本发明专利技术公开了一种宽调整范围高集成度变压器耦合射频功率放大器包括单转差电路、驱动功率放大器电路、级间匹配网络电路、功率放大器电路阵列和非等分串联功率耦合变压器单元，所述单转差电路的差分输出端依次通过驱动功率放大器电路、级间匹配网络电路和功率放大器电路阵列进而与非等分串联功率耦合变压器单元的差分输入端连接。本发明专利技术通过调整功率放大器电路阵列的工作方式，在保证系统高效率的同时实现发射功率的宽调整范围，具有工作频带宽、匹配电路简单、集成度高等特点。本发明专利技术能广泛应用于射频技术领域中。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及智能移动终端的射频前端
，尤其涉及一种宽调整范围高集成度变压器耦合射频功率放大器。
技术介绍
智能移动终端领域的快速发展，促进射频前端集成电路朝着低成本、高度集成化、高速率和高兼容性等方向演进。射频前端产业需要新的技术、架构来满足高线性度、高效率和高功率密度的应用。实现硅基工艺射频前端的全集成，对促进产品小型化、提高兼容性、降低成本方面非常有利。而功率放大器作为射频前端芯片中最重要的部分，承担了最后一级的功率信号的放大，其面积和功耗比例最大，成为限制实现性能、体积和成本方面最主要的因素。另一方面，智能移动终端功能需求的增多促使多种无线通信标准的产生，射频功率放大器将承担的多标准、多频段和宽功率发射范围的信号发射工作。因此，实现适用于多种标准的、宽调整范围的单片化射频功率放大器在智能移动终端领域具有非常重要的意义。现今，在基于标准CMOS工艺技术实现有源器件时，器件的击穿电压较低，射频输出功率偏低。这些特征难以适应当前对芯片单片化和高效率的需求。为了解决上述问题，美国专利US9214901和US7889009，以及期刊“Fully Integrated CMOS Power Amplifier With Efficiency Enhancement at Power Back-Off”均采用等分方式的串联拓扑变压器结构进行能量耦合，但其实现的发射功率调整范围有限，难以满足日益增长的需求。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种能提高发射功率调整范围的一种宽调整范围高集成度变压器耦合射频功率放大器。本专利技术所采取的技术方案是：宽调整范围高集成度变压器耦合射频功率放大器，包括单转差电路、驱动功率放大器电路、级间匹配网络电路、功率放大器电路阵列和非等分串联功率耦合变压器单元，所述单转差电路的差分输出端依次通过驱动功率放大器电路、级间匹配网络电路和功率放大器电路阵列进而与非等分串联功率耦合变压器单元的差分输入端连接。作为本专利技术的进一步改进，所述单转差电路包括第一电容、第二电容和巴伦，所述第一电容的正极端与巴伦的正极输入端连接，所述第一电容的负极端与巴伦的负极输入端连接，所述巴伦的差分输出端的中间抽头连接至第一偏置电压端，所述巴伦的正极差分输出端与第二电容的正极端连接，所述巴伦的负极差分输出端与第二电容的负极端连接，所述巴伦的正极差分输出端和负极差分输出端均连接至驱动功率放大器电路的差分输入端。作为本专利技术的进一步改进，所述级间匹配网络电路包括第三电容、第四电容、第五电容、第一电阻、第二电阻和差分电感，所述驱动功率放大器电路的正极差分输出端连接至第三电容的正极端，所述驱动功率放大器电路的负极差分输出端连接至第三电容的负极端，所述第三电容的正极端通过差分电感连接至第三电容的负极端，所述第三电容的正极端连接至第四电容的正极端，所述第三电容的负极端连接至第五电容的正极端，所述第四电容的负极端连接至第一电阻的第一端，所述第一电阻的第二端通过第二电阻进而连接至第五电容的
负极端，所述差分电感的中间抽头连接至电源电压端，所述第一电阻的第二端连接至第二偏置电压端，所述第四电容的负极端和第五电容的负极端均连接至功率放大器电路阵列。作为本专利技术的进一步改进，所述功率放大器电路阵列包括N个功率放大器和N个与各功率放大器一一对应的调谐电容，其中，N≥2，所述第四电容的负极端分别连接至各功率放大器的第一输入端，所述第五电容的负极端分别连接至各功率放大器的第二输入端，各所述功率放大器的正极输出端连接至与其对应的调谐电容的正极端，各所述功率放大器的负极输出端连接至与其对应的调谐电容的负极端，各所述功率放大器的正极输出端和负极输出端分别连接至非等分串联功率耦合变压器单元的各差分输入端。作为本专利技术的进一步改进，各所述功率放大器均连接有一工作状态控制接口。作为本专利技术的进一步改进，各所述功率放大器的输出功率依次呈倍数m关系递增，其中，m>1。作为本专利技术的进一步改进，所述非等分串联功率耦合变压器单元包括N个与各功率放大器一一对应的变压器，各所述功率放大器的正极输出端分别连接至与其对应的变压器的初级线圈的正极端，各所述功率放大器的负极输出端分别连接至与其对应的变压器的初级线圈的负极端，各所述变压器的初级线圈的中间抽头均连接至电源电压端，各所述变压器的次级线圈依次相连接。作为本专利技术的进一步改进，从第1个变压器到第N个变压器的初次级线圈匝数比依次呈倍数m关系递减，即n1:n2:……:nN＝m(N-1):m(N-2):……:1，其中，n1，n2，……，nN分别表示第1个变压器到第N个变压器的初次级线圈匝数比，
