CN110120788B - 一种用于功率放大器的偏置电路及功率放大器 - Google Patents

一种用于功率放大器的偏置电路及功率放大器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于功率放大器的偏置电路，相比现有技术的偏置电路中温度补偿效果、线性化效果与信号完整性之间产生矛盾的问题，通过镇流电阻、第一晶体管、第二电阻、第三电阻、电流镜和第二晶体管构成了电流负反馈电路，以降低流过镇流电阻的电流的方式进行补偿，达成了自适应温度负反馈效果，因此在增大镇流电阻的阻值以增强温度补偿效果的同时，不会对射频功率管的线性度造成影响，消除了温度补偿与线性补偿之间的矛盾，进而避免了线性补偿与信号完整性之间的矛盾，使功率放大器实现了热稳定性和线性度的双提升。本发明还公开一种功率放大器，具有上述有益效果。

Description

一种用于功率放大器的偏置电路及功率放大器
技术领域
本发明涉及射频集成电路技术领域，特别是涉及一种用于功率放大器的偏置电路及功率放大器。
背景技术
功率放大器(Power Amplifier，PA)是无线通信链路中的关键单元之一，其作用是将携带有用信息的调制信号放大至一定的功率并通过天线辐射出去，发射机的输出能力、线性度和效率在很大程度上都是由功率放大器所决定。于手机用高频单片微波集成电路(MMIC)中，多采用异质结双极晶体管(Heterojunction Bipolar Transistor，HBT)工艺制造。对于目前主流的GaAsHBT工艺，由于砷化镓的热导率很低，而且还会随着温度的升高而不断减小，当功率放大器工作在大信号状态时，将产生可观的功率耗散并积聚更多的热量，此即为自热效应。高温容易让器件老化并导致功率放大器的特性发生较大改变，最终影响输出信号。为解决此问题，需要一种具有温度补偿作用的偏置电路。偏置的作用是在特定的工作条件下为有源器件提供适当的静态直流工作点，并抑制晶体管参数的离散性和温度变化的影响，从而保持恒定的工作特性。传统的无源自偏置网络通常采用结构简单、紧凑的电阻分压式，其对温度、供电电压的波动和晶体管的参数变化十分敏感，且没有考虑线性化设计，无法应用于高峰均比的移动通信领域。因此，现有的主流方案为有源偏置技术。
图1为现有技术中的一种功率放大器的电路图；图2为图1所示的功率放大器中镇流电阻R2对射频功率管QRF基极电位的影响随输出功率变化的曲线图；图3为图1所示的功率放大器中到地电容C1对射频功率管QRF基极电位的影响随输出功率变化的曲线图；图4为图1所示的功率放大器中到地电容C1对射频功率管QRF增益的影响随输出功率变化的曲线图。
如图1所示，功率放大器的射频主链路包括顺次连接的射频信号输入端RFin、匹配电路、隔直电容C3和射频功率管QRF，隔直电容C3的第二端和偏置电流输出端以及射频功率管QRF的基极连接，射频功率管QRF的集电极为射频信号输出端RFout，通过射频扼流线圈L1与电源Vcc连接，射频功率管QRF的发射极接地。射频功率管QRF的偏置电流由晶体管Q1和晶体管Q2组成的电流镜提供，通过调节限流电阻R1即可获得所需设计值；把基极和集电极接在一起作二极管用的晶体管Q1和晶体管Q3协同镇流电阻R2能起到温度补偿作用；到地电容C1与晶体管Q2的基-射PN结构成线性化电路，在工作频率下，其整体阻抗减小，相当于引入一条射频通路，使得射频主链路上的信号被小部分引入偏置电路，并通过晶体管Q2的基-射结再经到地电容C1导入地端，从而使得晶体管Q2的基-射结压降与射频功率管QRF的基极偏置电压产生近似的变化趋势，起到补偿作用，使射频功率管QRF的偏置电压趋于平稳，即射频功率管QRF的基极电压在大、小信号功率范围能保持一个相对稳定的值，从而能够最大限度地无失真放大输入的射频信号，满足线性度要求，因此到地电容C1的引入赋予偏置电路非线性化补偿的能力。通常，偏置电路还包括一个与镇流电阻R2并联的旁路电容C2，以避免阻值过大的镇流电阻R2削减引入的小部分射频信号而弱化电压补偿效果。
图1所示的现有技术中的功率放大器的偏置电路简单易用，但存在以下问题：
