射频功率放大器是实现射频信号无线传输的重要部件，随着移动通信网络的升级，通信设备需要能在不同的移动通信网络标准中选择不同频段进行射频信号传输，这就要求适用于3g/4g/5g网络的射频功率放大器需要支持越来越多的频段和制式。随着通信终端功能复杂性的增加，对芯片小型化的要求越来越高，这也就要求射频功率放大器的集成度越来越高。
背景技术：
在传统的带宽调节方案中，通常需采用射频开关对匹配网络元件进行切换，从而达到调节频率带宽的作用。在射频功率放大器应用中，由于发射功率较大，射频开关需采用高性能的soi工艺来实现，这与射频功率放大器所采用的典型工艺(gaas、sige、cmos等)不同而没法实现集成，从而导致成本较高，且不适应于产品小型化的需求。
技术实现要素：
本专利提出一种无射频开关实现带宽可重构的射频功率放大器的实现方案，这种方案无需增加额外的射频开关，通过控制单元控制放大级的导通与关断状态即可来调整匹配网络的变化，从而起到对频率带宽进行调节的作用。
根据本发明的实施例，提供了一种带宽可重构的射频功率放大器，包括：入匹配网络模块，其接收射频输入信号，并且为射频功率放大器提供输入匹配；驱动级放大模块，其从输入匹配网络模块接收信号，并且被配置为对从输入匹配网络模块接收的信号进行放大；级间匹配网络模块，其从驱动级放大模块接收信号，并且为射频功率放大器提供级间匹配；功率级放大模块，其从级间匹配网络模块接收信号，并且被配置为对从级间匹配网络模块接收的信号进行放大；输出匹配网络模块，其从功率级放大模块接收信号，并且为射频功率放大器提供输出匹配；以及控制单元，其连接到驱动级放大模块和功率级放大模块，并且被配置为控制驱动级放大模块和功率级放大模块来调整射频功率放大器的频率带宽。
根据本发明的实施例，提供了一种射频功率放大器，其中，所述射频功率放大器包括n个驱动级放大模块，其中，所述n是大于等于1的自然数。
根据本发明的实施例，提供了一种射频功率放大器，其中，所述射频功率放大器包括m个功率级放大模块，其中，所述m是大于等于1的自然数。
根据本发明的实施例，提供了一种射频功率放大器，其中，所述驱动级放大模块包括驱动级偏置电路模块和驱动级单元模块。
根据本发明的实施例，提供了一种射频功率放大器，其中，所述控制单元通过控制驱动级偏置电路模块来控制驱动级单元模块的导通状态。
根据本发明的实施例，提供了一种射频功率放大器，其中，所述控制单元通过控制驱动级偏置电路模块处于classc类状态来控制驱动级单元模块的导通状态。
根据本发明的实施例，提供了一种射频功率放大器，其中，所述功率级放大模块包括功率级偏置电路模块和功率级单元模块。
根据本发明的实施例，提供了一种射频功率放大器，其中，所述控制单元通过控制功率级偏置电路模块来控制功率级单元模块的导通状态。
根据本发明的实施例，提供了一种射频功率放大器，其中，所述控制单元通过控制功率级偏置电路模块处于classc类状态来控制功率级单元模块的导通状态。
根据本发明的实施例，提供了一种射频功率放大器，其中，所述控制单元通过控制所述驱动级放大模块来调整所述输入匹配网络模块，以调整所述射频功率放大器的频率带宽。
根据本发明的实施例，提供了一种射频功率放大器，其中，所述控制单元通过控制所述驱动级放大模块来调整所述级间匹配网络模块，以调整所述射频功率放大器的频率带宽。
根据本发明的实施例，提供了一种射频功率放大器，其中，所述控制单元通过控制所述功率级放大模块来调整所述级间匹配网络模块，以调整所述射频功率放大器的频率带宽。
根据本发明的实施例，提供了一种射频功率放大器，其中，所述控制单元通过控制所述功率级放大模块来调整所述输出匹配网络模块，以调整所述射频功率放大器的频率带宽。
根据本发明的实施例，提供了一种射频功率放大器，其中，所述射频功率放大器通过hbt、cmos、bjt、bicmos、gan工艺中的一种来实现。
