工作电压可调的宽带高线性度GaAsHBT功率放大器的制作方法

本发明属于半导体集成电路设计领域，具体涉及一种工作电压可调的宽带高线性度gaas hbt功率放大器。

背景技术：

1、功率放大器(power ampilfier)是无线通信收发系统中的关键组成元件，其功能为对射频信号进行信号放大；功率放大器的增益、线性度、增益附加效率、输出功率等性能参数对系统的性能有重大影响。gaas hbt工艺以其高截止频率、高线性度、高效率、高功率密度等优点，被广泛用于制作功率放大器。

2、随着移动通信系统通信标准的快速发展，射频收发前端集成的功率放大器器件越来越多，对紧凑尺寸、通信功能齐全、简化的射频前端架构提出了迫切需求。传统gaas hbt功率放大器多根据不同的应用频率，设计相应不同频率下的功率放大器，随着通信制式使用频率越来越多，射频前端集成功率放大器器件也增多，会快速增大射频前端面积，不利于移动通信系统的小型化。同时，功率放大器为射频前端的主要耗能元件，降低功率放大器的功耗可以有效延长移动终端的使用时间。另外，功率放大器的线性度也直接影响通信系统的信号质量。

3、因此，设计发明一种工作电压可调的宽带高线性度功率放大器具有重要的工程价值。

技术实现思路

1、本发明实现了一种工作电压可调的宽带高线性度gaas hbt功率放大器，其目的旨在发明一种新型功率放大器电路结构，通过改变工作电压可以实现低功耗工作模式，也可以实现高性能模式；以宽带工作频率覆盖相应多个频率制式下的功率放大器简化射频前端架构。

2、所述功率放大器包括射频通路和偏置电路，所述射频通路包括连接一个输入匹配网络、n个放大单元、n-1个级间匹配网络、n个反馈网络、连接一个输出匹配网络；所述偏置电路包括一个偏置可调单元和n个偏置网络；n≥2；

3、其中，输入匹配网络连接输入端，输出匹配网络连接输出端，每个级间匹配网络以及输出匹配网络各自连接一个电源端；偏置可调单元和n个偏置网络共同连接一个电源端，且偏置可调单元分别与n个偏置网络相连接，所述偏置可调单元采用可调分压电阻结构，根据连接的电源端的电压大小进行改变；输入匹配网络连接第一级的偏置网络、反馈网络和放大单元，第一级的反馈单元和放大单元连接第一级的级间匹配网络，第一级的级间匹配网络连接下一级的反馈网络和放大单元，直至最后一级的反馈网络和放大单元连接输出匹配网络。

4、进一步的，各放大单元均包括1端、2端，输入匹配网络包括1端、2端，各级间匹配网络均包括1端、2端、3端，输出匹配网络包括1端、2端、3端，各反馈网络均包括1端、2端，各偏置网络均包括1端、2端、3端，偏置可调单元包括1端,2端,…,n+1端；

5、其中，输入匹配网络的1端与输入端相连；输入匹配网络的2端与第一级的放大单元的1端、反馈网络的1端和偏置网络的2端相连；第一级的放大单元的2端与第一级的级间匹配网络的1端和第一级的反馈网络的2端相连；第一级的级间匹配网络的2端与下一级的反馈网络的1端和放大单元的1端相连，直至最后一级的反馈网络的2端和放大单元的2端连接输出匹配网络的1端；输出匹配网络的2端与输出端相连，输出匹配网络的3端连接一个电源端；每个级间匹配网络的3端各自连接一个电源端；偏置可调单元的n+1端和n个偏置网络的3端共同连接一个电源端，偏置可调单元的1～n端依次连接n个偏置网络的1端。

6、进一步的，各个放大单元的结构相同，每个所述放大单元包括n级并联晶体三级管[q1、…qn]；所述晶体管三极管为gaas hbt晶体三极管。

7、进一步的，所述输入匹配网络包括电感l1、电感l2、电容c1、电容c2；其中电感l1、电容c1的一端与输入匹配网络的1端相连；电感l1的另一端接地；电感l2、电容c2的一端与电容c1的另一端相连；电感l2的另一端与输入匹配网络的2端相连。

