CN114301396A - 动态偏置控制电路和Doherty功率放大器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动态偏置控制电路和Doherty功率放大器。所述动态偏置控制电路用于Doherty功率放大器，并且与Doherty功率放大器中的辅路功率放大器电连接，所述动态偏置控制电路包括：动态偏置降压电路和动态偏置升压电路；动态偏置降压电路的输出电压与辅路功率放大器的输入功率为负相关，动态偏置升压电路的输出电压与辅路功率放大器的输入功率为正相关；动态偏置控制电路用于根据动态偏置降压电路和动态偏置升压电路的输出电压而相应调整提供给辅路功率放大器的偏置电压，以当输入功率大于第一预设功率时降低偏置电压以限制辅路功率放大器的功率幅度。本方案能够提高回退效率，并且保护辅路功率放大器的晶体管在过高功率模式下的安全。

Description

动态偏置控制电路和Doherty功率放大器

技术领域

本发明涉及功率放大器技术领域，具体涉及一种动态偏置控制电路和Doherty功率放大器。

背景技术

功率放大器作为毫米波发射机的最后一级有源电路，其担负着效率、功率、线性度等指标重担。通常功率放大器(简称功放，下文相同)的功耗占整个发射机链路直流功耗的一半以上。因此，效率是衡量一个功放性能优劣的关键性能。

为了提高功放的工作效率，许多关键技术应运而生，例如：Kahn包络分离和恢复技术、包络跟踪技术、Outphasing技术和Doherty技术。其中Doherty技术，通过使用主路功放和辅路功放，并引入负载调试技术，以实现大功率、高效率和高回退效率，得到业界的普遍认可。

但是，在毫米波频段的情况下，有源器件的增益、功率和效率等性能都随着频率的升高而快速下降，无源器件的损耗随着频率的升高而变大。对于Doherty功放而言，输出的无源功率合成网络损耗将严重恶化Doherty电路的整体效率。因此，随着频率的提升，高效率Doherty功放的设计成为一个技术难点。

传统Doherty功率放大器采用固定偏置电压，主路功率放大器偏置在B类模式，辅路功率放大器偏置在C类模式。理想功率回退模式下，辅路功率放大器为关闭状态，从功率合成点朝辅路功率放大器看进去的等效阻抗为无穷大。而实际情况为偏置在C类的辅路功率放大器在回退模式中消耗一定的直流功耗，而且从辅路功率放大器看进去的等效阻抗并不理想，从而恶化回退效率。

因此，需要对现有技术问题提出解决方法。

发明内容

本发明提供一种动态偏置控制电路和Doherty功率放大器，其旨在对Doherty功率放大器架构中的辅路功率放大器引入动态偏置控制电路，以进一步提高回退效率，并且保护辅路功率放大器中的晶体管在过高功率模式下的安全。

第一方面，本发明一实施例提供一种动态偏置控制电路，所述动态偏置控制电路用于Doherty功率放大器，并且与Doherty功率放大器中的辅路功率放大器电连接；所述动态偏置控制电路包括：动态偏置降压电路和与所述动态偏置降压电路连接的动态偏置升压电路；所述动态偏置降压电路的输出电压与所述辅路功率放大器的射频信号的输入功率为负相关，所述动态偏置升压电路的输出电压与所述辅路功率放大器的射频信号的输入功率为正相关；所述动态偏置控制电路用于根据所述动态偏置降压电路的输出电压和所述动态偏置升压电路的输出电压而相应调整提供给所述辅路功率放大器的偏置电压，以当所述辅路功率放大器的射频信号的输入功率大于第一预设功率时，降低所述偏置电压以限制所述辅路功率放大器的功率幅度。

