CN108462476A - 一种功率放大器及其功率控制方法 - Google Patents
一种功率放大器及其功率控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108462476A CN108462476A CN201810130152.1A CN201810130152A CN108462476A CN 108462476 A CN108462476 A CN 108462476A CN 201810130152 A CN201810130152 A CN 201810130152A CN 108462476 A CN108462476 A CN 108462476A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- power
- power amplifier
- bias voltage
- module
- voltage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 229910002056 binary alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 8
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 claims description 22
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims description 21
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims description 21
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims description 10
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims description 7
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 5
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 6
- 238000005457 optimization Methods 0.000 abstract description 4
- 230000011664 signaling Effects 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 102100031699 Choline transporter-like protein 1 Human genes 0.000 description 5
- 101000940912 Homo sapiens Choline transporter-like protein 1 Proteins 0.000 description 5
- 102100035954 Choline transporter-like protein 2 Human genes 0.000 description 4
- 102100039497 Choline transporter-like protein 3 Human genes 0.000 description 4
- 101000948115 Homo sapiens Choline transporter-like protein 2 Proteins 0.000 description 4
- 101000889279 Homo sapiens Choline transporter-like protein 3 Proteins 0.000 description 4
- 102100039496 Choline transporter-like protein 4 Human genes 0.000 description 3
- 102100039505 Choline transporter-like protein 5 Human genes 0.000 description 3
- 101000889282 Homo sapiens Choline transporter-like protein 4 Proteins 0.000 description 3
- 101000889267 Homo sapiens Choline transporter-like protein 5 Proteins 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 2
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 2
- 241000208340 Araliaceae Species 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000005035 Panax pseudoginseng ssp. pseudoginseng Nutrition 0.000 description 1
- 235000003140 Panax quinquefolius Nutrition 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 235000008434 ginseng Nutrition 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
- H03F3/20—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers
- H03F3/24—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers of transmitter output stages
- H03F3/245—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers of transmitter output stages with semiconductor devices only
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
