一种实现过压保护的功率放大器制造技术

本申请公开了一种实现过压保护的功率放大器，包括放大电路、偏置电路和过压检测电路。过压检测电路检测工作电压并控制偏置电路中的驱动管。当工作电压小于第一阈值时，过压检测电路不工作，偏置电路为放大电路中的功率管提供基极偏置。当工作电压大于或等于第一阈值时，过压检测电路工作，并且随着工作电压增大过压检测电路逐渐关断偏置电路中的驱动管，偏置电路为放大电路中的功率管提供的基极偏置逐渐降为零。本申请为功率放大器设计了一种新颖的、响应速度快、能耗小的工作电压检测与过压保护电路。

A power amplifier for overvoltage protection

The present invention discloses a power amplifier for realizing overvoltage protection, comprising an amplifying circuit, a bias circuit and an overvoltage detecting circuit. An overvoltage detection circuit detects a work voltage and controls a drive tube in the bias circuit. When the operating voltage is less than the first threshold, the overvoltage detection circuit does not work, and the bias circuit provides base bias for the power circuit in the amplification circuit. When the operating voltage is equal to or greater than a first threshold, overvoltage detection circuit, and with the increase of the working voltage of the overvoltage detecting circuit gradually turn off the drive pipe bias circuit and bias circuit for power amplifier circuit in tube base bias provided gradually reduced to zero. A novel voltage detection and overvoltage protection circuit with fast response and low energy consumption is designed for the power amplifier.

【技术实现步骤摘要】
一种实现过压保护的功率放大器
本申请涉及一种功率放大器，特别是涉及一种采用HBT（异质结双极性晶体管）作为功率管的功率放大器。
技术介绍
射频功率放大器通常采用HBT、CMOS（互补式金属氧化物半导体晶体管）、HEMT（高电子迁移率晶体管）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。2002年9月出版的《IEEE固态电路杂志》（IEEEJournalofSolid-StateCircuits）37卷9期有一篇文章《具有新型线性化偏置电路的PCS/W-CDMA双频MMIC功率放大器》（PCS/W-CDMAdual-bandMMICpoweramplifierwithanewlyproposedlinearizingbiascircuit）。这篇文章的第II部分公开了一种具有温度补偿电路的功率放大器，如图1所示。电阻R与两个二极管D1、D2、电容Cb和有源驱动管HBT2组成了偏置电路，为功率管HBT1提供电压偏置。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。这种功率放大器实现了温度补偿，但没有实现过压保护。如果工作电压Vpd不正常，例如超过了4.6V，有源驱动管HBT2会给功率管HBT1提供一个非常大的电流，进而使得功率管HBT1处于大电流的工作状态，容易造成器件烧毁。申请公布号为CN102075148A、申请公布日为2011年5月25日的中国专利技术专利申请《射频功率放大器过温保护电路》中，公开了一种具有过温保护电路的功率放大器，如图2所示。所述过温保护电路包括依次连接的温度检测电路、比较器电路、逻辑控制电路和偏置电路。两个温度检测电路分别用来检测放大级晶体管T3的温度以及功率放大器芯片的常规温度，当两者的温度差超出阈值时，降低偏置电路所输出的偏置电压，以降低功率放大器的放大增益以及输出功率，从而降低功率放大器的最高温度，避免器件烧毁。这种功率放大器基于温度检测形成一个反馈环路，反馈所需的时间较长。如果工作电压VCC瞬间增大超出正常范围，有可能在反馈环路来不及产生保护信号的时候器件已经烧毁了。授权公告号为CN201887469U、授权公告日为2011年6月29日的中国技术专利《射频功率放大器过压保护电路》中，公开了一种具有过压保护电路的功率放大器，如图3所示。所述过压保护电路包括依次连接的电压检测电路、电压-电流转换模块和偏置电路。电压检测电路用来检测工作电压VCC。当工作电压VCC处于正常范围时，电压检测电路的输出不足以开启电压-电流转换模块，因此对偏置电路不产生影响。当工作电压VCC超出正常范围时，电压检测电路的输出开启电压-电流转换模块，进而降低偏置电路所输出的偏置电流，以降低功率放大器的放大增益以及输出功率，从而避免器件因过流过压而烧毁。这种功率放大器具有较大的能耗，首先是电压检测电路即便在工作电压VCC正常时也始终工作，这会产生不必要的电流消耗；其次是电压-电流转换模块一旦开启后也具有比较大的电流消耗。
技术实现思路
本申请所要解决的技术问题是提供一种能够实现过压保护功能的功率放大器。在诸如手机等采用射频功率放大器的电子设备中，射频功率放大器的工作电压往往由锂电池提供。正常情况下，该工作电压的范围是3.0V至4.6V。特殊情况下，例如锂电池出现故障、非常规地使用电子设备时，该工作电压会超出正常范围，本申请就是在这种情况下为功率放大器提供过压保护功能。为解决上述技术问题，本申请实现过压保护的功率放大器包括放大电路、偏置电路和过压检测电路。过压检测电路检测工作电压并控制偏置电路中的驱动管。当工作电压小于第一阈值时，过压检测电路不工作，偏置电路为放大电路中的功率管提供基极偏置。当工作电压大于或等于第一阈值时，过压检测电路工作，并且随着工作电压增大过压检测电路逐渐关断偏置电路中的驱动管，偏置电路为放大电路中的功率管提供的基极偏置逐渐降为零。本申请取得的技术效果是为功率放大器设计了一种新颖的、响应速度快、能耗小的工作电压检测与过压保护电路。当功率放大器的工作电压过大时，通过降低直至切断功率管的基极偏置，来关闭功率放大器，从而避免器件烧毁。而在功率放大器的工作电压正常时，新增的工作电压检测与过压保护电路不工作，不影响功率放大器的正常使用，也不会降低功率放大器正常工作时的各项射频性能和指标。附图说明图1是一种现有的具有温度补偿电路的功率放大器的示意图。图2是一种现有的具有过温保护电路的功率放大器的示意图。图3是一种现有的具有过压保护电路的功率放大器的示意图。图4是本申请实现过压保护的功率放大器的实施例一的示意图。图5是实施例一中工作电压Vbat与跟随管Q5的集电极电流Ic5的关系示意图。图6是实施例一中工作电压Vbat与经过镇流电阻R1的偏置电流Ibias的关系示意图。图7是本申请实现过压保护的功率放大器的实施例二的示意图。图8是本申请实现过压保护的功率放大器的实施例三的示意图。图中附图标记说明：VCC、Vpd、Vbat均为工作电压；Vbias1为偏置电压；RFin为射频输入信号；RFout为射频输出信号；Q为晶体管；R为电阻；C为电容。具体实施方式请参阅图4，这是本申请实现过压保护的功率放大器的实施例一。该实施例一包括放大电路、偏置电路和过压检测电路三部分。所述放大电路包括功率管Q1、隔直电容C1、镇流电阻R1以及匹配网络。功率管Q1例如为HBT，优选为砷化镓（GaAs）HBT，实现功率放大功能。射频输入信号RFin通过隔直电容C1进入功率管Q1的基极，功率管Q1的集电极输出放大后的射频信号，该放大后的射频信号通过匹配网络进行阻抗匹配后得到射频输出信号RFout。偏置电路通过镇流电阻R1为功率管Q1的基极提供偏置电压，功率管Q1的发射极接地。所述偏置电路包括驱动管Q2、电容二C2、电阻二R2、二极管三Q3以及二极管四Q4。驱动管Q2例如为HBT，优选为砷化镓HBT。二极管三Q3和二极管四Q4例如是将HBT的基极与集电极短接得到的，短接后HBT的基极与集电极作为二极管的阳极，HBT的发射极作为二极管的阴极。电阻二R2与二极管三Q3、二极管四Q4依次级联，并对偏置电压Vbias1进行分压，用来实现温度补偿功能。级联的二极管三Q3与二极管四Q4还连接到驱动管Q2的基极。驱动管Q2的基极还通过电容二C2接地，电容二C2用来实现线性化。驱动管Q2的集电极连接工作电压Vbat，驱动管Q2的发射极输出偏置电流Ibias，该偏置电流Ibias通过镇流电阻R1为功率管Q1的基极提供偏置电压。所述过压检测电路包括跟随管Q5、二极管六Q6、二极管七Q7、二极管八Q8、二极管九Q9和电阻三R3。跟随管Q5例如为HBT，优选为砷化镓HBT，采用共发射极（commonemitter）的连接方式。二极管六Q6、二极管七Q7、二极管八Q8和二极管九Q9例如是将HBT的基极与集电极短接得到的，短接后HBT的基极与集本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种实现过压保护的功率放大器，其特征是，包括放大电路、偏置电路和过压检测电路；过压检测电路检测工作电压并控制偏置电路中的驱动管；当工作电压小于第一阈值时，过压检测电路不工作，偏置电路为放大电路中的功率管提供基极偏置；当工作电压大于或等于第一阈值时，过压检测电路工作，并且随着工作电压增大过压检测电路逐渐关断偏置电路中的驱动管，偏置电路为放大电路中的功率管提供的基极偏置逐渐降为零。

