一种可切换工作频率的双模式功率放大器的制作方法

本发明涉及一种功率放大器，尤其是涉及一种可切换工作频率的双模式功率放大器。

背景技术：

功率放大器是能把输入讯号的电压或功率放大的装置，由电子管或晶体管、电源变压器和其他电器元件组成；被广泛用于通讯、广播、雷达、电视、自动控制等各种装置中。

功率放大器的工作频率由各级匹配网络决定，传统功率放大器的设计中各级匹配网络是固定的，因此一组功率放大器的工作频率也是固定的。例如，以手机蜂窝数据射频前端为例，其功率放大器系统目前需要支持高频段，中频段，低频段，随着技术演进还需要支持更多频段。目前的解决方案是高频/中频/低频分别对应一组功率放大器，导致成本高，元件数量多，集成困难，设计难度大。

技术实现要素：

为了解决现有技术中所存在的问题，本发明在此的目的在于提供一种可实现工作频率切换，支持更宽频段的信号放大，能够解决现有技术中因需要对不同频段进行功率放大而设置多组功率放大器而导致元件数量多，集成困难及设计难度大的问题的双模式功率放大器。

为实现本发明的目的，在此所提供的可切换工作频率的双模式功率放大器，包括至少两路前级放大电路、对每路前级放大电路输出信号进行匹配的匹配电路、至少包括两个输出抽头的输入变压器t1、与所述输入变压器t1输出抽头数量相等的输出级放大电路、输出变压器t2、开关s1和开关s2，电路电源vcc1分别经所述开关s1和所述开关s2分别加载于所述输入变压器t1的输入端；所述匹配电路的工作频率不同。

进一步的，所述匹配电路包括连接于所述前级放大电路输出端与地之间的电容c1。

进一步的，所述匹配电路包括串联于所述前级放大电路输出端与地之间的电容c1和电感l5。

进一步的，所述匹配电路包括电容c1、电容c2和电感l5，所述电容c1连接于所述前级放大电路输出端与地之间，所述电容c2和电感l5串联于所述前级放大电路输出端与地之间。

进一步的，所述开关s1和/或所述开关s2接电路电源vcc1的一端还经电容c6/电容c15接地。

进一步的，还包括对加载于每路前级放大电路输入端的信号进行输入匹配的输入匹配电路。

进一步的，还包括对输出变压器t2输出信号进行输出匹配的输出匹配电路。

进一步的，还包括由至少两个开关组成的与所述输出匹配电路输出端连接的开关组，每个开关独立构成一路输出用于输出信号。

进一步的，还包括被接入所述输出变压器t2的输入端建立匹配的可切换电容阵列，所述可切换电容阵列包括阻抗性元件和受外部控制信号控制导通/截止的可控开关元件，形成不同阻抗。

进一步的，所述前级放大电路和所述输出级放大电路由偏置电路控制导通、截止。

进一步的，所述前级放大电路、所述匹配电路、所述输入变压器t1、所述输出级放大电路、所述输出变压器t2、所述开关s1、所述开关s2、所述输入匹配电路、所述偏置电路、所述输出匹配电路和所述可切换电容阵列中的一个电路或多个电路集成在一个芯片上，剩余电路集成于另一个芯片上或独立分布排列。

本发明的有益效果包括：

1、本发明提供的功率放大器设置至少两路前级放大电路、对其输出信号进行匹配的匹配电路，且匹配电路的工作频率不同，根据前级放大电路接收到的信号频率不同选择导通一路前级放大电路且导通开关s1或开关s2实现了前级负载线导通，实现了工作频率切换，支持了更多频段的信号放大，解决了现有技术中因需要对不同频段进行功率放大而设置多组功率放大器而导致元件数量多，集成困难及设计难度大的问题。该双模式功率放大器可用于高频/中频/低频，降低了成本，元件数量少，易于集成且降低了设计难度；实现了宽频带放大器，缩减元件数量和物料成本，增加功率放大器系统集成度。

2、本发明提供的双模式功率放大器还包括由至少两个开关组成的开关组，实现了一路或多路输出，更进一步地提高了本发明所提供的输出匹配电路的输出可控性。

3、本发明提供的双模式功率放大器还包括由包括阻抗性元件和受外部控制信号控制导通/截止的可控开关元件构成的可切换电容阵列，通过控制信号控制其可控开关元件的导通/截止，实现了输出级匹配电路的重构，实现了输出工作频段的切换。

