CN109150115A - 一种射频功率放大器偏置电路 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种射频功率放大器偏置电路，包括：基准电路模块、镜像电路模块、镇流电阻以及电流调整电路模块，其中，所述基准电路模块用于为所述镜像电路模块提供基准电压；所述镜像电路模块用于根据所述基准电压生成第一电流和第二电流；所述电流调整电路模块用于将所述第一电流调整为第三电流，以使所述第三电流与所述第二电流叠加形成第四电流；所述第四电流通过所述镇流电阻，为射频放大晶体管Q1提供偏置。该偏置电路通过镜像电路模块与电流调整模块的调整，偏置电流随偏置电压Vref变化的变化量相比传统电路中的变化量大大减小，降低了对射频功率放大器的性能指标的影响。

Description

一种射频功率放大器偏置电路
技术领域
本申请涉及无线通讯技术领域，尤其涉及一种射频功率放大器偏置电路。
背景技术
射频功率放大器广泛应用在各种无线通讯设备终端与系统中，它用于将调制好的射频信号进行放大，并将其传输给天线发射出去。射频功率放大器的工作状态由偏置电路决定，偏置电路的好坏很大程度上决定了射频功率放大器的性能指标。
在传统的射频功率放大器偏置电路中，如图1所示，常采用两个二极管D1、D2串联产生一个基准电压，D1、D2通常由接成二极管形式的三极管实现，Q2与D2形成镜像结构，Q2镜像产生的电流通过R2给射频晶体管Q1提供偏置电流，C1为射频放大晶体管Q1的射频输入电容，L1为射频放大晶体管Q1的chock电感。
虽然这种偏置电路简单，但其对偏置电压Vref的变化非常敏感，假设偏置电压Vref从2.6V变化到2.9V，那么射频晶体管Q1的偏置电流ICQ的相对变化量将超过60％，从而严重影响射频功率放大器的性能指标。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了一种射频功率放大器偏置电路，以解决现有中的偏置电路对偏置电压Vref的变化非常敏感，严重影响射频功率放大器的性能指标的问题。
为实现上述目的，本申请提供了以下技术方案：
一种射频功率放大器偏置电路，包括：基准电路模块、镜像电路模块、镇流电阻以及电流调整电路模块，其中，
所述基准电路模块用于为所述镜像电路模块提供基准电压；
所述镜像电路模块用于根据所述基准电压生成第一电流和第二电流；
所述电流调整电路模块用于将所述第一电流调整为第三电流，以使所述第三电流与所述第二电流叠加形成第四电流；
所述第四电流通过所述镇流电阻，为射频放大晶体管Q1提供偏置。
优选的，所述镜像电路模块包括：第一三极管Q2和第二三极管Q3，其中，
所述第一三极管Q2的基极与所述基准电路模块的输出端相连，所述第一三极管Q2的集电极与电源电压VBAT相连，所述第一三极管Q2的发射极与所述电流调整电路模块的输入端相连；
所述第二三极管Q3的基极与所述基准电路模块的输出端相连，所述第二三极管Q3的集电极与电源电压VBAT相连，所述第二三极管Q3的发射极分别与所述电流调整电路模块的输出端以及镇流电阻远离所述射频放大晶体管Q1的一端相连。
优选的，所述电流调整电路模块包括：第三三极管Q4和第一电阻R1，其中，
所述第三三极管Q4的基极与所述第一三极管Q2的发射极相连，所述第三三极管Q4的集电极通过所述第一电阻R1与所述第二三极管Q3的发射极相连，所述第三三极管Q4的发射极接地。
优选的，所述电流调整电路模块还包括：第二电阻R2，其中，
所述第二电阻R2的一端同时与所述第一三极管Q2的发射极、所述第三三极管Q4的基极相连，所述第二电阻R2的另一端接地。
优选的，所述基准电路模块包括：第三电阻R3、第四三极管D1、第五三极管D2和第二电容C2，其中，
所述第五三极管D2的基极作为所述基准电路模块的输出端与所述镜像电路模块的输入端相连，同时，通过所述第三电阻R3与偏置电压Vref相连，并通过所述第二电容C2接地；所述第五三极管D2的集电极与所述第五三极管D2的基极相连；所述第五三极管D2的发射极同时与所述第四三极管D1的集电极和基极相连；
所述第四三极管D1的发射极接地。
优选的，所述基准电路模块包括：第四电阻R4、第六三极管Q5、第三电容C3和第五电阻R5，其中，
