功率放大器的制作方法

1.本实用新型涉及功率放大器，并且具体地，涉及基于用于功率放大器的低漏电电压保护电路。


背景技术：

2.功率放大器是实现射频信号无线传输的重要部件，随着移动通信网络的升级，通信设备需要能在不同的移动通信网络标准中选择不同频段进行射频信号传输，这就要求适用于各通信网络的射频功率放大器需要提供更高的输出功率及更优的线性。
3.更高的输出功率意味着更高的电压和更大的电压摆幅，这将给芯片的可靠性带来更大的挑战。在现有技术中，通常采用多个二极管正向串联的方式来提供电压限制，以达到电压保护的效果。以常规n77功率放大器为例，采用了8个正向二极管限制电压摆幅。


技术实现要素：

4.本实用新型的一方面提出了一种功率放大器，其特征在于，包括：输入匹配电路，所述输入匹配电路的输入端用于接收输入信号，并且其输出端通过隔直电容器连接到功率放大管的输入端；偏置电路，所述偏置电路连接在功率放大管的输入端和供电电源之间，用于给功率放大管提供偏置电压；功率放大电路，所述功率放大电路被配置为从输入端接收输入信号，其输出端通过电感器连接到供电电源以及输出匹配电路以输出放大的信号，并且所述功率放大电路还包括接地端，以连接到接地节点；输入匹配电路，所述输入匹配电路被配置为其输入端连接到所述功率放大管的输出端以及电压保护电路，并且其输出端用于输出输出信号；以及电压保护电路，所述电压保护电路被配置为包括串联的达林顿管和限流电阻，并且被配置为连接在所述输入匹配电路的输入端和接地节点之间。
5.本实用新型的一方面提出了一种功率放大器，其特征在于，所述电压保护电路包括hbt、cmos、phemt或者sige晶体管形成的达林顿管。
6.本实用新型的一方面提出了一种功率放大器，其特征在于，所述电压保护电路包括n个晶体管构成的达林顿管，n根据需要限幅的电压决定。
7.本实用新型的一方面提出了一种功率放大器，其特征在于，所述电压保护电路包括n个晶体管，所述n个晶体管的发射极或者源极连接到电流输入端，并且通过将第一晶体管的基极或者栅极连接到第二晶体管的集电极或者漏极，将第i晶体管的基极或者栅极连接到第i+1晶体管的集电极或者漏极并且将第i晶体管的集电极或者漏极连接到第i-1晶体管的基极或者栅极，以及将第n个晶体管的基极或者栅极连接到电流输入端来形成达林顿管,1《i《n。
8.本实用新型的一方面提出了一种功率放大器，其特征在于，所述功率放大电路包括hbt、cmos、phemt或者sige晶体管形成的功率放大电路。
9.本实用新型的一方面提出了一种功率放大器，其特征在于，所述功率放大电路包括单端功率放大电路或者差分功率放大电路。
10.本实用新型的一方面提出了一种功率放大器，其特征在于，所述功率放大电路包括线性功率放大电路或者非线性功率放大电路。
11.本实用新型的一方面提出了一种功率放大器，其特征在于，所述电压保护电路包括串联连接的m个二极管形成的二极管结构，所述二极管结构与所述达林顿管串联连接。
12.本实用新型的一方面提出了一种功率放大器，其特征在于，所述功率放大器被配置用于n77频段或者n79频段。
附图说明
13.图1示出了常规功率放大电路的结构的电路图；
14.图2示出了根据本实用新型实施例的采用多级达林顿管串联方式的电压保护电路的电路图；
15.图3示出了根据本实用新型实施例的电压保护电路的导通电流随电压的变化的示意图，并与常规二极管电压保护电路做对比；
16.图4示出了根据本实用新型实施例的电压保护电路的漏电流随电压的变化的示意图，并与常规二极管电压保护电路做对比；
17.图5示出了根据本实用新型另一实施例的采用多级达林顿管串联方式的电压保护电路的电路图；
18.图6示出了根据本实用新型另一实施例的采用多级达林顿管串联方式的电压保护电路的电路图。
具体实施方式
