一种基于动态反馈的高线性度功率放大器的制作方法

1.本发明属于射频集成电路技术领域，具体涉及一种基于动态反馈的高线性度功率放大器。


背景技术：

2.随着软件无线电、宽带仪表、5g通信和超宽带通信等技术的发展，其系统带宽速率指标不断提升，因此导致市场对于其中宽带放大器的线性度指标提出了更高的要求。尤其为了处理高速率的峰均比信号，要求放大器能够实现高输出功率和低输出功率下的高线性度指标。
3.为了提高驱动放大器芯片的高输出功率和低输出功率下线性化指标，在进行芯片设计的时候，可以采用如下技术手段，但是这些手段均存在一些不足：
4.(1)功率回退技术，即选用功率较大的晶体管或者采用多路大功率合成结构，让放大器工作在回退的线性放大区域获得高线性度指标，但是为了实现高输出功率和低输出功率下的高线性度，比如采用很大的晶体管尺寸，大大牺牲了放大器的直流功耗，放大器的效率很低。
5.(2)包络跟踪技术，利用检波电路、偏置调节技术等跟踪放大器的输出功率的高低，根据输出功率的动态范围自动调整放大器的偏置电路，从而规避功率回退技术中的大功率晶体管“一刀切”的弊端，这种方法改善效果较好，但是电路结构极其复杂，很难片上集成。
6.(2)无源负反馈技术，利用负反馈技术将一部分输出射频信号反馈回放大器的输入端，进行交调分量对消后，改善放大器线性度，但是这种反馈技术往往采用无源的rlc电路，针对高输出功率和低输出功率下的协同调节能力比较有限，往往很难实现两种状态的兼顾，无法达到最佳对消效果，丧失动态调节的意义。


技术实现要素：

7.本发明为了解决上述问题，提出了一种基于动态反馈的高线性度功率放大器。
8.本发明的技术方案是：一种基于动态反馈的高线性度功率放大器包括驱动级输入匹配网络、驱动级放大网络、驱动级偏置电路、级间匹配网络、功率级偏置电路、动态反馈网络和功率级放大匹配网络；
9.驱动级输入匹配网络的输入端作为高线性度功率放大器的输入端，其输出端分别与驱动级放大网络的输入端、驱动级偏置电路的输出端和动态反馈网络的输出端连接；
10.驱动级放大网络的输出端分别与级间匹配网络的输入端和功率级偏置电路的输入端连接；
11.功率级放大匹配网络的第一输出端作为高线性度功率放大器的输出端，其第二输出端与动态反馈网络的输入端连接，其输入端分别与级间匹配网络的输出端和功率级偏置电路的输出端连接。
12.本发明的有益效果是：本发明基于双级异质结双极性晶体管的共射共基放大结构，结合动态反馈网络，能够实现高输出功率和低输出功率下的高线性度指标，同时具有较高的效率和增益指标。
13.进一步地，驱动级输入匹配网络包括电容c1、接地电容c2、电容c
17
、接地电阻r1、电阻r2和电感l1；
14.电容c1的一端作为驱动级输入匹配网络的输入端，并与接地电阻r1连接；电容c1的另一端分别与接地电容c2和电感l1的一端连接；电感l1的另一端分别与电阻r2的一端和电容c
17
的一端连接；电阻r2的另一端作为驱动级输入匹配网络的输出端，并与电容c
17
的另一端连接。
15.上述进一步方案的有益效果是：在本发明中，接地电阻r1有利于改善放大器的极低频稳定性，同时rlc匹配网络有利于实现良好的输入阻抗匹配。
16.进一步地，驱动级放大网络包括三极管q1、三极管q2、三极管q3、三极管q4、微带线tl1、微带线tl2、接地电阻r3、接地电阻r4、电阻r5、电阻r6、电阻r7、接地电阻r8、接地电容c3、接地电容c4和电感l2；
17.微带线tl1的一端作为驱动级放大网络的输入端，并与微带线tl2的一端连接；微带线tl1的另一端和三极管q1的基极连接；三极管q1的集电极和三极管q2的发射极连接；三极管q1的发射极和接地电阻r3连接；三极管q2的基极分别与接地电容c3和电阻r5的一端连接；三极管q2的集电极作为驱动级放大网络的输出端，并分别与三极管q4的集电极和电感l2的一端连接；三极管q3的基极和微带线tl2的另一端连接；三极管q3的集电极和三极管q4的发射极连接；三极管q3的发射极和接地电阻r4连接；三极管q4的基极分别与接地电容c4和电阻r6的一端连接；电阻r5的另一端分别与电阻r6的另一端、电阻r7的一端以及接地电阻r8连接；电阻r7的另一端分别与电感l2的另一端和集电极供电电压v