【技术特征摘要】
1.一种实现过压保护的功率放大器，其特征是，包括放大电路、偏置电路和过压检测电路；过压检测电路检测工作电压并控制偏置电路中的驱动管；当工作电压小于第一阈值时，过压检测电路不工作，偏置电路为放大电路中的功率管提供基极偏置；当工作电压大于或等于第一阈值时，过压检测电路工作，并且随着工作电压增大过压检测电路逐渐关断偏置电路中的驱动管，偏置电路为放大电路中的功率管提供的基极偏置逐渐降为零。2.根据权利要求1所述的实现过压保护的功率放大器，其特征是，所述放大电路包括功率管，实现功率放大功能；射频输入信号进入功率管的基极，功率管的集电极输出放大后的射频信号，偏置电路为功率管的基极提供偏置，功率管的发射极接地。3.根据权利要求1所述的实现过压保护的功率放大器，其特征是，所述偏置电路包括驱动管和电阻二；电阻二所在支路对偏置电压进行分压，分压后的电压连接驱动管的基极；驱动管的集电极连接工作电压，驱动管的发射极输出偏置电流，该偏置电流为功率管的基极提供偏置。4.根据权利要求1所述的实现过压保护的功率放大器，其特征是，所述过压检测电路包括跟随管和电阻三；跟随管采用共发射极的连接方式；电阻三所在支路对工作电压进行分压，分压后的电压连接跟随管的基极；跟随管的集电极连接驱动管的基极。5.根据权利要求4所述的实现过压保护的功率放大器，其特征是，当工作电压小于第一阈值时，跟随管关断，对偏置电路和放大电路没有影响；当工作电压大于或等于第一阈值且小于第二阈值时，跟随管导通并工作在正向放大区；随着工作电压增...

【专利技术属性】
技术研发人员：方俊平，刘政清，柯庆福，林甲富，
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