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功率放大器电路、射频电路及通信设备

文献发布时间:2024-04-18 20:00:50


功率放大器电路、射频电路及通信设备

本申请涉及电子技术领域,尤其涉及一种功率放大器电路、射频电路及通信设备。

功率放大器(power amplifier,PA)是移动通信系统的重要组成部分,作为发射通道最后的放大单元,其作用是将小功率的射频信号进行放大后送往天线发射。PA通常包括多级功率单元(power cell),该多级功率单元用于对射频信号进行逐级放大,从而该多级功率单元的末级功率单元中射频信号的功率最大。目前,在功率放大器电路中,由于热耦合效应的存在,该末级功率单元往往会出现局部温度过高(最高温度可以超过250℃)的问题,从而对该功率放大器的可靠性造成威胁。

发明内容

本申请提供一种功率放大器电路、射频电路及通信设备,用于提升PA电路的可靠性,从而提高整个PA电路的寿命。

为达到上述目的,本申请采用如下技术方案:

第一方面,提供一种功率放大器电路,该功率放大器包括:具有输入端、偏置端和输出端的功率单元;该功率单元包括:多个晶体管,该多个晶体管包括第一晶体管和第二晶体管,第一晶体管的基极/栅极通过第一电容与该输入端耦合、通过第一电阻与该偏置端耦合,第二晶体管的基极/栅极通过第二电容与该输入端耦合、通过第二电阻与该偏置端耦合,第一晶体管和第二晶体管的集电极/漏极与该输出端耦合,第一晶体管和第二晶体管的发射极/源极与接地端耦合,第一电阻与第二电阻的阻值不同。

上述技术方案中,在该功率放大器电路中,该功率单元包括的该多个晶体管会因为排列位置的不同,产生不同的热量或受到周围不同热传导的影响,从而使得不同的晶体管的基极/栅极电流不同,本申请方案通过在不同晶体管的直流通路中串联耦合不同阻值的电阻,可以使得该多个晶体管的基极/栅极电流尽可能的均匀分布,以保证不同晶体管的温度相差较小,从而避免电流崩塌现象,以提升PA电路的可靠性和整个PA电路的寿命。比如,在受热较大的晶体管的直流通路中串联阻值较大的电阻,以减小该晶体管基极/栅极的电流,在受热较小的晶体管的直流通路中串联阻值较小的电阻,以增大该晶体管基极/栅极的电流,从而使得该多个晶体管的基极/栅极电流尽可能的均匀分布。

在第一方面的一种可能的实现方式中,上述第一晶体管的基极/栅极通过第一电阻与该偏置端耦合,第二晶体管的基极/栅极通过第二电阻与该偏置端耦合,第一晶体管和第二晶体管的发射极/源极与接地端耦合,可以替换为:第一晶体管的基极/栅极与该偏置端耦合,第二晶体管的基极/栅极与该偏置端耦合,第一晶体管的发射极/源极通过第一电阻与接地端耦合,第二晶体管的发射极/源极通过第二电阻与接地端耦合。上述可能的实现方式中,通过在不同晶体管的直流通路中串联耦合不同阻值的电阻,可以使得该多个晶体管的基极/栅极电流尽可能的均匀分布,以保证不同晶体管的温度相差较小,从而避免电流崩塌现象,以提升PA电路的可靠性和整个PA电路的寿命。

在第一方面的一种可能的实现方式中,该多个晶体管还包括:第三晶体管,第三晶体管的基极/栅极通过第三电容与该输入端耦合、通过第三电阻与该偏置端耦合,第三晶体管的集电极/漏极与该输出端耦合,第三晶体管的发射极/源极与接地端耦合;第三晶体管设置在第二晶体管远离第一晶体管的一侧,这里的远离是指在该PA电路对应的芯片电路版图上的位置关系,第二电阻的阻值大于第一电阻的阻值。上述可能的实现方式中,假设每个晶体管自身产生的热量相同,每个晶体管的受热情况主要取决于受到的热传导,此时第二晶体管受到的热传导大于第一晶体管的受到的热传导,从而第二晶体管的受热大于第一晶体管的受热。通过设置第二电阻的阻值大于第一电阻的阻值,可以减小第二晶体管的基极/栅极电流,增大第一晶体管的基极电流,使得第一晶体管和第二晶体管的基极/栅极电流尽可能的均匀分布。

