CN111478676A - 一种功率放大器的功率控制电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种功率放大器的功率控制电路，包括镜像电路，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I2；以及负反馈电路，接收输入电流I3，生成输出电流I5耦合至所述功率放大器的输入端，其中，所述输入电流I3为所述镜像电流I2和压控电流源所处支路的受控电流I4的误差电流。该控制电路利用镜像电流实现了控制需控制的功率放大器的输出电流，达到输出功率可控的目的；以间接控制输出功率，避免了使用昂贵的片外精准电阻，节省了成本。利用负反馈来稳定需控制的功率放大器的输出电流，防止了功率放大器因输出功率过大而被烧毁的情况。
Description
技术领域
本发明涉及一种功率放大器的功率控制电路。
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，在此提供的一种功率放大器的功率控制电路包括：
镜像电路，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I2；
负反馈电路，接收输入电流I3，生成输出电流I5耦合至所述功率放大器的输入端，其中，所述输入电流I3为所述镜像电流I2和压控电流源所处支路的受控电流I4的误差电流。
优选地，所述受控电流I4受指数发生器的控制。
优选地，所述指数发生器包括第一场效应管M1、第二场效应管M2和第三场效应管M3，控制电压加载于所述第一场效应管M1的栅极，所述第一场效应管M1的漏极接所述第二场效应管M2的漏极，所述第二场效应管M2的栅极接所述第三场效应管M3的栅极并接所述第二场效应管M2的漏极；所述第二场效应管M2的源极和所述第三场效应管M3的源极接电源VCC，所述第三场效应管M3漏极的输出输入所述压控电流源控制所述压控电流源产生受控电流I4；所述第三场效应管M3为所述第二场效应M2的电流镜像管。
优选地，所述第二场效应管M2的管子数为所述第三场效应管M3的管子数的1/N倍。
优选地，所述镜像电路包括供电模块和分流模块，所述供电模块根据所述功率放大器的输出电流I1输出所述镜像电流I2至所述分流模块；所述分流模块根据所述镜像电流I2和所述受控电流I4输出输入电流I3至所述负反馈电路。
优选地，所述供电模块为LDO模块或者DCDC模块。
优选地，所述的功率放大器的功率控制电路还包括RC电路，所述供电模块的输出电压经所述RC电路耦合至所述功率放大器的输出端。
优选地，所述输入电流I3经所述负反馈电路之后生成与所述输入电流I3呈负相关的所述输出电流I5，所述输出电流I5耦合至所述功率放大器的输入端。
优选地，所述负反馈电路包括比较器M4和第四场效应管M5，所述输入电流I3输入所述比较器M4的反相输入端，所述比较器M4的同相输入端加载参考电压Vref，所述比较器M4的输出耦合至所述第四场效应管M5的栅极；所述第四场效应管M5的漏极接电源VCC，源极作为输出端输出输出电流I5耦合至所述功率放大器的输入端；所述比较器M4的反相输入端和输出端之间串联电阻R2。
优选地，所述比较器M4的输出经耦合电路耦合至所述第四场效应管M5的栅极。
本发明的有益效果：本发明提供的控制电路利用镜像电流实现了对需控制的功率放大器的输出电流的控制，达到输出功率可控的目的；以间接控制输出功率，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；
图2为本发明提供的指数发生器的电路图；
图3为本发明提供的负反馈电路的电路图；
图4为本发明提供的供电模块的电路图；
附图中：1-镜像电路，2-负反馈电路，3-压控电流源。
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。
