射频功率放大器制造技术

本发明专利技术公开一种射频功率放大器，涉及通信领域。其中射频功率放大器包括功率放大模块和控制模块，功率放大模块中包括功率放大电路和镜像电流生成电路，控制模块与功率放大电路和镜像电流生成电路连接，功率放大电路根据控制模块提供的偏置电压对输入信号RFin进行功率放大以生成输出信号RFout，镜像电流生成电路与功率放大电路连接，用于根据功率放大电路中的工作电流生成相应的镜像电流，控制模块给功率放大电路提供偏置电压，并根据所述镜像电流调整提供给功率放大电路的偏置电压。本发明专利技术通过利用功率放大器工作电流的反馈，对提供给功率放大器的偏置电压进行动态调整，从而能够保证晶体管的工作安全，能够使射频功率放大器在设计上更加灵活。

【技术实现步骤摘要】
射频功率放大器
本专利技术涉及通信领域，特别涉及一种射频功率放大器。
技术介绍
射频功率放大器是各种无线通信应用中必不可少的关键部件，用于将收发信机输出的已调制射频信号进行功率放大，以满足无线通信所需的射频信号的功率要求。射频功率放大器属于大信号器件，因此要求用于制造射频功率放大器的半导体器件具有高击穿电压、高电流密度等特性。如图1所示为现有技术中GSM功率放大器的功率控制方案，在GSM射频功率放大器芯片101中，包括了功率放大器管芯102及功率控制器管芯103，其中功率放大器管芯102中设有功率放大器104和105。其中RFin为输入端口，RFout为输出端口，功率控制信号Vramp控制功率控制器管芯103上的电路，通过控制PMOS晶体管P1漏极输出的直流电压大小，亦即功率放大器管芯102的工作电压大小，来控制射频功率放大器输出的功率大小。在这种控制方式中，射频功率放大器管芯所需的所有工作电流都由PMOS晶体管P1提供，因此通常PMOS晶体管P1的总栅宽高达20毫米以上，使得功率控制器管芯的芯片面积较大且成本较高；同时，由于PMOS晶体管P1导通电阻的影响，GSM射频功率放大器的效率也被较大程度地损耗。如图2所示为一个典型的射频功率放大器电路，晶体管203作为射频功率放大器中的重要有源器件，在实际中通常采用Si或GaAs工艺制造；射频功率放大器的输入信号端口RFin通过输入匹配网络201连接到晶体管203的栅极；晶体管203的栅极还通过偏置电路202连接到射频功率放大器的偏置电压端口Vbias；晶体管203的源极连接到地；晶体管203的漏极通过扼流电感204连接到射频功率放大器的供电电压端口Vcc；供电电压端口Vcc还连接到去耦电容205的一端，去耦电容205的另外一端连接到地；晶体管203的漏极还通过输出匹配网络206连接到射频功率放大器的输出信号端口RFout。射频功率放大器的输入信号电压摆幅较低，经过晶体管203功率放大之后，输出信号的电压摆幅大幅提升。对于一个典型的Class-A/B/AB射频功率放大器，在供电电压Vcc下工作，晶体管漏极上的电压摆幅通常可以达到2×Vcc。譬如，当射频功率放大器的供电电压Vcc为5V时，晶体管漏极上的电压摆幅将达到10V。如果射频功率放大器工作于Class-E状态，那么晶体管漏极上的电压摆幅将会更高，达到3.5×Vcc以上。由此可见，射频功率放大器中的晶体管上将承受远高于供电电压的摆幅，对晶体管的击穿电压及可靠性提出了很高的要求。选用足够高击穿电压的半导体工艺来制造射频功率放大器，将使得选择余地严重受限，丧失了设计灵活性并将降低集成度。因此，需要一种GSM射频功率放大器，并具有新颖的功率控制方案，以克服上述缺陷。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种射频功率放大器，通过利用功率放大器工作电流的反馈，对提供给功率放大器的偏置电压进行动态调整，从而能够保证晶体管的工作安全，同时能够使得射频功率放大器在设计上更加灵活。根据本专利技术的一个方面，提供一种射频功率放大器，包括功率放大模块和控制模块，功率放大模块中包括功率放大电路和镜像电流生成电路，控制模块与功率放大电路和镜像电流生成电路连接，其中：功率放大电路，用于根据控制模块提供的偏置电压对输入信号RFin进行功率放大，以生成输出信号RFout；镜像电流生成电路与功率放大电路连接，用于根据功率放大电路中的工作电流生成相应的镜像电流；控制模块，用于给功率放大电路提供偏置电压，并根据镜像电流调整提供给功率放大电路的偏置电压。在一个实施例中，功率放大电路为共源共栅功率放大器。在一个实施例中，偏置电压包括第一偏置电压Vg1和第二偏置电压Vg2；控制模块具体根据镜像电流调整第二偏置电压Vg2。