CN111371416A - 一种可切换输出阻抗的偏置网络、控制方法及功率放大器系统 - Google Patents

一种可切换输出阻抗的偏置网络、控制方法及功率放大器系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可切换输出阻抗的偏置网络、控制方法及功率放大器系统，该偏置网络包括偏置电路，用于产生功率放大器的偏置信号；以及可变阻抗网络，所述可变阻抗网络的第一端耦合至所述偏置电路，所述可变阻抗网络的第二端用于耦合功率放大器，所述可变阻抗网络根据所述功率放大器的频率调整所述可变阻抗网络的输出阻抗。本发明技术方案通过可变阻抗网络根据功率放大器的频率调整可变阻抗网络的输出阻抗，实现了偏置网络输出阻抗可调，保证了在不同频段具有最佳的输出阻抗，减少了输出阻抗对放大器内的晶体管的相位特性影响，保证了放大器内的晶体管在一个较宽的频带内满足线性度要求形成适当的工作状态对信号进行放大。

Description

一种可切换输出阻抗的偏置网络、控制方法及功率放大器 系统
技术领域
本发明涉及电子领域，尤其是涉及一种可切换输出阻抗的偏置网络、控制方法及功率放大器系统。
背景技术
功率放大器通常由电流源提供偏置电流，偏置电流进入功率放大器后，由于功率放大器内部有不同的偏置电路架构，进入功率放大器的偏置电流经不同的偏置电路架构处理后以使电流信号有适合的输出阻抗，再连接到功率放大器中的放大三极管的基极。
电流源信号的输出阻抗会影响功率放大器的相位特性，而功率放大器的相位特性决定了芯片能否线性的放大输入信号。此外，这种输出阻抗对相位特性的影响是随频率变化的，这导致功率放大器无法在一个较宽的频带内满足线性度要求形成适当的工作状态对信号进行放大。
发明内容
为了解决现有技术中所存在的问题，本发明在此的目的在于提供一种能够改变输出阻抗，实现不同频段具有最佳的输出阻抗，减少输出阻抗对功率放大器的相位特性影响的可切换输出阻抗的偏置网络。
为实现本发明的目的，在此提供的一种可切换输出阻抗的偏置网络包括：
偏置电路，用于产生功率放大器的偏置信号；
可变阻抗网络，所述可变阻抗网络的第一端耦合至所述偏置电路，所述可变阻抗网络的第二端用于耦合功率放大器，所述可变阻抗网络根据所述功率放大器的频率调整所述可变阻抗网络的输出阻抗。
进一步的，所述可变阻抗网络采用电阻元件构建所述可变阻抗网络的输出阻抗。
进一步的，所述可变阻抗网络的输出阻抗和所述频率呈负相关。
进一步不的，可变阻抗网络包括第一阻抗电路和至少一个第二阻抗电路；
所述第一阻抗电路包括第一阻抗元件，所述第二阻抗电路包括第二组抗元件和控制开关；
通过控制所述控制开关的开启或关闭，以使所述第二阻抗元件接入所述可变阻抗网络或者从所述可变阻抗网络中断开；或者，通过控制所述控制开关的开启或关闭，以使所述第二阻抗元件从所述可变阻抗网络中断开或者接入所述可变阻抗网络。
本发明在此的第二个目的在于提供一种可切换输出阻抗的偏置网络的控制方法，所述偏置网络包括可变阻抗网络，所述控制方法根据功率放大器的频率调整所述偏置网络中可变阻抗网络的输出阻抗。
本发明在此的第三个目的在于提供一种功率放大器系统，包括功率放大器和如本发明所提供的任何一种可切换输出阻抗的偏置网络，所述可变阻抗网络的第二端耦合至所述功率放大器。
本发明的有益效果是：通过可变阻抗网络根据功率放大器的频率调整可变阻抗网络的输出阻抗，实现了偏置网络输出阻抗可调，保证了在不同频段具有最佳的输出阻抗，减少了输出阻抗对放大器内的晶体管的相位特性影响，保证了放大器内的晶体管在一个较宽的频带内满足线性度要求形成适当的工作状态对信号进行放大。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。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。在附图中：
图1为本发明提供的偏置网络的原理框图；
图2为本发明提供的可变阻抗网的电路原理图之一；
图3为本发明提供的可变阻抗网的电路原理图之二；
图4为本发明提供的偏置网络的电路原理图之一；
