CN116803000A - 一种具有电流保护的射频前端模块及电子设备 - Google Patents

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CN116803000A
CN116803000A CN202380009635.5A CN202380009635A CN116803000A CN 116803000 A CN116803000 A CN 116803000A CN 202380009635 A CN202380009635 A CN 202380009635A CN 116803000 A CN116803000 A CN 116803000A
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Abstract

本发明公开了一种具有电流保护的射频前端模块及电子设备。该射频前端模块包括输入匹配模块、功率放大器、输出匹配模块、电源模块和保护单元；其中，输入匹配模块的输入端与外部射频信号输入端连接，输入匹配模块的输出端与功率放大器的输入端连接，功率放大器的输出端与输出匹配模块的输入端连接，输出匹配模块的输出端与射频信号输出端连接，电源模块和保护单元的输出端分别与功率放大器连接。保护单元能够对射频前端模块中的功率放大器起到电流保护、电压保护和功率保护的作用，从而提高射频前端模块在恶劣环境下工作的可靠性和安全性。

Description

一种具有电流保护的射频前端模块及电子设备 技术领域
本发明涉及一种具有电流保护的射频前端模块，同时也涉及包括该射频前端模块的电子设备，属于射频集成电路技术领域。
背景技术
随着集成电路技术的不断发展，现代电子设备对射频前端模块的要求越来越高，特别是在恶劣环境中工作的场景越来越多，例如工作环境温度的升高或降低已达到或超过所要求的温度范围的极限(一般温度范围为－25℃～85℃或者－40℃～110℃)。对于功率器件来说，当工作在高温或者低温环境下，功率器件的安全工作区域就会缩小，甚至当功率器件上的工作电流超过器件最大承受电流时，就会造成功率器件不可逆的损伤或毁坏。因此，为了保证功率器件的正常工作，需要采用适当的保护措施，限制功率器件在恶劣环境场景下的过大工作电流，以保证功率器件始终工作在安全工作区域。
如图1所示，现有技术中的一个典型的射频前端模块包括输入匹配模块、功率放大器(Power Amplifier，简写为PA)、输出匹配模块和电源模块。其中，功率放大器通常包括两级或三级功率放大单元，是电流保护的主要功率器件。
在公开号为US2009256637A1的美国专利申请中，公开了一种高频功率放大器。其中，第四实施例的高频功率放大器电路包括高频功率放大器晶体管，以及匹配电路和匹配电路，以及偏置电源晶体管，以及无源元件；其中，无源元件连接在公共电源端子和偏置电源晶体管的集电极之间，该偏置电源晶体管连接到第一级晶体管。无源元件由电阻器和感电器串联连接实现。该高频功率放大器电路中，无源元件通过防止偏置电源晶体管的电功率降低来改善高输出时的线性度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种具有电流保护的射频前端模块。
本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种包括该射频前端模 块的电子设备。
为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：
根据本发明实施例的第一方面，提供一种具有电流保护的射频前端模块，包括输入匹配模块、功率放大器、输出匹配模块、电源模块和保护单元；其中，
所述输入匹配模块的输入端与外部射频信号输入端连接，输出端与所述功率放大器的输入端连接，用于实现所述功率放大器和所述外部射频信号输入端之间的阻抗匹配；
所述功率放大器用于对输入射频信号进行功率放大，其输出端与所述输出匹配模块的输入端连接；
