一种射频功率放大器的温度稳定电路的制作方法

本发明涉及射频功率放大器技术领域，具体涉及一种射频功率放大器的温度稳定电路。

背景技术：

在现代无线通信系统中，射频功率放大器是实现射频信号无线传输的关键部件，功率控制芯片是射频功放模块的重要组成部分。射频功率放大器芯片是功放模块的核心部分，它的主要功能即为将已调制的射频信号放大到所需的功率值，然而，由于温度变化引起功率晶体管结压降的改变，会导致射频功率放大器的输出功率在很大程度受温度的影响，使得在不同温度下，功率放大器的输出功率产生较大幅度的改变，增加了功率控制的难度和复杂度。

射频功率放大器通常采用异质结双极晶体管(hbt)、互补式金属氧化物半导体晶体管(cmos)、高电子迁移率晶体管(hemt)等作为放大晶体管，称为功率管。功率管在工作时需要一定的直流电压和/或直流电流，称为偏置(biasing)。如果偏置电路为功率管提供的是直流电压，则称为电压偏置方式。如果偏置电路为功率管提供的是直流电流，则称为电流偏置方式。现有的射频功率放大器大多采用电压偏置，然而4g、5g等新一代通讯标准对射频功率放大器提出了新的性能要求，传统的电压偏置方式的射频功率放大器已经无法满足新的性能要求，因此电流偏置方式的射频功率放大器开始受到重视。采用电流偏置方式的射频功率放大器需要解决的一个重要问题就是温度补偿。

在基于功率放大器的温度控制电路中，我们常用温度补偿电路来降低温度对电路的影响。第一种射频功率放大器温度补偿方法，功率控制电路采集射频功率放大器的温度信息t，通过温度补偿函数f(t)将温度信息t转换成温度补偿量，控制电路将控制信号vramp转换成控制vcco(veamp)后与温度补偿量f(t)叠加，得到最终的功率控制信号vcc＝vcco(vramp)+f(t)所述控制电路将最终的功率控制信号vcc传输给功率放大器，控制功率放大器的输出功率。第二种是将恒定的偏置电流进行温度补偿、或者是将恒定的偏置电压转换为电流再进行温度补偿后，为功率管的基极提供温度补偿后的偏置电流。

当前的温度补偿电路得到了广泛关注，一般的温度补偿电路是将恒定的偏置电流进行温度补偿、或者是将恒定的偏置电压转换为电流再进行温度补偿后，为功率管的基极提供温度补偿后的偏置电流。但是这种温度调节的方法，仅仅是针对所有晶体管的温度补偿，在复杂的多级放大器中，因为需要很多个晶体管，而晶体管在排列次序后，会由于热效应而导致在某一级的功率放大器中排序不同的晶体管的温度高低不一。如果单单使用温度补偿电路，则只能整体的控制功率放大器的温度变化，会引起短板效应，精确度不高，造成浪费。

本文对传统的温度调节电路进行分析的基础上提出了一种新型的温度调节电路，直接对单个晶体管的阻值进行控制，从而精确有效的避免热效应对功率放大器的影响，降低温度对线性度的影响，降低温度变化导致的输出功率变化，提高稳定性，解决过热烧毁等可靠性问题。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明公开了一种射频功率放大器的温度稳定电路，本发明直接对单个晶体管的阻值进行控制，从而精确有效的避免热效应对功率放大器的影响，降低温度对线性度的影响，降低温度变化导致的输出功率变化，提高稳定性，解决过热烧毁等可靠性问题。

本发明通过以下技术方案予以实现：

一种射频功率放大器的温度稳定电路，包括输出级晶体管阵列和输出级偏置电路；其特征在于：所述输出级晶体管阵列的晶体管基级按照1，21，22…2n…22，21，1的方式加权进行串联电阻，所述输出级晶体管阵列通过串联电阻与所述输出级偏置电路。

优选的，所述晶体管通过基级串联的电阻，增加晶体管的直流负反馈，减小晶体管的电流，并延迟显示出kirk效应。

优选的，所述串联电阻的电阻值通过将电路仿真和热仿真联合使用的方式确定。

优选的，所述温度稳定电路的温度控制电路通过温度和电源电压补偿电路控制晶体管温度变化。

优选的，所述输出级晶体管阵列的晶体管基级串联电阻的方式可通过对晶体管的热效应和晶体管排列位置确定。

本发明的有益效果为：

1、通过引入温度和电源电压补偿电路控制晶体管温度变化带来的影响。直接利用偏置电路与晶体管连接特性，偏置电路连接晶体管处设置不一样的阻值，使用不同值的电阻r来进行不同的搭配，使用这些不同的搭配来影响晶体管的偏置电流或影响偏置电压来改变偏置电流。

2、该电路针对晶体管的热效应和晶体管排列位置不同所导致的温度变化，直接控制到具体的一个晶体管，具有较高精度，并且稳定性高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的分布热效应图；

图2是本发明的温度控制电路图；

图3是本发明的传统射频功放大器的输出级晶体管阵列图；

图4是本发明的传统射频功放大器的输出级偏置电路原理图；

图5是本发明的功率放大器温度控制电路示意图；

图6是本发明的功率放大器温度控制电路一种具体的实现形式图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

针对于上述的并行输出装置温度不一的情况，本文提出了一种基于射频功率放大器的温度控制电路。首先我们引入经典的解决方法：温度补偿电路。这种经典的方法是将恒定的偏置电流进行温度补偿、或者是将恒定的偏置电压转换为电流再进行温度补偿后，为功率管的基极提供温度补偿后的偏置电流。但是这样的方法却只是针对m＝1的情况，如果m取大于5的情况，考虑到上述提到的分布热效应，则只能整体的控制功率放大器的温度变化，会引起短板效应，精确度不高，造成浪费。

