用於手機的射頻功率放大器的製作方法

2023-05-07 16:38:36

專利名稱：用於手機的射頻功率放大器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種功率放大器，尤其涉及一種用於手機的射頻功率放大器。
背景技術：
現在手機射頻晶片尤其以功率放大器為主，主要採用GaAs技術。GaAs技術有幾個特點使其成為高頻率應用的首選。GaAs是由良好的砷化鎵形成的，這種材料被射頻行業認為是製造電路板的首選材料。其中原因很簡單，I)砷化鎵電子遷移率大約是矽的6倍以上，而娃又是 CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)器件的襯底。2)GaAs 襯底是半絕緣體，而CMOS的襯底則是一個導體。這種高電子的遷移率使得它可以更好的應用在高頻率的電路上。砷化鎵集成電路，可以用來產生毫米級微波帶的功率。CMOS唯一可以用在頻率性能的方法就是減低柵極長度，這將導致非理想狀態下工作的特性，而這又不適合功率放大器。另外半絕緣的GaAs襯底將在晶片上提供更好的信號分離和降低一些被動元件的損失， 例如傳輸線、電感、變壓器等。但是如果襯底導電的話，這種優勢就沒有了。因此有必要對現有的用於手機的射頻功率放大器進行改進，在保證性能參數的前提下，有效降低成本並進一步提聞穩定性。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種用於手機的射頻功率放大器，在保證性能參數的前提下，能夠有效降低成本並進一步提高穩定性。本發明為解決上述技術問題而採用的技術方案是提供一種用於手機的射頻功率放大器，包括輸入匹配單元、電晶體放大器和輸出匹配單元，其中，所述電晶體放大器由多個CMOS電晶體級聯而成，所述CMOS電晶體之間設有中間端匹配單元。上述的用於手機的射頻功率放大器，其中，所述輸入匹配單元由電感Lei，電阻R1, 電容C1組成，所述電阻R1和電容C1並聯後再和電感Lei串接相連，所述輸出匹配單元由並聯在一起的電感Lo,電容Co組成。上述的用於手機的射頻功率放大器，其中，所述中間端匹配單元為由電容，電感和電阻組成的T型匹配網絡阻抗。上述的用於手機的射頻功率放大器，其中，所述CMOS電晶體的最小溝道長度為45 納米。上述的用於手機的射頻功率放大器，其中，所述電晶體放大器由兩個CMOS電晶體級聯而成，輸出功率為27dBm。本發明對比現有技術有如下的有益效果本發明提供的用於手機的射頻功率放大器，通過採用多個CMOS電晶體級聯，每一級增加一些功率，降低了對每個電晶體上分擔的電壓要求，從而在保證性能參數的前提下，採用廉價的CM0S，有效降低成本並進一步提高穩定性。


