CN107425815B - 一种功率控制电路及功率放大电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种功率控制电路，包括：电压电流转换器、可编程电流放大器；其中，电压电流转换器，用于检测输入的输出功率控制信号，将所述输出功率控制信号转换为控制电流并输出；可编程电流放大器，用于接收所述控制电流，并将所述控制电流放大后作为与所述功率控制电路连接的功率放大器的偏置电流输出。本发明还公开了一种功率放大器。

Description

一种功率控制电路及功率放大电路
技术领域
本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种功率控制电路及功率放大电路。
背景技术
目前，射频功率放大器在通信领域有着极为广泛的应用，如全球第二代移动通信系统(The 2nd Generation，2G)GSM通信系统中的射频功率放大器。常见的GSM射频功率放大器及其功率控制电路结构如图1所示，其中，功率放大器U2将射频输入端口的信号放大，并由射频输出端口输出；射频输出端口所输出功率的大小由功率控制电路，即图1中的电压调制电路进行控制。
如图1所示，当输入电压调制电路的误差放大器U1的输出功率控制信号VRAMP增大时，功率晶体管B1的输出电压Vout将增大，因输出电压Vout和功率放大器U2的集电极相连，功率放大器U2的集电极电压也随之增大，进而使功率放大器U2的输出功率按平方关系增大；相反，当输出功率控制信号VRAMP减小时，功率放大器的输出功率会按平方关系减小。因此，控制输出功率控制信号VRAMP的大小即可控制功率放大器的输出功率。
如图1所示的电路在实际应用中，由于电压调制电路中的功率晶体管B1占用芯片面积较大，且芯片面积随着功率晶体管B1的电流负载能力增大而增大；此外，电压调制电路的功率晶体管B1会产生电压降并且消耗功率，进而使功率放大器U2的最大输出功率降低，并使功率放大器U2的效率降低。
通常，电压调制电路为闭环环路，电压调制电路的稳定性与旁路电容、功率放大器的直流电流、温度、电源电压VBAT等相关，实际应用中很容易因稳定性不佳而使功率放大器产生低频振荡；此外，在输出功率控制信号VRAMP通过此闭环环路控制功率放大器的功率时，在瞬态过程中很容易因闭环环路本身的问题造成功率放大器的频谱产生杂散，同时造成不同功率级别的瞬态响应的速度差距很大。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种功率控制电路及功率放大电路，以消除功率晶体管和闭环环路带来的不良影响，改善功率放大电路的性能。
为达到上述目的，本发明实施例的技术方案是这样实现的：
本发明实施例提供了一种功率控制电路，该功率控制电路包括：电压电流转换器、可编程电流放大器；其中，
所述电压电流转换器，用于检测输入的输出功率控制信号，将所述输出功率控制信号转换为控制电流并输出；
所述可编程电流放大器，用于接收所述控制电流，并将所述控制电流放大后作为与所述功率控制电路连接的功率放大器的偏置电流输出。
上述方案中，所述功率控制电路还包括波形整形器，用于将所述控制电流相对于所述输出功率控制信号进行起始点偏移。
上述方案中，所述波形整形器包括恒定电流源。
上述方案中，所述功率控制电路还包括温度补偿器，用于在温度变化时对所述控制电流进行补偿。
上述方案中，所述功率控制电路还包括电压补偿器，用于在所述功率放大器的电源电压变化时，对所述控制电流进行补偿。
上述方案中，所述温度补偿器包括温控电流源；和/或，所述电压补偿器包括压控电流源。
上述方案中，所述电压电流转换器的输出电流与输入电压为正相关关系。
上述方案中，所述正相关关系包括线性关系、分段线性关系、平方关系或指数关系。
上述方案中，所述可编程电流放大器将所述控制电流线性放大，所述可编程电流放大器的放大倍数由控制信号通过对可编程电流放大器编程进行控制。
