CN108206679A - 一种射频功率放大器及其增益控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种射频功率放大器及其增益控制电路，该电路包括反馈单元和放大单元；其中，所述反馈单元，用于接入驱动开关信号、偏置电压和经第一隔直电容的初始输入信号被所述放大单元放大后的反馈信号；以及，用于根据所述驱动开关信号控制对所述反馈信号的衰减，并输出所述衰减后的第一级输入信号给所述放大单元；所述放大单元，用于接入所述初始输入信号、所述第一级输入信号和所述偏置电压；以及，用于对所述初始输入信号进行放大，并将所述放大后得到的反馈信号反馈给所述反馈电路；以及，用于对所述第一级输入信号进行放大，输出所述放大后的输出信号。

Description

一种射频功率放大器及其增益控制电路

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种射频功率放大器及其增益控制电路。

背景技术

当前，随着无线射频系统的发展，各种无线通信终端得到了广泛应用。这些无线通信终端都用射频功率放大器来提高信号的功率强度，从而使得信号可以通过天线进行发射。随着第五代(5G，5th-Generation)通信系统的到来，无线通信系统对射频功率放大器的增益要求愈发提高，另一方面，无线通信终端的体积也越来越小，集成度越来越高；因此，在单个芯片中实现多模多频的需求也就愈发迫切，这就要求在硬件设备小型化和低成本的条件下，射频功率放大器的增益能够进行控制和切换。

现有的增益控制和切换方法主要有两种：(1)通过在不同信号通道进行切换来实现增益的切换；但是，因为需要不同增益的信号通道才能实现增益的切换，所以造成芯片面积不可避免地过大；另外，不同信号通道的切换来实现增益的切换会导致相位出现不连续。(2)通过外部结构来调整偏置电路输出的电压或者电流值，这种方法可以实现灵活小巧的增益切换结构，同时对偏置电压和电流的调节可以保证切换增益前后相位的连续性；但是，由于需要保证功率放大器的正常工作，所以偏置电压和电流的调节受到一定限制，从而导致增益的变化有限。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明实施例期望提供一种射频功率放大器及其增益控制电路，在保证相位连续性的前提下，旨在能够实现射频功率放大器增益的灵活控制与切换，使得增益的变化不受偏置电压和电流的限制。

本发明的技术方案是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供了一种射频功率放大器的增益控制电路，所述电路包括：反馈单元和放大单元；其中，

所述反馈单元，具有：

第一接入端，用于接入驱动开关信号；

偏置接入端，用于接入偏置电压和反馈信号；所述反馈信号是所述放大单元对经第一隔直电容的初始输入信号进行放大后得到的；

反馈电路，用于根据所述驱动开关信号控制对所述反馈信号的衰减，并得到所述衰减后的第一级输入信号；

第一输出端，用于输出所述第一级输入信号给所述放大单元；

所述放大单元，具有：

第二接入端，用于接入所述初始输入信号和所述第一级输入信号；

偏置接入端，用于接入所述偏置电压；所述偏置电压用于维持所述放大单元的正常工作状态；

放大电路，用于对所述初始输入信号进行放大，并将所述放大后得到的反馈信号反馈给所述反馈电路；以及，对所述第一级输入信号进行放大，得到所述放大后的输出信号；

第二输出端，用于输出所述输出信号；

在上述电路中，所述反馈电路具体包括：第一RLC直连电路、第二RLC直连电路和开关S；其中，

所述开关S的一端连接所述第一RLC直连电路的一端，所述开关S的另一端连接所述第二RLC直连电路的一端，且所述开关S用于实现所述第一RLC直连电路和所述第二RLC直连电路之间的断开与连接，所述开关S的工作状态被所述驱动开关信号控制；所述第一RLC直连电路中没有和所述开关S连接的一端，用于接入所述偏置电压和所述反馈信号；所述第二RLC直连电路中没有和所述开关S连接的一端，用于输出所述第一级输入信号给所述放大单元。

在上述电路中，所述放大电路包括所述第一放大器和所述第二放大器；其中，

所述第一放大器，用于对所述初始输入信号进行放大，并将所述放大后得到的反馈信号反馈给所述反馈电路；以及，对所述第一级输入信号进行放大，并将得到所述放大后的第二级输入信号输出给所述第二放大器；

