一种功率放大器的线性化电流偏置电路制造技术

本申请公开了一种功率放大器的线性化电流偏置电路，包括：——电流源，用来提供固定偏置电流；——线性电流产生电路，用来提供与输入的射频信号大小正相关的线性电流；所述固定偏置电流与线性电流相叠加，作为功率管的基极偏置电流。本申请解决了采用电流偏置的射频功率放大器的线性化问题，并可通过控制功率管的输出功率来提供电路保护。

Linear current bias circuit of power amplifier

The invention discloses a linear current bias circuit, a power amplifier includes: current source, used to provide fixed bias current; linear current generating circuit to provide linear current with the input RF signal is related to the size of the fixed bias; superimposed phase current and linear current, as the base bias current power tube. The problem of linearization of a radio frequency power amplifier using a current bias is solved, and a circuit protection is provided by controlling the output power of the power tube.

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及一种采用电流偏置的功率放大器。
技术介绍
射频功率放大器通常采用异质结双极晶体管(HBT)、互补式金属氧化物半导体晶体管(CMOS)、高电子迁移率晶体管(HEMT)等作为放大晶体管，称为功率管。功率管在工作时需要一定的直流电压和/或直流电流，称为偏置(biasing)。如果偏置电路为功率管提供的是直流电压，则称为电压偏置方式。如果偏置电路为功率管提供的是直流电流，则称为电流偏置方式。现有的射频功率放大器大多采用电压偏置，然而4G、5G等新一代通讯标准对射频功率放大器提出了新的性能要求，传统的电压偏置方式的射频功率放大器已经无法满足新的性能要求，因此电流偏置方式的射频功率放大器开始受到重视。采用电流偏置方式的射频功率放大器需要解决的一个重要问题就是线性化。2002年9月出版的《IEEE Journal of Solid-State Circuits》37卷9期有一篇文章《PCS/W-CDMA dual-band MMIC power amplifier with a newly proposed linearizing bias circuit》，作者是Youn Sub Noh和Chul Soon Park，公开了一种高线性度的功率放大器偏置电路，如图1所示。功率管(RF amplifier)HBT1由虚线方框所示的偏置电路提供电压偏置。所述偏置电路主要包括两个二极管D1、D2和有源驱动管(active bias transistor)HBT2。二极管D1、D2例如是将三极管的基极与集电极短接实现的。电阻R和两个二极管D1、D2相串联，起到温度补偿作用。串联的两个二极管D1、D2与电容Cb并联，电容Cb起到线性化作用。有源驱动管HBT2的发射极用来为功率管HBT1的基极提供偏置电压。图1中虚线方框所示的偏置电路也可省略电容Cb，从而变形为图2中虚线方框所示的偏置电路。图1或图2所示电路也存在一些缺点。如果将功率管HBT1的基极电流称为is，集电极电流称为icc，基极-发射极电压称为Vbe，则有其中q表示电子电荷的大小(magnitude of the electron charge),k表示玻尔兹曼常量(Boltzmann constant)，T表示温度。这表明功率管HBT1在线性工作状态下的集电极电流icc与基极-发射极电压Vbe成指数关系而非线性关系，因而功率管HBT1的集电极电流icc很难控制，进而使得输出功率很难控制，必须能够高精度、小步进地调整功率管HBT1的基极-发射极电压Vbe。在功率管HBT1的饱和工作状态下，通常是通过功率控制电压Vramp来控制输出功率。为此，图1所示电路在实际应用中通常需要引入复杂的输出功率控制电路，例如图3所示。图3中的负载电阻Rload就是代表图1中的功率管HBT1或者代表图2中的功率单元(power cell)Q3，功率管的输出功率由电压Vramp进行控制。此外，图1所示电路在工作状态时，负载失配(load mismatch)容易引起输出功率的较大变化。在电压驻波比(VSWR)恶劣的情况下，例如VSWR为20：1时，容易造成电流过大而使得电路损坏，这也需要引入图3所示的输出功率控制电路。更多内容可以参考2015年5月出版的《IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques》63卷6期上的一篇文章《Electrothermal Effects on Performance of GaAs HBT Power Ampl ifier During Power Versus Time(PVT)Variation at GSM/DCS Bands》，作者是Liang Lin、Liang Zhou、Rui Wang、Lei Tong和Wen-Yan Yin。2001年5月出版的《Microwave Symposium Digest,2001IEEE MTT-S International》1卷有一篇文章《Bias circuits for GaAs HBT power amplifiers》，作者是EskoSami Kalajo和Mikko Matilainen，公开了一种砷镓异质结双极晶体管(GaAs HBT)的偏置电路，如图4所示。功率管(power transistor)Q1具有镜像管(mirror transistor)Q1m，驱动管(driver transistor)Q2为功率管Q1提供偏置电流。图4所示电路主要用于实现温度补偿。该电路对控制电压Vpc以及电阻阻值非常敏感，而片上电阻的精确度通常不高，误差通常在10％以上。同时由于功率管Q1的输出功率变化范围很大，因此导致功率管的集电极电流Ic和基极电流Ib的变化范围很大。驱动管Q2在不同的电流范围下，输出增益变化很大导致无法限制提供给功率管Q1的基极电流Ib的变化。因此，该电路无法为电流偏置的功率放大器提供线性化以及过流保护。公开号为CN1360753A、公开日为2002年7月24日的中国专利技术专利申请公开了一种功率放大器驱动器系统。该系统中的电流源包含提供固定电流成份的第一部分和提供可变电流成份的第二部分，从而实现提供给驱动器的偏置电流跟随希望输出功率变化，在低、中输出功率下提供较小的偏置电流。其中的固定电流成份也会跟随负载的变化而变化，本质上类似电压偏置方式或者自偏置方式。该文献可能在低、中输出功率下降低线性度，因而不涉及提高线性化的技术方案。此外，该文献是用差分信号产生与输出功率相关的可变电流成份，结构较为复杂，成本较高。该文献也未公开固定电流成份与可变电流成份的比例。公开号为CN101521486A、公开日为2009年9月2日的中国专利技术专利申请公开了一种功率放大器的偏置电路。该文献的图4介绍了一种偏置电路，包含线性化偏置电路和可开关的功率控制电路。在功率管的输出功率较低时，仅由线性化偏置电路为功率管提供较小的基极偏置电流。在功率管的输出功率较高时，由线性化偏置电路和功率控制电路叠加为功率管提供较大的基极偏置电流。该文献中的线性化偏置电路类似于本申请的图1中虚线方框所示的偏置电路，并未给出提高线性化的技术方案。根据该文献的图4所示，功率控制电路受控于参考电压Vref，但是功率控制电路输出的可变电流与参考电压Vref并不是线性关系，导致功率管的输出功率难以控制。在负载失配时，线性化偏置电路和功率控制电路提供的两路电流可能同时变大，叠加后导致提供给功率管的基极偏置电流过大，容易烧毁功率管。公开号为CN103138690A、公开日为2013年6月5日的中国专利技术专利申请公开了一种射频功率放大器的功率补偿电路，用来解决电源电压波动影响输出功率的问题。其中功率管的偏置电流由固定电流和补偿电流所组成，补偿电流就是根据电源电压波动而产生的。该文献也不涉及提高线性化的技术方案，而且引入了反馈系统容易造成电路震荡。
技术实现思路
本申请所要解决的技术问题是提供一种采用电流偏置的功率放大器的偏置电路，提高功率放大器的线性度，并对输出功率进行控制，还能实现过流保护。为解决上述技术问题，本申请功率放大器的线性化电流偏置电路包括：——电流源，用来提供本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率放大器的线性化电流偏置电路，其特征是，包括：——电流源，用来提供固定偏置电流；——线性电流产生电路，用来提供与输入的射频信号大小正相关的线性电流；所述固定偏置电流与线性电流相叠加，作为功率管的基极偏置电流。