附图说明
图1是示出了传统带宽调节方案的示意图；
图2是根据本发明实施例的带宽可重构的两级射频功率放大器的框图；
图3是根据本发明另一实施例的带宽可重构的两级射频功率放大器的框图；
图4是根据本发明另一实施例的带宽可重构的两级射频功率放大器的框图；
图5是根据本发明另一实施例的带宽可重构的两级射频功率放大器的框图；
图6是根据本发明另一实施例的带宽可重构的两级射频功率放大器的框图；以及
图7是根据本发明实施例的带宽可重构的两级射频功率放大器的电路图。
具体实施方式
在进行下面的详细描述之前，阐述贯穿本专利文件使用的某些单词和短语的定义可能是有利的。术语“耦接”“连接”及其派生词指两个或多个元件之间的任何直接或间接通信，无论那些元件是否彼此物理接触。术语“传输”、“接收”和“通信”及其派生词涵盖直接和间接通信。术语“包括”和“包含”及其派生词是指包括但不限于。术语“或”是包含性的，意思是和/或。短语“与……相关联”及其派生词是指包括、包括在……内、互连、包含、包含在……内、连接或与……连接、耦接或与……耦接、与……通信、配合、交织、并列、接近、绑定或与……绑定、具有、具有属性、具有关系或与……有关系等。术语“控制器”是指控制至少一个操作的任何设备、系统或其一部分。这种控制器可以用硬件、或者硬件和软件和/或固件的组合来实施。与任何特定控制器相关联的功能可以是集中式的或分布式的，无论是本地的还是远程的。短语“至少一个”，当与项目列表一起使用时，意指可以使用所列项目中的一个或多个的不同组合，并且可能只需要列表中的一个项目。例如，“a、b、c中的至少一个”包括以下组合中的任意一个：a、b、c、a和b、a和c、b和c、a和b和c。
贯穿本专利文件提供了其他特定单词和短语的定义。本领域普通技术人员应该理解，在许多情况下，即使不是大多数情况下，这种定义也适用于这样定义的单词和短语的先前和将来使用。
在本专利文件中，变换块的应用组合以及子变换块的划分层级仅用于说明，在不脱离本公开的范围内，变换块的应用组合以及子变换块的划分层级可以具有不同的方式。
以下讨论的图1至图7以及用于描述本专利文档中的本公开的原理的各种实施例仅作为说明，并且不应以任何方式解释为限制本公开的范围。本领域技术人员将理解，本公开的原理可以在任何适当布置的系统或设备中实施。
图1是示出了传统带宽调节方案的示意图。射频功率放大器100包括放大器a1、a2和a3，其用于接收射频输入，并且对接收的射频输入信号进行放大。匹配滤波网络300包括匹配网络模块200以及电容器c1-cn，用于接收通过射频功率放大器100放大的信号，并且将信号提供到天线。电容器c1-cn分别与射频开关s1-sn连接，并且在控制电路400的控制下，调节频率带宽。在射频功率放大器应用中，由于发射功率较大，射频开关s1-sn需采用高性能的soi工艺来实现，这与射频功率放大器所采用的典型工艺(gaas、sige、cmos等)不同而没法实现集成，从而导致成本较高，且不适应于产品小型化的需求。
为了解决上述问题，本专利提出一种无射频开关实现带宽可重构的射频功率放大器的实现方案，下面结合附图进一步描述本公开的示例性实施例。
文本和附图仅作为示例提供，以帮助理解本公开。它们不应被解释为以任何方式限制本公开的范围。尽管已经提供了某些实施例和示例，但是基于本文所公开的内容，对于本领域技术人员而言显而易见的是，在不脱离本公开的范围的情况下，可以对所示的实施例和示例进行改变。
