一種異質結雙極晶體管低功率通道功率放大器的制造方法
【專利摘要】本發明公開的功率放大器，用于實現低功率模式的第一通路包括異質結雙極晶體管，因所述異質結雙極晶體管尺寸很小，可以使其靜態電流降低到3.0mA，在滿足低功率輸出的同時實現了高的功率附件效率。
【專利說明】一種異質結雙極晶體管低功率通道功率放大器
【技術領域】
[0001]本發明涉及電力電子設備【技術領域】，尤其涉及一種功率放大器。
【背景技術】
[0002]功率放大器(RFPA)廣泛的應用在各種無線通信設備及電子系統中，如手機、路由器或其他移動終端等。例如應用于手機中的功率放大器，用于放大已經調制好的輸入信號，并獲得滿足要求的輸出功率后輸出至負載。手機與基站之間的電磁波傳播不僅受通信距離的影響，還受到地形、地物的影響；為了使到達基站的信號大小基本穩定，故手機電路中的功率放大器一般會具有多功率模式。常用的功率模式一般分為三種:高功率模式、中功率模式和低功率模式。
[0003]傳統的多模功率放大器電路如圖1所示，當高功率模式時，只有第一開關SI導通，則高功率通路導通；當中功率模式時，只有第二開關S2與第四開關S4導通，則中功率通路導通；當低功率模式時，只有第三開關S3與第五開關S5導通，則低功率通路導通。
[0004]由于不管是在都市或者市郊，良好的基站覆蓋率使得手機經常以較低的功率輸入工作，因此為確保在不提高電池容量的情況下，延長手機電池的使用時間，提高低功率輸出時的效率已經成為手機功率放大器非常重要的設計要求。
【發明內容】
[0005]有鑒于此，本發明提供了一種功率放大器，以解決現有技術中低功率輸出時效率有待提聞的問題。
[0006]為了實現上述目的，現提出的方案如下:
[0007]—種功率放大器，包括:第一通路，用于實現低功率模式；所述第一通路包括異質結雙極晶體管。
[0008]優選的，還包括:
[0009]與所述第一通路并聯連接的第二通路；
[0010]分別與所述第一通路及第二通路相連的控制電路，用于通過VM0/VM1模式控制所述第一通路及第二通路的偏置電壓，以使所述功率放大器實現高功率模式、中功率模式或者低功率模式；
[0011]分別與所述第一通路及第二通路相連的供電電路；
[0012]連接于所述供電電路與所述第一通路或者第二通路之間的第一匹配網絡，用于通直流隔交流或者變換阻抗；
[0013]所述第一通路還包括:連接于所述異質結雙極晶體管集電極與所述第一通路輸出端之間的第二匹配網絡。
[0014]優選的，所述異質結雙極晶體管的基極作為所述第一通路的輸入端；所述異質結雙極晶體管的基極與所述控制電路相連；所述異質結雙極晶體管的集電極與所述供電電路相連；所述異質結雙極晶體管的發射極接地；[0015]所述第二通路包括:
[0016]輸入端作為所述第二通路輸入端的驅動級；所述驅動級的供電端與所述供電電路相連；所述驅動級的控制端與所述控制電路相連；
[0017]輸入端與所述驅動級輸出端相連的第一功率級；所述第一功率級的供電端與所述供電電路相連；所述第一功率級的控制端與所述控制電路相連；
[0018]輸入端與所述第一功率級輸出端相連的第二功率級；所述第二功率級的供電端與所述第一匹配網絡相連；所述第二功率級的控制端與所述控制電路相連；所述第二功率級的輸出端為所述第二通路的輸出端。
[0019]優選的，所述第一通路還包括:
[0020]連接于所述第一通路輸入端與所述異質結雙極晶體管基極之間的第一開關；
[0021]連接于所述第二匹配網絡與所述第一通路輸出端之間的第二開關；
[0022]所述第二通路還包括:
[0023]連接于所述第二通路輸入端與所述驅動級輸入端之間的第三開關。
[0024]優選的，所述第一通路還包括:
[0025]連接于所述第一通路輸入端與所述異質結雙極晶體管基極之間的第三匹配網絡；