图5为本发明提供的偏置网络的电路原理图之二；
图6为本发明提供的偏置网络的电路原理图之三；
图7为本发明提供的偏置网络的电路原理图之四；
图8为本发明提供的功率放大器系统的电路原理图之一；
图9为本发明提供的功率放大器系统的电路原理图之二；
附图中：1-第一阻抗电路，2-第二阻抗电路，3-控制开关，4-三极管，5- 电压产生电路，6-功率放大器，7-偏置网络。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本发明将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。
对理想的放大器而言，相位特性是一个不随频率变化的常数。在实际电路中，因为寄生参数的存在，这种理想的相位特性是不存在的，三极管基极和发射极之间的寄生电容Cbc是影响相位特性的主要因素。它可以通过公式(1+A)*Cbc等效为一个在输入端的电容。A是三极管的放大系数。可以看到有两个变量影响相位特性：寄生电容Cbc，放大系数A。这种等效公式叫做密勒效应(Miller effect)，寄生电容Cbc是随频率变化的，而在三极管负载阻抗一定的情况下，放大系数A 主要是由电流源信号的输出阻抗和输出电流决定的，是不随频率变化的。本申请的发明思路，是通过输出阻抗的变化，来抵偿寄生电容Cbc随频率的变化，以优化放大器的相位特性。也即是说，是通过输出阻抗的变化，使得放大器的相位特性在要求的频率范围内，尽量接近一个常数。
本领域技术人员应该理解，放大器(三极管或者场效应管)电路通常由两部分构成：偏置电路，射频电路。偏置电路设置晶体管的工作点，也就是把三极管设置成想要的工作状态。射频电路(包括三极管，及附带的电路)是把射频信号进行放大、滤波等处理。
本发明的可切换输出阻抗的偏置网络涉及的是放大器的偏置电路。
参照图1所示，本发明提供的可切换输出阻抗的偏置网络包括：
偏置电路，用于产生功率放大器的偏置信号；
可变阻抗网络，可变阻抗网络的第一端耦合至偏置电路，可变阻抗网络的第二端用于耦合功率放大器，可变阻抗网络根据功率放大器的频率调整可变阻抗网络的输出阻抗。可变阻抗网络为包括阻抗元件的电路网络，其输出阻抗可以调整。
可选地，偏置网络中的可变阻抗网络采用电阻元件构建可变阻抗网络的输出阻抗，具体包括第一阻抗电路1和至少一个第二阻抗电路2；第一阻抗电路1包括第一阻抗元件，第二阻抗电路2包括第二阻抗元件和控制开关3；通过控制控制开关3的开启或关闭，以使第二阻抗元件接入可变阻抗网络或者从可变阻抗网络中断开；或者，通过控制控制开关3的开启或关闭，以使第二阻抗元件从可变阻抗网络中断开或者接入可变阻抗网络。
参照图2所示，第一阻抗电路1中的第一阻抗元件包括电阻R1，第二阻抗电路2中的第二阻抗元件包括电阻R2，电阻R1和电阻R2并联连接，控制开关3 串联于电阻R1和电阻R2之间。
当控制开关3打开时，本发明提供的偏置网络的输出阻抗R满足关系；当控制开关3闭合时，本发明提供的偏置网络的输出阻抗R满足关系。
可知，控制开关3打开时的偏置网络的输出阻抗大于控制开关3闭合时的偏置网络的输出阻抗；通过控制开关3的打开、关闭改变了电阻R2的切入/断开，故改变了偏置网络的输出阻抗。
偏置电路产生的用于提供给功率放大器的偏置信号经可变阻抗网络后加载于功率放大器内的三极管，使功率放大器内的三极管形成适当的工作状态。
图3所示，第一阻抗电路1中的第一阻抗元件包括电阻R3，第二阻抗电路2 中的第二阻抗元件包括电阻R4，电阻R3和电阻R4串联连接，控制开关3并联于电阻R4两端。
当控制开关3打开时，本发明提供的偏置网络的输出阻抗R满足关系；当控制开关3闭合时，本发明提供的偏置网络的输出阻抗R满足关系。
可知，控制开关3打开时的偏置网络的输出阻抗大于控制开关3闭合时的偏置网络的输出阻抗；通过控制开关3的打开、关闭改变了电阻R4的切入，故改变了偏置网络的输出阻抗。
偏置电路产生的用于提供给功率放大器的偏置信号经可变阻抗网络后加载于功率放大器内的三极管，使功率放大器内的三极管形成适当的工作状态。
