CN110546884A - 放大器、输入信号的放大方法、偏置电压的微调电路及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种放大器,该放大器包括放大器件(110)和偏置电路(120),该偏置电路(120)用于向所述放大器件(110)提供偏置电压。该偏置电路(120)被配置为根据提供电气隔离的光学耦合布置(130)的输出信号来提供偏置电压。
Description
技术领域
本发明的实施例涉及将偏置电压提供至放大器件。
背景技术
已发现,功率放大器需要输出级的全面控制以优化相对于备用电流消耗的信号保真性。已发现,为确保性能,可能需要良好地调整输出晶体管中的环流。已认识到,该调整需要在放大器产品出厂之前进行精确的过程控制或微调(电位计)。一些传统设计使用高压电流镜将与接地相关的调整信号传输到功率输出级。
在US 2014/0300413 A1中,公开了一种功率晶体管栅极驱动器。
在US 2011/0156819 A1中,描述了一种低噪声高效率偏置生成电路和方法。
鉴于上述常规概念,存在对用于向放大装置提供偏置电压的改进概念的需求。
发明内容
本发明的实施例提供了一种放大器,该放大器包括放大器件(例如,晶体管)和偏置电路,该偏置电路用于向放大器件提供偏置电压。偏置电路被配置成根据光学耦合布置(例如,光耦合器或LED太阳能电池布置)的输出信号(例如,光耦合器的输出电流或太阳能电池的输出电流或输出电压)来提供偏置电压,该光学耦合布置提供电气隔离(例如,使得光学耦合布置的输出信号调谐或影响偏置电压)。
本实施例基于如下构思:根据光学耦合布置的输出信号来提供偏置电压,允许偏置点的后期制作调谐,同时保持小的实现工作量,并且同时提供微调控制件和放大器件之间的电气解耦(electrical decoupling)。所描述的实施例消除了对于常规放大器可能需要的手动制造微调,并且因此允许低成本生产功率级。例如,可以将通过放大器件(例如,A类放大器的晶体管)的环流设计为在指定范围内操作。对于在制造期间的常规放大器,有必要对偏置电压进行最终调整。所描述的实施例不需要最终调整,因为仍可基于光学耦合布置的输出信号来调整偏置电压。因此,可避免昂贵的制造工艺步骤或质量检查。此外,考虑到部件的老化,电气或电子部件的特征可能改变,相比于制造之后的状态,导致偏置电压的漂移。所描述的实施例可针对老化进行调整,因为可基于光学耦合布置的适当输出信号来重新调整偏置电压。
在实施例中,偏置电路被配置为当放大器件的操作点与期望操作点偏离时,基于光学耦合布置的输出信号来调整偏置电压。基于与期望操作点的偏离来调整偏置电压对于避免放大器的输出信号的信号失真是有用的。此外,当确保放大器件在操作点处操作时,相比于未调整的操作点,可以节省能量,例如,引起过大得环流流过晶体管。
在实施例中,偏置电路包括与光学耦合布置并联的第一电阻器电路,其中第一电阻器耦合至放大器件的控制端子。另外,光学耦合布置被配置成向第一电阻器上电压降提供贡献,其中第一电阻器上的电压降被配置成调整偏置电压。基于电阻器的电阻知识利用第一电阻器上的电压降是产生期望电压降的简单方式。例如,在给定第一电阻器的电阻的情况下,光学耦合布置可提供通过第一电阻器的电流,并且从而对第一电阻器上的电压降产生贡献,该贡献与第一电阻器的电阻成比例并且与电流成比例。
在实施例中,偏置电路包括与第一电阻器和第二电阻器并联(例如,与第一电阻器和第二电阻器的串联并联)的调节器,其中第二电阻器与第一电阻器串联。此外,调节器被配置成基于第二电阻器上的电压降来限制偏置电压,从而限制第一电阻器上的电压降,得到整体受限的偏置电压。利用所描述的调节器,可避免过大得偏置电压,从而还可避免损害放大器件。
在实施例中,调节器被配置成当第二电阻器上的电压降超过限定时通过调节器提供与第一电阻器和第二电阻器并联的低阻抗路径来限制(或调节)偏置电压(例如,通过转移电流)。因此,减小了第一电阻器和第二电阻器的串联电路上的电压降。所描述的实施例可用于通过转移电流使得其流过调节器而不流过第一电阻器和第二电阻器)来限制(或调节)第一电阻器和第二电阻器上的电压降。通过不流过第一电阻器和第二电阻器,观察到第一电阻器和第二电阻器上的电压降减小。
在实施例中,调节器被配置成基于分压器的中间节点的电压来限制(或调节)偏置电压,其中分压器包括第一电阻器和第二电阻器。分压器上的电压降提供偏置电压,并且分压器上的电压降受光学耦合布置的输出信号的影响。利用所描述的分压器,预定的电压降可用于第二电阻器上以控制调节器,使得调节器在第二电阻器上的电压降增加(例如,超过阈值)的情况下提供低阻抗路径。因此,由于第一电阻器和第二电阻器串联,将流过第一电阻器和第二电阻器的电流通过调节器来转移,从而使第一电阻器和第二电阻器上的电压降减小。
