多级功率放大器的制作方法

本申请要求于2018年7月5日提交到韩国知识产权局的第10-2018-0078187号韩国专利申请的优先权的权益，所述韩国专利申请的全部公开内容出于所有目的通过引用包含于此。

本公开涉及一种具有偏置补偿功能的多级功率放大器。

背景技术：

通常，多级功率放大器包括可彼此串联连接的第一放大器和第二放大器，第一放大器和第二放大器均具有放大增益并使用一般高的放大增益放大输入信号。

第一放大器可被配置为放大输入信号并输出被放大的信号到第二放大器。第二放大器可被配置为放大从第一放大器输入的信号。第一放大器和第二放大器可共享总放大增益，第一放大器可被配置为执行放大和缓冲功能。

在该示例中，第一放大器可以为驱动放大器(da)，第二放大器可以为功率放大器。

传统的多级功率放大器具有如下缺点：第一放大器的基极偏置在高功率驱动区域中下垂(droop)，这影响了放大器的线性度。

技术实现要素：

提供本发明内容以按照简化形式介绍并且在以下具体实施方式中进一步描述所选择的构思。本发明内容既不意在限定所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不意在帮助确定所要求保护的主题的范围。

在一个总体方面，一种多级功率放大器包括：第一放大电路，设置在所述多级功率放大器的前级；第一偏置电路，被配置为输出第一偏置电流；偏置路径电路；包络检测电路以及交流(ac)路径电路。所述偏置路径电路被配置为将所述第一偏置电流传输到所述第一放大电路。所述包络检测电路被配置为：基于输入到所述第一放大电路的射频(rf)信号的包络信号，输出直流(dc)检测电压。所述交流(ac)路径电路被配置为：当所述第一放大电路操作在高功率驱动区域中时，基于所述dc检测电压从所述第一放大电路的输入端子分支ac信号并将所述ac信号传输到所述第一偏置电路。所述第一偏置电路被配置为：基于通过所述ac路径电路传输的所述ac信号，补偿所述第一偏置电流。

所述第一偏置电路可包括第一偏置晶体管，所述第一偏置晶体管被配置为：基于所述ac信号补偿所述第一偏置电流。

所述包络检测电路还可被配置为：整流所述包络信号，以输出所述dc检测电压。

所述包络检测电路可包括：提取电路，被配置为提取所述rf信号的所述包络信号；整流电路，被配置为整流所述包络信号并且输出所述dc检测电压；以及滤波器电路，被配置为从所述dc检测电压中去除ac分量。

所述包络检测电路可被配置为：通过所述整流电路的输入端子，接收来自外部源的控制电压。

所述ac路径电路可并联连接到所述偏置路径电路。

所述ac路径电路可包括：第一开关电路，被配置为响应于所述dc检测电压而接通或断开；以及第一电容器电路，与所述第一开关电路串联连接，以传输从所述第一放大电路的所述输入端子分支的所述ac信号。

在另一总体方面，一种多级功率放大器包括：第一放大电路、第二放大电路、第一偏置电路、第二偏置电路、偏置路径电路、包络检测电路以及交流(ac)路径电路。所述第二放大电路连接到所述第一放大电路。所述第一偏置电路被配置为将第一偏置电流输出到所述第一放大电路。所述第二偏置电路被配置为将第二偏置电流输出到所述第二放大电路。所述偏置路径电路连接在所述第一偏置电路和所述第一放大电路之间，以将所述第一偏置电流传输到所述第一放大电路。所述包络检测电路被配置为：基于输入到所述第一放大电路的射频(rf)信号的包络信号，输出直流(dc)检测电压。所述交流(ac)路径电路并联连接到所述偏置路径电路，并且连接在所述第一放大电路的输入端子和所述第一偏置电路之间，以在所述dc检测电压大于参考电压时将ac信号传输到所述第一偏置电路，来补偿所述第一偏置电流。

所述第一偏置电路还可被配置为：基于通过所述ac路径电路传输的所述ac信号补偿所述第一偏置电流。

所述第一偏置电路可包括第一偏置晶体管，所述第一偏置晶体管基于所述ac信号补偿所述第一偏置电流。

所述包络检测电路还可被配置为：整流所述包络信号，以输出所述dc检测电压。

所述包络检测电路可包括：提取电路，被配置为提取所述射频信号的所述包络信号；整流电路，被配置为整流所述包络信号并输出所述dc检测电压；以及滤波器电路，被配置为从所述dc检测电压中去除ac分量。

