CN108616260A - 一种功率放大器的电源电路 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种功率放大器的电源电路，该电源电路包括：低压差线性稳压器电路和源极跟随器电路，低压差线性稳压器电路的电压输出端和源极跟随器电路的电压补偿端分别与功率放大器连接，低压差线性稳压器电路的输入端与参考电压源连接；低压差线性稳压器电路基于参考电压源输入的参考电压信号，生成第一电压，并通过电压输出端向功率放大器输出；当第一电压低于预设电压时，触发源极跟随器电路生成第二电压，并通过电压补偿端向功率放大器输出。

Description

一种功率放大器的电源电路
技术领域
本发明涉及一种集成电路技术、微电子技术，尤其涉及一种功率放大器的电源电路。
背景技术
随着集成电路的特征尺寸不断缩小，集成度不断增强，承担数字计算功能器件的耐压水平逐步走低，但系统处理信号功率水平并没有得到有效改善。实际上低压器件可以兼并数字运算功能和信号功率的处理功能。
现有技术普遍采用高压器件处理信号功率，采用低压器件进行数字运算，由于高压器件电路布局对于低压器件更复杂，工艺过程复杂，相应的成本也很高。同时功率放大器系统根据输出电压的平均功率调控高压器件的电压大小，以改善整个电路的工作效率，但实际上频繁出现输出电压瞬间中断的现象，从而造成输出电压的范围受限。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种功率放大器的电源电路。
本发明实施例的技术方案如下：
本发明实施例提供的一种功率放大器的电源电路，所述电源电路包括：低压差线性稳压器电路和源极跟随器电路；所述低压差线性稳压器电路的电压输出端和所述源极跟随器电路的电压补偿端分别与功率放大器连接，所述低压差线性稳压器电路的输入端与参考电压源连接；
所述低压差线性稳压器电路基于所述参考电压源输入的参考电压信号，生成第一电压，并通过所述电压输出端向所述功率放大器输出；
当所述第一电压低于预设电压时，触发所述源极跟随器电路生成第二电压，并通过所述电压补偿端向所述功率放大器输出。
作为一种实现方式，所述低压差线性稳压器电路包括：运算放大器、第一场效应管、第二场效应管、第一电阻和第二电阻；
所述运算放大器的第一输入端与所述参考电压源连接，所述运算放大器的第二输入端与所述第一电阻的第二端连接，所述运算放大器的输出端与所述第一场效应管的栅极连接，所述第一场效应管的漏极与所述第二场效应管的源极连接，所述第一场效应管的源极与可调电压源连接，所述第二场效应管的栅极与第一直流电源连接，所述第二场效应管的漏极、所述第一电阻的第一端和所述功率放大器共接，所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端连接，所述第二电阻的第二端接地；
其中，通过所述运算放大器的第一输入端接收所述参考电压源输入的参考电压信号，生成所述第一电压，并通过所述第二场效应管的漏极输出所述第一电压。
作为一种实现方式，所述第二场效应管的漏极为所述电压输出端。
作为一种实现方式，所述参考电压源包括信号发生器。
作为一种实现方式，所述源极跟随器电路包括：第三场效应管和第四场效应管；所述第三场效应管的栅极与第二直流电源连接，所述第三场效应管的源极与第四场效应管的漏极连接，所述第三场效应管的漏极与所述可调电压源连接，所述第四场效应管的栅极与第一使能端连接，所述第四场效应管的源极与所述功率放大器连接；
其中，当所述第一电压低于所述预设电压时，触发所述第一使能端向所述第四场效应管的栅极输出高电平，通过所述第四场效应管的源极向所述功率放大器输出所述第二电压。
作为一种实现方式，所述源极跟随器电路还包括：第五场效应管和第六场效应管；
所述第五场效应管的源极接所述第二直流电源，所述第五场效应管的漏极、所述第六场效应管的漏极和所述第一使能端共接，所述第五场效应管的栅极、所述第六场效应管的栅极和第二使能端共接，所述第六场效应管的源极接地；
其中，当所述第一电压低于所述预设电压时，触发所述第二使能端分别向所述第五场效应管的栅极和所述第六场效应管的栅极输出低电平，控制所述第一使能端输出高电平，通过所述第四场效应管的源极向所述功率放大器输出所述第二电压。
