一种功率放大器的隔直电容的设计方法和功率放大器与流程

本发明涉及功率放大器领域，尤其涉及分布式功率放大器。

背景技术：

随着科技应用的迅速发展，功率放大器设计的功率值越来越高，应用频段也越来越趋向高频。

传统功率放大器功率合成理念，通过足够多的最小功率单元并联，以期实现功率叠加，从而实现更高的输出功率。然而，该理念在大尺寸功率放大器的电路和版图设计中往往出现，尽管最小功率单元并联数不断增加，输出功率并没有得到升高，更糟糕的情况甚至是输出功率反而减小。这种情况在高频功率放大器设计中经常出现。

技术实现要素：

本发明所要解决的主要技术问题是，提出一种功率放大器，通过优化分布式布局中的隔直电容，从而实现优化功率放大器的输出功率，效率以及线性度。

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种功率放大器，包括：输入信号馈入点Pin、分别与其连接的至少两组最小功率单元组；第一组最小功率单元组包括M个串联连接的最小功率单元、第二组最小功率单元组包括N个串联连接的最小功率单元；每一个最小功率单 元的功率输出端连接至输出信号Pout；

所述最小功率单元括一段传输线T、隔直电容C以及最小功率开关管；所述最小功率单元组中的第一个最小功率单元的传输线T的输入端与所述输入信号馈入点Pin连接，其余最小功率单元的传输线T的输入端与前一个最小功率单元的传输线T的输出端连接；

所述传输线T的输出端还连接隔直电容C的一端；

所述串联连接的最小功率单元中的隔直电容C的容值不相等，并且所述串联连接的最小功率单元中的隔直电容C的容值沿着输入信号馈入点Pin至输出信号Pout的方向逐渐减小。

在一较佳实施例中：所述传输线T是所述输入信号馈入点Pin至第一个最小功率单元之间一段金属线加电容版图大小所等效的传输线，或是其余最小功率单元之间的互连金属外加电容版图大小所等效的传输线。

在一较佳实施例中：所述两组最小功率单元组中一一对应的最小功率单元中的隔直电容C的容值相同或不相同。

在一较佳实施例中：所述M和N的值相同或不相同。

在一较佳实施例中：所述最小功率开关管为三极管器件或pHEMT器件或共源共栅pHEMT器件或MOS器件。

在一较佳实施例中：所述最小功率开关管为三极管，所述隔直电容C另一端接三极管的基极，三极管的发射极接地，集电极接输出信号Pout。

本发明还提供了一种功率放大器的隔直电容的设计方法，将输 入信号馈入点pin连接到最小功率单元的隔直电容的金属走线、以及最小功率单元的隔直电容之间的金属走线作为传输线，通过改变最小功率单元中的隔直电容的容值大小，实现输入信号达到每个最小功率单元的信号相位相等

本发明所提供的一种功率放大器，引入了传输线设计概念。因此可以将最小功率单元中的隔直电容设置为容置大小不一，离输入信号馈入点Pin最近的电容具有最大的电容值，而离输入信号馈入点Pin最远的电容具有最小的电容值。通过仔细设计电容值缩减的比例，配合传输线，可以使达到每个最小功率单元输入信号在幅度和相位上可以高度一致，从而实现更高性能。

采用该发明的功率放大器的分布式功率放大器配合传输线模型，可以获得比传统分布式功率放大器更高的输出功率，效率及线性度。采用该发明的功率放大器，其在高频方面的特性表现的更好，更容易在高频时仍能保持应有的功率输出能力。

