CN216649629U - 功率放大器和射频芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供了一种功率放大器，其包括放大电路和偏置电路，放大电路包括放大电路单元；功率放大器在电路版图设有公共连接线，偏置电路与公共连接线的连接点为公共连接点；放大电路单元在电路版图上呈并排设置，放大电路单元的第二输入端与公共连接线的连接点为偏压连接点；公共连接线包括第一段和第二段，公共连接点设置于公共连接线的中间；第一段内的偏压连接点数量与第二段内的偏压连接点数量相同，位于第一段内的每一偏压连接点均分别与位于第二段内的其中一个偏压连接点以公共连接点为中心对称设置。本实用新型实施例还提供了一种应用该功率放大器的射频芯片。采用本实用新型的技术方案，其电路工作性能好。

Description

功率放大器和射频芯片

技术领域

本实用新型涉及放大器电路技术领域，尤其涉及一种应用于功率放大器和射频芯片。

背景技术

目前，随着半导体技术的迅速发展，集成电路的使用已经遍布各个领域，其中功率放大器常用于各种模拟信号的放大，在模拟电路应用中是重要的部件。

相关技术中的功率放大器一般包括放大电路和向所述放大电路提供偏置电压的偏置电路。在差分结构功率合成功率放大器的电路中，所述放大电路一般为末级放大单元，末级放大单元一般会由30个以上的HBT晶体管(英文Bipolar Junction Transistor，简称BJT)和30个以上的偏置电阻组成30个以上的放大器单元。一个HBT晶体管和一个偏置电阻分别组成一个放大电路单元，30个以上的放大电路单元以并联的方式对称的组合在一起形成所述放大电路。如图1所示，图1为相关技术的功率放大器的电路版图。其中，A为偏置电路的电路版图；B为偏置电路与所有放大电路单元的公共连接点；C为距离公共连接点B最近的一个放大电路单元的连接点；D为距离公共连接点B最远的一个放大电路单元的连接点。连接点B、连接点C以及连接点D均通过金属连接线实现电连接。

然而，相关技术的功率放大器中，偏置电路与放大电路单元的连接点的不对称性会造成放大电路单元实际偏置电阻值的不同。例如，B点到D点金属连接线的长度约为300um，B点到C点金属连接线的长度约为10um。B点到各个放大电路单元偏置电阻连接线厚度为2um，宽度一般为4um左右，单位长度连接线电阻值约为0.008欧姆/微米，B点到D点的等效电阻约为0.008x300＝2.4欧姆。同时考虑到电路版图中的一层金属和二层金属的连接点也会增加额外的电阻值，实际的等效电阻要大于2.4欧姆，远大于B点到C点的等效电阻值。在差分结构功率合成功率放大器中，由于所述放大电路单元数量很多，这种现象更加严重。另外，由于所有放大电路单元是并联的，多个偏置电阻也是并联的，这使得整个末级功率放大电路的等效偏置电阻大大减小。例如，假设所有放大电路单元的偏置电阻R＝300欧姆，放大电路单元数量是30个，从偏置电路与放大电路单元的连接点处为基点看向整个所述功率放大电路，其等效偏置电阻Rs≈10欧姆。因此，由于放大电路单元数量多，电路版图面积大，导致的多个偏置电阻值差异较大，会加剧所有放大电路单元中电流分布不均匀现象，影响电路可靠性和放大器性能。因为受到功率放大器工作时的温度影响，偏置电路提供的偏置电压会有一定程度的波动，并不是固定不变的值。由于等效偏置电阻Rs很小，整个功率放大电路的工作状态受到偏置电压波动的很大影响，工作状态不稳定，造成功率放大器性能低。

因此，实有必要提供一种新的功率放大器和射频芯片解决上述问题。

实用新型内容

针对以上现有技术的不足，本实用新型提出一种电路工作性能好的功率放大器和射频芯片。

为了解决上述技术问题，第一方面，本实用新型的实施例提供了一种功率放大器，其包括放大电路和向所述放大电路提供偏置电压的偏置电路，所述放大电路包括多个相互并联设置的放大电路单元；每一所述放大电路单元的第一输入端均相互连接并作为所述放大电路的输入端，每一所述放大电路单元的第二输入端均连接至所述偏置电路，每一所述放大电路单元的输出端均相互连接并作为所述放大电路的输出端；

