CN112260654B - 一种功率放大器系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种功率放大器系统，包括：被配置为接收输入射频信号的输入端；被配置为输出放大后的射频信号的输出端；串联式级联在所述输入端和所述输出端之间的驱动级功率放大电路和输出级功率放大电路；第一偏置电路，被配置为提供第一偏置信号至所述驱动级功率放大电路的输入路径上；第二偏置电路，被配置为提供第二偏置信号至所述驱动级功率放大电路的输入路径上；第三偏置电路，被配置为提供第三偏置信号至所述输出级功率放大电路的输入路径上，所述第三偏置电路包括电压源，所述电压源的输出端耦合至所述输出级功率放大电路的输入路径上。本发明解决了现有功率放大器的整体反馈增益线性度欠佳的问题。

Description

一种功率放大器系统
技术领域
本发明涉及通讯技术领域，尤其涉及一种功率放大器系统。
背景技术
在移动通讯领域中，功率放大器广泛地应用于移动电话中，比如使用蜂窝标准、无线局域网(WLAN)标准和/或任何其他适当的通信标准进行通信的移动电话。通过功率放大器对射频信号进行放大后在发射出去，有利于提高移动通信的质量。其中，功率放大器中的偏置电路是对射频信号进行放大的关键部件，可以确定功率放大器内的放大器装置的电压和/或电流工作点。然而，受制于偏置电路的电路结构，现有功率放大器的整体反馈增益的线性度欠佳，功率放大器的整体性能并不理想。
发明内容
本发明提供一种功率放大器系统，以解决现有功率放大器的整体反馈增益线性度欠佳的问题。
本发明的是这样实现的，一种功率放大器系统，包括：
被配置为接收输入射频信号的输入端；
被配置为输出放大后的射频信号的输出端；
串联式级联在所述输入端和所述输出端之间的驱动级功率放大电路和输出级功率放大电路；
第一偏置电路，被配置为提供第一偏置信号至所述驱动级功率放大电路的输入路径上；
第二偏置电路，被配置为提供第二偏置信号至所述驱动级功率放大电路的输入路径上；
第三偏置电路，被配置为提供第三偏置信号至所述输出级功率放大电路的输入路径上，所述第三偏置电路包括电压源，所述电压源的输出端耦合至所述输出级功率放大电路的输入路径上。
可选地，所述第一偏置电路由二端元件构成，以增大所述驱动级功率放大电路的增益随输入功率的增加而下降的程度。
可选地，所述第一偏置电路通过一个电阻耦合至所述驱动级功率放大电路的输入路径上。
可选地，所述第一偏置电路包括第一电流源、第一分压单元、第一二极管、第一电容以及第一电阻；所述第一电流源的输出端分别与所述第一分压单元的第一端、所述第一电容的第一端和所述第一二极管的正级连接，所述第一分压单元的第二端和所述第一电容的第二端分别接地，所述第一二极管的负极与所述第一电阻的第一端连接，所述第一电阻的第二端作为所述第一偏置电路的输出端耦合至所述驱动级功率放大电路的输入路径上。
可选地，所述第一分压单元由相互串联的第二二极管和第三二极管构成，所述第二二极管的正极作为所述第一分压单元的第一端耦合至所述第一电流源的输出端，所述第二二极管的负极与所述第三二极管的正级连接，所述第三二极管的负极接地。
可选地，所述第一偏置电路包括第一电流源、第一分压单元、第一电容以及第一电阻；所述第一电流源的输出端分别与所述第一分压单元的第一端、所述第一电容的第一端和所述第一电阻的第一端连接，所述第一分压单元的第二端和所述第一电容的第二端分别接地，所述第一电阻的第二端作为所述第一偏置电路的输出端耦合至所述驱动级功率放大电路的输入路径上。
可选地，所述第一分压单元包括一二极管，所述二极管的正极作为所述第一分压单元的第一端耦合至所述第一电流源的输出端，所述二极管的负极接地。
可选地，所述第三偏置电路还包括第二电阻，所述电压源的输出端与所述第二电阻的第一端连接，所述第二电阻的第二端耦合至所述输出级功率放大电路的输入路径上。
可选地，所述第二偏置电路包括第二电流源、第二分压单元、第二电容、功率晶体管、第三电阻、反馈电路和第一电感；
所述第二电流源的输出端分别与所述功率晶体管的第一端、第二分压单元的第一端、第二电容的第一端连接，所述第二分压单元的第二端和所述第二电容的第二端分别接地；
