本发明涉及功率放大电路，尤其涉及一种控制电路、功率放大电路及控制方法。
背景技术：
目前，随着绝缘衬底上的硅(soi，silicononinsulator)工艺越来越成熟，利用soi工艺实现射频功率放大器(pa，poweramplifier)越来越具备成本优势。全球移动通信系统(gsm，globalsystemformobilecommunication)功率放大器属于射频功率放大器的一种，在现有常用的gsm射频功率放大器的功率控制电路中，通常，基准控制电压vramp通过低压差稳压器(ldo，lowdropoutregulator)对gsm射频功率放大器的集电极电压进行控制，进而实现对gsm射频功率放大器输出功率的控制，ldo包括误差放大器和功率晶体管。
但是，目前通过ldo实现对gsm射频功率放大器输出功率的控制，由于实现ldo的功率晶体管会产生电压降，致使gsm射频功率放大器的集电极电压vout总小于电源电压vbat，进而减小了gsm射频功率放大器的最大输出功率，降低了gsm射频功率放大器的效率。
目前，需要找到一种提高射频功率放大器的最大输出功率和效率的技术方案。
技术实现要素：
为解决现有存在的技术问题，本发明实施例提供一种控制电路、功率放大电路及控制方法。
本发明实施例的技术方案是这样实现的：
本发明实施例提供一种控制电路，应用于功率放大电路，所述功率放大电路包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管；所述第三晶体管经由电感与供电电源直接相连；所述控制电路包括：
波形整形电路，用于利用功率放大电路的基准电压控制信号产生第一电流，将第一电流与参考电流值进行比较，得到第二电流；利用所述第二电流产生镜像电流，再利用镜像电流得到第一栅极电压；所述第一栅极电压用于第二晶体管控制第一晶体管对输入信号进行放大得到输出信号；
电压生成电路，用于利用所述第一栅极电压生成第二栅极电压，并利用所述第二栅极电压控制第三晶体管输出满足稳定输出特性的所述输出信号。
上述方案中，所述电压生成电路，具体用于利用所述第一栅极电压以及至少一个电阻和一个电流源，生成至少一个第二栅极电压；每个第二栅极电压控制一个第三晶体管并输出满足稳定输出特性的所述输出信号。
上述方案中，所述电流源为恒定电流源，或者与供电电源成负相关的压控电流源。
本发明实施例提供一种功率放大电路，包括：第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、控制电路；其中，
所述第一晶体管的漏极与第二晶体管的源极相连；所述第三晶体管的漏极经由电感与供电电源直接相连；
所述第二晶体管，用于控制第一晶体管对功率放大电路的输入信号进行放大得到输出信号，并向第三晶体管输出所述输出信号；
所述控制电路，包括：波形整形电路，用于利用功率放大电路的基准电压控制信号产生第一电流，将第一电流与参考电流值进行比较，得到第二电流；利用所述第二电流产生镜像电流，再利用镜像电流得到第一栅极电压；电压生成电路，用于利用所述第一栅极电压生成第二栅极电压，并利用所述第二栅极电压控制第三晶体管输出满足稳定输出特性的所述输出信号。
上述方案中，所述电压生成电路，具体用于利用所述第一栅极电压以及至少一个电阻和一个电流源，生成至少一个第二栅极电压；每个第二栅极电压控制一个第三晶体管并输出满足稳定输出特性的所述输出信号。
上述方案中，所述电流源为恒定电流源，或者为与供电电源成负相关的压控电流源。
本发明实施例提供一种控制方法，所述方法包括：
利用功率放大电路的基准电压控制信号产生第一电流，将第一电流与参考电流值进行比较，得到第二电流；利用所述第二电流产生镜像电流，再利用镜像电流得到第一栅极电压；所述第一栅极电压用于第二晶体管控制第一晶体管对输入信号进行放大得到输出信号；
