堆叠式功率放大器以及堆叠式功率放大器的调试方法与流程

本发明涉及射频集成电路，特别是涉及一种堆叠式功率放大器以及堆叠式功率放大器的调试方法。

背景技术：

1、堆叠式功率放大器是异质结双极晶体管(heterojunction bipolar transistor，hbt)高线性功率、高功率、高效率放大器(power amplifier，pa)领域的一种结构，在高供电电压下工作，所需的供电电压是并联晶体管结构的n倍，其输出负载阻抗较高，易于匹配。图1为现有的堆叠式功率放大器电路拓扑图，如图1所示，包括n层放大单元1，首层放大单元的晶体管的基极作为射频信号的输入端，连接扼流电感l0的第一端，用于隔交通直的电感的第二端vb0连接电源，首层放大单元的晶体管的发射极接地，集电极连接首层的上一层放大单元的晶体管的发射极；除首层放大单元之外的其余各层放大单元均包括晶体管和用于为晶体管基极提供电压的匹配电路2(如图1所示，匹配电路2为电容c0)。在首层放大单元内的晶体管的基极进行射频信号的输入，各层放大单元的晶体管的集电极连接下一层放大单元的晶体管的发射极以实现串联晶体管，经过n层放大单元的射频信号的放大，到末层放大单元内的晶体管的集电极的输出信号进行输出，下层晶体管的负载是上层晶体管的发射极输入阻抗，层间的匹配需要对上层晶体管的发射极输入阻抗进行设计。图2为现有的堆叠式功率放大器的单层小信号等效电路结构图，如图2所示，通过调整上层晶体管的基极接地电容以满足下层晶体管的负载阻抗需求，以此实现pa最优性能。

2、现有的pa性能的指标，如功率、效率、增益、线性度等均由负载阻抗决定，基于堆叠式功率放大器的设计仿真处理得到较为合适的基极接地电容值，但由于晶体管大信号模型精度不够，仿真结果最优基极接地电容值在进行实际流片后的pa性能并不能完全符合设计预期的最优pa性能，尤其是pa的线性度。故，基于堆叠式功率放大器内的基极接地电容(如图1所示的匹配电路内的电容)不可调，为固定值，则需要设计多个版本应对因晶体管大信号模型不准确，导致的芯片流片后pa性能偏差。在此过程中，设计多个版本的版图，通过测试挑选最优pa性能的版本量产，使得产品开发工作量和研发成本加大。

3、因此，如何在减少产品开发工作量和研发成本的同时实现堆叠式放大器的pa最优性能是本领域技术人员亟需要解决的。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种堆叠式功率放大器以及堆叠式功率放大器的调试方法，以解决因晶体管大信号模型不准确，导致的芯片流片后pa性能偏差，设计多个版本仿真以挑选出最优的pa性能版本，导致产品开发工作量和研发成本加大的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供一种堆叠式功率放大器，包括n层放大单元；除首层放大单元之外的其余各层放大单元均包括晶体管和用于为所述晶体管基极提供电压的匹配电路，至少一层放大单元的匹配电路为可变匹配电路，所述可变匹配电路包括偏置电路和可变电容；

3、所述可变电容的第一端连接所属层的晶体管的基极，所述可变电容的第二端通过所述偏置电路的输入端连接控制单元的电源，所述偏置电路的接地端接地；

4、所述控制单元，用于输出各电压值至所述偏置电路以调整所属层的晶体管的基极匹配电容。

5、优选地，所述偏置电路包括第一电阻、第一电容和扼流圈；

6、所述第一电阻的第一端作为所述偏置电路的接地端；所述第一电阻的第二端连接所述第一电容的第一端；所述第一电容的第二端连接所述扼流圈的第一端，且连接所述可变电容的第二端；

7、所述扼流圈的第二端作为所述偏置电路的电压输入端，且连接所述控制单元的电源。

8、优选地，所述偏置电路包括第一电感和第二电容；

9、所述第二电容的第一端作为所述偏置电路的接地端；所述第二电容的第二端连接所述第一电感的第一端，且连接所述可变电容的第二端；

10、所述第一电感的第二端作为所述偏置电路的电压输入端，且连接所述控制单元的电源。

11、优选地，连接所述可变匹配电路的各层放大单元对应的各所述第一电感共用所述控制单元的一个电源。

12、优选地，除所述首层放大单元之外的其余各层放大单元的匹配电路均为所述可变匹配电路。

13、优选地，所述可变匹配电路的数量为一个，除所述首层放大单元之外的最后一层放大单元的匹配电路为所述可变匹配电路。

14、优选地，各层放大单元还包括第二电感；

15、各所述第二电感的第一端连接所属层的晶体管的基极，各所述第二电感的第二端连接电源；

16、其中，所述首层放大单元的所述第二电感的第一端还连接所述堆叠式功率放大器的输入端；

17、除所述首层放大单元之外的其余各层放大单元内所述匹配电路为所述可变匹配电路的各层放大单元内的所述第二电感的第一端还连接所述可变电容的第一端；

18、除所述首层放大单元之外的其余各层放大器内所述匹配电路的各层放大单元内的所述第二电感的第一端还连接所述匹配电路的电容的第一端。

19、优选地，还包括第三电感；

20、所述第三电感的第一端连接最后一层放大单元内的晶体管的集电极，且连接所述堆叠式功率放大器的输出端；

21、所述第三电感的第二端连接电源电压。

22、优选地，所述可变电容至少包括铁电薄膜电容和/或二极管电容。

23、优选地，各层放大单元内的晶体管的类型相同，且均为hbt管。

24、为解决上述技术问题，本发明还提供一种应用于上述的堆叠式功率放大器的调试方法，包括：

25、获取各电压值，并将各电压值输出至所述偏置电路以调整所属层的晶体管的基极匹配电容；

26、根据各所述基极匹配电容确定对应的负载阻抗值；

27、将各所述负载阻抗值进行pa性能测试得到pa性能测试结果，并根据所述pa性能测试结果确定目标电容值以完成pa相应性能测试。

28、优选地，在确定所述目标电容值之后，还包括：

29、记录并保存所述目标电容值以便于将所述目标电容值对应的所述堆叠式功率放大器的所述可变电容替换为固定容值电容，其中，所述固定容值电容的电容值为所述目标电容值。

30、本发明提供的一种堆叠式功率放大器，包括n层放大单元，除首层放大单元之外的其余各层放大单元均包括晶体管和用于为晶体管的基极提供电压的匹配电路，至少一层放大单元的匹配电路为可变匹配电路，可变匹配电路包括偏置电路和可变电容。将可变匹配电路中的偏置电路和可变电容连接所属层的晶体管的基极，以作为晶体管的基极匹配电容，偏置电路的输入端口连接控制单元的电源，用于接收控制单元给出的各电源电压具体值，以输出偏置电压，充分利用晶体管的偏置电压，实现调节可变电容对应的两端电压。根据堆叠式功率放大器的器件连接，下层晶体管的负载是上层晶体管的发射极输入阻抗，通过调整晶体管的基极匹配电容，进而实现调整下层晶体管的负载阻抗。通过偏置电路和可变电容，与传统堆叠式功率放大器的设置多个版本固定电容值挑选最优的性能相比，可通过同一版本的版图设计，在回版后调节可变电容的电压以实现负载阻抗的调整得到较优的pa性能测试结果。通过设计一个版本即可获得pa最优性能，减少产品开发工作量以及节省研发成本。

31、另外，本发明还提供了一种堆叠式功率放大器的调试方法，具有如上述堆叠式功率放大器相同的有益效果。