[发明专利]基于八路完全对称变压器功率合成的片上功率放大器

说明书

技术领域

 本发明涉及一种片上功率放大器，具体地说，是涉及一种基于八路完全对称变压器功率合成的片上功率放大器。

背景技术

随着社会的进步与发展，人们希望能够不受时间、空间限制，快速、方便、高效的进行交流，因而，无线电技术应运而生；随着技术的进步，人们对信息传输速率提出了更高要求，而毫米波技术恰恰能实现高速无线通信。

众所周知，收发机是实现无线通讯的必要设备，而功率放大器则是发射机中极为重要的组成部分，功率放大器作为发射机的最后一级，对整个系统的性能起着至关重要的作用，目前，无线通讯收发机中唯一难以集成在收发机中的即是功率放大器，这主要是由于随着频率升高，放大器的增益越来越低，无源器件的损耗也越来越大，因而利用CMOS技术设计出能够输出较大功率，具有较大增益的功率放大器越来越难。随着集成电路技术的发展，晶体管的特征尺寸越来越小，这使得利用CMOS工艺设计毫米波集成电路成为可能，同时，集成电路特征尺寸的减小也为功率放大器的设计带来了挑战，这主要表现在随着特征尺寸的减小，晶体管的击穿电压越来越低，晶体管击穿电压的降低会导致设计高输出功率的功率放大器越来越难，而目前能有效解决这种矛盾的方法是采用功率合成技术。

现有的功率合成方法主要有利用威尔金森功率合成器实现功率合成和利用变压器实现功率合成等。然而，由于威尔金森功率合成器所占面积较大，不适合应用于集成电路中，因而采用片上变压器实现功率合成是较为理想的方法，一般的用于实现功率合成的功率放大器虽然具有较高的增益，但输出功率却无法满足远距离无线通讯的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于八路完全对称变压器功率合成的片上功率放大器，主要解决现有技术中存在的片上功率放大器的输出功率较低，同时分布式变压器的平衡性较差，无法满足远距离无线通讯的要求的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

基于八路完全对称变压器功率合成的片上功率放大器，包括将单端信号转换为差分信号、且具有输入匹配功能的输入巴伦，与输入巴伦相连、将接收到的信号进行放大的放大电路，与放大电路相连、将接收到的四路差分信号进行功率合成的分布式片上变压器，与分布式片上变压器相连、将接收到的差分信号转换为单端信号输出的输出巴伦，所述放大电路的级间连接有匹配电路。

具体地说，所述输入巴伦包括上下耦合的第一原线圈和第一副线圈，第一原线圈一端接输入信号另一端接地，第一副线圈两端输出、且平衡信号端口并联有短路微带线；所述输出巴伦包括上下耦合的第二原线圈和第二副线圈，第二原线圈的两端接分布式片上变压器的差分信号输出端口、且第二原线圈的平衡信号端口并联有开路微带线，第二副线圈一端输出、另一端接地。

进一步地，所述匹配电路包括电路U1和电路U2，以及连接于电路U1和电路U2之间的电容C，所述电路U1和电路U2均为T型微带线结构。

本发明中，所述分布式片上变压器由沿x轴、y轴对称且具有八路信号端口的第三原线圈和沿x轴、y轴对称且具有两路信号端口的第三副线圈构成，所述第三副线圈上与两路信号端口中心对称的位置处设置有一对用以提高分布式片上变压器输出端口平衡性的悬浮的金属条；所述第三副线圈由两路并联交叉环绕为沿x轴、y轴对称结构的线圈构成。

考虑到实际需求，所述第三原线圈上的虚地点设置有用于进行直流电馈入的馈电点，此馈电点即为分布式片上变压器的原线圈的中心抽头。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明中采用全差分放大电路，且每级放大器级间匹配电路采用片上微带线实现，最后一级采用分布式片上变压器实现功率合成，该分布式片上变压器具有对称结构，具有较好的幅度平衡性和相位平衡性，能实现四路差分信号的高效率合成，因而能够充分确保本发明具有较高的增益和输出功率，且在功率放大器的差分输出端连接有测试巴伦，使得功率放大器的测试较为方便，符合实际需求。

（2）本发明中，在放大电路间设置有由微带线和电容构成的匹配电路，该匹配电路不仅能够实现电路的阻抗匹配，而且能够将接收到的一路信号分为两路信号，因而在实现阻抗匹配的同时亦能给电路添加适当的偏置，进而提高整体性能，能够满足远距离无线通讯的要求，设计较为巧妙。

（3）本发明将分布式片上变压器的原线圈和副线圈均设置为对称结构，且在副线圈的两路信号端口的对称面设置了一对与其电结构对称的悬浮的金属条，通过该种完全对称结构的设置有效提高了变压器各个端口的平衡性，使得本发明适用于功率合成、功率分配和阻抗变换等，符合实际需求。