所述功率晶体管的第二端接电源电压，所述功率晶体管的第三端分别与所述第三电阻的第一端和所述反馈电路的第一端连接；所述反馈电路的第二端和所述第一电感的第二端之间的公共节点耦合至所述驱动级功率放大电路的输出路径上，所述第三电阻的第二端耦合至所述驱动级功率放大电路的输入路径上。
可选地，所述反馈电路包括串联的第四电阻和第三电容；所述第三电容与所述驱动级功率放大电路的输出端相连；所述第四电阻与所述功率晶体管的第三端和所述第三电阻之间的公共节点相连。
本发明提供的功率放大器系统，包括被配置为接收输入射频信号的输入端；被配置为输出放大后的射频信号的输出端；串联式级联在所述输入端和所述输出端之间的驱动级功率放大电路和输出级功率放大电路；第一偏置电路，被配置为提供第一偏置信号至所述驱动级功率放大电路的输入路径上；第二偏置电路，被配置为提供第二偏置信号至所述驱动级功率放大电路的输入路径上；第三偏置电路，被配置为提供第三偏置信号至所述输出级功率放大电路的输入路径上，所述第三偏置电路包括电压源，所述电压源的输出端耦合至所述输出级功率放大电路的输入路径上。本发明通过所述第一偏置电路产生第一偏置信号、第二偏置电路产生第二偏置信号和第三偏置电路产生第三偏置信号的共同作用下，使得所述功率放大器系统的总增益更加平坦，有效地改进了功率放大器系统的增益线性度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施例提供的功率放大器系统的示意图；
图2是本发明另一实施例提供的功率放大器系统的示意图；
图3是本发明另一实施例提供的功率放大器系统的示意图；
图4是本发明另一实施例提供的功率放大器系统的示意图；
图5是本发明另一实施例提供的功率放大器系统的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了一种功率放大器系统，包括被配置为接收输入射频信号的输入端；被配置为输出放大后的射频信号的输出端；串联式级联在所述输入端和所述输出端之间的驱动级功率放大电路和输出级功率放大电路；第一偏置电路，被配置为提供第一偏置信号至所述驱动级功率放大电路的输入路径上；第二偏置电路，被配置为提供第二偏置信号至所述驱动级功率放大电路的输入路径上；第三偏置电路，被配置为提供第三偏置信号至所述输出级功率放大电路的输入路径上，所述第三偏置电路包括电压源，所述电压源的输出端耦合至所述输出级功率放大电路的输入路径上。本发明通过所述第一偏置电路产生第一偏置信号、第二偏置电路产生第二偏置信号和第三偏置电路产生第三偏置信号的共同作用下，使得所述功率放大器系统的总增益更加平坦，有效地改进了功率放大器系统的增益线性度。
图1为本发明一实施例提供的一种功率放大器系统的示意图。如图1所示，所述功率放大器系统包括：
被配置为接收输入射频信号的输入端；
被配置为输出放大后的射频信号的输出端；
串联式级联在所述输入端和所述输出端之间的驱动级功率放大电路10和输出级功率放大电路20；
第一偏置电路30，被配置为提供第一偏置信号至所述驱动级功率放大电路10的输入路径上；
第二偏置电路40，被配置为提供第二偏置信号至所述驱动级功率放大电路10的输入路径上；
第三偏置电路50，被配置为提供第三偏置信号至所述输出级功率放大电路20的输入路径上，所述第三偏置电路50包括电压源515，所述电压源51的输出端耦合至所述输出级功率放大电路20的输入路径上。
在本实施例中，所述驱动级功率放大电路10和输出级功率放大电路20以串联式级联在所述输入端和所述输出端之间。所述输入端为射频信号的输入接口RF-IN，所述驱动级功率放大电路10和输出级功率放大电路20用于对所述射频信号进行放大，然后发送至所述输出端。
其中，所述驱动级功率放大电路10可以采用异质结双极晶体管HBT、场效应晶体管MOS。所述第一偏置电路30的输出端耦合到所述驱动级功率放大电路10的输入路径上，向所述驱动级功率放大电路10提供第一偏置信号。所述第一偏置信号用于使所述驱动级功率放大电路10的增益随着输入功率增加而“压缩”或减小。所述第二偏置电路40的输出端也耦合到所述驱动级功率放大电路10的输入路径上，向所述驱动级功率放大电路10提供第二偏置信号。所述第二偏置信号用于使所述驱动级功率放大电路10的增益随着输入功率增加而增加。
