阅读说明：本技术 一种射频放大器 (kinds of radio frequency amplifier ) 是由 万亮 臧振刚 王宇翔 石尚杰 于 2018-07-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种射频放大器。该射频放大器通过在输入偏置网络和偏置电源之间设置电压转换网络,将偏置电源输出的电压转换成输入偏置电压,实现单个电源同时为射频放大器提供输入偏置电压和输出偏置电压。并且通过电压转换网络控制信号输出端输出控制信号控制控制开关电路导通,使偏置电源输出的电压通过控制开关电路传输至输出偏置网络的输入端,为耗尽型放大器器件提供输出偏置网络。从而实现只有输入偏置网络的输入偏置电压加载到耗尽型放大器器件的输入端后,输出偏置网络才会为耗尽型放大器器件提供输出偏置网络,从而避免了因输入偏置电压过高而产生过大的输出偏置电流,进而烧毁器件的现象。(The invention discloses radio frequency amplifiers, which convert the voltage output by the bias power supply into the input bias voltage by arranging a voltage conversion network between the input bias network and the bias power supply, realize that a single power supply simultaneously provides the input bias voltage and the output bias voltage for the radio frequency amplifier, and control the conduction of a control switch circuit by the output control signal of a signal output end of a voltage conversion network control signal, so that the voltage output by the bias power supply is transmitted to the input end of the output bias network by controlling the switch circuit, and the output bias network is provided for a depletion type amplifier device.)

一种射频放大器

技术领域

本发明实施例涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种射频放大器。

背景技术

在无线通信、雷达、毫米波等领域，射频功率放大器是相关设备中必不可少的核心环节。射频功率放大器工作时需要提供合适的偏置电压。射频功率放大器的输入偏置电压通过输入偏置网络加载于放大器器件的输入端，输出偏置电压通过输出偏置网络加载于放大器器件的输出端，因此合适的输入偏置电压和输出偏置电压是射频功率放大器正常工作的前提。耗尽型射频功率放大器的输入偏置为负电压，输出偏置为正电压。耗尽型射频功率放大器的输入偏置电压需要较深的负压偏置才能使其关闭，因此在输入端无输入的情况下，耗尽型器件为开启状态，而且此时输入端的电压为零，远远高于耗尽型射频功率放大器正常工作时的阈值电压，此时如果给射频功率放大器输出端提供输出偏置电压，就会由于输出端过高的输入偏置电压而产生过大的输出电流，烧毁射频放大器。

发明内容

本发明提供一种射频放大器，以实现在射频放大器输入偏置电压准备完成后提供输出偏置电压，保证了输入偏置电压和输出偏置电压的时序顺序，从而避免了射频放大器被烧毁的现象。

第一方面，本发明实施例提供了一种射频放大器，包括输入偏置网络、耗尽型放大器器件、输出偏置网络、电压转换网络、控制开关电路和偏置电源；

所述输入偏置网络的输出端与所述耗尽型放大器器件的输入端电连接；

所述输出偏置网络的输出端与所述耗尽型放大器器件的输出端电连接；

所述电压转换网络包括输入端、输出端和控制信号输出端，所述电压转换网络的输入端与所述偏置电源的输出端电连接，所述电压转换网络的输出端与所述输入偏置网络的输入端电连接；所述电压转换网络用于将所述偏置电源输出端输出的电源电压转换为所述输入偏置网络的输入偏置电压；

所述控制开关电路包括第一端、第二端和控制端，所述控制开关电路的控制端与所述电压转换网络的控制信号输出端电连接，所述控制开关电路的第一端与所述偏置电源的输出端电连接，所述控制开关电路的第二端与所述输出偏置网络的输入端电连接；所述控制开关电路用于根据所述电压转换网络的控制信号输出端输出的控制信号，将所述偏置电源输出端输出的电源电压传输至所述输出偏置网络的输入端。

具体地，所述电压转换网络包括电压转换芯片和控制信号输出电路；

所述电压转换芯片包括第一电压输入端、电压输出端和电压控制端，所述电压转换芯片的第一电压输入端作为所述电压转换网络的输入端，所述电压转换芯片的电压输出端作为所述电压转换网络的输出端；所述电压转换芯片将所述偏置电源输出端输出的电源电压转换为所述输入偏置网络的输入偏置电压；

所述控制信号输出电路的控制信号输入端与所述电压转换芯片的电压控制端电连接，所述控制信号输出电路的输入端与所述偏置电压的输出端电连接，所述控制信号输出电路的输出端作为所述电压转换网络的控制信号输出端；所述控制信号输出电路用于在所述电压转换芯片的电压控制端输出信号后输出所述控制信号。