- H03G3/00—Gain control in amplifiers or frequency changers
- H03G3/20—Automatic control
- H03G3/30—Automatic control in amplifiers having semiconductor devices
- H03G3/3036—Automatic control in amplifiers having semiconductor devices in high-frequency amplifiers or in frequency-changers
- H03G3/3042—Automatic control in amplifiers having semiconductor devices in high-frequency amplifiers or in frequency-changers in modulators, frequency-changers, transmitters or power amplifiers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Amplifiers (AREA)
Abstract
本发明提供一种功率放大器及其功率控制方法，包括：级联前级电路与所述功率放大器的级联驱动级；为所述可控放大级提供偏置电压的偏置电路；连接所述偏置电路及所述级联驱动级输出端的可控放大级，所述可控放大级包括功率放大模块，通过调整所述功率放大模块的数量控制输出信号的功率，同时通过调节作用于所述功率放大模块的偏置电压的开启和关断，实现二进制启闭键控调制。本发明实现了三种控制输出功率的方案，灵活控制OOK调制方式下信号开关的速度，优化的偏置电路补偿了温度升高引起的功率损失，且本发明的电路均采用CMOS工艺实现，便于集成到SoC系统中。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路领域，特别是涉及一种功率放大器及其功率控制方法。
背景技术
功率放大器是发射机的关键模块，位于发射机的后端，一般多用于无线通信系统中，将被调制后的信号放大到一定的输出功率，并送给天线发射。
无线通信市场的高速发展不断推动收发机向高集成度、低功耗、低成本的方向发展，因此越来越多的芯片采用价格低廉且相对成熟可靠的CMOS工艺设计实现。为了获得更佳的性能，传统的功率放大器多采用GaAs等工艺设计实现，使得功放很难同其它CMOS电路集成到一起，增加了电路的制造成本和复杂度。随着SoC(System on Chip，称为系统级芯片)系统的不断发展，其系统结构及功能日趋复杂，因此将功率放大器模块与其它电路集成到同一块SoC上是IC产业未来的必然发展趋势。
传统放大器应用于需要实现OOK(On-Off Keying，二进制启闭键控)调制的系统中，通常通过控制功率放大器的使能端来完成，一般来说，开启时间会受到偏置电压建立时间的影响，关断时间又会受到节点放电时间的影响，这些时间受到具体电路本身参数的影响，一旦电路确定，建立时间也被确定。如果建立时间过长，那么就会限制发送数据的速率。此外，功率放大器开启关断的时间也影响了频谱能量的分布，不同的应用场景对频谱有一定的要求。因此建立时间可调更加适用于不同的应用需求，而传统功率放大器的建立时间完全取决于电路本身，并不具备灵活可调的功能。
传统功率放大器的功率控制功能通常采用控制放大管的漏极电压实现，这种方式需要额外提供可变的电源电压，提高了电路设计的复杂度，增加了芯片面积。此外，传统的功率放大器的输出功率随温度升高而逐渐损失，高温工作条件下的功率输出很难得到保证。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种功率放大器及其功率控制方法，用于解决现有技术中数据发送速度受限、应用需求受限、电路复杂、占用芯片面积大、输出功率随温度损失等问题。
为实现上述目的及其它相关目的，本发明提供一种功率放大器，所述功率放大器至少包括：
级联驱动级、偏置电路及可控放大级；
所述级联驱动级接收输入信号，用于级联前级电路与所述功率放大器；
所述偏置电路为所述可控放大级提供偏置电压；
所述可控放大级连接所述偏置电路及所述级联驱动级的输出端，所述可控放大级包括功率放大模块，通过调整所述功率放大模块的数量控制输出信号的功率，同时通过调节作用于所述功率放大模块的偏置电压的开启和关断，以实现二进制启闭键控调制。
优选地，所述功率放大器还包括连接于电源电压与所述可控放大级输出端之间的电感、一端连接所述可控放大级输出端的第一电容、连接于所述电容另一端的匹配网络；所述级联驱动级、所述偏置电路及所述可控放大级位于片上，所述电感、所述第一电容及所述匹配网络位于片外。
优选地，所述级联驱动级包括低压差线性稳压模块及驱动模块；
所述低压差线性稳压模块的第一输入端连接所述低压差线性稳压模块的输出端、第二输入端连接参考电压，根据所述参考电压调整所述低压差线性稳压模块的输出电压；
所述驱动模块接收所述输入信号、电源端连接所述低压差线性稳压模块的输出端，根据所述低压差线性稳压模块的输出电压调整所述驱动模块输出信号的摆幅。
更优选地，所述级联驱动级还包括参考电压产生模块，所述参考电压产生模块包括电阻分压阵列、连接于所述电阻分压阵列各分压节点的第一开关，通过选择不同的分压节点输出不同的参考电压。
优选地，所述偏置电路包括第一偏置电压产生模块及第二偏置电压产生模块；
所述第一偏置电压产生模块包括电流镜，通过所述电流镜将第一基准电流转化为第一偏置电压；
所述第二偏置电压产生模块包括可调电流镜及电阻，通过调整所述可调电流镜的数量将第二基准电流转化为第二偏置电压。
更优选地，所述偏置电路还包括温度补偿模块，所述温度补偿模块包括正温度系数电流源、第一基准电流源及第二基准电流源；
所述正温度系数电流源通过第二开关与所述第二基准电流源串联，所述第一基准电流源串联第三开关后与所述正温度系数电流源并联，所述正温度系数电流源与所述第二开关的连接节点输出所述第一基准电流；其中，所述第二开关与所述第三开关的控制信号为反信号。
更优选地，所述可控放大级包括功率放大模块、第四开关、第五开关、建立时间调整模块、第二电容、偏置电阻及第三电容；
所述功率放大模块包括多个功率放大子单元，各功率放大子单元包括第一功率管及第二功率管，所述第一功率管的源端接地、漏端连接所述第二功率管的源端，所述第二功率管的漏端作为所述可控放大级的输出端；
