CN116032223A - 功率放大器 - Google Patents

Abstract

一种功率放大器，包括：输入匹配电路，所述输入匹配电路的输入端用于接收输入信号，并且其输出端通过隔直电容器连接到功率放大管的输入端；偏置电路，所述偏置电路连接在功率放大管的输入端和供电电源之间，用于给功率放大管提供偏置电压；功率放大电路，所述功率放大电路被配置为从输入端接收输入信号，其输出端通过电感器连接到供电电源以及输出匹配电路以输出放大的信号，并且所述功率放大电路还包括接地端，以连接到接地节点；输入匹配电路，所述输入匹配电路被配置为其输入端连接到所述功率放大管的输出端以及电压保护电路，并且其输出端用于输出输出信号；以及电压保护电路，所述电压保护电路被配置为连接在所述输入匹配电路的输入端和接地节点之间，并且包括电容器、第一晶体管，以及第一电阻器和第二电阻器。

Description

功率放大器

技术领域

本发明涉及功率放大器，并且具体地，涉及基于用于功率放大器的无漏电的电压保护电路。

背景技术

功率放大器是实现射频信号无线传输的重要部件，随着移动通信网络的升级，通信设备需要能在不同的移动通信网络标准中选择不同频段进行射频信号传输，这就要求适用于各通信网络的射频功率放大器需要提供更高的输出功率及更优的线性。

更高的输出功率意味着更高的电压和更大的电压摆幅，这将给芯片的可靠性带来更大的挑战。在现有技术中，通常采用多个二极管正向串联的方式来提供电压限制，以达到电压保护的效果。以常规N77功率放大器为例，采用了8个正向二极管限制电压摆幅。

发明内容

本发明的一方面提出了一种功率放大器，其特征在于，包括：输入匹配电路，所述输入匹配电路的输入端用于接收输入信号，并且其输出端通过隔直电容器连接到功率放大管的输入端；偏置电路，所述偏置电路连接在功率放大管的输入端和供电电源之间，用于给功率放大管提供偏置电压；功率放大电路，所述功率放大电路被配置为从输入端接收输入信号，其输出端通过电感器连接到供电电源以及输出匹配电路以输出放大的信号，并且所述功率放大电路还包括接地端，以连接到接地节点；输入匹配电路，所述输入匹配电路被配置为其输入端连接到所述功率放大管的输出端以及电压保护电路，并且其输出端用于输出输出信号；以及电压保护电路，所述电压保护电路被配置为连接在所述输入匹配电路的输入端和接地节点之间，并且包括第一电容器、第一晶体管以及第一电阻器和第二电阻器，所述第一电容器连接到所述第一晶体管的栅极或者基极以控制所述第一晶体管的导通和关断。

本发明的一方面提出了一种功率放大器，其特征在于，所述第一电容器与第一电阻器串联连接在供电电源和接地节点之间；第一晶体管的发射级或者源极与供电电源连接；第一晶体管的基极或栅极连接在第一电容器和第一电阻器的中间节点处，并且第一晶体管的集电极或者漏极连接到第二电阻器；以及第二电阻器连接在第一晶体管的集电极或者漏极和接地节点之间。

本发明的一方面提出了一种功率放大器，其特征在于，所述第一晶体管包括HBT、CMOS、PHEMT或者SiGe晶体管。

本发明的一方面提出了一种功率放大器，其特征在于，所述电压保护电路还包括第二晶体管和二极管，所述第一电容器与第一电阻器串联连接在供电电源和接地节点之间；第一晶体管和第二晶体管的发射级或者源极与供电电源连接；第一晶体管的基极或者栅极连接在第一电容器和第一电阻器的中间节点处，并且第一晶体管的集电极或者漏极连接到第二晶体管的基极或者栅极；第二晶体管的集电极或者漏极连接到第二电阻器；二极管连接在第一晶体管的集电极或者漏极和接地节点之间；以及第二电阻器连接在第二晶体管的集电极或者漏极和接地节点之间。

