一种低成本线性功率放大器的制作方法

本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种低成本线性功率放大器。

背景技术

随着无线通信和无线局域网（WLAN）的快速发展，射频前端发射器也向高性能、高集成、低功耗、低成本的方向发展。因此市场迫切的需求高增益、高线性度、低功耗、低成本的线性功率放大器芯片。由于GaAs HBT工艺具有高功率容量和低成本特性，因此基于GaAs HBT工艺的线性功率放大器芯片的研发受到了广泛的关注。

现有基于HBT工艺线性放大器芯片的解决方案存在一些不足，主要体现在：

（1）基于传统共射放大器方案，该方案结构简单，设计复杂度低，但是功率增益较低，因此需要采用多级放大结构提升增益从而降低了功耗。

（2）基于传统共射共基放大器方案，为了提升单级功率增益，可以采用共射共基放大器直接组合结构，但是这种结构为了提升功率容量，往往需要采用多指的HBT晶体管结构进行设计，但是这种方法将引入热可靠性风险。

（3）基于传统HBT放大器的温补电路存在不足，比如采用共射共基放大器直接组合结构的放大器，其共基放大器往往采用电阻馈电网络，这就导致放大器的温度波动及功率动态波动特性较差，馈电网络的温补作用较弱，线性度指标恶化。

技术实现要素：

本发明为了解决上述问题，提出了一种低成本线性功率放大器。

本发明的技术方案是：一种低成本线性功率放大器包括输入匹配网络、共射共基自适应偏置供电网络、多路共射基极整流堆叠共基射级整流放大网络和输出匹配网络；

输入匹配网络的输入端作为低成本线性功率放大器的输入端，其输出端和多路共射基极整流堆叠共基射级整流放大网络的第一输入端连接；

输出匹配网络的第一输出端作为低成本线性功率放大器的输出端，其第二输出端和共射共基自适应偏置供电网络的输入端连接，其输入端和多路共射基极整流堆叠共基射级整流放大网络的输出端连接；

共射共基自适应偏置供电网络的第一输出端和多路共射基极整流堆叠共基射级整流放大网络的第二输入端连接，其第二输出端和多路共射基极整流堆叠共基射级整流放大网络的第三输入端连接。

本发明的有益效果是：本发明基于多路共射基极整流堆叠共基射级整流放大网络，结合共射共基自适应偏置供电网络，使得放大器可以适应温度波动及功率动态波动，保证共射堆叠共基放大电路具备良好的宽动态线性度指标和低功耗指标，并且具有高增益、高线性度、高输出功率和高集成度的特性。

进一步地，输入匹配网络包括接地电容C1、接地电感L1、电感L2和电感L3；

电感L2的一端作为输入匹配网络的输入端，并与接地电感L1连接；电感L2的另一端分别与接地电容C1和电感L3的一端连接；电感L3的另一端作为输入匹配网络的输出端。

上述进一步方案的有益效果是：在本发明中，输入匹配网络可以实现良好的输入驻波匹配，并且具备ESD保护功能。

进一步地，多路共射基极整流堆叠共基射级整流放大网络包括接地电阻R4、接地电阻R5、接地电阻R6、接地电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、接地电容C10、接地电容C11、接地电容C12、接地电容C13、三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、三极管Q5、三极管Q6、三极管Q7、三极管Q8、微带线TL1、微带线TL2、微带线TL3、微带线TL4、微带线TL5、微带线TL6、微带线TL7和微带线TL8；