4、将各功能部件中的一个或多个集成在一个芯片上，剩余功能部件集成于另一个芯片上或独立分布排列，易于实现。

附图说明

图1为本发明所提供的功率放大器的电路结构图之一；

图2为本发明所提供的功率放大器的电路结构图之二；

图3为本发明所记载的匹配电路的电路原理图之一；

图4为本发明所记载的匹配电路的电路原理图之二；

图5为本发明所记载的匹配电路的电路原理图之三；

图6为本发明所记载的偏置电路的电路原理图；

图7为本发明所记载的输入匹配电路的电路原理图之一；

图8为本发明所记载的输入匹配电路的电路原理图之二；

图中：1-前级放大电路，2-匹配电路，3-输出级放大电路，4-输入匹配电路，5-输出匹配电路，6-偏置电路，7-开关组，8-可切换电容阵列。

具体实施方式

在此结合附图和具体实施方式对本发明所要求保护的技术方案作进一步详细的说明。

本发明提供的一种可以根据接收到的射频频率不同选择不同的输入负载线和输出负载线对输入的射频信号进行功率放大并输出，解决了因需要满足不同频率而设置的多组功率放大器而造成的元件数量多，集成困难及设计难度大的问题，该功率放大器的结构如图1-8所示。

实施例一

如图1所示，本发明所提供的可切换工作频率的双模式功率放大器包括了至少两路前级放大电路1、对每路前级放大电路1输出信号进行匹配的匹配电路2、至少包括两个输出抽头的输入变压器t1、与输入变压器t1输出抽头数量相等的输出级放大电路3、输入抽头与输出级放大电路3路数相等的输出变压器t2、开关s1和开关s2，每路输出级放大电路3的输出端连接至输出变压器t2的一个输入抽头；其中，匹配电路2连接于前级放大电路1的输出端和地之间，对前级放大电路1输出的信号进行功率匹配；电路电源vcc1分别经开关s1和开关s2分别加载于输入变压器t1的输入端；每个匹配电路2的工作频率不同，根据前级放大电路1接收到的信号频率不同选择导通一路前级放大电路，并导通开关s1或开关s2。

此外，本实施例中所提供的双模式功率放大器还包括串联于输出变压器t2输入端的电容c。

实施例二

如图2所示，本发明所提供的可切换工作频率的双模式功率放大器包括了至少两路前级放大电路1、对每路前级放大电路1输出信号进行匹配的匹配电路2、至少包括两个输出抽头的输入变压器t1、与输入变压器t1输出抽头数量相等的输出级放大电路3、输入抽头与输出级放大电路3路数相等的输出变压器t2、开关s1、开关s2和可切换电容阵列8，每路输出级放大电路3的输出端连接至输出变压器t2的一个输入抽头；其中，匹配电路2连接于前级放大电路1的输出端和地之间，对前级放大电路1输出的信号进行功率匹配；电路电源vcc1分别经开关s1和所述开关s2分别加载于输入变压器t1的输入端；每个匹配电路2的工作频率不同，根据前级放大电路1接收到的信号频率不同选择导通一路前级放大电路和一路输出级放大电路，并导通开关s1或开关s2。

其中，可切换电容阵列8被接入输出变压器t2的输入端建立匹配的可切换电容阵列，该可切换电容阵列8包括阻抗性元件和受外部控制信号控制导通/截止的可控开关元件，形成不同阻抗，可以采用现有的任何一种匹配电路，在此包括电容c23、电容c24、电容c25、电容c27、电容c28、电容c29、开关s8、开关s9和开关s10，电容23和开关s8串联于输出变压器t2的输入端之间，电容c24连接于输出变压器t2的输入端之间；电容c27和开关s9串联于输出变压器t2的一输入端和地之间，输出变压器t2的此端还通过电容c25接地；电容c28和开关s10串联于输出变压器t2的另一输入端和地之间，输出变压器t2的此端还通过电容c29接地。

本发明提供的功率放大器中的可控开关为射频开关，受外部信号控制通、断，从而实现匹配电路2、可切换电容阵列8的重构，形成不同阻抗，以实现输出工作频段的切换。

实施例一、实施例二中的所记载的前级放大电路1可以采用现有的任何一种能够对信号进行放大的电路或元器件，在此采用的由三极管构成，在此以设置两路前级放大电路为例进行说明，则分别由功率放大管q1和功率放大管q2构成。与此对应的输入变压器t1包括两个输出抽头，每个抽头连接有输出级放大电路3。