在一个实施例中，共源共栅功率放大器包括第一晶体管Q1、第二晶体管Q2，第一电阻R1、第二电阻R2、扼流电感L1，输入匹配网络和输出匹配网络，其中：第一电阻R1的一端与第一晶体管Q1的栅极连接，第一电阻R1的另一端接收第一偏置电压Vg1，第一晶体管Q1的源极接地，第一晶体管Q1的漏极与第二晶体管Q2的源极连接；第二晶体管Q2的栅极与第二电阻R2的一端连接，第二电阻R2的另一端接收第二偏置电压Vg2，第二晶体管Q2的漏极与扼流电感L1的一端连接，扼流电感L1的另一端接电源；第一晶体管Q1的栅极还与输入匹配网络连接，以便从输入匹配网络的输入端接收输入信号RFin，第二晶体管Q2的漏极还与输出匹配网络连接，以便通过输出匹配网络的输出端输出信号RFout。在一个实施例中，镜像电流生成电路包括第三晶体管Q3和第三电阻R3，其中：第三晶体管Q3的源极接地，第三晶体管Q3的漏极作为镜像电流生成电路的输出端与控制模块的输入端连接，第三晶体管Q3的栅极与第三电阻R3的一端连接，第三电阻R3的另一端与第一电阻R1的另一端连接，连接点接收第一偏置电压Vg1。在一个实施例中，功率放大模块中包括多个共源共栅功率放大器；其中对于每个共源共栅功率放大器，在第一电阻R1另一端与接收第一偏置电压Vg1的连接点之间设有开关，开关的开关状态由控制模块提供的开关控制信号所确定。在一个实施例中，控制模块包括反馈电流生成电路和偏置电压输出电路，其中：反馈电流生成电路的输入端与镜像电流生成电路的输出端连接，用于根据镜像电流生成电路生成的镜像电流生成反馈电流；偏置电压输出电路的输入端与反馈电流生成电路的输出端连接，用于根据反馈电流、系统功率控制电压Vramp和带隙基准电压Vbg输出第二偏置电压Vg2。在一个实施例中，偏置电压输出电路在系统功率控制电压Vramp与带隙基准电压Vbg的比值大于预定值时输出第二偏置电压Vg2，其中第二偏置电压Vg2随着系统功率控制电压Vramp的增大而增大，第二偏置电压Vg2随着镜像电流的增大而减小。在一个实施例中，偏置电压输出电路包括第一运算放大器OP1和第四晶体管Q4，其中：第四晶体管Q4的栅极与第一运算放大器OP1的输出端连接，第四晶体管Q4的源极接电源，第四晶体管Q4的漏极与第九电阻R9的一端连接，以作为输出第二偏置电压Vg2的输出端；第九电阻R9的另一端分别与第一运算放大器OP1的正端、第七电阻R7和第八电阻R8的一端连接，第七电阻R7的另一端接收带隙基准调整电压Vbg；第一运算放大器OP1的负端分别与第五电阻R5、第六电阻R6的一端连接，连接点为偏置电压输出电路的输入端，第五电阻R5的另一端接收系统功率控制电压Vramp，第六电阻R6的另一端和第八电阻R8的另一端接地。在一个实施例中，偏置电压输出电路还包括第一调整电路和第二调整电路，其中：第一调整电路，用于将系统功率控制电压Vramp进行调整，并将调整后的控制电压Vramp_提供给第五电阻R5的另一端；第二调整电路，用于将带隙基准电压Vbg进行调整，并将调整后的基准电压Vbg_提供给第七电阻R7的另一端。在一个实施例中，第一调整电路包括低通滤波器、第二运算放大器OP2、第十一晶体管Q11和第一分压电路，其中：低通滤波器的输入端接收系统功率控制电压Vramp，低通滤波器的输出端与第二运算放大器OP2的负端连接，第二运算放大器OP2的正端与第一分压电路的第一输出端连接，第二运算放大器OP2的输出端与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种射频功率放大器，其特征在于，包括功率放大模块和控制模块，功率放大模块中包括功率放大电路和镜像电流生成电路，控制模块与功率放大电路和镜像电流生成电路连接，其中：功率放大电路，用于根据控制模块提供的偏置电压对输入信号RFin进行功率放大，以生成输出信号RFout；镜像电流生成电路与功率放大电路连接，用于根据功率放大电路中的工作电流生成相应的镜像电流；控制模块，用于给功率放大电路提供偏置电压，并根据所述镜像电流调整提供给功率放大电路的偏置电压。

【技术特征摘要】