可选地，可切换输出阻抗的偏置网络根据功率放大器的频率调整可变阻抗网络的输出阻抗，可变阻抗网络的输出阻抗和功率放大器的频率呈负相关，如功率放大器的某一个频段内，频率低的时候，需要高输出阻抗；频率高的时候，需要低输出阻抗。
可选地，可切换输出阻抗的偏置网络还包括三极管4，如图4、图5所示。偏置电路产生的用于提供给功率放大器的偏置信号经三极管4后加载于可变阻抗网络，经可变阻抗网络后加载于功率放大器内的三极管，使功率放大器内的三极管形成适当的工作状态。该三极管4构成共集极三极管电路。
可选地，可切换输出阻抗的偏置网络还包括电压产生电路5，如图6、图7 所示。偏置电路产生的用于提供给功率放大器的偏置信号经电压产生电路5分流后加载于三极管4的基极，当三极管4导通后，偏置电路产生的用于提供给功率放大器的偏置信号经三极管4加载于可变阻抗网络，经可变阻抗网络后加载于功率放大器内的三极管，使功率放大器内的三极管形成适当的工作状态。
该电压产生电路5可以采用任何一种电压生成电路，在此采用的电压生成电路包括二极管D1和二极管D2，二极管D1的阳极接三极管4的基极，阴极接二极管D2的阳极，二极管D2的阴极接地。提供给功率放大器内的三极管所需的偏置电流经串联的二极管D1和二极管D2转换成电压后提供至三极管4的基极，保证了三极管4基极的电压稳定性。当然，也可将二极管替换成电阻，或其它元器件。
本申请用于产生功率放大器的偏置信号的偏置电路可以采用任何一种，本申请采用的是电流源，电流源的输出阻抗通常是实部，因为实部阻抗的阻值不随频率变化，所以输出电流会稳定。
本申请提供的偏置网络可以配合任何一种功能电路使用，在此以构成功率放大器系统为例进行说明，参照图8-9所示，该功率放大器系统包括功率放大器6 和偏置网络7，偏置网络7为本文记载的可切换输出阻抗的偏置网络。如图8-9 所示，偏置网络7中的可变阻抗网络的第二端耦合至功率放大器6。
本实施例中功率放大器6为三极管，三极管的集电极加载电源，基极加载经偏置网络7处理后的电信号，发射极接地；集电极还作为输出端。
利用本发明提供的偏置网络构成的功率放大器系统，实现了不同的频段，通过控制开关3的打开、断开达到最佳的输出阻抗，以减小输出阻抗对相位特性的影响，使得放大器可以在一个较宽的频带内满足线性度的要求。
控制本文所记载的控制开关3打开、关闭的控制信号可以由外部控制电路提供，如将本发明提供的偏置网络应用于手机信号处理系统中，控制开关3的控制信号可以由手机内部的控制芯片提供；或者由电流源提供。
本申请在应用时，功率放大器的某一个频段内，频率低的时候，需要高输出阻抗；频率高的时候，需要低输出阻抗。本文中控制开关3的导通、截止根据偏置网络需要输出阻抗情况决定，如在偏置网络需要高输出阻抗的时候打开，在偏置网络需要低输出阻抗的时候闭合；反之亦可。
本文中，本领域中通常1.0GHz以下是低频；频率在1.0GHz以上、2.025GHz (也就是Band34)以下是中频。
控制开关3可以采用任何一种可控开关，如三极管。
需要说明的是本申请和阻抗匹配网路中通过开关切换的器件的发明思路和作用是不同的，本领域技术人员应该理解本申请的偏置网络输出阻抗是实部阻抗，也就是电阻。本申请是通过控制开关3使第二阻抗元件接入可变阻抗网络或者从可变阻抗网络中断开；或者，通过控制控制开关3的开启或关闭，以使第二阻抗元件从可变阻抗网络中断开或者接入可变阻抗网络，实现了不同的输出电阻，以优化不同工作条件下的电路性能。而阻抗匹配网路通常用虚部阻抗(即电容、电感)来实现阻抗匹配、滤波等功能。通过开关切换数个电容、电感，以提高电路在关闭状态下的某种性能，如传输系数、隔离度，等等。本申请为实部器件(电阻)，阻抗匹配网路是虚部器件(电容，或是电感)。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种可切换输出阻抗的偏置网络，其特征在于，包括：
偏置电路，用于产生功率放大器的偏置信号；
可变阻抗网络，所述可变阻抗网络的第一端耦合至所述偏置电路，所述可变阻抗网络的第二端用于耦合功率放大器，所述可变阻抗网络根据所述功率放大器的频率调整所述可变阻抗网络的输出阻抗。
