CN106664063B - 偏置控制电路以及功率放大模块 - Google Patents

偏置控制电路以及功率放大模块 Download PDF

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Abstract

本发明的偏置控制电路能在抑制伴随着制造偏差而产生的偏置电压或偏置电流的变动的同时，抑制制造成本的增加。偏置控制电路包括：基准电压电路，该基准电压电路生成基准电压；电阻；温度依赖电流生成电路，该温度依赖电流生成电路基于基准电压生成依赖于温度变化的温度依赖电流，将温度依赖电流提供给电阻的一端；基准电压缓冲电路，该基准电压缓冲电路对电阻的另一端施加基准电压；恒定电流生成电路，该恒定电流生成电路基于基准电压生成用于驱动基准电压缓冲电路的恒定电流，将恒定电流提供给电阻的另一端；以及偏置生成电路，该偏置生成电路基于电阻一端的电压，对功率放大电路生成偏置电压或偏置电流。

Description

偏置控制电路以及功率放大模块
技术领域
本发明涉及偏置控制电路以及功率放大模块。
背景技术
移动电话等移动体通信设备中，为了放大向基站发送的无线频率(RF：RadioFrequency)信号的功率而使用功率放大模块。这样的功率放大模块中，提供给功率放大电路的偏置电压或偏置电流具有温度依赖性。
例如，在专利文献1中公开了如下结构：即，将恒定电流与具有温度依赖性的电流合成而得的电流提供给一端接地的电阻从而转换为电压，并基于该电压生成具有温度依赖性的偏置电压或偏置电流。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2009-218996号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
在专利文献1中公开的结构中，基于带隙基准电压生成恒定电流时，一般使用电流镜电路。由此，在使用电流镜电路的情况下，若由于晶体管的制造偏差而导致构成电流镜电路的晶体管的尺寸的比例产生偏差，则恒定电流中也会产生偏差。若恒定电流中产生偏差，则偏置电压或偏置电流中也会产生偏差
作为用于抑制由这样的偏差而产生的影响的一般方法，例如有以下方法：即，根据偏差，调整设置于生成恒定电流的电路中的电阻的电阻值。然而，在这样的方法中，制造过程变得复杂，从而导致制造成本的增加。
本发明是鉴于上述情况而完成，其目的在于，在抑制伴随着制造偏差而产生的偏置电压或偏置电流的变动的同时，抑制制造成本的增加。
解决技术问题所采用的技术手段
本发明的一个方面所涉及的偏置控制电路包括：基准电压电路，该基准电压电路生成基准电压；电阻；温度依赖电流生成电路，该温度依赖电流生成电路基于基准电压生成依赖于温度变化的温度依赖电流，将温度依赖电流提供给电阻的一端；基准电压缓冲电路，该基准电压缓冲电路在电阻的另一端施加基准电压；恒定电流生成电路，该恒定电流生成电路基于基准电压生成用于驱动基准电压缓冲电路的恒定电流，将恒定电流提供给电阻的另一端；以及偏置生成电路，该偏置生成电路基于电阻一端的电压，对功率放大电路生成偏置电压或偏置电流。
发明效果
根据本发明，能在抑制伴随着制造偏差而产生的偏置电压或偏置电流的变动的同时，抑制制造成本的增加。
附图说明
[图1]是示出包含本发明的一个实施方式的功率放大模块的发送单元的构成例的图。
[图2]是示出功率放大模块的构成的一个示例的图。
[图3]是示出偏置控制电路的构成的一个示例的图。
[图4]是示出温度依赖电流生成电路的一个示例的图。
[图5]是示出温度依赖电流的变化的一个示例的图。
[图6]是示出恒定电流生成电路的构成的一个示例的图。
[图7]是示出偏置生成电路的构成的一个示例的图。
[图8]是示出偏置生成电路的构成的另一示例的图。
[图9]是示出了在将恒定电流与具有温度依赖性的电流合成而得的电流提供给一端接地的电阻从而转换为电压，并基于该电压生成具有温度依赖性的偏置电压的偏置控制电路中，偏置电压的偏差分布的一个示例的图
[图10]是示出本实施方式的偏置控制电路中偏置电压的偏差的一个示例的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的一个实施方式进行说明。图1是示出包含本发明的一个实施方式的功率放大模块的发送单元的构成例的图。发送单元100例如用于在移动电话等移动体通信设备中向基站发送音频或数据等的各种信号。此外，移动通信设备也具备用于从基站接收信号的接收单元，但这里省略说明。
如图1所示，发送单元100包含：调制部110、发送功率控制部120、功率放大模块130、前端部140以及天线150。
调制部110基于HSUPA(High Speed Up link Packet Access：高速上行链路分组接入)或LTE(Long Term Evolution：长期演进)等的调制方式对输入信号进行调制，生成用于进行无线发送的高频(RF：Radio Frequency无线电频率)信号。RF信号例如为数百MHz至数GHz左右。
发送功率控制部120基于发送功率控制信号对RF信号的功率进行调整并输出。发送功率控制信号例如基于从基站发送来的自适应功率控制(APC:Adaptive PowerControl)信号而生成。例如，基站能通过测定来自移动体通信设备的接收信号向移动体通信设备发送APC信号，作为将移动体通信设备中的发送功率调整至适当电平的指令。
