电子系统、射频功率放大器及其输出功率补偿方法技术方案

本发明专利技术公开了一种电子系统、射频功率放大器及其输出功率补偿方法，射频功率放大器包括输出级电路、指数型偏压电路与电压电流转换电路。输出级电路接收第一系统电压且输出一输出电流。指数型偏压电路接收偏压电流，其中偏压电流与输出电流之间为指数关系，并且当偏压电流为零电流时，则输出电流为零电流。电压电流转换电路将所接收的第一系统电压转换为第二电流以使偏压电流正比于第一系统电压，进而使得输出电流与第一系统电压之间为指数关系。偏压电流等于第一电流与第二电流总和的倍数。

Electronic system, radio frequency power amplifier and output power compensation method thereof

The invention discloses an electronic system, a radio frequency power amplifier and an output power compensation method thereof. The radio frequency power amplifier comprises an output stage circuit, an exponential bias circuit and a voltage current conversion circuit. The output stage circuit receives the first system voltage and outputs an output current. The exponential bias circuit receives the bias current, in which the bias current is in an exponential relationship with the output current, and when the bias current is zero, the output current is zero current. The voltage current conversion circuit converts the received first system voltage to a second current so that the bias current is proportional to the first system voltage, thereby making an exponential relationship between the output current and the first system voltage. A bias current equal to the sum of the first current and the sum of the second currents.

