[发明专利]低功耗反馈型功率放大电路

说明书

本发明涉及一种低功耗反馈型功率放大电路，包括输入匹配网络、功率单元、偏置网络、反馈网络、限流旁路单元、输出匹配网络以及射频扼流圈，其中，输入匹配网络电连接至功率单元的基极，功率单元的集电极分别电连接至输出匹配网络和射频扼流圈；功率单元的集电极还电连接至反馈网络的第一输入端；反馈网络的输出端分别电连接至功率单元的基极和限流旁路单元；偏置网络电连接至反馈网络的第二输入端。本实施例通过设置反馈网络和限流旁路单元，限制了功率单元的电流，降低直流功耗，并对功率单元进行温度补偿和偏置抑制，提高了电路线性度。

技术领域

本发明属于微电子技术领域，具体涉及一种低功耗反馈型功率放大电路。

背景技术

射频功率放大器是任何无线通信系统的重要组成部件。它为发射信号提供足够的功率放大能力，然后将放大后的功率传输到负载，它常常作为射频发射机的前端关键模块。射频功率放大器的设计主要关注三个方面：(1)功率效率；(2)线性度；(3)带宽。

(1)功率效率。功率放大器消耗了无线通信系统的大部分功率，因此有必要提高直流功率到交流功率的转换效率，通常用功率附加效率PAE(Power-added efficiency)来表征。增加功率放大器的功率附加效率的传统方法是降低静态偏置点，即通过减少导通角来实现，常见分类为AB类、B类、C类三种。另外改善线性度的技术有F类和J类等功率放大器，它们分别利用三次和二次谐波，在保证线性度的情况下来改善效率，因此比较适合发射可变包络的调制信号。其他技术如D类、E类等功率放大器是将功率单元当作开关使用，在输入和输出之间不存在线性关系，因此这些技术比较适合发射没有线性度要求的常包络调制信号。

(2)线性度。射频功率放大器的非线性工作将导致信号在输出端出现不希望的失真项，这些失真项可能落在发射信号所在通道内，从而损坏通道内的期望信号。射频功率放大器线性度的要求主要来自使通道间的频谱干扰达到最小。对于现代通信中数字调制方案而言，调制信号的幅值和相位都是可变的，因此线性功率放大器的需求也相继变高，因为功率放大器的非线性不仅造成频谱扩展，同时还会造成发射信号的幅值和相位失真。功率放大器非线性具有不同的来源，通常将非线性特性分类为弱非线性和强非线性两种，弱非线性发生在线性可变输出功率范围内，而强非线性发生在饱和输出功率处。目前有利用跨导提升的方法来补偿HBT(heterojunctionbipolar transistor)晶体管的集电极电流和基极-发射极电压呈现的指数非线性特性；也有采取在输出端消去信号奇次谐波分量的方法改善线性度。此外，对于HBT晶体管制备的功率放大器还会存在对温度敏感的电流放大系数β以及偏置抑制效应的影响，需要利用温度补偿和偏置抑制减小的措施来改善射频功率放大器的线性度。

(3)带宽。为了兼容目前存在的多个通信标准，实现一个覆盖多频率的功率放大器是也是当今无线通信的发展趋势之一。而其中增加带宽的方法主要在于合理设计出宽带匹配网络。宽带匹配网络可以采取“串联电感-并联电容”的梯形阻抗变换网络表查询所得；另一种宽带匹配方法是采用不同结构(L型、T型或者π型)的单块匹配网络组合而得；还有一种方法是结合负载拉移(Load-Pull)数据，利用史密斯(Smith)圆图进行宽带匹配。最近也有用片上变压器进行宽带匹配，其效果相比其他的宽带匹配方法表现出更好的性能结果。

此外，GaAs HBT异质结双极晶体管用于设计射频功率放大器RFPA(radiofrequency power amplifier)具有诸多优势，首先GaAs HBT具有高的功率密度，因此允许制备更小尺寸的电路，从而节省了面积；其次GaAsHBT具有较高的效率，同时在相对较高的功率水平下还具有良好的谐波性能，从而可实现高效率低谐波失真的功率放大器，此外GaAs HBT的高跨导和基极-发射极电压良好的匹配特性也十分有利于实现高线性度的射频功率放大器。