一种差分预失真功率放大器以及射频前端的制作方法 专利技术说明

电子电路装置的制造及其应用技术1.本发明涉及移动通信技术领域，特别是涉及一种差分预失真功率放大器以及射频前端。背景技术：2.随着第五代移动通信技术的推广，市场所需的射频前端产品的性能不断提高，需要射频前端模块的功放芯片有更高的线性输出功率，更好的线性回退，更低的静态损耗，更高的效率，更宽的带宽要求。3.现有技术中，传统的预失真电路设计主要针对单端功率放大器（pa），且引入的预失真管需要外加电压控制，设计繁琐；如申请号为200980161948.9，具有线性预失真器的射频放大电路。4.对于线性差分攻防来说，市场上应用较少，但差分电路的优势，却是单端功率放大器无法比拟的。对于管芯尺寸相同的功率放大器，相同输出功率下的差分阻抗是单端阻抗的4倍，这就意味着差分放大器有更小反射系数，更低的驻波比，适合宽带功率放大器设计。5.对于线性差分电路来说，差分放大器输入输出的射频信号，幅度相同，相位相反，因而差分电路有着更好的屏蔽作用，对外部电磁干扰（emi）和附近信号的串扰具有更好的靠扰性。6.对于线性差分功率放大器来说，提高静态工作点，常用的功率放大器工作模式为class ab向深度class变化，功率放大器的输出线性指标会得到改善。但静态电流的增加，使得功率放大器在静态损耗增加，功率放大器的效率降低。而减小功率放大器的静态电流，功率放大器的增益会随着输出功率的增加出现扩张，该am-am的失真，带来了线性的恶化，但该状态下的效率却得到了提升。7.因此，如何在降低差分放大器的静态电流的情况下，还能够提高差分功率放大器的线性指标，是目前有待解决的问题。技术实现要素：8.本发明的目的是提供一种差分预失真功率放大器以及射频前端，以解决现有技术中降低差分功率放大器的静态电流，会带来差分功率放大器线性指标的恶化的问题。9.为解决上述技术问题，本发明提供一种差分预失真功率放大器，包括：射频输入端口；差分输入匹配电路，与射频输入端口连接，将输入信号转化为幅值相同、相位相反的第一差分信号和第二差分信号，分别由所述差分输入匹配电路的差分p端口和差分n端口输出；差分预失真电路，设置于差分输入匹配电路和差分功率放大电路之间，包括结构完全对称的p端预失真电路与n端预失真电路；差分功率放大电路，包括结构完全对称 、静态工作状态一致的第一放大电路和第二放大电路；差分输出匹配电路，与所述差分功率放大电路输出端连接；射频输出端口，与所述差分输出匹配电路输出端连接；其中，所述差分预失真电路的p端与所述差分输入匹配电路的差分p端口、所述差分功率放大电路的输入p端连接，将所述第一差分信号经所述p端预失真电路进行预失真处理后，输入所述第一放大电路；所述差分预失真电路的n端与所述差分输入匹配电路的差分n端口、所述差分功率放大电路的输入n端连接，将所述第二差分信号经所述n端预失真电路进行预失真处理后，输入所述第二放大电路。10.优选地，所述p端预失真电路与所述n端预失真电路相连，以电路中心对称点为虚地。11.优选地，所述p端预失真电路与所述n端预失真电路分别接地。12.优选地，所述p端预失真电路包括第一晶体管，所述n端预失真电路包括第二晶体管；所述差分预失真电路的p端为所述第一晶体管的栅极，所述差分预失真电路的n端为所述第二晶体管的栅极。13.优选地，所述第一晶体管的栅极与所述差分功率放大电路的输入p端、所述第一晶体管的漏极相连接，并连接到所述第二晶体管的源极；所述第二晶体管的栅极与所述差分功率放大电路输入n端、所述第二晶体管的漏极相连接，并连接到所述第一晶体管的源极；形成所述差分预失真电路的闭环电路。14.优选地，所述第一晶体管的栅极与所述差分功率放大电路的输入p端、所述第一晶体管的漏极相连接，所述第一晶体管的源极接地；所述第二晶体管的栅极与所述差分功率放大电路的输入n端、所述第二晶体管的漏极相连接，所述第二晶体管的源极接地；形成所述差分预失真电路的闭环电路。