CN116192057A - 射频发射电路功率控制电路、方法以及低功耗射频电路 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种射频发射电路功率控制电路、方法以及低功耗射频电路，包括：占空比调制电路，功率放大电路；占空比调制电路的第一端接入射频输入信号，第二端接入数字控制信号，占空比调制电路的输出端连接功率放大电路的输入端，以将调整后的射频输入信号传输至功率放大电路；功率放大电路的输出端用于输出射频信号。采用本技术方案，不同功率等级的射频输入信号都会经过占空比调制电路进行占空比调制后再输入至功率放大电路，通过根据数字控制信号调整射频输入信号的占空比至预设占空比，使射频信号保持合适的占空比，进而提高功率放大电路的输出功率，采用本技术方案能够提升不同功率等级下提高射频发射电路的功放能量转化效率。

Description

射频发射电路功率控制电路、方法以及低功耗射频电路

技术领域

本申请涉及功率控制领域，特别是涉及一种射频发射电路功率控制电路、方法以及低功耗射频电路。

背景技术

在蓝牙等低功耗射频模块中，内置的射频功率放大器模块一般工作在E类状态，从而可以获得更高的能量转化效率。在实际应用中，为了满足射频信号不同距离的传输需求，需要动态地对射频功率进行控制，对于E类功放的功率控制有多种方式，例如功放管面积控制、功放电压控制、偏置状态控制等，功放管面积控制，顾名思义就是通过使能功放管的面积，实现不同的功率等级控制；功放电压控制，一般是通过调整功放漏极电压的大小来调整功率输出；偏置状态控制，指的是通过调整功放管的偏置状态，调整功放的偏置电流来调整输出功率。

上述的控制方式不仅对电源电压、偏置状态的控制要求较高，并且在改变输出功率时往往会导致功放工作效率发生较大的衰减，最终导致功放效率显著降低，在低功率应用时不具备成本、性能、能效优势。

由此可见，如何提升不同功率等级下提高射频发射电路的功放能量转化效率是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本申请的目的是提供一种射频发射电路功率控制电路、方法以及低功耗射频电路，用于提升不同功率等级下提高射频发射电路的功放能量转化效率。

为解决上述技术问题，本申请提供一种射频发射电路功率控制电路，包括：

占空比调制电路，功率放大电路；

所述占空比调制电路的第一端接入射频输入信号，第二端接入数字控制信号，用于根据所述数字控制信号调整所述射频输入信号的占空比至预设占空比；

所述占空比调制电路的输出端连接所述功率放大电路的输入端，以将调整后的射频输入信号传输至所述功率放大电路；

所述功率放大电路的输出端用于输出射频信号。

优选的，所述射频输入信号为多路射频输入信号；

所述占空比调制电路用于选择多路射频输入信号中占空比符合预设占空比的一路射频输入信号传输至所述功率放大电路。

优选的，所述占空比调制电路为多个，各所述占空比调制电路的输出端与所述功率放大电路连接，以满足所述功率放大电路需求。

优选的，还包括：

输入匹配电路，输出匹配电路；

所述占空比调制电路的输出端通过所述输入匹配电路连接所述功率放大电路的输入端；

所述功率放大电路输出的射频信号通过所述输出匹配电路处理后进行输出。

优选的，所述根据所述数字控制信号调整所述射频输入信号的占空比至预设占空比为：调整所述射频输入信号的占空比为50％。

优选的，还包括：

反馈电路；

所述反馈电路连接所述功率放大电路的输出端和所述占空比调制电路，以根据输出的射频信号确认占空比调制是否完成。

优选的，所述占空比调制电路包括：

可调电容、可调电阻、第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、与门；

所述可调电阻的第一接线端接入所述射频输入信号，所述可调电阻的第二接线端和所述可调电容的第一接线端连接所述第一MOS管和所述第二MOS管的栅极，所述可调电容的第二接线端接地，所述可调电阻和所述可调电容的控制端接入所述数字控制信号，所述第一MOS管和所述第二MOS管的漏极共接所述与门的第一输入端，所述第三MOS管和所述第四MOS管的栅极共同接入所述射频输入信号，所述第三MOS管和所述第四MOS管的漏极共接所述与门的第二输入端，所述第一MOS管和所述第三MOS管的源极连接电源，所述第二MOS管和所述第四MOS管的源极接地，所述与门的输出端作为所述占空比调制电路的输出端连接所述功率放大电路的输入端。

