一种应用于GSM射频功率放大器的多频输出匹配网络制造技术

本申请公开了一种应用于GSM射频功率放大器的多频输出匹配网络，包括一个变压器。该变压器的初级线圈采用一个具有中间抽头的绕组，该中间抽头连接工作电压；初级线圈两端作为输出匹配网络的一对差分输入端，分别接收放大电路输出的一对差分信号；该变压器的次级线圈采用一个绕组，一端输出的单端信号，另一端接地。该变压器的初级线圈还并联一个LC谐振电路。该变压器的次级线圈的输出端还连接一个LC低通滤波电路后作为输出匹配网络的单端输出端。本申请的输出匹配网络可以在较宽频率范围内提供阻抗匹配，还具有极佳的谐波抑制效果。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于GSM射频功率放大器的多频输出匹配网络
本申请涉及一种射频功率放大器中的阻抗匹配电路，特别是涉及一种应用于GSM模式的射频功率放大器中的阻抗匹配电路。
技术介绍
以手机为代表的移动通讯终端中，射频功率放大器必不可少。射频功率放大器位于发射机的末级，用来将已调制射频信号放大到所需功率值后送天线发射。当一个电路的特征尺寸(characteristiclength)远小于该电路所运行的电磁波的波长时，该电路可用较为简单的集总元件模型(lumpedelementmodel，也称集总参数模型，lumpedparametermodel，lumpedcomponentmodel)来描述。当一个电路的特征尺寸与该电路所运行的电磁波的波长位于相同或相近的数量级，该电路就要用比较复杂但更为精确的分布元件模型(distributedelementmodel)或传输线模型(transmissionlinemodel)来描述。移动通讯领域的射频功率放大器就需要用分布元件模型和传输线模型来描述，此时阻抗匹配(impedancematching)就成为必须考虑的重要问题。阻抗匹配是指对电路负载的输入阻抗和/或相应信号源的输出阻抗进行设计，以使电路的功率传输最大化和/或使负载端的信号反射最小化。以射频功率放大器为例，通常在信号输入端有输入匹配网络，在信号输出端设计有匹配网络。如果射频功率放大器由多级放大电路级联组成，那么相邻的放大电路之间还可能有级间匹配网络。这些匹配网络就是用来实现阻抗匹配的，然而匹配网络通常只对较小频率范围内的电磁波信号具有较好效果，即具有窄带特性。GSM(GlobalSystemforMobileCommunications，全球移动通讯系统)是第二代移动通讯(2G)协议。目前得到商业应用的GSM频段有4个，分别是GSM-850、E-GSM-900、DCS-1800、PCS-1900。前两个频段的频率范围接近，可合称为GSM低频段。后两个频段的频率范围接近，可合称为GSM高频段。现有的GSM射频功率放大器通常设计有两个通道，分别用于GSM低频段、GSM高频段的射频信号放大，每个通道内都具有独立的匹配网络。2015年6月出版的《IEEETransactionsonMicrowaveTheoryandTechniques》第63卷第6期有一篇文章《ElectrothermalEffectsonPerformanceofGaAsHBTPowerAmplifierDuringPowerVersusTime(PVT)VariationatGSM/DCSBands》，作者是LiangLin等。这篇文章的图3(a)给出了一种由GaAs(砷化镓)HBT实现的射频功率放大器，可用于E-GSM-900频段和DCS-1800频段。这篇文章并没有给出匹配电路的具体实现方式，由于所涉两个频段的频率差别很大，需要两个这样的射频功率放大器组成双通道才能实现双频段的覆盖。请参阅图1，这是一种现有的射频功率放大器的输出匹配网络。为了清楚地描述电路功能，也示意性地表示出了放大电路和负载。所述放大电路例如包括两个晶体管，通常选用HBT(异质结双极晶体管)。晶体管一H1的基极作为输入端in，发射极接地，集电极通过电容五C5连接晶体管二H2的基极，该集电极还连接负载电感一LD1。晶体管二H2的发射极接地，集电极同时连接电感一L1和电感二L2。所述负载通常是指天线，这里用依次串联的负载电感一LD1、负载电感二LD2和负载电容C1来表示，其中负载电感一LD1的另一端连接晶体管一H1的集电极，负载电容C1的另一端接地。所述输出匹配网络包括电感一L1至电感四L4、电容二C2至电容四C4、寄生电感二LP2至寄生电感四LP4。电感一L1、电感二L2、电感三L3、电感四L4依次串联，其中电感一L1的另一端连接负载电感二L2与负载电容C1之间，电感四L4的另一端作为输出端out。电感一L1与电感L2之间还连接晶体管二H2的集电极。电感二L2与电感三L3之间还通过串联的电容二C2和寄生电感二LP2接地。电感三L3和电感四L4之间还通过串联的电容三C3和寄生电感三LP3接地。输出端out还通过串联的电容四C4和寄生电感四LP4接地。图1所示的输出匹配网络用来将50欧姆的阻抗转化成2至3欧姆的阻抗提供给放大电路。该匹配网络中采用了三级低通滤波(lowpassfilter)结构，电感二L2与电容二C2和寄生电感二LP2构成了第一级LC低通滤波器，电感三L3与电容三C3和寄生电感三LP3构成了第二级LC低通滤波器，电感四L4与电容四C4和寄生电感四LP4构成了第三级LC低通滤波器。这个三级低通滤波结构通过选取各元件参数来设置各自的谐振频率，可用来抑制特定频率的谐波及高频分量，例如用来抑制二次谐波、三次谐波等。图1所示的输出匹配网络在制造时，放大电路通常采用半导体芯片，晶体管制造在芯片上，电容五C5可以是片上电容。芯片装配在基板(laminate)上，基板是一种印刷电路板。芯片与基板的电性连接通常是由打线接合(wirebongding)工艺制造的金属连线实现的。两个负载电感以及匹配网络中的电感一L1至电感三L3通常是由基板中的金属线实现的，电感四L4由于电感值较大通常采用表面贴装器件(SMD，surfacemountdevice)的电感。负载电容C1以及匹配网络中的电容二C2至电容四C4通常也是采用表面贴装器件的电容。表面贴装器件采用表面安装技术(SMT，surfacemounttechnology)装配在基板上。寄生电感二LP2至寄生电感四LP4的感值较小，通常是由基板上的过孔(via，verticalinterconnectaccess)实现的。在印刷电路板中，过孔用来电学连接不同层的电路，其自身也具有寄生电感。图1所示的输出匹配网络仍然具有窄带特性，如果应用于GSM射频功率放大器，需要在两个通道内均设置图1所示的输出匹配网络。这就意味着双倍的硬件成本，并占用双倍的基板面积。此外，表面贴装器件的电感、电容不够精确，很容易使输出匹配网络偏离原本设计的2至3欧姆阻抗的目标。现有的射频功率放大器也有采用变压器作为输出匹配网络的。申请公布号为CN101741326A、申请公布日为2010年6月16日的中国专利技术专利申请《RF功率放大器》中，记载了采用变压器作为功率放大晶体管和负载之间的阻抗匹配电路。申请公布号为CN101951232A、申请公布日为2011年1月19日的中国专利技术专利申请《射频功率放大器》中，记载了采用变压器来完成射频功率放大器的输出匹配。申请公布号为CN102142819A、申请公布日为2011年8月3日的中国专利技术专利申请《基于变压器的射频功率放大器》中，记载了采用变压器实现射频功率放大器的输出端的阻抗匹配。在射频功率放大器中使用变压器作为阻抗匹配电路是常用手段，其优点在于宽带特性，即对较大频率范围内的电磁波信号具有较好的阻抗匹配效果。然而采用变压器作为阻抗匹配电路也存在如下技术难题。其一，采用变压器匹配后的阻抗会随着输入信号的频率变化而变化。阻抗(electricalimpedance)是一个复数，包括实部和虚部。阻抗的虚部变化会影响射频功本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于GSM射频功率放大器的多频输出匹配网络，其特征是，所述输出匹配网络包括一个变压器，该变压器的初级线圈采用一个具有中间抽头的绕组，该中间抽头连接工作电压；初级线圈两端作为输出匹配网络的一对差分输入端，分别接收放大电路输出的一对差分信号；该变压器的次级线圈采用一个绕组，一端输出的单端信号，另一端接地；该变压器的初级线圈还并联一个LC谐振电路；该变压器的次级线圈的输出端还连接一个LC低通滤波电路后作为输出匹配网络的单端输出端。

