CN110190824B - 一种有源偏置网络及一种射频功率放大器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种有源偏置网络，包括有源温度补偿模块，有源线性模块，有源配合模块，第一HBT管，第二HBT管，第一电阻，第二电阻，第一电容，第二电容；第一电容第一端作为信号输入端，第二电容第一端作为信号输出端；第一HBT管基极与第一电阻第一端、第一电容第二端连接，其集电极与有源配合模块输出端、第二电容第二端连接；第二HBT管基极通过第二电阻与第一电阻第二端、有源线性模块第一输出端连接，其集电极与有源温度补偿模块第一输出端连接；有源温度补偿模块第二输出端与有源线性模块第二输出端连接。由上，本发明通过有源温度补偿模块完成温度补偿，使得温度变化时静态工作点仍稳定。本申请还相应公开了一种射频功率放大器。

Description

一种有源偏置网络及一种射频功率放大器

技术领域

本发明涉及通信电路设计领域，特别涉及一种有源偏置网络及一种射频功率放大器。

背景技术

随着现有移动通信技术要求的提高，尤其是移动通信信号的均峰比的提高，都对移动终端中射频功率放大器提出了极为苛刻的高线性要求，这与功率放大器在不同温度的稳定性是不可分开的，功率放大器在不同温度保持稳定的静态工作点，不仅可以降低射频功率放大器的影响，还可以有效改善高低温情况的线性度以及效率。

HBT(Heterojunction bipolar transistor，异质结双极晶体管)具有很强的热敏感性，因此经常会采用基于偏置电路的温度补偿来降低温度对HBT管的影响。而为了使射频功率放大器中的HBT管正常工作，通常需要采用合适的有源偏置网络，来保证HBT可以提供一个合适的静态工作点。

目前已采用的有源偏置网络技术方案如图1或图2所示，图1中晶体管HBT2与HBT3采用二极管接法，其中电阻R0起到温度补偿的作用；图2采用电流镜结构，其中晶体管HBT0与HBT2构成一个电流镜，其中电阻R0起到温度补偿的作用。两种方案中均由电阻R0承担温度补偿的作用，如果电阻R0过大，则功率放大器HBT0的线性特性反而会极大恶化，进而影响整个射频功率放大器的线性度以及功率附加效率。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是目前本领域技术人员需要解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种稳定有效实现温度补偿的有源偏置网络及一种射频功率放大器。其具体方案如下：

一种有源偏置网络，应用于射频功率放大器，包括有源温度补偿模块，使该有源偏置网络与输入信号自适应的有源线性模块，有源配合模块，第一HBT管，第二HBT管，第一电阻，第二电阻，第一电容，第二电容；其中：

