CN1098574A - 应用大功率放大器的通信设备 - Google Patents

Abstract

一种低功耗的通信设备，其适用于便携式无线电 通信设备中。通信设备包括一半导体功率放大器集 成电路，其使用了一G_aA_s结型FEI，它具有一栅偏 压端，可对其提供栅偏压。集成电路是以这样的方式 来减小其功耗量的，即在通信操作过程中才使集成电 路工作来完成放大操作，而在通信中断或在未配给通 信设备本身的时隙时集成电路将不工作。

Description

本发明通常涉及通信设备，特别是，涉及一种使用低功耗型功率放大器的通信设备。

近来，在陆地移动通信中，如移动电话，便携式电话或类似物中，由于用户的增加，目前配给陆地移动通信用的无线电通信的无线电频带已经变得不够用了，于是，决定创办各种新的陆地移动通信业务，这些新的业务是公用的，它们是通过使用0.8GHz至2GHz的准微波频段的时分多路制数字通信而各自进行工作的。

由于对装置主要考虑到其轻便性，所以这些陆地移动通信的终端装置就必须做得小型化。因而，用于装置中的电子部分集成化就成为最重要的问题。还有，由于终端装置必须要由电池来驱动，因而减小装置的电源电流就成为一重要条件，以便使电池的不充电时间周期加长。

关于电源电流，在传输阶段由功率放大器集成电路所消耗的电流量较之终端装置的其它部分上所消耗的电流大得多。因此，减小功率放大器集成电路所消耗的电流量已成为一重要问题。

常用的这种型式的移动通信终端装置是按图1所示来构成，图1中所示的设备是在时分多路通信系统中所使用的移动通信终端装置的一个例子。

参见图1，一继电器2连接在功率放大器4的一电源端与一电源3的一级之间，而其电源3的另一极在5处接地。由于采用了时分多路制，继电器2根据来逢主控制器1的控制信号间歇地在电源3和功率放大器4之间进行通和断，因此，终端装置的功率放大器4只在配给终端装置本身的时间间隙内工作，从而使得由功率放大器4所消耗的电源电流量减小。

然而，这种常用的移动通信终端装置具有下列两个严重缺点。

第一个缺点是，功率放大器4的电源电压是间歇地通和断，在这种情况下，由于在功率放大器4的电源终端接入了许多是容器，因而就不可能在高速下接通和断开电源电压，使得功率放大器4分别在其本身的时间间隙相邻的时隙内被接通和断开，然而，由于大量的对于功率放大器4无效的电源电流在相邻时隙内流过，从而发现不能节省电源电流的严重缺点。

第二个缺点是，由终端装置的功率放大器4在其本身的时隙内所消耗的功率是恒定的，它与传输功率的数量无关，在象便携式电话这样的系统中，其传输功率总是在变化，而平均传输功率是小的。然而，由于由功率放大器4所消耗的功率总是恒定的，使得终端装置的平均效率就会降低，结果就会出现所消耗的电源电流量无谓地增加的严重缺点。

本发明的目的就是提供一种改进的通信设备，其中克服了上述现有技术中所遇到的各种缺点。

特别是，本发明的目的就是提供一种通信设备，它能够降低无谓消耗功率的数量。

按照本发明的一个方面，就是提供一种通信设备，它包括：一使用结型场效应晶体管的半导体功率放大器集成电路，其中晶体管具有由主控制器为其提供高频信号的输入端，和施加其上栅偏压的栅偏压端;一检测器，用以从主控制器上提取部分所提供的高频信号，并对所提取的高频信号进行DC检测，从而输出一DC电压;一偏压发生器，用以将来自检测器的DC电压输入其中并将输入的DC电压变换成一电压从而产生一栅偏压;和一加法器，它具有第一输入端，用以将由主控制器所提供的一控制信号电压输入其中，和第二输入端，用以将偏压输入其中，从而获得输入控制信号电压和输入偏压的总和，并由此可将该电压总和提供给半导体功率放大器集成电路的栅偏压端。

