功率放大装置的制作方法

本发明涉及功率放大技术领域，特别涉及一种功率放大装置。

背景技术：

目前，对于功率放大器，非线性信号被放大输出导致谐波失真是其中一个影响放大器放大效果的主要原因。谐波是指除了主频信号被放大外所产生以主频为倍数的信号，例如，信号的主频是100mhz，其谐波会以100mhz*2＝200mhz(第二个谐波)、100mhz*3＝300mhz(第三个谐波)、100mhz*4＝400mhz(第四个谐波)、100mhz*5＝500mhz(第五个谐波)等形式出现。谐波的出现会导致主频信号质量下降，即信纳比(sinad)指标下降，从而降低输出功率，影响放大效果。

技术实现要素：

基于此，有必要针对现有功率放大器进行放大时易产生谐波失真影响放大效果的问题，提供一种功率放大装置。

一种功率放大装置，包括：多相位锁相环电路、组合选择逻辑电路以及功率放大电路，所述组合选择逻辑电路的输入端与所述多相位锁相环电路的输出端连接，所述组合选择逻辑电路的输出端与所述功率放大电路连接；

所述多相位锁相环电路接收时钟信号以及输入信号，根据所述时钟信号以及所述输入信号产生至少两个相位的方波，并输出至所述组合选择逻辑电路，所述组合选择逻辑电路从所述至少两个相位的方波中选择至少两路方波输出至所述功率放大电路，所述功率放大电路对所述选择的信号进行放大，获得放大信号。

在其中一个实施例中，所述功率放大电路包括：第一金氧半场效晶体管、第二金氧半场效晶体管、第三金氧半场效晶体管、第一电阻以及第二电阻，所述组合选择逻辑电路的输出端包括第一输出端以及第二输出端；所述第一金氧半场效晶体管的漏极与外部直流电源连接，所述第一金氧半场效晶体管的栅极与所述组合选择逻辑电路的所述第一输出端连接，且通过所述第一电阻与所述第三金氧半场效晶体管的栅极连接，所述第一金氧半场效晶体管的源极与所述第二金氧半场效晶体管的源极连接，并作为所述功率放大电路的信号输出端输出所述放大信号，所述第二金氧半场效晶体管的漏极与所述外部直流电源连接，所述第二金氧半场效晶体管的栅极与所述组合选择逻辑电路的所述第二输出端连接，且通过所述第二电阻与所述第三金氧半场效晶体管的栅极连接，所述第三金氧半场效晶体管的漏极与所述外部直流电源连接，所述第三金氧半场效晶体管的源极接地，且所述第三金氧半场效晶体管的栅极和源极连接。

在其中一个实施例中，上述功率放大电路，还包括第一电容以及第二电容，所述第一金氧半场效晶体管的栅极通过所述第一电容与所述组合选择逻辑电路的第一输出端连接，所述第二金氧半场效晶体管的栅极通过所述第二电容与所述组合选择逻辑电路的第二输出端连接。

在其中一个实施例中，所述功率放大电路包括第四金氧半场效晶体管、第五金氧半场效晶体管、第六金氧半场效晶体管、第七金氧半场效晶体管、第八金氧半场效晶体管、第三电阻、第四电阻、第五电阻以及第六电阻，所述组合选择逻辑电路的输出端包括第三输出端、第四输出端、第五输出端以及第六输出端；所述第四金氧半场效晶体管的漏极与外部直流电源连接，第四金氧半场效晶体管的栅极与所述组合选择逻辑电路的所述第三输出端连接，且通过第三电阻分别与所述第八金氧半场效晶体管的栅极、所述第五电阻的一端以及所述第六电阻的一端连接，所述第五电阻的另一端连接所述第六金氧半场效晶体管的栅极，所述第六电阻的另一端与所述第七金氧半场效晶体管的栅极连接，所述第四金氧半场效晶体管的源极、所述第五金氧半场效晶体管的源极、所述第六金氧半场效晶体管的源极以及所述第七金氧半场效晶体管的源极连接，并作为所述功率放大电路的信号输出端输出所述放大信号，所述第五金氧半场效晶体管的漏极与所述外部直流电源连接，所述第五金氧半场效晶体管的栅极与所述组合选择逻辑电路的第四输出端连接，且通过第四电阻与所述第八金氧半场效晶体管的栅极连接，所述第六金氧半场效晶体管的漏极与所述外部直流电源连接，所述第六金氧半场效晶体管的栅极还与所述组合选择逻辑电路的第五输出端连接，所述第七金氧半场效晶体管的漏极与所述外部直流电源连接，所述第七金氧半场效晶体管的栅极还与所述组合选择逻辑电路的第六输出端连接，所述第八金氧半场效晶体管的漏极与所述外部直流电源连接，所述第八金氧半场效晶体管的漏极的源极接地，且所述第八金氧半场效晶体管的栅极和源极连接。

