基于射頻直流反饋的功率放大器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于射頻直流反饋的功率放大器，其包括：功率放大電路，其輸入端通過(guò)輸入電容接收外部輸入的射頻輸入信號(hào)，其對(duì)射頻輸入信號(hào)進(jìn)行功率放大，并通過(guò)其輸出端輸出射頻輸出信號(hào)；采樣電路，其采樣所述功率放大電路的輸出電流得到采樣電流；直流轉(zhuǎn)換電路，將所述采樣電流轉(zhuǎn)換成直流反饋電流；偏置電路，其包括提供偏置電流的偏置電流源，其基于直流反饋電流和偏置電流提供為所述功率放大電路的輸入端提供偏置電壓。由于建立了直流反饋環(huán)路，功率放大器的輸出電流由環(huán)路增益以及偏置電流來(lái)確定，這樣還可以精確的控制功率放大器的輸出功率，受電源電壓、溫度和工藝偏差的影響較小。
【專利說(shuō)明】基于射頻直流反饋的功率放大器
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001]本發(fā)明涉及一種功率放大器，特別是涉及基于射頻直流反饋的功率放大器。
【【背景技術(shù)】】
[0002]在功率放大器設(shè)計(jì)中，控制電路模塊的作用一方面提供了系統(tǒng)的參考，另一方面可以滿足系統(tǒng)對(duì)功率放大器的要求，比如輸出功率的精確控制，還可以提供一些功率放大器的各種保護(hù)措施。
[0003]在現(xiàn)有技術(shù)中，功率放大器的控制電路通常采用低壓差電壓調(diào)節(jié)方式(LDO)。圖3為現(xiàn)有技術(shù)中的基于LDO控制的功率放大器的電路示意圖，如圖3所示，所述功率放大器包括第一功率放大晶體管Mil、第二功率放大晶體管M12，所述第一功率放大晶體管的柵極通過(guò)輸入電容Cll接收輸入的射頻輸入信號(hào)RFin，其柵極還通過(guò)偏置電阻接偏置電壓。所述功率放大器還包括扼流圈L11、控制晶體管M13和運(yùn)算放大器0P1，所述運(yùn)算放大器OPl的負(fù)相輸入端接參考電壓Vkef，正向輸入端接所述控制晶體管M13的漏極，所述控制晶體管M13的源極接電源，所述運(yùn)算放大器OPl的輸出端接所述控制晶體管M13的柵極，所述扼流圈Lll連接于所述控制晶體管M13的漏極和第二功率放大晶體管M12的漏極之間。通過(guò)運(yùn)算放大器OPl對(duì)所述控制晶體管M13的控制，從而可以給功率放大晶體管Mll和M12提供電流。該方法的優(yōu)點(diǎn)是可以非常準(zhǔn)確的追蹤到功率放大器的漏極電流，缺點(diǎn)也非常明顯:第一、由于功率放大器的電流很大，LDO的PMOS管M13尺寸非常大，這就造成面積很大，增加成本；第二、為使PMOS管M13處于飽和區(qū)，其源漏兩端須額外消耗掉一定的電壓(大于柵源之間的過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓)，這樣將降低輸出功率，同時(shí)降低整個(gè)功率放大器的效率；第三、通過(guò)Vkef控制功率放大器的漏極(或集電極)來(lái)控制輸出功率的方法動(dòng)態(tài)范圍相對(duì)較小，對(duì)于動(dòng)態(tài)范圍要求較高的情況，單獨(dú)一級(jí)控制往往無(wú)法滿足需要。
[0004]因此，有必要提出一種改進(jìn)的技術(shù)方案來(lái)解決上述問(wèn)題。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種基于射頻直流反饋的功率放大器，其可以對(duì)功率放大器的輸出電流、輸出功率進(jìn)行精確控制，降低電壓、溫度和工藝偏差帶來(lái)的影響。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種基于射頻直流反饋的功率放大器，其包括:功率放大電路，其輸入端通過(guò)輸入電容接收外部輸入的射頻輸入信號(hào)，其對(duì)射頻輸入信號(hào)進(jìn)行功率放大，并通過(guò)其輸出端輸出射頻輸出信號(hào)；采樣電路，其采樣所述功率放大電路的輸出電流得到采樣電流；直流轉(zhuǎn)換電路，將所述采樣電流轉(zhuǎn)換成直流反饋電流；偏置電路，其包括提供偏置電流的偏置電流源，其基于直流反饋電流和偏置電流提供為所述功率放大電路的輸入端提供偏置電壓。