8、进一步的，各个级间匹配网络的结构相同，每个所述级间匹配网络包括电感l3、电感l4、电容c3、电容c4；其中电感l3、电容c3的一端与级间匹配网络的1端相连；电感l3的另一端与级间匹配网络的3端相连；电感l4、电容c4的一端电容c3的另一端相连；电感l4的另一端与级间匹配网络的2端相连。

9、进一步的，所述输出匹配网络包括电感l5、电感l6、电感l7、电容c5、电容c6、电容c7；其中电感l5、电感l6的一端与输出匹配网络的1端相连；电感l5的另一端与输出匹配网络的3端相连；电感l7、电容c5的一端电感l6的另一端相连；电感l7的另一端与电容c7的一端相连；电容c7、电容c6的一端与输出匹配网络的2端相连；电容c6的另一端接地。

10、进一步的，各个反馈网络的结构相同，每个所述反馈网络包括电容c8、电阻r0；其中电容c8一端与反馈网络的1端相连；电容c8另一端与电阻r0相连；电阻r0另一端与反馈网络的2端相连。

11、进一步的，各个偏置网络的结构相同，每个所述偏置网络包括电容c9、电容c10、电感l8、晶体三极管q1、晶体三极管q2、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6；其中晶体三极管q1的集电极与晶体三极管q1的基极、电阻r5的一端、电阻r3的一端、电容c9的一端、电感l8的一端相连；晶体三极管q1的发射极与电阻r6的一端相连；r6的另一端接地；电容c9的另一端接地；l8的另一端接偏置网络的2端；电阻r3的另一端与电阻r2、电阻r1的一端相连；电阻r1的另一端与偏置网络的3端相连；晶体三极管q2的基极与电阻r2的另一端相连；晶体三极管q2的发射极与电阻r5的另一端相连；晶体三极管q2的集电极与电阻r4、电容c10的一端相连；电容c10的另一端接地；电阻r4的另一端接偏置网络的1端。

12、进一步的，所述偏置可调单元包括n组可变电阻r7、可变电阻r8和电容c11；各组可变电阻r7的一端与偏置可调单元的n+1端相连接，每组可变电阻r8的一端接地，每组电容c11的一端接地；每组可变电阻r7的另一端、可变电阻r8的另一端、电容c11的另一端均与偏置可调单元的1端,2端,…,n端相连接。

13、本发明的有益效果：

14、本发明基于gaas hbt工艺，采用可调有源偏置n级负反馈功率放大架构，有利于实现电源电压可调的宽带高线性度功率放大器。其中，偏置电路采用有源偏置电流源结构，提升功率放大器的线性度；偏置可调单元采用可调分压电阻结构，可根据电源电压大小改变相应，增大功率放大器可应用的电源电压范围；射频放大链路采用n级负反馈加n-1级lc匹配网络结构，在保证宽频率工作范围的同时，还能有高输出功率。

技术特征：

1.一种工作电压可调的宽带高线性度gaas hbt功率放大器，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的一种工作电压可调的宽带高线性度gaas hbt功率放大器，其特征在于，各放大单元均包括1端、2端，输入匹配网络包括1端、2端，各级间匹配网络均包括1端、2端、3端，输出匹配网络包括1端、2端、3端，各反馈网络均包括1端、2端，各偏置网络均包括1端、2端、3端，偏置可调单元包括1端,2端,…,n+1端；

3.根据权利要求2所述的一种工作电压可调的宽带高线性度gaas hbt功率放大器，其特征在于，各个放大单元的结构相同，每个所述放大单元包括n级并联晶体三级管[q1、…qn]；所述晶体管三极管为gaas hbt晶体三极管。