所述第二电容的一端连接所述级联驱动级的输出信号、另一端连接所述第一功率管的栅端；所述偏置电阻的一端连接所述第一功率管的栅端、另一端经过所述第四开关后连接所述第一偏置电压，通过所述第四开关控制用于功率输出的所述第一功率管的数量；
所述建立时间调整模块的一端接收所述第二偏置电压、另一端经过所述第五开关连接所述第二功率管的栅端，通过调整所述第二偏置电压的建立时间来控制所述输出信号的开启和关断的摆率，并通过所述第五开关控制用于功率输出的所述第二功率管的数量；
所述第三电容的一端连接所述第二功率管的栅端、另一端接地；
更优选地，所述建立时间调整模块包括可调电阻及第四电容；
所述可调电阻的一端连接所述第二偏置电压、另一端连接所述第五开关；
所述第四电容的一端连接所述第二偏置电压，另一端接地。
更优选地，各功率放大子单元中的第一功率管及第二功率管的数量呈两倍增长。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供上述功率放大器的控制方法，所述功率控制方法至少包括：
基于级联驱动级连接前级电路与可控放大级，接收输入信号；
基于偏置电路产生偏置电压；
基于所述可控放大级对所述级联驱动级的输出信号进行放大得到所述功率放大器的输出信号，通过调整所述功率放大模块的数量控制所述功率放大器的输出信号的功率，同时通过调节作用于所述功率放大模块的偏置电压的建立时间控制所述输出信号的开启和关断的摆率，以实现改进的二进制启闭键控调制。
优选地，所述级联驱动级中驱动模块的电源为可调电源，通过改变可调电源的输出电压来控制所述级联驱动级的输出摆幅，从而通过控制所述可控放大级的输入信号功率来改变所述可控放大级输出信号的功率的大小。
优选地，基于基准电流源及正温度系数电流源产生第一偏置电压，通过调整所述基准电流源与所述正温度系数电流源的比值获得不同斜率的正温度系数电压，以此获得温度升高时的补偿功率。
更优选地，随着温度的升高，所述第一偏置电压增大，以弥补所述功率放大模块随温度升高而损失的功率。
优选地，通过调整电流镜的放大倍数调整第二偏置电压，进而调节所述可控放大级的电流能力，以控制所述输出信号的功率大小。
更优选地，所述二进制启闭键控调制通过控制所述第二偏置电压开启和关断以及控制所述级联驱动级的电源来实现，所述第二偏置电压的充电与所述级联驱动级的电源同时开启，所述第二偏置电压完全放电后关断所述级联驱动级的电源。
更优选地，通过控制所述第二偏置电压充放电时的RC时间常数实现输出频谱能量控制，以适应不同应用场景。
如上所述，本发明的功率放大器及其功率控制方法，具有以下有益效果：
一、本发明的功率放大器提供了三种功率控制方式的组合，通过控制功率放大管的数量限制功率管的最大电流能力、通过控制偏置电压的大小限制功率管的最大电流能力，以及通过控制输入信号的功率来实现功率控制。
二、本发明的功率放大器及其功率控制方法采用片外匹配电路，对于不同输出功率的应用要求，可以组合出一种效率最优的方案，从而降低功耗。
三、本发明的功率放大器及其功率控制方法实现了高温下功率放大器的功率补偿，通过基准电流源与正温度系数电流源的组合，产生了正温度系数且斜率可调的偏置电压，温度升高时通过提高偏置电压来补偿由于器件性能下降而造成的功率损失。
四、本发明的功率放大器及其功率控制方法通过调节基准电流源与正温度系数电流源的组合改变偏置电压随温度变化的斜率，可以根据实测时需要补偿的程度灵活地调节到需要的值。
五、本发明的功率放大器及其功率控制方法优化了OOK调制的实现方式，可以根据不同的应用场景调节建立时间，从而优化OOK调制方式。
附图说明
图1显示为本发明的功率放大器的结构示意图。
图2显示为本发明的级联驱动级的结构示意图。
图3显示为本发明的温度补偿模块及第一偏置电压产生模块的结构示意图。
图4显示为本发明的第二偏置电压产生模块的结构示意图。
图5显示为本发明的可控放大级的结构示意图。
图6显示为本发明的功率放大模块的结构示意图。
元件标号说明
1 功率放大器
11 级联驱动级
111 参考电压产生模块
112 低压差线性稳压模块
113 驱动模块
12 偏置电路
121 温度补偿模块
122 第一偏置电压产生模块
123 第二偏置电压产生模块
13 可控放大级
131 功率放大模块
1311 第一功率放大子单元
132 建立时间调整模块
14 匹配网路
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1～图6。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图1所示，本发明提供一种功率放大器1，所述功率放大器1包括：
级联驱动级11、偏置电路12、可控放大级13、电感L、第一电容C1及匹配网路14。
如图1所示，所述级联驱动级11接收输入信号DRVIN及第一数字控制位CTL1，用于级联前级电路与所述可控放大级13。
具体地，如图2所示，所述级联驱动级11包括参考电压产生模块111、连接于所述参考电压产生模块111输出端的低压差线性稳压模块112，以及以所述低压差线性稳压模块112输出信号为电源的驱动模块113。
更具体地，所述参考电压产生模块111包括电阻分压阵列及连接于所述电阻分压阵列各分压节点的第一开关K1，通过选择不同的分压节点输出不同的参考电压VREF。在本实施例中，所述电阻分压阵列为依次串联的五个电阻，所述第一开关K1为单刀多掷开关，所述第一开关K1的多路端口分别连接各电阻相连接的节点、单端连接所述低压差线性稳压模块112，所述第一开关K1受所述第一数字控制位CTL1的控制，在本实施例中，所述第一数字控制位CTL1为两位数字信号。在实际应用中，所述电阻分压阵列中串联的电阻的数量及所述第一数字控制位CTL1的位数可根据需要具体设定，N位控制信号对应2N个控制端，任意实现可调参考电压的电路均适用于本发明，不以本实施例为限。
更具体地，所述低压差线性稳压模块112的第一输入端连接所述低压差线性稳压模块112的输出端、第二输入端连接所述参考电压VREF，根据所述参考电压VREF调整所述低压差线性稳压模块112的输出电压VDD_Driver。所述低压差线性稳压模块112的电路结构不限，在此不一一赘述。
更具体地，所述驱动模块113接收所述输入信号DRVIN、电源端连接所述低压差线性稳压模块112的输出端，根据所述低压差线性稳压模块112的输出电压VDD_Driver调整所述驱动模块113的输出信号DRVOUT的摆幅。在本实施例中，所述驱动模块113包括第一NMOS管MN1及第一PMOS管MP1，所述第一NMOS管MN1及所述第一PMOS管MP1构成反相器结构，所述第一PMOS管MP1的源端连接所述低压差线性稳压模块112的输出电压VDD_Driver。所述驱动模块113中反相器的大小与级数取决于前后级MOS管的数量，所述驱动模块113需要确保信号能够驱动最大数量的功率放大模块，在此不一一赘述。所述驱动模块113的不同电源电压可以获得不同摆幅的所述驱动模块113的输出信号DRVOUT，由此实现控制所述驱动模块113的输出信号DRVOUT的摆幅来调节所述功率放大器1的输出信号PAOUT功率的目的。
