CN103023440B - 一种提高功率放大器线性度的电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种提高功率放大器线性度的电路，包括：偏置网络、第一电容、第一二极管和至少一个功率放大级；射频输入信号依次经过输入匹配网络、功率放大级、输出匹配网络输出；偏置网络用于为每个功率放大级的输入端提供偏置电压；第一电容和第一二极管串联后连接在功率放大器的最后一个功率放大级的输出端和偏置网络之间，用于检测功率放大器的输出功率的变化，并通过偏置网络将输出功率的变化反馈至每个功率放大级的输入端。该电路采用偏置自适应技术，利用第一电容和第一二极管来检测输出功率随输入功率的变化，通过偏置网络反馈至每级功率放大级的输入端，当输入功率增加时，自动提高每级功率放大级的偏置，进而提高整个功率放大器的线性度。

Description

一种提高功率放大器线性度的电路

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，特别涉及一种提高功率放大器线性度的电路。

背景技术

功率放大器是无线通信系统的重要组成模块。根据无线通信系统的调制方式不同，可以将无线通信系统分为恒包络调制系统和非恒包络调制系统。其中非恒包络调制方式包括π/4四相相对相移键控(π/4-DQPSK，π/4-DifferentialQuadrature Reference Phase Shift Keying)、偏移四相相移键控（OQPSK，OffsetQuadrature Reference Phase Shift Keying）等，这些调制方式得到的包络是变化的，包络中携带需要传递的信号，因此在此种系统中应用的功率放大器必须有较高的线性度，保证信号在传递过程中，不会因为功率放大器的非线性而丢失。

现有的提高功率放大器线性度的方法主要包括功率回退技术、反馈技术、前馈技术、预失真技术以及偏置自适应技术等。

其中，功率回退技术原理简单，但它在实际工作时，并没有充分利用功率放大器输出功率的能力，而且会降低功率放大器的效率，因而不适合应用于对输出功率和效率要求较高的应用场合。

反馈技术是通过降低功率放大器的增益达到提高线性度、抑制信号失真的目的，它会对放大器的增益提出较高的要求同时会引入稳定性问题。

采用前馈技术的功率放大器由两个完全相同的放大器组成，对工艺的匹配度提出较高的要求，同时至少使放大器的效率降低了一半。

预失真技术需要预先得到功率放大器的传输函数或建立功率放大器的系统模型，因此设计过程较为复杂。

综上所述，以上技术均不适合提高功率放大器的线性度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种提高功率放大器线性度的电路，能够提高功率放大器的线性度，实现容易、电路结构简单。

本发明提供一种提高功率放大器线性度的电路，包括：输入匹配网络、输出匹配网络、偏置网络、第一电容、第一二极管和至少一个功率放大级；

射频输入信号依次经过输入匹配网络、功率放大级、输出匹配网络输出；

所述偏置网络用于为每个功率放大级的输入端提供偏置电压；

所述第一电容和第一二极管串联后连接在功率放大器的最后一个功率放大级的输出端和偏置网络之间，用于检测功率放大器的输出功率的变化，并通过所述偏置网络将输出功率的变化反馈至每个功率放大级的输入端。

优选地，当所述功率放大级为多个时，前一级功率放大级与后一级功率放大级之间连接有级间匹配网络。

优选地，每个所述功率放大级包括：一个或多个主放大晶体管，和，一个或多个扼流圈；

优选地，每个所述功率放大级包括一个主放大晶体管和一个扼流圈；

所述主放大晶体管的基极连接所述偏置网络，所述偏置网络为该主放大晶体管的基极提供偏置电压，主放大晶体管的发射极接地或通过电感接地，集电极通过所述扼流圈连接电源；同时，前一级功率放大器中的主放大晶体管的集电极通过所述级间匹配网络连接后一级功率放大器中的主放大晶体管的基极；

所述第一电容的一端连接最后一级功率放大器的主放大晶体管的集电极，另一端连接第一二极管的阳极，第一二极管的阴极连接偏置网络。

优选地，所述功率放大级为两个，分别为第一功率放大级和第二功率放大级。

优选地，所述偏置网络包括：第一三极管、第二三极管、第三三极管、第四三极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻；

