CN110739917B - 基于射频功率放大器的温度补偿电路 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种基于射频功率放大器的温度补偿电路，所述温度补偿电路包括第一温度补偿单元及第二温度补偿单元，所述第一温度补偿单元包括运算放大器及与运算放大器输出端并联的具有正温度系数的第四电阻T1，所述第二温度补偿单元包括串联于运算放大器输出端的分压电阻和二极管、及与二极管相连的射频功率放大器，所述二极管的压降Vd具有负温度系数。本发明中第二温度补偿单元对射频功率放大器进行线性温度补偿，第一温度补偿单元通过具有正温度系数的电阻搭建电路进行非线性温度补偿，采用两种温度补偿相结合的方式，对射频功率放大器的偏置电压进行温度补偿，以提高射频功率放大器在不同温度下增益的线性度。

Description

基于射频功率放大器的温度补偿电路
技术领域
本发明属于射频功率器件技术领域，具体涉及一种基于射频功率放大器的温度补偿电路。
背景技术
射频功率放大器(radio frequency power amplifier，RFPA)是发射系统中的主要部分，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(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。在调制器产生射频信号后，射频已调信号就由RFPA将它放大到足够功率，经匹配网络，再由天线发射出去。
射频功率放大器通常需要设置相应的温度补偿电路，如现有技术中，2001年12月《IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques》发表的文章《X-Band MMICPower Amplifier With an On Chip Temperature-Compensation Circuit》中，公开了一种采用片内温度补偿方案。其展示了射频功率放大器增益(Gain)随温度(T)、偏置电压(Vg)变化的情况(如图1所示)，为了保证放大器在-20℃和70℃下有一样的增益，Vg需要随温度变大0.4V。
现有技术中典型的温度补偿电路如图2所示，其中，VCC为供电电源，D1为二极管，其压降Vd具有负温度系数，R1、R2是电阻，L1、L2是电感，M1是功率放大器，Vg是功率放大器偏置电压。根据KVL定律，因为Vd呈负温度系数，故Vg呈正温度系数。
二极管压降Vd的温度系数一般为-2～-1mV/℃，通过调节R1和R2的比例可以改变Vg的温度系数，还可以通过串联二极管的方式增加Vd，以增大Vg的温度系数。
然而该温度补偿电路中，因为器件特性，二极管压降Vd与T近似线性关系，所以Vg与T亦呈线性关系，而功率放大器的增益与T的关系更为复杂。如图3所示，该温度补偿方案只能使功率放大器在-10℃～50℃范围内具有较好的增益一致性，随着温度继续升高，增益会逐渐降低，为了保证一致性，Vg需要更大的温度系数。
因此，针对上述技术问题，有必要提供基于射频功率放大器的温度补偿电路。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于射频功率放大器的温度补偿电路，以提高射频功率放大器在不同温度下增益的线性度。
为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：
一种基于射频功率放大器的温度补偿电路，所述温度补偿电路包括第一温度补偿单元及第二温度补偿单元，所述第一温度补偿单元包括运算放大器及与运算放大器输出端并联的具有正温度系数的第四电阻T1，所述第二温度补偿单元包括串联于运算放大器输出端的分压电阻和二极管、及与二极管相连的射频功率放大器，所述二极管的压降Vd具有负温度系数。
一实施例中，所述运算放大器的正极输入端与参考电压Vref相连，第四电阻T1分别与运算放大器输出端及负极输入端相连，第一温度补偿单元的输出电压为Vs。
一实施例中，所述运算放大器的负极输入端与第三电阻R3相连后接地。
一实施例中，所述第一温度补偿单元的输出电压为：
一实施例中，所述第二温度补偿单元包括电性连接于运算放大器输出端和GND之间的第一电阻R1、二极管D1和第二电阻R2；电性连接于供电电源VCC与GND之间的第二电感L2和射频功率放大器M1；及电性连接于射频功率放大器M1和二极管D1之间的第一电感L1。
一实施例中，所述射频功率放大器的偏置电压为：
一实施例中，所述第四电阻T1为具有正温度系数的热敏电阻。
一实施例中，所述第四电阻的阻值为T1＝Rt×eβT，二极管的压降为Vd＝V0×(1-αT)，其中，α、β为常数，T为温度，Rt和V0均不随温度变化。
一实施例中，所述射频功率放大器的偏置电压Vg与温度T之间满足下述关系：
一实施例中，所述二极管D1为一个或多个串联设置的二极管。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
第二温度补偿单元对射频功率放大器进行线性温度补偿，第一温度补偿单元通过具有正温度系数的电阻搭建电路进行非线性温度补偿，采用两种温度补偿相结合的方式，对射频功率放大器的偏置电压进行温度补偿，以提高射频功率放大器在不同温度下增益的线性度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请中记载的一些实施例，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为现有技术中射频功率放大器增益(Gain)随温度(T)、偏置电压(Vg)的变化曲线图；
图2为现有技术中温度补偿电路的示意图；
图3为采用图2中温度补偿电路后射频功率放大器增益(Gain)随温度(T)、偏置电压(Vg)的变化曲线图；
图4为本发明一具体实施例中温度补偿电路的示意图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但该等实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据该等实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
本发明公开了一种基于射频功率放大器的温度补偿电路，该温度补偿电路包括第一温度补偿单元及第二温度补偿单元，第一温度补偿单元包括运算放大器及与运算放大器输出端并联的具有正温度系数的第四电阻T1，第二温度补偿单元包括串联于运算放大器输出端的分压电阻和二极管、及与二极管相连的射频功率放大器，二极管的压降Vd具有负温度系数。
本发明中的温度补偿电路，通过第一温度补偿单元和第二温度补偿单元相结合，对射频功率放大器的偏置电压进行温度补偿，以保证射频功率放大器在不同温度下的增益一致；该补偿方法考虑到射频功率放大器的增益对于温度呈非线性，因此采用第一温度补偿单元和第二温度补偿单元相结合的方案，以提高射频功率放大器在不同温度下增益的线性度。
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。
参图4所示，本发明一具体实施例中基于射频功率放大器的温度补偿电路，温度补偿电路包括第一温度补偿单元10及第二温度补偿单元20，其中，第一温度补偿单元10为片外温度补偿电路，第二温度补偿单元20为片内温度补偿电路。
其中，第一温度补偿单元10包括运算放大器OPA及与运算放大器OPA输出端并联的具有正温度系数的第四电阻T1，第二温度补偿单元20包括串联于运算放大器输出端的分压电阻和二极管、及与二极管相连的射频功率放大器，二极管的压降Vd具有负温度系数。
具体地，运算放大器OPA的正极输入端与参考电压Vref相连，Vref为参考电压，不随温度变化，第四电阻T1分别与运算放大器OPA输出端及负极输入端相连，第一温度补偿单元的输出电压为Vs，运算放大器OPA的负极输入端与第三电阻R3相连后接地。
根据KVL定律，第一温度补偿单元的输出电压为：
具体地，第二温度补偿单元20包括电性连接于运算放大器OPA输出端和GND之间的第一电阻R1、二极管D1和第二电阻R2；电性连接于供电电源VCC与GND之间的第二电感L2和射频功率放大器M1；及电性连接于射频功率放大器M1和二极管D1之间的第一电感L1。
本实施例中射频功率放大器的偏置电压为：
优选地，本实施例中的第四电阻T1选用具有正温度系数的热敏电阻，第四电阻的阻值为T1＝Rt×eβT，二极管的压降为Vd＝V0×(1-αT)，其中，α、β为常数，T为温度，Rt和V0均不随温度变化。
因此，本实施例中射频功率放大器的偏置电压Vg与温度T之间满足下述关系：
本实施例中片内补偿电路与现有技术类似，Vs为片外补偿电路生成电压，该电压提供至片内补偿电路，取代现有技术中的VCC。
通过设计合适的阻值，可以使Vg在室温下与温度T关系接近线性，在高温下(T>50℃)接近指数关系。
例如，本实施例中的第四电阻T1选用T1＝2Kohm@20℃的热敏电阻，通过设计合理的Vref、R1、R2、R3的值，可以得到Vg温度系数为+7.4mV/℃@20℃、20mV/℃@70℃，相较于图3中的线性补偿，显然该结果的一致性更佳。
优选地，本发明中还可以通过串联二极管D1的方式增加Vd，以增大Vg的温度系数。
本发明中射频功率放大器(RFPA)包含但不限于基于互补式金属氧化物半导体晶体管(CMOS)、异质结双极晶体管(HBT)、高电子迁移率晶体管(HEMT)等工艺实现的射频功率放大器(RFPA)，当然，本发明同样适用于低噪声放大器(LNA)等放大器，凡是采用上述温度补偿电路进行线性补偿的方案均属于本发明所保护的范围。
由以上技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
第二温度补偿单元对射频功率放大器进行线性温度补偿，第一温度补偿单元通过具有正温度系数的电阻搭建电路进行非线性温度补偿，采用两种温度补偿相结合的方式，对射频功率放大器的偏置电压进行温度补偿，以提高射频功率放大器在不同温度下增益的线性度。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施例加以描述，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (3)