如图1所示，所述偏置电路12接收基准电流源IBIAS、正温度系数电流源IPTAT、第二数字控制位CTL2及第三数字控制位CTL3，为所述可控放大级13提供偏置电压。在本实施例中，所述基准电流源IBIAS及所述正温度系数电流源IPTAT由带隙基准电路提供。
具体地，如图3及图4所示，所述偏置电路12包括温度补偿模块121、连接于所述温度补偿模块121输出端的第一偏置电压产生模块122及第二偏置电压产生模块123。
更具体地，如图3所示，所述温度补偿模块121包括正温度系数电流源IPTAT、第一基准电流源IBIAS1及第二基准电流源IBIAS2，所述第一基准电流源IBIAS1及所述第二基准电流源IBIAS2由所述基准电流源IBIAS得到，其中，所述正温度系数电流源IPTAT、所述第一基准电流源IBIAS1及所述第二基准电流源IBIAS2为可调电流源。所述正温度系数电流源IPTAT通过第二开关K2与所述第二基准电流源IBIAS2串联，所述第一基准电流源IBIAS1串联第三开关K3后与所述正温度系数电流源IPTAT并联，所述正温度系数电流源IPTAT与所述第二开关K2的连接节点输出所述第一基准电流IG；其中，所述第二开关K2与所述第三开关K3的控制信号为反信号，在本实施例中，所述第二开关K2与所述第三开关K3的控制信号为所述第二数字控制位CTL2及其反信号～CTL2。当所述第三开关K3导通时，所述第二开关K2关断，所述第一基准电流IG为所述正温度系数电流源IPTAT与所述第一基准电流源IBIAS1的和IPTAT+IBIAS1，其中IG的值固定，通过调节两条支路的配比，可以获得不同正温度系数的电流IG。所述正温度系数电流源IPTAT占的比重越大，所述第一基准电流IG随温度变化越大。当所述第二开关K2导通时，所述第三开关K3关断，所述第一基准电流IG等于所述正温度系数电流源IPTAT与所述第二基准电流源IBIAS2之差IPTAT-IBIAS2，其中IG的值固定。上述两种方式产生的组合电流IG通过电流镜的方式给第一功率管M1提供栅极偏置，这种方式可以获得比两路之和斜率更大的所述第一基准电流IG，从而满足随温度升高功率损失较大的电路。
更具体地，如图3所示，所述第一偏置电压产生模块122包括电流镜，在本实施例中，所述电流镜包括第二NMOS管MN2，所述第二NMOS管MN2的漏端连接所述第一基准电流IG、源端接地、栅端连接所述第二NMOS管MN2的漏端并输出第一偏置电压VG，由于所述第一基准电流IG的值固定，所述第二NMOS管MN2的数量固定，因此，所述第一偏置电压VG的值固定，且所述第一偏置电压VG具有与所述第一基准电流IG相应的正温度系数。所述第一偏置电压VG给所述级联驱动级11中的第一功率管M1提供栅极偏置电压，随着温度的升高，所述第一偏置电压VG也随之升高，从而弥补由于晶体管本身(如迁移率等)随温度升高而损失的功率。
更具体地，如图4所示，所述第二偏置电压产生模块123包括可调电流镜及电阻R1，所述可调电流镜接收所述基准电流源IBIAS(或由所述基准电流源IBIAS分流所得)，并通过所述第三数字控制位CTL3调整电流镜的数量(以调节电流镜复制电流的倍数比)，所述电流镜输出的电流作用于所述电阻R1转化为第二偏置电压VC，所述第二偏置电压VC可通过所述第三数字控制位CTL3调节，进而通过所述第二偏置电压VC调节所述可控放大级13的输出信号PAOUT的功率。
如图1所示，所述可控放大级13连接所述偏置电路12及所述级联驱动级11的输出端，通过调整功率放大模块的数量控制所述可控放大级13的输出信号PAOUT的功率，同时通过调节作用于所述功率放大模块131的偏置电压的开启和关断，以实现二进制启闭键控调制。
具体地，如图5所示，所述可控放大级13包括功率放大模块131、第四开关K4、第五开关K5、建立时间调整模块132、第二电容C2、偏置电阻R2及第三电容C3。
更具体地，如图5所示，所述功率放大模块131包括多个功率放大子单元，各功率放大子单元包括第一功率管M1及第二功率管M2。在本实施例中以第一功率放大子单元1311为例，如图6所示，所述第一功率放大子单元1311包括第一功率管M11及第二功率管M21，所述第一功率管M11的源端接地、漏端连接所述第二功率管M21的源端，所述第二功率管M21的漏端作为所述可控放大级13的输出端外接所述电感L，在本实施例中，所述第一功率管M11及所述第二功率管M21为NMOS管。各功率放大子单元中各第一功率管的源端均接地，各第二功率管的漏端均连接所述可控放大级13的输出端。在本实施例中，各功率放大子单元中第一功率管及第二功率管的尺寸呈两倍增长，通过所述第四数字控制位CTL4控制所述第四开关K4和所述第五开关K5，从而选择不同的功率管数量，以此调节输出功率。
更具体地，所述第二电容C2的一端连接所述级联驱动级11的输出信号DRVOUT、另一端连接各第一功率管的栅端，用于隔直；所述偏置电阻R2的一端连接各第一功率管的栅端、另一端经过所述第四开关K4后连接所述第一偏置电压VG，通过所述第四开关K4控制用于功率输出的所述第一功率管的数量，所述第四开关K4受所述第四数字控制位CTL4的控制。所述第一偏置电压VG通过所述第四开关K4连接至被选用的第一功率管的栅端，以此控制导通功率管M1的数量，从而控制所述第一功率管的最大电流能力。
更具体地，所述建立时间调整模块132包括可调电阻R3及第四电容C4。所述可调电阻R3的一端连接所述第二偏置电压VC、另一端连接经由所述第五开关K5连接各第二功率管的栅端；所述第四电容C4的一端连接所述第二偏置电压VC，另一端接地；在本实施例中，所述可调电阻R3受所述第五数字控制位CTL5的控制。所述建立时间调整模块132通过所述第五开关K5连接至被选用的第二功率管的栅端；同时，所述建立时间调整模块132中通过所述第五数字控制位CTL5调节所述可调电阻R3的阻值，以此调节作用于所述功率放大模块131的偏置电压充放电时的RC时间常数，通过控制建立时间调整所述可控放大级13的输出信号PAOUT的开启和关断的摆率，进而实现改进的二进制启闭键控调制，以满足不同的应用场景。所述第三电容C3的一端连接各第二功率管的栅端、另一端接地，用于滤波。
