CN114448365A - 一种射频功率放大器的保护电路 - Google Patents

Abstract

依据本发明的实施例揭露了一种射频功率放大器的保护电路，所述射频功率放大器的保护电路应用于射频功率放大器模组，所述射频功率放大器模组包括第一三极管和射频功率放大器，所述第一三极管耦接所述射频功率放大器，所述第一三极管的集电极上产生偏置电流，所述保护电路包括：过流检测电路，包括电流镜电路，用以接收并调节所述偏置电流，并根据所述偏置电流产生过流信号；控制模块，用以接收所述过流信号，以控制所述射频功率放大器的工作状态。本发明所述的射频功率放大器的保护电路降低了射频功率放大器的烧片风险，明显降低设备返修率。

Description

一种射频功率放大器的保护电路

技术领域

本发明涉及射频前端技术领域，更具体的说，涉及一种射频功率放大器的保护电路。

背景技术

在移动终端，射频功率放大器被用来将待发射的射频信号进行功率放大，然后反馈到天线上向外发射。近年来，随着通信和消费电子的发展，对射频功率放大器的供电电压、输出功率以及峰均比的要求不断提高，这些均对于射频功率发射器的鲁棒性提出了更高的要求。射频功率放大器输入功率和输出功率的大大提高，将会引起射频功率放大器被烧毁的概率大大提升，因此，如何避免功率放大器在实际应用中被烧毁，是一个迫在眉睫的挑战。

现有技术中在射频功率放大器输出端叠n个二极管来限幅，从而达到限制功率的效果。但是外叠n个二极管，限幅不是线性连续的，并不能很好的限幅。并且，功率放大器发生烧片的原因，不仅有电压过大，还有电流过大的原因。所以仅使用n个二极管限幅，作用比较有限。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种射频功率放大器的保护电路，以解决现有技术中无法对电流过大而引起的烧片进行保护的技术问题。

本发明实施例提供了一种射频功率放大器的保护电路，应用于射频功率放大器模组，所述射频功率放大器模组包括第一三极管和射频功率放大器，所述第一三极管耦接所述射频功率放大器，所述第一三极管的集电极上产生偏置电流，所述保护电路包括：过流检测电路，包括电流镜电路，用以接收并调节所述偏置电流，并根据所述偏置电流产生过流信号；控制模块，用以接收所述过流信号，以控制所述射频功率放大器的工作状态。

优选地，所述电流镜电路包括第一MOS管、第二MOS管和参考电流源，所述第一MOS管的源极耦接所述第二MOS管的源极，所述第一MOS管的栅极耦接所述第二MOS管的栅极，所述第一MOS管的漏极通过所述参考电流源接地，所述第二MOS管的漏极耦接所述第一三极管的集电极。

优选地，当所述第一三极管的集电极的电压低于第一阈值时，所述过流信号有效。

优选地，所述过流检测电路还包括第一比较器，所述第一比较器的第一输入端耦接所述第一三极管的集电极，所述第一比较器的第二输入端接收所述第一阈值，所述第一比较器的输出端产生所述过流信号。

优选地，所述过流检测电路还包括第一比较器和第一反相器，所述第一比较器的第一输入端耦接所述第一三极管的集电极，所述第一比较器的第二输入端接收所述第一阈值，所述第一比较器的输出端耦接所述第一反相器的输入端，所述第一反相器的输出端产生所述过流信号。

优选地，所述控制模块包括：控制信号生成电路，接收所述过流信号，以生成控制信号；控制电路，接收所述控制信号，并根据所述控制信号控制所述射频功率放大器模组中偏置驱动电路的工作状态，以控制所述射频功率放大器的工作状态。

