多赫蒂射频功率放大器的制作方法

本发明涉及射频集成电路领域，并且具体地，涉及用于一种应用于移动终端的多赫蒂(doherty)射频功率放大电路。

背景技术：

1、在5g通信系统中(例如移动手机或其他用户设备)中，射频功率放大器是关键模块，射频功率放大器是电量主要消耗单元模块。为了提高频谱利用率以提高通讯速率，越来越复杂的调制方式比如频分正交复用(orthogonal frequency division multiplexing(ofdm))被5g通讯系统采用，其射频信号峰均比(peak to average ratio(par))达7db～9db。功率放大器在进行功率放大时，为了兼顾功放的线性度，射频功率放大器通常回退使用，射频信号峰均比(peak to average ratio(par))越大，为了保证放大信号的线性度，射频功率放大器回退越多，效率相应的也越低，造成整个无线通讯系统效率降低，移动设备电池电量消耗过快，待机时间缩短。

2、目前学术和工业界提高功率放大器效率方案主要分两类：电源调制和负载调制。电源调制即电源包络跟踪(envelope tracking(et))，包络跟踪对电源系统要求比较高，电源电压动态跟随射频信号包络变化，导致包络跟踪对系统比较复杂。相对于包络跟踪(envelope tracking(et))，doherty结构功率放大器是一种负载调制技术，其通过主放大器和辅助放大器配合来改变不同输出功率等级下的负载阻抗，高功率时阻抗比较小，有比较大的功率输出能力，低功率时，阻抗变大，实现高效率，即doherty功率放大器可以有效提高功率放大器的回退效率，提高功放的平均效率。doherty功率放大器广泛应用于基站中，配合数字预失真(digital pre-distortion(dpd))系统，实现高功率，高效率，高线性度。基站中采用的doherty放大器多数情况下采用分立器件搭建，整个功放占用体积大。

3、随着5g到来，通信系统数据传输速进一步提高，5g射频信号的峰均比进一步提高，传统class-ab类功率放大电路效率越来越不能满足移动终端的需求，移动终端对高效率，高线性的功率放大器需越来越强烈。图1是示出了传统的多赫蒂doherty功率放大器结构。参考图1，输入网络采用功分器实现功率分配，四分之一波长线串联辅助通路放大电路输入通路，实现90°相位延迟，传统doherty功率放大器由于四分之一波长线难以集成，很难集成实现小型化。传统功分器加四分之一波长线的方案存在占用空间大、带宽窄以及不易于集成的缺点。

4、然而，对于移动手机(以及其他相对小的移动设备)，由于移动终端可用空间有限，传统的分立式doherty功率放大器难适用。

技术实现思路

1、本发明的技术方案采用基于变压器的正交器同时实现功率分配和相位延迟。基于变压器的巴伦实现单端转差分，从而在主通路和辅助通路都采用全差分结构，输出网络采用巴伦(balun)实现阻抗变换和功率合成。其在5g sub6ghz频段可以实现高线性、高效率以及高输出功率。

2、本发明的技术方案结构紧凑，易于集成，占用体积小；此外，其不需要数字预失真辅助，即可实现高线性度信号输出，适用于移动终端设备使用。

3、本发明的一方面提供一种多赫蒂射频功率放大器，包括：输入巴伦模块，其被配置为接收单端射频输入，并且输出差分射频信号；差分正交变换器，其通过两个变压器来形成，并且被配置为从输入巴伦模块接收差分的射频信号，以生成四路正交输出的射频信号；主路放大电路，其被配置为对差分正交变换器输出的两路正交的射频信号进行放大，并且将放大的差分主路射频信号提供到四分之一波长变换器；四分之一波长变换器，其被配置为对从主路放大电路输出的差分放大信号进行相位补偿；辅路放大电路，其被配置为对差分正交变换器输出的另外两路正交的射频信号进行放大，并且将放大的辅路放大电路的差分输出与经过相位补偿的放大的主路放大电路的差分输出组合，其中，主路放大电路的差分输出和辅路放大电路的差分输出中同相的两条信号被分别组合，形成用作输出巴伦模块的输入的组合的差分信号，输出巴伦模块，其被配置为单个变压器形式的巴伦，用于接收组合的差分信号，并且生成单端的射频输出信号。

4、本发明的一方面提供一种多赫蒂射频功率放大器，其中，所述主路放大电路包括第一级主通路放大器、第二级主通路放大器以及第一级间匹配电路，以及其中，所述辅路放大电路包括第一级辅通路放大器、第二级辅通路放大器以及第二级间匹配电路。

5、本发明的一方面提供一种多赫蒂射频功率放大器，其中，所述主路放大电路的第一级间匹配电路包括第一级间匹配电压器，以及所述辅路放大电路的第二级间匹配电路包括第二级间匹配电压器。

6、本发明的一方面提供一种多赫蒂射频功率放大器，其中，所述四分之一波长变换器由电容器和电感器形成的clc网络实现，其被配置为对主路放大电路的差分输出信号分别进行90°相位补偿，同时实现不同功率输出时的阻抗调制。