【技术特征摘要】
1.一种应用于GSM射频功率放大器的多频输出匹配网络，其特征是，所述输出匹配网络包括一个变压器，该变压器的初级线圈采用一个具有中间抽头的绕组，该中间抽头连接工作电压；初级线圈两端作为输出匹配网络的一对差分输入端，分别接收放大电路输出的一对差分信号；该变压器的次级线圈采用一个绕组，一端输出的单端信号，另一端接地；该变压器的初级线圈还并联一个LC谐振电路；该变压器的次级线圈的输出端还连接一个LC低通滤波电路后作为输出匹配网络的单端输出端。2.根据权利要求1所述的应用于GSM射频功率放大器的多频输出匹配网络，其特征是，变压器二用来将放大电路输出的一对差分信号转换为一个单端信号，同时进行阻抗匹配。3.根据权利要求2所述的应用于GSM射频功率放大器的多频输出匹配网络，其特征是，变压器二的初级线圈的匝数与次级线圈的匝数之比为1：n，其中n为自然数，因此变压器二是用来将输出端的高阻抗变换为1/n的输入端低阻抗提供给放大电路。4.根据权利要求1所述的应用于GSM射频功率放大器的多频输出匹配网络，其特征是，所述LC谐振电路包括串联的寄生电感五、电容六和寄生电感六，该串联支路再与该变压器的初级线圈相并联；所述LC谐振电路的谐振频率设为GSM低频段的三倍。5.根据权利要求1所述的应用于GSM射频功率放大器的多频输出匹配网络，其特征是，所述LC低通滤波电路是：该变压器的次级线圈的输出端连接电感七，电感七的另一端作为输出匹配网络的单端...

【专利技术属性】
技术研发人员：林甲富，柯庆福，章乐，江亮，贾斌，
申请(专利权)人：锐迪科微电子上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31