CN113922767A - 一种增益温漂频率特性补偿电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种增益温漂频率特性补偿电路及方法，包括MOS场效应管、电感、电容、射频扼流电阻和偏置电路；所述偏置电路与MOS场效应管的栅极连接，用于向MOS场效应管的栅极提供一个随环境温度变化的控制电压V_g；所述电感与电容串联并与MOS场效应管的源极连接；所述射频扼流电阻与MOS场效应管的源极连接，用于向MOS场效应管的源极提供偏置电压V_cm；所述MOS场效应管的漏极作为电压输入/输出端。

Description

一种增益温漂频率特性补偿电路及方法

技术领域

本发明属于电路设计技术领域，具体涉及一种增益温漂频率特性补偿电路及方法。

背景技术

在无线通信中，增益是系统的一个极其重要的指标，增益的带内平坦度、温度特性等都会极大的影响系统的性能。增益的温度特性是指系统的增益随着环境温度的变化而发生变化的现象。一般而言，系统要求增益的温度特性越小越好，有利于系统在各个环境下都稳定工作。但是由于基本器件的物理特性(如晶体管的电流、跨导)具有天然的温度特性，任何系统都会存在增益温漂，所以，减小增益温漂是一个重要的设计课题。另外增益温漂还存在频率特性，即同一系统在低频段的温漂和高频段的温漂是不一致的，这会导致系统在高低频的性能不一致，也是需要改善的特性。上述问题如图1所示， f1/f2为系统的频段，G_t1/G_t2分别为系统在温度t1/t2对应的增益。

现有的补偿增益温漂的方法都是通过改变放大器电路的电流来实现的。在高温的时候，器件的跨导变小，通过给放大器更大的偏置电流来补偿增益的降低，低温的时候则减小放大器的偏置电流。该方法会使得芯片的电流在不同温度下波动剧烈，同时电流的波动会恶化系统其它的性能，如输出功率等。另外，该方法无法补偿增益温漂的频率特性，在宽带系统中，这个缺陷尤其明显。

发明内容

发明目的：为解决通信系统中增益的温度波动随频率变化的问题，本发明提出了一种增益温漂频率特性补偿电路及方法。

技术方案：一种增益温漂频率特性补偿电路，包括MOS场效应管、电感、电容、射频扼流电阻和偏置电路；所述偏置电路与MOS场效应管的栅极连接，用于向MOS场效应管的栅极提供一个随环境温度变化的控制电压V_g；所述电感与电容串联并与MOS场效应管的源极连接；所述射频扼流电阻与MOS场效应管的源极连接，用于向MOS场效应管的源极提供偏置电压V_cm；所述MOS场效应管的漏极作为电压输入/输出端。

进一步的，所述控制电压V_g表示为：V_g＝b-aT，其中，T为环境温度，b为V_g的直流偏移量，a为V_g随温度的斜率，a/b可以根据不同的温度补偿要求进行设计。

进一步的，所述偏置电路包括：用于产生随温度变化的电流的第一电流电路、用于产生不随温度变化的电流的第二电流电路、电阻和缓冲器；所述第一电流电路的输出端、第二电流电路的输出端和电阻均与缓冲器的正输入端连接，缓冲器的负输入端与缓冲器的输出端连接，缓冲器的输出端输出控制电压V_g，施加到MOS场效应管的栅极。

进一步的，所述第一电流电路为带隙基准源电路，第二电流电路为带隙基准源电路。

本发明还公开了一种增益温漂频率特性补偿方法，包括：

给MOS场效应管的栅极提供一个随环境温度变化的控制电压V_g，同步给MOS场效应管的源极提供一个偏置电压V_cm；

通过改变给MOS场效应管M1的栅源电压(V_g-V_cm)，改变LC的谐振频点，控制MOS 管温补电阻的生效的频率，从而补偿温漂的频率特性。

有益效果：采用本发明的电路结构，其能显著有效改善通信系统的增益温漂的频率特性。

附图说明

图1为通信系统增益温漂特性示意图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为M1的gate电压Vg的温度特性示意图；

图4为M1的等效电阻的温度特性示意图；

图5为本发明的增益特性示意图；

图6为补偿之后的系统增益温漂的频率特性示意图；

图7为图2中的偏置电路示意图；

图8为一个发射链路补偿前后的高低温增益曲线示意图。

具体实施方式

现结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步说明。

如图2所示，本发明的电路结构包括一个MOS场效应管M1、一个电感L1、一个电容C1、射频扼流电阻Rchoke和偏置电路；其中，偏置电路为MOS场效应管M1的栅极提供控制电压V_g，射频扼流电阻Rchoke为MOS场效应管M1的源极提供偏置电压 V_cm。VIN/VOUT分别为电路的输入输出电压。

MOS场效应管M1的等效电阻为：

其中，μ为载流子漂移速率，C_ox为MOS场效应管M1的栅源电容，W/L为MOS 场效应管M1的宽长比，(V_g-V_cm)为MOS场效应管M1的栅源电压，V_th为MOS场效应管M1的阈值电压。

如图7所示，本发明的偏置电路，其作用是产生一个随温度变化的电压。图7中Ipt为一个随温度变化的电流，可以表示为Ipt＝-aT，Ibg为一个不随温度变化电流，二者都可以通过带隙基准源电路产生。所以，电阻R3上的电压为：