所述输出级功率放大电路20也可以采用异质结双极晶体管HBT、场效应晶体管MOS。所述第三偏置电路50的输出端耦合到所述输出级功率放大电路20的输入路径上，向所述输出级功率放大电路20提供第三偏置信号。所述第三偏置信号用于使所述输出级功率放大电路20的增益随着输入功率增加而增加。在第一偏置电路30、第二偏置电路40和第三偏置电路50的共同作用下，从而使得所述功率放大器系统的总增益更加平坦，有效地改进了功率放大器系统的增益线性度。
可选地，作为本发明的一个优选示例，如图1所示，所述第三偏置电路50包括电压源51，所述电压源51的输出端耦合至所述输出级功率放大电路20的输入路径上。与现有的偏置电路不同的是，所述第三偏置电路50由电压源构成，从而可实现增大所述输出级功率放大电路20的增益随输入功率的增加而增加的程度。
作为本发明的另一个优选示例，如图2所示，所述第三偏置电路50包括一电压源51和第二电阻R2，所述电压源51的输出端与所述第二电阻R2的第一端连接，所述第二电阻R2的第二端耦合至所述输出级功率放大电路20的输入路径上。
在本实施例中，与现有的偏置电路不同的是，所述第一偏置电路30由二端元件构成，以增大所述驱动级功率放大电路的增益随输入功率的增加而下降的程度。现有的偏置电路大多数为包括有三端元件(三极管)的偏置电路。然而由于三极管的不稳定性，当产生偏置电流的电压源发生变化时，三极管输出耦合至驱动级功率放大电路的偏置电流几乎按同样的规律活动，因此，本发明中的第一偏置电路通过采用二端元件(比如：二极管)，从而避免了偏置电流在经过三极管时带来的影响，以保证生成的偏置电流更稳定，从而实现增大了所述驱动级功率放大电路的增益随输入功率的增加而下降的程度。
可选地，所述第一偏置电路30通过第一电阻耦合至所述驱动级功率放大电路10的输入路径上。具体地，通过第一电阻以将第一偏置电路30输出的第一偏置电流耦合到驱动级功率放大电路10的输入路径上，从而保障驱动级功率放大电路10进行信号放大处理。
以下给出本发明实施例提供的所述第一偏置电路30的一个具体结构。为了便于理解，这里以图1实施例提供的功率放大器系统为基础，对所述第一偏置电路30进行说明。如图3所示，所述第一偏置电路30包括：
第一电流源Is1、第一分压单元31、第一二极管D1、第一电容C1以及第一电阻R1；所述第一电流源Is1的输出端分别与所述第一分压单元31的第一端、所述第一电容C1的第一端和所述第一二极管D1的正级连接，所述第一分压单元31的第二端和所述第一电容C1的第二端分别接地，所述第一二极管的D1负极与所述第一电阻R1的第一端连接，所述第一电阻R1的第二端作为所述第一偏置电路30的输出端耦合至所述驱动级功率放大电路10的输入路径上。
可选地，所述第一分压单元31由相互串联的第二二极管D2和第三二极管D3构成，所述第二二极管D2的正极作为所述第一分压单元31的第一端耦合至所述第一电流源Is1的输出端，所述第二二极管D2的负极与所述第三二极管D3的正级连接，所述第三二极管D3的负极接地。
在这里，所述第一电流源Is1用于产生偏置电流，所述第一分压单元31、第一二极管D1、第一电容C1对所述偏置电流进行分流。所述第一电流源Is1经过所述第一二极管D1和所述第一电阻R1之后作用到所述驱动级功率放大电路10的基极，从而避免了偏置电流在经过三极管时带来的影响，使得第一电流源Is1趋向于理想电流源，以保证生成的偏置电流更稳定，从而实现增大了所述驱动级功率放大电路10的增益随着输入功率增加而“压缩”或减小的幅度。相比于现有技术中使用的三极管，本实施例中偏置电流不经过三极管，避免了三极管对所述驱动级功率放大电路10的增益性能的影响，从而大大地增加了所述驱动级功率放大电路10的增益随着输入功率增加而“压缩”或减小的幅度。