19.在进行下面的详细描述之前，阐述贯穿本专利文件使用的某些单词和短语的定义可能是有利的。术语“耦接”“连接”及其派生词指两个或多个元件之间的任何直接或间接通信，无论那些元件是否彼此物理接触。术语“传输”、“接收”和“通信”及其派生词涵盖直接和间接通信。术语“包括”和“包含”及其派生词是指包括但不限于。术语“或”是包含性的，意思是和/或。短语“与
……
相关联”及其派生词是指包括、包括在
……
内、互连、包含、包含在
……
内、连接或与
……
连接、耦接或与
……
耦接、与
……
通信、配合、交织、并列、接近、绑定或与
……
绑定、具有、具有属性、具有关系或与
……
有关系等。术语“控制器”是指控制至少一个操作的任何设备、系统或其一部分。这种控制器可以用硬件、或者硬件和软件和/或固件的组合来实施。与任何特定控制器相关联的功能可以是集中式的或分布式的，无论是本地的还是远程的。短语“至少一个”，当与项目列表一起使用时，意指可以使用所列项目中的一个或多个的不同组合，并且可能只需要列表中的一个项目。例如，“a、b、c中的至少一个”包括以下组合中的任意一个：a、b、c、a和b、a和c、b和c、a和b和c。
20.贯穿本专利文件提供了其他特定单词和短语的定义。本领域普通技术人员应该理解，在许多情况下，即使不是大多数情况下，这种定义也适用于这样定义的单词和短语的先前和将来使用。
21.在本专利文件中，模块的应用组合以及子模块的划分层级仅用于说明，在不脱离本公开的范围内，模块的应用组合以及子模块的划分层级可以具有不同的方式。
22.图1示出了常规功率放大电路的结构的电路图。
23.目前，常见的hbt功率放大电路的结构如图1所示，所述功率放大器包含功率放大管、偏置电路、输入输出匹配电路和电压保护电路。在其中，输入信号通过输入匹配电路输入到功率放大电路中，并且通过电容器c1连接到功率放大管的基极。功率放大管被配置为其发射极通过电感器l1而连接到供电电源，并且其集电极连接到接地节点；此外，功率放大管还被配置为通过偏置电路来提供偏置电压，并且对输入到其基极的输入信号进行放大。经过放大的信号通过电感器l1连接到输出匹配电路，以生成输出信号。电压保护电路被配置在所述输入匹配电路的输入端与接地节点之间，以为功率放大电路提供电压保护。
24.参考图1，常用的电压保护电路采用多个二极管正向串联方式，其中，通过将hbt晶体管的发射极和基极连接来形成二极管结构，并且通过正向串联多个二极管来为电路提供电压保护功能，此外，通过调整二极管数量n以达到对不同电压摆幅限制的目地。这种保护电路比较简单，但由于二极管导通电阻变化相对平缓，使得此方案有三个缺点，一是正常功率输出时，保护电路已经开始工作，并对输出功率产生影响，同时影响芯片工作效率；二是当负载出现失配时，电压摆幅比较大，但由于多个二极管串联，其较大的导通电阻不能有效的限制电压；三是由于二极管的微导通特性，此保护电路漏电较大。
25.本公开的实施例提供了一种采用多级达林顿管串联方式的电压保护电路，通过调整达林顿管数量来设定保护电压，并且通过上述结构来减小对输出功率与效率产生的影响，提供更有效的限制电压的效果，以及减小保护电路的漏电电流。
26.图2示出了根据本实用新型实施例的采用多级达林顿管串联方式的电压保护电路的电路图。
27.参考图2，以异质结双极型晶体管hbt功率放大器为例，此电压保护电路由n个hbt(例如12个hbt)组成的达林顿管与一个限流电阻r1构成。在其中，通过将n个hbt晶体管的发射极连接到电源电压，并且通过将第一hbt晶体管n1的基极连接到第二hbt晶体管n2的集电极，将第二hbt晶体管n2的基极连接到第三hbt晶体管n3的集电极，以此类推，将第n-1个hbt晶体管nn-1的基极连接到第n个hbt晶体管nn的集电极，并且将第n个hbt晶体管nn的基极连接到电源电压来形成达林顿管。