图2是根据本发明实施例的带宽可重构的两级射频功率放大器的框图。在图2中，包括包含匹配网络1、匹配网络2a和匹配网络2b的输入匹配网络，在其中，匹配网络1接收射频输入，并且将信号提供到匹配网络2a、匹配网络2b。匹配网络2a的输出连接到偏置电路1a和驱动级单元a；相似地，匹配网络2b的输出连接到偏置电路1b和驱动级单元b。驱动级单元a和驱动级单元b用于对输入信号进行放大。分别经过驱动级单元a和驱动级单元b的信号传输到包括匹配网络3a、匹配网络3b、匹配网络4、匹配网络5a以及匹配网络5b的级间匹配网络。在其中，匹配网络3a接收驱动级单元a的信号，并且将信号传输到匹配网络4；相似地，匹配网络3b接收驱动级单元b的信号，并且将信号传输到匹配网络4。匹配网络4的输出端分别与匹配网络5a和匹配网络5b连接。匹配网络5a的输出连接到偏置电路2a和功率级单元a；相似地，匹配网络5b的输出连接到偏置电路2b和功率级单元b。功率级单元a和功率级单元b用于对输入信号进行放大。经过功率级单元a的信号传输到匹配网络6a，经过功率级单元b的信号传输到匹配网络6b。匹配网络7连接到匹配网络6a和匹配网络6b的输出端，并且将信号输出作为射频输出。
在图2中，控制单元连接到偏置电路1a、偏置电路1b、驱动级单元a、驱动级单元b、偏置电路2a、偏置电路2b、功率级单元a以及功率级单元b，以控制电路的导通和断开状态。具体地，控制单元首先通过控制偏置电路来进一步控制驱动级单元或功率级单元的导通状态，然后驱动级单元或功率级单元的不同导通状态会决定是否将其对应的输入/输出匹配网络引入射频放大链路，输入/输出匹配网络的变化将改变整个射频放大链路的频率特性，从而实现对频率带宽的可重构设计。为了工作原理说明方便，我们假设当前射频链路中驱动级单元a与功率级单元a都是处于正常导通放大工作状态，本领域的技术人员可以清楚，其他工作状态也可以相同或者相似地应用。
1、当控制单元通过控制偏置电路1b/偏置电路2b分别使驱动级单元b导通而功率级单元b不导通，则匹配网络2a将与匹配网络2b及匹配网络1共同组成输入匹配；匹配网络3a将与匹配网络3b、匹配网络4及匹配网络5a共同组成级间匹配网络；匹配网络6a与匹配网络7共同组成输出匹配网络。
2、当控制单元通过控制偏置电路1b/偏置电路2b分别使驱动级单元b/功率级单元b均导通，则匹配网络2a将与匹配网络2b及匹配网络1共同组成输入匹配；匹配网络3a将与匹配网络3b、匹配网络4及匹配网络5a和匹配网络5b共同组成级间匹配网络；匹配网络6a将与匹配网络6b及匹配网络7共同组成输出匹配网络。
3、当控制单元通过控制偏置电路1b/偏置电路2b分别使驱动级单元b不导通而功率级单元b导通，则匹配网络2a将与匹配网络1共同组成输入匹配；匹配网络3a将与匹配网络4及匹配网络5a和匹配网络5b共同组成级间匹配网络；匹配网络6a将与匹配网络6b及匹配网络7共同组成输出匹配网络。
4、当控制单元通过控制偏置电路1b/偏置电路2b分别使驱动级单元b/功率级单元b均不导通，则匹配网络2a将与匹配网络1共同组成输入匹配；匹配网络3a将与匹配网络4及匹配网络5a共同组成级间匹配网络；匹配网络6a将与匹配网络7共同组成输出匹配网络。
通过上述方案，不需要增加额外的射频开关，通过控制单元控制放大器单元的导通与关断状态即可来调整匹配网络的变化，从而起到对频率带宽进行调节的作用。
以上给出的场景，仅仅是本发明用于实现带宽可重构的两级射频功率放大器的示例性示例，具体实现中并不限于这些场景，而且在实际实现中可以在本发明实施例思想的基础上进行多种组合使用。
在本发明的实施例中，控制单元通过偏置电路1a/1b/2a/2b分别控制驱动级单元a/b与功率级单元a/b，驱动级单元与功率级单元之间的不同导通情况可以相互组合。
在本发明的上述实施例中，对驱动级单元、功率级单元均增加了输入匹配网络和输出匹配网络，然而本领域技术人员应该理解，可以只针对输入匹配网络或输出匹配网络进行频率带宽可重构设计。
