CN116760376A - 基于电流镜的温度补偿功率放大器电路及其补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种基于电流镜的温度补偿功率放大器电路及其补偿方法，所述功率放大器电路包括功率放大器、温度补偿电路、电流镜偏置电路，所述温度补偿电路、电流镜偏置电路、功率放大器依次连接，温度补偿电路用于增大或者减小PTAT电流的斜率并输出给电流镜偏置电路；功率放大器根据电流镜偏置电路提供的栅极偏置电压进行功率增益的温度补偿。本发明可以自由地根据实际电路情况更改温度补偿电路的参数，实现增大或者减小PTAT电流的斜率，从而更好地调整功率放大器的功率增益，实现更好地温度补偿效果。

Description

基于电流镜的温度补偿功率放大器电路及其补偿方法

技术领域

本发明涉及功率放大器领域，尤其涉及一种基于电流镜的温度补偿功率放大器电路及其补偿方法。

背景技术

近年来，功率放大器集成电路 (power amplifier integrated circuit，PAIC)已被广泛地应用于各种有线或无线的通讯装置中。功率放大器的功率增益会随着环境温度以及自热效应而发生变化。

专利US2021/0399698A1公布的做法如图1。其通过温度传感器探测温度，然后转化为相应的电路控制码存于只读存储器中，电路控制码可以控制功率放大器的输出端口电压、偏置电压、自适应偏置电压和阻抗匹配网络。

专利CN107147366A公布的做法如图2，该放大器包括偏置电路、温度控制电路、负反馈电路和功率放大器。其通过温度控制电路产生与温度相对应的控制信号，控制反馈电路的电阻阻值，进而改变功率放大器的功率增益，实现功率增益随温度相对恒定。

专利US2021/0399698A1公布的做法需要改变四个变量，每一个变量都能改变功率增益与温度的关系，虽然能够实现较好的效果，但是耗费的代价是巨大的，比如更复杂的控制码映射关系，更多的功耗以及更大的芯片面积等。

专利CN107147366A公布的做法，是根据温度去改变反馈电阻的阻值。但是，在实际功率放大器的设计中，为了获得较大的功率增益，很少会设计反馈电路，而且通过反馈电路来改变功率放大器的功率增益效果甚微。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种基于电流镜的温度补偿功率放大器电路及其补偿方法，以实现在工作温度范围内功率放大器的功率增益恒定。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提出了一种基于电流镜的温度补偿功率放大器电路，包括功率放大器，还包括温度补偿电路、电流镜偏置电路，所述温度补偿电路、电流镜偏置电路、功率放大器依次连接，温度补偿电路用于增大或者减小PTAT电流的斜率并输出给电流镜偏置电路；功率放大器根据电流镜偏置电路提供的栅极偏置电压进行功率增益的温度补偿。

进一步地，温度补偿电路由一路固定斜率的第一PTAT电流，所述PTAT电流节点处接有在预设温度下相等的第二PTAT电流与第一ZTC电流，以及在预设温度下相等的第三PTAT电流与第二ZTC电流。

进一步地，第二PTAT电流与第一ZTC电流为由N bit组成的电流阵列，第三PTAT电流与第二ZTC电流为由M bit组成的电流阵列。

进一步地，第二PTAT电流与第一ZTC电流有一组或多组。

进一步地，第三PTAT电流与第二ZTC电流有一组或多组。

相应地，本发明实施例还提供了一种基于电流镜的温度补偿功率放大器电路的补偿方法，包括：

步骤1：根据环境温度情况更改温度补偿电路的参数，增大或者减小PTAT电流的斜率；

步骤2：通过电流镜偏置电路改变功率放大器的栅极偏置电压，随温度调节功率增益，进行温度补偿。

本发明的有益效果为：相较于传统的改变PTAT电流斜率方式的温度补偿方法，本发明可以自由地根据实际电路情况更改温度补偿电路的参数，实现增大或者减小PTAT电流的斜率，从而更好地调整功率放大器的功率增益，实现更好地温度补偿效果。

附图说明

图1是现有技术中的一种功率放大器电路的结构图。

图2是现有技术中的另一种功率放大器电路的结构图。

图3是本发明实施例的基于电流镜的温度补偿功率放大器电路的结构图。

图4是采用PTAT电流做电流镜的输入电流的结构图。

图5是采用PTAT电流做电流镜的电流随温度变化的关系示意图。

图6是本发明一种实施例的基于电流镜的温度补偿功率放大器电路的结构图。

图7是本发明一种实施例的电流源随温度变化的关系示意图。

图8是本发明实施例的增大PTAT电流的斜率时各电流源随温度变化的关系示意图。

图9是本发明实施例的减小PTAT电流的斜率时各电流源随温度变化的关系示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明实施例中若有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中若涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

请参照图3，本发明实施例的基于电流镜的温度补偿功率放大器电路包括功率放大器、温度补偿电路、电流镜偏置电路。

温度补偿电路、电流镜偏置电路、功率放大器依次连接。温度补偿电路用于增大或者减小PTAT电流的斜率并输出给电流镜偏置电路。功率放大器根据电流镜偏置电路提供的栅极偏置电压进行功率增益的温度补偿。功率放大器可以是单端，可以是差分等任何形式。

作为一种实施方式，温度补偿电路由一路固定斜率的第一PTAT电流，所述PTAT电流节点处接有在预设温度下相等的第二PTAT电流与第一ZTC电流，以及在预设温度下相等的第三PTAT电流与第二ZTC电流。

