CN111478670A - 一种应用于功率放大器的功率控制电路及控制方法 - Google Patents

一种应用于功率放大器的功率控制电路及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种应用于功率放大器的功率控制电路及控制方法，该控制电路包括镜像电流源电路，用于对需控制的功率放大器的输出电流I1进行复制或者倍乘后生成镜像电流；以及偏置电流发生器，所述偏置电流发生器产生偏置电流耦合至所述需控制的功率放大器的输入端，其中，所述偏置电流为控制电流和所述镜像电流的误差电流。本发明提供的控制电路利用镜像电流源形成的镜像电流控制需控制的功率放大器的输出电流，以达到控制输出功率的目的；以间接控制输出功率方式避免了使用昂贵的片外精准电阻，节省了成本。

Description

一种应用于功率放大器的功率控制电路及控制方法
技术领域
本发明涉及一种应用于功率放大器的功率控制电路及控制方法。
背景技术
功率放大器是能把输入讯号的电压或功率放大的装置，由电子管或晶体管、电源变压器和其他电器元件组成；被广泛用于通讯、广播、雷达、电视、自动控制等各种装置中。
功率放大器的输出功率需要控制在特定的范围内。以手机蜂窝数据射频前端为例，其功率放大器系统目前需要输出高达33dBm的功率。电池需要为功率放大器提供安培量级的电流，如果功率放大器的输出功率控制不当，很容易带来严重的散热问题。因此，研发一种能够对功率放大器输出功率进行控制使其在特定范围内具有重要意义。
发明内容
本发明在此的目的在于提供一种能够有效控制功率放大器的输出功率的应用于功率放大器的功率控制电路。
为实现本发明的目的，在此提供的应用于功率放大器的功率控制电路包括镜像电流源电路，用于对需控制的功率放大器的输出电流I1进行复制或者倍乘后生成镜像电流；以及偏置电流发生器，所述偏置电流发生器产生偏置电流耦合至所述需控制的功率放大器的输入端，其中，所述偏置电流为控制电流和所述镜像电流的误差电流。
优选地，所述镜像电流源电路包括第一电流镜像管M1，所述第一电流镜像管M1的输出电流I2为镜像电流，所述镜像电流与所述需控制的功率放大器的输出电流I1呈正相关。
优选地，所述镜像电流源电路包括第一电流镜像管M1、第二电流镜像管M2和第三电流镜像管M3，所述第一电流镜像管M1的输出电流I2为所述需控制的功率放大器的输出电流I1的镜像电流，所述输出电流I2加载于所述第二电流镜像管M2的输出端并经所述第三电流镜像管M3进行复制或者倍乘后输出输出电流I3，所述输出电流I3为所述输出电流I2的镜像电流。
优选地，所述镜像电流源电路还包括运算放大器M4，所述第一电流镜像管M1的输出电流I2加载于所述运算放大器M4的同相输入端，所述运算放大器M4的输出分别加载于所述第二电流镜像管M2和所述第三电流镜像管M3的输入端。
优选地，所述镜像电流源电路还包括低通滤波器，所述第一电流镜像管M1的输出电流I2经所述低通滤波器分别加载于所述第二电流镜像管M2的输出端和所述运算放大器M4的同相输入端。
优选地，所述镜像电流源电路还包括低通滤波器，所述第一电流镜像管M1的输出电流I2经所述低通滤波器加载于第二电流镜像管M2的输出端。
优选地，所述镜像电流源电路生成的镜像电流为所述需控制的功率放大器的输出电流I1的1/N倍。
本发明还提供一种应用于功率放大器的功率控制方法，该方法通过镜像电流源电路对需控制的功率放大器的输出电流I1进行复制或者倍乘后形成镜像电流，偏置电流发生器接收控制电压和所述镜像电流的输入，生产与所述控制电压呈正关系的偏置电流耦合至所述需控制的功率放大器的输入端用于改变所述需控制的功率放大器的输出电流I1大小。
本发明的有益效果：本发明提供的控制电路利用镜像电流源形成的镜像电流控制需控制的功率放大器的输出电流，以达到控制输出功率的目的；以间接控制输出功率方式避免了使用昂贵的片外精准电阻，节省了成本。
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为本发明提供的控制电路的电路图之一；
图2为本发明提供的控制电路的电路图之二；
附图中：1-镜像电流源电路，2-偏置电流发生器。
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。
为了实现对功率放大器的输出功率的控制，本文在此提供的应用于功率放大器的功率控制电路的电路原理参照图1、图2所示，包括了镜像电流源电路1，用于对需控制的功率放大器PA的输出电流I1进行复制或者倍乘后生成镜像电流；以及偏置电流发生器2，偏置电流发生器2产生偏置电流I5耦合至需控制的功率放大器PA的输入端，其中，偏置电流I5为控制电流I4和镜像电流I3的误差电流。其中，控制电流I4是外部控制电压输入压控电流源，压控电流源根据输入的控制电压产生与该控制电压成指数关系的电流。
