可重构功率放大器集成电路制造技术

本发明专利技术涉及一种可重构功率放大器集成电路，可应用于两个不同频率范围的通信模式，特别是应用于ＩＭＴ－Ａ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｍｏｂｉｌｅ　Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ－Ａｄｖａｎｃｅｄ）和超宽带（ｕｌｔｒａ－ｗｉｄｅ　ｂａｎｄ，ＵＷＢ）两种通信系统的一种双模可重构功率放大器集成电路。该可重构功率放大器集成电路由五个主要单元组成，包括：输入匹配单元，增益级单元，中间匹配单元，功率级单元，以及输出匹配与可调单元。该可重构功率放大器集成电路只需通过开关控制输出匹配与可调单元中的电感元件，即可实现在两个不同频段之间的频率切换，而无需改变电路中的其他参数。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种可重构功率放大器集成电路，可应用于两种不同频率范围的通信 模式，特别是应用于 IMT-A(International Mobile Telecommunications-Advanced)禾口超 宽带(ultra-wide band, UffB)两种通信系统的一种双模可重构功率放大器集成电路。
技术介绍
目前，移动通信发展的一个重要趋势是单个通信终端可以兼容多种通信标 准(F.Agnelli, G.Albasini et al. , Wireless multi-standard terminals :system analysis and design of a reconfigurable RF front-end,IEEE Circuits and Systems Magazine, Volume 6, Issue 1, Page (s) :38_59, First Quarter 2006.参考文献 1)，如第 三代(3G)蜂窝移动通信系统与蓝牙(Bluetooth)或无线局域网(Wireless Local Area Networks，WLAN)等无线通信系统的集成。兼容多个通信标准如GSM(Global System for Mobile Communications) > UMTS (Universal Mobile Telecommunications System)、蓝牙 (Bluetooth)或无线局域网(WLAN)等的通信终端，既可以用作长距离移动通信终端，又可 收发其他短程无线通信信号。兼容多种通信标准的通信系统需要具有多频多通道与可重构特性，从而，多频可 重构器件的设计成为移动通信技术发展中一个极为关键的问题。过去几年，可重构集成电 路的研究在国际上是一大热点领域，包括射频收发前端的各种集成电路芯片，比如功率放 大器、低噪声放大器、混频器、压控振荡器等都实现了多频可重构特性。其中，功率放大器作 为收发前端一个重要模块，因为其价格相对较高，对性能要求比较严格，更成为可重构集成 电路的一大难点。下面，我们将在简单介绍功率放大器集成电路的实现方法基础上，结合已经公开 发表的可重构功率放大器技术，来分析本专利技术的技术特点。功率放大器是通信系统中射频收发前端的关键模块。围绕不同的系统架构和指 标，功率放大器有多种设计技术，从而取得各项指标(输出功率、功率增益、效率和互调失 真)的最佳折衷。目前，移动终端(如手机)功率放大器都是采用单片集成电路。经过几 十年的发展，单片集成电路功率放大器技术已经相当成熟。常见的单片功率放大器电路包 括多种结构，比如电抗匹配、有耗匹配、反馈式、有源匹配、分布式(行波放大器)、平衡式放 大器、推挽放大器等。从集成电路加工工艺上分析，移动终端的功率放大器大都采用砷化镓 的双极性晶体管工艺(GaAs HBT)，以及锗硅的双极性晶体管工艺(SiGe HBT)。因为硅的金 属-氧化物-半导体(MOS)场效应管工艺(FET)的加工成本低廉，集成度高，利用硅MOS工 艺加工功率放大器集成电路也成为一大研究热点。各种不同结构的功率放大器集成电路各有其优缺点，适合于不同设计指标的要 求。根据晶体管在放大时的信号工作状态和静态电流大小划分，放大器电路主要有五种类 型一是A类放大器电路，二是B类放大器电路，三是AB类放大器电路，四是D类放大器电 路，五是E类放大器电路。目前移动终端应用最为广泛的是基于AB类、D类以及E类的功率放大器。其中， AB类是界于A类和B类之间，推挽放大的每一只功率管导通时间大于信号的半个周期而小 于一个周期，从而使两只功率管轮流放大的过渡平滑，有效解决了乙类放大器的交越失真 问题，效率又比A类放大器高。详情参照Yuen Sum Ng, Lincoln Lai Kan Leung, Ka Nang Leung, A 3-GHz fully-integrated CMOS Class-AB power amplifier, Circuits and Systems, Midwest Symposium on, pp.995-998,2009 52nd IEEE International Midwest Symposium on Circuits and Systems, 2009 (参考文献 2)。因为移动终端对高效率、低功耗、低成本等方面的要求，功率放大器集成电路设计 一直是一个技术难点。而可工作在多频段下的功率放大器其设计难度更大。现有的解决办 法中，主要有以下两种方案方案一电路中不包括可调元件。此类电路是不需要改变任何电路参数就可在两 个频段内性能指标都能达到优化。详情可参照美国专利申请号11/047，594，名称为“DUAL BAND POWER AMPLIFIER” (参考专利 1)。方案二 电路中包括可调元件。此类电路是通过改变电路中的一部分元件的参数 以实现双频段之间的切换。