功率放大模块130将发送功率控制部120所输出的RF信号(RFIN)的功率放大至用于向基站进行发送所需要的电平，并输出放大信号(RFOUT)。
前端部140对放大信号进行滤波、对从基站接收的接收信号进行开关等。前端部140所输出的放大信号经由天线150发送至基站。
图2是示出功率放大模块130的构成的一个示例的图。功率放大模块130包含功率放大电路200以及偏置控制电路210。功率放大电路200将RF信号(RF-IN)的功率放大，并输出放大信号(RFOUT)。偏置控制电路210对功率放大电路200提供偏置电压VBIAS或偏置电流IBIAS。
此外，在偏置电压VBIAS或偏置电流IBIAS为恒定的情况下，功率放大电路200的增益具有根据温度变化的特性。因此，本实施方式的功率放大模块130中，通过使偏置电压VBIAS或偏置电流IBIAS具有温度依赖性，从而抑制功率放大电路200的增益根据温度而变化的情况。
图3是示出偏置控制电路210的构成的一个示例的图。偏置控制电路210包含：基准电压电路300、电阻310、温度依赖电流生成电路320、恒定电流生成电路330、基准电压缓冲电路340以及偏置生成电路350。
基准电压电路300生成不依赖于温度的带隙基准电压VBG(以下简称为“基准电压”)。基准电压VBG例如为1.2V左右。
温度依赖电流生成电路320基于基准电压VBG，生成依赖于温度变化的温度依赖电流IT。温度依赖电流IT提供给电阻310的一端(A侧)。温度依赖电流生成电路320的构成例将在后文中阐述。
恒定电流生成电路330基于基准电压VBG，生成恒定电流IC。恒定电流IC提供给电阻310的另一端(B侧)。恒定电流IC用于驱动基准电压缓冲电路340。恒定电流生成电路330的构成例将在后文中阐述。
基准电压缓冲电路340对电阻310的另一端(B侧)施加基准电压VBG。基准电压缓冲电路340例如包含运算放大器360以及P沟道MOSFET370。运算放大器360对非反相输入端子施加基准电压VBG，反相输入端子与P沟道MOSFET370的源极连接，输出端子与P沟道MOSFET370的栅极连接。P沟道MOSFET370的源极与电阻310的另一端(B侧)连接，漏极接地。基准电压缓冲电路340中，通过运算放大器360的虚短路，运算放大器360的反相输入端子以基准电压VBG进行工作。由此，在电阻310的另一端(B侧)施加了基准电压VBG。
偏置生成电路350基于电阻310一端的电压VIN，对功率放大电路200生成偏置电压VBIAS或偏置电流IBIAS。偏置生成电路350的构成例将在后文中阐述。
偏置控制电路210中，利用基准电压缓冲电路340将电阻310的另一端(B侧)的电压控制为基准电压VBG。此外，若将电阻310的电阻值设为R1，电阻310的一端(A侧)的电压VIN为VIN＝VBG+IT×R1。电压VIN中，基准电压VBG为主导，因此，能抑制由偏差引起温度依赖电流IT的变动而导致的电压VIN的变动。
图4是示出温度依赖电流生成电路320的构成的一个示例的图。温度依赖电流生成电路320包含：运算放大器400、401，P沟道MOSFET410、411、412、413，N沟道MOSFET420、421，电阻430、431以及二极管440。
运算放大器400的非相反输入端子被施加了基准电压VBG，反相输入端子与P沟道MOSFET410的漏极和电阻430的连接点连接，输出端子与P沟道MOSFET410的栅极连接。P沟道MOSFET410的源极被施加了电池电压VBAT，漏极与电阻430的一端连接。P沟道MOSFET411的源极被施加了电池电压VBAT，漏极与N沟道MOSFET421的漏极连接，栅极与P沟道MOSFET410的栅极连接。电阻430的一端与运算放大器400的反相输入端子连接，另一端接地。
运算放大器401的非反相输入端子被施加了基准电压VBG，反相输入端子与P沟道MOSFET412的漏极和电阻431的连接点连接，输出端子与P沟道MOSFET412的栅极连接。P沟道MOSFET412的源极被施加了电池电压VBAT，漏极与电阻431的一端连接。P沟道MOSFET413的源极被施加了电池电压VBAT，漏极与N沟道MOSFET420的漏极连接，栅极与P沟道MOSFET412的栅极连接。N沟道MOSFET420与P沟道MOSFET413以二极管接法(diode-connected)串联连接，源极接地。N沟道MOSFET421的漏极与P沟道MOSFET411的漏极连接，源极接地，栅极与N沟道MOSFET420的栅极连接。电阻431的一端与运算放大器401的反相输入端子连接，另一端与二极管440的阳极连接。此外，二极管440的阴极接地。
图4所示的构成中，若将电阻430的电阻值设为R2，流过P沟道MOSFET410的电流I1为I1＝VBG/R2(恒定电流)。流过P沟道MOSFET411的电流I2为I2＝k1×I1(恒定电流)。此外，K1是与P沟道MOSFET410、411的尺寸比相对应的系数。
此外，若将电阻431的电阻值设为R3、二极管440的正向电压设为VF，则流过P沟道MOSFET412的电流It1为It1＝(VBG－VF)/R3。流过P沟道MOSFET413的电流It2为It2＝k2×It1。此外，k2是与P沟道MOSFET412、413的尺寸比相对应的系数。并且，流过N沟道MOSFET421的电流It3为It3＝k3×It2。此外，k3是与N沟道MOSFET420、421的尺寸比相对应的系数。此处，VF与温度相对应地进行变化，因此电流It1～It3也与温度相对应地进行变化。
