CN116982257A - 线性保持放大器 - Google Patents

Abstract

一种射频(radio frequency，RF)功率放大器，包括驱动放大器电路、功率放大器电路、将驱动放大器电路的输出端连接到功率放大器电路的第一输入端的级间阻抗匹配网络，以及将驱动放大器电路的输出端连接到功率放大器电路的第二输入端的偏置电路。RF功率放大器中采用了有助于最小化功耗并实现其它益处的组件和技术。偏置电路包括射极跟随器电路和升压电路，其串联工作以动态抵消至少部分由此类组件和技术引入的非线性失真和其它效应。

Description

线性保持放大器

背景技术

现代数字电信中使用射频(radio frequency，RF)功率放大器来放大传输到基站和其它设备所需的RF信号。随着通信带宽的不断提高，越来越多的通信标准采用RF功率放大器的线性度要求，设计既能够保持高线性度又能够利用节能技术的RF功率放大器越来越具有挑战性。

发明内容

本发明涉及线性保持放大器，包括射频(radio frequency，RF)功率放大器。

本说明书中描述的主题可以在特定实施例中实现，以实现以下一个或多个优点。例如，在一些实现方式中，通过利用本文描述的一个或多个RF功率放大器配置，可以采用有助于最小化功耗和实现其它益处的组件和技术，而基本上不牺牲线性度。如下文进一步详细描述的，在一些示例中，本文描述的一个或多个RF功率放大器配置具有偏置电路，偏置电路包括升压电路和射极跟随器电路，升压电路和射极跟随器电路串联工作，以动态抵消至少部分由这些组件和技术引入的非线性失真和/或其它影响。

一般来说，本说明书中描述的主题的一个创新方面可以体现在包括驱动放大器电路的射频(radio frequency，RF)功率放大器、包括多个放大器双极型晶体管(bipolarjunction transistor，BJT)的功率放大器电路、将驱动放大器电路的输出端连接到功率放大器电路的第一输入端的级间阻抗匹配网络，以及将驱动放大器电路的输出端连接到功率放大器电路的第二输入端的偏置电路。偏置电路用于向功率放大器电路的第二输入端提供偏置电压。偏置电路包括射极跟随器电路和升压电路。射极跟随器电路包括偏置BJT，并用于提供第一电压。升压电路用于对来自驱动放大器电路输出端的RF信号进行采样，并将采样的RF信号传递到射极跟随器电路以进行整流，由此产生第二电压。第二电压与RF信号所呈现的功率电平的大小成正比。偏置电压是第一电压和第二电压的组合。

在一些实现方式中，升压电路包括电容器。在这些实现方式中的至少一些实现方式中，升压电路还包括与电容器串联布置的负载元件。

在一些示例中，功率放大器电路包括多个放大器BJT。在一些这样的示例中，功率放大器电路还包括多个负载元件，每个负载元件位于多个放大器BJT中的相应放大器BJT的基极端子和功率放大器电路的第二输入端之间。

在这些示例中的任何一个示例中，功率放大器电路的多个放大器BJT布置成阵列，多个负载元件可用于将偏置电压均匀地分布在阵列上。在上述示例中的任何一个示例中，每个放大器BJT的基极端子还耦合到功率放大器电路的第一输入端。在上述示例中的任何一个示例中，功率放大器电路还包括多个电容器，每个电容器位于多个放大器BJT中的相应放大器BJT的基极端子和功率放大器电路的第一输入端之间。

在上述示例中的任何一个示例中，每个放大器BJT的集电极端子连接到功率放大器电路的公共输出端。在上述示例中的任何一个示例中，偏置电路和功率放大器电路用于使每个放大器BJT在深度AB类模式下工作。在上述示例中的任何一个示例中，每个放大器BJT包括异质结双极型晶体管(heterojunction bipolar junction transistor，HBT)。

在一些实现方式中，偏置电路包括位于射极跟随器电路的偏置晶体管的发射极端子和功率放大器电路的第二输入端之间的第一偏置负载元件。在这些实现方式中的一些实现方式中，偏置电路用于补偿至少部分由第一偏置负载元件引入的偏置调制。在一些实现方式中，升压电路连接RF功率放大器中的两点，包括(i)位于驱动放大器电路的输出端和功率放大器电路的第一输入端之间的第一点和(ii)位于偏置BJT的发射极端子的第二点。在一些实现方式中，RF功率放大器中的第一点位于驱动放大器电路的输出端和级间阻抗匹配网络的输入端之间。在一些实现方式中，RF功率放大器中的第一点位于级间阻抗匹配网络的输入端和功率放大器电路的第一输入端之间。