本发明实施例提供了一种功率放大电路，所述功率放大电路包括功率放大器、以及上述技术方案中的功率控制电路；其中，
所述功率控制电路，与所述功率放大器连接，用于向所述功率放大器输入偏置电流；
所述功率放大器，用于根据所述偏置电流将输入的射频信号进行相应放大处理后输出。
本发明实施例所提供的功率控制电路及功率放大电路，通过电压电流转换器检测输入的输出功率控制信号，并将所述输出功率控制信号转换为控制电流；通过可编程电流放大器将所述控制电流放大后作为与所述功率控制电路连接的功率放大器的偏置电流输出；可见，本发明实施例的功率控制电路为开环电路，且无需功率晶体管即可实现对功率放大器的控制功能，相比较现有技术，消除了功率晶体管和闭环环路带来的不良影响，改善了功率放大电路的性能。
附图说明
图1为现有技术中功率放大电路的电路组成结构示意图；
图2为本发明实施例中功率放大电路的电路组成结构示意图；
图3为本发明实施例中电压电流转换器的输入电压-输出电流关系示意图；
图4为本发明实施例中功率控制电路的输出电流-输入电压关系示意图；
图5为本发明实施例中功率控制电路的电路组成结构示意图；
图6为本发明实施例中电压补偿器使用的电流源的输出电流-输出电压关系示意图；
图7为本发明实施例中温度补偿器使用的电流源的温度-电流关系示意图。
具体实施方式
在本发明实施例中，由输出功率控制信号VRAMP控制的功率控制电路来控制功率放大器的偏置电流Ibase，以使偏置电流Ibase随输出功率控制信号VRAMP的大小变化；这样，由于偏置电流Ibase和功率放大器的输出功率为正相关关系，输出功率控制信号VRAMP控制偏置电流Ibase即可控制功率放大器的输出功率。
其中，所述偏置电流Ibase随输出功率控制信号VRAMP的大小变化包括：输出功率控制信号VRAMP增大时偏置电流Ibase随之增大，输出功率控制信号VRAMP减小时偏置电流Ibase随之减小。
为了能够更加详尽地了解本发明的特点与技术内容，下面结合附图对本发明的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本发明。
图2为本发明实施例中功率控制电路的电路组成结构示意图，如图2所示，功率控制电路与功率放大器U3连接，用于向功率放大器U3输入偏置电流；功率控制电路包括：电压电流转换器和可编程电流放大器DAC；其中，
电压电流转换器，用于检测输入的输出功率控制信号VRAMP，将输出功率控制信号VRAMP转换为控制电流Io并输出；
可编程电流放大器DAC，用于接收所述电压电流转换器输出的控制电流Io，并将控制电流Io放大后作为功率放大器U3的偏置电流Ibase输出。
本发明实施例中的功率控制电路没有使用现有技术中的电压调制电路，消除了现有技术中使用电压调制电路时其中的功率晶体管带来的芯片面积过大、降低功率放大器最大输出功率、降低功率放大器效率的问题；此外，本发明实施例中的功率控制电路采用开环结构，不存在稳定性问题，在瞬态过程中不存在闭环环路本身的干扰，功率放大器的频谱杂散得到控制，且不同功率级别的瞬态响应的速度一致。
并且，可编程电流放大器DAC对控制电流Io进行线性放大，从而产生功率放大器的偏置电流Ibase，通过对可编程电流放大器DAC编程，这里的放大倍数可以由控制信号控制。
本发明实施例中，电压电流转换器将输出功率控制信号VRAMP转化为控制电流Io，如图3所示，电压电流转换器的输出电流Io与输入电压VRAMP之间为正相关关系。其中，如图3(a)所示的电压电流转换器的输出电流Io与输入电压VRAMP之间为线性关系；如图3(b)所示的电压电流转换器的输出电流Io与输入电压VRAMP之间为分段线性关系；如图3(c)所示的电压电流转换器的输出电流Io与输入电压VRAMP之间为平方关系；如图3(d)所示的电压电流转换器的输出电流Io与输入电压VRAMP之间为指数关系。
