CN113437944B - 一种功率放大器及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种功率放大器和控制方法，所述功率放大器包括：电流生成电路、第一镜像电路、功率放大电路；所述电流生成电路，用于根据接收的第一输入电压，输出第一电流；所述第一镜像电路，用于根据所述第一电流进行电流镜像，输出第二电流；所述第二电流用于输入所述功率放大电路；所述功率放大电路，用于根据第一射频信号和所述第二电流，输出功率满足第一预设条件的第二射频信号。

Description

一种功率放大器及控制方法
技术领域
本发明涉及移动通信技术，尤其涉及一种功率放大器及控制方法。
背景技术
全球移动通信系统（GSM，Global System for Mobile Communication）功率放大器一般由基带芯片提供一个控制电压（Vramp）来控制功率放大器的输出功率。GSM功率放大器的射频指标需要满足第三代合作伙伴计划（3GPP，3rd Generation PartnershipProject）。根据3GPP协议，功率在时域上的建立过程需要满足功率时间模板（PVT，Power VsTime）要求。但是现有的GSM功率放大器存在一定缺陷：在Vramp上升沿开始前，Vramp会有一个初始值，使得晶体管工作在饱和区具有较强的放大能力，导致功率无法满足3GPP关于功率时间模板的指标要求，使前向隔离指标失败，即导致GSM功率放大器的功率时间曲线不符合功率时间模板。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种功率放大器及控制方法，以满足功率时间模板要求。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明实施例提供了一种功率放大器，包括：电流生成电路、第一镜像电路、功率放大电路；其中，所述电流生成电路，用于根据接收的第一输入电压，输出第一电流；
所述第一镜像电路，用于根据所述第一电流进行电流镜像，输出第二电流；所述第二电流用于输入所述功率放大电路；
所述功率放大电路，用于根据第一射频信号和所述第二电流，输出功率满足第一预设条件的第二射频信号。
上述方案中，所述电流生成电路，包括：第一支路和第二支路；
所述第一支路处于被导通时，所述第二支路，用于根据所述第一输入电压，输出第一目标电流，作为所述第一电流；
所述第一支路处于部分导通时，所述第二支路，用于根据所述第一输入电压，输出第二目标电流，作为所述第一电流；
所述第一支路处于被关断时，所述第二支路，用于根据所述第一输入电压，输出第三目标电流，作为所述第一电流；
所述第三目标电流高于所述第二目标电流，所述第二目标电流高于所述第一目标电流。
上述方案中，所述第一镜像电路，包括：与所述第二支路连接的第一晶体管；
所述第一晶体管，用于根据所述第二支路输出的第一电流进行电流镜像，输出所述第二电流。
上述方案中，所述功率放大电路，包括：第一输入单元、第二输入单元、第二镜像电路、堆叠电路单元；
所述第一输入单元，用于接收所述第二电流；
所述第二输入单元，用于接收所述第一射频信号；
所述第二镜像电路，用于根据功率放大器的偏置电流进行电流镜像，输出第三电流；所述第三电流为流经所述堆叠电路单元的电流；
所述堆叠电路单元，用于根据所述第一射频信号、所述第三电流和所述第二电流，输出功率满足第一预设条件的第二射频信号。
上述方案中，所述第一预设条件包括：
所述功率放大器满足预设的前向隔离指标。
本发明实施例还提供了一种控制方法，所述方法包括：
电流生成电路根据接收的第一输入电压输出第一电流；
第一镜像电路根据所述第一电流进行电流镜像输出第二电流；所述第二电流用于输入功率放大电路；
所述功率放大电路根据第一射频信号和所述第二电流输出功率满足第一预设条件的第二射频信号。
上述方案中，所述电流生成电路，包括：第一支路和第二支路；所述根据接收的第一输入电压输出第一电流，包括：
所述第一支路处于被导通时，所述第二支路根据所述第一输入电压输出第一目标电流，作为所述第一电流；
所述第一支路处于部分导通时，所述第二支路根据所述第一输入电压输出第二目标电流，作为所述第一电流；
所述第一支路处于被关断时，所述第二支路根据所述第一输入电压输出第三目标电流，作为所述第一电流；
所述第三目标电流高于所述第二目标电流，所述第二目标电流高于所述第一目标电流。
上述方案中，所述第一镜像电路，包括：与所述第二支路连接的第一晶体管；所述第一镜像电路根据所述第一电流进行电流镜像输出第二电流，包括：
所述第一晶体管根据所述第二支路输出的第一电流进行电流镜像，输出所述第二电流。
上述方案中，所述功率放大电路，包括：第一输入单元、第二输入单元、第二镜像电路、堆叠电路单元；所述功率放大电路根据第一射频信号和所述第二电流输出第二射频信号，包括：
所述第一输入单元接收所述第二电流；
所述第二输入单元接收所述第一射频信号；
所述第二镜像电路根据所述功率放大器的偏置电流进行电流镜像，输出第三电流；所述第三电流为流经所述堆叠电路单元的电流；