第一电阻的一端连接所述电源，另一端通过第二电阻连接第二三极管的集电极，第二三极管的发射极连接第三三极管的集电极，第三三极管的发射极接地；第二三极管的基极连接第二三极管的集电极，第三三极管的基极连接第三三极管的集电极；

第一三极管的集电极连接所述电源，第一三极管的发射极通过第三电阻连接第四三极管的集电极，第四三极管的发射极接地；第四三极管的基极连接第四三极管的集电极；第一三极管的基极连接所述第一电阻和第二电阻的公共端，同时第一三极管的基极连接所述第一二极管的阴极；

所述第六电阻的一端连接第一三极管的发射极，另一端通过第七电阻接地；

所述第四电阻的一端连接第一三极管的发射极，另一端通过第五电阻接地；

所述第四电阻和第五电阻的公共端连接所述第一功率放大级中的主放大晶体管的基极；所述第六电阻和第七电阻的公共端连接所述第二功率放大级中的主放大晶体管的基极。

优选地，所述偏置网络包括：第一三极管、第二三极管、第三三极管、第四三极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻；

第一电阻的一端连接所述电源，另一端通过第二电阻连接第二三极管的集电极，第二三极管的发射极连接第三三极管的集电极，第三三极管的发射极接地；第二三极管的基极连接第二三极管的集电极，第三三极管的基极连接第三三极管的集电极；

第一三极管的集电极连接所述电源，第一三极管的发射极通过第三电阻连接第四三极管的集电极，第四三极管的发射极接地；第四三极管的基极连接第四三极管的集电极；第一三极管的基极连接所述第一电阻和第二电阻的公共端，同时第一三极管的基极连接所述第一二极管的阴极；

所述第四电阻的一端连接第一三极管的发射极，另一端通过第五电阻接地；

所述第四电阻和第五电阻的公共端连接所述第一功率放大级中的主放大晶体管的基极；同时，所述第四电阻和第五电阻的公共端连接所述第二功率放大级中的主放大晶体管的基极。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提供的提高功率放大器线性度的电路，包括：输入匹配网络、输出匹配网络、偏置网络、第一电容、第一二极管和至少一个功率放大级；射频输入信号依次经过输入匹配网络、功率放大级、输出匹配网络输出；所述偏置网络用于为每个功率放大级的输入端提供偏置电压；所述第一电容和第一二极管串联后连接在功率放大器的最后一个功率放大级的输出端和偏置网络之间，用于检测功率放大器的输出功率的变化，并通过所述偏置网络将输出功率的变化反馈至每个功率放大级的输入端。该电路采用偏置自适应技术，利用第一电容和第一二极管来检测输出功率随输入功率的变化，通过偏置网络反馈至每级功率放大级的输入端，当输入功率增加时，自动提高每级功率放大级的偏置，进而提高整个功率放大器的线性度。该电路在不提高任何静态功耗的情况下，使用线性化功率检测及偏置电路，能够有效增加功率放大器的线性度，实现结构简单，易于集成。

附图说明

图1是本发明提供的提高功率放大器线性度的电路实施例一示意图；

图2是本发明提供的提高功率放大器线性度的电路实施例二示意图；

图3是本发明提供的提高功率放大器线性度的电路实施例三示意图；

图4是本发明提供的提高功率放大器线性度的电路实施例四示意图；

图5是本发明提供的提高功率放大器线性度的电路实施例五示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

本发明提供的电路的原理是基于偏置自适应技术。偏置自适应技术可以根据输入信号的功率自适应地调节功率放大器的偏置，除了增加功率放大器的线性度之外，还能提升电路的功率附加效率。这种方法实现容易、电路结构简单，尤其适用于对功率放大器线性度、集成度要求较高的应用场合。

