基于射频直流反馈的功率放大器的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种基于射频直流反馈的功率放大器，其包括：功率放大电路，其输入端通过输入电容接收外部输入的射频输入信号，其对射频输入信号进行功率放大，并通过其输出端输出射频输出信号；采样电路，其采样所述功率放大电路的输出电流得到采样电流；直流转换电路，将所述采样电流转换成直流反馈电流；偏置电路，其包括提供偏置电流的偏置电流源，其基于直流反馈电流和偏置电流提供为所述功率放大电路的输入端提供偏置电压。由于建立了直流反馈环路，功率放大器的输出电流由环路增益以及偏置电流来确定，这样还可以精确的控制功率放大器的输出功率，受电源电压、温度和工艺偏差的影响较小。
【专利说明】基于射频直流反馈的功率放大器
【【技术领域】】
[0001]本实用新型涉及一种功率放大器，特别是涉及基于射频直流反馈的功率放大器。【【背景技术】】
[0002]在功率放大器设计中，控制电路模块的作用一方面提供了系统的参考，另一方面可以满足系统对功率放大器的要求，比如输出功率的精确控制，还可以提供一些功率放大器的各种保护措施。
[0003]在现有技术中，功率放大器的控制电路通常采用低压差电压调节方式(LDO)。图3为现有技术中的基于LDO控制的功率放大器的电路示意图，如图3所示，所述功率放大器包括第一功率放大晶体管Mil、第二功率放大晶体管M12，所述第一功率放大晶体管的栅极通过输入电容Cll接收输入的射频输入信号RFin，其栅极还通过偏置电阻接偏置电压。所述功率放大器还包括扼流圈L11、控制晶体管M13和运算放大器0P1，所述运算放大器OPl的负相输入端接参考电压Vkef，正向输入端接所述控制晶体管M13的漏极，所述控制晶体管M13的源极接电源，所述运算放大器OPl的输出端接所述控制晶体管M13的栅极，所述扼流圈Lll连接于所述控制晶体管M13的漏极和第二功率放大晶体管M12的漏极之间。通过运算放大器OPl对所述控制晶体管M13的控制，从而可以给功率放大晶体管Mll和M12提供电流。该方法的优点是可以非常准确的追踪到功率放大器的漏极电流，缺点也非常明显:第
一、由于功率放大器的电流很大，LDO的PMOS管M13尺寸非常大，这就造成面积很大，增加成本；第二、为使PMOS管M13处于饱和区，其源漏两端须额外消耗掉一定的电压(大于栅源之间的过驱动电压)，这样将降低输出功率，同时降低整个功率放大器的效率；第三、通过Vkef控制功率放大器的 漏极(或集电极)来控制输出功率的方法动态范围相对较小，对于动态范围要求较高的情况，单独一级控制往往无法满足需要。
[0004]因此，有必要提出一种改进的技术方案来解决上述问题。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的在于提供一种基于射频直流反馈的功率放大器，其可以对功率放大器的输出电流、输出功率进行精确控制，降低电压、温度和工艺偏差带来的影响。
[0006]为了实现上述目的，本实用新型提出一种基于射频直流反馈的功率放大器，其包括:功率放大电路，其输入端通过输入电容接收外部输入的射频输入信号，其对射频输入信号进行功率放大，并通过其输出端输出射频输出信号；采样电路，其采样所述功率放大电路的输出电流得到采样电流；直流转换电路，将所述采样电流转换成直流反馈电流；偏置电路，其包括提供偏置电流的偏置电流源，其基于直流反馈电流和偏置电流提供为所述功率放大电路的输入端提供偏置电压。
[0007]在一个优选的实施例中，所述功率放大电路包括第一功率放大晶体管，该第一功率放大晶体管的栅极为所述第一功率放大电路的输入端，所述采样电路包括第一采样晶体管，该第一采样晶体管的栅极与所述第一功率放大晶体管的栅极相连，所述偏置电路还包括偏置晶体管，该偏置晶体管的栅极通过偏置电阻与第一功率放大晶体管的栅极相连，所述偏置电流和所述直流反馈电流合并后流过所述偏置晶体管使得所述偏置晶体管的栅极为第一功率放大晶体管的栅极提供所述偏置电压。
[0008]在一个更优选的实施例中，第一功率放大晶体管的源极接地，第一采样晶体管的源极接地，所述偏置晶体管的源极接地，其栅极与其漏极相连，所述偏置电流和所述直流反馈电流合并后流过所述偏置晶体管的漏极，所述偏置晶体管的栅极通过所述偏置电阻与第一功率放大晶体管的栅极相连。
[0009]在一个更优选的实施例中，所述功率放大电路还包括第二功率放大晶体管，第二功率放大晶体管的源极与第一功率放大晶体管的漏极相连，第二功率放大晶体管的漏极与扼流电感的一端相连，所述扼流电感的另一端接电源，第二功率放大晶体管的漏极与所述扼流电感的连接节点作为所述功率放大电路的输出端，所述采样电路还包括第二采样晶体管，其栅极连接第二功率放大晶体管的栅极，其源极接第一采样晶体管的漏极。
[0010]与现有技术相比，在本实用新型中偏置电路基于偏置电流和直流反馈电流给功率放大电路提供偏置电压，从而建立了射频直流反馈，在环路建立后，不论是静态工作还是动态工作情况，功率放大器中的平均电流都只和环路增益以及输入的偏置电流相关，这样可以尽量降低电压、温度和工艺偏差带来的影响，实现输出电流、输出功率等参数的精确控制。
【【专利附图】
【附图说明】】
[0011]为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中:
[0012]图1为本实用新型中的基于射频直流反馈的功率放大器在一个实施例中的电路示意图；
[0013]图2为本实用新型中的基于射频直流反馈的功率放大器在一个具体的实施例中的电路不意图；和
[0014]图3为现有技术中的基于LDO控制的功率放大器的电路示意图。
【【具体实施方式】】
[0015]本实用新型的详细描述主要通过程序、步骤、逻辑块、过程或其他象征性的描述来直接或间接地模拟本实用新型技术方案的运作。为透彻的理解本实用新型，在接下来的描述中陈述了很多特定细节。而在没有这些特定细节时，本实用新型则可能仍可实现。所属领域内的技术人员使用此处的这些描述和陈述向所属领域内的其他技术人员有效的介绍他们的工作本质。换句话说，为避免混淆本实用新型的目的，由于熟知的方法和程序已经容易理解，因此它们并未被详细描述。
[0016]此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本实用新型至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。[0017]图1为本实用新型中的基于射频直流反馈的功率放大器100在一个实施例中的电路示意图。如图1所示，功率放大器100包括功率放大电路110、采样电路120、直流转换电路130和偏置电路140。
[0018]所述功率放大电路110的输入端通过输入电容Cl接收外部输入的射频输入信号RFin，其对射频输入信号进行功率放大，并通过其输出端输出射频输出信号RFott。采样电路120采样所述功率放大电路110的输出电流得到采样电流Is，所述采样电流Is与功率放大电路110的输出电流成比例，即所述采样电流Is的大小能够直接反应所述功率放大电路110的电流的大小。直流转换电路130将所述采样电流Is转换成直流反馈电流Ifb，这是由于所述功率放大电路110的电流存在一定的波动，为了更好的进行负反馈控制，这里需要先去除所述采样电流中的波动以得到直流平均电流。
[0019]偏置电路140包括提供偏置电流Ib的偏置电流源，其基于直流反馈电流Ifb和偏置电流Ib为所述功率放大电路110的输入端提供偏置电压VB。随后，所述功率放大电路110在偏置电压Vb的驱动下，对外部输入的射频输入信号RFin进行功率放大，这样就建立了直流反馈环路。
[0020]相较传统的基于低压差电压调节方式的功率放大器控制电路存在诸多改进和优点。
[0021]首先，在直流反馈环路建立之后，功率放大器的输出电流由环路增益以及偏置电流Ib确定，通常偏置电流Ib受电源电压、温度和工艺偏差较小，因此功率放大器的输出电流能够非常精确的被环路锁定，从而与外界影响较小，注意，不论是静态工作还是动态工作情况，功率放大器中的平均电流都只和环路增益以及输入的偏置电流Ib相关。
[0022]其次，对于线性功率放大器的输出功率和输出电流的理想关系为:
[0023]Pout = I12R,
[0024]其中I1S功率放大器中的平均电流，R为负载阻抗，只要精确控制了功率放大器的电流，也就可以控制功放的输出功率。由于在反馈状态下，功率放大器的电流I1和输入偏置电流&是固定比例关系，所以输出功率和偏置电流Ib也是确定的关系，且由于环路存在，该关系随温度、工艺、电源电压等非理想因素变化较小。
[0025]第三，根据第二条所述的电流和功率的固定关系，如果改变Ib随某个参数(比如GSM(Global System for Mobile Communications)Vramp 信号)的曲线形式，可以得到不同的输入信号和输出功率的曲线，比如输入参考信号是线性关系，输出功率就是dB-线性关系，由此通过对Ib作各种不同的曲线，分别可以得到线性-线性、线性-指数、线性-对数等各种功率曲线。
[0026]第四，功率放大器的各个射频参数对负载电压驻波比(VSWR)非常敏感，不同的VSffR会对应不同的输出功率、电压和电流，由此将产生功放的可靠性问题，在存在环路的情况下，环路的建立对不同VSWR的影响可以大大缓解。
[0027]图2为本实用新型中的基于射频直流反馈的功率放大器在一个具体的实施例中的电路示意图，其示意出了功率放大电路110、采样电路120、直流转换电路130和偏置电路140的具体电路结构。
[0028]如图2所示，所述功率放大电路110包括第一功率放大晶体管Ml、第二功率放大晶体管M2。该第一功率放大晶体管Ml的栅极为所述第一功率放大电路的输入端与所述输入电容Cl相连，第一功率放大晶体管Ml的源极接地。第二功率放大晶体管M2的源极与第一功率放大晶体管Ml的漏极相连，第二功率放大晶体管M2的漏极与扼流电感LI的一端相连，所述扼流电感LI的另一端接电源端，第二功率放大晶体管M2的漏极与所述扼流电感LI的连接节点作为所述功率放大电路110的输出端。所述功率放大晶体管用于对输入的射频输入信号RFin进行功率放大以得到射频输出信号RFtot。
[0029]所述米样电路120包括第一米样晶体管M4和第二米样晶体管M5。该第一米样晶体管M4的栅极与所述第一功率放大晶体管Ml的栅极相连，第一采样晶体管M4的源极接地，第二采样晶体管M5的栅极连接第二功率放大晶体管M2的栅极，其源极接第一采样晶体管M4的漏极，所述第二采样晶体管M5的漏极上流过的电流就是所述采样电流Is。由于晶体管Ml和M4的栅极相连，源极都接地，并且晶体管M2和M5的栅极相连，源极都接晶体管Ml和M5的漏极，因此他们形成电流镜，也就是说，晶体管M4和M5上流过的电流(采样电流Is)与晶体管Ml和M2上流过的电流(输出电流)成比例关系，这样实现了输出电流的采样。
[0030]所述直流转换电路130包括第一转换晶体管M6、第二转换晶体管M7、滤波电容C2、滤波电阻R2。第一转换晶体管M6的栅极通过滤波电阻R2与第二转换晶体管M7的栅极相连，第一转换晶体管M6和第二转换晶体管M7的源极均接电源端，所述滤波电容C2连接于电源端和第一转换晶体管M6的栅极之间。第一转换晶体管M6的漏极输出直流反馈电流IFB，第二转换晶体管M7的漏极连接第二采样晶体管M5的漏极以接收所述采样电流Is。所述滤波电容C2、滤波电阻R2构成滤波电路，可以滤除所述采样电流Is的波动，第一转换晶体管M6和第二转换晶体管M7构成电流镜，从而基于所述采样电流Is得到直流反馈电流IFB。
[0031]所述偏置电路140还包括偏置电流源和偏置晶体管M3。所述偏置晶体管M3的源极接地，其栅极与其漏极相连，其栅极还通过偏置电阻Rl与第一功率放大晶体管Ml的栅极相连。所述偏置电流Ib和所述直流反馈电流Ifb合并后流过所述偏置晶体管M3使得所述偏置晶体管M3的栅极为第一功率放大晶体管Ml的栅极提供所述偏置电压VB。
[0032]所述偏置晶体管M3与所述第一放大晶体管Ml的栅极相连，并且源极都接地，他们形成电流镜，也就是说流过偏置晶体管M3的电流与流过第一放大晶体管Ml的电流成比例。在本实用新型中，可以通过改变或控制偏置电流Ib实现对流过第一放大晶体管Ml的电流(输出电流)的精确控制，同时也实现对功率放大器的输出功率的精确控制。
[0033]图2只是示例性的给出了一个具体的示例，在其他实施例中，在不脱离本实用新型的本质的前提下，还可以对一些电路进行调整。在一个可以选择的实施例中，也可以只设置一个功率放大晶体管M1，去掉功率放大晶体管M2，此时，Ml的漏极将作为功率放大电路110的输出端，相应的，也需要去除掉第二采样晶体管M5。在其他实施例中，所述功率放大晶体管还可以不只包括两个，还可以包括级联的三个或更多，相应的，也需要设置相应数量的采样晶体管。
[0034]在其他实施例中，功率放大晶体管Ml和M2也可以采用PM0S(P_channel MetalOxide Semiconductor)晶体管，相应的，偏置晶体管M3、采样晶体管M4和M5也需要采用PMOS晶体管，以与功率放大晶体管Ml和M2相匹配形成镜像电路，同时偏置电流源也需要更改到偏置晶体管M3的漏极和地之间，提供向地的偏置电流。
[0035]在另外的实施例中，所述直流转换电路130也可以根据需要调整自身的电路结构，只要能够将所述采样电流Is转换成直流反馈电流Ifb即可。
[0036]上述说明已经充分揭露了本实用新型的【具体实施方式】。需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本实用新型的【具体实施方式】所做的任何改动均不脱离本实用新型的权利要求书的范围。相应地，本实用新型的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述【具体实施方式】。
【权利要求】
1.一种基于射频直流反馈的功率放大器，其特征在于，其包括: 功率放大电路，其输入端通过输入电容接收外部输入的射频输入信号，对射频输入信号进行功率放大，并通过其输出端输出射频输出信号； 采样电路，其采样所述功率放大电路的输出电流得到采样电流； 直流转换电路，将所述采样电流转换成直流反馈电流； 偏置电路，其包括提供偏置电流的偏置电流源，其基于直流反馈电流和偏置电流提供为所述功率放大电路的输入端提供偏置电压。
2.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于， 所述功率放大电路包括第一功率放大晶体管，该第一功率放大晶体管的栅极为所述第一功率放大电路的输入端， 所述采样电路包括第一采样晶体管，该第一采样晶体管的栅极与所述第一功率放大晶体管的栅极相连， 所述偏置电路还包括偏置晶体管，该偏置晶体管的栅极通过偏置电阻与第一功率放大晶体管的栅极相连，所述偏置电流和所述直流反馈电流合并后流过所述偏置晶体管使得所述偏置晶体管的栅极为第一功率放大晶体管的栅极提供所述偏置电压。
3.根据权利要求2所述的功率放大器，其特征在于，第一功率放大晶体管的源极接地，第一采样晶体管的源极接地， 所述偏置晶体管的源极接地，其栅极与其漏极相连，所述偏置电流和所述直流反馈电流合并后流过所述偏置晶体管的漏极，所述偏置晶体管的栅极通过所述偏置电阻与第一功率放大晶体管的栅极相连。
4.根据权利要求3所述的功率放大器，其特征在于，所述功率放大电路还包括第二功率放大晶体管，第二功率放大晶体管的源极与第一功率放大晶体管的漏极相连，第二功率放大晶体管的漏极与扼流电感的一端相连，所述扼流电感的另一端接电源端，第二功率放大晶体管的漏极与所述扼流电感的连接节点作为所述功率放大电路的输出端， 所述采样电路还包括第二采样晶体管，其栅极连接第二功率放大晶体管的栅极，其源极接第一采样晶体管的漏极。
5.根据权利要求3所述的功率放大器，其特征在于，所述直流转换电路包括第一转换晶体管、第二转换晶体管、滤波电容、滤波电阻， 第一转换晶体管的栅极通过滤波电阻与第二转换晶体管的栅极相连，第一转换晶体管和第二转换晶体管的源极均接电源端，所述滤波电容连接于电源端和第一转换晶体管的栅极之间， 第一转换晶体管的漏极输出直流反馈电流，第二转换晶体管的漏极连接第二采样晶体管的漏极。
【文档编号】H03F3/20GK203800894SQ201420222612
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年4月30日 优先权日:2014年4月30日
【发明者】韩科锋, 王小保, 曲广文, 承继, 史云龙, 任启明, 雷良军 申请人:无锡中普微电子有限公司