该控制电路的工作原理是：当需控制的功率放大器PA的输出电流I1正常时，镜像电流正常，此时通过改变控制电流I4的大小即可实现对需控制的功率放大器PA的输出功率进行控制。当控制电流I4大小一定时，需控制的功率放大器PA的输出电流I1发生变大，镜像电流随之变大，此时偏置电流发生器2产生的偏置电流I5变小，降低了需控制的功率放大器PA的输出电流I1，达到输出功率控制目的的同时避免了因需控制的功率放大器PA输出电流I1过大而烧毁需控制的功率放大器PA。
本文中，镜像电流源电路1可以采用任何一种能够实现对需控制的功率放大器PA的输出电流I1进行复制或者倍乘后生成镜像电流的电路，在此提供以下两种镜像电流源电路。
第一种，如图1所示，包括第一电流镜像管M1，第一电流镜像管M1的输出电流I2为镜像电流，镜像电流与需控制的功率放大器的输出电流I1呈正相关。
第二种，如图2所示，包括第一电流镜像管M1、第二电流镜像管M2和第三电流镜像管M3，第一电流镜像管M1的输出电流I2为需控制的功率放大器的输出电流I1的镜像电流，输出电流I2加载于第二电流镜像管M2的输出端并经第三电流镜像管M3进行复制或者倍乘后输出输出电流I3。其中，第三电流镜像管M3为第二电流镜像管M2的镜像镜像管,输出电流I3为输出电流I2的镜像电流。
本文中第一电流镜像管M1采用晶体管，第二电流镜像管M2和第三电流镜像管M3采用场效应管。采用场效应管时为保持第二电流镜像管M2的源漏电压稳定并模拟需控制的功率放大器PA中主放大晶体管的负载压降，在以上第二种结构的基础上还包括运算放大器M4，利用运算放大器M4保持第二电流镜像管M2的源漏电压稳定并模拟需控制的功率放大器PA中主放大晶体管的负载压降。如图2所示，第一电流镜像管M1的输出电流I2加载于运算放大器M4的同相输入端，运算放大器M4的输出分别加载于第二电流镜像管M2和第三电流镜像管M3的输入端。
在此，第一电流镜像管M1的输出电流I2经低通滤波器LPF加载于第二电流镜像管M2的输出端，或者分别加载于第二电流镜像管M2的输出端和运算放大器M4的同相输入端。
本文提供的应用于功率放大器的功率控制电路主要通过控制需控制的功率放大器PA中主放大晶体管的输出功率从而达到控制输出功率的目的，其中，需控制的功率放大器PA中的主放大晶体管指功率放大器中电流最大和功率最大的一级晶体管。
参照图2，图中晶体管T1为需控制的功率放大器PA的主放大晶体管，其输出电流I1，第一电流镜像管M1为晶体管T1的镜像管，其输出电流I2为输出电流I1的镜像电流，两者呈正关系。输出电流I2经第二电流镜像管M2和第三电流镜像管M3后输出输出电流I3，输出电流I3为输出电流I2的镜像电流。输出电流I3作为负反馈输入偏置电流发生器2，偏置电流发生器2接收与外部控制电压呈指数关系的控制电流I4。偏置电流发生器2根据接收的控制电流I4和输出电流I3生成偏置电流I5，该偏置电流I5与外部控制电压呈正关系，提供给晶体管T1的基极和第一电流镜像管M1的基极，达到控制功率的目的。
整个控制电路为负反馈环路，晶体管T1的基极电流主要由外部控制电压控制，当晶体管T1的输出电流I1发生异常变大的时候，输出电流I3会随着晶体管T1的输出电流I1变大而变大，再与控制电流相减，减小晶体管T1的基极偏置电流，达到减小晶体管T1输出电流I1的目的，既实现了输出功率由电路自身控制的目的，又防止了晶体管T1被烧坏。
本文中，晶体管T1和第一电流镜像管M1采用相同的尺寸，但晶体管T1的管子数目是第一电流镜像管M1的N倍，N为大于1的自然数，以保证晶体管T1的输出电流是第一电流镜像管M1输出电流的N倍。
本文提供的控制电路中的镜像电流源电路1和偏置电流发生器2可以分布独立布设；也可以集成在一块CMOS或者SOI芯片上，从而实现片上控制。
本文提供的控制电路利用镜像电流源电路控制功率放大器的主放大晶体管的电流，以间接控制输出功率，避免使用昂贵的片外精准电阻，节省了成本。利用负反馈环路来稳定功率放大器基极偏置电流，既实现了输出功率由电路自身控制的目的，又防止了功率放大器被烧毁。
本公开已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本公开的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本公开的范围。相反，在不脱离本公开的精神和范围内所作的变动与润饰，均属本公开的专利保护范围。

