CN105765863B - 一种功率放大器稳定电路及发射机 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种功率放大器稳定电路及发射机，其中稳定电路包括：功率放大器和栅极偏置电路；栅极偏置电路包括至少两级RC模块，RC模块之间互相串联；功率放大器的输入端通过所述栅极偏置电路连接栅极偏置电压；RC模块包括一个电阻和一个电容；各个所述RC模块之间的电阻串联后连接所述栅极偏置电压；距离所述功率放大器输入端最近的为第一级RC模块，第一级RC模块中的电阻的第一端连接所述功率放大器的输入端，第一级RC模块中的电阻的第二端通过所述第一级RC模块中的电容接地；第二级RC模块中的电阻的第一端连接所述第一级RC模块中电阻的第二端，第二级RC模块中的电阻的第二端通过第二级RC模块中的电容接地；后级所有RC模块中电阻和电容之间的连接关系与第二级RC模块中电阻和电容之间的连接关系相同。这样可以使得功率放大器在其工作频带内全部保持稳定。并且不会降低功率放大器的带内增益。

Description

一种功率放大器稳定电路及发射机
技术领域
本申请涉及集成电路技术领域，特别涉及一种功率放大器稳定电路及发射机。
背景技术
由于功率放大器(以下简称放大器)，具有较高的灵敏度，因此很容易接受外界和内部的一些干扰电压。如果放大器的增益过高或者反向隔离太小，即使在没有输入信号时，仍然有一定幅度和频率的电压输出，这就是放大器的自激振荡，即放大器自激。
小信号放大器如果出现自激将会在输出端输出很多干扰信号，而不能对有用信号进行有效的放大。大信号放大器如果出现自激，器件会严重发热，严重时将会损坏器件。
因此，减小放大器的带外增益或增加反向隔离均可以提高放大器的稳定性。一般来说，放大器容易在高频或者低频发生振荡。主要是因为：在低频段时，放大器的增益往往太高，容易满足自激条件。在高频段时，放大器的S12指标恶化，也容易满足自激条件。
现有技术中，为了解决放大器自激振荡的问题，采取在放大器的匹配电路上增加损耗器件，减小放大器的增益，提供放大器的稳定性。
参见图1和图2，该图为现有技术中提供的增大放大器稳定性的电路示意图。
图1提供的电路是在放大器的输入端串联第一电阻R1，图2中是在放大器的输入端并联第一电阻R1。
从输入端输入的射频信号在进入放大器之前都会被串联或者并联的R1进行衰减，从而提升放大器的稳定性。
但是，图1和图2提供的方案对所有频段的射频信号都有衰减，而放大器的低频稳定性一般比较差，所以为了满足低频的绝对稳定性需要R1的阻值较大，R1的阻值太大会影响放大器的带内增益，从而影响放大器的功放性能。
因此，本领域技术人员需要提供一种功率放大器稳定电路，能够在不影响放大器的功放增益下，提高放大器的稳定性。
发明内容
为了解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种功率放大器稳定电路，能够在不影响放大器的功放增益下，提高放大器的稳定性。
本申请实施例公开了如下技术方案：
第一方面，提供一种功率放大器稳定电路，包括：功率放大器和栅极偏置电路；
所述栅极偏置电路包括至少两级RC模块，所述RC模块之间互相串联；所述功率放大器的输入端通过所述栅极偏置电路连接栅极偏置电压；所述RC模块包括一个电阻和一个电容；各个所述RC模块之间的电阻串联后连接所述栅极偏置电压；距离所述功率放大器输入端最近的为第一级RC模块，所述第一级RC模块中的电阻的第一端连接所述功率放大器的输入端，所述第一级RC模块中的电阻的第二端通过所述第一级RC模块中的电容接地；第二级RC模块中的电阻的第一端连接所述第一级RC模块中电阻的第二端，所述第二级RC模块中的电阻的第二端通过第二级RC模块中的电容接地；后级所有RC模块中电阻和电容之间的连接关系与第二级RC模块中电阻和电容之间的连接关系相同。
结合第一方面的第一种可能的实现方式，还包括输入匹配电路和输出匹配电路；