具体地，所述电压转换芯片还包括第二电压输入端和开关晶体管；

所述开关晶体管的控制端与所述电压转换芯片的电压输出端电连接，所述开关晶体管的第一端与所述第二电压输入端电连接，所述开关晶体管的第二端作为所述电压转换芯片的电压控制端。

具体地，所述开关晶体管为P型晶体管。

具体地，所述电压转换网络还包括分压子电路；

所述分压子电路的第一输入端与所述偏置电源的输出端电连接，所述分压子电路的第二输入端接地，所述分压子电路的输出端与所述电压转换芯片的第二电压输入端电连接；

所述分压子电路用于将所述偏置电源输出的电压分压后输入至所述电压转换芯片的第二电压输入端。

具体地，所述分压子电路包括第一分压电阻和第二分压电阻；

所述第一分压电阻的第一端作为所述分压子电路的第一输入端，所述第一分压电阻的第二端与所述第二分压电阻的第一端电连接，所述第二分压电阻的第一端作为所述分压子电路的输出端，所述第二分压电阻的第二端作为所述分压子电路的第二输入端。

具体地，所述控制信号输出电路包括第一晶体管、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第一电容；

所述第一电阻的第一端作为所述控制信号输出电路的控制信号输入端，所述第一电阻的第二端与所述第一晶体管的控制端电连接；

所述第一电容的第一端与所述第一电阻的第一端电连接，所述第一电容的第二端接地；

所述第一晶体管的第一端与所述第二电阻的第一端电连接，所述第一晶体管的第二端接地；

所述第二电阻的第二端与所述第三电阻的第一端电连接，所述第三电阻的第二端与所述偏置电源的输出端电连接，所述第二电阻的第二端作为所述控制信号输出电路的输出端。

具体地，该射频放大器还包括信号输入端、信号输出端、输入匹配网络和输出匹配网络；

所述输入匹配网络的输入端与所述信号输入端电连接，所述输入匹配网络的输出端与所述耗尽型放大器器件的输入端电连接；

所述输出匹配网络的输入端与所述耗尽型放大器器件的输出端电连接，所述输出匹配网络的输出端与所述信号输出端电连接。

具体地，所述控制开关电路为第一控制开关，所述第一控制开关包括第一端、第二端和控制端，所述第一控制开关根据其控制端的电压将其第一端和第二端之间导通或者关断；

所述第一控制开关的控制端作为所述控制开关电路的控制端，所述第一控制开关的第一端作为所述控制开关电路的第一端，所述第一控制开关的第二端作为所述控制开关电路的第二端。

具体地，所述偏置电源为直流电源，所述偏置电源输出的电压大于所述电压转换网络的输出端输出的电压。

本发明通过在输入偏置网络和偏置电源之间设置电压转换网络，将偏置电源输出的电压转换成输入偏置电压，实现单个电源同时为射频放大器提供输入偏置电压和输出偏置电压，减少了电源的个数。并且电压转换网络控制信号输出端输出控制信号控制控制开关电路导通，使偏置电源输出的电压通过控制开关电路传输至输出偏置网络的输入端，为耗尽型放大器器件提供输出偏置电压。从而实现只有输入偏置网络的输入偏置电压加载到耗尽型放大器器件的输入端后，输出偏置网络才会为耗尽型放大器器件提供输出偏置电压，从而避免了因输入偏置电压过高而产生过大的输出电流，进而烧毁器件的现象。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种射频放大器的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种电压转换网络的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种电压转换芯片与***电路的电路原理图；

图4是本发明实施例提供的另一种电压转换网络的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的另一种电压转换网络的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的另一种射频放大器的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的另一种射频放大器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1是本发明实施例提供的一种射频放大器的结构示意图，如图1所示，该射频放大器包括输入偏置网络110、耗尽型放大器器件120、输出偏置网络130、电压转换网络140、控制开关电路150和偏置电源160。输入偏置网络110的输出端Vout1与耗尽型放大器器件120的输入端Vin2电连接；输出偏置网络130的输出端Vout3与耗尽型放大器器件120的输出端Vout2电连接。

电压转换网络140包括输入端Vin4、输出端Vout4和控制信号输出端Kout，电压转换网络140的输入端Vin4与偏置电源160的输出端Vout6电连接，电压转换网络140的输出端Vout4与输入偏置网络110的输入端Vin1电连接。电压转换网络140用于将偏置电源160的输出端Vout6输出的电源电压转换为输入偏置网络110的输入偏置电压。

