CN111404501B - 热跟踪补偿功率放大器的偏置电路 - Google Patents

Abstract

本申请热跟踪补偿功率放大器的偏置电路、无线通信设备，该偏置电路包括发射极跟随器，所述发射极跟随器的基极连接至偏置电流，集电极连接至电压源，发射极连接至功率晶体管阵列中的多个功率晶体管的每个的基极；第一、第二和第三二极管，所述第一二极管的一端连接所述偏置电流，所述第一二极管的另一端连接所述第二和第三二极管，所述第二和第三二极管的另一端连接到地端，其中，所述第二二极管设置于所述功率晶体管阵列外，所述第三二极管设置于所述功率晶体管内，所述第二二极管与所述第三二极管的面积比为1:9‑9:1。

Description

热跟踪补偿功率放大器的偏置电路

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，且特别涉及一种热跟踪补偿功率放大器的偏置电路。

背景技术

射频功率放大器广泛应用在手机、路由器等无线通信设备中，随着信号强度要求越来越高，需要的功率越来越大。在效率没有得到明显提升以及散热没有特殊方法的情况下，射频功率放大器的发热越来越影响到产品的性能。尤其在时分应用情况下，在一段信号帧中，开始时温度较低，随着功率晶体管的继续工作，发热越来越多，温度越来越高，而晶体管的开启电压Vth(threshold voltage)以及电流放大倍数β对温度尤为敏感，导致输出功率的增益等指标产生变化，影响信号传输质量以及误码率。

现有关于散热以及热补偿技术主要是物理方法提高散热速度，增加接地面积，或者增加其他散热金属片。该方法随着功率越来越大，发热越来越明显，起到的作用越来越弱。

发明内容

本发明的目的在于提供一种热跟踪补偿功率放大器的偏置电路，解决现有技术中射频功率放大器的散热问题。

本申请提供一种热跟踪补偿功率放大器的偏置电路，包括：

发射极跟随器，所述发射极跟随器的基极连接至偏置电流，集电极连接至电压源，发射极连接至功率晶体管阵列中的多个功率晶体管的每个的基极；

第一、第二和第三二极管，所述第一二极管的一端连接所述偏置电流，所述第一二极管的另一端连接所述第二和第三二极管，所述第二和第三二极管的另一端连接到地端，其中，所述第二二极管设置于所述功率晶体管阵列外，所述第三二极管设置于所述功率晶体管内，所述第二二极管与所述第三二极管的面积比为1:9-9:1。

在一优选例中，所述发射极跟随器的发射极与所述多个功率晶体管的基极之间通过电阻器连接。

在一优选例中，所述第二二极管与所述第三二极管的面积比为1:1。

在一优选例中，所述多个功率晶体管的每个的集电极通过电阻器连接电压源，所述多个功率晶体管的每个的发射极连接至地端。

在一优选例中，所述功率晶体管采用异质结双极型晶体管。

本申请中还提供一种无线通信设备，包括射频功率放大器，所述无线通信设备采用前文所述的跟踪补偿功率放大器的偏置电路为所述射频功率放大器提供偏置电压

相对于现有技术，本申请的方法具有以下有益效果：

本申请中可以灵活的跟踪功率晶体管的热，来反向补偿功率晶体管。

本申请的说明书中记载了大量的技术特征，分布在各个技术方案中，如果要罗列出本申请所有可能的技术特征的组合(即技术方案)的话，会使得说明书过于冗长。为了避免这个问题，本申请上述发明内容中公开的各个技术特征、在下文各个实施方式和例子中公开的各技术特征、以及附图中公开的各个技术特征，都可以自由地互相组合，从而构成各种新的技术方案(这些技术方案均应该视为在本说明书中已经记载)，除非这种技术特征的组合在技术上是不可行的。例如，在一个例子中公开了特征A+B+C，在另一个例子中公开了特征A+B+D+E，而特征C和D是起到相同作用的等同技术手段，技术上只要择一使用即可，不可能同时采用，特征E技术上可以与特征C相组合，则，A+B+C+D的方案因技术不可行而应当不被视为已经记载，而A+B+C+E的方案应当视为已经被记载。

