CN104750160B - 功率放大器输出功率控制电路 - Google Patents
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Abstract
一种功率放大器输出功率控制电路，与功率放大器连接，包括：第一运算放大器，负输入端接收功率控制信号；第一PMOS管，栅极与所述第一运算放大器的输出端连接、源极接外部电源、漏极通过一分压网络接地；所述功率放大器的电源端与所述第一PMOS管的漏极连接、输入端接入待放大信号、输出端放大信号；电流采样模块，对所述第一PMOS管的电流采样形成采样电流，根据所述采样电流向所述第一运算放大器的正输入端提供负反馈信号，使得所述功率放大器的总输出功率不变。可以维持功率放大器总输出功率不变，从而实现弱化负载阻抗变化与输出功率之间的对应关系，使得功率控制更加精确。
Description
技术领域
本发明属于功率放大器领域，尤其涉及一种功率放大器输出功率控制电路。
背景技术
在功率放大器设计中，尤其是饱和功率放大器设计中，需要对功率放大器的输出功率做控制，在不同通讯强度的应用环境中，要求功率放大器可以输出不同的输出功率。
目前，常规的功率控制方法有三种：第一，限制放大器的电源电压。功率控制器的输出作为放大器的电源电压，通过Ramp信号（斜坡信号）控制功率控制器的输出，使得放大器的电源电压跟随Ramp信号变化，从而实现输出功率控制。第二，电流检测反馈型。通过检测放大器的工作电流，反馈给基带做处理，基带再通过功率控制器改变放大器的工作电流，通过该反馈完成功率控制。第三，功率耦合器，通过芯片外围的定向耦合器检测输出功率，将功率值返回给基带，基带通过功率控制器（或者调整输入功率）相应改变输出功率，通过该反馈实现功率控制。
以上三种方法中，第三种需要额外的功率耦合器设计，设计成本偏高；第一种和第二种共有的缺陷是功率放大器的负载失配导致功率变化，该变化不受功率控制反馈环的影响，从而导致功率控制不够准确。
发明内容
基于此，有必要提供一种通过负反馈弱化功率放大器的负载失配与输出功率的关系，使得功率控制更为准确的功率放大器输出功率控制电路。
一种功率放大器输出功率控制电路，与功率放大器连接，包括：
分压网络
第一运算放大器，负输入端接收功率控制信号；
第一PMOS管，栅极与所述第一运算放大器的输出端连接，源极接外部电源，漏极通过所述分压网络接地；
所述功率放大器的电源端与所述第一PMOS管的漏极连接，输入端接入待放大信号，输出端放大信号；
电流采样模块，对所述第一PMOS管的电流采样形成采样电流，根据所述采样电流向所述第一运算放大器的正输入端提供负反馈信号，使得所述功率放大器的总输出功率不变，其中，所述负反馈信号通过所述分压网络输入到所述第一运算放大器的正输入端。
在其中一个实施例中，所述电流采样模块包括一个或多个PMOS管，该一个或多个PMOS管与所述第一PMOS管形成镜像关系以复制所述第一PMOS管的电流，且根据该电流加以调整后输出所述负反馈信号；或
所述电流采样模块采样所述第一PMOS管的电流，并通过电流-电压-电流的转换后输出所述负反馈信号。
在其中一个实施例中，所述负反馈信号为电流信号，所述负反馈信号与所述功率放大器的电源端的电压值成反比。
在其中一个实施例中，所述电流采样模块包括第二PMOS管、第二电流镜像和第三电流镜像，所述第二PMOS管与所述第一PMOS管形成第一电流镜像，所述第一电流镜像、所述第二电流镜像和所述第三电流镜像依次连接，所述第三电流镜像输出所述负反馈信号。
在其中一个实施例中，所述第二电流镜像包括第一NMOS管、第二NMOS管，所述第三电流镜像包括第三PMOS管和第四PMOS管；
所述第二PMOS管的栅极与所述第一运算放大器的输出端连接，源极接所述电源，漏极与所述第一NMOS管的漏极；
