CN105763164A

CN105763164A - 一种射频功率放大器电路

Info

Publication number: CN105763164A
Application number: CN201410774718.6A
Authority: CN
Inventors: 郝明丽
Original assignee: DEYANG ZHONGKE MICROELECTRONICS Co Ltd
Current assignee: DEYANG ZHONGKE MICROELECTRONICS Co Ltd
Priority date: 2014-12-16
Filing date: 2014-12-16
Publication date: 2016-07-13

Abstract

一种射频功率放大器电路属于通信技术领域，尤其涉及一种射频功率放大器电路。本发明提供一种同时具有功率控制功能和改善增益膨胀的射频功率放大器电路。本发明包括功率放大器、功率控制电路、线性化偏置电路和偏置提升电路，其结构要点功率放大器的输入端口分别与线性化偏置电路的输出端口、偏置提升电路的输出端口、NPN三极管HBT₀的基极相连，HBT₀的发射极接地，HBT₀的集电极分别与功率放大器的输出端口、偏置提升电路的输入端口、电感一端相连，电感另一端与电源Vcc相连；线性化偏置电路的输入端口与功率控制电路的输出端口相连。

Description

一种射频功率放大器电路

技术领域

本发明属于通信技术领域，尤其涉及一种射频功率放大器电路。

背景技术

随着移动设备与基站距离的远近不同，在通信时移动设备中功率放大器发射信号的功率也会做相应的高低调整。通常功率放大器的输出功率处于中低功率的范围内，只有少数距离基站较远的郊区才有可能到达高输出功率。因此在高低输出功率下，采用不同的偏置电流，可显著减小低功率状态下的直流消耗，从而提高功率放大器的整体效率，延长电池的使用寿命。

另一方面，现代无线通信中的多载波技术所带来的高峰均比的问题，使无线发射机的设计者们面临着不断出现的挑战，无论从电源管理还是对无线频谱的使用方面，都需要构建更加高效的系统。对功率放大器来说，一方面要满足高峰均功率比（PAPR）信号线性度的要求，功率放大器本身需要工作在功率回退状态（从1dB压缩点回退PAPR大小的功率），这样，功率放大器就不会工作在最大的效率状态，另一方面，为了降低功耗，提高效率，需要将功率放大器偏置在较低的直流工作点，但是在提高效率的同时，往往带来较为严重的失真。随着功率的增加，其非线性会显著增加，当具有一定带宽的调制信号通过功率放大器后，除了带内失真，还会产生交调分量，造成频谱扩展，对邻道信号形成干扰，直接影响到接收系统的误码率，恶化通信系统的性能。

为了实现满足系统所需要的增益和功率等指标，功率放大器往往需要多级级联，考虑线性化的设计，前级由于耗电较低，一般偏置在AB类工作状态，而后级（后几级）往往偏向于深AB类甚至B类。随着输入信号的加大，功率放大器除了会出现增益压缩，由于偏置电流较低，往往还会出现一段增益膨胀区域，一般在高功率区域，适度的增益膨胀会弥补增益压缩，使得功率放大器的1dB压缩点后延，从而提高线性度，但对于非恒包络调制系统，高峰均比带来更高的线性度要求，增益膨胀引入的幅度和相位失真往往不可忽视。

发明内容

本发明就是针对上述问题，提供一种同时具有功率控制功能和改善增益膨胀的射频功率放大器电路。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明包括功率放大器、功率控制电路、线性化偏置电路和偏置提升电路，其结构要点功率放大器的输入端口分别与线性化偏置电路的输出端口、偏置提升电路的输出端口、NPN三极管HBT₀的基极相连，HBT₀的发射极接地，HBT₀的集电极分别与功率放大器的输出端口、偏置提升电路的输入端口、电感一端相连，电感另一端与电源Vcc相连；线性化偏置电路的输入端口与功率控制电路的输出端口相连。

作为一种优选方案，本发明所述功率控制电路由电阻R1、电阻R2、NPN三极管HBT₁和NPN三极管HBT₂构成，R1一端与电源Vcon相连，R1另一端分别与HBT₁的基极、HBT₂的发射极相连，HBT₁的集电极与线性化偏置电路的输入端口相连，HBT₁的发射极分别与HBT₂的基极、R2一端相连，HBT₂的集电极、R2另一端、地线相连。

作为另一种优选方案，本发明所述线性化偏置电路由电阻R3、电容C₁、NPN三极管HBT₅、NPN三极管HBT₃和NPN三极管HBT₄构成，R3一端分别与电源V_bias、HBT₅集电极相连，R3另一端分别与HBT₅基极、C₁一端、HBT₃集电极、HBT₃基极、功率控制电路的输出端口相连，C₁另一端接地，HBT₃发射极、HBT₄基极、HBT₄集电极相连，HBT₄发射极接地，HBT₅发射极与功率放大器的输入端口相连。