所述输出匹配模块的输出端与射频信号输出端连接，用于实现所述功率放大器和所述射频信号输出端之间的功率匹配；
所述保护单元的输出端与所述功率放大器连接，通过所述保护单元产生的门限电压限制所述功率放大器的电流，实现电流保护。
其中较优地，所述保护单元至少包括一个限流电阻和一个滤波电容；其中，
所述限流电阻用于产生所述门限电压；所述滤波电容用于在射频频率及包络信号频率处呈现低阻状态，使所述门限电压不随射频信号及包络信号产生变化。
其中较优地，所述保护单元还包括陷波支路，所述陷波支路与所述滤波电容并联连接。
其中较优地，所述功率放大器包括至少一级功率放大单元，所述功率放大单元包括偏置电路和功率放大电路；所述保护单元至少与一级所述功率放大单元的所述偏置电路连接。
其中较优地，所述偏置电路包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第一偏置电阻和第一滤波电容；所述功率放大电路包括第四晶体管、第一镇流电阻和第一电感；所述保护单元包括第一限流电阻和第二滤波电容；其中，
所述第三晶体管的发射极与地电位端连接，所述第三晶体管的基极和集电极短接连接后与所述第二晶体管的发射极连接，所述第二晶体管的基极和集电极短接连接后一方面与所述第一偏置电阻连接，另 一方面与所述第一晶体管的基极及所述第一滤波电容连接，所述第一偏置电阻的另一端接连偏置电源，所述第一滤波电容的另一端与地电位端连接，所述第一晶体管的集电极与所述第二滤波电容及所述第一限流电阻连接，所述第二滤波电容的另一端与地电位端连接，所述第一限流电阻的另一端与第二电源端连接；所述第一晶体管的发射极与所述第一镇流电阻连接，所述第一镇流电阻的另一端一方面与输入端连接，另一方面与所述第四晶体管的基极连接，所述第四晶体管的发射极与地电位端连接，所述第四晶体管的集电极一方面与输出端连接，另一方面与所述第一电感连接，所述第一电感的另一端与第一电源端连接。
其中较优地，当所述偏置电路、所述功率放大电路和所述保护单元满足如下公式时，所述偏置电路和所述功率放大电路进入限流保护工作状态：
V1C<V1b－Vth_bc
V1C＝VDD－VR
VR＝I1*R
其中，V1C为第一晶体管的集电极电压，V1b为第一晶体管的基极电压，Vth_bc为第一晶体管的基极和集电极之间的阈值电压；VR为第一限流电阻上的电压降，I1为第一晶体管的集电极电流，R为第一限流电阻的电阻值，VDD为第二电源的电压。
其中较优地，所述保护单元中的所述限流电阻采用带有温度系数的热敏电阻；对于低温下容易发生烧毁的所述功率放大器，所述限流电阻采用负温度系数的热敏电阻；对于高温下容易发生烧毁的所述功率放大器，所述限流电阻采用正温度系数的热敏电阻。
其中较优地，所述保护单元中的所述滤波电容采用多个不同大小的电容，其电容值从pF级到uF级，用于滤除不同频率的射频信号和包络信号，实现宽带滤波。
其中较优地，与所述保护单元中的所述第一限流电阻连接的电源采用带有温度系数的稳压源；对于低温下容易发生烧毁的所述功率放大器，所述电源采用正温度系数的稳压源；对于高温下容易发生烧毁的所述功率放大器，所述电源采用负温度系数的稳压源。
其中较优地，所述保护单元增加陷波支路，所述陷波支路由一个电感和一个电容串联构成，该陷波支路与所述第二滤波电容并联连接；其中，所述陷波支路的电感端与所述第一限流电阻和所述第二滤波电容的节点端连接，电容端与地电位端连接。
其中较优地，所述保护单元还包括电感，与所述限流电阻和所述滤波电容构成RLC组合电路，进一步滤除射频信号和包络信号。
其中较优地，所述RLC组合电路包括第十一电感、限流电阻、第十一电容和第十二电容；其中，
所述限流电阻的一端一方面与偏置电路中的第一晶体管的集电极连接，另一方面与第十一电容连接；所述限流电阻的另一端一方面与所述第十一电感连接，另一方面与所述第十二电容连接；所述第十一电感的另一端与第二电源端连接；所述第十一电容和所述第十二电容的另一端分别与地电位端连接。
其中较优地，还包括控制开关，所述控制开关并联在所述保护单元的两端，用于实现所述保护单元的投入或者退出；所述控制开关的控制信号端连接第一电源端或者功率检测电路的输出端。