优选的，所述功率放大电路的工作类别为E类。

为解决上述技术问题，本申请还提供一种射频发射电路功率控制方法，应用于包括占空比调制电路和功率放大电路的射频发射电路功率控制电路；所述占空比调制电路的第一端接入射频输入信号，第二端接入数字控制信号，所述占空比调制电路的输出端连接所述功率放大电路的输入端，所述功率放大电路的输出端用于输出射频信号；所述方法包括：

获取射频输入信号和数字控制信号；

根据所述数字控制信号调整所述射频输入信号的占空比至预设占空比；

将调整后的射频输入信号传输至所述功率放大电路进行射频信号的输出。

为解决上述技术问题，本申请还提供一种低功耗射频电路，包括上述的射频发射电路功率控制电路。

本申请所提供的射频发射电路功率控制电路，包括：占空比调制电路，功率放大电路；占空比调制电路的第一端接入射频输入信号，第二端接入数字控制信号，用于根据数字控制信号调整射频输入信号的占空比至预设占空比；占空比调制电路的输出端连接功率放大电路的输入端，以将调整后的射频输入信号传输至功率放大电路；功率放大电路的输出端用于输出射频信号。相对于当前技术中，在调整功率大小时射频信号的占空比会发生改变，进而使得功率放大电路的工作效率降低，采用本技术方案，不同功率等级的射频输入信号都会经过占空比调制电路进行占空比调制后再输入至功率放大电路，通过根据数字控制信号调整射频输入信号的占空比至预设占空比，使射频信号保持合适的占空比，进而提高功率放大电路的输出功率，采用本技术方案能够提升不同功率等级下提高射频发射电路的功放能量转化效率。

此外，本申请所提供的射频发射电路功率控制方法以及低功耗射频电路，与上述的射频发射电路功率控制电路相对应，效果同上。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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为本申请实施例提供的一种射频发射电路功率控制电路的结构图；

图2为本申请实施例提供的一种频谱分布图；

图3为本申请实施例提供的一种功放输出功率与射频输入信号占空比的关系曲线图；

图4为本申请实施例提供的另一种射频发射电路功率控制电路的结构图；

图5为本申请实施例提供的另一种射频发射电路功率控制电路的结构图；

图6为本申请实施例提供的一种占空比调制电路的电路图；

图7为本申请实施例提供的一种占空比调制示意图；

图8为本申请实施例提供的另一种射频发射电路功率控制方法的流程图；

附图标记如下：1为占空比调制电路，2为功率放大电路，3为输入匹配电路，4为输出匹配电路。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护范围。在蓝牙等低功耗射频模块中，内置的射频功率放大器模块一般工作在E类状态，从而可以获得更高的能量转化效率。在实际应用中，为了满足射频信号不同距离的传输需求，需要动态地对射频功率进行控制，对于E类功放的功率控制有多种方式，例如功放管面积控制、功放电压控制、偏置状态控制等，功放管面积控制，顾名思义就是通过使能功放管的面积，实现不同的功率等级控制；功放电压控制，一般是通过调整功放漏极电压的大小来调整功率输出；偏置状态控制，指的是通过调整功放管的偏置状态，调整功放的偏置电流来调整输出功率。

上述的控制方式不仅对电源电压、偏置状态的控制要求较高，并且在改变输出功率时往往会导致功放工作效率发生较大的衰减，最终导致功放效率显著降低，在低功率应用时不具备成本、性能、能效优势。

由此可见，如何提升不同功率等级下提高射频发射电路的功放能量转化效率是本领域技术人员亟待解决的问题。

本申请的核心是提供一种射频发射电路功率控制电路、方法以及低功耗射频电路，用于提升不同功率等级下提高射频发射电路的功放能量转化效率。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。

图1为本申请实施例提供的一种射频发射电路功率控制电路的结构图，如图1所示，该电路包括：

占空比调制电路1，功率放大电路2；

占空比调制电路1的第一端接入射频输入信号，第二端接入数字控制信号，用于根据数字控制信号调整射频输入信号的占空比至预设占空比；

占空比调制电路1的输出端连接功率放大电路2的输入端，以将调整后的射频输入信号传输至功率放大电路2；

功率放大电路2的输出端用于输出射频信号。

在本实施例中，功率放大电路2主要负责对射频信号进行放大，功率放大电路2(Power Amplifier，PA)简称“功放”，是指在给定失真率条件下，能产生最大功率输出以驱动某一负载(例如扬声器)的放大器。功率放大器在整个音响系统中起到了“组织、协调”的枢纽作用，在某种程度上主宰着整个系统能否提供良好的音质输出。功率放大电路2的工作类别有A类、B类、AB类、C类、D类、E类等，其中A类线性度最好，但是效率最低，E类线性度最差，但是效率最高；在蓝牙等低功耗射频模块中，内置的射频功率放大器模块一般工作在E类状态，从而可以获得更高的能量转化效率。由于考虑到实际功放管的非线性特性和寄生影响，E类功放在满功率输出时能够达到50％左右的效率，在低功率输出时，功放的效率也会随之快速降低。在本实施例中，功率放大电路2同样为E类的功率放大器。