优选地，所述控制信号生成电路包括：第一电路，接收所述过流信号和模式清除信号，以生成过流控制信号；第二电路，接收所述过流控制信号和使能信号，以生成控制信号。

优选地，当所述过流信号有效，所述模式清除信号无效时，所述过流控制信号有效；当所述过流信号无效，所述模式清除信号有效时，所述过流控制信号无效。

优选地，所述第一电路包括RS锁存器和第二反相器，所述RS锁存器的置位端接收所述过流信号，所述RS锁存器的复位端接收所述模式清除模式，所述RS锁存器的输出端耦接所述第二反相器的输入端，所述第二反相器的输出端输出所述过流控制信号。

优选地，当所述过流控制信号无效，所述使能信号有效时，所述控制信号有效，否则，所述控制信号无效。

优选地，所述第二电路包括与门，所述与门的第一输入端接收所述过流控制信号，所述与门的第二输入端接收所述使能信号，所述与门的输出端输出控制信号。

优选地，当所述控制信号有效时，所述偏置驱动电路使能，所述射频功率放大器正常工作；当所述控制信号无效时，所述偏置驱动电路不工作，所述射频功率放大器进入保护模式。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：本发明的射频功率放大器的保护电路应用于射频功率放大器模组，所述射频功率放大器模组包括第一三极管和射频功率放大器，所述第一三极管耦接所述射频功率放大器，所述第一三极管的集电极上产生偏置电流，所述保护电路包括：过流检测电路，包括电流镜电路，用以接收并调节所述偏置电流，并根据所述偏置电流产生过流信号；控制模块，用以接收所述过流信号，以控制所述射频功率放大器的工作状态。本发明的射频功率放大器的保护电路用于判断所述射频功率放大器是否工作在接近危险工作区域，即接近烧毁；当所述射频功率放大器工作在接近危险工作区域时，使得所述射频功率放大器进入保护模式以避免烧毁；并且在等待设定时间，使得所述射频功率放大器跳出保护模式，以进行正常工作。本发明的射频功率放大器的保护电路降低了射频功率放大器的烧片风险，明显降低设备返修率。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1为本发明射频功率放大器的保护电路的电路框图；

图2为本发明过流检测电路的实施例的电路示意图；

图3为本发明控制信号生成电路的实施例的电路示意图。

具体实施方式

以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。

此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。

除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

图1为本发明射频功率放大器的保护电路的电路框图。如图1所示，射频功率放大器模组包括射频功率放大器PA、偏置电路以及偏置驱动电路3。所述射频功率放大器PA的输入端Rfin接收射频输入信号，所述射频功率放大器PA的输出端Rfout输出射频输出信号。所述偏置电路为所述射频功率放大器PA提供偏置电流is。所述偏置驱动电路3用于驱动所述偏置电路。所述偏置电路包括第一三极管Q1，所述第一三极管Q1的发射极耦接所述射频功率放大器PA，所述第一三极管的基极耦接所述偏置驱动电路3。所述偏置驱动电路3包括电流源Ib、第一电阻R1、第二三极管Q2和第三三极管Q3，所述电流源Ib的输出端耦接所述第一电阻R1的一端，所述第一电阻R1的另一端耦接所述第二三极管Q2的集电极，所述第二三极管Q2的发射极耦接所述第三三极管Q3的集电极，所述第三三极管Q3的发射极接地，所述第二三极管Q2的基极耦接所述第二三极管Q2集电极，所述第三三极管Q3的基极耦接所述第三三极管Q3集电极，所述第二三极管Q2集电极耦接所述第一三极管Q1的基极。所述偏置驱动电路3驱动所述第一三极管Q1以在第一三极管Q1的集电极产生偏置电流is。且当所述射频功率放大器PA的输入功率或者输出功率过大，均会引起偏置电流is增大。

所述射频功率放大器的保护电路包括过流检测电路1和控制模块2，所述过流检测电路1包括电流镜电路，用以接收并调节所述偏置电流is，并根据所述偏置电流is产生过流信号OL；控制模块2接收所述过流信号OL，以控制所述射频功率放大器PA的工作状态。

