一種堆疊結構的射頻功率放大器的制造方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及一種功率放大器，尤其涉及一種射頻功率放大器。
【背景技術】
[0002]射頻功率放大器是現代無線通信系統的重要組成部分，能將功率很小的射頻信號無失真地進行功率放大，進而通過天線輻射出去。
[0003]隨著便攜式設備的功能模塊和現代通信系統的調制方式越來越復雜，如為滿足不同用戶的使用需要，無線手機一般都支持兩種或兩種以上的網絡制式，且為了滿足用戶的大數據要求，現代通信系統采用諸如QPSK等調制方式，這要求應用于新一代通信系統的功率放大器必須有著較高的功率效率、線性度與帶寬。
[0004]另外，隨著便攜式設備的功能模塊越來越復雜，將各個功能模塊集成在一塊芯片上，將大大縮短設備制造商的量產和加工時間，并減少在流片方面的資金消耗，因此，如何減小芯片的有效面積和用廉價的工藝在單一芯片上實現整個射頻模組具有重要的研究意義。
[0005]由于硅工藝是最為成熟的，也是成本最低、集成度最高且與多數無線收發機的基帶處理部分工藝相兼容，因此，硅CMOS工藝是單片實現各個模塊集成的理想方案，不過CMOS工藝自身存在著物理缺陷，如低擊穿電壓和較差的電流能力等。工作于低電壓的功率放大器，需要通過減小負載阻值進而增大電流的方法來提高輸出功率，然后，這種方法使輸出匹配電路的設計變得異常困難。
[0006]在中國專利201510150849.1中，通過采用共源共柵結構的射頻功率放大器結構來提升功率級的耐壓能力，然而共源共柵結構的第二個晶體管的柵極因去耦電容在交流時呈接地狀態。隨著輸入信號功率的增大，輸出的電壓信號也隨著變大，從而會使該結構最上層的晶體管最先出現擊穿問題。另外，由于共源共柵結構中的兩個晶體管的輸出阻抗并不是最佳阻抗，所以輸出功率較小。
【發明內容】
[0007]在中國專利201510150849.1中，射頻功率放大器采用共源共柵結構，該結構能提高射頻功率放大器的耐壓能力。然而，這種結構由于堆疊在最底下的晶體管上面的晶體管的柵極的去耦電容的作用，晶體管的柵極在交流時呈接地狀態，因此會導致該結構中最上層的晶體管最先出現擊穿而最底下面的晶體管最先出現進入線性區的情況;另外，該結構不能很好地保證每個晶體管的輸出阻抗都為最佳阻抗，因此，該結構輸出功率相對下降。本發明的的目的在于克服以上現有技術的缺點，而提供一種堆疊結構的射頻功率放大器。
[0008]本發明的具體技術方案為:
[0009]—種堆疊結構的射頻功率放大器，該射頻功率放大器包括輸入匹配電路，輸出寬帶匹配電路，偏置電路A，偏置電路B，以及至少由兩個晶體管漏極源極相連堆疊起來的功率放大電路;其中，射頻信號源通過所述輸入匹配電路連接所述功率放大電路的最底層的晶體管的柵極，所述偏置電路B連接所述最底層晶體管的柵極，所述最底層晶體管的源極接地;所述偏置電路A連接所述功率放大電路的除所述最底層晶體管的其余晶體管的柵極，所述其余晶體管的柵極通過連接柵極電容接地;所述功率放大電路最上層的晶體管的漏極通過所述輸出寬帶匹配電路連接負載。
[0010]本技術方案分別采用分離的偏置電路A，B對各晶體管進行偏置，其中偏置電路B為堆疊在最下層的晶體管提供合適的靜態工作點，而偏置電路A為其余堆疊的晶體管提供合適的靜態工作點。輸入匹配電路將功率放大電路的晶體管的阻抗轉換成信號源的源阻抗，完成共扼匹配，從而獲得最大的射頻功率增益。為了使每個晶體管都能夠輸出最大功率，在每個堆疊的晶體管的柵極加載電容，從而使每個晶體管的輸出電壓同相等幅疊加，增強了功率放大電路的線性度與功率輸出能力，并使從每個晶體管的漏往負載方向看過去的阻抗為最優阻抗。信號從最上層的晶體管的漏極輸出，且經過輸出寬帶匹配電路，傳輸到負載端。寬帶匹配電路將負載阻抗轉換成能使功率放大電路輸出最大功率時的最優阻抗。