Claims (8)

1.一种应用于功率放大器的功率控制电路，其特征在于，该控制电路包括：
镜像电流源电路，用于对需控制的功率放大器的输出电流I1进行复制或者倍乘后生成镜像电流；
偏置电流发生器，所述偏置电流发生器产生偏置电流耦合至所述需控制的功率放大器的输入端，其中，所述偏置电流为控制电流和所述镜像电流的误差电流。
2.根据权利要求1所述的应用于功率放大器的功率控制电路，其特征在于：所述镜像电流源电路包括第一电流镜像管M1，所述第一电流镜像管M1的输出电流I2为镜像电流，所述镜像电流与所述需控制的功率放大器的输出电流I1呈正相关。
3.根据权利要求1所述的应用于功率放大器的功率控制电路，其特征在于：所述镜像电流源电路包括第一电流镜像管M1、第二电流镜像管M2和第三电流镜像管M3，所述第一电流镜像管M1的输出电流I2为所述需控制的功率放大器的输出电流I1的镜像电流，所述输出电流I2加载于所述第二电流镜像管M2的输出端并经所述第三电流镜像管M3进行复制或者倍乘后输出输出电流I3，所述输出电流I3为所述输出电流I2的镜像电流。
4.根据权利要求3所述的应用于功率放大器的功率控制电路，其特征在于：所述镜像电流源电路还包括运算放大器M4，所述第一电流镜像管M1的输出电流I2加载于所述运算放大器M4的同相输入端，所述运算放大器M4的输出分别加载于所述第二电流镜像管M2和所述第三电流镜像管M3的输入端。
5.根据权利要求4所述的应用于功率放大器的功率控制电路，其特征在于：所述镜像电流源电路还包括低通滤波器，所述第一电流镜像管M1的输出电流I2经所述低通滤波器分别加载于所述第二电流镜像管M2的输出端和所述运算放大器M4的同相输入端。
6.根据权利要求3所述的应用于功率放大器的功率控制电路，其特征在于：所述镜像电流源电路还包括低通滤波器，所述第一电流镜像管M1的输出电流I2经所述低通滤波器加载于第二电流镜像管M2的输出端。
7.根据权利要求3所述的应用于功率放大器的功率控制电路，其特征在于：所述镜像电流源电路生成的镜像电流为所述需控制的功率放大器的输出电流I1的1/N倍。
8.一种应用于功率放大器的功率控制方法，其特征在于：该方法通过镜像电流源电路对需控制的功率放大器的输出电流I1进行复制或者倍乘后形成镜像电流，偏置电流发生器接收控制电压和所述镜像电流的输入，生产与所述控制电压呈正关系的偏置电流耦合至所述需控制的功率放大器的输入端用于改变所述需控制的功率放大器的输出电流I1大小。
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