用于e类异相功率放大器的组合电路的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种基于E希莱克组合器的集总元件，该组合器相当于四分之一波长传输线组合器。所提出的使用的E类当量功率放大器电路源自于并联调谐的E类实施。所提出的低通当量在E类性能方面表现类似，但包括90度传输线。
【专利说明】用于E类异相功率放大器的组合电路
【技术领域】
[0001] 本申请涉及E类异相功率放大器。特别地，涉及希莱克组合器用于这种放大器。
【背景技术】
[0002] 过去，希莱克（Chireix)异相组合器通常基于四分之一波长传输线（QWTL)。近年 来，已经提出基于变压器的实施。另一种选择是用基于集总元件T形网络的组合器来代替 这些传输线。
[0003] 所有这些方法都具有缺点。使用QWTL方案，其效率取决于异相角度和频率，因为 希莱克补偿元件和QWTL都与频率有关。这对于宽带发射机是非常不希望的。一些基于变 压器的方法依靠接合线用于实现变压器结构。变压器的性能取决于达到期望的并联接合线 之间的磁耦合量。耦合的量易受工艺变化的影响，这导致这些结构的制造复杂、昂贵和/或 不可靠，潜在地导致低产量。另外的基于变压器的方法依靠印刷电路板（PCB)传输线来实 现变压器结构。虽然这可以改善在制造时的准确度，但是这些实施使用裸芯片技术和多层 射频电路板来产生这些组合器。这可以导致它们昂贵和/或难以组合。Beltran et al.提 出了一种集总兀件结构（Ramon Beltran，Frederick H. Raab，和 Arturo Velazquez 发表的 "HF outphasing transmitter using class-E power amplifiers，'，IEEE MTT-SDigest,第 757-760页，2009年6月）包括串联谐振器（L和C元件的组合串联在组合器的输入端和 输出端之间）。这难以在半导体封装内部高质量地实现。这些电路还需要大量的集总元件 (电感L和电容器C)。
【发明内容】
[0004] 根据本发明的第一方面，提供一种用于E类异相功率放大器的组合电路，E类异相 功率放大器包括第一和第二分支放大器，组合电路包括：
[0005] 第一输入节点，用于接收第一分支放大器的输出信号；
[0006] 第二输入节点，用于接收第二分支放大器的输出信号；和
[0007] 输出节点，用于提供组合的输出信号到负载；
[0008] 第一电感（LE)，第一电感在第一输入节点处串联连接，第一电感具有输入端和输 出端，第一电感的输入端连接到第一输入节点；
[0009] 第二电感（LE)，第二电感在第二输入节点串联连接，第二电感具有输入端和输出 端，第二电感的输入端连接到第二输入节点；
[0010] 补偿电感（Lo^)，补偿电感与第一电感串联连接并且直接连接到输出节点；和
[0011] 补偿电容器补偿电容器与第二电感串联连接并且直接连接到输出节点。
[0012] 这个电路提供适当的E类阻抗终端用于负载调制和希莱克补偿元件。它包括相对 少量的电路元件并且适于集成在晶体管封装的内部。这是通过包含E类元件和希莱克补偿 元件的功能并以少量元件完成两者的功能来实现的。组合电路是通过将并联调谐E类实施 转换为低通等效电路得到的。所提出的等效电路在E类性能方面表现类似，并包含四分之 一波长传输线。低通部分在封装集成方面具有优点，因为它可以不需要在封装内部实现串 联谐振电路。这个属性，和需要少量元件一起，可以潜在地导致更高的产量，较低的组合复 杂性，以及较低的成本。
[0013] 根据第一方面的组合电路，希莱克补偿元件被提供在低通部分的输出端。这样潜 在地避免需要实现平行（并联）电感，因为实质的电感是串联配置。
[0014] 补偿电感提供希莱克补偿电感；以及补偿电容器提供希莱克补偿电容器。
