CN100461622C - 用于时分双工模式的低时延温度补偿偏置电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于时分双工模式的低时延温度补偿偏置电路，包括：开关管；电位器，其一端与所述开关管的输出端相连，分压输出端经过串接的电阻器与滤波去耦电路后，作为输出偏置电压，另一端经过温度补偿二极管后接地；所述温度补偿二极管包括串联连接的第一二极管与第二二极管；所述输入电压输入一稳压管后再输出至所述开关管，所述稳压管的接地端连接于所述第一二极管与第二二极管之间；所述串接的电阻器与滤波去耦电路之间，还串接一负反馈放大器。本发明对放大器的偏置电压起到了补偿作用，使放大器的静态电流保持恒定，电性能不受影响。同时，解决了时分双工模式工作下，偏置电压的滤波，去耦、稳压与时延的矛盾关系，使二者达到最佳。
Description
技术领域
本发明涉及一种温度补偿偏置电路，尤其涉及一种用于时分双工模式的低时延温度补偿偏置电路。
背景技术
在通信系统运行中，当环境温度发生改变时，系统内的温度也会随之发生变化，相应的放大单元的温度也会升高或者降低(特别对于发射部分的功率放大器)，从而导致功率放大器的结温升高或者降低。结温改变，功率放大器的各种参数也会随之发生改变，进而导致功率放大器的静态电流发生改变，增益、输出功率以及线性度都会受到不同程度的影响，同时也可能使杂散恶化，干扰其它系统。
在TDD(时分双工)模式工作的系统中，信号的发射和接收在时间上是分开的，因此需要对发射电路和接收电路进行时隙控制。发射时，关闭接收电路的电源；接收时，关闭发射电路的电源。在发射电路中，如果给放大器的偏置电压的时间延迟比较大的话，将会使系统在接收状态时，发射信号关闭不彻底，干扰信号的接收，使灵敏度降低。
在现有的TDD系统的电路中，为了解决这些问题，对于功率放大器的偏置电压一般采取如图1所示的电源管理电路。
在图1中，输入电压Vsupply输入开关管101，在TTL控制信号(Transistor-Transistor Logic，晶体管-晶体管逻辑信号)的作用下，产生一个随时间变化的脉冲电压V1。电压V1经过电位器102分压，产生电压V2。V2经过电阻R1和用于滤波、去耦并稳压的电容C1、C2和C3，产生射频功率放大器104的偏置电压Vg。调节电位器102，可产生射频功率放大器104所需要的偏置电压Vg。图1中，二极管103的作用是用于温度补偿，其温度系数与射频放大器的温度系数大致相同，RFin和RFout分别是射频功率放大器的输入信号和输出信号。
然而，上述的电路存在着一些不足：
1、温度补偿偏置电路的温补效果并不理想，并且容易受到电源电压波动的影响。
从图1可知，Vsupply没有采取任何稳压措施，直接进入开关管，输出电压V1很容易受到Vsupply的影响。这是因为，一般情况下，开关管的温度系数都不是恒定的，有时是正温度系数，有时是负温度系数，在某一个临界点附近，当温度发生变化时，输出电压也不是按照一个方向进行变化，不好进行补偿。同时，这还会影响到开关管的输出电流、带负载能力，如果过载的话，反过来会使开关管的输出电压下降。
另外，从图1可知，
V2＝V1η+Vd(1-η) 式(1)
对上式进行微分：
dV2/dt＝η*dV1/dt+(1-η)*dVd/dt 式(2)
η是电位器的分压比。
根据射频放大器的特点，当温度变化时，希望能产生dVd/dt的补偿量，但是，从(2)式可以看出，第一项具有不确定性；由于有一个因子(1-η)的作用，第二项的补偿量不够。因此，采用这种方法的补偿效果不是很理想。
2、很难平衡电路的滤波、去耦、稳压与馈电电压的时间延迟之间的关系。
从图1可知，为了滤掉偏置电压上的一些低频成分，同时稳定电压，需要在电压的输入端并联一些容值大的电容(uF级)；另外，为了使电位器的可调节范围满足要求，电位器的取值一般在几百ohm到几千ohm之间。但是，在TDD模式条件下，馈电电压是脉冲形式工作的，电压有一个时间常数τ，这取决于RC的乘积。如果在滤波中有uF量级的电容的话，时间常数就很大，达到几十us，这在TDD的系统中是不能承受的。如果减少电容的值，或者减少电位器的值的话，则电压的可调范围很可能不够，另外，滤波、稳压效果不是很好。
因此，在这样的电路中，很难同时满足电路的滤波、去耦、稳压与减少馈电电压的时间延迟之间的关系。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种用于时分双工模式的低时延温度补偿偏置电路，以提高电路的滤波、去耦能力以及电压的稳定性，并减小时间延迟，使电源电压关闭比较彻底，对接收信号不会造成干扰。
本发明提供一种用于时分双工模式的低时延温度补偿偏置电路，包括：
开关管，用于根据输入电压与控制信号产生随时间变化的脉冲电压；
电位器，用于调节所述脉冲电压，其一端与所述开关管的输出端相连，分压输出端经过串接的电阻器与滤波去耦电路后，作为输出偏置电压，另一端经过温度补偿二极管后接地，
其中：
所述温度补偿二极管包括串联连接的第一二极管与第二二极管；
所述输入电压输入一稳压管后再输出至所述开关管，所述稳压管的接地端连接于所述第一二极管与第二二极管之间；
所述串接的电阻器与滤波去耦电路之间，还串接一负反馈放大器。