[0026]所述第二通路還包括:
[0027]連接于所述第二通路輸入端與所述驅動級輸入端之間的第四匹配網絡；
[0028]連接于所述第一功率級輸出端與所述第二功率級輸入端之間的第五匹配網絡；
[0029]所述功率放大器還包括:
[0030]與所述第一通路及第二通路并聯輸出端相連的第六匹配網路。
[0031]優選的，所述第一通路還包括:
[0032]輸入端與所述異質結雙極晶體管集電極相連的第一功率級；所述第一功率級供電端與所述供電電路相連；所述第一功率級的控制端與所述控制電路相連；
[0033]所述異質結雙極晶體管基極作為所述第一通路的輸入端；所述異質結雙極晶體管的基極與所述控制電路相連；所述異質結雙極晶體管的集電極與所述第一匹配網絡相連；所述異質結雙極晶體管的發射極接地。
[0034]優選的，所述第二通路包括:
[0035]輸入端作為所述第二通路輸入端的驅動級；所述驅動級的供電端與所述供電電路相連；所述驅動級的控制端與所述控制電路相連；
[0036]輸入端與所述驅動級輸出端相連的第二功率級；所述第二功率級的供電端與所述供電電路相連；所述第二功率級的控制端與所述控制電路相連；所述第二功率級的輸出端為所述第二通路的輸出端。
[0037]從上述的技術方案可以看出，本發明公開的功率放大器，所述用于實現低功率模式的第一通路包括異質結雙極晶體管，因所述異質結雙極晶體管尺寸很小，可以使其靜態電流降低到3.0mA，在滿足低功率輸出的同時實現了高的功率附件效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0038]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0039]圖1為現有技術的功率放大器電路圖；
[0040]圖2為本發明實施例公開的功率放大器電路圖；
[0041]圖3為本發明另一實施例公開的功率放大器電路圖；
[0042]圖4為本發明另一實施例公開的功率放大器電路圖；
[0043]圖5為本發明另一實施例公開的功率放大器電路圖；
[0044]圖6為本發明另一實施例公開的功率放大器電路圖；
[0045]圖7為本發明另一實施例公開的功率放大器電路圖；
[0046]圖8為本發明另一實施例公開的功率放大器電路圖。
【具體實施方式】
[0047]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0048]本發明提供了一種功率放大器，以解決現有技術中低功率輸出時效率有待提高的問題。
[0049]具體的，如圖2所示，包括:第一通路101，用于實現低功率模式；第一通路101包括異質結雙極晶體管Ql。
[0050]具體的工作原理為:
[0051]功率放大器一般具有高功率模式、中功率模式和低功率模式，以使到達基站的信號大小基本穩定。現有技術中存在通過PHEMT (pseudomorphic high-electron-mobilitytransistor, 一種利用在砷化鎵上生長的特殊外延層制造的射頻砷化鎵功率晶體管)器件實現的開關，也有利用HBT (Hetero junction bipolar transistor,磷化銦鎵基異質結雙極晶體管)的器件，即使現在有混合模式的雙極場效應晶體管Bi FET工藝，但其依然存在成本高，效率低的問題；尤其是，目前普遍良好的基站覆蓋率，使得手機經常以較低的功率輸入工作，因此為確保在不提高電池容量的情況下，延長手機電池的使用時間，提高低功率輸出時的效率已經成為手機功率放大器非常重要的設計要求。
[0052]本實施例提供的功率放大器，實現低功率模式的第一通路101采用異質結雙極晶體管HBT Q1，因異質結雙極晶體管HBT Ql尺寸很小，可以使其靜態電流降低到3.0mA，在滿足低功率輸出的同時實現了高的功率附件效率，解決了現有技術低功率輸出時效率有待提高的問題。