微带线TL1的一端作为多路共射基极整流堆叠共基射级整流放大网络的第一输入端，并分别与微带线TL2的一端、微带线TL3的一端和微带线TL4的一端连接；微带线TL1的另一端分别与电容C2的一端和电阻R1的一端连接；微带线TL2的另一端分别与电阻R1的另一端、电容C3的一端和电阻R2的一端连接；微带线TL3的另一端分别与电阻R2的另一端、电容C4的一端和电阻R3的一端连接；微带线TL4的另一端分别与电阻R3的另一端和电容C5的一端连接；三极管Q1的基极和电阻R4的一端连接；电阻R4的另一端作为多路共射基极整流堆叠共基射级整流放大网络的第二输入端，并分别与电阻R5的一端、电阻R6的一端、电阻R7的一端、电容C2的另一端、电容C3的另一端、电容C4的另一端和电容C5的另一端连接；三极管Q3的基极和电阻R5的另一端连接；三极管Q5的基极和电阻R6的另一端连接；三极管Q7的基极和电阻R7的另一端连接；三极管Q1的发射极、三极管Q3的发射极、三极管Q5的发射极和三极管Q7的发射极均接地；三极管Q2的基极作为多路共射基极整流堆叠共基射级整流放大网络的第三输入端，并分别与接地电容C10、接地电容C11、接地电容C12、接地电容C13、三极管Q4的基极、三极管Q6的基极和三极管Q8的基极连接；三极管Q2的集电极分别与微带线TL5的一端和电阻R12的一端连接；三极管Q4的集电极分别与电阻R12的另一端、微带线TL6的一端和电阻R13的一端连接；三极管Q6的集电极分别与电阻R13的另一端、微带线TL7的一端和电阻R14的一端连接；三极管Q8的集电极分别与电阻R14的另一端和微带线TL8的一端连接；微带线TL5的另一端作为多路共射基极整流堆叠共基射级整流放大网络的输出端，并分别与微带线TL6的另一端、微带线TL7的另一端和微带线TL8的另一端连接；三极管Q2的发射极分别与电阻R8的一端和电容C6的一端连接；三极管Q4的发射极分别与电阻R9的一端和电容C7的一端连接；三极管Q6的发射极分别与电阻R10的一端和电容C8的一端连接；三极管Q8的发射极分别与电阻R11的一端和电容C9的一端连接；三极管Q1的集电极分别与电阻R8的另一端和电容C6的另一端连接；三极管Q3的集电极分别与电阻R9的另一端和电容C7的另一端连接；三极管Q5的集电极分别与电阻R10的另一端和电容C8的另一端连接；三极管Q7的集电极分别与电阻R11的另一端和电容C9的另一端连接。

上述进一步方案的有益效果是：在本发明中，共射基极整流结构可以提升放大器的热稳定性并且提供良好的增益、低功耗特性，共基射级整流结构可以提供良好的线性度指标，同时多路架构可以成倍提升放大器输出功率容量，并且具备抑制差模振荡的功能。

进一步地，共射共基自适应偏置供电网络包括电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、接地电阻R19、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24、电阻R25、接地电阻R26、电阻R27、电阻R28、接地电阻R29、电阻R30、接地电容C18、接地电容C19、三极管Q9、三极管Q10、三极管Q11、三极管Q12、三极管Q13、三极管Q14、三极管Q15、三极管Q16、三极管Q17和三极管Q18；

电阻R27的一端作为共射共基自适应偏置供电网络的输入端，并与电阻R25的一端连接；电阻R27的另一端分别与电阻R28的一端和三极管Q16的基极连接；电阻R28的另一端分别与三极管Q15的集电极和三极管Q15的基极连接；三极管Q10的发射极、三极管Q12的发射极、三极管Q15的发射极和三极管Q17的发射极均接地；三极管Q16的集电极分别与电阻R30的一端和电阻R23的一端连接；三极管Q16的发射极和接地电阻R29连接；三极管Q17的基极和电阻R23的另一端连接；三极管Q17的集电极分别与三极管Q18的基极、电阻R16的一端、电阻R22的一端和电阻R24的一端连接；三极管Q18的集电极分别与电阻R24的另一端、电阻R25的一端和接地电阻R26连接；三极管Q13的基极分别与电阻R21的一端和三极管Q12的集电极连接；三极管Q13的集电极分别与电阻R20的一端、接地电阻R19、三极管Q14的集电极、三极管Q11的集电极和三极管Q9的集电极连接；电阻R21的另一端分别与电阻R22的另一端、接地电容C18和三极管Q14的基极连接；三极管Q14的发射极和电阻R18的一端连接；电阻R18的另一端作为共射共基自适应偏置供电网络的第二输出端；三极管Q9的基极分别与电阻R16的另一端、电阻R15的一端和接地电容C19连接；三极管Q9的发射极和电阻R17的一端连接；电阻R17的另一端作为共射共基自适应偏置供电网络的第一输出端；三极管Q11的基极分别与电阻R15的另一端和三极管Q10的集电极连接；三极管Q10的基极和三极管Q11的发射极连接；电阻R20的另一端和集电极供电电压Vc连接。

上述进一步方案的有益效果是：在本发明中，针对共射堆叠共基放大电路提供自适应供电偏置，使得放大器可以适应温度波动及功率动态波动，保证共射堆叠共基放大电路具备良好的宽动态线性度指标和低功耗指标。