可选地，在一实施例中，所述动态偏置降压电路包括：第一晶体管、第二晶体管、第一电阻、第二电阻和第三电阻；所述动态偏置升压电路包括：第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第四电阻和第一电容；所述第一晶体管的第一端连接电源电压端，所述第一晶体管的控制端分别与所述第三晶体管的控制端、所述第一电容的第一端和所述动态偏置控制电路的电流源连接，所述第一晶体管的第二端与所述第一电阻的第一端连接；所述第一电阻的第二端分别与所述第二晶体管的第一端、所述第二电阻的第一端和所述第三电阻的第一端连接；所述第二晶体管的控制端与所述第二电阻的第二端连接，所述第二晶体管的第二端接地；所述第二电阻的第一端与所述第三电阻的第一端连接；所述第三电阻的第二端与所述第四电阻的第一端连接；所述第四电阻的第二端与所述第三晶体管的第一端连接；所述第三晶体管的控制端分别与所述第一电容的第一端和所述电流源连接，所述第三晶体管的第二端连接所述电源电压端；所述第一电容的第二端接地；所述第四晶体管的第一端连接电流源，所述第四晶体管的控制端与所述第四晶体管的第一端连接，所述第四晶体管的第二端与所述第五晶体管的第一端连接；所述第五晶体管的控制端与所述第五晶体管的第一端连接，所述第五晶体管的第二端接地。

可选地，在一实施例中，所述第三电阻和所述第四电阻用于调整所述动态偏置控制电路的输出电压。

可选地，在一实施例中，所述第三电阻和所述第四电阻的公共节点用于检测所述辅路功率放大器的射频信号，所述第三电阻和所述第四电阻分别根据所检测到的所述射频信号调整所述动态偏置降压电路的输出电压和所述动态偏置升压电路的输出电压。

可选地，在一实施例中，所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第三晶体管、所述第四晶体管和所述第五晶体管为双极性晶体管或MOS管。

可选地，在一实施例中，所述第一电容为金属-绝缘体-金属型电容或交趾型电容。

可选地，在一实施例中，当辅路功率放大器的射频信号的输入功率小于第二预设功率时，所述动态偏置控制电路提供给所述辅路功率放大器的偏置电压为低偏置电压。

可选地，在一实施例中，当辅路功率放大器的射频信号的输入功率大于第二预设功率且逐渐增加时，所述动态偏置控制电路提供给所述辅路功率放大器的偏置电压由低偏置电压逐渐变为高偏置电压，其中所述第二预设功率小于第一预设功率。

第二方面，本发明一实施例提供了一种Doherty功率放大器，其包括本发明任一实施例所述的动态偏置控制电路和辅路功率放大器、主路功率放大器、负载调制电路和正交耦合器；所述动态偏置控制电路与所述辅路功率放大器连接，所述辅路功率放大器和所述主路功率放大器均与所述负载调制电路连接，所述负载调制电路连接至射频输出端；所述正交耦合器分别与射频输入端、所述辅路功率放大器和所述主路功率放大器连接。

可选地，在一实施例中，所述Doherty功率放大器包括两个相同的动态偏置控制电路，每一所述动态偏置控制电路分别与所述辅路功率放大器中的变压器一侧绕组的两端连接。

本发明通过对辅路功率放大器引入动态偏置控制电路，以实现如下有益效果：在辅路功率放大器在Doherty功率放大器的功率回退模式下，动态偏置控制电路提供更低的偏置电压，以有效关闭辅路功率放大器，从而保证功率回退模式下的回退效率；当辅路功率放大器的射频信号的输入功率在一定范围内，动态偏置控制电路提供给辅路功率放大器的偏置电压随输入功率的增加而增加，使得辅路功率放大器在较大功率模式下为开启状态，并且提高Doherty功率放大器的线性度；当辅路功率放大器的射频信号的输入功率超过一定范围后，迅速降低动态偏置控制电路提供给辅路功率放大器的偏置电压，并且限制辅路功率放大器的功率幅度，从而达到保护辅路功率放大器中的晶体管的作用。

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。

图1为本发明一实施例所提供的一种Doherty功率放大器的架构示意图。

图2为图1所示的动态偏置控制电路与辅路功率放大器的具体电路连接示意图。

图3为动态偏置控制电路的输出电压与射频信号的输入功率的关系示意图。

图4为本发明一实施例所提供的Doherty功率放大器的具体电路连接示意图。

图5为动态偏置控制电路的输出电压与Doherty功率放大器的输出功率的关系示意图。

图6为采用动态偏置控制电路的线性度优于采用固定偏置控制电路的线性度的示意图。

图7为采用动态偏置控制电路的电路效率在回退模式下高于采用固定偏置控制电路的电路效率的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。此外，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”、“下”、“左”、“右”通常是指装置实际使用或工作状态下的上、下、左和右，具体为附图中的图面方向。