参见图1，该图为本发明提供的提高功率放大器线性度的电路实施例一示意图。

本实施例提供的提高功率放大器线性度的电路，包括：输入匹配网络100、输出匹配网络200、偏置网络300、第一电容C1、第一二极管D1和至少一个功率放大级400；

需要说明的是，输入匹配网络100和输出匹配网络200的作用是为了实现阻抗匹配，防止信号传输过程中发生反射。

需要说明的是，该实施例提供的功率放大器中的功率放大级400可以为单级的，也可以为多级的，例如，可以为只有一个功率放大级400，也可以有多个，如图1所示的1到N个功率放大级400。

射频输入信号依次经过输入匹配网络100、功率放大级400、输出匹配网络200输出；

所述偏置网络300用于为每个功率放大级400的输入端提供偏置电压；

所述第一电容C1和第一二极管D1串联后连接在功率放大器的最后一个功率放大级400的输出端和偏置网络300之间，用于检测功率放大器的输出功率的变化，并通过所述偏置网络300将输出功率的变化反馈至每个功率放大级400的输入端。

该电路采用偏置自适应技术，利用第一电容C1和第一二极管D1来检测输出功率随输入功率的变化，通过偏置网络300反馈至每级功率放大级400的输入端，当输入功率增加时，自动提高每级功率放大级400的偏置，进而提高整个功率放大器的线性度。该电路在不提高任何静态功耗的情况下，使用线性化功率检测及偏置电路，能够有效增加功率放大器的线性度，实现结构简单，易于集成。

下面以图2为了说明本发明实施例提供的偏置网络的具体实现方式。

参见图2，该图为本发明提供的提高功率放大器线性度的电路实施例二示意图。

所述偏置网络包括：第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3、第四三极管Q4、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7；

第一电阻R1的一端连接所述电源Vcc，另一端通过第二电阻R2连接第二三极管Q2的集电极，第二三极管Q2的发射极连接第三三极管Q3的集电极，第三三极管Q3的发射极接地；第二三极管Q2的基极连接第二三极管Q2的集电极，第三三极管Q3的基极连接第三三极管Q3的集电极；

第一三极管Q1的集电极连接所述电源Vcc，第一三极管Q1的发射极通过第三电阻R3连接第四三极管Q4的集电极，第四三极管Q4的发射极接地；第四三极管Q4的基极连接第四三极管Q4的集电极；第一三极管Q1的基极连接所述第一电阻R1和第二电阻R2的公共端，同时第一三极管Q1的基极连接所述第一二极管D1的阴极；

所述第六电阻R6的一端连接第一三极管Q1的发射极，另一端通过第七电阻R7接地；

所述第四电阻R4的一端连接第一三极管Q1的发射极，另一端通过第五电阻R5接地；

所述第四电阻R4和第五电阻R5的公共端连接所述第一功率放大级中的主放大晶体管的基极；所述第六电阻R6和第七电阻R7的公共端连接所述第二功率放大级中的主放大晶体管的基极。

需要说明的是，图2中仅示出了四个电阻R4-R7，实质上是每级功率放大级对应着串联的两个电阻，图2中第一级功率放大级1对应的是R4和R5，R4和R5串联后分压，将R5上分得的电压为第一级功率放大级1的输入端提供偏置电压。同理，第N级功率放大级N对应的是R6和R7。其他级功率放大级对应的电阻图2中未示出。

需要说明的是，图2所示的是一种偏置网络的实施例，如图3所示，是另一种偏置网络的实施例。图3所示的偏置网络与图2所示的区别是，图3中每级功率放大级输入端对应的电阻均是R4和R5，即R4和R5串联后为所有的功率放大级的输入端提供偏置电压。

下面结合附图，以两级功率放大级为例进行介绍，具体说明本发明提供的电路的工作原理。参见图4，该图为本发明提供的电路实施例四示意图。

需要说明的是，图4对应图2中的偏置网络。

本实施例提供的提高功率放大器线性度的电路，当所述功率放大级为多个时，前一级功率放大器与后一级功率放大器之间连接有级间匹配网络500。

需要说明的是，每个所述功率放大级可以包括：一个或多个主放大晶体管，和，一个或多个扼流圈；

本实施例提供的提高功率放大器线性度的电路，每个所述功率放大级包括一个主放大晶体管和一个扼流圈，如图4所示；

所述主放大晶体管的基极连接所述偏置网络，所述偏置网络为该主放大晶体管的基极提供偏置电压，主放大晶体管的发射极接地或者通过电感接地，集电极通过所述扼流圈连接电源；同时，前一级功率放大器中的主放大晶体管的集电极通过所述级间匹配网络连接后一级功率放大器中的主放大晶体管的基极；