所述第一NMOS管的栅极与本身的漏极以及所述第二NMOS管的栅极连接，所述第一NMOS管和第二NMOS管的源极接地，所述第二NMOS管的漏极与所述第三PMOS管的漏极连接；
所述第三PMOS管的栅极与本身的漏极以及所述第四PMOS管的栅极连接，所述第三PMOS管和所述第四PMOS管的源极接所述电源，所述第四PMOS管的漏极输出所述负反馈信号。
在其中一个实施例中，所述电流采样模块还包括第二运算放大器，所述第二运算放大器的正输入端和负输入端分别与所述第一PMOS管和所述第二PMOS管的漏极连接，所述第二运算放大器的输出端与所述第一PMOS管和所述第二PMOS管的栅极连接。
在其中一个实施例中，所述电流采样模块包括与所述第一PMOS管形成第一电流镜像的第二PMOS管和用于电流-电压-电流转换的转换装置；
所述第二PMOS管的栅极与所述第一运算放大器的输出端连接，源极接所述电源，漏极与所述转换装置的输入端连接，所述转换装置的输出端输出所述负反馈信号。
在其中一个实施例中，所述电流采样模块还包括第二运算放大器，所述第二运算放大器的正输入端和负输入端分别与所述第一PMOS管和所述第二PMOS管的漏极连接，所述第二运算放大器的输出端与所述第一PMOS管和所述第二PMOS管的栅极连接。
在其中一个实施例中，所述分压网络包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的第一端接入所述负反馈信号，并与所述第一运算放大器的正输入端连接，所述第一电阻的第二端接地；所述第二电阻的第一端与所述第一PMOS管的漏极连接，第二端与所述第一电阻的第一端连接。
在其中一个实施例中，所述分压网络包括第一电阻、第三电阻和第四电阻，所述第一电阻的第一端与所述第一运算放大器的正输入端连接，第二端接地；所述第三电阻的第一端接入所述负反馈信号，第二端与所述第一电阻的第一端连接；所述第四电阻的第一端与所述第一PMOS管的漏极连接，第二端与所述第三电阻的第一端连接。
上述功率放大器输出功率控制电路中，当功率放大器负载变化引起第一PMOS管的电流变化时，采样并反馈的电流会调整功率放大器的电源端的电压值，当第一PMOS管的电流变大时，该电压值变小，当第一PMOS管的电流变小时，该电压值变大，因此可以维持功率放大器总输出功率不变，从而实现弱化负载阻抗变化与输出功率之间的对应关系，使得功率控制更加精确。
附图说明
图1是一个实施例功率放大器输出功率控制电路的模块示意图；
图2是一个实施例中的功率放大器增益衰减电路的电路原理图；
图3是另一个实施例中的功率放大器增益衰减电路的电路原理图；
图4是另一个实施例中功率放大器输出功率控制电路的模块示意图。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
结合图1至4，功率放大器输出功率控制电路包括第一运算放大器AMP0、第一PMOS管MP0、功率放大器AMP2、电流采样模块102和分压网络104。其中，参考图3和4，第一运算放大器AMP0、第一PMOS管MP0和功率放大器AMP2构成功率控制器101，功率放大器AMP2为射频功率放大器，功率控制器101通过功率控制信号Vramp的大小来控制功率放大器AMP2的电源端的电压值大小，从而实现对功率放大器AMP2的功率控制。
第一运算放大器AMP0的负输入端接收功率控制信号Vramp；第一PMOS管MP0的栅极与第一运算放大器AMP0的输出端连接，第一PMOS管MP0的源极接外部电源，第一PMOS管MP0的漏极通过分压网络104接地；功率放大器AMP2的电源端Vcc与第一PMOS管MP0的漏极连接，功率放大器AMP2的输入端接入待放大信号RFin，功率放大器AMP2的输出端放大信号RFout到负载（图未示）；电流采样模块102对第一PMOS管MP0的电流Icc（指的是第一PMOS管MP0的漏极电流）采样形成采样电流Isense，且根据采样电流Isense向第一运算放大器AMP0的正输入端提供负反馈信号Ifeedback，使得功率放大器AMP2的总输出功率不变，其中，负反馈信号Ifeedback通过分压网络104输入到第一运算放大器AMP0的正输入端。