在实施例中,光学耦合布置被配置成接收控制信号以基于控制信号来提供光学信号并且基于该光学信号来提供光学耦合布置的输出信号。此外,光学耦合布置的输出信号与控制信号电气隔离。将控制信号用于光学耦合布置使得能够基于该控制信号灵活地影响偏置电压。另外,通过光学耦合布置的电气隔离,控制信号可源自其的电路不受放大器的电气影响。通过隔离,可避免放大器中出现的高电压或高电流损害产生控制信号的电路。
在实施例中,光学耦合布置被配置成接收脉宽调制的控制信号。例如,利用脉宽调制的控制信号可产生可由例如太阳能电池或光学耦合布置的光电二极管接收的脉动光或光学信号。另外,光学信号可转换成电气电流,并且特别地通过惯性转换成基本恒定的偏置。利用具有变化宽度的脉冲允许调整待注入偏置电路中的平均电流量。
在实施例中,放大器被配置成根据放大器件的环流(cross current)来调整控制信号。利用根据放大器件的环流而调整或调节的控制信号可有助于使放大器件的环流到达放大器的操作点。
在实施例中,放大器被配置成基于放大器的输出信号的特征的测量来调整控制信号。利用放大器的输出信号的特征允许控制信号的调整,使得获得具有期望特征的放大器的输出信号。
在实施例中,放大器被配置成通过逐步进行各种偏置电压设置来测量放大器的输出信号的特征。利用各种偏置电压设置,可测量放大器的输出信号的最优特征,并且因此可相应地调整控制信号。
在实施例中,放大器包括信号输入线、正电源电压端子和负电源电压端子,该信号输入线被配置成接收待放大的输入信号。正电源电压端子和负电源电压端子被配置成将电源电压提供至放大器,并且偏置电路连接在信号输入线和放大器件的控制端子之间以允许信号输入线和控制端子之间的电压漂移的光学隔离调整。所描述的实施例可有利地利用所调整的偏置电压将信号输入线和控制端子之间的电压漂移保持在指定水平。另外,当在信号输入线输入信号时,偏置电路作用于将信号输入线和控制端子之间的电压漂移保持基本恒定。
在实施例中,放大器包括连接在正电源电压端子和偏置电路之间的第一电流源,其中该第一电流源配置成将预的定电流提供至偏置电路。利用所描述的第一电流源,电流可提供至第一电阻器,从而得到第一电阻器上的电压降,该电压降可接近于最优偏置电压。因此,偏置电路可仅需要利用光学耦合布置的输出信号来微调第一电阻器上的电压降。
在实施例中,放大器包括第二电流源和第二偏置电路,其中第二电流源连接在负电源电压端子和第二偏置电路之间。第二电流源被配置成基于在负电源电压端子处提供的电压而将预定的电流提供至第二偏置电路。利用第二电流源和第二偏置电路,第二放大器可用在放大器中,使得可放大正和负信号分量。
在实施例中,放大器件被配置成当正输入信号被施加时提供放大器的正输出信号。此外,输出信号具有等于或高于输入信号的电流。所描述的放大器可用于获取小电流的正输入信号,以产生高电流的正输出信号。
在实施例中,放大器包括第二放大器件,其中该第二放大器件被配置成当负输入信号被施加至放大器时提供放大器的负输出信号。此外,输出信号具有等于或高于输入信号的电流。所描述的实施例可基于负输入信号而有益地产生放大负输出信号。
本发明的实施例提供了一种输入信号的放大方法。该方法包括向放大器件提供偏置电压,其中该偏置电压根据提供电气隔离的光学耦合布置的输出信号来提供。
根据本发明的实施例提供了一种偏置电压的微调电路。该电路包括受控源,其中该受控源经由光学信号而被控制。另外,该电路包括第一电阻器,其中该第一电阻器与受控源并联。此外,受控源被配置成改变第一电阻器两端的电压降,从而微调偏置电压。
所描述的电路为有利的,因为其允许例如在制造需要偏置电压的装置(例如,放大器、晶体管等)之后微调偏置电压微调(),同时保持相当小的工作量并且提供电气解耦。在需要偏置电压的器件中,大规模生产可能会导致偏置电压不准确,因此微调对于适当的功能性可能是有用的甚至是必要的。所描述的电路可用于调整第一电阻器两端的电压降以影响偏置电压。另外,光学信号用于控制受控源,并且因此控制第一电阻器两端的电压降的变化。基于光学信号,提供电气隔离,该电气隔离可以使电路免受偏置电压的影响。例如,光学信号可由辅助电路产生,并且该电路可以与用于基于光学信号来微调偏置电压的电路隔离。
在实施例中,第一电阻器耦合至放大器件的控制端子,以将微调的偏置电压提供至放大器件。将放大器件的控制端子耦合至第一电阻器允许基于第一电阻器上的电压降来提供(例如,立即)偏置电压,其中该电压降可通过调整光学信号而手动地或自动地调整或调谐。可基于放大器件的操作点的偏离(例如,放大器件的预定的环流)来进行该调整。
