【CN110098809A】一种氮化镓功率放大器时序保护供电装置【专利】
一种功率放大电路和功率放大芯片[实用新型专利]
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专利名称：一种功率放大电路和功率放大芯片专利类型：实用新型专利
发明人：彭雄辉
申请号：CN202020426926.8
申请日：20200327
公开号：CN211531282U
公开日：
20200918
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本申请实施例公开了一种功率放大电路，该功率放大电路包括：电感、功率放大芯片以及电容滤波模块；其中，电感的一端与电源电压连接，电感的另一端与功率放大芯片的输入端连接；电容滤波模块包括第一滤波模块，第一滤波模块的一端与功率放大芯片的输出端连接，第一滤波模块的另一端与扬声器连接；本申请实施例同时还公开了一种功率放大芯片。
申请人：OPPO广东移动通信有限公司
地址：523860 广东省东莞市长安镇乌沙海滨路18号
国籍：CN
代理机构：北京派特恩知识产权代理有限公司
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基于GaN HEMT宽带高效率功率放大器的设计
基于GaN HEMT宽带高效率功率放大器的设计程知群;轩雪飞;刘国华;赵子明【摘要】设计一款工作于0.8 GHz~3.0 GHz的宽带功率放大器,有源器件采用Cree公司提供的CGH40010F GaN HEMT晶体管.利用ADS软件对功率管的大信号模型进行负载牵引,进而获得可以实现高效率最佳的负载阻抗和源阻抗,通过使用渐变式阻抗匹配的方法有效地拓展了功率放大器的带宽,并且保持了较高的效率.通过仿真最终对加工出来的实物分别进行小信号与大信号测试,实测结果表明,在0.8 GHz~3.0 GHz的频率范围内,相对带宽达到116%,小信号S21的实测值为14 dB~18 dB,大信号输出功率为40.15 dBm~42.25 dBm,漏极效率为50.0%~66.3%,增益为9.15 dB~11.25 dB,仿真与实测结果基本一致.【期刊名称】《杭州电子科技大学学报》【年(卷),期】2017(037)006【总页数】4页(P1-4)【关键词】宽带;功率放大器;高效率;GaNHEMT晶体管【作者】程知群;轩雪飞;刘国华;赵子明【作者单位】杭州电子科技大学射频电路与系统教育部重点实验室 ,浙江杭州310018;杭州电子科技大学射频电路与系统教育部重点实验室 ,浙江杭州 310018;杭州电子科技大学射频电路与系统教育部重点实验室 ,浙江杭州 310018;杭州电子科技大学射频电路与系统教育部重点实验室 ,浙江杭州 310018【正文语种】中文【中图分类】TN454近些年来，无线通信收发系统朝着低能耗、高效率、高输出功率和宽频带的方向飞速发展[1-3].为了缓解目前频谱资源日益紧张的现状，现代通信和军事电子系统采用的频段普遍都比较高，带宽很宽.因此，运用于此方面的相应射频功率放大器为宽频带功率放大器.这同时也触发了人们对于高输出功率、高效率的宽带功率放大器的需求[4-6].同时，功率放大器作为收发系统中最重要也是最耗能的组成模块之一，它对于减小收发系统能耗起着至关重要的作用[7-9].因此,在通信系统中，提高功率放大器的工作带宽和效率以及输出功率成为了人们不懈追求的热门方向.如果一个功放可以工作于不同频带，就可以应用于不同的收发系统，这将在通信成本上减少一笔巨大的研发投资.例如，在最新的4G通信标准中，一个可以覆盖中国联通、中国电信和中国移动三大运营商频段的功率放大器将具有巨大的商业价值.本文采用Cree公司提供的功率晶体管CGH40010F，利用ADS对晶体管进行阻抗扫描进而获得可以实现高效率的最优负载阻抗与源阻抗，通过阻抗渐变式匹配进行电路设计，并通过仿真和优化实现了比较理想的性能.