所述放大电路单元为N个，N为偶数；

所述功率放大器在电路版图设有公共连接线，所述偏置电路与所述公共连接线的连接点为公共连接点；

所述放大电路单元在电路版图上呈并排设置，所述第二输入端连接至所述公共连接线，所述第二输入端与所述公共连接线的连接点为偏压连接点，每一偏压连接点与一个所述放大电路单元相对应；

所述公共连接线包括第一段和第二段，所述公共连接点设置于所述公共连接线的中间，且所述第一段和所述第二段通过所述公共连接点连接；所述第一段内的所述偏压连接点数量与所述第二段内的所述偏压连接点数量相同，位于所述第一段内的每一所述偏压连接点均分别与位于所述第二段内的其中一个所述偏压连接点以所述公共连接点为中心对称设置。

优选的，N≤8。

优选的，所述放大电路包括多个，所述偏置电路包括多个，每一所述放大电路与一个所述偏置电路相对应连接。

优选的，N为8，所述放大电路包括4个，所述偏置电路包括4个。

优选的，所述公共连接线为呈矩形的金属线。

优选的，所述放大电路单元包括电容、电阻以及晶体管；

所述电容的第一端作为所述第一输入端，所述电容的第一端分别连接至所述电阻的第二端和所述晶体管的基极；

所述电阻的第二端作为所述第二输入端，且所述电阻的第二端连接至所述偏置电压；

所述晶体管的集电极作为所述放大电路单元的输出端，且所述晶体管的集电极连接至电源电压；所述晶体管的发射极连接至接地。

优选的，所述晶体管为双极结型晶体管。

第二方面，本实用新型的实施例还提供了一种射频芯片，所述射频芯片如本实用新型的实施例提供的上述的功率放大器。

与相关技术相比，本实用新型实施例的功率放大器通过设置偏置电路与公共连接线的连接点为公共连接点，设置放大电路单元的第二输入端与公共连接线的连接点为偏压连接点；并将公共连接线分为第一段和第二段，公共连接点设置于公共连接线的中间，第一段内的偏压连接点数量与第二段内的偏压连接点数量相同，位于第一段内的每一偏压连接点均分别与位于第二段内的其中一个偏压连接点以所述公共连接点为中心对称设置。该设置使得公共连接线内的每一偏压连接点的长度接近，不会造成放大电路单元内的偏置电阻的出现较大差异，从而解决了偏压连接点不对称导致的电路可靠性问题和放大器性能恶化问题。因此，本实用新型实施例的功率放大器和射频芯片的运算放大器的电路工作性能好。

附图说明

下面结合附图详细说明本实用新型。通过结合以下附图所作的详细描述，本实用新型的上述或其他方面的内容将变得更清楚和更容易理解。附图中,

图1为相关技术的功率放大器的电路版图；

图2为本实用新型实施例的功率放大器的电路版图；

图3为本实用新型实施例的功率放大器的电路结构图；

图4为本实用新型实施例的放大电路单元的电路结构图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

在此记载的具体实施方式/实施例为本实用新型的特定的具体实施方式，用于说明本实用新型的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本实用新型实施方式及本实用新型范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案，都在本实用新型的保护范围之内。

(第一实施例)

本实用新型提供一种功率放大器100。

请同时参考图2-4所示，图2为本实用新型实施例的功率放大器的电路版图；图3为本实用新型实施例的功率放大器的电路结构图；图4为本实用新型实施例的放大电路单元的电路结构图。

一种功率放大器100。其包括放大电路1和向所述放大电路1提供偏置电压Vias的偏置电路2。功率放大器100为差分结构功率合成功率放大器。

所述放大电路1包括多个相互并联设置的放大电路单元3。

每一所述放大电路单元3的第一输入端均相互连接并作为所述放大电路1的输入端PIN。每一所述放大电路单元3的第二输入端均连接至所述偏置电压Vias。每一所述放大电路单元3的输出端均相互连接并作为所述放大电路1的输出端POUT。

