一種功率放大器的隔直電容的設計方法和功率放大器與流程

本發(fā)明涉及功率放大器領域，尤其涉及分布式功率放大器。

背景技術：

隨著科技應用的迅速發(fā)展，功率放大器設計的功率值越來越高，應用頻段也越來越趨向高頻。

傳統(tǒng)功率放大器功率合成理念，通過足夠多的最小功率單元并聯(lián)，以期實現(xiàn)功率疊加，從而實現(xiàn)更高的輸出功率。然而，該理念在大尺寸功率放大器的電路和版圖設計中往往出現(xiàn)，盡管最小功率單元并聯(lián)數(shù)不斷增加，輸出功率并沒有得到升高，更糟糕的情況甚至是輸出功率反而減小。這種情況在高頻功率放大器設計中經(jīng)常出現(xiàn)。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的主要技術問題是，提出一種功率放大器，通過優(yōu)化分布式布局中的隔直電容，從而實現(xiàn)優(yōu)化功率放大器的輸出功率，效率以及線性度。

為了解決上述的技術問題，本發(fā)明提供了一種功率放大器，包括：輸入信號饋入點Pin、分別與其連接的至少兩組最小功率單元組；第一組最小功率單元組包括M個串聯(lián)連接的最小功率單元、第二組最小功率單元組包括N個串聯(lián)連接的最小功率單元；每一個最小功率單 元的功率輸出端連接至輸出信號Pout；

所述最小功率單元括一段傳輸線T、隔直電容C以及最小功率開關管；所述最小功率單元組中的第一個最小功率單元的傳輸線T的輸入端與所述輸入信號饋入點Pin連接，其余最小功率單元的傳輸線T的輸入端與前一個最小功率單元的傳輸線T的輸出端連接；

所述傳輸線T的輸出端還連接隔直電容C的一端；

所述串聯(lián)連接的最小功率單元中的隔直電容C的容值不相等，并且所述串聯(lián)連接的最小功率單元中的隔直電容C的容值沿著輸入信號饋入點Pin至輸出信號Pout的方向逐漸減小。

在一較佳實施例中：所述傳輸線T是所述輸入信號饋入點Pin至第一個最小功率單元之間一段金屬線加電容版圖大小所等效的傳輸線，或是其余最小功率單元之間的互連金屬外加電容版圖大小所等效的傳輸線。

在一較佳實施例中：所述兩組最小功率單元組中一一對應的最小功率單元中的隔直電容C的容值相同或不相同。

在一較佳實施例中：所述M和N的值相同或不相同。

在一較佳實施例中：所述最小功率開關管為三極管器件或pHEMT器件或共源共柵pHEMT器件或MOS器件。

在一較佳實施例中：所述最小功率開關管為三極管，所述隔直電容C另一端接三極管的基極，三極管的發(fā)射極接地，集電極接輸出信號Pout。

本發(fā)明還提供了一種功率放大器的隔直電容的設計方法，將輸 入信號饋入點pin連接到最小功率單元的隔直電容的金屬走線、以及最小功率單元的隔直電容之間的金屬走線作為傳輸線，通過改變最小功率單元中的隔直電容的容值大小，實現(xiàn)輸入信號達到每個最小功率單元的信號相位相等

本發(fā)明所提供的一種功率放大器，引入了傳輸線設計概念。因此可以將最小功率單元中的隔直電容設置為容置大小不一，離輸入信號饋入點Pin最近的電容具有最大的電容值，而離輸入信號饋入點Pin最遠的電容具有最小的電容值。通過仔細設計電容值縮減的比例，配合傳輸線，可以使達到每個最小功率單元輸入信號在幅度和相位上可以高度一致，從而實現(xiàn)更高性能。

采用該發(fā)明的功率放大器的分布式功率放大器配合傳輸線模型，可以獲得比傳統(tǒng)分布式功率放大器更高的輸出功率，效率及線性度。采用該發(fā)明的功率放大器，其在高頻方面的特性表現(xiàn)的更好，更容易在高頻時仍能保持應有的功率輸出能力。