所述堆叠电路单元根据所述第一射频信号、所述第三电流和所述第二电流，输出功率满足第一预设条件的第二射频信号。
上述方案中，所述第一预设条件包括：所述功率放大器满足预设的前向隔离指标。
本发明实施例提供的功率放大器及控制方法，所述功率放大器包括：电流生成电路，第一镜像电路、功率放大电路；其中，所述电流生成电路，用于根据接收的第一输入电压，输出第一电流；所述第一镜像电路，用于根据所述第一电流进行电流镜像，输出第二电流；所述第二电流用于输入所述功率放大电路；所述功率放大电路，用于根据第一射频信号和所述第二电流，输出功率满足第一预设条件的第二射频信号；如此，根据第一输入电压得到第二电流，从而基于第二电流和第一射频信号，输出功率满足第一预设条件（即前向隔离指标的要求）的第二射频信号，使得功率放大器符合前向隔离指标的要求，功率放大器的功率时间曲线满足功率时间模板要求。
附图说明
在附图（其不一定是按比例绘制的）中，相似的附图标记可在不同的视图中描述相似的部件。附图以示例而非限制的方式大体示出了本文中所讨论的各个实施例。
图1为相关技术中一种电压控制模式功率放大电路的结构示意图；
图2为相关技术中一种电流控制模式功率放大电路的结构示意图；
图3为相关技术中基于Cascode结构的功率放大器的结构示意图；
图4为相关技术中前向隔离异常指标对应的功率时间模版曲线示意图；
图5为本发明实施例提供的一种功率放大器的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的另一种功率放大器的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的一种控制电路的结构示意图；
图8为本发明实施例提供的电流Iref随控制电压Vramp变化的曲线图；
图9为本发明实施例提供的功率放大器内部结构示意图；
图10为本发明实施例提供的基于STACK结构的功率放大器的结构示意图；
图11为本发明实施例提供的一种控制方法的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例，对本申请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申请，并不用于限定本申请。
GSM功率放大器一般由基带芯片提供一个Vramp电压来控制功率放大器的输出功率，Vramp电压通过控制功率放大器（PA，Power Amplifier）的偏置电压（VG）和PA的偏置电流（IBIAS）来实现功率控制。GSM功率放大器的射频指标需要满足3GPP协议。根据3GPP协议，功率在时域上的建立过程需要满足PVT要求。根据PVT要求，在Vramp上升沿之前10
Figure 645107DEST_PATH_IMAGE002
时间内，GSM功率放大器的前向隔离需要满足-30dB以下。但是相关技术中，GSM模式下，在Vramp上升沿开始前，Vramp会有一个初始值，使得IBIAS不为0，同时VG为常压且取值较大，这使得晶体管工作在饱和区，导致输出功率达到功率时间模板，前向隔离指标失败。因此，在Vramp上升沿开始前，如何使GSM功率放大器的前向隔离指标满足-30dB以下，是亟需解决的技术问题。
相关技术中通过电压控制模式和电流控制模式可以得到不同大小的VG和IBIAS。
电压控制模式是指通过控制功率放大器的偏置电压实现功率的控制。图1为相关技术中一种电压控制模式功率放大电路的结构示意图；如图1所示，功率放大电路的一种基本组成至少包括：误差放大器（EA，Error Amplifier）、P沟道金属氧化物半导体场效应管（PMOS）（即图1中的MP）、功率放大器（即图1中的PA）。电压控制模式的具体工作过程为：Vramp和VG差经误差放大器放大后驱动MP输出电压VG，电压VG进一步反馈回误差放大器输入端形成环路。环路存在且稳定后，功率放大器的VG与Vramp成正比关系。
电流控制模式是指通过控制功率放大器的偏置电流实现功率控制。图2为相关技术中一种电流控制模式功率放大电路的结构示意图；如图2所示，功率放大电路的一种基本组成至少包括：误差放大器、PMOS（即图2中的MP）、功率放大器（即图2中的PA）及相应的电阻。电流控制模式的原理包括：PA的集电极电阻Rsense采样PA的工作电流，电阻R1采样与Vramp正相关的电流I_Vramp，通过集电极电阻Rsense和电阻R1两个电阻采样的电压进行作差，所述差值经EA放大后驱动MP的输出电流作为PA的偏置电流（即图2中的IBIAS）。功率放大电路的环路稳定后，PA的工作电流与电流I_Vramp成正比关系。其中，电流I_Vramp与Vramp的关系可以是线性关系，也可以是其他正相关的关系，例如多项式关系或者指数关系。