所述的滤波去耦电路包括并联连接的第一电容器、第二电容器，与第三电容器。第一电容器、第二电容器与第三电容器的容值选取为uF量级的。
所述的负反馈放大器为具有深负反馈的运算放大器，其同相输入端经所述电阻器与所述电位器的分压输出端相连，其反相输入端与其输出端短接，其输出端为输出偏置电压。
所述的输出偏置电压输入至射频功率放大器，作为该射频功率放大器的偏置电压。
所述的二极管的温度系数与所述射频放大器的温度系数相同。
本发明很好的解决了常规电路所不能解决的问题，对放大器的偏置电压起到了稳定的作用，当环境温度发生变化时，电路提供与放大器温度特性相同的偏置电压变化，抵消由于温度变化导致的放大器的静态点的改变，进而使放大器的静态电流保持恒定，电性能不受影响。同时，解决了TDD模式工作下，偏置电压的滤波，去耦、稳压与时延的矛盾关系，使二者达到最佳。
附图说明
图1是现有的TDD系统中射频功率放大器的偏置电路的示意图；
图2是本发明的用于TDD模式的低时延温度补偿偏置电路的示意图。
具体实施方式
图2示出了本发明的用于TDD模式的低时延温度补偿偏置电路的示意图。
如图2所示，本发明的低时延温度补偿偏置电路主要由稳压管、开关管、电位器、运算放大器以及二极管组成。
该电路由两部分构成，由V3前面的闭环电路构成的温度补偿部分，和V3与Vgg之间的低时延处理部分。
从图2可知，输入电压Vsupply经过稳压管201，产生一个稳定的电压V1，当环境温度发生变化时，该电压基本保持不变，减少了后续电路电压的不稳定性。电压V1输入开关管202，在控制信号(TTL信号)的作用下，产生一个随时间变化的脉冲电压V2，根据电路的特性，电压V2的高电平与V1的幅度基本一致。接着，电压V2与经过二极管205和206的电压共同作用于电位器203，调节电位器，产生后续功率放大器电路所需要的偏置电压Vgg。
根据戴维南定理可知：
V3＝V2η+2Vd(1-η) 式(3)
其中，η为电位器的分压比。
当环境温度发生变化时，电压V3的变化为：
dV3＝dV2·η+2(1-η)dVd 式(4)
由于在开关管前面加了一个稳压管，因此，温度变化时，dV2很小，基本可以忽略不计。另外，电压变化量dVd前的系数为2(1-η)，这就弥补了分压比带来的补偿不够的问题。这样，只要选择同射频功率放大器207的温度特性相同的二极管，就可以消除由于温度变化对放大器带来的影响。
输入电压经过稳压管201，开关管202，二极管205、206，电位器203之后，变成一个随时间变化的电压V3。电压V3经过一个电阻进入运算放大器204，输出电压V4。根据运算放大器的特性和电路的连接方法，运算放大器相当于一个射随器，因此，输出电压V4＝V3。在电位器与运算放大器之间连接一个电阻，主要是增加两者之间的隔离度，同时保护运算放大器，避免输入电压大于运算放大器的电源电压时，运算放大器损伤。
对具有深负反馈的运算放大器来说，运算放大器的输出电阻很小，基本趋进于零。这样，电容C1，C2，C3就可以选取稍微大一些的(uF量级的)，电路的滤波、去耦能力以及电压的稳定性都会好很多。而电压V4的时间常数τ(RC)很小，可以做到几个us量级，这样，电压V4的时间延迟很小，对TDD模式工作的功放的性能基本不会造成影响，而且，电源电压关闭比较彻底，对接收信号不会造成干扰。
Claims (8)
1.一种用于时分双工模式的低时延温度补偿偏置电路，包括：
开关管，用于根据输入电压与控制信号产生随时间变化的脉冲电压；
电位器，用于调节所述脉冲电压，其一端与所述开关管的输出端相连，分压输出端经过串接的电阻器与滤波去耦电路后，作为输出偏置电压，另一端经过温度补偿二极管后接地，
其特征在于：
所述温度补偿二极管包括串联连接的第一二极管与第二二极管；
所述输入电压输入一稳压管后再输出至所述开关管，所述稳压管的接地端连接于所述第一二极管与第二二极管之间；
所述串接的电阻器与滤波去耦电路之间，还串接一负反馈放大器。
2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述的输入控制信号为TTL信号。
3.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述的滤波去耦电路包括并联连接的第一电容器、第二电容器，与第三电容器。
4.如权利要求3所述的电路，其特征在于，所述第一电容器、第二电容器与第三电容器的容值为uF量级。
5.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述的负反馈放大器为具有深负反馈的运算放大器。
6.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述的负反馈放大器的同相输入端经所述电阻器与所述电位器的分压输出端相连，其反相输入端与其输出端短接，其输出端为输出偏置电压。
7.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述的输出偏置电压输入至射频功率放大器，作为该射频功率放大器的偏置电压。
8.如权利要求7所述的电路，其特征在于，所述的二极管的温度系数与所述射频放大器的温度系数相同。
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