在实施例中,该电路被配置成基于通过放大器件的环流来微调偏置电压。基于环流来微调偏置电压允许将放大器件的功率消耗保持在中等水平并且避免基于放大器件的不正确调整环流而引起的失真。因此,可避免放大信号(例如,放大器的输出信号)中的毛刺,例如使得正半波和负半波可在放大器的输出信号中正确地再现。
在实施例中,电路被配置成基于放大器件的输出信号的特征的测量来微调偏置电压。利用放大器件的输出信号的特征的测量允许调整偏置电压,使得放大器件可以在操作点进行操作。关于放大器件的使用,该操作点可具有最优性质。例如,为提供输入信号和指定环流的适当放大,例如使得可实现适当放大并且使得功率消耗最优,同时避免放大器的输出信号失真。
在实施例中,电路被配置成通过逐步进行各种偏置微调设置(例如,提供具有变化值的偏置电压来找出最优值)来测量放大器件的输出信号的特征。通过逐步进行各种偏置微调设置,输出信号的最优特征可确定并且可基于输出信号的该最优特征,控制信号被提供至光学耦合布置,从而得到第一电阻器两端的期望电压降,使得获得输出信号的期望特征。
在实施例中,用于微调偏置电压的电路连接在用于接收待放大的输入信号的信号输入线和放大器件的控制端子之间。此外,信号输入线和控制端子之间的电压用于使放大器件偏置。所描述的电路可有益地利用第一电阻器两端的改变后的电压降来调整信号输入线和控制端子之间的电压,使得即使在不利的条件下也可获得并保持期望的偏置电压(通过基于光学耦合布置的输出信号来补偿偏置电压变化)。
在实施例中,电路包括与第一电阻器和第二电阻器并联(例如,与第一电阻器和第二电阻器的串联并联)的调节器,其中第二电阻器和第一电阻器串联。此外,调节器被配置成基于第二电阻器上的电压降来限制偏置电压。由于第一电阻器和第二电阻器串联,公共电流流过第一电阻器和第二电阻器,从而可基于第二电阻器上的电压降知识来推导出第一电阻器和第二电阻器上的总电压降。因此,限制第二电阻器处的最大电压会导致第一电阻器和第二电阻器上的总电压(例如偏置电压)也受限制。
在实施例中,调节器被配置成当第二电阻器上的电压降超过限定时通过调节器提供与第一电阻器和第二电阻器并联的低阻抗路径来限制偏置电压。因此,电路提供第一电阻器和第二电阻器上的受限电压降,从而得到总受限偏置电压。例如,当根据欧姆定律为通常流过第一电阻器和第二电阻器的电流提供与较低电阻并联的路径时,电流将通过具有较低电阻的路径。因此,可减小第一电阻器和第二电阻器上的电压降。
在实施例中,调节器被配置成基于分压器的中间节点来限制偏置电压,其中分压器包括第一电阻器和第二电阻器。此外,分压器上的电压降提供偏置电压,并且分压器受受控源的输出信号的影响。利用具有第一电阻器和第二电阻器的已知电阻值的分压器,基于分压器的中间节点处的电压来提供整个分压器两端的电压降的知识。因此,利用分压器的中间节点处的电压,有效电压调节可利用调节器来实现。此外,通过减小或增加第一电阻器或第二电阻器上的电压降,电压可额外地或另选地受受控源的输出信号的影响。
在实施例中,受控源被配置成基于电气控制信号来接收光学信号并且基于该光学控制信号来提供受控源的输出信号。此外,受控源的输出信号与电气控制信号电气隔离。利用所描述的电路,可实现电气控制信号与例如偏置电压的有益隔离。此外,电气控制信号可在低电压电路中产生,而用于微调偏置电压的电路可例如集成在高电压环境(例如,放大器)中。因此,电气隔离可能是所描述的应用中的重要因素。电气控制信号可例如激励发光二极管(LED),并且受控源可以是接收光学控制信号的光电二极管或太阳能电池。
在实施例中,受控源被配置成接收基于脉宽调制的电气控制信号的光学控制信号。利用脉宽调制使得能够基于脉宽调制的电气控制信号的脉冲的宽度简单调整受控源的电流。
实施例提供了一种偏置电压的微调方法。该方法包括经由光学信号控制受控源。另外,改变与受控源并联的第一电阻器两端的电压降。此外,该方法包括基于第一电阻器两端的电压降来微调偏置电压。
这些方法可通过本文针对装置单独地或组合地描述的所有特征和功能来补充。
附图说明
在下文中,将参考附图描述本发明的实施例,其中:
图1示出了根据本发明的实施例的放大器的框图;
图2示出了根据本发明的实施例的放大器的框图;
图3示出了根据本发明的实施例的偏置电压的微调电路的示意图;
图4示出了根据本发明的实施例的偏置电压的微调电路的示意图;
图5示出了根据本发明的实施例的放大器的详细示意图;
图6示出了根据本发明的实施例的输入信号的放大方法的流程图;
图7示出了根据本发明的实施例的偏置电压的微调方法的流程图。