本发明为了实现了对功率放大器的输出功率进行控制，在此提供了一种能够有效控制功率放大器的输出功率的功率放大器的功率控制电路，该控制电路的电路结构如图1所示，包括：
镜像电路1，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形成镜像电流I2；
负反馈电路2，接收输入电流I3，生成输出电流I5耦合至功率放大器PA的输入端，其中，输入电流I3为镜像电流I2和压控电流源3所处支路的受控电流I4的误差电流。
本文中，压控电流源3所处支路的受控电流I4受指数发生器的输出控制。如图2所示，本文在此采用的指数发生器包括第一场效应管M1、第二场效应管M2和第三场效应管M3，控制电压Vramp加载于第一场效应管M1的栅极，第一场效应管M1的漏极接第二场效应管M2的漏极，第二场效应管M2的栅极接第三场效应管M3的栅极并接第二场效应管M2的漏极；第二场效应管M2的源极和第三场效应管M3的源极接电源VCC，第三场效应管M3漏极的输出输入压控电流源3控制压控电流源3产生受控电流I4；第三场效应管M3为第二场效应M2的电流镜像管。其中，第二场效应管M2的管子数为第三场效应管M3的管子数的1/N倍，保证第三场效应管M3输出为第二场效应管M2输出的N倍，N为大于1的自然数。
控制电压Vramp加载于第一场效应管M1的栅极，经第一场效应管M1、第二场效应管M2和第三场效应管M3处理后输出控制电流I6，控制电流I6可以表示为：I6=N*I=N*k*(Vramp-Vth)2=N*k*(Vramp2-2Vth*Vramp+Vth2)，其中k为常数；控制电流I6与ex的泰勒级数展开一致，故控制电流I6与控制电压Vramp呈指数关系。压控电流源3产生的受控电流I4大小受到控制电流I6的控制，两者之间呈正关系，因此受控电流I4与控制电压Vramp呈指数关系，其大小受控制电压Vramp的控制。
本文中，镜像电路包括供电模块和分流模块，供电模块根据功率放大器PA的输出电流I1输出镜像电流I2至分流模块；分流模块根据镜像电流I2和受控电流I4输出输入电流I3至负反馈电路。
如图3所示，本文中的负反馈电路包括比较器M4和第四场效应管M5，输入电流I3输入比较器M4的反相输入端，比较器M4的同相输入端加载参考电压Vref，比较器M4的输出耦合至第四场效应管M5的栅极；第四场效应管M5的漏极接电源VCC，源极作为输出端输出输出电流I5耦合至功率放大器的输入端；比较器M4的反相输入端和输出端之间串联电阻R2。
负反馈电路中比较器M4的输出经耦合电路电路耦合至第四场效应管M5的栅极。此处的耦合电路为RC电路。
供电模块可以采用任何一种，本文在此采用的供电模块为LDO模块或者DCDC模块。如图4所示，LDO模块包括第五场效应管M6、第六场效应管M7、比较器M8和电阻R1，其中第五场效应管M6为第六场效应管M7的镜像管。控制信号经比较器M8加载于第五场效应管M6和第六场效应管M7的栅极，以保证第五场效应管M6、第六场效应管M7能够有效工作。
在此，供电模块的输出电压经RC电路耦合至功率放大器PA的输出端。
本文中，输出电流I5与输入电流I3呈负相关；输入电流I3经负反馈电路之后生成与输入电流I3呈负相关的输出电流I5，输出电流I5耦合至功率放大器PA的输入端。
在此以控制需控制的功率放大器的输出级晶体管T1为例对其工作原理进行说明。如图1所示，镜像电路1分别与输出级晶体管T1的集电极和负反馈电路连接，对输出级晶体管T1的输出电流I1进行复制或者倍乘后形成镜像电流I2；输入电流I3输入负反馈电路，生成输出电流I5耦合至输出级晶体管T1的基极，通过改变基极电流改变集电极输出电流，从而达到控制输出功率的目的。其中，输入电流I3为镜像电流I2和压控电流源3所处支路的受控电流I4的误差电流。
由于受控电流I4与控制电压Vramp呈指数关系，故当控制电压Vramp越大，受控电流I4越大，输入电流I3则相应变小，对应输出级晶体管T1的基极的输出电流I5将会变大，则输出级晶体管T1的输出电流I1会变大，达到输出功率由控制电压控制的目的。