作为一种实施方式，第二PTAT电流与第一ZTC电流为由N bit组成的电流阵列，第三PTAT电流与第二ZTC电流为由M bit组成的电流阵列。

本发明可以控制温度补偿电路的参数，实现在工作温度范围内功率放大器的功率增益恒定。

通常，功率放大器的偏置是电流镜偏置电路提供的。由于功率放大器的功率放大管的跨导会随着温度变化而变化，进而其功率增益也会随温度变化而变化。因此，需要对其进行温度补偿。

一种常见的方法是采用PTAT（Proportional To Absolute Temperature）电流做电流镜的输入电流，如图4所示。但是PTAT的电流值是正比于绝对温度的，也就是说，在-40℃到125℃范围内，其斜率是固定的，如图5所示。

如果要改变PTAT电流的斜率，可以采用PTAT电流和ZTC(Zero TemperatureCoefficient)电流做差值的方式。如图6所示，在原有的PTAT电流节点处，再加入在特定温度下（如常温）相等的一路PTAT电路和ZTC电流。通过总的PTAT电流减去ZTC电流，可以在不改变特定温度下（如常温）的电流值的情况下，使得PTAT电流的斜率变得更大，如图7所示。因此，可以通过此方法调整PTAT电流的斜率来对功率放大器的功率增益进行温度补偿。

图6的做法可以改变PTAT电路的斜率，但是也有缺点，其只能增大PTAT电流的斜率，不能减小PTAT电流的斜率。因此，如图3所示，本发明采用两对PTAT和ZTC电流，I_PTAT2和I_ZTC1组成一对，I_PTAT3和I_ZTC2组成另外一对，当需要增大PTAT电流的斜率时，I_PTAT2和I_ZTC1电流对开启工作，当需要减小PTAT电流的斜率时，I_PTAT3和I_ZTC2电流对开启工作。

如图8所示，I_PTAT2和I_ZTC1电流对开启工作时，PTAT电流的斜率增大，也就是说在高温时，其电流更大，功率放大器的功率增益更大，而在低温时，其电流更小，功率放大器的功率增益则更小。

如图9所示，I_PTAT3和I_ZTC2电流对开启工作时，PTAT电流的斜率减小，也就是说在高温时，其电流更小，功率放大器的功率增益更小，而在低温时，其电流更大，功率放大器的功率增益则更大。

电流镜偏置电路为常规设计，由运算放大器OPA1、运算放大器OPA2、晶体管M1、晶体管M2、晶体管M3组成，晶体管可以为HBT、MOS、pHEMT类型，但并不见限于这几种类型，具有相同功能简单替换的元件都可以使用。

作为一种实施方式，第二PTAT电流与第一ZTC电流有一组或多组。

作为一种实施方式，第三PTAT电流与第二ZTC电流有一组或多组。

本发明实施例的基于电流镜的温度补偿功率放大器电路的补偿方法包括：

步骤1：根据环境温度情况更改温度补偿电路的参数，增大或者减小PTAT电流的斜率；

步骤2：通过电流镜偏置电路改变功率放大器的栅极偏置电压，随温度调节功率增益，进行温度补偿。

本发明通过一路固定斜率的PTAT电流I_PTAT1，两对在特定温度下（如常温）相等的PTAT电流I_PTAT2、ZTC电流I_ZTC1和PTAT电流I_PTAT3、ZTC电流I_ZTC2按照如图3所示的方式连接，增大或者减小PTAT电流的斜率得到I_TC。

本发明通过电流镜偏置电路改变功率放大器的栅极偏置电压，实现功率增益随温度可调。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。

Claims (6)

1.一种基于电流镜的温度补偿功率放大器电路，包括功率放大器，其特征在于，还包括温度补偿电路、电流镜偏置电路，所述温度补偿电路、电流镜偏置电路、功率放大器依次连接，温度补偿电路用于增大或者减小PTAT电流的斜率并输出给电流镜偏置电路；功率放大器根据电流镜偏置电路提供的栅极偏置电压进行功率增益的温度补偿。

2.如权利要求1所述的基于电流镜的温度补偿功率放大器电路，其特征在于，温度补偿电路由一路固定斜率的第一PTAT电流，所述PTAT电流节点处接有在预设温度下相等的第二PTAT电流与第一ZTC电流，以及在预设温度下相等的第三PTAT电流与第二ZTC电流。

3. 如权利要求2所述的基于电流镜的温度补偿功率放大器电路，其特征在于，第二PTAT电流与第一ZTC电流为由N bit组成的电流阵列，第三PTAT电流与第二ZTC电流为由Mbit组成的电流阵列。

4.如权利要求2所述的基于电流镜的温度补偿功率放大器电路，其特征在于，第二PTAT电流与第一ZTC电流有一组或多组。

5.如权利要求2所述的基于电流镜的温度补偿功率放大器电路，其特征在于，第三PTAT电流与第二ZTC电流有一组或多组。

6.一种基于电流镜的温度补偿功率放大器电路的补偿方法，其特征在于，包括：

步骤1：根据环境温度情况更改温度补偿电路的参数，增大或者减小PTAT电流的斜率；

步骤2：通过电流镜偏置电路改变功率放大器的栅极偏置电压，随温度调节功率增益，进行温度补偿。