CN109428554A - 一种射频电源功率放大器过压保护电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种射频电源功率放大器过压保护电路，涉及半导体工艺设备技术领域，所述射频电源功率放大器过压保护电路包括：射频信号发生器与射频功率放大器串联连接，向所述射频功率放大器发射信号；射频功率放大器与射频功率检测器串联连接，将所述信号转换、调节后，发送给所述射频功率检测器；射频功率检测器接收所述射频功率放大器发送的信号并进行检测后，将所述信号输出；供电线路分别向所述射频信号发生器、所述射频功率放大器、所述射频功率检测器输送电流。本发明在电源电压超过额定工作电压时，有效保证射频功率放大器在高电源电压情况下正常工作。
Description
技术领域
本发明涉及半导体工艺设备技术领域，特别涉及一种射频电源功率放大器过压保护电路。
背景技术
射频电源是用于产生射频功率信号的装置，属于半导体工艺设备的核心部件，所有产生等离子体进行材料处理的设备都需要射频电源提供能量。
射频功率检测器测量来自射频功率放大器的射频功率信号并且输出射频功率信号，供电线路向各部件提供电力射频功率放大器将来自射频信号发生器的射频信号进行功率放大，产生通讯标准所需求的射频输出信号。
但本申请发明人在实现本申请实施例中发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：
这种射频功率放大器的放大增益、输出功率及工作电流均与电源电压直接相关。当外在因素影响时，电源电压可能会存在短暂或持续的升高，从而导致射频功率放大器的放大增益、输出功率及工作电流突然或持续的增加，这很可能使射频功率放大器的晶体管由于过压及热稳定性等因素而被烧毁。
发明内容
本发明通过提供一种射频电源功率放大器过压保护电路，解决了现有技术中由于电源电压升高，使射频功率放大器的晶体管由于过压及热稳定性等因素而被烧毁的技术问题，达到了当电源电压超过额定工作电压时，射频功率放大器偏置电流与输出功率降低效果明显，从而能有效保证射频功率放大器在高电源电压情况下正常工作的技术效果。
本发明提供了一种射频电源功率放大器过压保护电路，包括：射频信号发生器，所述射频信号发生器与射频功率放大器串联连接，向所述射频功率放大器发射信号；射频功率放大器，所述射频功率放大器与射频功率检测器串联连接，将所述信号转换、调节后，发送给所述射频功率检测器；射频功率检测器，所述射频功率检测器接收所述射频功率放大器发送的信号并进行检测后，将所述信号输出；供电线路，所述供电线路分别与所述射频信号发生器并联连接，与所述射频功率放大器并联链接，与所述射频功率检测器并联链接，分别向所述射频信号发生器、所述射频功率放大器、所述射频功率检测器输送电流；其中，所述射频功率放大器还包括过压保护电路，所述过压保护电路包括：电压检测电路，所述电压检测电路的输入端与所述射频功率放大器中的第一晶体管电源端连接，所述电压检测电路检测所述第一晶体管工作电压信号后，将所述工作电压信号输出给电压电流转换模块；电压电流转换模块，所述电压电流转换模块的输入端与所述电压检测电路的输出端连接，将所述电压检测电路输出的所述工作电压信号转换为电流信号，将所述电流信号输出给偏置电路；偏置电路，所述偏置电路的输入端与所述电压电流转换模块的输出端连接，所述偏置电路接收所述电流信号，调节所述电流信号后，将所述电流信号输出给所述第一晶体管基极。
优选的，所述第一晶体管射极接地。
优选的，所述电压检测电路包括：第二晶体管，所述第二晶体管射极接地，第一电阻，所述第一电阻的一端与所述第二晶体管集电极连接；第二电阻，所述第二电阻一端与所述第一电阻的另一端连接，所述第二电阻的另一端与所述第一晶体管电源端连接；第三电阻，所述第三电阻的一端与所述第二晶体管基极连接，另一端接入偏置电压；其中，所述第一电阻与所述第二电阻之间的连接点作为电压检测输出端，所述输出端与所述电压电流转换模块连接。