[0007]在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，所述功率放大電路包括第一功率放大晶體管，該第一功率放大晶體管的柵極為所述第一功率放大電路的輸入端，所述采樣電路包括第一采樣晶體管，該第一采樣晶體管的柵極與所述第一功率放大晶體管的柵極相連，所述偏置電路還包括偏置晶 體管，該偏置晶體管的柵極通過(guò)偏置電阻與第一功率放大晶體管的柵極相連，所述偏置電流和所述直流反饋電流合并后流過(guò)所述偏置晶體管使得所述偏置晶體管的柵極為第一功率放大晶體管的柵極提供所述偏置電壓。
[0008]在一個(gè)更優(yōu)選的實(shí)施例中，第一功率放大晶體管的源極接地，第一采樣晶體管的源極接地，所述偏置晶體管的源極接地，其柵極與其漏極相連，所述偏置電流和所述直流反饋電流合并后流過(guò)所述偏置晶體管的漏極，所述偏置晶體管的柵極通過(guò)所述偏置電阻與第一功率放大晶體管的柵極相連。
[0009]在一個(gè)更優(yōu)選的實(shí)施例中，所述功率放大電路還包括第二功率放大晶體管，第二功率放大晶體管的源極與第一功率放大晶體管的漏極相連，第二功率放大晶體管的漏極與扼流電感的一端相連，所述扼流電感的另一端接電源，第二功率放大晶體管的漏極與所述扼流電感的連接節(jié)點(diǎn)作為所述功率放大電路的輸出端，所述采樣電路還包括第二采樣晶體管，其柵極連接第二功率放大晶體管的柵極，其源極接第一采樣晶體管的漏極。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，在本發(fā)明中偏置電路基于偏置電流和直流反饋電流給功率放大電路提供偏置電壓，從而建立了射頻直流反饋，在環(huán)路建立后，不論是靜態(tài)工作還是動(dòng)態(tài)工作情況，功率放大器中的平均電流都只和環(huán)路增益以及輸入的偏置電流相關(guān)，這樣可以盡量降低電壓、溫度和工藝偏差帶來(lái)的影響，實(shí)現(xiàn)輸出電流、輸出功率等參數(shù)的精確控制。
【【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】】
[0011]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。其中:
[0012]圖1為本發(fā)明中的基于射頻直流反饋的功率放大器在一個(gè)實(shí)施例中的電路示意圖；
[0013]圖2為本發(fā)明中的基于射頻直流反饋的功率放大器在一個(gè)具體的實(shí)施例中的電路不意圖；和
[0014]圖3為現(xiàn)有技術(shù)中的基于LDO控制的功率放大器的電路示意圖。
【【具體實(shí)施方式】】
[0015]本發(fā)明的詳細(xì)描述主要通過(guò)程序、步驟、邏輯塊、過(guò)程或其他象征性的描述來(lái)直接或間接地模擬本發(fā)明技術(shù)方案的運(yùn)作。為透徹的理解本發(fā)明，在接下來(lái)的描述中陳述了很多特定細(xì)節(jié)。而在沒(méi)有這些特定細(xì)節(jié)時(shí)，本發(fā)明則可能仍可實(shí)現(xiàn)。所屬領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員使用此處的這些描述和陳述向所屬領(lǐng)域內(nèi)的其他技術(shù)人員有效的介紹他們的工作本質(zhì)。換句話說(shuō)，為避免混淆本發(fā)明的目的，由于熟知的方法和程序已經(jīng)容易理解，因此它們并未被詳細(xì)描述。
[0016]此處所稱的“一個(gè)實(shí)施例”或“實(shí)施例”是指可包含于本發(fā)明至少一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性。在本說(shuō)明書中不同地方出現(xiàn)的“在一個(gè)實(shí)施例中”并非均指同一個(gè)實(shí)施例，也不是單獨(dú)的或選擇性的與其他實(shí)施例互相排斥的實(shí)施例。
[0017]圖1為本發(fā)明中的基于射頻直流反饋的功率放大器100在一個(gè)實(shí)施例中的電路示意圖。如圖1所示，功率放大器100包括功率放大電路110、采樣電路120、直流轉(zhuǎn)換電路130和偏置電路140。
[0018]所述功率放大電路110的輸入端通過(guò)輸入電容Cl接收外部輸入的射頻輸入信號(hào)RFin，其對(duì)射頻輸入信號(hào)進(jìn)行功率放大，并通過(guò)其輸出端輸出射頻輸出信號(hào)RFott。采樣電路120采樣所述功率放大電路110的輸出電流得到采樣電流Is，所述采樣電流Is與功率放大電路110的輸出電流成比例，即所述采樣電流Is的大小能夠直接反應(yīng)所述功率放大電路110的電流的大小。直流轉(zhuǎn)換電路130將所述采樣電流Is轉(zhuǎn)換成直流反饋電流Ifb，這是由于所述功率放大電路110的電流存在一定的波動(dòng)，為了更好的進(jìn)行負(fù)反饋控制，這里需要先去除所述采樣電流中的波動(dòng)以得到直流平均電流。
[0019]偏置電路140包括提供偏置電流Ib的偏置電流源，其基于直流反饋電流Ifb和偏置電流Ib為所述功率放大電路110的輸入端提供偏置電壓Vb。隨后，所述功率放大電路110在偏置電壓Vb的驅(qū)動(dòng)下，對(duì)外部輸入的射頻輸入信號(hào)RFin進(jìn)行功率放大，這樣就建立了直流反饋環(huán)路。
[0020]相較傳統(tǒng)的基于低壓差電壓調(diào)節(jié)方式的功率放大器控制電路存在諸多改進(jìn)和優(yōu)點(diǎn)。
[0021]首先，在直流反饋環(huán)路建立之后，功率放大器的輸出電流由環(huán)路增益以及偏置電流Ib確定，通常偏置電流Ib受電源電壓、溫度和工藝偏差較小，因此功率放大器的輸出電流能夠非常精確的被環(huán)路鎖定，從而與外界影響較小，注意，不論是靜態(tài)工作還是動(dòng)態(tài)工作情況，功率放大器中的平均電流都只和環(huán)路增益以及輸入的偏置電流Ib相關(guān)。
[0022]其次，對(duì)于線性功率放大器的輸出功率和輸出電流的理想關(guān)系為:
[0023]Pout = I12R,
[0024]其中I1S功率放大器中的平均電流，R為負(fù)載阻抗，只要精確控制了功率放大器的電流，也就可以控制功放的輸出功率。由于在反饋狀態(tài)下，功率放大器的電流I1和輸入偏置電流&是固定比例關(guān)系，所以輸出功率和偏置電流Ib也是確定的關(guān)系，且由于環(huán)路存在，該關(guān)系隨溫度、工藝、電源電壓等非理想因素變化較小。
[0025]第三，根據(jù)第二條所述的電流和功率的固定關(guān)系，如果改變Ib隨某個(gè)參數(shù)(比如GSM(Global System for Mobile Communications)Vramp信號(hào))的曲線形式，可以得到不同的輸入信號(hào)和輸出功率的曲線，比如輸入?yún)⒖夹盘?hào)是線性關(guān)系，輸出功率就是dB-線性關(guān)系，由此通過(guò)對(duì)Ib作各種不同的曲線，分別可以得到線性-線性、線性-指數(shù)、線性-對(duì)數(shù)等各種功率曲線。
[0026]第四，功率放大器的各個(gè)射頻參數(shù)對(duì)負(fù)載電壓駐波比(VSWR)非常敏感，不同的VSffR會(huì)對(duì)應(yīng)不同的輸出功率、電壓和電流，由此將產(chǎn)生功放的可靠性問(wèn)題，在存在環(huán)路的情況下，環(huán)路的建立對(duì)不同VSWR的影響可以大大緩解。
[0027]圖2為本發(fā)明中的基于射頻直流反饋的功率放大器在一個(gè)具體的實(shí)施例中的電路示意圖，其示意出了功率放大電路110、采樣電路120、直流轉(zhuǎn)換電路130和偏置電路140的具體電路結(jié)構(gòu)。
[0028]如圖2所示，所述功率放大電路110包括第一功率放大晶體管Ml、第二功率放大晶體管M2。該第一功率放大晶體管Ml的柵極為所述第一功率放大電路的輸入端與所述輸入電容Cl相連，第一功率放大晶體管Ml的源極接地。第二功率放大晶體管M2的源極與第一功率放大晶體管Ml的漏極相連，第二功率放大晶體管M2的漏極與扼流電感LI的一端相連，所述扼流電感LI的另一端接電源端，第二功率放大晶體管M2的漏極與所述扼流電感LI的連接節(jié)點(diǎn)作為所述功率放大電路110的輸出端。所述功率放大晶體管用于對(duì)輸入的射頻輸入信號(hào)RFin進(jìn)行功率放大以得到射頻輸出信號(hào)RFtot。
[0029]所述米樣電路120包括第一米樣晶體管M4和第二米樣晶體管M5。該第一米樣晶體管M4的柵極與所述第一功率放大晶體管Ml的柵極相連，第一采樣晶體管M4的源極接地，第二采樣晶體管M5的柵極連接第二功率放大晶體管M2的柵極，其源極接第一采樣晶體管M4的漏極，所述第二采樣晶體管M5的漏極上流過(guò)的電流就是所述采樣電流Is。由于晶體管Ml和M4的柵極相連，源極都接地，并且晶體管M2和M5的柵極相連，源極都接晶體管Ml和M5的漏極，因此他們形成電流鏡，也就是說(shuō)，晶體管M4和M5上流過(guò)的電流(采樣電流Is)與晶體管Ml和M2上流過(guò)的電流(輸出電流)成比例關(guān)系，這樣實(shí)現(xiàn)了輸出電流的采樣。
[0030]所述直流轉(zhuǎn)換電路130包括第一轉(zhuǎn)換晶體管M6、第二轉(zhuǎn)換晶體管M7、濾波電容C2、濾波電阻R2。第一轉(zhuǎn)換晶體管M6的柵極通過(guò)濾波電阻R2與第二轉(zhuǎn)換晶體管M7的柵極相連，第一轉(zhuǎn)換晶體管M6和第二轉(zhuǎn)換晶體管M7的源極均接電源端，所述濾波電容C2連接于電源端和第一轉(zhuǎn)換晶體管M6的柵極之間。第一轉(zhuǎn)換晶體管M6的漏極輸出直流反饋電流IFB，第二轉(zhuǎn)換晶體管M7的漏極連接第二采樣晶體管M5的漏極以接收所述采樣電流Is。所述濾波電容C2、濾波電阻R2構(gòu)成濾波電路，可以濾除所述采樣電流Is的波動(dòng)，第一轉(zhuǎn)換晶體管M6和第二轉(zhuǎn)換晶體管M7構(gòu)成電流鏡，從而基于所述采樣電流Is得到直流反饋電流IFB。
[0031]所述偏置電路140還包括偏置電流源和偏置晶體管M3。所述偏置晶體管M3的源極接地，其柵極與其漏極相連，其柵極還通過(guò)偏置電阻Rl與第一功率放大晶體管Ml的柵極相連。所述偏置電流Ib和所述直流反饋電流Ifb合并后流過(guò)所述偏置晶體管M3使得所述偏置晶體管M3的柵極為第一功率放大晶體管Ml的柵極提供所述偏置電壓VB。
[0032]所述偏置晶體管M3與所述第一放大晶體管Ml的柵極相連，并且源極都接地，他們形成電流鏡，也就是說(shuō)流過(guò)偏置晶體管M3的電流與流過(guò)第一放大晶體管Ml的電流成比例。在本發(fā)明中，可以通過(guò)改變或控制偏置電流Ib實(shí)現(xiàn)對(duì)流過(guò)第一放大晶體管Ml的電流(輸出電流)的精確控制，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)對(duì)功率放大器的輸出功率的精確控制。
[0033]圖2只是示例性的給出了一個(gè)具體的示例，在其他實(shí)施例中，在不脫離本發(fā)明的本質(zhì)的前提下，還可以對(duì)一些電路進(jìn)行調(diào)整。在一個(gè)可以選擇的實(shí)施例中，也可以只設(shè)置一個(gè)功率放大晶體管Ml，去掉功率放大晶體管M2，此時(shí)，Ml的漏極將作為功率放大電路110的輸出端，相應(yīng)的，也需要去除掉第二采樣晶體管M5。在其他實(shí)施例中，所述功率放大晶體管還可以不只包括兩個(gè)，還可以包括級(jí)聯(lián)的三個(gè)或更多，相應(yīng)的，也需要設(shè)置相應(yīng)數(shù)量的采樣晶體管。
[0034]在其他實(shí)施例中，功率放大晶體管Ml和M2也可以采用PM0S(P_channel MetalOxide Semiconductor)晶體管，相應(yīng)的，偏置晶體管M3、采樣晶體管M4和M5也需要采用PMOS晶體管，以與功率放大晶體管Ml和M2相匹配形成鏡像電路，同時(shí)偏置電流源也需要更改到偏置晶體管M3的漏極和地之間，提供向地的偏置電流。
[0035]在另外的實(shí)施例中，所述直流轉(zhuǎn)換電路130也可以根據(jù)需要調(diào)整自身的電路結(jié)構(gòu)，只要能夠?qū)⑺霾蓸与娏鱅s轉(zhuǎn)換成直流反饋電流Ifb即可。[0036]上述說(shuō)明已經(jīng)充分揭露了本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。需要指出的是，熟悉該領(lǐng)域的技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】所做的任何改動(dòng)均不脫離本發(fā)明的權(quán)利要求書的范圍。相應(yīng)地，本發(fā)明的權(quán)利要求的范圍也并不僅僅局限于前述【具體實(shí)施方式】。
【權(quán)利要求】
1.一種基于射頻直流反饋的功率放大器，其特征在于，其包括: 功率放大電路，其輸入端通過(guò)輸入電容接收外部輸入的射頻輸入信號(hào)，對(duì)射頻輸入信號(hào)進(jìn)行功率放大，并通過(guò)其輸出端輸出射頻輸出信號(hào)； 采樣電路，其采樣所述功率放大電路的輸出電流得到采樣電流； 直流轉(zhuǎn)換電路，將所述采樣電流轉(zhuǎn)換成直流反饋電流； 偏置電路，其包括提供偏置電流的偏置電流源，其基于直流反饋電流和偏置電流提供為所述功率放大電路的輸入端提供偏置電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率放大器，其特征在于， 所述功率放大電路包括第一功率放大晶體管，該第一功率放大晶體管的柵極為所述第一功率放大電路的輸入端， 所述采樣電路包括第一采樣晶體管，該第一采樣晶體管的柵極與所述第一功率放大晶體管的柵極相連， 所述偏置電路還包括偏置晶體管，該偏置晶體管的柵極通過(guò)偏置電阻與第一功率放大晶體管的柵極相連，所述偏置電流和所述直流反饋電流合并后流過(guò)所述偏置晶體管使得所述偏置晶體管的柵極為第一功率放大晶體管的柵極提供所述偏置電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率放大器，其特征在于，第一功率放大晶體管的源極接地，第一采樣晶體管的源極接地， 所述偏置晶體管的源極接地，其柵極與其漏極相連，所述偏置電流和所述直流反饋電流合并后流過(guò)所述偏置晶體管的漏極，所述偏置晶體管的柵極通過(guò)所述偏置電阻與第一功率放大晶體管的柵極相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的功率放大器，其特征在于，所述功率放大電路還包括第二功率放大晶體管，第二功率放大晶體管的源極與第一功率放大晶體管的漏極相連，第二功率放大晶體管的漏極與扼流電感的一端相連，所述扼流電感的另一端接電源端，第二功率放大晶體管的漏極與所述扼流電感的連接節(jié)點(diǎn)作為所述功率放大電路的輸出端， 所述采樣電路還包括第二采樣晶體管，其柵極連接第二功率放大晶體管的柵極，其源極接第一采樣晶體管的漏極。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的功率放大器，其特征在于，所述直流轉(zhuǎn)換電路包括第一轉(zhuǎn)換晶體管、第二轉(zhuǎn)換晶體管、濾波電容、濾波電阻， 第一轉(zhuǎn)換晶體管的柵極通過(guò)濾波電阻與第二轉(zhuǎn)換晶體管的柵極相連，第一轉(zhuǎn)換晶體管和第二轉(zhuǎn)換晶體管的源極均接電源端，所述濾波電容連接于電源端和第一轉(zhuǎn)換晶體管的柵極之間， 第一轉(zhuǎn)換晶體管的漏極輸出直流反饋電流，第二轉(zhuǎn)換晶體管的漏極連接第二采樣晶體管的漏極。
【文檔編號(hào)】H03F3/20GK103986425SQ201410182787
【公開(kāi)日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月30日
【發(fā)明者】韓科鋒, 王小保, 曲廣文, 承繼, 史云龍, 任啟明, 雷良軍 申請(qǐng)人:無(wú)錫中普微電子有限公司