作为一种实现方式，其特征在于，所述第四场效应管的源极为所述电压补偿端。
本发明实施例的功率放大器的电源电路包括：低压差线性稳压器电路和源极跟随器电路；低压差线性稳压器电路的电压输出端和源极跟随器电路的电压补偿端分别与功率放大器连接，低压差线性稳压器电路的输入端与参考电压源连接；低压差线性稳压器电路基于参考电压源输入的参考电压信号，生成第一电压，并通过电压输出端向功率放大器输出；当第一电压低于预设电压时，触发源极跟随器电路生成第二电压，并通过电压补偿端向功率放大器输出。通过为功率放大器的电源电路设置低压差线性稳压器电路和源极跟随器电路，当提供给功率放大器的供电电压较低时，通过源极跟随器电路提供第二电压，减缓了输出电压的下降速度，从而拓宽了供电电压的范围。
附图说明
图1为本发明实施例的一种功率放大器的电源电路逻辑示意图；
图2为本发明实施例的一种功率放大器的电源电路示意图；
图3为一种功率放大器的电源电路示意图；
图4为一种功率放大器电源电路中的输出电压与电源电压的对应关系示意图；
图5为一种功率放大器电源电路中的输出电压与电源电压的对应关系示意图。
具体实施方式
为了能够更加详尽地了解本发明实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本发明实施例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实施例。
图1为本发明实施例一提供的一种功率放大器的电源电路，如图1所示，电源电路包括低压差线性稳压器电路301、源极跟随器电路302；所述低压差线性稳压器电路301的电压输出端和所述源极跟随器电路302的电压补偿端分别与功率放大器BJT连接，所述低压差线性稳压器电路301的输入端与参考电压源VREF连接；
本发明实施例中，低压差线性稳压器电路301分别与外部电压源VDD1和可调电压源VDD2连接，外部电压源VDD1用于提供低压差线性稳压器电路301的工作电压。
本领域技术人员应当理解，在包含有功率放大器的系统中，功率放大器系统可根据所需输出的功率平均大小控制可调电压源VDD2的电压大小，使低压差线性稳压器电路301的输出管上的直流压降尽量低，进而提高整个功率放大器电源电路额工作效率。另外，可调电压源VDD2提供的电压不大于外部电压源VDD1的电压。
图1中电路的工作原理如下：
首先，所述低压差线性稳压器电路301基于所述参考电压源VREF输入的参考电压信号，生成第一电压，并通过所述电压输出端向所述功率放大器BJT输出；
当所述第一电压低于预设电压时，触发所述源极跟随器电路302生成第二电压，并通过所述电压补偿端向所述功率放大器BJT输出。
本发明实施例中，所述低压差线性稳压器电路301采用低压器件处理较高功率电源电路，以及进行数字运算。为了保障电源电路的稳定性，整个低压差线性稳压器电路301中，在电源到地之间的各支路中各串联一个承压管，使得真个电源路在较高的电源电压下仍能正常工作。其中，该承压管可为场效应管，比如P沟道场效应管。
本领域技术人员应当理解，上述提及的低压器件是针对于较高功率电源电路而言的，且本发明实施例所述的功率放大器为BJT型的放大器，BJT(Bipolar JunctionTransistor，双极结型晶体管)。
本发明实施例中，当所述第一电压低于预设电压时，根据源极跟随器电路302自身特性可触发其生成第二电压，并为功率放大器BJT提供第二电压，减少输出电压的下降速度，此处的输出电压即向功率放大器BJT提供的供电电压。其中，源极跟随器电路302内部存有第二直流电压源VDD_A。
本发明实施例的有益效果为，通过在功率放大器的电源电路中设置低压差线性稳压器电路和源极跟随器电路，当提供给功率放大器的供电电压较低时，通过源极跟随器电路提供第二电压，减缓了输出电压的下降速度，从而拓宽了供电电压的范围，并且本发明实施例中的功率放大器的电源电路结构简单，成本低。
图2为本发明实施例二提供的一种功率放大器的电源电路示意图，图2中的功率放大器的电源电路是在图1的功率放大器的电源电路基础上，示出了低压差线性稳压器电路301和源极跟随器电路302之间的具体连接关系。
所述低压差线性稳压器电路301包括：运算放大器OPamp、第一场效应管PMOS1、第二场效应管PMOS2、第一电阻Rref1和第二电阻Rref2；