根据本发明的通信设备，由于栅偏压可根据高频信号所检测的信号来控制，所以在不使用便携式电话机的时候，即通信中断或类似情况的时候，可减小功率消耗量。

再有，根据本发明的通信设备，由于功率放大器在不配给该通信设备本身的时隙内是被控制在非工作状态，从而也可以减小功率消耗量。

本发明的上述和其它目的、特点和优点可结合附图的阅读而从下面实施例的详细描述中明显看到。

图1是一电路方块图，它示出了常用通信设备的传输级主要部分的设置;

图2是一电路方块图，它示出了根据本发明的通信设备传输级的第一实施例的设置;

图3是一电路图，它示出了根据本发明的半导体功率放大器集成电路的第二实施例，它可用于图2所示的通信设备中。

现参照图2和3来描述根据本发明的通信设备的实施例。

图2是用来解释根据本发明通信设备第一实施例的图，它示出了时分多路通信系统传输部分的设置。

第一实施例中所使用的功率放大器11可象根据图3所示的第二实施例的半导体功率放大器集成电路一样来构成。半导体功率放大器集成电路可采用下列方式来构成，即如图3所示，将结型镓砷场效应管（G_aA_sJFET_s）（下面简称JEFT_s））38，41和42以多级方式加以连接形式一放大器电路，该放大器电路被连接到一正电源上以便操作。

在相邻的放大器级之间可提供供耦合电容器37和40，用以耦合相邻的放大器级，从而使得各个放大器级按DC分量单独工作。再有，为了调整信号的相位以防止振荡，可在相邻放大器级之间提供相位调整和阻抗匹配电路，它们分别由电容器和电阻器58，59和60构成。

采用这种设置，使放大器电路即使增大各放大器级的JFET_s的幅值也能稳定地工作，从而可以通过增大放大器每一级幅值来减少放大器级的数量，结果，可使半导体功率放大器集成电路小型化，并且可减小集成电路所消耗的功率。

还有，在输入端52的后级上可为半导体功率放大器集成电路提供一输入阻抗匹配电路，它是由元件31至34构成，并且在输出端55的前级上提供一输出阻抗匹配电路，它是由元件43至45构成，以便于其它电路的连接。

对于连接到各放大器级的电源连接终端54，可在其前者和后者之间提供旁路电容器49至57，以便消除引线杂散电容的影响，从而便于与电源的连接，并可批量生产集成电路。

第一级放大器38使用一双栅结型G_aA_sFET，施加到G_aA_sFET38第二电极上的电压由外部引出控制端53通过一电阻器35而得到控制，从而可控制根据本发明的功率放大器的增益。

下一级放大器41是由一单栅结型G_aSFET 41来构成，其栅在增益方面通过一电阻器47而由第一栅偏压端56来控制，FET 41的偏极可通过一负载电阻39而与电源54连接。还有，最终形成一控制器的JFET 42的栅在增益方面也可通过一电阻而由外部控制端57改变偏压来控制，JFET 42的偏级也可通过一负载电阻43而与电源54相连接。

可提供用以确定在各个放大器级上JFET_s的工作点的栅偏压终端，使得工作点可由外部来控制。可提供多个或第一和第二栅偏压端53和56，用以通过电阻46和47而连接到JFET_s38和41的栅上，如图3所示，从而使各个放大级的这样的方式来控制，使得第一级放大器按具有优良线性的A级放大器工作，而后级放大器按极小功耗的AB级放大器工作。

再回到图2，下面将描述传输部分的工作。将高频信号由主控制器14提供半导体功率放大器集成电路（下面简称功率放大器），高频信号由功率放大器11而放大，然后提供给发射天线16。

将部分由主控制器14所传送的高频信号提供给检测器12，它将依次完成高频信号的DC检测，并输出一DC电压，然后将它提供给一栅偏压发生器13，栅偏压发生器13根据DC电压产生一栅偏压。