所记载的输出级放大电路3可以采用现有的任何一种能够对信号进行放大的电路或元器件，在此采用的由三极管和电容构成，一路输出级放大电路包括电容c3和功率放大管q3，电容c3的第一极板与输入变压器t1的一个输出抽头连接，第二极板与功率放大管q3的控制端连接，功率放大管q3的正电源端作为输出端连接至输出变压器t2的一个输入抽头，负电源端接地。另一路输出级放大电路包括电容c4和功率放大管q4，电容c4的第一极板与输入变压器t1的另一个输出抽头连接，第二极板与功率放大管q4的控制端连接，功率放大管q4的正电源端作为输出端连接至输出变压器t2的另一个输入抽头，负电源端接地。

本发明所记载的功率放大管q1、功率放大管q2、功率放大管q3和功率放大管q4可以是场效应管，或者晶体三极管。功率放大管q1、功率放大管q2、功率放大管q3和功率放大管q4的导通、截止由控制信号控制，该控制信号可以由任何电路产生，在此采用偏置电路控制功率放大管q1、功率放大管q2、功率放大管q3和功率放大管q4的导通、截止；该偏置电路可以采用现有的任何一种偏置电路，在此采用的偏置电路6电路原理如图6所示，包括了与功率放大管数量相等的偏置支路，每路偏置支路包括一个输出端，输出的控制信号加载于功率放大管q1～q4的控制端上。每路偏置支路均包括开关管t、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电容c7、二极管d1和二极管d2，开关管t的电源端经电阻r1接外部控制信号(如电源)，电阻r2接在开关管t的输出端；开关管t的控制端经电容c7接地，开关管t的控制端还连接至二极管d1的阳极，二极管d1的阴极接二极管d2的阳极连接，二极管d2的阴极接地；开关管t的控制端还经电阻r3接外部控制信号。其中，开关管t可以采用晶体三极管或场效应管。

本发明中所记载的输出级放大电路在不同模式下均为导通，仅根据前级放大电路接收到的信号频率不同选择一路前级放大电路导通，再导通开关s1或开关s2，实现了工作频率的最大输出。两组前级放大器分别用来放大不同频段的信号，功率放大管q1工作时，开关s1关断，开关s2导通；功率放大管q2工作时，开关s2关断，开关s1导通。

为了保证加载于前级放大电路1信号稳定性，该功率放大器还包括对待放大信号进行滤波的输入匹配电路4，该输入匹配电路4与前级放大电路1的输入端连接。可以采用现有的电容滤波电路，电感滤波电路，rc滤波电路和lc滤波电路中的任何一种。在此采用由电容c12、电容c11和电感l1构成的与由功率放大管q1构成的前级放大电路输入连接的输入匹配电路4和由电容c16、电容c17和电感l4构成的与由功率放大管q4构成的前级放大电路输入连接的输入匹配电路4，分别如图7和图8所示。其中，电容c12的第一极板和电容c16的第一极板作为输入端，用于加载信号，电容c12的第二极板和电容c16的第二极板分别经电容c11、电容c17连接至功率放大管q1的控制端、功率放大管q2的控制端，电容c12的第二极板还通过电感l1接地，电容c16的第二极板还通过电感l4接地。

为实现功率放大器所需频带带宽及谐波抑制，该功率放大器还包括对输出变压器t2输出的信号进行滤波的输出匹配电路5，该输出匹配电路5可以采用现有的任何一种由电容和电感构成，如由电感电容构成的低通滤波电路，或者由电容电感构成的高通低通电路，或者由电容电感构成的低通陷波电路，或者由电容电感构成高通低通陷波电路。

为了更好地对输出负载线进行选择以便驱动具体的负载，本发明所提供的功率放大器还包括由至少两个开关构成的开关组7，该开关组7与输出匹配电路输出端，每个开关独立构成一路输出用于输出信号。该开关组可以由4个、6个、8个或其它个数的开关构成，在此采用的由开关s3～s8构成，每个开关作为一路输出，其通断受外部控制信号控制。