更具体地，负反馈信号Ifeedback为电流信号，负反馈信号Ifeedback与功率放大器AMP2的电源端Vcc的电压值成反比。电流采样模块102等比例采样流过第一PMOS管MP0的电流Icc，形成采样电流Isense，将采样电流Isense调整为适当比例之后的负反馈信号（电流）Ifeedback反馈到传统的功率控制器101的Vx（即第一运算放大器AMP0的正输入端）点上。其原理是，当功率放大器AMP2负载变化引起电流Icc变化时，采样并反馈的信号Ifeedback会调整功率放大器AMP2的电源端Vcc的电压值，因此可以维持功率放大器AMP2的输出的放大信号RFout总输出功率不变，从而实现弱化负载阻抗变化与输出功率之间的对应关系，使得功率控制更加精确。
参考图2，在其中一个实施例中，电流采样模块102包括一个或多个PMOS管，该一个或多个PMOS管与第一PMOS管MP0形成镜像关系以复制第一PMOS管的电流Icc，且根据该第一PMOS管MP0的电流Icc加以调整后输出负反馈信号Ifeedback。
在进一步的实施例中，电流采样模块102包括第二PMOS管MP1、第二电流镜像202和连接的第三电流镜像203，第二PMOS管MP1与第一PMOS管MP0形成第一电流镜像201，第一电流镜像201、第二电流镜像202和所述第三电流镜像203依次连接，第三电流镜像203输出负反馈信号Ifeedback。
在进一步的实施例中，第二电流镜像202包括第一NMOS管MN0、第二NMOS管MN1，第三电流镜像203包括第三PMOS管MP2和第四PMOS管MP3。
第二PMOS管MP1的栅极与第一运算放大器AMP0的输出端连接、第二PMOS管MP1的源极接电源、第二PMOS管MP1的漏极与第一NMOS管MN0的漏极；第一NMOS管MN0的栅极与本身的漏极以及第二NMOS管MN1的栅极连接，第一NMOS管MN0和第二NMOS管MN1的源极接地，第二NMOS管MN1的漏极与第三PMOS管MP2的漏极连接；第三PMOS管MP2的栅极与本身的漏极以及第四PMOS管MP3的栅极连接，第三PMOS管MP2和第四PMOS管MP3的源极接电源，第四PMOS管MP3的漏极输出负反馈信号Ifeedback。对镜像精确度要求不高的电路，可以去除第二电流镜像202和第三电流镜像203。
参考图3，在另一个实施例中，电流采样模块102采样第一PMOS管MP0的电流Icc，并通过电流-电压-电流的转换后输出负反馈信号Ifeedback。
在进一步实施例中，电流采样模块102包括与第一PMOS管MP0形成第一电流镜像201的第二PMOS管MP1和用于电流-电压-电流转换的转换装置204。
第二PMOS管MP1的栅极与第一运算放大器AMP0的输出端连接，第二PMOS管MP1的源极接电源，第二PMOS管MP1的漏极与转换装置204的输入端连接，转换装置204的输出端输出负反馈信号Ifeedback，转换装置204可以是电流电压转换芯片和/或电压电流转换芯片。
另外，电流-电压转换可以通过栅漏连接的NMOS管实现一定栅电压，也可以通过流经电阻的电流实现电阻压降；电压-电流转换同样可以采用栅连接的MOS管实现，也可以利用电阻两端的电压差实现电流。
参考图2和3，在优选的实施例中，电流采样模块102还包括第二运算放大器AMP1，第二运算放大器AMP1的正输入端和负输入端分别与第一PMOS管MP0和第二PMOS管MP1的漏极连接，第二运算放大器AMP1的输出端与第一PMOS管MP0和第二PMOS管MP1的栅极连接。