根据本发明实施例的第二方面，提供一种电子设备，包括上述具有电流保护的射频前端模块。
与现有技术相比较，本发明实施例提供的具有电流保护的射频前端模块通过增设保护单元，可以对功率放大器起到过流保护、过压保护和过功率保护的作用，从而极大提高了射频前端模块在恶劣环境下工作的可靠性和安全性。同时，保护单元仅利用限流电阻的压降变化实现门限电压，不会引入额外的电路功耗和占用较大的电路面积，因此，本发明所提供的具有电流保护的射频前端模块具有结构设计巧妙合理、设计成本较低、可靠性高，以及电路性能优异等有益效果，适用于各种结构的射频前端模块之中。
附图说明
图1为现有技术中，一个典型的射频前端模块的结构框图；
图2为本发明实施例提供的具有电流保护的射频前端模块的结构框图；
图3为本发明第一实施例中，功率放大器、电源模块和保护单元 的结构示意图；
图4(a)为本发明第一实施例中，放大单元和保护单元的电路原理图；
图4(b)为本发明第一实施例中，放大单元和保护单元的另一种电路原理图；
图5为本发明第一实施例中，保护单元为后两级功率放大单元提供过电流保护的结构示意图；
图6为本发明第一实施例中，保护单元为末级功率放大单元提供过电流保护的结构示意图；
图7为本发明第二实施例中，放大单元和保护单元的电路原理图；
图8为本发明第二实施例中，功率放大器、电源模块和保护单元的结构示意图；
图9为本发明第二实施例中，保护单元为后两级功率放大单元提供过电流保护的结构示意图；
图10为本发明第二实施例中，保护单元为末级功率放大单元提供过电流保护的结构示意图；
图11为本发明第三实施例中，放大单元和保护单元的电路原理图；
图12为本发明第三实施例中，保护单元带控制开关的第一结构示意图；
图13为本发明第三实施例中，保护单元带控制开关的第二结构示意图；
图14为本发明实施例提供的技术方案中，功率放大电路输入功率和输出电流的关系曲线图；
图15为采用本发明实施例提供的射频前端模块的电子设备的示例图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术内容进行详细具体的说明。
如图2所示，本发明实施例提供的具有电流保护的射频前端模块包括输入匹配模块1、功率放大器2、输出匹配模块3、电源模块4和保护单元5。其中，输入匹配模块1的输入端与外部射频信号输入端 PA IN连接，输入匹配模块1的输出端与功率放大器2的输入端连接，功率放大器2的输出端与输出匹配模块3的输入端连接，输出匹配模块3的输出端与射频信号输出端PA OUT连接；电源模块4和保护单元5分别与功率放大器2连接。
输入匹配模块1用于实现功率放大器2和射频信号输入端PA IN之间的阻抗匹配；功率放大器2用于对输入射频信号进行功率放大，其包括至少一级功率放大单元，功率放大单元包括偏置电路和功率放大电路；输出匹配模块3用于实现功率放大器2和射频信号输出端PA OUT之间的功率匹配；电源模块4为功率放大器2提供工作所需要的偏置电流和电压。保护单元5为功率放大器2提供电流保护，其至少与一级所述功率放大单元的所述偏置电路连接；保护单元5至少包括一个限流电阻和一个滤波电容。
电源VCC为功率放大器提供电源电压和电流；电源VDD为功率放大器中的偏置电路和电源模块4提供电源电压和电流。通常，电源VCC和电源VDD均由外部供电模块提供电源。
在本发明的第一实施例中，功率放大器2、电源模块4和保护单元5的具体电路如图3所示。其中，功率放大器2包括三级功率放大单元，分别为第一级功率放大单元PA1、第二级功率放大单元PA2、第三级功率放大单元PA3，三级功率放大单元采用顺序级联连接。电源模块4输出的第一路电源Vreg1、第二路电源Vreg2、第三路电源Vreg3分别与第一级功率放大单元PA1、第二级功率放大单元PA2、第三级功率放大单元PA3的偏置电源端对应连接。保护单元5的一端与电源VDD连接，另一端分别与第一级功率放大单元PA1、第二级功率放大单元PA2、第三级功率放大单元PA3的偏置电路连接。