[0015] 组合电路还可以包含：第一电容器（CE)，第一电容器具有连接到第一电感的输出 端的一个端子和连接到地的另一个端子；以及第二电容器（C E)，第二电容器具有连接到第 二电感的输出端的一个端子以及连接到地的另一个端子。
[0016] 第一电感以及第一电容器形成E类低通当量用于第一分支放大器。第二电感以及 第二电容器形成E类低通当量用于第二分支放大器。
[0017] 第二电容器以及补偿电容器可以一起在单个芯片上实现为金属绝缘体金属电容 器。
[0018] MIMcap结构结合了并联电容器（第二电容器）以及串联电容器（补偿电容器）。 [0019] 补偿电感（LmK)可以直接连接到第一电感的输出端；以及补偿电容器可以 直接连接到第二电感的输出端。
[0020] 可选择地，组合电路还包括在第二电感的输出端的连接用于连接直流偏置电源。
[0021] 该布置提供直流引线给第二分支放大器。可以经由偏置网络连接直流电源。偏置 网络优选地在期望的射频工作频率起到开路的作用和对于直流以及调制频带（一般的在 OHz-lOOMHz范围内）起到低欧姆电阻的作用。偏置网络可以包括电感或者射频扼流圈，优 选地包括铁磁心。
[0022] 根据本发明的第第二方面，提供一种用于E类异相功率放大器的组合电路，E类异 相功率放大器包括第一和第二分支放大器，组合电路包括：
[0023] 第一输入节点，用于接收第一分支放大器的输出信号；
[0024] 第二输入节点，用于接收第二分支放大器的输出信号；和
[0025] 输出节点，用于提供组合的输出信号到负载；
[0026] 第一电感（L，LE)，第一电感在第一输入节点处串联连接，第一电感具有输入端和 输出端，第一电感的输入端连接到第一输入节点；
[0027] 第二电感（L，LE)，第二电感在第二输入节点处串联连接，第二电感具有输入端和 输出端，第二电感的输入端连接到第二输入节点；和
[0028] 补偿电感，补偿电感并联连接在第二输入节点和地之间。
[0029] 第二方面的组合电路的设计使用与上述第一方面类似的原理以及具有类似的优 点。
[0030] 组合电路还可以包含：第一电容器（2CE，2C，CE)，第一电容器并联连接在输出节点 和地之间。
[0031] 组合电路还可以包含补偿电容器（cmK)，补偿电容器并联连接在第一输入节点和 地之间。
[0032] 在该电路布置中，希莱克补偿元件（补偿电容器和补偿电感）与E类组合器的输 入端口并联布置。
[0033] 与其它的布置相比较，该布置可以减少电路中需要的电感的值。在电感实现为接 合线的情况下，这可能意味着接合线可以更短，潜在地使组合更容易和/或提高产量。
[0034] 组合电路还可以包含另外的补偿电感〇^11；1)，另外的补偿电感与第一电感串联连 接并直接连接到输出节点。
[0035] 这种布置可以避免在第一输入节点处对并联电容器的需要。它可以同时避免对长 的接合线的需要（在电感使用接合线实现的实施例中）。
[0036] 补偿电感可以通过接合线或者通过印刷电路板（PCB)上的走线实现。
[0037] 组合电路还可以包含：第二电容器（CE)，第二电容器具有连接到第一电感的输出 端的一个端子和连接到地的另一个端子。
[0038] 另外的补偿电感〇^11(1)可以直接连接到第一电感的输出端。
[0039] 每个电容器和/或电感优选地实现为集总元件。
[0040] 优选地，一个或多个电容器实现为金属-氧化物-半导体电容器；和/或一个或多 个电感实现为接合线。
[0041] 组合电路还可以包含：输出节点和负载之间的匹配电路。
[0042] 每个分支放大器优选地包括功率晶体管。
[0043] 还提供一种E类异相功率放大器模块，包括：第一和第二分支放大器；和上述的组 合电路，布置为组合分支放大器的输出信号。
[0044] 优选地，第一和第二分支放大器和组合电路一起集成在单个物理封装中。封装可 以包含金属头和陶器的或者塑造的盖板，封入至少一个晶体管芯片，至少一个无源的芯片 (例如，提供金属一氧化物一半导体电容器），和接合线。芯片被焊接到封装。