在一些示例中，RF功率放大器还包括连接到功率放大器电路的输出端的输出阻抗匹配网络。

在一些实现方式中，偏置电路还包括连接到射极跟随器电路的偏置BJT的基极端子的多个电子组件。

在一些示例中，射极跟随器电路的偏置BJT的基极端子和射极跟随器电路的偏置BJT的集电极端子中的至少一个连接到相应的DC电流源。

在一些实现方式中，级间阻抗匹配网络包括负载元件和多个附加组件，所述多个附加组件包括一个或多个电感器、一个或多个电容器或其组合。

在一些实现方式中，偏置电路包括：电源；第一BJT；第二BJT，其中电源、第一BJT和第二BJT串联耦合。在一些实现方式中，第一BJT的基极短接到第一BJT的集电极，第二BJT的基极短接到第二BJT的集电极。在一些实现方式中，偏置电路包括耦合在第一BJT和第二BJT上的偏置电容器。

在一些示例中，射极跟随器电路的偏置BJT的发射极端子用于提供第一电压。

上述实施例和其它实施例可以任选地单独或组合包括本文描述的一个或多个特征。具体而言，一个实施例包括以下所有特征的组合。

本说明书主题的一种或多个实施例的详细内容在附图和具体实施方式中阐述。主题的其它特征、方面和优点在具体实施方式、附图和权利要求书中是显而易见的。

附图说明

图1是示例无线通信系统的图；

图2是可以实现本发明提供的方法和指导的无线设备的示例细节的图；

图3A和图3B是示例RF功率放大器的图；

图4A和图4B是示例线性保持RF功率放大器的图；

图5是反映射极跟随器电路处的基极偏置电压作为输出功率的函数的曲线图，如两个示例RF功率放大器所示；

图6是反映功率放大器电路处的基极偏置电压作为输出功率的函数的曲线图，如两个示例RF功率放大器所示。

具体实施方式

图1示出了包括能够与一个或多个无线通信网络进行通信的无线设备110的示例无线通信系统100。无线设备110能够与之进行通信的一个或多个无线通信网络可以包括但不限于一个或多个蜂窝或无线广域网(wireless wide area network，WWAN)、一个或多个无线局域网(wireless local area network，WLAN)、一个或多个无线个人局域网(wireless personal area networks，WPAN)或其组合。

在图1的示例中，无线设备110通过至少一个基站120与至少一个WWAN进行通信，通过至少一个接入点130与至少一个WLAN进行通信，以及通过至少一个个人局域网(personalarea network，PAN)设备140与至少一个PAN进行通信。至少一个基站120可以支持与在其相应覆盖区域122内的无线设备的双向通信。类似地，至少一个接入点130可以支持与在其相应覆盖区域132内的无线设备的双向通信。

在一些实现方式中，至少一个基站120关联到的至少一个WWAN可以是第五代(fifth generation，5G)网络以及其它代和类型的网络。在这些实现方式中，至少一个基站120可以是5G基站，该5G基站采用正交频分复用(frequency-division multiplexing，OFDM)和/或非OFDM以及小于1ms的传输时间间隔(transmission time interval，TTI)(例如，100微秒或200微秒)与无线设备(例如，无线设备110)进行通信。例如，至少一个基站120可以采取若干设备中的一个设备，例如，基站收发信台(base transceiver station，BTS)、3G基站(NodeB)、演进型基站(evolved NodeB，eNB)、下一代(第五代(fifth generation，5G))基站(next generation NodeB，gNB)、家庭基站(Home NodeB/Home eNodeB)、站点控制器、接入点或无线路由器，或具有有线网络或无线网络的服务器、路由器、交换机或其它处理实体。另外，如图1所示，无线设备110用于通过一个或多个WPAN与一个或多个个人局域网(personal area network，PAN)设备/系统140(例如，或射频识别(radio frequencyidentification，RFID)系统和设备)进行通信。

系统100可以使用多信道接入功能，包括至少一个基站120和无线设备110用于实现长期演进(Long Term Evolution，LTE)无线通信标准、高级LTE(LTE Advanced，LTE-A)和/或LTE多媒体广播多播业务(Multimedia Broadcast Multicast Service，MBMS)的方案，等等。在其它实现方式中，至少一个基站120和无线设备110用于实现UMTS、HSPA或HSPA+标准和协议。当然，也可以使用其它多址方案和无线协议。在一些示例中，一个或多个这样的接入方案和无线协议可以对应于存在RF功率放大器线性度要求的标准。

为了与至少一个基站130和/或接入点130进行通信，无线设备110可以包括一个或多个发送器和接收器组件(类似于或等效于下文参考图2进一步详述的一个或多个发送器和接收器组件)，从而能够与不同类型的接入点、基站和其它无线通信设备进行多次通信。无线设备110的发送器组件可以包括RF功率放大器，该RF功率放大器用于根据需要放大RF信号，以便传输到至少一个基站120和接入点130之一或两者。例如，当无线设备110朝向覆盖区域122的外边缘移动并进一步进入覆盖区域132时，无线设备110的发送器组件可以利用其RF功率放大器以增加的放大率来发送去往至少一个WWAN的RF信号，以便增加能够使这种RF信号以最小的衰减到达至少一个基站120的可能性。此外或可替换地，在同一场景中，无线设备110的发送器组件可以利用其RF功率放大器以减小的放大率来发送去往至少一个WLAN的RF信号，以便在充分维持与至少一个接入点130通信的同时实现节能。下面的参考图2至图6进一步详细描述可用于无线设备110和其它类似设备的发送器组件和RF功率放大器的示例。虽然图1示出了通信系统的一个示例，但是可以对图1进行各种更改。例如，通信系统100可以包括任何合适配置的任意数量的无线设备、基站、接入点、网络或其它组件。

