路，第二諧振電路的諧振頻率f2 為PA電路的工作頻率，SP
,其中：
[0063] CO的一端連接射頻正向輸入(Radio Frequency Positive input，簡稱RFP)端口， 且CO的另一端與MO的柵極相連;其中，RFP端口用于接收上一級設備發(fā)送的射頻正向電壓輸 入信號；
[0064] Cl的一端連接射頻反向輸入（Radio Frequency Negative input，RFN)端口，且Cl 的另一端與Ml的柵極相連;其中，RFN端口用于接收上一級設備發(fā)送的射頻反向電壓輸入信 號；
[0065] MO的源極接地，且MO的漏極與M2的源極相連；
[0066] Ml的源極接地，且Ml的漏極與M3的源極相連；
[0067] M2的柵極連接數(shù)字控制信號SWlP，且M2的漏極分別與M4的漏極和巴侖TO的第一平 衡差分端口 PO端口連接;本實施例中以第一開關組中包含一個第一開關為例進行說明的。
[0068] M3的柵極連接數(shù)字控制信號SW1N，且M3的漏極分別與M5的漏極和巴侖TO的第二平 衡差分端口 Pl端口相連；
[0069] M4的柵極連接數(shù)字控制信號SW2P，且M4的源極連接供電電源VDD;
[0070] M5的柵極連接數(shù)字控制信號SW2N，且M5的源極連接供電電源VDD;
[0071] M6的柵極連接數(shù)字控制信號SW3，M6的源極連接電源VDD，且M6的漏極與巴侖TO的 中心抽頭端口 P2相連；
[0072]巴侖TO的第一非平衡差分端口 P3端口連接片外天線，作為PA的輸出端；巴侖TO的 第二非平衡差分端口 P4端口接地。
[0073]本實施例中，CO和Cl的取值與后級負載M0，M1的柵源寄生電容有關，可選的，CO取 值為MO柵源寄生電容的10倍，Cl取值為Ml柵源寄生電容的10倍。
[0074] 本實施例中，PA在高功率輸出（即第一工作模式)時，SWlP，SWlN，SW2P，SW2N為高電 平信號，SW3為低電平信號，此時M2，M3，M6處于開啟狀態(tài)，M4，M5處于關斷狀態(tài)，巴倫TO的P2 連接供電電源;PA的差分負載阻抗為n 2X50歐姆（巴侖的線圈匝數(shù)比為l:n，天線阻抗為50 歐姆），單端負載阻抗爻
[0075] PA在低功率輸出（即第二工作模式）時，SWlN，SW2N為低電平信號，SWlP，SW2P，SW3 為高電平信號，此時M2，M5處于開啟狀態(tài)，M3，M4，M6處于關斷狀態(tài)，巴倫TO的P2懸空，巴侖TO 轉變成變壓器模式，PA由差分工作模式轉變成單端工作模式;或者SWlP，SW2P為低電平信 號，SW1N，SW2N，SW3為高電平信號，此時M3，M4處于開啟狀態(tài)，M2，M5，M6處于關斷狀態(tài)，巴倫 TO的P2懸空，巴侖TO轉變成變壓器模式，PA由差分工作模式轉變成單端工作模式。PA的負載 阻抗為η2 X 50，相對于差分工作模式時單端負載阻抗增加了 1倍。
[0076]假設電路的供電電壓為V 0，P A在差分工作模式時最大輸出功率為
,PA在單端工作模式時最大輸出功率為
，Pmaxd和Pmxs 相差6dB，由于兩種工作模式下PA均工作在最大功率輸出狀態(tài)，因此可以獲得相同的漏端效 率。
[0077]盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但本領域內(nèi)的技術人員一旦得知了基本創(chuàng)造 性概念，則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以，所附權利要求意欲解釋為包括優(yōu) 選實施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。
[0078]顯然，本領域的技術人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精 神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權利要求及其等同技術的范圍 之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
【主權項】
1. 一種射頻功率放大電路，其特征在于，所述電路包括:第一開關組、第二開關組、阻抗 切換單元、第三開關、第四開關和第五開關，其中： 所述第一開關組的一端與所述電路的一個差分輸入端連接，且另一端與所述阻抗切換 單元的第一平衡差分端口連接； 所述第二開關組的一端與所述電路的另一個差分輸入端連接，且另一端與所述阻抗切 換單元的第二平衡差分端口連接； 所述第三開關的一端與供電電源連接，且另一端與所述阻抗切換單元的第一平衡差分 端口連接； 所述第四開關的一端與所述供電電源連接，且另一端與所述阻抗切換單元的第二平衡 差分端口連接； 所述第五開關的一端與所述阻抗切換單元的中心抽頭端口連接，且另一端與所述供電 電源連接； 通過所述第一開關組、所述第二開關組、所述第三開關、所述第四開關以及所述第五開 關的開啟或關斷，控制所述阻抗切換單元的阻抗變換。2. 如權利要求1所述的電路，其特征在于，若所述電路工作在第一工作模式，所述第一 開關組、所述第二開關組和所述第五開關為開啟狀態(tài)，所述第三開關和所述第四開關為關 斷狀態(tài)； 若所述電路工作在第二工作模式，所述第一開關組和所述第四開關為開啟狀態(tài)，所述 第二開關組、所述第三開關和所述第五開關為關斷狀態(tài);其中，所述第一工作模式下的輸出 功率大于所述第二工作模式下的輸出功率。3. 如權利要求1所述的電路，其特征在于，若所述電路的輸出功率為第一功率，所述第 一開關組、所述第二開關組和所述第五開關為開啟狀態(tài)，所述第三開關和所述第四開關為 關斷狀態(tài)； 若所述電路的輸出功率為第二功率，所述第二開關組和所述第三開關為開啟狀態(tài)，所 述第一開關組、所述第四開關和所述第五開關為關斷狀態(tài);其中，所述第一功率大于所述第 二功率。4. 如權利要求1~3任一項所述的電路，其特征在于，所述第一開關組和所述第二開關 組均為NMOS管;所述第三開關、所述第四開關和所述第五開關均為PMOS管。5. 如權利要求1~3任一項所述的電路，其特征在于，所述第一開關組和所述第二開關 組均為PMOS管;所述第三開關、所述第四開關和所述第五開關均為NMOS管。6. 如權利要求1~3任一項所述的電路，其特征在于，所述阻抗切換單元的第一非平衡 差分端口為所述電路的輸出端，所述第一非平衡差分端口與外接天線連接。7. 如權利要求1~3任一項所述的電路，其特征在于，所述阻抗切換單元的第二非平衡 差分端口接地。8. 如權利要求1~3任一項所述的電路，其特征在于，所述電路還包括第一電容，所述第 一電容的一端與所述第一平衡差分端口連接，且另一端接地。9. 如權利要求1~3任一項所述的電路，其特征在于，所述電路還包括第二電容，所述第 二電容的一端與所述第二平衡差分端口連接，且另一端接地。
【文檔編號】H03F1/02GK105915189SQ201610223392
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月12日
【發(fā)明人】孫響
【申請人】青島海信電器股份有限公司