所述第六三极管Q5的集电极作为所述基准电路模块的输出端与所述镜像电路模块的输入端相连，同时，通过所述第四电阻R4与偏置电压Vref相连，并通过所述第三电容C3接地；所述第六三极管Q5的基极通过所述第五电阻R5与所述镇流电阻远离所述射频放大晶体管Q1的一端相连；所述第六三极管Q5的发射极接地。
由以上技术方案可知，本申请提供了一种射频功率放大器偏置电路，镜像电路模块可根据所述基准电压生成第一电流和第二电流，然后电流调整电路模块将所述第一电流调整为第三电流，以使所述第三电流与所述第二电流叠加形成第四电流，第四电流通过所述镇流电阻，为射频放大晶体管Q1提供偏置。本申请提供的该偏置电路通过镜像电路模块与电流调整模块的调整，偏置电流随偏置电压Vref变化的变化量相比传统电路中的变化量大大减小，降低了对射频功率放大器的性能指标的影响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为传统的射频功率放大器偏置电路原理图；
图2为本申请实施例一提供的一种射频功率放大器偏置电路的原理图；
图3为本申请实施例二提供的一种射频功率放大器偏置电路的原理图；
图4为本申请提出的偏置电路与传统偏置电路ICQ Vs.Vref对比示意图；
图5为本申请实施例三提供的一种射频功率放大器偏置电路的原理图；
图6为本申请实施例四提供的一种射频功率放大器偏置电路的原理图。
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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为解决现有中的偏置电路对偏置电压Vref的变化非常敏感，严重影响射频功率放大器的性能指标的问题，本申请提供了一种新型的射频功率放大器偏置电路，具体方案如下所述：
实施例一
本申请实施例一提供了一种射频功率放大器偏置电路，如图2所示，该偏置电路包括：
基准电路模块、镜像电路模块、镇流电阻以及电流调整电路模块，其中，
基准电路模块用于为镜像电路模块提供基准电压；
镜像电路模块用于根据基准电压生成第一电流和第二电流；
电流调整电路模块用于将第一电流调整为第三电流，以使第三电流与第二电流叠加形成第四电流；
第四电流通过镇流电阻R，为射频放大晶体管Q1提供偏置。
需要说明的是，电流调整电路模块其实质是将第一电流放大预设倍数，其中，具体放大倍数在本申请不做限定，可根据实际需要选择。且，电流调整电路模块还可以根据需要改变电流的方向，在本申请亦不做限定。
具体的，如图1所示，第一电容C1为射频放大晶体管Q1的射频输入电容，电感L1为射频放大晶体管Q1的chock电感，其中，
射频放大晶体管Q1的基极通过第一电容C1与射频输入端RFin相连，同时与镇流电阻R相连；
射频放大晶体管Q1的集电极通过电感L1与电路电压Vcc相连，同时与射频输出端RFout相连；
射频放大晶体管Q1的发射极接地。
由以上技术方案可知，本申请实施例一提供的该射频功率放大器偏置电路，镜像电路模块可根据所述基准电压生成第一电流和第二电流，然后电流调整电路模块将所述第一电流调整为第三电流，以使所述第三电流与所述第二电流叠加形成第四电流，第四电流通过所述镇流电阻，为射频放大晶体管Q1提供偏置。该偏置电路通过镜像电路模块与电流调整模块的调整，偏置电流随偏置电压Vref变化的变化量相比传统电路中的变化量大大减小，降低了对射频功率放大器的性能指标的影响。
实施例二
在实施例一的基础上，本申请实施例二提供了一种更具体的射频功率放大器偏置电路，如图3所示，该实例中的原理与实施例一相同,包括：基准电路模块、镜像电路模块、镇流电阻R以及电流调整电路模块。
在该实施例中，镜像电路模块包括：第一三极管Q2和第二三极管Q3；基准电路模块包括：第三电阻R3、第四三极管D1、第五三极管D2和第二电容C2；
第一三极管Q2的基极作为镜像电路模块的输入端与作为基准电路模块输出端的第五三极管D2的基极相连，第一三极管Q2的集电极与电源电压Vbat相连，第一三极管Q2的发射极与电流调整电路模块的输入端相连；
第二三极管Q3的基极与第五三极管D2的基极相连，第二三极管Q3的集电极与电源电压Vbat相连，第二三极管Q3的发射极分别与电流调整电路模块的输出端以及镇流电阻R远离射频放大晶体管Q1的一端相连。
第五三极管D2的基极作为基准电路模块的输出端与第一三极管Q2的基极相连，同时，通过第三电阻R3与偏置电压Vref相连，并通过第二电容C2接地；第五三极管D2的集电极与第五三极管D2的基极相连；第五三极管D2的发射极同时与第四三极管D1的集电极和基极相连；