另外，本发明所述偏置提升电路由开关K₀、NPN三极管HBT₆、电阻R₄和电容C₂构成，K₀一端与功率放大器的输出端口相连，K₀另一端分别与HBT₆基极、HBT₆集电极相连，HBT₆发射极与R₄一端相连，R₄另一端分别与C₂一端、功率放大器的输入端口相连，C2另一端接地。

本发明有益效果。

本发明提供一种同时具有功率控制功能和改善增益膨胀的功率放大器电路。通过在功率放大器芯片内增加功率控制电路，在高、低功率模式下，相应地转换静态偏置电流。使功率放大器在高输出功率模式时，工作在AB类状态；而在低输出功率模式时，工作在接近B类状态。这样在低功率模式下，静态电流减小，从而提高了放大器的功率附加效率PAE。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。

图1为本发明提出的一种功率放大器电路原理框图。

图2为本发明实施例的一种电路结构。

具体实施方式

如图所示，本发明包括功率放大器、功率控制电路、线性化偏置电路和偏置提升电路，其结构要点功率放大器的输入端口分别与线性化偏置电路的输出端口、偏置提升电路的输出端口、NPN三极管HBT₀的基极相连，HBT₀的发射极接地，HBT₀的集电极分别与功率放大器的输出端口、偏置提升电路的输入端口、电感一端相连，电感另一端与电源Vcc相连；线性化偏置电路的输入端口与功率控制电路的输出端口相连。

所述功率控制电路由电阻R1、电阻R2、NPN三极管HBT₁和NPN三极管HBT₂构成，R1一端与电源Vcon相连，R1另一端分别与HBT₁的基极、HBT₂的发射极相连，HBT₁的集电极与线性化偏置电路的输入端口相连，HBT₁的发射极分别与HBT₂的基极、R2一端相连，HBT₂的集电极、R2另一端、地线相连。

所述线性化偏置电路由电阻R3、电容C₁、NPN三极管HBT₅、NPN三极管HBT₃和NPN三极管HBT₄构成，R3一端分别与电源V_bias、HBT₅集电极相连，R3另一端分别与HBT₅基极、C₁一端、HBT₃集电极、HBT₃基极、功率控制电路的输出端口相连，C₁另一端接地，HBT₃发射极、HBT₄基极、HBT₄集电极相连，HBT₄发射极接地，HBT₅发射极与功率放大器的输入端口相连。

所述偏置提升电路由开关K₀、NPN三极管HBT₆、电阻R₄和电容C₂构成，K₀一端与功率放大器的输出端口相连，K₀另一端分别与HBT₆基极、HBT₆集电极相连，HBT₆发射极与R₄一端相连，R₄另一端分别与C₂一端、功率放大器的输入端口相连，C2另一端接地。

在高功率模式下，由于晶体管处于较低的偏置状态，随着输入信号功率的增加，射频晶体管的基射结二极管整流后的平均DC电流增大，且基极-发射极结（简称“基射结”）电压Vbe下降，Vbe的下降带来跨导的降低，使得增益压缩和相位失真较早出现，为了补偿大信号下的增益压缩和相位失真，必须使得大信号和小信号的跨导保持一致，有效的方式就是通过提供额外的电流移动偏置点，补偿Vbe的下降，同时由于从集电极来的额外的DC电流使得增益膨胀也受到压制，从而提升了功率放大器的线性度。

如附图1所示，功率放大器电路主要涉及射频功率放大器101、功率控制电路102、偏置电路103和偏置提升电路104等。针对上述问题，本发明的技术解决方案如下，所述功率控制电路与偏置电路相连，控制射频功率管的偏置电流的大小，实现高低功率模式；所述偏置提升电路与偏置电路相连，当射频功率放大器工作在高功率模式时，启动偏置提升电路，提高射频功率管的基极偏置电流，而在低功率模式下，由于需要的偏置电流较低，无需启动偏置提升电路。

本发明的其中一种实现形式如附图2所示。其中附图1中的功率控制电路、线性化偏置电路、偏置提升电路分别对应附图2的202、203、204部分。功率放大器对应附图2中的201。由功率控制电路202控制偏置电路203的偏置电流的大小，当Vcon较小时，功率控制电路中的两个晶体管HBT₁和HBT₂不会开启，因此不会有电流从偏置电路中抽取过来，此时功率放大器201工作在高功率模式，当Vcon较大，能够使晶体管HBT₁和HBT₂开启时，将有电流从偏置电路中抽取过来，导致偏置电路中HBT₅的基极和发射极电流降低，功率放大器的电流也降低，此时功率放大器工作在低功率模式。这样功率放大器就可以根据输出功率的大小来选择偏置状态，既能保持一定的线性度也能满足在低输出功率时的效率。

