可集成的电压控制射频功率放大器制造技术

公开了一种具有可变偏置电压的可集成功率放大器，其中，基于整流晶体管的非线性，第一偏置控制器检测ＲＦ信号的幅度，并且输出随所检测的幅度而变化的ＤＣ信号。第二偏置控制器通过调整ＤＣ信号的电压使放大效率最优化，所述ＤＣ信号是经过作为互补器件的源极跟随器晶体管从第一偏置控制器接收的。放大器晶体管是由驱动电压触发的，根据从第二偏置控制器接收的偏置电压放大输入信号，并且输出放大信号。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及功率放大器，具体讲涉及具有可变偏置电压的可集成的功率放大器。
技术介绍
通常，在小尺寸的通信设备中，射频(RF)信号在发送之前在发射机的输出端通过功率放大器进行放大。考虑到功率放大器在输出端的使用，对放大信号范围的线性的关注是非常有意义的。放大效率也需要考虑，因为需要大量电流将RF信号放大到高电平。实际上，功率放大器要消耗RF电路的大约50％的功率，例如，在蜂窝电话中。因此，功率放大器的效率是决定电池寿命的主要因素。因为功率放大器的RF输出信号的幅度随通信距离而变化，因此效率的提高可以从两种方式考虑最大输出信号的效率提高和低输出信号的效率提高。考虑到小尺寸的通信设备通常用于低功率，因此功率放大器对低功率RF信号的效率的提高对终端电池的使用时间和寿命具有直接、巨大的影响。关于此点，已经开发出各种技术来提高低功率的放大效率，在功率放大器中的峰值功率仍然保持性能，从而提高小尺寸通信设备的性能。图1和2中描述了通过偏置控制提高传统的功率放大器电路的低功率效率。图1是传统功率放大器的电路图，其中放大器晶体管的偏置电压随输入端检测的RF功率电平而变化。参照图1，具有以电阻14实现的电源阻抗Rs的输入电源12将输入信号Vin施加到RF功率放大器10。输入电源12连接到直流(DC)阻塞电容器16。DC阻塞电容器16与电感器18结合，形成放大器晶体管32的输入阻抗匹配网络。二极管20具有连接到电容器16一端的阴极和连接到保持电容器(holding capacitor)22一端的阳极。保持电容器22的另一端接地。二极管20和保持电容器22集合形成负峰值检测器23。二极管20的阴极的多数负电压通过保持电容器22被保持在保持电容器22和二极管20之间。节点24的电压反馈到低通反馈放大器31，该低通反馈放大器31包括控制放大器26、电压源27、电阻28和电容器30。晶体管32的漏极电流通过负载电阻36转换成输出电压Vout。电感器38用作RF扼流圈。电感器40和电容器42集合形成输出阻抗匹配网络，电容器44用作DC阻塞电容器。在这样构成的功率放大器10中，检测器23位于功率放大器10的输入端，用以检测输入RF功率的电平。二极管20将输入RF信号转换成DC信号。控制放大器26将通过电压源27施加到输入端的参考电压Vref与施加到另一个输入端的DC信号作比较，并生成适合晶体管32的偏置电压。功率放大器10需要附加基准电压，并且使用外部器件，即，非集成二极管。结果，将功率放大器10集成在单个芯片上是不可能的。因此，在功率放大器10的尺寸不能被缩小。图2是另一个传统的功率放大器的电路图，其中在其输出端检测RF功率电平。参照图2，功率放大器50包括第一功率放大单元52、第二功率放大单元54、栅极电压控制器56、输入匹配电路58、中间匹配电路60以及输出匹配电路62。栅极电压控制器56位于功率放大器50的输出端，用以检测RF功率电平。栅极电压控制器56具有输出功率检测器64和分压器66。输出功率检测器64将功率放大器50的输出端的已采样的输出信号转换成DC信号。分压器66，具有-5.0V电源以及两个电阻R3和R4，将DC信号的电压调整成适合放大器晶体管的电平。然后，被调整的DC信号反馈到第二功率放大单元54。功率放大器具有在检测电路中可能发生输出功率损失的缺点。例如，在图2的电路中，通过输出匹配电路62的信号被部分引进栅极电压控制器56，而不是用作负载。因此，增大信号损失的结果极有可能减少峰值功率以及功率放大器的效率。与图1中的描述的功率放大器相似，功率放大器50需要二极管。因此，放大器尺寸增大，并且需要附加的外部功率。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的是提供一种RF功率放大器，采用由集成器件组成的功率检测器，而不需要附加外部电源或外部二极管。本专利技术的另一个目的是提供使用电压控制电路的功率检测器，用以通过源极跟随器控制电压电平，该源极跟随器是互补器件。本专利技术的再一个目的是提供小尺寸、低成本、效率提高的功率放大器，它可集成在一个单独的芯片上。以上目的是通过提供一种具有可变偏置电压的集成RF功率放大器来实现的。在该RF功率放大器中，基于整流晶体管的非线性，第一偏置控制器检测RF信号的幅度，并且输出随所检测的幅度而变化的DC信号。第二偏置控制器通过调整DC信号的电压使放大效率最优化，所述DC信号是通过作为互补器件的源极跟随器晶体管从第一偏置控制器接收的。放大器晶体管是由驱动电压触发的，根据从第二偏置控制器接收的偏置电压放大输入信号，并且输出放大的信号。附图说明通过下文中结合附图的详细描述，本专利技术的以上和其它目的、特征和优点将变得更明朗图1是传统功率放大器的电路图，其中在其输入端检测RF功率电平；图2是另一个传统功率放大器的电路图，其中在其输出端检测RF功率电平；图3是根据本专利技术的实施例的可集成功率放大器的电路图；图4是根据本专利技术的另一个实施例的可集成功率放大器的电路图；图5示出了根据本专利技术的功率放大器中的输入功率与偏置电压相互关系的曲线图；图6示出了不使用可变偏置电路的传统功率放大器中，输入功率与效率相互关系的曲线图；以及图7示出了根据本专利技术的使用可变偏置电路的功率放大器中，输入功率与效率相互关系的曲线图。具体实施例方式下面将参照附图描述本专利技术的优选实施例。在下文的描述中，众所周知的功能或结构将不再详细描述，因为对他们进行不必要的描述将使本专利技术变得模糊。图3是根据本专利技术的实施例的集成功率放大器的电路图。参照图3，功率放大器100除了包括放大晶体管150外，还包括第一和第二偏置控制器130和140，用以根据输入功率电平控制偏置电压、输入匹配电路110和输出匹配电路120，最好，所述放大晶体管150是A型、AB型或B型FET(场效应晶体管)。输入和输出匹配电路110和120都是根据使用频率、增益以及所使用晶体管的类型，利用无源器件来组成。RF输入信号被反馈到输入匹配电路110，该匹配电路110包括电感器L1和电容器C2。电感器L1和电容器C2能够提供一个输入匹配阻抗，用于匹配输入信号的阻抗和放大器晶体管150的输入阻抗。输入信号还经过电容器C1提供给第一偏置控制器130。第一偏置控制器130用作RF检测器，用以在功率放大器100的输入端检测输入信号的幅度，并生成根据该幅度上升或下降的DC信号。第一偏置控制器130由偏置电阻R1和R2、整流晶体管T1、电阻R3和电容器C5组成。偏置电阻R1的一端连接到驱动电压VDD，另一端连接到整流晶体管T1的栅极。偏置电阻R2的一端连接到整流晶体管T1的栅极，另一端接地。整流晶体管T1的漏极和栅极互相连接，其源极接地。电阻R3的一端连接到整流晶体管T1的漏极，另一端连接到电容器C5的一端。电容器C5的另一端接地。整流晶体管T1是可集成器件，包括FET。第二偏置控制器140用作DC电平移位器，用于将DC信号的电压调整到使放大效率最优的偏置电压。最好，第二偏置控制器140包括用作源极跟随器的PMOS(P沟道金属-氧化物半导体)FET T2、用于对电压分压的电阻R6和R7以及用作低通滤波器的电容器C6。来自第一偏置控制器130的电阻R3和电容器C5的DC信号被反馈到晶体管T2的栅极。晶体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种射频（ＲＦ）功率放大器，包括：第一偏置控制器，基于整流晶体管的非线性，检测输入ＲＦ信号的幅度，并且输出随所检测的幅度而变化的直流（ＤＣ）信号；第二偏置控制器，通过调整通过源极跟随器晶体管从所述第一偏置控制器接收的ＤＣ信号 的电压，来使放大效率最优化；以及放大器晶体管，由驱动电压触发，根据从所述第二偏置控制器接收的所述偏置电压放大所述输入信号，并且输出所放大的信号。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：渔允成，赵启钰，李光斗，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]