CN112311334A

CN112311334A - 一种用于5g通讯中的功率放大器

Info

Publication number: CN112311334A
Application number: CN201910668335.3A
Authority: CN
Inventors: 陈磊
Original assignee: Hangzhou Lingxin Microelectronics Co ltd
Current assignee: Hangzhou Lingxin Microelectronics Co ltd
Priority date: 2019-07-23
Filing date: 2019-07-23
Publication date: 2021-02-02

Abstract

本发明提供一种用于5G通讯中的功率放大器，至少包括：偏置电压产生模块，连接于外部的电源电压，以将电源电压经处理后产生一稳定的电压输出；直流偏置滤波模块，连接于偏置电压产生模块输出端，以将该电压滤波后输出至该功率放大器，并给该功率放大器提供较大的电流；以及偏置电压调整模块，可以根据电路需要调整偏置电压值的大小。本发明不仅可以提供功率放大器稳定的偏置电压，抑制功率放大器的偏置电流随温度产生较大变化，同时还可以为功率放大器提供较大的偏置电流，更好地满足功率放大器的需求。

Description

一种用于5G通讯中的功率放大器

技术领域

本发明涉及一种功率放大器，特别是涉及一种用于5G通讯中的功率放大器，属于射频电路设计领域。

背景技术

功率放大器广泛地应用在各种通讯系统中，包括4G通讯和5G通讯，5G通讯会功率放大器的要求将进一步提高。功率放大器的工作状态往往由偏置电路决定，因而偏置电路特性的好坏直接影响功率放大器的性能，因为当偏置电流随偏置电压或温度发生变化时，功率放大器的工作状态也将跟随发生变化，因而功率放大器的性能也将随之发生变化，特别是低温低压时，偏置电路引起功率放大器性能的恶化尤为明显。因而需要一个偏置电压能补偿温度变化的偏置电路来给功率放大器提供偏置，以保证实际环境中功率放大器能稳定工作。

在传统的功率放大器偏置电路设计中，经常采用简易的方法来产生功率放大器需要的偏置电压，这样在温度发生变化时，偏置电压也会跟随一起变化，偏置电压变化也就影响到偏置电流，这样射频晶体管的偏置电流造成的集电极电流相对变化量将可能达到50%。所以功率放大器的性能与其偏置电压有很大关系，但传统的功率放大器偏置电路存在使功率放大器的偏置电流随偏置电压和温度变化较大从而影响功率放大器性能的问题且偏置电压调整不方便，因此，实有必要提出改进的技术手段，来解决此问题。

发明内容

为克服上述现有技术存在的问题，本发明的主要目的在于提供一种用于5G通讯中的功率放大器，其可以提供功率放大器稳定的偏置电压，并可抑制功率放大器的偏置电流随温度产生较大变化，还可以根据系统需求自动调整偏置电压值的大小。

为达上述及其它目的，本发明提供一种功率放大器，其至少包括：功率放大器模块，偏置电压产生模块，偏置电压调整模块和直流滤波模块。

功率放大器模块提供功率输出；偏置电压产生模块，连接于电源电压，以将电源电压经处理后产生一稳定的电压输出；偏置电压调整模块可以根据系统需求自动调整偏置电压值；直流滤波模块是进一步滤除噪声信号，将该稳定的偏置电压输出至该功率放大器，并给该功率放大器提供较大的电流。

进一步地，其中功率放大器模块由第一电感L1、第二电感L2、第一电容C1、第二电容C2、第一三极管Q1、输入信号端RFIN、输出信号端RFOUT和电源电压RFVDD组成，偏置电压产生模块由第一MOS管PM1、第一运放运放1、第三电感L3、第四电感L4、第三电容C3、第四电容C4、第六电容C6和参考电压输入端VREF组成，偏置电压调整模块由第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第一开关K1组成，直流滤波模块由第五电容C5和第五电感L5组成；其中第一三极管Q1基极分别与第一电容C1一端和第五电感L5一端相连接，第一三极管Q1发射极接地，第一三极管Q1集电极和第二电感L2一端相连，同时也和第二电容C2一端相连接，第二电感另外一端和RFVDD相连，第二电容C2另外一端连接至输出端RFOUT，第一电容C1的另外一端和第一电感L1一端连接在一起并连接至输入端RFIN，第一电感L1另外一端接地；第一运放1的负端和第三电感L3的一端相连接，第三电感L3的另外一端和第三电容C3的一端连接在一起并和输入参考电压VREF相连，第三电容C3的另外一端接地，第一运放1的输出端分别连接至第六电容C6的一端和第一MOS管PM1的栅极，第六电容C6的另外一端、第一MOS管PM1的漏极、第五电感L5的另外一端、第五电容C5的一端和第一电阻R1的一端相连接在一起，第五电容C5的另外一端接地，第一MOS管PM1的源极分别连接至第四电感L4的一端和第四电容C4的一端，第四电容C4的另外一端接地，第四电感L4的另外一端接RFVDD；第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4串接在一起，第一电阻R1和第二电阻R2的连接点命名为A端，第二电阻R2和第三电阻R3的连接点命名为B端，第三电阻R3和第四电阻R4的连接点命名为C端，第四电阻R4的另外一端接地，第一开关K1一端和第一运放1的正端相连，第一开关K1另外一端与A端、B端或者C端相连。

与现有技术相比，本发明的功率放大器，通过偏置电压产生模块将电源电压处理后产生稳定的偏置电压输出至功率放大器中，并且可以根据系统需求自动调整偏置电压值。本发明的电路，不仅可以提供功率放大器稳定的偏置电压，抑制功率放大器的偏置电流随温度产生较大变化，同时还可以为功率放大器提供较大的电流，更好地满足功率放大器的需求。