所述栅极偏置电路集成在输入匹配电路内；
所述功率放大器的输入端通过所述输入匹配电路连接输入端口；
所述功率放大器的输出端通过输出匹配电路连接输出端口或负载。
结合第一方面的第二种可能的实现方式，所有所述RC模块中后一级RC模块中电容的容值比前一级RC模块中电容的容值大。
结合第一方面的第三种可能的实现方式，所有所述RC模块中后一级RC模块中电阻的阻值比前一级RC模块中电阻的阻值大。
结合第一方面的第四种可能的实现方式，还包括：并联谐振电路；
所述并联谐振电路包括相并联的第十一电阻和第十一电容；
所述并联谐振电路串联在所述功率放大器的输入端和所述输入匹配电路之间。
结合第一方面的第五种可能的实现方式，所述栅极偏置电路包括两级RC模块，分别为所述第一级RC模块和所述第二级RC模块；
所述第一级RC模块包括：第二电阻和第二电容；
所述第二级RC模块包括：第三电阻和第三电容；
所述第二电阻的一端连接所述功率放大器的输入端，所述第二电阻的另一端通过依次串联的第三电阻和第三电容接地；
所述第二电容的一端连接第二电阻和第三电阻的公共端；所述第二电容的另一端接地；
所述第三电容非接地的一端连接所述栅极偏置电压。
结合第一方面的第六种可能的实现方式，所述栅极偏置电路包括三级RC模块，分别为所述第一级RC模块、所述第二级RC模块和第三级RC模块；
所述第一级RC模块包括：第二电阻和第二电容；
所述第二级RC模块包括：第三电阻和第三电容；
所述第三级RC模块包括：第四电阻和第四电容；
所述第二电阻的一端连接所述功率放大器的输入端，所述第二电阻的另一端通过依次串联的第三电阻和第四电阻连接所述栅极偏置电压；
所述第二电阻和第三电阻的公共端通过所述第二电容接地；
所述第三电阻和第四电阻的公共端通过所述第三电容接地；
所述第四电阻连接所述栅极偏置电压的一端通过所述第四电容接地。
结合第一方面的第七种可能的实现方式，所述第二电容的谐振频点在所述功率放大器的工作频带内。
结合第一方面的第八种可能的实现方式，所述第三电容的谐振频点小于所述功率放大器的工作频带。
结合第一方面的第九种可能的实现方式，所述功率放大器的输出端连接漏极偏置电压。
第二方面，提供一种发射机，包括所述的功率放大稳定电路；
发射机中的驱动放大器和/或功率放大器包括所述功率放大稳定电路。
由上述实施例可以看出，与现有技术相比，本申请具有如下优点：
由于功率放大器的低频增益比高频增益高，所以低频稳定性要比高频稳定性差，这样栅极偏置电路需要串联较大阻值的电阻增加电路的稳定性。而功率放大器的高频频点需要栅极偏置电路中串联较小阻值的电阻才能达到良好的功放稳定性。这样可以使得功率放大器在其工作频带内全部保持稳定。而且本申请提供的电路不需要在功率放大器的输入匹配电路增加串联或者并联的电阻，因此，不会降低功率放大器的带内增益。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术中提供的一种增大放大器稳定性的电路示意图；
图2是现有技术中提供的另一种增大放大器稳定性的电路示意图；
图3是本发明提供的功率放大器稳定电路实施例一示意图；
图4是本发明提供的功率放大器稳定电路实施例二示意图；
图5是本发明提供的功率放大器稳定电路实施例三示意图；
图6是本发明提供的发射机的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
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。
实施例一：
参见图3，该图为本发明提供的功率放大器稳定电路实施例一示意图。
本发明实施例提供的功率放大器稳定电路，包括：功率放大器A、输入匹配电路100、输出匹配电路200以及栅极偏置电路；
所述功率放大器A的输入端通过所述输入匹配电路100连接输入端口300；