温度依赖电流生成电路320从P沟道MOSFET411与N沟道MOSFET421的连接点输出温度依赖电流IT。即，IT＝I2－It3。IT在I2＞It3的情况时为正，I2＜It3的情况时为负。
图5是示出温度依赖电流IT的一个变化例的图。若二极管440的正向电压VF根据温度的上升而变低，则电流It3根据温度的上升而增加。温度依赖电流IT是IT＝I2－It3，因此如图5所示，其根据温度的上升而减少。例如，在常温下(25℃)为I2＝It3，温度依赖电流It为零。
图6是示出恒定电流生成电路330的构成的一个示例的图。恒定电流生成电路330包含：运算放大器600，P沟道MOSFET610、611以及电阻620。
运算放大器600的非反相输入端子被施加了基准电压VBG，反相输入端子与P沟道MOSFET610的漏极和电阻620的连接点连接，输出端子与P沟道MOSFET610的栅极连接。P沟道MOSFET610的源极被施加了电池电压VBAT，漏极与电阻620的一端连接。P沟道MOSFET611的源极被施加了电池电压VBAT，栅极与P沟道MOSFET610的栅极连接。电阻620的一端与运算放大器600的反相输入端子连接，另一端接地。
图6所示的构成中，若将电阻620的电阻值设为R4，流过P沟道MOSFET610的电流I3为I3＝VBG/R4(恒定电流)。从P沟道MOSFET611输出的电流Ic为Ic＝k4×I3(恒定电流)。此外，k4是与P沟道MOSFET610、611的尺寸比相对应的系数。
图7是示出偏置生成电路350的构成的一个示例的图。偏置生成电路350A包含：运算放大器700以及电阻710、711。运算放大器700的非反相输入端子被施加了电压VIN。电阻710的一端与运算放大器700的反相输入端子连接，另一端接地。电阻711的的一端与运算放大器700的反相输入端子连接，另一端与运算放大器700的输出端子连接。
图7所示的构成中，运算放大器700以及电阻710、711构成非反相放大回路，输出对电压VIN以与电阻710、711的电阻值相对应的增益进行放大而得的偏置电压VBIAS。
图8是示出偏置生成电路350的构成的另一示例的图。偏置生成电路350B包含：运算放大器800，P沟道MOSFET810、811以及电阻820。
运算放大器800的非反相输入端子被施加了电压VIN，反相输入端子与P沟道MOSFET810的漏极和电阻820的连接点连接，输出端子与P沟道MOSFET810的栅极连接。P沟道MOSFET810的源极被施加了电池电压VBAT，漏极与电阻820的一端连接。P沟道MOSFET811的源极施加了电池电压VBAT，栅极与P沟道MOSFET810的栅极连接。电阻820的一端与运算放大器800的反相输入端子连接，另一端接地。
图8所示的构成中，偏置生成电路350B构成将电压VIN转换为偏置电流IBIAS并输出的电压电流转换电路。若将电阻820的阻值设为R5，流过P沟道MOSFET810的电流I4为I4＝VIN/R5。从P沟道MOSFET811输出的偏置电流IBIAS为IBIAS＝k5×I4。此外，k5是与P沟道MOSFET810、811的尺寸比相对应的系数。
图9以及图10是示出偏置控制电路中偏置电压VBIAS的偏差的分布的一个示例的图。图9及图10中，横轴是偏置电压VBIAS，纵轴是偏置控制电路的个数。无论在图9还是图10中，偏置电压VBIAS的设定值都是2.80V。
图9是示出在将恒定电流与具有温度依赖性的电流合成而得的电流提供给一端接地的电阻从而转换为电压，并基于该电压生成具有温度依赖性的偏置电压VBIAS的偏置控制电路中，偏置电压VBIAS的偏差的一个示例的图。如图9所示，对于设定值2.80V，偏置电压VBIAS的偏差约为±100mV。
图10是示出本实施方式的偏置控制电路210中偏置电压VBIAS的偏差的一个示例的图。如图10所示，对于设定值2.80V，偏置电压VBIAS的偏差约为±80mV。即，若与图9所示的例子相比较，偏差的分布变小。
以上对本实施方式进行了说明。根据本实施方式，偏置控制电路210中，利用基准电压缓冲电路340将电阻310的另一端(B侧)的电压控制为基准电压VBG。由此，相比于将温度依赖电流提供给一端接地的电阻从而转换为电压、并基于该电压生成具有温度依赖性的偏置电压或偏置电流的构成，能抑制偏置电压或偏置电流的变动。并且，根据本实施方式，不需要为了抑制偏差的影响而调整电阻值的工序。因此，能抑制制造成本的增加。
此外，本实施方式用于方便理解本发明，而并不用于限定并解释本发明。本发明可以在不脱离其主旨的范围内进行变更/改良，并且本发明还包含与其等价的内容。
标号说明
100 发送单元
110 调制部
120 发送功率控制部
130 功率放大模块
140 前端部
150 天线
200 功率放大电路
210 偏置控制电路
300 基准电压电路
310,430,431,620,710,711,820 电阻
320 温度依赖电流生成电路
330 恒定电流生成电路
340 基准电压缓冲电路
350 偏置生成电路
400,401,600,700,800 运算放大器
410,411,412,413,610,611,810,811 P沟道MOSFET
420,421 N沟道MOSFET
440 二极管