所述运算放大器OPamp的第一输入端与所述参考电压源VREF连接，所述运算放大器OPamp的第二输入端与所述第一电阻Rref1的第二端连接，所述运算放大器OPamp的输出端与所述第一场效应管PMOS1的栅极连接，所述第一场效应管PMOS1的漏极与所述第二场效应管PMOS2的源极连接，所述第一场效应管PMOS1的源极与可调电压源VDD2连接，所述第二场效应管PMOS2的栅极与第一直流电源VDD_B连接，所述第二场效应管PMOS2的漏极、所述第一电阻Rref1的第一端和所述功率放大器BJT共接，所述第一电阻Rref1的第二端与所述第二电阻Rref2的第一端连接，所述第二电阻Rref2的第二端接地；
其中，通过所述运算放大器OPamp的第一输入端接收所述参考电压源VREF输入的参考电压信号，生成所述第一电压，并通过所述第二场效应管PMOS2的漏极输出所述第一电压。
本发明实施例中，所述第二场效应管PMOS2的漏极作为所述电压输出端。
本发明实施例中，所述参考电压源Vref包括但不限于信号发生器。
本发明实施例中，为了清楚的阐述整个功率放大器的电源电路，图2还示出了功率放大器BJT电路的局部结构，该功率放大器BJT电路的局部结构包括负载电容Cload、扼流电感L和双极结型晶体管BJT，其中RFout为射频输出端口，RFin为射频输入端口。
另外，运算放大器OPamp的电源正极端与外部电压源VDD1连接，运算放大器OPamp的电源负极端接地。运算Vout符号代表低压差线性稳压器电路和源极跟随器电路的输出电压。LDO符号代表低压差线性稳压器电路301。Vref为参考电压源VREF向低压差线性稳压器电路301输出的参考电压信号的标识。
本领域技术人员应当理解，通过低压差线性稳压器电路301中的运算放大器OPamp的第一输入端接收到参考电压信号Vref后，经过内部电路之间运算转换后，可在低压差线性稳压器电路301的电压输出端输出第一电压。运算放大器OPamp的第二输入端用于接收反馈信号。
本发明实施例中，低压差线性稳压器电路301中采用的第一场效应管PMOS1和第二场效应管PMOS2均为P沟道场效应管，也可根据系统需求将两个场效应管设计为N沟道场效应管。第一场效应管PMOS11和第二场效应管PMOS2均采用低压场效应管，通常情况下，低压场效应管的开启电压范围介于2V-4V之间，高压场效应管的开启电压介于5V-10V之间。为了方便阐述，此处第一场效应管PMOS11和第二场效应管PMOS2特指低压器件。
另外，第二场效应管PMOS2相当于一个承压管，该承压管串联在第一场效应管PMOS1、第二场效应管PMOS2、第一电阻Rref1、第二电阻Rref2串成的这一条支路上，且与第二场效应管PMOS2的栅极连接的第一直流电压源VDD_B的第一直流电压根据外部电压源VDD1的电压大小进行设置，该第一直流电压具体设置成相对于外部电源VDD1低一个低压器件所能够承受的直流电压，比如外部电压源VDD1的电压为10V，每个低压器件的电压均为2.5V，则第一直流电压为7.5V。
通过串联一个第二场效应管PMOS2后，使得本发明实施例中的第一场效应管PMOS1、第二场效应管PMOS2、第一电阻Rref1、第二电阻Rref2串联的这一条支路的耐压值变为低压器件的最大耐压值的2倍，进一步拓宽了耐压值的范围。
所述源极跟随器电路302包括：第三场效应管NMOS1和第四场效应管NMOS2；所述第三场效应管NMOS1的栅极与第二直流电源VDD_A连接，所述第三场效应管NMOS1的源极与第四场效应管NMOS2的漏极连接，所述第三场效应管NMOS1的漏极与所述可调电压源VDD2连接，所述第四场效应管NMOS2的栅极与第一使能端ENP连接，所述第四场效应管NMOS2的源极与所述功率放大器BJT连接；
其中，当所述第一电压低于所述预设电压时，触发所述第一使能端ENP向所述第四场效应管NMOS2的栅极输出高电平，通过所述第四场效应管NMOS2的源极向所述功率放大器BJT输出所述第二电压。
本发明实施例中，在功率放大器的电源电路中加入了一个源极跟随器电路302，该源极跟随器电路302由第三场效应管NMOS1和第四场效应管NMOS2组成。为了更清楚阐述本发明实施例，图2中用NM_source标识源极跟随器电路302。