本文设计中的晶体管采用的是Cree公司提供的CGH40010F，将晶体管的大信号模型导入高频仿真软件ADS中，栅极偏置设为-2.7 V,漏级偏置设为28 V，输入功率固定为29 dBm.利用软件自带的负载牵引系统对晶体管进行阻抗扫描，从而获得最优的负载阻抗与源阻抗.因为所使用的晶体管为封装管，所以晶体管的最优源阻抗与负载阻抗会随着频率在不断变化.在0.8 GHz～3.0 GHz范围内测得的阻抗如图1所示，为2条随着频率变化的曲线，仿真所得的特定频点下的最优源和负载阻抗以及相较于50 Ω的归一化阻抗如表1所示.功率放大器的性能取决于匹配电路的设计，因此，匹配电路是功率放大器设计的核心.对于宽带匹配而言常用的匹配方式包括分布式、负反馈、平衡式、达林顿结构、阻抗渐变和多枝节匹配等.每种结构都有自己相应的特点和适用的要求，所以在设计时要采用适当的方法实现宽带匹配，就多枝节和渐变式匹配而言，其拓展带宽的原理大致相同，都是通过压低匹配电路的节点品质因数Q，从而达到拓展带宽的目的.但是，多枝节匹配存在一些问题，各枝节的电磁耦合往往比较严重，同时还会增加电路的版图面积，因此相较于渐变式匹配，其存在的一些缺点往往是不可忽视的.渐变式阻抗匹配是将多节微带线进行串联，通过不断优化匹配路径，降低匹配电路的节点品质因数，实现宽带匹配.匹配电路原理图如图2所示，匹配路径图如图3所示，假如要实现的频带为(f1,f2)，将阻抗由Term1端口匹配到Term2端口,匹配路径有路径一或路径二，两条匹配路径如图2所示.则Q=0.5(f1+f2)/(f1-f2)，Q值曲线如图3所示，如果要实现前述要求，频带宽度为f2-f1.则至少要求匹配路径在Q值曲线以内，因此，选用路径一将不能实现上述要求，而路径二却可以很好的在所要求的带宽内实现匹配.因此，渐变式阻抗匹配可以很好地解决宽带匹配问题.利用仿真软件测出晶体管的最优负载阻抗和源阻抗，因为阻抗匹配只能匹配单点，因此对于0.8 GHz～3.0 GHz的频率范围内，匹配频点的选择也尤为重要.为了兼顾整个频段，选择接近中心频点2 GHz，分别对输入输出端进行匹配，采用渐变式阻抗匹配最终实现整体拓扑结构如图4所示.将仿真好之后的电路版图进行投板加工，对实物分别进行了小信号与大信号的测试.小信号的测试结果如图5所示，实测的结果与仿真结果基本上是一致的，小信号增益S21维持在14 dB以上，其中S11与S22实测的效果要比仿真还要好，S11基本都在-5 dB以下，S22基本在-10 dB以下，在如此宽的频带上维持这样一个效果，说明了匹配电路设计的合理性，这也同样证实了前面提到的渐变式阻抗匹配的可行性.大信号测试如下图6所示，实测的输出功率在40.00 dBm～42.25 dBm,漏极效率在50.0%～66.3%、增益在9.15 dB～11.25 dB，在整个频段内仿真与实际测试达到了基本一致效果.其中在低频段0.8 GHz～1.6 GHz漏级效率相对比较低，都在60%以下，虽然此时输出功率高于高频段，但是效率却降低，是因为此时直流损耗更大，因此只有在保证输出功率的同时，减小直流损耗，才能有效地提高效率.本文采用CGH40010F晶体管设计了一款功率放大器，采用了阻抗渐变式匹配.在0.8 GHz～3.0 GHz的频带范围内分别进行了大信号与小信号的测试，测试结果表明，在整个频带内，输出功率维持在10 W以上，漏极效率在50%以上.由此可以进一步看出阻抗渐变式匹配在宽带匹配中的效果，维持功率放大器高性能的同时有效地拓展了带宽.当然，本设计还有进一步改进的空间，可以将谐波控制的思想加入到输入输出匹配网络中，将功率放大器的效率和输出功率等性能进一步提升.【相关文献】[1] Abdrahman B M, Ahmed H N, Gouda M E. Design of a 10W, highly linear, ultra wideband power amplifier based on GaN HEMT[C]//Engineering and Technology (ICET),2012 International Conference on.IEEE,2012:1-5.[2] Ding X, He S, You F, et al. 2-4 GHz wideband power amplifier with ultra-flat gain and high PAE[J]. Electronics Letters,2013,49(5):326-327.[3] Ma L, Zhou J, Yu Z. Design of a class-F power amplifier with expandingbandwidth[C]//2015 Asia-Pacific Microwave Conference (APMC). IEEE,2015,1:1-3.[4] Kang T, Park Y. Expanding bandwidth of class-F power amplifier with harmonic structures[C]//2013 Asia-Pacific Microwave Conference Proceedings (APMC).IEEE,2013:748-750.[5] Tuffy N, Guan L, Zhu A, et al. A simplified broadband design methodology for linearized high-efficiency continuous class-F power amplifiers[J]. Microwave Theory and Techniques, IEEE Transactions on,2012,60(6):1952-1963.[6] Aridas N K, Yarman B S, Chacko P. Wideband power amplifier for two-way radio applications via real-frequency technique[J]. Electronics Letters,2014,50(23):1762-1764. [7] Cripps C. RF Power Amplifiers for Wireless Communication[M]. Norwood, MA: Artech House,2006:285-334.[8] Du X, Shao Z, You C, et al. A new method of designing high efficiency and widebandpower amplifier[C]//Communication Problem-Solving (ICCP),2014 IEEE International Conference on. IEEE,2014:638-641.。
一种应用于氮化镓及砷化镓功率放大器的保护电路[发明专利]
![一种应用于氮化镓及砷化镓功率放大器的保护电路[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/212db1c6f71fb7360b4c2e3f5727a5e9846a274f.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201710777373.3(22)申请日 2017.08.31(71)申请人 成都四威功率电子科技有限公司地址 610000 四川省成都市青羊区苏坡西路35号1栋1单元3楼(72)发明人 胡张 侯钧 杨阳 胡亮 杜云飞 (74)专利代理机构 成都正华专利代理事务所(普通合伙) 51229代理人 李蕊 何凡(51)Int.Cl.H03F 1/52(2006.01)(54)发明名称一种应用于氮化镓及砷化镓功率放大器的保护电路(57)摘要本发明涉及一种应用于氮化镓及砷化镓功率放大器的保护电路，包括故障信号处理模块、输入欠压判断模块、控制信号输出模块和电源控制模块，所述故障信号处理模块和输入欠压判断模块分别与所述控制信号输出模块的输入端相连，所述控制信号输出模块的输出端与所述电源控制模块的输入端相连。
本发明通过故障信号处理模块判断是否出现过流、过温或负压故障信号，输入欠压判断模块用于判断电源电压是否低于28V，控制信号输出模块中的光耦IC3在CTRL信号和protect信号均为高电平时关闭，此时，场效应管Q1栅级和漏级间电压较低，场效应管Q1处于关闭状态，电源电压无法通过场效应管Q1，无电压输出，起到保护功率放大器的作用。
权利要求书1页 说明书4页 附图1页CN 107395136 A 2017.11.24C N 107395136A1.一种应用于氮化镓及砷化镓功率放大器的保护电路，其特征在于，包括故障信号处理模块、输入欠压判断模块、控制信号输出模块和电源控制模块，所述故障信号处理模块和输入欠压判断模块分别与所述控制信号输出模块的输入端相连，所述控制信号输出模块的输出端与所述电源控制模块的输入端相连。
2.所述控制信号输出模块包括光耦IC3，所述电源控制模块包括场效应管Q1，所述场效应管Q1的源极分别与电源和电阻R6的一端相连，所述场效应管Q1的栅极作为输入端，分别与所述电阻R6的另一端和所述光耦IC3的集电极相连，所述场效应管Q1的漏极为输出端，所述光耦IC3的发射极接地，所述光耦IC3的阳极与CTRL信号相连，所述光耦IC3的阴极作为输入端分别与所述故障信号处理模块和输入欠压判断模块相连。
【CN110086222A】一种充放电方法、装置及移动终端【专利】
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910357456.6(22)申请日 2019.04.29(71)申请人 努比亚技术有限公司地址 518000 广东省深圳市南山区高新区北环大道9018号大族创新大厦A区6-8层、10-11层、B区6层、C区6-10层(72)发明人 祁庆克 (74)专利代理机构 深圳协成知识产权代理事务所(普通合伙) 44458代理人 章小燕(51)Int.Cl.H02J 7/00(2006.01)H01M 10/44(2006.01)(54)发明名称一种充放电方法、装置及移动终端(57)摘要本发明公开了一种充放电方法、装置及移动终端，涉及移动终端技术领域，该方法包括：获取移动终端中的电池温度；判断所述电池温度是否低于预设的温度阈值；若是，则开启发热模块为所述电池加热；通过加热模块为低温下的电池加热，让电池电芯温度升高，提升电池电芯的锂离子活力，提高电池充放电效率，提高当前应用模式下的电池可用电量。
权利要求书1页 说明书9页 附图5页CN 110086222 A 2019.08.02C N 110086222A权 利 要 求 书1/1页CN 110086222 A1.一种充放电方法，其特征在于，包括：获取移动终端中的电池温度；判断所述电池温度是否低于预设的温度阈值；若是，则开启发热模块为所述电池加热。
2.根据权利要求1所述的一种充放电方法，其特征在于，所述发热模块包括阻性线圈，所述阻性线圈布设于所述电池的表面。
3.根据权利要求2所述的一种充放电方法，其特征在于，所述判断所述电池温度是否低于预设的温度阈值包括：当移动终端在充电模式下，判断所述电池温度是否低于预设的第一温度阈值；若是，则开启发热模块，为所述阻性线圈供电，为所述电池加热。
4.根据权利要求2所述的一种充放电方法，其特征在于，所述判断所述电池温度是否低于预设的温度阈值还包括：当移动终端在放电模式下，判断所述电池温度是否低于预设的第二温度阈值；若是，则判断所述移动终端的功耗是否大于预设的功耗阈值且为连续负载；若是，则开启发热模块，为所述阻性线圈供电，为所述电池加热。
基于GaN HEMTs的S波段大功率固态功放组件设计
基于GaN HEMTs的S波段大功率固态功放组件设计彭恩超;张瑞【摘要】介绍了一种基于氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMTs)的S波段大功率固态功放组件,详细阐述了组件的微波链路设计、热设计、BITE设计以及电源设计等设计中的关键性问题.测试结果表明,组件在450μs脉宽、15％占空比条件下输出峰值功率不小于1.6 kW,效率达到40％.组件创新性地采用实时参数化的数字采样技术、激励/控制输入通道的冗余设计技术,适应高可靠雷达系统的健康管理对组件的智能化要求.【期刊名称】《中国电子科学研究院学报》【年(卷),期】2019(014)002【总页数】6页(P206-211)【关键词】功放组件;氮化镓;高电子迁移率晶体管;S波段;雷达;大功率【作者】彭恩超;张瑞【作者单位】中国电子科技集团公司第三十八研究所,合肥230088;安徽省天线与微波工程实验室,合肥230088【正文语种】中文【中图分类】TN6020 引言相比于真空管发射机，固态发射机因其具有工作电压低、可靠性高、维修性好、全寿命周期费用低和机动性好等优点，使其在地面、车载、舰载、机载和星载等雷达领域得到越来越广泛的应用[1]。
在S波段雷达领域，基于Si BJT和GaAs功率器件的固态功放组件技术近年来得到快速的发展[2-3]。
但是，Si管在高频下较低的电子迁移率使之效率难以提高，GaAs晶体管功率容量低，这些基于材料特性所限的性能缺陷限制了Si管和GaAs功率管在高频大功率发射领域的进一步发展。
相比于Si和GaAs，GaN宽禁带半导体材料具有更大的禁带宽度、更高的饱和电子漂移速度和更高的击穿电场强度等显著优点，这使得GaN HEMT可实现更大功率输出、更宽工作带宽和更高工作效率以及更强的抗辐射能力，特别适合固态微波大功率应用。
国际上Kwack等人在2011年研制成功基于GaN HEMTs的S波段固态功放组件，组件在400 MHz的带宽内实现55 dB的增益、1 kW的峰值功率输出和34 %的功率附加效率[4]。
一种E类高效GaN HEMT功率放大器设计
一种E类高效GaN HEMT功率放大器设计
严继进;蔡斐
【期刊名称】《电子科技》
【年(卷),期】2016(029)002
【摘要】功率附加效率是现代无线通信系统中一个重要的指标,较高的效率会大幅提高无线通信系统的运行时间,增强电池的续航能力,提高能源利用率,对移动通讯设备和移动安防设备而言,这几点尤为重要.文中以一款GaN HEMT功率放大器为基础,设计了一种简洁有效的E类功率放大器,用负载牵引技术和谐振器提高了器件的功率附加效率,在120～200 MHz近一个倍频程的工作频带内,实测功率附加效率均约达到74％,增益和输出功率分别约为13 dB和40 dBm.
【总页数】3页(P134-136)
【作者】严继进;蔡斐
【作者单位】中国电子科技集团公司第38研究所微系统部,安徽合肥230003;合肥工业大学光电技术研究院,安徽合肥230009
【正文语种】中文
【中图分类】TN386;TN722.7+5
【相关文献】
1.用于无线能量传输的高效GaN HEMT F类放大器设计 [J], 王颖;董士伟;董亚洲;付文丽
2.一种GaN的C类功率放大器设计 [J], 郑丽群;杨维明
3.高效率GaN HEMT Doherty功率放大器设计 [J], 王方园
4.0.35-2GHz GaN HEMT超宽带高效率功率放大器设计 [J], 韩娜; 廖学介; 杨秀强; 庞玉会
5.S波段高效F类/逆F类GaN HEMT功率放大器设计 [J], 邹浩
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(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910391971.6
(22)申请日 2019.05.13
(71)申请人 大唐终端技术有限公司
地址 300203 天津市滨海新区空港经济区
西三道158号金融中心4号楼1单元
602-3
(72)发明人 刘渊 李晓辉 李松辉 刘兆军
(74)专利代理机构 北京中企鸿阳知识产权代理
事务所(普通合伙) 11487
代理人 徐晶石
(51)Int.Cl.
H03F 1/30(2006.01)
H03F 1/52(2006.01)
H03F 3/21(2006.01)
H03F 3/24(2006.01)
(54)发明名称
一种氮化镓功率放大器时序保护供电装置
(57)摘要
本发明提出了一种氮化镓功率放大器时序
保护供电装置，包括：处理器的输出端与栅压供
电模块的输入端连接，栅压供电模块的输出端与
氮化镓功放模块的栅极连接，栅压供电模块的输
出端通过第一组分压电阻后与第一比较器的差
分反向输入端连接，栅压供电模块的输出端通过
第二组分压电阻与第二比较器的差分同向输入
端连接，处理器通过与栅压供电模块相连的信号
接口，输出用于预设栅压值对应的数字编码信
号；处理器通过与漏压供电模块相连的信号接
口，使能漏压供电模块向氮化镓功放模块的漏极
供电，使功放处于工作状态。
本发明可以实现功
率放大器供电时序保护，可靠并反应迅速，实施
监控功放工作温度和工作电流。
权利要求书2页 说明书5页 附图1页CN 110098809 A 2019.08.06
C N 110098809
A
权 利 要 求 书1/2页CN 110098809 A
1.一种氮化镓功率放大器时序保护供电装置，其特征在于，包括：处理器、栅压供电模块、漏压供电模块、氮化镓功放模块，其中，所述处理器的输出端与所述栅压供电模块的输入端连接，所述栅压供电模块的输出端与所述氮化镓功放模块的栅极连接，所述栅压供电模块的输出端通过第一组分压电阻后与第一比较器的差分反向输入端连接，所述栅压供电模块的输出端通过第二组分压电阻与第二比较器的差分同向输入端连接，所述第一比较器和第二比较器输出端与第一二极管的阴极相连，所述第一二极管的阳极分别与所述处理器的IO口、第一三极管的基极相连，所述第一二极管的阳极通过第三电阻接地，所述第一三极管的发射极接地，所述第一三极管的集电极通过第五电阻与第四电阻和第二三极管的基集、第二二极管的阴极相连，所述第二二极管的阳极与第二三极管的发射极和PMOS管的栅极连接；
所述漏压供电模块的信号端与所述处理器的IO接口连接，所述漏压供电模块的电源输出端与第四电阻、第二三极管的集电极、PMOS管的源极相连，所述PMOS管的漏极与所述氮化镓功放模块的漏极相连；
其中，所述处理器通过以下方式控制所述栅压供电模块和漏压供电模块，向所述氮化镓功放模块进行供电：
所述处理器通过与所述栅压供电模块相连的信号接口，输出用于预设栅压值对应的数字编码信号；
所述栅压供电模块根据接收到的数字编码信号，输出对应的预设栅压值给所述氮化镓功放模块的栅极；
所述处理器通过与所述漏压供电模块相连的信号接口，使能所述漏压供电模块向所述氮化镓功放模块的漏极供电，使功放处于工作状态。
2.如权利要求1所述的氮化镓功率放大器时序保护供电装置，其特征在于，还包括：功放温度检测模块，其中，
所述功放温度检测模块的信号采集端与所述氮化镓功放模块连接，信号输出端与所述处理器的信号输入端连接，用于采集所述氮化镓功放模块的当前温度，并反馈至所述处理器，由所述处理器根据读取到的氮化镓功放模块的当前温度，读取已经录入的氮化镓功放模块在不同温度下对应的栅压值，并将所述栅压值转换为所述栅压供电模块输出该栅压值时对应的数字编码信号，通过信号接口发送至所述栅压供电模块，以对所述栅压供电模块输出电压进行微调，对所述氮化镓功放模块进行温度补偿。
3.如权利要求1或2所述的氮化镓功率放大器时序保护供电装置，其特征在于，还包括：功放电流检测模块，其中，
所述功放电流检测模块信号采集端与所述氮化镓功放模块连接，信号输出端与所述处理器的信号输入端连接，用于采集所述氮化镓功放模块的漏极实时电流值，并反馈至所述处理器，由所述处理器和已经录入的所述氮化镓功放模块在不同温度和栅极电压下的电流值进行对比，如果超出预设误差范围，则对所述氮化镓功放模块进行下电操作。
4.如权利要求3所述的氮化镓功率放大器时序保护供电装置，其特征在于，在所述氮化镓功放模块进行下电操作时，所述处理器通过IO接口将所述第一三极管的基集拉低，关闭对所述氮化镓功放模块的漏极供电，再依次关闭所述漏压供电模块和所述栅压供电模块。
5.如权利要求1所述的氮化镓功率放大器时序保护供电装置，其特征在于，所述第一三
2。