所述第一电容的第一端作为信号输入端，所述第二电容的第一端作为信号输出端；

所述第一HBT管的基极与所述第一电阻的第一端、所述第一电容的第二端连接，其集电极与所述有源配合模块的输出端、所述第二电容的第二端连接，其发射极接地；

所述第二HBT管的基极通过所述第二电阻与所述第一电阻的第二端、所述有源线性模块的第一输出端连接，其集电极与所述有源温度补偿模块的第一输出端连接，其发射极接地；

所述有源温度补偿模块的第二输出端与所述有源线性模块的第二输出端连接；

其中所述有源温度补偿模块具体为同相放大器结构电路或差分结构电路。

优选的，所述有源温度补偿模块具体为两级同相放大器结构电路。

优选的，所述两级同相放大器结构电路具体包括第三HBT管，第四HBT管，第三电容，第三电阻，第四电阻，第五电阻，第六电阻，第七电阻，第八电阻，其中：

所述第三电阻的第一端、所述第四电阻的第一端、所述第五电阻的第一端均与第一预设电源连接；

所述第三电阻的第二端与所述第六电阻的第一端连接后作为所述有源温度补偿模块的第一输出端；

所述第四电阻的第二端与所述第三HBT管的集电极、所述第四HBT管的基极连接；

所述第五电阻的第二端与所述第四HBT管的集电极连接后作为所述有源温度补偿模块的第二输出端；

所述第六电阻的第二端与所述第三电容的第一端、所述第三HBT管的基极连接；

所述第三电容的第二端接地；

所述第三HBT管的发射极通过所述第七电阻接地；

所述第四HBT管的发射极通过所述第八电阻接地。

优选的，所述有源偏置网络还包括：

第一端与所述第三HBT管的基极连接、第二端与所述第四HBT管的集电极连接的稳定电路。

优选的，所述有源偏置网络还包括：

第一端与所述第一电阻的第二端连接、第二端接地的补偿电路；

所述补偿电路包括串联的电阻和二极管，该二极管电流方向流向接地端。

优选的，所述有源线性模块具体包括：

集电极与第二预设电源连接、发射极作为所述有源线性模块的第一输出端的第五HBT管；

第一端与所述第五HBT管的基极连接后作为所述有源线性模块的第二输出端、第二端接地的第四电容。

优选的，所述有源配合模块包括：

第一端与第三预设电源连接、第二端与所述第一HBT管的集电极连接的电感单元。

相应的，本发明还公开了一种射频功率放大器，包括如上文任一项所述的有源偏置网络。

本发明公开了一种有源偏置网络，应用于射频功率放大器，包括有源温度补偿模块，使该有源偏置网络与输入信号自适应的有源线性模块，有源配合模块，第一HBT管，第二HBT管，第一电阻，第二电阻，第一电容，第二电容；其中：所述第一电容的第一端作为信号输入端，所述第二电容的第一端作为信号输出端；所述第一HBT管的基极与所述第一电阻的第一端、所述第一电容的第二端连接，其集电极与所述有源配合模块的输出端、所述第二电容的第二端连接，其发射极接地；所述第二HBT管的基极通过所述第二电阻与所述第一电阻的第二端、所述有源线性模块的第一输出端连接，其集电极与所述有源温度补偿模块的第一输出端连接，其发射极接地；所述有源温度补偿模块的第二输出端与所述有源线性模块的第二输出端连接；其中所述有源温度补偿模块具体为同相放大器结构电路或差分结构电路。

由上，本发明建立了第一HBT管与第二HBT管之间的电流镜结构，主要通过有源温度补偿模块完成温度补偿，使得温度出现大幅度变化时第一HBT管处于较为稳定的静态工作点、信号输出端有较好的的线性度；同时有源温度补偿模块有效分担了第一电阻对温度补偿的负担，降低了第一电阻的阻值对有源偏置网络的影响，降低有源偏置网络中元件参数选择的难度。

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为现有技术中的一种有源偏置网络的结构拓扑图；

图2为现有技术中的另一种有源偏置网络的结构拓扑图；

图3为本发明实施例中一种有源偏置网络的结构拓扑图；

图4为对应图1的结构拓扑图的仿真结果；

图5为对应图2的结构拓扑图的仿真结果；

图6为对应图3的结构拓扑图的仿真结果。

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。

本发明实施例公开了一种有源偏置网络，应用于射频功率放大器，参见图3所示，包括有源温度补偿模块1，使该有源偏置网络与输入信号自适应的有源线性模块2，有源配合模块3，第一HBT管T1，第二HBT管T2，第一电阻R1，第二电阻R2，第一电容C1，第二电容C2；其中：

第一电容C1的第一端作为信号输入端RFin，第二电容C2的第一端作为信号输出端RFout；

第一HBT管T1的基极与第一电阻R1的第一端、第一电容C1的第二端连接，其集电极与有源配合模块3的输出端、第二电容C2的第二端连接，其发射极接地；

第二HBT管T2的基极通过第二电阻R2与第一电阻R1的第二端、有源线性模块2的第一输出端连接，其集电极与有源温度补偿模块1的第一输出端连接，其发射极接地；

有源温度补偿模块1的第二输出端与有源线性模块2的第二输出端连接；

其中有源温度补偿模块1具体为同相放大器结构电路或差分结构电路。

可以理解的是，第一HBT管T1与第二HBT管T2实际构成了电流镜结构，当第一HBT管T1的发射极面积为第二HBT管T2的发射极面积的A倍，流过第一HBT管T1的集电极电流为流过第二HBT管T2的集电极电流的A倍。

其中，有源线性模块2能够使该有源偏置网络与输入信号自适应，主要是由于第一HBT管T1基射结电压会随着输入信号的变大而变小，而有源线性模块2会降低第一HBT管T1收到大功率输入信号的影响，也即实现了有源偏置网络的自适应特性。

其中，有源温度补偿模块1既可以是同相放大器结构电路，也可以是差分结构电路，考虑到差分结构电路会使原本较为简单的有源偏置网络复杂化，加剧有源偏置网络在片上的面积，对微波单片集成电路而言较为不利，因此更为常用的是同相放大器结构电路。通过对电路参数的合理提取，使同相放大器结构电路获得稳定增益，保证温度变化时通过第一HBT管T1的基极电流、基极电压稳定，以实现整体有源偏置网络稳定的温度特性，为射频功率放大器提供合适的静态工作点。