另外，第二直流电压源VDD_A的对地直流电压设置成低压器件的最大耐压值。在功率放大器系统使能而处于正常工作状态时，第一使能端ENP为第四场效应管NMOS2的栅端提供高电平，此时，第四场效应管NMOS2处于源极跟随器状态，能够为Vout输出节点提供负载电流，即通过第四场效应管NMOS2的源极向功率放大器BJT输出所述第二电压。在功率放大器系统去使能而处于闲置状态时，则第二使能端向ENP第四场效应管NMOS2的栅端提供低电平，第二直流电压源VDD_A的对地直流电压仍然设置成低压器件最大耐压值。此处的第三场效应管NMOS1和第四场效应管NMOS2同样设置为低压器件。
在第三场效应管NMOS1、第四场效管NMOS2和负载电容Cload串联的这一条支路上，该支路的耐压值同样变为低压器件最大耐压值2倍。
本领域技术人员应当理解，此处源极跟随器电路NM_source中的低压器件不同于低压差线性稳压器电路LOD中的低压器件。
所述源极跟随器电路还包括：第五场效应管和第六场效应管；
所述第五场效应管的源极接所述第二直流电源，所述第五场效应管的漏极、所述第六场效应管的漏极和所述第一使能端共接，所述第五场效应管的栅极、所述第六场效应管的栅极和第二使能端共接，所述第六场效应管的源极接地；
其中，当所述第一电压低于所述预设电压时，触发所述第二使能端分别向所述第五场效应管的栅极和所述第六场效应管的栅极输出低电平，控制所述第一使能端输出高电平，通过所述第四场效应管的源极向所述功率放大器输出所述第二电压。
所述第四场效应管的源极为所述电压补偿端。
本发明实施例中，其中的第五场效应管PMOS_inv和第六场效应管NMOS_inv为逻辑控制器件。在功率放大器系统使能处于正常工作状态时，第二使能端ENB可为第五场效应管PMOS_inv和第六场效应管NMOS_inv提供低电平，进而控制第一使能端ENP为高电平，并向第四场效应管NMOS2的栅端输出高电平，使第四场效应管NMOS2工作在源极跟随器状态，并向输出电压Vout节点提供负载电流。在功率放大器系统去能处于闲置状态时，第一使能端ENP为低电平，第二直流电压源VDDA的对地直流电压仍然设置成低压器件最大耐压值。
通过在现有的功率放大器的电源电路中并联一个源极跟随器电路，当提供给功率放大器的供电电压较低时，通过源极跟随器电路提供第二电压，减缓了输出电压的下降速度，从而拓宽了供电电压的范围。
为了更清楚阐述本发明实施例，通过如下具体应用场景进行分析。
图3示出了一种功率放大器的电源电路，如图3所示，该功率放大器的电源电路包括运算放大器OPamp1，P沟道场效应管PMOS1，电阻Rref3，电阻Rref4，负载电容Cload 1，扼流电感L1和双极结型晶体管BJT。
运算放大器OPamp1的电源正极与电源VDD3连接，运算放大器OPamp1的电源负极接地，运算放大器OPamp1的第一输入端与外部参考电压源连接，运算放大器OPamp1的第一输入端用于接收外部参考电压源发送的参考电压信号Vref1，运算放大器OPamp1的第二输入端与电阻Rref3的第二端连接，运算放大器OPamp1的输出端与P沟道场效应管PMOS1的栅极连接，P沟道场效应管PMOS1的源极与可调电压源VDD4连接，P沟道场效应管PMOS1的漏极与电阻Rref3的第一端连接，电阻Rref3的第二端与电阻Rref4的第一端，电阻Rref4的第二端接地，P沟道场效应管PMOS1的漏极、负载电容Cload1的第一端和扼流电感L1的第一端共接，扼流电感L1的第二端与双极结型晶体管BJT。
其中，P沟道场效应管PMOS1的漏极作为电压输出节点Vout。
图3中的功率放大器的电源电路结构中PMOS1采用较高压器件，该电源电路通过较高压器件处理高功率电路，通过低压器件进行运算，比如，较高压场效应管开启电压范围普遍介于5-10V之间，低压场效应管开启电压范围一般介于2-4V之间。
VDD2的电压不大于VDD1的电压,功率放大器系统根据所需输出功率平均大小，控制VDD2的电压大小，使PMOS1管上的直流压降尽量低，以使效率尽量高。