所述功率放大器A的输出端通过所述输出匹配电路200连接输出端口400；
需要说明的是，输出端口400也可以为负载。
可以理解的是，输入匹配电路100是为了将功率放大器A的输入端阻抗匹配到特性阻抗(一般为50欧)，输出匹配电路200的主要作用将功率放大器A的输出端阻抗匹配到特性阻抗(一般为50欧)，以达到功率放大器A最佳性能。。
所述栅极偏置电路包括至少两级RC模块，所述RC模块之间互相串联；所述功率放大器的输入端通过所述栅极偏置电路连接栅极偏置电压；所述RC模块包括一个电阻和一个电容；各个所述RC模块之间的电阻串联后连接所述栅极偏置电压，距离所述功率放大器输入端最近的为第一级RC模块，所述第一级RC模块中的电阻的第一端连接所述功率放大器的输入端，所述第一级RC模块中的电阻的第二端通过所述第一级RC模块中的电容接地；第二级RC模块中的电阻的第一端连接所述第一级RC模块中电阻的第二端，所述第二级RC模块中的电阻的第二端通过所述第二级RC模块中的电容接地；后级所有RC模块中电阻和电容之间的连接关系与第二级RC模块中的电阻和电容之间的连接关系相同。
需要说明的是，本发明实施例中之所以在功率放大器A的栅极偏置电路上串联电阻，是因为栅极偏置短路串联电阻经过电容接地，等效为在输入端并联电阻，而并联电阻可以提升功放的稳定性。
另外，由于功率放大器A的低频增益比高频增益高，所以低频稳定性要比高频稳定性差，这样栅极偏置电路需要串联较大阻值的电阻增加电路的稳定性。而功率放大器A的高频频点需要栅极偏置电路中串联较小阻值的电阻才能达到良好的功放稳定性。这样可以使得功率放大器A在其工作频带内全部保持稳定。而且本申请提供的电路不需要在功率放大器的输入匹配电路增加串联或者并联的电阻，因此，不会降低功率放大器的带内增益。
需要说明的是，本申请中提供的所述栅极偏置电路包括至少两级RC模块，最少需要两级RC模块，一级RC模块起不到本申请以上所述的功能和优点。可以理解的是，本申请不限定RC模块的上限数目，可以为多于两级的RC模块。
需要说明的是，本实施例中是以栅极偏置电路与输入匹配电路分别独立来介绍的，可以理解的是，所述栅极偏置电路可以与输入匹配电路集成在一起，即栅极偏置电路集成在输入匹配电路的内部。在此不再具体举例进行介绍，本发明中所有的实施例中以栅极匹配电路和输入匹配电路独立来介绍。
下面结合图3以栅极偏置电路包括两级RC模块为例进行介绍。
本实施例中的所述栅极偏置电路包括两级RC模块，分别为第一级RC模块和第二级RC模块；
所述第一级RC模块包括：第二电阻R2和第二电容C2；
所述第二级RC模块包括：第三电阻R3和第三电容C3；
所述第二电阻R2的一端连接所述功率放大器A的输入端，所述第二电阻R2的另一端通过依次串联的第三电阻R3和第三电容C3接地；
所述第二电容C2的一端连接第二电阻R2和第三电阻R3的公共端；所述第二电容C2的另一端接地；
所述第三电容C3非接地的一端连接所述栅极偏置电压VDC2。
需要说明的是，本实施例提供的功率放大器A的输出端连接漏极偏置电压VDC1。
对于低频来说，等效为R2和R3的串联；对于高频来说，等效为R3。显然，R2和R3串联后比R3要大，所以，低频时需要更大的电阻。
需要说明的是，图3中每个RC模块仅是以包括一个电阻和一个电容为例进行介绍的，本领域技术人员公知的是，该一个电阻可以为多个电阻串联和/或并联组成的，例如，为了获得一个需要的阻值，本领域技术人员可以选用多个电阻串联和/或并联来得到该阻值。同理，电容也是如此，每个RC模块中的所述电容可以为多个电容的串联和/或并联。本申请实施例中均是以每个RC模块中包括一个电阻和一个电容为例进行介绍的。
实施例二：
参见图4，该图为本发明提供的功率放大器稳定电路实施例二示意图。
图3中是以两个RC模块为例进行的介绍，图4是以三个RC模块为例进行的介绍。
本实施例中栅极偏置电路包括三级RC模块，分别为第一级RC模块、第二级RC模块和第三级RC模块；
