CN106849886A - 一种用于功率放大器的补偿偏置电路及功率放大装置 - Google Patents
一种用于功率放大器的补偿偏置电路及功率放大装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于功率放大器的补偿偏置电路及功率放大装置，包括第一电平补偿电路和第一电平参考电路；当功率放大器的输入功率增大时，由功率放大器漏向第一电平补偿电路的输出端的功率也会增大，由于第一电平补偿电路的输出端与第二端之间的等效电平随着第一电平补偿电路的输出端所采集的功率的增大而减小，并且第一电平参考电路为第一电平补偿电路的第二端提供稳定的参考电平，因此当第一电平参考电路为第一电平补偿电路的第二端提供的参考电平不变时，随着功率放大器的输入功率增大，第一电平补偿电路的输出端的参考电平反而增大，从而可以保证功率放大器在较大的输入功率范围内实现线性输出。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤指一种用于功率放大器的补偿偏置电路及功率放大装置。
背景技术
功率放大器是无线接收系统中的重要结构，功率放大器的线性放大能力直接影响输出信号的质量。而TD-SCDMA、WCDMA、LTE等终端高速无线通信应用中，对于输出信号的线性度要求越来严格，而且需要同时兼顾高功率和宽带宽的要求，这些对于功率放大器的各个模块设计都提出更大的挑战。
偏置电路是功率放大器中的至关重要的模块，直接决定了功率放大器中功率晶体管的偏置状态，进而影响到整体功率放大器的效率、输出功率、线性度等重要指标参数。对于由异质结双极型(HBT)晶体管构成的功率放大器而言，随着输入功率功率的增加，基极-发射极之间会出现等效电平降低的现象，这会直接降低功率放大器的线性输出能力。
因此，提供一种能够对功率放大器的偏置点进行电平补偿的补偿偏置电路，以提升功率放大器线性输出能力是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种用于功率放大器的补偿偏置电路及功率放大装置，用以对功率放大器的偏置点进行电平补偿，以提升功率放大器线性输出能力。
本发明实施例提供的一种用于功率放大器的补偿偏置电路，包括：第一电平补偿电路和第一电平参考电路；其中，
所述第一电平补偿电路的第一端与第一参考电压端相连，第二端与所述第一电平参考电路的输出端相连，输出端与所述功率放大器的基极相连；所述第一电平补偿电路用于向所述功率放大器提供偏置电平，且所述第一电平补偿电路的输出端与第二端之间的等效电平随着所述第一电平补偿电路的输出端所采集的功率的增大而减小；
所述第一电平参考电路的第一端与第二参考电压端相连，第二端与第三参考电压端相连；所述第一电平参考电路用于为所述第一电平补偿电路提供稳定的参考电平；
所述第一参考电压端的电压以及所述第二参考电压端的电压均大于所述第三参考电压端的电压。
本发明实施例提供的上述补偿偏置电路，包括第一电平补偿电路和第一电平参考电路；当功率放大器的输入功率增大时，由功率放大器漏向第一电平补偿电路的输出端的功率也会增大，即第一电平补偿电路的输出端所采集的功率增大，但是由于第一电平补偿电路的输出端与第二端之间的等效电平随着第一电平补偿电路的输出端所采集的功率的增大而减小，并且第一电平参考电路为第一电平补偿电路的第二端提供稳定的参考电平，因此当第一电平参考电路为第一电平补偿电路的第二端提供的参考电平不变时，随着功率放大器的输入功率增大，第一电平补偿电路的输出端的参考电平反而增大，从而可以保证功率放大器在较大的输入功率范围内实现线性输出。
较佳地，在本发明实施例提供的上述补偿偏置电路中，还包括：第二电平补偿电路和第二电平参考电路；其中，