如图2所示，功率控制电路还可以包括波形整形器，用于将控制电流相对于输出功率控制信号进行起始点偏移；其中，控制电流Io相对于输出功率信号VRAMP的起始点漂移的输入电压-输出电流图如图4所示：在输出功率控制信号VRAMP小于等于电压临界值VosX时，Io值为设定的第一电流值IosY，其中，电压临界值VosX为设定的第二电流值IosX与电阻R1的乘积；在输出功率控制信号VRAMP大于电压临界值VosX时，控制电流Io与输出功率控制信号VRAMP为正相关关系，控制电流Io随着VRAMP的增大而增大。这里，波形整形器对控制电流Io的起始点进行偏移，可使由偏置电流Ibase所控制的功率放大器满足前向隔离、速度等指标要求。
图5为本发明实施例中一种功率控制电路的电路结构示意图，图5仅为如图2所述的功率控制电路中的多种具体实现结构的一种。如图5所示，功率控制电路包括电压电流转换器、电压补偿器、温度补偿器、波形整形器、可编程电流放大器五部分；其中，电压电流转换器包括误差放大器和场效应管M1和M2，场效应管M1和M2可以实现电压到电流的转换；场效应管M2的漏极连接可编程电流放大器，为可编程电流放大器DAC提供输入电流；可编程电流放大器DAC接收DAC控制端的输入信号的控制，将接收的输入电流按照输入信号设定的比例放大为偏置电流Ibase。
如图5所示，本发明实施例中波形整形器包括电流源IosX和电流源IosY，电流源IosX和电流源IosY均为恒定电流源，分别可输出大小为IosX和IosY的恒定电流。其中，电流源IosY连接在电源VBAT和场效应管M2的漏极之间，电流源IosX连接在电源VBAT和场效应管M1的漏极之间，在输出功率控制信号VRAMP较小时，由电流源IosY向可编程电流放大器输出大小为IosY的恒定电流；在输出功率控制信号VRAMP超过电压临界值VosX时，场效应管M1导通。
如图2所示，功率控制电路还包括用于在温度变化时对控制电流进行补偿的温度补偿器。如图5所示，温度补偿器包括温控电流源Itemp。其中，如图6所示，温控电流源Itemp是与温度负相关的温控电流源，随着温度的升高，电流源Itemp的输出电流变小，但温控电流源Itemp的输出电流大小与温度的关系并不局限于如图6中所示的线性关系。温控电流源Itemp的使用使控制电流Io随着温度Temp的增大而增大，随着温度Temp的减小而减小，进而可使由偏置电流Ibase所控制的功率放大器在温度Temp变化时，通过偏置电流Ibase进行补偿从而保持输出功率的稳定。
如图2所示，功率控制电路还包括用于在功率放大器的电源电压VBAT变化时对控制电流进行补偿的电压补偿器。如图5所示，电压补偿器包括为压控电流源Ivol。其中，如图7所示，压控电流源Ivol是与电源电压VBAT正相关的压控电流源，但压控电流源Ivol的输出电流大小与电源电压VBAT的关系并不局限于如图7中所示的线性关系。压控电流源Ivol的使用使控制电流Io随着电源电压VBAT的增大而减小，随着电源电压VBAT的减小而增大，进而可使由偏置电流Ibase所控制的功率放大器在电源电压VBAT即功率放大器的集电极电压变化时，通过偏置电流Ibase进行补偿从而保持输出功率的稳定。
如图5所示，受到温度或电源电压变化的影响时，温控电流源Itemp或压控电流源Ivol输出的电流发生变化，电阻R1两端的电压发生变化，从而影响到场效应管M1和M2的栅极的电压值，进而影响到输出电流Io和偏置电流Ibase，补偿了温度或电源电压的变化对功率放大器造成的影响，使功率放大器的输出功率得以稳定。
本发明实施例所提供的功率控制电路，通过电压电流转换器检测输入的输出功率控制信号，并将所述输出功率控制信号转换为控制电流；通过可编程电流放大器将所述控制电流放大后作为与所述功率控制电路连接的功率放大器的偏置电流输出；可见，本发明实施例的功率控制电路为开环电路，且无需功率晶体管即可实现对功率放大器的控制功能，相比较现有技术，消除了功率晶体管和闭环环路带来的不良影响，改善了功率放大电路的性能。