本发明提供一种动态偏置控制电路和Doherty功率放大器，以下分别进行详细说明。需要说明的是，以下实施例的描述顺序不作为对本发明实施例优选顺序的限定。且在以下实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

图1为本发明一实施例所提供的一种Doherty功率放大器的架构示意图。图2为图1所示的动态偏置控制电路与辅路功率放大器的具体电路连接示意图。

如图1和图2所示，本发明一实施例提供了一种动态偏置控制电路1，所述动态偏置控制电路1用于Doherty功率放大器，并且与Doherty功率放大器中的辅路功率放大器2(或简称为辅功放，下文相同)电连接。所述动态偏置控制电路1包括：动态偏置降压电路11和与所述动态偏置降压电路11连接的动态偏置升压电路12。所述动态偏置降压电路11的输出电压与所述辅路功率放大器2的射频信号的输入功率为负相关，所述动态偏置升压电路12的输出电压与所述辅路功率放大器2的射频信号的输入功率为正相关。所述动态偏置控制电路1用于根据所述动态偏置降压电路11的输出电压和所述动态偏置升压电路12的输出电压而相应调整提供给所述辅路功率放大器2的偏置电压，以当所述辅路功率放大器2的射频信号的输入功率大于第一预设功率时，降低所述偏置电压，以限制所述辅路功率放大器2的功率幅度。

需说明的是，上述辅路功率放大器2的射频信号源于Doherty功率放大器的射频输入端所接收到的射频信号。

本发明所述动态偏置控制电路1适用于Doherty功率放大器，通过合理设计动态偏置控制电路1，以实现当射频信号的输入功率超过一定范围后，迅速降低动态偏置控制电路1提供给辅路功率放大器2的偏置电压，并且限制辅路功率放大器2的功率幅度，从而达到保护辅路功率放大器2中的晶体管的作用，并且提高相关产品的可靠性以及延长产品的使用寿命。

以下将结合附图进一步描述所述动态偏置控制电路1。所述动态偏置控制电路1包括所述动态偏置降压电路11和所述动态偏置升压电路12。

所述动态偏置降压电路11包括：第一晶体管N1、第二晶体管N2、第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3。所述动态偏置升压电路12包括：第三晶体管N3、第四晶体管N4、第五晶体管N5、第四电阻R4和第一电容C1。所述第一晶体管N1的第一端连接电源电压端Vdd，所述第一晶体管N1的控制端分别与所述第三晶体管N3的控制端、所述第一电容C1的第一端和所述动态偏置控制电路1的电流源I连接，所述第一晶体管N1的第二端与所述第一电阻R1的第一端连接；所述第一电阻R1的第二端分别与所述第二晶体管N2的第一端、所述第二电阻R2的第一端和所述第三电阻R3的第一端连接；所述第二晶体管N2的控制端与所述第二电阻R2的第二端连接，所述第二晶体管N2的第二端接地；所述第二电阻R2的第一端与所述第三电阻R3的第一端连接；所述第三电阻R3的第二端与所述第四电阻R4的第一端连接；所述第四电阻R4的第二端与所述第三晶体管N3的第一端连接；所述第三晶体管N3的控制端分别与所述第一电容C1的第一端和所述电流源I连接，所述第三晶体管N3的第二端连接所述电源电压端Vdd；所述第一电容C1的第二端接地；所述第四晶体管N4的第一端连接电流源I，所述第四晶体管N4的控制端与所述第四晶体管N4的第一端连接，所述第四晶体管N4的第二端与所述第五晶体管的第一端连接；所述第五晶体管N5的控制端与所述第五晶体管N5的第一端连接，所述第五晶体管N5的第二端接地。

其中，所述第一晶体管N1、所述第二晶体管N2、所述第三晶体管N3、所述第四晶体管N4和所述第五晶体管N5为双极性晶体管或MOS管。在本实施例中，所述第一晶体管N1、所述第二晶体管N2、所述第三晶体管N3、所述第四晶体管N4和所述第五晶体管N5为双极性晶体管。而在其他部分实施例中，所述第一晶体管N1、所述第二晶体管N2、所述第三晶体管N3、所述第四晶体管N4和所述第五晶体管N5也可以为MOS管。若使用MOS管，如图2所示的电流源I需要被替换为电压源。

