改善射频功率放大器线性度的方法、补偿电路及通信终端的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种改善射频功率放大器线性度的方法，同时也涉及用于实施该方法 的补偿电路及具有该补偿电路的通信终端，属于无线通信技术领域。
【背景技术】
[0002] 当前，各种各样的便携式无线通信设备得到了广泛的应用。这些无线通信设备使 用射频功率放大器来增强信号的幅度，使信号通过天线发射并对外传输。随着4G LTE系统 的广泛应用，无线通信系统对射频功率放大器的效率和线性度指标的要求越来越高。另一 方面，便携式无线通信设备的尺寸越做越小，集成度越来越高，同时成本越来越低，这就要 求线性化技术也在较小的尺寸和较低的成本下实现。
[0003] 对于射频功率放大器来说，其线性度和功率效率为负相关关系，因此射频功率放 大器容易出现非线性放大现象。非线性放大会导致信道内信号失真和信道外频谱泄露，前 者导致传输信号的误差向量(EVM)恶化，后者会引起邻频干扰。
[0004] 在现有技术中，改善射频功率放大器的线性度和功率效率的方法有很多种，其中 最直接的方法是改进电路设计，例如Doherty射频功率放大器设计方案、动态偏置技术、射 频包络消除与恢复技术等。然而在实现过程中，这些方法均存在其局限和困难，目前大多停 留在理论研究阶段。
[0005] 改善射频功率放大器线性度的另一个有效途径是采用线性化技术。它可以在较少 牺牲功率效率的条件下提高射频功率放大器的线性度。在理想情况下，经过线性化技术，射 频功率放大器可以利用的线性化区域可以扩展到射频功率放大器的饱和区之下，从而在保 证射频功率放大器效率的同时改善其线性度，使得信号失真度降低到可接受的范围内。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术的不足，本发明所解决的首要技术问题在于提供一种改善射频功率 放大器线性度的方法。该方法通过抵消共发射极放大器中，双极型晶体管（bipolar junction transistor，简称为BJT)的基极-集电极电容变化造成的影响予以实现。
[0007] 本发明所解决的另一个技术问题在于提供一种用于实施上述方法的补偿电路。
[0008] 本发明所解决的又一个技术问题在于提供一种具有上述补偿电路的通信终端。
[0009] 为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案：
[0010] -种改善射频功率放大器线性度的方法，在共发射极放大器的晶体管的基极与集 电极之间连接补偿电路，所述补偿电路用于抵消所述晶体管的基极与集电极之间的电容随 射频信号变化造成的影响。
[0011]其中较优地，所述补偿电路利用不同偏置条件下二极管的非线性电容变化予以实 现。
[0012] -种补偿电路，包括具有公共节点的电感、电容和二极管，所述电感的另一端连接 偏置电压，所述电容的另一端连接所述晶体管的基极，所述二极管的阳极连接所述晶体管 的集电极，阴极连接所述公共节点。
[0013] 或者，一种补偿电路，包括具有公共节点的电感、电容和二极管，所述电感的另一 端连接偏置电压，所述电容的另一端连接所述晶体管的集电极;所述二极管的阳极连接所 述公共节点，阴极连接所述晶体管的基极。
[0014] 或者，一种补偿电路，分为第一补偿电路和第二补偿电路两部分，其中所述第一补 偿电路的一端连接在所述晶体管的基极，另一端接地;所述第二补偿电路的一端连接在所 述晶体管的集电极，另一端接地。
[0015] 其中较优地，所述第一补偿电路包括具有公共节点的第一电感、第一电容和第一 二极管，其中所述第一电感的另一端连接第一偏置电压，所述第一电容的另一端接地，所述 第一二极管的阳极连接所述公共节点，阴极连接所述晶体管的基极。
[0016] 其中较优地，所述第二补偿电路包括具有公共节点的第二电感、第二电容和第二 二极管，其中所述第二电感的另一端连接第二偏置电压，所述第二电容的另一端接地，所述 第二二极管的阳极连接所述晶体管的集电极，阴极连接所述公共节点。
[0017] 其中较优地，通过设置偏置电压，使二极管的压降小于导通电压。
[0018] 其中较优地，所述电容一方面起到隔直的作用，另一方面与二极管的寄生电容一 起抵消所述晶体管的基极与集电极之间的电容随射频信号变化造成的影响。
[0019]其中较优地，所述电感为高频扼流电感。
[0020] 其中较优地，所述晶体管是NPN类型的双极型晶体管。
[0021] 其中较优地，所述晶体管是HBT晶体管。
[0022] -种芯片，包括上述的补偿电路。
[0023] -种通信终端，包括上述的补偿电路或者芯片。
[0024] 与现有技术相比较，本发明主要利用不同偏置条件下二极管的非线性电容来补偿 在射频信号摆幅下造成的双极型晶体管中的电容Cbc的变化，从而提高整个射频功率放大 器的线性度。本发明不需要引入额外的直流功耗，并且不会引起其他射频功率放大器性能 的恶化。相应的补偿电路易于与主体放大电路集成，且不影响主体放大电路的其他性能，可 调性尚。
【附图说明】
[0025] 图1为一个典型的共发射极放大器的电路原理图；