【专利附图】
【附图说明】
[0045] 以下，本申请将通过示例的方式参考附图进行描述，其中：
[0046] 图1示出了根据本发明的第一方面的实施例的一种组合器的电路图；
[0047] 图2示出了图1的组合器的实际实施的示意图；
[0048] 图3示出了图1的组合器的一种可选的实际实施的示意图；
[0049] 图4示出了根据本发明第二方面的第一实施例的组合器的电路图；
[0050] 图5示出了图4的组合器的实际实施的示意图；
[0051] 图6示出了根据本发明的第二方面的第二实施例的组合器的电路图；
[0052] 图7示出了图6的组合器的实际实施的示意图；
[0053] 图8示出了根据本发明的第三方面的实施例的组合器的电路图；
[0054] 图9示出了图8的组合器的实际实施的示意图。
【具体实施方式】
[0055] 本发明的实施例可以提供基于E类希莱克组合器的集总元件，该E类希莱克组合 器与四分之一波长传输线组合器等效。与Beltran等提出的方案相反，这些电路可以将E 类和希莱克补偿元件包含在一个紧凑的结构中，该结构可以是封装集成的并且具有潜在性 高产量（较低的组合复杂性）和较低的成本。
[0056] 在下面描述的实施例中所提出的E类等效功率放大器电路可以源自于传统的并 联调谐E类实施。所提出的低通当量在E类性能方面表现类似，但包含90度传输线，因为 与Beltran等提出的方案中图5所示的电路相比，其低通部分在它的谐振频率处具有类似 的相位响应。低通部分在封装集成方面具有主要优点，因为它可以不需要在封装内部实现 串联谐振电路。
[0057] 参考图1-3,以下将描述本发明第一方面的实施例。图1示出了本实施例的电路 图。包括两个分支放大器，每个分支放大器包括功率晶体管。在电路图中，第一分支放大器 的功率晶体管具有电压源VI和并联电容C OTT。类似地，第二分支放大器的功率晶体管具有 电压源V2和并联电容COTT。组合电路具有第一输入节点10,用于接收第一分支放大器的输 出信号；和第二输入节点12,用于接收第二分支放大器的输出信号。在输出侧，具有输出节 点18,用于提供组合的输出信号到负载22。在输出节点18和负载22之间提供阻抗匹配网 络24。
[0058] 组合电路包括第一电感LE，第一电感LE在第一输入节点10处串联连接。第一电 感具有输入端和输出端14,第一电感的输入端连接到第一输入节点10。第二电感1^，第二 电感1^在第二输入节点12处串联连接。第二电感具有输入端和输出端16,第二电感的输 入端连接到第二输入节点12。希莱克补偿电感1^ 11；在第一电感的输出端14处与第一电感 串联连接。补偿电感的另一端直接连接到输出节点18。同时，希莱克补偿电容器在第 二电感的输出端16处与第二电感串联连接。补偿电容器的另一端直接连接到输出节点18。 第一电容器C E并联连接在第一电感的输出端处。第一电容器的一个端子被连接到第一电 感的输出端14和第一电容器的另一个端子被连接到地。第二电容器C E被并联连接在第二 电感的输出端处。第二电容器的一个端子被连接到第二电感的输出端16和第二电容器的 另一个端子被连接到地。第一和第二电容器C E和第一和第二感应器LE提供用于构成E类 放大器的低通当量。
[0059] 第二电感LE的输出端16经由铁磁心电感20连接到直流偏置电源VDC。这提供直 流供电到第二分支放大器。铁磁心是偏置网络的一个示例，偏置网络起到在期望的RF工作 频率开路的作用和对于直流和调制频带（在本实施例中，在OHz-lOOMHz范围内）起到低欧 姆电阻的作用。到第一分支放大器的直流供电在图中没有示出，但可以用传统的方法提供。 例如，它可以在印刷电路板（PCB)上的射频输出端路径中由传统的偏置技术实现，该偏置 技术使用就阻抗而言与第二分支放大器相同的要求。
[0060] 可以使用下面的公式得到各种元件参数：
【权利要求】