所述第一电容C1为金属-绝缘体-金属型电容或交趾型电容。在本实施例中，采用金属-绝缘体-金属型电容，即MIM电容，这样可以在形成动态偏置控制电路1时，MIM电容与该电路的其他器件的金属不在同一层，从而形成更加立体、更加紧凑的结构。

所述第三电阻R3和所述第四电阻R4用于调整所述动态偏置控制电路1的输出电压。进一步地，所述第三电阻R3和所述第四电阻R4分别用于根据所检测到的所述射频信号相应调整所述动态偏置降压电路11的输出电压和所述动态偏置升压电路12的输出电压。

需要说明的是，所检测到的射频信号来自辅路功率放大器2对应的信号通路中的射频信号。动态偏置控制电路1中的动态偏置降压电路11和动态偏置升压电路12之间的公共节点可以从上述信号通路中检测到射频信号。此外，需要说明的是，信号通路的输入端可以参阅图4所示的射频输入端(图4所示的标号7)，射频输入端与正交耦合器连接，信号通路的输出端可以参阅图4所示的射频输出端(图4所示的标号5)，射频输出端与负载调制电路连接，具体的连接关系可参阅下文的描述。

由于所述动态偏置控制电路1的输出电压与射频信号的输入功率相关，因此，当射频信号的输入功率发生变化时，所述动态偏置控制电路1的输出电压也发生变化，进而提供给辅路功率放大器2的偏置电压也相应地变化。亦即，所述动态偏置控制电路1的输出电压可以动态地影响到提供给辅路功率放大器2的偏置电压，如此可以调节辅路功率放大器2的工作状态。

具体地，当减小所述动态偏置降压电路11的第三电阻R3的阻值时，所述动态偏置降压电路11的负反馈为减小，于是增大所述动态偏置降压电路11的降压效果。而当增大所述动态偏置降压电路11的第三电阻R3的阻值时，所述动态偏置降压电路11的负反馈为增大，于是减小所述动态偏置降压电路11的降压效果。

需说明的是，当动态偏置降压电路11所检测到射频信号的输入功率为越大，于是第二晶体管N2的偏置电压Vb的电压摆幅变大，使得第二晶体管N2上的直流压降Vce变小，这样动态偏置降压电路11的输出电压相应地变小(相对于第二晶体管N2而言，直流压降Vce＝Vc-Ve，射极e接地，接地电压为零，即保持不变，当直流压降Vce为减小时，Vc也相应地减小，由于Vc端与第二电阻R2和第三电阻R3的公共节点连接，因此作用于第三电阻R3的直流输出电压也相应地减小)。如此，动态偏置降压电路11的输出电压随检测到的射频信号的输入功率的增加而减小。

当减小所述动态偏置升压电路的第四电阻R4的阻值时，所述动态偏置升压电路12的负反馈为减小，于是增大所述动态偏置升压电路12的升压效果。而当增大所述动态偏置升压电路12的第四电阻R4的阻值时，所述动态偏置降压电路11的负反馈为增大，于是减小该动态偏置降压电路11的升压效果。

需要说明的是，当动态偏置升压电路12所检测到射频信号的输入功率为越大，于是由第三晶体管N3、第四晶体管N4和第五晶体管N5所构成的电流镜电路中的第三晶体管N3的等效电阻为变小，从而导致流经第三晶体管N3的Ice增大，即动态偏置升压电路12的输出电压相应地变大。如此，动态偏置升压电路12的输出电压随检测到的射频信号的输入功率的增加而增大。

由于动态偏置控制电路1包括动态偏置降压电路11和动态偏置升压电路12，且动态偏置降压电路11的输出电压随检测到的输入功率的增加而减小，动态偏置升压电路12的输出电压随检测到的输入功率的增加而增加，因此，动态偏置控制电路1通过上述动态偏置降压电路11和动态偏置升压电路12的协同工作，并且通过调整第三电阻R3和第四电阻R4的阻值，可以调整相应电路(即动态偏置降压电路11和动态偏置升压电路12)的偏置强弱，从而获得动态偏置控制电路1的升压或降压效果。