本发明实施例还提供一种功率放大电路，该功率放大电路包括功率放大器以及功率控制电路；其中，功率控制电路与功率放大器连接，用于向功率放大器输入偏置电流；功率放大器用于根据偏置电流将输入的射频信号进行相应放大处理后输出；
这里，所述功率控制电路可采用上述技术方案中描述的功率控制电路的组成及功能，比如：可采用如图2所示的功率控制电路，具体地：
电压电流转换器检测输入的输出功率控制信号VRAMP并将该信号转换为控制电流Io，可编程电流放大器将控制电流Io转换为偏置电流Ibase输入功率放大器，在偏置电流Ibase的控制下，功率放大器U3将输入的射频输入信号按照偏置电流Ibase设定的比例放大射频输出信号并输出。
图2所示的功率控制电路的具体结构如图5所示，功率控制电路还包括包括恒流源IosY和恒流源IosX组成的波形整形器，以使偏置电流Io相对于输出功率控制信号VRAMP进行起始点偏移；此外，功率控制电路还包括电压补偿器和温度补偿器，以为功率放大器提供电压补偿和温度补偿，电压补偿器包括压控电流源Ivol，温度补偿器包括温控电流源Itemp。
本发明实施例所提供的功率放大电路，通过电压电流转换器检测输入的输出功率控制信号，并将所述输出功率控制信号转换为控制电流；通过可编程电流放大器将所述控制电流放大后作为与所述功率控制电路连接的功率放大器的偏置电流输出；可见，本发明实施例的功率控制电路为开环电路，且无需功率晶体管即可实现对功率放大器的控制功能，相比较现有技术，消除了功率晶体管和闭环环路带来的不良影响，改善了功率放大电路的性能。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种功率控制电路，其特征在于，所述功率控制电路为开环电路，所述功率控制电路包括：电压电流转换器、可编程电流放大器；其中，
所述电压电流转换器，用于检测输入的输出功率控制信号，将所述输出功率控制信号转换为控制电流并输出；
所述可编程电流放大器，用于接收所述控制电流，并将所述控制电流放大后作为与所述功率控制电路连接的功率放大器的偏置电流输出。
2.根据权利要求1所述的功率控制电路，其特征在于，所述功率控制电路还包括波形整形器，用于将所述控制电流相对于所述输出功率控制信号进行起始点偏移。
3.根据权利要求2所述的功率控制电路，其特征在于，所述波形整形器包括恒定电流源。
4.根据权利要求1所述的功率控制电路，其特征在于，所述功率控制电路还包括温度补偿器，用于在温度变化时对所述控制电流进行补偿。
5.根据权利要求4所述的功率控制电路，其特征在于，所述功率控制电路还包括电压补偿器，用于在所述功率放大器的电源电压变化时，对所述控制电流进行补偿。
6.根据权利要求5所述的功率控制电路，其特征在于，所述温度补偿器包括温控电流源；和/或，所述电压补偿器包括压控电流源。
7.根据权利要求1至6任一项所述的功率控制电路，其特征在于，所述电压电流转换器的输出电流与输入电压为正相关关系。
8.根据权利要求7所述的功率控制电路，其特征在于，所述正相关关系包括线性关系、分段线性关系、平方关系或指数关系。
9.根据权利要求1至6任一项所述的功率控制电路，其特征在于，所述可编程电流放大器将所述控制电流线性放大，所述可编程电流放大器的放大倍数由控制信号通过对可编程电流放大器编程进行控制。
10.一种功率放大电路，其特征在于，所述功率放大电路包括功率放大器、以及权利要求1至9任一项所述的功率控制电路；其中，
所述功率控制电路，与所述功率放大器连接，用于向所述功率放大器输入偏置电流；
所述功率放大器，用于根据所述偏置电流将输入的射频信号进行相应放大处理后输出。
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