在本发明的第一实施例中，三级功率放大单元中的任意一级功率放大单元与保护单元的电路结构如图4(a)所示。功率放大单元包括偏置电路和功率放大电路。偏置电路包括第一晶体管HBT1、第二晶体管HBT2、第三晶体管HBT3、第一偏置电阻R1和第一滤波电容C1；功率放大电路包括第四晶体管HBT4、第一镇流电阻R2和第一电感L1；保护单元包括第一限流电阻R和第二滤波电容C。其中，第二晶体管HBT2、第三晶体管HBT3组成双二极管(double diode)。第三晶体管 HBT3的发射极与地电位端连接，第三晶体管HBT3的基极和集电极短接连接后与第二晶体管HBT2的发射极连接，第二晶体管HBT2的基极和集电极短接连接后一方面与第一偏置电阻R1连接，另一方面与第一晶体管HBT1的基极及第一滤波电容C1连接，第一偏置电阻R1的另一端接连偏置电源Vreg，第一滤波电容C1的另一端与地电位端连接，第一晶体管HBT1的集电极与第二滤波电容C及第一限流电阻R连接，第二滤波电容C的另一端与地电位端连接，第一限流电阻R的另一端与电源VDD连接；第一晶体管HBT1的发射极与第一镇流电阻R2连接，第一镇流电阻R2的另一端一方面与输入端IN连接，另一方面与第四晶体管HBT4的基极连接，第四晶体管HBT4的发射极与地电位端连接，第四晶体管HBT4的集电极一方面与输出端OUT连接，另一方面与第一电感L1连接，第一电感L1的另一端与电源VCC连接。
上述第一实施例中具有电流保护的射频前端模块，其实现电流保护的工作原理如下：
如图4(a)所示，正常工作时，偏置电路、功率放大电路和保护单元满足如下公式：
I2≈β*I1 (1)
VR＝I1*R (2)
V1C＝VDD－VR (3)
V1C>V1b－Vth_bc (4)
其中，V1C为第一晶体管HBT1的集电极电压，V1b为第一晶体管HBT1的基极电压，Vth_bc为第一晶体管HBT1的基极和集电极之间的阈值电压，VR为第一限流电阻R上的电压降，I1为第一晶体管HBT1的集电极电流，I2为第四晶体管HBT4的集电极电流，R为第一限流电阻R的电阻值，β为第四晶体管HBT4的放大系数，VDD为电源VDD的电压值。此时，偏置电路和功率放大电路没有进入限流保护状态，公式4为第一晶体管HBT1的启动工作条件。
当外部电路使第四晶体管HBT4上的电流I2增大时，根据公式1，需要第一晶体管HBT1提供更大的输出电流I1，此时根据公式2和公式3，由于电流I1的增大，第一限流电阻R上的压降VR变大，第一晶 体管HBT1的集电极电压V1C减小，当V1C减小至V1C<V1b－Vth_bc时，电流I1急剧减小，因此，电流I2随之减小，从而实现了电路的过电流保护作用。也就是说，当V1C<V1b－Vth_bc时，偏置电路和功率放大电路进入限流保护工作状态。通常，在GaAs HBT工艺中，Vth_bc为1.2V，V1b为2.4V，所以当V1C<1.2V时，偏置电路和功率放大电路进入限流保护工作状态。
保护单元中第一限流电阻R上的电压降VR作为一个门限电压，限制功率放大电路的最大电流，从而实现电流保护功能；第二滤波电容C起到滤波作用，在射频频率处及包络信号频率处呈现低阻状态，使第一限流电阻R上的电压降VR不会随着射频信号及包络信号的变化而变化，保证第一晶体管HBT1处于一个稳定的工作状态。
如图4(b)所示，上述实施例中的保护单元还可以增加一个由第二电感L2和第三电容C4串联组成的陷波支路(trap circuit)，该陷波支路与第二滤波电容C并联连接，其中，电感(L2)端与第一限流电阻R和第二滤波电容C的节点端连接，电容端(C4)与地电位端连接。陷波支路与第二滤波电容共同用来抑制射频频率和包络信号频率，在射频频率处及包络信号频率处呈现低阻状态，实现滤除射频信号和包络信号，同时，也可以实现宽带滤波的效果。
上述第一实施例提供的技术方案，根据对电路性能的要求不同，图3所示的功率放大器、电源模块和保护单元的电路结构可以有不同的变形示例，例如功率放大器并不限于由三级功率放大单元级联而成，还可以是一级、两级甚至多级功率放大单元级联在一起，用于实现本发明所提供的技术方案。图4(a)和图4(b)所示的偏置电路，根据实际需求还可以有不同的变形示例，在此不做限制。