附图说明

图1本发明的功率放大器。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。

图1为本发明的功率放大器，图1中虚线框部分为偏置电路，其用于为功率放大器提供稳定的偏置电压，如图1所示，本发明的功率放大器，至少包括：功率放大器模块、偏置电压产生模块、偏置电压调整模块和直流滤波模块。其中功率放大器模块由第一电感L1、第二电感L2、第一电容C1、第二电容C2、第一三极管Q1、输入信号端RFIN、输出信号端RFOUT和电源电压RFVDD组成，偏置电压产生模块由第一MOS管PM1、第一运放运放1、第三电感L3、第四电感L4、第三电容C3、第四电容C4、第六电容C6和参考电压输入端VREF组成，偏置电压调整模块由第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第一开关K1组成，直流滤波模块由第五电容C5和第五电感L5组成。三极管Q1的值一般需要设置较大，在本实施例中，Q1的值为单个为100平方微米，共6个。PM1的宽度W为200um，长度L为1um。

在电路中，VREF是输入参考电压，该电压由外部的带隙基准电路提供，该电压不随温度变化而变化，但是该电压无电流驱动能力，因此无法直接提供给功率放大器。VREF电压经过电感L3和电容C3的滤波后输入到运放1 的负输入端，电感L3的值一般为3-4nH，C3电容一般为20-30pF，。电源电压通过电感L4和电容C4输入到PM1管的源极，在PM1管的漏极的电压会被运放钳位在一个固定电压上，这样就产生了一个固定的偏置电压。偏置电压的大小取决于三个因素，一个是输入参考电压VREF的电压值，另外一个是电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4的比例，最后一个因素是开关K1是和A端、B端还是C端相连。偏置电压产生后经过电容C5和电感L5，然后再输出给功率放大器的基极。同时该结构也能提供功率放大器所需要的偏置电流，只要适当加大PM1管的尺寸，就足够相应增加电流驱动能力。电感L4和电容C4组成滤波电路，滤除电源上的各种噪声信号，电感L4的值一般为3-4nH，C4电容一般为20-30pF，电感L5和电容C5组成滤波电路，滤除偏置电压上的各种噪声信号，电感L5的值一般为3-4nH，C5电容一般为20-30pF，保证输出给功率放大器的电压是比较干净的。电容C6是米勒电容，保证整个环路的稳定工作，在本实施例中C6电容为5pF。

下面举例说明偏置电压的产生，例如输入参考电压VREF是0.6V，电阻R1为190k欧姆，电阻R2为10k欧姆，电阻R3为10k欧姆，电阻R4为90k欧姆，如果开关K1和B端相连，那么偏置电压就是0.6*300k/100k=1.8V，如果开关K1和A端相连，那么偏置电压就是1.64V，如果开关K1和C端相连，那么偏置电压就是2V，在实际设计的时候可以串联更多的电阻，例如串联6个电阻，从电阻串中就可以拉出5个端口，从而可以得到步进更小的偏置电压，这样偏置电压可调整的范围就会更大。偏置电压的调整可以通过系统进行自动反馈调整。

在功率放大器中，电感L1和电容C1组成了功率放大器的输入匹配网络，电感L2提供阻抗，并和C2组成了输出匹配网络,为了节省面积，电感一般选择2-5nH范围内的，电容的容值根据匹配情况进行调整。该功率放大器可工作频率范围是50MHz-6GHz，因此可以实现多种频段上的功率输出。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims

1.一种用于5G通讯中的功率放大器，至少包括功率放大器模块，偏置电压产生模块，偏置电压调整模块和直流滤波模块，其中功率放大器模块由第一电感L1、第二电感L2、第一电容C1、第二电容C2、第一三极管Q1、输入信号端RFIN、输出信号端RFOUT和电源电压RFVDD组成，偏置电压产生模块由第一MOS管PM1、第一运放运放1、第三电感L3、第四电感L4、第三电容C3、第四电容C4、第六电容C6和参考电压输入端VREF组成，偏置电压调整模块由第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第一开关K1组成，直流滤波模块由第五电容C5和第五电感L5组成；其中第一三极管Q1基极分别与第一电容C1一端和第五电感L5一端相连接，第一三极管Q1发射极接地，第一三极管Q1集电极和第二电感L2一端相连，同时也和第二电容C2一端相连接，第二电感另外一端和RFVDD相连，第二电容C2另外一端连接至输出端RFOUT，第一电容C1的另外一端和第一电感L1一端连接在一起并连接至输入端RFIN，第一电感L1另外一端接地；第一运放1的负端和第三电感L3的一端相连接，第三电感L3的另外一端和第三电容C3的一端连接在一起并和输入参考电压VREF相连，第三电容C3的另外一端接地，第一运放1的输出端分别连接至第六电容C6的一端和第一MOS管PM1的栅极，第六电容C6的另外一端、第一MOS管PM1的漏极、第五电感L5的另外一端、第五电容C5的一端和第一电阻R1的一端相连接在一起，第五电容C5的另外一端接地，第一MOS管PM1的源极分别连接至第四电感L4的一端和第四电容C4的一端，第四电容C4的另外一端接地，第四电感L4的另外一端接RFVDD；第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4串接在一起，第一电阻R1和第二电阻R2的连接点命名为A端，第二电阻R2和第三电阻R3的连接点命名为B端，第三电阻R3和第四电阻R4的连接点命名为C端，第四电阻R4的另外一端接地，第一开关K1一端和第一运放1的正端相连，第一开关K1另外一端与A端、B端或者C端相连。