在一实施例中，当辅路功率放大器2的射频信号的输入功率小于第二预设功率时，所述动态偏置控制电路1提供给所述辅路功率放大器2的偏置电压为低偏置电压，其中所述第二预设功率小于第一预设功率。换言之，由于辅路功率放大器2只需要在较大信号模式下开启(例如偏置电压为0.78V)，因此，当射频信号的输入功率小于第二预设功率，即处于较小信号模式下，动态偏置控制电路1提供给辅路功率放大器2的偏置电压可以更低，于是更有效地关闭辅路功率放大器2(即偏置电压越低，关闭电路越彻底)，从而保证回退效率。应该理解地，所述Doherty功率放大器中的主路功率放大器3(或简称为主功放，下文相同)偏置于B类模式，因此，主路功率放大器3始终为开启状态。

在一实施例中，当辅路功率放大器2的射频信号的输入功率大于第二预设功率且逐渐增加时，所述动态偏置控制电路1提供给所述辅路功率放大器2的偏置电压由低偏置电压逐渐变为高偏置电压，其中所述第二预设功率小于第一预设功率。换言之，当射频信号的输入功率为逐渐增大，且主路功率放大器3进入压缩状态，动态偏置控制电路1提供给辅路功率放大器2的偏置电压逐步升高，使得辅路功率放大器2在较大信号模式下开启。相比于固定偏置控制，在辅路功率放大器2开启后，动态偏置控制电路1提供给辅路功率放大器2的偏置电压随输入功率的进一步增大而相应增加，从而有利于保证电路的线性度。需要说明的是，在此阶段，当增大辅路功率放大器2的晶体管的工作电流时，可以提高辅路功率放大器的增益。

在一实施例中，当射频信号的输入功率大于第一预设功率时，即输入功率达到一定范围时，动态偏置控制电路1提供给辅路功率放大器2的偏置电压迅速减小。其中，辅路功率放大器2的偏置电压会迅速减小的原因是在于：动态偏置控制电路1包括动态偏置降压电路11和动态偏置升压电路12。动态偏置降压电路11的输出电压随射频信号的输入功率的增大而单调减小，其具体的变化趋势为：起初阶段，比较平缓，在较大信号模式下且输入功率大于第一预设功率，迅速降低(类似于先平滑一段距离，然后做陡峭的平抛运动)。动态偏置升压电路12的输出电压随射频信号的输入功率的增大而单调增大，其具体的变化趋势为如图3所示的变化曲线，该变化曲线为函数y＝(x/30)⁶+0.75拟合而成，其中x表示输入功率，y表示输出电压。在较大信号模式下且输入功率大于第一预设功率，射频信号的输入功率的大小对于第三晶体管N3的直流特性影响不具备放大效果，因此，动态偏置降压电路11的降压效果会迅速影响到动态偏置升压电路12的升压效果，即降压效果比升压效果更显著，于是达到了动态偏置控制电路1迅速降压的效果，进而使得辅路功率放大器2的晶体管的放大效果迅速减小，这样可以减小辅路功率放大器2的晶体管的电压摆幅，以进一步保证晶体管可以工作在耐压范围内，有利于晶体管的安全。也就是说，在较大信号模式下且输入功率大于第一预设功率，动态偏置降压电路11的降压速度远大于动态偏置升压电路12的升压速度，于是动态偏置控制电路1提供给辅路功率放大器2的偏置电压迅速减小，使得辅路功率放大器2的晶体管的电压摆幅迅速减弱，从而实现保护晶体管的可靠性效果。

如图4所示，在本发明的一实施例中，提供了一种Doherty功率放大器。所述Doherty功率放大器包括本发明任一实施例所述的动态偏置控制电路1和辅路功率放大器2、主路功率放大器3、负载调制电路4(或称负载调制网络)和正交耦合器6。其中，动态偏置控制电路1和辅路功率放大器2的具体结构如上文所述，在此不再赘述。所述动态偏置控制电路1与所述辅路功率放大器2连接，所述辅路功率放大器2和所述主路功率放大器3均与所述负载调制电路4连接，所述负载调制电路4连接至射频输出端5；所述正交耦合器6分别与射频输入端1、所述辅路功率放大器2和所述主路功率放大器3连接。