所述第二电平补偿电路的第一端与第四参考电压端相连，第二端与所述第二电平参考电路的输出端相连，输出端与所述第一电平参考电路的输出端相连；所述第二电平补偿电路用于对所述第一电平参考电路的输出端的电平进行补偿，且所述第二电平补偿电路的输出端与第二端之间的等效电平随着所述第二电平补偿电路的输出端所采集的功率的增大而减小；
所述第二电平参考电路的第一端与第五参考电压端相连，第二端与所述第三参考电压端相连；所述第二电平参考电路用于为所述第二电平补偿电路提供稳定的参考电平；
所述第四参考电压端的电压以及所述第五参考电压端的电压均大于所述第三参考电压端的电压。
较佳地，在本发明实施例提供的上述补偿偏置电路中，第一电平补偿电路包括：第一三极管，其中，
所述第一三极管的集电极与所述第一参考电压端相连，基极与所述第一电平参考电路的输出端相连，发射极与所述功率放大器的基极相连。
较佳地，在本发明实施例提供的上述补偿偏置电路中，第一电平补偿电路还包括：第一电容；其中，
所述第一电容的第一端连接于所述第一三极管的基极与所述第一电平参考电路的输出端之间，第二端与所述第三参考电压端相连。
较佳地，在本发明实施例提供的上述补偿偏置电路中，所述第一电平参考电路包括：第二三极管、第三三极管和第一电阻；其中，
所述第一电阻的第一端与所述第二参考电压端相连，第二端分别与所述第一电平补偿电路的第二端、所述第二三极管的集电极和基极相连；
所述第二三极管的发射极分别与所述第三三极管的集电极和基极相连；
所述第三三极管的发射极与所述第三参考电压端相连。
较佳地，在本发明实施例提供的上述补偿偏置电路中，所述第二电平补偿电路包括：第四三极管；其中，
所述第四三极管的集电极与所述第四参考电压端相连，基极与所述第二电平参考电路的输出端相连，发射极与第一电平参考电路的输出端相连。
较佳地，在本发明实施例提供的上述补偿偏置电路中，第二电平补偿电路还包括：第二电容；其中，
所述第二电容的第一端连接于所述第四三极管的基极与所述第二电平参考电路的输出端之间，第二端与所述第三参考电压端相连。
较佳地，在本发明实施例提供的上述补偿偏置电路中，所述第二电平参考电路包括：第五三极管、第六三极管、第七三极管和第二电阻；其中，
所述第二电阻的第一端与所述第五参考电压端相连，第二端分别与所述第二补偿电路的第二端、所述第五三极管的集电极和基极相连；
所述第五三极管的发射极分别与所述第六三极管的集电极和基极相连；
所述第六三极管的发射极分别与所述第七三极管的集电极和基极相连；
所述第七三极管的发射极与所述第三参考电压端相连。
较佳地，在本发明实施例提供的上述补偿偏置电路中，所述第一参考电压端、所述第二参考电压端、所述第四参考电压端与所述第五参考电压端为同一电压端。
本发明实施例提供的一种功率放大装置，包括功率放大器，还包括本发明实施例提供的上述任一种补偿偏置电路。
附图说明
图1为本发明实施例提供的补偿偏置电路的结构示意图之一；
图2为本发明实施例提供的补偿偏置电路的结构示意图之二；
图3为本发明实施例提供的补偿偏置电路的具体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明实施例提供的一种用于功率放大器的补偿偏置电路及功率放大装置的具体实施方式进行详细地说明。
本发明实施例提供的一种用于功率放大器的补偿偏置电路，如图1所示，包括：第一电平补偿电路1和第一电平参考电路2；其中，
第一电平补偿电路1的第一端与第一参考电压端VB1相连，第二端与第一电平参考电路2的输出端相连，输出端与功率放大器H0的基极相连；第一电平补偿电路1用于向功率放大器H0提供偏置电平，且第一电平补偿电路1的输出端与第一电平补偿电路1的第二端之间的等效电平随着第一电平补偿电路1的输出端所采集的功率的增大而减小；
第一电平参考电路2的第一端与第二参考电压端VC1相连，第二端与第三参考电压端VSS相连；第一电平参考电路2用于为第一电平补偿电路1提供稳定的参考电平；
第一参考电压端VB1的电压以及第二参考电压端VC1的电压均大于第三参考电压端VSS的电压。