在第一方面的一种可能的实现方式中,第三电阻的阻值等于第一电阻的阻值。上述可能的实现方式中,若第三晶体管的受热与第一晶体管的受热大致相同,第三电阻的阻值等于第一电阻的阻值。此时,第二电阻的阻值均大于第一电阻的阻值和第三电阻的阻值,且第一电阻的阻值等于第三电阻的阻值,从而可以减小第二晶体管的基极/栅极电流,增大第一晶体管和第三晶体管的基极/栅极电流,使得第一晶体管、第二晶体管和第三晶体管的基极/栅极电流尽可能的均匀分布。

在第一方面的一种可能的实现方式中,该多个晶体管还包括第四晶体管,第四晶体管的基极/栅极通过第四电容与该输入端耦合、通过第四电阻与该偏置端耦合,第四晶体管的集电极/漏极与该输出端耦合,第四晶体管的发射极/源极与接地端耦合;第四晶体管设置在第三晶体管远离第二晶体管的一侧,这里的远离是指在该PA电路对应的芯片电路版图上的位置关系,第四电阻的阻值小于第二电阻的阻值。可选的,第二电阻的阻值等于第三电阻的阻值;和/或,第四电阻的阻值小于第三电阻的阻值;和/或,第四电阻的阻值等于第一电阻的阻值。上述可能的实现方式中,能够减小第二晶体管和第三晶体管的基极/栅极电流,增大第一晶体管和第四晶体管的基极/栅极电流,使得第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和第四晶体管的基极/栅极电流尽可能的均匀分布。

在第一方面的一种可能的实现方式中,该功率单元还包括:与该多个晶体管中每个晶体管的基极/栅极对应耦合的电阻并联的电容;或者,该功率单元还包括:与该多个晶体管中每个晶体管的基极/栅极对应耦合的电阻并联的RC电路,该RC电路包括串联的电容和电阻。上述可能的实现方式中,通过为每个晶体管的基极/栅极对应耦合的电阻并联电容,或者并联RC电路,可以避免射频信号对于直流通路的影响。

在第一方面的一种可能的实现方式中,该功率单元还包括:第五电阻;第五电阻耦合在该偏置端与第一节点之间,第一节点为该多个晶体管的基极/栅极对应耦合的电阻的耦合点。上述可能的实现方式中,通过在每个晶体管的直流通路中设置多级的镇流电阻,可以进一步降低功率单元中不同晶体管的温度差,从而避免电流崩塌现象,提高整个PA电路的寿命。

在第一方面的一种可能的实现方式中,该多个晶体管包括第一晶体管集合和第二晶体管集合,每个晶体管集合包括该多个晶体管中至少两个相邻的晶体管,该功率单元还包括:第六电阻;第一节点与第二节点之间、以及第一节点与第三节点之间分别耦合有一个第六电阻,第二节点为第一晶体管集合的基极/栅极对应耦合的电阻的耦合点,第三节点为第二 晶体管集合的基极/栅极对应耦合的电阻的耦合点。上述可能的实现方式中,通过在每个晶体管的直流通路中设置多级的镇流电阻,可以进一步降低功率单元中不同晶体管的温度差,从而避免电流崩塌现象,提高整个PA电路的寿命。

在第一方面的一种可能的实现方式中,该功率单元还包括电感,该多个晶体管的集电极/漏极还通过该电感与电源端耦合。

在第一方面的一种可能的实现方式中,该功率单元为该功率放大器电路中的末级功率单元。可选地,该功率放大器还包括前级功率单元,该前级功率单元的输出端与该末级功率单元的输入端耦合。上述可能的实现方式中,能够使得末级功率单元中并联的多个晶体管的基极/栅极电流尽可能的均匀分布,以保证不同晶体管的温度相差较小,从而避免电流崩塌现象,提高整个PA电路的寿命。

第二方面,提供一种射频电路,该射频电路包括发射通道,该发射通道包括上述第一方面或者第一方面的任一种可能的实现方式所提供的功率放大器电路。可选的,该射频电路还可以包括:第一低通滤波器、第一混频器和发射滤波器,发射滤波器的输入端与功率放大器电路的输出端耦合,第一混频器的输入端与功率放大器电路的输入端耦合,第一混频器的输入端与第一低通滤波器的输出端耦合。

在第二方面的一种可能的实现方式中,该射频电路还包括接收通道,接收通道包括第二低通滤波器、第二混频器、低噪声放大器和接收滤波器,接收滤波器的输出端与低噪声放大器的输入端耦合,低噪声放大器的输出端与第二混频器的输入端耦合,第二混频器的输出端与第二低通滤波器的输入端耦合。

第三方面,提供一种通信设备,该通信设备包括射频电路和天线,该射频电路为上述第二方面或者第二方面的任一种可能的实现方式所提供的射频电路,该天线与该发射滤波器和该接收滤波器耦合。

