超频宽放大器及其设计方法技术

本发明专利技术提供一种超频宽放大器及其设计方法，所述超频宽放大器包括功率放大单元、连接于所述功率放大单元的输出端或输入端的阻抗匹配电路，所述阻抗匹配电路包括初级线圈、与初级线圈互感耦合的次级线圈、与初级线圈并联的初级调谐电容和与次级线圈并联的次级调谐电容。通过配置初级线圈的自感系数、次级线圈的自感系数、初级线圈与次级线圈的互感系数、初级调谐电容的电容值、次级调谐电容的电容值，使得所述阻抗匹配电路具有第一互谐振频点和第二互谐振频点，所述阻抗匹配电路在第一互谐振频点和第二互谐振频点之间的整个频带的插损均小于3dB，从而利用同一个阻抗匹配电路实现超频宽的阻抗匹配。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种放大器，特别是涉及一种超频宽放大器及其设计方法。
技术介绍
目前无线移动通信系统已经得到了广泛应用。无线移动通信系统从二十世纪80年代早期的1G模拟系统发展到二十世纪90年代的2G数字系统，再发展到现在的3G\\4G系统，将来可能发展到5G系统。无线通信网络的目标是给世界各地用户提供无缝宽带连接。 无线移动通信可以多个频带上进行，比如，2G GSM(Global System of Mobile communication)标准支持900MHz(GSM900)、1800MHz(GSM1800)及1900MHz(GSM-1900)等几个频带，WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access)标准多达8个频带。LTE(Long Term Evolution)标准定义的频段超过40个。不同的频带将会显著影响到硬件的设计，尤其是功率放大器的设计。 通常来说，功率放大器是窄带装置，需要为每个频带设计一个独立的功率放大器。目前多模式/多频带蜂窝电话都包括有多个功率放大器以支持多个频带。图1示出了传统多模式/多频带功率放大器10的示例方框图，其可以支持n个频带，分别为f1、f2和fn。所述功率放大器10包括有为频带f1设计的输入阻抗匹配电路1、功率放大单元1和输出阻抗匹配单元1、为频带f2设计的输入阻抗匹配电路2、功率放大单元2和输出阻抗匹配单元2、为频带fn设计的输入阻抗匹配电路n、功率放大单元n和输出阻抗匹配单元n，其中n大于等于2。可见，现有多模式/多频带功率放大器10为每个频带设计了单独的功率放大单元和单独的输入/输出阻抗匹配网络。然而，这种设计会增加芯片面积和成本。 在射频和微波电路设计中，常常采用线圈互感耦合的变压器进行输入输出匹配或者是级间匹配，一方面变压器可以灵活配置为差分-差分电路，也可以配置为单端-单端电路，或者单端-差分、差分-单端的转化电路；另一方面可以有效的提供ESD(静电释放保护)保护；就实际电路来说，还存在如下的优点：1.级间耦合有DC耦合作用，不必使用AC耦合电容；2.可以灵活地给电路提供馈电；3.灵活的阻抗匹配设计；4.电路设计上还具有功率分配、合成等功能。但是，在传统设计中，基于变压器耦合的放大器电路只具有窄带特性，这样在应对多模多频(可相应展开，相关示例如图1)应用时，需要多个相应的电路才能覆盖宽带特性，由此，有必要对传统设计进行改进，以满足宽带系统的应用，大大降低电路的硬件资源。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种超频宽放大器，其可以实现超频宽的阻抗匹配。 本专利技术的目的在于提供一种超频宽放大器的设计方法，其得到的功率放大器可以实现超频宽的阻抗匹配，还可以减低设计的复杂度。 为了实现上述目的，本专利技术提出一种超频宽放大器，其包括：功率放大单元，用于对射频输入信号进行功率放大；连接于所述功率放大单元的输出端的超频宽输出阻抗匹配电路和/或连接于所述功率放大单元的输入端的超频宽输入阻抗匹配电路，所述阻抗匹配电路包括初级线圈、与初级线圈互感耦合的次级线圈、与初级线圈并联的初级调谐电容和与次级线圈并联的次级调谐电容，初级线圈的两端作为射频信号输入端，次级线圈的两端作为射频信号的输出端，通过配置初级线圈的自感系数、次级线圈的自感系数、初级线圈与次级线圈的互感系数、初级调谐电容的电容值、次级调谐电容的电容值，使得所述阻抗匹配电路具有第一互谐振频点和第二互谐振频点，所述阻抗匹配电路在第一互谐振频点和第二互谐振频点之间的整个频带的插损均小于3dB。 进一步的，基于负载的阻抗匹配比例确定初级线圈和次级线圈的自感系数比例；根据负载和带宽要求初步确定阻抗匹配电路的有载Q值；基于该自感系数比例以及有载Q值选定初级线圈和次级线圈的自感系数；基于超频宽放大器的最小工作频率、初级线圈和初级调谐电容的自谐振频点、次级线圈和次级调谐电容的自谐振频点确定初级调谐电容和次级调谐电容的电容值；基于超频宽放大器的最大工作频率和所述阻抗匹配电路的第二谐振频点确定所述互感系数。 进一步的，初级调谐电容和次级调谐电容为可切换电容。 