用於e類異相功率放大器的組合電路的製作方法

2023-04-29 19:40:11 1

用於e類異相功率放大器的組合電路的製作方法
【專利摘要】本發明提供了一種基於E希萊克組合器的集總元件，該組合器相當於四分之一波長傳輸線組合器。所提出的使用的E類當量功率放大器電路源自於並聯調諧的E類實施。所提出的低通當量在E類性能方面表現類似，但包括90度傳輸線。
【專利說明】用於E類異相功率放大器的組合電路

【技術領域】
[0001] 本申請涉及E類異相功率放大器。特別地，涉及希萊克組合器用於這种放大器。

【背景技術】
[0002] 過去，希萊克（Chireix)異相組合器通常基於四分之一波長傳輸線（QWTL)。近年 來，已經提出基於變壓器的實施。另一種選擇是用基於集總元件T形網絡的組合器來代替 這些傳輸線。
[0003] 所有這些方法都具有缺點。使用QWTL方案，其效率取決於異相角度和頻率，因為 希萊克補償元件和QWTL都與頻率有關。這對於寬帶發射機是非常不希望的。一些基於變 壓器的方法依靠接合線用於實現變壓器結構。變壓器的性能取決於達到期望的並聯接合線 之間的磁耦合量。耦合的量易受工藝變化的影響，這導致這些結構的製造複雜、昂貴和/或 不可靠，潛在地導致低產量。另外的基於變壓器的方法依靠印刷電路板（PCB)傳輸線來實 現變壓器結構。雖然這可以改善在製造時的準確度，但是這些實施使用裸晶片技術和多層 射頻電路板來產生這些組合器。這可以導致它們昂貴和/或難以組合。Beltran et al.提 出了一種集總兀件結構（Ramon Beltran，Frederick H. Raab，和 Arturo Velazquez 發表的 "HF outphasing transmitter using class-E power amplifiers，'，IEEE MTT-SDigest,第 757-760頁，2009年6月）包括串聯諧振器（L和C元件的組合串聯在組合器的輸入端和 輸出端之間）。這難以在半導體封裝內部高質量地實現。這些電路還需要大量的集總元件 (電感L和電容器C)。


