CN117318640A - 实现平均功率保护的功率放大器模组、电子设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现平均功率保护的功率放大器模组、电子设备及方法。该功率放大器模组包括控制器，用于为射频功率放大器提供逻辑控制和偏置电压；射频功率放大器，用于将射频信号功率放大后输出给滤波器；面向各频段的滤波器，用于过滤被放大后的射频信号，得到所需特定频段的射频信号。当射频功率放大器的检测功率大于或等于第一功率阈值时，并且，检测功率大于或等于第一功率阈值的时间达到第一时间阈值时，功率放大器模组进入平均功率保护工作模式，控制器调整功率放大器单元的增益，以保护功率放大器模组中的滤波器不被烧毁。

Description

实现平均功率保护的功率放大器模组、电子设备及方法

技术领域

本发明涉及一种实现平均功率保护的功率放大器模组，同时也涉及包括该功率放大器模组的电子设备，还涉及功率放大器模组的平均功率保护方法，属于射频集成电路技术领域。

背景技术

随着移动通信技术的发展，特别是5G通信技术大规模商用以后，考虑到移动终端的通用性，在实际应用中5G移动终端是需要兼容2G/3G/4G的，而直接沿用4G时代的技术方案会导致射频前端模块在移动终端的主板中占用过多的面积。而为了节省空间，射频前端模块一直沿着高集成度和小型化的方向演进。

在现有技术中，主流的射频前端集成方案有PAMiD和L-PAMiD，其中，PAMiD是将功率放大器、射频开关及滤波器一起模组化，L-PAMiD是将功率放大器、射频开关，滤波器及低噪声放大器一起模组化。采用PAMiD和L-PAMiD在实现射频前端模块更小尺寸的同时，也随之带来了新的问题。由于模组中需要将滤波器集成化和小型化，使得其稳定性和可靠性都有所下降，进而导致在功率放大器异常输出大功率时容易出现烧毁滤波器的情况，这样不但使得PAMiD和L-PAMiD存在的稳定性和可靠性的风险增大，而且甚至会影响射频前端模块高集成化和小型化的演进。因此在功率放大器异常输出大功率时如何保护模组中的滤波器不被烧毁，就成为一个对射频前端模块而言必须要解决的问题。也就是说当功率放大器异常输出大功率时，如何限制或降低功率输出是一个亟需解决的问题。

在专利号为ZL 202310410650.2的中国发明专利中，公开了一种功率放大电路和功率放大方法。该功率放大电路包括偏置电路、放大电路 和检测电路，检测电路包括耦合子电路、分压子电路、整流子电路和开关子电路；其中，偏置电路与放大电路连接，检测电路分别与放大电路和偏置电路连接；偏置电路用于生成偏置信号，并将偏置信号输入至放大电路；放大电路用于在接收到偏置信号的情况下，对放大电路接收的初始功率信号进行功率放大，得到目标功率信号；检测电路用于对目标功率信号进行功率检测，并在目标功率信号的功率值大于功率阈值的情况下，关断偏置电路。

发明内容

本发明所要解决的首要技术问题在于提供一种实现平均功率保护的功率放大器模组。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种包括该功率放大器模组的电子设备。

本发明所要解决的又一技术问题在于提供一种功率放大器模组的平均功率保护方法。

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，提供一种实现平均功率保护的功率放大器模组，包括控制器，用于为射频功率放大器提供逻辑控制和偏置电压；射频功率放大器，用于将射频信号功率放大后输出给滤波器；面向各频段的滤波器，用于过滤被放大后的射频信号，得到所需特定频段的射频信号；其中，

当所述射频功率放大器的检测功率大于或等于第一功率阈值时，并且，检测功率大于或等于所述第一功率阈值的时间达到第一时间阈值时，所述功率放大器模组进入平均功率保护工作模式，所述控制器调整功率放大器单元的增益。

其中较优地，当所述功率放大器模组进入所述平均功率保护工作模式的时间达到第二时间阈值时，所述功率放大器模组退出所述平均功率保护工作模式；然后判断所述射频功率放大器的检测功率是否小于或等于第二功率阈值；当检测功率小于或等于第二功率阈值时，所述功率放大器模组继续退出所述平均功率保护工作模式；否则，所述功率放大器模组继续进入所述平均功率保护工作模式。