7、本发明的一方面提供一种多赫蒂射频功率放大器，其中，所述四分之一波长变换器由电容器和电感器形成的两段式lc网络来形成，其被配置为对主路放大电路的差分输出信号分别进行90°相位补偿，同时实现不同功率输出时的阻抗调制。

8、本发明的一方面提供一种多赫蒂射频功率放大器，其中，所述主路放大电路的第一级主通路放大器包括由第一晶体管和第二晶体管构成的全差分放大器以及第一电容器和第二电容器，其中，第一晶体管用于接收第一输入并且输出第一输出，所述第二晶体管用于接收第二输入并且输出第二输出，并且所述第一电容器被连接在第一输入和第二输出之间，所述第二电容器被连接在第二输入和第一输出之间；以及其中，所述辅路放大电路的第一级辅通路放大器包括由第三晶体管和第四晶体管构成的全差分放大器以及第三电容器和第四电容器，其中，第三晶体管用于接收第三输入并且输出第三输出，所述第四晶体管用于接收第四输入并且输出第四输出，并且所述第三电容器被连接在第三输入和第四输出之间，所述第四电容器被连接在第四输入和第三输出之间。

9、本发明的一方面提供一种多赫蒂射频功率放大器，其中，所述主路放大电路和所述辅路放大电路通过bjt晶体管、hbt晶体管、gaas晶体管、mos晶体管、sige晶体管中的至少一个来形成。

10、本发明的一方面提供一种多赫蒂射频功率放大器，其中，所述输入巴伦模块、差分正交变换器和输出巴伦模块通过三层金属结构的环形图案来形成。

11、本发明的一方面提供一种多赫蒂射频功率放大器，其中，所述四分之一波长变换器中的电感器通过键合线和基板微带线的组合来形成。

12、本发明的一方面提供一种多赫蒂射频功率放大器，其中，所述射频功率放大器通过用于多芯片的多层基板封装进行封装。

技术特征：

1.一种多赫蒂射频功率放大器，包括：

2.根据权利要求1所述的多赫蒂射频功率放大器，其中，所述主路放大电路包括第一级主通路放大器、第二级主通路放大器以及第一级间匹配电路，以及

3.根据权利要求2所述的射频功率放大器，其中，所述主路放大电路的第一级间匹配电路包括第一级间匹配电压器，以及

4.根据权利要求1所述的射频功率放大器，其中，所述四分之一波长变换器由电容器和电感器形成的clc网络实现，其被配置为对主路放大电路的差分输出信号分别进行90°相位补偿，同时实现不同功率输出时的阻抗调制。

5.根据权利要求1所述的射频功率放大器，其中，所述四分之一波长变换器由电容器和电感器形成的两段式lc网络来形成，其被配置为对主路放大电路的差分输出信号分别进行90°相位补偿，同时实现不同功率输出时的阻抗调制。

6.根据权利要求2所述的射频功率放大器，其中，所述主路放大电路的第一级主通路放大器包括由第一晶体管和第二晶体管构成的全差分放大器以及第一电容器和第二电容器，其中，第一晶体管用于接收第一输入并且输出第一输出，所述第二晶体管用于接收第二输入并且输出第二输出，并且所述第一电容器被连接在第一输入和第二输出之间，所述第二电容器被连接在第二输入和第一输出之间；以及

7.根据权利要求1所述的射频功率放大器，其中，所述主路放大电路和所述辅路放大电路通过bjt晶体管、hbt晶体管、gaas晶体管、mos晶体管、sige晶体管中的至少一个来形成。

8.根据权利要求1所述的射频功率放大器，其中，所述输入巴伦模块、差分正交变换器和输出巴伦模块通过三层金属结构的环形图案来形成。

9.根据权利要求4或者5所述的射频功率放大器，其中，所述四分之一波长变换器中的电感器通过键合线和基板微带线的组合来形成。

10.根据权利要求1所述的射频功率放大器，其中，所述射频功率放大器通过用于多芯片的多层基板封装进行封装。

技术总结本发明提供了一种适用于移动终端的多赫蒂射频功率放大器，包括：输入巴伦模块，其被配置为接收单端射频输入，并且输出差分射频信号；差分正交变换器，其被配置为从输入巴伦模块接收差分的射频信号，以生成四路正交输出的射频信号；主路放大电路，其被配置为将放大的差分主路射频信号提供到四分之一波长变换器；四分之一波长变换器，其被配置为对差分放大信号进行相位补偿；辅路放大电路，其被配置为将放大的辅路放大电路的差分输出与经过相位补偿的放大的主路放大电路的差分输出组合；输出巴伦模块，其被配置为接收组合的差分信号，并且生成单端的射频输出信号。技术研发人员：贯会征,牟鹏飞,谢利刚,孟浩,黄鑫,钱永学受保护的技术使用者：北京昂瑞微电子技术股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/15