需要注意的是，在本实施例中，所述级联驱动级11、所述偏置电路12及所述可控放大级13位于片上，采用CMOS工艺实现。
如图1所示，所述电感L的一端连接所述可控放大级13的输出端，另一端连接电源电压VDD_BAT。所述第一电容C1的一端连接所述可控放大级13输出端、另一端连接所述匹配网络14后连接负载Rload。在本实施例中，所述负载Rload通常为天线，负载阻抗为50Ω。所述匹配网络14完成负载Rload与所述可控放大级13之间的匹配。
需要注意的是，在本实施例中，所述电感L、所述第一电容C1及所述匹配网络14位于片外。
如图1～图6所示，本发明还提供一种功率控制方法，在本实施例中基于所述功率放大器1实现，所述功率控制方法包括：
基于所述级联驱动级11连接前级电路与所述可控放大级13，接收输入信号DRVIN，并通过调整所述级联驱动级11的输出信号DRVOUT的摆幅，以调整所述可控放大级13输出信号PAOUT的功率。
具体地，如图2所示，通过所述第一数字控制位CTL1调节所述参考电压VREF，基于所述参考电压VREF产生所述驱动电源VDD_Driver，以所述驱动电源VDD_Driver为电源改变所述驱动模块113的输出信号DRVOUT的摆幅，从而通过改变所述可控放大级I3的输入功率来改变所述功率放大器1的输出信号PAOUT的功率的大小。
基于所述偏置电路产生12第一偏置电压VG及第二偏置电压VC。
具体地，如图3所示，通过所述第二数字控制位CTL2对所述基准电流源IBIAS及所述正温度系数电流源IPTAT的组合的比例进行调整，以得到不同斜率的正温度系数电流IG，再通过电流镜产生所述第一偏置电压VG。绝对温度升高时，所述第一功率管M1的栅端偏置电压(所述第一偏置电压VG)也随之抬高，补偿一定的功率增益从而补偿由于温度升高而损失的功率。
具体地，如图4所示，通过所述第三数字控制位CTL3调整电流镜的放大倍数以获得不同大小的偏置电流，并在所述电阻R1上产生不同大小的所述第二偏置电压VC，进而调节所述可控放大级13的最大电流能力，达到控制所述输出信号PAOUT功率大小的目的。
基于可控放大级对所述可控放大级13的输入信号DRVOUT进行放大得到所述功率放大器1的输出信号PAOUT，通过调整所述功率放大模块的数量控制所述功率放大器1的输出信号PAOUT的功率，同时通过调节作用于所述功率放大模块的偏置电压的开启和关断，以实现二进制启闭键控调制。
具体地，如图5及图6所示，所述第四数字控制位CTL4控制所述第四开关K4和所述第五开关K5，以调节所述第一功率管及所述第二功率管的数量，进而调节输出功率。
具体地，如图5所示，OOK调制通过控制所述第二功率管M2的栅端电压的建立时间及开关所述驱动模块113的输出信号DRVOUT来实现。所述第五数字控制位CTL5控制所述可调电阻R3，以调节合适的开启和关断时间，获得不同的频谱能量分布，从而灵活运用于不同的应用场景。此外，通过切断级联驱动级11的电源以切断所述可控放大级13的输入信号DRVOUT，切断所述可控放大级13的输入信号DRVOUT可以提高OOK调制深度。由于所述低压差线性稳压模块112的建立时间短暂，与作用于所述第二功率管M2的栅端的第二偏置电压VC的建立时间相比可以忽略，切断所述低压差线性稳压模块112的电源的控制信号与M2栅极偏置电压VC的控制信号的时序关系要仔细处理，在本实施例中，所述第二偏置电压VC的充电与所述级联驱动级11的电源同时开启，所述第二偏置电压VC完全放电后关断所述级联驱动级11的电源。
本发明的功率放大器及其功率控制方法通过控制功率放大管的数量限制功率管的最大电流能力、通过控制偏置电压的大小限制功率管的最大电流能力，以及通过控制可控放大级输入信号功率来实现功率控制；采用片外匹配电路，对于不同输出功率的应用要求，可以组合出一种效率最优的方案，从而降低功耗；实现了高温下功率放大器的功率补偿，通过基准电流源与正温度系数电流源的组合，产生了正温度系数且斜率可调的偏置电压，温度升高时通过提高偏置电压来补偿由于器件性能下降而造成的功率损失；通过调节基准电流源与正温度系数电流源的组合改变偏置电压随温度变化的斜率，可以根据实测时需要补偿的程度灵活地调节到需要的值。
综上所述，本发明提供一种功率放大器及其功率控制方法，包括：级联前级电路与所述功率放大器的级联驱动级；为所述可控放大级提供偏置电压的偏置电路；连接所述偏置电路及所述级联驱动级的输出端的可控放大级，所述可控放大级包括调整功率放大模块，通过调整所述功率放大模块的数量控制输出信号的功率，同时通过调节作用于所述功率放大模块的偏置电压的建立时间控制所述输出信号的开启和关断的摆率，以实现改进的二进制启闭键控调制。本发明实现了三种控制输出功率的方案，灵活控制OOK调制方式下信号开关的速度，优化的偏置电路补偿了温度升高引起的功率损失。本发明的电路均采用CMOS工艺实现，便于集成到SoC系统中。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业应用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (16)
1.一种功率放大器，其特征在于，所述功率放大器至少包括：
级联驱动级、偏置电路及可控放大级；
所述级联驱动级接收输入信号，用于级联前级电路与所述功率放大器；
所述偏置电路为所述可控放大级提供偏置电压；
所述可控放大级连接所述偏置电路及所述级联驱动级的输出端，所述可控放大级包括功率放大模块，通过调整所述功率放大模块的数量控制输出信号的功率，同时通过调节作用于所述功率放大模块的偏置电压的开启和关断，实现二进制启闭键控调制。
2.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于：所述功率放大器还包括连接于电源电压与所述可控放大级输出端之间的电感、一端连接所述可控放大级输出端的第一电容、连接于所述第一电容另一端的匹配网络；所述级联驱动级、所述偏置电路及所述可控放大级位于片内，所述电感、所述第一电容及所述匹配网络位于片外。
3.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于：所述级联驱动级包括低压差线性稳压模块及驱动模块；
所述低压差线性稳压模块的第一输入端连接所述低压差线性稳压模块的输出端、第二输入端连接参考电压，根据所述参考电压调整所述低压差线性稳压模块的输出电压；
所述驱动模块接收所述输入信号、电源端连接所述低压差线性稳压模块的输出端，根据所述低压差线性稳压模块的输出电压调整所述驱动模块输出信号的摆幅。