可以理解地,上述提供的任一种射频电路和通信设备均包含了上文所提供的功率级电路的所有内容,因此,其所能达到的有益效果可参考上文所提供的功率级电路中的有益效果,此处不再赘述。

图1为本申请实施例提供的一种通信设备的结构示意图;

图2为本申请实施例提供的一种射频电路的结构示意图;

图3为本申请实施例提供的一种PA电路的结构示意图;

图4为本申请实施例提供的一种功率单元的结构示意图;

图5为本申请实施例提供的一种电流崩塌的示意图;

图6为本申请实施例提供的另一种PA电路的结构示意图;

图7为本申请实施例提供的又一种PA电路的结构示意图;

图8为本申请实施例提供的另一种PA电路的结构示意图;

图9为本申请实施例提供的一种PA电路的芯片版图;

图10为本申请实施例提供的又一种PA电路的结构示意图;

图11为本申请实施例提供的另一种PA电路的结构示意图;

图12为本申请实施例提供的又一种PA电路的结构示意图;

图13为本申请实施例提供的另一种PA电路的结构示意图;

图14为本申请实施例提供的一种PA电路的性能对比的示意图。

本申请中,“至少一个”是指一个或者多个,“多个”是指两个或两个以上。“和/或”,描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如,A和/或B,可以表示:单独存在A,同时存在A和B,单独存在B的情况,其中A,B可以是单数或者复数。“以下至少一项(个)”或其类似表达,是指的这些项中的任意组合,包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如,a,b,或c中的至少一项(个),可以表示:a,b,c,a和b,a和c,b和c,或a、b和c,其中a,b,c可以是单个,也可以是多个。另外,本申请的实施例采用了“第一”、“第二”等字样对名称或功能或作用类似的对象进行区分,本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定。“耦合”一词用于表示电性连接,包括通过导线或连接端直接相连或通过其他器件间接相连。因此“耦合”应被视为是一种广义上的电子通信连接。

本申请中,“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言,使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。

本申请的技术方案可以应用于包含功率放大器的各种无线通信设备中。该无线通信设备可以部署在陆地上,包括室内或室外、手持或车载。也可以部署在水面上(如轮船等)。还可以部署在空中(例如飞机、气球和卫星上等)。比如,该无线通道设备可以为终端或者基站。比如,该终端包括但不限于:手机(mobile phone)、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑、移动互联网设备(mobile internet device,MID)、可穿戴设备(例如智能手表、智能手环、计步器等)、车载设备(例如,汽车、自行车、电动车、飞机、船舶、火车、高铁等)、虚拟现实(virtual reality,VR)设备、增强现实(augmented reality,AR)设备、工业控制(industrial control)中的无线终端、智能家居设备(例如,冰箱、电视、空调、电表等)、智能机器人、车间设备、无人驾驶(self-driving)中的无线终端、远程手术(remote medical surgery)中的无线终端、智能电网(smart grid)中的无线终端、运输安全(transportation safety)中的无线终端、智慧城市(smart city)中的无线终端,或智慧家庭(smart home)中的无线终端、飞行设备(例如,智能机器人、热气球、无人机、飞机)等。

图1为本申请实施例提供的一种无线通信设备的结构示意图,该无线通信设备以手机为例进行说明。该无线通信设备包括:RF电路101、存储器102、处理器103、传感器组件104、多媒体组件105、电源组件106以及输入输出接口107。

下面结合图1对该手机的各个构成部件进行具体的介绍:

RF电路101可用于收发信息或通话过程中,信号的接收和发送,特别地,将基站的下行信息接收后,给处理器103处理,以及将上行的数据发送给基站。通常,RF电路101包括但不限于天线、双工器、滤波器、功率放大器(power amplifier,PA)、低噪声放大器(low noise amplifier,LNA)、混频器(mixer,MIX)和低通滤波器(low pass filter,LPF)等。示例性的,如图2所示,RF电路101可以包括:天线、双工器、以及与该双工器耦合的发射通道和接收通道,该发射通道可以包括依次耦合的LPF1、MIX1、PA和发射 滤波器,该接收通道可以包括依次耦合的LPF2、MIX2、LNA和接收滤波器。

存储器102可用于存储数据、软件程序以及模块;主要包括存储程序区和存储数据区,其中,存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序,比如声音播放功能、图像播放功能等;存储数据区可存储根据该手机的使用所创建的数据,比如音频数据、图像数据、电话本等。此外,该手机可以包括高速随机存取存储器,还可以包括非易失性存储器,例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