28.图3是示出了根据本实用新型实施例的电压保护电路的导通电流随电压的变化的示意图。
29.参考图3，当电压保护电路工作时，电流通过第一hbt晶体管n1流入到限流电阻r1。由于串联形成的达林顿管的放大倍率比较大，使得当保护电路在大电压导通时，其电流较大使得导通电阻较小。
30.图4示出了根据本实用新型实施例的电压保护电路的漏电流随电压的变化的示意图。
31.参考图4，当在小电压情况下，达林顿管并没有被导通，在直流电压下漏电更小，因此其等效电阻更大。
32.与常规电压保护电路相比较，根据本实用新型的实施例的电压保护电路的导通电阻在通过小电压未导通时，其等效电阻更大，相反，在大电压导通时，其导通电阻更小。通过采用多级达林顿管串联方式，根据本实用新型实施例的保护电路可以解决常规保护电路的3个缺点。首先，在正常功率输出时，达林顿管未开启，其不会对输出功率与效率产生影响；其次，当负载出现失配时，电压摆幅比较大，由于达林顿管导通电阻更小，因此其可以更有
效限制电压；此外，由于在小电压的情况下，达林顿管未开启时，因此其漏电较小。
33.图5示出了根据本实用新型另一实施例的采用多级达林顿管串联方式的电压保护电路的电路图。
34.参考图5，根据本实用新型另一实施例的采用多级达林顿管串联方式的电压保护电路采用cmos晶体管来组成，其中，通过n个cmos组成的达林顿管与一个限流电阻r1构成电压保护电路。在其中，通过将n个cmos晶体管的源极连接到电源电压，并且通过将第一cmos晶体管n1的栅极连接到第二cmos晶体管n2的漏极，将第二cmos晶体管n2的栅极连接到第三cmos晶体管n3的漏极，以此类推，将第n-1个cmos晶体管nn-1的栅极连接到第n个hbt晶体管nn的漏极，并且将第n个cmos晶体管nn的栅极连接到电源电压来形成达林顿管。
35.通过cmos晶体管组成的达林顿管同样能够实现电压保护电路，其中，由于不同工艺导致cmos晶体管的导通电压不同，因此达林顿管中所需的晶体管数量n由需要限幅的电压决定。
36.本领域技术人员应该理解，在不脱离本实用新型范围的情况下，其他工艺的晶体管同样能实现本实用新型的技术方案，例如，phemt/sige晶体管同样可以应用到本实用新型的实施例中。此外，虽然本实用新型示出的是单端功率放大电路的结构，但是根据本实用新型实施例的达林顿管结构的电压保护电路同样也可以应用到包括差分功率放大电路的功率放大器中。此外，根据本实用新型实施例的达林顿管结构的电压保护电路同样可以应用到包括线性或者非线性功率放大电路的功率放大器中。
37.图6示出了根据本实用新型另一实施例的采用多级达林顿管串联方式的电压保护电路的电路图。
38.参考图6，电压保护电路还包括二极管保护电路，在其中，由n1和n2的晶体管形成的达林顿管结构与由nn和nn-1的晶体管形成的二极管保护电路串联连接在限流电阻r1和电源电压之间，通过调整电压保护电路中的晶体管数量n来满足不同电压限幅需求，本领域技术人员应该理解，本实用新型不限于上述的示例，例如，本实用新型的二极管保护电路可以包括串联连接的m个二极管形成的二极管结构。本实用新型的二极管保护电路与多级达林顿管串联连接根据电压限幅需求来调整二极管保护电路的m的个数以及多级达林顿管的n的个数。
39.包括本实用新型实施例的电压保护电路的功率放大器可以替代传统的功率放大器而应用于n77频段，但是本领域技术人员应该理解，包括根据本实用新型实施例的电压保护电路的功率放大器还可以应用与其他的频段，例如n79频段。
40.尽管已经用示例性实施例描述了本公开，但是可以向本领域技术人员建议各种改变和修改。本公开旨在涵盖落入所附权利要求范围内的这种改变和修改。
41.本实用新型中的任何描述都不应被理解为暗示任何特定的元件、步骤或功能是必须包括在权利要求范围内的必要元件。专利主题的范围仅由权利要求限定。