1. 一种用于E类异相功率放大器的组合电路，其特征在于，E类异相功率放大器包括第 一和第二分支放大器，组合电路包括： 第一输入节点，用于接收第一分支放大器的输出信号； 第二输入节点，用于接收第二分支放大器的输出信号；和 输出节点，用于提供组合的输出信号到负载； 第一电感（LE)，第一电感在第一输入节点处串联连接，第一电感具有输入端和输出端， 第一电感的输入端连接到第一输入节点； 第二电感（LE)，第二电感在第二输入节点处串联连接，第二电感具有输入端和输出端， 第二电感的输入端连接到第二输入节点； 补偿电感（Lo^)，补偿电感与第一电感串联连接并且直接连接到输出节点；和 补偿电容器（CmK)，补偿电容器与第二电感串联连接并且直接连接到输出节点。
2. 根据权利要求1所述的组合电路，其特征在于，还包括： 第一电容器（CE)，第一电容器具有连接到第一电感的输出端的一个端子和连接到地的 另一个端子；和 第二电容器（CE)，第二电容器具有连接到第二电感的输出端的一个端子和连接到地的 另一个端子。
3. 根据权利要求2所述的组合电路，其特征在于，第二电容器和补偿电容器一起在单 个芯片上被实现为金属-绝缘体-金属电容器。
4. 根据权利要求1-3任一项所述的组合电路，其特征在于， 补偿电感（Lq^)直接连接到第一电感的输出端；和 补偿电容器（〇；_)直接连接到第二电感的输出端。
5. 根据权利要求1-5任一项所述的组合电路，其特征在于，还包括在第二电感的输出 端的连接用于连接直流偏置电源。
6. -种用于E类异相功率放大器的组合电路，其特征在于，E类异相功率放大器包括第 一和第二分支放大器，组合电路包括： 第一输入节点，用于接收第一分支放大器的输出信号； 第二输入节点，用于接收第二分支放大器的输出信号；和 输出节点，用于提供组合的输出信号到负载； 第一电感（L，LE)，第一电感在第一输入节点处串联连接，第一电感具有输入端和输出 端，第一电感的输入端连接到第一输入节点； 第二电感（L，LE)，第二电感在第二输入节点处串联连接，第二电感具有输入端和输出 端，第二电感的输入端连接到第二输入节点；和 补偿电感(Xouk, ,补偿电感并联连接在第二输入节点和地之间。
7. 根据权利要求6所述的组合电路，其特征在于，还包括第一电容器（2CE，2C，CE)，第一 电容器并联连接在输出节点和地之间。
8. 根据权利要求6或者7所述的组合电路，其特征在于，还包括补偿电容器（CmK)，补 偿电容器并联连接在第一输入节点和地之间。
9. 根据权利要求6或7所述的组合电路，其特征在于，还包括另外的补偿电感〇^_)， 另外的补偿电感与第一电感串联连接并且直接连接到输出节点。
10. 根据权利要求9所述的组合电路，其特征在于，还包括： 第二电容器（CE)，第二电容器具有连接到第一电感的输出端的一个端子和连接到地的 另一个端子。
11. 根据权利要求9或10的组合电路，其特征在于，另外的补偿电感（L。^)直接连接 到第一电感的输出端。
12. 根据前述任一权利要求所述的组合电路，其特征在于，每个电容器和/或电感实现 为集总元件。
13. 根据权利要求12所述的组合电路，其特征在于，还包括： 一个或多个电容器实现为金属-氧化物-半导体电容器；和/或 一个或多个电感实现为接合线。
14. 根据前述任一权利要求所述的组合电路，其特征在于，还包括输出节点和负载之间 的匹配电路。
15. -种E类异相功率放大器模块，其特征在于，包括： 第一和第二分支放大器；和 根据前述任一权利要求所述的组合电路，所述组合电路被布置为组合分支放大器的输 出信号。
【文档编号】H03F3/60GK104378074SQ201410363089
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年7月28日 优先权日:2013年8月14日
【发明者】马克·皮特·范德海登 申请人:恩智浦有限公司