1.一种基于射频功率放大器的温度补偿电路，其特征在于，所述温度补偿电路包括第一温度补偿单元及第二温度补偿单元，所述第一温度补偿单元包括运算放大器及与运算放大器输出端并联的具有正温度系数的第四电阻T1，所述第二温度补偿单元包括串联于运算放大器输出端的分压电阻和二极管、及与二极管相连的射频功率放大器，所述二极管的压降Vd具有负温度系数；
所述运算放大器的正极输入端与参考电压Vref相连，第四电阻T1分别与运算放大器输出端及负极输入端相连，第一温度补偿单元的输出电压为Vs；
所述运算放大器的负极输入端与第三电阻R3相连后接地；
所述第一温度补偿单元的输出电压为：
所述第二温度补偿单元包括电性连接于运算放大器输出端和GND之间的第一电阻R1、二极管D1和第二电阻R2；电性连接于供电电源VCC与GND之间的第二电感L2和射频功率放大器M1；及电性连接于射频功率放大器M1和二极管D1之间的第一电感L1；
所述射频功率放大器的偏置电压为：
所述第四电阻的阻值为T1＝Rt×eβT，二极管的压降为Vd＝V0×(1-αT)，其中，α、β为常数，T为温度，Rt和V0均不随温度变化；
所述射频功率放大器的偏置电压Vg与温度T之间满足下述关系：
2.根据权利要求1所述的基于射频功率放大器的温度补偿电路，其特征在于，所述第四电阻T1为具有正温度系数的热敏电阻。
3.根据权利要求1所述的基于射频功率放大器的温度补偿电路，其特征在于，所述二极管D1为一个或多个串联设置的二极管。
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