图2示出了可以实现本发明提供的方法和指导的无线设备110的示例细节。无线设备110可以是，例如，移动电话，但在其它示例中可以是其它设备，例如，台式计算机、笔记本电脑、平板电脑、手持计算设备、汽车计算设备和/或其它计算设备。如图所示，示出了无线设备110包括至少一个发送器210、至少一个接收器220、存储器230、至少一个处理器240和至少一个输入/输出设备260。在这里仅示出了一个发送器和一个接收器，但在许多实施例中，可以包括多个发送器和接收器以同时支持不同类型的多个通信。每个发送器可以采用本发明的创新。

处理器240可以实现无线设备110的各种处理操作。例如，处理器240可以执行信号编码、数据处理、功率控制、输入/输出处理，或使无线设备110能够在系统100(图1)中进行操作的任何其它功能。处理器240可以包括用于执行一个或多个操作的任何合适的处理设备或计算设备。例如，处理器240可以包括微处理器、微控制器、数字信号处理器、现场可编程门阵列或专用集成电路，或这些设备的组合。

发送器210用于调制数据或其它内容，以便由至少一根天线250A传输。在将基带或中频信号提供给功率放大器和天线250A用于传输之前，发送器210还可用于放大、滤波和上变频为射频(radio frequency，RF)信号。所述发送器210可以包括用于生成用于无线传输的信号的任何合适的结构。下文参考图2所示的组件212至218进一步详述发送器210的其它方面。

接收器220可用于解调由至少一根天线250B接收的数据或其它内容。所述接收器220还可以用于对通过所述天线250B接收的RF信号进行放大、滤波和变频。接收器220可以包括用于处理无线接收信号的任何合适的结构。

天线250A和250B中的每一根可以包括用于发送和/或接收无线信号的任何合适的结构。在一些实现方式中，天线250A和250B可以通过单个天线来实现，该天线可以用于发送和接收RF信号。

应当了解，无线设备110中可以使用一个或多个发送器210，无线设备110中可以使用一个或多个接收器220，无线设备110中可以使用一个或多个天线250。虽然示出为单独的块或组件，但至少一个发送器210和至少一个接收器220可以组合成收发器。因此，在图2中，可以示出收发器的单个块，而不是示出发送器210的单独块和接收器220的单独块。

无线设备110还包括一个或多个输入/输出设备260。输入/输出设备260有助于与用户进行交互。每个输入/输出设备260包括用于向用户提供信息或从用户接收信息的任何合适的结构，例如，扬声器、麦克风、小键盘、键盘、显示器或触摸屏。

另外，无线设备110包括至少一个存储器230。存储器230存储由无线设备110使用、生成或收集的指令和数据。例如，存储器230可以存储一个或多个处理器240执行的软件或固件指令以及用于减少或消除传入信号中干扰的数据。每个存储器230包括任何合适的一个或多个易失性和/或非易失性存储与检索设备。可以使用任何合适类型的存储器，例如，随机存取存储器(random access memory，RAM)、只读存储器(read only memory，ROM)、硬盘、光盘、用户识别模块(subscriber identity module，SIM)卡、记忆棒、安全数码(securedigital，SD)卡等。

在一些实现方式中，发送器210可以包括信号处理电路212、调制电路214、功率放大器216和至少一个滤波器218。信号处理电路212可以包括一个或多个电路，这些电路用于处理接收作为输入(例如，来自处理器240)的信号。例如，信号处理电路212可以包括数模转换器(digital-to-analog converter，D/A)，该数模转换器将数字输入(例如，来自处理器240)转换为模拟信号，然后，将模拟信号提供给低通滤波器。该低通滤波器对模拟信号进行滤波并将经滤波的模拟信号提供给调制电路214。调制电路214除了从信号处理电路212接收经滤波的模拟信号之外，还从本地振荡器215接收信号，并且对RF信号的频率进行调制或调整，例如，从第一频率调整到高于第一频率的第二频率。例如，调制电路214可以包括混频器，该混频器将经滤波的模拟信号从相对低频(例如，基带频率，或与基带频率偏移的中频(intermediate frequency，IF))上变频为相对高频的RF信号。因此，来自本地振荡器215的信号用作发送器210中的载波信号。此外，如图2所示，发送器210包括RF前端217，其包括放大和滤波电路，在将RF信号提供给功率放大器216之前，对RF信号进行滤波和放大。