附图说明

图1是现有技术中偏置电路的示意图。

图2是本申请另一实施例中偏置电路的示意图。

图3是本申请另一实施例中改进的偏置电路的示意图。

图4是本申请与现有技术的增益对比结果。

具体实施方式

在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各项权利要求所要求保护的技术方案。

本申请的部分创新点概括如下：

参考图1所示，现有技术的偏置电路中包括二极管D1和D2。本申请的散热以及热补偿技术是在偏置电路中，把二极管D2放置于功率晶体管阵列10中，参考图2所示，功率晶体管T2发热时，影响二极管D2的开启电压，从而影响功率晶体管T2的静态电流，起到一定的补偿作用。然而本申请的发明人发现这种热跟踪补偿方法精度较低，补偿效果偏差较大。

为了进一步改善发热问题，发明人在偏置电路中设置第一、第二和第三二极管，其中第一二极管的一端连接偏置电流，第一二极管的另一端连接第二和第三二极管，第二和第三二极管的另一端连接到地端，第二二极管设置于功率晶体管阵列外，第三二极管设置于功率晶体管内，放置于晶体管阵列中的二极管温度会随着功率晶体管的功率增加而上升，其开启电压会降低，从而流过该二极管的电流会变大，以至于流向功率晶体管的电流会减小，减缓功率晶体管的发热。

进一步的，第二二极管与第三二极管的面积比为1:9-9:1。可以根据功率晶体管的功率大小以及效率情况来设置的，功率晶体管功率较大时，适当降低减小面积比，不至于过度补偿，带来性能的下降。

应当理解，HBT的开启电压Vth以及电流放大倍数β会受到温度的影响，温度越高，Vth越小，导致基极电流越大，从而导致集电极电流越大。同样温度越高，β越小，同样的基极电流时，集电极电流会越小。基于温度对Vth和β两个相反的作用，实际工作时温度对Vth和β的主导作用跟静态工作点以及其他因素都相关，从源头上来补偿Vth或者β受到温度的影响，比较复杂，会带来成本的压力以及技术难度。

本实施例中，功率晶体管的相同功率点，效率相似的情况下，功率晶体管的集电极电流会直接影响温度，电流越大，HBT消耗功率越高，结温越高。在结温越高时，减小集电极电流是一个补偿方向。而减小集电极电流，最有效的方法就是减小基极电流，即减小偏置电路提供给功率晶体管的电流，直接从电流角度考虑，跨过Vth的因素，同时β减小，所以本实施例中的方法有效降低温度对Vth和β的作用。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

本申请提供一种热跟踪补偿功率放大器的偏置电路，图3示出了本申请一实施例中偏置电路的示意图，该偏置电路包括：

发射极跟随器(Emitter Follow)T1，所述发射极跟随器T1的基极连接至偏置电流，集电极连接至电压源，发射极连接至功率晶体管阵列(power array)10中的多个功率晶体管T2的每个的基极。

在一优选例中，所述发射极跟随器T1的发射极与所述多个功率晶体管T2的基极之间通过电阻器R1连接。在一优选例中，所述多个功率晶体管T2的每个的集电极通过电阻器R2连接电压源，所述多个功率晶体管T2的每个的发射极连接至地端。

在一优选例中，所述功率晶体管T2采用异质结双极型晶体管(Heterojunctionbipolar transistor)。在一优选例中，所述功率晶体管阵列10包括4～100个功率晶体管T2，例如，4个、8个、10个、20个、30个、40个等等。

第一二极管(diode)D1、第二二极管D2和第三二极管D3，所述第一二极管D1的一端连接所述偏置电流ibias，所述第一二极管D1的另一端连接所述第二二极管D2和第三二极管D3，所述第二二极管D2和第三二极管D3的另一端连接到地端，其中，所述第二二极管D2设置于所述功率晶体管阵列10外，所述第三二极管设置于所述功率晶体管10内，所述第二二极管D2与所述第三二极管D3的面积比为1:10-10:1。