[0011]優選地，所述其余晶體管的漏極和源極之間連接有電容，如附圖2所示。
[0012]優選地，所有堆疊晶體管的漏極通過連接電容接地，如附圖3所示。
[0013]優選地，所述偏置電路A和偏置電路B由一個整合的偏置電路代替，如附圖4所示。
[0014]優選地，所述偏置電路B為電阻與晶體管組成的偏置電路，偏置電路A為電阻分壓式偏置電路。偏置電路B為電阻與晶體管組成的偏置電路，精度高且占芯面積小;偏置電路A為電阻分壓式偏置，這種偏置方式不僅有著良好的溫度抑制系數，且易于集成。
[0015]優選地，所述功率放大電路中堆疊的晶體管的偏置電壓不等分，最上層晶體管的偏置電壓最低，最下層晶體管的偏置電壓最高，其余晶體管的偏置電壓介于兩者之間，使功率放大電路輸出高功率時，各個晶體管的直流電壓匯集于一點，從而使各個晶體管在高輸出功率時有著一致的靜態情況，進而增強了功率放大電路的輸出功率和線性度。
[0016]優選地，電源經濾波電路連接到所述功率放大電路的最上層的晶體管的漏極。
[0017]優選地，所述輸出寬帶匹配電路中設有二次諧波抑制電路;并可以結合扼流電感與功率放大電路輸出級的輸出電容，更好地實現二次諧波短路，三次諧波開路，從而大大提高了功率放大電路的效率。
[0018]優選地，所述濾波電路由濾波電容和扼流電感組成。
[0019]優選地，所述濾波電路由低頻濾波電容、高頻濾波電容和扼流電感組成。
[0020]本發明的有益效果:本發明的電路結構不僅提高了射頻功率放大器的耐壓能力，而且通過非等分方式的偏置方法并結合柵電容所提供的交流阻抗，使每個堆疊的晶體管的負載都為最佳阻抗，從而提高射頻功率放大器的功率輸出能力。另外，本發明通過在堆疊的晶體管加載電容，并相應提供合適的偏置，從而使每個晶體管在輸出高功率時有著相同的靜態工作點，從而提高了射頻功率放大器整體的線性度。本發明還能提高射頻功率放大器的輸出電壓擺幅、工作帶寬、功率效率、功率增益和最大輸出功率，并有著較好的二次諧波抑制效果。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發明射頻功率放大器的電路圖。
[0022]圖2是圖1射頻功率放大器的一個衍生電路的電路圖。
[0023]圖3是圖1射頻功率放大器的一個衍生電路的電路圖。
[0024]圖4是圖1射頻功率放大器的偏置電路整合后的電路圖。
[0025]圖5是實施例射頻功率放大器的電路圖。
[0026]圖6是實施例偏置電路A的電路圖。
[0027]圖7是實施例偏置電路B的電路圖。
[0028]圖8是實施例輸出寬帶匹配電路的電路圖。
[0029]圖9是實施例輸入匹配電路的電路圖。
【具體實施方式】
[0030]本發明的一個較佳實施例，一種堆疊結構的射頻功率放大器，如圖5所示，該射頻功率放大器包括輸入匹配電路201，輸出寬帶匹配電路214，偏置電路AS卩203，偏置電路BSP202，以及由四個晶體管(即圖中Ml至M4，204至207)漏極源極相連堆疊起來的功率放大電路;其中，射頻信號源RFin通過所述輸入匹配電路201連接所述功率放大電路的最底層的晶體管204的柵極，