一种射频功率放大器的偏置控制电路以及控制方法技术

技术编号:15056846 阅读:288 留言:0更新日期:2017-04-06 02:55
本申请公开了一种射频功率放大器的偏置控制电路,包括控制器和延时检测电路。控制器包括一个控制电路和多个低压差稳压器;控制电路工作时根据延时检测电路中各个电压比较器的输出决定哪一个低压差稳压器开启。所述延时检测电路包括一个检波电路、一个串联分压电路和至少一个比较器。所述检波电路包括二极管一、电阻五和电容一。所述串联分压电路由多个串联的电阻提供至少一个参考电压值。每个比较器均有两个输入端和一个输出端,其中一个输入端接收检波电路的输出电压,另一个输入端接收串联分压电路的某一个参考电压值,输出端连接控制器中的控制电路。本申请在始终确保较低的动态误差矢量幅度的前提下,尽量提高射频功率放大器的效率。

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及一种射频功率放大器的偏置控制电路,特别是涉及一种动态开关的射频功率放大器的偏置控制电路。
技术介绍
无线局域网(wirelesslocalareanetwork,WLAN)采用时分双工(time-divisionduplexing,TDD)方式,最通用的标准是IEEE定义的802.11系列标准,符合该系列标准的无线局域网技术称为WiFi。无线局域网通讯装置在发射通道的末端通常包含有射频功率放大器,用来将发射信号的功率放大以满足发射需求然后送往天线对外发射。为了省电,射频功率放大器在需要发送信号时才开启,在无需发送信号时就关闭。因此,无线局域网通讯装置中的射频功率放大器处在动态开关过程中。功率放大器是大功率器件,工作的时候需要消耗很大的电流,同时产生很多热量。功率放大器从关闭到开启,会经历一个温度上升到稳定的过程。随着温度的变化,功率放大器的许多参数例如增益、偏置电流等都在随时间变化,常见的采用砷化镓异质结双极性晶体管(GaAsHBT)工艺制造的功率放大器表现得尤为明显。如果在功率放大器的温度尚未稳定时就对输入信号进行放大,那么输出的放大信号就会产生信号失真。功率放大器采用误差矢量幅度(errorvectormagnitude,EVM)来衡量性能。误差矢量幅度分为两种——静态误差矢量幅度和动态误差矢量幅度。静态误差矢量幅度是指功率放大器一直开启并处于稳定状态下测试得到的误差矢量幅度。动态误差矢量幅度是指功率放大器在动态开启和关闭过程中测试得到的误差矢量幅度。显然动态误差矢量幅度会引入功率放大器的时变非线性,相比静态误差矢量幅度更高,同时也更接近动态开关的射频功率放大器的实际工作环境,被用来衡量无线局域网通讯装置中的射频功率放大器的非线性。动态误差矢量幅度越高,表示射频功率放大器线性度越差,反之亦然。随着无线局域网技术的进步,无线传输速率越来越高,更高的传输速率是由更高阶的调制和更宽的带宽实现的。这两者都要求发送的无线信号具有更高的峰值平均功率比(peak-to-averagepowerratio,PAPR),这对射频功率放大器的线性度要求也更高。当采用较低阶调制时,功率放大器的时变非线性导致的信号失真还可以接受。当通信调制阶数提高后,对信号失真的要求大大提高,就必须采取方法减小功率放大器动态开关过程中的非线性。例如,802.11a协议规定最高采用64阶正交幅度调制(quadratureamplitudemodulation,QAM),要求误差矢量幅度最大为-25dB。而802.11ac协议规定最高采用256阶正交幅度调制,同时要求误差矢量幅度最大为-32dB。请参阅图1,这是一种现有的动态开关的射频功率放大器,主要由控制器、偏置电路和放大电路三部分所组成。