在一优选例中，所述第二二极管D2与所述第三二极管D3的面积比为1:9-9:1，例如，1:2、1:4、1:6、6:1、4:1、2:1等，可以根据实际情况进行选择。在一优选例中，所述第二二极管D2与所述第三二极管D3的面积比为1:1。本实施例中，可以根据功率晶体管的功率大小以及效率情况来设置的，功率晶体管功率较大时，适当降低减小面积比，不至于过度补偿，带来性能的下降。

实际工作过程中，功率晶体管发热而温度增加时，只影响第三二极管D3的开启电压Vth，导致开启电压Vth减小，第三二极管D3分流更多，从而发射极跟随器T1的电流更小，以至于功率晶体管基极电流减小，降低功率晶体管发热，达到热跟踪补偿的效果。

图4示出了本实施例与现有技术的效果对比。其中三条线分别对应图1、图2与本实施例中增益的变化关系。其中，以所述第二二极管D2与所述第三二极管D3的面积比为1:1为例。从图4中可见，图1的电路中随着时间增加，功率晶体管发热越多，增益随着功率曲线向下降，增益越低。同时，图2的电路中随着时间增加，增益随着功率曲线向上升，增益越高。本实施例的电路中随着时间，增益基本一致。时分系统中，信号开始和信号结束时管子的发热会累积，温度越来越高，增益的稳定对时分系统的功率放大器的EVM(误差向量幅度)非常重要，增益越稳定，EVM指标越好，信号传输的误码率越低，信号质量越稳定。

本申请中的另一实施方式还提供一种无线通信设备，包括射频功率放大器，所述无线通信设备采用前文所述的跟踪补偿功率放大器的偏置电路为所述射频功率放大器提供偏置电压.本申请实施例所涉及的无线通信设备可以包括电子设备或网络设备，电子设备可以各种具有无线通信功能的手持设备、车载设备、可穿戴设备、计算设备或链接到无线调制解调器的其他处理设备，以及各种形式的用户设备、移动终端、终端设备等等。

需要说明的是，在本专利的申请文件中，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。本专利的申请文件中，如果提到根据某要素执行某行为，则是指至少根据该要素执行该行为的意思，其中包括了两种情况：仅根据该要素执行该行为、和根据该要素和其它要素执行该行为。多个、多次、多种等表达包括2个、2次、2种以及2个以上、2次以上、2种以上。

在本说明书提及的所有文献都被认为是整体性地包括在本申请的公开内容中，以便在必要时可以作为修改的依据。此外应理解，以上所述仅为本说明书的较佳实施例而已，并非用于限定本说明书的保护范围。凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书一个或多个实施例的保护范围之内。

在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

Claims (6)

1.一种热跟踪补偿功率放大器的偏置电路，其特征在于，包括：

发射极跟随器，所述发射极跟随器的基极连接至偏置电流，集电极连接至电压源，发射极连接至功率晶体管阵列中的多个功率晶体管的每个的基极；

第一、第二和第三二极管，所述第一二极管的一端连接所述偏置电流，所述第一二极管的另一端连接所述第二和第三二极管，所述第二和第三二极管的另一端连接到地端，其中，所述第二二极管设置于所述功率晶体管阵列外，所述第三二极管设置于所述功率晶体管内，所述第二二极管与所述第三二极管的面积比为1:9-9:1。

2.如权利要求1所述的热跟踪补偿功率放大器的偏置电路，其特征在于，所述发射极跟随器的发射极与所述多个功率晶体管的基极之间通过电阻器连接。

3.如权利要求1所述的热跟踪补偿功率放大器的偏置电路，其特征在于，所述第二二极管与所述第三二极管的面积比为1:1。

4.如权利要求1所述的热跟踪补偿功率放大器的偏置电路，其特征在于，所述多个功率晶体管的每个的集电极通过电阻器连接电压源，所述多个功率晶体管的每个的发射极连接至地端。

5.如权利要求1所述的热跟踪补偿功率放大器的偏置电路，其特征在于，所述功率晶体管采用异质结双极型晶体管。

6.一种无线通信设备，其特征在于，包括射频功率放大器，所述无线通信设备采用如权利要求1～5中任意一项所述的跟踪补偿功率放大器的偏置电路为所述射频功率放大器提供偏置电压。