控制开关电路150包括第一端A1、第二端A2和控制端Kin，控制开关电路150的控制端Kin与电压转换网络140的控制信号输出端Kout电连接，控制开关电路150的第一端A1与偏置电源160的输出端Vout6电连接，控制开关电路150的第二端A2与输出偏置网络130的输入端Vin3电连接；控制开关电路150用于根据电压转换网络140的控制信号输出端Kout输出的控制信号，将偏置电源160输出端Vout6输出的电源电压传输至输出偏置网络130的输入端Vin3。

具体地，如图1所示，输入偏置网络110为耗尽型放大器器件120提供输入偏置电压，控制耗尽型放大器器件120的工作状态。输出偏置网络130为耗尽型放大器器件120提供输出偏置电压，为耗尽型放大器器件120提供工作所需的功率。耗尽型放大器器件120有一个输入偏置阈值电压，当输入偏置电压低于输入偏置阈值电压时，耗尽型放大器器件120为关闭状态，此时耗尽型放大器器件120输出端Vout2没有电流输出，耗尽型放大器器件120无法进行信号放大；当输入偏置电压高于输入偏置阈值电压时，耗尽型放大器器件120为开启状态，此时耗尽型放大器器件120的输出端Vout2开始出现电流，耗尽型放大器器件120可以正常工作。在输入偏置电压高于输入偏置阈值电压后，输入偏置电压越高，耗尽型放大器器件120的输出端Vout2的电流越大，耗尽型放大器器件120的放大倍数越大。

输入偏置网络110和输出偏置网络130共用一个偏置电源160。偏置电源160输出端Vout6输出的电压同时为输入偏置网络110和输出偏置网络130提供电压。其中，偏置电源160通过电压转换网络140产生一个负压输入偏置网络110，输入偏置网络110对电压转换网络140输出的负压进行去耦、调整等过程，输出输入偏置电压至耗尽型放大器器件120的输入端Vin2。偏置电源160通过控制开关电路150控制是否将偏置电源160输出的电压提供至输出偏置网络130，当控制开关电路150导通时，输出偏置网络130对偏置电源160提供的电压进行去耦、调整等过程，形成输出偏置电压并输出至耗尽型放大器器件120的输出端Vout2。

一般情况下，偏置电源160为直流电源，并且偏置电源160输出的电压为正压。而耗尽型放大器器件120对应的输入偏置网络110的输入偏置电压为负压，输出偏置网络120的输出偏置电压为正压，因此需要电压转换网络140将偏置电源160输出端Vout6输出的电压进行转换，使其为输入偏置网络110提供输入偏置电压。偏置电源160输出的电压为正压，大于电压转换网络140的输出端输出的负压，因此电压转换网络140实现降压。

射频放大器还包括信号输入端Vin和信号输出端Vout，信号输入端Vin与耗尽型放大器器件120的输入端Vin2电连接，输入端Vin输入需要放大的输入信号，传输至耗尽型放大器器件的输入端Vin2，信号输出端Vout与耗尽型放大器器件120的输出端Vout2电连接，输出放大后的输入信号。在信号输入端Vin输入信号之前，耗尽型放大器器件120的输入端Vin2的电压为零，此时耗尽型放大器器件120处于导通状态，并且远远高于耗尽型放大器器件120正常工作时的输入偏置阈值电压(一般情况下，耗尽型放大器器件120正常工作时的阈值电压为负压)，如果输出偏置网络130提供输出偏置电压，耗尽型放大器器件120的输出端Vout2输出的电流非常大，导致耗尽型放大器器件120的烧毁。因此需要保证输入偏置网络110的输入偏置电压为负压后才能对输出偏置网络130提供输出偏置电压，以避免烧毁器件。

在此过程中，输出偏置网络130通过控制开关电路150与偏置电源160连接。当控制开关电路150导通时，偏置电源160输出的电压才会传输至输出偏置网络130的输入端Vin3，为输出偏置网络130提供正压。电压转换网络140的控制信号输出端Kout与控制开关电路150的控制端Kin电连接。当电压转换网络140的输出端Vout4输出输入偏置网络110的输入偏置电压后，电压转换网络140的控制信号输出端Kout输出控制信号至控制开关电路150的控制端Kin，控制其导通，从而实现将偏置电源160输出的正压传输至输出偏置网络130的输入端Vin3，输出偏置网络130对其进行去耦、调整后形成输出偏置电压，并传输至耗尽型放大器器件120的输出端Vout2。由此可以保证只有输入偏置网络110的输入偏置电压加载到耗尽型放大器器件120的输入端Vin2后，输出偏置网络130才会为耗尽型放大器器件120提供输出偏置电压，从而避免了因输入偏置电压过高而产生过大的输出电流，进而烧毁器件的现象。