控制器也就是现有的动态开关的射频功率放大器的偏置控制电路,主要是一个低压差稳压器(low-dropoutregulator,LDO),其输入端是功率放大器的开启关闭控制端口PAEN,其输出端用来为偏置电路提供一个稳定的直流电压Vd。偏置电路用来根据直流电压Vd输出稳定的偏置电流Ib给功率晶体管的基极。偏置电路有多种实现方式,图1仅示意性地给出一种:直流电压Vd通过级联的电阻一R1、晶体管一Q1和晶体管二Q2接地,其中晶体管一Q1与晶体管二Q2的基极与集电极均短接作为二极管使用。晶体管一Q1的集电极连接晶体管三Q3的基极,晶体管三Q3的集电极连接工作电压Vcc,发射极输出偏置电流Ib。放大电路包括功率晶体管Q4、电容一C1和电感一L1。功率晶体管Q4的基极通过电容一C1连接射频输入端RFin,集电极通过电感一L1连接工作电压Vcc,集电极还作为射频输出端RFout,发射极接地。图1所示的现有的动态开关的射频功率放大器的偏置控制电路,其控制方法如图2所示。当功率放大器的开启关闭控制端口PAEN接收到开启信号(例如为高电平)时,低压差稳压器就开启并输出直流电压Vd,偏置电路就随之输出偏置电流Ib给功率晶体管Q4,放大电路就开始工作。当功率放大器的开启关闭控制端口PAEN接收到关闭信号(例如为低电平)时,低压差稳压器就关闭并停止输出直流电压Vd,偏置电路就随之停止输出偏置电流Ib给功率晶体管Q4,放大电路就停止工作。图2所示的现有的动态开关的射频功率放大器的偏置控制方法,存在的问题是很难在效率和动态误差矢量幅度之间取得平衡。以无线局域网通讯装置中的射频功率放大器为例,从功率放大器的开启关闭控制端口PAEN置1(表示开启功率放大器)到射频信号输入功率放大器之间会存在一个时间差,这个时间差通常为0.2~1μs。通过选择低压差稳压器使其输出较高的直流电压Vd,可以使功率放大器的偏置电流Ib更高,从而有更多的热量对整个电路进行加热,使电路更快的进入热稳定状态,从而在射频信号输入后使功率放大器的增益等参数比较稳定,不会引入过多时变非线性,以保证较低的动态误差矢量幅度。然而使用较高的直流电压Vd和偏置电流Ib使得功率放大器的效率很低。如果采用较低的直流电压Vd和偏置电流Ib,虽然效率会提高,但是功率放大器进入热稳定的时间会很长,当射频信号输入时功率放大器还未进入热稳定状态,功率放大器的增益等参数受温度变化的影响而在变化,就会使信号产生失真。为了改善动态开关的射频功率放大器的动态误差矢量幅度,一些现有技术已被提出。申请公布号为CN103368508A、申请公布日为2013年10月23日的中国专利技术专利申请《具有低动态误差向量量值的射频功率放大器》中,公开了一种具有较低的动态误差向量量值(即动态误差矢量幅度)的射频功率放大器,通过提供可变的电源电压来改善动态误差向量量值。该方案的缺点在于第一级放大电路具有上下堆叠的两个晶体管需要较高的工作电压,在需要低电压工作的场合会受到限制。申请公布号为CN104467745A、申请公布日为2015年3月25日的中国专利技术专利申请《动态误差向量幅度占空比校正》中,公开了一种补偿动态误差向量幅度(即动态误差矢量幅度)的系统,通过放大器的占空比改变提供给放大器的偏置信号。该方案的缺点在于校正信号的大小只取决于占空比。在占空比一定的情况下,该方案给出的校正电流时一样的。但是功率放大器的开启关闭控制端口PAEN使能信号在周期很长和很短的两种情况下,虽然占空比一样,周期很长的时候显然功率放大器的温度变化会比周期短的情况大,因此需要的校正电流显然和周期很短的时候是不一样的。申请公布号为CN104753471A、申请公布日为2015年7月1日的中国专利技术专利申请《关于动态误差向量幅度校正的系统、电路和方法》中,公开了一种校正动态误差向量幅度(即动态误差矢量幅度)的系统,通过产生校正电流调整放大级的偏置信号。该方案的缺点在于每一次开启都需要一个额外的平滑电流,因此会降低放大器的效率。
技术实现思路