15.优选地，所述第一晶体管和所述第二晶体管为双栅晶体管；所述第一晶体管的第一栅极与所述差分功率放大电路的输入p端的第一栅极、所述第一晶体管的漏极相连接；所述第一晶体管的第二栅极与所述差分功率放大电路的输入p端的第二栅极连接；所述第二晶体管的第一栅极与所述差分功率放大电路的输入n端、所述第二晶体管的漏极相连接；所述第二晶体管的第二栅极与所述差分功率放大器的输入n端的第二栅极连接。16.优选地，所述p端预失真电路和n端预失真电路均由串联的两个晶体管组成，所述p端预失真电路包括第三晶体管和第四晶体管；所述n端预失真电路包括第五晶体管和第六晶体管。17.优选地，所述第三晶体管的栅极和所述差分功率放大电路的输入p端、所述第三晶体管的漏极相连接，并连接到所述第六晶体管的源极；所述第三晶体管的源极与第四晶体管的栅极、所述第四晶体管的漏极相连接；所述第五晶体管的栅极与所述差分功率放大电路的输入n端、所述第五晶体管的漏极相连接，并连接到所述第四晶体管的源极；所述第五晶体管的源极与第六晶体管的漏极、所述第六晶体管的栅极相连接，形成所述差分预失真电路的闭环电路。18.优选地，所述第三晶体管的栅极和所述差分功率放大电路的输入p端、所述第三晶体管的漏极相连接，并连接到所述第六晶体管的源极；第三晶体管的栅极与所述第四晶体管的栅极相连；所述第三晶体管的源极与第四晶体管的漏极相连接；所述第五晶体管的栅极与所述差分功率放大电路的输入n端、所述第五晶体管的漏极相连接，并连接到所述第四晶体管的源极；所述第五晶体管的栅极与所述第六晶体管的栅极相连，所述第五晶体管的源极与所述第六晶体管的漏极相连，形成所述差分预失真电路的闭环电路。19.优选地，所述第三晶体管和所述第五晶体管为双栅晶体管，所述第四晶体管和所述第六晶体管为单栅晶体管；所述第三晶体管的第一栅极和所述差分功率放大电路的输入p端的第一栅极、所述第三晶体管的漏极相连接，并连接到所述第六晶体管的源极；所述第三晶体管的第二栅极和所述差分功率放大电路的输入p端的第二栅极相连；所述第五晶体管的第一栅极和所述差分功率放大电路的输入n端的第一栅极、所述第五晶体管的漏极相连接，并连接到所述第四晶体管的源极；所述第五晶体管的第二栅极和所述差分功率放大电路的输入n端的第二栅极相连。20.本发明还提供了一种射频前端，包括上述所述的差分预失真功率放大器。21.本发明所提供的差分预失真功率放大器，在差分输入匹配电路和差分功率放大电路之间设置有差分预失真电路，由于差分输入匹配电路的差分端口输出的两路射频差分信号，幅值相同、相位相反，因此差分预失真电路的p端预失真电路和n端预失真电路结构完全对称。差分功率放大电路包括两路结构完全对称，静态工作状态一致的放大电路。差分预失真电路的p端与差分输入匹配电路的差分p端口、差分功率放大电路的输入p端三者相连，将差分输入匹配电路的差分p端口输出的第一差分信号经p端预失真电路进行预失真处理后，输入第一放大电路。差分预失真电路的n端与差分输入匹配电路的差分n端口、差分功率放大电路的输入n端三者相连，将差分输入匹配电路的差分n端口输出的第二差分信号经所述n端预失真电路进行预失真处理后，输入第二放大电路。22.本发明所提供的针对差分功率放大器的差分预失真电路，采用完全对称的差分电路结构，确保了电路的对称性和相位平衡度；且通过增加差分预失真电路的设计，改善了差分功率放大器因静态电流降低，随输入功率增加，增益出现扩张现象，减小am-am的变化，提升差分功率放大器的线性输出功率，同时静态电流的降低，减小了功率放大器的损耗，提升了功率放大器效率。附图说明23.为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。24.