具体实施例
图1示出了根据本发明的实施例的放大器100的框图。放大器100包括放大器件110、偏置电路120和光学耦合布置130(其可为偏置电路120的一部分或其可为外部组件)。此外,放大器100将输入信号105作为输入并且将放大输入信号提供作为输出信号135。
偏置电路120被配置成向放大器件110提供偏置电压,其中偏置电路120被配置成根据提供电气隔离的光学耦合布置130的输出信号132来提供偏置电压125。另外,放大器件110可被配置成在操作点处工作。因此,通过偏置电路120将偏置电压125提供至放大器件110。由于偏置电压126可与期望电压(例如,使放大器件110保持在操作点所需的电压)偏离,通过光学耦合布置向偏置电路120提供光学耦合布置130的适当输出信号132。此外,光学耦合布置的输出信号132被配置成提供或贡献偏置电压125,例如使得减小或补偿偏置电压125(与期望偏置电压)的偏离。
所描述的放大器100可基于光学耦合布置的输出信号132而有益地提供偏置电压125,使得可例如调整偏置电压125。例如,在放大器的大规模生产中,放大器在生产之后的偏置电压可不对应于期望的偏置电压,并且因此,对于常规放大器,可能需要乏味的质量控制以获得高质量放大器。然而,所描述的放大器100防止对于乏味质量控制的需求,因为在放大器100的制造之后,偏置电压125可基于光学耦合布置的输出信号132而改变。此外,用于控制光学耦合布置130的信号与光学耦合布置的输出信号132解耦(decoupled),即,电气隔离。因此,光学耦合布置的控制信号可提供自未受放大器100中出现的电压影响的电路。
在下文中,描述了本发明的实施例的多个方面,这些方面可独自地或与本文所描述的实施例的任一者组合地使用。换句话讲,本文所描述的实施例可通过下文所描述的特征和功能的任一者(单独地或组合地)来补充。
图2示出了根据本发明的实施例的放大器200的框图。放大器200包括(第一)放大器件210、第二放大器件260、(第一)偏置电路220、第二偏置电路270、第一电流源240和第二电流源290。此外,放大器200包括信号输入线205、信号输出线235、正电源电压端子242和负电源电压端子292。正电源电压端子242和负电源电压端子292被配置成分别将正电源电压和负电源电压提供至放大器200。
偏置电路220包括第一电阻器221、第二电阻器222、光学耦合布置223和调节器224。此外,偏置电路220连接在信号输入线205和放大器件210的控制端子(例如,晶体管的栅极或基极电极)之间。此外,第二偏置电路270连接在信号输入线205和第二放大器件260的控制端子之间。偏置电路220将控制线225上的(第一)偏置电压提供至放大器件210,并且第二偏置电路270将第二控制线275上的第二偏置电压提供至第二放大器件260。
根据由第一电流源240提供至偏置电路220的电流,串联的第一电阻器221和第二电阻器222上的电压降可向提供至放大器件210的控制线225上的偏置电压提供基准。然而,由于第一电流源240可将不精确电流或不准确电流提供至偏置电路220,第一电阻器221和第二电阻器222上的电压降可与期望偏置电压偏离。因此,光学耦合布置223可改变第一电阻器221上的电压降,使得控制线225上的偏置电压可更接近于期望电压。光学耦合布置223将控制信号223a(其可为电气信号)作为输入,并且转换成光学耦合布置中的光学信号。基于该光学信号,光学耦合布置223提供输出电流,该输出电流向第一电阻器221上的电压降提供(正或负)贡献,从而影响控制线225上的偏置电压。以所描述的方式,光学耦合布置223允许通过控制信号223a控制偏置电压。此外,控制信号223a基于光学耦合布置223中的光学传输而与偏置电压225电气隔离。
第二偏置电路270可基于第二控制信号273a和由第二电流源290提供的电流,来根据偏置电路220进行动作。此外,第一电流源240和第二电流源290基于正电源电压端子242和负电源电压端子292的电压而将限定电流提供至放大器200。此外,通过信号输入线205给送至放大器中的输入信号将被放大输出,作为放大器235的输出信号。例如,信号输入线205可具有(相对)高阻抗,并且因此输入信号的电流可为(相对)小的。因此,经由输出信号线235提供的放大器200的输出信号可提供具有高于输入信号的电流的输出信号。
图3示出了根据本发明的实施例的偏置电压的微调电路300的示意图。电路300包括受控源310和第一电阻器320。受控源310经由光学信号305而被控制,并且第一电阻器320与受控源310并联。此外,受控源310被配置成改变第一电阻器320两端的电压降325,从而微调偏置电压。