图3为相关技术中基于Cascode结构的功率放大器的结构示意图；如图3所示，该cascode工作原理为：晶体管M3和晶体管M1为电流镜组合，M1器件尺寸与M3器件尺寸之比n通常极大，晶体管M1漏极会产生放大n倍的IBIAS电流Ic。不同大小的电流Ic和偏置电压（VG2）可以改变PA的输出功率满足不同的输出功率等级。为了满足PA饱和输出功率（Psat）能够达到指标要求，M2的栅极偏置电压（VG2）需要一直维持在一个较高的值，以使得晶体管M1，晶体管M2工作在饱和区。
在GSM模式下，在Vramp上升沿开始前，Vramp并不等于0，Vramp会有一个初始值，约0.16V。由于Vramp不为0，导致晶体管M3漏端会输入一个偏置电流（即图3中的IBIAS）。由于电流镜结构，M1处由于IBIAS不等于0而产生Ic电流。由于需要满足Psat指标的要求，VG2一直是一个较高的固定值，当Ic不为0时，较大的VG2抬高了M2的源端电压VD1，以至于VD1>VG1-VTH1（VTH1为晶体管M1的开启电压），导致晶体管M1工作在饱和区且具有较强的放大能力。但是根据3GPP里PVT指标要求，Vramp上升沿之前，PA的前向隔离不需要有太大的功率，一般在-30dB以下。因此该结构的功率放大器容易导致功率达到功率时间模板，使前向隔离指标失败，如图4所示。
基于此，本发明实施例提供一种功率放大器，包括：电流生成电路、第一镜像电路、功率放大电路；所述电流生成电路，用于根据接收的第一输入电压，输出第一电流；所述第一镜像电路，用于根据所述第一电流进行电流镜像，输出第二电流；所述第二电流用于输入所述功率放大电路；所述功率放大电路，用于根据第一射频信号和所述第二电流，输出功率满足第一预设条件的第二射频信号。
图5本发明实施例提供的一种功率放大器的结构示意图；如图5所示，所述功率放大器包括：控制电路51和功率放大电路52；
所述控制电路51包括：电流生成电路53和第一镜像电路54；
所述电流生成电路53，用于根据接收的第一输入电压，输出第一电流；
所述第一镜像电路54，用于根据所述第一电流进行电流镜像，输出第二电流；所述第二电流用于输入功率放大电路52；
所述功率放大电路52，用于根据第一射频信号和所述第二电流，输出功率满足第一预设条件的第二射频信号。
在一实施例中，所述第一镜像电路54，具体用于根据第一电流，输出与第一电流相同的第二电流。即，所述电流镜像，指两个电流相同或者一个电流是另一个电流的n倍（n为大于1的正整数）；这里，指得到与第一电流相同的第二电流。
实际应用时，所述第一输入电压是基带芯片提供给功率放大器以控制所述功率放大器的输出功率的控制电压。
在一实施例中，所述功率放大器可以是GSM功率放大器；所述功率放大器输出的功率随着时间的变化满足的第一预设条件可以是功率时间模板（PVT），即在控制电压上升沿之前10
Figure DEST_PATH_IMAGE003
时间内，功率放大器的前向隔离需要满足-30dB以下。
在一实施例中，所述电流生成电路53，包括：第一支路和第二支路；
所述第一支路处于被导通时，所述第二支路，用于根据所述第一输入电压，输出第一目标电流，作为所述第一电流；
所述第一支路处于部分导通时，所述第二支路，用于根据所述第一输入电压，输出第二目标电流，作为所述第一电流；
所述第一支路处于被关断时，所述第二支路，用于根据所述第一输入电压，输出第三目标电流，作为所述第一电流；
其中，所述第三目标电流高于所述第二目标电流，所述第二目标电流高于所述第一目标电流。
具体来说，所述第一支路处于被导通时，根据所述第一输入电压使得第二支路处于被关断状态，此时电流源的电流全部经第一支路流向地，第二支路输出的第一目标电流仅为功率放大器的最小工作电流，此时将第一目标电流作为所述第一电流；
所述第一支路处于部分导通时，根据所述第一输入电压使得第二支路也处于部分导通状态，此时电流源的电流同时经第一支路和第二支路流向地，第二支路输出的第二目标电流为部分电流源的电流和功率放大器的最小工作电流之和，此时将第二目标电流作为所述第一电流；
所述第一支路处于被关断时，根据所述第一输入电压使得第二支路处于被导通状态，此时电流源的电流全部流经第二支路，第二支路输出的第三目标电流为电流源的电流和功率放大器的最小工作电流之和，此时将第三目标电流作为所述第一电流。
所述功率放大器的最小工作电流为避免所述功率放大器震荡问题的同时，保证功率放大器的射频指标满足功率时间模板要求的最小正常工作电流。
在一实施例中，所述第一镜像电路54，可以包括：与所述第二支路连接的第一晶体管；
所述第一晶体管，用于根据所述第二支路输出的第一电流进行电流镜像，输出所述第二电流。
具体地，所述第一晶体管，具体用于根据第一电流，输出与第一电流相同的第二电流。
所述电流镜像，指两个电流相同或者一个电流是另一个电流的n倍（n为大于1的正整数）；这里，指得到与第一电流相同的第二电流。
本发明实施例提供的功率放大器，根据接收的第一输入电压，输出第一电流；根据所述第一电流进行电流镜像，输出第二电流到功率放大电路52；由功率放大电路52根据第一射频信号和所述第二电流使得功率放大电路52中的晶体管工作在线性区乃至深线性区，从而，所述功率放大电路52输出第二射频信号的功率满足预设的前向隔离指标，达到功率时间模板要求。