若要实现最优的温度补偿，则必须使晶体管Q1-Q3以及射频功率管QRF均工作在相同的状态，并具有一致的温度环境，4个器件的各项参数应完全匹配，显然，这在实际应用中是无法实现的。我们仅能确保集中布版，使得各器件特别是晶体管Q3与射频功率管QRF的温度尽量一致，以最大化抑制温漂。换言之，光靠两堆叠二极管结构对温度的补偿作用有限，所以上述方案还加入了镇流电阻R2，利用电阻分压的原理，以负反馈形式动态调整功率管的偏置电压。然而，由于镇流电阻R2和射频功率管QRF串联，且晶体管Q2的基极电位固定，当晶体管Q2的基-射结压降下降，无疑使得镇流电阻R2与射频功率管QRF整体的电压上升，而这上升的部分对应在镇流电阻R2和射频功率管QRF上就是按电阻大小进行分压，镇流电阻R2的阻值越大，则分配到真正需要补偿偏压的射频功率管QRF而言就少了，可见镇流电阻R2对偏置电路的线性化补偿产生了负面影响。如图2所示，增大镇流电阻R2的阻值来对射频功率管QRF自热效应进行有效补偿，提高热稳定性的同时，也增强了功率放大器于大信号输入时的非线性。而为了解决上述补偿过程中大阻值的镇流电阻R2带来的线性度变差的问题，需要适当增大到地电容C1的电容值，如图3所示，到地电容C1的电容值在一定范围内越大，则功率放大器的线性化相应地会变得越好。然而，如图4所示，随着到地电容C1的电容值的增大，由于射频主链路的信号相应分散的更多，也在一定程度上影响了功率放大器的增益，因此到地电容C1的电容值不能设置得太大。
由于具有上述矛盾，现有技术中用于功率放大器的偏置电路不能实现最好的温度补偿效果和线性补偿效果，需要反复权衡镇流电阻R2的阻值和到地电容C1的电容值，很难同时兼顾温度补偿与线性补偿。
如何解决功率放大器的偏置电路中温度补偿效果、线性化补偿效果与信号完整性之间的矛盾，使功率放大器能够实现热稳定性和线性度的双提升，是本领域技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于功率放大器的偏置电路及功率放大器，用于实现功率放大器热稳定性和线性度的双提升。
为解决上述技术问题，本发明提供一种用于功率放大器的偏置电路，包括第二端与功率放大器的射频功率管的基极连接的温度补偿支路和第一端与所述射频功率管的基极连接的线性补偿支路；
其中，所述温度补偿支路包括电流镜、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一晶体管、第二晶体管和镇流电阻；所述第一电阻的第一端、所述第二电阻的第一端、所述第三电阻的第一端和所述第一晶体管的集电极均与直流电源连接，所述第一电阻的第二端与所述电流镜的输入端连接，所述第二电阻的第二端与所述电流镜的输出端以及所述第一晶体管的基极连接，所述第三电阻的第二端、所述第二晶体管的集电极、所述输出管的发射极以及所述电流镜的电压固定点连接，所述第二晶体管的发射极接地，所述第一晶体管的发射极与所述第二晶体管的基极以及所述镇流电阻的第一端连接，所述镇流电阻的第二端为所述温度补偿支路的第二端。
可选的，所述电流镜具体为威尔逊电流镜，所述威尔逊电流镜包括第三晶体管、第四晶体管和第五晶体管；
其中，所述第三晶体管的集电极为所述威尔逊电流镜的输入端，所述第四晶体管的集电极为所述威尔逊电流镜的输出端，所述第四晶体管的基极与所述第三晶体管的集电极连接，所述第四晶体管的发射极、所述第五晶体管的集电极、所述第五晶体管的基极以及所述第三晶体管的基极连接，所述第三晶体管的发射极和所述第五晶体管的发射极共地；
所述第三晶体管的基极与所述第五晶体管的基极的连接点为所述电压固定点。
可选的，所述电流镜具体为威尔逊电流镜，所述威尔逊电流镜包括第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管和第六晶体管；
其中，所述第六晶体管的集电极为所述威尔逊电流镜的输入端，所述第四晶体管的集电极为所述威尔逊电流镜的输出端，所述第六晶体管的集电极与所述第六晶体管的基极以及所述第四晶体管的基极连接，所述第六晶体管的发射极与所述第三晶体管的集电极连接，所述第四晶体管的发射极、所述第五晶体管的集电极、所述第五晶体管的基极以及所述第三晶体管的基极连接，所述第三晶体管的发射极和所述第五晶体管的发射极共地；
所述第三晶体管的基极与所述第五晶体管的基极的连接点为所述电压固定点。