进一步地，输出匹配网络包括电容C14、接地电容C15、接地电容C16、接地电容C17、接地电感L4、电感L5、电感L6、电感L7和电感L8；

电感L8的一端作为输出匹配网络的输入端，其另一端分别与电感L7的一端和接地电容C16连接；电感L7的另一端分别与接地电容C17和电感L6的一端连接；电感L6的另一端分别与电感L5的一端和电容C14的一端连接；电容C14的另一端作为输出匹配网络的第一输出端，并与接地电感L4连接；电感L5的一端作为输出匹配网络的第二输出端，并分别与接地电容C15和集电极供电电压Vc连接。

上述进一步方案的有益效果是：在本发明中，输出匹配网络可以实现良好的输出驻波匹配，并且具备ESD保护功能。

附图说明

图1所示为本发明实施例提供的一种低成本线性功率放大器原理框图。

图2所示为本发明实施例提供的一种低成本线性功率放大器电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作进一步的说明。

如图1所示，本发明提供了一种低成本线性功率放大器，包括输入匹配网络、共射共基自适应偏置供电网络、多路共射基极整流堆叠共基射级整流放大网络和输出匹配网络；

输入匹配网络的输入端作为低成本线性功率放大器的输入端，其输出端和多路共射基极整流堆叠共基射级整流放大网络的第一输入端连接；

输出匹配网络的第一输出端作为低成本线性功率放大器的输出端，其第二输出端和共射共基自适应偏置供电网络的输入端连接，其输入端和多路共射基极整流堆叠共基射级整流放大网络的输出端连接；

共射共基自适应偏置供电网络的第一输出端和多路共射基极整流堆叠共基射级整流放大网络的第二输入端连接，其第二输出端和多路共射基极整流堆叠共基射级整流放大网络的第三输入端连接。

在本发明实施例中，如图2所示，输入匹配网络包括接地电容C1、接地电感L1、电感L2和电感L3；

电感L2的一端作为输入匹配网络的输入端，并与接地电感L1连接；电感L2的另一端分别与接地电容C1和电感L3的一端连接；电感L3的另一端作为输入匹配网络的输出端。

在本发明实施例中，如图2所示，多路共射基极整流堆叠共基射级整流放大网络包括接地电阻R4、接地电阻R5、接地电阻R6、接地电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、接地电容C10、接地电容C11、接地电容C12、接地电容C13、三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、三极管Q5、三极管Q6、三极管Q7、三极管Q8、微带线TL1、微带线TL2、微带线TL3、微带线TL4、微带线TL5、微带线TL6、微带线TL7和微带线TL8；

微带线TL1的一端作为多路共射基极整流堆叠共基射级整流放大网络的第一输入端，并分别与微带线TL2的一端、微带线TL3的一端和微带线TL4的一端连接；微带线TL1的另一端分别与电容C2的一端和电阻R1的一端连接；微带线TL2的另一端分别与电阻R1的另一端、电容C3的一端和电阻R2的一端连接；微带线TL3的另一端分别与电阻R2的另一端、电容C4的一端和电阻R3的一端连接；微带线TL4的另一端分别与电阻R3的另一端和电容C5的一端连接；三极管Q1的基极和电阻R4的一端连接；电阻R4的另一端作为多路共射基极整流堆叠共基射级整流放大网络的第二输入端，并分别与电阻R5的一端、电阻R6的一端、电阻R7的一端、电容C2的另一端、电容C3的另一端、电容C4的另一端和电容C5的另一端连接；三极管Q3的基极和电阻R5的另一端连接；三极管Q5的基极和电阻R6的另一端连接；三极管Q7的基极和电阻R7的另一端连接；三极管Q1的发射极、三极管Q3的发射极、三极管Q5的发射极和三极管Q7的发射极均接地；三极管Q2的基极作为多路共射基极整流堆叠共基射级整流放大网络的第三输入端，并分别与接地电容C10、接地电容C11、接地电容C12、接地电容C13、三极管Q4的基极、三极管Q6的基极和三极管Q8的基极连接；三极管Q2的集电极分别与微带线TL5的一端和电阻R12的一端连接；三极管Q4的集电极分别与电阻R12的另一端、微带线TL6的一端和电阻R13的一端连接；三极管Q6的集电极分别与电阻R13的另一端、微带线TL7的一端和电阻R14的一端连接；三极管Q8的集电极分别与电阻R14的另一端和微带线TL8的一端连接；微带线TL5的另一端作为多路共射基极整流堆叠共基射级整流放大网络的输出端，并分别与微带线TL6的另一端、微带线TL7的另一端和微带线TL8的另一端连接；三极管Q2的发射极分别与电阻R8的一端和电容C6的一端连接；三极管Q4的发射极分别与电阻R9的一端和电容C7的一端连接；三极管Q6的发射极分别与电阻R10的一端和电容C8的一端连接；三极管Q8的发射极分别与电阻R11的一端和电容C9的一端连接；三极管Q1的集电极分别与电阻R8的另一端和电容C6的另一端连接；三极管Q3的集电极分别与电阻R9的另一端和电容C7的另一端连接；三极管Q5的集电极分别与电阻R10的另一端和电容C8的另一端连接；三极管Q7的集电极分别与电阻R11的另一端和电容C9的另一端连接。