利用所述第一栅极电压生成第二栅极电压，并利用所述第二栅极电压控制第三晶体管输出满足稳定输出特性的所述输出信号。
上述方案中，所述利用所述第一栅极电压生成第二栅极电压，并利用所述第二栅极电压控制第三晶体管输出满足稳定输出特性的所述输出信号，包括：
利用所述第一栅极电压以及至少一个电阻和一个电流源，生成至少一个第二栅极电压；每个第二栅极电压控制一个第三晶体管并输出满足稳定输出特性的所述输出信号。
上述方案中，所述电流源为恒定电流源，或者与供电电源成负相关的压控电流源。
本发明实施例提供的控制电路、功率放大电路及控制方法，可以应用于包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管的功率放大电路中，所述第三晶体管经由电感与供电电源直接相连；实际应用中，可利用功率放大电路的基准电压控制信号产生第一电流，将第一电流与参考电流值进行比较，得到第二电流；利用所述第二电流产生镜像电流，再利用镜像电流得到第一栅极电压；所述第一栅极电压用于第二晶体管控制第一晶体管对输入信号进行放大得到输出信号；利用所述第一栅极电压生成第二栅极电压，并利用所述第二栅极电压控制第三晶体管输出满足稳定输出特性的所述输出信号。在本发明实施例中，经过上述控制电路对输入信号的处理，采用基准电压控制信号的电压控制功率放大器的功率输出，使得功率放大电路中的第三晶体管能够输出满足稳定输出特性的输出信号，如此，能避免现有技术中由于供电电源通过功率晶体管与功率放大器的集电极相连产生额外压降，致使功率放大电路的最大输出功率降低现象的发生；也就是说，本发明实施例能够提高功率放大电路的最大输出功率，进而提高功率放大电路的工作效率。
另，本发明实施例中，由于使用控制电路替换现有技术中的ldo电路，能够减少芯片占用面积，进而能够降低成本。
附图说明
图1为相关技术中gsm射频功率放大器的功率控制电路示意图；
图2为本发明实施例控制电路的组成结构示意图；
图3为本发明实施例功率放大电路的组成结构示意图；
图4为本发明实施例波形整形电路的内部组成结构示意图；
图5为本发明实施例栅极控制电压vg2与基准控制电压vramp的关系示意图；
图6为本发明实施例电压生成电路的内部组成结构示意图；
图7为本发明实施例电源电压vbat与电流源ib的关系示意图；
图8为本发明实施例功率放大电路的内部组成结构示意图一；
图9为本发明实施例功率放大电路的内部组成结构示意图二；
图10为本发明实施例控制方法的实现流程意图。
具体实施方式
通常，功率放大器包括gsm射频功率放大器等，图1为gsm射频功率放大器的功率控制电路示意图，图1所示功率控制电路的功率控制过程具体包括：当基准控制电压vramp增大时，导致功率晶体管的源端电压vout增大，进而导致gsm射频功率放大器的集电极电压增大，致使gsm射频功率放大器输出功率按与漏端电压vout的平方关系增大；当基准控制电压vramp减小时，导致功率晶体管的源端电压vout减小，进而导致gsm射频功率放大器的集电极电压减小，致使gsm射频功率放大器输出功率按与漏端电压vout的平方关系减小。其中，功率晶体管属于ldo电路。
但是，目前通过ldo实现对gsm射频功率放大器输出功率的控制，存在以下缺陷：一、由于实现ldo的功率晶体管会产生电压降，致使gsm射频功率放大器的集电极电压vout总小于电源电压vbat，进而减小了gsm射频功率放大器的最大输出功率，降低了gsm射频功率放大器的效率。二、由于ldo尺寸大，芯片占用面积较大，增加了设计成本。
