一种电压偏置电路、射频功率放大器及射频芯片的制作方法

本发明涉及射频，更具体地说，涉及一种电压偏置电路、射频功率放大器及射频芯片。

背景技术：

1、射频功率放大器是无线通信系统的关键元件，用于将无线通信信号放大到一定功率，驱动天线辐射一定距离，接收设备能够正确解调出信号，实现无线信号不失真传输。为了提高无线传输速率、充分利用频谱资源，无线通信系统信号调制制式越来越复杂，对射频功率放大器的线性性能要求也越来越高。误差矢量幅度evm(error vector magnitude)是衡量发射系统线性性能的一个非常重要的指标，表征了通信系统无线信号质量的优劣。

2、在一个理想的射频系统中，由发射设备发射的信号处于理想位置，但是在实际中，由于射频系统的各种缺陷，比如相位噪声、低镜像抑制比、载波泄漏等，导致信号的位置发生变化，偏离了理想位置。实际信号与理想信号的偏差就是误差向量，归一化到峰值信号幅度的误差矢量的平均幅度为误差矢量幅度，理想/参考相量与实际生成/接收的相量的位置之间的差就是误差矢量幅度evm。基于不同的调制方式和通信速率的要求，evm的要求也不同，通常调制系数越高，所要求的evm也就越严格。ieee给出了802.11wlan的最大能够允许的evm标准(ieee 802.11为无线局域网通用的标准)，如ieee 802.11ax 1024qam调制制式要求evm小于1％，即-40db。对于5g通信系统，针对不同的频段，evm的要求也不同，如对于sub-6g频段，evm的要求一般要小于0.5％，也就是-46db，对于毫米波频段，evm小于0.75％，即-42.6db。

3、图1所示为常见的两级hbt结构射频功率放大电路，包括输入匹配网络、hbt放大管、输出匹配网络和偏置网络。射频功率放大器的偏置网络对设计高功率高线性高效率的射频功率放大器至关重要，良好的偏置网络不仅能够保证射频功率放大器高线性、高效率地工作，同时也能够保证产品的一致性，提高产品的良率。

4、如图2所示，双极型hbt放大管的偏置网络给晶体管q1提供的偏置电压vb决定了hbt放大器功率放大管q1的静态工作电流。静态工作电流对邻道功率比acpr，evm等线性指标有着重要的作用，静态工作电流的偏差会恶化这些线性指标。为了保证功率放大管q1稳定可靠地工作，要求功率管的静态工作电流保持恒定，所以保证偏置电压vb的稳定是设计hbt功率放大器偏置网络必须重点考虑的因素。然而，射频芯片设计中常用的cmos电源控制芯片提供的偏置网络电压vreg，由于工艺的原因，不同个体间常有约±8％左右的误差，这导致了采用图2所示偏置网络的射频功率放大器的偏置电压vb上下波动。由于双极型管q1的工作电流ic和偏置电压vb的指数关系，hbt管的静态电流变化较大，导致了射频功率放大器线性性能地恶化。在量产阶段，有相当大比例的hbt功率放大器产品由于静态电流的不同，射频性能指标不能达标，降低了产品良率，增大了产品成本。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提出一种电压偏置电路、射频功率放大器及射频芯片。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提出一种电压偏置电路，用于hbt射频功率放大器，包括：晶体管q6-q11、电阻r4-r12以及电容c4、c5；

3、所述电阻r4、电阻r5、电阻r6的第一端相互连接并接入电源电压vreg，所述电阻r4的第二端连接所述晶体管q11的基极和集电极，所述晶体管q11的发射极连接所述电阻r9的第一端和所述晶体管q10的基极，所述晶体管q10的集电极连接所述电阻r5的第二端、所述晶体管q9的发射极和所述晶体管q8的集电极，所述电阻r9、电阻r10的第二端连接并接地，所述晶体管q9的集电极连接所述电阻r6的第二端、所述电容c4的第一端以及所述晶体管q9、晶体管q7、晶体管q6的基极，所述电容c4的第二端接地，所述晶体管q8的基极连接所述电阻r11的第一端，所述电阻r11的第二端连接所述晶体管q7的发射极和所述电容c5的第一端，所述电容c5的第二端连接所述晶体管q8的发射极、所述电阻r9、电阻r10的第二端后接地，所述晶体管q7的集电极连接所述电阻r7的第二端，所述电阻r7的第一端和所述电阻r8的第一端连接并接入电源电压vbatt，所述电阻r8的第二端连接所述晶体管q6的集电极，所述晶体管q6的发射极串联所述电阻r12后输出偏置电压vb。

