CN111147033A

CN111147033A - 基于hbt电路结构的功率放大器及电子设备

Info

Publication number: CN111147033A
Application number: CN202010001915.XA
Authority: CN
Inventors: 李欢欢; 苏强
Original assignee: Smarter Microelectronics Shanghai Co Ltd
Current assignee: Smarter Microelectronics Shanghai Co Ltd
Priority date: 2020-01-02
Filing date: 2020-01-02
Publication date: 2020-05-12

Abstract

本发明公开了一种基于HBT电路结构的功率放大器及电子设备。其中，基于HBT电路结构的功率放大器包括：功率管电路以及偏置电路，所述功率管电路包括第一电容和第一异质结双极晶体管HBT；所述第一电容的第一端与所述第一HBT的基极连接；所述第一电容的第二端与所述第一HBT的发射极连接。

Description

基于HBT电路结构的功率放大器及电子设备

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种基于HBT电路结构的功率放大器及电子设备。

背景技术

相关技术中，移动设备都是将接收到的信号传输到功率放大器进行处理，但是目前功率放大器的调制带宽和输出功率低，导致功率放大器的性能不能满足实际应用的需求。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种基于HBT电路结构的功率放大器及电子设备，以至少解决相关技术中功率放大器的调制带宽和输出功率低的问题。

本发明实施例的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供了一种基于HBT电路结构的功率放大器，包括功率管电路以及偏置电路，所述功率管电路包括第一电容和第一异质结双极晶体管HBT；

所述第一电容的第一端与所述第一HBT的基极连接；

所述第一电容的第二端与所述第一HBT的发射极连接。

其中，上述方案中，所述基于HBT电路结构的功率放大器还包括第二电容；

所述第二电容的第一端与所述功率管电路的输入端连接；

所述第二电容的第二端与所述偏置电路连接；

上述方案中，所述偏置电路包括第一电阻、第二HBT和第三电容；

所述第三电容的第一端与所述第二HBT的基极连接；所述第三电容的第二端接地；

所述第一电阻的第一端与所述第二HBT的发射极连接；

所述第一电阻的第二端与所述第一HBT的基极连接。

上述方案中，所述第二电容的第二端与所述第二HBT的基极连接。

上述方案中，所述第一电容为无源电容，且所述第一电容的品质因数大于第一设定值。

上述方案中，所述第二电容为无源电容，且所述第二电容的品质因数大于第二设定值。

上述方案中，所述第一电阻包括膜式电阻和线绕电阻。

本发明实施例还提供了一种电子设备，包括基于HBT电路结构的功率放大器，所述基于HBT电路结构的功率放大器包括功率管电路以及偏置电路，所述功率管电路包括第一电容和第一HBT；

所述第一电容的第一端与所述第一HBT的基极连接；

所述第一电容的第二端与所述第一HBT的发射极连接。

上述方案中，所述电子设备还包括第二电容；

所述第二电容的第一端与所述功率管电路的输入端连接；

所述第二电容的第二端与所述偏置电路连接。

本发明实施例还提供了一种电子设备，所述电子设备为移动终端。。

在本发明实施例中，在基于HBT电路结构的功率放大器的功率管电路中，将一个电容与功率管电路中的异质结双极晶体管通过并联的方式进行连接，能够提升功率放大器的线性效果，并且提高了功率放大器的调制带宽。

附图说明

图1为本发明实施例提供的基于HBT电路结构的功率放大器的功率管电路的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的基于HBT电路结构的功率放大器的小信号模型示意图；

图3为本发明一实施例提供的基于HBT电路结构的功率放大器的结构示意图；

图4为本发明一实施例提供的基于HBT电路结构的功率放大器的偏置电路的结构示意图；

图5为本发明一实施例提供的基于HBT电路结构的功率放大器的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的电子设备的结构示意图；

图7为本发明一实施例提供的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

需要说明的是，本发明实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。

另外，在本发明实例中，“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

下面结合附图及具体实施例对本申请作进一步详细的说明。

本发明实施例提供了一种基于HBT电路结构的功率放大器，图1为本发明实施例的基于HBT电路结构的功率放大器的结构示意图。如图1所示，所述基于HBT电路结构的功率放大器包括功率管电路以及偏置电路，所述功率管电路包括第一电容和第一异质结双极晶体管(HBT，Heterojunction Bipolar Transistor)；