处理器103是该手机的控制中心,利用各种接口和线路连接整个设备的各个部分,通过运行或执行存储在存储器102内的软件程序和/或模块,以及调用存储在存储器102内的数据,执行该手机的各种功能和处理数据,从而对该手机进行整体监控。可选地,处理器103可包括一个或多个处理单元,比如,处理器103可集成应用处理器(Application Processor,AP)和基带处理器(modem),手机的操作系统、用户界面和应用程序等可以在AP上运行处理,通信功能可以在基带处理器上处理。可以理解的是,上述,基带处理器也可以不集成到处理器103中。

传感器组件104包括一个或多个传感器,用于为该手机提供各个方面的状态评估。其中,传感器组件104可以包括加速度传感器,陀螺仪传感器,磁传感器,压力传感器或温度传感器,通过传感器组件103可以检测到该手机的加速/减速、方位、打开/关闭状态,组件的相对定位,或该手机的温度变化等。此外,传感器组件104还可以包括光传感器,如CMOS或CCD图像传感器,用于在成像应用中使用。

多媒体组件105在该手机和用户之间的提供一个输出接口的屏幕,该屏幕可以为触摸面板,且当该屏幕为触摸面板时,屏幕可以被实现为触摸屏,以接收来自用户的输入信号。触摸面板包括一个或多个触摸传感器以感测触摸、滑动和触摸面板上的手势。所述触摸传感器可以不仅感测触摸或滑动动作的边界,而且还检测与所述触摸或滑动操作相关的持续时间和压力。此外,多媒体组件105还包括至少一个摄像头,比如,多媒体组件105包括一个前置摄像头和/或后置摄像头。当该手机处于操作模式,如拍摄模式或视频模式时,前置摄像头和/或后置摄像头可以接收外部的多媒体数据。每个前置摄像头和后置摄像头可以是一个固定的光学透镜系统或具有焦距和光学变焦能力。

电源组件106用于为该手机的各个组件提供电源,电源组件106可以包括电源管理系统,一个或多个电源,及其他与该手机生成、管理和分配电力相关联的组件。输入输出接口107为处理器103和外围接口模块之间提供接口,比如,外围接口模块可以键盘、鼠标等。

尽管未示出,该手机还可以包括音频组件和通信模块等,比如音频组件包括麦克风和扬声器等,通信模块可以包括无线保真(wireless fidelity,WiFi)模块、蓝牙模块、近距离无线通信(near field communication,NFC)模块、全球卫星导航系统(global navigation satellite system,GNSS)模块或调频(frequency modulation,FM)模块中的一种或多种,本申请实施例在此不再赘述。本领域技术人员可以理解,图1中示出的手机结构并不构成对手机的限定,可以包括比图示更多或更少的部件,或者组合某些部件,或者不同的部件布置。

图3为本申请实施例提供的一种PA电路的架构示意图,该PA电路可以包括:至少一级功率单元(power cell)。该至少一级功率单元中的每级功率单元可以包括多个并联的 晶体管。当该至少一级功率单元包括多级功率单元时,该多级功率单元可用于对射频信号进行逐级放大。图3中将该至少一级功率单元包括N级功率单元为例进行说明,N为大于1的整数。

目前,在该PA电路中,该多级功率单元可用于对射频信号进行逐级放大,从而该多级功率单元中的末级功率单元(即第N级功率单元)中射频信号的功率最大。由于热耦合效应的存在,该末级功率单元往往会出现局部温度过高(最高温度可以超过250℃)的问题,从而对该PA电路的可靠性造成威胁。

在一种示例中,通过在该末级功率单元包括的多个晶体管的基极(base,B)与偏置端之间分别串联一个相同阻值的镇流(ballasting)电阻,这样当每个晶体管的基极电流I

当采用图4所示的方案时,在该末级功率单元正常工作的过程中,该多个晶体管中的每个晶体管会产生热量,且会受到周围其他晶体管的热传导,从而该多个晶体管中位于中间位置的晶体管的环境温度相对较高,BE结温度也相对较高。由于晶体管的BE结的开启电压会随着BE结温度的升高而降低,这样会使得中间位置的晶体管的开启电压减小、基极电流I

基于此,本申请实施例提供一种PA电路,该PA电路中的功率单元包括的不同晶体管的直流通路中可以串联不同阻值的电阻,使得并联的多个晶体管的基极电流I

图6为本申请实施例提供的一种PA电路的结构示意图,该PA电路包括:具有输入端PIN、偏置端BP和输出端POUT的功率单元,该功率单元可以为该PA电路的末级功率单元,该输入端PIN可用于接收射频信号,该偏置端BP可用于接收偏置电流,该输出端POUT可用于输出射频信号。