1.一种射频功率放大器，其特征在于，包括功率放大模块和控制模块，功率放大模块中包括功率放大电路和镜像电流生成电路，控制模块与功率放大电路和镜像电流生成电路连接，其中：功率放大电路，用于根据控制模块提供的偏置电压对输入信号RFin进行功率放大，以生成输出信号RFout；镜像电流生成电路与功率放大电路连接，用于根据功率放大电路中的工作电流生成相应的镜像电流；控制模块，用于给功率放大电路提供偏置电压，并根据所述镜像电流调整提供给功率放大电路的偏置电压。2.根据权利要求1所述的射频功率放大器，其特征在于，所述功率放大电路为共源共栅功率放大器。3.根据权利要求2所述的射频功率放大器，其特征在于，所述偏置电压包括第一偏置电压Vg1和第二偏置电压Vg2；控制模块具体根据所述镜像电流调整第二偏置电压Vg2。4.根据权利要求3所述的射频功率放大器，其特征在于，共源共栅功率放大器包括第一晶体管Q1、第二晶体管Q2，第一电阻R1、第二电阻R2、扼流电感L1，输入匹配网络和输出匹配网络，其中：第一电阻R1的一端与第一晶体管Q1的栅极连接，第一电阻R1的另一端接收第一偏置电压Vg1，第一晶体管Q1的源极接地，第一晶体管Q1的漏极与第二晶体管Q2的源极连接；第二晶体管Q2的栅极与第二电阻R2的一端连接，第二电阻R2的另一端接收第二偏置电压Vg2，第二晶体管Q2的漏极与扼流电感L1的一端连接，扼流电感L1的另一端接电源；第一晶体管Q1的栅极还与输入匹配网络连接，以便从输入匹配网络的输入端接收输入信号RFin，第二晶体管Q2的漏极还与输出匹配网络连接，以便通过输出匹配网络的输出端输出信号RFout。5.根据权利要求4所述的射频功率放大器，其特征在于，镜像电流生成电路包括第三晶体管Q3和第三电阻R3，其中：第三晶体管Q3的源极接地，第三晶体管Q3的漏极作为镜像电流生成电路的输出端与控制模块的输入端连接，第三晶体管Q3的栅极与第三电阻R3的一端连接，第三电阻R3的另一端与第一电阻R1的另一端连接，连接点接收第一偏置电压Vg1。6.根据权利要求5所述的射频功率放大器，其特征在于，功率放大模块中包括多个所述共源共栅功率放大器；其中对于每个所述共源共栅功率放大器，在第一电阻R1另一端与接收第一偏置电压Vg1的连接点之间设有开关，所述开关的开关状态由控制模块提供的开关控制信号所确定。7.根据权利要求3-6中任一项所述的射频功率放大器，其特征在于，控制模块包括反馈电流生成电路和偏置电压输出电路，其中：反馈电流生成电路的输入端与镜像电流生成电路的输出端连接，用于根据镜像电流生成电路生成的镜像电流生成反馈电流；偏置电压输出电路的输入端与反馈电流生成电路的输出端连接，用于根据反馈电流、系统功率控制电压Vramp和带隙基准电压Vbg输出第二偏置电压Vg2。8.根据权利要求7所述的射频功率放大器，其特征在于，偏置电压输出电路在系统功率控制电压Vramp与带隙基准电压Vbg的比值大于预定值时输出第二偏置电压Vg2，其中第二偏置电压Vg2随着系统功率控制电压Vramp的增大而增大，第二偏置电压Vg2随着镜像电流的增大而减小。9.根据权利要求8所述的射频功率放大器，其特征在于，偏置电压输出电路包括第一运算放大器OP1和第四晶体管Q4，其中：第四晶体管Q4的栅极与第一运算放大器OP1的输出端连接，第四晶体管Q4的源极接电源，第四晶体管Q4的漏极与第九电阻R9的一端连接，以作为输出第二偏置电压Vg2的输出端；第九电阻R9的另一端分别与第一运算放大器OP1的正端、第七电阻R7和第八电阻R8的一端连接，第七电阻R7的另一端接收带隙基准调整电压Vbg；第一运算放大器OP1的负端分别与第五电阻R5、第六电阻R6的一端连接，连接点为偏置电压输出电路的输入端，第五电阻R5的另一端接收系统功率控制电压Vramp，第六电阻R6的另一端和第八电阻R8的另一端接地。10.根据权利要求9所述的射频功率放大器，其特征在于，偏置电压输出电路还包括第一调整电路和第二调整电路，其中：第一调整电路，用于将系统功率控制电压Vramp进行调整，并将调整后的控制电压Vramp_提供给所述第五电阻R5的另一端；第二调整电路，用于将带隙基准电压Vbg进行调整，并将调整后的基准电压Vbg_提供给所述第七电阻R7的另一端。11.根据权利要求10所述的射频功率放大器，其特征在于，第一调整电路包括低通滤波器、第二运算放大器OP2、第十一晶体管Q11和第一分压电路，其中：低通滤波器的输入端接收系统功率控制电压Vramp，低通滤波器的输出端与第二运算放大器OP2的负端连接，第二运算放大器OP2的正端与第一分压电路的第...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海玲，黄清华，路宁，陈高鹏，
申请(专利权)人：宜确半导体苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32