当输出级晶体管T1的输出电流I1异常变大的时候，镜像电流I2也会变大，输入电流I3会变大，由于此时控制电压Vramp恒定不变，受控电流I4恒定，输出电流I5则会变小，使输出级晶体管T1的输出电流I1变小，达到稳定功率和保护作用，防止了功率放大器被烧坏。
本文中镜像电流I2为输出电流I1的1/N，输出电流I1和镜像电流I2的电流和管子数成反比。
本文控制电路中的镜像电路1、负反馈电路2和压控电流源3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实现了控制需控制的功率放大器的输出电流，达到输出功率可控的目的；以间接控制输出功率，避免了使用昂贵的片外精准电阻，节省了成本。利用负反馈来稳定需控制的功率放大器的输出电流，防止了功率放大器因输出功率过大而被烧毁的情况。
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 (10)
1.一种功率放大器的功率控制电路，其特征在于，包括：
镜像电路，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I2；
负反馈电路，接收输入电流I3，生成输出电流I5耦合至所述功率放大器的输入端，其中，所述输入电流I3为所述镜像电流I2和压控电流源所处支路的受控电流I4的误差电流。
2.根据权利要求1所述的功率放大器的功率控制电路，其特征在于：所述受控电流I4受指数发生器的控制。
3.根据权利要求2所述的功率放大器的功率控制电路，其特征在于：所述指数发生器包括第一场效应管M1、第二场效应管M2和第三场效应管M3，控制电压加载于所述第一场效应管M1的栅极，所述第一场效应管M1的漏极接所述第二场效应管M2的漏极，所述第二场效应管M2的栅极接所述第三场效应管M3的栅极并接所述第二场效应管M2的漏极；所述第二场效应管M2的源极和所述第三场效应管M3的源极接电源VCC，所述第三场效应管M3漏极的输出输入所述压控电流源控制所述压控电流源产生受控电流I4；所述第三场效应管M3为所述第二场效应M2的电流镜像管。
4.根据权利要求3所述的功率放大器的功率控制电路，其特征在于：所述第二场效应管M2的管子数为所述第三场效应管M3的管子数的1/N倍。
5.根据权利要求1所述的功率放大器的功率控制电路，其特征在于：所述镜像电路包括供电模块和分流模块，所述供电模块根据所述功率放大器的输出电流I1输出所述镜像电流I2至所述分流模块；所述分流模块根据所述镜像电流I2和所述受控电流I4输出输入电流I3至所述负反馈电路。
6.根据权利要求5所述的功率放大器的功率控制电路，其特征在于：所述供电模块为LDO模块或者DCDC模块。
7.根据权利要求5所述的功率放大器的功率控制电路，其特征在于：还包括RC电路，所述供电模块的输出电压经所述RC电路耦合至所述功率放大器的输出端。
8.根据权利要求1所述的功率放大器的功率控制电路，其特征在于：所述输入电流I3经所述负反馈电路之后生成与所述输入电流I3呈负相关的所述输出电流I5，所述输出电流I5耦合至所述功率放大器的输入端。
9.根据权利要求1所述的功率放大器的功率控制电路，其特征在于：所述负反馈电路包括比较器M4和第四场效应管M5，所述输入电流I3输入所述比较器M4的反相输入端，所述比较器M4的同相输入端加载参考电压Vref，所述比较器M4的输出耦合至所述第四场效应管M5的栅极；所述第四场效应管M5的漏极接电源VCC，源极作为输出端输出输出电流I5耦合至所述功率放大器的输入端；所述比较器M4的反相输入端和输出端之间串联电阻R2。
10.根据权利要求9所述的功率放大器的功率控制电路，其特征在于：所述比较器M4的输出经耦合电路耦合至所述第四场效应管M5的栅极。
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