【發明內容】

[0004] 根據本發明的第一方面，提供一種用於E類異相功率放大器的組合電路，E類異相 功率放大器包括第一和第二分支放大器，組合電路包括：
[0005] 第一輸入節點，用於接收第一分支放大器的輸出信號；
[0006] 第二輸入節點，用於接收第二分支放大器的輸出信號；和
[0007] 輸出節點，用於提供組合的輸出信號到負載；
[0008] 第一電感（LE)，第一電感在第一輸入節點處串聯連接，第一電感具有輸入端和輸 出端，第一電感的輸入端連接到第一輸入節點；
[0009] 第二電感（LE)，第二電感在第二輸入節點串聯連接，第二電感具有輸入端和輸出 端，第二電感的輸入端連接到第二輸入節點；
[0010] 補償電感（Lo^)，補償電感與第一電感串聯連接並且直接連接到輸出節點；和
[0011] 補償電容器補償電容器與第二電感串聯連接並且直接連接到輸出節點。
[0012] 這個電路提供適當的E類阻抗終端用於負載調製和希萊克補償元件。它包括相對 少量的電路元件並且適於集成在電晶體封裝的內部。這是通過包含E類元件和希萊克補償 元件的功能並以少量元件完成兩者的功能來實現的。組合電路是通過將並聯調諧E類實施 轉換為低通等效電路得到的。所提出的等效電路在E類性能方面表現類似，並包含四分之 一波長傳輸線。低通部分在封裝集成方面具有優點，因為它可以不需要在封裝內部實現串 聯諧振電路。這個屬性，和需要少量元件一起，可以潛在地導致更高的產量，較低的組合復 雜性，以及較低的成本。
[0013] 根據第一方面的組合電路，希萊克補償元件被提供在低通部分的輸出端。這樣潛 在地避免需要實現平行（並聯）電感，因為實質的電感是串聯配置。
[0014] 補償電感提供希萊克補償電感；以及補償電容器提供希萊克補償電容器。
[0015] 組合電路還可以包含：第一電容器（CE)，第一電容器具有連接到第一電感的輸出 端的一個端子和連接到地的另一個端子；以及第二電容器（C E)，第二電容器具有連接到第 二電感的輸出端的一個端子以及連接到地的另一個端子。
[0016] 第一電感以及第一電容器形成E類低通當量用於第一分支放大器。第二電感以及 第二電容器形成E類低通當量用於第二分支放大器。
[0017] 第二電容器以及補償電容器可以一起在單個晶片上實現為金屬絕緣體金屬電容 器。
[0018] MIMcap結構結合了並聯電容器（第二電容器）以及串聯電容器（補償電容器）。 [0019] 補償電感（LmK)可以直接連接到第一電感的輸出端；以及補償電容器可以 直接連接到第二電感的輸出端。
[0020] 可選擇地，組合電路還包括在第二電感的輸出端的連接用於連接直流偏置電源。
[0021] 該布置提供直流引線給第二分支放大器。可以經由偏置網絡連接直流電源。偏置 網絡優選地在期望的射頻工作頻率起到開路的作用和對於直流以及調製頻帶（一般的在 OHz-lOOMHz範圍內）起到低歐姆電阻的作用。偏置網絡可以包括電感或者射頻扼流圈，優 選地包括鐵磁心。
[0022] 根據本發明的第第二方面，提供一種用於E類異相功率放大器的組合電路，E類異 相功率放大器包括第一和第二分支放大器，組合電路包括：
[0023] 第一輸入節點，用於接收第一分支放大器的輸出信號；
[0024] 第二輸入節點，用於接收第二分支放大器的輸出信號；和
[0025] 輸出節點，用於提供組合的輸出信號到負載；
[0026] 第一電感（L，LE)，第一電感在第一輸入節點處串聯連接，第一電感具有輸入端和 輸出端，第一電感的輸入端連接到第一輸入節點；
[0027] 第二電感（L，LE)，第二電感在第二輸入節點處串聯連接，第二電感具有輸入端和 輸出端，第二電感的輸入端連接到第二輸入節點；和
[0028] 補償電感，補償電感並聯連接在第二輸入節點和地之間。
[0029] 第二方面的組合電路的設計使用與上述第一方面類似的原理以及具有類似的優 點。
[0030] 組合電路還可以包含：第一電容器（2CE，2C，CE)，第一電容器並聯連接在輸出節點 和地之間。
[0031] 組合電路還可以包含補償電容器（cmK)，補償電容器並聯連接在第一輸入節點和 地之間。
[0032] 在該電路布置中，希萊克補償元件（補償電容器和補償電感）與E類組合器的輸 入埠並聯布置。
[0033] 與其它的布置相比較，該布置可以減少電路中需要的電感的值。在電感實現為接 合線的情況下，這可能意味著接合線可以更短，潛在地使組合更容易和/或提高產量。
[0034] 組合電路還可以包含另外的補償電感〇^11；1)，另外的補償電感與第一電感串聯連 接並直接連接到輸出節點。
[0035] 這種布置可以避免在第一輸入節點處對並聯電容器的需要。它可以同時避免對長 的接合線的需要（在電感使用接合線實現的實施例中）。
[0036] 補償電感可以通過接合線或者通過印刷電路板（PCB)上的走線實現。
[0037] 組合電路還可以包含：第二電容器（CE)，第二電容器具有連接到第一電感的輸出 端的一個端子和連接到地的另一個端子。
[0038] 另外的補償電感〇^11(1)可以直接連接到第一電感的輸出端。
[0039] 每個電容器和/或電感優選地實現為集總元件。
[0040] 優選地，一個或多個電容器實現為金屬-氧化物-半導體電容器；和/或一個或多 個電感實現為接合線。
[0041] 組合電路還可以包含：輸出節點和負載之間的匹配電路。
[0042] 每個分支放大器優選地包括功率電晶體。
[0043] 還提供一種E類異相功率放大器模塊，包括：第一和第二分支放大器；和上述的組 合電路，布置為組合分支放大器的輸出信號。
[0044] 優選地，第一和第二分支放大器和組合電路一起集成在單個物理封裝中。封裝可 以包含金屬頭和陶器的或者塑造的蓋板，封入至少一個電晶體晶片，至少一個無源的晶片 (例如，提供金屬一氧化物一半導體電容器），和接合線。晶片被焊接到封裝。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0045] 以下，本申請將通過示例的方式參考附圖進行描述，其中：
[0046] 圖1示出了根據本發明的第一方面的實施例的一種組合器的電路圖；
[0047] 圖2示出了圖1的組合器的實際實施的示意圖；
[0048] 圖3示出了圖1的組合器的一種可選的實際實施的示意圖；
[0049] 圖4示出了根據本發明第二方面的第一實施例的組合器的電路圖；
[0050] 圖5示出了圖4的組合器的實際實施的示意圖；
[0051] 圖6示出了根據本發明的第二方面的第二實施例的組合器的電路圖；
[0052] 圖7示出了圖6的組合器的實際實施的示意圖；
[0053] 圖8示出了根據本發明的第三方面的實施例的組合器的電路圖；
[0054] 圖9示出了圖8的組合器的實際實施的示意圖。

