本发明专利技术公开了一种功率放大器，其包括功率放大器装置的串联堆，功率放大器装置并联连接到用于接收RF输入信号的放大器输入端，并且功率放大器的输出端子串联连接到放大器输出端。中间耦合电容器在功率放大器装置的串联堆中连接在每个相邻功率放大器装置对之间，以用于所述功率放大器装置的DC隔离。这降低了所需的DC电源电压，并且允许响应于DC电源电压中的变化，将单独的功率放大器装置短路。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及便携式电信装置中的射频(RF)传输，尤其涉及用于将RF信号放大以用于传输的功率放大器。
技术介绍
随着便携式电信装置的发展，使用的频带的数量正在迅速增加。已经发展了很多 3G标准，这些标准的特点是频带的数量不断增加。随着4G标准的发展和实施，频带的数量正在进一步增加。通常，将便携式电信装置的元件设计为能够在多个不同频带下操作。这是为了允许不管在世界上什么地方都能在适合的频带下操作，也是为了通过利用通用设计来实现设计和制造中的节约。这种装置的前端包括功率放大器，该功率放大器用于将RF信号放大以便为传输提供足够的功率。这种功率放大器本质上是窄带装置。因为需要通过提供较小DC电压的电源(例如电池)来产生电力，所以使用较大电容的半导体装置。因为小电源电压与大电容的这种组合，所以功率放大器阻抗低且Q值高，因而限制了带宽。本专利技术涉及功率放大器的设计，该设计将功率放大器的带宽最大化。功率放大器的另一个问题是效率，因为功率放大器导致了移动电信装置功耗的重要部分。对于3G/4G标准中为了提高数据传输率而使用的复合调制方案，尤其是这种情况。 这种方案要求损害总体系统效率的线性功率放大，例如要求通过饱和最大功率来补偿功率放大器。为了改善功率放大器的带宽性能，一种方法是提高用于驱动功率放大器的DC电压。由于高电压会引起击穿，所以加在单个半导体装置上的电压受半导体的物理材料特性限制。《IEEE微波理论与技术汇刊》2005年6月第6期第53卷Clifton等人的“Novel Multimode JpHEMT Front-end Architecture With Power-Control Scheme For Maximum Effeciency"公开了一种通过独立JPHEMT装置的串联堆实现的功率放大器。相同的RF输入信号被并行地提供给每个JPHEMT装置的输入端子，并且JPHEMT装置的输出端子串联连接，以提供放大的RF输出信号。由于串联堆中JPHEMT装置的布置，每个JPHEMT装置都承受全部DC偏置电压的一小部分。因此，避免了各个JPHEMT装置中半导体材料的击穿。但是，可通过较高的总DC电源电压来操作功率放大器，较高的总DC电源电压提供如下的多个优点。与使用单个JPHEMT装置相比，增加的电压改善了功率放大器的带宽。在实际系统中，这允许单个功率放大器覆盖更多数量的RF频带，从而减少多频带电信装置中所需功率放大器的数量。此外，该设计通过提供更高的增益和允许进一步从膝处电压开始操作，提高了效率。此外，可以在更小面积的半导体中实施功率放大器，因为更高的电压操作改善了半导体每单位几何面积的输出功率。例如，与用于传统的3V功率放大器的18mm 的栅极宽度相比，Clifton等人公开的功率放大器的总栅极宽度为7. 2mm。通常，便携式电信装置通过电池操作，电池的输出电压受电池技术限制。此外，输出电压具有输出电压随着电池的放电而降低的放电特性。考虑到这些限制，便携式电信装置中的额定DC电源电压可以是3V的量级。为了提供相比从电池得到的电压更高的电压， Clifton等人公开了使用DC-DC转换器来提供更高的DC偏置电压源以用于功率放大器。便携式电信装置中的另一个问题是通常用作电源的电池的放电特性。特别地，随着电池的放电，电池的输出电压非线性地降低，例如沿着特性曲线从4. 2V降至2. 5V。在固定DC偏置电压的情况下，可通过将元件设计为在额定偏置电压(例如3. 0V)下操作来处理该问题。当电池的实际输出电压超过额定输出电压时，元件的效率受损，因为从超过额定输出电压的实际DC偏置电压得到的功率被严重浪费。这影响了功耗。相反，当输出电压下降到低于额定偏置电压时，由于认为电池会放电，所以对电池寿命有影响。因此，通常将额定偏置电压设定为在这两种因素之间形成折衷，例如为3. OV或3. 5V。