所以本文提出一种镇流电阻网络(blastingresistornetwork)，即不同晶体管接入不同阻值(如图2)，且阻值跟随温度呈梯度变化，这样就能精准的控制温度的变化，减少温度变化引起的线性度变化，提高稳定性，防止过热烧毁等不可靠性问题。相比于过去的方法，本发明考虑到了每一个晶体管的温度变化，并提出了解决办法，能精准到单个的晶体管，避免造成不必要的浪费，又能达到减少温度对线性度的影响，在效率和线性度之间有一个良好的折中，并且提高稳定性，防止过热烧毁等不可靠性问题。

射频功率放大器芯片是功放模块的核心部分，它的主要功能即为将已调制的射频信号放大到所需的功率值。所以当功率放大器处于正常工作时，会产生较大的输出功率，引起晶体管发热。晶体管发热又会进一步引起电流增大，电流增大，根据可知，功率会进一步增大，这样会陷入一个恶性循环，温度升高，功率增大，功率增大，温度又升高，最终会导致晶体管过热而烧毁功率放大器。

对于多级功率放大器，为了输出相对高的功率值，所以需要多个并行输出装置(paralleloutputdevices)，并行输出装置个数简称m。所谓并行输出装置个数就是一级功率放大器所需的晶体管个数，而并行输出装置的温度是不一样的。如图1所示，处于最中间位置的晶体管温度要比边上的晶体管温度高。这是由于处于中间位置的晶体管除了自身工作会引起温度增高以外，左右两边的晶体管在工作时会产生一定量的辐射，影响它的温度变化，所以并行输出装置的温度会呈现一副中间最高向两边呈梯度变化的温度变化图。

实施例2

如图3图4为传统的功率放大器的输出级晶体管阵列，将许多晶体管并列排布，输出功率合成。基级或者栅极通过相同的镇流电阻与带有补偿的电压或者电流偏置电路相连接。这种结构的好处是版图布局简单，但是很容易带来晶体管之间的温度分布不均匀。功率放大器工作的时候，晶体管由于发热导致pn节的开启电压降低，在固定的外部偏置条件下，这会导致晶体管的偏置电流提高，这又进一步提高了晶体管的温度。晶体管的不稳定特性要求它必须接热稳定电阻。传统的热稳定电阻在基级引入负反馈，可以有效缓解晶体管的热不稳定性，使放大器整体保持稳定。但是，对于图3所示的晶体管阵列，功率放大器工作时，每个阵列除了自身发热，还受到附件的晶体管散发的热量的影响。以三个晶体管并列的情况为例，同时工作时，中间的晶体管的温度要高于两边的晶体管，这导致中间晶体管的pn节开启电压更低，在相同的外部偏置和热稳电阻的条件下，中间的晶体管将会从偏置电路中吸取更多的电流，导致其他两个晶体管的基级电流降低，这会导致三个晶体管之间的温差继续扩大。这种正反馈的最终效果是中间晶体管导通电流占据了整体电路电流的大部分，过早表现出kirk效应，而其他两个晶体管电流偏低。整个功率放大器的性能明显恶化。

为了有效解决这个问题，提高功率放大器的整体性能，本文提出了基于每个晶体管的温度控制电路。

如图5所示，由于处于中间位置的晶体管的温度更大，导致晶体管2的自热效应更明显。此时在它的基级串联更多的电阻，增加晶体管2的直流负反馈，这样，晶体管的2的电流就不会因为温度更热而导致电流更大，防止它因为电流过大而更早的显示出kirk效应。所有晶体管的性能更均衡，从而不会造成电流的浪费和功率放大器性能的恶化。具体的电路实现中，基级串联电阻的个数可以按照1，21，22…2n…22，21，1的方式加权进行，例如，晶体管1的基级串联电阻为1，晶体管2的基级串联电阻为2，晶体管3的基极串联电阻为1。图6为一种具体的实现方式。

实施例3

如图6所示的电路为功率放大器温度控制电路一种具体的实现方式。五个并列排布的晶体管，中间的晶体管应该是最热的，如果采用传统的温度控制电路，那么中间晶体管流过的电流很有可能远大于两侧的晶体管，在特殊情况下，中间的晶体管可能流过所有电流的90％，它本身也因为基区展宽而导致增益降低，功率放大器的性能会明显恶化。而采用本文所提出的这种温度控制电路结构，会有效的避免这个问题，功率放大器的电流更均衡的流过五个晶体管，不会有哪个晶体管性能提前恶化。

电阻具体的加载方式视具体的情况而定，并不是一定的要按照1，21，22…2n…22，21，1的方式。因为晶体管的温度与自身发射，临近晶体管的热传导都有关系。而临近晶体管的热传导跟晶体管的尺寸和晶体管之间的距离有关。在晶体管发热很大，临近晶体管距离很近的条件下，靠近中间的晶体管基极串联的电阻应该更大以控制中间晶体管的温度。与之对应的，如果情况相反，那么串联的电阻值也可以相对应的降低。将电路仿真和热仿真联合使用，来确定每一个晶体管的基级串联的电阻值是一种合理的解决方式。

本发明提出了一种结构简单的新型高精度温度调节电路。第一：通过引入温度和电源电压补偿电路控制晶体管温度变化带来的影响。直接利用偏置电路与晶体管连接特性，偏置电路连接晶体管处设置不一样的阻值，使用不同值的电阻r来进行不同的搭配，使用这些不同的搭配来影响晶体管的偏置电流或影响偏置电压来改变偏置电流。第二：该电路针对晶体管的热效应和晶体管排列位置不同所导致的温度变化，直接控制到具体的一个晶体管，具有较高精度，并且稳定性高

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。