在本发明的上述实施例中，假定控制单元通过偏置电路直接控制驱动级单元、功率级单元的导通与关断来实现频率带宽可重构；然而本领域的技术人员应该理解，本发明的实施例也可以应用于当偏置电路偏置于classc类状态的情形，当偏置电路偏置于classc类状态时，在小功率下对应的放大级单元不导通工作，但在大功率下其会部分或全部导通。在偏置电路偏置于classc类状态时，该工作状态对射频功率放大器的线性度还具有补偿作用。
图3是根据本发明另一实施例的带宽可重构的两级射频功率放大器的框图。在图3中，包括包含匹配网络1、匹配网络2a和匹配网络2b的输入匹配网络，在其中，匹配网络1接收射频输入，并且将信号提供到匹配网络2a、匹配网络2b。匹配网络2a的输出连接到偏置电路1a和驱动级单元a；相似地，匹配网络2b的输出连接到偏置电路1b和驱动级单元b。分别经过驱动级单元a和驱动级单元b的信号传输到包括匹配网络3、匹配网络4a以及匹配网络4b的级间匹配网络。在其中，匹配网络3的输入端连接到驱动级单元a和驱动级单元b的输出端；以及匹配网络3的输出端分别与匹配网络4a和匹配网络4b连接。匹配网络4a的输出连接到偏置电路2a和功率级单元a；相似地，匹配网络4b的输出连接到偏置电路2b和功率级单元b。功率级单元a和功率级单元b的输出端连接到匹配网络5，并且匹配网络5的输出端连接到射频输出。
在图3中，控制单元连接到偏置电路1a、偏置电路1b、驱动级单元a、驱动级单元b、偏置电路2a、偏置电路2b、功率级单元a以及功率级单元b，以控制电路的导通和断开状态。在图3的实施例中，驱动级单元和功率级单元只对输入匹配网络进行频率带宽可重构设计，其工作原理与图2的实施例的工作原理相似。
图4是根据本发明另一实施例的带宽可重构的两级射频功率放大器的框图。在图4中，匹配网络1接收射频输入，并且匹配网络1的输出连接到偏置电路1和驱动级单元a。经过驱动级单元a的信号传输到包括匹配网络2、匹配网络3a以及匹配网络3b的级间匹配网络。在其中，匹配网络2的输入端连接到驱动级单元a的输出端；以及匹配网络2的输出端分别与匹配网络3a和匹配网络3b连接。匹配网络3a的输出连接到偏置电路2a和功率级单元a；相似地，匹配网络3b的输出连接到偏置电路2b和功率级单元b。经过功率级单元a的信号传输到匹配网络4a，经过功率级单元b的信号传输到匹配网络4b。匹配网络5连接到匹配网络4a和匹配网络4b的输出端，并且将信号输出作为射频输出。
在图4中，控制单元连接到偏置电路1、驱动级单元a、偏置电路2a、偏置电路2b、功率级单元a以及功率级单元b，以控制电路的导通和断开状态。在图4的实施例中，只对功率级单元输入匹配与输出匹配网络进行频率带宽可重构设计，驱动级单元的输入匹配与输出匹配是固定的，其工作原理与图2的实施例的工作原理相似。
图5是根据本发明另一实施例的带宽可重构的两级射频功率放大器的框图。在图5中，包括包含匹配网络1、匹配网络2a和匹配网络2b的输入匹配网络，在其中，匹配网络1接收射频输入，并且将信号提供到匹配网络2a、匹配网络2b。匹配网络2a的输出连接到偏置电路1a和驱动级单元a；相似地，匹配网络2b的输出连接到偏置电路1b和驱动级单元b。经过驱动级单元a和驱动级单元b的信号分别传输到包括匹配网络3a、匹配网络3b、匹配网络4的级间匹配网络。在其中，匹配网络3a接收驱动级单元a的信号，并且将信号传输到匹配网络4；相似地，匹配网络3b接收驱动级单元b的信号，并且将信号传输到匹配网络4。匹配网络4的输出端连接到偏置电路2和功率级单元b。经过功率级单元b的信号传输到匹配网络5，并且匹配网络5将信号输出作为射频输出。
在图5中，控制单元连接到偏置电路1a、偏置电路1b、驱动级单元a、驱动级单元b、偏置电路2a、偏置电路2b、功率级单元a以及功率级单元b，以控制电路的导通和断开状态。在图5的实施例中，只对驱动级单元输入匹配与输出匹配网络进行频率带宽可重构设计，功率级单元的输入匹配与输出匹配是固定的，其工作原理与图2的实施例的工作原理相似。此外，还可以只对驱动级单元的输入匹配网络或输出匹配网络进行可重构设计。