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于放大RF输入信号的功率放大器，所述功率放大器包括放大器输入端，其用于接收RF输入信号，以及放大器输出端，其用于输出放大的 RF输出信号；功率放大器装置的串联堆，每个功率放大器装置布置为将提供给其输入端子的信号放大，并在其两个输出端子之间产生放大的信号，每个功率放大器的输入端子并联连接到用于接收所述RF输入信号的所述放大器输入端，所述功率放大器装置的输出端子串联连接到所述放大器输出端；以及各个中间耦合电容器，其在所述功率放大器装置的串联堆中，连接在每个相邻功率放大器装置对的所述输出端子之间，以用于所述功率放大器装置的DC隔离，每个功率放大器装置的所述输出端子连接到各个DC偏置电压源线路，其中，关于至少一个功率放大器装置，所述输出端子连接的各个DC偏置电压源线路包括能断开DC偏置电压的开关部件，所述输入端子连接的各个DC偏置电压源线路自身连接到可变DC偏置电压源，能控制所述可变DC偏置电压源以提供正常DC偏置电压或高DC 偏置电压。因此，功率放大器装置的串联堆被设置在功率放大器中。每个功率放大器的输入端子并联连接到放大器输入端，从而接收相同的RF输入信号。功率放大器装置的输出端子串联连接到放大器输出端，以便共同提供放大的RF输出信号。因此，根据本专利技术的功率放大器装置提供与上述参照Clifton等人所公开的装置类似的优点。此外，中间耦合电容器连接在串联堆中每个相邻功率放大器装置对的输出端子之间。这是为了提供功率放大器装置的DC隔离。因此，每个功率放大器装置的输出端子连接到各个DC电压源线路。通过中间耦合电容器提供的DC隔离允许为每个功率放大器装置提供独立的DC偏置电压源。这意味着与没有中间耦合电容器的串联堆(如同在Clifton等人的文献中)相比，所需的DC偏置电压电平更低。这种对于DC偏置电压的低要求是有利的。在很多实际实施例中，这允许通过电池来操作功率放大器，不需要DC-DC转换器，从而降低了功率放大器的成本和复杂性，同时，通过利用功率放大器装置的串联堆，仍然提供操作上的优点。此外，本专利技术的中间耦合电容器允许将各个功率放大器装置选择性地短路，特别是通过控制向其提供的DC偏置电压。关于至少一个功率放大器装置，可以通过输出端子连接的各个DC偏置电压源线路包括能够断开DC偏置电压的开关部件，并且输入端子连接的各个DC偏置电压源线路自身连接到能够受控以提供正常DC偏置电压或高DC偏置电压的可变DC偏置电压源来实现这一点。可以通过控制电路来提供开关部件和可变DC电压的控制，控制电路与功率放大器一起形成功率放大器模块的一部分。一个或多个功率放大器装置的这种选择性短路允许功率放大器适应电源(例如电池)的输出电压中的变化，特别是电池放电过程中的放电特性。特别地，当电压高时，短路的功率放大器装置的数量更多，当DC电源电压下降时，短路的功率放大器装置的数量可被减少，以引入更多的功率放大器装置。作为实例，为了在由三个晶体管的串联堆构成的功率放大器中提供7V的总额定电压，如果电源电压大于3. 5V，则将单个功率放大器装置短路，如果电源的输出电压下降到3. 5V以下，则没有功率放大器装置被短路。功率放大器装置的这种短路允许提高总效率，因为可以通过通常更小的过剩偏置电压来操作各个功率放大器装置。也可以在认为电本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种功率放大器，用于放大ＲＦ输入信号，所述功率放大器包括：放大器输入端，其用于接收所述ＲＦ输入信号，以及放大器输出端，其用于输出放大的ＲＦ输出信号；功率放大器装置的串联堆，每个功率放大器装置布置为将提供给其输入端子的信号放大，并在其两个输出端子之间产生放大的信号，每个功率放大器的所述输入端子并联连接到用于接收所述ＲＦ输入信号的所述放大器输入端，并且所述功率放大器装置的输出端子串联连接到所述放大器输出端；以及各个中间耦合电容器，其在所述功率放大器装置的串联堆中，连接在每个相邻功率放大器装置对的所述输出端子之间，以用于所述功率放大器装置的ＤＣ隔离，每个功率放大器装置的所述输出端子连接到各个ＤＣ偏置电压源线路，以及其中，关于至少一个所述功率放大器装置，所述输出端子连接的所述各个ＤＣ偏置电压源线路包括能断开所述ＤＣ偏置电压的开关部件，并且所述输入端子连接的所述各个ＤＣ偏置电压源线路自身连接到可变ＤＣ偏置电压源，能控制所述可变ＤＣ偏置电压源以提供正常ＤＣ偏置电压或高ＤＣ偏置电压。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：约翰·克里斯多佛·克利夫顿，
申请(专利权)人：索尼欧洲有限公司，
类型：发明
国别省市：GB
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