图1为本发明所提供的差分预失真功率放大器的架构图；图2为差分预失真电路中p端预失真电路和n端预失真电路直接连接的结构图；图3为差分预失真电路中p端预失真电路和n端预失真电路分别接地的结构图；图4为本发明实施例所提供的第一种差分预失真电路图；图5为本发明实施例所提供的具有差分预失真电路的差分功率放大器结构图；图6为本发明实施例所提供的第二种差分预失真电路图；图7为本发明实施例所提供的第三种差分预失真电路图；图8为本发明实施例所提供的第四种差分预失真电路图；图9为本发明实施例所提供的第五种差分预失真电路图；图10为本发明实施例所提供的第六种差分预失真电路图；图11为本发明实施例所提供的第七种差分预失真电路图；图12为本发明实施例所提供的第八种差分预失真电路图；图13为常规差分功率放大器和加入差分预失真后的差分功率放大器的增益随着输出功率变化的对比曲线图；图14为常规差分功率放大器和加入差分预失真后的差分功率放大器的三阶交调随着输出功率变化的对比曲线图；附图说明：1、第一晶体管；2、第二晶体管；51、射频输入端口；52、差分输入匹配电路；53、差分预失真电路；54、差分功率放大电路；55、差分输出匹配电路；56、射频输出端口；57、偏置电路；3、第三晶体管；4、第四晶体管；5、第五晶体管；6、第六晶体管。具体实施方式25.本发明的核心是提供一种差分预失真功率放大器和射频前端，增加了差分预失真电路，实现了低静态、高线性能、高效率的差分射频功率放大器电路。26.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。27.请参考图1，图1为本发明所提供的差分预失真功率放大器的电路架构图。本发明实施例所提供的一种差分预失真功率放大器，包括：射频输入端口，差分输入匹配电路，差分预失真电路，差分功率放大电路，差分输出匹配电路以及射频输出端口。28.其中，所述差分输入匹配电路，与射频输入端口连接，将输入信号转化为幅值相同、相位相反的第一差分信号和第二差分信号，分别由阻抗相同、相位相反的差分p端口和差分n端口输出。29.所述差分预失真电路，设置于差分输入匹配电路和差分功率放大电路之间，包括结构完全对称的p端预失真电路与n端预失真电路。30.其中，所述差分预失真电路的p端与所述差分输入匹配电路的差分p端口、所述差分功率放大电路的输入p端连接，将所述第一差分信号经所述p端预失真电路进行预失真处理后，输入差分功率放大电路的第一放大电路；所述差分预失真电路的n端与所述差分输入匹配电路的差分n端口、所述差分功率放大电路的输入n端连接，将所述第二差分信号经所述n端预失真电路进行预失真处理后，输入差分功率放大电路的第二放大电路。31.所述差分功率放大电路的第一放大电路和第二放大电路结构完全对称 、静态工作状态一致。32.所述差分输出匹配电路，与所述差分功率放大电路输出端连接，对所述第一放大电路和所述第二放大电路输出的射频信号实现功率合成后由射频输出端口输出。33.差分预失真电路的结构应满足射频差分信号幅度相同、相位相差180度的要求，因此差分预失真电路的p端预失真电路和n端预失真电路需要完全对称。为了满足差分预失真电路的对称性，（1）可以将p端预失真电路和n端预失真电路直接相连，以差分电路的中心对称点为虚地，如图2所示；（2）可以将p端预失真电路和n端预失真电路分别接地，如图3所示。34.差分功率放大电路中晶体管的管芯尺寸不同，差分功率放大器的p-1db不同，差分功率放大器的输入功率大小也不同，因此，差分预失真电路的p端预失真电路和n端预失真电路会根据差分功率放大电路晶体管的管芯尺寸作相应的调整。35.且当差分预失真电路的p端预失真电路和n端预失真电路直接相连，将p端预失真电路和n端预失真电路集成，可以减小模块体积，降低成本。实施例一36.差分预失真电路的p端预失真电路和n端预失真电路直接相连，且p端预失真电路和n端预失真电路均由两个晶体管组成，p端预失真电路包括第一晶体管，n端预失真电路包括第二晶体管。