进一步的，有源温度补偿模块1具体为两级同相放大器结构电路。

具体的，两级同相放大器结构电路包括第三HBT管T3，第四HBT管T4，第三电容C3，第三电阻R3，第四电阻R4，第五电阻R5，第六电阻R6，第七电阻R7，第八电阻R8，其中：

第三电阻R3的第一端、第四电阻R4的第一端、第五电阻R5的第一端均与第一预设电源V1连接；

第三电阻R3的第二端与第六电阻R6的第一端连接后作为有源温度补偿模块1的第一输出端；

第四电阻R4的第二端与第三HBT管T3的集电极、第四HBT管T4的基极连接；

第五电阻R5的第二端与第四HBT管T4的集电极连接后作为有源温度补偿模块1的第二输出端；

第六电阻R6的第二端与第三电容C3的第一端、第三HBT管T3的基极连接；

第三电容C3的第二端接地；

第三HBT管T3的发射极通过第七电阻R7接地；

第四HBT管T4的发射极通过第八电阻R8接地。

具体的，有源线性模块2包括：

集电极与第二预设电源V2连接、发射极作为有源线性模块2的第一输出端的第五HBT管T5；

第一端与第五HBT管T5的基极连接后作为有源线性模块2的第二输出端、第二端接地的第四电容C4。

可以理解的是，有源配合模块3与第一HBT管的集电极连接，整个有源偏置网络中的必要配合元件，以便第二电容向信号输出端输出线性信号。

其中，有源配合模块3可以包括：

第一端与第三预设电源V3连接、第二端与第一HBT管T1的集电极连接的电感单元L。

除了电感单元L外，有源配合模块3还可以包括其他辅助信号传输、稳定的元件，此处不作限定。

当温度升高时，所有HBT管的导通电压会降低，这使得电流Ib、Ic、I2增大，电流I2增大会使电流Iref变大，从而导致第三电阻R3的压降变大，进一步使得第三HBT管T3的基极电位下降，使电流I3变小，进而第四HBT管T4的基极电位升高，导致电流I4变大，同理第五HBT管T5的基极电位下降，这就使得电流Ib和Ic变小，也即完成了温度补偿，使得原本变大的电流Ib、Ic又变小。

进一步的，有源偏置网络还可以包括：

第一端与第三HBT管T3的基极连接、第二端与第四HBT管T4的集电极连接的稳定电路。

可以理解的是，对于第一HBT管T1而言，有源温度补偿模块1相当于在其基极和发射极之间引入了一个负反馈电路，如果负反馈电路的电路参数选取不合理，可能造成整个有源偏置网络产生自激振荡现象，这对第一HBT管T1是极其不利的。为了避免产生自激振荡现象，应当在负反馈电路中采取稳定措施，是整体有源偏置网络具有足够的幅值稳定裕度以及相位稳定裕度，也就是在有源偏置网络中增加稳定电路，该稳定电路可以是RC串联电路或RLC串联电路进行滞后补偿，也可以是RC并联电路或RLC并联电路进行超前补偿，其具体的电路设计根据电路要求决定。

进一步的，有源偏置网络还包括：

第一端与第一电阻R1的第二端连接、第二端接地的补偿电路4；

补偿电路4包括串联的电阻和电流方向流向接地端的二极管。

具体的，这里串联的电阻和二极管可以图3中的第九电阻R9和第六HBT管T6替代，当然其串联的先后顺序不作限制，只要其补偿电路内部电流为由第一端流向第二端即可。可以理解的是，补偿电路的增加，能够使第一HBT管T1在温度变化时维持一个稳定的电压。

可以理解的是，当温度升高时，第六HBT管T6的基射结电压会降低，进而使得有源线性模块2的第一输出端的电位降低，这也会使得电流Ib减小，也就是说，补偿电路4实际上也具有温度补偿的功能。

当结合有源温度补偿模块1、补偿电路4、第一电阻R1进行多重温度补偿，有源偏置网络中的第一HBT管T1能够在温度变化时保持较为稳定的特性，提供较理想的静态工作点。

由上，本申请实施例建立了第一HBT管T1与第二HBT管T2之间的电流镜结构，主要通过有源温度补偿模块1完成温度补偿，使得温度出现大幅度变化时第一HBT管T1处于较为稳定的静态工作点、信号输出端有较好的的线性度；与图2的现有技术相比，本实施例中有源温度补偿模块1有效分担了第一电阻R1对温度补偿的负担，降低了第一电阻R1的阻值对有源偏置网络的影响，降低有源偏置网络中元件参数选择的难度。