[0053]本發明另一實施例還提供了另外一種功率放大器，如圖3所示，包括:
[0054]第一通路101 ;
[0055]與第一通路101并聯連接的第二通路102 ；
[0056]分別與第一通路101及第二通路102相連的控制電路103 ；
[0057]分別與第一通路101及第二通路102相連的供電電路104 ；[0058]連接于供電電路104與第一通路101或者第二通路102之間的第一匹配網絡105 ；圖3中的虛線表示第一匹配網絡105與第一通路101或者第二通路102相連；
[0059]其中，第一通路101包括:
[0060]異質結雙極晶體管HBT Ql ；
[0061]連接于異質結雙極晶體管HBT Ql集電極與第一通路101輸出端之間的第二匹配網絡106。
[0062]具體的工作原理為:
[0063]供電電路104為第一通路101及第二通路102供電；控制電路103通過VMO/VMI模式控制第一通路101及第二通路102的偏置電壓，第一匹配網絡105與第二匹配網絡106配合起到通直流隔交流或者變換阻抗的作用，使第一通路101及第二通路102實現不同的導通形式，以使所述功率放大器實現高功率模式、中功率模式或者低功率模式。
[0064]本實施例提供的功率放大器，不僅通過異質結雙極晶體管HBT Ql實現低功率模式，解決了現有技術低功率輸出時效率有待提高的問題；同時，通過控制電路103控制第一通路101及第二通路102實現不同的導通形式，以使所述功率放大器實現高功率模式、中功率模式或者低功率模式；相比現有技術采用三路通路分別實現所述高功率模式、中功率模式及低功率模式，電路結構簡單，并且可以避免引起較大的相位差。
[0065]本實施例內其他元器件的連接及具體的工作原理與上述實施例相同，此處不再贅述。
[0066]本發明另一實施例還提供了另外一種功率放大器，如圖4所示，包括:
[0067]第一通路101 ；
[0068]與第一通路101并聯連接的第二通路102 ；
[0069]分別與第一通路101及第二通路102相連的控制電路103 ；
[0070]分別與第一通路101及第二通路102相連的供電電路104 ；
[0071]連接于供電電路104與第二通路102之間的第一匹配網絡105 ；
[0072]其中，第一通路101包括:
[0073]異質結雙極晶體管HBT Ql ;異質結雙極晶體管HBT Ql的基極作為第一通路101的輸入端；異質結雙極晶體管HBT Ql的基極與控制電路103相連；異質結雙極晶體管HBT Ql的集電極與供電電路104相連；異質結雙極晶體管HBT Ql的發射極接地；
[0074]連接于異質結雙極晶體管HBT Ql集電極與第一通路101輸出端之間的第二匹配網絡106。
[0075]第二通路102包括:
[0076]輸入端作為第二通路102輸入端的驅動級Pl ;驅動級Pl的供電端與供電電路104相連；驅動級Pl的控制端與控制電路103相連；
[0077]輸入端與驅動級Pl輸出端相連的第一功率級Ul ;第一功率級Ul的供電端與供電電路104相連；第一功率級Ul的控制端與控制電路103相連；
[0078]輸入端與第一功率級Ul輸出端相連的第二功率級U2 ;第二功率級U2的供電端與第一匹配網絡105相連；第二功率級U2的控制端與控制電路103相連；第二功率級U2的輸出端為第二通路102的輸出端。