4.根据权利要求2所述的一种工作电压可调的宽带高线性度gaas hbt功率放大器，其特征在于，所述输入匹配网络包括电感l1、电感l2、电容c1、电容c2；其中电感l1、电容c1的一端与输入匹配网络的1端相连；电感l1的另一端接地；电感l2、电容c2的一端与电容c1的另一端相连；电感l2的另一端与输入匹配网络的2端相连。

5.根据权利要求2所述的一种工作电压可调的宽带高线性度gaas hbt功率放大器，其特征在于，各个级间匹配网络的结构相同，每个所述级间匹配网络包括电感l3、电感l4、电容c3、电容c4；其中电感l3、电容c3的一端与级间匹配网络的1端相连；电感l3的另一端与级间匹配网络的3端相连；电感l4、电容c4的一端电容c3的另一端相连；电感l4的另一端与级间匹配网络的2端相连。

6.根据权利要求2所述的一种工作电压可调的宽带高线性度gaas hbt功率放大器，其特征在于，所述输出匹配网络包括电感l5、电感l6、电感l7、电容c5、电容c6、电容c7；其中电感l5、电感l6的一端与输出匹配网络的1端相连；电感l5的另一端与输出匹配网络的3端相连；电感l7、电容c5的一端电感l6的另一端相连；电感l7的另一端与电容c7的一端相连；电容c7、电容c6的一端与输出匹配网络的2端相连；电容c6的另一端接地。

7.根据权利要求2所述的一种工作电压可调的宽带高线性度gaas hbt功率放大器，其特征在于，各个反馈网络的结构相同，每个所述反馈网络包括电容c8、电阻r0；其中电容c8一端与反馈网络的1端相连；电容c8另一端与电阻r0相连；电阻r0另一端与反馈网络的2端相连。

8.根据权利要求2所述的一种工作电压可调的宽带高线性度gaas hbt功率放大器，其特征在于，各个偏置网络的结构相同，每个所述偏置网络包括电容c9、电容c10、电感l8、晶体三极管q1、晶体三极管q2、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6；其中晶体三极管q1的集电极与晶体三极管q1的基极、电阻r5的一端、电阻r3的一端、电容c9的一端、电感l8的一端相连；晶体三极管q1的发射极与电阻r6的一端相连；r6的另一端接地；电容c9的另一端接地；l8的另一端接偏置网络的2端；电阻r3的另一端与电阻r2、电阻r1的一端相连；电阻r1的另一端与偏置网络的3端相连；晶体三极管q2的基极与电阻r2的另一端相连；晶体三极管q2的发射极与电阻r5的另一端相连；晶体三极管q2的集电极与电阻r4、电容c10的一端相连；电容c10的另一端接地；电阻r4的另一端接偏置网络的1端。

9.根据权利要求2所述的一种工作电压可调的宽带高线性度gaas hbt功率放大器，其特征在于，所述偏置可调单元包括n组可变电阻r7、可变电阻r8和电容c11；各组可变电阻r7的一端与偏置可调单元的n+1端相连接，每组可变电阻r8的一端接地，每组电容c11的一端接地；每组可变电阻r7的另一端、可变电阻r8的另一端、电容c11的另一端均与偏置可调单元的1端,2端,…,n端相连接。

技术总结
本发明属于半导体集成电路设计领域，具体涉及一种工作电压可调的宽带高线性度GaAs HBT功率放大器；所述功率放大器包括采用可调有源偏置N级负反馈功率放大架构，有利于实现电源电压可调的宽带高线性度功率放大器。其中，偏置电路采用有源偏置电流源结构，提升功率放大器的线性度；偏置可调单元采用可调分压电阻结构，可根据电源电压大小改变相应，增大功率放大器可应用的电源电压范围；射频放大链路采用N级负反馈加N‑1级LC匹配网络结构，在保证宽频率工作范围的同时，还能有高输出功率。

技术研发人员：黄亮,朱海,要栗,蒲颜,王国强
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第二十四研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15