且m>1。作为本专利技术的进一步改进，从第1个变压器到第N个变压器的次级线圈的自感感值依次呈倍数m关系递增，即Ls1:Ls2:……:LsN＝1:m:……:m(N-1)，其中Ls1，Ls2:……，LsN分别表示第1个变压器到第N个变压器的次级线圈的自感感值，且m>1。本专利技术的有益效果是：本专利技术宽调整范围高集成度变压器耦合射频功率放大器通过在非等分变压器耦合变压器单元中采用非等分变压器结构的功率合成技术，实现了一种高度集成且具有宽发射功率调整范围的射频功率放大器芯片，从而能在更低的发射功率实现功率放大器的高效率工作。而且本专利技术在功率放大器电路阵列中采用伪差分的功率放大器结构，从而能提高输出电压摆幅，降低对封装寄生效应的灵敏度，提高了整个功放系统的输出电压摆幅，进而能较大程度地提高发射功率。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步说明：图1是本专利技术宽调整范围高集成度变压器耦合射频功率放大器的结构示意图；图2是本专利技术的简化结构示意图；图3是本专利技术的实施例一的结构示意图；图4是本专利技术实施例一的简化结构示意图；图5是本专利技术实施例一实现的输出功率与效率性能图。具体实施方式参考图1和图2，本专利技术宽调整范围高集成度变压器耦合射频功率放大器，包括单转差电路3、驱动功率放大器电路5、级间匹配网络电路8、功率放大器电路阵列11和非等分串联功率耦合变压器单元12，所述单转差电路3的差分输出端依次通过驱动功率放大器电路5、级间匹配网络电路8和功率放大器电路阵列11进而与非等分串联功率耦合变压器单元12的差分输入端连接。优选的，所述单转差电路3，用于宽频段范围内实现信号的单端转差分，提供差分信号给后一级驱动功率放大电路；所述驱动功率放大器电路5用于负责将差分功率信号进行第一次放大，用于提供给功率放大器电路阵列11；所述级间匹配网络电路8用于负责完成驱动功率放大器和功率放大器电路阵列11之间的信号阻抗匹配；所述功率放大器电路阵列11用于对功率信号进行第二次放大，阵列中每一个差分功率放大器单元的放大管面积各不相同，且呈一定倍数增加，每个差分功放单元都可以通过外部使能端控制，来实现正常工作和关闭的状态切换，从而使发射功率的控制范围更宽；所述非等分串联功率耦合变压器单元12用于完成每一个差分功率放大器单元的输出阻抗匹配和最后的功率耦合，非等分串联功率耦合变压器采用串联的拓扑结构，其匝数比和次级自感与功率放大器电路阵列11每个功放单元的放大管面积比例有关，分别以一定的倍数依次递减和递增。本专利技术方案的所有器件本文档来自技高网...
【技术保护点】
宽调整范围高集成度变压器耦合射频功率放大器，其特征在于：包括单转差电路、驱动功率放大器电路、级间匹配网络电路、功率放大器电路阵列和非等分串联功率耦合变压器单元，所述单转差电路的差分输出端依次通过驱动功率放大器电路、级间匹配网络电路和功率放大器电路阵列进而与非等分串联功率耦合变压器单元的差分输入端连接。
【技术特征摘要】
1.宽调整范围高集成度变压器耦合射频功率放大器，其特征在于：包括单转差电路、驱动功率放大器电路、级间匹配网络电路、功率放大器电路阵列和非等分串联功率耦合变压器单元，所述单转差电路的差分输出端依次通过驱动功率放大器电路、级间匹配网络电路和功率放大器电路阵列进而与非等分串联功率耦合变压器单元的差分输入端连接。2.根据权利要求1所述的宽调整范围高集成度变压器耦合射频功率放大器，其特征在于：所述单转差电路包括第一电容、第二电容和巴伦，所述第一电容的正极端与巴伦的正极输入端连接，所述第一电容的负极端与巴伦的负极输入端连接，所述巴伦的差分输出端的中间抽头连接至第一偏置电压端，所述巴伦的正极差分输出端与第二电容的正极端连接，所述巴伦的负极差分输出端与第二电容的负极端连接，所述巴伦的正极差分输出端和负极差分输出端均连接至驱动功率放大器电路的差分输入端。3.根据权利要求1所述的宽调整范围高集成度变压器耦合射频功率放大器，其特征在于：所述级间匹配网络电路包括第三电容、第四电容、第五电容、第一电阻、第二电阻和差分电感，所述驱动功率放大器电路的正极差分输出端连接至第三电容的正极端，所述驱动功率放大器电路的负极差分输出端连接至第三电容的负极端，所述第三电容的正极端通过差分电感连接至第三电容的负极端，所述第三电容的正极端连接至第四电容的正极端，所述第三电容的负极端连接至第五电容的正极端，所述第四电容的负极端连接至第一电阻的第一端，所述第一电阻的第二端通过第二电阻进而连接至第五电容的负极端，所述差分电感的中间抽头连接至电源电压端，所述第一电阻的第二端连接至第二偏置电压端，所述第四电容的负极端和第五电容的负极端均连接至功率放大器电路阵列。4.根据权利要求3所述的宽调整范围高集成度变压器耦合射频功率放大器，其特征在于：所述功率放大器电路阵列包括N个功率放大器和N个与各功率放大器一一对应的调谐电容，其中，N≥2，所述第四电容...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴海岗，李斌，吴朝晖，赵明剑，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44
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