优选的，所述第一电阻和所述第二电阻为分压电阻。
优选的，所述第三电阻为限流电阻。
优选的，当所述电压检测电路检测电源电压为额定工作电压时，电压检测电路的输出电压不足以开启所述电压电流转换模块，所述电压电流转换模块不工作；当所述电压检测电路检测电源电压超过额定电压时，所述电压检测电路的输出电压开启所述电压电流转换模块，所述电压电流转换模块将所述电压检测电路输出的电压信号转换成电流信号，所述电流信号控制所述偏置电路的偏置电流。
本发明提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
1.本发明提供的一种射频电源功率放大器过压保护电路中的射频功率放大器包括过压保护电路，所述过压保护电路包括电压检测电路、电压电流转换模块和偏置电路；其中电压检测电路与射频功率放大器的晶体管电源端连接，电压检测电路检测射频功率放大器的晶体管的工作电压后输出给电压电流转换模块转换为电流信号，该电流信号输出给偏置电路，由偏置电路调节射频功率放大器的晶体管基极电流，以实现保护。本发明通过过压保护电路解决了现有技术中由于电源电压升高，使射频功率放大器的晶体管由于过压及热稳定性等因素而被烧毁的技术问题，进一步达到了当电源电压超过额定工作电压时，射频功率放大器偏置电流与输出功率降低效果明显，从而能有效保证射频功率放大器在高电源电压情况下正常工作的技术效果。
2.本发明当电源电压为额定工作电压时，电压电流转换模块不工作，此过压保护电路能够被关断，避免过压保护电路中出现漏电流，造成不必要能量损耗；当电源电压超过额定电压时，电压电流转换模块开始工作，射频功率放大器偏置电流与输出功率降低效果明显，从而能有效保证射频功率放大器在高电源电压情况下正常工作的技术效果。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种射频电源功率放大器过压保护电路的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的射频电源功率放大器过压保护电路中射频功率放大器的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的射频电源功率放大器过压保护电路中电压检测电路的结构示意图。
附图标号说明：射频信号发生器1，射频功率放大器2，射频功率检测器3，供电线路4，电压检测电路21，电压电流转换模块22，偏置电路23，第一晶体管24，第一电阻211，第二电阻212，第三电阻213，第二晶体管214。
具体实施方式
本申请实施例提供的一种射频电源功率放大器过压保护电路，所述电路包括：射频信号发生器，所述射频信号发生器与射频功率放大器串联连接，向所述射频功率放大器发射信号；射频功率放大器，所述射频功率放大器与射频功率检测器串联连接，将所述信号转换、调节后，发送给所述射频功率检测器；射频功率检测器，所述射频功率检测器接收所述射频功率放大器发送的信号并进行检测后，将所述信号输出；供电线路，所述供电线路分别与所述射频信号发生器并联连接，与所述射频功率放大器并联链接，与所述射频功率检测器并联链接，分别向所述射频信号发生器、所述射频功率放大器、所述射频功率检测器输送电流。其中，所述射频功率放大器还包括过压保护电路，所述过压保护电路包括：电压检测电路，所述电压检测电路的输入端与所述射频功率放大器中的第一晶体管电源端连接，所述电压检测电路检测所述第一晶体管工作电压信号后，将所述工作电压信号输出给电压电流转换模块；电压电流转换模块，所述电压电流转换模块的输入端与所述电压检测电路的输出端连接，将所述电压检测电路输出的所述工作电压信号转换为电流信号，将所述电流信号输出给偏置电路；偏置电路，所述偏置电路的输入端与所述电压电流转换模块的输出端连接，所述偏置电路接收所述电流信号，调节所述电流信号后，将所述电流信号输出给所述第一晶体管基极。解决了现有技术中由于电源电压升高，使射频功率放大器的晶体管由于过压及热稳定性等因素而被烧毁的技术问题，达到了当电源电压超过额定工作电压时，射频功率放大器偏置电流与输出功率降低效果明显，从而能有效保证射频功率放大器在高电源电压情况下正常工作的技术效果。