所述第二放大器，用于对所述第二级输入信号进行放大，并得到所述放大后的输出信号。

在上述电路中，所述第一放大器，具体包括：第一功率管和第一电感；其中，

所述第一功率管的基极，用于接入所述初始输入信号和所述第一级输入信号；所述第一功率管的集电极与所述第一电感的一端连接，用于接入所述偏置电压、输出所述反馈信号给所述反馈电路以及输出所述第二级输入信号给所述第二放大器；所述第一功率管的发射极接地；所述第一电感的另一端接电源。

在上述电路中，所述第二放大器，具体包括：第二功率管和第二电感；其中，

所述第二功率管的基极与所述第一功率管的集电极通过匹配网络相连，用于接入所述第二级输入信号；所述第二功率管的集电极与所述第二电感的一端连接，用于接入所述偏置电压；所述第二功率管的发射极接地；所述第二电感的另一端接电源。

在上述电路中，所述驱动开关信号包括高电平和低电平；其中，

当所述驱动开关信号为高电平时，所述反馈电路的开关S为闭合状态，所述反馈单元中的反馈回路被导通，所述增益控制电路的增益被降低；其中，所述反馈回路由所述第一功率管、所述第一RLC电路以及第二RLC电路组成；

当所述驱动开关信号为低电平时，所述反馈电路的开关S为断开状态，所述反馈单元中的反馈回路被断开，所述增益控制电路的增益不变。

在上述电路中，所述反馈单元至少为一个；当所述反馈单元为两个或者两个以上时，每个反馈单元对应并联一个所述第一放大器，组成一个增益衰减单元，且每个增益衰减单元之间通过匹配网络相连。

第二方面，本发明实施例提供了一种射频功率放大器，所述射频功率放大器包括：驱动开关信号产生电路、偏置电压产生电路和上述任一所述的增益控制电路；其中，

所述驱动开关信号产生电路，用于产生驱动开关信号；

所述偏置电压产生电路，用于产生偏置电压；

所述增益控制电路，用于控制与切换所述射频功率放大器的增益。

第三方面，本发明实施例提供了一种增益控制电路的工作方法，所述方法包括：

增益控制电路接入初始输入信号和驱动开关信号；其中，所述增益控制电路为上述任一所述的增益控制电路；

所述增益控制电路对所述初始输入信号进行放大，得到所述放大后的反馈信号；

当所述驱动开关信号为高电平时，所述增益控制电路对所述反馈信号进行衰减，得到所述衰减后的第一级输入信号；

所述增益控制电路对所述第一级输入信号进行放大，得到所述放大后的输出信号。

本发明实施例提供了一种射频功率放大器及其增益控制电路，该电路能够利用外部提供的驱动开关信号控制反馈单元中反馈回路的导通与断开，从而实现了整体电路增益的灵活控制和切换；另外，由于整体电路增益的改变主要受反馈回路的影响，因此，该电路增益的变化摆脱了偏置电压和电流对整体电路增益的限制，且增益衰减带来的相位跳变较小。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种射频功率放大器的增益控制电路结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种射频功率放大器的增益控制电路结构示意图；

图3为本发明实施例提供的又一种射频功率放大器的增益控制电路结构示意图；

图4为本发明实施例提供的再一种射频功率放大器的增益控制电路结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种射频功率放大器的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种增益控制电路的工作方法示意图。

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。

实施例一

如图1所示，该图给出了本发明实施例提供的一种射频功率放大器的增益控制电路，从图中可以看出，该增益控制电路530包括：反馈单元10和放大单元20；其中，

所述反馈单元10，具有：第一接入端c，用于接入驱动开关信号Vcontrol；偏置接入端a，用于接入偏置电压和反馈信号；所述反馈信号是所述放大单元20对经第一隔直电容的初始输入信号进行放大后得到的；反馈电路100，用于根据所述驱动开关信号控制对所述反馈信号的衰减，并得到所述衰减后的第一级输入信号；第一输出端b，用于输出所述第一级输入信号给所述放大单元20；

所述放大单元20，具有：第二接入端b，用于接入所述初始输入信号RFin和所述第一级输入信号；偏置接入端a，用于接入所述偏置电压；所述偏置电压用于维持所述放大单元的正常工作状态；放大电路200，用于对所述初始输入信号进行放大，并将所述放大后得到的反馈信号反馈给所述反馈电路100；以及，对所述第一级输入信号进行放大，得到所述放大后的输出信号RFout；第二输出端d，用于输出所述输出信号RFout。