另外，在图3所示的技术方案中，保护单元为全部三级功率放大单元提供过电流保护。如图5所示，保护单元还可以仅为后两级功率放大单元提供过电流保护，其中，保护单元的输出端分别与后两级功率放大单元PA2、PA3的偏置电路连接。如图6所示，保护单元还可以仅为末级功率放大单元提供过电流保护，其中，保护单元的输出端与末级功率放大单元PA3的偏置电路连接。
需要说明的是，根据功率放大电路的实际需要，保护单元中的滤 波电容并不限于采用一个电容，还可以包括多个不同大小的电容，其电容值可以从pF级到uF级，用来滤除不同频率的射频信号，实现宽带滤波的效果。
在本发明的第二实施例中，对于因工作环境温度大幅度升高或降低会引起功率器件损伤或毁坏的情况，射频前端模块中的功率放大器2、电源模块4和保护单元5可以采取以下两种技术方案来解决过电流保护的问题。
如图7所示，第一种技术方案中的保护单元由第一限流电阻R和第二滤波电容C构成，其中，第一限流电阻R采用带有温度系数的热敏电阻。对于低温下容易发生烧毁的功率放大电路，第一限流电阻R选择负温度系数的热敏电阻；对于高温下容易发生烧毁的功率放大电路，第一限流电阻R选择正温度系数的热敏电阻；具体实现过电流保护的工作原理如下：
假设电路是低温下容易发生烧毁的功率放大电路，第一限流电阻R选择了负温度系数的热敏电阻的情况下，当温度降低时，第一限流电阻R的电阻值增大，此时根据公式1、公式2和公式3，第一限流电阻R上的压降VR变大，第一晶体管HBT1的集电极电压V1C减小，当V1C减小至V1C<V1b－Vth_bc时，电流I1急剧减小，则电流I2随之减小，从而对低温下容易发生烧毁的功率放大电路实现了过电流保护作用，并且与第一限流电阻为普通电阻相比较，第一限流电阻采用带有负温度系数的热敏电阻，还可以缩短保护启动时间，进一步加强保护作用。
假设电路是高温下容易发生烧毁的功率放大电路，第一限流电阻R选择了正温度系数的热敏电阻的情况下，当温度升高时,第一限流电阻R的电阻值增大，此时根据公式1、公式2和公式3，第一限流电阻R上的压降VR变大，第一晶体管HBT1的集电极电压V1C减小，当V1C减小至V1C<V1b－Vth_bc时，电流I1急剧减小，则电流I2随之减小，从而对高温下容易发生烧毁的功率放大电路实现了过电流保护作用，并且与第一限流电阻为普通电阻相比较，第一限流电阻采用带有正温度系数的热敏电阻，还可以缩短保护启动时间，进一步加强保护作用。
如图8所示，第二种技术方案中的偏置电源Vreg4是由电源模块输出的一个带有温度系数的偏置电源，其通过保护单元为全部三级功 率放大单元的偏置电路供电。对于低温下容易发生烧毁的功率放大电路，偏置电源Vreg4选择正温度系数的稳压源；对于高温下容易发生烧毁的功率放大电路，偏置电源Vreg4选择负温度系数的稳压源。其过电流保护的工作原理如下：
假设电路是低温下容易发生烧毁的功率放大电路，偏置电源Vreg4选择正温度系数稳压源的情况下，当温度降低时，偏置电源Vreg4的电压输出降低，此时根据公式1和公式3(此时，Vreg4代替公式中的VDD)，第一晶体管HBT1的集电极电压V1C减小，当V1C减小至V1C<V1b－Vth_bc时，电流I1急剧减小，则电流I2随之减小，从而对低温下容易发生烧毁的功率放大电路实现了过电流保护作用，并且与恒定的电源VDD相比较，偏置电源Vreg4选择了正温度系数的稳压源，还可以缩短保护启动时间，起到加强保护作用。
假设电路是高温下容易发生烧毁的功率放大电路，偏置电源Vreg4选择负温度系数稳压源的情况下，当温度升高时，偏置电源Vreg4的电压输出降低，此时根据公式1和公式3(此时，Vreg4代替公式中的VDD)，第一晶体管HBT1的集电极电压V1C减小，当V1C减小至V1C<V1b－Vth_bc时，电流I1急剧减小，则电流I2随之减小，从而对高温下容易发生烧毁的功率放大电路实现了过电流保护作用，并且与恒定的电源VDD相比较，偏置电源Vreg4选择了负温度系数的稳压源，还可以缩短保护启动时间，起到加强保护作用。