进一步的，所述超频宽放大器的相对带宽fBW大于等于50％，其中fBW＝(fH-fL)/fC，fC＝(fH+fL)/2，fL为所述超频宽放大器的最小工作频率，fH为所述超频宽放大器的最大工作频率。 进一步的，有载Q值＝RL/(2π*fL*L2),RL为负载阻抗，L2为次级线圈的自感系数，fL为所述超频宽放大器的最小工作频率。 根据本专利技术的另一个方面，本专利技术提供一种如上文所述的超频宽放大器的设计方法，其包括：基于负载的阻抗匹配比例确定初级线圈和次级线圈的自感系数比例，根据负载和带宽要求初步确定阻抗匹配电路的有载Q值，确定超频宽放大器的最小工作频率和最大工作频率；基于所述自感系数比例以及有载Q值选定初级线圈和次级线圈的自感系数；确定初级调谐电容和次级调谐电容的电容值，使得初级侧的自谐振频点以及次级侧的自谐振频点均位于最小工作频率附近；估算互感系数的值，使得所述阻抗匹配电路的第二互谐振频点位于最大工作频率附近；根据得到的一组配置参数仿真所述阻抗匹配电路的频率响应特性，所述一组配置成参数包括初级线圈的自感系数、次级线圈的自感系数、初级线圈与次级线圈的互感系数、初级调谐电容的电容值、次级调谐电容的电容值；不断重复上述步骤直到频率响应特性符合设计要求。 进一步的，所述设计要求至少包括所述阻抗匹配电路在第一互谐振频点和第二互谐振频点之间的整个频带的插损均小于3dB。 进一步的，所述设计要求至少还包括：所述超频宽放大器的相对带宽fBW大于等于50％，其中fBW＝(fH-fL)/fC，fC＝(fH+fL)/2，fL为所述超频宽放大器的最小工作频率，fH为所述超频宽放大器的最大工作频率。 进一步的，初级调谐电容和次级调谐电容为可切换电容。 进一步的，有载Q值＝RL/(2π*fL*L2),RL为负载阻抗，L2为次级线圈的自感系数，fL为所述超频宽放大器的最小工作频率。 与现有技术相比，在本专利技术中的输入阻抗匹配电路和/或输出匹配电阻利用互感耦合线圈来实现超频宽的阻抗匹配，从而可以降本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超频宽放大器，其特征在于，其包括：功率放大单元，用于对射频输入信号进行功率放大；连接于所述功率放大单元的输出端或/和输入端的超频宽阻抗匹配电路，所述阻抗匹配电路包括初级线圈、与初级线圈互感耦合的次级线圈、与初级线圈并联的初级调谐电容和与次级线圈并联的次级调谐电容，初级线圈的两端作为射频信号输入端，次级线圈的两端作为射频信号的输出端，通过配置初级线圈的自感系数、次级线圈的自感系数、初级线圈与次级线圈的互感系数、初级调谐电容的电容值、次级调谐电容的电容值，使得所述阻抗匹配电路具有第一互谐振频点和第二互谐振频点，所述阻抗匹配电路在第一互谐振频点和第二互谐振频点之间的整个频带的插损均小于3dB。

【技术特征摘要】
1.一种超频宽放大器，其特征在于，其包括：
功率放大单元，用于对射频输入信号进行功率放大；
连接于所述功率放大单元的输出端或/和输入端的超频宽阻抗匹配电路，
所述阻抗匹配电路包括初级线圈、与初级线圈互感耦合的次级线圈、与初
级线圈并联的初级调谐电容和与次级线圈并联的次级调谐电容，初级线圈的两
端作为射频信号输入端，次级线圈的两端作为射频信号的输出端，
通过配置初级线圈的自感系数、次级线圈的自感系数、初级线圈与次级线
圈的互感系数、初级调谐电容的电容值、次级调谐电容的电容值，使得所述阻
抗匹配电路具有第一互谐振频点和第二互谐振频点，所述阻抗匹配电路在第一
互谐振频点和第二互谐振频点之间的整个频带的插损均小于3dB。
2.根据权利要求1所述的超频宽放大器，其特征在于，
基于负载的阻抗匹配比例确定初级线圈和次级线圈的自感系数比例；
根据负载和带宽要求初步确定阻抗匹配电路的有载Q值；
基于该自感系数比例以及有载Q值选定初级线圈和次级线圈的自感系数；
基于超频宽放大器的最小工作频率、初级线圈和初级调谐电容的自谐振频
点、次级线圈和次级调谐电容的自谐振频点确定初级调谐电容和次级调谐电容
的电容值；
基于超频宽放大器的最大工作频率和所述阻抗匹配电路的第二谐振频点确
定所述互感系数。
3.根据权利要求1所述的超频宽放大器，其特征在于，初级调谐电容和次
级调谐电容为可切换电容。
4.根据权利要求1所述的超频宽放大器，其特征在于，
所述超频宽放大器的相对带宽fBW大于等于50％，
其中fBW＝(fH-fL)/fC，fC＝(fH+fL)/2，fL为所述超频宽放大器的最小工作
频率，fH为所述超频宽放大器的最大工作频率。
5.根据权利要求1所述的超频宽放大器，其特征在于，
有载Q值＝RL/(2π*fL*L...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩科锋，任启明，雷良军，
申请(专利权)人：无锡中普微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32