受控源310将光学信号305作为输入以提供通过第一电阻器320的电流。提供至第一电阻器320的电流引起第一电阻器320上的改变后的电压降325。基于第一电阻器320上的电压降325,提供对于偏置电压(例如,放大器件(例如,晶体管)的偏置电压)的(正或负)贡献。此外,基于光学信号305,可微调,即调整电压降325,使得提供对于偏置电压的贡献,该贡献可用于使利用偏置电压的放大器件更接近于该放大器件的期望操作点。此外,通过光学信号305,提供了电路300与产生光学信号305的电路的隔离,该隔离可有益于避免避免在可将电路300集成于其中的电路中的高电压或高电流损坏产生光信号305的电路。
图4示出了根据本发明的实施例偏置电压的微调电路400的示意图。电路400包括受控源410、第一电阻器420、第二电阻器430和调节器440。第一电阻器410和第二电阻器420可组成分压器435(即,可串联)。
此外,电路400连接在信号输入线455和放大器件450之间。特别地,电路400将偏置电压425b提供至放大器件450的控制端子。换句话说,电路400用于使放大器件450从信号输入线455的电压偏置。因此,获得了信号输入线455和放大器件450(或其控制端子)之间的基本恒定电压漂移。此外,在电路400中,偏置电压425b受第一电阻器420上的电压降425a的影响(例如,电压降425a为电压降425b的一部分)。因此,电压降425a受由受控源410通过第一电阻器420提供的电流411的影响。另外,受控源410对于提供至第一电阻器420的电流411的控制将光学控制信号405作为输入。光学控制信号405限定提供至第一电阻器420的电流411的量。因此,可控制电路400的第一电阻器410上的电压降425a。此外,偏置电压425b可包括电压降425a和第二电阻器430上的电压降。因此,电压降425a可直接地影响偏置电压425b。
此外,电路400的调节器440被配置成基于第二电阻器430上的电压降来限制偏置电压425b。换句话说,调节器440避免了过多的偏置电压425b,该过多的偏置电压425b可能对例如放大器件450或电路400有害。调节器440可通过使电流改向(rerouting)或转向(diverting)通过调节器440来进行操作,该电流将通常流过分压器435(例如,包括第一电阻器420和第二电阻器430)。当电流从分压器435转向时,获得分压器435上的改变电压降,从而减小或限制偏置电压425b。在实施例中,分压器435上的电压可直接地用作偏置电压425b。例如,可通过调节器将第二电阻器430上的电压降调节为取预定值。因此,偏置电压可例如是第二电阻器430上的近似固定的电压降和第一电阻器上由光学耦合元件调整的可用电压降之和。
调节器440可以通过重新路由或分流通常会流经分压器435的电流来操作(例如,包括第一电阻器420和第二电阻器430)通过调节器440。
图5示出了根据本发明的实施例的放大器500的详细示意图。放大器500包括(第一)放大器件510、第二放大器件560、(第一)偏置电路520、第二偏置电路570、第一电流源540和第二电流源590。
(第一)偏置电路520连接在第一放大器件510的控制端子和信号输入线505之间,并且(第一)偏置电路520和第一电流源540耦合至第一控制节点543,第一控制节点543经由(可选的)电阻器和第一控制线545耦合至第一放大器件510的控制端子(例如,栅极端子)。第二偏置电路570连接在信号输入线505和第二放大器件560的控制端子之间,并且第二偏置电路570和第二电流源590耦合至第二控制节点593,第二控制节点593经由(可选的)电阻器594和第二控制线595耦合至第二放大器件560的控制端子(例如,栅极端子)。此外,第一电流源540连接在正电源电压端子542和第一控制节点543之间。第二电流源590连接在负电源电压端子592和第二控制节点593之间。此外,第一电容器546连接在信号输入线505和第一控制节点543之间,并且第二电容器596连接在信号输入线505和第二控制节点593之间。另外,第一电容器546与第一偏置电路520并联,并且第二电容器596与第二偏置电路570并联。