占空比是指电路被接通的时间占整个电路工作周期的百分比。比如说，一个电路在它一个工作周期中有一半时间被接通了，那么它的占空比就是50％。如果加在该工作元件上的信号电压为5V，则实际的工作电压平均值或电压有效值就是2.5V。

对于任意占空比为D＝t/T*100％的方波信号，经过傅里叶展开后可以得到其频率分量为：

上式中，n为谐波分量，n＝1、2、3……，图2为本申请实施例提供的一种频谱分布图。在信号占空比为50％时，射频信号的高次谐波含量最小，基波幅度越大，此时的功放的输出功率也达到最大。

因此可以通过降低或者提高射频信号的占空比，精确地调制功放的输出功率，图3为本申请实施例提供的一种功放输出功率与射频输入信号占空比的关系曲线图。

在本实施例中，通过占空比调制电路1对射频输入信号进行占空比调制，使射频输入信号占空比保持在预设占空比，从而保证功放达到最大的输出功率。如图3所示，在具体实施中，射频输入信号的占空比为50％时，功率放大电路2的工作效率最高，因此本实施例中数字控制信号调整射频输入信号的占空比至预设占空比为：调整射频输入信号的占空比为50％。

本申请实施例提供的射频发射电路功率控制电路，包括：占空比调制电路，功率放大电路；占空比调制电路的第一端接入射频输入信号，第二端接入数字控制信号，用于根据数字控制信号调整射频输入信号的占空比至预设占空比；占空比调制电路的输出端连接功率放大电路的输入端，以将调整后的射频输入信号传输至功率放大电路；功率放大电路的输出端用于输出射频信号。相对于当前技术中，在调整功率大小时射频信号的占空比会发生改变，进而使得功率放大电路的工作效率降低，采用本技术方案，不同功率等级的射频输入信号都会经过占空比调制电路进行占空比调制后再输入至功率放大电路，通过根据数字控制信号调整射频输入信号的占空比至预设占空比，使射频信号保持合适的占空比，进而提高功率放大电路的输出功率，采用本技术方案能够提升不同功率等级下提高射频发射电路的功放能量转化效率。

在具有电阻、电感和电容的电路里，对电路中电流所起的阻碍作用叫做阻抗。它的值由交流电的频率、电阻、电感、电容相互作用来决定。由此可见，一个具体的电路，其阻抗是随时变化的，它会随着电流频率的改变而改变。

输入阻抗是指一个电路输入端的等效阻抗。在输入端上加上一个电压源U，测量输入端的电流I，则输入阻抗Rin就是U/I。可以把输入端想象成一个电阻的两端，这个电阻的阻值，就是输入阻抗。输入阻抗反映了对电流阻碍作用的大小。对于电压驱动的电路，输入阻抗越大，则对电压源的负载就越轻，因而就越容易驱动，也不会对信号源有影响；而对于电流驱动型的电路，输入阻抗越小，则对电流源的负载就越轻。无论信号源或放大器还有电源，都有输出阻抗的问题。输出阻抗就是一个信号源的内阻。阻抗匹配是指信号源或者传输线跟负载之间达到一种适合的搭配。阻抗匹配主要有两点作用，调整负载功率和抑制信号反射。

因此，在本实施例中，为了抑制信号反射，射频发射电路功率控制电路还包括：

输入匹配电路3，输出匹配电路4；

占空比调制电路1的输出端通过输入匹配电路3连接功率放大电路2的输入端；

功率放大电路2输出的射频信号通过输出匹配电路4处理后进行输出。

在具体实施中，输入匹配电路3和输出匹配电路4用于进行阻抗匹配和谐波抑制，其可以由电阻、电容等构成，本实施例并不对其电路结构进行限制。

上述实施例中介绍到，通过占空比调制电路1对射频输入信号的占空比进行调制以使功率放大电路2能够提高输出功率。图4为本申请实施例提供的另一种射频发射电路功率控制电路的结构图，在本实施例中，射频输入信号为多路射频输入信号；