c1
连接。
18.上述进一步方案的有益效果是：在本发明中，基于双级异质结双极性晶体管的共射共基放大结构，可以实现较高的功率增益和较大的功率容量，同时具有良好的高频稳定特性。
19.进一步地，级间匹配网络包括电感l3、电感l4、接地电容c7和电容c8；
20.电感l3的一端作为级间匹配网络的输入端，其另一端分别与接地电容c7和电感l4的一端连接；电感l4的另一端和电容c8的一端连接；电容c8的另一端作为级间匹配网络的输出端。
21.上述进一步方案的有益效果是：在本发明中，级间匹配网络用于实现驱动级放大网络输出阻抗到功率级放大及匹配网络的输入阻抗的良好的匹配，降低插入损耗并提高级间稳定性。
22.进一步地，驱动级偏置电路包括三极管q5、三极管q6、三极管q7、电阻r9、电阻r
10
、电阻r
11
、接地电容c5和接地电容c6；
23.电阻r
10
的一端分别与集电极供电电压v
c1
和接地电容c6连接；电阻r
10
的另一端分别与电阻r9的一端和三极管q7的集电极连接；三极管q6的基极分别与三极管q7的基极、三极管q6的集电极、电阻r9的另一端和接地电容c5连接；三极管q6的发射极分别与三极管q5的基极和三极管q5的集电极连接；三极管q5的发射极接地；三极管q7的发射极和电阻r
11
的一端连接；电阻r
11
的另一端作为驱动级偏置电路的输出端。
24.上述进一步方案的有益效果是：在本发明中，驱动级偏置电路具有动态自适应功能，可以根据三极管电路的需求，自动调节补偿因温度变化导致的静态电流波动问题，从而提高温度一致性和可靠性。
25.进一步地，功率级偏置电路包括三极管q
13
、三极管q
14
、三极管q
15
、接地电容c9、接地电容c
10
、电阻r
17
、电阻r
18
、电阻r
19
和电感l5；
26.电感l5的一端作为功率级偏置电路的输入端，其另一端分别与接地电容c9和电阻r
18
的一端连接；三极管q
13
的基极分别与接地电容c
10
、电阻r
19
的一端、三极管q
14
的集电极和三极管q
14
的基极连接；三极管q
13
的集电极分别与电阻r
18
的另一端和电阻r
19
的另一端连接；三极管q
13
的发射极和电阻r
17
的一端连接；电阻r
17
的另一端作为功率级偏置电路的输出端；三极管q
14
的发射极分别与三极管q
15
的基极和三极管q
15
的集电极连接；三极管q
15
的发射极接地。
27.上述进一步方案的有益效果是：在本发明中，功率级偏置电路具有动态自适应功能，可以根据三极管电路的需求，自动调节补偿因温度变化导致的静态电流波动问题，从而提高温度一致性和可靠性。
28.进一步地，动态反馈网络包括三极管q8、电容c
11
、接地电容c
12
、电阻r
14
、接地电容c
12
、电阻r
13
、电阻r
14
、电阻r
15
和电阻r
16
；
29.三极管q8的集电极作为动态反馈网络的输入端，并与电阻r
16
的一端连接；三极管q8的基极分别与接地电容c
12
和电阻r
15
的一端连接；三极管q8的发射极和电阻r
13
的一端连接；电阻r
15
的另一端分别与电阻r
16
的另一端和电阻r
14
的一端连接；电阻r
14
的另一端分别与电容c
11
的一端、接地电阻r
12
和电阻r
13
的另一端连接；电容c
11
的另一端作为动态反馈网络的输出端。
30.上述进一步方案的有益效果是：在本发明中，动态反馈网络可以根据反馈信号大小，自动调节反馈深度，从而动态改善整个放大器的线性度指标。
31.进一步地，功率级放大匹配网络包括三极管q9、三极管q
10
、三极管q
11
、三极管q
12
、微带线tl3、微带线tl4、接地电容c
13
、电容c
14
、接地电容c
15
、电容c
16
、接地电感l6、电感l7、接地电阻r
20
、接地电阻r
21
、电阻r
22
、电阻r
23
、接地电阻r
24
和电阻r
25
；
32.微带线tl3的一端作为功率级放大匹配网络的输入端，并与微带线tl4的另一端连接；三极管q9的基极和微带线tl3的另一端连接；三极管q9的集电极和三极管q
10
的发射极连接；三极管q9的发射极和接地电阻r
20
连接；三极管q
10