这时，来自RF前端217的RF信号由功率放大器216进行放大，并由至少一个滤波器218进行滤波，然后作为发送器210的输出提供给至少一个天线250A进行无线发送。虽然图2示出了滤波器218在功率放大器216的下游，在一些实现方式中，滤波器218可以在功率放大器216的上游。在这种情况下，来自RF前端217的RF信号首先由至少一个滤波器218进行滤波，然后由功率放大器216进行放大，接着作为发送器210的输出提供给至少一个天线250A进行无线发送。在一些示例中，发送器210还可以包括将调制电路214连接到功率放大器216的前置功率放大器或其它电路。在一些实现方式中，功率放大器216对应于RF功率放大器300或RF功率放大器400，如下面参考图3A、图3B、图4A和图4B进一步详细描述的。

图3A和图3B是示例RF功率放大器300的图。在图3A和图3B的示例中，RF功率放大器300包括驱动放大器电路310、级间阻抗匹配网络320、偏置电路330、功率放大器电路340和输出阻抗匹配网络350。RF功率放大器300可以是多级RF功率放大器，其中驱动放大器电路310和功率放大器电路340代表通过级间阻抗匹配网络320连接的两个相邻的放大器级。如上所述，在一些实现方式中，RF功率放大器300可以对应于上文参考图2描述的功率放大器216，其可以在上文参考图1描述的无线设备110或另一个类似的无线设备中实现。

驱动放大器电路或“级”310用于通过其输入端311从一个或多个上游组件(例如，调制电路214)接收RF信号，放大接收到的RF信号，并通过其输出端312发送经放大的RF信号。如图3B所示，在一些示例中，驱动放大器电路310包括连接到NPN双极型晶体管Q9的基极端子的电容器C4和电阻器R2。

级间阻抗匹配网络320将驱动放大器电路310的输出端312连接到功率放大器电路340的第一输入端341A。更具体地，驱动放大器电路310的输出端312连接到级间阻抗匹配网络320的输入端321，级间阻抗匹配网络320的输出端322连接到功率放大器电路340的第一输入端341A。通常，级间阻抗匹配网络320用于执行阻抗匹配以解决驱动放大器电路或“级”310与功率放大器电路或“级”340之间的阻抗不匹配的问题。级间阻抗匹配网络320可以包括一个或多个电路，所述一个或多个电路包括一个或多个电阻器、一个或多个电容器、一个或多个电感器或其组合。也可能存在其它配置。

功率放大器电路或“级”340用于通过其第一输入端341A从级间阻抗匹配网络320接收由驱动放大器电路310放大的RF信号，放大接收到的RF信号，并通过其输出端342发送经放大的RF信号。如图3B所示，在一些示例中，功率放大器电路340包括放大器电路阵列，每个放大器电路包括连接到相应NPN双极型晶体管(bipolar junction transistor，BJT)(Q4–Q8)(在此也称为“放大器BJT”)的基极端子的相应电容器C4和相应电阻器R2。在一些实现方式中，功率放大器电路340中的每个电容器C4和每个电阻器R2的值可以与驱动放大器电路310中的电容器C4和电阻器R2的值相似或等效。在其它实现方式中，功率放大器电路340中的每个电容器C4和每个电阻器R2的值可以与驱动放大器电路310中的电容器C4和电阻器R2的值不同。通常，本文描述的电阻器R2和其它电阻器可以代表负载元件的示例。因此，在某些情况下，本文描述的电阻器R2和其它电阻器称为负载元件。

假设BJT的输入端和输出端之间的关系在其整个工作范围内不是线性的，则功率放大器电路340的每个放大器电路近似线性工作。为了最小化失真，功率放大器电路340的每个放大器BJT会偏置，以防止每个放大器BJT驱动到极度非线性工作的区域。在一些示例中，可以利用偏置电路330提供这种偏置功能。因此，通过利用如阵列中所描述的经偏置的多个放大器，功率放大器电路340可以作为一个整体产生线性输出以满足线性度要求。

偏置电路330用于通过其输出端332向功率放大器电路340的第二输入端341B提供偏置电压。通常，偏置电路330提供的偏置电压可以对功率放大器电路340的放大器电路阵列中的放大器BJT进行偏置，使得每个放大器BJT工作在其相应跨导曲线的特定区域中。在一些实现方式中，偏置电路330包括射极跟随器电路334。更具体地，如图3B所示，射极跟随器电路334可以包括NPN BJT Q1(本文称为“偏置双极型晶体管”)，该NPN BJT Q1连接到射极跟随器或“公共集电极”配置中的一个或多个组件，例如电阻器R1。虽然电阻器R1可以表示射极跟随器电路334的“发射极电阻器”，但它可以附加地或替代地表示偏置电阻器，该偏置电阻器用于至少部分地指示对功率放大器电路340进行偏置的电流和/或电压。偏置电路330还可以包括一个或多个DC电流源和一个或多个组件，这些组件耦合到NPN偏置BJT Q1的基极和集电极端子。在一些实现方式中，RF功率放大器300的上述放大器BJT中的一个或多个是异质结双极型晶体管(heterojunction bipolar transistor，HBT)。