图6为本发明实施例提供的另一种功率放大器的结构示意图，如图6所示，所述功率放大器包括：功率放大电路和控制电路51；所述功率放大电路包括：第一输入单元61、第二输入单元63、第二镜像电路62、堆叠电路单元64；
所述第一输入单元61，用于接收第二电流；
所述第二输入单元63，用于接收第一射频信号；
所述第二镜像电路62，用于根据功率放大器的偏置电流进行电流镜像，输出第三电流；所述第三电流为流经所述堆叠电路单元的电流；
所述堆叠电路单元64，用于根据所述第一射频信号、所述第三电流和所述第二电流，输出功率满足第一预设条件的第二射频信号。
所述控制电路51包括：电流生成电路53，用于根据接收的第一输入电压输出第一电流；
其中，第一镜像电路54，用于根据所述第一电流进行电流镜像，输出第二电流；所述第二电流用于输入功率放大电路52；
所述功率放大电路52用于根据第一射频信号和所述第二电流，输出功率满足第一预设条件的第二射频信号。
具体地，所述第一镜像电路54，具体用于根据第一电流，输出与第一电流相同的第二电流。
所述电流镜像，指两个电流相同或者一个电流是另一个电流的n倍（n为大于1的正整数）；这里，指得到与第一电流相同的第二电流。
实际应用时，所述第一输入电压是基带芯片提供给功率放大器以控制所述功率放大器的输出功率的控制电压。
在一实施例中，所述功率放大器可以是GSM功率放大器；所述功率放大器输出的功率随着时间的变化满足的第一预设条件可以是PVT模板，即在控制电压上升沿之前10
Figure 827827DEST_PATH_IMAGE003
时间内，功率放大器的前向隔离需要满足-30dB以下。
在一实施例中，所述电流生成电路53，包括：第一支路和第二支路；
所述第一支路处于被导通时，所述第二支路，用于根据所述第一输入电压，输出第一目标电流，作为所述第一电流；
所述第一支路处于部分导通时，所述第二支路，用于根据所述第一输入电压，输出第二目标电流，作为所述第一电流；
所述第一支路处于被关断时，所述第二支路，用于根据所述第一输入电压，输出第三目标电流，作为所述第一电流；
所述第三目标电流高于所述第二目标电流，所述第二目标电流高于所述第一目标电流。
具体来说，所述第一支路处于被导通时，根据所述第一输入电压使得第二支路处于被关断状态，此时电流源的电流全部经第一支路流向地，第二支路输出的第一目标电流仅为功率放大器的最小工作电流；此时将第一目标电流作为所述第一电流；
所述第一支路处于部分导通时，根据所述第一输入电压使得第二支路也处于部分导通状态，此时电流源的电流同时经第一支路和第二支路流向地，第二支路输出的第二目标电流为部分电流源的电流和功率放大器的最小工作电流之和；此时将第二目标电流作为所述第一电流；
所述第一支路处于被关断时，根据所述第一输入电压使得第二支路处于被导通状态，此时电流源的电流全部流经第二支路，第二支路输出的第三目标电流为电流源的电流和功率放大器的最小工作电流之和；此时将第三目标电流作为所述第一电流。
所述功率放大器的最小工作电流为避免功率放大器震荡问题的同时，保证功率放大器的射频指标满足功率时间模板要求的最小正常工作电流。
在一实施例中，所述第一镜像电路54，具体包括：与所述第二支路连接的第一晶体管；
所述第一晶体管，用于根据所述第二支路输出的第一电流进行电流镜像，输出所述第二电流。
这里，所述第一晶体管，具体用于根据第一电流，输出与第一电流相同的第二电流。
所述电流镜像，指两个电流相同或者一个电流是另一个电流的n倍（n为大于1的正整数）；这里，指得到与第一电流相同的第二电流。
在一实施例中，所述第二镜像电路62，包括：第二晶体管和第四晶体管；所述第二晶体管和第四晶体管为电流镜组合；所述第二镜像电路62，用于根据所述功率放大器的偏置电流通过所述第二晶体管和第四晶体管的电流镜组合进行电流镜像，输出与所述功率放大器的偏置电流对应的第三电流；所述第三电流为流经所述堆叠电路单元64的电流；其中，功率放大器的偏置电流随着第一输入电压正相关变化，即当第一输入电压取值为零时，功率放大器的偏置电流取功率放大器的最小工作电流；当第一输入电压增大时，功率放大器的偏置电流也随着第一输入电压的增大而增大直至最大值，即电流源的电流和功率放大器的最小工作电流之和。
在一实施例中，所述第二镜像电路62，具体用于根据功率放大器的偏置电流，输出放大n倍功率放大器的偏置电流的第三电流。
所述电流镜像，指两个电流相同或者一个电流是另一个电流的n倍（n为大于1的正整数）；这里，指得到的所述第三电流是功率放大器的偏置电流的n倍。
在一实施例中，所述堆叠电路单元64，包括：第二晶体管和第三晶体管；所述第二晶体管的漏极与第三晶体管的源极相连；
所述堆叠电路单元64，用于根据所述第二输入单元63接收的第一射频信号、第二镜像电路62输出的第三电流、和所述第一输入单元61接收的第二电流，输出功率满足第一预设条件的第二射频信号。
具体来说，所述堆叠电路单元64根据第二电流和第二输入电压之间的关系确定第二输入电压，第二电流和第二输入电压之间的关系可以是线性关系也可以是其他正相关的关系，例如多项式关系或者指数关系。所述第二输入电压为第三晶体管的栅极偏置电压；