本发明的一方面提出了一种功率放大器，其特征在于，所述第二晶体管包括HBT、CMOS、PHEMT或者SiGe晶体管。

本发明的一方面提出了一种功率放大器，其特征在于，所述功率放大电路包括HBT、CMOS、PHEMT或者SiGe晶体管形成的功率放大电路。

本发明的一方面提出了一种功率放大器，其特征在于，所述功率放大电路包括单端功率放大电路或者差分功率放大电路。

本发明的一方面提出了一种功率放大器，其特征在于，所述功率放大电路包括线性功率放大电路或者非线性功率放大电路。

本发明的一方面提出了一种功率放大器，其特征在于，所述功率放大器被配置用于N77频段或者N79频段。

附图说明

图1示出了常规功率放大电路的结构的电路图；

图2示出了根据本发明实施例的无漏电的电压保护电路的电路图；

图3示出了根据本发明实施例的电压保护电路以及常规二极管电压保护电路的导通电流随输出功率变化的示意图；

图4示出了根据本发明另一实施例的无漏电的电压保护电路的电路图；

图5示出了根据本发明另一实施例的无漏电的电压保护电路的电路图。

具体实施方式

在进行下面的详细描述之前，阐述贯穿本专利文件使用的某些单词和短语的定义可能是有利的。术语“耦接”“连接”及其派生词指两个或多个元件之间的任何直接或间接通信，无论那些元件是否彼此物理接触。术语“传输”、“接收”和“通信”及其派生词涵盖直接和间接通信。术语“包括”和“包含”及其派生词是指包括但不限于。术语“或”是包含性的，意思是和/或。短语“与……相关联”及其派生词是指包括、包括在……内、互连、包含、包含在……内、连接或与……连接、耦接或与……耦接、与……通信、配合、交织、并列、接近、绑定或与……绑定、具有、具有属性、具有关系或与……有关系等。术语“控制器”是指控制至少一个操作的任何设备、系统或其一部分。这种控制器可以用硬件、或者硬件和软件和/或固件的组合来实施。与任何特定控制器相关联的功能可以是集中式的或分布式的，无论是本地的还是远程的。短语“至少一个”，当与项目列表一起使用时，意指可以使用所列项目中的一个或多个的不同组合，并且可能只需要列表中的一个项目。例如，“A、B、C中的至少一个”包括以下组合中的任意一个：A、B、C、A和B、A和C、B和C、A和B和C。

贯穿本专利文件提供了其他特定单词和短语的定义。本领域普通技术人员应该理解，在许多情况下，即使不是大多数情况下，这种定义也适用于这样定义的单词和短语的先前和将来使用。

在本专利文件中，模块的应用组合以及子模块的划分层级仅用于说明，在不脱离本公开的范围内，模块的应用组合以及子模块的划分层级可以具有不同的方式。

图1示出了常规功率放大电路的结构的电路图。

目前，常见的HBT功率放大电路的结构如图1所示，所述功率放大器包含功率放大管、偏置电路、输入输出匹配电路和电压保护电路。在其中，输入信号通过输入匹配电路输入到功率放大电路中，并且通过电容器C1连接到功率放大管的基极。功率放大管被配置为其发射极通过电感器L1而连接到供电电源，并且其集电极连接到接地节点；此外，功率放大管还被配置为通过偏置电路来提供偏置电压，并且对输入到其基极的输入信号进行放大。经过放大的信号通过电感器L1连接到输出匹配电路，以生成输出信号。电压保护电路被配置在所述输入匹配电路的输入端与接地节点之间，以为功率放大电路提供电压保护。

参考图1，常用的电压保护电路采用多个二极管正向串联方式，其中，通过将HBT晶体管的发射极和基极连接来形成二极管结构，并且通过正向串联多个二极管来为电路提供电压保护功能，此外，通过调整二极管数量n以达到对不同电压摆幅限制的目地。这种保护电路比较简单，但由于二极管导通电阻变化相对平缓，使得此方案有三个缺点，一是正常功率输出时，保护电路已经开始工作，并对输出功率产生影响，同时影响芯片工作效率；二是当负载出现失配时，电压摆幅比较大，但由于多个二极管串联，其较大的导通电阻不能有效的限制电压；三是由于二极管的微导通特性，此保护电路漏电较大，若需要减小漏电电流，则需要增加二极管的数量，这将使得电压保护效果的减弱。