在其中一个实施例中，所述功率放大电路还包括第三电容、第四电容、第五电容以及第六电容；所述第四金氧半场效晶体管的栅极通过所述第三电容与所述第三输出端连接，所述第五金氧半场效晶体管的栅极通过所述第四电容与所述第四输出端连接，所述第六金氧半场效晶体管的栅极通过所述第五电容与所述第五输出端连接，所述第七金氧半场效晶体管的栅极通过所述第六电容与所述第六输出端连接。

在其中一个实施例中，上述功率放大装置，还包括与所述功率放大电路的信号输出端连接的滤波电路，所述功率放大电路将所述放大信号输出至所述滤波电路，所述滤波电路对所述放大信号进行滤波，获得滤波信号并输出。

在其中一个实施例中，所述滤波电路包括滤波电容以及滤波电阻，所述信号输出端与所述滤波电容的一端连接，所述滤波电容的一端还与所述滤波电阻的一端连接，所述滤波电阻的一端作为所述滤波电路的输出端输出所述滤波信号，所述滤波电容的另一端与所述滤波电阻的另一端接地；或者，所述滤波电路包括滤波电容以及滤波电感，所述信号输出端与所述滤波电容的一端连接，所述滤波电容的一端还与所述滤波电感的一端连接，所述滤波电感的一端作为所述滤波电路的输出端输出所述滤波信号，所述滤波电容的另一端与所述滤波电感的另一端接地。

在其中一个实施例中，所述多相位锁相环电路包括参考时钟分频器、相位频率检测器、电荷泵、低通滤波器、多相位振荡器以及反馈时钟分频器，其中，所述多相位振荡器的输出端数量与所述多相位锁相环电路的输出端数量相同；

所述参考时钟分频器接收所述时钟信号，所述相位频率检测器分别与所述参考时钟分频器的输出端以及所述反馈时钟分频器的输出端连接，所述电荷泵与所述相位频率检测器的输出端连接，所述低通滤波器连接于所述电荷泵与所述多相位振荡器之间，所述反馈时钟分频器与所述多相位振荡器的多相位输出端连接，所述反馈时钟分频器从多相位振荡器的多相位输出端接收至少两个相位的方波以及接收所述输入信号，并通过所述多相位振荡器的多相位输出端输出至少两个相位的方波。

在其中一个实施例中，所述低通滤波器包括第一过滤电容、第二过滤电容以及过滤电阻，所述电荷泵连接所述第一过滤电容的一端，所述第一过滤电容的另一端接地，所述第一电容的一端还与所述过滤电阻的一端连接，所述过滤电阻的另一端通过所述二过滤电容接地。

在其中一个实施例中，所述多相位锁相环电路为八相位锁相环电路，所述八相位锁相环电路的输出端数量为八个，产生八个相位的方波，八个所述方波的相位在0°到360°之间。

上述功率放大装置，通过多相位锁相环电路根据输入信号和时钟信号产生至少两个相位的方波，所述组合选择逻辑电路从所述至少两个相位的方波中选择至少两路方波，即通过多相位锁相环电路和组合选择逻辑电路输出不同时序的波形，从而可减少谐波，再将至少两路方波输出至所述功率放大电路进行放大得到放大信号，通过上述功率放大装置可更好地得到接近正弦波的放大信号，有效减少谐波失真，从而有效提升输出功率，提高放大效果。