4.根据权利要求3所述的功率放大器，其特征在于：所述级联驱动级还包括参考电压产生模块，所述参考电压产生模块包括电阻分压阵列、连接于所述电阻分压阵列各分压节点的第一开关，通过选择不同的分压节点输出不同的参考电压。
5.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于：所述偏置电路包括第一偏置电压产生模块及第二偏置电压产生模块；
所述第一偏置电压产生模块包括电流镜，通过所述电流镜将第一基准电流转化为第一偏置电压；
所述第二偏置电压产生模块包括可调电流镜及电阻，通过调整所述可调电流镜的数量将第二基准电流转化为第二偏置电压。
6.根据权利要求5所述的功率放大器，其特征在于：所述偏置电路还包括温度补偿模块，所述温度补偿模块包括正温度系数电流源、第一基准电流源及第二基准电流源；
所述正温度系数电流源通过第二开关与所述第二基准电流源串联，所述第一基准电流源串联第三开关后与所述正温度系数电流源并联，所述正温度系数电流源与所述第二开关的连接节点输出所述第一基准电流；其中，所述第二开关与所述第三开关的控制信号为反信号。
7.根据权利要求5所述的功率放大器，其特征在于：所述可控放大级包括功率放大模块、第四开关、第五开关、建立时间调整模块、第二电容、偏置电阻及第三电容；
所述功率放大模块包括多个功率放大子单元，各功率放大子单元包括第一功率管及第二功率管，所述第一功率管的源端接地、漏端连接所述第二功率管的源端，所述第二功率管的漏端作为所述可控放大级的输出端；
所述第二电容的一端连接所述级联驱动级的输出信号、另一端连接所述第一功率管的栅端；所述偏置电阻的一端连接所述第一功率管的栅端、另一端经过所述第四开关后连接所述第一偏置电压，通过所述第四开关控制用于功率输出的所述第一功率管的数量；
所述建立时间调整模块的一端接收所述第二偏置电压、另一端经过所述第五开关连接所述第二功率管的栅端，通过调整所述第二偏置电压的建立时间来控制所述输出信号的开启和关断的摆率，并通过所述第五开关控制用于功率输出的所述第二功率管的数量；
所述第三电容的一端连接所述第二功率管的栅端、另一端接地；
8.根据权利要求7所述的功率放大器，其特征在于：所述建立时间调整模块包括可调电阻及第四电容；
所述可调电阻的一端连接所述第二偏置电压、另一端连接所述第五开关；
所述第四电容的一端连接所述第二偏置电压，另一端接地。
9.根据权利要求7所述的功率放大器，其特征在于：各功率放大子单元中的第一功率管及第二功率管的数量呈两倍增长。
10.一种基于如权利要求1～9任意一项所述的功率放大器的控制方法，其特征在于，所述功率控制方法至少包括：
基于级联驱动级连接前级电路与可控放大级，接收输入信号；
基于偏置电路产生偏置电压；
基于所述可控放大级对所述级联驱动级的输出信号进行放大得到所述功率放大器的输出信号，通过调整所述功率放大模块的数量控制所述功率放大器的输出信号的功率，同时通过调节作用于所述功率放大模块的偏置电压的建立时间控制所述输出信号的开启和关断的摆率，以实现改进的二进制启闭键控调制。
11.根据权利要求10所述的功率控制方法，其特征在于：所述级联驱动级中驱动模块的电源为可调电源，通过改变可调电源的输出电压来控制所述级联驱动级的输出摆幅，从而通过控制所述可控放大级的输入信号功率来改变所述可控放大级输出信号的功率的大小。
12.根据权利要求10所述的功率控制方法，其特征在于：基于基准电流源及正温度系数电流源产生第一偏置电压，通过调整所述基准电流源与所述正温度系数电流源的比值获得不同斜率的正温度系数电压，以此获得温度升高时的补偿功率。
13.根据权利要求12所述的功率控制方法，其特征在于：随着温度的升高，所述第一偏置电压增大，以弥补所述功率放大模块随温度升高而损失的功率。
14.根据权利要求10所述的功率控制方法，其特征在于：通过调整电流镜的放大倍数调整第二偏置电压，进而调节所述可控放大级的电流能力，以控制所述输出信号的功率大小。
15.根据权利要求14所述的功率控制方法，其特征在于：所述二进制启闭键控调制通过控制所述第二偏置电压的开启和关断以及控制所述级联驱动级的电源来实现，所述第二偏置电压的充电与所述级联驱动级的电源同时开启，所述第二偏置电压完全放电后关断所述级联驱动级的电源。
16.根据权利要求14所述的功率控制方法，其特征在于：通过控制所述第二偏置电压充放电时的RC时间常数实现输出频谱能量控制，以适应不同应用场景。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810130152.1A CN108462476B (zh) | 2018-02-08 | 2018-02-08 | 一种功率放大器及其功率控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810130152.1A CN108462476B (zh) | 2018-02-08 | 2018-02-08 | 一种功率放大器及其功率控制方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108462476A true CN108462476A (zh) | 2018-08-28 |
| CN108462476B CN108462476B (zh) | 2022-04-12 |
Family
ID=63238963
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810130152.1A Active CN108462476B (zh) | 2018-02-08 | 2018-02-08 | 一种功率放大器及其功率控制方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108462476B (zh) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109688514A (zh) * | 2018-12-26 | 2019-04-26 | 上海艾为电子技术股份有限公司 | 一种高压数字音频功放系统 |
| CN109729295A (zh) * | 2018-12-19 | 2019-05-07 | 芯原微电子(上海)有限公司 | 发送端驱动电路及方法 |
| CN110311693A (zh) * | 2019-08-01 | 2019-10-08 | 江西联智集成电路有限公司 | 一种功率放大器芯片及无线电发射器 |
| CN110389923A (zh) * | 2019-09-02 | 2019-10-29 | 珠海亿智电子科技有限公司 | 一种输出摆幅可调的新型驱动器电路 |