进一步的，所述控制模块2包括控制信号生成电路21和控制电路22；所述控制信号生成电路21接收所述过流信号OL，以生成控制信号Con；控制电路22接收所述控制信号Con，并根据所述控制信号Con控制所述偏置驱动电路3的工作状态，以控制所述射频功率放大器PA的工作状态。当所述过流信号OL有效时，所述控制信号Con无效，所述射频功率放大器进入保护模式。

需要说明的是，本实施例以射频功率放大器模组中仅含有一个射频功率放大器为例进行说明，但本发明对此不进行限制。在另外的实施例中，所述射频功率放大器模组中含有N个级联的射频功率放大器，N大于等于2，对至少一个射频功率放大器设置,保护电路。可选的，每个射频功率放大器均对应设置一个保护电路。可选的，仅对第一个射频功率放大器和最后一个射频功率放大器对应设置保护电路。当射频功率放大器模组的输入功率过大时，可能会引起射频功率放大器模组中每个射频功率放大器烧毁；当射频功率放大器模组的输出功率过大时，会引起最后一个射频功率放大器烧毁。并且，当输出负载的电压驻波比VSWR过大时，会引起射频功率放大器模组输出功率较高。

图2为本发明过流检测电路的实施例的电路示意图。如图2所示，所述过流检测电路1包括电流镜电路11，所述电流镜电路11包括第一MOS管M1、第二MOS管M2和参考电流源Iref，所述第一MOS管M1的源极耦接所述第二MOS管M2的源极，所述第一MOS管M1的栅极耦接所述第二MOS管M2的栅极，所述第一MOS管M1的漏极耦接所述参考电流源Iref的输入端，所述参考电流源Iref的输出端接地，所述第二MOS管M2的漏极耦接所述第一三极管Q1的集电极，所述第二MOS管M2和所述第一三极管Q1的公共端为A。

随着射频功率放大器PA的输入功率或者输出功率增大，所述第一三极管Q1的工作电流增大，当偏置电流is与参考电流源Iref的电流相等时，电流镜11开始限制偏置电流is进一步增大，并且A点的电压随之下降。当A点的电压(即所述第一三极管Q1的集电极的电压)低于第一阈值时，所述过流信号OL有效，判断所述功率放大器工作在接近危险工作区域；否则，所述过流信号OL无效。所述过流信号OL有效时，表明电流过载。

在本实施例中，所述过流检测电路1还包括第一比较器12和第一反相器13，所述第一比较器12的第一输入端耦接所述第一三极管的集电极(即A点)，所述第一比较器12的第二输入端接收第一阈值，所述第一比较器12的输出端耦接所述第一反相器13的输入端，所述第一反相器端13的输出端产生所述过流信号OL。在本实施例中，当随着射频功率放大器PA的输入功率或者输出功率过大时，所述A点的电压低于所述第一阈值，所述第一比较器12的输出信号o1为低电平，所述第一反相器13输出的过流信号OL为高电平。即在本实施例中，所述过流信号OL为高电平有效。可以理解的是，在其他的实施例中，所述过流信号OL为低电平有效，本发明对此不进行限制。

在其他的实施例中，所述过流检测电路仅包括第一比较器，所述第一比较器的第一输入端耦接所述第一三极管的集电极，所述第一比较器的第二输入端接收第一阈值，所述第一比较器的输出端产生所述过流信号。当随着射频功率放大器PA的输入功率或者输出功率过大时，所述A点的电压低于所述第一阈值，所述第一比较器输出的过流信号有效。可以理解，所述过流信号为低电平有效或者高电平有效。

图3为本发明控制信号生成电路的实施例的电路示意图。如图3所示，控制信号生成电路21包括第一电路211和第二电路212，所述第一电路211接收所述过流信号OL和模式清除信号mode，以生成过流控制信号OL1；所述第二电路212接收所述过流控制信号OL1和使能信号en，以生成控制信号Con。