基于此，在本发明的各种实施例中：实际应用于功率放大电路时，利用功率放大电路的基准电压控制信号产生第一电流，将第一电流与参考电流值进行比较，得到第二电流；利用所述第二电流产生镜像电流，再利用镜像电流得到第一栅极电压；所述第一栅极电压用于第二晶体管控制第一晶体管对输入信号进行放大得到输出信号；利用所述第一栅极电压生成第二栅极电压，并利用所述第二栅极电压控制第三晶体管输出满足稳定输出特性的所述输出信号。其中，所述功率放大电路包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管；所述第三晶体管经由电感与供电电源直接相连。
图2是本发明控制电路一种实施例的组成结构示意图，本实施例提供的控制电路，如图2所示，所述控制电路包括：
波形整形电路21，用于利用功率放大电路的基准电压控制信号产生第一电流，将第一电流与参考电流值进行比较，得到第二电流；利用所述第二电流产生镜像电流，再利用镜像电流得到第一栅极电压；所述第一栅极电压用于第二晶体管控制第一晶体管对输入信号进行放大得到输出信号；
电压生成电路22，用于利用所述第一栅极电压生成第二栅极电压，并利用所述第二栅极电压控制第三晶体管输出满足稳定输出特性的所述输出信号。
这里，所述控制电路可以应用于gsm射频功率放大电路；其中，所述gsm射频功率放大电路可以包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管；所述第三晶体管经由电感与供电电源直接相连。
实际应用于gsm射频功率放大电路时，所述波形整形电路21产生第一栅极电压且作用于所述第二晶体管，并通过第二晶体管控制第一晶体管的漏端电压，进而使得第一晶体管从线性区进入饱和区，从而对射频输入信号进行放大得到射频输出信号。其中，第一栅极电压和基准电压控制信号的电压即基准控制电压之间的关系为正比关系，并且可以对基准控制电压的起始点进行偏移，从而使由第一栅极电压控制的第二晶体管构成的gsm射频功率放大器满足gsm前向隔离等指标要求。
在一实施例中，所述电压生成电路22，具体用于利用所述第一栅极电压以及至少一个电阻和一个电流源，生成至少一个第二栅极电压；每个第二栅极电压控制一个第三晶体管并输出满足稳定输出特性的所述输出信号。其中，所述电流源为恒定电流源，或者与供电电源成负相关的压控电流源。
实际应用于gsm射频功率放大电路时，所述电压生成电路22利用所述第一栅极电压以及电流源在电阻上产生的压降，生成第二栅极电压。当供电电源不发生变化时，电流源为恒定电流源，第二栅极电压与第一栅极电压的电压差为固定值；当供电电源变化时，电流源为与供电电源成负相关的压控电流源，第二栅极电压与第一栅极电压的电压差可以经过与供电电源成负相关的压控电流源进行调整，进而可以抵消供电电源变化引起的功率放大器输出功率的变化，对供电电源电压进行电压补偿，从而利用调整后的所述第二栅极电压控制第三晶体管输出满足稳定输出特性的所述输出信号。其中，所述稳定输出特性可以为所述输出信号的功率随着时间变化满足特定关系曲线，所述特定关系曲线可以为功率时间模板(pvt，powervstime)曲线。
所述第三晶体管经由电感与供电电源直接相连，可以避免现有技术中由于电源电压通过功率晶体管与功率放大器的集电极相连产生额外压降致使功率放大电路的最大输出功率降低现象的发生，也就是说，第三晶体管经由电感与供电电源直接相连，相当于功率放大器的集电极电压可以与供电电源电压相等，由于功率放大器的集电极电压得到提高，进而也就能够提高功率放大电路的最大输出功率以及效率。
在本发明实施例中，所述波形整形电路21利用功率放大电路的基准电压控制信号产生第一电流，将第一电流与参考电流值进行比较，得到第二电流；利用所述第二电流产生镜像电流，再利用镜像电流得到第一栅极电压；所述电压生成电路22利用所述第一栅极电压生成第二栅极电压，并利用所述第二栅极电压控制第三晶体管输出满足稳定输出特性的所述输出信号。由于第三晶体管经由电感与供电电源直接相连，且满足稳定输出特性的所述输出信号经由第三晶体管输出，从而避免现有技术中由于供电电源通过功率晶体管与功率放大器的集电极相连产生额外压降，致使功率放大电路的最大输出功率降低现象的发生，也就是说，本发明实施例能够提高功率放大电路的最大输出功率，进而提高功率放大电路的工作效率。
