功率放大器及深回退区高效率放大实现方法技术

本发明专利技术提供一种功率放大器，包括：N组功率放大单元、N组变压器单元和2N

【技术实现步骤摘要】
功率放大器及深回退区高效率放大实现方法


[0001]本申请涉及射频功率放大器
，具体涉及一种功率放大器及深回退区高效率放大实现方法。

技术介绍

[0002]目前国内外先进的通信标准采用OFDM(正交频分复用)调制，这种调制功率放大器输出功率有较大的峰均比，从而经常工作在远离最大效率饱和功率输出的更深功率回退区，导致功率放大器平均效率较低。因此需要提升功放在更深功率回退区间的效率。
[0003]Doherty架构的功率放大器可以在功率回退6dB的时候形成一个效率尖峰，进而提升6dB回退区内效率，从而提升平均效率。但是Doherty架构的功率放大器在调制方案峰均比远大于6dB的更深回退区效率随回退深度增加而显著下降、更深回退区的平均效率较低，因而仅在6dB形成效率尖峰以及改善6dB回退区间内平均效率的功放架构不满足先进的通信标准大峰均比调制技术高深功率回退区效率要求。

技术实现思路

[0004]本申请提供了一种功率放大器及深回退区高效率放大实现方法，可以解决在功率回退大于6dB的更深回退区间内功率放大器的平均效率较低的问题。
[0005]一方面，本申请实施例提供了一种功率放大器，包括：N组功率放大单元、N组变压器单元和2N
‑
1个开关单元；其中，各组所述功率放大单元均包括：第一至第四功率放大子单元，各组变压器单元均包括：第一变压器和第二变压器；
[0006]其中，各组中，所述第一变压器原边的两个输入端、所述第二变压器原边的两个输入端分别连接第一至第四功率放大子单元的输出端，第一组的第一变压器副边的一输出端串联后级负载并接地，最后一组的第二变压器副边的一输出端接地，第一组的第一变压器副边的另一输出端、其余的第一、第二变压器副边的两个输出端以及最后一组的第二变压器副边的另一输出端依次串联，第二功率放大子单元的输出端和第三功率放大子单元的输出端之间串联一所述开关单元，并且相邻的两组功率放大单元的输出端之间也串联一所述开关单元，其中，N＝2
m
‑1，m为自然数。
[0007]可选的，在所述功率放大器中，所述功率放大器还包括：控制单元，所述控制单元接收外部的相位输入信号、幅度信号和时钟信号，并向N组所述功率放大单元输出第一至第4N功率控制信号以控制N组的第一至第四功率放大子单元的工作模式及输出功率，以及向第一至第2N
‑
1开关单元输出第一至第2N
‑
1开关控制信号以控制第一至第2N
‑
1开关单元的导通和断开。
[0008]可选的，在所述功率放大器中，所述功率放大器还包括：电源，N组所述功率放大单元中的所述第一至第四功率放大子单元均由所述电源供电。
[0009]可选的，在所述功率放大器中，所述第一至第四功率放大子单元均为开关电容功放单元，任意一功率放大子单元均包括：多组反相放大子单元和与所述反相放大子单元串
联的电容器单元，各组所述反相放大子单元与所述电容器单元串联后相互并联。
[0010]可选的，在所述功率放大器中，各组所述反相放大子单元均包括：依次串联的一个PMOS管和一个NMOS管，所述PMOS管的源极接所述电源。
[0011]可选的，在所述功率放大器中，各所述开关单元均包括：多个串联的MOS管。
[0012]另一方面，本申请实施例还提供了一种基于所述功率放大器的深回退区高效率放大实现方法，根据所述控制单元输出的第一至第2N
‑
1开关控制信号，第一至第2N
‑
1开关单元切换开关状态，并且根据所述控制单元输出的第一至第4N功率控制信号，N组的第一功率放大子单元、第二功率放大子单元、第三功率放大子单元和第四功率放大子单元分别调节各自的工作模式及输出功率以实现6dB、12dB、18dB至6(log2N+2)dB功率回退深度时的效率尖峰，提升更深回退功率深度内平均效率。
[0013]可选的，在所述深回退区高效率放大实现方法中，根据所述控制单元输出的所述第一至第2N
‑
1开关控制信号，第一至第2N
‑