输出阻抗匹配网络350将功率放大器电路340的输出端342连接到一个或多个下游组件(例如，至少一个滤波器218、至少一个天线250A等)。更具体地，功率放大器电路340的输出端342连接到输出阻抗匹配网络350的输入端351，输出阻抗匹配网络350的输出端352连接到RF功率放大器300下游的一个或多个组件的一个或多个输入端，例如一个或多个滤波器、一个或多个天线或其组合。通常，输出阻抗匹配网络350用于执行阻抗匹配，以通过一个或多个下游组件向功率放大器电路340提供期望的负载。与级间阻抗匹配网络320非常相似，输出阻抗匹配网络350可以包括一个或多个电路，所述一个或多个电路包括一个或多个电阻器、一个或多个电容器、一个或多个电感器或其组合。也可能存在其它配置。

再次参考功率放大器电路340和偏置电路330，在一些应用中，采用具有相对高电阻值的电阻器作为偏置电路330和功率放大器电路340中的电阻器R1和R2可能是特别有利的。例如，通过采用阻值较高的电阻器作为功率放大电路340中的电阻器R2，电阻器R2将偏置电路330提供的DC偏置均匀地分布在功率放大电路340中的放大器电路阵列上，从而更有效地防止或减少功放电路340中发生电流或热失控的可能性。这样，电阻器R2可以有效地充当功率放大器电路340的镇流电阻器。在一些示例中，每个电阻器R2的值可以大于基于功率放大器电路340中的一个或多个组件(例如放大器BJT)的规格所确定的最小值，例如放大器BJT。例如，每个电阻器R2可以具有约400Ω的电阻值。此外，通过采用阻值较高的电阻器作为偏置电路330中的电阻器R1，功率放大器电路340中的BJT的静态电流(即晶体管零输入时的电流)可以为设置为相对较低的值，使得晶体管在其关断状态期间消耗较少的功率。例如，在偏置电路330中采用这样的电阻器作为电阻器R1可以使功率放大器电路340中的每个BJT工作在AB类模式，使得晶体管始终不工作。在一些示例中，AB类模式在本质上可以是相对深的，使得功率放大器电路340中的BJT的静态电流可以设置为与AB类工作相关的静态电流范围下限的值。这种工作模式在本文中有时称为“深度AB类”工作模式。由于导通角在180°至270°之间，这种工作模式可以节省大量功耗，并且在接近180°时可获得更高的效率，此时器件仅导通约半个周期。例如，电阻器R1可以采用具有数百欧姆的高电阻值，以便将功率放大器电路340置于深度AB类工作模式中，而在不需要深度AB类工作模式的情况下，电阻器R1可以采用具有数十欧姆的低电阻值。由并联电阻器R2提供的电阻也可以帮助将功率放大器电路340的放大器BJT置于这种模式中。

在一些实现方式中，使用具有相对高电阻值的电阻器作为偏置电路330和功率放大器电路340中的电阻器R1和R2还可以在功率放大器电路340中的每个放大器BJT的基极端子处引入显著的偏置调制，从而引起显著的非线性失真。RF功率放大器300中可能产生的不利影响类型的示例包括幅度到幅度调制(AM/AM)和幅度到相位调制(AM/PM)。此外，当RF输出功率在工作期间增加时，功率放大器电路340可能需要额外的电流，这可能导致功率放大器电路340中每个放大器BJT的基极端子处的DC偏置电压的发生不期望的下降，这可能导致增益崩溃或早期压缩。这种早期压缩可能会显著降低功率放大器电路340的线性性能，并迫使RF功率放大器300以较小的电流工作，这可能是非常低效的。采用具有相对高电阻值的电阻器的一个或多个上述效应反映在如图6所示的函数610中，并在下文中进一步详细描述。鉴于线性度对通信带宽有影响，并且还必须满足许多现代无线通信协议(例如WCDMA、LTE、5G、Wi-Fi等)的某些要求，在许多RF功率放大器系统中，采用具有相对高电阻值的镇流和偏置电阻器可能难以实现或导致性能较差。

在一些实现方式中，可以利用下文进一步详细描述的一个或多个RF功率放大器配置来实现采用具有相对高电阻值的镇流和偏置电阻器所带来的益处，而基本上不牺牲线性度。图4A和图4B是示例线性保持RF功率放大器400的图。在图4A和图4B的示例中，RF功率放大器400包括驱动放大器电路410、级间阻抗匹配网络420、偏置电路430、功率放大器电路440和输出阻抗匹配网络450。在一些实现方式中，如图4A和图4B中所示的元件410–430、432、434和440–452中的一个或多个元件中的每一个与图3A和图3B中所示的元件310–330、332、334和340–352中的一个或多个元件中的每一个相似或等同。如上所述，在一些实现方式中，线性保持RF功率放大器400可以对应于上文参考图2所描述的功率放大器216，其可以在上文参考图1所描述的无线设备110或另一个类似的无线设备中实现。