第一电流源540和第二电流源590各自包括晶体管,即双极结型晶体管(BJT)541(PNP型)和双极结型晶体管591(NPN型),其中晶体管541和591被调整以将预定的电流提供至第一控制节点543和第二控制节点593。在稳定状态下,由第一电流源540提供的电流流过第一偏置电路520,并且由第二电流源590提供的电流流过第二偏置电路570。晶体管的调整基于电阻器和两个二极管而执行,该电阻器和两个二极管连接在晶体管541和591的控制端子(例如,基极端子)与晶体管541和591的源极端子之间。换句话说,两个二极管各自提供约0.7V的电压降,该电压降等于控制端子和源极端子上的电压降与电阻器上的电压降之和,从而调整通过电阻器541和591的电流。第一电流源540和第二电流源590各自提供具有相反极性的基本相同的电流,使得流过第一偏置电路520的电流等于流过第二偏置电路570的电流。
(第一)放大器件510为n沟道场效应晶体管(例如,n沟道MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管))并且第二放大器件560为p沟道场效应晶体管(例如,p沟道MOSFET)。此外,(第一)偏置电路520包括提供光学隔离的光耦合器(光学耦合布置)523(光耦合器523)、第一电阻器521、第二电阻器522和调节器524。调节器524还可称为可调整齐纳二极管或可调整齐纳分路(shunt)调节器。光耦合器523包括可选的控制电路以有源地控制提供至第一电阻器521的电流。第一电阻器521和第二电阻器522串联并且形成分压器525,分压器525连接在信号输入线505和第一控制线545之间。第一电阻器521的第一端子耦合至第一控制节点543,第一电阻器521的第二端子耦合至第二电阻器522的第一端子,并且第二电阻器522的第二端子耦合至信号输入线505。另外,光耦合器与第一电阻器521并联,其中光耦合器523的正端子耦合至第一电阻器521的第一端子并且光耦合器523的负端子耦合至第一电阻器521的第二端子。调节器524包括阴极、阳极和参考节点。参考节点耦合至分压器525的中间节点,阳极耦合至信号输入线505,并且阴极耦合至第一控制节点543。
此外,偏置电路520被配置成提供信号输入线505和第一控制线525之间的偏置电压。此外,偏置电路520被配置成基于光学耦合布置523的输入控制信号523a来调整或调谐偏置电压。基于光学耦合布置523的输出信号,电流被提供至第一电阻器521以对于第一电阻器521上的电压降提供(正或负)贡献。光耦合器523为光伏MOSFET驱动器,例如可以用作有源元件,并且能够在存在光学激励的情况下提供短路输出电流和开路输出电压。例如,光耦合器523和第一电阻器521可被设计成使得在存在光学激励的情况下提供的光耦合器523的输出电流引起第一电阻器521上的至少5mV的电压(或电压变化),从而允许操作点的变化。当通过调节器524获得的参考电压超过限定时,调节器524提供与分压器并联的低阻抗路径,并且因此,通过第二电阻器522上的电压降的调节来减小分压器525上的电压降。因此,可避免过多的偏置电压,该偏置电压可潜在地损害放大器件510和560。因此,第二电阻器522两端的电压降保持基本恒定,而第一电阻器521两端的电压改变(其由光耦合器523引起)导致操作点的改变。
因此,可以避免过多的偏置电压,该偏置电压可能潜在地损害放大装置510和560。因此,第二电阻器522两端的电压降保持基本恒定,而第一电阻器521两端的电压变化保持为恒定。由光耦合器523引起的电压变化导致工作点的改变。
通常,第一电容器546连接在信号输入线505和第一控制线545之间,使得在信号输入线505和第一控制线545之间保持基本恒定的电压差(但是可以通过光耦合器523调整)。此外,基本恒定的电压用于使第一放大器件510偏置。另外,第二电容器596连接在信号输入线505和第二控制线595之间,使得在信号输入线505和第二控制线595之间保持基本恒定的电压差。此外,基本恒定的电压用于使第二放大器件560偏置。此外,第一电容器546可用于使由偏置电路520引起的电压降的改变平滑。另外,当信号输入线505上的输入信号使信号输入线505上的电压变化时,保持基本恒定的电压差。
第二偏置电路570包括与(第一)偏置电路520的元件相似的元件,但是不必配备诸如光耦合布置523的光耦合器。然而,在实施例中,第二偏置电路570也可以包括光学耦合布置(例如,光耦合器523)。
图6示出了根据本发明的实施例的输入信号的放大方法600的流程图。方法600包括向放大器件提供610偏置电压,其中该偏置电压根据提供电气隔离的光学耦合布置的输出信号来提供。
图7示出了根据本发明的实施例偏置电压的微调方法700的流程图。方法700包括经由光学信号控制710受控源。另外,方法700包括改变720与受控源并联的第一电阻器两端的电压降从而微调偏置电压。