1开关单元断开；根据所述控制单元输出的所述第一至第4N功率控制信号，N组的第一至第四功率放大子单元均工作为饱和输出功率模式，以实现所述功率放大器功率饱和输出及最大效率输出。
[0014]可选的，在所述深回退区高效率放大实现方法中，根据所述控制单元输出的所述第一至第2N
‑
1开关控制信号，第一至第2N
‑
1开关单元断开；根据所述控制单元输出的所述第一至第4N功率控制信号，各组所述功率放大单元中的第一功率放大子单元和第三功率放大子单元均工作为饱和输出功率模式，各组所述功率放大单元中的第二功率放大子单元和第四功率放大子单元均工作为动态调节输出功率跟随放大模式，各组中，所述第一功率放大子单元和所述第二功率放大子单元、所述第三功率放大子单元和所述第四功率放大子单元分别构成Doherty功放架构模式，以实现所述功率放大器在0dB～6dB区间的功率回退及效率的提升；
[0015]或者，根据所述控制单元输出的所述第一至第2N
‑
1开关控制信号，第一至第2N
‑
1开关单元断开；根据所述控制单元输出的所述第一至第4N功率控制信号，各组所述功率放大单元中的第一功率放大子单元和第四功率放大子单元均工作为饱和输出功率模式，各组所述功率放大单元中的第二功率放大子单元和第三功率放大子单元均工作为动态调节输出功率跟随放大模式，各组中，所述第一功率放大子单元和所述第二功率放大子单元、所述第三功率放大子单元和所述第四功率放大子单元分别构成Doherty功放架构模式，以实现所述功率放大器在0dB～6dB区间的功率回退及效率的提升。
[0016]可选的，在所述深回退区高效率放大实现方法中，根据所述控制单元输出的所述第一至第2N
‑
1开关控制信号，第一至第2N
‑
1开关单元断开；根据所述控制单元输出的所述第一至第4N功率控制信号，各组所述功率放大单元中的第一功率放大子单元和第三功率放大子单元均工作为饱和输出功率模式，各组所述功率放大单元中的第二功率放大子单元和第四功率放大子单元均关闭，以使所述功率放大器在6dB功率回退点工作为饱和输出功率模式下实现第一高效率尖峰；
[0017]或者，根据所述控制单元输出的所述第一至第2N
‑
1开关控制信号，各组第二功率放大子单元的输出端和第三功率放大子单元的输出端之间串联的所述开关单元导通，并且相邻的两组功率放大单元的输出端之间串联的所述开关单元断开；根据所述控制单元输出的所述第一至第4N功率控制信号，各组所述功率放大单元中的第一功率放大子单元和第四
功率放大子单元均工作为饱和输出功率模式，各组所述功率放大单元中的第二功率放大子单元和第三功率放大子单元均关闭，以使所述功率放大器在6dB功率回退点工作为饱和输出功率模式下实现第一高效率尖峰。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种功率放大器，其特征在于，包括：N组功率放大单元、N组变压器单元和2N
‑
1个开关单元；其中，各组所述功率放大单元均包括：第一至第四功率放大子单元，各组变压器单元均包括：第一变压器和第二变压器；其中，各组中，所述第一变压器原边的两个输入端、所述第二变压器原边的两个输入端分别连接第一至第四功率放大子单元的输出端，第一组的第一变压器副边的一输出端串联后级负载并接地，最后一组的第二变压器副边的一输出端接地，第一组的第一变压器副边的另一输出端、其余的第一、第二变压器副边的两个输出端以及最后一组的第二变压器副边的另一输出端依次串联，第二功率放大子单元的输出端和第三功率放大子单元的输出端之间串联一所述开关单元，并且相邻的两组功率放大单元的输出端之间也串联一所述开关单元，其中，N＝2
m
‑1，m为自然数。2.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，所述功率放大器还包括：控制单元，所述控制单元接收外部的相位输入信号、幅度信号和时钟信号，并向N组所述功率放大单元输出第一至第4N功率控制信号以控制N组的第一至第四功率放大子单元的工作模式及输出功率，以及向第一至第2N
‑
1开关单元输出第一至第2N
