自动化射频功率放大器设计

    使射频功率放大器电路的整体增益满足要求。若需要使射频功率放大器电路为负增益模式，需要微控制器控制开关导通，控制第二开关导通，控制偏置电路使第二mos管的漏级电流、第三mos管的栅级电压以及漏级供电电压vcc均变小，控制第二偏置电路使第四mos管的漏级电流、第五mos管的栅级电压以及漏级供电电压vcc均变小。其中，第二开关导通时，反馈电路的放大系数af较小，对输入信号的放大作用不明显，偏置电路和第二偏置电路中漏极电流和门极电压较小，对输入信号的放大作用也不明显，可以认为未对输入信号进行放大，即增益为0db，此时，若再控制开关导通，则可控衰减电路工作，对输入信号进行衰减，通过这样的控制，可以实现输入信号的衰减。此外，还可以通过对偏置电路和第二偏置电路的调节，来实现不同程度的衰减，使负增益连续可调，在一些实施例中，衰减后射频功率放大器电路的整体增益可以为-5db、-7db、-10db等。当射频功率放大器电路的输出功率(较小)确定后，微处理器可以进一步得到其输入功率和负增益值，微处理器对输入功率进行调节，控制电压信号vgg，使开关导通，控制第二开关导通，通过控制偏置电路和第二偏置电路中的内部电流源和内部电压源。传统线性功率放大器有高的增益和线性度但效率低，而开关型功率放大器有高的效率和输出功率，但线性度差。自动化射频功率放大器设计

5G时代，智能手机将采用2发射4接收方案，未来有望演进为8接收方案。功率放大器（PA）是一部手机关键的器件之一，它直接决定了手机无线通信的距离、信号质量，甚至待机时间，是整个射频系统中除基带外重要的部分。5G将带动智能移动终端、基站端及IOT设备射频PA稳健增长。功率放大器市场增长相对稳健，复合年增长率为7%，将从2017年的50亿美元增长到2023年的70亿美元。LTE功率放大器市场的增长，尤其是高频和超高频，将弥补2G/3G市场的萎缩。15G智能移动终端，射频PA的大机遇5G推动手机射频PA量价齐升无论是在基站端还是设备终端，5G给供应商带来的挑战都首先体现在射频方面，因为这是设备“上”网的关键出入口，即将到来的5G手机将会面临更多频段的支持、不同的调制方向、信号路由的选择、开关速度的变化等多方面的技术挑战外，也会带来相应市场机遇。5G将给天线数量、射频前端模块价值量带来翻倍增长。以5G手机为例，单部手机的射频半导体用量达到25美金，相比4G手机近乎翻倍增长。其中滤波器从40个增加至70个，频带从15个增加至30个，接收机发射机滤波器从30个增加至75个，射频开关从10个增加至30个，载波聚合从5个增加至200个。5G手机功率放大器。自动化射频功率放大器设计阻抗匹配，关系到功率放大器的稳定性、增益；输出功率、带内平坦度、噪声、谐波、驻波、线性等一系列指标 。

    实现射频功率放大器电路处于负增益模式；其中，偏置电路与驱动放大电路连接，第二偏置电路与功率放大电路连接。其中，如图7所示，偏置电路1020包括：第二mos管t2、第三mos管t3、第六mos管t6、电流源ib、电压源vg、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9、第二电容c2、第七电容c7、第十二电容c12、第十三电容c13。第二mos管的漏极电流偏置电路由电流源、第六mos管、第六电阻、第七电阻和第十二电容按照图7所示连接而成。第六电阻、第七电阻和第十二电容组成的t型网络，可以起到隔离输入信号的作用。第二mos管的宽长比w/l是第六mos管的宽长比的c(c远大于1)倍，因此第二mos管的漏极偏置电流近似为电流源的c倍，实现了电流放大。电流源存在多个可调节档位，通过微处理器发出的第三控制信号和第四控制信号，控制电流源档位的切换，可切换第二mos管的漏极电流，从而调节驱动放大电路的放大倍数。第三mos管t3的栅极电压偏置电路由电压源vg、第八电阻r8、第九电阻r9和第十三电容c13按照图7所示连接而成。第八电阻、第九电阻和第十三电容组成的t型网络，可起到隔离第三mos管栅极的射频电压摆幅的作用。电压源存在多个可调节档位。