[0079]具體的工作原理為:[0080]當在高功率模式工作時，控制電路103通過VM0/VM1模式控制第二通路102的偏置電壓使其驅動級Pl、第一功率級Ul和第二功率級U2導通，此時第一匹配網絡105可看成第二功率級U2的扼流電感起到通直隔交的作用。第一通路101的偏置電壓使異質結雙極晶體管HBT Ql不能開啟，此時異質結雙極晶體管HBT Ql與第二匹配網絡106的阻抗為第二功率級U2阻抗的10倍以上，對第二通路102的影響很小。而且匹配網絡能夠有效的濾除第二通路102工作時產生的二階諧波，提高第二通路102的工作效率。
[0081]當在中功率模式工作時，控制電路103通過VM0/VM1模式控制第二通路102的偏置電壓使其驅動級Pl和第一功率級Ul導通，而第二功率級U2不能開啟，此時第一匹配網絡105起到阻抗變換的作用，將負載電阻轉換到一個相對低的阻抗使其達到中功率模式下的最佳功率和效率。第一通路101的偏置電壓使異質結雙極晶體管HBT Ql不能開啟。
[0082]當在低功率模式工作時，控制電路103通過VM0/VM1模式控制第二通路102的偏置電壓使其驅動級Pl、第一功率級Ul和第二功率級U2均不能開啟，控制第一通路101的偏置電壓使異質結雙極晶體管HBT Ql導通。此時由第一匹配網絡105、第一功率級Ul和第二功率級U2形成的阻抗很大，對第一通路101的影響很小。而第二匹配網絡106起到阻抗變換的作用，將負載電阻轉換到一個低的阻抗使其達到低功率模式下的最佳功率和效率。
[0083]本實施例提供的功率放大器，不僅通過異質結雙極晶體管HBT Ql實現低功率模式，解決了現有技術低功率輸出時效率有待提高的問題；同時，通過控制電路103控制第一通路101及第二通路102實現不同的導通形式，以使所述功率放大器實現高功率模式、中功率模式或者低功率模式；相比現有技術采用三路通路分別實現所述高功率模式、中功率模式及低功率模式，電路結構簡單，并且可以避免引起較大的相位差；而且，本實施例提供的功率放大器，相比現有技術省略了多個射頻開關。
[0084]另外的，如圖5所示，所示功率放大器中的第一通路101也可以還包括:
[0085]連接于第一通路101輸入端與異質結雙極晶體管HBT Ql基極之間的第一開關Si ；
[0086]連接于第二匹配網絡106與第一通路101輸出端之間的第二開關S2 ；
[0087]第二通路102還包括:
[0088]連接于第二通路102輸入端與驅動級Pl輸入端之間的第三開關S3。
[0089]在高功率模式或者中功率模式工作時，第三開關S3打開，第一開關SI和第二開關S2關閉。在低功率模式工作時，第一開關SI和第二開關S2打開，第三開關S3關閉。
[0090]本實施例內其他元器件的連接及具體的工作原理與上述實施例相同，此處不再贅述。
[0091]優選的，本發明另一實施例還提供了另外一種功率放大器，如圖6所示，第一通路101還包括:
[0092]連接于第一通路101輸入端與異質結雙極晶體管HBT Ql基極之間的第三匹配網絡 107 ；
[0093]第二通路102還包括:
[0094]連接于第二通路102輸入端與驅動級Pl輸入端之間的第四匹配網絡108 ；
[0095]連接于第一功率級Ul輸出端與第二功率級U2輸入端之間的第五匹配網絡109 ；
[0096]所述功率放大器還包括:[0097]與第一通路101及第二通路102并聯輸出端相連的第六匹配網路110。
[0098]具體的工作原理為:
[0099]各個匹配網絡可以為單L網絡、單C網絡或者LC的網絡。具體實施的LC網絡圖如圖7所示；第四匹配網絡108用于第二通路102的輸入匹配，第三匹配網絡107用于第一通路101的輸入匹配，第五匹配網絡109是連接第二通路102通道上第一功率級Ul與第二功率級U2的級間匹配，用于將從第二功率級U2輸入端的阻抗轉換到一個相對高的阻抗給到第一功率級Ul的輸出端。第一匹配網絡105有兩個作用，當高功率模式時，供電電路104通過第一匹配網絡105在進入第二功率級U2，作為扼流電感起到通直阻交的作用；當中功率模式時，其起到阻抗變換的作用，把第二功率級U2的低阻抗變大以使第二通路102上的第一功率級Ul的輸出功率和效率達到中功率模式的指標要求。第二匹配網絡106的功能主要用于阻抗變換把較低的阻抗變大以使第一通路101上異質結雙極晶體管HBT Ql的輸出功率和效率達到低功率模式的指標需求。第六匹配網路110的功能主要用于將負載電阻轉換到一個較低的阻抗以使第二通路102上第二功率級U2的輸出功率和效率達到高功率模式的指標需求。
[0100]本實施例內其他元器件的連接及具體的工作原理與上述實施例相同，此處不再贅述。
[0101]本發明另一實施例還提供了另外一種功率放大器，如圖8所示，包括:
[0102]第一通路101 ；
[0103]與第一通路101并聯連接的第二通路102 ；
[0104]分別與第一通路101及第二通路102相連的控制電路103 ；
[0105]分別與第一通路101及第二通路102相連的供電電路104 ；
[0106]連接于供電電路104與第一通路101之間的第一匹配網絡105 ；
[0107]其中，第一通路101包括:
[0108]異質結雙極晶體管HBT Ql ;異質結雙極晶體管HBT Ql的基極作為第一通路101的輸入端；異質結雙極晶體管HBT Ql的基極與控制電路103相連；異質結雙極晶體管HBT Ql的集電極與供電電路104相連；異質結雙極晶體管HBT Ql的發射極接地；
[0109]輸入端與異質結雙極晶體管HBT Ql輸入端相連的第一功率級Ul ;第一功率級Ul供電端與供電電路104相連；第一功率級Ul的控制端與控制電路103相連；
[0110]連接于異質結雙極晶體管HBT Ql集電極與第一通路101輸出端之間的第二匹配網絡106。
[0111]優選的，第二通路102包括:
[0112]輸入端作為第二通路102輸入端的驅動級Pl ;驅動級Pl的供電端與供電電路104相連；驅動級Pl的控制端與控制電路103相連；
[0113]輸入端與驅動級Pl輸出端相連的第二功率級U2 ;第二功率級U2的供電端與供電電路104相連；第二功率級U2的控制端與控制電路103相連；第二功率級U2的輸出端為第二通路102的輸出端。
[0114]當在高功率模式工作時，控制電路103通過VM0/VM1模式控制第二通路102的偏置電壓使其驅動級Pl和第二功率級U2導通，控制第一通路101的偏置電壓使其異質結雙極晶體管HBT Ql和第一功率級Ul不能開啟，此時由第二匹配網絡106、異質結雙極晶體管HBT Ql和第一功率級Ul形成的阻抗為第二通路102上第二功率級U2阻抗的10倍以上，對第二通路102的影響很小。而且匹配網絡能夠有效的濾除第二通路102工作時產生的二階諧波，提高第二通路102的工作效率。
[0115]當在中功率模式工作時，控制電路103通過VM0/VM1模式控制第二通路102的偏置電壓使其驅動級Pl和第二功率級U2不能開啟，控制第一通路101的偏置電壓使其異質結雙極晶體管HBT Ql和第一功率級Ul導通，此時第一匹配網絡105可看成第一通路101上異質結雙極晶體管HBT Ql的扼流電感起到通直隔交的作用，而第二匹配網絡106起到阻抗變換的作用，將負載電阻轉換到一個相對低的阻抗使其達到中功率模式下的最佳功率和效率。
[0116]當在低功率模式工作時，控制電路103通過VM0/VM1模式控制第二通路102的偏置電壓使其驅動級Pl和第二功率級U2不能開啟，控制第一通路101的偏置電壓使其第一功率級Ul不能開啟而異質結雙極晶體管HBT Ql導通。此時由第一匹配網絡105和第二匹配網絡106 —起作為阻抗變換的作用，將負載電阻轉換到一個低的阻抗使其達到低功率模式下的最佳功率和效率。