‑
1开关控制信号以控制第一至第2N
‑
1开关单元的导通和断开。3.根据权利要求2所述的功率放大器，其特征在于，所述功率放大器还包括：电源，N组所述功率放大单元中的所述第一至第四功率放大子单元均由所述电源供电。4.根据权利要求3所述的功率放大器，其特征在于，所述第一至第四功率放大子单元均为开关电容功放单元，任意一功率放大子单元均包括：多组反相放大子单元和与所述反相放大子单元串联的电容器单元，各组所述反相放大子单元与所述电容器单元串联后相互并联。5.根据权利要求4所述的功率放大器，其特征在于，各组所述反相放大子单元均包括：依次串联的一个PMOS管和一个NMOS管，所述PMOS管的源极接所述电源。6.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，各所述开关单元均包括：多个串联的MOS管。7.一种基于如权利要求3所述的功率放大器的深回退区高效率放大实现方法，其特征在于，根据所述控制单元输出的第一至第2N
‑
1开关控制信号，第一至第2N
‑
1开关单元切换开关状态，并且根据所述控制单元输出的第一至第4N功率控制信号，N组的第一功率放大子单元、第二功率放大子单元、第三功率放大子单元和第四功率放大子单元分别调节各自的工作模式及输出功率以实现6dB、12dB、18dB至6(log2N+2)dB功率回退深度时的效率尖峰，提升更深回退功率深度内平均效率。8.根据权利要求7所述的深回退区高效率放大实现方法，其特征在于，根据所述控制单元输出的所述第一至第2N
‑
1开关控制信号，第一至第2N
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1开关单元断开；根据所述控制单元输出的所述第一至第4N功率控制信号，N组的第一至第四功率放大子单元均工作为饱和输出功率模式，以实现所述功率放大器功率饱和输出及最大效率输出。9.根据权利要求7所述的深回退区高效率放大实现方法，其特征在于，根据所述控制单元输出的所述第一至第2N
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1开关控制信号，第一至第2N
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1开关单元断开；根据所述控制单元输出的所述第一至第4N功率控制信号，各组所述功率放大单元中的第一功率放大子单元和第三功率放大子单元均工作为饱和输出功率模式，各组所述功率放大单元中的第二功率
放大子单元和第四功率放大子单元均工作为动态调节输出功率跟随放大模式，各组中，所述第一功率放大子单元和所述第二功率放大子单元、所述第三功率放大子单元和所述第四功率放大子单元分别构成Doherty功放架构模式，以实现所述功率放大器在0dB～6dB区间的功率回退及效率的提升；或者，根据所述控制单元输出的所述第一至第2N
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1开关控制信号，第一至第2N
‑
1开关单元断开；根据所述控制单元输出的所述第一至第4N功率控制信号，各组所述功率放大单元中的第一功率放大子单元和第四功率放大子单元均工作为饱和输出功率模式，各组所述功率放大单元中的第二功率放大子单元和第三功率放大子单元均工作为动态调节输出功率跟随放大模式，各组中，所述第一功率放大子单元和所述第二功率放大子单元、所述第三功率放大子单元和所述第四功率放大子单元分别构成Doherty功放架构模式，以实现所述功率放大器在0dB～6dB区间的功率回退及效率的提升。10.根据权利要求7所述的深回退区高效率放大实现方法，其特征在于，根据所述控制单元输出的所述第一至第2N
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【专利技术属性】
技术研发人员：戴若凡，任江川，
申请(专利权)人：上海华虹宏力半导体制造有限公司，
类型：发明
国别省市：