上述第二实施例所提供的技术方案，根据对电路性能的要求不同，功率放大器、电源模块和保护单元的电路结构还可以有不同的变形示例。例如功率放大器并不限于由三级功率放大单元级联而成，还可以是一级、两级甚至多级功率放大单元级联在一起，用于实现本发明所提供的技术方案。
另外，图8所示的技术方案中保护单元为全部三级功率放大单元提供过电流保护。如图9所示，保护单元还可以仅为后两级功率放大单元提供过电流保护，其中，保护单元由第一限流电阻和第二滤波电容构成，第一限流电阻和第二滤波电容的一端分别与后两级功率放大单元PA2、PA3的偏置电路连接，第一限流电阻的另一端与带有温度系数的偏置电源Vreg4连接。如图10所示，保护单元还可以仅为末级 功率放大单元提供过电流保护，其中，保护单元由第一限流电阻和第二滤波电容构成，第一限流电阻和第二滤波电容的一端与末级功率放大单元PA3的偏置电路连接，第一限流电阻的另一端与带有温度系数的偏置电源Vreg4连接。
在本发明的第三实施例中，如图11所示，对于射频阻抗匹配存在问题而影响电路性能的情况，射频前端模块中的保护单元可以采取RLC组合电路实现。RLC组合电路由第十一电感L、第十一电阻R(即限流电阻)、第十一电容C2和第十二电容C3构成。其中，第十一电阻R的一端一方面与偏置电路中的第一晶体管HBT1的集电极连接，另一方面与第十一电容C2连接；第十一电阻R的另一端一方面与第十一电感L连接，另一方面与第十二电容C3连接；第十一电感L的另一端与电源VDD连接；第十一电容C2、第十二电容C3的另一端分别与地电位端连接。
上述RLC组合电路中第十一电阻R为限流电阻，第十一电容C2、第十二电容C3均为滤波电容。需要说明的是，RLC组合电路也可以是其它组合形式，但其中至少包括一个限流电阻和一个滤波电容。
另外，RLC组合电路还可以通过一个控制开关SW来实现保护单元的投入和退出，该控制开关SW可以在大功率或者大电流或者大电压下开启进行电流限制，使得RLC组合电路在正常情况下不会影响功率放大器的工作性能。
如图12所示，保护单元采用RLC组合电路实现，控制开关SW并联在RLC组合电路两端，控制开关SW的控制信号端连接电源VCC3。正常工作时，控制开关SW闭合使保护单元退出工作状态，不影响功率放大器的工作性能。当电源VCC3电压增大并达到某个门限值时，控制开关SW断开使RLC组合电路投入工作，从而起到限制电路过电压的保护作用。
如图13所示，保护单元采用RLC组合电路实现，控制开关SW并联在RLC组合电路两端，控制开关SW的控制信号端连接功率检测电路Vdet的输出端。正常工作时，控制开关SW闭合使保护单元退出工作状态，不影响功率放大器的工作性能。当功率检测电路Vdet的输出功率增大并达到某个门限值时，控制开关SW断开使RLC组合电路 投入工作，从而起到限制电路过功率的保护作用。
上述第三实施例提供的技术方案，也可以根据具体电路的需要，同样适用于第一实施例和第二实施例的电路结构，在保护单元两端并联一个控制开关SW，来实现保护单元的投入和退出，从而起到优化电路的保护功能和工作性能的作用。
为了验证本发明实施例提供的射频前端模块的技术效果，发明人对本发明技术方案和现有技术方案(无保护单元)进行了输入功率与输出电流的仿真测试。测试结果如图14所示，横坐标为输入功率，纵坐标为输出电流。从图14中可以看出，当输入功率持续增大时，现有技术方案的功率放大电路中输出电流随输入功率的增大而持续上升；而本发明所提供的具有电流保护的功率放大电路中，当输入功率持续增大时，输出电流被恒定限制在800mA左右，从而实现了功率放大电路的过电流保护。
本发明所提供的具有电流保护的射频前端模块可以被用在电子设备中，作为通信组件的重要组成部分。这里所说的电子设备是指可以在移动环境中使用，支持GSM、EDGE、TD_SCDMA、TDD_LTE、FDD_LTE、5G等多种通信制式的计算机设备，包括移动电话、笔记本电脑、平板电脑、车载电脑等。此外，本发明所提供的技术方案也适用于其他射频集成电路的应用场合，例如通信基站、智能网联汽车等。