以下给出本发明实施例提供的所述第一偏置电路30的另一个具体结构。为了便于理解，这里以图1实施例提供的功率放大器系统为基础，对所述第一偏置电路30进行说明。如图4所示，所述第一偏置电路30包括：
第一电流源Is1、第一分压单元31、第一电容C1以及第一电阻R1；所述第一电流源Is1的输出端分别与所述第一分压单元31的第一端、所述第一电容C1的第一端和所述第一电阻R1的第一端连接，所述第一分压单元31的第二端和所述第一电容C1的第二端分别接地，所述第一电阻R1的第二端作为所述第一偏置电路30的输出端耦合至所述驱动级功率放大电路10的输入路径上。
可选地，所述第一分压单元31包括一二极管D1，所述二极管D1的正极作为所述第一分压单元31的第一端耦合至所述第一电流源Is1的输出端，所述二极管D1的负极接地。
在这里，所述第一电流源Is1用于产生偏置电流，所述第一分压单元31、第一电容C1、第一电阻R1对所述偏置电流进行分流。所述第一电流源Is1经过所述第一电阻R1之后直接作用到所述驱动级功率放大电路10的基极，从而避免了偏置电流在经过三极管时带来的影响，使得第一电流源Is1趋向于理想电流源，以保证生成的偏置电流更稳定，从而实现增大了所述驱动级功率放大电路10的增益随着输入功率增加而“压缩”或减小的幅度。相比于现有技术中使用的三极管，本实施例中偏置电流不经过任何二极管或三极管，使得所述驱动级功率放大电路10的增益随着输入功率增加而“压缩”或减小的幅度更大。
以下给出本发明实施例提供的所述第二偏置电路40的一个具体结构。为了便于理解，这里以图3实施例提供的功率放大器系统为基础，对所述第二偏置电路40进行说明。如图5所示，所述第二偏置电路40包括：
第二电流源Is2、第二分压单元41、第二电容C2、功率晶体管Q1、第三电阻R3、反馈电路42和第一电感L1；
所述第二电流源Is2的输出端分别与所述功率晶体管Q1的第一端、第二分压单元41的第一端、第二电容C2的第一端连接，所述第二分压单元41的第二端和所述第二电容C2的第二端分别接地；
所述功率晶体管Q1的第二端接电源电压，所述功率晶体管Q1的第三端分别与所述第三电阻R3的第一端和所述反馈电路42的第一端连接；所述反馈电路42的第二端和所述第一电感L1的第二端之间的公共节点耦合至所述驱动级功率放大电路10的输出路径上，所述第三电阻R3的第二端耦合至所述驱动级功率放大电路10的输入路径上。
可选地，所述反馈电路42包括串联的第四电阻R4和第三电容C3；所述第三电容C3与所述驱动级功率放大电路10的输出端相连；所述第四电阻R4与所述功率晶体管Q1的第三端和所述第三电阻R3之间的公共节点相连。通过所述反馈电路以拉低功率晶体管Q1输出端的电压，从而使得第二电流源Is2向低功率晶体管Q1输出第二偏置电路，实现功率晶体管Q1的自偏置。
可选地，所述第二分压单元41包括一二极管串，所述二极管串由两个相互串联的二极管构成，所述二极管串的正极作为所述第二分压单元41的第一端，所述二极管串的负极接地。
在这里，所述第二电流源Is2用于产生偏置电流，所述第二分压单元41、第二电容C2、功率晶体管Q1对所述偏置电流进行分流。所述第二电流源Is2经过所述功率晶体管Q1之后再作用到所述驱动级功率放大电路10的基极，使得所述驱动级功率放大电路10的增益随着输入功率增加而增加。
本实施例中功率放大器系统的第一偏置电路30和第二偏置电路40被配置为共同向驱动级功率放大电路10提供偏置信号，第三偏置电路50被配置为向输出级功率放大电路20提供偏置信号。相比于现有技术，本实施例先通过改善第三偏置电路50，以增大所述输出级功率放大电路20的增益随着输入功率增加而增大的幅度，然后通过改善第一偏置电路30以增大所述驱动级功率放大电路10的增益随着输入功率增加而压缩/减小的幅度，在第一偏置电路30、第二偏置电路40和第三偏置50的共同作用下，从而使得所述功率放大器系统的总增益更加平坦，有效地改进了功率放大器系统的增益线性度。