可选的，还包括设于所述第一晶体管的发射极与所述镇流电阻的第一端的连接点以及所述第二晶体管的基极之间的第四电阻。
可选的，线性补偿所述线性补偿支路具体包括第一射频扼流线圈和多个第七晶体管；
其中，所述第一射频扼流线圈的第一端为所述线性补偿支路的第一端，所述第一射频扼流线圈的第二端与各所述第七晶体管的集电极以及各所述第七晶体管的基极连接，各所述第七晶体管的发射极共地。
可选的线性补偿，所述线性补偿支路具体包括第一射频扼流线圈、第七晶体管和第五电阻；
其中，所述第一射频扼流线圈的第一端为所述线性补偿支路的第一端，所述第一射频扼流线圈的第二端与所述第七晶体管的集电极、所述第七晶体管的基极以及所述第五电阻的第一端连接，所述第七晶体管的发射极与所述第五电阻的第二端共地。
可选的，还包括第六电阻、第八晶体管和第九晶体管；
其中，所述第六电阻的第一端与所述直流电源连接，所述第六电阻的第二端与所述第八晶体管的集电极以及所述第九晶体管的基极连接，所述第八晶体管的基极与数控信号源连接，所述第九晶体管的集电极与所述电流镜的输出端连接，所述第八晶体管的发射极和所述第九晶体管的发射极共地。
为解决上述技术问题，本发明还提供一种功率放大器，包括上述任意一项所述的用于功率放大器的偏置电路，还包括射频主链路；
其中，所述射频主链路包括射频信号输入端、输入信号匹配网络、第一隔直电容、射频功率管、射频信号输出端、第二射频扼流线圈、输出匹配网络和输出负载；所述输入信号匹配网络的输入端与所述射频信号输入端连接，所述输入信号匹配网络的输出端与所述第一隔直电容的第一端连接，所述第一隔直电容的第二端与所述射频功率管的基极以及所述偏置电路的输出端共地，所述射频功率管的集电极为射频信号输出端且所述射频功率管的集电极与第二射频扼流线圈的第二端连接，所述射频功率管的发射极接地，所述第二射频扼流线圈的第一端与直流电源连接，所述输出匹配网络的输入端与所述射频信号输出端连接，所述输出匹配网络的输出端与所述输出负载的第一端连接，所述输出负载的第二端接地。
可选的，还包括设于所述偏置电路的输出端与所述射频功率管的基极之间的RC电路；
其中，所述RC电路包括第七电阻和第一电容，所述第七电阻的第一端以及所述第一电容的第一端与所述偏置电路的输出端连接，所述第七电阻的第二端以及所述第一电容的第二端与所述射频功率管的基极连接。
可选的，还包括设于所述射频信号输出端和所述输出匹配网络的输入端之间的第二隔直电容。
本发明所提供的用于功率放大器的偏置电路，包括第二端与功率放大器的射频功率管的基极连接的温度补偿支路和第一端与射频功率管的基极连接的线性补偿支路；其中，温度补偿支路包括电流镜、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一晶体管、第二晶体管和镇流电阻；其中，第一电阻的第一端、第二电阻的第一端、第三电阻的第一端和第一晶体管的集电极均与直流电源连接，第一电阻的第二端与电流镜的输入端连接，第二电阻的第二端与电流镜的输出端以及第一晶体管的基极连接，第三电阻的第二端、第二晶体管的集电极、输出管的发射极以及电流镜的电压固定点连接，第二晶体管的发射极接地，第一晶体管的发射极与第二晶体管的基极以及镇流电阻的第一端连接，镇流电阻的第二端与功率放大器的射频功率管的基极连接。在现有技术的温度补偿偏置电路中，由于镇流电阻R2以分压形式对射频功率管的自热效应进行补偿，虽然镇流电阻R2的阻值越大则温度补偿效果越好，但同时也造成了线性度变差的问题，而在增大到地电容C1的电容值进行线性补偿时，又会随着到地电容C1的电容值的增大导致信号分散得越多，影响信号功率。而在本发明提供的偏置电路中，通过镇流电阻、第一晶体管、第二电阻、第三电阻、电流镜和第二晶体管构成了电流负反馈电路，以降低流过镇流电阻的电流的方式进行补偿，达成了自适应温度负反馈效果，因此在增大镇流电阻的阻值以增强温度补偿效果的同时，不会对射频功率管的线性度造成影响，消除了温度补偿与线性化之间的矛盾，使功率放大器实现了热稳定性和线性度的双提升。本发明还提供一种功率放大器，具有上述有益效果，在此不再赘述。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，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的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中的一种功率放大器的电路图；