本发明实施例提供的上述补偿偏置电路，包括第一电平补偿电路和第一电平参考电路；当功率放大器的输入功率增大时，由功率放大器漏向第一电平补偿电路的输出端的功率也会增大，即第一电平补偿电路的输出端所采集的功率增大，但是由于第一电平补偿电路的输出端与第二端之间的等效电平随着第一电平补偿电路的输出端所采集的功率的增大而减小，并且第一电平参考电路为第一电平补偿电路的第二端提供稳定的参考电平，因此当第一电平参考电路为第一电平补偿电路的第二端提供的参考电平不变时，随着功率放大器的输入功率增大，第一电平补偿电路的输出端的参考电平反而增大，从而可以保证功率放大器在较大的输入功率范围内实现线性输出。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述补偿偏置电路中，虽然第一电平参考电路能够为第一电平补偿电路提供稳定的参考电平，但是随着功率放大器的输入功率的增大，第一电平补偿电路的输出端采集的功率也会增大，从而会影响第一电平参考电路提供的参考电平的稳定性。因此为了降低由于功率放大器的输入功率的增加对第一电平参考电路所提供的参考电平的稳定性的影响，较佳地，在本发明实施例提供的上述补偿偏置电路中，如图2所示，还包括：第二电平补偿电路3和第二电平参考电路4；其中，
第二电平补偿电路3的第一端与第四参考电压端VB2相连，第二端与第二电平参考电路4的输出端相连，输出端与第一电平参考电路2的输出端相连；第二电平补偿电路3用于对第一电平参考电路2的输出端的电平进行补偿，且第二电平补偿电路3的输出端与第二电平补偿电路3的第二端之间的等效电平随着第二电平补偿电路3的输出端所采集的功率的增大而减小；
第二电平参考电路4的第一端与第五参考电压端VC2相连，第二端与第三参考电压端VSS相连；第二电平参考电路4用于为第二电平补偿电路3提供稳定的参考电平；
第四参考电压端VB2的电压以及第五参考电压端VC2的电压均大于第三参考电压端VSS的电压。
这样，在上述补偿偏置电路中，当随着功率放大器的输入功率的增大，第一电平补偿电路的输出端采集的功率也会增大，从而会影响第一电平参考电路提供的参考电平的稳定性时，但是由于第二电平补偿电路的输出端与第二端之间的等效电平随着第二电平补偿电路的输出端所采集的功率的增大而减小，而第二电平参考电路为第二电平补偿电路的第二端提供稳定的参考电平；因此可以利用第二电平补偿电路对第一电平参考电路的输出端的电平进行补偿，使得第一电平参考电路提供给第一电平补偿电路的参考电平尽量稳定，从而提升第一电平补偿电路的补偿效果，使功率放大器在更大的输入功率范围内实现线性放大。即上述补偿偏置电路采用双重补偿结构，除了对功率放大器进行电平补偿之外，还对第一电平参考电路的输出端的参考电平进行相同的电平补偿处理，使得补偿偏置电路的电平补偿性能进一步提升，偏置输出的稳定性更强，对功率放大器的线性度提升更加明显。
下面结合具体实施例，对本发明进行详细说明。需要说明的是，本实施例中是为了更好的解释本发明，但不限制本发明。
较佳地，在本发明实施例提供的上述补偿偏置电路中，如图3所示，第一电平补偿电路1包括：第一三极管H1，其中，
第一三极管H1的集电极与第一参考电压端VB1相连，基极与第一电平参考电路2的输出端相连，发射极与功率放大器H0的基极相连。
较佳地，在本发明实施例提供的上述补偿偏置电路中，如图3所示，第一电平补偿电路1还包括：第一电容C1；其中，
第一电容C1的第一端连接于第一三极管H1的基极与第一电平参考电路2的输出端之间，第二端与第三参考电压端VSS相连。这样第一电容C1可以吸收第一三极管H1漏向第一电平参考电路2的多余的射频信号，从而可以减小射频信号对第一电平参考电路2的影响。
以上仅是举例说明第一电平补偿电路的具体结构，在具体实施时，第一电平补偿电路的具体结构不限于本发明实施例提供的上述结构，还可以是本领域技术人员可知的其他结构，在此不作限定。