其中较优地，所述控制器包括：

功率比较单元，用于比较判断检测功率是否达到设定的功率阈值，并输出第一控制信号；

带隙基准，用于为各相关单元提供参考电压；

频率振荡器，用于产生时钟信号并提供给计时单元；

计时单元，利用时钟信号进行计时，并与设定的时间阈值进行比较后输出第二控制信号；

VBIAS LDO电路，用于输出第一偏置电压，提供给所述射频功率放大器的偏置单元；

射频输入开关单元，用于切换两条不同衰减量的射频通路；

逻辑控制单元，用于根据所述第一控制信号和所述第二控制信号进行逻辑组合，输出第三控制信号，控制相关功能单元调整所述功率放大器单元的增益，实现保护目的。

其中较优地，所述控制器还包括：

VLPM LDO电路，用于输出第二偏置电压，提供给所述射频功率放大器的所述偏置单元作为节点电位，改变所述偏置单元输出的偏置电压；

Efuse校准单元，其输出数字信号用于对所述带隙基准的基准电压进行校准，保证所述参考电压的精度。

其中较优地，所述功率比较单元包括第一电压比较器和第二电压比较器；其中，第一电压比较器的输入端分别连接第一参考电压端和功率检测单元的输出端，第二电压比较器的输入端分别连接第五参考电压端和功率检测单元的输出端；第一电压比较器和第二电压比较器的输出端均与所述功率比较单元的输出端连接；其中，

第一电压比较器用于对功率检测单元输出的第一电压与第一参考电压进行比较；第二电压比较器用于在不同时间段对功率检测单元输出的第一电压与第五参考电压进行比较；比较结果输出所述第一控制信号。

其中较优地，所述功率比较单元包括模数转换器和数字逻辑单元；其中，模数转换器的输入端与功率检测单元的输出端连接，模数转换器的输出端与数字逻辑单元的第一输入端连接，数字逻辑单元的第二输入端和第三输入端均与Efuse校准单元连接，数字逻辑单元的输出端作为所述功率放大单元的输出端；其中，

所述模数转换器用于将功率检测单元输出的第一电压转换为第四数字信号；所述数字逻辑单元用于将该第四数字信号分别与Efuse单元提供的第二数字信号和第三数字信号在不同时间段进行比较；比较结果输出所述第一控制信号。

其中较优地，所述射频功率放大器包括：

偏置单元，用于为功率放大单元提供直流工作点；

功率检测单元，用于对功率放大单元输出的射频信号进行功率检测，检测结果对应输出第一电压；

功率放大单元，用于将输入的射频信号进行放大后输出。

其中较优地，所述逻辑控制单元输出的所述第三控控制信号制所述射频输入开关单元；其中，

当所述功率放大器模组进入所述平均功率保护工作模式时，射频输入信号经过设有衰减网络的射频通路后输出，使功率放大单元的增益降低；

当所述功率放大器模组退出所述平均功率保护工作模式时，射频输入信号经过没有衰减网络的射频通路后输出，此时，功率放大单元保持正常增益。

其中较优地，所述射频输入开关单元中，设有衰减网络的射频通路和没有衰减网络的射频通路相互并联连接；设有衰减网络的射频通路包括第一开关、衰减网络和第二开关，并且，第一开关、衰减网络和第二开关依次串联连接；其中，第一开关和第二开关的控制端均与第三控制信号端连接；没有衰减网络的射频通路包括第三开关，并且，第三开关的控制端与第三控制信号的反信号端连接。

其中较优地，所述逻辑控制单元输出的所述第三控制信号控制所述VBIAS LDO电路；其中，

当所述功率放大器模组进入所述平均功率保护工作模式时，所述VBIAS LDO电路输出降低的所述第一偏置电压，提供给功率放大器的偏置单元，减小功率放大单元的增益；

当所述功率放大器模组退出所述平均功率保护工作模式时，所述VBIAS LDO电路输出正常的所述第一偏置电压，提供给功率放大器的偏置单元，此时，功率放大单元保持正常增益。

其中较优地，所述VBIAS LDO电路包括误差放大器、功率管、反馈电阻网络和输出端串联连接的第一电阻、第二电阻和PMOS管；其中，PMOS管的源极和漏极分别与第二电阻的两端连接，PMOS管的栅极与第三控制信号端连接。

其中较优地，所述VBIAS LDO电路包括误差放大器、功率管、反馈电阻网络；其中，反馈电阻网络包括在输出端与地电位端之间串联连接的第三电阻、第四电阻和第五电阻，以及第一传输门和第二传输门；其中，第三电阻和第四电阻的连接点为第一节点，第四电阻和第五电阻的连接点为第二节点；第一节点和第二节点分别对应通过第一传输门和第二传输门与误差放大器的反馈输入端连接，第一传输门的使能控制端与第三控制信号端连接，第二传输门的使能控制端与第三控制信号的反信号端连接。

其中较优地，所述逻辑控制单元输出的第三控制信号控制VLPM LDO电路；其中，

当所述功率放大器模组进入所述平均功率保护工作模式时，VLPM LDO电路输出高电位的第二偏置电压，提供给功率放大器的偏置单元，改变偏置单元中的节点电位，使得偏置单元输出降低的偏置电压，减小功率放大单元的增益。

当所述功率放大器模组退出所述平均功率保护工作模式时，VLPM LDO电路输出低电位的第二偏置电压，提供给功率放大器的偏置单元，使得偏置单元输出正常的偏置电压，功率放大器保持正常增益。

