专利名称：集成功率放大器电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及放大器电路领域，更具体地，涉及集成功率放大器电路。
背景技术：
通常的功率放大器(PA)技术利用多个集成电路，从而提供放大、功率输出控制功能，并稳定因电源电压和温度波动而造成的功率放大器输出信号电平波动。
放大器设计技术领域的技术人员可知，提供给RF信号放大级的偏流是决定放大级性能的重要因素。例如，提供给作为RF信号放大级的双极晶体管的基极的偏流是该双极晶体管放大性能的主要确定因素。选择并提供正确的偏流对优化任何晶体管放大器的RF信号放大特性是至关重要的。此外，可以理解，对提供给晶体管放大器的偏流进行控制可以实现更完善的方案，以优化晶体管放大器的功率输出特性。例如，可对功率放大器的输出功率进行检测，并响应该测得的输出共享，选择对所述偏流进行修改。此外，也能看到对偏流进行控制以优化功率放大器的性能的其他优点，例如，当RF感应整流电流较低时，较低输出功率下减小偏流，可以改善工作效率。
当然，在功率放大器设计及其应用技术中，这样的概念并不是新的。通过偏流对功率放大器的性能进行开环或闭环控制是本领域的技术人员熟知的技术。此外，闭环控制已被用来减少功率放大器输出功率性能随输入控制电压、外部温度的改变而产生的偏差，或者仅用于减轻制造公差。
但是，通过偏流引入对功率放大器的性能的一定程度的控制必须使用附加的电路，来将电压检测误差信号转换成晶体管上增加的基极电压变化。也就是说，需要在用来进行RF信号放大的晶体管上面或外部设置电路。例如，引入对偏流的控制至少需要设置用于接收控制信号的电路以及用于改变偏流的电路。为实现这一点，现有技术中已经介绍了大量的电路模块结构。
此外，现有的各种控制结构都占用了较大的晶元面积，并利用多种集成电路技术，具有很高的净生产成本，相关的晶片面积也很大。由于需要直接连接电路，这种传统的方法经常会导致工作效率降低，并且结果可重复性低，产生更多很难的校准要求并减少了产量。
因此本发明的一个目的是提供一种功率放大器集成电路(PAIC)，通过将所述偏置和功率控制特征完全集成在一个生产制程内的一个PAIC上，克服了现有技术中的局限性。，所述PAIC与现有解决方案相比，减小了晶元和晶片面积。根据改进后的RF输出信号，功率控制可对应温度和电源电压的变化重复进行。
发明内容
本发明提供一种功率放大器电路，包括接收RF输入信号的输入端口；从其中提供RF输出信号的输出端口，所述RF输出信号是所述RF输入信号的放大形式；接收电源电压的电源电压输入端口；接收电源电压并提供稳定电源电压的调压电路；具有第一增益的第一放大级，用来接收所述RF输入信号衍生出的信号和所述RF输入信号两者中的一个，并提供第一放大后RF信号，所述第一放大级与所述调压电路连接以接收所述稳定电源电压；以及具有第二增益的第二放大级，与所述第一放大级连接以接收所述第一放大后信号衍生出的信号和所述第一放大后RF信号两者中的一个，并与所述输出端口连接以向其提供输出信号，所述第二放大级除了接收经所述调压电路调节后的电压，还与所述电源电压输入端口连接以接收所述电源电压。
本发明提供一种放大RF输入信号以生成RF输出信号的方法，所述RF输出信号是所述RF输入信号的放大形式，所述方法包括以下步骤接收RF输入信号；提供具有第一增益的第一放大级；提供具有第二增益的第二放大级；接收第一电源电压；对所述第一电源电压进行调节，从而提供稳定电源电压；将所述稳定电源电压提供给所述第一放大级；将所述第一电源电压提供给所述第二放大级；以及使用所述具有第一增益的第一放大级和所述具有第二增益的第二放大级，对由所述接收的RF输入信号衍生出的信号和所述接收的RF输入信号两者中的一个进行放大，从而生成所述RF输出信号。
本发明提供一种功率放大电路，包括接收RF输入信号的输入端口；从其中提供RF输出信号的输出端口，所述RF输出信号是所述RF输入信号的放大形式；接收电源电压的电源电压输入端口；接收所述电源电压并提供稳定电源电压的调压电路；具有第一增益的第一放大级，用来接收所述RF输入信号衍生出的信号和所述RF输入信号两者中的一个，并提供第一放大后RF信号，所述第一放大级与所述调压电路连接以接收所述稳定电源电压；以及具有第二增益的第二放大级，接收所述第一放大后信号衍生出的信号和所述第一放大后RF信号两者中的一个，并与所述输出端口连接以向其提供输出信号，所述第二放大级与所述电源电压输入端口连接以接收所述电源电压，除了所述经调压电路调节后的电压外，所述电源电压也提供给所述第二放大级；温度感测电路，用于感测所述功率放大器电路的温度，并提供依据所述功率放大器电路的所述感测到的温度生成的温度信号，所述温度信号提供给所述调压电路以及所述第一放大级和第二放大级两者中的至少一个；电压检测电路，检测所述电源电压的电势，并提供依据所述检测到的电势生成的检测信号，所述检测信号提供给所述调压电路、第一放大级和第二放大级三者中的至少一个；以及控制端口，与所述调压电路、第一放大级和第二放大级三者中的至少一个连接，从而分别控制所述稳定电源电压、第一增益和第二增益三者中的至少一个。
本发明提供一种功率放大电路，包括接收RF输入信号的输入端口；从其中提供RF输出信号的输出端口，所述RF输出信号是所述RF输入信号的放大形式；接收控制信号的控制端口；接收电源电压的电源电压输入端口；温度感测电路，用于感测所述功率放大器电路的温度，并提供依据所述感测到的温度生成的温度信号；电压检测电路，用于检测所述电源电压的电势，并提供依据所述检测到的电势生成的检测信号；具有第一增益的第一放大级，用来对所述RF输入信号衍生出的信号和所述RF输入信号两者中的一个进行放大，从而生成第一放大后RF信号，所述第一放大级接收所述温度信号、所述检测信号和所述控制信号三者中的至少一个，并据此改变所述第一增益；以及，具有第二增益的第二放大级，用来对所述第一放大后信号衍生出的信号和所述第一放大后RF信号两者中的一个进行放大，从而生成所述RF输出信号，所述第二放大级接收所述控制信号，还接收所述温度信号和所述检测信号两者中的至少一个，并据此改变所述第二增益。
本发明提供一种多放大级放大器电路的工作方法，包括以下步骤接收具有一定控制信号幅度的控制信号；提供具有第一增益的第一放大级；接收由所述RF输入信号衍生出的信号和所述RF输入信号两者中的一个以便使用所述第一放大级对之进行放大；使用所述第一放大级对由所述RF输入信号衍生出的信号和所述RF输入信号两者中的一个进行放大，从而生成第一放大后RF信号，在对由所述RF输入信号衍生出的信号和所述RF输入信号两者中的一个进行放大的同时，依据温度、电源电压和控制信号三者中的至少两个对所述第一放大级进行补偿；提供具有第二增益的第二放大级；使用所述第二放大级接收所述第一放大后RF信号；使用所述第二放大级对由所述第一放大后RF信号衍生出的信号和所述第一放大后信号两者中的一个进行放大，从而生成所述RF输出信号，在对由所述第一放大后RF信号衍生出的信号和所述第一放大后信号两者中的一个进行放大的同时，依据温度与电源电压波动两者中的至少一个对所述第二放大级进行补偿。