V3＝(Ibg-aT)*R3 (2)

经过缓冲器之后得到Vout，施加到MOS场效应管M1的栅端，所以，栅端电压可以表示为V_g＝b-aT，其中，T为环境温度，b＝Ibg*R3，a为电流的温度系数，可以根据需求进行设计。

因此，MOS场效应管M1的等效电阻可以表示为：

由式(2)可知，MOS场效应管M1的等效电阻的电阻值是一个随温度变化的值。

本发明整个电路的到地阻抗，可表示为：

本发明整个电路的到地阻抗为随温度和频率都会发生变化的值。

电感L1和电容C1在频率f2处发生谐振，因此称f2为电感L1和电容C1的谐振点；在谐振点f2处，到地阻抗Z1主要取决于MOS场效应管M1的阻抗R，而电阻的温度特性决定了衰减的温度特性，所以会呈现MOS场效应管M1的阻抗R的温度特性。随着频率远离谐振点f2，到地阻抗Z1的温度特性逐渐减弱，对应的衰减的温度特性也越来越弱，从而实现如图5所示的增益特性。

如图4和图5所示，本发明的补偿电路，其特点为：

1)在温度t2下，MOS场效应管M1的阻抗R为图4中的R2，是一个较大的值，该电阻屏蔽了LC的频率特性，如图5所示，频率f1-f2内，本发明呈现的衰减几乎不变。

2)在温度t1下，MOS场效应管M1的阻抗R为图4中的R1，是一个偏小的值。在图5中的f1处，LC呈现较大阻抗，衰减较小，而在谐振点f2处，Z1为R1，衰减较大。

将图1和图5中的增益特性级联之后就能得到接近图6中的增益特性，从而补偿了整个频段内增益温漂的频率特性。

在温漂大的频点，设计让LC谐振在该频点，LC-Rchoke的阻抗基本由Rchoke决定，Rchoke的温度特性由Vg的温度特性决定，一般来说，温度越高，Rchoke越大。通过这样的设计，Rchoke有效缩小了该频点的温漂。

在温漂小的频点，由于远离LC的谐振频点，LC-Rchoke的阻抗基本由LC的谐振阻抗决定，该阻抗不具有温度特性，所以在该频点几乎不改变原来的温漂特性。

通过上述设计，从而实现不改变小温漂的频点的温漂，同时将大温漂频点的温漂缩小的目的，即补偿了温漂的频率特性。

如图8所示为本发明应用的一个实例。图中所示曲线为一个发射链路的链路增益，一共给出了6条曲线，分别为补偿前后的高低温增益曲线(-40/35/110℃)。可以看到：

补偿之前，低温与高温的增益差在6GHz为1.6dB，在12GHz为-0.9dB，增益温漂在2个频点相差2.5dB；

补偿之后，低温与高温的增益差在6GHz为1.9dB，在12GHz为1.7dB，增益温漂在2个频点相差0.2dB；

补偿前后，系统的增益温漂的频率特性得到了明显的改善。

Claims (5)

1.一种增益温漂频率特性补偿电路，其特征在于：包括MOS场效应管(M1)、电感(L1)、电容(C1)、射频扼流电阻(Rchoke)和偏置电路；所述偏置电路与MOS场效应管(M1)的栅极连接，用于向MOS场效应管(M1)的栅极提供一个随环境温度变化的控制电压V_g；所述电感(L1)与电容(C1)串联并与MOS场效应管(M1)的源极连接；所述射频扼流电阻(Rchoke)与MOS场效应管(M1)的源极连接，用于向MOS场效应管(M1)的源极提供偏置电压V_cm；所述MOS场效应管(M1)的漏极作为电压输入/输出端。

2.根据权利要求1所述的一种增益温漂频率特性补偿电路，其特征在于：所述控制电压V_g表示为：V_g＝b-aT，其中，T为环境温度，b为V_g的直流偏移量，a为控制电压V_g随温度的斜率。

3.根据权利要求1所述的一种增益温漂频率特性补偿电路，其特征在于：所述偏置电路包括：用于产生随温度变化的电流的第一电流电路、用于产生不随温度变化的电流的第二电流电路、电阻(R3)和缓冲器；所述第一电流电路的输出端、第二电流电路的输出端和电阻均与缓冲器的正输入端连接，缓冲器的负输入端与缓冲器的输出端连接，缓冲器的输出端输出控制电压V_g，施加到MOS场效应管(M1)的栅极。

4.根据权利要求2所述的一种增益温漂频率特性补偿电路，其特征在于：所述第一电流电路为带隙基准源电路，第二电流电路为带隙基准源电路。

5.基于权利要求1至4任意一项所述的一种增益温漂频率特性补偿电路的增益温漂频率特性补偿方法，其特征在于：包括：

给MOS场效应管的栅极提供一个随环境温度变化的控制电压V_g；

给MOS场效应管的源极提供一个偏置电压V_cm；

通过改变给MOS场效应管M1的栅源电压(V_g-V_cm)，改变LC的谐振频点，控制MOS场效应管(M1)温度补偿电阻的生效的频率，从而补偿温漂的频率特性。

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