将栅偏压提供给加法器15的第一输入端，加法器15在其第二输入端接收到来自主控制器14的控制信号电压，由此获得栅偏压和控制信号电压的总和，用以输出该总和电压。

将加法器15的一输出端连接到功率放大器11的栅偏压端17上。

下面将描述按照实施例而如此构成的通信设备发送部分的工作情况。

将来自控制器14的高频信号输入到功率放大器11和检测器12，功率放大器11将输入的高频信号放大并将放大的高频信号发送到在后级上与其相连接的发射天线16。

检测器12完成输入的高频信号的DC检测以产生DC电压，将DC电压输入栅偏压发生器13，其依次将DC电压变换成一电压并将该变换电压提供给加法器15的第一输入端。

由主控制器14提供给加法器15第二输入端的控制信号电压在配给其通信设备的时隙内是处于高电平，从而使得在这种情况下，在功率放大器11的工作范围内加法器15的输出端上现的栅偏压下降。

在这时，当来自主控制器14的高频信号功率较小时，使得由偏压发生器13输出的DC电压也变低，因此，提供给功率放大器11的栅偏压也变低，由此也减小了流过功率放大器11的电源电流。

相反，当来自主控制器14的高频信号功率较大时，由偏压发生器13输出的DC电压就变高，因此，提供给功率放大器11的栅偏压也变高了，从而增加了流过功率放大器11的电源电流。

结果，由于当发送输出变小时功率放大器11的电源电流也变小，所以防止了功率放大器效率的降低。

在配给通信设备本身以外的其它时隙内，由于将来自主控制器14的控制信号电压的电压设置到低于功率放大器11中所用G_aA_sJFET_s的夹断电压，所以由加法器15提供给功率放大器11栅偏压端17的栅偏压就较低，因此，功率放大器11的JFET就处于关状态，所以，流过功率放大器11的电源电流变为零。

如上所述，按照本发明的通信设备，由于功率放大器在发送操作过程中才工作，而在不进行发送时则不工作，所以可减少功率消耗量。

再有，由于按照本发明功率放大器根据发送功率数量那使在信号发送时也能控制流过的电源电流量，因此功率放大器总能在高效状态下使用。

还有，在时分多路制中，由于功率放大器可通过改变提供给其栅偏压端的电压来接通和断开，所以就可使功率放大器在高速下转换，因此，本发明的优点就在于，对功率放大器无效的电源电流在相邻的时隙内就不会经其流过。

当将根据本发明的半导体功率放大器集成电路用于便携式电话时，上述优点将会更明显。

参照附图已对本发明的优选实施例进行了描述，可以理解，本发明不限于这些具体的实施例，本技术领域的普通专业人员均可对其进行各种变化和改型，但其均离不开由后续权利要求所限定的本发明新颖原理的精神或范围。

Claims (4)

1、一种通信设备，它包括：

一半导体功率放大器集成电路，它使用一结型场效应晶体管，其具有一输入端，可将来自主控制器的高频信号对其提供，和一栅偏压端，可对其提供栅偏压；

一检测器，用以提取部分由主控制器所提供的所述高频信号，并将所提取的高频信号进行DC检测，由此输出一DC电压；

一偏压发生器，用以由所述检测器对其输入DC电压，并将输入的DC电压进行电压变换，由此产生一栅偏压电压；和

一加法器，它具有第一输入端，用以对其提供来自所述主控制器的控制信号电压，和第二输入端，用以对其提供所述偏压，以获得输入控制信号电压和输入偏压的总和，并由此将该总和电压提供给所述半导体功率放大器集成电路的所述栅偏压端。

2、按照权利要求1的通信设备，其中所述半导体功率放大器集成电路包括一多级放大器，其具有结型场效应晶体管，并且提供给所述结型场效应结晶体管的栅偏压端的偏压可以由外部设置。

3、按照权利要求2的通信设备，其中所述多级放大器的前级放大器是按A级放大器工作，而所述多级放大器的后级放大器是按AB级放大器工作。

4、按照权利要求1的通信设备，其中所述半导体功率放大器集成电路是由G_aA_s场效应晶体管来构成。

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