图4实施例提供的功率放大器系统中的所述第二偏置电路40与图5中的第二偏置电路40的结构相同，此处不再赘述。具体请参见上述实施例的叙述。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种功率放大器系统，其特征在于，包括：
被配置为接收输入射频信号的输入端；
被配置为输出放大后的射频信号的输出端；
串联式级联在所述输入端和所述输出端之间的驱动级功率放大电路和输出级功率放大电路；
第一偏置电路，被配置为提供第一偏置信号至所述驱动级功率放大电路的输入路径上，所述第一偏置信号用于使所述驱动级功率放大电路的增益随着输入功率增加而减小；
第二偏置电路，被配置为提供第二偏置信号至所述驱动级功率放大电路的输入路径上，所述第二偏置信号用于使所述驱动级功率放大电路的增益随着输入功率增加而增加；
第三偏置电路，被配置为提供第三偏置信号至所述输出级功率放大电路的输入路径上，所述第三偏置信号用于使所述输出级功率放大电路的增益随着输入功率增加而增加，所述第三偏置电路包括电压源，所述电压源的输出端耦合至所述输出级功率放大电路的输入路径上，从而在所述第三偏置电路的作用下增大所述输出级功率放大电路的增益随输入功率的增加而增加的程度；
所述第一偏置电路由二端元件构成，以增大在所述第一偏置电路的作用下所述驱动级功率放大电路的增益随输入功率的增加而下降的程度；
所述第一偏置电路通过第一电阻耦合至所述驱动级功率放大电路的输入路径上。
2.如权利要求1所述的功率放大器系统，其特征在于，所述第一偏置电路包括第一电流源、第一分压单元、第一二极管、第一电容以及第一电阻；所述第一电流源的输出端分别与所述第一分压单元的第一端、所述第一电容的第一端和所述第一二极管的正级连接，所述第一分压单元的第二端和所述第一电容的第二端分别接地，所述第一二极管的负极与所述第一电阻的第一端连接，所述第一电阻的第二端作为所述第一偏置电路的输出端耦合至所述驱动级功率放大电路的输入路径上。
3.如权利要求2所述的功率放大器系统，其特征在于，所述第一分压单元由相互串联的第二二极管和第三二极管构成，所述第二二极管的正极作为所述第一分压单元的第一端耦合至所述第一电流源的输出端，所述第二二极管的负极与所述第三二极管的正级连接，所述第三二极管的负极接地。
4.如权利要求1所述的功率放大器系统，其特征在于，所述第一偏置电路包括第一电流源、第一分压单元、第一电容以及第一电阻；所述第一电流源的输出端分别与所述第一分压单元的第一端、所述第一电容的第一端和所述第一电阻的第一端连接，所述第一分压单元的第二端和所述第一电容的第二端分别接地，所述第一电阻的第二端作为所述第一偏置电路的输出端耦合至所述驱动级功率放大电路的输入路径上。
5.如权利要求4所述的功率放大器系统，其特征在于，所述第一分压单元包括一二极管，所述二极管的正极作为所述第一分压单元的第一端耦合至所述第一电流源的输出端，所述二极管的负极接地。
6.如权利要求1至5任一项所述的功率放大器系统，其特征在于，所述第三偏置电路还包括第二电阻，所述电压源的输出端与所述第二电阻的第一端连接，所述第二电阻的第二端耦合至所述输出级功率放大电路的输入路径上。
7.如权利要求1至5任一项所述的功率放大器系统，其特征在于，所述第二偏置电路包括第二电流源、第二分压单元、第二电容、功率晶体管、第三电阻、反馈电路和第一电感；
所述第二电流源的输出端分别与所述功率晶体管的第一端、第二分压单元的第一端、第二电容的第一端连接，所述第二分压单元的第二端和所述第二电容的第二端分别接地；
所述功率晶体管的第二端接电源电压，所述功率晶体管的第三端分别与所述第三电阻的第一端和所述反馈电路的第一端连接；所述反馈电路的第二端和所述第一电感的第二端之间的公共节点耦合至所述驱动级功率放大电路的输出路径上，所述第三电阻的第二端耦合至所述驱动级功率放大电路的输入路径上。
8.如权利要求7所述的功率放大器系统，其特征在于，所述反馈电路包括串联的第四电阻和第三电容；所述第三电容与所述驱动级功率放大电路的输出端相连；所述第四电阻与所述功率晶体管的第三端和所述第三电阻之间的公共节点相连。
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