圖I為現有的用於手機的單級射頻功率放大器結構示意圖；圖2為本發明用於手機的多級射頻功率放大器結構示意圖；圖3為本發明用於手機的射頻功率放大器電路示意圖。圖中I輸入匹配單元2電晶體放大器3輸出匹配單元4中間端匹配單元
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的描述。圖2為本發明用於手機的多級射頻功率放大器結構示意圖。請參見圖2，本發明提供的用於手機的射頻功率放大器包括輸入匹配單元I、電晶體放大器2和輸出匹配單元3，其中，電晶體放大器2由多個CMOS電晶體級聯而成，所述 CMOS電晶體之間設有中間端匹配單元4。本發明提供的用於手機的射頻功率放大器，採用兩級或者是多級的功率放大器的結構，即每一級增加一些功率，這樣可以在最後增加最後輸出功率和功率的增益，而如果採用單級的功大器設計結構，如圖I所示，不能產生更大的輸出功率，另外還需要一個很大的電晶體寬度。這樣會造成很大的功率損耗。因此採用2級或者多級的功率放大器結構會增加最後的輸出功率和增益。採用Cascade的設計結構，即多個電晶體串聯的結構，可以增加輸入端電壓，而在每個電晶體上面分擔的電壓卻減少了，從而增加輸出的功率和功率增益。本發明提供的用於手機的射頻功率放大器，輸入匹配單元輸入匹配單元I和輸出匹配單元3可由電感，電阻和電容組成，電阻一般可以選用50歐姆的匹配電阻。當採用多級型功率放大器的設計結構時，不單要確保輸入端還有輸出端之間的匹配問題，同時還要做好各個級別的匹配問題，確保功率的最大傳輸，使輸出端可以獲得最大的功率，中間端匹配單元4可以採用由電容，電感和電阻組成的T型匹配網絡阻抗。Cascade功率放大器降低了對每個電晶體上分擔的電壓要求，從而在保證性能參數的前提下，電晶體可以選用45納米的CMOS電晶體，如TSMC(臺積電)公司生產的45納米的CMOS電晶體。下面以兩級電晶體放大器為例，每級都是一個單獨的Class-AB功率放大器，具體電路如圖3所示其中電感Lei，電阻R1，電容C1組成了輸入端的阻抗，所述電阻R1 和電容C1並聯後再和電感Lei串接相連，用於產生輸入信號，信號經過電晶體Ml進行第一次放大後傳輸到第二級作為電晶體M2的輸入信號，而電容Cil，電感Li，電容Ci2，電容C2，電阻R2,電感Le2組成了 T型匹配網絡阻抗，經過精確的計算，之後通過電晶體M2，M3後信號再次放大，用於產生最終的輸出端的信號，並聯在一起的電感Lo,電容Co組成了輸出端的匹配網絡阻抗，用於匹配前段網絡，從而使整個電路處於最佳狀態。信號經過兩次放大後最後輸出，這樣可以產生更大的輸出功率。功率放大器工作在5. 2GHz。由於在高輸入功率的情況下，電晶體M3電晶體的電壓可以達到輸入電壓的2倍，所以採用Cascade的結構來獲得更大的輸出電壓。輸入端的RLC組件提供了一個輸入端在50歐姆的匹配。而T型匹配網絡阻抗在第一級和第二級之間用來提供匹配和增加輸入的功率，而在射頻信號端，電阻Rl和R2用來增加系統的穩定性。整個電路處於高線形狀態，可以達到輸出功率為27dbm，而效率可以達到57%。這一個參數已經可以達到採用GaAs材料所得出來的參數，但是CMOS的成本確會低很多，可以節約50%以上的成本。雖然本發明已以較佳實施例揭示如上，然其並非用以限定本發明，任何本領域技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的修改和完善，因此本發明的保護範圍當以權利要求書所界定的為準。
權利要求
1.一種用於手機的射頻功率放大器，包括輸入匹配單元(I)、電晶體放大器(2)和輸出匹配單元(3)，其特徵在於，所述電晶體放大器(2)由多個CMOS電晶體級聯而成，所述CMOS 電晶體之間設有中間端匹配單元(4)。
2.如權利要求I所述的用於手機的射頻功率放大器，其特徵在於，所述輸入匹配單元(I)由電感Lei，電阻R1,電容C1組成，所述電阻R1和電容C1並聯後再和電感Lei串接相連， 所述輸出匹配單元(3)由並聯在一起的電感Lo，電容Co組成。
3.如權利要求I所述的用於手機的射頻功率放大器，其特徵在於，所述中間端匹配單元⑷為由電容，電感和電阻組成的T型匹配網絡阻抗。
4.如權利要求I 3任一項所述的用於手機的射頻功率放大器，其特徵在於，所述 CMOS電晶體的最小溝道長度為45納米。
5.如權利要求I 3任一項所述的用於手機的射頻功率放大器，其特徵在於，所述電晶體放大器(2)由兩個CMOS電晶體級聯而成，輸出功率為27dBm。
全文摘要
本發明公開了一種用於手機的射頻功率放大器，包括輸入匹配單元、電晶體放大器和輸出匹配單元，其中，所述電晶體放大器由多個CMOS電晶體級聯而成，所述CMOS電晶體之間設有中間端匹配單元。本發明提供的用於手機的射頻功率放大器，通過採用多個CMOS電晶體級聯，每一級增加一些功率，降低了對每個電晶體上分擔的電壓要求，從而在保證性能參數的前提下，能夠有效降低成本並進一步提高穩定性。
文檔編號H03F3/20GK102594269SQ20121002955
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月10日 優先權日2012年2月10日
發明者馬駿 申請人:無錫木港科技有限公司