所述第一电容101的第一端与所述第一HBT 102的基极连接。

这里，将第一电容101的一端与功率管电路中的第一HBT 102的基极连接。HBT是一种由砷化镓层和铝镓砷层构成的双极晶体管。

所述第一电容101的第二端与所述第一HBT 102的发射极连接。

这里，将第一电容101的第二端连接到第一HBT 102的发射极上。通过将第一电容101的一端与第一HBT 102的基极连接，将第一电容101的另一端与第一HBT 102的发射极连接，实际上第一电容101与第一HBT 102的连接关系为并联关系。图2为第一电容101与第一HBT 102进行并联后的小信号模型电路，其中，小信号模型电路与第一HBT 102具有相同伏安特性的线性电路。在实际应用中，第一HBT 102在信号足够小的时候，第一HBT 102能够进行线性工作，因此可以使用一个具有相同伏安特性的线性电路来等效。在实际应用中，当功率放大器的HBT进行工作的时候，有三种工作状态，分别为截止状态、放大状态和饱和状态。当用于放大信号的HBT处于截止状态时，输入信号会进入到HBT的截止区，则HBT的输出会产生非线性失真。例如，给处于截止状态的HBT输入一个标准的正弦信号，HBT输出的信号不再是一个标准的正弦信号，这个输出信号与输入信号不同，说明产生了失真。当HBT处于放大状态时，输入HBT的信号会进入到放大区，这时的HBT是线性的，输出的信号不会出现非线性失真。例如，给处于放大状态的HBT输入一个标准的正弦信号，得到的输出信号也是正弦信号，并且输出的正弦信号的幅度比输入的正弦信号的幅度要大，说明了HBT能够产生线性放大的作用。在HBT处于放大状态的基础上，增大HBT的基极电流，HBT就会从放大状态进入到饱和状态，此时的HBT不具有放大信号的能力。对于在功率放大器中的HBT，当HBT工作时，要将HBT的工作状态保持在放大状态，才能使功率放大器的输出为线性放大的输出。HBT产生的非线性的原因有两个，一个是来自于HBT的极间电容的非线性，其中HBT的极间电容包括HBT的基极与发射极之间的极间电容C_be和HBT的集电极与基极之间的极间电容C_cb。另一个原因是来自功率管跨导的非线性，其中，功率管跨导是指HBT的输出端电流的变化值与输入端电压的变化值之间的比值，是电子元件的一项属性。对于HBT的极间电容而言，在正常工作状态下，HBT的集电结会出现反偏，也就是加在集电极上的电压方向与集电极的电流方向相反。当集电结出现反偏的时候，C_be主要为耗尽电容。发射结会出现正偏，也就是基极电压大于发射极电压。当发射结出现正偏的时候，如图2所示，C_be由两种电容组成，分别是耗尽电容C_dbe以及扩散电容C_π，其中，耗尽电容C_dbe发射结的内建电场产生的，与HBT的工作偏置点以及输入功率无关。扩散电容C_π是非线性电容的主要组成部分，随着功率的提升，扩散电容的非线性就会增强，导致HBT的输入阻抗随着输入信号的变化而变化，产生明显的非线性，对提升调制的宽带带来负面效果。为了减小非线性电容的影响，通过在HBT的发射结并联一个第一电容，使得扩散电容在整体输入电容中所占的比例降低，进而能够降低输入阻抗随输入信号的功率变化而变化的程度，从而能够提升HBT的线性效果以及调制的带宽，使功率放大器的放大效果更好。

在上述实施例中，通过在功率放大器的功率管电路的HBT的发射结中并联一个电容，通过降低HBT中的非线性电容的影响，减弱输入阻抗随输入功率变化而变化的程度，能够有效地提升功率放大器的线性效果以及调制带宽。

在本发明提供的另一实施例中，所述第一电容为无源电容，且所述第一电容的品质因数大于第一设定值。

这里，对第一电容的类型进行限定，第一电容为无源电容，使第一电容在电路中没有外加电源的情况下，在有信号的条件下即可工作，并不消耗电能，从而能够使功率放大器的输入功率能够不被第一电容消耗。第一电容的品质因数是用于表示振子阻尼性质的物理量，电容的品质因数可以通过电容的电抗以及电容的等效串联电阻的比值得到，当电容的品质因数越大，代表着电容对高频信号的响应能力越好。由于功率放大器的输入信号为高频信号，因此要选择品质因数较大的电容作为第一电容，其中，第一电容的选择可以通过电容的品质因数与第一设定值之间的关系选择，选择品质因数大于第一设定值的电容作为第一电容。