占空比调制电路1用于选择多路射频输入信号中占空比符合预设占空比的一路射频输入信号传输至功率放大电路2。

可以理解的是，上述实施例中，当射频输入信号只有一路时，需要根据数字控制信号调整射频输入信号的占空比至预设占空比，而在本实施例中，当射频输入信号为多路射频输入信号时，占空比调制电路1可以选择其中占空比符合预设占空比的一路射频输入信号输入至功率放大电路2，从而不必再调制占空比。可以理解的是，在具体实施中，在无需进行占空比调节时，该占空比调制电路可以使用微控制单元(Micro Control Unit、MCU)、开关等进行代替。当然，也可以是占空比调制电路包括MCU、开关等。

在具体实施中，单级放大电路的电压放大倍数一般可以达到几十倍，然而，在许多场合，这样的放大倍数是不够用的，常需要把若干个单管放大电路串接起来，组成多级放大器，把信号经过多次放大，从而得到所需的放大倍数。而不同的功率放大电路2可能具有多个输入端，因此，在本实施例中，占空比调制电路1为多个，图5为本申请实施例提供的另一种射频发射电路功率控制电路的结构图，各占空比调制电路1的输出端与输入匹配电路3或功率放大电路2连接，以满足功率放大电路2需求。

可以理解的是，当功率放大电路2具有多个输入端时，占空比调制电路1的个数也为多个，各占空比调制电路1的输出端可以连接输入匹配电路3或功率放大电路2。而相应的，各占空比调制电路1的输入端也是一一对应的，与上述实施例一样，各射频输入信号经过对应的占空比调制电路1调制后，输出至功率放大电路2的各输入端口。

在具体实施中，在进行功率调节之后，为了验证功率调节是否完成，在本实施例中，还包括：

反馈电路；

反馈电路连接功率放大电路的输出端和占空比调制电路，以根据输出的射频信号确认占空比调制是否完成。

可以理解的是，通过反馈控制，不断根据最后输出的射频信号调整占空比，使射频信号满足需求，保证了功率控制的精确。

在上述实施例的基础上，本实施例还提供一种具体的占空比调制电路，图6为本申请实施例提供的一种占空比调制电路的电路图，如图6所示，该电路包括：

可调电容C1、可调电阻R1、第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3、第四MOS管M4、与门Q1；

可调电阻R1的第一接线端接入射频输入信号，可调电阻R1的第二接线端和可调电容C1的第一接线端连接第一MOS管M1和第二MOS管M2的栅极，可调电容C1的第二接线端接地，可调电阻R1和可调电容C1的控制端接入数字控制信号，第一MOS管M1和第二MOS管M2的漏极共接与门Q1的第一输入端，第三MOS管M3和第四MOS管M4的栅极共同接入射频输入信号，第三MOS管M3和第四MOS管M4的漏极共接与门Q1的第二输入端，第一MOS管M1和第三MOS管M3的源极连接电源，第二MOS管M2和第四MOS管M4的源极接地，与门Q1的输出端作为占空比调制电路的输出端连接功率放大电路的输入端。

在本实施例中，射频输入信号为方波信号，通过数字控制信号控制可调电阻R1和可调电容C1的大小，经过MOS管后可以控制一路信号的延时，再通过与门Q1进行逻辑比较，从而调制输出信号的占空比。

图7为本申请实施例提供的一种占空比调制示意图，如图7所示，在本实施例中，射频输入信号的占空比为D1＝t1/T*100％，通过占空比调制模块，可以根据数字控制信号，自动调制射频信号的占空比为D2＝t2/T*100％，然后作为功率放大电路的射频输入驱动信号。

上述实施例中对本申请所提供的射频发射电路功率控制电路进行了详细描述，本申请还提供射频发射电路功率控制方法对应的实施例，图8为本申请实施例提供的另一种射频发射电路功率控制方法的流程图，该方法应用于包括占空比调制电路和功率放大电路的射频发射电路功率控制电路；所述占空比调制电路的第一端接入射频输入信号，第二端接入数字控制信号，所述占空比调制电路的输出端连接所述功率放大电路的输入端，所述功率放大电路的输出端用于输出射频信号；如图8所示，该方法包括：

S10：获取射频输入信号和数字控制信号；

S11：根据数字控制信号调整射频输入信号的占空比至预设占空比；

S12：将调整后的射频输入信号传输至功率放大电路进行射频信号的输出。

本申请实施例提供的射频发射电路功率控制方法，相对于当前技术中，在调整功率大小时射频信号的占空比会发生改变，进而使得功率放大电路的工作效率降低，采用本技术方案，不同功率等级的射频输入信号都会经过占空比调制电路进行占空比调制后再输入至功率放大电路，通过根据数字控制信号调整射频输入信号的占空比至预设占空比，使射频信号保持合适的占空比，进而提高功率放大电路的输出功率，采用本技术方案能够提升不同功率等级下提高射频发射电路的功放能量转化效率。