技术特征：
1.一种功率放大器，其特征在于，包括：输入匹配电路，所述输入匹配电路的输入端用于接收输入信号，并且其输出端通过隔直电容器连接到功率放大管的输入端；偏置电路，所述偏置电路连接在功率放大管的输入端和供电电源之间，用于给功率放大管提供偏置电压；功率放大电路，所述功率放大电路被配置为从输入端接收输入信号，其输出端通过电感器连接到供电电源以及输出匹配电路以输出放大的信号，并且所述功率放大电路还包括接地端，以连接到接地节点；输入匹配电路，所述输入匹配电路被配置为其输入端连接到所述功率放大管的输出端以及电压保护电路，并且其输出端用于输出输出信号；以及电压保护电路，所述电压保护电路被配置为包括串联的达林顿管和限流电阻，并且被配置为连接在所述输入匹配电路的输入端和接地节点之间。2.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，所述电压保护电路包括hbt、cmos、phemt或者sige晶体管形成的达林顿管。3.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，所述电压保护电路包括n个晶体管构成的达林顿管，n根据需要限幅的电压决定。4.根据权利要求2所述的功率放大器，其特征在于，所述电压保护电路包括n个晶体管，所述n个晶体管的发射极或者源极连接到电流输入端，并且通过将第一晶体管的基极或者栅极连接到第二晶体管的集电极或者漏极，将第i晶体管的基极或者栅极连接到第i+1晶体管的集电极或者漏极并且将第i晶体管的集电极或者漏极连接到第i-1晶体管的基极或者栅极，以及将第n个晶体管的基极或者栅极连接到电流输入端来形成达林顿管,1<i<n。5.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，所述功率放大电路包括hbt、cmos、phemt或者sige晶体管形成的功率放大电路。6.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，所述功率放大电路包括单端功率放大电路或者差分功率放大电路。7.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，所述功率放大电路包括线性功率放大电路或者非线性功率放大电路。8.根据权利要求2所述的功率放大器，其特征在于，所述电压保护电路包括串联连接的m个二极管形成的二极管结构，所述二极管结构与所述达林顿管串联连接。9.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，所述功率放大器被配置用于n77频段或者n79频段。

技术总结
一种功率放大器，包括：输入匹配电路，其输入端用于接收输入信号，并且其输出端通过隔直电容器连接到功率放大管的输入端；偏置电路，其连接在功率放大管的输入端和供电电源之间，用于给功率放大管提供偏置电压；功率放大电路，其被配置为从输入端接收输入信号，其输出端通过电感器连接到供电电源以及输出匹配电路以输出放大的信号，并且还包括接地端，以连接到接地节点；输入匹配电路，其被配置为其输入端连接到所述功率放大管的输出端以及电压保护电路，并且其输出端用于输出输出信号；以及电压保护电路，其被配置为包括串联的达林顿管和限流电阻，并且被配置为连接在所述输入匹配电路的输入端和接地节点之间。配电路的输入端和接地节点之间。配电路的输入端和接地节点之间。


技术研发人员：何世海 许林健 黄鑫 孟浩 钱永学
受保护的技术使用者：北京昂瑞微电子技术股份有限公司
技术研发日：2022.12.06
技术公布日：2023/7/14