第二运算放大器AMP1的正输入端接第一PMOS管MP0的漏端，实现第一PMOS管MP0和第二PMOS管MP1的精确电流镜像。特别地，第二运算放大器AMP1的核心作用是强迫第一PMOS管MP0和第二PMOS管MP1的漏端电压相等，使得镜像更加准确。对镜像精确度要求不高的电路，可以去除第二运算放大器AMP1。
在其中一个实施例中，参考图1至3，分压网络104包括第一电阻R1和第二电阻R0，第一电阻R1的第一端接入负反馈信号Ifeedback，并与第一运算放大器AMP0的正输入端连接，第一电阻R1的第二端接地；第二电阻R0的第一端与第一PMOS管MP0的漏极连接，第二电阻R0的第二端与第一电阻R1的第一端连接。
参考图2，通过该连接的负反馈作用，第一运算放大器AMP0的正输入端（即功率控制器101的Vx点处）电压将等于第一运算放大器AMP0的负输入端电压（功率控制信号Vramp），GaAs功率放大器AMP2的电源端Vcc的电压值“Vcc”与第一运算放大器AMP0的正输入端的电压值“Vx”以及第一运算放大器AMP0的负输入端的电压值“Vramp”的关系如下式：
其中，式中的R0、R1分别是第二电阻R0和第一电阻R1的电阻值。
在另一个实施例中，负反馈信号Ifeedback的反馈点不仅仅限制于第一运算放大器的正输入端（Vx点），可以将第二电阻R0拆分成两个电阻：第三电阻R02和第四电阻R01，即分压网络104包括第一电阻R1、第三电阻R02和第四电阻R01。第一电阻R1的第一端与第一运算放大器AMP0的正输入端连接，第一电阻R1的第二端接地；第三电阻R02的第一端接入负反馈信号Ifeedback，第三电阻R02的第二端与第一电阻R1的第一端连接；第四电阻R01的第一端与第一PMOS管MP0的漏极连接，第四电阻R01的第二端与第三电阻R02的第一端连接。第四电阻R01和第三电阻R02的电阻值之和等于第二电阻R0的电阻值，负反馈信号Ifeedback可以反馈在第四电阻R01和第三电阻R02的中间点位置。
以图2实施例为例说明电路工作原理，假设负载阻抗变化导致第一PMOS管MP0的Icc变大，则流过第二PMOS管MP1以及第一NMOS管MN0的电流增大，流过第二NMOS管MN1和第三PMOS管MP2的电流也增大，流过第四PMOS管MP3的电流也增大。第一运算放大器AMP0的正输入端电位受反馈环路控制，恒等于第一运算放大器AMP0的负输入端电位，因此流过第一电阻R1的电流恒等于Vramp/R1。当第四PMOS管MP3的电流增大了，而流过第一电阻R1的电流不变，必然导致流过第二电阻R0的电流减小，从而导致第二电阻R0两端的压降减小，即功率放大器AMP2的电源端Vcc的电压值降低，总之，电流Icc增大时功率放大器AMP2的电源端Vcc的电压值降低，总输出功率可以维持不变。假设负载阻抗变化导致电流Icc变小，同理可以推出功率放大器AMP2的电源端Vcc的电压值升高，总输出功率可以维持不变。
可以理解的是，上述的PMOS管和NMOS管分别为P沟道MOS管和N沟道MOS管。
此外，还提供了一种通信终端，包括上述的功率放大器输出功率控制电路。该通信终端可以是手机、PAD、对讲机等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种功率放大器输出功率控制电路，与功率放大器连接，其特征在于，包括：
分压网络；
第一运算放大器，负输入端接收功率控制信号；
第一PMOS管，栅极与所述第一运算放大器的输出端连接，源极接外部电源，漏极通过所述分压网络接地；
所述功率放大器的电源端与所述第一PMOS管的漏极连接，输入端接入待放大信号，输出端放大信号；