较佳地，在本发明实施例提供的上述补偿偏置电路中，如图3所示，第一电平参考电路2包括：第二三极管H2、第三三极管H3和第一电阻R1；其中，
第一电阻R1的第一端与第二参考电压端VC1相连，第二端分别与第一电平补偿电路1的第二端、第二三极管H2的集电极和基极相连；
第二三极管H2的发射极分别与第三三极管H3的集电极和基极相连；
第三三极管H3的发射极与第三参考电压端VSS相连。
第一电平参考电路中包括有两个二极管连接方式的三极管，利用二极管的钳位作用，与电阻串联进行分压，从而提供一个相对稳定的参考电平。这里采用两个二极管连接方式的三极管，是由于一个三极管的基极-发射极的等效电平为Vbe，二个串联的两个二极管连接方式的三极管就可以使第一电平参考电路的输出端的参考电平至少等于2Vbe，而第一三极管的基极-发射极的等效电平同样为Vbe，因此保证第一三极管的基极的参考电平不低于2Vbe，就可以保证第一三极管的基极的参考电平不低于Vbe，从而保证功率放大器的正向偏置。
以上仅是举例说明第一电平参考电路的具体结构，在具体实施时，第一电平参考电路的具体结构不限于本发明实施例提供的上述结构，还可以是本领域技术人员可知的其他结构，在此不作限定。
较佳地，在本发明实施例提供的上述补偿偏置电路中，如图3所示，第二电平补偿电路3包括：第四三极管H4；其中，
第四三极管H4的集电极与第四参考电压端VB2相连，基极与第二电平参考电路4的输出端相连，发射极与第一电平参考电路2的输出端相连。
较佳地，在本发明实施例提供的上述补偿偏置电路中，如图3所示，第二电平补偿电路3还包括：第二电容C2；其中，
第二电容C2的第一端连接于第四三极管H4的基极与第二电平参考电路4的输出端之间，第二端与第三参考电压端VSS相连。这样第二电容C2可以吸收功率放大器通过第一电平补偿电路1和第一电平参考电路2漏向第四三极管H4的多余的射频信号，从而可以减小射频信号对第二电平参考电路4的影响。
以上仅是举例说明第二电平补偿电路的具体结构，在具体实施时，第二电平补偿电路的具体结构不限于本发明实施例提供的上述结构，还可以是本领域技术人员可知的其他结构，在此不作限定。
较佳地，在本发明实施例提供的上述补偿偏置电路中，如图3所示，第二电平参考电路4包括：第五三极管H5、第六三极管H6、第七三极管H7和第二电阻R2；其中，
第二电阻R2的第一端与第五参考电压端VC2相连，第二端分别与第二补偿电路3的第二端、第五三极管H5的集电极和基极相连；
第五三极管H5的发射极分别与第六三极管H6的集电极和基极相连；
第六三极管H6的发射极分别与第七三极管H7的集电极和基极相连；
第七三极管H7的发射极与第三参考电压端VSS相连。
第二电平参考电路中包括有三个二极管连接方式的三极管，利用二极管的钳位作用，与电阻串联进行分压，从而提供一个相对稳定的参考电平。这里采用三个二极管连接方式的三极管，是由于一个三极管的基极-发射极的等效电平为Vbe，三个串联的两个二极管连接方式的三极管就可以使第二电平参考电路的输出端的参考电平至少等于3Vbe，而第四三极管的基极-发射极的等效电平同样为Vbe，因此保证第四三极管的基极的参考电平不低于2Vbe，最终进一步保证第一三极管的基极的参考电平不低于Vbe，从而保证功率放大器的正向偏置。
以上仅是举例说明第二电平参考电路的具体结构，在具体实施时，第二电平参考电路的具体结构不限于本发明实施例提供的上述结构，还可以是本领域技术人员可知的其他结构，在此不作限定。
进一步地，在本发明实施例提供的上述补偿偏置电路中，第三参考电压端的电压取为与功率放大器的发射极的电压相同，一般为零伏。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述的补偿偏置电路，第一参考电压端、第二参考电压端、第四参考电压端与第五参考电压端为四个外部电源，根据实际设计电压取值相同时可以进行合并，即第一参考电压端、第二参考电压端、第四参考电压端与第五参考电压端为同一电压端。