的基极分别与接地电容c
13
和电阻r
22
的一端连接；三极管q
10
的集电极作为功率级放大匹配网络的第二输出端，并分别与电感l7的一端、三极管q
12
的集电极和电容c
16
的一端连接；三极管q
11
的基极和微带线tl4的另一端连接；三极管q
11
的集电极和三极管q
12
的发射极连接；三极管q
11
的发射极和接地电阻r
21
连接；三极管q
12
的基极分别与电阻r
23
的一端和接地电容c
14
连接；电阻r
22
的另一端分别与电阻r
23
的另一端、接地电阻r
24
和电阻r
25
的一端连接；电阻r
25
的另一端分别与电感l7的另一端、接地电容c
15
和集电极供电电压v
c2
连接；电容c
16
的另一端作为功率级放大匹配网络的第一输出端，并与接地电感l6连接。
33.上述进一步方案的有益效果是：在本发明中，功率级放大匹配网络基于双级异质结双极性晶体管的共射共基放大结构，可以实现较高的功率增益和较大的功率容量，同时具有良好的高频稳定特性，及良好的输出匹配特性。
附图说明
34.图1所示为本发明实施例提供的一种基于动态反馈的高线性度功率放大器原理框图。
35.图2所示为本发明实施例提供的一种基于动态反馈的高线性度功率放大器电路图。
具体实施方式
36.下面结合附图对本发明的实施例作进一步的说明。
37.如图1所示，本发明提供了一种基于动态反馈的高线性度功率放大器，包括驱动级输入匹配网络、驱动级放大网络、驱动级偏置电路、级间匹配网络、功率级偏置电路、动态反馈网络和功率级放大匹配网络；
38.驱动级输入匹配网络的输入端作为高线性度功率放大器的输入端，其输出端分别与驱动级放大网络的输入端、驱动级偏置电路的输出端和动态反馈网络的输出端连接；
39.驱动级放大网络的输出端分别与级间匹配网络的输入端和功率级偏置电路的输入端连接；
40.功率级放大匹配网络的第一输出端作为高线性度功率放大器的输出端，其第二输出端与动态反馈网络的输入端连接，其输入端分别与级间匹配网络的输出端和功率级偏置电路的输出端连接。
41.在本发明实施例中，如图2所示，驱动级输入匹配网络包括电容c1、接地电容c2、电容c
17
、接地电阻r1、电阻r2和电感l1；
42.电容c1的一端作为驱动级输入匹配网络的输入端，并与接地电阻r1连接；电容c1的另一端分别与接地电容c2和电感l1的一端连接；电感l1的另一端分别与电阻r2的一端和电容c
17
的一端连接；电阻r2的另一端作为驱动级输入匹配网络的输出端，并与电容c
17
的另一端连接。
43.在本发明实施例中，如图2所示，驱动级放大网络包括三极管q1、三极管q2、三极管q3、三极管q4、微带线tl1、微带线tl2、接地电阻r3、接地电阻r4、电阻r5、电阻r6、电阻r7、接地电阻r8、接地电容c3、接地电容c4和电感l2；
44.微带线tl1的一端作为驱动级放大网络的输入端，并与微带线tl2的一端连接；微带线tl1的另一端和三极管q1的基极连接；三极管q1的集电极和三极管q2的发射极连接；三极管q1的发射极和接地电阻r3连接；三极管q2的基极分别与接地电容c3和电阻r5的一端连接；三极管q2的集电极作为驱动级放大网络的输出端，并分别与三极管q4的集电极和电感l2的一端连接；三极管q3的基极和微带线tl2的另一端连接；三极管q3的集电极和三极管q4的发射极连接；三极管q3的发射极和接地电阻r4连接；三极管q4的基极分别与接地电容c4和电阻r6的一端连接；电阻r5的另一端分别与电阻r6的另一端、电阻r7的一端以及接地电阻r8连接；电阻r7的另一端分别与电感l2的另一端和集电极供电电压v
c1
连接。
45.在本发明实施例中，如图2所示，级间匹配网络包括电感l3、电感l4、接地电容c7和电容c8；
46.电感l3的一端作为级间匹配网络的输入端，其另一端分别与接地电容c7和电感l4的一端连接；电感l4的另一端和电容c8的一端连接；电容c8的另一端作为级间匹配网络的输
出端。
47.在本发明实施例中，如图2所示，驱动级偏置电路包括三极管q5、三极管q6、三极管q7、电阻r9、电阻r
10
、电阻r
11
、接地电容c5和接地电容c6；
48.电阻r
10
的一端分别与集电极供电电压v
c1