此外，本申请还提供了一种低功耗射频电路，包括上述的射频发射电路功率控制电路。

本申请实施例提供的低功耗射频电路，包括射频发射电路功率控制电路，射频发射电路功率控制电路包括占空比调制电路，功率放大电路；占空比调制电路的第一端接入射频输入信号，第二端接入数字控制信号，用于根据数字控制信号调整射频输入信号的占空比至预设占空比；占空比调制电路的输出端连接功率放大电路的输入端，以将调整后的射频输入信号传输至功率放大电路；功率放大电路的输出端用于输出射频信号。相对于当前技术中，在调整功率大小时射频信号的占空比会发生改变，进而使得功率放大电路的工作效率降低，采用本技术方案，不同功率等级的射频输入信号都会经过占空比调制电路进行占空比调制后再输入至功率放大电路，通过根据数字控制信号调整射频输入信号的占空比至预设占空比，使射频信号保持合适的占空比，进而提高功率放大电路的输出功率，采用本技术方案能够提升不同功率等级下提高射频发射电路的功放能量转化效率。

以上对本申请所提供的射频发射电路功率控制电路、方法以及低功耗射频电路进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种射频发射电路功率控制电路，其特征在于，包括：

占空比调制电路，功率放大电路；

所述占空比调制电路的第一端接入射频输入信号，第二端接入数字控制信号，用于根据所述数字控制信号调整所述射频输入信号的占空比至预设占空比；

所述占空比调制电路的输出端连接所述功率放大电路的输入端，以将调整后的射频输入信号传输至所述功率放大电路；

所述功率放大电路的输出端用于输出射频信号。

2.根据权利要求1所述的射频发射电路功率控制电路，其特征在于，所述射频输入信号为多路射频输入信号；

所述占空比调制电路用于选择多路射频输入信号中占空比符合预设占空比的一路射频输入信号传输至所述功率放大电路。

3.根据权利要求1所述的射频发射电路功率控制电路，其特征在于，所述占空比调制电路为多个，各所述占空比调制电路的输出端与所述功率放大电路连接，以满足所述功率放大电路需求。

4.根据权利要求3所述的射频发射电路功率控制电路，其特征在于，还包括：

输入匹配电路，输出匹配电路；

所述占空比调制电路的输出端通过所述输入匹配电路连接所述功率放大电路的输入端；

所述功率放大电路输出的射频信号通过所述输出匹配电路处理后进行输出。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的射频发射电路功率控制电路，其特征在于，所述根据所述数字控制信号调整所述射频输入信号的占空比至预设占空比为：调整所述射频输入信号的占空比为50％。

6.根据权利要求1所述的射频发射电路功率控制电路，其特征在于，还包括：

反馈电路；

所述反馈电路连接所述功率放大电路的输出端和所述占空比调制电路，以根据输出的射频信号确认占空比调制是否完成。

7.根据权利要求1所述的射频发射电路功率控制电路，其特征在于，所述占空比调制电路包括：

可调电容、可调电阻、第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、与门；

所述可调电阻的第一接线端接入所述射频输入信号，所述可调电阻的第二接线端和所述可调电容的第一接线端连接所述第一MOS管和所述第二MOS管的栅极，所述可调电容的第二接线端接地，所述可调电阻和所述可调电容的控制端接入所述数字控制信号，所述第一MOS管和所述第二MOS管的漏极共接所述与门的第一输入端，所述第三MOS管和所述第四MOS管的栅极共同接入所述射频输入信号，所述第三MOS管和所述第四MOS管的漏极共接所述与门的第二输入端，所述第一MOS管和所述第三MOS管的源极连接电源，所述第二MOS管和所述第四MOS管的源极接地，所述与门的输出端作为所述占空比调制电路的输出端连接所述功率放大电路的输入端。

8.根据权利要求1所述的射频发射电路功率控制电路，其特征在于，所述功率放大电路的工作类别为E类。

9.一种射频发射电路功率控制方法，其特征在于，应用于包括占空比调制电路和功率放大电路的射频发射电路功率控制电路；所述占空比调制电路的第一端接入射频输入信号，第二端接入数字控制信号，所述占空比调制电路的输出端连接所述功率放大电路的输入端，所述功率放大电路的输出端用于输出射频信号；所述方法包括：

获取射频输入信号和数字控制信号；

根据所述数字控制信号调整所述射频输入信号的占空比至预设占空比；

将调整后的射频输入信号传输至所述功率放大电路进行射频信号的输出。

10.一种低功耗射频电路，其特征在于，包括权利要求1至8任意一项所述的射频发射电路功率控制电路。

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