在图4A和图4B所示的示例中，偏置电路430包括升压电路436。升压电路436用于对驱动放大器电路410输出的RF信号进行采样，并将采样后的RF信号传递到偏置电路430的射极跟随器电路434。更具体地，如图4B所示，升压电路436连接RF功率放大器400中的两个点，包括(i)位于驱动放大器电路410的输出端412和功率放大器电路440的第一输入端441A之间的第一点P1，以及(ii)位于射极跟随器电路434中的NPN偏置BJT Q1和偏置电路430的电阻器R1之间(例如，在NPN偏置BJT Q1的发射极端子处)的第二点P2。例如，第一点P1可以位于驱动放大器电路410的输出端412和级间阻抗匹配网络420的输入端421之间，或者可以位于级间阻抗匹配网络420的输入端421和级间阻抗匹配网络420的输出端422之间(即，在级间阻抗匹配网络420内)。

如图4B中所描述的，偏置电路430用于通过其输出端432向功率放大器输出级电路440的第二输入端441B提供偏置电压。如图4B所示，偏置电路430包括二极管集电极的双极型晶体管Q2和Q3，当DC电流注入Q2和Q3时，在Q2的集电极处形成电压。该电压由射极跟随器电路434中的NPN BJT Q1的电压降低，从而在P2处产生偏置电压，该偏置电压通过输出端432提供给功率放大器输出级电路。

借助NPN偏置BJT Q1和偏置电路430中的其它组件的射极跟随器或“公共集电极”配置，一旦传递到偏置电路430的射极跟随器电路434，采样的RF信号就被整流成为附加的DC电压，用于将功率放大器电路440偏置。也就是说，在这种配置中，偏置BJT Q1的基极端子和发射极端子之间的PN结类似于二极管，从二极管中产生与采样RF信号的功率大小成比例的附加DC电压。由该附加DC电压提供的“升压”可以有效地补偿至少部分通过电阻器R1和R2引入的非线性失真。这样，RF功率放大器400可以采用阻值较高的电阻器作为偏置电路430和功率放大器电路440中的电阻器R1和R2，以对抗功率放大器电路440中的电流或热失控，通过使功率放大器电路440的放大器BJT(Q4-Q8)在深度AB类模式下工作来节省功率，并且升压电路436可以用于保持功率放大器电路440中的线性度，否则，该线性度可能会受到电阻器R1和R2相对较高阻值的威胁。例如，在RF功率放大器400中实现的电阻器R1和R2可以分别具有120Ω和400Ω的电阻值。

如图4B所示，升压电路436可以包括与电阻器R3串联布置的电容器C7。电容器C7和电阻器R3的值可以基于多种不同的因素来选择。例如，在一些实现方式中，电容器C7的值至少部分地基于在RF功率放大器400上游调制的RF信号的频率来选择。在图2的上下文中，这可以对应于由本地振荡器215产生的信号的频率。虽然升压电路436中电容器C7和电阻器R3的布置代表一种类型的无源滤波器，但在一些示例中，升压电路436可以包括形成或以其它方式代表另一种类型的无源滤波器的一个或多个组件。在一些实现方式中，升压电路436可以仅包括电容器C7，而不包括电阻器R3。也可能存在其它配置。

图5示出了反映射极跟随器电路处的基极偏置电压作为输出功率的函数的曲线图，如两个示例RF功率放大器所示。两个示例RF功率放大器中的第一个代表与RF功率放大器300类似或等效的RF功率放大器，如上文参考图3A和图3B所描述的，利用具有相对高电阻值的镇流和/或偏置电阻器(例如，R1、R2等)来实现。两个示例RF功率放大器中的第二个代表与上文参考图4A和图4B所描述的线性保持RF功率放大器400类似或等效的RF功率放大器。曲线图500的y轴是射极跟随器电路中的晶体管的发射极端子处的DC电压，以参考地或相对地的伏特(V)为单位，曲线图500的x轴是射极跟随器电路所属的示例RF功率放大器的一个或多个组件的输出功率，以分贝毫瓦(dBm)为单位。

如图5所示，函数510表示两个示例RF功率放大器中的第一个RF功率放大器的特性，其可以类似或等效于上文参考图3A和图3B描述的RF功率放大器300的特性。因此，函数510表示在射极跟随器电路中的晶体管的发射极端子处测量的相对于地的DC电压，作为输出功率的函数，可以类似或等效于在射极跟随器电路334中的NPN偏置BJT Q1的发射极端子处测量的相对于地的DC电压，作为驱动放大器电路310的输出功率的函数。如图5所示，函数520表示两个示例RF功率放大器中的第二个RF功率放大器的特性，其可以类似或等效于上文参考图4A和图4B描述的线性保持RF功率放大器400的特性。因此，函数520表示在射极跟随器电路中的晶体管的发射极端子处测量的相对于地的DC电压，作为输出功率的函数，可以类似或等效于在射极跟随器电路434中的NPN偏置BJT Q1的发射极端子处测量的相对于地的DC电压，作为驱动放大器电路410的输出功率的函数。如函数510和520中的差异所示，射极跟随器电路434和升压电路436用于在NPN偏置BJT Q1的发射极端子处协作地产生与驱动放大器电路410的输出功率成比例的附加DC电压。