其它方面
在下文中,将描述本发明的一些其它方面,这些方面可单独地或与本文所描述的其他实施例的任一者组合地使用。
已发现,功率放大器需要输出级的全面控制以优化相对于备用电流消耗的信号保真性。为确保性能,需要良好地调整输出晶体管中的环流。这要求在放大器产品出厂前进行精确的过程控制或微调(电位计)。一些传统设计使用高压电流镜将与接地相关的微调信号传输到功率输出级。
根据本发明的实施例的装置和方法允许在应用中微调功率级的性能,并且在产品制造或复杂工艺控制期间可能不需要微调步骤。对于高电压放大器,还减小了电路尺寸。
相比于常规概念,实施例的优点为:
-消除功率级的手动制造微调。
-使得能够低成本生产功率级。
-允许隔离设计,该隔离设计使得能够减小高电压放大器的组件尺寸。
在实施例中,功率放大器输出级的环流通过晶体管控制电压(A类输出级):偏置电压的电压差来控制。
在实施例中,太阳能电池的输出电流用于调谐输出FET的偏置电压。另外,线性操作中的隔离光耦合器可用于影响偏置电压。
在实施例中,光隔离输入控制电压或电流用于修改独立于放大器输出电压的偏置电压。该偏置电压控制通过输出晶体管的环流。
在实施例中,可通过DAC(数模转换器)或由基于低电压的电路过滤的PWM(脉宽调制)信号产生控制信号。
在实施例中,通过以不同偏置设置运行AC性能测试,可在任何时间(另外,在产品出厂之后)确定最优功率级性能。
Claims (29)
1.一种放大器(100;200;500),包括:
放大器件(110;210;510);以及
偏置电路(120;220;520),用于向所述放大器件提供偏置电压;
其中,所述偏置电路被配置为根据提供电气隔离的光学耦合布置(130;223;523)的输出信号来提供所述偏置电压。
2.根据权利要求1所述的放大器,其中,所述偏置电路被配置为当所述放大器件的操作点与期望操作点偏离时,基于所述光学耦合布置的所述输出信号来调整所述偏置电压。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的放大器,其中,所述偏置电路包括与所述光学耦合布置并联的第一电阻器(221;521),其中所述第一电阻器耦合至所述放大器件的控制端子,并且
其中,所述光学耦合布置被配置为向所述第一电阻器上的电压降提供贡献,其中所述第一电阻器上的所述电压降被配置为调整所述偏置电压。
4.根据权利要求3所述的放大器,其中,所述偏置电路包括与所述第一电阻器和第二电阻器(222;522)并联的调节器(224;524),其中所述第二电阻器与所述第一电阻器串联,并且
其中,所述调节器被配置为基于所述第二电阻器上的电压降来限制所述偏置电压。
5.根据权利要求4所述的放大器,其中,所述调节器被配置为当所述第二电阻器上的所述电压降超出限度时通过所述调节器提供与所述第一电阻器和所述第二电阻器并联的低阻抗路径来限制所述偏置电压。
6.根据权利要求4或权利要求5所述的放大器,其中,所述调节器被配置为基于分压器(525)的中间节点处的电压来限制所述偏置电压,其中所述分压器包括所述第一电阻器和所述第二电阻器,其中所述分压器上的电压降提供所述偏置电压,并且其中所述分压器上的所述电压降受所述光学耦合布置的所述输出信号的影响。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的放大器,其中,所述光学耦合布置被配置为接收控制信号(223a)以基于所述控制信号来提供光学信号并且基于所述光学信号来提供所述光学耦合布置的所述输出信号,其中所述光学耦合布置的所述输出信号与所述控制信号电气隔离。
8.根据权利要求7所述的放大器,其中,所述光学耦合布置被配置为接收脉宽调制的控制信号。
9.根据权利要求7或权利要求8所述的放大器,其中,所述放大器被配置为根据所述放大器件的环流来调整所述控制信号。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的放大器,其中,所述放大器被配置为基于所述放大器的输出信号的特征的测量来调整所述控制信号。
11.根据权利要求10所述的放大器,其中,所述放大器被配置为通过逐步进行各种偏置电压设置来测量所述放大器的输出信号的特征。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的放大器,其中,所述放大器包括:
信号输入线(205;505),被配置为接收待放大的输入信号,
正电源电压端子(242;542),以及
负电源电压端子(292;592),