其中,该功率单元包括:多个晶体管、多个电容和多个电阻。该多个晶体管中每个晶体管的基极/栅极与该输入端PIN之间分别耦合有一个电容,每个晶体管的基极/栅极与该偏置端BP耦合,每个晶体管的发射极/源极与接地端耦合,每个晶体管的集电极/漏极与该输入端PIN耦合,每个晶体管的基极/栅极与该偏置端BP之间或每个晶体管的发射极/源极与接地端之间耦合有一个电阻。上述电阻也可以称为镇流电路,可用于对每个晶体管对应的直流通路中的电流进行限制。可选的,该功率单元还可以包括电感L,该多个晶体管的 集电极还通过该电感L与电源端VCC耦合。

在本申请方案中,该多个晶体管包括第一晶体管M1和第二晶体管M2,该多个电容包括第一电容C11和第二电容C12,该多个电阻包括第一电阻R11和第二电阻R12,第一晶体管M1的基极/栅极通过第一电容C11与该输入端PIN耦合、通过第一电阻R11与与该偏置端BP耦合,第二晶体管M2的基极/栅极通过第二电容C12与该输入端PIN耦合、通过第二电阻R12与与该偏置端BP耦合,第一晶体管M1和第二晶体管M2的集电极/漏极与该输入端PIN耦合,第一晶体管M1和第二晶体管M2的发射极/源极与接地端耦合,第一电阻R11的阻值与第二电阻R12的阻值不同,图6中表示为R11≠R12。

需要说明的是,图6中以该多个晶体管包括第一晶体管M1和第二晶体管M2,M1和M2的基极/栅极与该输入端PIN之间分别耦合有第一电容C11和第二电容C12,M1和M2的基极/栅极与该偏置端BP之间分别耦合有耦合有第一电阻R11和第二电阻R12为例进行说明。

需要说明的是,该多个晶体管可以为双极结型晶体管(bipolar junction transistor,BJT),也可以为互补金属氧化半导体(complementary,metal oxide semiconductor,CMOS)管;该多个电阻可以均耦合在该多个晶体管的基极/栅极与该偏置端BP之间,也可以均耦合在该多个晶体管的发射极/源极与接地端之间;或者,该多个电阻中的一部分电阻耦合在一部分晶体管的基极/栅极与该偏置端BP之间,另一部分电阻耦合在另一部分晶体管的发射极/源极与接地端之间。本文中以该多个晶体管为BJT、该多个电阻均耦合在该多个晶体管的基极与该偏置端BP之间为例进行说明。

在该PA电路中,该功率单元包括的该多个晶体管会因为排列位置的不同,产生不同的热量或受到周围不同热传导的影响,从而使得不同的晶体管的基极电流不同,本申请方案通过在不同晶体管的直流通路中串联耦合不同阻值的电阻,可以使得该多个晶体管的基极电流尽可能的均匀分布,以保证不同晶体管的温度相差较小,从而避免电流崩塌现象,以提升PA电路的可靠性和整个PA电路的寿命。比如,在受热较大的晶体管的直流通路中串联阻值较大的电阻,以减小该晶体管基极的电流,在受热较小的晶体管的直流通路中串联阻值较小的电阻,以增大该晶体管基极的电流,从而使得该多个晶体管的基极电流尽可能的均匀分布。

进一步的,当该多个晶体管更多数量的晶体管时,该多个晶体管中位于中间位置的晶体管的直流通路中串联耦合的电阻的阻值大于位于边缘位置的晶体管的直流通路中串联耦合的电阻的阻值。上述描述也可以替换为:该多个晶体管中受热较大的晶体管的直流通路中串联耦合的电阻的阻值大于受热较小的晶体管的直流通路中串联耦合的电阻的阻值。

在一种实施例中,如图7所示,该多个晶体管还包括第三晶体管M3,第三晶体管M3的基极通过第三电容C13与该输入端PIN耦合、通过第三电阻R13与该偏置端BP耦合,第三晶体管M3的集电极与该输出端POUT耦合,第三晶体管M3的发射极与接地端耦合。

其中,第三晶体管M3设置在第二晶体管M2远离第一晶体管M1的一侧,即第二晶体管M2设置在第一晶体管M1和第三晶体管M3的中间,这里的远离是指在该PA电路对应的芯片电路版图上的位置关系。此时,第二晶体管M2对应耦合的第二电阻R12的阻值大于第一晶体管M1对应耦合的第一电阻R11的阻值,图7中表示为R12>R11。

具体的,第二晶体管M2受到的热量包括第二晶体管M2产生的热量、以及第一晶体 管M1和第三晶体管M3的热传导。第一晶体管M1的受热包括第一晶体管M1产生的热量、以及第二晶体管M2和第三晶体管M3的热传导。假设每个晶体管自身产生的热量相同,每个晶体管的受热情况主要取决于受到的热传导,此时第三晶体管M3设置在第二晶体管M2远离第一晶体管M1的一侧时,第二晶体管M2受到的热传导大于第一晶体管M1的受到的热传导,从而第二晶体管M2的受热大于第一晶体管M1的受热。通过设置第二电阻R12的阻值大于第一电阻R11的阻值,可以减小第二晶体管M2的基极电流,增大第一晶体管M1的基极电流,使得第一晶体管M1和第二晶体管M2的基极电流尽可能的均匀分布。

可选的,第三晶体管M3对应耦合的第三电阻R13的阻值等于第一电阻R11的阻值,即第三电阻R13等于第一电阻R11,图7中表示为R13=R11。

其中,第三晶体管M3的受热包括第三晶体管M3产生的热量、以及第一晶体管M1和第二晶体管M2的热传导。若第三晶体管M3的受热与第一晶体管M1的受热大致相同,第三电阻R13的阻值等于第一电阻R11的阻值。此时,第二电阻R12的阻值均大于第一电阻R11的阻值和第三电阻R13的阻值,且第三电阻R13的阻值等于第一电阻R11的阻值,从而可以减小第二晶体管M2的基极电流,增大第一晶体管M1和第三晶体管M3的基极电流,使得第一晶体管M1、第二晶体管M2和第三晶体管M3的基极电流尽可能的均匀分布。

进一步的,如图8所示,该多个晶体管还包括第四晶体管M4,第四晶体管M4的基极通过第四电容C14与该输入端PIN耦合、通过第四电阻R14与该偏置端BP耦合,第四晶体管M4的集电极与该输出端POUT耦合,第四晶体管M4的发射极与接地端耦合。

其中,第四晶体管M4设置在第三晶体管M3远离第二晶体管M2的一侧,这里的远离是指在该PA电路对应的芯片电路版图上的位置关系。第四晶体管M4对应耦合的第四电阻R14的阻值小于第二电阻R12的阻值,即第四电阻R14小于第二电阻R12,图8中表示为R14<R12。示例性的,图9示出了图8对应的PA电路的一种芯片电路版图,第一晶体管M1至第四晶体管M4在该版图中依次排列设置,且满足第三晶体管M3设置在第二晶体管M2远离第一晶体管M1的一侧,第四晶体管M4设置在第三晶体管M3远离第二晶体管M2的一侧,每个晶体管对应耦合的电容和电阻按照图8对应的耦合关系通过金属连接。图9中的C表示集电极,B表示基极,E表示发射极。

具体的,当第四晶体管M4设置在第三晶体管M3远离第二晶体管M2的一侧时,第二晶体管M2受到的热量包括第二晶体管M2产生的热量,以及第一晶体管M1、第三晶体管M3和第四晶体管M4的热传导。第四晶体管M4的受热包括第四晶体管M4产生的热量、以及第一晶体管M1至第三晶体管M3的热传导。假设每个晶体管自身产生的热量相同,每个晶体管的受热情况主要取决于受到的热传导,此时第四晶体管M4设置在第三晶体管M3远离第二晶体管M2的一侧时,第二晶体管M2受到的热传导大于第四晶体管M4受到的热传导,从而第二晶体管M2的受热大于第四晶体管M4的受热,从而通过设置第四电阻R14的阻值小于第二电阻R12的阻值,可以减小第二晶体管M2的基极电流,增大第四晶体管M4的基极电流,使得第二晶体管M2和第四晶体管M4的基极电流尽可能的均匀分布。

可选的,第二晶体管M2对应耦合的第二电阻R12的阻值等于第三晶体管M3对应耦 合的第三电阻R13的阻值,即第二电阻R12等于第三电阻R13。可选的,第四晶体管M4对应耦合的第四电阻R14的阻值小于第三晶体管M3对应耦合的第三电阻R13的阻值,即第四电阻R14小于第三电阻R13。可选的,第四晶体管M4对应耦合的第四电阻R14的阻值等于第一晶体管M1对应耦合的第一电阻R11的阻值,即第四电阻R14等于第一电阻R11。图8中表示为R11=R14<R12=R13。