【具體實施方式】
[0055] 本發明的實施例可以提供基於E類希萊克組合器的集總元件，該E類希萊克組合 器與四分之一波長傳輸線組合器等效。與Beltran等提出的方案相反，這些電路可以將E 類和希萊克補償元件包含在一個緊湊的結構中，該結構可以是封裝集成的並且具有潛在性 高產量（較低的組合複雜性）和較低的成本。
[0056] 在下面描述的實施例中所提出的E類等效功率放大器電路可以源自於傳統的並 聯調諧E類實施。所提出的低通當量在E類性能方面表現類似，但包含90度傳輸線，因為 與Beltran等提出的方案中圖5所示的電路相比，其低通部分在它的諧振頻率處具有類似 的相位響應。低通部分在封裝集成方面具有主要優點，因為它可以不需要在封裝內部實現 串聯諧振電路。
[0057] 參考圖1-3,以下將描述本發明第一方面的實施例。圖1示出了本實施例的電路 圖。包括兩個分支放大器，每個分支放大器包括功率電晶體。在電路圖中，第一分支放大器 的功率電晶體具有電壓源VI和並聯電容C OTT。類似地，第二分支放大器的功率電晶體具有 電壓源V2和並聯電容COTT。組合電路具有第一輸入節點10,用於接收第一分支放大器的輸 出信號；和第二輸入節點12,用於接收第二分支放大器的輸出信號。在輸出側，具有輸出節 點18,用於提供組合的輸出信號到負載22。在輸出節點18和負載22之間提供阻抗匹配網 絡24。
[0058] 組合電路包括第一電感LE，第一電感LE在第一輸入節點10處串聯連接。第一電 感具有輸入端和輸出端14,第一電感的輸入端連接到第一輸入節點10。第二電感1^，第二 電感1^在第二輸入節點12處串聯連接。第二電感具有輸入端和輸出端16,第二電感的輸 入端連接到第二輸入節點12。希萊克補償電感1^ 11；在第一電感的輸出端14處與第一電感 串聯連接。補償電感的另一端直接連接到輸出節點18。同時，希萊克補償電容器在第 二電感的輸出端16處與第二電感串聯連接。補償電容器的另一端直接連接到輸出節點18。 第一電容器C E並聯連接在第一電感的輸出端處。第一電容器的一個端子被連接到第一電 感的輸出端14和第一電容器的另一個端子被連接到地。第二電容器C E被並聯連接在第二 電感的輸出端處。第二電容器的一個端子被連接到第二電感的輸出端16和第二電容器的 另一個端子被連接到地。第一和第二電容器C E和第一和第二感應器LE提供用於構成E類 放大器的低通當量。
[0059] 第二電感LE的輸出端16經由鐵磁心電感20連接到直流偏置電源VDC。這提供直 流供電到第二分支放大器。鐵磁心是偏置網絡的一個示例，偏置網絡起到在期望的RF工作 頻率開路的作用和對於直流和調製頻帶（在本實施例中，在OHz-lOOMHz範圍內）起到低歐 姆電阻的作用。到第一分支放大器的直流供電在圖中沒有示出，但可以用傳統的方法提供。 例如，它可以在印刷電路板（PCB)上的射頻輸出端路徑中由傳統的偏置技術實現，該偏置 技術使用就阻抗而言與第二分支放大器相同的要求。
[0060] 可以使用下面的公式得到各種元件參數：