所述包络检测电路可被配置为：通过所述整流电路的输入端子，接收来自外部源的控制电压。

所述ac路径电路可包括：第一开关电路，被配置为响应于所述dc检测电压而接通或断开；以及第一电容器电路，与所述第一开关电路串联连接，以传输从所述第一放大电路的所述输入端子分支的所述ac信号。

在另一总体方面，一种多级功率放大器包括第一放大电路、交流(ac)路径电路和包络检测电路。所述第一放大电路与第二放大电路串联连接。所述ac路径电路在所述第一放大电路和第一偏置电路之间与偏置路径电路并联连接。所述包络检测电路连接在所述第一放大电路的输入端子和所述ac路径电路之间。所述第一偏置电路被配置为：通过所述偏置路径电路输出第一偏置电流到所述第一放大电路，并且所述ac路径电路，被配置为从所述第一放大电路的所述输入端子向所述第一偏置电路输出ac信号。

第二偏置电路可连接至所述第二放大电路的输入端子，以将第二偏置电流输出到所述第二放大电路。

所述第一偏置电路可包括第一偏置晶体管，所述第一偏置晶体管被配置为基于所述ac信号补偿所述第一偏置电流。

所述包络检测电路可被配置为：基于所述rf信号的包络信号，输出直流(dc)检测电压。

所述包络检测电路还可被配置为整流所述包络信号。

所述包络检测电路可包括：提取电路，被配置为提取所述rf信号的所述包络信号；整流电路，被配置为：整流所述包络信号，并输出所述dc检测电压；以及滤波器电路，被配置为从所述dc检测电压中去除ac分量。

通过下面的具体实施方式、附图和权利要求，其他特征和方面将显而易见。

附图说明

图1是示出多级功率放大器的示例的示图。

图2是示出包络检测电路的示例的示图。

图3是示出包络检测电路的示例的示图。

图4是示出交流(ac)路径电路和偏置路径电路的示例的示图。

图5是示出第一偏置电路的示例的示图。

图6是用于描述图4的ac路径电路的断开操作的示图。

图7是用于描述图4的ac路径电路的接通操作的示图。

图8是第一放大电路的vbe-输出功率的曲线图。

图9是aclr-输出功率的曲线图。

在整个附图和具体实施方式中，相同的标号指示相同的元件。附图可不按照比例绘制，并且为了清楚、说明和方便起见，可夸大附图中的元件的相对尺寸、比例和描绘。

具体实施方式

提供以下具体实施方式以帮助读者获得对在此描述的方法、设备和/或系统的全面理解。然而，在理解本申请的公开内容后，在此所描述的方法、设备和/或系统的各种改变、变型及等同物将是显而易见的。例如，在此描述的操作顺序仅仅是示例，且不限于在此所阐述的示例，而是除了必须按照特定顺序发生的操作外，可做出在理解本申请的公开内容后将是显而易见的改变。此外，为了提高清楚性和简洁性，可省略本领域中已知的特征的描述。

在此描述的特征可按照不同的形式实施，并且将不被解释为局限于在此描述的示例。更确切地说，已经提供在此描述的示例，仅仅为了示出在理解了本申请的公开内容后将是显而易见的实现在此描述的方法、设备和/或系统的许多可行方式中的一些可行方式。

在整个说明书中，当诸如层、区域或基板的元件被描述为“在”另一元件“上”、“连接到”另一元件或“结合到”另一元件时，该元件可直接“在”另一元件“上”、“连接到”另一元件或“结合到”另一元件，或者可存在介于它们之间的一个或更多个其他元件。相比之下，当元件被描述为“直接在”另一元件“上”、“直接连接到”另一元件或“直接结合到”另一元件时，可不存在介于它们之间的其他元件。

如在此使用的，术语“和/或”包括相关所列项中的任意一个和任意两个或更多个的任意组合。

尽管可在此使用诸如“第一”、“第二”和“第三”的术语来描述各种构件、组件、区域、层或部分，但是这些构件、组件、区域、层或部分不受这些术语限制。更确切地说，这些术语仅用于将一个构件、组件、区域、层或部分与另一构件、组件、区域、层或部分区分开。因此，在不脱离示例的教导的情况下，在此描述的示例中的所称的第一构件、第一组件、第一区域、第一层或第一部分还可被称为第二构件、第二组件、第二区域、第二层或第二部分。

