具有待机模式的宽带射频功率放大器、芯片及通信终端的制作方法

本发明涉及一种射频功率放大器，尤其涉及一种具有待机模式的宽带射频功率放大器，同时也涉及包括该宽带射频功率放大器的芯片及通信终端，属于射频集成电路技术领域。

背景技术：

宽带射频功率放大器是指在很宽的频率范围内不需要调谐的射频功率放大器。它一般用传输线、变压器等宽带元件作为放大器的级间网络和输出网络，其工作效率比调谐式射频放大器为低，但在迅速改变频率进行通信的情况下，便于提高可靠性，简化维护和实现自动调整。

在现有的宽带射频功率放大器中，普遍采用共源形式连接的单晶体管放大器。它的带宽通常受限于输入端的等效电容和电阻，其中输入电容有很大一部分来自单晶体管放大器的输入端(栅极)到输出端(漏极)间的寄生电容(CGD)，由于米勒效应的存在，这一部分寄生电容在输入端的等效电容限制了这种放大器的带宽。

另一方面，在高功率运行的射频功率放大器中，通常需要很大的静态电流，例如100mA，对于5V供电的射频电路来说，这个射频功率放大器自身的功耗将达到500mW，这是非常可观的功耗。而在很多情况下，我们并不是一直需要射频功率放大器对输入信号进行放大，那么在不需要射频功率放大器工作的情况下，射频功率放大器自身的静态电流就造成了严重的功耗浪费。

技术实现要素：

本发明所要解决的首要技术问题在于提供一种具有待机模式的宽带射频功率放大器。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种包括该宽带射频功率放大器的芯片及通信终端。

为了实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案：

根据本发明实施例的第一方面，提供一种具有待机模式的宽带射频功率放大器，包括耗尽型晶体管、增强型晶体管和开关；

所述耗尽型晶体管按照共源方式连接，栅极作为所述宽带射频功率放大器的输入端，漏极连接所述增强型晶体管的源极；

所述增强型晶体管按照共栅方式连接，漏极作为所述宽带射频功率放大器的输出端；

所述开关的一端连接所述增强型晶体管的栅极，另一端接地。

其中较优地，所述宽带射频功率放大器还包括第一偏置电路；所述第一偏置电路连接所述耗尽型晶体管的栅极。

其中较优地，所述宽带射频功率放大器还包括第二偏置电路；所述第二偏置电路连接所述耗尽型晶体管的源极。

其中较优地，所述宽带射频功率放大器还包括第三偏置电路；所述第三偏置电路连接所述增强型晶体管的栅极。

其中较优地，所述第一偏置电路、所述第二偏置电路或所述第三偏置电路由电阻、电容或电感组合实现。

其中较优地，所述第三偏置电路包括两个电阻和一个电容；

所述两个电阻串联在所述增强型晶体管的漏极和地之间，将电阻分压连接到所述增强型晶体管的栅极；

所述电容连接在所述增强型晶体管的栅极与地之间。

其中较优地，当所述开关断开时，所述耗尽型晶体管和所述增强型晶体管对输入信号进行放大，所述宽带射频功率放大器处于放大模式；

当所述开关闭合时，所述增强型晶体管的栅极接地，在零电压的情况下关断，使所述宽带射频功率放大器进入待机状态；

当所述开关回到断开状态时，所述宽带射频功率放大器再次回到放大模式。

其中较优地，所述开关由第二增强型晶体管构成；所述第二增强型晶体管的漏极连接所述增强型晶体管的栅极，源极接地，栅极连接控制信号。

根据本发明实施例的第二方面，提供一种集成电路芯片，其中包括有上述的宽带射频功率放大器。

根据本发明实施例的第三方面，提供一种通信终端，其中包括有上述的宽带射频功率放大器。

与现有技术相比较，本发明所提供的宽带射频功率放大器通过新颖巧妙的共源共栅结构，有效减少了由于米勒效应引起的输入端的等效电容，从而有效提升极点频率和射频功率放大器的带宽。待机模式的实现显著降低了宽带射频功率放大器自身的功耗水平。

附图说明

图1为本发明所提供的宽带射频功率放大器的电路原理图；

图2为本宽带射频功率放大器中，开关部分的实施例示意图；

图3为本宽带射频功率放大器中，偏置电路的实施例示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术内容做进一步的详细说明。

本发明的基本技术思想在于在射频功率放大器中，采用耗尽型共源晶体管与增强型共栅型晶体管构成共源共栅结构，在共栅型晶体管的栅极引入开关，从而有效控制宽带射频功率放大器工作在放大模式或者待机模式。这样，可以让宽带射频功率放大器在不需要工作的情况下消耗极小的静态电流，从而达到节能降耗的目的。