电流采样模块，对所述第一PMOS管的电流采样形成采样电流，根据所述采样电流向所述第一运算放大器的正输入端提供调整为适当比例之后的负反馈信号，使得所述功率放大器的总输出功率不变，其中，所述负反馈信号通过所述分压网络输入到所述第一运算放大器的正输入端。
2.根据权利要求1所述的功率放大器输出功率控制电路，其特征在于，所述电流采样模块包括一个或多个PMOS管，该一个或多个PMOS管与所述第一PMOS管形成镜像关系以复制所述第一PMOS管的电流，且根据该电流加以调整后输出所述负反馈信号；或
所述电流采样模块采样所述第一PMOS管的电流，并通过电流-电压-电流的转换后输出所述负反馈信号。
3.根据权利要求1或2所述的功率放大器输出功率控制电路，其特征在于，所述负反馈信号为电流信号，所述负反馈信号与所述功率放大器的电源端的电压值成反比。
4.根据权利要求1或2所述的功率放大器输出功率控制电路，其特征在于，所述电流采样模块包括第二PMOS管、第二电流镜像和第三电流镜像，所述第二PMOS管与所述第一PMOS管形成第一电流镜像，所述第一电流镜像、所述第二电流镜像和所述第三电流镜像依次连接，所述第三电流镜像输出所述负反馈信号。
5.根据权利要求4所述的功率放大器输出功率控制电路，其特征在于，所述第二电流镜像包括第一NMOS管、第二NMOS管，所述第三电流镜像包括第三PMOS管和第四PMOS管；
所述第二PMOS管的栅极与所述第一运算放大器的输出端连接、源极接所述电源、漏极与所述第一NMOS管的漏极；
所述第一NMOS管的栅极与本身的漏极以及所述第二NMOS管的栅极连接，所述第一NMOS管和第二NMOS管的源极接地，所述第二NMOS管的漏极与所述第三PMOS管的漏极连接；
所述第三PMOS管的栅极与本身的漏极以及所述第四PMOS管的栅极连接，所述第三PMOS管和所述第四PMOS管的源极接所述电源，所述第四PMOS管的漏极输出所述负反馈信号。
6.根据权利要求4所述的功率放大器输出功率控制电路，其特征在于，所述电流采样模块还包括第二运算放大器，所述第二运算放大器的正输入端和负输入端分别与所述第一PMOS管和所述第二PMOS管的漏极连接，所述第二运算放大器的输出端与所述第一PMOS管和所述第二PMOS管的栅极连接。
7.根据权利要求1或2所述的功率放大器输出功率控制电路，其特征在于，所述电流采样模块包括与所述第一PMOS管形成第一电流镜像的第二PMOS管和用于电流-电压-电流转换的转换装置；
所述第二PMOS管的栅极与所述第一运算放大器的输出端连接，源极接所述电源，漏极与所述转换装置的输入端连接，所述转换装置的输出端输出所述负反馈信号。
8.根据权利要求7所述的功率放大器输出功率控制电路，其特征在于，所述电流采样模块还包括第二运算放大器，所述第二运算放大器的正输入端和负输入端分别与所述第一PMOS管和所述第二PMOS管的漏极连接，所述第二运算放大器的输出端与所述第一PMOS管和所述第二PMOS管的栅极连接。
9.根据权利要求1所述的功率放大器输出功率控制电路，其特征在于，所述分压网络包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的第一端接入所述负反馈信号，并与所述第一运算放大器的正输入端连接，所述第一电阻的第二端接地；所述第二电阻的第一端与所述第一PMOS管的漏极连接，第二端与所述第一电阻的第一端连接。
10.根据权利要求1所述的功率放大器输出功率控制电路，其特征在于，所述分压网络包括第一电阻、第三电阻和第四电阻，所述第一电阻的第一端与所述第一运算放大器的正输入端连接，第二端接地；所述第三电阻的第一端接入所述负反馈信号，第二端与所述第一电阻的第一端连接；所述第四电阻的第一端与所述第一PMOS管的漏极连接，第二端与所述第三电阻的第一端连接。
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