图6示出了反映功率放大器电路处的基极偏置电压作为输出功率的函数的曲线图，如两个示例RF功率放大器所示。两个示例RF功率放大器中的第一个代表与RF功率放大器300类似或等效的RF功率放大器，如上文参考图3A和图3B所描述的，利用具有相对高电阻值的镇流和/或偏置电阻器(例如，R1、R2等)来实现。两个示例RF功率放大器中的第二个代表与上文参考图4A和图4B所描述的线性保持RF功率放大器400类似或等效的RF功率放大器。曲线图600的y轴表示功率放大器电路处的基极偏置电压，以伏特(V)为单位，曲线图600的x轴表示功率放大器电路所属的示例RF功率放大器的一个或多个组件的输出功率，以分贝毫瓦(dBm)为单位。

如图6所示，函数610表示两个示例RF功率放大器中的第一个RF功率放大器的特性，其可以类似或等效于上文参考图3A和图3B描述的RF功率放大器300的特性。因此，函数610表示在功率放大器电路中的晶体管的基极和发射极端子处测量的电压，作为输出功率的函数，可以类似或等效于在功率放大器电路340中的NPN放大器BJT之一的基极和发射极端子处测量的电压，作为驱动放大器电路310的输出功率的函数；或者可以类似或等效于在晶体管(其代表功率放大器电路340中的一些或全部NPN放大器BJT)的基极和发射极端子处测量的电压，作为驱动放大器电路310的输出功率的函数。如图6所示，函数620表示两个示例RF功率放大器中的第二个RF功率放大器的特性，其可以类似或等效于上文参考图4A和图4B描述的线性保持RF功率放大器400的特性。因此，函数620表示在功率放大器电路中的晶体管的基极和发射极端子处测量的电压，作为输出功率的函数，可以类似或等效于在功率放大器电路440中的NPN放大器BJT之一的基极和发射极端子处测量的电压，作为驱动放大器电路410的输出功率的函数；或者可以类似或等效于在晶体管(其代表功率放大器电路440中的一些或全部NPN BJT)的基极和发射极端子处测量的电压，作为驱动放大器电路410的输出功率的函数。如函数610和620中的差异所示，射极跟随器电路434和升压电路436对至少部分由具有相对高电阻值的镇流和偏置电阻器(例如R1和R2)引入的非线性失真和DC偏置电压下降提供改进的补偿。事实上，函数620在基极偏置电压方面表现出的变化比函数610要小得多，这表明在与函数620相关的RF功率放大器中，线性度得意较大程度地保持。

虽然本说明书包括许多具体的实现细节，但这些细节不应解释为对任何发明的范围或所请求保护的内容的范围造成限制，而应解释为可能是特定发明的特定实施例所特有的特征的描述。在单独实施例的上下文中，本说明书中所描述的某些特征也可以在单个实施例中组合实现。反之，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以在多个实施例中单独实现或在任何合适的子组合中实现。此外，尽管上文可以将特征描述为以某些组合来行动，甚至最初要求保护，但是在一些情况下，可以从该组合中去除所要求保护的组合中的一个或多个特征，且所要求保护的组合可以针对子组合或子组合的变体。

同样，虽然附图以特定顺序描述操作，但这不应理解为要求这些操作按照所示的特定顺序或按顺序执行，或者要求执行所示的所有操作，以达到期望的结果。在某些情况下，多任务处理和并行处理可能是有利的。此外，上述实施例中的各种系统模块和组件的分离不应理解为所有实施例都要求这种分离。应当理解，所描述的程序组件和系统通常可以一起集成到单个软件产品中或打包到多个软件产品中。

另外，在不脱离本发明的范围的情况下，各种实施例中描述和说明为离散或单独的技术、系统、子系统和方法可以与其它系统、模块、技术或方法组合或集成。示出或描述为彼此耦合、或直接耦合、或彼此通信的其它项目可通过某种接口、设备或中间组件以电方式、机械方式或其它方式间接耦合或通信。变化、替换、变更的其它示例可由本领域技术人员确定，并可以在不脱离本文中公开的精神和范围的情况下举例。

为了实现本文档的目的，连接可以是直接连接或间接连接(例如，通过一个或多个其它部件)。在一些情况下，当一个元件称为连接或耦合到另一个元件时，该元件可以直接连接到另一个元件，或通过中间元件间接连接到另一个元件。当一个元件称为直接连接到另一个元素时，则该元件和另一个元件之间没有中间元件。如果两个设备直接或间接连接，以便它们可以在它们之间传输电子信号，则它们在“通信”中。