另，本发明实施例中，由于使用控制电路替换现有技术中的ldo电路，能够减少芯片占用面积，进而能够降低成本。
本发明实施例提供的功率放大电路，如图3所示，所述功率放大电路包括：第一晶体管31、第二晶体管32、第三晶体管33、控制电路34；其中，
所述第一晶体管31的漏极与第二晶体管32的源极相连；所述第三晶体管33的漏极经由电感与供电电源直接相连；
所述第二晶体管32，用于控制第一晶体管31对功率放大电路的输入信号进行放大得到输出信号，并向第三晶体管33输出所述输出信号；
所述控制电路34，包括：波形整形电路21，用于利用功率放大电路的基准电压控制信号产生第一电流，将第一电流与参考电流值进行比较，得到第二电流；利用所述第二电流产生镜像电流，再利用镜像电流得到第一栅极电压；电压生成电路22，用于利用所述第一栅极电压生成第二栅极电压，并利用所述第二栅极电压控制第三晶体管输出满足稳定输出特性的所述输出信号。
这里，所述功率放大电路可以为gsm射频功率放大电路。其中，所述gsm射频功率放大电路可以包括第一晶体管31、第二晶体管32、第三晶体管33；所述第三晶体管33经由电感与供电电源直接相连。
实际应用时，所述波形整形电路21产生第一栅极电压且作用于所述第二晶体管32，并通过第二晶体管32控制第一晶体管31的漏端电压，进而使得第一晶体管31从线性区进入饱和区，从而对射频输入信号进行放大得到射频输出信号。其中，第一栅极电压和基准电压控制信号的电压即基准控制电压之间的关系为正比关系，并且可以对基准控制电压的起始点进行偏移，从而使由第一栅极电压控制的第二晶体管构成的gsm射频功率放大器满足gsm前向隔离等指标要求。
在一实施例中，所述电压生成电路22，具体用于利用所述第一栅极电压以及至少一个电阻和一个电流源，生成至少一个第二栅极电压；每个第二栅极电压控制一个第三晶体管33并输出满足稳定输出特性的所述输出信号。其中，所述电流源为恒定电流源，或者为与供电电源成负相关的压控电流源。
实际应用时，所述电压生成电路22利用所述第一栅极电压以及电流源在电阻上产生的压降，生成第二栅极电压。当供电电源不发生变化时，电流源为恒定电流源，第二栅极电压与第一栅极电压的电压差为固定值；当供电电源变化时，电流源为与供电电源成负相关的压控电流源，第二栅极电压与第一栅极电压的电压差可以经过与供电电源成负相关的压控电流源进行调整，进而可以抵消供电电源变化引起的功率放大器输出功率的变化，对供电电源电压进行电压补偿，从而利用调整后的所述第二栅极电压控制第三晶体管33输出满足稳定输出特性的所述输出信号。
这里，所述第三晶体管33经由电感与供电电源直接相连，可以避免现有技术中由于电源电压通过功率晶体管与功率放大器的集电极相连产生额外压降致使功率放大电路的最大输出功率降低现象的发生，也就是说，第三晶体管33经由电感与供电电源直接相连，相当于功率放大器的集电极电压可以与供电电源电压相等，由于功率放大器的集电极电压得到提高，进而也就能够提高功率放大电路的最大输出功率以及效率。
图4所示实施例是图2所示波形整形电路的一个具体应用实例。
在本实施例中，如图4所示，波形整形电路21包括：误差放大器、pmos管m1、pmos管m2、电流源io、电阻r1、电阻r2；图4所示的波形整形电路21的工作原理为：利用基准控制电压vramp，得到控制第二晶体管的gate极控制电压vg2。
图4所示波形整形电路的具体工作过程包括：在节点a处，当误差放大器的正相电压等于负相电压即vramp时，在电阻r1上产生第一电流i；利用节点电流原理，电流i1等于第一电流i减去电流源io；pmos管m1和pmos管m2构成电流镜，即电流i2等于电流i1的m倍；栅极控制电压vg2等于电流i2在电阻r2上产生的压降。其中，栅极控制电压vg2与基准控制电压vramp的关系示意图如图5所示。