图2为图1所示的功率放大器中镇流电阻R2对射频功率管QRF基极电位的影响随输出功率变化的曲线图；
图3为图1所示的功率放大器中到地电容C1对射频功率管QRF基极电位的影响随输出功率变化的曲线图；
图4为图1所示的功率放大器中到地电容C1对射频功率管QRF增益的影响随输出功率变化的曲线图；
图5为本发明实施例提供的第一种用于功率放大器的偏置电路的电路图；
图6为本发明实施例提供的一种威尔逊电流镜的电路图；
图7为本发明实施例提供的另一种威尔逊电流镜的电路图；
图8为本发明实施例提供的第二种用于功率放大器的偏置电路的电路图；
图9为本发明实施例提供的线性补偿支路与图1中的线性补偿支路的线性补偿效果对比图；
图10为本发明实施例提供的另一种线性补偿支路的电路图；
图11为本发明实施例提供的第三种用于功率放大器的偏置电路的电路图；
图12为本发明实施例提供的数控开关的控制效果示意图；
图13为本发明实施例提供的一种功率放大器的电路图；
图14为本发明实施例提供的另一种功率放大器的电路图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种用于功率放大器的偏置电路及功率放大器，用于实现功率放大器热稳定性和线性度的双提升。
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。
图5为本发明实施例提供的第一种用于功率放大器的偏置电路的电路图；图6为本发明实施例提供的一种威尔逊电流镜的电路图；图7为本发明实施例提供的另一种威尔逊电流镜的电路图。
如图5所示，本发明实施例提供的用于功率放大器的偏置电路包括第二端与功率放大器的射频功率管QRF的基极连接的温度补偿支路和第一端与射频功率管QRF的基极连接的线性补偿支路(图5中未画出)；
其中，温度补偿支路包括电流镜、第一电阻R3、第二电阻R4、第三电阻R5、第一晶体管Q4、第二晶体管Q5和镇流电阻R6；第一电阻R3的第一端、第二电阻R4的第一端、第三电阻的第一端和第一晶体管Q4的集电极均与直流电源连接，第一电阻R3的第二端与电流镜的输入端连接，第二电阻R4的第二端与电流镜的输出端以及第一晶体管Q4的基极连接，第三电阻R5的第二端、第二晶体管Q5的集电极、输出管的发射极以及电流镜的电压固定点连接，第二晶体管Q5的发射极接地，第一晶体管Q4的发射极与第二晶体管Q5的基极以及镇流电阻R6的第一端连接，镇流电阻R6的第二端为温度补偿支路的第二端。
为便于说明，在本发明各实施例的示意图中，令第二晶体管Q5的基极与镇流电阻R6的第一端的连接点为A点，令第二晶体管Q5的集电极为B点，令电流镜的输出端为C点，令偏置电路的第二端即镇流电阻R6的第二端为D点。
在具体实施中，本发明实施例提供的用于功率放大器的偏置电路中的晶体管可均采用NPN型晶体管，电阻均可以选用可调电位器。
为便于调节，用于功率放大器的偏置电路还包括设于第一晶体管Q4的发射极与镇流电阻R6的第一端的连接点以及第二晶体管Q5的基极之间的第四电阻R7。
本发明实施例提供的用于功率放大器的偏置电路的补偿原理如下：
当温度升高时，电流I2增加，使得通过镇流电阻R6的电流随之变大，进而导致A点电位上升，由此提高了第二晶体管Q5的基极偏置；由于B点与电流镜的电压固定点连接，电位恒定，同时直流电源Vcc的电压和第三电阻的阻值均为固定值，所以流过第二晶体管Q5集电极的电流只能通过第四晶体管Q7进行补给增加，如图5中的I3所示；这样在第二电阻R4上便分到了更多的电压，进而拉低了C点电位，使得第一晶体管Q4的输出电流降低，从而降低流过镇流电阻的电流，进而降低射频功率管QRF的偏置电流I2，达成自适应温度负反馈作用。
可以看到，采用这种电流负反馈式的温度补偿电路，相比于现有技术中采用电阻分压进行偏置电压补偿的方式，镇流电阻R6的阻值大小不会对射频功率管QRF的线性度产生影响，因此可以在不考虑线性度问题的基础上，增大镇流电阻R6的阻值直至温度补偿效果达到理想状态。而消除了温度补偿问题与线性度问题的矛盾之后，后续在设计线性补偿电路时就无需对镇流电阻R6带来的非线性问题进行补偿，即使采用现有技术中的线性补偿电路，并不需要从射频主路上引入信号以进行线性化补偿，这样可以保证所有输入信号都得到充分放大，不会因偏置电路造成额外的信号损耗。