4、本发明还提供一种射频功率放大器，包括：依次串联的输入匹配电路、一级放大电路、级间匹配电路、二级放大电路和输出匹配电路，其特征在于，所述一级放大电路的输入端和输出端间并联有第一负反馈电路，所述二级放大电路的输入端和输出端间并联有第二负反馈电路，所述一级放大电路、二级放大电路的输入端分别连接有上述电压偏置电路，为所述一级放大电路、二级放大电路提供所述偏置电压vb。

5、在一些实施例中，所述输入匹配电路包括：电容c2、电容c6、电感l3和电感l4；

6、所述电容c2的第一端连接射频输入信号rfin和所述电感l3的第一端，所述电容c2的第二端连接所述电容c6的第一端和所述电感l4的第一端，所述电感l3和电感l4的第二端接地，所述电容c6的第二端连接一级放大电路的输入端。

7、在一些实施例中，所述一级放大电路包括：晶体管q1和电感l1；

8、所述晶体管q1的基极连接所述电容c6的第二端和所述偏置电压vb，所述晶体管q1的发射极接地，所述晶体管q1的集电极连接所述电感l1的第二端，所述电感l1的第一端连接电源vcc1，所述晶体管q1的集电极还连接所述级间匹配电路的输入端，所述晶体管q1的集电极与基极之间并联有所述第一负反馈电路。

9、在一些实施例中，所述第一负反馈电路包括：电阻r13、电感l5和电容c7；

10、所述电阻r13的第一端连接所述电容c2的第二端和所述晶体管q1的基极，所述电阻r13的第二端串联所述电感l5后连接所述电容c7的第一端，所述电容c7的第二端连接所述晶体管q1的集电极和所述电感l1的第二端，所述电容c7的第二端还连接所述级间匹配电路的输入端。

11、在一些实施例中，所述级间匹配电路包括：电容c3、电容c8、电感l6和电阻r14；

12、所述电容c3的第一端连接所述电容c7的第二端、所述电感l1的第二端以及所述晶体管q1的集电极，所述电容c3的第二端连接所述电容c8的第一端和所述电阻r14的第二端，所述电阻r14的第一端串联所述电感l6后接地，所述电容c8的第二端连接所述二级放大电路的输入端。

13、在一些实施例中，所述二级放大电路包括：晶体管q2和电感l2；

14、所述晶体管q2的基极连接所述电容c8的第二端和所述偏置电压vb，所述晶体管q2的发射极接地，所述晶体管q2的集电极连接所述电感l2的第二端，所述电感l2的第一端连接电源vcc2，所述晶体管q2的集电极还连接输出匹配电路的输入端，所述晶体管q2的集电极与基极之间并联有所述第二负反馈电路。

15、在一些实施例中，所述第二负反馈电路包括：电阻r15、电感l7和电容c9；

16、所述电阻r15的第一端连接所述电容c8的第二端和所述晶体管q2的基极，所述电阻r15的第二端串联所述电感l7后连接所述电容c9的第一端，所述电容c9的第二端连接所述晶体管q2的集电极和所述电感l2的第二端，所述电容c9的第二端还连接所述输出匹配电路的输入端。

17、在一些实施例中，输出匹配电路包括：电感l8-l12和电容c10-c13；

18、所述电感l8的第一端连接所述电容c9的第二端、所述电感l2的第二端、所述晶体管q2的集电极和所述电容c10的第一端，所述电容c10的第二端串联所述电感l9后接地，所述电感l3的第二端连接所述电容c11的第一端和所述电容c12的第一端，所述电容c11的第二端串联所述电感l10后接地，所述电容c12的第二端连接所述电感l11的第一端、所述电感l12的第一端和所述电容c13的第一端，所述电感l11的第二端接地，所述电感l12的第二端和所述电容c13的第二端连接并输出射频输出信号rfout。

19、本发明还提供一种射频芯片，包括上述任一项所述的射频功率放大器。

20、实施本发明的电压偏置电路，具有以下有益效果：该电压偏置电路不会受到电源电压vreg波动的影响，保持稳定的偏置电压vb输出，使射频功率放大器维持恒定的静态工作电流，保证射频功率放大器良好的线性性能、稳定的工作性能，提供产品的良品率，降低生产成本。