一种基于晶体管堆叠技术的强抗失配高效功率放大器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于晶体管堆叠技术的强抗失配高效功率放大器，包括‑45°移相输入匹配网络、+45°移相输入匹配网络、双路平衡型三堆叠功率放大网络、+45°移相输出匹配网络、‑45°移相输出匹配网络、第一供电偏置网络以及第二供电偏置网络。本发明专利技术采用三堆叠晶体管放大网络实现平衡型放大器的放大功能，提高了平衡型功率放大器的功率增益和功率容量，同时利用三级T型滤波型移相电路实现两路平衡信号的±45°移相控制以及输入和输出阻抗匹配，在保证低插损和高效率的前提下大大提升了放大器的抗失配特性，从而提高了电路的稳定性与可靠性。本发明专利技术所实现的强抗失配高效功率放大器芯片电路，输出功率高、功率增益高、面积小。

A strong anti mismatch high efficiency power amplifier based on transistor stacking technology

The invention discloses a transistor stack technology based on the strong anti mismatch efficient power amplifier, including 45 degree phase shift input matching network, +45 degree phase shift input matching network, dual balanced power amplifier, +45 network stack three degree phase shift output matching network, 45 degree phase shift output matching network, the first power supply bias the second power supply network and bias network. The invention adopts the zoom function to achieve the balance of three stacked transistor amplifier network amplification, and improve the power gain and power capacity balance type power amplifier, and the three grade T type filter type phase shifter to achieve two-way balanced signal - 45 DEG phase-shift control and input and output impedance matching, low insertion loss and in ensuring the premise of high efficiency under greatly enhance the anti mismatch characteristics of the amplifier, which improves the stability and reliability of the circuit. The strong anti mismatch and high performance power amplifier chip circuit realized by the invention has high output power, high power gain and small area.

【技术实现步骤摘要】
一种基于晶体管堆叠技术的强抗失配高效功率放大器
本专利技术属于场效应晶体管微波毫米波功率放大器和集成电路
，具体涉及一种基于晶体管堆叠技术的强抗失配高效功率放大器的设计。
技术介绍
随着3G、4G-LTE等民用通信市场的快速发展，以及5G通信的前期布局，微波毫米波前端发射器也向微波毫米波频段高性能、高集成、高效率的方向发展；此外，由于MIMO技术的广泛应用，系统对末端功率放大器的抗失配特性提出了严峻的考验，因此市场迫切的需求针对微波毫米波频段的强抗失配、高效率功率放大器芯片。然而，在微波毫米波功率放大器芯片设计中，一直存在一些设计难题，具体体现为：(1)传统平衡型放大器中强抗失配特性与高效率指标相互制约：由于微波毫米波前端发射器中的功率放大器的输出端需要连接一个驻波特性较差的天线，该天线对于微波毫米波功率放大器的抗失配特性提出了严峻的挑战；现有基于兰格结构实现90°相移的平衡型功率放大器在增强抗失配特性的同时，往往在输入和输出匹配网络引入较大的的带内插损，从而降低功率放大器的效率。因此，传统平衡型放大器中强抗失配特性与高效率指标相互制约。(2)微波毫米波频段传统平衡型放大器高功率、高增益指标设计难度较大：由于未来5G市场的驱使，微波毫米波前端发射机迫切需要高增益、高功率、高效率、强抗失配功率放大器，但是现有的毫米波频段的应用电路必须采用栅长较小的半导体工艺晶体管，受到其低击穿电压的影响，功率放大器的电压摆幅将受到较大的限制，因此也就限制了功率晶体管的功率容量。