本实施例的技术方案，通过在输入偏置网络和偏置电源之间设置电压转换网络，将偏置电源输出的电压转换成输入偏置电压，实现单个电源同时为射频放大器提供输入偏置电压和输出偏置电压，减少了电源的个数。并且电压转换网络控制信号输出端输出控制信号控制控制开关电路导通，使偏置电源输出的电压通过控制开关电路传输至输出偏置网络的输入端，为耗尽型放大器器件提供输出偏置电压。从而实现只有输入偏置网络的输入偏置电压加载到耗尽型放大器器件的输入端后，输出偏置网络才会为耗尽型放大器器件提供输出偏置电压，从而避免了因输入偏置电压过高而产生过大的输出电流，进而烧毁器件的现象。

在上述技术方案的基础上，图2是本发明实施例提供的一种电压转换网络的结构示意图，结合图1和图2，电压转换网络140包括电压转换芯片141和控制信号输出电路142。电压转换芯片141包括第一电压输入端in1、电压输出端out1和电压控制端Cout，电压转换芯片141的第一电压输入端in1作为电压转换网络140的输入端Vin4，电压转换芯片141的电压输出端out1作为电压转换网络140的输出端Vout4。电压转换芯片141将偏置电源160输出端Vout6输出的电源电压转换为输入偏置网络110的输入偏置电压。

控制信号输出电路142的控制信号输入端Cin与电压转换芯片141的电压控制端Cout电连接，控制信号输出电路142的输出端out2作为电压转换网络140的控制信号输出端Kout；控制信号输出电路142用于在电压转换芯片141的电压控制端Cout输出信号后输出控制信号。

示例性地，图3是本发明实施例提供的一种电压转换芯片与***电路的电路原理图，如图3所示，电压转换芯片141的型号可以是TPS54260DGQ，此时芯片TPS54260DGQ上的PWRGD引脚即为电压转换芯片141的电压控制端Cout。另外，为了使芯片TPS54260DGQ正常工作，芯片TPS54260DGQ的***还包括其他的电路或元件，并与芯片TPS54260DGQ上的其他的引脚电连接。例如，输出电感L1串联在输出端out1和地之间，用于存储电能，同时减小输出电流的纹波，从而使输出电流平稳。续流二极管D1连接在pH引脚和GND引脚之间，当芯片TPS54260DGQ内部电源关闭时流过输出电感L1的电流，起到续流的作用。起始电容Cst连接在pH引脚和Boot引脚之间，起始电容Cst为芯片TPS54260DGQ内部的Boot生成器的晶体管提供门驱动电压。另外，还有与comp引脚连接的为补偿电路1411，用于在电压转换芯片141输出电压不稳定时补偿输出电压，使其输出稳定。与pH引脚和GND引脚连接的两个并联电容构成滤波电路1412，用于滤除电压转换芯片141输出电压中的谐波成分。

具体地，当电压转换芯片141的输出端out1未输出电压，或者输出的电压不是输入偏置电压时，电压控制端Cout不输出信号，控制信号输出电路142不输出控制信号，此时控制开关电路150处于断开状态。当电压转换芯片141的输出端out1输出的电压为输入偏置电压时，电压控制端Cout输出信号，控制控制信号输出电路142输出控制信号，控制控制开关电路150导通，从而偏置电源160的输出端Vout6输出的电压可以通过控制开关电路150加载到输出偏置网络130。

在上述技术方案的基础上，继续参考图1和图2，电压转换芯片141还包括第二电压输入端in2和开关晶体管Q。开关晶体管Q的控制端ctrl与电压转换芯片141的电压输出端out1电连接，开关晶体管Q的第一端A与第二电压输入端in2电连接，开关晶体管Q的第二端B作为电压转换芯片141的电压控制端Cout。

具体地，耗尽型放大器器件的输入偏置电压为负压，而偏置电源160提供的电压一般为正压，因此电压转换芯片141实现将正压转换成负压，电压转换芯片141的输出端out1输出的电压为低电平。此时可以设置开关晶体管Q为P型晶体管。当电压转换芯片141的输出端out1不输出电压或输出高电平时，开关晶体管Q不导通，电压转换芯片141的电压控制端Cout不输出信号。当电压转换芯片141的输出端out1输出低电平时，控制开关晶体管Q导通，开关晶体管Q将电压转换芯片141的第二电压输入端in2输入的电压传输至电压转换芯片141的电压控制端Cout，输出第二电压输入端in2输入的电压。