其中，栅极控制电压vg2用公式表达如下：
vg2＝(vramp/r1-io)×m×r2(1)
公式(1)中，r1、r2分别表示电阻r1、r2的阻值，io表示电流源io的电流值，由公式(1)可看出，栅极控制电压vg2随着基准控制电压vramp的增大而增大，偏移电压vosx＝io×r1。
实际应用时，对基准控制电压vramp的起始点进行偏移vosx，如此，可以使由第一栅极电压vg2控制的第二晶体管构成的gsm射频功率放大器满足gsm前向隔离等指标要求；其中，对应vramp的偏移值vosx可以大于0，对应vg2的偏移值可以等于0。
图6所示实施例是图2所示电压生成电路的另一个具体应用实例。
在本实施例中，如图6所示，电压生成电路22包括：pmos管m3、电阻r3、电阻r4、电流源ib。其中，电流源ib可以为恒定电流源，也可以为与电源电压vbat成负相关的压控电流源。
图6所示的电压生成电路22的工作原理为：利用图4产生的栅极控制电压vg2，生成栅极控制电压vg3、vg4；其中，当vg2随着vramp变化且电源电压vbat不变时，vg3与vg2的电压差始终不变，vg4与vg3的电压差始终不变。
图6所示电压生成电路22的具体工作过程包括：当vg2控制pmos管m3导通时，pmos管m3的开启电压为vth；栅极控制电压vg3等于电流源ib在电阻r3上的压降与pmos管m3的导通电压vth之和。其中，栅极控制电压vg3可以用如下公式表示：
vg3＝vg2+vth+ib×r3(2)
公式(2)中，ib表示电流源ib的电流值，r3表示电阻r3的阻值，由公式(2)可看出，当电流源ib为恒定电流源时，vg3与vg2的电压差为固定值，固定值等于vth+ib×r3。
当vg2控制pmos管m3导通时，pmos管m3的开启电压为vth；栅极控制电压vg4等于电流源ib在电阻r4上的压降与栅极控制电压vg3之和。其中，栅极控制电压vg4可以用如下公式表示：
vg4＝vg3+ib×r4(3)
公式(3)中，ib表示电流源ib的电流值，r3、r4分别表示电阻r3、r4的阻值，由公式(3)可看出，当电流源ib为恒定电流源时，vg4与vg3的电压差为固定值，固定值等于ib×r4。
实际应用时，当电源电压vbat发生变化时，电流源ib可以为与电源电压vbat成负相关的压控电流源，如此，当电源电压vbat逐渐增大时，通过与电源电压成负相关的电流源ib减小栅极控制电压vg3与vg2的电压差，同时减小栅极控制电压vg4与vg3的电压差，抵消电源电压vbat增大引起的功率放大器的输出功率增大，实现输出满足稳定输出特性的输出信号。其中，电源电压vbat与电流源ib的关系示意图如图7所示。
图8所示实施例是图3所示功率放大电路的一个具体应用实例。
在本实施例中，如图8所示，功率放大电路41包括：nmos管m4、nmos管m5、nmos管m6、电感rfchock、偏置滤波电路、偏置电路、波形整形电路21、电压生成电路22、电压补偿电路；其中，第一晶体管31为nmos管m4；第二晶体管32为nmos管m5；第三晶体管33为nmos管m6。
结合图4和图6所示的电路结构示意图，图8所示的功率放大电路41的工作原理为：通过基准控制电压vramp经过波形整形电路21直接控制共源共栅(cascode)功率放大器中nmos管m5的gate电压vg2，vg2决定nmos管m4的漏端电压vx。随着vx逐渐增大，nmos管m4会逐渐从线性区进入饱和区，从而对射频输入信号进行放大得到射频输出信号，导致id逐渐增大，从而功率放大器的输出功率逐渐增大。其中，当vramp增大时，vg2增大；当vramp减小时，vg2减小。