本发明提供一种功率放大器电路，包括接收RF输入信号的输入端口；从其中提供RF输出信号的输出端口，所述RF输出信号是所述RF输入信号的放大形式；接收控制信号的控制端口；接收电源电压的电源电压输入端口；温度感测电路，用于感测所述功率放大器电路的温度，并提供依据感测到的所述功率放大器电路的温度生成的温度信号；电压检测电路，用于检测所述电源电压的电势，并提供依据所述检测到的电势生成的检测信号；具有第一增益的第一放大级，用来对由所述RF输入信号衍生出的信号和所述RF输入信号两者中的一个进行放大，从而生成第一放大后RF信号，所述第一放大级接收所述温度信号、检测信号和控制信号三者中的至少一个，并据此改变所述第一增益；以及，具有第二增益的第二放大级，用来对由所述第一放大后信号衍生出的信号和所述第一放大后RF信号两者中的一个进行放大，所述第二放大级接收所述控制信号、温度信号和检测信号三者中的至少一个，并据此改变所述第二增益，所述第二放大级与所述电源电压输入端口直接连接。
本发明提供一种多级放大电路的工作方法，包括以下步骤提供具有第一增益的第一放大级，用来接收由所述RF输入信号衍生出的信号以及所述RF输入信号两者中的一个以进行放大；对由所述RF输入信号衍生出的信号和所述RF输入信号进行放大，从而生成第一放大后RF信号，在对由所述RF输入信号衍生出的信号和所述RF输入信号两者中的一个进行放大的同时，依据温度、电源电压波动和控制信号幅度三者中的至少一个对所述第一放大级进行补偿；提供具有第二增益的第二放大级，用于接收由所述第一放大后信号衍生出的信号和所述第一放大后信号两者中的一个；将所述电源电压提供给所述第二放大级，并且所述电源电压的电势与所述第二放大级接收到的电势之间没有实质的电压降；以及，使用所述第二放大级对由所述第一放大后信号衍生出的信号和所述第一放大后信号两者中的一个进行放大，从而生成所述RF输出信号，在对由所述第一放大后RF信号衍生出的信号和所述第一放大后信号两者中的一个进行放大的同时，依据温度和电源电压波动两者中的至少一个对所述第二放大级进行补偿。
本发明提供一种用于接收输入信号进行放大的放大器电路，包括接收RF输入信号的输入端口；从其中提供RF输出信号的输出端口，所述RF输出信号是所述RF输入信号的放大形式；接收控制信号的控制端口；接收电源电压的电源电压输入端口；调压电路，用于接收所述电源电压并依据所述放大器电路的温度、所述电源电压和调节后的电源电压三者中的至少一个提供稳定电源电压，其中所述温度信号、电源电压和调节后的电源电压三者中的至少一个通过使用直接反馈通路提供给所述调压电路；至少第一放大级和第二放大级，所述至少第一放大级和第二放大级与所述电源电压和所述稳定电源电压两者中的至少一个连接，所述第一放大级用来接收由所述RF输入信号衍生出的信号和所述RF输入信号两者中的一个并提供第一放大后信号给所述第二放大级，所述第二放大级用来对由所述RF输入信号衍生出的信号和所述RF输入信号进行放大，从而生成所述RF输出信号。
本发明提供一种多级放大器电路的工作方法，包括以下步骤接收RF输入信号；接收电源电压；接收控制信号；接收与所述放大器电路的温度相关的温度信号和与所述电源电压相关的检测信号两者中的至少一个；依据所述接收的温度信号和检测信号两者中的至少一个对所述接收的电源电压进行调节，从而生成稳定电源电压；提供具有第一增益的第一放大级；提供具有第二增益的第二放大级；将所述稳定电源电压提供给所述第一放大级和所述第二放大级两者中的至少一个；以及，使用所述第一放大级和第二放大级对由所述接收的RF输入信号衍生出的信号和所述接收的RF输入信号两者中的一个进行放大，从而生成RF输出信号，所述RF输出信号是由所述接收的RF输入信号衍生出的信号和所述RF输入信号两者中一个的放大形式。
现在将结合下面的附图对本发明的典型实施例进行描述，附图中图1是利用功率放大器电路、外部反馈电路和外部输出功率检测电路的现有技术的示意图；图2是利用调压电路来控制PA发出的RF输出信号的输出功率的现有技术中PA电路的示意图；图3是采用外部电流检测电路的PA电路的示意图；图4是本发明的第一实施例即用于三级PAIC的双反馈低功率调压电路的示意图；图5是本发明的第二实施例即位于带有电流源反馈电路以进行低RF输出信号功率调节的PAIC内的三级RF PA的示意图；以及图6是本发明的第三实施例即位于集成有集成的对数检测器电路的PAIC晶片内的三级RF PA的示意图。
具体实施例方式
图1中示出了现有技术中的功率放大器(PA)集成电路(IC)(PAIC)101、比较器电路102以及RF功率检测电路103。PAIC 101有接收RF输入信号的输入端口101a、提供RF输出信号的输出端口101b、接收电源电压的电源电压输入端口101d以及接收控制信号的控制端口101c。PAIC 101内设置有第一放大级121、第二放大级122以及第三放大级123。每个放大级包括晶体管，晶体管的基极引出端通过电容器与输入端口中的一个以及前一放大级的集电极引出端相连。电容器131用来连接RF输入信号与第一放大级，电容器132、133用来将放大级连接在一起。另外，第一放大级121中设置有第一电流源111，第二放大级122中设置有第二电流源112，第三放大级123中设置有第三电流源113。第一、第二和第三电流源用于提供第一、第二和第三偏流给第一、第二和第三放大级。更具体地，在基于双级晶体管的放大器电路这个实施例中，第一、第二和第三电流分别提供给设置在三个放大级内的第一、第二和第三晶体管的基极引出端。集成温度感测电路(ITSC)104集成在PAIC 101中，用来感测其内设置有PAIC 101的晶片的温度，并依据所述功率放大器电路所处的所述晶片的温度提供第一温度信号。第一温度信号提供给第一电流源111、第二电流源112和第三电流源113。
控制输入端口101c与每个电流源相连，使得每个电流源都能从中接收控制信号。每个电流源依据所述控制信号和第一温度信号对提供给其对应的放大级的电流进行改变。
每个放大级均设置在电源电压输入端口101d和接地电位之间。每个放大级内设置有晶体管，其集电极引出端与电源电压输入端口101d相连，其发射极引出端接地。设置在第三放大级123中的晶体管的集电极引出端与输出端口101b连接，其基极引出端通过电容与设置在第二放大级中的晶体管的集电极引出端相连。设置在第一放大级中的晶体管使用电容器131将其基极引出端与输入端口101a相连。输出端口101b还与电源电压输入端口101d相连。
通常的情况是，PAIC 101形成在GaAs基层上，而RF功率检测电路103形成于硅基层上，RF功率检测电路103有设置在其中的检测器二极管105，用来接收PAIC输出端口101b所发射的一部分RF输出信号电流。比较器电路102形成于硅基层上，或者形成于FR4玻璃纤维型基层上，用来接收与RF输出信号功率成比例的二极管输出电压。不幸的是，实现PAIC 101、RF功率检测电路和反馈电路102采用至少三种不同的基层。此外，偏流源和温度感测电路通常设置在另一个基层上。因此，在最终的设备中，需要在基层之间使用连接线，这增加了相应的生产成本。
在工作中，为了稳定PAIC 101的RF输出信号功率，将二极管输出电压视作目标信号，与之相应，比较器电路102对PAIC 101的控制端口101c进行控制。根据该控制信号、第一、第二和第三偏流以及第一温度信号，PAIC 101基于每个放大级的增益对RF输入信号进行放大，从而提供RF输出信号。