第四三极管D1的发射极接地。
电流调整电路模块的输出端通过镇流电阻R作用于射频放大晶体管Q1，为射频放大晶体管Q1提供偏置。
具体的，在本实施例中，Vref、R3、D1、D2、C2提供基准电路，Q2、Q3与D2构成镜像电路分别镜像产生第一电流I2与第二电流I3，第一电流I2通过电流调整电路模块后产生放大预设倍数的第三电流I4，然后第二电流I3与第三电流I4叠加后形成第四电流I1(其中，I1＝I3-I4)，第四电流I1再通过镇流电阻R给射频放大晶体管Q1提供偏置。
该实施例与传统偏置电路的主要区别在于增加了镜像管Q2与电流调整电路模块，当偏置电压Vref变化时，镜像管产生的电流I2、I3都会跟随变化，假设其值分别为I2+ΔI2和I3+ΔI3，I2+ΔI2经电流调整电路处理后产生电流I4+ΔI4,因为给射频晶体管提供偏置的电流为：
I1＝I3+ΔI3-(I4+ΔI4)＝(I3-I4)+(ΔI3-ΔI4)
从上式可以看出，当偏置电压Vref变化时，在偏置电路中引入Q2与电流调整电路模块后，偏置电流I1的变化量从传统偏置电路中的ΔI3变为ΔI3-ΔI4，优化电流调整电路模块从而可以有效减少偏置电流I1随Vref的变化量。
在该电路结构中，偏置电压Vref换成偏置电流Iref原理也成立，在此不做进一步描述。
图4为本申请提出的偏置电路与传统偏置电路ICQ Vs.Vref对比示意图，其中，细线为采用传统偏置电路的射频晶体管的ICQ Vs.Vref曲线，粗线为采用本申请提出的偏置电路的射频晶体管的ICQ Vs.Vref曲线；从图显示可知，在Vref电压从2.6V变化到2.9V时，采用本申请提出的偏置电路的射频晶体管的ICQ随Vref的变化量要比采用传统偏置电路的减少30％，并且从上面的理论分析可知，合理优化Q2的镜像电流及电流调整电路模块可以进一步减少ICQ随Vref的变化量。
实施例三
本申请实施例三提供了一种更具体的射频功率放大器偏置电路，如图5所示。同实施例二相同的，该实例中的原理与实施例一相同,包括：基准电路模块、镜像电路模块、镇流电阻R以及电流调整电路模块。
在本实施例中，镜像电路模块包括：第一三极管Q2和第二三极管Q3；基准电路模块包括：第三电阻R3、第四三极管D1、第五三极管D2和第二电容C2；电流调整电路模块包括：第三三极管Q4和第一电阻R1，还可以包括：第二电阻R2。
第一三极管Q2的基极作为镜像电路模块的输入端与作为基准电路模块输出端的第五三极管D2的基极相连，第一三极管Q2的集电极与电源电压Vbat相连，第一三极管Q2的发射极与作为电流调整电路模块的输入端的第三三极管Q4的基极相连；
第二三极管Q3的基极与第五三极管D2的基极相连，第二三极管Q3的集电极与电源电压Vbat相连，第二三极管Q3的发射极分别与作为电流调整电路模块的输出端的第一电阻R1的一端以及镇流电阻R远离射频放大晶体管Q1的一端相连。
第五三极管D2的基极作为基准电路模块的输出端与第一三极管Q2的基极相连，同时，通过第三电阻R3与偏置电压Vref相连，并通过第二电容C2接地；第五三极管D2的集电极与第五三极管D2的基极相连；第五三极管D2的发射极同时与第四三极管D1的集电极和基极相连；
第四三极管D1的发射极接地。
第三三极管Q4的基极与第一三极管Q2的发射极相连，集电极通过第一电阻R1与第二三极管Q3的发射极相连，发射极接地。当包括第二电阻R2时，第二电阻R2的一端同时与第一三极管Q2的发射极、第三三极管Q4的基极相连，第二电阻R2的另一端接地。其中，引入第二电阻R2是为了增加一个自由度以方便电路调试，在实际设计时可以对其进行取舍。
具体的，在本实施例中，由R1、R2、Q4构成电流调整电路。Q2镜像产生的电流I2会分别流入R2与Q4的基极，流入Q4基极的电流被Q4放大β倍后形成I4，I4与I3叠加形成I1给射频晶体管提供偏置(I1＝I3-I4)。需要说明的是，引入R1也是起到一个限流与保护Q4的作用，在实际设计时可进行优化处理，在本申请中不做限定。
此外，电流调整模块的具体结构也不局限于本申请所提供的实例，只要能实现上述对电流的调整即可。
实施例四
本实施例相比实施例三，对基准电路模块进行了改进，如图6所示。
该基准电路模块包括：第四电阻R4、第六三极管Q5、第三电容C3和第五电阻R5，其中，