本公开的实施例提供了一种用于功率放大器的无漏电的电压保护电路，通过采用新的结构，使得电压保护电路在直流测试下完全没有漏电电流，避免了常规设计中漏电与保护效果的权衡。通过调整电阻、电容、晶体管和二极管来设定保护电压。本发明的技术方案可以解决常规保护电路的3个缺点。一是正常功率输出时，晶体管未开启，不会对输出功率与效率产生影响。二是当负载出现失配时，电压摆幅比较大，不同的晶体管导通的时刻不同，其可进一步缩短电压保护导通与关断之间的过度阶段，可以更有效限制电压。三是不论此保护电路是否开启，均不产生漏电。

图2示出了根据本发明实施例的无漏电的电压保护电路的电路图。

参考图2，以异质结双极型晶体管HBT功率放大器为例，此电压保护电路包括电阻器R1与R2、电容器C1、二极管D1以及晶体管HBT1与HBT2。在其中，电容器C1与第一电阻器R1串联连接在电源电压(或者，输出匹配电路的输入端)和接地节点之间；第一晶体管HBT1和第二晶体管HB2的发射级与电源电压连接；第一晶体管HBT1的基极连接在电容器C1和第一电阻器R1的中间节点处，并且第一晶体管HBT1的集电极连接到第二晶体管HBT2的基极；第二晶体管HBT2的集电极连接到第二电阻器R2；二极管D1连接在第一晶体管HBT1的集电极和接地节点之间；以及第二电阻器R2连接在第二晶体管HBT2的集电极和接地节点之间。

当电压保护电路工作时，交流电压通过电容器C1而导通第一晶体管HBT1，随后导通第二晶体管HBT2，使得当负载出现失配，并且电压摆幅比较大时，第一晶体管HBT1首先导通，随后第二晶体管HBT2迅速导通，从而进一步缩短电压保护电路开启与关闭之间的过度阶段，可以更有效限制电压。此外，通过电容器C1，使得电压保护电路中无直流通路，因此其开启与否均不产生漏电。

图3是示出了根据本发明实施例的电压保护电路的导通电流与输出功率的变化的示意图。

参考图3，当电压保护电路工作时，交流电压通过电容器C1而导通第一晶体管HBT1，随后导通第二晶体管HBT2。由于第一晶体管HBT1和第二晶体管HBT2的放大作用，使得保护电压超过阈值后导通电流快速升高，立即产生明显的保护效果，而常规二极管电压保护电路中，导通电流变化较小，所以与常规电压保护电路对比，其保护效果更好。

图4示出了根据本发明另一实施例的无漏电的电压保护电路的电路图。

参考图4，根据本发明另一实施例的无漏电的电压保护电路采用CMOS晶体管来组成，其中，所述电压保护电路包括电阻器R1与R2、电容器C1、二极管D1以及晶体管CMOS1与CMOS2。在其中，电容器C1与第一电阻器R1串联连接在电源电压(或者，输出匹配电路的输入端)和接地节点之间；第一晶体管CMOS1和第二晶体管CMOS2的源极与电源电压连接；第一晶体管CMOS1的栅极连接在电容器C1和第一电阻器R1的中间节点处，并且第一晶体管CMOS1的漏极连接到第二晶体管CMOS2的栅极；第二晶体管CMOS2的漏极连接到第二电阻器R2；二极管D1连接在第一晶体管CMOS1的漏极和接地节点之间；以及第二电阻器R2连接在第二晶体管CMOS2的漏极和接地节点之间。

通过CMOS晶体管同样能够实现电压保护电路，其中，由于不同工艺导致CMOS晶体管的导通电压不同，需要调整第一电阻器R1和第二电阻器R2、电容器C1、二极管D1、第一晶体管CMOS1与第二晶体管CMOS2的尺寸来设定保护电压。

本领域技术人员应该理解，在不脱离本发明范围的情况下，其他工艺的晶体管同样能实现本发明的技术方案，例如，PHEMT/SiGe晶体管同样可以应用到本发明的实施例中。此外，虽然本发明示出的是单端功率放大电路的结构，但是根据本发明实施例的无漏电的电压保护电路同样也可以应用到包括差分功率放大电路的功率放大器中。此外，根据本发明实施例的无漏电的电压保护电路同样可以应用到包括线性或者非线性功率放大电路的功率放大器中。