此外，传统的控制GaAs PA的控制特性会导致输出信号功率根据控制信号电压的很小变化发生很大的变化。这对用于提供各种工作温度下PA晶片的PA稳定性的控制回路的设计造成了挑战。另外，二极管检测器的切面响应使得二极管输出信号电压的变化率在低RF输出信号功率电平下降低，这导致在某些发送结构中，例如GSM中，定时屏蔽很难实现。
第二种现有的结构，如图2所示，采用片外调压电路202来控制RF输出信号的输出功率。功率放大集成电路201带有接收RF输入信号的输入端口201a、从中提供RF输出信号的输出端口201b、以及从片外调压电路202接收调节后的正电源电压的稳定电压输入端口201c。
调压电路202有用来从与其连接的电源(未示出)接收电源电压的电源电压输入端口202b。控制端口202a设置在调压电路202中，用来接收控制信号。在调压电路202中设置有运算放大器(OpAmp)203，运算放大器203有与控制端口202a相连的第一输入端口，用来接收控制信号，OpAmp 203的输出端口与FET 204的栅极引出端相连。可选择地，可以与OpAmp 203类似的方式设置差分放大器来替代OpAmp 203。FET 204的漏极和源极引出端串联设置在正电源电压输入端口202b与稳定电源电压输出端口202c之间。反馈检测电路205设置在OpAmp 203的第二输入端口与稳定电源电压输出端口202c之间。稳定电源电压输出端口202c与稳定电源电压输入端口201c相连，以从调压电路202接收稳定电源电压。
第一放大级221、第二放大级222和第三放大级223设置在相同PAIC晶片201中。在使用双极晶体管的功率放大器这个实施例中，每个放大级包括有晶体管，晶体管的基极引出端与输入端口中的一个以及上一个放大级的集电极引出端相连。各放大级使用电容器231、232、233电容性地连接。电容器231用来连接RF输入信号与第一放大级221。另外，第一放大级221中设置有第一电流源211，第二放大级222中设置有第二电流源212，第三放大级中设置有第三电流源213。集成温度感测电路(ITSC)204集成在PAIC晶片201中，用来感测PAIC 201的晶片的温度，并提供与晶片的温度相关的第一温度信号。所述第一温度信号提供给第一电流源211、第二电流源212和第三电流源213。
每个电流源根据所接收的第一温度信号改变其提供给每个放大级的偏流。每个放大级设置在稳定电源电压输入端口201c与接地电位之间，所述稳定电源电压输入端口从调压电路202接收调节后的电源电压。每个放大级内的每个晶体管的集电极引出端与稳定电源电压输入端口相连，其发射极引出端接地。构成第三放大级223的晶体管将集电极引出端与PAIC输出端口201b相连。设置在第一放大级221中的晶体管的基极引出端通过电容231与PAIC输入端口201a电容性连接。PAIC输出端口201b还与降低的正向电源电压输入端口201c相连。
调压IC 202使用低压降(LDO)调压器电路，所述低压降调压器电路与设置在PAIC 201的放大级内的晶体管的集电极引出端相连。设置在所述调压器电路中的FET 204通常为硅PMOS晶体管，同OpAmp 203一起，为PAIC 201中的放大级电路提供特定带宽补偿的稳定电源电压。PAIC的放大级通常位于不同于调压电路202的单独的GaAs基层上。由于调压器IC 202为构成每个放大级的晶体管的集电极引出端提供低阻抗信号通路所需的高饱和电流和低运行阻抗要求，采用大面积的PMOS晶片来实现调压器IC 202，导致制造成本很高、模块总体尺寸很大。不幸的是，内于调压器电路IC 202的尺寸和调压器IC电路技术要求，以及放大级绝热特性较差，调压器IC 202与PAIC 202不能集成在同一个晶片内。
第三种现有结构如图3中所示，利用片外电流检测IC 302来检测构成PAIC 301的电路元件所消耗的电流。检测IC 302位于不同于PAIC 301的单独的晶片内。PAIC 301上有输入端口301a，用来接收RF输入信号，并带有输出端口301b，用来提供放大后RF输出信号，即所述输入信号的放大形式。电压输入端口301d设置在PAIC上，用来从与其连接的电源(未示出)接收电源电压。
电流检测IC 302带有电源电压输入端口302a，用来从与其相连的电源(未示出)接收电压。感应电阻器304设置在电压输入端口302a和降低后电压输出端口302c之间。降低后电压输出端口302c与PAIC的输出端口301b相连，从而向第三放大级提供降低后电源电压。差分感测放大器303设置在检测IC302内，其输入端口与感应电阻器304并联设置，以测量其电压降。差分感测放大器303的输出端口与检测信号输出端口302b相连，以从那里提供检测信号。由于第三放大级消耗更多的电流，经过感应电阻器的电压降增加。
检测信号输入端口301e也与片外的检测信号输出端口302b相连。第一放大级321、第二放大级322和第三放大级323设置在PAIC 301中。在使用双极晶体管的功率放大器这个实施例中，每个放大级包括有晶体管，晶体管的基极引出端与输入端口中的一个以及前一放大级的集电极引线电容性连接。电容器331、332、333用来实现各放大级之间的电容性连接。电容器331设置来将RF输入信号与第一放大级相连。另外，每个放大级中设置有第一电流源311、第二电流源312和第三电流源313，以提供第一、第二和第三偏流。所述第一、第二和第三偏流分别提供给设置在三个放大级内的第一、第二和第三晶体管的基极引出端。集成温度感测电路(ITSC)304集成在PAIC 301的晶片中，用来感测该晶片的温度，并提供与该晶片温度相对应的第一温度信号。该第一温度信号分别提供给第一电流源311、第二电流源312和第三电流源313。控制端口301c与每个电流源相连，以接收控制信号。
根据所接收的温度信号、从控制端口301c所接收的控制信号、以及通过检测信号输入端口301e从片外检测IC 302所接收的检测信号，每个电流源对提供给各自的放大级的电流进行改变。第一放大级321和第二放大级322设置在正电源电压输入端口301d与接地之间，正电源电压输入端口301d用来从与其相连的电源(未示出)接收正电源电压。设置在第二放大级322中的第二晶体管使用电容器333将其集电极引出端与设置在第三放大级323中的第三晶体管的基极引出端电容性连接。设置在第三放大级323中的第三晶体管的集电极引出端与输出端口301b以及降低后电压输出端口302c相连。
图3所示的现有电路采用通过感应电阻器304实现的电流检测方法，也有实质的性能局限。第一个局限在于，设置在检测IC 302中的感应电阻器304两端的电压降导致检测IC 302对PAIC 301的所有RF输出信号功率电平的工作效率降低。为了将这种无效最小化，感应电阻器304的阻抗值较低，使得在提供给晶体管的集电极引出端的DC电势与提供给PAIC输出端口301b的DC电势之间，没有较大的电压降。但是，由于感应电阻304的电阻值，与其相关的公差和动态范围问题也对PAIC的性能有影响。另外，由于感应电阻器304的低阻抗值，制造公差导致对于给定的控制电压，从一个检测IC单元中检测到的输出信号功率电平与从另一个检测IC检测的不同。由于感应电阻器304上所实现的极小电压降以及差分感测放大器303准确地测量该电压降的能力，小阻抗值还会影响在低输出信号功率电平下输出信号功率的精确度。由于检测IC单元之间的制造公差，对于相同的控制信号，由于传感阻抗的制造差异，导致产生不同幅度的检测信号。
图4所示为根据本发明第一实施例用于三级功率放大器集成电路(PAIC)的双反馈低功率调压电路。较佳地，PAIC 401内集成有调压电路405，该调压电路405为减小晶片面积后的调压电路，且调压电路405与PAIC 401设置在同一晶片中。PAIC 401带有接收RF输入信号的输入端口401a、提供RF输出信号的输出端口401b，其中所述输出信号是其RF输入信号的放大形式，PAIC401还设有用来接收电源电压的电源电压输入端口401d以及用来从外部源(未示出)接收控制信号的控制端口401c。
较佳地，电压检测电路406串联设置在电压输入端口401d与集成调压电路405之间，其中，集成调压电路最好为集成式紧凑低压降(LDO)调压电路。较佳地，电压检测电路406与PAIC 401集成在同一个晶片内。集成调压电路405从电压输入端口401d接收电源电压，并从中提供稳定电源电压。电压检测电路406依据电源电压的感应电势，提供电压检测信号。
较佳地，在集成调压电路405中，设置有运算放大器(OpAmp)403，运算放大器403的第一输入端口与控制端口401c相连，以接收控制信号。可选择地，OpAmp可用差分放大器替代。OpAmp 403的输出端口与FET 404的栅极引出端相连。FET 404漏极与源极引出端串联设置在电压检测电路406与结点404a之间，所述结点404a设置在第一放大级421内的第一晶体管的集电极与第二放大级422内的第二晶体管的集电极的连接点。OpAmp 403的第二输入端口与第一加法电路407的输出端口相连。第一加法电路407的第一输入端口与结点404a相连，结点404a设置在FET 404的漏极和源极引出端的一个与分别设置在第一和第二放大级421和422中的第一和第二晶体管的集电极引出端之间。第一加法电路407的第二输入端口用来从电压检测电路406接收电压检测信号。结点404a从集成调压电路404接收稳定电源电压。
除了第一放大级421和第二放大级422之外，第三放大级423设置在PAIC401内并随其集成在同一晶片上。在使用双极晶体管的功率放大器电路这个实施例中，每个放大级包括有晶体管，所述晶体管的基极引出端使用电容性连接与一个输入端口以及前一放大级的集电极引出端连接。电容器431、432、433用来实现所述电容性连接。电容器431设置在输入端口401a与第一放大级421之间，从而将RF输入信号电容性连接到PAIC 401，第二和第三电容器432和433用来将第二和第三放大级电容性地连接在一起。另外，三个放大级中设置有第一电流源411、第二电流源412和第三电流源413，用来将第一、第二和第三偏流分别提供给第一、第二和第三晶体管的基极引出端。这样，三个放大级分别提供有与第一、第二和第三偏流相应的第一、第二和第三增益。
集成温度感测电路(ITSC)408与PAIC 401集成在同一个晶片中，用来感测晶片的温度，并提供与其温度相对应的至少一个温度信号。所述至少一个温度信号包括第一温度信号和第二温度信号，其中第一温度信号提供给第一电流源411和第二电流源，第二温度信号提供给第一加法电路407的第三输入端口。PAIC输入端口401b还与正电压输入端口401d相连，用来接收对第三晶体管集电极引出端进行偏置后的DC偏压。
第一、第二和第三电流源还与控制端口401c相连，接收控制信号。第一电流源411和第二电流源412根据所接收的第一温度信号、电压检测信号以及控制信号，改变其提供给第一和第二放大级的偏流。第三电流源413与控制端口401c相连，从而较佳地使其大小仅随控制信号改变。
由于PAIC晶片的温度变化，为了补偿输出信号功率，使用了间接反馈回路，该间接反馈回路为第一和第二放大级补偿温度，从而在输出端口401b处保持固定的RF输出信号功率。在使用中，由于第三放大级的第三增益，晶片发热，PAIC晶片的温度随第三放大级耗散的功率而升高。这种温度上的变化由ITSC 408所产生的第一和第二温度信号反映出来。因此，第一和第二放大级将预补偿信号提供给第三放大级的输入端口，从而为第三放大级的输入信号预补偿电源的变化和PAIC晶片的温度变化。此外，如果PAIC晶片受到外部源的加热，那么提供给第三放大级的预补偿信号也会反映这种加热。
在使用中，将斜坡电压(ramp voltage)形式的控制信号提供给控制端口401c。该控制信号通过控制PAIC 401内放大级的第一、第二和第三增益，得到理想的目标RF输出信号功率。该斜坡电压通过用两种方法改变多级PAIC的增益，为PAIC提供了较宽的动态范围性能。增益控制的主要方法是，根据从控制端口401c接收到的控制信号，改变提供给结点404a的稳定电源电压。改变增益的次要方法是通过改变三个电流源411、412和413中的每一个所提供的偏流来实现的，其中所述三个偏流与在控制端口401c处接收的控制信号成正比。控制第一放大级421和第二放大级422的调压电路405提供精确的RF信号功率控制，使该RF信号功率与第一和第二晶体管的集电极引出端上的电压的平方成正比。这种精确控制的RF信号功率输入给第三放大级423，并通过第三电流源413和第三晶体管423的作用，使用第三放大级以控制的方式进一步放大。调压电路405的存在使从第一和第二放大级发出的RF信号功率精确可知，并且不受电源电压输入端口401d处发生的电源电压变化的影响。但是，为了补偿第三放大级处发生的电源电压变化的影响，使用了检测电路406。检测电路406向设置在调压电路405中的第一加法电路407提供检测信号。提供给第三放大级的输入信号减小了低压降(LDO)，这使第三级的增益保持不变。感测PAIC晶片的温度为调压电路405提供了进一步的补偿因素。对温度进行检测可移除温度变化对第三放大级423上发生的RF信号功率的影响。此外，通过选择性地将温度信号提供给第一和第二电流源，可以实现PAIC401的温度和电压影响的精调。
因此，为了通过使用调压电路405改变第一和第二偏流以及集电极引出端的电压，从而获得理想的RF输出信号功率，提供给第三放大级的RF输入信号功率需要持续进行补偿。第三级晶体管的基极电流与控制信号斜坡电压成比例缓慢变化，从而将低信号功率下的消耗电流最小化，并且在大功率时充分驱动基极引出端，从而实现理想的动态范围。由于不需要对最后功率级进行调压，并简化了用来校准与RF输出信号功率相关的控制信号的校准要求，这样可以减小晶片面积和模块尺寸。还有利地，由于减小了输出信号功率电平，从而减小了热负载，改善了PA放大效率。由于在调压电路405中使用了更小面积的FET 404，晶片面积大幅度减小。FET 404尺寸较小，是因为仅用稳定电源电压来调节第一和第二放大级，而不是高功率的第三放大级。在调节第三放大级的电源电压的过程中，为了满足第三放大级的高功率要求，需要使用面积大得多的FET器件。本领域的技术人员可知，第三或最后的放大级通常提供有稳定电源电压。
图5所示为根据本发明第二实施例用于三级功率放大器集成电路(PAIC)501的带低RF输出信号功率调节的电流源反馈电路。较佳地，PAIC 501上集成有调压电路505，调压电路505是减小了晶片面积的调压电路，与PAIC 501位于相同的基层上。PAIC 501带有用来接收RF输入信号的PAIC输入端口501a、用来从中提供放大的RF输出信号的PAIC输出端口501b、用来接收电源电压的电源电压输入端口501d、以及用来从外部源(未示出)接收控制信号的控制端口501c。
较佳地，电压检测电路506与PAIC 501集成在相同的晶片上，并且串联在电源电压输入端口501d与集成调压电路505之间。集成调压电路505通过电源电压输入端口501d接收电源电压，并从中提供稳定电源电压。电压检测电路506从中提供检测信号。
在集成调压电路505中，设置有运算放大器(OpAmp)503，OpAmp 503带有与控制端口501c相连的第一输入端口，用来接收控制信号。可选择地，OpAmp可用差分放大器代替。OpAmp 503的输出端口与FET 504的栅极引出端相连。FET的漏极与源极引出端串联设置在电压检测电路506与结点504a之间，其中结点504a形成于设置在第一放大级521内的第一晶体管的集电极引出端与设置在第二放大级522内的第二晶体管之间。OpAmp 503的第二输入端口与反馈检测电路507的输出端口相连。反馈检测电路507的输入端口与结点相连，所述结点形成于分别设置在第一和第二放大级内的第一和第二晶体管的集电极引出端与FET 504的栅极和漏极引出端的一个之间。
除了第一放大级521和第二放大级522之外，PAIC 501内设置有第三放大级，并与其集成在同一晶片上。每个放大级包括有晶体管，晶体管的基极引出端使用电容性连接与输入端口中的一个以及前一个放大级的集电极引出端相连。电容器531、532、533用于实现所述电容性连接。电容器531设置在输入端口501a与第一放大级521之间，用来将RF输入信号与第一放大级电容性连接。另外，各放大级中分别设置有第一电流源511、第二电流源512以及第三电流源513，用来将第一、第二和第三偏流分别提供给第一、第二和第三晶体管的基极引出端。这样的话，三个放大级分别提供有与所述第一、第二和第三偏流相对应的第一、第二和第三增益。
集成温度感测电路(ITSC)508集成在PAIC 501的晶片内，用来感测晶片的温度，并根据所示晶片的温度体提供至少一个温度信号。所述至少一个温度信号为第一温度信号，所述第一温度信号提供给第一电流源511、第二电流源512和第三电流源513。第三电流源513还与控制端口501c相连，用来接收控制信号，并与电压检测电路506相连，用来接收电压检测信号。输出端口501b还与电源电压输入端口501a相连，用来从中接收DC偏压给设置在第三放大级523内的第三晶体管的集电极引出端。
第一和第二电流源根据所接收的第一温度信号改变其提供给第一和第二放大级的第一和第二偏流。第三电流源根据第一温度信号、控制信号和电压检测信号改变其第三偏流。
为了补偿由于PAIC晶片温度变化而引起的RF输出信号功率变化，使用直接反馈通路来将温度信号提供给所有的三个电流源。为了补偿由于改变电源电压而引起的RF输出信号功率变化，第一和第二放大级接收稳定电源电压。因此，第一和第二放大级将分预补偿后信号提供给第三放大级。在使用中，由于第三放大级的第三增益，随着晶片发热，PAIC晶片的温度根据第三放大级消耗的功率响应升高。这种温度上的改变在ITSC 508产生的温度信号中反映出来。
这个实施例也使用了第一实施例所揭露的补偿第三级发出的RF输出信号的类似技术，但是还利用了电压检测信号形式的反馈信号。如第一实施例中所示，向控制端口501c施加斜坡电压，以控制第三电流源513提供给第三放大级523的第三电流的幅度。电压检测信号还被提供给第三电流源，用来补偿第三放大级发出的RF输出信号的电源电压变化。
在使用中，向控制端口501c施加斜坡电压形式的控制信号。该控制信号通过控制PAIC 501内放大级的第一、第二和第三增益，得到理想的目标RF输出信号功率。该斜坡电压通过两种方法改变多级PAIC的增益，为PAIC 501提供了较宽的动态范围性能。增益控制的主要方法是，根据从控制端口501c接收到的控制信号，改变提供给结点504a的稳定电源电压。改变增益的次要方法是通过改变三个电流源511、512和513中的每一个所提供的偏流来实现，其中所述三个偏流与控制信号的参数成比例。控制第一放大级521和第二放大级522的调压电路505提供精确的输出功率控制，该输出功率控制与第一和第二晶体管的集电极引出端上的电压的平方成比例。这种被精确控制的RF信号功率输入第三放大级523，并通过第三电流源513和第三晶体管523的作用，以被控制的方式使用第三放大级将之进一步放大。调压电路505的存在使从第一和第二放大级发出的输出信号功率精确可知，并且不受电源电压输入端口501d处发生的电源电压变化的影响。但是，为了补偿第三放大级处发生的电源电压变化的影响，使用了检测电路506。检测电路506将检测信号提供给第三电流源513，从而对第三增益进行精调。提供给第三电流源的输入信号减小了低压降(LDO)电路形式的调压电路505所要求的尺寸，并保持第三级的增益不变。检测PAIC晶片的温度为三个电流源提供了最后的补偿因子。对温度进行检测可以移除温度变化对输出端口501b发出的RF信号功率的影响。
第二实施例中电路的优势在于使晶片和模块尺寸大幅度减小。由于在调压电路中使用了更小面积的FET，导致晶片面积大幅度减小。FET尺寸小，是因为仅用稳定电源电压来调节第一和第二放大级，而不是高功率的第三放大级。由于第一和第二放大级的电流需求减小，调压电路占据了很小晶片面积。本技术领域的技术人员可知，在调节第三放大级的电源电压的过程中，为了满足第三放大级的高功率要求，需要使用大晶片面积的FET器件。此外，第二实施例提供了简单的校准要求，减小热负载，并在减小的RF输出信号功率电平上改善了放大效率。
图6所示为根据本发明第三实施例与三级功率放大器集成电路(PAIC)601设置在一起的集成对数检测器电路610形式的检测器电路。本发明的第三实施例中有集成调压电路605，采用减小了晶片面积的调压电路形式，与PAIC601设置在相同的基层上。PAIC 601带有接收RF输入信号的输入端口601a。PAIC输出端口601b以RF输出信号的形式提供RF输入信号的放大形式。电源电压输入端口601d用来接收电源电压，控制端口601c用于从外部源(未示出)接收控制信号。
较佳地，集成调压电路605与PAIC 601集成，并与电源电压输入端口相连，以从与其相连的电源(未示出)接收电源电压。集成调压电路605提供稳定电源电压给结点604a。在集成调压电路605中设置有运算放大器(OpAmp)603，OpAmp 603有与控制端口601c相连的第一输入端口，用来接收控制信号。OpAmp 603的输出端口与FET 604的栅极引出端相连。FET的漏极和源极引出端串联设置在电源电压输入端口601d与结点604a的集电极之间，结点604a形成于设置在第一放大级621内的第一晶体管的集电极引出端与设置在第二放大级622内的第二晶体管之间。OpAmp 603的第二输入端口与反馈检测电路607的输出端口相连。反馈检测电路607的输入端口与结点604a相连，该结点604a形成于第一和第二晶体管的集电极与FET 604的源极和漏极引出端中的一个之间。
除了第一放大级621和第二放大级622之外，PAIC 601内设置有第三放大级623，并与其集成在同一晶片上。在使用双极晶体管的功率放大器的这个实施例中，每个放大级包括有晶体管，晶体管的基极引出端使用电容性连接与输入端口中的一个以及前一个放大级的集电极引出端相连。电容器631、632、633用来实现所述电容性连接。电容器631设置在输入端口601a与第一放大级621之间，用来将RF输入信号与第一放大级621电容性连接。另外，第一、第二和第三放大级有分别设置在其中的第一电流源611、第二电流源612以及第三电流源613，用来将第一、第二和第三偏流提供给设置在放大级内的第一、第二和第三晶体管的基极引出端。
集成温度感测电路(ITSC)608集成在PAIC 601的晶片内，用来感测PAIC晶片601的温度，并提供温度信号。所述温度信号提供给第一电流源611、第二电流源612，并提供给第三电流源613。第三电流源613还与控制端口601c相连，用来接收控制信号。输出端口601b还与电源电压输入端口601d相连，用来从中接收DC偏压，并将该DC偏压提供给设置在第三放大级623内的第三晶体管的集电极引出端。
集成对数检测器电路610与PAIC输出端口601b相连，用来从RF输出信号接收一部分电流。第二加法电路609设置在集成对数检测器电路610中，且带有第一、第二和第三输入端口以及输出端口。第二加法电路609的输出端口与第三电流源相连，以提供输出电平信号形式的反馈信号。
第一差分放大器641设置在集成对数检测器电路610内，并带有与第二加法电路609的第一输入端口相连的输出端口。设置在第一差分放大器电路641的输入端口之间的是第一感应电阻器651，其中第一差分放大器电路614的第一输入端口与PAIC输出端口601b相连，第一差分放大器电路641的第二输入端口与第一感应晶体管661的集电极引出端相连，第一感应晶体管661的发射集引出端接地。第一感应晶体管661的基极引出端与电流镜像晶体管660的基极引出端相连，电流镜像晶体管660的集电极引出端与PAIC输出端口601b相连，其发射极接地。
第二差分放大器电路642设置在集成对数检测器电路610中，其输出端口与第二加法电路641的第二输入端口相连。设置在第二差分放大器642的输入端口之间的是第二感应电阻器652，其中第二差分放大器的第一输入端口与PAIC输出端口601b相连，第二差分放大器642的第二输入端口与第二感应晶体管662的集电极引出端相连，第二感应晶体管662的发射极接地。第二感应晶体管662的基极引出端还与电流镜像晶体管660的基极引出端相连。第三差分放大器电路643设置在集成对数检测器电路610中，其输出端口与第二加法电路641的第三输入端口相连。设置在第三差分放大器643的输入端口之间的是第三感应电阻器653，其中第三差分放大器643的第一输入端口与PAIC输出端口601b相连，第三差分放大器643的第二输入端口与第三感应晶体管663的集电极引出端相连，第三感应晶体管663的发射极接地。第三感应晶体管663的基极引出端还与电流镜像晶体管660的基极引出端相连。
第一和第二电流源根据所接收的第一温度信号改变其提供给第一和第二放大级的第一和第二偏流。第三电流源根据第一温度信号、控制信号和从集成对数检测器电路610所接收的反馈信号改变其第三偏流。
第三实施例基于从输出端口601b检测到的RF输出信号功率，增加直接反馈回路。如第一和第二实施例所示，调压电路提供稳定电源电压给第一和第二放大级中的晶体管的集电极和漏极引出端中的一个，从而补偿第三放大级的电源电压中RF信号电平的变化。因此，第一和第二放大级提供有稳定电源电压，可在电源电压变化的过程中保持稳定。
不像第一和第二实施例，第三实施例利用了DC耦合的感应晶体管661、662和663以及电流镜像晶体管660，它们可选择地嵌入集成对数检测器电路610中，用于检测设置在第三放大级623内的第三晶体管的一部分集电极电流。所检测到的集电极电流与RF输出信号功率成比例。三个电流反射镜电路中的每一个都利用第一、第二和第三反馈晶体管来接收输入电压，所述输入电压与输出RF信号功率成比例。
利用感应晶体管661、662和663的三个电流反射镜电路使用差别为3级(3decades)的感应电阻器651、652、653，从而在第三实施例所示的三级PAIC的较宽工作动态范围内提供RF输出信号功率灵敏度。优选地，使用第二加法电路将三个差分放大电路641、642、643的输出信号加总，从而形成反馈信号，提供给第三放大级或可选择地提供给第一和第二放大级。当然，集成对数检测器电路并不限于使用三个差分放大器和三个电流反射镜电路的3级(3decades)运算。可选择地，根据性能要求，集成对数检测器电路610可带有多个电流反射镜电路。
为了补偿由于PAIC晶片的温度变化而引起的RF输出信号功率变化，使用直接反馈电路，将温度信号提供给所有的三个电流源。为了补偿由于改变电源电压引起的RF输出信号功率变化，第一和第二放大级接收稳定电源电压。因此，第一和第二放大级将部分预补偿后信号提供给第三放大级。在使用中，由于第三放大级的第三增益，晶片发热，PAIC晶片的温度随第三放大级消耗的功率而相应升高。这种温度上的改变在ITSC 608所生成的温度信号中反映出来。
在使用中，斜坡电压形式的控制信号被施加给控制端口601c。所述控制信号用来通过控制PAIC 601内放大级的第一、第二和第三增益，得到理想的目标RF输出信号功率。通过用两种方法改变多级PAIC的增益，所述斜坡电压为PAIC 601提供了较宽的动态范围的性能。增益控制的主要方法是，基于从控制端口601c接收到的控制信号，改变提供给结点604a的稳定电源电压。增益控制的次要方法是通过改变三个电流源611、612和613中的每一个所提供的偏流来实现，其中前两个偏流与温度信号成比例，第三偏流部分地与控制信号成比例。第一放大级621和第二放大级622的稳定电源电压提供了精确的输出功率控制，该输出功率控制与第一和第二晶体管的集电极引出端上的电压的平方成比例。这种被精确控制的RF信号功率输入给第三放大级423，并且通过第三电流源613和第三晶体管623的作用，以被控制的方式使用第三放大级将之进一步放大。调压电路605的存在使从第一和第二放大级发出的输出信号功率精确可知，并且不受电源电压输入端口501d处发生的电源电压变化的影响。但是，为了补偿第三放大级处发生的电源电压变化的影响，集成对数检测器电路610的反馈信号被提供给第三放大级623的第三电流源613。提供给第三电流源613的输入信号减小了采用低压降(LDO)电路形式地调压电路605所需要的晶片面积，并保持第三级的增益不变。检测PAIC晶片的温度为三个电流源提供了最后的补偿因子。对温度进行检测可以移除温度变化对输出端口601b发出的RF信号功率的影响。在第三实施例中，来自集成对数检测器电路610的反馈信号提供给第三电流源613，因为该实施例中没有采用电压检测电路来将检测信号提供给第三电流源。
第三实施例中电路产生了一个电路晶片，利用对数检测器电路610来提供输出信号功率电平检测。这有利地减小晶片尺寸和模块尺寸，简化了校准要求，减小了热负载，并改善了减小的RF输出信号功率电平上的效率。向第一和第二放大级提供有稳定电源电压，向第三放大级提供有未调节的电源电压。因此，由于第三放大级未调节，调压电路所需要的晶片面积大幅度减小。由于第一和第二放大级的功率要求减小，这允许调压电路与PA集成在同一个IC内，而不需要利用大量的晶片面积。另外，这个实施例以两种方式克服了现有电流检测机制的局限。首先，RF耦合感应晶体管的使用减小了一部分RF输出信号功率的感应电阻损耗；其次，扩展了带有并联的多级检测电路的检测方案的动态范围。
本发明的实施例优选地提供了RF PA电路，使用通过控制端口实现的可变增益控制提供对RF输出信号功率的精确控制。本发明的实施例允许基于温度对RF输出信号功率进行严格控制，基于电源电压变化对RF输出信号功率进行严格控制，以及从控制信号端口对RF输出信号功率进行控制。另外，本发明的实施例中所提供的控制端口支持与本技术领域的人员所了解的多种被广泛接收的控制电路的连接。优选地，本发明的实施例允许运算电路存在于单个的晶片上，因此不需要连接一个以上的晶片，这减少了与其相关的制造成本。
虽然上面揭露了特定的电路设计，但是可以预见到，可根据本领域的现有技术对该电路做出小修改并实现本发明。例如，感应电阻器651、652和653的阻抗不仅仅是级数不同。可选择性，根据PA性能，可在对数检测电路中使用多于或少于三个的感应电阻器。当然，本发明的实施例也可用于LDMOS和PHEMT。可选择地，通常应用在FET形器件上的反馈方案中，可用电压源代替电流源，在本发明的实施例中直接指电流源。虽然本发明的实施例中所述的是NPN晶体管，但是PNP晶体管也可以使用。
本发明如上所述的实施例涉及功率放大器的功率控制。但是，本发明的实施例并不仅限于功率放大器控制。这些实施例所揭露的想法和概念同样可用来控制其它的功率放大器品质特征，例如输出信号的谐波内容、线性、光谱纯度以及失真。
根据本发明还可提出多种其他实施例而不脱离本发明的精神实质和范围。
权利要求
1.一种功率放大器电路，包括接收RF输入信号的输入端口；从其中提供RF输出信号的输出端口，所述RF输出信号是所述RF输入信号的放大形式；接收控制信号的控制端口；接收电源电压的电源电压输入端口；温度感测电路，用于感测所述功率放大器电路的温度，并据此提供温度信号；电压检测电路，用于检测电源电压的电势，并据此提供检测信号；具有第一增益的第一放大级，用来对由所述RF输入信号衍生出的信号和所述RF输入信号两者中的一个进行放大，从而生成第一放大后RF信号，所述第一放大级接收所述温度信号、检测信号和控制信号三者中的至少一个，并据此改变所述第一增益；以及具有第二增益的第二放大级，用来对由所述第一放大后信号衍生出的信号和所述第一放大后RF信号两者中的一个进行放大，所述第二放大级接收所述控制信号以及所述温度信号和检测信号两者中的至少一个，并据此改变所述第二增益。
2.根据权利要求1所述的功率放大器电路，包括调压电路，用来接收所述电源电压，并将稳定电源电压提供给所述第一放大级。
3.根据权利要求1所述的功率放大器电路，包括调压电路，用来接收所述电源电压，并将稳定电源电压提供给所述第二放大级。
4.根据权利要求1所述的功率放大器电路，包括调压电路，用来接收所述电源电压，并将稳定电源电压提供给所述第一放大级和第二放大级中的至少一个。
5.根据权利要求2所述的功率放大器电路，其中所述调压电路包括FET，所述FET的漏极引出端和源极引出端两者中的一个与所述电源电压输入端口相连以接收所述电源电压，所述漏极引出端和源极引出端两者中的另一个与所述第一放大级相连以提供所述稳定电源电压。
6.根据权利要求5所述的功率放大器电路，其中所述调压电路包括运算放大器电路，所述运算放大器电路具有第一输入端口、第二输入端口以及输出端口，所述第一输入端口与所述控制端口相连以接收控制信号，所述输出端口与所述FET的栅极引出端相连。
7.根据权利要求6所述的功率放大器电路，包括第一加法电路，具有输出端口、第一输入端口、第二输入端口和第三输入端口，所述输出端口与所述运算放大器电路的第二输入端口相连，所述第一输入端口与所述FET的漏极和源极引出端两者中的一个相连以接收所述稳定电源电压，所述第二输入端口与所述电压检测电路相连以接收所述检测信号，所述第三输入端口与所述温度感测电路相连以从中接收所述温度信号。
8.根据权利要求6所述的功率放大器电路，包括设置在所述FET的漏极和源极引出端两者的一个与所述运算放大器电路的第二输入端口之间的反馈检测电路，所述反馈检测电路接收来自所述FET的稳定电源电压。
9.根据权利要求8所述的功率放大器电路，其中所述反馈检测电路包括有分压电路。
10.根据权利要求8所述的功率放大器电路，其中所述反馈检测电路包括有幅变电路。
11.根据权利要求8所述的功率放大器电路，其中所述反馈检测电路与所述功率放大器电路集成在同一晶片上。
12.根据权利要求4所述的功率放大器电路，其中所述调压电路与所述功率放大器电路集成在同一晶片上。
13.根据权利要求1所述的功率放大器电路，包括检测器电路，所述检测器电路具有与所述功率放大器电路输出端口相连的输入端口以确定RF输出信号功率电平，还具有输出端口以将输出电平信号提供给所述第一放大级和第二放大级中的至少一个。
14.根据权利要求1所述的功率放大器电路，包括检测器电路，所述检测器电路具有与所述功率放大器电路输出端口相连的输入端口以确定RF输出信号功率电平，还具有输出端口以将输出电平信号提供给所述第一放大级。
15.根据权利要求1所述的功率放大器电路，包括检测器电路，所述检测器电路具有与所述功率放大器电路输出端口相连的输入端口以确定RF输出信号功率电平，还具有输出端口以将输出电平信号提供给所述第二放大级。
16.根据权利要求1所述的功率放大器电路，包括检测器电路，所述检测器电路具有与所述功率放大器电路输出端口相连的输入端口以确定RF输出信号功率电平，还具有输出端口以提供输出电平信号。
17.根据权利要求13所述的功率放大器电路，其中所述检测器电路与所述功率放大器电路集成在同一晶片上。
18.根据权利要求13所述的功率放大器电路，其中所述检测器电路包括至少一个差分放大器电路，所述差分放大器电路具有第一输入端口、第二输入端口和输出端口，所述第一输入端口与所述检测器电路输入端口相连，所述第二输入端口接收从所述RF输出信号电流镜像得到的电流。
19.根据权利要求18所述的功率放大器电路，其中所述检测器包括第二加法电路，所述第二加法电路包括至少两个输入端口以及输出端口，所述至少两个输入端口与所述至少一个差分放大器电路的输出端口相连，所述输出端口与所述第一放大级和第二放大级中的至少一个相连。
20.根据权利要求19所述的功率放大器电路，其中所述检测器电路包括至少一个感应晶体管，所述感应晶体管具有发射级引出端、集电极引出端和基极引出端，所述发射级引出端和集电极引出端两者中的一个接地，另一个与所述至少一个差分放大器电路的第二输入端口相连；至少一个感应电阻器，与所述至少一个差分放大器电路的第一和第二输入端口并联设置；以及镜像晶体管，所述镜像晶体管具有发射级引出端、集电极引出端和基极引出端，所述发射级引出端和集电极引出端两者中的一个接地，另一个与所述检测器电路的输入端口相连，所述电流镜像晶体管的基极引出端与所述至少一个感应晶体管的基极引出端相连，所述镜像晶体管对RF输出信号电流进行电流镜像。
21.根据权利要求1所述的功率放大器电路，其中每个放大级包括至少一个晶体管，所述晶体管具有发射级引出端、集电极引出端和基极引出端，所述发射级和集电极引出端两者中的一个与所述电源电压和稳定电源电压两者中的一个相连，所述发射级和集电极引出端两者中的另一个接地。
22.根据权利要求21所述的功率放大器电路，其中每个放大级包括至少一个电流源，与所述至少一个晶体管的基极引出端相连。
23.根据权利要求22所述的功率放大器电路，其中所述至少一个电流源与所述功率放大器电路集成在同一晶片上。
24.根据权利要求1所述的功率放大器电路，其中每个放大级包括至少一个晶体管，所述晶体管具有漏极引出端、源极引出端和栅极引出端，所述源级和漏极引出端两者中的一个与所述电源电压和稳定电源电压两者中的一个相连，所述源级和漏极引出端两者中的另一个接地。
25.根据权利要求24所述的功率放大器电路，其中每个放大级包括至少一个电压源，与所述至少一个晶体管的栅极引出端相连。
26.根据权利要求25所述的功率放大器电路，其中所述至少一个电压源与所述功率放大器电路集成在同一晶片上。
27.根据权利要求1所述的功率放大器电路，包括设置在所述第一放大级和第二放大级之间的电容器。
28.根据权利要求1所述的功率放大器电路，其中所述电压检测电路和所述温度感测电路以及所述第一放大级和第二放大级集成在同一晶片上。
29.一种多放大级放大器电路的工作方法，包括以下步骤接收具有一定控制信号幅度的控制信号；提供具有第一增益的第一放大级；接收由所述RF输入信号衍生出的信号和所述RF输入信号两者中的一个以便使用所述第一放大级对之进行放大；使用所述第一放大级对由所述RF输入信号衍生出的信号和所述RF输入信号两者中的一个进行放大，从而生成第一放大后RF信号，在对由所述RF输入信号衍生出的信号和所述RF输入信号两者中的一个进行放大的同时，依据温度、电源电压和控制信号三者中的至少两个对所述第一放大级进行补偿；提供具有第二增益的第二放大级；使用所述第二放大级接收所述第一放大后RF信号；使用所述第二放大级对由所述第一放大后RF信号衍生出的信号和所述第一放大后信号两者中的一个进行放大，从而生成所述RF输出信号，在对由所述第一放大后RF信号衍生出的信号和所述第一放大后信号两者中的一个进行放大的同时，依据温度与电源电压波动两者中的至少一个对所述第二放大级进行补偿。
30.根据权利要求29所述的方法，其中所述补偿步骤包括改变其增益的步骤。
31.根据权利要求30所述的方法，其中所述第一放大级基于温度和电源电压波动进行补偿，所述第二放大级基于控制信号幅度进行补偿。
32.根据权利要求29所述的方法，包括以下步骤通过所述第一放大级接收稳定电源电压；以及还通过所述第二放大级接收所述稳定电源电压。
33.根据权利要求32所述的方法，包括基于所述控制信号改变所述稳定电源电压的步骤。
34.根据权利要求29所述的方法，包括基于所述控制信号改变所述第一增益的步骤。
35.根据权利要求29所述的方法，包括基于所述控制信号改变所述第二增益的步骤。
36.根据权利要求29所述的方法，其中所述补偿步骤包括以下步骤感测所述功率放大器电路的温度以提供温度信号；以及根据所述温度信号改变所述第一增益。
37.根据权利要求29所述的方法，其中接收稳定电源电压的步骤包括以下步骤感测所述功率放大器电路的温度以提供温度信号；以及根据所述温度信号改变所述稳定电源电压。
38.根据权利要求32所述的方法，其中接收所述稳定电源电压的步骤包括以下步骤检测电源电压的电势以提供检测信号；以及根据所述检测信号改变所述稳定电源电压。
39.根据权利要求29所述的方法，包括以下步骤检测电源电压的电势以提供检测信号根据所述检测信号改变所述第一放大级的第一增益。
40.根据权利要求32所述的方法，包括以下步骤感测所述功率放大器电路的温度以提供温度信号；检测电源电压的电势以提供检测信号；接收所述稳定电源电压；将所接收的电源电压部分与所述检测信号和所述温度信号加总，从而生成总和信号；以及根据所述总和信号改变所述稳定电源电压。
41.根据权利要求29所述的方法，包括以下步骤检测所述RF输出信号功率电平，以提供输出电平信号；以及将所述输出电平信号提供给所述第一放大级。
42.根据权利要求41所述的方法，包括根据所述输出电平信号改变所述第一放大级的第一增益的步骤。
43.根据权利要求41所述的方法，其中所述检测步骤包括以下步骤对所述RF输出信号电流进行电流镜像，从而生成RF输出信号镜像电流；以及对所述RF输出信号镜像电流进行对数放大，从而将输出电平信号提供给所述第一放大级。
44.根据权利要求29所述的方法，包括以下步骤检测所述RF输出信号功率电平以提供输出电平信号；以及将所述输出电平信号提供给所述第二放大级。
45.根据权利要求44所述的方法，包括根据所述输出电平信号改变所述第二放大级的第二增益的步骤。
46.根据权利要求44所述的方法，其中所述检测步骤包括以下步骤对所述RF输出信号电流进行电流镜像，从而生成RF输出信号镜像电流；以及对所述RF输出信号镜像电流进行对数放大，从而将输出电平信号提供给所述第二放大级。
47.根据权利要求44所述的方法，其中所述检测步骤包括以下步骤检测第一RF输出信号功率电平，从而提供第一输出电平信号；检测第二RF输出信号功率电平，从而提供第二输出电平信号；将所检测的第一输出电平信号和所检测的第二输出电平信号加总，从而生成总和信号；以及根据所述总和信号提供所述输出电平信号。
48.根据权利要求44所述的方法，其中所述检测步骤包括以下步骤提供具有第一阻抗的第一电阻器；使用所述第一电阻器的第一阻抗，检测所述RF输出电流的第一镜像电流；提供具有第二阻抗的第二电阻器；使用所述第二电阻器的第二阻抗，检测所述RF输出电流的第二镜像电流；将所检测的第一镜像电流与所检测的第二镜像电流加总，从而提供总和信号；以及根据所述总和信号生成所述输出电平信号。
49.根据权利要求29所述的方法，包括以下步骤除了改变所述RF输出信号的输出功率外，还改变所述第一增益和第二增益。
全文摘要
现有的功率放大器结构使用了较大的晶片面积，并利用多集成电路技术，净生产成本很高，封装面积较大。本发明提出一种新的方案，其中，使用了几个传感和控制信号，对与集成半导体功率放大器相关的关键值进行较好的和总的控制。对于实现最好制造和最经济的集成放大器来说，这些传感和控制信号如何实现以及在哪里实现是很关键的。根据本发明的第一实施例，提供一种带有双反馈低功率调压电路的三级功率放大器集成电路。根据本发明的第二实施例，提供一种用于三级功率放大器集成电路的具有低RF输出信号功率调节的电流源反馈电路。根据本发明的第三实施例，提供一种与三级功率放大器集成电路结合的集成对数电流检测器电路形式的检测器电路。本发明的三个实施例有利地克服了现有技术的局限性。
文档编号H03F1/02GK1813401SQ200480017794
公开日2006年8月2日 申请日期2004年6月17日 优先权日2003年6月27日
发明者马克·多尔蒂, 约翰·吉利斯, 米歇尔·麦克帕特林, 戴维·赫尔姆斯, 菲利普·安东涅蒂 申请人:希格半导体(美国)公司