当功率放大器工作在高功率模式，偏置提升电路工作，也即附图2中的开关闭合，射频输出信号将有一部分通过该电路，并通过二极管整流得到DC电流，补偿到偏置电路的电流中，使得射频晶体管的基极电流增大，补偿了Vbe的下降，使跨导增大，线性度改善。

为了实现高低功率模式控制，提高功率放大器在低输出功率下的效率，通过功率控制电路的Vcon电压来实现两种功率模式的转换。低功率模式下，Vcon较大能够使HBT₁、HBT₂开启，此种情况下，将有电流从偏置电路中抽取过来，因此，流向HBT₅的基极电流将下降，导致射频功率管的基极电流也下降，从而使得功率放大器输出功率较低，工作在低功率模式。高功率模式下，Vcon电压较小，不足以使HBT₁、HBT₂开启，此时没有电流从偏置电路中抽取过来，因此，功率放大器的偏置电流相对较高，此时工作在高功率模式。但是限于效率的问题，功率放大器往往偏置在深AB类甚至B类状态，因此偏置电流并不太高。随着输入信号增大，在中高功率区域，会出现一段最大稳定增益（MSG）快速上升的区域，对应增益曲线上的一段增益膨胀的区域，引起放大器幅度和相位的失真，这将影响功率放大器的线性功率。因此，需要针对高功率模式采取偏置电流补偿的方式。

如附图2所示，偏置提升电路中开关K₀其一端与射频功率管的集电极相连，另一端与用作二极管的HBT₆的基极相连，HBT₆的发射极与电阻R₄的一端相连，R4的另一端与电容的上极板相连，同时连接到偏置电路中HBT₅的发射极，一起给射频功率管的基极供电。该电路的主要原理是在射频晶体管HBT₀的基极和集电极之间提供了一个直流（DC）通路或者说是整流的DC通路。因而，DC电流能从射频晶体管的集电极流到基极，而且此电流将随着输入功率的增加而增大。当总的基极电流增大了，基射结电压Vbe得到提升，跨导提高，增益膨胀得到抑制，改善了功率放大器的线性度。

另外，在线性化偏置电路203中，通过HBT₅的基射结和电容C₁实现功率放大器的自适应偏置，改善了大信号下的增益压缩，提高了功率放大器的线性度。

综上所述，通过本发明的上述实施例，实现了功率放大器的高低功率模式控制，同时提高了高功率模式下的线性输出功率。既满足了不同功率模式的需要，又满足了对功率放大器线性度的要求。

可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种射频功率放大器电路，包括功率放大器、功率控制电路、线性化偏置电路和偏置提升电路，其特征在于功率放大器的输入端口分别与线性化偏置电路的输出端口、偏置提升电路的输出端口、NPN三极管HBT ₀ 的基极相连，HBT ₀ 的发射极接地，HBT ₀ 的集电极分别与功率放大器的输出端口、偏置提升电路的输入端口、电感一端相连，电感另一端与电源Vcc相连；线性化偏置电路的输入端口与功率控制电路的输出端口相连。

2.根据权利要求1所述一种射频功率放大器电路，其特征在于所述功率控制电路由电阻R1、电阻R2、NPN三极管HBT ₁ 和NPN三极管HBT ₂ 构成，R1一端与电源Vcon相连，R1另一端分别与HBT ₁ 的基极、HBT ₂ 的发射极相连，HBT ₁ 的集电极与线性化偏置电路的输入端口相连，HBT ₁ 的发射极分别与HBT ₂ 的基极、R2一端相连，HBT ₂ 的集电极、R2另一端、地线相连。

3.根据权利要求2所述一种射频功率放大器电路，其特征在于所述线性化偏置电路由电阻R3、电容C ₁ 、NPN三极管HBT ₅ 、NPN三极管HBT ₃ 和NPN三极管HBT ₄ 构成，R3一端分别与电源V _bias 、HBT ₅ 集电极相连，R3另一端分别与HBT ₅ 基极、C ₁ 一端、HBT ₃ 集电极、HBT ₃ 基极、功率控制电路的输出端口相连，C ₁ 另一端接地，HBT ₃ 发射极、HBT ₄ 基极、HBT ₄ 集电极相连，HBT ₄ 发射极接地，HBT ₅ 发射极与功率放大器的输入端口相连。

4.根据权利要求3所述一种射频功率放大器电路，其特征在于所述偏置提升电路由开关K ₀ 、NPN三极管HBT ₆ 、电阻R ₄ 和电容C ₂ 构成，K ₀ 一端与功率放大器的输出端口相连，K ₀ 另一端分别与HBT ₆ 基极、HBT ₆ 集电极相连，HBT ₆ 发射极与R ₄ 一端相连，R ₄ 另一端分别与C ₂ 一端、功率放大器的输入端口相连，C2另一端接地。