附图说明

图1为一种实施例的功率放大装置的结构示意图；

图2为一具体实施例的功率放大装置的结构示意图；

图3为一具体实施例的功率放大装置中多相位锁相环电路输出的八相位的方波示意图；

图4为一种实施例的功率放大装置中功率放大电路的结构示意图；

图5为图4中功率放大电路输入端的信号和输出端的信号的波形图；

图6为另一种实施例的功率放大装置中功率放大电路的结构示意图；

图7为图6中功率放大电路输入端的信号和输出端的信号的波形图；

图8为另一种实施例的功率放大装置中多相位锁相环电路的结构示意图；

图9为图8中多相位锁相环电路的多相位振荡器的结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1，提供一种实施例的功率放大装置，包括：多相位锁相环电路110、组合选择逻辑电路120以及功率放大电路130，组合选择逻辑电路120的输入端与多相位锁相环电路110的输出端连接，组合选择逻辑电路120的输出端与功率放大电路130连接。

多相位锁相环电路110接收时钟信号以及输入信号，根据时钟信号以及输入信号产生至少两个相位的方波，并输出至组合选择逻辑电路120，组合选择逻辑电路120从至少两个相位的方波中选择至少两路方波输出至功率放大电路130，功率放大电路130对选择的信号进行放大，获得放大信号。

上述功率放大装置，通过多相位锁相环电路110根据输入信号和时钟信号产生至少两个相位的方波，组合选择逻辑电路120从至少两个相位的方波中选择至少两路方波，即通过多相位锁相环电路110和组合选择逻辑电路120输出不同时序的波形，从而可减少谐波，再将至少两路方波输出至功率放大电路130进行放大得到放大信号，通过上述功率放大装置可更好地得到接近正弦波的放大信号，有效减少谐波失真，从而有效提升输出功率，提高放大效果。

在其中一个实施例中，如图2所示，多相位锁相环电路110为八相位锁相环电路，八相位锁相环电路110的输出端数量为八个，产生八个相位的方波，八个方波的相位在0°到360°之间。即通过八相位锁相环电路110根据输入信号和时钟信号可产生八个相位的方波，即产生的方波的数量为八个，且八个方波的相位不同。

例如，八相位的方波分别为vdrv,pll0、vdrv,pll45、vdrv,pll90、vdrv,pll135、vdrv,pll180、vdrv,pll225、vdrv,pll270以及vdrv,pll315，其波形图分别如图3所示，对应地，上述八相位的方波vdrv,pll0、vdrv,pll45、vdrv,pll90、vdrv,pll135、vdrv,pll180、vdrv,pll225、vdrv,pll270以及vdrv,pll315对应的相位分别为0度、相位45度、相位90度、相位135度、相位180度、相位225度、相位270度及相位315度，即八相位的方波是同频不同相的信号。即通过产生不同相位的方波可以进一步通过组合选择逻辑电路120组合产生所需要的驱动讯号驱动下一级功率放大电路，功率放大电路130根据选择的不同信号可以不同程度上减少单数谐波特别是第三跟第五谐波的影响。功率放大器电路130可以为各种类型的放大电路，输出放大信号，经过滤波电路发射到大气电波中。可以理解，该八相位的方波输入到组合选择逻辑电路120中，组合选择逻辑电路120对八个相位的方波进行选择，然后输出至功率放大器进行放大，得到放大信号。

如图4所示，在其中一个实施例中，功率放大电路130包括：第一金氧半场效晶体管ta1、第二金氧半场效晶体管ta2、第三金氧半场效晶体管ta3、第一电阻r1以及第二电阻r2，组合选择逻辑电路120的输出端包括第一输出端t1以及第二输出端t2；第一金氧半场效晶体管ta1的漏极与外部直流电源连接，第一金氧半场效晶体管ta1的栅极与组合选择逻辑电路120的第一输出端t1连接，且通过第一电阻r1与第三金氧半场效晶体管ta3的栅极连接，第一金氧半场效晶体管ta1的源极与第二金氧半场效晶体管ta2的源极连接，并作为功率放大电路130的信号输出端tout输出放大信号，第二金氧半场效晶体管ta2的漏极与外部直流电源连接，第二金氧半场效晶体管ta2的栅极与组合选择逻辑电路120的第二输出端t2连接，且通过第二电阻r2与第三金氧半场效晶体管ta3的栅极连接，第三金氧半场效晶体管ta3的漏极与外部直流电源连接，第三金氧半场效晶体管ta3的源极接地，且第三金氧半场效晶体管ta3的栅极和源极连接。

请继续参阅图4，在本实施例中，上述功率放大电路130还包括第一电容c1以及第二电容c2，第一金氧半场效晶体管ta1的栅极通过第一电容c1与组合选择逻辑电路120的第一输出端t1连接，第二金氧半场效晶体管ta2的栅极通过第二电容c2与组合选择逻辑电路120的第二输出端t2连接。

在本实施例中，功率放大电路为a类射频功率放大器电路。该功率放大电路有两个输入端，即第一输入端和第二输入端，即根据两路输入信号进行放大。例如，可通过组合选择逻辑电路选择相位为0度和相位为90度的方波作为输入，进行放大得到放大信号，则与之匹配的输入组合为图5所示的vdrv,pll0和vdrv,pll90方波，放大后的信号为图5所示的vdrv,out。放大后的信号接近正弦波，减少谐波，提高放大效果，提高放大输出功率。

当中使用了两路相位0度跟90度最后驱动功率放大电路130。整个功率放大电路130主要包含了两个输出p型金氧半场效晶体管，分别为第一金氧半场效晶体管ta1和第二金氧半场效晶体管ta2。当中使用p型只是一个例子，实际上也可以使用n型金氧半场效晶体管。第三金氧半场效晶体管ta3是一个电流压放，ta3和ta1之间会是一个倍数关系，ta3和ta2之间也是一个倍数关系，一般尺寸可以是wpa1/wp3＝n1，wpa2/wp3＝n2，而n1跟n2一般会是大于1同时是一个整数，换言之，如果第三金氧半场效晶体管ta3(电流压放管wp3)驱动100ua电流，n1＝n2＝10，第一金氧半场效晶体管ta1和第二金氧半场效晶体管ta2可以驱动100uax10＝1000ua电流输出。因为从图5输入的vdrv,pll0跟vdrv,pll90波形可以看到，vdrv,pll0跟vdrv,pll90会有90度相位差，所以整体电流相加会有一个时序差，也是90度，所以ta1会先打开，90度后ta2才会打开。从电流角度，ta1导通时，输出电压会是vdrv,out＝1000uaxrdc(假设rdc＝50ohm)＝50mv。当ta2导通时，输出电压会是vdrv,out＝1000uaxrdcx2＝100mv。最终形成如图5的vdrv,out输出电压波形，其中，输入波形是传统占比50％-50％，不需要额外电路处理占空比。

如图6所示，在另一个实施例中，功率放大电路130包括第四金氧半场效晶体管ta4、第五金氧半场效晶体管ta5、第六金氧半场效晶体管ta6、第七金氧半场效晶体管ta7、第八金氧半场效晶体管ta8、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5以及第六电阻r6，组合选择逻辑电路120的输出端包括第三输出端t3、第四输出端t4、第五输出端t5以及第六输出端t6；第四金氧半场效晶体管ta4的漏极与外部直流电源连接，第四金氧半场效晶体管ta4的栅极与组合选择逻辑电路120的第三输出端t3连接，且通过第三电阻r3分别与第八金氧半场效晶体管ta8的栅极、第五电阻r5的一端以及第六电阻r6的一端连接，第五电阻r5的另一端连接第六金氧半场效晶体管ta6的栅极，第六电阻r6的另一端与第七金氧半场效晶体管ta7的栅极连接，第四金氧半场效晶体管ta4的源极、第五金氧半场效晶体管ta5的源极、第六金氧半场效晶体管ta6的源极以及第七金氧半场效晶体管ta7的源极连接，并作为功率放大电路130的信号输出端tout输出放大信号，第五金氧半场效晶体管ta5的漏极与外部直流电源连接，第五金氧半场效晶体管ta5的栅极与组合选择逻辑电路120的第四输出端t4连接，且通过第四电阻r4与第八金氧半场效晶体管ta8的栅极连接，第六金氧半场效晶体管ta6的漏极与外部直流电源连接，第六金氧半场效晶体管ta6的栅极还与组合选择逻辑电路120的第五输出端t5连接，第七金氧半场效晶体管ta7的漏极与外部直流电源连接，第七金氧半场效晶体管ta7的栅极还与组合选择逻辑电路120的第六输出端t6连接，第八金氧半场效晶体管ta8的漏极与外部直流电源连接，第八金氧半场效晶体管ta8的漏极的源极接地，且第八金氧半场效晶体管ta8的栅极和源极连接。

在本实施例中，上述功率放大电路130包括第三电容c3、第四电容c4、第五电容c5以及第六电容c6；第四金氧半场效晶体管ta4的栅极通过第三电容c3与第三输出端t3连接，第五金氧半场效晶体管ta5的栅极通过第四电容c4与第四输出端t4连接，第六金氧半场效晶体管ta6的栅极通过第五电容c5与第五输出端t5连接，第七金氧半场效晶体管ta7的栅极通过第六电容c6与第六输出端t6连接。

在本实施例中，功率放大电路也为a类射频功率放大器电路。该功率放大电路有四个输入端，即第三输入端、第四输入端、第五输入端和第六输入端，即根据四路输入信号进行放大。例如，可通过组合选择逻辑电路选择相位为0度、相位为45度、相位为90度和相位为135度的方波作为输入，进行放大得到放大信号，则与之匹配的输入组合为图7所示的vdrv,pll0、vdrv,pll45、vdrv,pll0和vdrv,pll135方波，放大后的信号为图7所示的vdrv,out。放大后的信号接近正弦波，减少谐波，提高放大效果，提高放大输出功率。

当中使用了四路相位0度、45度、90度和135度的输入信号最后驱动功率放大电路。整个功率放大电路主要包含了四个输出p型金氧半场效晶体管，分别为第四金氧半场效晶体管ta4、第五金氧半场效晶体管ta5、第六金氧半场效晶体管ta6、第七金氧半场效晶体管ta7、第八金氧半场效晶体管ta8。当中使用p型只是一个例子，实际上也可以使用n型金氧半场效晶体管。ta8是一个电流压放，ta8跟ta4之间会是一个倍数关系，ta8跟ta5之间是一个倍数关系，ta8跟ta6之间会是一个倍数关系，ta8跟ta7之间会是一个倍数关系，一般尺寸可以是wpa4/wp8＝n1，wpa5/wp8＝n2，wpa6/wp8＝n3，wpa7/wp8＝n4，而n1跟n2跟n3跟n4一般会是大于1同时是一个整数，换言之，如果第八金氧半场效晶体管ta8(电流压放管wp8)驱动100ua电流，n1＝n2＝n3＝n4＝10，wpa4、wpa5、wpa6和wpa7可以驱动100uax10＝1000ua电流输出。因为从图7输入时序波形可以看到，vdrv,pll0、vdrv,pll45、vdrv,pll90和vdrv,pll135会有45度相位差，所以整体电流相加会有一个时序差，也是45度，所以ta4会先打开，45度后ta5打开，45度后ta6打开，45度后ta7打开。从电流角度，ta4导通时，输出电压会是vdrv,out＝1000uaxrdc(假设rdc＝50ohm)＝50mv。当ta5导通时，输出电压会是vdrv,out＝1000uaxrdcx2＝100mv，当ta6导通时，输出电压会是vdrv,out＝1000uaxrdcx3＝150mv，当ta7导通时，输出电压会是vdrv,out＝1000uaxrdcx2＝200mv。最终形成如图7的vdrv,out输出电压波形，其中，输入波形是传统占比50％-50％，不需要额外电路处理占空比。

可以看到，不管输出波形是图5还是图7的输出波形，都可以有效改变输出波形形状，接近正弦波输出，能有效减少或者消除单数谐波特别是第三跟第五个谐波的输出，提高放大效果，提高放大输出功率。

请继续参阅图4和图6，在其中一个实施例中，上述功率放大装置，还包括与功率放大电路130的信号输出端tout连接的滤波电路140，功率放大电路130将放大信号输出至滤波电路140，滤波电路140对放大信号进行滤波，获得滤波信号并输出。为了提高放大信号的准确性，还需对其进行滤波，将放大信号中的干扰进行滤除，进一步提高功率放大装置提高输出功率。

在其中一个实施例中，滤波电路140包括滤波电容cdc以及滤波电阻rdc，信号输出端tout与滤波电容cdc的一端连接，滤波电容cdc的一端还与滤波电阻rdc的一端连接，滤波电阻rdc的一端作为滤波电路140的输出端输出滤波信号，滤波电容cdc的另一端与滤波电阻rdc的另一端接地。

在另一个实施例中，滤波电路140包括滤波电容cdc以及滤波电感，信号输出端tout与滤波电容cdc的一端连接，滤波电容cdc的一端还与滤波电感的一端连接，滤波电感的一端作为滤波电路140的输出端输出滤波信号，滤波电容cdc的另一端与滤波电感的另一端接地。

请参阅图8，在其中一个实施例中，多相位锁相环电路110包括参考时钟分频器、相位频率检测器、电荷泵、低通滤波器、多相位振荡器以及反馈时钟分频器，其中，多相位振荡器的输出端数量与多相位锁相环电路110的输出端数量相同；

参考时钟分频器接收时钟信号，相位频率检测器分别与参考时钟分频器的输出端以及反馈时钟分频器的输出端连接，电荷泵与相位频率检测器的输出端连接，低通滤波器连接于电荷泵与多相位振荡器之间，反馈时钟分频器与多相位振荡器的多相位输出端连接，反馈时钟分频器从多相位振荡器的多相位输出端接收至少两个相位的方波以及接收输入信号，并通过多相位振荡器的多相位输出端输出至少两个相位的方波。

通过上述多相位锁相环电路可根据时钟信号以及输入信号有效产生两个相位的方波输出至组合选择逻辑电路。

在其中一个实施例中，低通滤波器包括第一过滤电容、第二过滤电容以及过滤电阻，电荷泵连接第一过滤电容的一端，第一过滤电容的另一端接地，第一过滤电容的一端还与过滤电阻的一端连接，过滤电阻的另一端通过二过滤电容接地。

为提高锁相位锁相环电路输出的方波的准确性，还通过低通滤波器对电荷泵产生的信号进行滤波后输入至多相位振荡器，多相位振荡器对滤波后的信号进行振荡产生至少两个相位的方波。在本实施例中，多相位振荡器为八相位振荡器，根据电荷泵输出的信号进行振荡，产生八相位的方波，并输出至功率放大电路进行放大。

请参阅图9为八相位振荡器的结构示意图，多相位输出端包括八个相位输出端，八相位振荡器包括第一反向器、第二反向器、第三反向器以及第四反向器，第二反向器与第一反向器的两个输出端连接，第三反向器与第二反向器的两个输出端连接，第四反向器与第三反向器的两个输出端连接，第四反向器的两个输出端与第一反向器的两个输入端连接，通过第一反向的两个输出端、第二反向器的两个输出端、第三反向器的两个输出端以及第四反向器的两个输出端作为八个相位输出端分别输出八个相位的方波。

具体地，第一反向器、第二反向器、第三反向器以及第四反向器可以为电流型反相器或者电压型反向器，可以产生相位为0度、45度、90度、135度、180度、225度、270度和315度的方波。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施例，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。