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
实施例一
图1为本申请实施例提供的一种射频电源功率放大器过压保护电路的连接示意图。如图1所示，所述电路包括：
射频信号发生器1，所述射频信号发生器1与射频功率放大器2串联连接，向所述射频功率放大器2发射信号。
具体而言，射频信号是经过调制的，拥有一定发射频率的电波，而射频信号发生器1是信号发生器的一种。信号发生器按信号源有很多种分类方法，其中一种方法可分为混和信号源和逻辑信号源两种。其中混和信号源主要输出模拟波形；逻辑信号源输出数字码形。混和信号源又可分为函数信号发生器和任意波形/函数发生器，其中函数信号发生器输出标准波形，如正弦波、方波等，任意波/函数发生器输出用户自定义的任意波形；逻辑信号发生器又可分为脉冲信号发生器和码型发生器，其中脉冲信号发生器驱动较小个数的的方波或脉冲波输出，码型发生器生成许多通道的数字码型。如泰克生产的AFG3000系列就包括函数信号发生器、任意波形/函数信号发生器、脉冲信号发生器的功能。另外，信号源还可以按照输出信号的类型分类，如射频信号发生器、扫描信号发生器、频率合成器、噪声信号发生器、脉冲信号发生器等等。信号源也可以按照使用频段分类，不同频段的信号源对应不同应用领域。
射频功率放大器2，所述射频功率放大器2与射频功率检测器3串联连接，将所述信号转换、调节后，发送给所述射频功率检测器3。
进一步的，射频功率放大器(RF PA)是各种无线发射机的重要组成部分。在发射机的前级电路中，调制振荡电路所产生的射频信号功率很小，需要经过一系列的放大一缓冲级、中间放大级、末级功率放大级，获得足够的射频功率以后，才能馈送到天线上辐射出去。为了获得足够大的射频输出功率，必须采用射频功率放大器。所述射频功率放大器是本技术方案中的主要部分，所述射频功率放大器2还包括过压保护电路，所述过压保护电路包括：电压检测电路21、电压电流转换模块22、偏置电路23，下面具体介绍所述射频功率放大器各部分的工作原理：
电压检测电路21，所述电压检测电路21的输入端与第一晶体管24电源端连接，所述电压检测电路21检测所述第一晶体管24工作电压信号后，将所述工作电压信号输出给电压电流转换模块22；所述第一晶体管24射极接地，所述第一晶体管24为功率放大晶体管。
具体而言，所述电压检测电路21具体为：第二晶体管214，所述第二晶体管214射极接地，第一电阻211，所述第一电阻211与所述第二晶体管214集电极连接；第二电阻212，所述第二电阻212一端与所述第一电阻211连接，另一端与所述第一晶体管24电源端连接；第三电阻213，所述第三电阻213的一端与所述第二晶体管214基极连接，另一端接入偏置电压；其中，所述第一电阻211与所述第二电阻212之间的连接点作为电压检测输出端，所述输出端与所述电压电流转换模块22连接；所述第一电阻211和所述第二电阻212为分压电阻，所述第三电阻213为限流电阻。
进一步的，所述电压检测电路21用于检测电源电压，当电源电压为额定工作电压时，所述电压检测电路21的输出电压不足以开启所述电压电流转换模块22，即电压电流转换模块22不工作，对所述偏置电路23无任何影响，此时过压保护电路不会影响射频功率放大器正常工作时的整体性能。当电压检测电路21检测到电源电压超过额定电压时，电压检测电路21的输出电压将开启电压电流转换模块22，即电压电流转换模块22开始工作，从而能有效保证射频功率放大器在高电源电压情况下正常工作。
电压电流转换模块22，所述电压电流转换模块22的输入端与所述电压检测电路21的输出端连接，将所述电压检测电路22输出的所述工作电压信号转换为电流信号，将所述电流信号输出给偏置电路23。