进一步地，所述Doherty功率放大器包括两个动态偏置控制电路1，每一所述动态偏置控制电路1分别与所述辅路功率放大器2中的变压器一侧绕组的两端连接。

所述Doherty功率放大器中的主路功率放大器3偏置在B类模式(即偏置电压较高)，一直处于开启状态。辅路功率放大器2偏置在C类模式(即偏置电压较低)，当射频信号的输入功率较小时，辅路功率放大器2处于关闭状态，当射频信号的输入功率较大时，辅路功率放大器2处于开启状态。进一步而言，当射频信号的输入功率为较小时，辅路功率放大器2的偏置电压较低，辅路功率放大器2处于关闭状态，与此同时，只有主路功率放大器3处于工作状态，因此，可以节省功耗，从而提高辅路功率放大器在较小信号模式下的效果。而当射频信号的输入功率为较大时，辅路功率放大器2的偏置电压较高，辅路功率放大器2处于开启状态，主路功率放大器3和辅路功率放大器2均处于工作状态，从而能够保证Doherty功率放大器的输出功率。

图5为动态偏置控制电路的输出电压与Doherty功率放大器的输出功率的关系示意图。如图5所示，在动态偏置控制电路1的输出电压与Doherty功率放大器的输出功率的关系中，当输出功率为15～20dBm时，对应的输出电压为相对快速上升；当输出功率为20～25dBm时，对应的输出电压为相对迅速下降。产生如图5所示的动态偏置控制电路1的输出电压具有如此变化的原因在于：

动态偏置控制电路1包括动态偏置降压电路11和动态偏置升压电路12。其中，动态偏置降压电路11的输出电压随射频信号的输入功率的增大而单调减小，其具体的变化趋势为：起初阶段，比较平缓，在较大信号模式下且输入功率大于第一预设功率，迅速降低(类似于先平滑一段距离，然后做陡峭的平抛运动)。动态偏置升压电路12的输出电压随射频信号的输入功率的增大而单调增大，其具体的变化趋势为如图3所示的变化曲线，该变化曲线为函数y＝(x/30)⁶+0.75拟合而成，其中x表示输入功率，y表示输出电压。在较大信号模式下且输入功率大于第一预设功率，对于动态偏置降压电路11而言，射频信号作用于第二晶体管N2的基极(即第二晶体管N2的控制端)，由于晶体管的放大作用，于是第二晶体管N2的直流压降Vce变化比较明显，而对于动态偏置升压电路12而言，射频信号作用于第三晶体管N3的发射极(即第三晶体管N3的第一端)，于是射频信号的输入功率变化对于第三晶体管N3的直流特性影响不具备放大效果，因此，动态偏置降压电路11的降压效果会迅速影响到动态偏置升压电路12的升压效果，即降压效果比升压效果更显著，于是达到了动态偏置控制电路1迅速降压的效果，并呈现如图5所示的变化。

据此，辅路功率放大器2的晶体管放大效果迅速减小，这样可以减小辅路功率放大器2的晶体管的电压摆幅，以进一步保证晶体管可以工作在耐压范围内，有利于晶体管的安全。也就是说，在较大信号模式下且输入功率大于第一预设功率，动态偏置降压电路11的降压速度远大于动态偏置升压电路12的升压速度，于是动态偏置控制电路1提供给辅路功率放大器2的偏置电压迅速减小，使得辅路功率放大器2的晶体管的电压摆幅迅速减弱，从而实现保护晶体管的可靠性效果。

图6为采用动态偏置控制电路的线性度优于采用固定偏置控制电路的线性度的示意图。

如图6所示，动态偏置控制电路1的增益与固定偏置控制电路的增益基本相同，除了当射频信号的输入功率为5～10dBm时，动态偏置控制电路1的增益明显高于固定偏置控制电路。

由于当射频信号的输入功率为5～10dBm时，动态偏置控制电路1提供给辅路功率放大器2的偏置电压随输入功率增加而增加，因此，能够保证辅路功率放大器的增益。

若固定偏置控制电路像动态偏置控制电路在较大信号模式(例如输入功率＝10dBm)时具有的相同性能，那么固定偏置控制电路在Doherty功率放大器的回退模式(5～10dBm之间)时的偏置电压较小，不足以使得辅路功率放大器能够有效工作以及提供足够的增益。