最典型的强抗失配特性的放大器是采用90°相移兰格结构的平衡功率放大器，但是，在微波毫米波频段，传统兰格平衡放大器仍然存在一些设计不足，主要体现在：(1)强抗失配特性与高效率指标设计难度较大。为了提高电路的抗失配特性，设计者往往需要利用兰格结构实现两路平衡结构信号的90°的相移，还要尽可能的降低引入的带内损耗，同时保证两路平衡信号具有近似相同的带内损耗，此外，还需要配合其他匹配结构实现晶体管的输入与输入端口的阻抗匹配，这大大增加了电路的设计复杂度和难度。设计者为了折中各个设计指标，往往需要通过引入一定的带内损耗来实现90°的相移和阻抗匹配，这就大大降低了功率放大器的效率指标。(2)毫米波段高功率晶体管阻抗匹配难度较大。由于放大器工作在毫米波段，单个晶体管的功率容量有限，设计者为了获得较高的功率容量，往往需要2n倍的功率合成结构，这种结构往往导致输出网络具有很低的最佳负载阻抗，这种低负载阻抗又将导致微波毫米波段平衡型放大器的阻抗匹配难度加大。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于晶体管堆叠技术的强抗失配高效功率放大器，利用三晶体管堆叠技术和与之对应的±45°移相输入与输出匹配网络，实现微波毫米波频段高增益、高效率、强抗失配等指标。本专利技术的技术方案为：一种基于晶体管堆叠技术的强抗失配高效功率放大器，包括-45°移相输入匹配网络、+45°移相输入匹配网络、双路平衡型三堆叠功率放大网络、+45°移相输出匹配网络、-45°移相输出匹配网络、第一供电偏置网络以及第二供电偏置网络。-45°移相输入匹配网络的输入端与+45°移相输入匹配网络的输入端相连作为整个功率放大器的输入端；+45°移相输出匹配网络的输出端与-45°移相输出匹配网络的输出端相连作为整个功率放大器的输出端。功率放大器的输入端还连接有隔直电容C1，功率放大器的输出端还连接有隔直电容C9。双路平衡型三堆叠功率放大网络的第一输入端与-45°移相输入匹配网络的输出端连接，其第二输入端与+45°移相输入匹配网络的输出端连接，其第一输出端与+45°移相输出匹配网络的输入端连接，其第二输出端与-45°移相输出匹配网络的输入端连接。第一供电偏置网络分别与-45°移相输入匹配网络、双路平衡型三堆叠功率放大网络以及+45°移相输出匹配网络连接；第二供电偏置网络分别与+45°移相输入匹配网络、双路平衡型三堆叠功率放大网络以及-45°移相输出匹配网络连接。本专利技术的有益效果是：本专利技术采用三堆叠晶体管放大网络实现平衡型放大器的放大功能，提高了平衡型功率放大器的功率增益和功率容量，同时利用三级T型滤波型移相电路实现两路平衡信号的±45°移相控制以及输入和输出阻抗匹配，在保证低插损和高效率的前提下大大提升了放大器的抗失配特性，从而提高了电路的稳定性与可靠性。进一步地，-45°移相输入匹配网络包括第一T型LC网络电路；第一T型LC网络电路的一端作为-45°移相输入匹配网络的输入端，其另一端串联第一RC稳定电路后作为-45°移相输入匹配网络的输出端。+45°移相输入匹配网络包括第二T型LC网络电路；第二T型LC网络电路的一端作为+45°移相输入匹配网络的输入端，其另一端串联第二RC稳定电路后作为+45°移相输入匹配网络的输出端。其中，第一T型LC网络电路包括串联的电感L1与L2，以及并联在L1与L2连接节点上的接地电容C2；第二T型LC网络电路包括串联的电容C3与C4，以及并联在C3与C4连接节点上的接地电感L3。第一RC稳定电路和第二RC稳定电路结构相同；第一RC稳定电路包括并联的电阻Rgsbu和电容Cgsbu；第二RC稳定电路包括并联的电阻Rgsbw和电容Cgsbw。+45°移相输出匹配网络包括第三T型LC网络电路；第三T型LC网络电路的一端作为+45°移相输出匹配网络的输出端，另一端串联电感L4后作为+45°移相输出匹配网络的输入端；第三T型LC网络电路与L4的连接节点上还连接有接地电容C5。-45°移相输出匹配网络包括第四T型LC网络电路；第四T型LC网络电路的一端作为-45°移相输出匹配网络的输出端，另一端串联电感L8后作为-45°移相输出匹配网络的输入端；第四T型LC网络电路与L8的连接节点上还连接有接地电容C10。其中，第三T型LC网络电路包括串联的电容C6与C7，以及并联在C6与C7连接节点上的接地电感L5；第四T型LC网络电路包括串联的电感L6与L7，以及并联在L6与L7连接节点上的接地电容C8。上述进一步方案的有益效果是：本专利技术分别采用两个三级T型滤波型移相电路分别实现两路平衡信号的±45°移相控制以及输入和输出阻抗匹配，两路信号可以独立控制，这就大大降低了设计复杂度，避免引入了不必要的带内损耗，从而提升了功率放大器的效率指标。进一步地，双路平衡型三堆叠功率放大网络包括第一路三堆叠功率放大网络和第二路三堆叠功率放大网络，第一路三堆叠功率放大网络和第二路三堆叠功率放大网络结构相同，均包括一路或多路并联的堆叠结构，每路堆叠结构均包括一组依次按照源极-漏极相连堆叠构成的顶层晶体管、中间层晶体管以及底层晶体管；顶层晶体管、中间层晶体管以及底层晶体管的尺寸相同。第一路三堆叠功率放大网络中，每个顶层晶体管的漏极相连作为双路平衡型三堆叠功率放大网络的第一输出端；每个顶层晶体管的栅极分别连接第一供电偏置网络和一路补偿电路；每个中间层晶体管的栅极分别连接第一供电偏置网络和一路补偿电路；每个底层晶体管的源极均接地；每个底层晶体管的栅极相连作为双路平衡型三堆叠功率放大网络的第一输入端。