所述堆叠电路单元64根据第二输入电压和第三电压之间的关系确定第三电压；其中，第二输入电压和第三电压之间的关系为正相关，即第三电压随着第二输入电压的下降而下降。所述第三电压为第三晶体管的源端电压，也是第二晶体管的漏端电压。
在一实施例中，所述第一预设条件，包括：所述功率放大器满足预设的前向隔离指标；
所述功率放大器满足预设的前向隔离指标，具体包括：在第一输入电压，即控制电压上升沿之前10
Figure DEST_PATH_IMAGE004
时间内，功率放大器的前向隔离需要满足-30dB以下。
所述第一预设条件还可以包括：PA饱和输出功率达到指标要求。
实际应用中，所述堆叠电路单元64，用于根据所述第一射频信号、所述第三电流和所述第二电流，输出功率满足第一预设条件的第二射频信号，具体包括两种情况：
第一种情况，在第一输入电压上升沿开始前，控制电路51中的第一输入电压较小，根据控制电路51输出的第二电流也很小，基于第二电流与第二输入电压的正相关关系可以得到第二输入电压也很小。此时第三电压随着第二输入电压下降而下降，当第三电压值小于预设阈值时，所述堆叠电路单元64的第二晶体管和第三晶体管工作在线性区乃至深线性区，所述第二射频信号的功率满足预设的前向隔离指标，达到功率时间模板要求。
第二种情况，随着第一输入电压的升高，控制电路51输出的第二电流也变大，基于第二电流与第二输入电压的正相关关系可以得到第二输入电压也变大。此时第三电压随着第二输入电压上升而上升，当第三电压值大于预设阈值时，所述堆叠电路单元64的第二晶体管和第三晶体管工作在饱和区，所述第二射频信号的饱和输出功率满足指标要求。
在本发明实施例中，一方面，在第一输入电压，即控制电压开始上升之前，第二输入电压也很小，从而使得堆叠电路单元64的晶体管工作在线性区乃至深线性区，功率放大器满足预设的前向隔离指标，达到功率时间模板要求。另一方面随着控制电压的升高，第二输入电压也变大，使得堆叠电路单元64的晶体管工作在饱和区，饱和输出功率满足指标要求。本发明实施例的功率放大器通过控制电压使得功率放大器前向隔离指标得以改善，达到功率时间模板要求。
图7为本发明实施例提供的一种控制电路的结构示意图，是图5所示电路的一个具体应用举例。
控制电路51包括：电流生成电路53和第一镜像电路54；如图7所示，电流生成电路53包括：电流源的电流（Ibias）、第一支路和第二支路；所述第一支路可以包括：NMOS管M1、PMOS管M3、电阻R；所述第二支路可以包括：NMOS管M2、PMOS管M4、电阻R、功率放大器的最小工作电流（Imin）；第一镜像电路54可以包括：NMOS管M2、NMOS管M5；其中，NMOS管M2和NMOS管M5构成电流镜，且晶体管尺寸大小相等。
PMOS管M3的栅极连接Vramp；所述Imin为避免功率放大电路震荡问题的同时，保证功率放大器的射频指标满足功率时间模板要求的最小正常工作电流。
图7所示的控制电路的工作原理为：
根据Vramp确定流经PMOS管M3的电流I_M3值，根据I_M3确定流经PMOS管M4的电流I_M4值，根据I_M4以及Imin，确定所述流经NMOS管M2的第一电流I_M2值。对I_M2进行电流镜像，得到流经NMOS管M5的第二电流Iref；所述Iref用于输入功率放大电路以使功率放大电路第二射频信号的输出功率满足第一预设条件。
具体地，当Vramp=0V时，M3开启，M4断开，定值Ibias全部通过M3到地，流经M2的第一电流I_M2只有Imin，由于M2和M5构成电流镜，且晶体管尺寸大小相等，因此Iref=Imin。随着Vramp的增大，M3的栅源电压逐渐增大，M4的栅源电压逐渐减小，因此Ibias流入M4的漏端比例越来越大，直至M3断开，所有的Ibias都流进M4漏端，因此Iref随着Vramp的增大逐渐增大，直至最大值Ibias+Imin。
Iref随着Vramp变化的曲线如图8所示，Iref随Vramp正相关变化，即当Vramp=0V时，Iref取最小值Imin；当Vramp增大时，Iref也随着Vramp的增大而增大直至最大值Ibias+Imin。
在一实施例中，NMOS管M5，具体用于根据第二支路输出的I_M2值，输出与I_M2相同的第二电流Iref。
图9为本发明实施例提供的功率放大器内部组成结构示意图，是图6所示电路的一个具体应用举例。
如图9所示，功率放大器包括：功率放大电路、控制电路91和控制电路92；所述功率放大电路可以包括：晶体管M1、晶体管M2、晶体管M3；其中，晶体管M3和晶体管M1为电流镜组合。
图9所示的功率放大器的工作原理为：