在本发明实施例中，如图2所示，共射共基自适应偏置供电网络包括电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、接地电阻R19、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24、电阻R25、接地电阻R26、电阻R27、电阻R28、接地电阻R29、电阻R30、接地电容C18、接地电容C19、三极管Q9、三极管Q10、三极管Q11、三极管Q12、三极管Q13、三极管Q14、三极管Q15、三极管Q16、三极管Q17和三极管Q18；

电阻R27的一端作为共射共基自适应偏置供电网络的输入端，并与电阻R25的一端连接；电阻R27的另一端分别与电阻R28的一端和三极管Q16的基极连接；电阻R28的另一端分别与三极管Q15的集电极和三极管Q15的基极连接；三极管Q10的发射极、三极管Q12的发射极、三极管Q15的发射极和三极管Q17的发射极均接地；三极管Q16的集电极分别与电阻R30的一端和电阻R23的一端连接；三极管Q16的发射极和接地电阻R29连接；三极管Q17的基极和电阻R23的另一端连接；三极管Q17的集电极分别与三极管Q18的基极、电阻R16的一端、电阻R22的一端和电阻R24的一端连接；三极管Q18的集电极分别与电阻R24的另一端、电阻R25的一端和接地电阻R26连接；三极管Q13的基极分别与电阻R21的一端和三极管Q12的集电极连接；三极管Q13的集电极分别与电阻R20的一端、接地电阻R19、三极管Q14的集电极、三极管Q11的集电极和三极管Q9的集电极连接；电阻R21的另一端分别与电阻R22的另一端、接地电容C18和三极管Q14的基极连接；三极管Q14的发射极和电阻R18的一端连接；电阻R18的另一端作为共射共基自适应偏置供电网络的第二输出端；三极管Q9的基极分别与电阻R16的另一端、电阻R15的一端和接地电容C19连接；三极管Q9的发射极和电阻R17的一端连接；电阻R17的另一端作为共射共基自适应偏置供电网络的第一输出端；三极管Q11的基极分别与电阻R15的另一端和三极管Q10的集电极连接；三极管Q10的基极和三极管Q11的发射极连接；电阻R20的另一端和集电极供电电压Vc连接。

在本发明实施例中，如图2所示，输出匹配网络包括电容C14、接地电容C15、接地电容C16、接地电容C17、接地电感L4、电感L5、电感L6、电感L7和电感L8；

电感L8的一端作为输出匹配网络的输入端，其另一端分别与电感L7的一端和接地电容C16连接；电感L7的另一端分别与接地电容C17和电感L6的一端连接；电感L6的另一端分别与电感L5的一端和电容C14的一端连接；电容C14的另一端作为输出匹配网络的第一输出端，并与接地电感L4连接；电感L5的一端作为输出匹配网络的第二输出端，并分别与接地电容C15和集电极供电电压Vc连接。

下面结合图2对本发明的具体工作原理及过程进行介绍：

射频信号进入输入匹配网络，经过输入阻抗匹配后，进入多路共射基极整流堆叠共基射级整流放大网络进行信号放大，之后进入输出匹配网络，经过输出阻抗匹配后进入放大器的输出端口；其中，多路共射基极整流堆叠共基射级整流放大网络中的共射放大器和共基放大器的偏置电路通过共射共基自适应偏置供电网络进行供电，在外界温度波动较大的时候，自适应偏置供电网络，会根据温度波动导致的偏置电流的波动，形成负反馈调节作用拉低或者拉高共射共基放大放大器的静态工作点补偿电路偏差，从而起到调节温度波动的目的。

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。