和接地电容c6连接；电阻r
10
的另一端分别与电阻r9的一端和三极管q7的集电极连接；三极管q6的基极分别与三极管q7的基极、三极管q6的集电极、电阻r9的另一端和接地电容c5连接；三极管q6的发射极分别与三极管q5的基极和三极管q5的集电极连接；三极管q5的发射极接地；三极管q7的发射极和电阻r
11
的一端连接；电阻r
11
的另一端作为驱动级偏置电路的输出端。
49.在本发明实施例中，如图2所示，功率级偏置电路包括三极管q
13
、三极管q
14
、三极管q
15
、接地电容c9、接地电容c
10
、电阻r
17
、电阻r
18
、电阻r
19
和电感l5；
50.电感l5的一端作为功率级偏置电路的输入端，其另一端分别与接地电容c9和电阻r
18
的一端连接；三极管q
13
的基极分别与接地电容c
10
、电阻r
19
的一端、三极管q
14
的集电极和三极管q
14
的基极连接；三极管q
13
的集电极分别与电阻r
18
的另一端和电阻r
19
的另一端连接；三极管q
13
的发射极和电阻r
17
的一端连接；电阻r
17
的另一端作为功率级偏置电路的输出端；三极管q
14
的发射极分别与三极管q
15
的基极和三极管q
15
的集电极连接；三极管q
15
的发射极接地。
51.在本发明实施例中，如图2所示，动态反馈网络包括三极管q8、电容c
11
、接地电容c
12
、电阻r
14
、接地电容c
12
、电阻r
13
、电阻r
14
、电阻r
15
和电阻r
16
；
52.三极管q8的集电极作为动态反馈网络的输入端，并与电阻r
16
的一端连接；三极管q8的基极分别与接地电容c
12
和电阻r
15
的一端连接；三极管q8的发射极和电阻r
13
的一端连接；电阻r
15
的另一端分别与电阻r
16
的另一端和电阻r
14
的一端连接；电阻r
14
的另一端分别与电容c
11
的一端、接地电阻r
12
和电阻r
13
的另一端连接；电容c
11
的另一端作为动态反馈网络的输出端。
53.在本发明实施例中，如图2所示，功率级放大匹配网络包括三极管q9、三极管q
10
、三极管q
11
、三极管q
12
、微带线tl3、微带线tl4、接地电容c
13
、电容c
14
、接地电容c
15
、电容c
16
、接地电感l6、电感l7、接地电阻r
20
、接地电阻r
21
、电阻r
22
、电阻r
23
、接地电阻r
24
和电阻r
25
；
54.微带线tl3的一端作为功率级放大匹配网络的输入端，并与微带线tl4的另一端连接；三极管q9的基极和微带线tl3的另一端连接；三极管q9的集电极和三极管q
10
的发射极连接；三极管q9的发射极和接地电阻r
20
连接；三极管q
10
的基极分别与接地电容c
13
和电阻r
22
的一端连接；三极管q
10
的集电极作为功率级放大匹配网络的第二输出端，并分别与电感l7的一端、三极管q
12
的集电极和电容c
16
的一端连接；三极管q
11
的基极和微带线tl4的另一端连接；三极管q
11
的集电极和三极管q
12
的发射极连接；三极管q
11
的发射极和接地电阻r
21
连接；三极管q
12
的基极分别与电阻r
23
的一端和接地电容c
14
连接；电阻r
22
的另一端分别与电阻r
23
的另一端、接地电阻r
24
和电阻r
25
的一端连接；电阻r
25
的另一端分别与电感l7的另一端、接地电容c
15
和集电极供电电压v
c2
连接；电容c
16
的另一端作为功率级放大匹配网络的第一输出端，并与接地电感l6连接。
55.下面结合图2对本发明的具体工作原理及过程进行介绍：射频信号进入驱动级输入匹配网络，经过输入阻抗匹配后，射频信号通过叠加动态反馈网络的反馈信号后进入驱动级放大网络进行信号放大，之后进入级间匹配网络，经过级间阻抗匹配后，进入功率级放
大匹配网络进行信号放大后，其中一部分进入放大器的输出端口，一部分作为反馈信号进入动态反馈网络的输入端反馈回驱动级放大网络；动态反馈网络可以根据反馈信号大小，自动调节反馈深度，从而动态改善整个放大器的线性度指标。
56.本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。