下面以图3所示的补偿偏置电路为例，假设第三参考电压端VSS的电压为0V，对本发明实施例提供的上述补偿偏置电路的工作原理进行详细的说明。
假设功率放大器H0要进行稳定的线性输出时基极的参考电平为0.7V，且假设当功率放大器H0的输入功率为初始值时，第一至第七三极管的基极-发射极的等效电平均为0.7V，A点、B点、C点的参考电平分别为VA＝2.1V，VB＝1.4V，VC＝0.7V。
当功率放大器H0的输入功率增大时，假设第二至第七三极管的基极-发射极之间的等效电平均不受影响，只有第一三极管H1受影响。那么此时VA＝2.1V，VB＝1.4V，由于第一三极管H1的基极-发射极之间的等效电平降低，假设降低为0.6伏，那么此时VC＝1.4-0.6＝0.8V，从而对功率放大器H0的基极的参考电平进行补偿，保证功率放大器H0的线性输出。
但是实际上，当功率放大器H0的输入功率增大时，第二和第七三极管也会受影响，但是影响相对较小。先假设第二和第七三极管中只有第二三极管H2和第三三极管H3受影响，那么此时VA＝2.1V，由于第二三极管H2和第三三极管H3受功率放大器H0的影响远小于第一三极管H1的影响，因此第二三极管H2和第三三极管H3的基极-发射极的等效电平的减低程度应该小于第一三极管H1，假设第二三极管H2和第三三极管H3的基极-发射极的等效电平的减低为0.65V，那么VB＝1.3V，那么此时VC＝1.3-0.6＝0.7V，从而对功率放大器H0的基极的参考电平进行补偿，保证功率放大器H0的线性输出。
但是如果B点的参考电平再低一点，那么该补偿偏置电路就不能对功率放放大器H0进行补偿了，因此为了保证B点的参考电平稳定，通过第四至第七三极管对B点的参考电平进行补偿。虽然随着功率放大器H0的输入功率的增大，第四至第七三极管的基极-发射极的等效电平也会较低，但是由于第一电容C1和第二电容C2的作用，这种影响几乎可以忽略。因此此时第五至第七三极管使VA＝2.1V，第四三极管H4使VB＝1.4V，不管功率放大器H0的输入功率增大多少都可以保证B点的参考电平比较稳定，进而保证C点的参考电平大于0.7V，以保证保证功率放大器H0的线性输出。
需要说明的是，本发明实施例提供的上述补偿偏置电路，由于对于不同的功率放放大器，以及不同的应用情况，偏置状态都不相同，因此本发明中的各元件的具体取值需要根据实际需要进行设定。例如在功率放大器的发射面积较大时，可以通过减小第一电阻的取值可以得到更大的偏置电流，从而达到合适的偏置状态。因此应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，不脱离本发明电路结构和原理的前提下，对于具体的应用情况可以对具体元件的取值和形式做的出若干改进和变形也属于本发明的保护范围。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种功率放大装置，包括功率放大器，还包括本发明实施例提供的任一种补偿偏置电路。由于功率放大装置解决问题的原理与前述一种补偿偏置电路相似，因此该功率放大装置的实施可以参见前述补偿偏置电路的实施，重复之处不再赘述。
本发明实施例提供的一种用于功率放大器的补偿偏置电路及功率放大装置，包括第一电平补偿电路和第一电平参考电路；当功率放大器的输入功率增大时，由功率放大器漏向第一电平补偿电路输出端的功率也会增大，即第一电平补偿电路的输出端所采集的功率的增大，由于第一电平补偿电路的输出端与第二端之间的等效电平随着第一电平补偿电路的输出端所采集的功率的增大而减小，并且第一电平参考电路为第一电平补偿电路的第二端提供稳定的参考电平，因此当第一电平参考电路为第一电平补偿电路的第二端提供的参考电平不变时，随着功率放大器的输入功率增大，第一电平补偿电路的输出端的参考电平反而增大，从而可以保证功率放大器在较大的输入功率范围内实现线性输出。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种用于功率放大器的补偿偏置电路，其特征在于，包括：第一电平补偿电路和第一电平参考电路；其中，