| CN110730148A (zh) * | 2019-10-29 | 2020-01-24 | 广州智慧城市发展研究院 | 支持ask调制的发射电路及其控制方法、芯片和电子设备 |
| CN112737564A (zh) * | 2020-12-25 | 2021-04-30 | 中国科学院微电子研究所 | 恒定摆率的信号驱动系统 |
| CN113162564A (zh) * | 2021-03-25 | 2021-07-23 | 成都知融科技股份有限公司 | 片上具有温度补偿功能的cmos功率放大器 |
| CN114554650A (zh) * | 2022-02-22 | 2022-05-27 | 北京奕斯伟计算技术有限公司 | Led驱动电路及其偏置电压生成器、led照明装置 |
| WO2022134042A1 (zh) * | 2020-12-25 | 2022-06-30 | 中国科学院微电子研究所 | 恒定摆率的信号驱动系统 |
| CN116795165A (zh) * | 2023-07-25 | 2023-09-22 | 南京米乐为微电子科技有限公司 | 一种ptat的输出调节电路 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102983823A (zh) * | 2012-11-30 | 2013-03-20 | 锐迪科创微电子（北京）有限公司 | 射频功率放大集成电路及采用其的移动终端 |
| US20130082777A1 (en) * | 2011-09-29 | 2013-04-04 | Hyun Hwan Yoo | Bias controlling apparatus |
| CN103762948A (zh) * | 2013-12-24 | 2014-04-30 | 芯原微电子(上海)有限公司 | 一种集成于片上系统的cmos 射频功率放大器 |
| US20140184334A1 (en) * | 2012-12-28 | 2014-07-03 | Peregrine Semiconductor Corporation | Optimization Methods for Amplifier with Variable Supply Power |
| CN106416059A (zh) * | 2014-01-17 | 2017-02-15 | 高通股份有限公司 | 取决于温度的放大器偏置 |
| CN106817093A (zh) * | 2017-01-23 | 2017-06-09 | 宜确半导体（苏州）有限公司 | 射频功率放大器 |
| CN107294500A (zh) * | 2016-04-12 | 2017-10-24 | 芯光飞株式会社 | 适应型功率放大器及其射频发射器 |
| CN108566165A (zh) * | 2018-03-27 | 2018-09-21 | 尚睿微电子（上海）有限公司 | 一种控制电路、功率放大电路及控制方法 |
-
2018
- 2018-02-08 CN CN201810130152.1A patent/CN108462476B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130082777A1 (en) * | 2011-09-29 | 2013-04-04 | Hyun Hwan Yoo | Bias controlling apparatus |
| CN102983823A (zh) * | 2012-11-30 | 2013-03-20 | 锐迪科创微电子（北京）有限公司 | 射频功率放大集成电路及采用其的移动终端 |
| US20140184334A1 (en) * | 2012-12-28 | 2014-07-03 | Peregrine Semiconductor Corporation | Optimization Methods for Amplifier with Variable Supply Power |
| CN103762948A (zh) * | 2013-12-24 | 2014-04-30 | 芯原微电子(上海)有限公司 | 一种集成于片上系统的cmos 射频功率放大器 |
| CN106416059A (zh) * | 2014-01-17 | 2017-02-15 | 高通股份有限公司 | 取决于温度的放大器偏置 |
| CN107294500A (zh) * | 2016-04-12 | 2017-10-24 | 芯光飞株式会社 | 适应型功率放大器及其射频发射器 |
| CN106817093A (zh) * | 2017-01-23 | 2017-06-09 | 宜确半导体（苏州）有限公司 | 射频功率放大器 |
| CN108566165A (zh) * | 2018-03-27 | 2018-09-21 | 尚睿微电子（上海）有限公司 | 一种控制电路、功率放大电路及控制方法 |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109729295A (zh) * | 2018-12-19 | 2019-05-07 | 芯原微电子(上海)有限公司 | 发送端驱动电路及方法 |
| CN109688514B (zh) * | 2018-12-26 | 2023-09-15 | 上海艾为电子技术股份有限公司 | 一种高压数字音频功放系统 |
| CN109688514A (zh) * | 2018-12-26 | 2019-04-26 | 上海艾为电子技术股份有限公司 | 一种高压数字音频功放系统 |
| CN110311693A (zh) * | 2019-08-01 | 2019-10-08 | 江西联智集成电路有限公司 | 一种功率放大器芯片及无线电发射器 |
| CN110389923A (zh) * | 2019-09-02 | 2019-10-29 | 珠海亿智电子科技有限公司 | 一种输出摆幅可调的新型驱动器电路 |
| CN110389923B (zh) * | 2019-09-02 | 2020-01-31 | 珠海亿智电子科技有限公司 | 一种输出摆幅可调的新型驱动器电路 |
| CN110730148A (zh) * | 2019-10-29 | 2020-01-24 | 广州智慧城市发展研究院 | 支持ask调制的发射电路及其控制方法、芯片和电子设备 |