【技术实现步骤摘要】
电子系统、射频功率放大器及其输出功率补偿方法
本专利技术有关于一种射频功率放大器，且特别是关于一种利用输出电流来补偿输出功率的射频功率放大器。
技术介绍
在新一代的手机设计概念中，不仅要求最大输出功率时的功率附加效率(PowerAddedEfficiency,PAE)，同时更强调无论在高、中或低输出功率时也能有较高的PAE，以提供更长的通话时间。经适当调整功率放大器(PowerAmplifier,PA)的增益、输出功率能力及前级PA的线性度等，不仅能够降低平均消耗电流外，同时可以延长通话时间。在现有技术中，PA在使用直流至直流转换器(DC-to-DCconverter)后，PA不只在高输出功率时其电流消耗较低，同时在中、低输出功率时的电流消耗也一样降低，以提高整段输出功率的PAE。传统应用于3G/4G无线系统中的切换式功率放大器(SwitchModePowerAmplifier)架构虽提供不错的使用效率。然而，面对消费者希望能有更长的通话时间需求，特别是希望在中、低输出功率模式下也能达到比传统切换式PA较高效率及低电流耗特性，可能成为一个待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种射频功率放大器，射频功率放大器包括输出级电路、指数型偏压电路与电压电流转换电路。输出级电路接收第一系统电压并且输出一输出电流。指数型偏压电路耦接至输出级电路，所述指数型偏压电路通过耦接第二系统电压以接收偏压电流，其中偏压电流与输出电流之间为指数关系，并且当偏压电流为零电流时，则输出电流为零电流。电压电流转换电路耦接指数型偏压电路以接收第一电流，并且电压电流转换电路将所接收的第一系统电压转换为第二电流以使得输出电流与第一系统电压之间为指数关系。偏压电流等于第一电流与第二电流总和的倍数。在一实施例中，其中电压电流转换电路根据正温度系数的第一电流与负温度系数的第二电流传送正温度系数的第三电流至指数型偏压电路，藉此使得偏压电流与输出电流等于或接近零温度系数的电流。在一实施例中，输出级电路包括输出晶体管。在一实施例中，当指数型偏压电路中的第四电流等于第五电流，则偏压电流相对于输出电流呈现指数关系，并且当偏压电流递增时，则输出电流指数型上升。在一实施例中，电压电流转换电路中的第五晶体管与第六晶体管构成第二电流镜，并且输出电流相对于第一系统电压呈现指数关系，当第一系统电压递增时，则输出电流指数型上升，藉此以补偿输出晶体管的输出功率。本专利技术实施例提出的电子系统、射频功率放大器及其输出功率补偿方法，通过输出电流相对于第一系统电压的指数关系，使得当第一系统电压在适当范围变化下，能够通过输出电流的指数型上升的特性来补偿输出功率的动态范围。再者，本揭示内容的射频功率放大器在低输出功率下能够达到较佳的附加功率效率且达到低流耗的省电功能，符合消费者希望有更长的通话时间的需求。为使能更进一步了解本专利技术的特征及
技术实现思路
，请参阅以下有关本专利技术的详细说明与附图，但是此等说明与所附图式仅用来说明本专利技术，而非对本专利技术的权利要求范围作任何的限制。附图说明上文已参考随附图式来详细地说明本专利技术的具体实施例，藉此可对本专利技术更为明白，在该多个图式中：图1为根据本专利技术实施例的射频功率放大器的电路区块图。图2为根据本专利技术实施例的射频功率放大器的具体电路图。图3为根据本专利技术实施例的输出电流与偏压电流关系的模拟曲线图。图4为根据本专利技术实施例的第一系统电压与输出电流关系的模拟曲线图。图5为根据本专利技术实施例的第一系统电压与输出功率关系的模拟曲线图。图6为根据本专利技术实施例的电子系统的区块图。图7为根据本专利技术实施例的输出功率补偿方法的流程图。其中，附图标记说明如下：100、200：射频功率放大器110：输出级电路120：指数型偏压电路130：电压电流转换电路600：电子系统610：射频功率放大器620：负载C1：第一电容C2：第二电容GND：接地电压I1：第一电流I2：第二电流I3：第三电流I4：第四电流I5：第五电流IOUT：输出电流IBA：偏压电流L：电感M1：输出晶体管n1、n2：节点Q1～Q6：晶体管R1～R4：电阻RFIN：射频输入信号RFOUT：射频输出信号S710～S740：步骤VB：偏压VBEM1：基射极电压VBE1：基射极电压VBE2：基射极电压VBE3：基射极电压VBE6：基射极电压VCC：第一系统电压VSS：第二系统电压具体实施方式下文将参看图式描述各种例示性实施例，本专利技术概念可能以不同形式来体现，不应解释为限于本文中所阐述的例示性实施例。请参照图1，图1为根据本专利技术实施例的射频功率放大器的电路区块图。射频功率放大器100包括输出级电路110、指数型偏压电路120与电压电流转换电路130。输出级电路110耦接指数型偏压电路120。指数型偏压电路120耦接于电压电流转换电路130之间。电压电流转换电路130耦接输出级电路110且接收第一系统电压VCC。输出级电路110接收第一系统电压VCC并且输出一输出电流。指数型偏压电路120通过耦接至第二系统电压VSS以接收偏压电流IBA并且指数型偏压电路120提供一偏压VB至输出级电路110，其中当偏压电流IBA为零电流时，则输出电流为零电流。电压电流转换电路130接收第一电流I1，其中第一电流I1为从指数型偏压电路120反馈至电压电流转换电路130。电压电流转换电路130将所接收的第一系统电压VCC转换为第二电流I2以使偏压电流IBA正比于第一系统电压VCC，进而使得输出电流与第一系统电压VCC之间为指数关系来补偿输出功率的动态范围。偏压电流IBA等于第一电流I1与第二电流I2总和的倍数，使设计者能够根据其实际应用需求来进一步设计。此外，第一电流I1为正温度系数且第二电流I2为负温度系数，而电压电流转换电路13根据第一电流I1与第二电流I2传送正温度系数的第三电流I3至指数型偏压电路120，藉此使得偏压电流IBA与输出电流等于或接近零温度系数的电流。进一步说明射频功率放大器100的工作原理。本揭示内容所述的正温度系数表示其物理量(如电压值、电流值或电阻值)与温度之间成正比关系，负温度系数表示其物理量与温度之间成反比关系，零温度系数表示其物理量(如电压值、电流值或电阻值)与温度之间相互独立，也就是当温度上升或下降时，其物理量并不会随着温度而上升或下降。请继续参照图1，在本实施例中，射频功率放大器100使用一个对温度相对稳定的直流至直流转换器(图1未绘示)来提供第一系统电压VCC，能够使射频功率放大器100的输出功率范围都保持一致的高效率与低电流消耗。由方程式(1)可推知，如果第一系统电压VCC操作于0.5～3.5V的区间时，则第一系统电压VCC能够输出功率的动态范围贡献约8dB。其中P为输出功率，I为输出电流且V为第一系统电压。由于应用于第三代(3G)/第四代(4G)无线系统的射频功率放大器的标准都要求射频功率放大器100的输出功率须具有30dB的动态范围。但是，如果要仅通过第一系统电压VCC来对输出功率的动态范围提供至约30dB左右，不仅不切实际而且不符合当今对系统电压的操作区间的要求。P＝I×V(1)因此，本专利技术利用可调适的输出电流来提供输出功率的另一部份所需的动态范围。通过将第一系统电压VCC反馈至电压电流转本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种射频功率放大器，其特征在于，该射频功率放大器包括：输出级电路，接收第一系统电压并且输出输出电流；指数型偏压电路，耦接至该输出级电路，该指数型偏压电路通过耦接第二系统电压以接收偏压电流，其中该偏压电流与该输出电流之间为指数关系，并且当该偏压电流为零电流时，则该输出电流为零电流；以及电压电流转换电路，耦接该指数型偏压电路以接收第一电流，并且该电压电流转换电路将所接收的该第一系统电压转换为第二电流以使该偏压电流正比于该第一系统电压，进而使得该输出电流与该第一系统电压之间为指数关系，其中该偏压电流等于该第一电流与该第二电流总和的倍数。