在上述技术方案的基础上，图4是本发明实施例提供的另一种电压转换网络的结构示意图，如图4所示，电压转换网络还包括分压子电路143。分压子电路143的第一输入端C与偏置电源160的输出端Vout6电连接，分压子电路143的第二输入端D接地，分压子电路143的输出端E与电压转换芯片141的第二电压输入端in2电连接。分压子电路143用于将偏置电源160输出的电压分压后输入至电压转换芯片141的第二电压输入端in2。

具体地，分压子电路143包括第一分压电阻Rt1和第二分压电阻Rt2。第一分压电阻Rt1的第一端作为分压子电路143的第一输入端C，第一分压电阻Rt1的第二端与第二分压电阻Rt2的第一端电连接，第二分压电阻Rt2的第一端作为分压子电路143的输出端E，第二分压电阻Rt2的第二端作为分压子电路的第二输入端D。分压子电路143中的第一分压电阻Rt1和第二分压电阻Rt2串联，对偏置电源160输出的电压进行分压，并将第二分压电阻Rt2上的电压作为输出电压输出到电压转换芯片141的第二电压输入端in2。

在上述各技术方案的基础上，图5是本发明实施例提供的另一种电压转换网络的结构示意图，如图5所示，控制信号输出电路142包括第一晶体管T1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第一电容C1。第一电阻R1的第一端a作为控制信号输出电路142的控制信号输入端Cin，第一电阻的第二端b与第一晶体管T1的控制端c电连接；第一电容C1的第一端f与第一电阻R1的第一端a电连接，第一电容C1的第二端g接地。第一晶体管T1的第一端d与第二电阻R2的第一端k电连接，第一晶体管T1的第二端e接地；第二电阻R2的第二端m与第三电阻R3的第一端n电连接，第三电阻R3的第二端p与偏置电源160的输出端Vout6电连接，第二电阻R2的第二端m作为控制信号输出电路142的输出端out2。

具体地，当电压转换芯片141的电压控制端Cout输出信号后，经过第一电阻R1加载到第一晶体管T1的控制端，控制第一晶体管T1导通，此时第二电阻R2、第三电阻R3和第一晶体管T1构成回路。因第一晶体管T1的第二端e接地，第三电阻R3的第二端p与偏置电源160的输出端Vout6电连接，因此第二电阻R2和第三电阻R3对偏置电源160输出端Vout6输出的电压进行分压，并将第二电阻R2上的电压作为控制信号从控制信号输出电路142的输出端out2输出，控制控制开关电路导通。

在上述各技术方案的基础上，图6是本发明实施例提供的另一种射频放大器的结构示意图，结合图5和图6，控制开关电路150为第一控制开关K1。第一控制开关K1包括第一端、第二端和控制端，第一控制开关K1根据其控制端的电压将其第一端和第二端之间导通或者关断。

第一控制开关K1的控制端作为控制开关电路的控制端Kin，第一控制开关K1的第一端作为控制开关电路的第一端A1，第一控制开关K1的第二端作为控制开关电路的第二端A2。

具体地，第一控制开关K1的控制端与控制信号输出电路142的输出端out2电连接，而控制信号输出电路142的输出端out2输出的电压为第二电阻R2对偏置电源160的分压，因此控制信号输出电路142的输出端out2输出的电压为高电平，第一控制开关K1在高电平时导通，将偏置电源160的输出端Vout6输出的电压经过第一控制开关K1传输至输出偏置网络130，实现对耗尽型放大器器件120提供输出偏置电压。由此可知，控制开关电路150可以实现输入偏置电压对输出偏置网络130供电的通断控制，从而可以保证当输入偏置电压加载到耗尽型放大器器件的输入端后，输出偏置网络才会为耗尽型放大器器件提供输出偏置网络，从而避免了因输入偏置电压过高而产生过大的输出偏置电流，进而烧毁器件的现象。

在上述各技术方案的基础上，图7是本发明实施例提供的另一种射频放大器的结构示意图，如图7所示，该射频放大器还包括输入匹配网络170和输出匹配网络180。输入匹配网络180的输入端与信号输入端Vin电连接，输入匹配网络170的输出端与耗尽型放大器器件120的输入端Vin2电连接。输入匹配网络170可以实现信号输入端Vin和耗尽型放大器器件120之间的阻抗匹配连接。

输出匹配网络180的输入端与耗尽型放大器器件120的输出端Vout2电连接，输出匹配网络180的输出端与信号输出端Vout电连接。输出匹配网络180可以实现信号输出端Vout和耗尽型放大器器件120之间的阻抗匹配连接。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。