第六三极管Q5的集电极作为基准电路模块的输出端与作为镜像电路模块的输入端的第一三极管Q2的基极相连，同时，通过第四电阻R4与偏置电压Vref相连，并通过第三电容C3接地；第六三极管Q5的基极通过第五电阻R5与镇流电阻R远离射频放大晶体管Q1的一端相连；第六三极管Q5的发射极接地。
其他部分可参见实施例一至实施例三的表述，在本申请中不再赘述。本申请提供的上述实施例仅是部分举例。
本申请提供的该射频功率放大器偏置电路，通过镜像电路模块与电流调整模块的调整，偏置电流随偏置电压Vref变化的变化量相比传统电路中的变化量大大减小，当偏置电压Vref变化时，在偏置电路中引入Q2与电流调整电路模块后，偏置电流I1的变化量从传统偏置电路中的ΔI3变为ΔI3-ΔI4，优化电流调整电路模块从而可以有效减少偏置电流I1随Vref的变化量，降低了对射频功率放大器的性能指标的影响。
在上述实施中，将偏置电压Vref与电源VBAT接在一起，或是将偏置电压Vref换成偏置电流Iref原理同样成立，仍属于本专利保护范围。本申请上述实施例仅是进行部分举例说明，而并不是包含所有示例。
另外需要说明的是，上述技术方案同样适应于采用其他工艺实现的射频功率放大器偏置电路，如CMOS/BiCMOS等。因而将其中部分或全部管子换成其他工艺类型管子仍然属于本专利保护范围。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种射频功率放大器偏置电路，其特征在于，包括：基准电路模块、镜像电路模块、镇流电阻以及电流调整电路模块，其中，
所述基准电路模块用于为所述镜像电路模块提供基准电压；
所述镜像电路模块用于根据所述基准电压生成第一电流和第二电流；
所述电流调整电路模块用于将所述第一电流调整为第三电流，以使所述第三电流与所述第二电流叠加形成第四电流；
所述第四电流通过所述镇流电阻，为射频放大晶体管Q1提供偏置。
2.根据权利要求1所述的偏置电路，其特征在于，所述镜像电路模块包括：第一三极管Q2和第二三极管Q3，其中，
所述第一三极管Q2的基极与所述基准电路模块的输出端相连，所述第一三极管Q2的集电极与电源电压Vbat相连，所述第一三极管Q2的发射极与所述电流调整电路模块的输入端相连；
所述第二三极管Q3的基极与所述基准电路模块的输出端相连，所述第二三极管Q3的集电极与电源电压Vbat相连，所述第二三极管Q3的发射极分别与所述电流调整电路模块的输出端以及镇流电阻远离所述射频放大晶体管Q1的一端相连。
3.根据权利要求2所述的偏置电路，其特征在于，所述电流调整电路模块包括：第三三极管Q4和第一电阻R1，其中，
所述第三三极管Q4的基极与所述第一三极管Q2的发射极相连，所述第三三极管Q4的集电极通过所述第一电阻R1与所述第二三极管Q3的发射极相连，所述第三三极管Q4的发射极接地。
4.根据权利要求3所述的偏置电路，其特征在于，所述电流调整电路模块还包括：第二电阻R2，其中，
所述第二电阻R2的一端同时与所述第一三极管Q2的发射极、所述第三三极管Q4的基极相连，所述第二电阻R2的另一端接地。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的偏置电路，其特征在于，所述基准电路模块包括：第三电阻R3、第四三极管D1、第五三极管D2和第二电容C2，其中，
所述第五三极管D2的基极作为所述基准电路模块的输出端与所述镜像电路模块的输入端相连，同时，通过所述第三电阻R3与偏置电压Vref相连，并通过所述第二电容C2接地；所述第五三极管D2的集电极与所述第五三极管D2的基极相连；所述第五三极管D2的发射极同时与所述第四三极管D1的集电极和基极相连；
所述第四三极管D1的发射极接地。
6.根据权利要求1-4任意一项所述的偏置电路，其特征在于，所述基准电路模块包括：第四电阻R4、第六三极管Q5、第三电容C3和第五电阻R5，其中，
所述第六三极管Q5的集电极作为所述基准电路模块的输出端与所述镜像电路模块的输入端相连，同时，通过所述第四电阻R4与偏置电压Vref相连，并通过所述第三电容C3接地；所述第六三极管Q5的基极通过所述第五电阻R5与所述镇流电阻远离所述射频放大晶体管Q1的一端相连；所述第六三极管Q5的发射极接地。
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