本申请所要解决的技术问题是提供一种动态开关的射频功率放大器的偏置控制电路,不仅具有较低的动态误差矢量幅度,而且兼顾了效率。为解决上述技术问题,本申请提供的射频功率放大器的偏置控制电路包括控制器和延时检测电路。所述控制器包括一个控制电路和多个低压差稳压器;控制电路的一个输入端是功率放大器的开启关闭控制端口,其余输入端是延时检测电路中各个电压比较器的本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种射频功率放大器的偏置控制电路,其特征是,包括控制器和延时检测电路;所述控制器包括一个控制电路和多个低压差稳压器;控制电路的一个输入端是功率放大器的开启关闭控制端口,其余输入端是延时检测电路中各个电压比较器的输出端,控制电路的各个输出端分别决定各个低压差稳压器是否开启;当功率放大器的开启关闭控制端口接收到开启信号时,控制电路工作,并根据延时检测电路中各个电压比较器的输出决定哪一个低压差稳压器开启;当功率放大器的开启关闭控制端口接收到关闭信号时,控制电路不工作,所有的低压差稳压器均关闭;各个低压差稳压器的输出端均为偏置电路提供输入电压;所述延时检测电路包括一个检波电路、一个串联分压电路和至少一个比较器;所述检波电路包括二极管一、电阻五和电容一,二极管一的阳极连接功率放大器的开启关闭控制端口,二极管一的阴极通过电阻五接地同时还通过电容一接地,二极管一的阴极电压就是检波电路的输出电压;所述串联分压电路由多个串联的电阻提供至少一个参考电压值;每个比较器均有两个输入端和一个输出端,其中一个输入端接收检波电路的输出电压,另一个输入端接收串联分压电路的某一个参考电压值,输出端连接控制器中的控制电路...

【技术特征摘要】
1.一种射频功率放大器的偏置控制电路,其特征是,包括控制器和延时检测电路;所述控制器包括一个控制电路和多个低压差稳压器;控制电路的一个输入端是功率放大器的开启关闭控制端口,其余输入端是延时检测电路中各个电压比较器的输出端,控制电路的各个输出端分别决定各个低压差稳压器是否开启;当功率放大器的开启关闭控制端口接收到开启信号时,控制电路工作,并根据延时检测电路中各个电压比较器的输出决定哪一个低压差稳压器开启;当功率放大器的开启关闭控制端口接收到关闭信号时,控制电路不工作,所有的低压差稳压器均关闭;各个低压差稳压器的输出端均为偏置电路提供输入电压;所述延时检测电路包括一个检波电路、一个串联分压电路和至少一个比较器;所述检波电路包括二极管一、电阻五和电容一,二极管一的阳极连接功率放大器的开启关闭控制端口,二极管一的阴极通过电阻五接地同时还通过电容一接地,二极管一的阴极电压就是检波电路的输出电压;所述串联分压电路由多个串联的电阻提供至少一个参考电压值;每个比较器均有两个输入端和一个输出端,其中一个输入端接收检波电路的输出电压,另一个输入端接收串联分压电路的某一个参考电压值,输出端连接控制器中的控制电路。2.根据权利要求1所述的射频功率放大器的偏置控制电路,其特征是,当功率放大器的开启关闭控制端口接收到开启信号时,任意时刻仅有一个低压差稳压器开启。3.根据权利要求1所述的射频功率放大器的偏置控制电路,其特征是,各个低压差稳压器输出的直流电压各不相同。4.根据权利要求1所述的射频功率放大器的偏置控制电路,其特征是,所述检波电路用来检测功率放大器的开启关闭控制端口的信号,该端口为高电平表示开启信号,该端口为低电平表示关闭信号。5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员:孙凯曲广文柯庆福郑新年
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

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