一种低压缩高线性氮化镓功率放大器

技术领域

本发明属于氮化镓功率放大器技术领域，用于提高氮化镓功率放大器的1dB增益压缩输出功率，涉及一种低压缩高线性氮化镓功率放大器。

背景技术

传统氮化镓工艺具有增益缓慢压缩现象，导致氮化镓功率放大器增益压缩严重，1dB增益压缩输出功率低，线性度差。传统解决方式为模拟或者数字预失真方法，但是该方法需要测量不同环境下功率放大器芯片的功率特性曲线，并且具有很大局限性。其中，数字预失真技术是在芯片输入级添加预失真电路，其结构如图1所示，该电路需要检测功放的福相特性，并将检测结果反馈给预失真单元，预失真单元根据反馈信息调整输入信号的幅度，进行预失真后传递给功放，实现整个电路的恒定增益；在氮化镓芯片设计中一般根据氮化镓管芯特性在输入级设计如图2所示的模拟预失真电路单元，通过二极管结电容的非线性实现增益补偿。

发明内容

本发明的目的在于：提供了一种低压缩高线性氮化镓功率放大器，解决了模拟或者数字预失真方法需要测量不同环境下功率放大器芯片的功率特性曲线，需要牺牲效率，需要增大芯片面积的问题。本申请提出一种新的氮化镓功率放大器设计技术，该技术在不牺牲芯片的附加效率条件下缓解增益压缩现象，提高功放芯片的线性度，该技术在5G基站及移动通信领域的功率放大器芯片设计中应用前景巨大。

本发明采用的技术方案如下：

一种低压缩高线性氮化镓功率放大器，包括至少两个氮化镓功率放大器，其中，工作状态偏置在浅AB类的氮化镓功率放大器依次串联构成增益压缩部件，工作状态偏置在深AB类的氮化镓功率放大器依次串联构成增益扩张部件，增益压缩部件中位于尾端的氮化镓功率放大器与增益扩张部件中位于首端的氮化镓功率放大器连接。

进一步地，工作状态偏置在浅AB类的氮化镓功率放大器与工作状态偏置在深AB类的氮化镓功率放大器的数量比为1：1～1：2。

优选地，工作状态偏置在浅AB类的氮化镓功率放大器与工作状态偏置在深AB类的氮化镓功率放大器的数量比为1：1。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明一种低压缩高线性氮化镓功率放大器，保证具有较高的功率附加效率的同时充分利用管芯的自身特性缓解氮化镓工艺的缓慢增益压缩现象，不需要额外的预失真电路，也不会引入额外的功率损耗，提高了整个芯片的1dB增益压缩输出功率和线性度，另外不会增大芯片的面积，能够节约芯片的生产成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图，其中：

图1是现有的预失真电路原理图；

图2是现有的预失真电路图；

图3是实施例1的框架示意图；

图4是实施例2的功率放大器芯片原理图；

图5是氮化镓工艺功放的增益特性图；

图6是实施例2的偏置设计图；

图7是实施例2的增益曲线图；

附图标记：1-氮化镓功率放大器、2-增益压缩部件、3-增益扩张部件。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

实施例1

如图3所示，本发明较佳实施例提供的一种低压缩高线性氮化镓功率放大器，包括至少两个氮化镓功率放大器1，其中，工作状态偏置在浅AB类的氮化镓功率放大器1依次串联构成增益压缩部件2，工作状态偏置在深AB类的氮化镓功率放大器1依次串联构成增益扩张部件3，增益压缩部件2中位于尾端的氮化镓功率放大器1与增益扩张部件3中位于首端的氮化镓功率放大器1连接。

本发明的工作原理为：工作状态偏置在深AB类的氮化镓功率放大器1依次串联构成增益扩张部件3，工作状态偏置在浅AB类的氮化镓功率放大器1依次串联构成增益压缩部件2，增益压缩部件2中位于首端的氮化镓功率放大器1作为功放芯片的输入端、位于尾端的氮化镓功率放大器1与增益扩张部件3中位于首端的氮化镓功率放大器1连接，增益扩张部件3中位于尾端的氮化镓功率放大器1作为功放芯片的输出端，通过增益扩张部件3中的氮化镓功率放大器1的增益扩张缓解增益压缩部件2中的氮化镓功率放大器1的增益压缩。保证具有较高的功率附加效率的同时充分利用管芯的自身特性缓解氮化镓工艺的缓慢增益压缩现象，不需要额外的预失真电路，也不会引入额外的功率损耗，提高了整个芯片的1dB增益压缩输出功率和线性度，另外不会增大芯片的面积，能够节约芯片的生产成本。

其中，工作状态偏置在浅AB类的氮化镓功率放大器1与工作状态偏置在深AB类的氮化镓功率放大器1的数量比为1：1～1：2。本实施例中，通过配置工作状态偏置在浅AB类的氮化镓功率放大器1和工作状态偏置在深AB类的氮化镓功率放大器1的数量比为1：1～1：2，实现氮化镓功率放大器1因氮化镓工艺存在的缓慢增益压缩现象。

优选地，工作状态偏置在浅AB类的氮化镓功率放大器1与工作状态偏置在深AB类的氮化镓功率放大器1的数量比为1：1。本实施例中，优选的配置工作状态偏置在浅AB类的氮化镓功率放大器1和工作状态偏置在深AB类的氮化镓功率放大器1的数量比为1：1。

实施例2

本实施例提供一种功率放大器芯片，如图4所示，该芯片包含了三级共源的氮化镓功率放大器T1、T2、T3，以及若干匹配电路，匹配电路包括若干阻R、电感L和电容C。如图5所示，在相同输出功率密度下，由于工艺缺陷导致氮化镓的1dB增益压缩输出功率不高，芯片需要两级以上的氮化镓功率放大器级联，图4中氮化镓功率放大器T1工作状态偏置在浅AB类，氮化镓功率放大器T2、T3工作状态偏置在深AB类，见图6所示。氮化镓功率放大器T1工作状态偏置在浅AB类模式时，增益缓慢下降；氮化镓功率放大器T2、T3工作状态偏置在深AB类临近截至区域，具有强烈的增益扩张特性和高效率特性。本发明中氮化镓功率放大器T2、T3的栅极偏置电压直接由外部电源电压VG供给，该负电压通过电阻R6、R7分压后供给T1栅极，通过设计合理的分压电阻，使氮化镓功率放大器T1的增益压缩恰好被氮化镓功率放大器T2、T3的增益扩张所弥补，使整体芯片的1dB增益压缩点有A1扩展到A2，从而提高整体芯片的1dB增益压缩输出功率，见图7所示。本发明的芯片工作在低温时，管芯的跨导变大，静态工作点向截至区移动，导致氮化镓功率放大器T1工作在深AB类，氮化镓功率放大器T2、T3工作在截至区，芯片出现增益陡降，此时通过提高VG能够使芯片的增益回到常温状态；当芯片工作在高温环境中，氮化镓功率放大器的静态工作点会向上偏移；会导致氮化镓功率放大器T2、T3工作状态偏置在浅AB类模式，增益扩张消失，整体芯片又会出现传统功放芯片的缓慢增益压缩现象，此时可以通过降低栅极电压VG使整体芯片的增益曲线达到常温状态。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明的保护范围，任何熟悉本领域的技术人员在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。