2.根据权利要求1所述的可切换输出阻抗的偏置网络，其特征在于，所述可变阻抗网络采用电阻元件构建所述可变阻抗网络的输出阻抗。
3.根据权利要求1或2所述的可切换输出阻抗的偏置网络，其特征在于，所述可变阻抗网络的输出阻抗和所述频率呈负相关。
4.根据权利要求1或2所述的可切换输出阻抗的偏置网络，其特征在于，可变阻抗网络包括第一阻抗电路和至少一个第二阻抗电路；
所述第一阻抗电路包括第一阻抗元件，所述第二阻抗电路包括第二组抗元件和控制开关；
通过控制所述控制开关的开启或关闭，以使所述第二阻抗元件接入所述可变阻抗网络或者从所述可变阻抗网络中断开；或者，通过控制所述控制开关的开启或关闭，以使所述第二阻抗元件从所述可变阻抗网络中断开或者接入所述可变阻抗网络。
5.根据权利要求4所述的可切换输出阻抗的偏置网络，其特征在于，所述第一阻抗元件为电阻R1，所述第二阻抗元件为电阻R2，所述电阻R1和电阻R2并联连接；所述控制开关串联于电阻R1和电阻R2之间。
6.根据权利要求4所述的可切换输出阻抗的偏置网络，其特征在于，所述第一阻抗元件为电阻R3，所述第二阻抗元件为电阻R4，电阻R3和电阻R4串联连接；所述控制开关并联于电阻R4两端。
7.一种可切换输出阻抗的偏置网络的控制方法，其特征在于，所述偏置网络包括可变阻抗网络，所述控制方法包括：
根据功率放大器的频率调整所述偏置网络中可变阻抗网络的输出阻抗。
8.根据权利要求7所述的可切换输出阻抗的偏置网络的控制方法，其特征在于，所述可变阻抗网络的输出阻抗和所述频率呈负相关。
9.根据权利要求7或8所述的可切换输出阻抗的偏置网络的控制方法，其特征在于，所述可变阻抗网络包括第一阻抗电路和至少一个第二阻抗电路；
所述第一阻抗电路包括第一阻抗元件，所述第二阻抗电路包括第二组抗元件和控制开关；
所述根据功率放大器的输入信号的频率调整所述偏置网络中可变阻抗网络的输出阻抗，包括：
控制所述控制开关开启或关闭，以使所述第二阻抗元件接入所述可变阻抗网络或者从所述可变阻抗网络中断开；或者，控制所述控制开关开启或关闭，以使所述第二阻抗元件从所述可变阻抗网络中断开或者接入所述可变阻抗网络。
10.一种功率放大器系统，其特征在于，包括功率放大器和如权利要求1-6任一项所述的可切换输出阻抗的偏置网络，所述可变阻抗网络的第二端耦合至所述功率放大器。
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CB02 Change of applicant information

Address after: 518000 room 2001, building 3, Shenzhen new generation industrial park, 136 Zhongkang Road, Meidu community, Meilin street, Futian District, Shenzhen City, Guangdong Province

Applicant after: Ruishi Chuangxin (Shenzhen) Technology Co.,Ltd.

Address before: 518000 508, building 541, Bagualing Industrial Zone, 23 Bagualing 6th Street, Hualin community, Yuanling street, Futian District, Shenzhen City, Guangdong Province

Applicant before: AN ADVANCED RF POWER AMPLIFIER AND COMMUNICATION DEVICE

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GR01 Patent grant
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