若固定偏置控制电路在Doherty功率放大器的回退模式(5～10dBm之间)时提供足够的增益，则使得辅路功率放大器在较大信号模式(例如输入功率>10dBm)时提早进入压缩状态，从而不能够保证与采用动态偏置控制电路的Doherty功率放大器具有等效的输出功率和线性度。

图7为采用动态偏置控制电路的电路效率在回退模式下高于采用固定偏置控制电路的电路效率的示意图。

如图7所示，采用动态偏置控制电路1的电路效率在回退模式下基本高于采用固定偏置控制电路的电路效率，尤其是在辅路功率放大器2的输出功率为16～21dBm阶段。

产生如上情况的原因在于，由于电路效率＝(输出功率-输入功率)/直流功耗。而如上文所述，采用动态偏置控制电路的Doherty功率放大器的输出功率优于采用固定偏置控制的Doherty功率放大器的输出功率，因此，采用动态偏置控制电路1的电路效率在回退模式下(尤其是输出功率为16～21dBm阶段)优于采用固定偏置控制电路的电路效率。

此外，由于所述Doherty功率放大器中的辅路功率放大器2是根据动态偏置控制电路1所提供的偏置电压而相应变化，因此，所述Doherty功率放大器具有如下技术效果：

其一，由于辅路功率放大器2只需要在较大信号模式下开启(例如偏置电压为0.78V)，因此，当射频信号的输入功率小于第二预设功率，即处于较小信号模式下，动态偏置控制电路1提供给辅路功率放大器2的偏置电压可以更低，于是更有效地关闭辅路功率放大器2(即偏置电压越低，关闭电路越彻底)，从而保证在功率回退模式下的回退效率。相较于采用固定偏置控制电路的Doherty功率放大器，本发明动态偏置控制电路1在较小信号模式下提供更低的偏置电压，从而更彻底地关闭辅路功率放大器2，并且保证回退效率。

其二，相比于固定偏置控制电路，在辅路功率放大器2开启后，动态偏置控制电路1提供给辅路功率放大器2的偏置电压随输入功率的进一步增大而相应增加，从而有利于保证电路的线性度。需要说明的是，当增大辅路功率放大器2的晶体管的工作电流时，可以提高辅路功率放大器的增益。

其三，当射频信号的输入功率大于第一预设功率时，即输入功率达到一定范围时，动态偏置控制电路1提供给辅路功率放大器2的偏置电压迅速减小。其中，辅路功率放大器2的偏置电压会迅速减小的原因是在于：动态偏置控制电路1包括动态偏置降压电路11和动态偏置升压电路12。动态偏置降压电路11的输出电压随射频信号的输入功率的增大而单调减小，其具体的变化趋势为：起初阶段，比较平缓，在较大信号模式下且输入功率大于第一预设功率，迅速降低(类似于先平滑一段距离，然后做陡峭的平抛运动)。动态偏置升压电路12的输出电压随射频信号的输入功率的增大而单调增大，其具体的变化趋势为如图3所示的变化曲线，该变化曲线为函数y＝(x/30)⁶+0.75拟合而成，其中x表示输入功率，y表示输出电压。在较大信号模式下且输入功率大于第一预设功率，射频信号的输入功率的大小对于第三晶体管N3的直流特性影响不具备放大效果，因此，动态偏置降压电路11的降压效果会迅速影响到动态偏置升压电路12的升压效果，即降压效果比升压效果更显著，于是达到了动态偏置控制电路1迅速降压的效果，进而使得辅路功率放大器2的晶体管的放大效果迅速减小，这样可以减小辅路功率放大器2的晶体管的电压摆幅，以进一步保证晶体管可以工作在耐压范围内，有利于晶体管的安全。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上对本发明实施例所提供的一种动态偏置控制电路和Doherty功率放大器进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的技术方案及其核心思想；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的技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种动态偏置控制电路，用于Doherty功率放大器，其特征在于，所述动态偏置控制电路与Doherty功率放大器中的辅路功率放大器电连接；所述动态偏置控制电路包括：动态偏置降压电路和与所述动态偏置降压电路连接的动态偏置升压电路；所述动态偏置降压电路的输出电压与所述辅路功率放大器的射频信号的输入功率为负相关，所述动态偏置升压电路的输出电压与所述辅路功率放大器的射频信号的输入功率为正相关；所述动态偏置控制电路用于根据所述动态偏置降压电路的输出电压和所述动态偏置升压电路的输出电压而相应调整提供给所述辅路功率放大器的偏置电压，以当所述辅路功率放大器的射频信号的输入功率大于第一预设功率时，降低所述偏置电压，以限制所述辅路功率放大器的功率幅度。