所述第一电平补偿电路的第一端与第一参考电压端相连，第二端与所述第一电平参考电路的输出端相连，输出端与所述功率放大器的基极相连；所述第一电平补偿电路用于向所述功率放大器提供偏置电平，且所述第一电平补偿电路的输出端与第二端之间的等效电平随着所述第一电平补偿电路的输出端所采集的功率的增大而减小；
所述第一电平参考电路的第一端与第二参考电压端相连，第二端与第三参考电压端相连；所述第一电平参考电路用于为所述第一电平补偿电路提供稳定的参考电平；
所述第一参考电压端的电压以及所述第二参考电压端的电压均大于所述第三参考电压端的电压。
2.如权利要求1所述的补偿偏置电路，其特征在于，还包括：第二电平补偿电路和第二电平参考电路；其中，
所述第二电平补偿电路的第一端与第四参考电压端相连，第二端与所述第二电平参考电路的输出端相连，输出端与所述第一电平参考电路的输出端相连；所述第二电平补偿电路用于对所述第一电平参考电路的输出端的电平进行补偿，且所述第二电平补偿电路的输出端与第二端之间的等效电平随着所述第二电平补偿电路的输出端所采集的功率的增大而减小；
所述第二电平参考电路的第一端与第五参考电压端相连，第二端与所述第三参考电压端相连；所述第二电平参考电路用于为所述第二电平补偿电路提供稳定的参考电平；
所述第四参考电压端的电压以及所述第五参考电压端的电压均大于所述第三参考电压端的电压。
3.如权利要求1或2所述的补偿偏置电路，其特征在于，第一电平补偿电路包括：第一三极管，其中，
所述第一三极管的集电极与所述第一参考电压端相连，基极与所述第一电平参考电路的输出端相连，发射极与所述功率放大器的基极相连。
4.如权利要求3所述的补偿偏置电路，其特征在于，第一电平补偿电路还包括：第一电容；其中，
所述第一电容的第一端连接于所述第一三极管的基极与所述第一电平参考电路的输出端之间，第二端与所述第三参考电压端相连。
5.如权利要求1或2所述的补偿偏置电路，其特征在于，所述第一电平参考电路包括：第二三极管、第三三极管和第一电阻；其中，
所述第一电阻的第一端与所述第二参考电压端相连，第二端分别与所述第一电平补偿电路的第二端、所述第二三极管的集电极和基极相连；
所述第二三极管的发射极分别与所述第三三极管的集电极和基极相连；
所述第三三极管的发射极与所述第三参考电压端相连。
6.如权利要求2所述的补偿偏置电路，其特征在于，所述第二电平补偿电路包括：第四三极管；其中，
所述第四三极管的集电极与所述第四参考电压端相连，基极与所述第二电平参考电路的输出端相连，发射极与第一电平参考电路的输出端相连。
7.如权利要求6所述的补偿偏置电路，其特征在于，第二电平补偿电路还包括：第二电容；其中，
所述第二电容的第一端连接于所述第四三极管的基极与所述第二电平参考电路的输出端之间，第二端与所述第三参考电压端相连。
8.如权利要求2所述的补偿偏置电路，其特征在于，所述第二电平参考电路包括：第五三极管、第六三极管、第七三极管和第二电阻；其中，
所述第二电阻的第一端与所述第五参考电压端相连，第二端分别与所述第二补偿电路的第二端、所述第五三极管的集电极和基极相连；
所述第五三极管的发射极分别与所述第六三极管的集电极和基极相连；
所述第六三极管的发射极分别与所述第七三极管的集电极和基极相连；
所述第七三极管的发射极与所述第三参考电压端相连。
9.如权利要求2所述的补偿偏置电路，其特征在于，所述第一参考电压端、所述第二参考电压端、所述第四参考电压端与所述第五参考电压端为同一电压端。
10.一种功率放大装置，包括功率放大器，其特征在于，还包括如权利要求1-9任一项所述的补偿偏置电路。
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