附图说明

图1为传统功率放大器电路结构图；

图2为传统功率放大器最小功率单元详细电路图；

图3为传统功率放大器分布式结构版图；

图4为本发明功率优选实施例1的功率放大器电路结构图；

图5为本发明优选实施例1的最小功率单元详细电路图；

图6为本发明优选实施例1的功率放大器分布式结构版图；

图7本发明优选实施例2的功率放大器电路结构图。

具体实施方式

下文通过附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

实施例1

如图1-2所示的传统功率放大器，输入信号馈入点Pin并联连接多个最小功率单元101，多个最小功率单元101的输出端并联连接输出信号Pout，每个最小功率单元101包含一个隔值电容C1和一个功率三极管Q1，每个最小功率单元101中隔值电容C1的大小完全一致，其版图实现如图3所示，整体版图比较对称，C1＝C2＝C3＝C4＝C5＝C6＝C7＝C8。该电路的缺点在于，该电路模型忽略了输入信号馈入点Pin接入到每个隔值电容的金属线长度不一致的因素，实际上，输入信号馈入点Pin传输到达C1的时间要早于到达C8的时间，因为C1的版图位置比C8更靠近信号Pin，从而，信号到达C1的相位与达到C8时并不一致。在极端假设的情况下，当信号到达C1的相位与到达C8相差180度时，C1所在的最小功率单元和C8所在的最小功率单元的输出功率相位相反，不但没有实现功率合成，反而使得输出功率下降。

本发明的分布式放大器结构如图4所示，包括：输入信号馈入点Pin、分别与其连接的两组最小功率单元组；第一组最小功率单元组包括M个串联连接的最小功率单元201、202……208、第二组最小 功率单元组包括N个串联连接的最小功率单元211、212……218；每一个最小功率单元的功率输出端连接至输出信号Pout；

所述最小功率单元括一段传输线T、隔直电容C以及最小功率开关管；所述最小功率单元组中的第一个最小功率单元的传输线T的输入端与所述输入信号馈入点Pin连接，其余最小功率单元的传输线T的输入端与前一个最小功率单元的传输线T的输出端连接；

所述传输线T的输出端还连接隔直电容C的一端；

所述串联连接的最小功率单元中的隔直电容C的容值不相等，并且所述串联连接的最小功率单元中的隔直电容C的容值沿着输入信号馈入点Pin至输出信号Pout的方向逐渐减小。

因此，本实施例中的最小功率单元不再如传统结构那样并联连接，而是通过传输线T串行连接。

本发明的功率放大器，遵循电容值依次减小原则。如图5所示，第一组最小功率单元组中最小功率单元201的隔值电容C1大于最小功率单元202的隔值电容C2，最小功率单元202的隔值电容C2大于最小功率单元203的隔值电容C3，依次类推，C1>C2>C3>C4>C5>C6>C7>C8。第二组最小功率单元组最小功率单元211的隔值电容C11大于最小功率单元212的隔值电容C12，最小功率单元212的隔值电容C12大于最小功率单元213的隔值电容C13，依次类推，C11>C12>C13>C14>C15>C16>C17>C18。

当信号Pin通过最小功率单元201的传输线T1走到电容C1位置时，信号相位经过了一定角度的旋转，再经过最小输出功率单元 202的传输线T2走到电容C2位置时，信号相位又经过了一定角度的旋转，因此，C1看到的输入信号相位不等于C2看到的输入信号相位。为了使得最小功率单元201的输出功率相位等于最小输出功率单元202的输出功率相位，本发明提出，需要减小C2的电容值，从而使得两者的输入相位相等，更有利于功率合成。

需要指出的是，本发明不局限与M＝N＝8的设计，M和N可以相等，也可以不相等，也可以为8以外的任意整数，如图6所示。

此外所述两组最小功率单元组中一一对应的最小功率单元中的隔直电容C的容值相同或不相同。

所述最小功率开关管为三极管器件或pHEMT器件或共源共栅pHEMT器件或MOS器件。本实施例中所述最小功率开关管优选为为三极管，所述隔直电容C另一端接三极管的基极，三极管的发射极接地，集电极接输出信号Pout。

实施例2

参考图7，本实施例与实施例1的区别在于，本实施例中，最小功率单元组大于2组。这属于实施例1的简单替换，仅为了说明本发明不局限于最小功率单元组为2组的设计，其原理与实施例1相同，不再赘述。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范 围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。