控制电路91、控制电路92分别提供第二电流给晶体管M2的栅极节点、M3的漏极节点；控制电路92提供给M3的漏极节点的第二电流作为功率放大器的偏置电流（即图9中的IBIAS）。控制电路91根据第二电流和VG2（即第二输入电压）之间的关系得到VG2，功率放大器根据VG2的大小来确定M1的漏端电压VD1进而控制功率放大器的工作状态。其中，第二电流和VG2电压之间的关系可以是线性关系也可以是其他正相关的关系，例如多项式关系或者指数关系。VG2电压和VD1电压之间的关系为正相关，即VD1随着VG2的下降而下降。其中，控制电路91和控制电路92为结构相同的控制电路，分别输出的第二电流可以相同，也可以不同。而IBIAS随着Vramp正相关变化，即当Vramp取值为零时，IBIAS取功率放大器的最小工作电流；当Vramp增大时，IBIAS也随着Vramp的增大而增大直至最大值，即电流源的电流和功率放大器的最小工作电流之和。
具体地，在Vramp由小变大的过程中，功率放大器的工作过程包括以下两个阶段：
第一阶段：在Vramp上升沿开始前，控制电路91中的控制电压较小时，控制电路91输出的第二电流也较小，基于第二电流与VG2的正相关关系可以得到VG2也很小；此时，控制电路92输入的控制电压也较小，控制电路92输出的第二电流即功率放大器的偏置电流（IBIAS）也较小。此时VD1随着VG2下降而下降，当VD1<VG1-VTH1（VTH1为晶体管M1的开启电压）时，晶体管M1工作在线性区乃至深线性区，M1放大能力很弱甚至接近于0，功率放大器输出的第二射频信号RF OUT满足预设的前向隔离指标，达到功率时间模板要求。
第二种情况，随着Vramp的升高，控制电路91输出的第二电流也变大，基于第二电流与VG2的正相关关系可以得到VG2也变大；控制电路92输出的第二电流即功率放大器的偏置电流（IBIAS）随着Vramp的升高也变大。此时VD1随着VG2上升而上升，当VD1>VG1-VTH1时，功率放大器中的晶体管M1、M2工作在饱和区，输出的第二射频信号RF OUT的饱和输出功率满足指标要求。
在本发明实施例中，一方面，在控制电压开始上升之前，VG2也很小，从而使得功率放大器中的晶体管工作在线性区乃至深线性区，功率放大器满足预设的前向隔离指标，达到功率时间模板要求。另一方面随着控制电压的升高，VG2也变大，使得功率放大器中的晶体管工作在饱和区，饱和输出功率满足指标要求。本发明使得VG2随着控制电压正相关变化，通过控制电压控制VG2使得功率放大器前向隔离指标得以改善，达到功率时间模板要求。
这里，VG2随着控制电压正相关变化，是指：VG2和控制电压之间的关系可以是线性关系也可以是其他正相关的关系，例如多项式关系或者指数关系，因此，VG2随控制电压的变化曲线的斜率可以根据需求取不同的值，以应对不同的应用需求。
本发明控制电路91和控制电路92不仅仅可以应用于cascode结构的功率放大电路，还可以应用于两个晶体管的stack电路乃至更多晶体管的stack电路。
图10为本发明实施例提供的基于stack结构的功率放大器的内部组成结构示意图；如图10所示，与cascode结构类似，在本实施例中，三个管子stack结构的功率放大器同样可以通过Vramp控制VG2、晶体管M4的栅极偏置电压（VG3）以及功率放大器的偏置电流（IBIAS），进一步控制功率放大器的工作状态。
在本实施例中，功率放大器包括：控制电路和功率放大电路；所述控制电路包括：控制电路1和控制电路2；所述功率放大电路包括：晶体管M1、晶体管M2、晶体管M3、晶体管M4，其中，晶体管M3和晶体管M1为电流镜组合。
图10所示的功率放大器的工作原理为：
控制电路1、控制电路2分别提供第二电流给晶体管M2、晶体管M4的栅极节点，根据第二电流和VG2之间的关系得到VG2，根据第二电流和VG3之间的关系得到VG3，功率放大器根据IBIAS、VG2、VG3的大小来控制功率放大电路的工作状态。其中，第二电流和VG2、VG3电压之间的关系可以是线性关系也可以是其他正相关的关系，例如多项式关系或者指数关系。其中，控制电路1和控制电路2为结构相同的控制电路，分别输出的第二电流可以相同，也可以不同。其中，IBIAS随着Vramp正相关变化，即当Vramp取值为零时，IBIAS取功率放大器的最小工作电流；当Vramp增大时，IBIAS也随着Vramp的增大而增大直至最大值，即电流源的电流和功率放大器的最小工作电流之和。
所述功率放大器的最小工作电流为避免所述功率放大器震荡问题的同时，保证功率放大器的射频指标满足功率时间模板要求的最小正常工作电流。
具体地，在Vramp由小变大的过程中，功率放大器的工作过程包括以下两个阶段：
第一阶段：在Vramp上升沿开始前，控制电路中的控制电压较小时，控制电路输出的第二电流也较小，基于第二电流与VG2、VG3的正相关关系可以得到VG2、VG3也很小；此时，基于IBIAS与Vramp正相关关系得到的IBIAS值也较小。此时VD1随着VG2的下降而下降、VD2随着VG3的下降而下降，当VD1<VG1-VTH1（VTH1为晶体管M1的开启电压）且VD2<VG2-VTH2（VTH2为晶体管M2的开启电压）时，晶体管M1、M2工作在线性区乃至深线性区，M1、M2的放大性能都很弱乃至于接近于0，功率放大器输出功率下降满足预设的前向隔离指标，达到功率时间模板要求。