图1显示了本发明所提供的具有待机模式的宽带射频功率放大器的一个实施例。在该实施例中，宽带射频功率放大器主要由两个晶体管和一个开关实现。其中一个晶体管M1为耗尽型晶体管，另一个为增强型晶体管M2。耗尽型晶体管M1按照共源方式连接，栅极作为整个宽带射频功率放大器的输入端(RFin)同时也连接第一偏置电路B1G，源极连接第二偏置电路B1S，漏极连接增强型晶体管M2的源极。增强型晶体管M2按照共栅方式连接，栅极连接第三偏置电路B2G，漏极作为整个宽带射频功率放大器的输出端(RFout)。

在本发明中，采用共源共栅结构连接的两个晶体管可以减小由于米勒效应引起的输入端的等效电容，从而有效提升极点频率和射频功率放大器的带宽。在宽带射频功率放大器中，开关一端连接增强型晶体管M2的栅极，另一端接地。这样在开关断开的情况下，增强型晶体管M2的栅极被第三偏置电路B2G偏置在较高电压。共源方式连接的耗尽型晶体管M1和共栅方式连接的增强型晶体管M2对输入信号进行放大，宽带射频功率放大器处于放大模式；当开关闭合时，增强型晶体管M2的栅极接地，增强型晶体管M2在零电压情况下关断，流过该晶体管的电流趋近于0，宽带射频功率放大器进入待机状态；当开关回到断开状态，宽带射频功率放大器再次回到放大模式。因此，通过开关控制增强型晶体管的工作状态就可以实现对宽带射频功率放大器的待机控制。

如图2所示，在本发明所提供的宽带射频功率放大器的另一个实施例中，开关可以由一个晶体管实现或者反相器结构实现或者其他能够完成开关操作的电路实现。其中，最简单的开关实现方式是使用一个增强型晶体管M3，其漏极对应开关的一端，连接到本宽带射频功率放大器的共栅方式连接的增强型晶体管M2的栅极；增强型晶体管M3的源极对应开关的另一端，连接地；增强型晶体管M3的栅极连接控制信号VSW，用于控制开关的断开和闭合状态。当控制信号VSW超过增强型晶体管M3的阈值时，该晶体管导通，相当于开关闭合，使整个宽带射频功率放大器进入待机模式；当控制信号VSW小于增强型晶体管M3的阈值时，该晶体管关断，相当于开关断开，使整个宽带射频功率放大器重新进入放大模式。

前已述及，本宽带射频功率放大器中的耗尽型晶体管M1和增强型晶体管M2均需要使用一些偏置电路来保证射频功率放大器提供有效的增益和带宽特性。在图3所示的另一个实施例中，上述第一偏置电路B1G、第二偏置电路B1S和第三偏置电路B2G可以由电阻、电容或电感组合实现。具体说明如下：共源连接的耗尽型晶体管M1的栅极偏置电路B1G使用一个电阻R1G连接到地，可以与外部的输入端RFin的电路分压构成输入偏置；共源连接的耗尽型晶体管M1的源极偏置电路B1S使用一个电阻R1S连接到地，根据流过本宽带射频功率放大器的共源共栅结构的电流在源端构成电压偏置；共栅连接的增强型晶体管M2的栅极使用两个电阻R2G1和R2G2串联在本宽带射频功率放大器的输出端RFout和地之间，将电阻分压连接到增强型晶体管M2的栅极，并且在栅极增加一个对地电容C2G来维持该节点的电压稳定。该开关由增强型晶体管M3构成，其中M3的漏极连接共栅连接的增强型晶体管M2的栅极，源极接地，栅极连接控制信号VSW。输出端RFout由外部提供一个使本宽带射频功率放大器实现较好增益和带宽的电流偏置。

与现有技术相比较，本发明所提供的宽带射频功率放大器通过新颖巧妙的共源共栅结构，有效减少了由于米勒效应引起的输入端的等效电容，从而有效提升极点频率和射频功率放大器的带宽。经过实验证实，使用该共源共栅结构制作的宽带射频功率放大器在不同频率下的增益基本稳定在16dB左右，在50MHz到2.55GHz内可以提供相对稳定的增益，在控制信号VSW为0的情况下，该宽带射频功率放大器可以进入待机状态，消耗电流约4mA，而在控制信号VSW为2.5V时，该宽带射频功率放大器可以处于放大状态，消耗电流约为100mA。这种待机模式的实现显著降低了宽带射频功率放大器自身的功耗水平。

上述实施例中所示出的宽带射频功率放大器可以被用在芯片(例如射频功率放大器芯片)中。对于该射频功率放大器芯片中的宽带射频功率放大器的具体结构，在此就不再一一详述了。

另外，上述宽带射频功率放大器还可以被用在通信终端中，作为射频电路的重要组成部分。这里所说的通信终端是指可以在移动环境中使用，支持GSM、EDGE、TD_SCDMA、TDD_LTE、FDD_LTE等多种通信制式的计算机设备，包括移动电话、笔记本电脑、平板电脑、车载电脑等。此外，本发明所提供的技术方案也适用于其他射频电路应用的场合，例如通信基站等。

上面对本发明所提供的具有待机模式的宽带射频功率放大器、芯片及通信终端进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。