按具体调节方法主要可以分为以下两种方法 1 通过改变微机电系统 MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems)的元 件，如电感、电容、电阻等值的大小来实现不同的阻抗匹配。详情参照D.Qiao，R. Molfino, S. Μ. Lardizabal,B. Pillans,P. Μ. Asbeck,and G. Jerinic,An intelligently controlled RF power amplifier with a reconfigurable MEMS-varactor tuner,IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, vol. 53, no. 3, pp. 1089-1095，Mar. 2005 (参考文献 3)。方法2 采用低通切比雪夫阻抗变压器的设计。详情参照Koji Uchida, Yoichiro Takayama,Takayuki Fujita,Kazusuke Maenaka, Dual-band GaAs FET power amplifier with two-frequency matching circuits,，，in Asia-Pacific Microw. Conf. , Dec. 2005, vol. l，pp. 4-7 (参考文献 4)。下面我们分析以上两种方案的优缺点。方案一(参考专利1所公布)中采用的电路设计，不需要改变任何电路元件参数， 也不需要可调节单元，而是通过把电路优化到可同时工作在不同的频段，其设计思想和电 路相对简单。但因为电路缺少可调节参数，电路很难在两个不同的频段同时达到最优化，从 而可能导致性能降低。因为缺少可调节单元，相关电路所适用的不同频率范围将受到限制， 比如，当两个频段之间相差比较大时，将很难实现在两个频段的同时优化。此外，参考专利1所实现的功率放大器是采用分离元件的方式，而不是以集成电 路的方式。方案二(参考文献3，参考文献4)中采用的电路设计，是通过在集成电路中包括可 调节单元来实现的。其中，方法1是通过改变微机电系统(MEMS)中的元件，而方法2是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可重构功率放大器集成电路，应用于ＩＭＴ－Ａ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｍｏｂｉｌｅ　Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ－Ａｄｖａｎｃｅｄ）和ＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ－Ｗｉｄｅｂａｎｄ）通信系统，其特征在于：所述可重构功率放大器集成电路包括：输入匹配单元，增益级单元，中间匹配单元，功率级单元，输出匹配与可调单元；所述输入匹配单元包括电容Ｃ１、Ｃ２、电感Ｌ１，增益级单元包括电感Ｌ２、Ｌ３、电容Ｃ３、ＨＢＴ晶体管ＶＢＩＣ１、直流电压Ｖｂｂ１、Ｖｃｃ１，中间匹配单元包括电容Ｃ４、Ｃ５、电感Ｌ４，功率级单元包括电感Ｌ５、Ｌ６、电容Ｃ６、ＨＢＴ晶体管ＶＢＩＣ２、直流电压Ｖｂｂ２、Ｖｃｃ２，输出匹配与可调单元包括电容Ｃ７、Ｃ８、Ｃ９、电感Ｌ７、开关；所述输出匹配与可调单元中加入开关选频调谐网络，该开关选频调谐网络由开关和电感Ｌ７组成。

【技术特征摘要】
一种可重构功率放大器集成电路，应用于IMT A(International Mobile Telecommunications Advanced)和UWB(Ultra Wideband)通信系统，其特征在于所述可重构功率放大器集成电路包括输入匹配单元，增益级单元，中间匹配单元，功率级单元，输出匹配与可调单元；所述输入匹配单元包括电容C1、C2、电感L1，增益级单元包括电感L2、L3、电容C3、HBT晶体管VBIC1、直流电压Vbb1、Vcc1，中间匹配单元包括电容C4、C5、电感L4，功率级单元包括电感L5、L6、电容C6、HBT晶体管VBIC2、直流电压Vbb2、Vcc2，输出匹配与可调单元包括电容C7、C8、C9、电感L7、开关；所述输出匹配与可调单元中加入开关选频调谐网络，该开关选频调谐网络由开关和电感L7组成。2.根据权利要求1所述的可重构功率放大器集成电路，其特征在于所述输入匹配单 元用于可重构功率放大器集成电路的输入匹配，处于信号输入端与增益级单元之间，用于 匹配该可重构功率放大器集成电路的最大增益。3.根据权利要求1所述的可重构功率放大器集成电路，其特征在于所述增益级单元 用于实现该可重构功率放大器集成电路的最大增益；HBT晶体管VBICl工作在线性放大区， 为AB类模式；直流电压Vbbl，Vccl用于提供HBT晶体管VBICl的直流工作点，提供直流工 作点的方式为HBT晶体管VBICl基极接一直流电压Vbbl和电感L2串联，集电极接一电容 C3电感L3并联和直流电压Vccl串联结构。4.根据权利要求1所述的可重构功率放大器集成电路，其特征在于所述中间匹配单 元用于匹配该可重构功率放大器集成电路的最大增益以及最大输出功率。5.根据权利要求1所述的可重构功率放大器集成电路，其特征在于所述功率级单元 用于实现该可重构功率放大器集成电路的最大功率输出；HBT晶体管VBIC2工作在线性放 大区，为AB类模式；直流电压Vbb2，Vcc2用于提供HBT晶体管VBIC2的直流工作点，提供直 流工作点的方式为HBT晶体管VBIC2的...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜楠，黄风义，孙小鹏，陈利轲，
申请(专利权)人：爱斯泰克上海高频通讯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]