为了方便描述，可在此使用诸如“在……上方”、“上”、“在……下方”和“下”的空间相对术语来描述如附图中所示的一个元件与另一元件的关系。这样的空间相对术语意在除了包含附图中描绘的方位之外还包含装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的装置被翻转，则被描述为相对于另一元件位于“上方”或“上”的元件随后将相对于另一元件位于“下方”或“下”。因此，术语“在……上方”根据装置的空间方位而包含“在……上方”和“在……下方”两种方位。装置还可按照其他方式(例如，旋转90度或处于其他方位)定位，并将对在此使用的空间相对术语做出相应的解释。

在此使用的术语仅是为了描述各种示例，而不被用来限制本公开。除非上下文另外清楚地指明，否则单数形式也意在包含复数形式。术语“包含”、“包括”以及“具有”列举存在所陈述的特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合，但不排除存在或添加一个或更多个其他特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合。

由于制造技术和/或公差，可发生附图中所示出的形状的变化。因此，在此描述的示例并不限于附图中示出的特定形状，而是包括制造期间发生的形状上的变化。

在此描述的示例的特征可以以在理解本申请的公开内容之后将显而易见的各种方式进行组合。此外，虽然在此描述的示例具有各种构造，但在理解本申请的公开内容之后将显而易见的其他构造是可行的。

图1是示出多级功率放大器的示例的示图。

参照图1，多级功率放大器可包括第一放大电路110、第二放大电路120、第一偏置电路210、第二偏置电路220、偏置路径电路300、包络检测电路400和交流(ac)路径电路500。

当没有对本公开中的第一放大电路110和第二放大电路120中的每个执行偏置补偿时，分别包括在第一放大电路110和第二放大电路120中的功率晶体管对小信号和大信号的偏置点可能会有差异。该差异可能是由于输入到功率晶体管中的信号的摆幅的大小导致的偏置电路的非线性操作的差异而引起的。

通常，随着输入功率增加，偏置点增大，同时，由偏置电路的二次非线性特性产生的附加dc分量的大小也增大。另一方面，在输入功率是低的示例中，由于偏置电路的非线性诱发的附加dc分量的大小相对小，功率晶体管的偏置点下垂。特别地，在多级放大器中，am-am(调幅-调幅)失真可能基于各级的输入信号的偏置点的幅值变化而确定，这与放大器的线性度直接相关。因此，基于本公开，由于偏置电路或电流的非线性导致的伴随性下垂可被充分地补偿。

参照图1和图2，第一放大电路110可利用比第二放大电路120相对小的输入功率驱动。当没有应用根据本公开的偏置补偿时，第一放大电路的偏置点可能会随着输入信号的振幅变得更大而下垂。

当应用根据本公开的偏置补偿时，通过使用从输入的射频(rf)信号分支的射频信号对第一偏置电流进行补偿，可缓解第一放大电路110的偏置点在高功率驱动区域中的下垂。在下文中，将描述偏置补偿。

第一偏置电路210可被供应第一电压v1，以基于第一电流i1产生作为输出到第一放大电路110的第一偏置电流ibias1。作为示例，第一偏置电路210可包括第一偏置晶体管q21，第一偏置晶体管q21被配置为基于第一电流i1产生第一偏置电流ibias1。

第二偏置电路220可被供应第二电压v2，以基于第二电流i2产生作为输出到第二放大电路120的第二偏置电流ibias2。作为示例，第二偏置电路220可包括第二偏置晶体管q22，第二偏置晶体管q22被配置为基于第二电流i2产生第二偏置电流ibias2。

第一放大电路110可被提供有第一偏置电流ibias1，并且被配置为将输入的射频信号放大为输出到第二放大电路120的放大的射频信号。作为示例，第一放大电路110可包括第一放大晶体管q1，第一放大晶体管q1具有：集电极，通过线圈l1连接到操作电源vcc1；接地的发射极；以及基极，输入有射频信号。

第二放大电路120可被供应第二偏置电流ibias2，并且被配置为将从第一放大电路110输入的射频信号放大。作为示例，第二放大电路120可包括第二放大晶体管q2，第二放大晶体管q2具有：集电极，通过线圈l2连接到操作电源vcc2；接地的发射极；以及基极，输入有射频信号。

偏置路径电路300可将第一偏置电流ibias1传输到第一放大电路110。作为示例，偏置路径电路300可包括连接在第一偏置电路210和第一放大电路110之间的直流(dc)路径(ph-dc)。作为示例，dc路径(ph-dc)可包括电阻器r3。第一偏置电流ibias1可通过dc路径(ph-dc)传输至第一放大电路110。