本发明实施例通过EDA软件ADS，进行对应图1、图2以及上一实施例中具体结构图3的仿真，仿真结果如图4、图5与图6所示，其中DCV1表示功放管HBT0或第一HBT管T1的基极电压，Ib表示功放管HBT0或第一HBT管T1的基极电流，Ic表示HBT0或第一HBT管T1的集电极电流。

比较这三幅图可见，对应图1的技术方案在高低温变化时集电极电流变化较大，其中低温变化达到了30mA，高温变化为20mA；对应图2的技术方案在高低温变化时集电极电流变化依然很大，其中低温变化达到了40mA，高温变化为30mA；而图3对应的本申请的技术方案，集电极电流变化在高低温条件下有明显的改善，高低温上下波动仅仅有7mA的变化，大大提高了有源偏置网络的温度特性。

相应的，本发明还公开了一种射频功率放大器，包括如上文实施例任一项所述的有源偏置网络。

其中，具体有关有源偏置网络的内容，可以参见上文实施例的内容，此处不再赘述。

可以理解的是，由于该有源偏置网络中第一HBT管不会随温度发生较大变化，因此包括该有源偏置网络的射频功率放大器具有稳定的温度特性，从而其线性度、功率附加效率等基本指标都得到提升，在高温或低温状态下仍能够保持较优的特性。

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。

以上对本发明所提供的一种有源偏置网络及一种射频功率放大器进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种有源偏置网络，其特征在于，应用于射频功率放大器，包括有源温度补偿模块，使该有源偏置网络与输入信号自适应的有源线性模块，有源配合模块，第一HBT管，第二HBT管，第一电阻，第二电阻，第一电容，第二电容；其中：

所述第一电容的第一端作为信号输入端，所述第二电容的第一端作为信号输出端；

所述第一HBT管的基极与所述第一电阻的第一端、所述第一电容的第二端连接，其集电极与所述有源配合模块的输出端、所述第二电容的第二端连接，其发射极接地；

所述第二HBT管的基极通过所述第二电阻与所述第一电阻的第二端、所述有源线性模块的第一输出端连接，其集电极与所述有源温度补偿模块的第一输出端连接，其发射极接地；

所述有源温度补偿模块的第二输出端与所述有源线性模块的第二输出端连接；

其中所述有源温度补偿模块具体为同相放大器结构电路或差分结构电路；

所述有源温度补偿模块具体为两级同相放大器结构电路，所述两级同相放大器结构电路具体包括第三HBT管，第四HBT管，第三电容，第三电阻，第四电阻，第五电阻，第六电阻，第七电阻，第八电阻，其中：

所述第三电阻的第一端、所述第四电阻的第一端、所述第五电阻的第一端均与第一预设电源连接；

所述第三电阻的第二端与所述第六电阻的第一端连接后作为所述有源温度补偿模块的第一输出端；

所述第四电阻的第二端与所述第三HBT管的集电极、所述第四HBT管的基极连接；

所述第五电阻的第二端与所述第四HBT管的集电极连接后作为所述有源温度补偿模块的第二输出端；

所述第六电阻的第二端与所述第三电容的第一端、所述第三HBT管的基极连接；

所述第三电容的第二端接地；

所述第三HBT管的发射极通过所述第七电阻接地；

所述第四HBT管的发射极通过所述第八电阻接地。

2.根据权利要求1所述有源偏置网络，其特征在于，还包括：

第一端与所述第三HBT管的基极连接、第二端与所述第四HBT管的集电极连接的稳定电路。

3.根据权利要求1或2所述有源偏置网络，其特征在于，还包括：

第一端与所述第一电阻的第二端连接、第二端接地的补偿电路；

所述补偿电路包括串联的电阻和二极管，该二极管电流方向流向接地端。

4.根据权利要求3所述有源偏置网络，其特征在于，所述有源线性模块具体包括：

集电极与第二预设电源连接、发射极作为所述有源线性模块的第一输出端的第五HBT管；

第一端与所述第五HBT管的基极连接后作为所述有源线性模块的第二输出端、第二端接地的第四电容。

5.根据权利要求4所述有源偏置网络，其特征在于，所述有源配合模块包括：

第一端与第三预设电源连接、第二端与所述第一HBT管的集电极连接的电感单元。

6.一种射频功率放大器，其特征在于，包括如权利要求1至5任一项所述的有源偏置网络。

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