图6是根据本发明另一实施例的带宽可重构的两级射频功率放大器的框图。在图6中，包括包含匹配网络1、匹配网络2a-匹配网络2n的输入匹配网络，在其中，匹配网络1接收射频输入，并且将信号提供到匹配网络2a-匹配网络2n。匹配网络2a的输出连接到偏置电路1a和驱动级单元a；相似地，匹配网络2b的输出连接到偏置电路1b和驱动级单元b以及匹配网络2n的输出连接到偏置电路1n和驱动级单元n。分别经过驱动级单元a、驱动级单元b以及驱动级单元n的信号传输到包括匹配网络3a-匹配网络3n、匹配网络4、匹配网络5a-匹配网络5n的级间匹配网络。在其中，匹配网络3a接收驱动级单元a的信号，并且将信号传输到匹配网络4；相似地，匹配网络3b接收驱动级单元b的信号，并且将信号传输到匹配网络4以及匹配网络3n接收驱动级单元n的信号，并且将信号传输到匹配网络4。匹配网络4的输出端分别与匹配网络5a-匹配网络5n连接。匹配网络5a的输出连接到偏置电路2a和功率级单元a；相似地，匹配网络5b的输出连接到偏置电路2b和功率级单元b以及匹配网络5n的输出连接到偏置电路2n和功率级单元n。经过功率级单元a的信号传输到匹配网络6a，经过功率级单元b的信号传输到匹配网络6b以及经过功率级单元n的信号传输到匹配网络6n。匹配网络7连接到匹配网络6a-匹配网络6n的输出端，并且将信号输出作为射频输出。
在图6中，控制单元连接到偏置电路1a-偏置电路1n、驱动级单元a-驱动级单元n、偏置电路2a-偏置电路2n、以及功率级单元a-功率级单元n，以控制电路的导通和断开状态。在图6的实施例中，增加了更多驱动级以及功率级分路来实现更宽或更精确的频率带宽可重构设计，其工作原理与图2的实施例的工作原理相似。
图7是根据本发明实施例的带宽可重构的两级射频功率放大器的电路图。
在图7中，电感器l1一端连接到射频输入，并且其另一端接地。电容器c1a的一端连接到射频输入，并且其另一端连接到电阻器r1a以及晶体管q1a的栅极。电容器c1b的一端连接到射频输入，并且其另一端连接到电阻器r1b以及晶体管q1b的栅极。电阻器r1a的一端连接到电容器c1a和晶体管q1b的栅极，并且其另一端通过偏置电路1a连接到参考电压vref_1a。电阻器r1b的一端连接到电容器c1b和晶体管q1b的栅极，并且其另一端通过偏置电路1b连接到参考电压vref_1b。晶体管q1a的栅极连接到电容器c1a和电阻器r1a，其源极通过电感器l2连接到电压vcc1，并且其漏极接地。晶体管q1b的栅极连接到电容器c1b和电阻器r1b，其源极通过电感器l3连接到电压vcc1，并且其漏极接地。电容器c2a的一端连接到电感器l2和晶体管q1a之间，并且其另一端连接到电感器l4和电容器c3a之间。电容器c2b的一端连接到电感器l3和晶体管q1b之间，并且其另一端连接到电感器l4和电容器c3b之间。电容器c3a的一端与电感器l4连接，并且其另一端连接在电阻器r2a和晶体管q2a的栅极之间。电容器c3b的一端与电感器l4连接，并且其另一端连接在电阻器r2b和晶体管q2b的栅极之间。电阻器r2a的一端与电容器c3a连接，并且其另一端通过偏置电路2a连接到参考电压vref_2a。电阻器r2b的一端与电容器c3b连接，并且其另一端通过偏置电路2b连接到参考电压vref_2b。晶体管q2a的栅极连接到电容器c3a和电阻器r2a，其源极通过电感器l5连接到电压vcc2，并且其漏极接地。晶体管q2b的栅极连接到电容器c3b和电阻器r2b，其源极通过电感器l6连接到电压vcc2，并且其漏极接地。电容器c4a的一端连接到电感器l5和晶体管q2a之间，并且其另一端连接到电感器l7和电感器l8之间。电容器c4b的一端连接到电感器l6和晶体管q2b之间，并且其另一端连接到电感器l7和电感器l8之间。电感器l7一端与电感器l8连接，其另一端接地。电感器l8一端与电感器l7连接，其另一端连接到射频输出。电容器c5一端连接到射频输出，并且其另一端接地。