示例性地，如图3所示，所述反馈电路100具体包括：第一RLC直连电路101、第二RLC直连电路102和开关S；其中，所述开关S的一端连接所述第一RLC直连电路101的一端，所述开关S的另一端连接所述第二RLC直连电路102的一端，且所述开关S用于实现所述第一RLC直连电路101和所述第二RLC直连电路102之间的断开与连接，所述开关S的工作状态被所述驱动开关信号Vcontrol控制；所述第一RLC直连电路101中没有和所述开关S连接的一端a，用于接入所述偏置电压和所述反馈信号；所述第二RLC直连电路102中没有和所述开关S连接的一端b，用于输出所述第一级输入信号给所述放大单元20；

需要说明的是，所述第一RLC直连电路101，如图3所示，具体包括：第二电阻R2、第二隔直电容C2和第三电感L3；所述第二RLC直连电路102，具体包括：第一电阻R1、第三隔直电容C3和第四电感L4。

示例性地，如图2所示，所述放大单元20包括：第一放大器201和第二放大器202；其中，

所述第一放大器201，用于对所述初始输入信号进行放大，并将所述放大后得到的反馈信号反馈给所述反馈电路100；以及，对所述第一级输入信号进行放大，并将得到所述放大后的第二级输入信号输出给所述第二放大器202；

所述第二放大器202，用于对所述第二级输入信号进行放大，并得到所述放大后的输出信号RFout。

具体地，如图3所示，所述第一放大器201包括：第一功率管Q1和第一电感L1；其中，

所述第一功率管Q1的基极b，用于接入所述初始输入信号和所述第一级输入信号；所述第一功率管Q1的集电极与所述第一电感L1的一端a连接，用于接入所述偏置电压、输出所述反馈信号给所述反馈电路以及输出所述第二级输入信号给所述第二放大器202；所述第一功率管Q1的发射极接地；所述第一电感L1的另一端接电源VCC。

所述第二放大器202，具体包括：第二功率管Q2和第二电感L2；其中，

所述第二功率管Q2的基极f与所述第一功率管Q1的集电极通过匹配网络相连，用于接入所述第二级输入信号；所述第二功率管Q2的集电极与所述第二电感L2的一端e连接，用于接入所述偏置电压；所述第二功率管Q2的发射极接地；所述第二电感L2的另一端接电源VCC；所述匹配网络用于阻抗匹配、功率合成和提高增益平坦度。

需要说明的是，从图3中可以直观地看出，所述第一功率管Q1与所述第一RLC电路101以及第二RLC电路102组成一个反馈回路；其中，所述第一功率管Q1的集电极与所述第一RLC电路101的一端连接、所述第一功率管Q1的基极与所述第二RLC电路102的一端连接，所述第一RLC电路101的另一端与所述第二RLC电路102的另一端通过开关S来实现两者之间的连接与断开，且开关S的断开与闭合状态由所述驱动开关信号Vcontrol控制。由此可知，可以通过驱动开关信号Vcontrol来控制反馈回路的断开与导通，从而实现整体电路增益的控制与切换；例如，当所述驱动开关信号Vcontrol为高电平时，所述反馈电路的开关S为闭合状态，所述反馈单元10中的反馈回路被导通，所述增益控制电路的增益被降低，整体电路处于中增益或低增益模式；当所述驱动开关信号Vcontrol为低电平时，所述反馈电路的开关S为断开状态，所述反馈单元10中的反馈回路被断开，所述增益控制电路的增益不变，整体电路处于高增益模式。

还需要说明的是，为了满足多模多频通信系统的增益需求，所述反馈单元10可以是一个，也可以是两个或者两个以上。当所述反馈单元10为两个或者两个以上时，每个反馈单元10对应并联一个所述第一放大器201，从而组成一个增益衰减单元，且每个增益衰减单元之间可以通过匹配网络相连；其中，所述匹配网络用于阻抗匹配、功率合成和提高增益平坦度。对于多个并联的增益衰减单元，同样可以通过外部提供的驱动开关信号来控制每个增益衰减单元中反馈单元的工作状态，从而实现整体电路增益的灵活控制与切换。