具体的，所述放大电路单元3包括电容C、电阻R以及晶体管Q。所述晶体管Q为双极结型晶体管(英文Bipolar Junction Transistor，简称BJT)。其中，电容C作为所述放大电路单元3的输入匹配电容，电容C用于实现隔直电容的作用；电阻R作为所述放大电路单元3的偏置电阻；

所述放大电路单元3的电路连接关系为：

所述电容C的第一端作为所述第一输入端。所述电容C的第一端分别连接至所述电阻R的第二端和所述晶体管Q的基极。

所述电阻R的第二端作为所述第二输入端。且所述电阻R的第二端连接至所述偏置电路2。即所述电阻R的第二端接收所述偏置电路2提供的偏置电压Vias。

所述晶体管Q的集电极作为所述放大电路单元3的输出端。且所述晶体管Q的集电极连接至电源电压VDD。所述晶体管Q的发射极连接至接地GND。

所述放大电路单元3为N个。N为偶数。其中，N≤8。

本实施方式中，N为8。即所述放大电路1包括8个相互并联设置的放大电路单元3。8个的放大电路单元3有利于放大电路单元3的电路版图布局的对称性，更有利于缩短与偏置电路2连接的金属连接线的长度。

8个的放大电路单元3各自包括一个电阻R。具体为，按依次排列顺序为电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7以及电阻R8。电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7以及电阻R8均在放大电路单元3电路中作为偏置电阻。8个并排的放大电路单元3和一个偏置电路2可组成一个功率放大器100。

本实施方式中，所述放大电路1包括多个。所述偏置电路2包括多个。当然，不限于此，在另外的实施方式中，所述放大电路1包括多个。所述偏置电路2包括多个。每一所述放大电路1与一个所述偏置电路2相对应连接。例如，所述放大电路1包括4个。所述偏置电路2包括4个。即放大电路单元3具有32个。

所述功率放大器100在电路版图设有公共连接线L。本实施方式中，所述公共连接线L为呈矩形的金属线。

所述偏置电路2与所述公共连接线L的连接点为公共连接点E。

所述放大电路单元3在电路版图上呈并排设置。所述第二输入端连接至所述公共连接线L。所述第二输入端与所述公共连接线L的连接点为偏压连接点。每一偏压连接点与一个所述放大电路单元3相对应。其中，所述第二输入端为电阻R与所述公共连接线L的连接的一端。

本实施方式中，偏压连接点按依次排列顺序为连接点T1、连接点T2、连接点T3、连接点T4、连接点T5、连接点T6、连接点T7以及连接点T8，其中，电阻R1连接至所述公共连接线L的偏压连接点相应为连接点T1；电阻R2连接至所述公共连接线L的偏压连接点相应为连接点T2；电阻R3连接至所述公共连接线L的偏压连接点相应为连接点T3；电阻R4连接至所述公共连接线L的偏压连接点相应为连接点T4；电阻R5连接至所述公共连接线L的偏压连接点相应为连接点T5；电阻R6连接至所述公共连接线L的偏压连接点相应为连接点T6；电阻R7连接至所述公共连接线L的偏压连接点相应为连接点T7；电阻R8连接至所述公共连接线L的偏压连接点相应为连接点T8。

所述公共连接线L包括第一段L1和第二段L2。所述公共连接点E设置于所述公共连接线L的中间。且所述第一段L1和所述第二段L2通过所述公共连接点E连接。所述第一段L1内的所述偏压连接点数量与所述第二段L2内的所述偏压连接点数量相同。

本实施方式中，连接点T1、连接点T2、连接点T3、连接点T4位于第一段L1内。连接点T5、连接点T6、连接点T7以及连接点T8位于第二段L2内。

位于所述第一段L1内的每一所述偏压连接点均分别与位于所述第二段L2内的其中一个所述偏压连接点以所述公共连接点E为中心对称设置。该设置使得公共连接线L内的每一偏压连接点的长度接近，不会造成放大电路单元3内的偏置电阻的出现较大差异，从而解决了偏压连接点不对称导致的电路可靠性问题和放大器性能恶化问题。