所述差分预失真电路的p端为所述第一晶体管的栅极，所述差分预失真电路的n端为所述第二晶体管的栅极。37.如图4和图5所示，当所述第一晶体管和所述第二晶体管均为单栅晶体管时，所述第一晶体管的栅极与所述差分功率放大电路的输入p端、所述第一晶体管的漏极连接，并连接到所述第二晶体管的源极；所述第二晶体管的栅极与所述差分功率放大电路输入n端、所述第二晶体管的漏极相连接，并连接到所述第一晶体管的源极；形成所述差分预失真电路的闭环电路。38.如图6所示，当所述第一晶体管和所述第二晶体管均为双栅晶体管时，所述第一晶体管的第一栅极与所述差分功率放大电路的输入p端的第一栅极、所述第一晶体管的漏极连接，并且连接到所述第二晶体管的源极；所述第一晶体管的第二栅极与所述差分功率放大电路的输入p端的第二栅极连接；所述第二晶体管的第一栅极与所述差分功率放大电路的输入n端、所述第二晶体管的漏极相连接，并且连接到所述第一晶体管的源极；所述第二晶体管的第二栅极与所述差分功率放大器的输入n端的第二栅极连接，形成所述差分预失真电路的闭环电路。实施例二39.差分预失真电路的p端预失真电路和n端预失真电路直接相连，且差分预失真电路的p端预失真电路和n端预失真电路均由串联的两个晶体管组成；所述p端预失真电路包括第三晶体管和第四晶体管；所述n端预失真电路包括第五晶体管和第六晶体管。40.如图7所示，当第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第六晶体管均为单栅晶体管时，所述第三晶体管的栅极和所述差分功率放大电路的输入p端、所述第三晶体管的漏极相连接，并且连接到所述第六晶体管的源极；所述第三晶体管的源极与第四晶体管的栅极、所述第四晶体管的漏极相连接；所述第五晶体管的栅极与所述差分功率放大电路的输入n端、所述第五晶体管的漏极相连接，并连接到所述第四晶体管的源极；所述第五晶体管的源极与第六晶体管的漏极、所述第六晶体管的栅极相连接，形成所述差分预失真电路的闭环电路。41.当图7所示的差分预失真电路结构中，第三晶体管和第五晶体管为双栅晶体管，第四晶体管和第六晶体管为单栅晶体管时，差分预失真电路结构如图8所示：所述第三晶体管的第一栅极和所述差分功率放大电路的输入p端的第一栅极、所述第三晶体管的漏极相连接，并且连接到所述第六晶体管的源极；所述第三晶体管的源极与第四晶体管的栅极、所述第四晶体管的漏极相连接；所述第三晶体管的第二栅极和所述差分功率放大电路的输入p端的第二栅极相连；所述第五晶体管的第一栅极和所述差分功率放大电路的输入n端的第一栅极、所述第五晶体管的漏极相连接，并连接到所述第四晶体管的源极；所述第五晶体管的源极与第六晶体管的漏极、所述第六晶体管的栅极相连接；所述第五晶体管的第二栅极和所述差分功率放大电路的输入n端的第二栅极相连，形成所述差分预失真电路的闭环电路。42.图9所示的差分预失真电路结构为图7所示差分预失真电路结构的变形。如图9所示，当第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第六晶体管均为单栅晶体管时，所述第三晶体管的栅极和所述差分功率放大电路的输入p端、所述第三晶体管的漏极相连接，并且连接到所述第六晶体管的源极；第三晶体管的栅极与所述第四晶体管的栅极相连；所述第三晶体管的源极与第四晶体管的漏极相连接；所述第五晶体管的栅极与所述差分功率放大电路的输入n端、所述第五晶体管的漏极相连接，并连接到所述第四晶体管的源极；所述第五晶体管的栅极与所述第六晶体管的栅极相连，所述第五晶体管的源极与所述第六晶体管的漏极相连，形成所述差分预失真电路的闭环电路。43.