本发明实施例提供了一种射频功率放大器的增益控制电路，该电路引入反馈回路，并利用外部提供的驱动开关信号控制反馈回路的导通与断开，从而实现了整体电路增益的控制与切换；另外，由于整体电路增益的改变主要受反馈回路的影响，因此，该电路增益的变化不受偏置电压和电流的限制，且增益衰减带来的相位跳变较小。

实施例二

为了方便对上述技术方案的理解，本发明实施例给出了一种实际工程应用中的射频功率放大器的增益控制电路结构图，具体参见图4，从图中可以看出，该电路包括并联的两个反馈单元10以及每个反馈单元对应连接的第一放大器201，即该电路包括两个增益衰减单元，因此初始输入信号RFin可以经过两级增益变换。具体地，当外部提供的驱动开关信号Vcontrol_1为高电平时，开关S1闭合，反馈回路Q1、R2、C3、L5、R1、C2、L4导通，使得第一功率管Q1的集电极电压经过所述反馈回路反馈到第一功率管Q1的输入端基极，此时包含第一功率管Q1的放大器201的初级输出信号的增益被降低，从而导致整个电路的增益变低；同理，当外部提供的驱动开关信号Vcontrol_2为高电平时，开关S2闭合，反馈回路Q2、R4、C5、L7、R3、C4、L6导通，使得第二功率管Q2的集电极电压经过所述反馈回路反馈到第二功率管Q2的输入端基极，此时包含第二功率管Q2的放大器201的次级输出信号的增益被降低，从而导致整个电路的增益变低。

因此，当驱动开关信号Vcontrol_1和Vcontrol_2均为低电平时，反馈单元10处于不工作状态，此时整体电路处于高增益模式(如增益可以达到30dB)；当驱动开关信号Vcontrol_1和Vcontrol_2中的任意一个为高电平、另一个为低电平时，整体电路将被切换到中增益模式(如增益衰减到15dB到20dB之间)；当驱动开关信号Vcontrol_1和Vcontrol_2均为高电平时，整体电路将被切换到低增益模式(如增益衰减到10dB)。

由此可知，本发明实施例提供的一种射频功率放大器的增益控制电路，其引入了多个反馈回路，能够利用外部提供的驱动开关信号来对应控制反馈回路的工作状态，从而实现多级增益的灵活控制与切换，摆脱了偏置电流和电压对增益变化的限制。

实施例三

基于前述相同的技术构思，如图5所示，该图给出了本发明实施例提供的一种射频功率放大器，从图中可以看出，所述射频功率放大器50可以包括：驱动开关信号产生电路510、偏置电压产生电路520和上述实施例一所述的增益控制电路530；其中，

所述驱动开关信号产生电路510，用于产生驱动开关信号；

所述偏置电压产生电路520，用于产生偏置电压；

所述增益控制电路530，用于控制与切换所述射频功率放大器的增益。

实施例四

基于前述相同的技术构思，如图6所示，该图给出了本发明实施例提供的一种增益控制电路530的工作方法，从图中可以看出，该工作方法具体可以包括：

S610、增益控制电路接入初始输入信号和驱动开关信号；

S620、所述增益控制电路对所述初始输入信号进行放大，得到所述放大后的反馈信号；

S630、当所述驱动开关信号为高电平时，所述增益控制电路对所述反馈信号进行衰减，得到所述衰减后的第一级输入信号；

S640、所述增益控制电路对所述第一级输入信号进行放大，得到所述放大后的输出信号。

可以理解地，当所述驱动开关信号为低电平时，所述增益控制电路530将所述反馈信号直接进行放大，得到所述放大后的输出信号。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

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 (9)