【技术特征摘要】
1.一种功率放大器的线性化电流偏置电路，其特征是，包括：——电流源，用来提供固定偏置电流；——线性电流产生电路，用来提供与输入的射频信号大小正相关的线性电流；所述固定偏置电流与线性电流相叠加，作为功率管的基极偏置电流。2.根据权利要求1所述的功率放大器的线性化电流偏置电路，其特征是，所述固定偏置电流用于使功率管在线性放大状态和饱和工作状态之间切换。3.根据权利要求1所述的功率放大器的线性化电流偏置电路，其特征是，所述线性电流与功率放大器的输入射频信号的大小成线性关系。4.根据权利要求1所述的功率放大器的线性化电流偏置电路，其特征是，所述固定偏置电流的大小可调节。5.根据权利要求1所述的功率放大器的线性化电流偏置电路，其特征是，所述线性电流产生电路可启用或关闭。6.根据权利要求1所述的功率放大器的线性化电流偏置电路，其特征是，所述线性电流产生电路包括三极管二；三极管三和三极管四的基极均与集电极相连作为二极管使用；电阻四与三极管三、三极管四串联作为参考电压的分压电路，三极管三的基极连接三极管二的基极；三极管二的集电极连接工作电压，其发射极输出线性电流。7.根据权利要求6所述的功率放...

【专利技术属性】
技术研发人员：林甲富，柯庆福，贾斌，方俊平，
申请(专利权)人：锐迪科微电子上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31