[0117]本實施例內其他元器件的連接及具體的工作原理與上述實施例相同，此處不再贅述。
[0118]對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
【權利要求】
1.一種功率放大器，其特征在于，包括:第一通路，用于實現低功率模式；所述第一通路包括異質結雙極晶體管。
2.根據權利要求1所述的功率放大器，其特征在于，還包括: 與所述第一通路并聯連接的第二通路； 分別與所述第一通路及第二通路相連的控制電路，用于通過VM0/VM1模式控制所述第一通路及第二通路的偏置電壓，以使所述功率放大器實現高功率模式、中功率模式或者低功率模式； 分別與所述第一通路及第二通路相連的供電電路； 連接于所述供電電路與所述第一通路或者第二通路之間的第一匹配網絡，用于通直流隔交流或者變換阻抗； 所述第一通路還包括:連接于所述異質結雙極晶體管的集電極與所述第一通路輸出端之間的第二匹配網絡。
3.根據權利要求2所述的功率放大器，其特征在于，所述異質結雙極晶體管的基極作為所述第一通路的輸入端；所述異質結雙極晶體管的基極與所述控制電路相連；所述異質結雙極晶體管的集電極與所述供電電路相連；所述異質結雙極晶體管的發射極接地； 所述第二通路包括: 輸入端作為所述第二通路輸入端的驅動級；所述驅動級的供電端與所述供電電路相連；所述驅動級的控制端與所述控制電路相連； 輸入端與所述驅動級輸出端相連的第一功率級；所述第一功率級的供電端與所述供電電路相連；所述第一功率級的控制端與所述控制電路相連； 輸入端與所述第一功率級輸出端相連的第二功率級；所述第二功率級的供電端與所述第一匹配網絡相連；所述第二功率級的控制端與所述控制電路相連；所述第二功率級的輸出端為所述第二通路的輸出端。
4.根據權利要求3所述的功率放大器，其特征在于，所述第一通路還包括: 連接于所述第一通路輸入端與所述異質結雙極晶體管控制端之間的第一開關； 連接于所述第二匹配網絡與所述第一通路輸出端之間的第二開關； 所述第二通路還包括: 連接于所述第二通路輸入端與所述驅動級輸入端之間的第三開關。
5.根據權利要求3所述的功率放大器，其特征在于，所述第一通路還包括: 連接于所述第一通路輸入端與所述異質結雙極晶體管控制端之間的第三匹配網絡； 所述第二通路還包括: 連接于所述第二通路輸入端與所述驅動級輸入端之間的第四匹配網絡； 連接于所述第一功率級輸出端與所述第二功率級輸入端之間的第五匹配網絡； 所述功率放大器還包括: 與所述第一通路及第二通路并聯輸出端相連的第六匹配網路。
6.根據權利要求2所述的功率放大器，其特征在于，所述第一通路還包括: 輸入端與所述異質結雙極晶體管集電極相連的第一功率級；所述第一功率級供電端與所述供電電路相連；所述第一功率級的控制端與所述控制電路相連； 所述異質結雙極晶體管的基極作為所述第一通路的輸入端；所述異質結雙極晶體管的基極與所述控制電路相連；所述異質結雙極晶體管的集電極與所述第一匹配網絡相連；所述異質結雙極晶體管的發射極接地。
7.根據權利要求6所述的功率放大器，其特征在于，所述第二通路包括: 輸入端作為所述第二通路輸入端的驅動級；所述驅動級的供電端與所述供電電路相連；所述驅動級的控制端與所述控制電路相連； 輸入端與所述驅動級輸出端相連的第二功率級；所述第二功率級的供電端與所述供電電路相連；所述第二功率級的控制端與所述控制電路相連；所述第二功率級的輸出端為所述第二通路的輸出端。`
【文檔編號】H03F3/21GK103560759SQ201310549017
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月7日 優先權日:2013年11月7日
【發明者】張旭光 申請人:廣州鈞衡微電子科技有限公司