具体的,第三晶体管M3的受热包括第三晶体管M3产生的热量,以及第一晶体管M1、第二晶体管M2和第四晶体管M4的热传导。若第三晶体管M3的受热与第二晶体管M2的受热大致相同,则第三电阻R13的阻值等于第二电阻R12的阻值。若第四晶体管M4的受热小于第三晶体管M3的受热,则第四电阻R14的阻值小于第三电阻R13的阻值。第一晶体管M1的受热包括第一晶体管M1产生的热量,以及第二晶体管M2至第四晶体管M4的热传导。若第一晶体管M1的受热与第四晶体管M4的受热大致相同,则第四电阻R14的阻值等于第一电阻R11的阻值。

此时,第二电阻R12和第三电阻R13的阻值均大于第一电阻R11和第四电阻R14的阻值,且第三电阻R13的阻值等于第二电阻R12的阻值,第一电阻R11的阻值等于第四电阻R14的阻值,从而可以减小第二晶体管M2和第三晶体管M3的基极电流,增大第一晶体管M1和第四晶体管M4的基极电流,使得第一晶体管M1、第二晶体管M2、第三晶体管M3和第四晶体管M4的基极电流尽可能的均匀分布。

可选的,当该多个晶体管包括更多数量的晶体管时,该多个晶体管中越靠近中间位置的晶体管的直流通路中串联耦合的电阻的阻值越大,越靠近边缘位置的晶体管的直流通路中串联耦合的电阻的阻值越小。

示例性的,如图10所示,假设多个晶体管包括6个晶体管且分别表示为M11至M16,M11至M16中每个晶体管的基极与该输入端PIN之间对应耦合的电容且分别表示为C11至C16、每个晶体管的基极与该偏置端BP之间对应耦合有电阻且分别表示为R21至R26。在该PA电路的功率单元中,该多个晶体管M11至M16依次排列为一列,M13和M14位于该多个晶体管的中间位置,M11和M16位于该多个晶体管的边缘位置,M12位于M11和M13之间,M15位于M14和M16之间。上述R21至R26可以满足以下条件:R21=R26,R22=R25,R23=R24,R23(R24)>R22(R25)>R21(R26)。比如,R21=R26=93.77欧姆(ohm),R22=R25=242.95ohm,R23=R24=633.73ohm。该ohm也可以表示为Ω。

进一步的,如图11所示,该功率单元还可以包括:与该多个晶体管中的每个晶体管对应耦合的电阻并联的电容C2。或者,如图12所示,该功率单元还可以包括:与该多个晶体管中的每个晶体管对应耦合的电阻并联的RC电路,该RC电路包括串联的电容C2和电阻R2。图11和图12中仅示出了该功率单元的部分结构,且具体以该多个晶体管中的第一晶体管M1为例进行说明。

进一步的,该功率单元还可以包括:第五电阻。在一种实施例中,当该多个晶体管中每个晶体管的基极与该偏置端BP之间耦合有一个电阻时,该第五电阻可以耦合在该偏置端BP与第一节点之间,该第一节点为该多个晶体管对应耦合的电阻的耦合点。

示例性的,结合图8,如图13所示,该多个晶体管可以包括晶体管M1至M4,M1至M4对应耦合的电阻的耦合点为第一节点,该第一节点与该偏置端BP之间耦合有第五电阻R5。

在另一种实施例中,该多个晶体管包括第一晶体管集合和第二晶体管集合,每个晶体管集合包括该多个晶体管中至少两个相邻的晶体管,该功率单元还可以包括:一个或者多个第六电阻。其中,该第一节点与第二节点之间、以及该第一节点与第三节点之间分别耦合有一个第六电阻,该第二节点为该第一晶体管集合的基极对应耦合的电阻的耦合点,该第三节点为该第二晶体管集合的基极对应耦合的电阻的耦合点。可选的,第一晶体管集合对应耦合的第六电阻的阻值与第二晶体管集合对应耦合的第六电阻的阻值可以不同,也可以相同,本申请实施例对此不作具体限制。

示例性的,结合图8,如图13所示,第一晶体管集合可以包括晶体管M1和M2,第二晶体管集合可以包括晶体管M3和M4,M1和M2的基极对应耦合的第一电阻R11和第二电阻R12的耦合点为第二节点,M3和M4的基极对应耦合的第三电阻R13和第四电阻R14的耦合点为第三节点,该第一节点与该第二节点之间耦合有一个第六电阻R61,该第一节点与该第三节点之间耦合有一个第六电阻R62。