当图9所示的差分预失真电路结构中，第三晶体管和第五晶体管为双栅晶体管，第四晶体管和第六晶体管为单栅晶体管时，差分预失真电路结构如图10所示：所述第三晶体管的第一栅极和所述差分功率放大电路的输入p端的第一栅极、所述第三晶体管的漏极相连接，并连接到所述第六晶体管的源极；第三晶体管的栅极与所述第四晶体管的栅极相连；所述第三晶体管的源极与第四晶体管的漏极相连接；所述第三晶体管的第二栅极和所述差分功率放大电路的输入p端的第二栅极相连；所述第五晶体管的第一栅极和所述差分功率放大电路的输入n端的第一栅极、所述第五晶体管的漏极相连接，并连接到所述第四晶体管的源极；所述第五晶体管的栅极与所述第六晶体管的栅极相连，所述第五晶体管的源极与所述第六晶体管的漏极相连；所述第五晶体管的第二栅极和所述差分功率放大电路的输入n端的第二栅极相连，形成所述差分预失真电路的闭环电路。实施例三44.差分预失真电路的p端预失真电路和n端预失真电路分别接地，且p端预失真电路的第一晶体管和n端失真电路的第二晶体管均为单栅晶体管时，差分预失真电路的结构如图11所示，所示第一晶体管的栅极与所述差分功率放大电路的输入p端、所述第一晶体管的漏极相连接，所述第一晶体管的源极接地；所述第二晶体管的栅极与所述差分功率放大电路的输入n端、所述第二晶体管的漏极相连接，所述第二晶体管的源极接地；形成所述差分预失真电路的闭环电路。45.如图12所示，当p端预失真电路和n端预失真电路分别接地，且第一晶体管和第二晶体管均为双栅晶体管时，所述第一晶体管的第一栅极与所述差分功率放大电路的输入p端的第一栅极、所述第一晶体管的漏极连接，所述第一晶体管的源极接地，所述第一晶体管的第二栅极与所述差分功率放大电路的输入p端的第二栅极连接；所述第二晶体管的第一栅极与所述差分功率放大电路的输入n端、所述第二晶体管的漏极相连接，所述第二晶体管的源极接地，所述第二晶体管的第二栅极与所述差分功率放大器的输入n端的第二栅极连接，形成所述差分预失真电路的闭环电路。46.如图13所示，常规低静态电流下的功率放大器增益变化曲线为圆形符号曲线，随着输出功率增大，最大增益在输出为29dbm，相比输出低功率扩张了1db左右。加入差分预失真电路的差分功率放大器增益变化曲线为三角符号曲线，随着输出功率增大，最大增益在输出为29dbm，相比输出低功率扩张了0.3db左右。两者曲线对比，发现差分预失真电路对于差分pa am-am曲线的改善，减小了幅度失真。47.如图14所示，采用2-tone信号frequency spacing 10mhz，常规低静态电流下的功率放大器三阶交调随功率变化曲线为圆形符号曲线，加入差分预失真电路的差分功率放大器三阶交调随功率变化曲线为三角符号曲线，所需输出功率为22dbm~28dbm时，加入差分预失真电路的差分功率放大器三阶交调要比不加入预失真好5~10db，由此可见，在射频差分功率放大器电路中引入差分预失真电路，极大的改善了线性。48.本发明实施例所提供的差分预失真电路，采用完全对称的差分电路结构，确保了电路的对称性和相位平衡度；另外差分预失真电路的加入，改善了差分功率放大器在静态电流降低的情况下，差分功率放大器的增益随着输出功率的曲线扩张现象，提升了am-am曲线。差分预失真电路多种尺寸、多种结构，为差分功率放大器不同大小的管芯尺寸提供了可选方案。且通过实例仿真证明了在降低静态电流的情况下，加入差分预失真电路，降低了三阶交调，改善了差分功率放大器的线性。除此之外，差分功率放大器的静态电流降低，减小了差分功率放大器的静态损耗，提升了功率放大器输出效率。49.本发明实施例还提供了一种射频前端，包括上述所述的差分预失真功率放大器。50.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。51.以上对本发明所提供的差分预失真功率放大器以及射频前端进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。









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