2.根据权利要求1所述的动态偏置控制电路，其特征在于，所述动态偏置降压电路包括：第一晶体管、第二晶体管、第一电阻、第二电阻和第三电阻；所述动态偏置升压电路包括：第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第四电阻和第一电容；所述第一晶体管的第一端连接电源电压端，所述第一晶体管的控制端分别与所述第三晶体管的控制端、所述第一电容的第一端和所述动态偏置控制电路的电流源连接，所述第一晶体管的第二端与所述第一电阻的第一端连接；所述第一电阻的第二端分别与所述第二晶体管的第一端、所述第二电阻的第一端和所述第三电阻的第一端连接；所述第二晶体管的控制端与所述第二电阻的第二端连接，所述第二晶体管的第二端接地；所述第二电阻的第一端与所述第三电阻的第一端连接；所述第三电阻的第二端与所述第四电阻的第一端连接；所述第四电阻的第二端与所述第三晶体管的第一端连接；所述第三晶体管的控制端分别与所述第一电容的第一端和所述电流源连接，所述第三晶体管的第二端连接所述电源电压端；所述第一电容的第二端接地；所述第四晶体管的第一端连接电流源，所述第四晶体管的控制端与所述第四晶体管的第一端连接，所述第四晶体管的第二端与所述第五晶体管的第一端连接；所述第五晶体管的控制端与所述第五晶体管的第一端连接，所述第五晶体管的第二端接地。

3.根据权利要求2所述的动态偏置控制电路，其特征在于，所述第三电阻和所述第四电阻用于调整所述动态偏置控制电路的输出电压。

4.根据权利要求2或3所述的动态偏置控制电路，其特征在于，所述第三电阻和所述第四电阻的公共节点用于检测所述辅路功率放大器的射频信号，所述第三电阻和所述第四电阻分别根据所检测到的所述射频信号调整所述动态偏置降压电路的输出电压和所述动态偏置升压电路的输出电压。

5.根据权利要求2所述的动态偏置控制电路，其特征在于，所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第三晶体管、所述第四晶体管和所述第五晶体管为双极性晶体管或MOS管。

6.根据权利要求2所述的动态偏置控制电路，其特征在于，所述第一电容为金属-绝缘体-金属型电容或交趾型电容。

7.根据权利要求1所述的动态偏置控制电路，其特征在于，当辅路功率放大器的射频信号的输入功率小于第二预设功率时，所述动态偏置控制电路提供给所述辅路功率放大器的偏置电压为低偏置电压。

8.根据权利要求1所述的动态偏置控制电路，其特征在于，当辅路功率放大器的射频信号的输入功率大于第二预设功率且逐渐增加时，所述动态偏置控制电路提供给所述辅路功率放大器的偏置电压由低偏置电压逐渐变为高偏置电压，其中所述第二预设功率小于所述第一预设功率。

9.一种Doherty功率放大器，其特征在于，包括如权利要求1至8所述的动态偏置控制电路和所述辅路功率放大器、主路功率放大器、负载调制电路和正交耦合器；所述动态偏置控制电路与所述辅路功率放大器连接，所述辅路功率放大器和所述主路功率放大器均与所述负载调制电路连接，所述负载调制电路连接至射频输出端；所述正交耦合器分别与射频输入端、所述辅路功率放大器和所述主路功率放大器连接。

10.根据权利要求9所述的Doherty功率放大器，其特征在于，所述Doherty功率放大器包括两个相同的动态偏置控制电路，每一所述动态偏置控制电路分别与所述辅路功率放大器中的变压器一侧绕组的两端连接。

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