所述第一电容C1的一端连接最后一级功率放大器的主放大晶体管的集电极，另一端连接第一二极管D1的阳极，第一二极管D1的阴极连接偏置网络。

图4提供的提高功率放大器线性度的电路，所述功率放大级为两个，分别为第一功率放大级和第二功率放大级。

以图4中的第一级功率放大级400为例进行介绍：

所述主放大晶体管Qa的基极连接所述偏置网络，所述偏置网络为该主放大晶体管Qa的基极提供偏置电压，主放大晶体管Qa的发射极接地，集电极通过所述扼流圈L1连接电源Vcc；同时，第一级功率放大级中的主放大晶体管Qa的集电极通过所述级间匹配网络500连接第二级功率放大级中的主放大晶体管Qb的基极。

功率放大器在工作的过程中，当射频输入信号功率增加至较大值，等效的Qa、Qb的基射节偏置电压减小，因此输出功率不再随着输入功率的增加而线性变化，功率放大器较早的进入了非线性工作状态。本发明提供的电路可以有效解决这一问题，增加功率放大器电路的线性度。具体工作过程如下：

当射频输入信号功率增加时，射频输出信号功率随之增加，增加的输出功率经C1、D1传导至第一三极管Q1的基极，因此Q1的等效基射结电压减小，节点V1的电压升高，电阻偏置网络R4、R5分得的输出偏置电压随之增加，即反馈到Qa的基极的电压增加，这一变化可以弥补Qa的等效基射结电压随输入功率增加而减小的趋势，提高整体电路的线性度。偏置电路网络同理可对Qb的基射结偏置电压进行补偿。本发明增加的输出功率检测电路（C1和D1）及偏置网络不消耗任何额外静态功耗，并能够实现偏置网络复用的功能，有效的增加了功率放大器的线性度，提高电路的功率附加效率。

需要说明的是，本发明相对于图4中的偏置网络还提供了另外一种实施例，具体参见图5。

图5与图4中的偏置网络的区别是，为每级功率放大级中的主放大晶体管提供基极偏置电压的电阻均有R4和R5分压来提供，即与图3提供的偏置网络相同。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种提高功率放大器线性度的电路，其特征在于，包括：输入匹配网络、输出匹配网络、偏置网络、第一电容、第一二极管和至少一个功率放大级；

射频输入信号依次经过输入匹配网络、功率放大级、输出匹配网络输出；

所述偏置网络用于为每个功率放大级的输入端提供偏置电压；

所述第一电容和第一二极管串联后连接在功率放大器的最后一个功率放大级的输出端和偏置网络之间，用于检测功率放大器的输出功率的变化，并通过所述偏置网络将输出功率的变化反馈至每个功率放大级的输入端；

所述偏置网络包括：第一三极管、第二三极管、第三三极管、第四三极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻；

第一电阻的一端连接电源，另一端通过第二电阻连接第二三极管的集电极，第二三极管的发射极连接第三三极管的集电极，第三三极管的发射极接地；第二三极管的基极连接第二三极管的集电极，第三三极管的基极连接第三三极管的集电极；

第一三极管的集电极连接所述电源，第一三极管的发射极通过第三电阻连接第四三极管的集电极，第四三极管的发射极接地；第四三极管的基极连接第四三极管的集电极；第一三极管的基极连接所述第一电阻和第二电阻的公共端，同时第一三极管的基极连接所述第一二极管的阴极；