具体而言，所述电压电流转换模块22还包括：当电源电压为额定工作电压时，电压电流转换模块22不工作；当电源电压超过额定电压时，电压电流转换模块22开始工作。
进一步的，当所述电源电压为额定工作电压时，所述电压检测电路21的输出电压不足以开启所述电压电流转换模块22，即所述电压电流转换模块22不工作；当所述电压检测电路21检测到所述电源电压超过额定电压时，所述电压检测电路21的输出电压将开启所述电压电流转换模块22，此时电压电流转换模块22会将所述电压检测电路的输出电压信号转换成一个与所述电源电压相关的电流信号，所述电流信号控制所述偏置电路23的偏置电流进而降低所述射频功率放大器的静态电流、放大增益与输出功率，以防止高电源电压情况下所述射频功率放大器因过压过流而造成的晶体管烧毁。
偏置电路23，所述偏置电路23的输入端与所述电压电流转换模块22的输出端连接，所述偏置电路23接收所述电流信号，调节所述电流信号后，将所述电流信号输出给第一晶体管24基极。
具体而言，晶体管构成的放大器要做到不失真地将信号电压放大，就必须保证晶体管的发射结正偏、集电结反偏。即应该设置它的工作点。所谓工作点就是通过外部电路的设置使晶体管的基极、发射极和集电极处于所要求的电位(可根据计算获得)。这些外部电路就称为所述偏置电路23。
射频功率检测器3，所述射频功率检测器3接收所述射频功率放大器2发送的信号并进行检测后，将所述信号输出。
具体而言，为了确保输出的信号得到明显的降低，从而保证所述射频功率放大器能够正常工作，所述射频功率检测器3接收所述射频功率放大器2发送的信号，对所述信号进行检测，确认所述信号不会造成晶体管烧毁后，再将所述信号输出。
供电线路4，所述供电线路4分别与所述射频信号发生器1并联连接，与所述射频功率放大器2并联链接，与所述射频功率检测器3并联链接，分别向所述射频信号发生器1、所述射频功率放大器2、所述射频功率检测器3输送电流。
综上所述，本发明实施例所述的过压保护电路采用偏置电路23控制模式，当设备不工作时，所述过压保护电路能够被关断，避免过压保护电路中出现漏电流，造成不必要能量损耗，还可根据输出功率和电流的限制范围，灵活的运用此过压保护电路，即可应用到驱动级，也可应用到输出级，或者同时应用到驱动级和输出级，当电源电压超过额定工作电压时，射频功率放大器偏置电流与输出功率降低效果明显，从而能有效保证射频功率放大器在高电源电压情况下正常工作。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
1.本申请实施例提供的一种射频电源功率放大器过压保护电路，所述方法包括：射频信号发生器，所述射频信号发生器与射频功率放大器串联连接，向所述射频功率放大器发射信号；射频功率放大器，所述射频功率放大器与射频功率检测器串联连接，将所述信号转换、调节后，发送给所述射频功率检测器；射频功率检测器，所述射频功率检测器接收所述射频功率放大器发送的信号并进行检测后，将所述信号输出；供电线路，所述供电线路分别与所述射频信号发生器并联连接，与所述射频功率放大器并联链接，与所述射频功率检测器并联链接，分别向所述射频信号发生器、所述射频功率放大器、所述射频功率检测器输送电流。解决了现有技术中由于电源电压升高，使射频功率放大器的晶体管由于过压及热稳定性等因素而被烧毁的技术问题，达到了当电源电压超过额定工作电压时，射频功率放大器偏置电流与输出功率降低效果明显，从而能有效保证射频功率放大器在高电源电压情况下正常工作的技术效果。