在上述发明实施例中，通过对选择品质因数大于第一设定值的无源电容作为第一电容，能够提高功率放大器对高频信号的响应能力。

在本发明提供的另一实施例中，如图3所示，所述基于HBT电路结构的功率放大器还包括第二电容；

所述第二电容301的第一端与所述功率管电路的输入端连接。

这里，存在第二电容301，其中第二电容301的第一端接入功率管电路的输入端。在实际应用中，可以选择第二电容的任意一端与功率管电路的输入端连接。其中，功率管的输入端接收的输入为射频的输入。射频的输入就是射频电流，是一种高频交流变化电磁波。

所述第二电容301的第二端与所述偏置电路连接。

这里，将第二电容301的第二端接入到偏置电路中，第二电容301与功率管电路的输入端之间的连接关系为串联关系。在功率放大器中，偏置电路的作用是给功率管电路提供一个直流基准。偏置电路中的偏置电压是指HBT处于放大状态的时候，HBT基极与发射极之间的电压以及集电极与基极之间的电压应当设置的电压，使得HBT的工作状态维持为放大状态，使得功率放大器输出的信号为线性放大的信号。在功率放大器进行工作的时候，需要通过检波从输入信号中提取调制信号。但是随着输入功率放大器的功率提升，功率放大器的检波过程能够使HBT的偏置点下降，其中，HBT的偏置点是指HBT能够维持放大状态的偏置电压。为了减少功率提升所带来的HBT的偏置点下降的影响，需要维持HBT的基极与发射极之间的电压，在功率管电路的输入端串联一个第二电容301，并且第二电容的另一端接入到偏置电路中，能够使输入观点路的输入功率通过两条支路传输到偏置电路，从而提升功率管电路中HBT的发射极与基极之间的电压，从而能够提高HBT的饱和功率。

在上述实施例中，通过在功率放大器中加入一个电容，电容的一端连接功率管电路的输入端，电容的另一端与偏置电路连接，能够在功率放大器的输入功率提升的时候，输入功率通过两条支路进行传输，从而能够提升功率放大器的饱和功率，使功率放大器保持良好的线性。

在本发明的另一实施例中，所述第二电容为无源电容，且所述第二电容的品质因数大于第二设定值。

这里，选择品质因数大于第二设定值的无源电容作为第二电容。其中，第二设定值可以设定为较大的值，使得第二电容的品质因数较大。

在上述发明实施例中，对第二电容的类型以及品质因数作出限定，从而能够选择性能较佳的电容，使得功率放大器对高频信号的响应效果更好。

在本发明的另一实施例中，如图4所示，所述偏置电路包括第一电阻401、第二HBT402和第三电容403；

所述第三电容403的第一端与所述第二HBT 402的基极连接；所述第三电容403的第二端接地。

这里，在偏置电路中包括一个第三电容403，第三电容403的第一端与偏置电路中的第二HBT 402的基极连接。偏置电路中的第三电容403的第二端接地。在实际应用中，可以将一个电容的一端与HBT的基极连接，将电容的另一端接地，从而完成偏置电路中电容与HBT之间的连接。在偏置电路中将第二HBT 402的基极连接一个第二电容403，能够在功率放大器的输入功率提升的时候，第二电容403使偏置电路中的第二HBT 402的基极与发射极之间的电压下降，从而维持功率放大器中功率管电路中的第一HBT 102的基极与发射极之间的电压稳定。

所述第一电阻401的第一端与所述第二HBT 402的发射极连接。

这里，在偏置电路中存在一个第一电阻401，第一电阻401的第一端与偏置电路中的第二HBT 402的发射极连接。

所述第一电阻401的第二端与所述第一HBT 102的基极连接。

这里，在偏置电路中的第一电阻401的第二端与功率管电路中的第一HBT 102的基极连接。在实际应用中，可以将电阻的一端与偏置电路中的HBT的发射极连接，将电阻的另一端与功率管电路中的HBT的基极连接。通过第一电阻401能够将偏置电路与功率管电路进行连接，同时能够通过两条支路将功率管电路的输入功率传输到偏置电路的第二HBT 402的基极中。

在上述实施例中，通过第一电阻、第二HBT以及第三电容的连接构成偏置电路，能够给功率放大器中的功率管电路提供一个直流基准，并且还能将输入的功率通过两条支路传送到偏置电路的HBT的基极，并且能够维持功率管电路的HBT的基极与发射极之间的电压恒定。