| CN112737564A (zh) * | 2020-12-25 | 2021-04-30 | 中国科学院微电子研究所 | 恒定摆率的信号驱动系统 |
| WO2022134042A1 (zh) * | 2020-12-25 | 2022-06-30 | 中国科学院微电子研究所 | 恒定摆率的信号驱动系统 |
| CN113162564B (zh) * | 2021-03-25 | 2023-05-26 | 成都知融科技有限公司 | 片上具有温度补偿功能的cmos功率放大器 |
| CN113162564A (zh) * | 2021-03-25 | 2021-07-23 | 成都知融科技股份有限公司 | 片上具有温度补偿功能的cmos功率放大器 |
| CN114554650A (zh) * | 2022-02-22 | 2022-05-27 | 北京奕斯伟计算技术有限公司 | Led驱动电路及其偏置电压生成器、led照明装置 |
| CN114554650B (zh) * | 2022-02-22 | 2024-03-26 | 北京奕斯伟计算技术股份有限公司 | Led驱动电路及其偏置电压生成器、led照明装置 |
| CN116795165A (zh) * | 2023-07-25 | 2023-09-22 | 南京米乐为微电子科技有限公司 | 一种ptat的输出调节电路 |
| CN116795165B (zh) * | 2023-07-25 | 2024-04-05 | 南京米乐为微电子科技股份有限公司 | 一种ptat电流源的输出调节电路 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108462476B (zh) | 2022-04-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108462476A (zh) | 一种功率放大器及其功率控制方法 | |
| CN103051298B (zh) | 可编程增益放大电路和可编程增益放大器 | |
| CN104682898B (zh) | 一种用于功率放大器的有源偏置电路及通信设备 | |
| CN105978515B (zh) | 宽调整范围高集成度变压器耦合射频功率放大器 | |
| CN103166604B (zh) | 一种低功耗片内时钟产生电路 | |
| CN103051299B (zh) | 一种应用于通信系统发射端的可编程增益放大器 | |
| CN101807890B (zh) | Rf功率放大电路和使用该电路的rf功率模块 | |
| CN107749745B (zh) | 可变增益放大器 | |
| CN105871389B (zh) | 一种电流型发射机结构 | |
| CN102916666A (zh) | 一种宽带可编程增益放大器 | |
| CN204833032U (zh) | 一种瞬态响应增强型片上电容ldo电路 | |
| CN109729295A (zh) | 发送端驱动电路及方法 | |
| CN112332806B (zh) | 一种高增益低噪声射频移相器 | |
| CN104917475A (zh) | 一种可调增益功率放大器、增益调节方法及移动终端 | |
| CN104242830A (zh) | 基于有源电感的可重配置超宽带低噪声放大器 | |
| CN103269233B (zh) | 一种收发一体多功能电路 | |
| CN105071784B (zh) | 一种宽频带、高q值有源电感 | |
| CN113346847A (zh) | 高线性度可变增益放大器 | |
| CN102916667A (zh) | 一种2dB步长的宽带可编程增益放大器 | |
| CN109889165B (zh) | 一种输出共模电压可调节放大器 | |
| CN202772848U (zh) | 一种基于可控有源电感的全3g cmos差分低噪声放大器 | |
| CN106385239A (zh) | 一种增益可调的cmos宽带低噪声放大器 | |
| CN105720938A (zh) | 一种dB线性超宽带可变增益放大器 | |
| CN103117707B (zh) | 一种低功耗高增益的上混频器 | |
| Chen et al. | A compact E-band PA with 22.37% PAE 14.29 dBm output power and 26 dB power gain with efficiency enhancement at power back-off |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: Zhangjiang Building 20A, 289 Chunxiao Road, China (Shanghai) Free Trade Pilot Area, Pudong New Area, Shanghai Applicant after: Xinyuan Microelectronics (Shanghai) Co., Ltd. Applicant after: VeriSilicon Microelectronics (Beijing) Co., Ltd. Applicant after: VERISILICON MICROELECTRONICS (CHENGDU) CO., LTD. Applicant after: Core holdings limited company Address before: 201203 Zhangjiang Building 20A, 560 Songtao Road, Zhangjiang High-tech Park, Pudong New Area, Shanghai Applicant before: VeriSilicon Microelectronics (Shanghai) Co., Ltd. Applicant before: VeriSilicon Microelectronics (Beijing) Co., Ltd. Applicant before: VERISILICON MICROELECTRONICS (CHENGDU) CO., LTD. Applicant before: Core holdings limited company |
|
| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |