用于射频放大器的有源偏置网络电路制造技术

公开了一种射频信号功率放大器的偏置网络。一个电流源连接到频带隙电压的源极并产生与该电压成比例的电流。基准电压电路接收该电流并产生与该电流及设备温度成比例的电压。运算放大器连接基准电压和该功率放大器，该功率放大器有效与基准电压电路和电流荷载电路隔离。功率放大器击穿保护电路连接在运算放大器输出的两端，当功率放大器输出失配时用于将功率放大器产生的雪崩电流从功率放大器引开，避免杂散辐射分量的产生。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及便携式电话通信技术。特别地描述一种有源偏置网络电路，它给射频放大器提供一个稳定的参考电压。便携式电话通信要求小型的和节约电池电源的送话器。另外，这些小功率送话器经受变化的电池电源电压，该电压在充电之后的高充电电平到电话机的电池放电时的较低的电压电平之间变化。由于当天线与放大器输出级阻抗不匹配时来自该天线的反射功率，电话送话器的功率放大器还经受热过载。在反射功率条件下，从该放大器的双极型晶体管产生电流，该电流能产生热击穿条件。另外，在操作期间，一定类型的调制诸如码分多址(CDMA)将产生基带调制分量，该基带调制分量进入用于该输出放大器的偏置网络。在这些条件下，进入该偏置网络电路的基带调制可能并且传递到其它电路，在输出功率频谱中产生不希望的杂散辐射分量。为了保护电话送话器免于出现这些状况，必须提供一个偏置网络，它是与该功率放大级隔离的，并且必须保护该功率放大级避免产生热击穿条件的高压电流。另外，必须实现这些保护，以使该电话机的电池电源所负担的电流消耗是可接受的。提供用于功率放大器的一个偏置网络，它是与基带信号和由该功率放大器产生的射频信号隔离的。一个电流源连接到频带隙电压源，它产生与频带隙电压成比例的电流。参考电压电路接收该电流并且产生与该电流和设备的温度成比例的电压。该电压作为偏压通过运算放大器加到功率放大器输出晶体管。运算放大器把该电流源、参考电压电路与从该功率放大器输出级发出的任何基带信号隔离。功率放大器击穿保护电路还连接到该功率放大器输出级以便转移在天线失配或者高电源电压条件期间由该功率放大器产生的雪崩电流。在这些条件下，电流的转移保持该功率放大器输出级的晶体管不会进入热击穿模式。根据本专利技术的一个优选实施例，电压调节器电路还串联连接到该功率放大器输出级晶体管。在高电池电压条件期间，该电压调节器保持到功率放大器输出晶体管的电压基本上在恒定的电平。随着电源电压减小，调整器停止工作并且全部电源电压加到该输出晶体管。附图说明图1说明两级便携式电话送话器输出放大器的方框图；图2说明根据本专利技术的一个优选实施例的偏置网络；图3是本专利技术的第二实施例的示意图，它控制雪崩电流的耗散；和图4说明一个电源保护电路，用于防止电池电源电压对该偏置电路网络的基带频率分量的产生的影响。图1是说明用于便携式电话机的功率放大电路的方框图。信号发生器在输入10施加被放大的一个射频信号并且加到天线端子21。RF输入信号源是与到驱动器放大级11的阻抗匹配网络13阻抗匹配的。驱动器放大级11通过到输出功率放大级12的级间匹配网路14进行阻抗匹配。输出功率放大级12又通过到连接天线的输出端口21的输出匹配网路20阻抗匹配。功率放大级11和12连接到电源19，电源19是一个多单元的电池电源。电池电源19将工作电压提供到驱动器级11和功率放大级12以及提供用于频带隙电路17和偏置网络16的工作电压。频带隙电路17通常产生大约1.186伏特的参考电压，在本优选实施例中它由该偏置网络16用于建立该驱动器级11和功率放大级12的偏压。图1的功率放大器遇到的普遍的问题之一是功率放大级12和连接到输出端口21的天线之间失配。在失配期间，由于天线的位置对它的环境频繁的改变，它导致便携式电话机在频繁的基准上，反射功率被加到功率放大级12。该反射功率产生一个电流，该电流流过集电极-基极结，因此通过基极-发射极结。该输出功率放大级12的晶体管的不稳定的热击穿条件引起该晶体管失效。另外，连接到该电话机的电源电压和其它电路的偏置网络16可从功率放大器电路传导基带信号，该基带信号包含在射频信号中。这些基带信号通过该电路传播，在输出射频信号中产生寄生的射频信号。本专利技术提供一个偏置网络，它是与该功率放大级中的射频信号隔离的。另外，在功率放大级12和偏置网络16中设有保护以避免由于在功率放大级中接收反射功率时产生雪崩电流造成的热击穿条件。图2说明提供这个目的的本专利技术的一个实施例。频带隙电路提供对温度和电池电源电压变化的稳定的电压基准，输出电压加到基准电阻器25。电流反射镜电路30具有两个场效应晶体管25和26，产生通过基准电阻器25的基准电流Iref1。电流反射镜晶体管25和26的共用源极连接和基准电阻器25的一端连接到该电池电源电压。该电流反射镜产生一个电流Iref2，它与通过基准电阻器25的电流Iref1成比例。常规的电流反射镜电路中的Iref2电流与晶体管26和27的尺寸成比例。基准电压电路34从电流Iref2中产生一个基准电压。基准电压电路34包括两个双极型晶体管32和33。晶体管32具有连接到晶体管33的基极的一个集电极。电话机的电源电压加到晶体管33的集电极和晶体管32的发射极两端。基准电压电路34产生一个电压，它由Iref2控制，反过来由基准电阻器25两端的频带隙电压设置。由于温度常常变化，从基准电压电路34产生的电压也变化以便补偿功率放大级12的晶体管42的基极-发射极结电压的变化。从基准电压电路34产生的偏压在运算放大器36和NFET驱动器37中提供。运算放大器36和NFET驱动器37产生d.c.单位增益，和有效地隔离该偏置网络16与从功率放大级12产生的任何电流。图2的电路包括雪崩电流保护。由双极型晶体管40和电阻器41提供雪崩电流保护。如果由双极型晶体管42产生雪崩电流，晶体管40将提供用于该雪崩电流的对地的低阻抗，将该电流从晶体管42的基极-发射极结引出，因此有助于避免功率放大级12的双极型晶体管42的热击穿条件。另外，由于晶体管40的传导，从该功率放大级12流入偏置网络16的任何基带调制产物更有效地与基准电路34、电流反射镜30和频带隙电路17隔离。因此，能在输出信号频谱中产生寄生的射频信号分量的射频基带信号有效地与功率放大器电路的其余部分隔离。图3表示用于产生偏压的本专利技术的另一个实施例，该偏压与输出放大级12中的基带信号分量隔离。图3和图2的实施例之间的区别在于雪崩电流保护的实现。图3的雪崩晶体管40具有连接到差动对电路44的一个基极连接。差动对电路44具有通过电阻器38和39连接到输出放大级晶体管42的基极和基准电压电路34的一对输入。由图3的实施例实现的优点是雪崩晶体管40可以设置为在它不经受来自输出放大级12的雪崩电流时，在电话机备用模式期间传导较小电流。通过雪崩晶体管40减少的电流有助于保存电池电源的寿命。当功率放大电路以补偿模式工作时这是特别地有利的，这在GSM模式中是普通的。因为补偿模式产生很少的基带信号分量和较低的反射功率条件，仅仅需要较小量的电流通过雪崩晶体管40耗散。当来自输出放大级晶体管42的集电极-基极结的雪崩电流增加时，引起差动对电路44的输入之间的电压不平衡，雪崩晶体管40很难接通。因此，仅仅耗散小量的电流，直到产生雪崩电流增加量的时间为止。当该电路的电源电压由于电池电源的充电而增大时，作为功率放大电路和天线之间不良匹配的结果，反射功率的结果加剧了。在完全地充电电池电源之后，该放大级的输出晶体管42两端的电池电源电压和由阻抗失配产生的反射功率一起产生晶体管42的高的雪崩电流条件。除了用于从晶体管42转移雪崩电流的保护电路外，在功率级放大级12中可以使用一个输出电压调节器。当电源电压超过基准本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于功率放大器的偏置网络，包括： 连接到频带隙电压源的一个电流反射镜电路，所述电流反射镜源产生与所述频带隙电压成比例的电流； 一个基准电压电路，它接收所述电流，和产生与所述电流和温度成比例的电压； 连接用于接收所述基准电压的一个运算放大器，具有连接到所述功率放大器的输出，所述运算放大器隔离所述基准电压电路与所述功率放大器；和 连接到所述运算放大器输出的功率放大器击穿保护电路，用于将所述功率放大器产生的雪崩电流从所述运算放大器引开。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：菲利普安东尼蒂，吉姆格里非斯，戴维海尔姆斯，詹姆斯莫尼兹，斯科特芒罗，乔舒亚帕克，卡尔斯图宾，张向东，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]