第二种情况，随着Vramp的升高，控制电路输出的第二电流也变大，基于第二电流与VG2、VG3的正相关关系可以得到VG2、VG3也变大；此时，基于IBIAS与Vramp正相关关系得到的IBIAS值也较大。此时VD1随着VG2上升而上升、VD2随着VG3上升而上升，当VD1>VG1-VTH1且VD2>VG2-VTH2时，功率放大器中的晶体管M1、M2和M4工作在饱和区，饱和输出功率满足指标要求。
在本发明实施例中，一方面，在控制电压开始上升之前，VG2、VG3也很小，从而使得功率放大器中的晶体管工作在线性区乃至深线性区，功率放大器满足预设的前向隔离指标，达到功率时间模板要求。另一方面随着控制电压的升高，VG2、VG3也变大，使得功率放大器中的晶体管工作在饱和区，饱和输出功率满足指标要求。本发明使得VG2、VG3随着控制电压正相关变化，通过控制电压控制VG2、VG3使得功率放大器前向隔离指标得以改善，达到功率时间模板要求。
这里，VG2、VG3随着控制电压正相关变化，是指：VG2和控制电压之间的关系可以是线性关系也可以是其他正相关的关系，例如多项式关系或者指数关系，VG3和控制电压之间的关系可以是线性关系也可以是其他正相关的关系，例如多项式关系或者指数关系，因此，VG2、VG3随控制电压的变化曲线的斜率可以根据需求取不同的值，以应对不同的应用需求。
基于上述实施例，本发明实施例还提供了一种控制方法，如图11所示，所述方法应用于上述功率放大器，所述方法包括以下步骤：
步骤1101、电流生成电路根据接收的第一输入电压输出第一电流；
步骤1102、第一镜像电路根据所述第一电流进行电流镜像，输出第二电流；
步骤1103、功率放大电路根据第一射频信号和所述第二电流输出功率满足第一预设条件的第二射频信号；
其中，所述第一镜像电路根据第一电流，输出与第一电流相同的第二电流。
所述电流镜像，指两个电流相同或者一个电流是另一个电流的n倍（n为大于1的正整数）；这里，指得到与第一电流相同的第二电流。
在一实施例中，所述第一输入电压是基带芯片提供给功率放大器以控制所述功率放大器的输出功率的控制电压。
在一实施例中，所述功率放大器可以对应的是GSM功率放大器；所述功率放大器输出的功率随着时间的变化满足的第一预设条件可以是PVT模板，即在控制电压上升沿之前10
Figure DEST_PATH_IMAGE005
时间内，GSM功率放大器的前向隔离需要满足-30dB以下。
在一实施例中，所述电流生成电路，包括：第一支路和第二支路；所述根据接收的第一输入电压输出第一电流，包括：
所述第一支路处于被导通时，所述第二支路根据所述第一输入电压输出第一目标电流，作为所述第一电流；
所述第一支路处于部分导通时，所述第二支路根据所述第一输入电压输出第二目标电流，作为所述第一电流；
所述第一支路处于被关断时，所述第二支路根据所述第一输入电压输出第三目标电流，作为所述第一电流；
其中，所述第三目标电流高于所述第二目标电流，所述第二目标电流高于所述第一目标电流。
具体来说，所述第一支路处于被导通时，根据所述第一输入电压使得第二支路处于被关断状态，此时电流源的电流全部经第一支路流向地，第二支路输出的第一目标电流仅为功率放大器的最小工作电流，此时将第一目标电流作为所述第一电流；
所述第一支路处于部分导通时，根据所述第一输入电压使得第二支路也处于部分导通状态，此时电流源的电流同时经第一支路和第二支路流向地，第二支路输出的第二目标电流为部分电流源的电流和功率放大器的最小工作电流之和，此时将第二目标电流作为所述第一电流；
所述第一支路处于被关断时，根据所述第一输入电压使得第二支路处于被导通状态，此时电流源的电流全部流经第二支路，第二支路输出的第三目标电流为电流源的电流和功率放大器的最小工作电流之和，此时将第三目标电流作为所述第一电流。
所述功率放大器的最小工作电流为避免所述功率放大器震荡问题的同时，保证功率放大器的射频指标满足功率时间模板要求的最小正常工作电流。
在一实施例中，所述第一镜像电路，包括：与所述第二支路连接的第一晶体管；所述第一镜像电路根据所述第一电流进行电流镜像输出第二电流，包括：
所述第一晶体管根据所述第二支路输出的第一电流进行电流镜像，输出所述第二电流。
具体地，所述第一晶体管根据第一电流，输出与第一电流相同的第二电流。
所述电流镜像，指两个电流相同或者一个电流是另一个电流的n倍（n为大于1的正整数）；这里，指得到与第一电流相同的第二电流。
在一实施例中，所述功率放大电路，包括：第一输入单元、第二输入单元、第二镜像电路、堆叠电路单元；
所述功率放大电路根据第一射频信号和所述第二电流输出第二射频信号，包括：
所述第一输入单元接收所述第二电流；
所述第二输入单元接收所述第一射频信号；
所述第二镜像电路根据所述功率放大器的偏置电流进行电流镜像，输出第三电流；所述第三电流为流经所述堆叠电路单元的电流。其中，功率放大器的偏置电流随着第一输入电压正相关变化，即当第一输入电压取值为零时，功率放大器的偏置电流取功率放大器的最小工作电流；当第一输入电压增大时，功率放大器的偏置电流也随着第一输入电压的增大而增大直至最大值，即电流源的电流和功率放大器的最小工作电流之和。