【權利要求】
1. 一種用於E類異相功率放大器的組合電路，其特徵在於，E類異相功率放大器包括第 一和第二分支放大器，組合電路包括： 第一輸入節點，用於接收第一分支放大器的輸出信號； 第二輸入節點，用於接收第二分支放大器的輸出信號；和 輸出節點，用於提供組合的輸出信號到負載； 第一電感（LE)，第一電感在第一輸入節點處串聯連接，第一電感具有輸入端和輸出端， 第一電感的輸入端連接到第一輸入節點； 第二電感（LE)，第二電感在第二輸入節點處串聯連接，第二電感具有輸入端和輸出端， 第二電感的輸入端連接到第二輸入節點； 補償電感（Lo^)，補償電感與第一電感串聯連接並且直接連接到輸出節點；和 補償電容器（CmK)，補償電容器與第二電感串聯連接並且直接連接到輸出節點。
2. 根據權利要求1所述的組合電路，其特徵在於，還包括： 第一電容器（CE)，第一電容器具有連接到第一電感的輸出端的一個端子和連接到地的 另一個端子；和 第二電容器（CE)，第二電容器具有連接到第二電感的輸出端的一個端子和連接到地的 另一個端子。
3. 根據權利要求2所述的組合電路，其特徵在於，第二電容器和補償電容器一起在單 個晶片上被實現為金屬-絕緣體-金屬電容器。
4. 根據權利要求1-3任一項所述的組合電路，其特徵在於， 補償電感（Lq^)直接連接到第一電感的輸出端；和 補償電容器（〇；_)直接連接到第二電感的輸出端。
5. 根據權利要求1-5任一項所述的組合電路，其特徵在於，還包括在第二電感的輸出 端的連接用於連接直流偏置電源。
6. -種用於E類異相功率放大器的組合電路，其特徵在於，E類異相功率放大器包括第 一和第二分支放大器，組合電路包括： 第一輸入節點，用於接收第一分支放大器的輸出信號； 第二輸入節點，用於接收第二分支放大器的輸出信號；和 輸出節點，用於提供組合的輸出信號到負載； 第一電感（L，LE)，第一電感在第一輸入節點處串聯連接，第一電感具有輸入端和輸出 端，第一電感的輸入端連接到第一輸入節點； 第二電感（L，LE)，第二電感在第二輸入節點處串聯連接，第二電感具有輸入端和輸出 端，第二電感的輸入端連接到第二輸入節點；和 補償電感(Xouk, ,補償電感並聯連接在第二輸入節點和地之間。
7. 根據權利要求6所述的組合電路，其特徵在於，還包括第一電容器（2CE，2C，CE)，第一 電容器並聯連接在輸出節點和地之間。
8. 根據權利要求6或者7所述的組合電路，其特徵在於，還包括補償電容器（CmK)，補 償電容器並聯連接在第一輸入節點和地之間。
9. 根據權利要求6或7所述的組合電路，其特徵在於，還包括另外的補償電感〇^_)， 另外的補償電感與第一電感串聯連接並且直接連接到輸出節點。
10. 根據權利要求9所述的組合電路，其特徵在於，還包括： 第二電容器（CE)，第二電容器具有連接到第一電感的輸出端的一個端子和連接到地的 另一個端子。
11. 根據權利要求9或10的組合電路，其特徵在於，另外的補償電感（L。^)直接連接 到第一電感的輸出端。
12. 根據前述任一權利要求所述的組合電路，其特徵在於，每個電容器和/或電感實現 為集總元件。
13. 根據權利要求12所述的組合電路，其特徵在於，還包括： 一個或多個電容器實現為金屬-氧化物-半導體電容器；和/或 一個或多個電感實現為接合線。
14. 根據前述任一權利要求所述的組合電路，其特徵在於，還包括輸出節點和負載之間 的匹配電路。
15. -種E類異相功率放大器模塊，其特徵在於，包括： 第一和第二分支放大器；和 根據前述任一權利要求所述的組合電路，所述組合電路被布置為組合分支放大器的輸 出信號。
【文檔編號】H03F3/60GK104378074SQ201410363089
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年7月28日 優先權日:2013年8月14日
【發明者】馬克·皮特·范德海登 申請人:恩智浦有限公司