采用射頻功率放大器的GSM/DCS雙頻段RF射頻前端設(shè)計(jì)

本文提出一種新穎的射頻功率放大器電路結(jié)構(gòu)，使用一個(gè)射頻功率放大器實(shí)現(xiàn)GSM/DCS雙頻段功率放大功能，銳迪科的RDA6218就是采用這種結(jié)構(gòu)。射頻功率放大器管芯由原來的兩個(gè)減少為一個(gè)，同時(shí)此結(jié)構(gòu)射頻功率放大器及輸出匹配網(wǎng)絡(luò)與CMOS控制器、射頻開關(guān)集成至一個(gè)芯片模塊，組成 GSM/DCS雙頻段射頻前端模塊，如圖1所示。

圖1 GSM/DCS雙頻段射頻前端模塊示意圖。

單芯片放大器電路

本設(shè)計(jì)中的射頻功率放大器電路采用三級(jí)放大的電路形式。如圖2所示，將射頻功率放大器電路的第一級(jí)分成兩個(gè)獨(dú)立的輸入端，分別對(duì)應(yīng)于GSM 和DCS功率放大頻段。然后共用第二級(jí)和第三級(jí)放大電路。在輸出端實(shí)現(xiàn)了可以同時(shí)應(yīng)用于GSM、DCS頻段的輸出匹配網(wǎng)絡(luò)。由于第二級(jí)和第三級(jí)為GSM和 DCS兩個(gè)頻段共用的電路放大級(jí)，因此在設(shè)計(jì)此兩級(jí)電路時(shí)需要同時(shí)兼顧GSM和DCS兩個(gè)頻段的要求。

圖2、 雙頻段功率放大器電路原理圖。

本電路中第三級(jí)設(shè)計(jì)為功率放大級(jí)，在通常電池電壓供電的情況下，為使GSM頻段和DCS頻段功率輸出分別達(dá)到35dBm和33dBm,因此 GSM頻段和DCS頻段的功率輸出阻抗分別設(shè)計(jì)為2Ω和3Ω。由于GSM頻段輸出功率大于DCS頻段輸出功率，因此設(shè)計(jì)第三級(jí)功率管Q3最大輸出功率達(dá) 35dBm。

該電路中第二級(jí)為功率驅(qū)動(dòng)級(jí)，因?yàn)樾枰瑫r(shí)覆蓋GSM和DCS兩個(gè)頻段，頻率范圍很寬，因此設(shè)計(jì)第二級(jí)放大電路采用負(fù)反饋結(jié)構(gòu)，將工作頻率從GSM頻段拓寬至DCS頻段。同時(shí)，第二、三級(jí)級(jí)間匹配網(wǎng)絡(luò)也設(shè)計(jì)為寬帶匹配網(wǎng)絡(luò)。本設(shè)計(jì)電路中，第二級(jí)和第三級(jí)的總體增益設(shè)計(jì)為25dB，頻率范圍覆蓋GSM和DCS頻段。仿真結(jié)果如圖3所示。

圖3 第二級(jí)和第三級(jí)增益仿真結(jié)果。

由于高頻段（DCS）的增益在第二和第三級(jí)時(shí)略低，因此設(shè)計(jì)第一級(jí)放大電路時(shí)，DCS頻段第一級(jí)增益比GSM頻段第一級(jí)高約3dB。同時(shí)，在DCS 頻段射頻輸入端加入濾波網(wǎng)絡(luò)，如圖2所示。此濾波網(wǎng)絡(luò)對(duì)GSM頻段信號(hào)起到帶阻作用，同時(shí)對(duì)DCS頻段信號(hào)起到帶通作用，加入此濾波網(wǎng)絡(luò)可有效地提高交叉隔離度。該濾波網(wǎng)絡(luò)的仿真原理圖與仿真結(jié)果分別如圖4、圖5所示。本設(shè)計(jì)電路GSM頻段和DCS頻段總增益仿真結(jié)果如圖6、圖7所示。

圖4 DCS頻段輸入濾波網(wǎng)絡(luò)仿真原理圖。

　　
圖5 DCS頻段輸入濾波網(wǎng)絡(luò)仿真結(jié)果

圖6 GSM頻段總增益仿真結(jié)果