Claims (5)

1.一种偏置控制电路，其特征在于，包括：
基准电压电路，该基准电压电路生成基准电压；
电阻；
温度依赖电流生成电路，该温度依赖电流生成电路基于所述基准电压生成依赖于温度变化的温度依赖电流，将所述温度依赖电流提供给所述电阻的一端；
基准电压缓冲电路，该基准电压缓冲电路对所述电阻的另一端施加所述基准电压；
恒定电流生成电路，该恒定电流生成电路基于来自所述基准电压电路的所述基准电压生成用于驱动所述基准电压缓冲电路的恒定电流，将所述恒定电流提供给所述电阻的所述另一端；以及
偏置生成电路，该偏置生成电路基于所述电阻的所述一端的电压，对功率放大电路生成偏置电压或偏置电流。
2.如权利要求1所述的偏置控制电路，其特征在于，
所述基准电压缓冲电路包含运算放大器以及P沟道MOSFET，
所述运算放大器的一个输入端子被施加了所述基准电压，
所述运算放大器的另一个输入端子和所述P沟道MOSFET的源极与所述电阻的所述另一端连接，
所述运算放大器的输出端子与所述P沟道MOSFET的栅极连接。
3.如权利要求1或2所述的偏置控制电路，其特征在于，
所述偏置生成电路包含放大电路，该放大电路对所述电阻的所述一端的所述电压进行放大并输出所述偏置电压。
4.如权利要求1或2所述的偏置控制电路，其特征在于，
所述偏置生成电路包含电压电流转换电路，该电压电流转换电路将所述电阻的所述一端的所述电压转化为所述偏置电流并输出。
5.一种功率放大模块，其特征在于，包括：
如权利要求1至4的任一项所述的偏置控制电路；以及
功率放大电路，该功率放大电路基于所述偏置控制电路输出的所述偏置电压或所述偏置电流，对输入信号进行放大并输出。
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