如图15所示，该电子设备至少包括处理器、通信组件和存储器，还可以根据实际需要进一步包括传感器组件、电源组件、多媒体组件及输入/输出接口。其中，存储器、通信组件、传感器组件、电源组件、多媒体组件及输入/输出接口均与该处理器连接。存储器可以是静态随机存取存储器(SRAM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、可编程只读存储器(PROM)、只读存储器(ROM)、磁存储器、快闪存储器等，处理器可以是中央处理器(CPU)、图形处理器(GPU)、现场可编程逻辑门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、数字信号处理(DSP)芯片等。其它通信组件、传感器组件、电源组件、多媒体组件等均可以采用通用部件实现，在此就不具体说明了。
通过上述实施例对本发明技术方案的具体描述可以看出，与现有 技术相比较，本发明实施例提供的具有电流保护的射频前端模块通过增设保护单元，可以对功率放大器起到过流保护、过压保护和过功率保护的作用，从而极大提高了射频前端模块在恶劣环境下工作的可靠性和安全性。同时，保护单元仅利用限流电阻的压降变化实现门限电压，不会引入额外的电路功耗和占用较大的电路面积，因此，本发明所提供的具有电流保护的射频前端模块具有结构设计巧妙合理、设计成本较低、可靠性高，以及电路性能优异等有益效果，适用于各种结构的射频前端模块之中。
需要说明的是，上述多个实施例只是举例，各个实施例的技术方案之间可以进行组合，均在本发明的保护范围内。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
以上对本发明提供的具有电流保护的射频前端模块及电子设备进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质内容的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。

Claims (14)

  1. 一种具有电流保护的射频前端模块，包括输入匹配模块、功率放大器、输出匹配模块、电源模块，其特征在于还包括保护单元；其中，
    所述输入匹配模块的输入端与外部射频信号输入端连接，输出端与所述功率放大器的输入端连接，用于实现所述功率放大器和所述外部射频信号输入端之间的阻抗匹配；
    所述功率放大器用于对输入射频信号进行功率放大，其输出端与所述输出匹配模块的输入端连接；
    所述输出匹配模块的输出端与射频信号输出端连接，用于实现所述功率放大器和所述射频信号输出端之间的功率匹配；
    所述保护单元的输出端与所述功率放大器连接，通过所述保护单元产生的门限电压限制所述功率放大器的电流，实现电流保护。
  2. 如权利要求1所述的具有电流保护的射频前端模块，其特征在于：
    所述保护单元至少包括一个限流电阻和一个滤波电容；其中，
    所述限流电阻用于产生所述门限电压；所述滤波电容用于在射频频率及包络信号频率处呈现低阻状态，使所述门限电压不随射频信号及包络信号产生变化。
  3. 如权利要求2所述的具有电流保护的射频前端模块，其特征在于：
    所述保护单元还包括陷波支路，所述陷波支路与所述滤波电容并联连接。
  4. 如权利要求1所述的具有电流保护的射频前端模块，其特征在于：
    所述功率放大器包括至少一级功率放大单元，所述功率放大单元包括偏置电路和功率放大电路；所述保护单元至少与一级所述功率放大单元的所述偏置电路连接。
  5. 如权利要求4所述的具有电流保护的射频前端模块，其特征在于：
    所述偏置电路包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第一偏置电阻和第一滤波电容；所述功率放大电路包括第四晶体管、第一 镇流电阻和第一电感；所述保护单元包括第一限流电阻和第二滤波电容；其中，