1.一种射频功率放大器的增益控制电路，其特征在于，所述电路包括：反馈单元和放大单元；其中，

所述反馈单元，具有：

第一接入端，用于接入驱动开关信号；

偏置接入端，用于接入偏置电压和反馈信号；所述反馈信号是所述放大单元对经第一隔直电容的初始输入信号进行放大后得到的；

反馈电路，用于根据所述驱动开关信号控制对所述反馈信号的衰减，并得到所述衰减后的第一级输入信号；

第一输出端，用于输出所述第一级输入信号给所述放大单元；

所述放大单元，具有：

第二接入端，用于接入所述初始输入信号和所述第一级输入信号；

偏置接入端，用于接入所述偏置电压；所述偏置电压用于维持所述放大单元的正常工作状态；

放大电路，用于对所述初始输入信号进行放大，并将所述放大后得到的反馈信号反馈给所述反馈电路；以及，对所述第一级输入信号进行放大，得到所述放大后的输出信号；

第二输出端，用于输出所述输出信号。

2.根据权利要求1所述的增益控制电路，其特征在于，所述反馈电路具体包括：第一RLC直连电路、第二RLC直连电路和开关S；其中，

所述开关S的一端连接所述第一RLC直连电路的一端，所述开关S的另一端连接所述第二RLC直连电路的一端，且所述开关S用于实现所述第一RLC直连电路和所述第二RLC直连电路之间的断开与连接，所述开关S的工作状态被所述驱动开关信号控制；所述第一RLC直连电路中没有和所述开关S连接的一端，用于接入所述偏置电压和所述反馈信号；所述第二RLC直连电路中没有和所述开关S连接的一端，用于输出所述第一级输入信号给所述放大单元。

3.根据权利要求1所述的增益控制电路，其特征在于，所述放大电路包括所述第一放大器和所述第二放大器；其中，

所述第一放大器，用于对所述初始输入信号进行放大，并将所述放大后得到的反馈信号反馈给所述反馈电路；以及，对所述第一级输入信号进行放大，并将得到所述放大后的第二级输入信号输出给所述第二放大器；

所述第二放大器，用于对所述第二级输入信号进行放大，并得到所述放大后的输出信号。

4.根据权利要求3所述的增益控制电路，其特征在于，所述第一放大器，具体包括：第一功率管和第一电感；其中，

所述第一功率管的基极，用于接入所述初始输入信号和所述第一级输入信号；所述第一功率管的集电极与所述第一电感的一端连接，用于接入所述偏置电压、输出所述反馈信号给所述反馈电路以及输出所述第二级输入信号给所述第二放大器；所述第一功率管的发射极接地；所述第一电感的另一端接电源。

5.根据权利要求3所述的增益控制电路，其特征在于，所述第二放大器，具体包括：第二功率管和第二电感；其中，

所述第二功率管的基极与所述第一功率管的集电极通过匹配网络相连，用于接入所述第二级输入信号；所述第二功率管的集电极与所述第二电感的一端连接，用于接入所述偏置电压；所述第二功率管的发射极接地；所述第二电感的另一端接电源。

6.根据权利要求1至5任一所述的增益控制电路，其特征在于，所述驱动开关信号包括高电平和低电平；其中，

当所述驱动开关信号为高电平时，所述反馈电路的开关S为闭合状态，所述反馈单元中的反馈回路被导通，所述增益控制电路的增益被降低；其中，所述反馈回路由所述第一功率管、所述第一RLC电路以及第二RLC电路组成；

当所述驱动开关信号为低电平时，所述反馈电路的开关S为断开状态，所述反馈单元中的反馈回路被断开，所述增益控制电路的增益不变。

7.根据权利要求3所述的增益控制电路，其特征在于，所述反馈单元至少为一个；当所述反馈单元为两个或者两个以上时，每个反馈单元对应并联一个所述第一放大器，组成一个增益衰减单元，且每个增益衰减单元之间通过匹配网络相连。

8.一种射频功率放大器，其特征在于，所述射频功率放大器包括：驱动开关信号产生电路、偏置电压产生电路和权利要求1至7任一项所述的增益控制电路；其中，

所述驱动开关信号产生电路，用于产生驱动开关信号；

所述偏置电压产生电路，用于产生偏置电压；

所述增益控制电路，用于控制与切换所述射频功率放大器的增益。

9.一种增益控制电路的工作方法，其特征在于，所述方法包括：

增益控制电路接入初始输入信号和驱动开关信号；其中，所述增益控制电路为权利要求1至7任一项所述的增益控制电路；

所述增益控制电路对所述初始输入信号进行放大，得到所述放大后的反馈信号；

当所述驱动开关信号为高电平时，所述增益控制电路对所述反馈信号进行衰减，得到所述衰减后的第一级输入信号；

所述增益控制电路对所述第一级输入信号进行放大，得到所述放大后的输出信号。