射频功率管QRF的偏置电流是通过偏置电路中的电流镜提供的。如图5所示，在具体实施中，相比于现有技术(图1)中采用的由晶体管Q1和晶体管Q2组成的单镜像电流镜，本发明实施例采用威尔逊(Wilson)电流镜，具有更高的复制精度。
本发明实施例提供的威尔逊电流镜的一种实施方式如图6所示，该威尔逊电流镜包括第三晶体管Q6、第四晶体管Q7和第五晶体管Q8；
其中，第三晶体管Q6的集电极为威尔逊电流镜的输入端，第四晶体管Q7的集电极为威尔逊电流镜的输出端，第四晶体管Q7的基极与第三晶体管Q6的集电极连接，第四晶体管Q7的发射极、第五晶体管Q8的集电极、第五晶体管Q8的基极以及第三晶体管Q6的基极连接，第三晶体管Q6的发射极和第五晶体管Q8的发射极共地；
第三晶体管Q6的基极与第五晶体管Q8的基极的连接点为电压固定点。
基于图6所示的威尔逊电流镜，假定第三晶体管Q6和第五晶体管Q8是完全匹配的，所有晶体管均有相同的电流增益B(Beta)。由于第三晶体管Q6和第五晶体管Q8的发射极共地，且它们的基极连接在一起构成电压固定点，即二者的偏置电压均等，同时所感应出的基极电流一致，设IB1＝IB2＝IB，IC＝IC1＝B×IB1＝B×IB2＝IC2；此外，可得IB3＝IC3/B＝Iout/B，进一步得：
IE3＝IB3+IC3＝Iout×(B+1)/B＝IC2+IB1+IB2＝IC+2IB＝IC×(B+2)/B；
即：Iout×(B+1)/B＝IC×(B+2)/B，整理得：IC＝Iout×(B+1)/(B+2)；
而Iref＝IC1+IB3＝IC+IB3＝Iout×(B+1)/(B+2)+Iout/B，整理得：
Iout＝Iref/{1+2/[B(B+2)]}。
通常，GaAs HBT晶体管在3.5V正向偏置条件下的电流增益B约为75，所以B(B+2)是一个很大的数值，故近似有：Iout＝Iref。
图7给出了一种改进后的威尔逊电流镜，该威尔逊电流镜包括第三晶体管Q6、第四晶体管Q7、第五晶体管Q8和第六晶体管Q9；
其中，第六晶体管Q9的集电极为威尔逊电流镜的输入端，第四晶体管Q7的集电极为威尔逊电流镜的输出端，第六晶体管Q9的集电极与第六晶体管Q9的基极以及第四晶体管Q7的基极连接，第六晶体管Q9的发射极与第三晶体管Q6的集电极连接，第四晶体管Q7的发射极、第五晶体管Q8的集电极、第五晶体管Q8的基极以及第三晶体管Q6的基极连接，第三晶体管Q6的发射极和第五晶体管Q8的发射极共地；
第三晶体管Q6的基极与第五晶体管Q8的基极的连接点为电压固定点。
图7给出的改进后的威尔逊电流镜，在图6中的威尔逊电流镜的基础上，增加了一个二极管连接形式的第六晶体管Q9，构成全对称网络，使得第三晶体管Q6和第五晶体管Q8具有相同的集电极电压，确保IC1＝IC2，这样在最大程度上保证了Iout的精准度，减少了调整第一电阻R3的时间，提高了设计速度。最后通过改变第二电阻的阻值，即可在C点获得指定输出电压。
可以理解的是，除了上述两种电流镜，还可以采用能够同样能够提供电压固定点的其他电流镜，在此不再赘述。
本发明实施例提供的用于功率放大器的偏置电路，通过镇流电阻、第一晶体管、第二电阻、第三电阻、电流镜和第二晶体管构成了电流负反馈电路，以降低流过镇流电阻的电流的方式进行补偿，达成了自适应温度负反馈效果，因此在增大镇流电阻的阻值以增强温度补偿效果的同时，不会对射频功率管的线性度造成影响，消除了温度补偿与线性补偿之间的矛盾，进而避免了线性补偿与信号完整性之间的矛盾，使功率放大器实现了热稳定性和线性度的双提升。本发明实施例还提供了两种电流镜的设计方式，提高了电流复制的精度，易于调节。
图8为本发明实施例提供的第二种用于功率放大器的偏置电路的电路图；图9为本发明实施例提供的线性补偿支路与图1中的线性补偿支路的线性补偿效果对比图。
上述实施例中对功率放大器的偏置电路进行了改进，使得偏置电路在对温度进行补偿的同时不额外带来线性化的问题。而为了更好的增强功率放大器的线性度，弥补非线性，本发明实施例提供了一种线性补偿支路的具体设计。