    所述第三晶体管的发射极与地电位端连接，所述第三晶体管的基极和集电极短接连接后与所述第二晶体管的发射极连接，所述第二晶体管的基极和集电极短接连接后一方面与所述第一偏置电阻连接，另一方面与所述第一晶体管的基极及所述第一滤波电容连接，所述第一偏置电阻的另一端接连偏置电源，所述第一滤波电容的另一端与地电位端连接，所述第一晶体管的集电极与所述第二滤波电容及所述第一限流电阻连接，所述第二滤波电容的另一端与地电位端连接，所述第一限流电阻的另一端与第二电源端连接；所述第一晶体管的发射极与所述第一镇流电阻连接，所述第一镇流电阻的另一端一方面与输入端连接，另一方面与所述第四晶体管的基极连接，所述第四晶体管的发射极与地电位端连接，所述第四晶体管的集电极一方面与输出端连接，另一方面与所述第一电感连接，所述第一电感的另一端与第一电源端连接。
  6. 如权利要求5所述的具有电流保护的射频前端模块，其特征在于：
    当所述偏置电路、所述功率放大电路和所述保护单元满足如下公式时，所述偏置电路和所述功率放大电路进入限流保护工作状态：
    V1C<V1b－Vth_bc
    V1C＝VDD－VR
    VR＝I1*R
    其中，V1C为第一晶体管的集电极电压，V1b为第一晶体管的基极电压，Vth_bc为第一晶体管的基极和集电极之间的阈值电压；VR为第一限流电阻上的电压降，I1为第一晶体管的集电极电流，R为第一限流电阻的电阻值，VDD为第二电源的电压。
  7. 如权利要求2所述的具有电流保护的射频前端模块，其特征在于：
    所述保护单元中的所述限流电阻采用带有温度系数的热敏电阻；对于低温下容易发生烧毁的所述功率放大器，所述限流电阻采用负温度系数的热敏电阻；对于高温下容易发生烧毁的所述功率放大器，所 述限流电阻采用正温度系数的热敏电阻。
  8. 如权利要求2所述的具有电流保护的射频前端模块，其特征在于：
    所述保护单元中的所述滤波电容采用多个不同大小的电容，用于滤除不同频率的射频信号和包络信号，实现宽带滤波。
  9. 如权利要求5所述的具有电流保护的射频前端模块，其特征在于：
    与所述保护单元中的所述第一限流电阻连接的电源采用带有温度系数的稳压源；对于低温下容易发生烧毁的所述功率放大器，所述电源采用正温度系数的稳压源；对于高温下容易发生烧毁的所述功率放大器，所述电源采用负温度系数的稳压源。
  10. 如权利要求5所述的具有电流保护的射频前端模块，其特征在于：
    所述保护单元还包括陷波支路；所述陷波支路由一个电感和一个电容串联构成，该陷波支路与所述第二滤波电容并联连接；其中，所述陷波支路的电感端与所述第一限流电阻和所述第二滤波电容的节点端连接，电容端与地电位端连接。
  11. 如权利要求2所述的具有电流保护的射频前端模块，其特征在于：
    所述保护单元还包括电感，与所述限流电阻和所述滤波电容构成RLC组合电路，进一步滤除射频信号和包络信号。
  12. 如权利要求11所述的具有电流保护的射频前端模块，其特征在于：
    所述RLC组合电路包括第十一电感、限流电阻、第十一电容和第十二电容；其中，
    所述限流电阻的一端一方面与偏置电路中的第一晶体管的集电极连接，另一方面与第十一电容连接；所述限流电阻的另一端一方面与所述第十一电感连接，另一方面与所述第十二电容连接；所述第十一电感的另一端与第二电源端连接；所述第十一电容和所述第十二电容的另一端分别与地电位端连接。
  13. 如权利要求1所述的具有电流保护的射频前端模块，其特征 在于还包括控制开关，所述控制开关并联在所述保护单元的两端，用于实现所述保护单元的投入或者退出；所述控制开关的控制信号端连接第一电源端或者功率检测电路的输出端。
  14. 一种电子设备，其特征在于包括权利要求1～13中任意一项所述的具有电流保护的射频前端模块。
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