实际应用时，pmos管m6可以经由电感rfchock与电源电压vbat直接相连，从而避免现有技术中由于电源电压通过功率晶体管与功率放大器的集电极相连产生额外压降致使功率放大电路的最大输出功率降低现象的发生，也就是说，nmos管m6经由电感rfchock与电源电压vbat直接相连，相当于功率放大器的集电极电压可以与电源电压vbat相等，进而能够提高功率放大电路的最大输出功率，并提高功率放大电路的工作效率。
图9是图8中电压生成电路产生第二栅极电压的扩展，图9相对于图8的不同点在于，增加了一个nmos管m7，如此，能够给增加功率放大器的耐压能力。图9所示的电路工作原理与图8的基本类似，在此不再赘述。
基于上述实施例电路，本发明实施例提供一种控制方法，如图10所示，该方法包括以下步骤：
步骤1001：利用功率放大电路的基准电压控制信号产生第一电流，将第一电流与参考电流值进行比较，得到第二电流；利用所述第二电流产生镜像电流，再利用镜像电流得到第一栅极电压；
步骤1002：利用所述第一栅极电压生成第二栅极电压，并利用所述第二栅极电压控制第三晶体管输出满足稳定输出特性的所述输出信号。
这里，所述第一栅极电压用于第二晶体管控制第一晶体管对输入信号进行放大得到输出信号。
这里，所述控制方法可以用于对gsm射频功率放大电路进行功率控制；其中，所述gsm射频功率放大电路可以包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管；所述第三晶体管经由电感与供电电源直接相连。
实际应用时，利用功率放大电路的基准电压控制信号产生第一电流，将第一电流与参考电流值进行比较，得到第二电流；利用所述第二电流产生镜像电流，再利用镜像电流产生第一栅极电压，第一栅极电压作用于所述第二晶体管，并通过第二晶体管控制第一晶体管的漏端电压，进而使得第一晶体管从线性区进入饱和区，从而对射频输入信号进行放大得到射频输出信号。其中，第一栅极电压和基准电压控制信号的电压即基准控制电压之间的关系为正比关系，并且可以对基准控制电压的起始点进行偏移，从而使由第一栅极电压控制的第二晶体管构成的gsm射频功率放大器满足gsm前向隔离等指标要求。
在一实施例中，所述利用所述第一栅极电压生成第二栅极电压，并利用所述第二栅极电压控制第三晶体管输出满足稳定输出特性的所述输出信号，包括：利用所述第一栅极电压以及至少一个电阻和一个电流源，生成至少一个第二栅极电压；每个第二栅极电压控制一个第三晶体管并输出满足稳定输出特性的所述输出信号。其中，所述电流源为恒定电流源，或者与供电电源成负相关的压控电流源。
实际应用时，利用所述第一栅极电压以及电流源在电阻上产生的压降，生成第二栅极电压。当供电电源不发生变化时，电流源为恒定电流源，第二栅极电压与第一栅极电压的电压差为固定值；当供电电源变化时，电流源为与供电电源成负相关的压控电流源，第二栅极电压与第一栅极电压的电压差可以经过与供电电源成负相关的压控电流源进行调整，进而可以抵消供电电源变化引起的功率放大器输出功率的变化，对供电电源电压进行电压补偿，从而利用调整后的所述第二栅极电压控制第三晶体管输出满足稳定输出特性的所述输出信号。其中，所述稳定输出特性可以为所述输出信号的功率随着时间变化满足特定关系曲线。
所述第三晶体管经由电感与供电电源直接相连，可以避免现有技术中由于电源电压通过功率晶体管与功率放大器的集电极相连产生额外压降致使功率放大电路的最大输出功率降低现象的发生，也就是说，第三晶体管经由电感与供电电源直接相连，相当于功率放大器的集电极电压可以与供电电源电压相等，由于功率放大器的集电极电压得到提高，进而也就能够提高功率放大电路的最大输出功率以及效率。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。