如图8所示，在本发明实施例提供的第二种用于功率放大器的偏置电路中，线性补偿支路具体包括第一射频扼流线圈L2和多个第七晶体管Q10；
其中，第一射频扼流线圈的第一端为线性补偿支路的第一端，第一射频扼流线圈L2的第二端与各第七晶体管Q10的集电极以及各第七晶体管Q10的基极连接，各第七晶体管Q10的发射极共地。
在具体实施中，第一射频扼流线圈L2是一个大电感，而第七晶体管Q10基极与集电极连接，用作稳压二极管。如图8所示，由于第一射频扼流线圈L2串接在D点与第七晶体管Q10之间，射频输入信号不会对第七晶体管Q10的工作状态造成影响，当静态直流量I1比I2大许多时，使得射频功率管QRF基-射结感应出来的整流电流相比而言可以忽略时，D点的电位即在宽输入功率范围内保持恒定，如图9所示，本发明实施例提供的线性补偿支路的补偿效果与现有技术中采用大电容C1的补偿效果类似，且优于现有技术。更重要的是，这种线性补偿方式显然无需通过分散射频信号的代价实现。
当I1仅数倍于I2时，可通过并联多个相同的第七晶体管Q10，将需要补偿的感应直流量进行n等分，这样便可达成稳定D点电位的目的；显然，n越大，D点电位随输入功率的变化就越不明显，可根据实际需求对n值进行恰当选取。
需要说明的是，由于第七晶体管Q10并联在射频功率管QRF的基极通路上，其与射频功率管QRF具有相似的温度特性，故第七晶体管Q10在一定程度上也能起到温度补偿的作用，通过拉低D点的电位实现感应电流的降低，为了避免出现过补偿，在本发明实施例提供的用于功率放大器的偏置电路中，镇流电阻R6和第四电阻R7的阻值不宜过大。
本发明实施例在上述实施例的基础上增设了线性补偿支路，通过射频扼流线圈和稳压二极管的方式稳定射频功率管的基极电压，且无需通过分散射频信号的代价实现。结合上述实施例中详述的温度补偿支路，实现了功率放大器热稳定性和线性度的双提升，使得功率放大器的偏置电压在宽输入功率范围内保持恒定，从而可以满足一些对偏置电流要求严格的应用场景以及高温环境。
图10为本发明实施例提供的另一种线性补偿支路的电路图。
上述实施例的图8中给出了一种线性补偿支路的实现办法，同时，本发明实施例给出了另一种线性补偿支路，能够减少所需的第七晶体管Q10的数量。
如图10所示，实施例提供的另一种线性补偿支路具体包括第一射频扼流线圈L2、第七晶体管Q10和第五电阻R8；
其中，第一射频扼流线圈L2的第一端为线性补偿支路的第一端，第一射频扼流线圈L2的第二端与第七晶体管Q10的集电极、第七晶体管Q10的基极以及第五电阻R8的第一端连接，第七晶体管Q10的发射极与第五电阻R8的第二端共地。
与图8中所示的线性补偿支路不同，图10中给出的线性补偿支路采用在一个第七晶体管Q10的两端并联一个小阻值的第五电阻R8的方式来避免补偿电流对第七晶体管Q10的影响。通过调整第五电阻的阻值，满足I1远高于I2的前提下，同时使得I5较I4大很多，这样补偿电流对第七晶体管Q10的影响就降得很低，从而能够稳定D点电位。
图11为本发明实施例提供的第三种用于功率放大器的偏置电路的电路图；图12为本发明实施例提供的数控开关的控制效果示意图。
现有技术中的用于功率放大器的偏置电路还有一个迫切需要解决的缺点就是其是通过开启或关闭Vref电源来实现的，这一般要求提供几毫安的电流和至少2.6V的电压，即Vref电源无法直接兼容低电流的数字控制终端，在手持移动设备等由数字接口控制功率放大器的上电与待机模式的设备中，还需要额外的电源转换模块来能完成对功率放大器的开关操作，不利于设备低功耗、小型化集成的发展趋势。
针对上述问题，本发明实施例提供的用于功率放大器的偏置电路还包括数控开关，实现以逻辑电平的方式控制功率放大器的开关。
如图11所示，本发明实施例提供的用于功率放大器的偏置电路还包括第六电阻R9、第八晶体管Q11和第九晶体管Q12；
其中，第六电阻R9的第一端与直流电源连接，第六电阻R9的第二端与第八晶体管Q11的集电极以及第九晶体管Q12的基极连接，第八晶体管Q11的基极与数控信号源连接，第九晶体管Q12的集电极与电流镜的输出端连接，第八晶体管Q11的发射极和第九晶体管Q12的发射极共地。