所述第一电路211用以对所述过流信号OL进行保持或者清除。所述第一电路211需要实现以下功能：当所述过流信号OL有效，所述模式清除信号mode无效时，所述过流控制信号OL1有效；当所述过流信号OL无效，所述模式清除信号mode有效时，所述过流控制信号OL1无效。

所述第二电路212用以实现以下功能：当所述过流控制信号无效，所述使能信号有效时，所述控制信号有效，否则，所述控制信号无效。

如图3所示，所述第一电路211包括RS锁存器2111和第二反相器2112，所述RS锁存器2111的置位端s接收所述过流信号OL，其复位端r接收所述模式清除信号mode，所述RS锁存器的输出端耦接所述第二反相器2112的输入端，所述第二反相器2112的输出端输出所述过流控制信号OL1。当所述过流信号OL为高电平(有效)时，所述RS锁存器2111置位，所述RS锁存器的输出信号o2为高电平，所述第二反相器2112的输出信号为低电平；当所述模式清除信号mode为高电平(有效)时，所述RS锁存器2111复位，所述RS锁存器2111的输出信号o2为低电平，所述第二反相器2112的输出信号为高电平。从而在本实施例中，所述过流控制信号OL1为低电平有效。在其他的实施例中，所述过流控制信号OL1为高电平有效，本发明对此不进行限制。在本实施例中，利用所述模式清除信号mode来复位RS锁存器2111，从而使得射频功率放大器可以退出过流保护模式，恢复到正常的工作状态。当所述射频功率放大器进入保护模式后，可选用开环退出机制，即在信令模式的下一个状态(模式清除信号mode为高电平)即可恢复，如果外界条件没有发生变化，所述射频功率放大器PA依然会进入保护状态，反之，进入正常工作状态。

所述第二电路212包括与门2121，所述与门2121的第一输入端接收所述过流控制信号OL1，所述与门的第二输入端接收所述使能信号en，所述与门的输出端输出控制信号Con。所述过流控制信号OL1为高电平(无效)，且所述使能信号en为高电平(有效)时，所述控制信号Con为高电平，所述控制电路22控制所述偏置驱动电路3使能，从而使得所述射频功率放大器PA正常工作。所述过流控制信号OL1为低电平(有效)时，即使所述使能信号为高电平en(有效)时，所述控制信号Con为低电平，所述控制电路22控制所述偏置驱动电路3不工作，从而使得所述射频功率放大器PA进入保护模式。从而，在本实施例中，所述控制信号Con为高电平有效。在其他的实施例中，所述控制信号Con为低电平有效，本发明对此不进行限制。

进一步的，当所述所述过流信号OL有效(为高电平)时，所述过流控制信号OL1有效(为低电平)，所述控制信号Con无效(为低电平)，所述控制电路22控制所述偏置驱动电路3不工作，从而使得所述射频功率放大器PA进入保护模式。所述控制电路22通过任意的方式控制所述偏置驱动电路3不工作均在本发明的保护范围内，例如所述控制电路22通过控制所述偏置驱动电路3的电流源Ib从电路中断开，即关闭电流源Ib。

可以理解的是，图3中给出的第一电路和第二电路仅为一个示例，任意可以实现第一电路和第二电路功能的具体结构均在本发明的保护范围内。

在本实施例中，当偏置电流is逐步增加，当A点的电压达到第一阈值时，过流信号OL有效(为高电平)，即判断所述述射频功率放大器PA工作在接近危险工作区域，进而将RS锁存器置位，对OL信号进行锁存，从而使得过流控制信号OL1有效(为低电平)，而过流控制信号OL1有效(为低电平)，会使得控制信号Con无效(为低电平)，从而关闭偏置驱动电路3，使得所述述射频功率放大器PA进入保护模式，进而保护所述述射频功率放大器PA不被烧毁。并且，通过模式清除信号mode来复位RS锁存器，从而使得所述述射频功率放大器PA退出保护模式，恢复到正常工作状态。