图7中的电路通过异质结双极型晶体管(hbt)工艺来实现，然而本发明的实施例不限于此，本领域技术人员应该清楚，可以通过其他工艺，例如，cmos/bjt/bicmos/gan等来设计本发明实施例的功率放大器。
根据本发明的实施例，提供了一种无射频开关实现带宽可重构的射频功率放大器的实现方案，这种方案无需增加额外的射频开关，通过控制单元控制放大级的导通与关断状态即可来调整匹配网络的变化，从而起到对频率带宽进行调节的作用。
尽管已经用示例性实施例描述了本公开，但是可以向本领域技术人员建议各种改变和修改。本公开旨在涵盖落入所附权利要求范围内的这种改变和修改。
本发明中的任何描述都不应被理解为暗示任何特定的元件、步骤或功能是必须包括在权利要求范围内的必要元件。专利主题的范围仅由权利要求限定。
1.一种带宽可重构的射频功率放大器，其特征在于包括：
输入匹配网络模块，其接收射频输入信号，并且为射频功率放大器提供输入匹配；
驱动级放大模块，其从输入匹配网络模块接收信号，并且被配置为对从输入匹配网络模块接收的信号进行放大；
级间匹配网络模块，其从驱动级放大模块接收信号，并且为射频功率放大器提供级间匹配；
功率级放大模块，其从级间匹配网络模块接收信号，并且被配置为对从级间匹配网络模块接收的信号进行放大；
输出匹配网络模块，其从功率级放大模块接收信号，并且为射频功率放大器提供输出匹配；以及
控制单元，其连接到驱动级放大模块和功率级放大模块，并且被配置为控制驱动级放大模块和功率级放大模块来调整射频功率放大器的频率带宽。
2.根据权利要求1所述的射频功率放大器，其特征在于，所述射频功率放大器包括n个驱动级放大模块，所述n是大于等于1的自然数。
3.根据权利要求1所述的射频功率放大器，其特征在于，所述射频功率放大器包括m个功率级放大模块，所述m是大于等于1的自然数。
4.根据权利要求1所述的射频功率放大器，其特征在于，所述驱动级放大模块包括驱动级偏置电路模块和驱动级单元模块。
5.根据权利要求4所述的射频功率放大器，其特征在于，所述控制单元通过控制驱动级偏置电路模块来控制驱动级单元模块的导通状态。
6.根据权利要求4所述的射频功率放大器，其特征在于，所述控制单元通过控制驱动级偏置电路模块处于classc类状态来控制驱动级单元模块的导通状态。
7.根据权利要求1所述的射频功率放大器，其特征在于，所述功率级放大模块包括功率级偏置电路模块和功率级单元模块。
8.根据权利要求7所述的射频功率放大器，其特征在于，所述控制单元通过控制功率级偏置电路模块来控制功率级单元模块的导通状态。
9.根据权利要求7所述的射频功率放大器，其特征在于，所述控制单元通过控制功率级偏置电路模块处于classc类状态来控制功率级单元模块的导通状态。
10.根据权利要求1所述的射频功率放大器，其特征在于，所述控制单元通过控制所述驱动级放大模块来调整所述输入匹配网络模块，以调整所述射频功率放大器的频率带宽。
11.根据权利要求1所述的射频功率放大器，其特征在于，所述控制单元通过控制所述驱动级放大模块来调整所述级间匹配网络模块，以调整所述射频功率放大器的频率带宽。
12.根据权利要求1所述的射频功率放大器，其特征在于，所述控制单元通过控制所述功率级放大模块来调整所述级间匹配网络模块，以调整所述射频功率放大器的频率带宽。
13.根据权利要求1所述的射频功率放大器，其特征在于，所述控制单元通过控制所述功率级放大模块来调整所述输出匹配网络模块，以调整所述射频功率放大器的频率带宽。
14.根据权利要求1所述的射频功率放大器，其特征在于，所述射频功率放大器通过hbt、cmos、bjt、bicmos、gan工艺中的一种来实现。
技术总结