本发明实施例提供的数控开关的开启原理为：当于Vctrl控制端施加一个高电平时，第八晶体管Q11开启，并驱动大的集电极电流，使得第六电阻R9两端的电压升高，由此降低第九晶体管Q12基极的电位，迫使第九晶体管Q12进入关断状态，即此时C点电位仅由参考电流Iref和第二电阻R4共同决定；而当Vctrl控制端处于零(低)电平时，第八晶体管Q11关断，直流电源Vcc通过第六电阻R9给第九晶体管Q12施加一个大于开启电压的偏置，使其能产生较大的集电极电流，由于改进后的威尔逊电流镜的输出电流基本不受负载阻抗大小的影响，因此通过第九晶体管Q12引入的新电流支路便能使得C点电位快速下降，从而迫使第一晶体管Q4关断，最终实现射频功率管停止工作(进入B类状态)。数控开关的效果如图12所示，可以看到，所需启动电压仅为1.3V，远小于现有技术中通常所需的2.85V，可以直接由手持移动设备等设备上的数字接口直接进行控制。
上文详述了用于功率放大器的偏置电路的各个实施例，在此基础上，本发明还公开了包括上述用于功率放大器的偏置电路的功率放大器。
图13为本发明实施例提供的一种功率放大器的电路图。
如图13所示，本发明实施例提供的功率放大器可以包括上述任意一项实施例所述的用于功率放大器的偏置电路，还包括射频主链路；
其中，射频主链路包括射频信号输入端、输入信号匹配网络、第一隔直电容C4、射频功率管QRF、射频信号输出端、第二射频扼流线圈L3、输出匹配网络和输出负载Zload；输入信号匹配网络的输入端与射频信号输入端连接，输入信号匹配网络的输出端与第一隔直电容C4的第一端连接，第一隔直电容C4的第二端与射频功率管QRF的基极以及偏置电路的输出端共地，射频功率管QRF的集电极为射频信号输出端且射频功率管QRF的集电极与第二射频扼流线圈L3的第二端连接，射频功率管QRF的发射极接地，第二射频扼流线圈L3的第一端与直流电源连接，输出匹配网络的输入端与射频信号输出端连接，输出匹配网络的输出端与输出负载Zload的第一端连接，输出负载Zload的第二端接地。
第二射频扼流线圈L3与第一射频扼流线圈L2类似，均为大感值的射频扼流线圈，用于阻隔交流信号，并提供直流通路。
为了进一步稳定射频主链路，功率放大器还可以包括设于射频信号输出端和输出匹配网络的输入端之间的第二隔直电容C5。
图14为本发明实施例提供的另一种功率放大器的电路图。
为了进一步提高稳定性，抑制潜在振荡，功率放大器还可以包括设于偏置电路的输出端与射频功率管QRF的基极之间的RC电路；
其中，RC电路包括第七电阻R10和第一电容C6，第七电阻R10的第一端以及第一电容C6的第一端与偏置电路的输出端连接，第七电阻R10的第二端以及第一电容C6的第二端与射频功率管QRF的基极连接。
在具体实施中，通过优化第一电容C6的取值可以减小第七电阻R10对高频增益带来的影响。可以将该RC电路和射频功率管QRF一并做成功率单元。
以上对本发明所提供的一种用于功率放大器的偏置电路和功率放大器进行了详细介绍。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。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
还需要说明的是，在本说明书中，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。

Claims (7)

1.一种用于功率放大器的偏置电路，其特征在于，包括第一端与直流电源连接，第二端与功率放大器的射频功率管的基极连接的温度补偿支路和第一端与所述射频功率管的基极连接，第二端与地连接的线性补偿支路；
其中，所述温度补偿支路包括电流镜、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一晶体管、第二晶体管和镇流电阻；所述第一电阻的第一端、所述第二电阻的第一端、所述第三电阻的第一端和所述第一晶体管的集电极均与所述直流电源连接，所述第一电阻的第二端与所述电流镜的输入端连接，所述第二电阻的第二端与所述电流镜的输出端以及所述第一晶体管的基极连接，所述第三电阻的第二端、所述第二晶体管的集电极以及所述电流镜的电压固定点连接，所述第二晶体管的发射极接地，所述第一晶体管的发射极与所述第二晶体管的基极以及所述镇流电阻的第一端连接，所述镇流电阻的第二端为所述温度补偿支路的第二端；