本实施方式中，所有放大电路单元3的总电阻R为300欧姆，放大电路单元3数量是8个，从公共连接点E处为基点看向这8个放大电路单元3组成的所述放大电路1，所述放大电路1等效偏置电阻Rs约为37.5欧姆。所述放大电路1等效偏置电阻Rs相对于背景技术中的等效偏置电阻Rs约为10欧姆大很多。因此，所述放大电路1等效偏置电阻Rs较大，功率放大器100的电路工作状态相对于背景技术中的功率放大器性能更稳定，从而提高了功率放大器100的可靠性和优化放大器性能。

在另外的实施方式中，如果差分结构功率合成的功率放大器100的32个放大电路单元3，那么需要4个这样的放大电路1。

需要指出的是，本实用新型采用的相关偏置电路、放大器电路、电容、晶体管和电阻均为本领域常用的电路和元器件，电路和元器件对应的具体的指标和参数可根据实际应用进行调整，在此，不作详细赘述。

本实用新型的实施例还提供一种射频芯片。所述射频芯片包括所述功率放大器100。

与相关技术相比，本实用新型实施例的功率放大器通过设置偏置电路与公共连接线的连接点为公共连接点，设置放大电路单元的第二输入端与公共连接线的连接点为偏压连接点；并将公共连接线分为第一段和第二段，公共连接点设置于公共连接线的中间，第一段内的偏压连接点数量与第二段内的偏压连接点数量相同，位于第一段内的每一偏压连接点均分别与位于第二段内的其中一个偏压连接点以所述公共连接点为中心对称设置。该设置使得公共连接线内的每一偏压连接点的长度接近，不会造成放大电路单元内的偏置电阻的出现较大差异，从而解决了偏压连接点不对称导致的电路可靠性问题和放大器性能恶化问题。因此，本实用新型实施例的功率放大器和射频芯片的运算放大器的电路工作性能好。

需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本实用新型而非限制本实用新型的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本实用新型的精神和范围的前提下对本实用新型进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本实用新型的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。

Claims (8)

1.一种功率放大器，其包括放大电路和向所述放大电路提供偏置电压的偏置电路，所述放大电路包括多个相互并联设置的放大电路单元；每一所述放大电路单元的第一输入端均相互连接并作为所述放大电路的输入端，每一所述放大电路单元的第二输入端均连接至所述偏置电路，每一所述放大电路单元的输出端均相互连接并作为所述放大电路的输出端；其特征在于，

所述放大电路单元为N个，N为偶数；

所述功率放大器在电路版图设有公共连接线，所述偏置电路与所述公共连接线的连接点为公共连接点；

所述放大电路单元在电路版图上呈并排设置，所述第二输入端连接至所述公共连接线，所述第二输入端与所述公共连接线的连接点为偏压连接点，每一偏压连接点与一个所述放大电路单元相对应；

所述公共连接线包括第一段和第二段，所述公共连接点设置于所述公共连接线的中间，且所述第一段和所述第二段通过所述公共连接点连接；所述第一段内的所述偏压连接点数量与所述第二段内的所述偏压连接点数量相同，位于所述第一段内的每一所述偏压连接点均分别与位于所述第二段内的其中一个所述偏压连接点以所述公共连接点为中心对称设置。

2.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，N≤8。

3.根据权利要求2所述的功率放大器，其特征在于，所述放大电路包括多个，所述偏置电路包括多个，每一所述放大电路与一个所述偏置电路相对应连接。

4.根据权利要求3所述的功率放大器，其特征在于，N为8，所述放大电路包括4个，所述偏置电路包括4个。

5.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，所述公共连接线为呈矩形的金属线。

6.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，所述放大电路单元包括电容、电阻以及晶体管；

所述电容的第一端作为所述第一输入端，所述电容的第一端分别连接至所述电阻的第二端和所述晶体管的基极；

所述电阻的第二端作为所述第二输入端，且所述电阻的第二端连接至所述偏置电压；

所述晶体管的集电极作为所述放大电路单元的输出端，且所述晶体管的集电极连接至电源电压；所述晶体管的发射极连接至接地。

7.根据权利要求6所述的功率放大器，其特征在于，所述晶体管为双极结型晶体管。

8.一种射频芯片，其特征在于，所述射频芯片包括如权利要求1-7中任意一项所述的功率放大器。

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