在一实施例中，所述第二镜像电路具体根据功率放大器的偏置电流，输出放大n倍功率放大器的偏置电流的第三电流。
所述电流镜像，指两个电流相同或者一个电流是另一个电流的n倍（n为大于1的正整数）；这里，指得到的所述第三电流是功率放大器的偏置电流的n倍。
所述堆叠电路单元根据所述第一射频信号、所述第三电流和所述第二电流，输出功率满足第一预设条件的第二射频信号。
在一实施例中，所述第一预设条件包括：所述功率放大器满足预设的前向隔离指标。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种功率放大器，其特征在于，所述功率放大器，包括：电流生成电路、第一镜像电路、功率放大电路；其中，所述电流生成电路，用于根据接收的第一输入电压，输出第一电流；
所述第一镜像电路，用于根据所述第一电流进行电流镜像，输出第二电流；所述第二电流用于输入所述功率放大电路；
所述功率放大电路，用于根据第一射频信号和所述第二电流，输出功率满足第一预设条件的第二射频信号；
所述功率放大电路包括：第二镜像电路和堆叠电路单元；
所述第二镜像电路，用于根据功率放大器的偏置电流进行电流镜像，输出第三电流；所述第三电流为流经所述堆叠电路单元的电流；
所述堆叠电路单元，用于根据所述第一射频信号、所述第三电流和所述第二电流，输出功率满足第一预设条件的第二射频信号。
2.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，所述电流生成电路，包括：第一支路和第二支路；
所述第一支路处于被导通时，所述第二支路，用于根据所述第一输入电压，输出第一目标电流，作为所述第一电流；
所述第一支路处于部分导通时，所述第二支路，用于根据所述第一输入电压，输出第二目标电流，作为所述第一电流；
所述第一支路处于被关断时，所述第二支路，用于根据所述第一输入电压，输出第三目标电流，作为所述第一电流；
所述第三目标电流高于所述第二目标电流，所述第二目标电流高于所述第一目标电流。
3.根据权利要求2所述的功率放大器，其特征在于，所述第一镜像电路，包括：与所述第二支路连接的第一晶体管；
所述第一晶体管，用于根据所述第二支路输出的第一电流进行电流镜像，输出所述第二电流。
4.根据权利要求3所述的功率放大器，其特征在于，所述功率放大电路，还包括：第一输入单元、第二输入单元；
所述第一输入单元，用于接收所述第二电流；
所述第二输入单元，用于接收所述第一射频信号。
5.根据权利要求1至4任一项所述的功率放大器，其特征在于，所述第一预设条件包括：
所述功率放大器满足预设的前向隔离指标。
6.一种控制方法，其特征在于，应用于权利要求1至5任一项功率放大器，所述方法包括：
电流生成电路根据接收的第一输入电压输出第一电流；
第一镜像电路根据所述第一电流进行电流镜像输出第二电流；所述第二电流用于输入功率放大电路；
所述功率放大电路根据第一射频信号和所述第二电流输出功率满足第一预设条件的第二射频信号；
所述功率放大电路包括：第二镜像电路和堆叠电路单元；
所述第二镜像电路根据所述功率放大器的偏置电流进行电流镜像，输出第三电流；所述第三电流为流经所述堆叠电路单元的电流；
所述堆叠电路单元根据所述第一射频信号、所述第三电流和所述第二电流，输出功率满足第一预设条件的第二射频信号。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述电流生成电路，包括：第一支路和第二支路；所述根据接收的第一输入电压输出第一电流，包括：
所述第一支路处于被导通时，所述第二支路根据所述第一输入电压输出第一目标电流，作为所述第一电流；
所述第一支路处于部分导通时，所述第二支路根据所述第一输入电压输出第二目标电流，作为所述第一电流；
所述第一支路处于被关断时，所述第二支路根据所述第一输入电压输出第三目标电流，作为所述第一电流；
所述第三目标电流高于所述第二目标电流，所述第二目标电流高于所述第一目标电流。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一镜像电路，包括：与所述第二支路连接的第一晶体管；所述第一镜像电路根据所述第一电流进行电流镜像输出第二电流，包括：
所述第一晶体管根据所述第二支路输出的第一电流进行电流镜像，输出所述第二电流。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述功率放大电路，还包括：第一输入单元、第二输入单元；所述功率放大电路根据第一射频信号和所述第二电流输出第二射频信号，包括：
所述第一输入单元接收所述第二电流；
所述第二输入单元接收所述第一射频信号。
10.根据权利要求6至9任一项所述的方法，其特征在于，所述第一预设条件包括：
所述功率放大器满足预设的前向隔离指标。
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