所述电流镜具体为威尔逊电流镜，所述威尔逊电流镜包括第三晶体管、第四晶体管和第五晶体管；
其中，所述第三晶体管的集电极为所述威尔逊电流镜的输入端，所述第四晶体管的集电极为所述威尔逊电流镜的输出端，所述第四晶体管的基极与所述第三晶体管的集电极连接，所述第四晶体管的发射极、所述第五晶体管的集电极、所述第五晶体管的基极以及所述第三晶体管的基极连接，所述第三晶体管的发射极和所述第五晶体管的发射极共地；
所述第三晶体管的基极与所述第五晶体管的基极的连接点为所述电压固定点；
或，
所述电流镜具体为威尔逊电流镜，所述威尔逊电流镜包括第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管和第六晶体管；
其中，所述第六晶体管的集电极为所述威尔逊电流镜的输入端，所述第四晶体管的集电极为所述威尔逊电流镜的输出端，所述第六晶体管的集电极与所述第六晶体管的基极以及所述第四晶体管的基极连接，所述第六晶体管的发射极与所述第三晶体管的集电极连接，所述第四晶体管的发射极、所述第五晶体管的集电极、所述第五晶体管的基极以及所述第三晶体管的基极连接，所述第三晶体管的发射极和所述第五晶体管的发射极共地；
所述第三晶体管的基极与所述第五晶体管的基极的连接点为所述电压固定点；
所述偏置电路，还包括设于所述第一晶体管的发射极与所述镇流电阻的第一端的连接点以及所述第二晶体管的基极之间的第四电阻。
2.根据权利要求1所述的偏置电路，其特征在于，还包括线性补偿支路，所述线性补偿支路具体包括第一射频扼流线圈和多个第七晶体管；
其中，所述第一射频扼流线圈的第一端为所述线性补偿支路的第一端，所述第一射频扼流线圈的第二端与各所述第七晶体管的集电极以及各所述第七晶体管的基极连接，各所述第七晶体管的发射极共地。
3.根据权利要求1所述的偏置电路，其特征在于，还包括线性补偿支路，所述线性补偿支路具体包括第一射频扼流线圈、第七晶体管和第五电阻；
其中，所述第一射频扼流线圈的第一端为所述线性补偿支路的第一端，所述第一射频扼流线圈的第二端与所述第七晶体管的集电极、所述第七晶体管的基极以及所述第五电阻的第一端连接，所述第七晶体管的发射极与所述第五电阻的第二端共地。
4.根据权利要求1所述的偏置电路，其特征在于，还包括第六电阻、第八晶体管和第九晶体管；
其中，所述第六电阻的第一端与所述直流电源连接，所述第六电阻的第二端与所述第八晶体管的集电极以及所述第九晶体管的基极连接，所述第八晶体管的基极与数控信号源连接，所述第九晶体管的集电极与所述电流镜的输出端连接，所述第八晶体管的发射极和所述第九晶体管的发射极共地。
5.一种功率放大器，其特征在于，包括权利要求1至4任意一项所述的用于功率放大器的偏置电路，还包括射频主链路；
其中，所述射频主链路包括射频信号输入端、输入信号匹配网络、第一隔直电容、射频功率管、射频信号输出端、第二射频扼流线圈、输出匹配网络和输出负载；所述输入信号匹配网络的输入端与所述射频信号输入端连接，所述输入信号匹配网络的输出端与所述第一隔直电容的第一端连接，所述第一隔直电容的第二端与所述射频功率管的基极以及所述偏置电路的输出端共地，所述射频功率管的集电极为射频信号输出端且所述射频功率管的集电极与第二射频扼流线圈的第二端连接，所述射频功率管的发射极接地，所述第二射频扼流线圈的第一端与直流电源连接，所述输出匹配网络的输入端与所述射频信号输出端连接，所述输出匹配网络的输出端与所述输出负载的第一端连接，所述输出负载的第二端接地。
6.根据权利要求5所述的功率放大器，其特征在于，还包括设于所述偏置电路的输出端与所述射频功率管的基极之间的RC电路；
其中，所述RC电路包括第七电阻和第一电容，所述第七电阻的第一端以及所述第一电容的第一端与所述偏置电路的输出端连接，所述第七电阻的第二端以及所述第一电容的第二端与所述射频功率管的基极连接。
7.根据权利要求6所述的功率放大器，其特征在于，还包括设于所述射频信号输出端和所述输出匹配网络的输入端之间的第二隔直电容。
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