本发明所记载的匹配电路2可以采用以下电路中任何一种：

1)如图3所示，由独立的一个电容c1构成，该电容c1连接于前级放大电路输出端与地之间。

2)如图4所示，包括电容c1和电感l5，电容c1和电感l5串联于前级放大电路输出端与地之间。

3)如图5所示，包括电容c1、电容c2和电感l5，电容c1连接于前级放大电路输出端与地之间，电容c2和电感l5串联于前级放大电路输出端与地之间。

为了使电路电源vcc1能够稳定的加载于输入变压器t1的输入端上，开关s1和/或开关s2接电路电源vcc1的一端还经电容c6/电容c15接地，电容c6和电容c15设置于电路电源vcc1旁，故其作用为去耦，称为去耦电容，既可以提供稳定的电源，又可以降低元件耦合到输入变压器t1输入端上的噪声，减少了其它元件受输入变压器的噪声影响，保证了电路的稳定性。

本申请所记载的前级放大电路1、匹配电路2、输入变压器t1、输出级放大电路3、输出变压器t2、开关s1、开关s2、输入匹配电路4、偏置电路6、输出匹配电路5、开关组7和可切换电容阵列8的分布方式可以为以下几种方式中的一种或其它方式：

1、前级放大电路1、匹配电路2、输入变压器t1、输出级放大电路3、输出变压器t2、开关s1、开关s2、输入匹配电路4、输出匹配电路5、偏置电路6、开关组7和可切换电容阵列8可以通过hbt/soi/cmos/phemt/bihemt/sige等工艺集成于一个芯片上，形成功放芯片；

2、前级放大电路1、匹配电路2、输入变压器t1、输出级放大电路3、输出变压器t2、开关s1、开关s2、输入匹配电路4和偏置电路6可以通过hbt/soi/cmos/phemt/bihemt/sige等工艺集成于一个芯片上，形成功放芯片，输出匹配电路5、开关组7和可切换电容阵列8作为功放芯片的外围电路布设于功放芯片的外围通过导线连接；

3、前级放大电路1、匹配电路2、输入变压器t1、输出级放大电路3、输出变压器t2、开关s1、开关s2、输入匹配电路4和偏置电路6可以通过hbt/soi/cmos/phemt/bihemt/sige等工艺集成于一个芯片上，形成功放芯片，输出匹配电路5、开关组7和可切换电容阵列8可以通过hbt/soi/cmos/phemt/bihemt/sige等工艺集成于另一个芯片上，形成开关芯片，功放芯片和开关芯片之间通过导线连接；

4、前级放大电路1、匹配电路2、输入变压器t1、输出级放大电路3、输入匹配电路4、偏置电路6和可切换电容阵列8可以通过hbt/soi/cmos/phemt/bihemt/sige等工艺集成于一个芯片上，形成功放芯片；开关s1、开关s2和开关组7集成于一个芯片上，形成开关芯片，功放芯片和开关芯片之间通过导线连接；输出变压器t2和输出匹配电路5独立分别于功放芯片、开关芯片外周通过导线实现连接；

5、前级放大电路1、匹配电路2、输入变压器t1、输出级放大电路3、输入匹配电路4、偏置电路6和可切换电容阵列8可以通过hbt/soi/cmos/phemt/bihemt/sige等工艺集成于一个芯片上，形成功放芯片；开关s1和开关s2集成于一个芯片上，形成开关芯片，功放芯片和开关芯片之间通过导线连接；输出变压器t2、输出匹配电路5和开关组7独立分布于功放芯片、开关芯片外周通过导线实现连接；

6、前级放大电路1、匹配电路2、输入变压器t1、输出变压器t2、输出级放大电路3、输入匹配电路4、输出匹配电路5、偏置电路6和可切换电容阵列8可以通过hbt/soi/cmos/phemt/bihemt/sige等工艺集成于一个芯片上，形成功放芯片；开关s1、开关s2和开关组7集成于一个芯片上，形成开关芯片，功放芯片和开关芯片之间通过导线连接；

7、前级放大电路1、匹配电路2、输入变压器t1、输出变压器t2、输出级放大电路3、输入匹配电路4、输出匹配电路5、偏置电路6和可切换电容阵列8可以通过hbt/soi/cmos/phemt/bihemt/sige等工艺集成于一个芯片上，形成功放芯片；开关s1和开关s2集成于一个芯片上，形成开关芯片，功放芯片和开关芯片之间通过导线连接，开关组7作为独立开关组分布于功放芯片、开关芯片外周通过导线实现连接。

本发明所记载的输入变压器t1、输出变压器t2可以采用现有的任何一种变压器，在此采用的是平衡-不平衡变换器(balun)。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的修改或等同替换，只要不脱离本发明的技术方案的精神和范围，均涵盖在本发明的权利要求范围内。