所述第一级RC模块包括：第二电阻R2和第二电容C2；
所述第二级RC模块包括：第三电阻R3和第三电容C3；
所述第三级RC模块包括：第四电阻R4和第四电容C4；
所述第二电阻R2的一端连接所述功率放大器A的输入端，所述第二电阻R2的另一端通过依次串联的第三电阻R3和第四电阻R4连接所述栅极偏置电压VDC2；
所述第二电阻R2和第三电阻R3的公共端通过所述第二电容C2接地；
所述第三电阻R3和第四电阻R4的公共端通过所述第三电容C3接地；
所述第四电阻R4连接所述栅极偏置电压VDC2的一端通过所述第四电容C4接地。
需要说明的是，在图3和图4中，电容满足前一级RC模块中的电容容值比后一级RC模块中的电容容值小。具体为：C2<C3<C4。即功率放大器A的输入端先通过一个小的电阻并通过一个小的电容接地，从而实现高频接地，然后通过一个相对较大的电阻并通过一个相对较大的电容接地，从而实现低频接地，这样可以实现功率放大器在整个工作频带内全部保持稳定。
需要说明的是，在图3和图4所述的实施例中，所述第二电容C2的工作频带与所述功率放大器A的工作频带相同。例如，功率放大器A的工作频带为2G，则C2的谐振频点可以在2G附近。
所述第三电容C3的工作频带小于所述功率放大器A的工作频带。例如，功率放大器A的工作频带为2G，则C3的工作频率要小于2G，即在2G以内，例如为几百兆。再例如，功率放大器A的工频频带为F1-F2，其中F2大于F1，那么C3的工作频带小于F2。
需要说明的是，图4提供的三级RC模块比图3提供的二级RC模块的效果更好，可以使功率放大器的稳定性更高。
一级RC模块时虽然也可以提高功率放大器的稳定性，但是不能分频段进行处理，即低频时需要的电阻大，高频时需要的电阻小。
实施例三：
参见图5，该图为本发明提供的功率放大器稳定电路实施例三示意图。
需要说明的是，以上实施例提供的电路是在功率放大器的栅极偏置支路上增加RC模块，另外，在功率放大器的输入端增加并联谐振也可以提高功率放大器的稳定性。
如图5所示，本实施例提供的功率放大器稳定电路，还包括：并联谐振电路；
所述并联谐振电路包括相并联的第十一电阻R11和第十一电容C11；
所述并联谐振电路串联在所述功率放大器A的输入端和所述输入匹配电路100之间。
由于电容具有通高频、阻低频的特性。
低频信号主要从R11上通过，衰减了低频信号，提升了低频稳定性；
带内信号部分从R11通过、部分从C11通过，衰减量较低，提升少量带内稳定性；
高频信号主要从C11通过，信号衰减很小，对稳定性的提升几乎没有贡献。
可以理解的是，图5中既包括栅极偏置电路又包括功率放大器A输入端的谐振电路，因此，图5中提供的电路更好地提升功率放大器的稳定性。
基于以上实施例提供的一种功率放大器稳定电路，本发明还提供了一种应用于通信领域中的发射机。
参见图6，该图为本发明提供的一种发射机的结构示意图。
在通信系统中，发射机的作用是将信号按一定频率发射出去。
下面结合图6对发射机的工作过程进行简单地描述：首先数字信号通过数模转换器DAC10转换成模拟中频信号，模拟中频信号通过中频放大器20放大后再经过带通滤波器30滤波；滤波后的信号经过混频器40将中频信号变换成射频信号，射频信号通过发射带通滤波器50滤波后再通过驱动放大器A1、功率放大器A2放大，最后经过射频带通滤波器60滤波后从天线70辐射出去。
可以理解的是，在通信系统中，宏基站、小基站中都需要采用发射机。
本实施例中提供的发射机，包括以上任意一个实施例所述的功率放大稳定电路。
需要说明的是，发射机中的驱动放大器A1和/或功率放大器A2包括所述发射机功率放大稳定电路。
利用以上实施例提供的功率放大稳定电路可以使发射机中的驱动放大器和/或功率放大器工作更加稳定。
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 (9)