包络检测电路400可检测来自输入到第一放大电路110的rf信号的包络信号，并且基于包络信号输出dc检测电压vd。作为示例，包络检测电路400可包括整流电路。

当第一放大电路操作在高功率驱动区域中时，ac路径电路500可基于dc检测电压vd将从第一放大电路110的输入端子(nd)分支的ac信号传输至第一偏置电路210。作为示例，ac路径电路500可并联连接到偏置路径电路300。作为示例，ac路径电路500可包括与dc路径(ph-dc)并联连接的ac路径(ph-ac)。作为示例，ac路径(ph-ac)可包括开关sw5和电容器c5。

当dc检测电压vd比参考电压大时，ac路径电路500可将从第一放大电路110的输入端子分支的ac信号传输到第一偏置电路210，以补偿第一偏置电流ibias1。

第一偏置电路210可基于通过ac路径电路500传输的ac信号补偿第一偏置电流ibias1。作为示例，第一偏置电路210可包括输出第一偏置电流ibias1的第一偏置晶体管q21。第一偏置晶体管q21可使用基于输入到发射极的ac信号产生的直流电流，来补偿第一偏置电流ibias1以升高第一偏置电流ibias1。

包络检测电路400可检测来自输入到第一放大电路110的rf信号的包络信号并且对包络信号进行整流，以输出dc检测电压vd。将参照图2和图3描述包络检测电路。

在图1中，cb1、cb2和cb3可以为阻隔dc信号(电压或电流)并使ac信号通过的dc阻隔电容器。

在本公开的各个附图中，将省略对于由相同的标号表示并且具有相同的功能的组件的不必要的重复描述，并且将描述各个附图中彼此不同的内容。

图2和图3是示出本公开中的包络检测电路的示例的示图。

参照图2和图3，包络检测电路400可均包括提取电路410、整流电路420和滤波器电路430。

提取电路410可提取rf信号的包络信号。作为示例，提取电路410可包括使ac信号通过的电容器c1。

整流电路420可整流包络信号，并输出dc检测电压vd。作为示例，整流电路420可包括整流元件dt4，整流元件dt4可包括诸如二极管接法的晶体管等的具有整流功能的元件。

滤波器电路430可从dc检测电压vd中去除ac分量，以稳定dc检测电压vd。作为示例，滤波器电路430可包括连接在整流电路420的输出端子和地之间的电容器c4和与电容器c4并联连接的电阻器r4。

参照图3，包络检测电路400可从整流电路420的输入端子通过电感器l4接收来自外部源的控制电压vc。

图4是示出本公开中的交流(ac)路径电路和偏置路径电路的示例的示图。

参照图4，ac路径电路500可包括第一开关电路510和第一电容器电路520。

第一开关电路510可包括在ac路径(ph-ac)中，并且可响应于dc检测电压vd而接通或断开。作为示例，第一开关电路510可包括开关晶体管q5。

第一电容器电路520可包括在ac路径(ph-ac)中，并且可与第一开关电路510串联连接，以传输从第一放大电路110的输入端子分支的ac信号。作为示例，第一电容器电路520可包括电容器c5。

例如，开关晶体管q5可响应于dc检测电压vd而接通或断开。作为示例，当dc检测电压vd处于低电平时，开关晶体管q5可处于断开状态，并且当dc检测电压vd处于高电平时，开关晶体管q5可处于接通状态。

参照图3和图4，当调节控制电压vc的电压大小时，可控制包括在ac路径电路500中的开关晶体管q5的接通。

详细地，为了调节从包络检测电路400的输出端子提供的dc检测电压vd的范围，控制电压vc可供应到整流元件dt4的阳极端子。能够接通开关晶体管q5的输入电压的大小可根据控制电压vc的大小而改变。

作为示例，当施加高的控制电压vc时，即使在相对小的输入功率下，也可接通整流元件dt4和开关晶体管q5。相反，在施加低的控制电压vc的示例中，由于即使在整流元件dt4接通时，开关晶体管q5的基极-发射极结仍可能被断开，因此开关晶体管q5可能也不会被驱动。

例如，在开关晶体管q5的发射极具有1.2v的电压的情况下，为了接通开关晶体管q5，需要施加大约为2.4v或更大的基极电压(大于接通电压(例如1.2v))，而不是1.2v的发射极电压。

因此，为了使开关晶体管q5的基极电压达到2.4v或更大，考虑到整流元件dt4的1.2v的接通电压以及通过电容器c1另外输入的信号的摆幅，近似的控制电压vc需要为大约3.1v到3.4v。