第二路三堆叠功率放大网络中，每个顶层晶体管的漏极相连作为双路平衡型三堆叠功率放大网络的第二输出端；每个顶层晶体管的栅极分别连接第二供电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于晶体管堆叠技术的强抗失配高效功率放大器，其特征在于，包括‑45°移相输入匹配网络、+45°移相输入匹配网络、双路平衡型三堆叠功率放大网络、+45°移相输出匹配网络、‑45°移相输出匹配网络、第一供电偏置网络以及第二供电偏置网络；所述‑45°移相输入匹配网络的输入端与+45°移相输入匹配网络的输入端相连作为整个所述功率放大器的输入端；所述+45°移相输出匹配网络的输出端与‑45°移相输出匹配网络的输出端相连作为整个所述功率放大器的输出端；所述双路平衡型三堆叠功率放大网络的第一输入端与‑45°移相输入匹配网络的输出端连接，其第二输入端与+45°移相输入匹配网络的输出端连接，其第一输出端与+45°移相输出匹配网络的输入端连接，其第二输出端与‑45°移相输出匹配网络的输入端连接；所述第一供电偏置网络分别与‑45°移相输入匹配网络、双路平衡型三堆叠功率放大网络以及+45°移相输出匹配网络连接；所述第二供电偏置网络分别与+45°移相输入匹配网络、双路平衡型三堆叠功率放大网络以及‑45°移相输出匹配网络连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于晶体管堆叠技术的强抗失配高效功率放大器，其特征在于，包括-45°移相输入匹配网络、+45°移相输入匹配网络、双路平衡型三堆叠功率放大网络、+45°移相输出匹配网络、-45°移相输出匹配网络、第一供电偏置网络以及第二供电偏置网络；所述-45°移相输入匹配网络的输入端与+45°移相输入匹配网络的输入端相连作为整个所述功率放大器的输入端；所述+45°移相输出匹配网络的输出端与-45°移相输出匹配网络的输出端相连作为整个所述功率放大器的输出端；所述双路平衡型三堆叠功率放大网络的第一输入端与-45°移相输入匹配网络的输出端连接，其第二输入端与+45°移相输入匹配网络的输出端连接，其第一输出端与+45°移相输出匹配网络的输入端连接，其第二输出端与-45°移相输出匹配网络的输入端连接；所述第一供电偏置网络分别与-45°移相输入匹配网络、双路平衡型三堆叠功率放大网络以及+45°移相输出匹配网络连接；所述第二供电偏置网络分别与+45°移相输入匹配网络、双路平衡型三堆叠功率放大网络以及-45°移相输出匹配网络连接。2.根据权利要求1所述的强抗失配高效功率放大器，其特征在于，所述-45°移相输入匹配网络包括第一T型LC网络电路；所述第一T型LC网络电路的一端作为-45°移相输入匹配网络的输入端，其另一端串联第一RC稳定电路后作为-45°移相输入匹配网络的输出端；所述+45°移相输入匹配网络包括第二T型LC网络电路；所述第二T型LC网络电路的一端作为+45°移相输入匹配网络的输入端，其另一端串联第二RC稳定电路后作为+45°移相输入匹配网络的输出端。3.根据权利要求2所述的强抗失配高效功率放大器，其特征在于，所述第一T型LC网络电路包括串联的电感L1与L2，以及并联在L1与L2连接节点上的接地电容C2；所述第二T型LC网络电路包括串联的电容C3与C4，以及并联在C3与C4连接节点上的接地电感L3。4.根据权利要求2所述的强抗失配高效功率放大器，其特征在于，所述第一RC稳定电路和第二RC稳定电路结构相同；所述第一RC稳定电路包括并联的电阻Rgsbu和电容Cgsbu；所述第二RC稳定电路包括并联的电阻Rgsbw和电容Cgsbw。5.根据权利要求2所述的强抗失配高效功率放大器，其特征在于，所述+45°移相输出匹配网络包括第三T型LC网络电路；所述第三T型LC网络电路的一端作为+45°移相输出匹配网络的输出端，另一端串联电感L4后作为+45°移相输出匹配网络的输入端；所述第三T型LC网络电路与L4的连接节点上还连接有接地电容C5；所述-45°移相输出匹配网络包括第四T型LC网络电路；所述第四T型LC网络电路的一端作为-45°移相输出匹配网络的输出端，另一端串联电感L8后作为-45°移相输出匹配网络的输入端；所述第四T型LC网络电路与L8的连接节点上还连接有接地电容C10。6.根据权利要求5所述的强抗失配高效功率放大器，其特征在于，所述第三T型LC网络电路包括串联的电容C6与C7，以及并联在C6与C7连接节点上的接地电感L5；所述第四T型LC网络电路包括串联的电感L6与L7，以及并联在L6与L7连接节点上的接地电容C8。7.根据权利要求5所述的强抗失配高效功率放大器，其特征在于，所述双路平衡型三堆叠功率放大网络包括第一路三堆叠功率放大网络和第二路三堆叠功率放大网络，所述第一路三堆叠功率放大网络和第二路三堆叠功率放大网络结构相同，均包括一路或多路并联的堆叠结构，每路所述堆叠结构均包括一组依次按照源极-漏极相连堆叠构成...

【专利技术属性】
技术研发人员：邬海峰，滑育楠，王测天，陈依军，廖学介，吕继平，胡柳林，童伟，吴曦，杨云婷，
申请(专利权)人：成都嘉纳海威科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：四川,51