虽然以上将实施例分开说明和阐述，但涉及部分共通之技术，在本领域普通技术人员看来，可以在实施例之间进行替换和整合，涉及其中一个实施例未明确记载的内容，则可参考有记载的另一个实施例。

依照本发明实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (12)

1.一种射频功率放大器的保护电路，应用于射频功率放大器模组，所述射频功率放大器模组包括第一三极管和射频功率放大器，所述第一三极管耦接所述射频功率放大器，所述第一三极管的集电极上产生偏置电流，其特征在于，包括：

过流检测电路，包括电流镜电路，用以接收并调节所述偏置电流，并根据所述偏置电流产生过流信号；

控制模块，用以接收所述过流信号，以控制所述射频功率放大器的工作状态。

2.根据权利要求1所述的射频功率放大器的保护电路，其特征在于：所述电流镜电路包括第一MOS管、第二MOS管和参考电流源，所述第一MOS管的源极耦接所述第二MOS管的源极，所述第一MOS管的栅极耦接所述第二MOS管的栅极，所述第一MOS管的漏极通过所述参考电流源接地，所述第二MOS管的漏极耦接所述第一三极管的集电极。

3.根据权利要求2所述的射频功率放大器的保护电路，其特征在于：当所述第一三极管的集电极的电压低于第一阈值时，所述过流信号有效。

4.根据权利要求3所述的射频功率放大器的保护电路，其特征在于：所述过流检测电路还包括第一比较器，所述第一比较器的第一输入端耦接所述第一三极管的集电极，所述第一比较器的第二输入端接收所述第一阈值，所述第一比较器的输出端产生所述过流信号。

5.根据权利要求3所述的射频功率放大器的保护电路，其特征在于：所述过流检测电路还包括第一比较器和第一反相器，所述第一比较器的第一输入端耦接所述第一三极管的集电极，所述第一比较器的第二输入端接收所述第一阈值，所述第一比较器的输出端耦接所述第一反相器的输入端，所述第一反相器的输出端产生所述过流信号。

6.根据权利要求1所述的射频功率放大器的保护电路，其特征在于：所述控制模块包括：

控制信号生成电路，接收所述过流信号，以生成控制信号；

控制电路，接收所述控制信号，并根据所述控制信号控制所述射频功率放大器模组中偏置驱动电路的工作状态，以控制所述射频功率放大器的工作状态。

7.根据权利要求6所述的射频功率放大器的保护电路，其特征在于：所述控制信号生成电路包括：

第一电路，接收所述过流信号和模式清除信号，以生成过流控制信号；

第二电路，接收所述过流控制信号和使能信号，以生成控制信号。

8.根据权利要求7所述的射频功率放大器的保护电路，其特征在于：

当所述过流信号有效，所述模式清除信号无效时，所述过流控制信号有效；

当所述过流信号无效，所述模式清除信号有效时，所述过流控制信号无效。

9.根据权利要求8所述的射频功率放大器的保护电路，其特征在于：所述第一电路包括RS锁存器和第二反相器，所述RS锁存器的置位端接收所述过流信号，所述RS锁存器的复位端接收所述模式清除模式，所述RS锁存器的输出端耦接所述第二反相器的输入端，所述第二反相器的输出端输出所述过流控制信号。

10.根据权利要求7所述的射频功率放大器的保护电路，其特征在于：当所述过流控制信号无效，所述使能信号有效时，所述控制信号有效，否则，所述控制信号无效。

11.根据权利要求10所述的射频功率放大器的保护电路，其特征在于：所述第二电路包括与门，所述与门的第一输入端接收所述过流控制信号，所述与门的第二输入端接收所述使能信号，所述与门的输出端输出控制信号。

12.根据权利要求6所述的射频功率放大器的保护电路，其特征在于：当所述控制信号有效时，所述偏置驱动电路使能，所述射频功率放大器正常工作；当所述控制信号无效时，所述偏置驱动电路不工作，所述射频功率放大器进入保护模式。

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