附圖說明

圖1為傳統(tǒng)功率放大器電路結構圖；

圖2為傳統(tǒng)功率放大器最小功率單元詳細電路圖；

圖3為傳統(tǒng)功率放大器分布式結構版圖；

圖4為本發(fā)明功率優(yōu)選實施例1的功率放大器電路結構圖；

圖5為本發(fā)明優(yōu)選實施例1的最小功率單元詳細電路圖；

圖6為本發(fā)明優(yōu)選實施例1的功率放大器分布式結構版圖；

圖7本發(fā)明優(yōu)選實施例2的功率放大器電路結構圖。

具體實施方式

下文通過附圖和具體實施方式對本發(fā)明做進一步說明。

實施例1

如圖1-2所示的傳統(tǒng)功率放大器，輸入信號饋入點Pin并聯(lián)連接多個最小功率單元101，多個最小功率單元101的輸出端并聯(lián)連接輸出信號Pout，每個最小功率單元101包含一個隔值電容C1和一個功率三極管Q1，每個最小功率單元101中隔值電容C1的大小完全一致，其版圖實現(xiàn)如圖3所示，整體版圖比較對稱，C1＝C2＝C3＝C4＝C5＝C6＝C7＝C8。該電路的缺點在于，該電路模型忽略了輸入信號饋入點Pin接入到每個隔值電容的金屬線長度不一致的因素，實際上，輸入信號饋入點Pin傳輸?shù)竭_C1的時間要早于到達C8的時間，因為C1的版圖位置比C8更靠近信號Pin，從而，信號到達C1的相位與達到C8時并不一致。在極端假設的情況下，當信號到達C1的相位與到達C8相差180度時，C1所在的最小功率單元和C8所在的最小功率單元的輸出功率相位相反，不但沒有實現(xiàn)功率合成，反而使得輸出功率下降。

本發(fā)明的分布式放大器結構如圖4所示，包括：輸入信號饋入點Pin、分別與其連接的兩組最小功率單元組；第一組最小功率單元組包括M個串聯(lián)連接的最小功率單元201、202……208、第二組最小 功率單元組包括N個串聯(lián)連接的最小功率單元211、212……218；每一個最小功率單元的功率輸出端連接至輸出信號Pout；

所述最小功率單元括一段傳輸線T、隔直電容C以及最小功率開關管；所述最小功率單元組中的第一個最小功率單元的傳輸線T的輸入端與所述輸入信號饋入點Pin連接，其余最小功率單元的傳輸線T的輸入端與前一個最小功率單元的傳輸線T的輸出端連接；

所述傳輸線T的輸出端還連接隔直電容C的一端；

所述串聯(lián)連接的最小功率單元中的隔直電容C的容值不相等，并且所述串聯(lián)連接的最小功率單元中的隔直電容C的容值沿著輸入信號饋入點Pin至輸出信號Pout的方向逐漸減小。

因此，本實施例中的最小功率單元不再如傳統(tǒng)結構那樣并聯(lián)連接，而是通過傳輸線T串行連接。

本發(fā)明的功率放大器，遵循電容值依次減小原則。如圖5所示，第一組最小功率單元組中最小功率單元201的隔值電容C1大于最小功率單元202的隔值電容C2，最小功率單元202的隔值電容C2大于最小功率單元203的隔值電容C3，依次類推，C1>C2>C3>C4>C5>C6>C7>C8。第二組最小功率單元組最小功率單元211的隔值電容C11大于最小功率單元212的隔值電容C12，最小功率單元212的隔值電容C12大于最小功率單元213的隔值電容C13，依次類推，C11>C12>C13>C14>C15>C16>C17>C18。

當信號Pin通過最小功率單元201的傳輸線T1走到電容C1位置時，信號相位經(jīng)過了一定角度的旋轉(zhuǎn)，再經(jīng)過最小輸出功率單元 202的傳輸線T2走到電容C2位置時，信號相位又經(jīng)過了一定角度的旋轉(zhuǎn)，因此，C1看到的輸入信號相位不等于C2看到的輸入信號相位。為了使得最小功率單元201的輸出功率相位等于最小輸出功率單元202的輸出功率相位，本發(fā)明提出，需要減小C2的電容值，從而使得兩者的輸入相位相等，更有利于功率合成。

需要指出的是，本發(fā)明不局限與M＝N＝8的設計，M和N可以相等，也可以不相等，也可以為8以外的任意整數(shù)，如圖6所示。

此外所述兩組最小功率單元組中一一對應的最小功率單元中的隔直電容C的容值相同或不相同。

所述最小功率開關管為三極管器件或pHEMT器件或共源共柵pHEMT器件或MOS器件。本實施例中所述最小功率開關管優(yōu)選為為三極管，所述隔直電容C另一端接三極管的基極，三極管的發(fā)射極接地，集電極接輸出信號Pout。

實施例2

參考圖7，本實施例與實施例1的區(qū)別在于，本實施例中，最小功率單元組大于2組。這屬于實施例1的簡單替換，僅為了說明本發(fā)明不局限于最小功率單元組為2組的設計，其原理與實施例1相同，不再贅述。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范 圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權利要求的保護范圍為準。