所述第六电阻的一端连接第一三极管的发射极，另一端通过第七电阻接地；

所述第四电阻的一端连接第一三极管的发射极，另一端通过第五电阻接地；

所述功率放大级为两个，分别为第一功率放大级和第二功率放大级；

所述第四电阻和第五电阻的公共端连接所述第一功率放大级中的主放大晶体管的基极；所述第六电阻和第七电阻的公共端连接所述第二功率放大级中的主放大晶体管的基极。

2.根据权利要求1所述的提高功率放大器线性度的电路，其特征在于，当所述功率放大级为多个时，前一级功率放大级与后一级功率放大级之间连接有级间匹配网络。

3.根据权利要求2所述的提高功率放大器线性度的电路，其特征在于，每个所述功率放大级包括：一个或多个主放大晶体管，和，一个或多个扼流圈。

4.根据权利要求2所述的提高功率放大器线性度的电路，其特征在于，每个所述功率放大级包括一个主放大晶体管和一个扼流圈；

所述主放大晶体管的基极连接所述偏置网络，所述偏置网络为该主放大晶体管的基极提供偏置电压，主放大晶体管的发射极接地或通过电感接地，集电极通过所述扼流圈连接电源；同时，前一级功率放大器中的主放大晶体管的集电极通过所述级间匹配网络连接后一级功率放大器中的主放大晶体管的基极；

所述第一电容的一端连接最后一级功率放大器的主放大晶体管的集电极，另一端连接第一二极管的阳极，第一二极管的阴极连接偏置网络。

5.一种提高功率放大器线性度的电路，其特征在于，包括：输入匹配网络、输出匹配网络、偏置网络、第一电容、第一二极管和至少一个功率放大级；

射频输入信号依次经过输入匹配网络、功率放大级、输出匹配网络输出；

所述偏置网络用于为每个功率放大级的输入端提供偏置电压；

所述第一电容和第一二极管串联后连接在功率放大器的最后一个功率放大级的输出端和偏置网络之间，用于检测功率放大器的输出功率的变化，并通过所述偏置网络将输出功率的变化反馈至每个功率放大级的输入端；

所述偏置网络包括：第一三极管、第二三极管、第三三极管、第四三极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻；

第一电阻的一端连接电源，另一端通过第二电阻连接第二三极管的集电极，第二三极管的发射极连接第三三极管的集电极，第三三极管的发射极接地；第二三极管的基极连接第二三极管的集电极，第三三极管的基极连接第三三极管的集电极；

第一三极管的集电极连接所述电源，第一三极管的发射极通过第三电阻连接第四三极管的集电极，第四三极管的发射极接地；第四三极管的基极连接第四三极管的集电极；第一三极管的基极连接所述第一电阻和第二电阻的公共端，同时第一三极管的基极连接所述第一二极管的阴极；

所述第四电阻的一端连接第一三极管的发射极，另一端通过第五电阻接地；

所述功率放大级为两个，分别为第一功率放大级和第二功率放大级；

所述第四电阻和第五电阻的公共端连接所述第一功率放大级中的主放大晶体管的基极；同时，所述第四电阻和第五电阻的公共端连接所述第二功率放大级中的主放大晶体管的基极。

6.根据权利要求5所述的提高功率放大器线性度的电路，其特征在于，当所述功率放大级为多个时，前一级功率放大级与后一级功率放大级之间连接有级间匹配网络。

7.根据权利要求6所述的提高功率放大器线性度的电路，其特征在于，每个所述功率放大级包括：一个或多个主放大晶体管，和，一个或多个扼流圈。

8.根据权利要求6所述的提高功率放大器线性度的电路，其特征在于，每个所述功率放大级包括一个主放大晶体管和一个扼流圈；

所述主放大晶体管的基极连接所述偏置网络，所述偏置网络为该主放大晶体管的基极提供偏置电压，主放大晶体管的发射极接地或通过电感接地，集电极通过所述扼流圈连接电源；同时，前一级功率放大器中的主放大晶体管的集电极通过所述级间匹配网络连接后一级功率放大器中的主放大晶体管的基极；

所述第一电容的一端连接最后一级功率放大器的主放大晶体管的集电极，另一端连接第一二极管的阳极，第一二极管的阴极连接偏置网络。