2.本申请实施例通过电压检测电路，所述电压检测电路的输入端与第一晶体管电源端连接，所述电压检测电路检测所述第一晶体管工作电压信号后，将所述工作电压信号输出给电压电流转换模块；电压电流转换模块，所述电压电流转换模块的输入端与所述电压检测电路的输出端连接，将所述电压检测电路输出的所述工作电压信号转换为电流信号，将所述电流信号输出给偏置电路；偏置电路，所述偏置电路的输入端与所述电压电流转换模块的输出端连接，所述偏置电路接收所述电流信号，调节所述电流信号后，将所述电流信号输出给第一晶体管基极。本申请实施例通过上述过压保护电路解决了现有技术中由于电源电压升高，使射频功率放大器的晶体管由于过压及热稳定性等因素而被烧毁的技术问题，进一步达到了当电源电压超过额定工作电压时，射频功率放大器偏置电流与输出功率降低效果明显，从而能有效保证射频功率放大器在高电源电压情况下正常工作的技术效果。
3.本申请实施例通过获当电源电压为额定工作电压时，电压电流转换模块不工作；当电源电压超过额定电压时，电压电流转换模块开始工作，解决了现有技术中由于电源电压升高，使射频功率放大器的晶体管由于过压及热稳定性等因素而被烧毁的技术问题，进一步达到了当电源电压超过额定工作电压时，射频功率放大器偏置电流与输出功率降低效果明显，从而能有效保证射频功率放大器在高电源电压情况下正常工作的技术效果。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种射频电源功率放大器过压保护电路，其特征在于，所述电路包括：
射频信号发生器，所述射频信号发生器与射频功率放大器串联连接，向所述射频功率放大器发射信号；
射频功率放大器，所述射频功率放大器与射频功率检测器串联连接，将所述信号转换、调节后，发送给所述射频功率检测器；
射频功率检测器，所述射频功率检测器接收所述射频功率放大器发送的信号并进行检测后，将所述信号输出；
供电线路，所述供电线路分别与所述射频信号发生器并联连接，与所述射频功率放大器并联链接，与所述射频功率检测器并联链接，分别向所述射频信号发生器、所述射频功率放大器、所述射频功率检测器输送电流；
其中，所述射频功率放大器还包括过压保护电路，所述过压保护电路包括：
电压检测电路，所述电压检测电路的输入端与所述射频功率放大器中的第一晶体管电源端连接，所述电压检测电路检测所述第一晶体管工作电压信号后，将所述工作电压信号输出给电压电流转换模块；
电压电流转换模块，所述电压电流转换模块的输入端与所述电压检测电路的输出端连接，将所述电压检测电路输出的所述工作电压信号转换为电流信号，将所述电流信号输出给偏置电路；
偏置电路，所述偏置电路的输入端与所述电压电流转换模块的输出端连接，所述偏置电路接收所述电流信号，调节所述电流信号后，将所述电流信号输出给所述第一晶体管基极。
2.如权利要求1所述的射频电源功率放大器过压保护电路，其特征在于，所述第一晶体管射极接地。
3.如权利要求1所述的射频电源功率放大器过压保护电路，其特征在于，所述电压检测电路包括：
第二晶体管，所述第二晶体管射极接地，
第一电阻，所述第一电阻的一端与所述第二晶体管集电极连接；
第二电阻，所述第二电阻一端与所述第一电阻的另一端连接，所述第二电阻的另一端与所述第一晶体管电源端连接；
第三电阻，所述第三电阻的一端与所述第二晶体管基极连接，另一端接入偏置电压；
其中，所述第一电阻与所述第二电阻之间的连接点作为电压检测输出端，所述输出端与所述电压电流转换模块连接。
4.如权利要求3所述的射频电源功率放大器过压保护电路，其特征在于，所述第一电阻和所述第二电阻为分压电阻。
5.如权利要求3所述的射频电源功率放大器过压保护电路，其特征在于，所述第三电阻为限流电阻。
6.如权利要求1所述的射频电源功率放大器过压保护电路，其特征在于，当所述电压检测电路检测电源电压为额定工作电压时，电压检测电路的输出电压不足以开启所述电压电流转换模块，所述电压电流转换模块不工作；当所述电压检测电路检测电源电压超过额定电压时，所述电压检测电路的输出电压开启所述电压电流转换模块，所述电压电流转换模块将所述电压检测电路输出的电压信号转换成电流信号，所述电流信号控制所述偏置电路的偏置电流。
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