作为示例，当开关晶体管q5处于接通状态时，第一电容器电路520可从输入到第一放大电路110的rf信号中分支ac信号，并将分支的ac信号传输到第一偏置电路210。

图5是示出本公开中的第一偏置电路的示例的示图。

参照图5，第一偏置电路210可包括第一电阻器r11、第一二极管接法的晶体管dt1、第二二极管接法的晶体管dt2、第二电阻器r12、电容器c11和偏置晶体管q21。

第一电阻器r11、第一二极管接法的晶体管dt1、第二二极管接法的晶体管dt2和第二电阻器r12可在参考电压vref1端子和地之间彼此串联连接。第一偏置晶体管q21可串联连接在第一电压v1端子和连接到第一放大电路120的偏置节点nb1之间。电容器c11可连接在第一偏置晶体管q21的基极和地之间。

参照图5，晶体管q21的第一偏置电流ibias1可通过发射极利用ac信号传输。

图6是描述图4的ac路径电路的断开操作的示图。

参照图4和图6，在低功率区域，dc检测电压vd可设计为比接通电压低，并且当dc检测电压vd比接通电压低时，ac路径电路500的开关晶体管q5可处于断开状态。因此，第一偏置电流ibias1可通过偏置路径电路300传输到第一放大电路110。

图7是描述图4的ac路径电路的接通操作的示图。

参照图4和图7，在高功率驱动区域，dc检测电压vd可设计为比接通电压高，并且当dc检测电压vd比接通电压高时，ac路径电路500的开关晶体管q5可处于接通状态。因此，当开关晶体管q5接通时，第一电容器电路520可从输入到第一放大电路110的rf信号分支ac信号srf，并且分支的ac信号可传输到第一偏置电路210的第一偏置晶体管q21的发射极。

这里，由于第一偏置晶体管q21的二次非线性特性，因此基于通过ac路径电路500传输的ac信号，可在第一偏置晶体管q21的基极中产生直流电流，并且第一偏置晶体管q21可通过所述直流电流补偿第一偏置电流ibias1，以使第一偏置电流ibias1升高。

如上所述补偿的第一偏置电流ibias1可通过偏置路径电路300传输到第一放大电路110。

图8是本公开中的第一放大电路的示例的vbe-输出功率的曲线图。

图8的曲线是描绘通过在增大输入功率的同时对第一放大电路110的基极-发射极电压vbe和输出功率进行模拟而获得的结果的示例的曲线。

图8的g11是在没有施加使用ac路径电路500的偏置补偿的情况下第一放大电路的vbe-输出功率曲线，g12是在施加使用ac路径电路500的偏置补偿的情况下第一放大电路的vbe-输出功率曲线。

参照图8的g11和g12，当与施加了使用ac路径电路500的偏置补偿的g12相比时，g11中描绘的第一放大电路110的基极-发射极电压vbe的下垂现象得到改善。g12的基极-发射极电压vbe从大约30dbm的输出功率再次升高，以进一步改善g11中描绘的电压下垂现象。

图9是本公开中的aclr-输出功率的曲线图。

图9的曲线是通过在增大输入功率的同时对相邻通道泄漏比(aclr)进行模拟而获得的结果的曲线。

图9的g21是在没有施加使用ac路径电路500的偏置补偿的情况下的aclr曲线，g22是在施加使用ac路径电路500的偏置补偿的情况下的aclr曲线。

参照图9的g21和g22，示出了由于输入信号的摆幅大小的差异引起的g21中的下垂和am-am失真曲线中的每个的升高的形状。在施加使用ac路径电路500的偏置补偿的g22中描绘的示例中，缓和了am-am失真曲线的整个区域中的变化，从而改善aclr(线性度指标)。

如上所述，根据本公开中的示例性实施例，在高功率驱动区域，通过使用基于rf信号的包络分量的dc电压补偿第一偏置电流，可改善多级功率放大器的线性度并且可降低多级功率放大器的幅度失真(例如，am-am失真)。

虽然本公开包括特定的示例，但是在理解本申请的公开内容后将显而易见的是，在不脱离权利要求及其等同物的精神和范围的情况下，可在这些示例中做出形式和细节上的各种改变。在此所描述的示例将仅被认为是描述性含义，而非出于限制的目的。在每个示例中的特征或方面的描述将被认为是可适用于其他示例中的类似的特征或方面。如果以不同的顺序执行描述的技术，和/或如果以不同的方式组合描述的系统、架构、装置或者电路中的组件和/或用其他组件或者它们的等同物进行替换或者补充描述的系统、架构、装置或者电路中的组件，则可获得适当的结果。因此，本公开的范围不由具体实施方式限定，而是由权利要求及其等同物限定，并且在权利要求及其等同物的范围内的所有变化将被解释为包含于本公开中。