在本发明的实施例中，所述第一电阻包括膜式电阻和线绕电阻。

这里，膜式电阻包括金属膜电阻和碳膜电阻。金属膜电阻器具有精度高、性能稳定、结构简单轻巧的特点。碳膜电阻是通过碳膜的厚度决定阻值的大小，并且具有价格低廉、性能稳定以及阻值与功率范围宽的特点。线绕电阻是通过电阻丝绕在绝缘骨架上构成的，适用于电讯仪器、电子设备等交直流电路中作分压、降压、分流以及负载电阻使用。模式电阻和线绕电阻都是在实际应用中能够普遍使用的一种电阻器，并且两种电阻的性能都较好，应用在功率放大器中能够使功率放大器能够稳定工作。

在上述发明实施例中，通过对电阻的类型限定为膜式电阻和线绕电阻，能够将性能稳定的电阻应用在功率放大器的电路中，使得功率放大器能够处于稳定的工作状态。

在本发明的实施例中，如图5所示，所述第二电容的第二端与所述第二HBT的基极连接。

这里，第二电容301的第二端与偏置电路连接的时候，是将第二电容301的第二段与偏置电路中的第二HBT 402的基极进行连接。在实际应用中，第二电容第二端与偏置电路中的第二HBT的基极进行连接的时候，同时能将第二电容的第二端与偏置电路中的第三电容403的第一端连接。第二电容301的第二端与偏置电路中的第二HBT 402的基极进行连接之后，能够将功率放大器的输入功率，通过第二电容301传输到偏置电路中的第二HBT 402的基极，从而能够在功率放大器的输入功率提高的时候，维持偏置电路中的第二HBT 402基极与发射极之间的电压稳定，使功率放大器保持良好的线性。

在上述实施例中，通过将第二电容的第二端与偏置电路中的第二HBT 402的基极进行连接，能够在功率放大器的输入功率提高的时候，通过第二电容传输到偏置电路中，使得功率放大器能够在功率提升的同时保持良好的线性。

基于上述程序模块的硬件实现，本发明实施例还提供了一种电子设备，如图6所示，所述电子设备包括基于HBT电路结构的功率放大器，所述基于HBT电路结构的功率放大器包括功率管电路以及偏置电路，所述功率管电路包括第一电容和第一HBT；

所述第一电容的第一端与所述第一HBT的基极连接；

所述第一电容的第二端与所述第一HBT的发射极连接。

在一实施例中，如图7所示，所述电子设备还包括第二电容；

所述第二电容的第一端与所述功率管电路的输入端连接；

所述第二电容的第二端与所述偏置电路连接。

本发明实施例还提供了一种移动终端，所述移动终端包括上述任一基于HBT电路结构的功率放大器。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种基于HBT电路结构的功率放大器，其特征在于，包括功率管电路以及偏置电路，所述功率管电路包括第一电容和第一异质结双极晶体管HBT；

所述第一电容的第一端与所述第一HBT的基极连接；

所述第一电容的第二端与所述第一HBT的发射极连接。

2.根据权利要求1所述的基于HBT电路结构的功率放大器，其特征在于，所述基于HBT电路结构的功率放大器还包括第二电容；

所述第二电容的第一端与所述功率管电路的输入端连接；

所述第二电容的第二端与所述偏置电路连接。

3.根据权利要求2所述的基于HBT电路结构的功率放大器，其特征在于，所述偏置电路包括第一电阻、第二HBT和第三电容；

所述第一电阻的第一端与所述第二HBT的发射极连接；

所述第一电阻的第二端与所述第一HBT的基极连接。

4.根据权利要求3所述的基于HBT电路结构的功率放大器，其特征在于，所述第二电容的第二端与所述第二HBT的基极连接。

5.根据权利要求1所述的基于HBT电路结构的功率放大器，其特征在于，所述第一电容为无源电容，且所述第一电容的品质因数大于第一设定值。

6.根据权利要求2所述的基于HBT电路结构的功率放大器，其特征在于，所述第二电容为无源电容，且所述第二电容的品质因数大于第二设定值。

7.根据权利要求3所述的基于HBT电路结构的功率放大器，其特征在于，所述第一电阻包括膜式电阻和线绕电阻。

8.一种电子设备，所述电子设备包括基于HBT电路结构的功率放大器，所述基于HBT电路结构的功率放大器包括功率管电路以及偏置电路，其特征在于，所述功率管电路包括第一电容和第一HBT；

所述第一电容的第一端与所述第一HBT的基极连接；

所述第一电容的第二端与所述第一HBT的发射极连接。

9.根据权利要求8所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备还包括第二电容；

所述第二电容的第一端与所述功率管电路的输入端连接；

所述第二电容的第二端与所述偏置电路连接。

10.如权利要求8或9所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备为移动终端。