图4为一种输出电压Vout1与电源电压VDD4之间间的对应关系图，并对应于图3所示的功率放大器的电源电路。如图4所示，当Vout1低于预设电压时，Vout1的输出电压会很快的下降到零。这是因为由于输出管是PMOS1管，当VDD4较低时，PMOS1的栅源电压会变小，输出电流的能力会急剧变小，使得输出电压也急剧变小。
图5为一种输出电压Vout与电源电压VDD2间的对应关系图，并对应于图2所示的功率放大器的电源电路。如图5所示，当输出电压Vout低于预设电压时，输出电压Vout并没有加快下降到零。这是由于在图2中的功率放大器的电源电路中的输出节点Vout设置了源极跟随器NM_source，此处源极跟随器NM_source的电路设计，能够在VDD2下降过程中继续提供负载电流的能力，从而延缓了输出电压的下降速度。
通过对比图2和图3中的功率放大器的电源电路，以及对比图4和图5中的输出电压与电源电压间的对应关系图，可以分析出，图2中的功率放大器的电源电路采用了低压器件，避免了电路工艺设计的复杂性，成本低廉，与工艺演进方向兼容。并且图2中的功率放大器的电源电路增大了输出电压的范围。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种功率放大器的电源电路，其特征在于，所述电源电路包括：低压差线性稳压器电路和源极跟随器电路；所述低压差线性稳压器电路的电压输出端和所述源极跟随器电路的电压补偿端分别与功率放大器连接，所述低压差线性稳压器电路的输入端与参考电压源连接；
所述低压差线性稳压器电路基于所述参考电压源输入的参考电压信号，生成第一电压，并通过所述电压输出端向所述功率放大器输出；
当所述第一电压低于预设电压时，触发所述源极跟随器电路生成第二电压，并通过所述电压补偿端向所述功率放大器输出。
2.根据权利要求1所述的功率放大器的电源电路，其特征在于，所述低压差线性稳压器电路包括：运算放大器、第一场效应管、第二场效应管、第一电阻和第二电阻；
所述运算放大器的第一输入端与所述参考电压源连接，所述运算放大器的第二输入端与所述第一电阻的第二端连接，所述运算放大器的输出端与所述第一场效应管的栅极连接，所述第一场效应管的漏极与所述第二场效应管的源极连接，所述第一场效应管的源极与可调电压源连接，所述第二场效应管的栅极与第一直流电源连接，所述第二场效应管的漏极、所述第一电阻的第一端和所述功率放大器共接，所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端连接，所述第二电阻的第二端接地；
其中，通过所述运算放大器的第一输入端接收所述参考电压源输入的参考电压信号，生成所述第一电压，并通过所述第二场效应管的漏极输出所述第一电压。
3.根据权利要求2所述的功率放大器的电源电路，其特征在于，所述第二场效应管的漏极为所述电压输出端。
4.根据权利要求2或3所述的功率放大器的电源电路，其特征在于，所述参考电压源包括信号发生器。
5.根据权利要求1所述的功率放大器的电源电路，其特征在于，所述源极跟随器电路包括：第三场效应管和第四场效应管；所述第三场效应管的栅极与第二直流电源连接，所述第三场效应管的源极与第四场效应管的漏极连接，所述第三场效应管的漏极与所述可调电压源连接，所述第四场效应管的栅极与第一使能端连接，所述第四场效应管的源极与所述功率放大器连接；
其中，当所述第一电压低于所述预设电压时，触发所述第一使能端向所述第四场效应管的栅极输出高电平，通过所述第四场效应管的源极向所述功率放大器输出所述第二电压。
6.根据权利要求5所述的功率放大器的电源电路，其特征在于，所述源极跟随器电路还包括：第五场效应管和第六场效应管；
所述第五场效应管的源极接所述第二直流电源，所述第五场效应管的漏极、所述第六场效应管的漏极和所述第一使能端共接，所述第五场效应管的栅极、所述第六场效应管的栅极和第二使能端共接，所述第六场效应管的源极接地；
其中，当所述第一电压低于所述预设电压时，触发所述第二使能端分别向所述第五场效应管的栅极和所述第六场效应管的栅极输出低电平，控制所述第一使能端输出高电平，通过所述第四场效应管的源极向所述功率放大器输出所述第二电压。
7.根据权利要求5或6所述的功率放大器的电源电路，其特征在于，所述第四场效应管的源极为所述电压补偿端。
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