專利名稱：功率放大器偏置電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT)功率放大器偏置電路， 特別涉及一種非常穩(wěn)定的根據(jù)放大器輸出功率的大小，自動(dòng)改變靜態(tài) 偏置電流以提高HBT功率放大器效率的偏置電路。
背景技術(shù)：
在當(dāng)今的無線通信系統(tǒng)中，功率放大器的效率決定了移動(dòng)終端電 池使用時(shí)間的長(zhǎng)短，比如常用的CDMA制式或者GSM制式的手機(jī)。 因此，功率放大器需要有較高的效率，以增加電池的使用時(shí)間。當(dāng)功 率放大器的輸出功率達(dá)到最大時(shí)(比如31dBm)，其附加效率也最大； 而當(dāng)輸出功率降低時(shí)，其附加效率會(huì)相應(yīng)的降低。最大輸出功率是功 率放大器比較關(guān)鍵的指標(biāo)之一。而一般的終端用功率放大器大部分時(shí) 間卻工作在較低輸出功率的水平，比如-15到15dBm。由于上述的原因， 現(xiàn)在的功率放大器都采取相應(yīng)的措施來提高低功率輸出時(shí)的效率。而 最普遍的方法是當(dāng)輸出功率大時(shí)，提供較高的靜態(tài)電流；當(dāng)輸出功率 小時(shí)，提供較低的靜態(tài)電流。圖1所示為傳統(tǒng)的功率放大器的電路圖，該傳統(tǒng)的功率放大器包 括功率放大電路部分，以及線性化偏置電路部分。其主體部分包括一 個(gè)或者一組信號(hào)放大晶體管Tl， 一個(gè)線性化偏置電路部分的晶體管 T2，兩個(gè)起溫度補(bǔ)償作用的二極管D1、 D2，給T1直流饋電的電感L， 以及一個(gè)輸入電容Ci和輸出電容Co。偏置電路101由于采用了晶體 管T2發(fā)射極連接到信號(hào)放人晶體管Tl的基極提供偏置電流，隨著輸 入功率的增大，電容C1的充放電可以給晶體管T2提供恒定的偏置電 流，從而減小信號(hào)經(jīng)T1管放大后而導(dǎo)致的增益壓縮。然而，不論功率 放大器工作在較大輸出功率或者較小輸出功率的模式，101偏置電路只 能提供給晶體管T1以恒定的偏置電流。這就造成了在低輸出功率狀態(tài)下偏置電流過大，放大器的整體功率附加效率較低。發(fā)明內(nèi)容(一) 要解決的技術(shù)問題有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種HBT功率放大器偏置 電路，以能夠穩(wěn)定地隨輸出功率狀態(tài)的變化，調(diào)節(jié)信號(hào)放大晶體管的 靜態(tài)電流，改善低輸出功率時(shí)的效率，并使整個(gè)偏置電路提供的電流 不會(huì)隨控制電壓的變化而產(chǎn)生較大的波動(dòng)。(二) 技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種HBT功率放大器偏置電路， 包括功率放大電路和線性化偏置電路101，該功率放大電路包括一個(gè)或 一組信號(hào)放大晶體管Tl、用于給晶體管Tl直流饋電的電感L，以及 一個(gè)輸入電容Ci和輸出電容Co;該線性化偏置電路101包括第二晶 體管T2、兩個(gè)起溫度補(bǔ)償作用的第一二極管D1和第二二極管D2，以 及一個(gè)第一電阻R1和第一電容C1;該電路還包括一功率控制電路102，包括構(gòu)成鏡像電流結(jié)構(gòu)的第四晶體管T4和 第五晶體管T5、用于控制電流的第三晶體管T3，以及第二電阻R2; 該第三晶體管T3的集電極連接于所述線性化偏置電路101的第二晶體 管T2的基極，使整個(gè)功率控制電路102對(duì)所述線性化偏置電路101構(gòu) 成旁路的作用；該第三晶體管T3的發(fā)射極連接于第四晶體管T4的基 極、第五晶體管T5的基極和第五晶體管T5的集電極；該第三晶體管 T3的基極通過第二電阻R2連接于電流源Vref，并同時(shí)連接于第四晶 體管T4的集電極；該第四晶體管T4和第五晶體管T5的發(fā)射極分別 接地。上述方案中，所述功率放大電路中晶體管T1的集電極通過電感L 接于電源Vcx，并通過輸出電容Co與輸出端相連；所述晶體管T1的 基極連接于所述線性化偏置電路101的第二晶體管T2的發(fā)射極，并通 過輸入電容Ci與輸入端相連；所述晶體管T1的發(fā)射極接地。上述方案中，所述線性化偏置電路101中第二晶體管T2的集電極連接于電源Vbias，并通過第一電阻R1與基極相連接；該第二晶體管 T2的基極連接于所述功率控制電路102中第三晶體管T3的集電極， 并分別通過第一電容Cl接地，以及通過第一二極管Dl和第二二極管 D2接地。上述方案中，所述第一二極管Dl和第二二極管D2同向串聯(lián)連接， 且第一二極管Dl的正極同時(shí)連接于第一電阻Rl和第二晶體管T2的 基極，第二二極管D2的負(fù)極接地。上述方案中，該電路進(jìn)一步包括一信號(hào)耦合電容C2，該信號(hào)耦合 電容C2 —端同時(shí)連接于第三晶體管T3的集電極和第二晶體管T2的 基極，另一端與信號(hào)輸入端相連。(三)有益效果 從上述技術(shù)方案中可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果1、 本發(fā)明提供的這種HBT功率放大器偏置電路，通過在原有線 性化偏置電路的基礎(chǔ)上，增加新的功率控制電路，能夠穩(wěn)定地隨輸出 功率狀態(tài)的變化，調(diào)節(jié)信號(hào)放大晶體管的靜態(tài)電流，改善低輸出功率 時(shí)的效率。2、 本發(fā)明提供的這種HBT功率放大器偏置電路，避免了控制電 流IT3隨控制電壓Vref不穩(wěn)定而引起的波動(dòng)，可以得到很穩(wěn)定，精度 較高的理想電流控制效果。3、 本發(fā)明提供的這種HBT功率放大器偏置電路，通過加入輸入 信號(hào)耦合電容，可以進(jìn)一步地提高放大器的線性度。


圖1是為傳統(tǒng)的功率放大器的電路圖；圖2是本發(fā)明提供的HBT功率放大器偏置電路的基本結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明提供的HBT功率放大器偏置電路中功率控制電路的 各部分電流示意圖；圖4是本發(fā)明提供的HBT功率放大器偏置電路的等效形式的電路圖；器偏置電路與傳統(tǒng)放大器電路 的功率附加效率對(duì)比示意圖；圖6是當(dāng)Vref變化時(shí)，本發(fā)明的偏置電流變化與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)偏置電 流變化的對(duì)比示意圖；圖7是本發(fā)明提供的HBT功率放大器偏置電路的完整結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具 體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖2所示，圖2是本發(fā)明提供的HBT功率放大器偏置電路的基 本結(jié)構(gòu)示意圖，該電路包括功率放大電路、線性化偏置電路101和功 率控制電路102。其中，該功率放大電路包括一個(gè)或一組信號(hào)放大晶體管T1、用于 給晶體管Tl直流饋電的電感L，以及一個(gè)輸入電容Ci和輸出電容Co。 晶體管T1的集電極通過電感L接于電源Vcc，并通過輸出電容Co與 輸出端相連；所述晶體管T1的基極連接于所述線性化偏置電路101的 第二晶體管T2的發(fā)射極，并通過輸入電容Ci與輸入端相連；所述晶 體管T1的發(fā)射極接地。該線性化偏置電路101包括第二晶體管T2、兩個(gè)起溫度補(bǔ)償作用 的第一二極管Dl和第二二極管D2,以及一個(gè)第一電阻Rl和第一電 容Cl。第二晶體管T2的集電極連接于電源Vbias，并通過第一電阻 Rl與基極相連接；該第二晶體管T2的基極連接于所述功率控制電路 102中第三晶體管T3的集電極，并分別第一電容Cl接地，通過第一 二極管Dl和第二二極管D2接地。所述第一二極管Dl和第二二極管 D2同向串聯(lián)連接，且第一二極管Dl的正極同時(shí)連接于第一電阻Rl 和第二晶體管T2的基極，第二二極管D2的負(fù)極接地。該功率控制電路102，包括構(gòu)成鏡像電流結(jié)構(gòu)的第四晶體管T4和 第五晶體管T5、用于控制電流的第三晶體管T3，以及第二電阻R2; 該第三晶體管T3的集電極連接于所述線性化偏置電路101的第二晶體7管T2的基極，使整個(gè)功率控制電路102對(duì)所述線性化偏置電路101構(gòu) 成旁路的作用；該第三晶體管T3的發(fā)射極連接于第四晶體管T4的基 極、第五晶體管T5的基極和第五晶體管T5的集電極；該第三晶體管 T3的基極通過第二電阻R2連接于電流源Vref，并同時(shí)連接于第四晶 體管T4的集電極；該第四晶體管T4和第五晶體管T5的發(fā)射極分別 接地。再參照?qǐng)D2，在通常的放大器偏置電路(由功率放大電路和線性化 偏置電路101構(gòu)成)的基礎(chǔ)之上，增加了電流控制電路102。 102電路 包括組成鏡像電流結(jié)構(gòu)的晶體管T4、 T5，控制電流作用的晶體管T3， 以及電阻R2。 T3的集電極連接到T2的基極，使整個(gè)102電路對(duì)101 電路構(gòu)成旁路的作用。對(duì)于給定的線性化偏置電路101，從線性化偏置 電路101過來的旁路電流IT3由Vref、 R以及T3、 T4、 T5的發(fā)射結(jié)面控制電壓Vref由一般的手持終端內(nèi)部的MSM (mobile station modem)所提供，因此無需附加多余的電路來提供控制電壓。以功率 控制電路102為例，當(dāng)輸出功率低于16dBm時(shí)，控制電壓為高電平(2.85 至3.3V);當(dāng)輸出功率高于16dBm時(shí)，控制電壓為低電平(O至0.45V)。當(dāng)Pout處于高輸出功率狀態(tài)時(shí)，Vref為邏輯低電平，因而晶體管 T3、 T4、 T5截止。此時(shí)，電流控制電路不會(huì)從偏置電路抽取任何電流。 所以整個(gè)功放電路和圖1中所示的電路等效。當(dāng)Pout處于低輸出功率狀態(tài)時(shí)，Vref為邏輯高電平，因而晶體管 T3、 T4、 T5導(dǎo)通。此時(shí)，電流控制電路從偏置電路抽取電流IT3，由 于T5的c-e極之間的電阻很大，能夠保證電流IT3高度的穩(wěn)定,晶體管 不隨基極電壓的波動(dòng)而導(dǎo)致射極電流的變化。旁路電流IT3造成了 T2 的基極電流降低，由此導(dǎo)致偏置電流IT2降低，電源功耗下降，放大 器效率提高。MSM (mobile station modem)芯片所能提供的電壓范圍為2.85至 3.3V，波動(dòng)幅度為0.45V。圖6所示為以3.1V為理想的Vref值，考察 其在2.7V至3.3V內(nèi)變化所引起的Icc值變化效果?？梢悦黠@的看到，本發(fā)明結(jié)構(gòu)的Icc值隨電壓波動(dòng)要大大小于普通結(jié)構(gòu)。如圖3所示，圖3是本發(fā)明提供的HBT功率放大器偏置電路中功 率控制電路的各部分電流示意圖，其作用機(jī)制為T5管的c-e極串聯(lián) 在T3的發(fā)射極，因?yàn)閏-e極之間等效電阻大，所以Ic5可以高度穩(wěn)定。 假定T3、 T4、 T5特性相同，則有電流放大系數(shù)a3-a4-a5二a，Ic4-Ic5.則有A「^""""+，<formula>formula see original document page 9</formula>得"V+2" + 2 fl ，可見晶體管的放大系數(shù)a越大，則IT3與 IR越接近。
一般可以近似有IT3=IR。使IT3受基極電流影響小，整個(gè)功率控制電路高度穩(wěn)定。如圖4為本發(fā)明的等效形式，即本發(fā)明提供的HBT功率放大器偏 置電路的等效形式的電路圖，適用于兼容了NPN型管的工藝。其作用 原理為，當(dāng)輸出功率低于16dBm時(shí)，控制電壓為低電平(0至0.45V), 103電路中的晶體管關(guān)閉，整個(gè)電路與圖一所示電路等效，此時(shí)的偏置 電流全部由101提供；當(dāng)輸出功率高于16dBm時(shí)，控制電壓為高電平 (2.85至3.3V), 103電路中的晶體管導(dǎo)通，103電路通過T3的集電 極向外提供電流IT3，從而增加了總的偏置電流，滿足較大輸出功率的 要求。如圖7為在圖2的基礎(chǔ)之上，增加了一個(gè)信號(hào)耦合電容C2，是本 發(fā)明提供的HBT功率放大器偏置電路的完整結(jié)構(gòu)示意圖。電容C2可 以在線性度不足的情況下，耦合一部分射頻信號(hào)到晶體管T2的基極， 從而加大T2的射極輸出電流，防止偏置電流隨輸入功率增大而降低， 可將增益壓縮點(diǎn)推后，從而獲得更佳的線性度。 一般合適的選擇電容 值，可以將壓縮點(diǎn)推后0.5dB左右。該信號(hào)耦合電容C2 —端同時(shí)連接 于第三晶體管T3的集電極和第二晶體管T2的基極，另一端通過輸入電容Ci連接于晶體管Tl的基極。
以上所述為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案而巳，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包括在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種異質(zhì)結(jié)雙極晶體管HBT功率放大器偏置電路，包括功率放大電路和線性化偏置電路(101)，該功率放大電路包括一個(gè)或一組信號(hào)放大晶體管T1、用于給晶體管T1直流饋電的電感L，以及一個(gè)輸入電容Ci和輸出電容Co；該線性化偏置電路(101)包括第二晶體管T2、兩個(gè)起溫度補(bǔ)償作用的第一二極管D1和第二二極管D2，以及一個(gè)第一電阻R1和第一電容C1；其特征在于，該電路還包括一功率控制電路(102)，包括構(gòu)成鏡像電流結(jié)構(gòu)的第四晶體管T4和第五晶體管T5、用于控制電流的第三晶體管T3，以及第二電阻R2；該第三晶體管T3的集電極連接于所述線性化偏置電路(101)的第二晶體管T2的基極，使整個(gè)功率控制電路(102)對(duì)所述線性化偏置電路(101)構(gòu)成旁路的作用；該第三晶體管T3的發(fā)射極連接于第四晶體管T4的基極、第五晶體管T5的基極和第五晶體管T5的集電極；該第三晶體管T3的基極通過第二電阻R2連接于電流源Vref，并同時(shí)連接于第四晶體管T4的集電極；該第四晶體管T4和第五晶體管T5的發(fā)射極分別接地。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的HBT功率放大器偏置電路，其特征在 于，所述功率放大電路中晶體管Tl的集電極通過電感L接于電源Va:， 并通過輸出電容Co與輸出端相連；所述晶體管Tl的基極連接于所述 線性化偏置電路(101)的第二晶體管T2的發(fā)射極，并通過輸入電容 Ci與輸入端相連；所述晶體管T1的發(fā)射極接地。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的HBT功率放大器偏置電路，其特征在 于，所述線性化偏置電路(101)中第二晶體管T2的集電極連接于電 源Vbias，并通過第一電阻Rl與基極相連接；該第二晶體管T2的基 極連接于所述功率控制電路(102)中第三晶體管T3的集電極，并分 別第一電容Cl接地，通過第一二極管Dl和第二二極管D2接地。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的HBT功率放大器偏置電路，其特 征在于，所述第一二極管D1和第二二極管D2同向串聯(lián)連接，且第一 二極管Dl的正極同時(shí)連接于第一電阻Rl和第二晶體管T2的基極，第二二極管D2的負(fù)極接地。
5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的HBT功率放大器偏置電路，其特征在 于，該電路進(jìn)一步包括一信號(hào)耦合電容C2，該信號(hào)耦合電容C2—端 同時(shí)連接于第三晶體管T3的集電極和第二晶體管T2的基極，另一端 與信號(hào)輸入端相連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種HBT功率放大器偏置電路，包括功率放大電路、線性化偏置電路和一功率控制電路，功率控制電路包括構(gòu)成鏡像電流結(jié)構(gòu)的第四晶體管T4和第五晶體管T5、用于控制電流的第三晶體管T3，以及第二電阻R2；該第三晶體管T3的集電極連接于所述線性化偏置電路的第二晶體管T2的基極；該第三晶體管T3的發(fā)射極連接于第四晶體管T4的基極、第五晶體管T5的基極和第五晶體管T5的集電極；該第三晶體管T3的基極通過第二電阻R2連接于電流源Vref，并同時(shí)連接于第四晶體管T4的集電極；該第四晶體管T4和第五晶體管T5的發(fā)射極分別接地。本發(fā)明能夠穩(wěn)定地隨輸出功率狀態(tài)的變化，而改變偏置電流的大小。
文檔編號(hào)H03F1/32GK101521486SQ20081010095
公開日2009年9月2日 申請(qǐng)日期2008年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月27日
發(fā)明者張海英, 畢曉君 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所