同理,当该多个晶体管中每个晶体管的发射极与该接地端之间耦合有上述第一电阻R11和第二电阻R12等多个电阻时,该第五电阻可以耦合在该接地端与该第一节点之间。进一步的,当该多个晶体管包括第一晶体管集合和第二晶体管集合时,该第一节点与第二节点之间、以及该第一节点与第三节点之间也可以分别耦合有一个第六电阻。

需要说明的是,上文中所描述的该多个晶体管可以是三极管,也可以是异质结双极性晶体管(heterojunction bipolar transistor,HBT),图6-图13所示的晶体管的类型仅为示例性的,并不对本申请实施例构成限制。

本申请实施例将本文所提供的不同晶体管耦合不同阻值的电阻(下文中称为非均衡镇流电阻设计)的功率单元与图4所示不同晶体管耦合相同阻值的镇流电阻(下文中称为等镇流电阻设计)的功率单元中位于相同位置的晶体管的基极电流进行了比较,具体如下表1所示,作为本申请的一个实施例,其不限定于以下具体参数值。在表1中,电流(Pin=-10dB)表示输入信号功率为-10dB时晶体管的基极电流,电流(Pin@P1dB=16dB)表示输出功率等于16dB时晶体管的基极电流。

表1

从上述表1可以看出:在该多个晶体管无温差的情况下,等镇流电阻设计的功率单元中该多个晶体管的基极电流相等,非均衡镇流电阻设计的功率单元中该多个晶体管的基极电流从中间位置到最边缘位置依次减小。在该多个晶体管有温差的情况下,等镇流电阻设计的功率单元中该多个晶体管的基极电流从中间位置到最边缘位置依次增大且差值较大, 非均衡镇流电阻设计的功率单元中该多个晶体管的基极电流从中间位置到最边缘位置的差值相差较小。

此外,本申请实施例还将非均衡镇流电阻设计的功率单元与等镇流电阻设计的功率单元在不同输入信号功率Pin下的输出功率Pout、总效率PAE和增益(gain,G)进行了比较,具体如图14中的(a)、(b)和(c)所示,作为本申请的一个实施例,其不限定于以下具体参数值。由图14可知,在两种设计下,功率单元的输出功率Pout、总效率PAE和增益(gain,G)的变化是一致的,即非均衡镇流电阻设计的功率单元的性能与等镇流电阻设计的功率单元的性能没有差别。

本申请实施例提供的PA电路,通过在该多个晶体管中位于中间位置的晶体管的直流通路中串联耦合阻值较大的镇流电阻,在位于边缘位置的晶体管的直流通路中串联耦合阻值较小的电阻,以使电流向边缘位置的晶体管集中,这样在大功率场景下,可以进一步使得该多个晶体管的基极电流尽可能的均匀分布,以降低不同位置上的晶体管的温差,即使得该多个晶体管的温度相差较小,从而降低该PA电路的可靠性风险,进而提高整个PA电路的寿命。

基于此,本申请实施例还提供一种射频电路,该射频电路包括PA电路,该PA电路为上文所提供的任意一种PA电路。可选的,该射频电路还可以包括第一低通滤波器、第一混频器和发射滤波器,发射滤波器的输入端与该PA电路的输出端耦合,第一混频器的输入端与该PA电路的输入端耦合,第一混频器的输入端与第一低通滤波器的输出端耦合。可选地,射频电路还包括接收通道,该接收通道包括第二低通滤波器、第二混频器、低噪声放大器和接收滤波器,该接收滤波器的输出端与该低噪声放大器的输入端耦合,该低噪声放大器的输出端与该第二混频器的输入端耦合,该第二混频器的输出端与该第二低通滤波器的输入端耦合。比如,该射频电路的结构可以如上述图3所示。本申请实施例对该射频电路的具体结构不作限定。

在本申请的另一方面,还提供一种通信设备,该通信设备包括射频电路和天线,该射频电路包括上文所提供的任意一种PA电路。在一种示例中,该射频电路为图3所示的射频电路,该天线与该发射滤波器和/或该接收滤波器耦合。可选的,该通信设备还可以包括处理器和存储器等,比如,该通信设备的结构可以如上述图2所示。本申请实施例对该通信设备的具体结构不作限定。

需要说明的是,上述提供的射频电路和通信设备中关于该PA电路的相关描述可以参考上文所提供的PA电路中的相应描述,本申请实施例在此不再赘述。

最后应说明的是:以上所述,仅为本申请的具体实施方式,但本申请的保护范围并不局限于此,任何在本申请揭露的技术范围内的变化或替换,都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此,本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

相关技术
  • 多数据访问系统的数据库一致性方法
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技术分类

06120116541898