【技术特征摘要】
1.一种射频功率放大器，其特征在于，该射频功率放大器包括：输出级电路，接收第一系统电压并且输出输出电流；指数型偏压电路，耦接至该输出级电路，该指数型偏压电路通过耦接第二系统电压以接收偏压电流，其中该偏压电流与该输出电流之间为指数关系，并且当该偏压电流为零电流时，则该输出电流为零电流；以及电压电流转换电路，耦接该指数型偏压电路以接收第一电流，并且该电压电流转换电路将所接收的该第一系统电压转换为第二电流以使该偏压电流正比于该第一系统电压，进而使得该输出电流与该第一系统电压之间为指数关系，其中该偏压电流等于该第一电流与该第二电流总和的倍数。2.如权利要求1所述的射频功率放大器，其特征在于，该电压电流转换电路根据该第一电流与该第二电流传送正温度系数的第三电流至该指数型偏压电路，藉此使得该偏压电流与该输出电流等于或接近零温度系数的电流。3.如权利要求2所述的射频功率放大器，其特征在于，输出级电路包括：输出晶体管，其集极耦接该第一系统电压，其射极耦接接地电压，其基极接收该指数型偏压电路所提供的偏压。4.如权利要求3所述的射频功率放大器，其特征在于，该指数型偏压电路包括：第一电阻，其一端耦接该第二系统电压；第一晶体管，其集极耦接该第二系统电压，其基极耦接该第一电阻的另一端；第二晶体管，其集极耦接该第二系统电压且接收第四电流，其基极耦接该第一晶体管的基极，其射极提供该偏压至该输出晶体管的基极；第二电阻，其一端耦接该第一晶体管的射极，其中该偏压电流流经该第二电阻；第三晶体管，其集极耦接该第一电阻的另一端且接收第五电流，其基极耦接该第二电阻的另一端，其射极耦接该接地电压；第四晶体管，其集极耦接该输出晶体管的基极，其基极耦接该第二电阻的另一端，其射极耦接该接地电压，其中该第三晶体管与该第四晶体管构成第一电流镜；以及第五晶体管，其集极耦接该第二电阻的另一端，其基极耦接该电流电压转换电路以接收该第三电流，其中当该第四电流等于该第五电流，则该偏压电流相对于该输出电流呈现指数关系，并且当偏压电流递增时，则输出电流指数型上升...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁兆明，李威弦，
申请(专利权)人：环旭电子股份有限公司，环鸿科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31