[0026] 图2(a)为图1所示的共发射极放大器工作在A类时的输出负载曲线图；图2(b)为图 1所示的共发射极放大器工作在A类时，晶体管106的基极al与集电极bl的电压波形图；
[0027] 图3为本发明的第一实施例的电路原理图；
[0028] 图4为具有图3所示补偿电路的共发射极放大器的电路原理图；
[0029] 图5为本发明的第二实施例的电路原理图；
[0030] 图6为具有图5所示补偿电路的共发射极放大器的电路原理图。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合附图和具体实施例对本发明的技术内容做进一步的详细说明。
[0032] 图1所示为一个典型的共发射极放大器。这种结构被广泛应用于射频功率放大器 中。其中，101是输入隔直电容，104是输出隔直电容，106是NPN类型的双极型晶体管，105是 负载阻抗ZL，偏置电压VBB通过电感102加到晶体管106的基极al，偏置电压VCC通过电感103 加到晶体管106的集电极b 1。
[0033] 图2(a)所示为上述的共发射极放大器工作在A类(即完全线性范围）时的输出负载 曲线，其中A、B和C是负载曲线上的三个偏置点。不考虑高阶效应，共发射极放大器的基极输 入电压与集电极输出电压相位相差180度，对应的增益可表述为：
[0034]
[0035]其中，gm是双极型晶体管的跨导，RL是负载阻抗ZL的实部。
[0036] 图2(b)所示为上述共发射极放大器工作在A类(即完全线性范围）时，晶体管106的 基极al与集电极bl的电压波形。从图中可见，在A点附近时，基极与集电极之间的压差Vbc接 近最大值，此时晶体管中寄生的基极与集电极间电容Cbc达到最大值；当工作点从A点经过B 点再到达C点的过程中，基极与集电极之间的压差Vbc逐渐减小，并开始反偏，此时对应的寄 生的基极与集电极间电容Cbc也逐渐减小，当达到C点时，Cbc达到最小值。
[0037] 图2(a)和图2(b)所示的现象表明：当射频功率放大器工作在射频信号的较大摆幅 下时，基极与集电极之间的电容Cbc会发生较大的变化，从而导致射频功率放大器工作在非 线性状态。因此，本发明所提供的改善射频功率放大器线性度方法的基本思路即是通过抵 消Cbc的变化来改善射频功率放大器的线性度。具体地说，通过添加非线性电路来全部或部 分抵消双极型晶体管的基极-集电极电容Cbc变化引起的非线性变化趋势，该补偿电路的非 线性变化趋势与来自晶体管本身的基极与集电极间电容Cbc随着射频信号变化的趋势正好 相反。
[0038]下面结合不同的实施例展开详细具体的说明。
[0039] 首先需要说明的是，HBT(异质结双极型）晶体管是双极型晶体管的一种。它的发射 区和基区使用了不同的半导体材料。这样，发射结（即发射区和基区之间的PN结）就形成了 一个异质结。异质结双极型晶体管的显著特点在于具有宽带隙的发射区，能大大提高发射 结的载流子注入效率，降低基区串联电阻，其优异的性能包括高速、大功率、低噪声、线性度 好、单电源工作等，广泛应用于射频功率放大器、高速数字电路、模/数转换器、光通信及移 动通信等领域。因此，在下述的各实施例中，所使用的双极型晶体管均以HBT晶体管为例进 行说明。但是，本发明并不限于在HBT晶体管中使用。事实上，在共发射极放大器中常用的 NPN类型的双极型晶体管，不论构成材料是GaAs或者是GaN等，都可以采用本发明所提供的 技术方案。
[0040] 本发明的第一实施例如图3所示，其中301是输入隔直电容，304是输出隔直电容， 306是HBT晶体管，305是负载阻抗ZL，偏置电压VBB通过电感302加到晶体管306的基极a3,偏 置电压VCC通过电感303加到晶体管306的集电极b3。补偿电路307是连接在晶体管基极与集 电极之间的非线性补偿电路，其主要特点是与来自晶体管本身的基极与集电极间电容Cbc 随着射频信号变化的趋势相反，从而抵消该电容Cbc带来的不利影响。该补偿电路307主要 由二极管配合相应的无源元件来实现，图4将给出该补偿电路的一个实现电路示例。
[0041] 图4为具有上述补偿电路的单级共发射极放大器的示例性电路原理图。其中，401 是输入隔直电容，它的一端与输入信号相连接，另一端连接到晶体管406的基极节点a5;404 是输出隔直电容，它的一端与输出负载405相连接，另一端连接到晶体管406的集电极节点 b5。电感402、403和407都为高频扼流电感。偏置电压VBB通过电感402连接到晶体管406的基 极节点a5,电源电压VCC通过电感403连接到晶体管406的集电极节点b5,偏置电压VP通过电 感407连接到节点c5。电容408-端连接节点a5,另一端连接节点c5。二极管409的阳极连接 到节点b5,阴极连接到节点c5。
[0042] 在图4所示的电路中，电感407、电容408和二极管409具有公共节点c5,它们共同组 成上述的补偿电路。其中，电容408和二极管409用来补偿晶体管406在射频信号工作时引起 的Cbc非线性变化，具体说明如下：
[0043] 二极管409两端的直流压降可表述为：
[0044] V