    因为栅长l固定，因此可以通过设计栅宽w得到寄生电阻大小为ron的mos管。寄生电容coff＝fom/ron，fom为半导体工艺商提供的参数，单位为fs(飞秒)，在寄生电阻ron确定后，可确定寄生电容coff的大小，如此，即可确定可控衰减电路中开关的相关参数。在一个可能的示例中，可控衰减电路包括电阻、备用电阻rn、电感、开关和备用开关tn，开关的栅级与电阻的端连接，电阻的第二端连接电压信号，开关的漏级与备用开关的源级连接，开关的源级接地，备用开关的栅级连接备用电阻的端，备用电阻的第二端连接电压信号，备用开关的漏级连接电感的端，电感的第二端连接输入信号；其中，开关和备用开关，用于响应微处理器发出的控制信号使自身处于关断状态，以使可控衰减电路处于无衰减状态，实现射频功率放大器电路处于非负增益模式；还用于响应微处理器发出的第二控制信号使自身处于导通状态，以使可控衰减电路处于衰减状态，实现射频功率放大器电路处于负增益模式；其中，控制信号为具有电压值的电压信号，第二控制信号为具有第二电压值的电压信号，电压值与第二电压值不同。其中，为进一步提高耐压能力和静电保护能力，可采用如图9所示的可控衰减电路，将第二电阻替换成备用开关和备用电阻。对整个放大器进行特性分析如果特性不满足预定要求，具 体电路则用多级阻抗变换，短截线等微带线电路来实现。

    比如r53＝5kω、r51＝1kω、r52＝100ω。具体的反馈电路中，每组的电阻两旁各用一个电容，原因是开关两端在具体电路中需要为零的dc电压偏置，故用电容先做隔直处理。反馈电路的反馈深度越大，驱动放大电路增益越低，所用的切换电阻需要越小。这里，反馈电路的切换逻辑如下：高增益模式：开关k51和k52均关断；低增益模式：开关k51接通，k52关断；负增益模式：开关k51和k52均接通。假设射频功率放大器电路在未加入反馈电路时的放大系数为a，反馈电路的反馈系数为f，则加入反馈电路后射频功率放大器电路的放大系数af＝a/(1+af)，随着反馈电路中等效电阻阻值的降低，反馈系数f变大，反馈深度增加，放大系数af变小，即能实现负反馈电路部分增益的降低。参见图7，t2的漏极(drain)电流偏置电路由内部电流源ib、t6、r6、r7和c12按照图7所示连接而成。t2和t6的宽长比参数w/l成比例关系a(a远大于1)，可以使t2的漏极偏置电流近似为a倍的ib。r6、r7和c12组成的t型网络，起到隔离rfin端射频信号的作用。在实际模拟电路中设计电流源，可将ib电流分成多个档位，通过数字寄存器控制切换ib档位，达到t2漏极电流切换的效果。t3的栅极。由于进行大功率放大设计，电路必然产生许多谐波，匹配电路还需要有滤 波功能。自动化射频功率放大器设计

交调失真有不同频率的两个或更多的输入信号经过功率放大器而产生的 混合分量由于功率放大器的非线性造成的。自动化射频功率放大器设计

    通过可控衰减电路中的电阻吸收和衰减射频功率，使得进入后续电路的射频功率减小，输入信号衰减，从而实现负增益。在一个可能的示例中，可控衰减电路包括电阻r1、第二电阻r2、电感l1和开关t1，开关的栅级与电阻的端连接，电阻的第二端连接电压信号，开关的漏级与第二电阻的端连接，开关的源级接地，电感的端连接输入信号，电感的第二端连接第二电阻的第二端；其中，开关，用于响应微处理器发出的控制信号使自身处于关断状态，以使可控衰减电路处于无衰减状态，实现射频功率放大器电路处于非负增益模式；还用于响应微处理器发出的第二控制信号使自身处于导通状态，以使可控衰减电路处于衰减状态，实现射频功率放大器电路处于负增益模式；其中，控制信号为具有电压值的电压信号，第二控制信号为具有第二电压值的电压信号，电压值与第二电压值不同。需要说明的是，开关为绝缘体上硅cmos管，或平面结构mos管。电阻为上拉电阻，其阻值较小，电压信号vgg通过电阻连接开关。在一些实施例中，微处理器通过控制vgg＝，使得开关关断，可控衰减电路处于无衰减状态，将输入匹配电路与可控衰减电路隔离，此时，射频功率放大器电路对输入信号放大，射频功率放大器电路实现非负增益模式。自动化射频功率放大器设计