已经描述了本主题的特定实施例。其它实施例在所附权利要求书的范围内。例如，可以按照不同的顺序执行权利要求书中所述的操作，并且仍然达到理想的结果。例如，附图中描绘的过程不一定要求按所示的特定顺序或按顺序执行才能达到理想的结果。在一些情况下，多任务处理和并行处理可能是有利的。

Claims (20)

1.一种射频(radio frequency，RF)功率放大器，其特征在于，所述RF功率放大器包括：

驱动放大器电路；

功率放大器电路，包括多个放大器双极型晶体管(bipolar junction transistor，BJT)；

级间阻抗匹配网络，将所述驱动放大器电路的输出端连接到所述功率放大器电路的第一输入端；

偏置电路，将所述驱动放大器电路的所述输出端连接到所述功率放大器电路的第二输入端，其中所述偏置电路用于向所述功率放大器电路的所述第二输入端提供偏置电压，所述偏置电路包括：

射极跟随器电路，包括偏置BJT，其中所述射极跟随器电路用于提供第一电压；

升压电路，其中所述升压电路用于对来自所述驱动放大器电路的所述输出端的RF信号进行采样，并将所述采样的RF信号传递到所述射极跟随器电路以进行整流，由此产生第二电压，其中，所述第二电压与所述RF信号所呈现的功率电平的大小成正比，并且所述偏置电压是所述第一电压和所述第二电压的组合。

2.根据权利要求1所述的RF功率放大器，其特征在于，所述升压电路包括与第一负载元件串联的电容器。

3.根据权利要求1和2中任一项所述的RF功率放大器，其特征在于，所述功率放大器电路包括多个负载元件，每个负载元件位于所述多个放大器BJT中的相应放大器BJT的基极端子和所述功率放大器电路的所述第二输入端之间。

4.根据权利要求3所述的RF功率放大器，其特征在于，所述功率放大器电路的所述多个放大器BJT布置成阵列，其中所述多个负载元件可用于将所述偏置电压均匀地分布在所述阵列上。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的RF功率放大器，其特征在于，所述功率放大器电路中的每个放大器BJT的基极端子耦合到所述功率放大器电路的所述第一输入端。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的RF功率放大器，其特征在于，所述功率放大器电路包括多个电容器，每个电容器位于所述多个放大器BJT中相应的放大器BJT的基极端子和所述功率放大器电路的所述第一输入端之间。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的RF功率放大器，其特征在于，每个BJT的集电极端子连接到所述功率放大器电路的公共输出端。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的RF功率放大器，其特征在于，所述偏置电路和所述功率放大器电路用于使每个放大器BJT在深度AB类模式下工作。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的RF功率放大器，其特征在于，每个放大器BJT包括异质结双极型晶体管(heterojunction bipolar junction transistor，HBT)。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的RF功率放大器，其特征在于，所述RF功率放大器包括：

输出阻抗匹配网络，连接到所述功率放大器电路的输出端。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的RF功率放大器，其特征在于，所述偏置电路包括位于所述偏置BJT的发射极端子和所述功率放大器电路的所述第二输入端之间的第一偏置负载元件。

12.根据权利要求11所述的RF功率放大器，其特征在于，所述偏置电路用于补偿至少部分由所述第一偏置负载元件引入的偏置调制。

13.根据权利要求14所述的RF功率放大器，其特征在于，所述升压电路连接所述RF功率放大器中的两点，包括(i)位于所述驱动放大器电路的所述输出端和所述功率放大器电路的所述第一输入端之间的第一点和(ii)位于所述偏置BJT的所述发射极端子的第二点。

14.根据权利要求13所述的RF功率放大器，其特征在于，所述RF功率放大器中的所述第一点位于所述驱动放大器电路的所述输出端和所述级间阻抗匹配网络的输入端之间。

15.根据权利要求13所述的RF功率放大器，其特征在于，所述RF功率放大器中的所述第一点位于所述级间阻抗匹配网络的输入端和所述功率放大器电路的所述第一输入端之间。

16.根据权利要求1至15中任一项所述的RF功率放大器，其特征在于，所述偏置电路包括连接到所述射极跟随器电路的所述偏置BJT的基极端子的多个电子组件。

17.根据权利要求1至15中任一项所述的RF功率放大器，其特征在于，所述射极跟随器电路的所述偏置BJT的基极端子和所述射极跟随器电路的所述偏置BJT的集电极端子中的至少一个连接到相应的DC电流源。

18.根据权利要求1至17中任一项所述的RF功率放大器，其特征在于，所述偏置电路包括：

电源；

第一BJT；

第二BJT，其中所述电源、所述第一BJT和所述第二BJT串联耦合。

19.根据权利要求18所述的RF功率放大器，其特征在于，所述偏置电路包括耦合在所述第一BJT和所述第二BJT上的偏置电容器，其中所述第一BJT的基极短接到所述第一BJT的集电极，所述第二BJT的基极短接到所述第二BJT的集电极。

20.根据权利要求1至18中任一项所述的RF功率放大器，其特征在于，所述射极跟随器电路的所述偏置BJT的发射极端子用于提供所述第一电压。