图5示出了根据本发明另一实施例的无漏电的电压保护电路的电路图。

参考图5，电压保护电路包括电阻器R1与R2、电容器C1以及晶体管HBT1。在其中，电容器C1与第一电阻器R1串联连接在电源电压(或者，输出匹配电路的输入端)和接地节点之间；第一晶体管HBT1的发射级与电源电压连接；第一晶体管HBT1的基极连接在电容器C1和第一电阻器R1的中间节点处，并且第一晶体管HBT1的集电极连接到第二电阻器R2；以及第二电阻器R2连接在第一晶体管HBT1的集电极和接地节点之间。

在上述的电压保护电路中，其电路结构更加简单，进一步节省了电路成本，并且当电压摆幅比较大时，因为只有第一晶体管HBT1导通，其导通电阻很小，对于较大的电压摆幅的电压保护效果良好。

包括本发明实施例的电压保护电路的功率放大器可以替代传统的功率放大器而应用于N77频段，但是本领域技术人员应该理解，包括根据本发明实施例的电压保护电路的功率放大器还可以应用与其他的频段，例如N79频段。

尽管已经用示例性实施例描述了本公开，但是可以向本领域技术人员建议各种改变和修改。本公开旨在涵盖落入所附权利要求范围内的这种改变和修改。

本发明中的任何描述都不应被理解为暗示任何特定的元件、步骤或功能是必须包括在权利要求范围内的必要元件。专利主题的范围仅由权利要求限定。

Claims (9)

1.一种功率放大器，包括：

输入匹配电路，所述输入匹配电路的输入端用于接收输入信号，并且其输出端通过隔直电容器连接到功率放大管的输入端；

偏置电路，所述偏置电路连接在功率放大管的输入端和供电电源之间，用于给功率放大管提供偏置电压；

功率放大电路，所述功率放大电路被配置为从输入端接收输入信号，其输出端通过电感器连接到供电电源以及输出匹配电路以输出放大的信号，并且所述功率放大电路还包括接地端，以连接到接地节点；

输入匹配电路，所述输入匹配电路被配置为其输入端连接到所述功率放大管的输出端以及电压保护电路，并且其输出端用于输出输出信号；以及

电压保护电路，所述电压保护电路被配置为连接在所述输入匹配电路的输入端和接地节点之间，并且包括第一电容器、第一晶体管以及第一电阻器和第二电阻器，所述第一电容器连接到所述第一晶体管的栅极或者基极以控制所述第一晶体管的导通和关断。

2.根据权利要求1所述的功率放大器，其中，所述第一电容器与第一电阻器串联连接在供电电源和接地节点之间；第一晶体管的发射级或者源极与供电电源连接；第一晶体管的基极或栅极连接在第一电容器和第一电阻器的中间节点处，并且第一晶体管的集电极或者漏极连接到第二电阻器；以及第二电阻器连接在第一晶体管的集电极或者漏极和接地节点之间。

3.根据权利要求1所述的功率放大器，其中，所述第一晶体管包括HBT、CMOS、PHEMT或者SiGe晶体管。

4.根据权利要求1所述的功率放大器，其中，所述电压保护电路还包括第二晶体管和二极管，

其中，所述第一电容器与第一电阻器串联连接在供电电源和接地节点之间；第一晶体管和第二晶体管的发射级或者源极与供电电源连接；第一晶体管的基极或者栅极连接在第一电容器和第一电阻器的中间节点处，并且第一晶体管的集电极或者漏极连接到第二晶体管的基极或者栅极；第二晶体管的集电极或者漏极连接到第二电阻器；二极管连接在第一晶体管的集电极或者漏极和接地节点之间；以及第二电阻器连接在第二晶体管的集电极或者漏极和接地节点之间。

5.根据权利要求4所述的功率放大器，其中，所述第二晶体管包括HBT、CMOS、PHEMT或者SiGe晶体管。

6.根据权利要求1所述的功率放大器，其中，所述功率放大电路包括HBT、CMOS、PHEMT或者SiGe晶体管形成的功率放大电路。

7.根据权利要求1所述的功率放大器，其中，所述功率放大电路包括单端功率放大电路或者差分功率放大电路。

8.根据权利要求1所述的功率放大器，其中，所述功率放大电路包括线性功率放大电路或者非线性功率放大电路。

9.根据权利要求1所述的功率放大器，其中，所述功率放大器被配置用于N77频段或者N79频段。

Images