1.一种功率放大器稳定电路，其特征在于，包括：功率放大器和栅极偏置电路；
所述栅极偏置电路包括至少两级RC模块，所述RC模块之间互相串联；所述功率放大器的输入端通过所述栅极偏置电路连接栅极偏置电压；所述RC模块包括一个电阻和一个电容；各个所述RC模块之间的电阻串联后连接所述栅极偏置电压；距离所述功率放大器输入端最近的为第一级RC模块，所述第一级RC模块中的电阻的第一端连接所述功率放大器的输入端，所述第一级RC模块中的电阻的第二端通过所述第一级RC模块中的电容接地；第二级RC模块中的电阻的第一端连接所述第一级RC模块中电阻的第二端，所述第二级RC模块中的电阻的第二端通过第二级RC模块中的电容接地；后级所有RC模块中电阻和电容之间的连接关系与第二级RC模块中电阻和电容之间的连接关系相同；
所有所述RC模块中后一级RC模块中电容的容值比前一级RC模块中电容的容值大；
所有所述RC模块中后一级RC模块中电阻的阻值比前一级RC模块中电阻的阻值大。
2.根据权利要求1所述的功率放大器稳定电路，其特征在于，还包括输入匹配电路和输出匹配电路；
所述栅极偏置电路集成在输入匹配电路内；
所述功率放大器的输入端通过所述输入匹配电路连接输入端口；
所述功率放大器的输出端通过输出匹配电路连接输出端口或负载。
3.根据权利要求1所述的功率放大器稳定电路，其特征在于，还包括：并联谐振电路；
所述并联谐振电路包括相并联的一个电阻和一个电容；
所述并联谐振电路串联在所述功率放大器的输入端和输入匹配电路之间。
4.根据权利要求3所述的功率放大器稳定电路，其特征在于，所述栅极偏置电路包括两级RC模块，分别为所述第一级RC模块和所述第二级RC模块；
所述第一级RC模块包括：一个电阻和一个电容；
所述第二级RC模块包括：一个电阻和一个电容；
所述第一级RC模块中的电阻的一端连接所述功率放大器的输入端，所述第一级RC模块中的电阻的另一端通过依次串联的所述第二级RC模块中的电阻和所述第二级RC模块中的电容接地；
所述第一级RC模块中的电容的一端连接所述第一级RC模块中的电阻和所述第二级RC模块中的电阻的公共端；所述第一级RC模块中的电容的另一端接地；
所述第二级RC模块中的电容非接地的一端连接所述栅极偏置电压。
5.根据权利要求根据权利要求3所述的功率放大器稳定电路，其特征在于，所述栅极偏置电路包括三级RC模块，分别为所述第一级RC模块、所述第二级RC模块和第三级RC模块；
所述第一级RC模块包括：一个电阻和一个电容；
所述第二级RC模块包括：一个电阻和一个电容；
所述第三级RC模块包括：一个电阻和一个电容；
所述第一级RC模块中的电阻的一端连接所述功率放大器的输入端，所述第一级RC模块中的电阻的另一端通过依次串联的所述第二级RC模块中的电阻和所述第三级RC模块中的电阻连接所述栅极偏置电压；
所述第一级RC模块中的电阻和所述第二级RC模块中的电阻的公共端通过所述第一级RC模块中的电容接地；
所述第二级RC模块中的电阻和所述第三级RC模块中的电阻的公共端通过所述第二级RC模块中的电容接地；
所述第三级RC模块中的电阻连接所述栅极偏置电压的一端通过所述第三级RC模块中的电容接地。
6.根据权利要求4或5所述的功率放大器稳定电路，其特征在于，所述第一级RC模块中的电容的谐振频点在所述功率放大器的工作频带内。
7.根据权利要求4或5所述的功率放大器稳定电路，其特征在于，所述第二级RC模块中的电容的谐振频点小于所述功率放大器的工作频带。
8.根据权利要求1-5任一项所述的功率放大器稳定电路，其特征在于，所述功率放大器的输出端连接漏极偏置电压。
9.一种发射机，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的功率放大器稳定电路；
发射机中的驱动放大器和/或功率放大器包括所述功率放大器稳定电路。
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