其中,所述正电源电压端子和所述负电源电压端子被配置为将电源电压提供至所述放大器,
其中,所述偏置电路连接在所述信号输入线和所述放大器件的控制端子之间,以允许所述信号输入线和所述控制端子之间的电压漂移的光学隔离调整。
13.根据权利要求12所述的放大器,其中,所述放大器包括连接在所述正电源电压端子和所述偏置电路之间的第一电流源(240;540),其中所述第一电流源被配置为将预定的电流提供至所述偏置电路。
14.根据权利要求12或权利要求13所述的放大器,其中,所述放大器包括第二电流源(290;590)和第二偏置电路(270;570),其中所述第二电流源连接在所述负电源电压端子和所述第二偏置电路之间,其中所述第二电流源被配置为基于由所述负电源电压端子提供的电压来将预定的电流提供至所述第二偏置电路。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的放大器,其中,所述放大器件被配置为当正输入信号被施加时提供所述放大器的正输出信号,其中所述输出信号具有等于或高于所述输入信号的电流。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的放大器,其中,所述放大器包括第二放大器件(260;560),其中所述第二放大器件被配置为当负输入信号被施加至所述放大器时提供所述放大器的负输出信号,其中所述输出信号具有等于或高于所述输入信号的电流。
17.一种输入信号的放大方法(600),所述方法(600)包括:
向放大器件提供(610)偏置电压,
其中,所述偏置电压根据提供电气隔离的光学耦合布置的输出信号来提供。
18.一种偏置电压的微调电路(300;400;500),所述电路包括:
受控源(310;410;523),其中所述受控源经由光学信号而被控制;以及
第一电阻器(320;420;521);
其中,所述第一电阻器与所述受控源并联;并且
其中,所述受控源被配置为改变所述第一电阻器两端的电压降,从而微调所述偏置电压。
19.根据权利要求18所述的电路,其中,所述第一电阻器耦合至放大器件(450;510)的控制端子,以将所微调的偏置电压提供至所述放大器件。
20.根据权利要求19所述的电路,其中,所述电路被配置为基于所述放大器件的输出信号的特征的测量来微调所述偏置电压。
21.根据权利要求20所述的电路,其中,所述电路被配置为通过逐步进行各种偏置微调设置来测量所述放大器件的所述输出信号的特征。
22.根据权利要求19至21中任一项所述的电路,其中,所述电路被配置为基于通过所述放大器件的环流来微调所述偏置电压。
23.根据权利要求18至22中任一项所述的电路,其中,所述偏置电压的微调电路连接在用于接收待放大的输入信号的信号输入线(455;505)和所述放大器件的控制端子之间,其中所述信号输入线和所述控制端子之间的电压用于使所述放大器件偏置。
24.根据权利要求18至23中任一项所述的电路,其中,所述电路包括与所述第一电阻器和第二电阻器并联的调节器(440;524),其中,所述第二电阻器和所述第一电阻器串联,并且
其中,所述调节器被配置为基于所述第二电阻器上的电压降来限制所述偏置电压。
25.根据权利要求24所述的电路,其中,所述调节器被配置为当所述第二电阻器上的所述电压降超过限度时,通过所述调节器提供与所述第一电阻器和所述第二电阻器并联的低阻抗路径来限制所述偏置电压。
26.根据权利要求24或权利要求25所述的电路,其中,所述调节器被配置为基于分压器(435;525)的中间节点处的电压来限制所述偏置电压,其中,所述分压器包括所述第一电阻器和所述第二电阻器,其中所述分压器上的电压降提供了所述偏置电压,并且其中所述分压器上的所述电压降受所述受控源的输出信号的影响。
27.根据权利要求18至26中任一项所述的电路,其中,所述受控源被配置为基于电气控制信号来接收光学控制信号(405),并且基于所述光学控制信号来提供所述受控源的输出信号(411),其中,所述受控源的所述输出信号与所述电气控制信号电气隔离。
28.根据权利要求18至27中任一项所述的电路,其中,所述受控源被配置为接收基于脉宽调制的电气控制信号的光学控制信号。
29.一种偏置电压的微调方法(700),所述方法(700)包括:
经由光学信号控制(710)受控源,
改变(720)与所述受控源并联的第一电阻器两端的电压降,从而微调所述偏置电压。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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