根据本发明实施例的第二方面，提供一种电子设备，该电子设备中包括有上述实现平均功率保护的功率放大器模组。

根据本发明实施例的第三方面，提供一种功率放大器模组的平均功率保护方法，包括以下步骤：

（1）检测功率放大器模组中的功率；

（2）判断检测功率是否大于或等于第一功率阈值；当检测功率大于或等于第一功率阈值时，转入下一步骤；否则返回步骤（1），继续检测功率；

（3）检测功率大于或等于第一功率阈值后开始计时，该计时为第一计时时间；

（4）判断第一计时时间是否达到第一时间阈值；当第一计时时间达到第一时间阈值时，转入下一步骤；否则返回步骤（1）；

（5）功率放大器模组进入平均功率保护工作模式；控制电路调整功率放大器单元的增益，以保护功率放大器模组；

（6）功率放大器模组进入平均功率保护工作模式后开始计时，该计时为第二计时时间；

（7）判断第二计时时间是否达到第二时间阈值；当第二计时时间达到第二时间阈值时，转入下一步骤；否则返回步骤（6），继续计时；

（8）功率放大器模组退出平均功率保护工作模式；

（9）判断检测功率是否小于或等于第二功率阈值；当检测功率小于或等于第二功率阈值时，转入下一步骤；否则返回步骤（5），功率放大器模组继续进入平均功率保护工作模式；

（10）功率放大器模组继续退出平均功率保护工作模式；返回步骤（1）。

其中较优地，在所述步骤（5）中，所述控制电路控制射频输入开关单元；当所述功率放大器模组进入所述平均功率保护工作模式时，射频输入信号经过设有衰减网络的射频通路后输出，使功率放大单元的增益降低。

其中较优地，在所述步骤（5）中，所述控制电路控制VBIAS LDO电路；当功率放大器模组进入所述平均功率保护工作模式时，VBIAS LDO电路输出降低的第一偏置电压，提供给功率放大器的偏置单元，减小功率放大单元的增益。

其中较优地，在所述步骤（5）中，所述控制电路控制VLPM LDO电路；当所述功率放大器模组进入所述平均功率保护工作模式时，VLPM LDO电路输出高电位的第二偏置电压，提供给功率放大器的偏置单元，改变偏置单元中的节点电位，使得偏置单元输出降低的偏置电压，减小功率放大单元的增益。

与现有技术相比较，本发明提供的实现平均功率保护的功率放大器模组，通过采用实时功率检测并与设定阈值比较后产生控制信号，控制相关功能单元调整功率放大器单元增益的技术方案，实现了出现异常大功率时保护功率放大器模组。使得射频前端模块可以继续沿着高集成度和小型化的方向演进。因此，本发明提供的实现平均功率保护的功率放大器模组具有结构设计巧妙合理、设计成本较低、可靠性高等有益效果。

附图说明

图1为本发明提供的实现平均功率保护的功率放大器模组的结构框图；

图2为本发明实施例中，第一方案的功率比较单元的电路原理图；

图3为本发明实施例中，第二方案的功率比较单元的电路原理图；

图4为本发明第一实施例中，实现平均功率保护的电路原理图；

图5为本发明第二实施例中，实现平均功率保护的电路原理图；

图6为本发明第三实施例中，实现平均功率保护的电路原理图；

图7为采用本发明提供的实现平均功率保护的功率放大器模组的电子设备的示意图；

图8为本发明实施例中，功率放大器模组的平均功率保护方法的流程图。

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1所示，本发明实施例提供的一种实现平均功率保护的功率放大器模组，包括控制器，用于为射频功率放大器提供逻辑控制和偏置电压；射频功率放大器，用于将射频信号功率放大后输出给滤波器；面向各频段的滤波器，用于过滤被放大后的射频信号，得到所需特定频段的射频信号。

控制器包括功率比较单元、带隙基准、频率振荡器、计时单元、VBIAS LDO电路、VLPM LDO电路、射频输入开关单元、Efuse校准单元和逻辑控制单元，控制器的上述各单元集成在一起形成控制器芯片。

下面，分别说明各功能单元的功能和作用。

功率比较单元用于比较判断检测到的功率是否达到设定的功率阈值。其将功率检测单元反馈的表征功率大小的第一电压VDET与设定的功率阈值进行比较，比较结果输出第一控制信号EN_1。设定的功率阈值包括第一功率阈值Vth1和第二功率阈值Vth2，其中，第一功率阈值Vth1的大小是根据功率放大器模组中所集成滤波器能承受的功率大小对应设置的。第一控制信号EN_1的高低电平对应表征第一电压VDET是否达到设定的第一功率阈值Vth1或第二功率阈值Vth2。

带隙基准的主要作用是为各相关单元提供参考电压Vref。其中，为功率比较单元提供第一参考电压Vref_1和第五参考电压Vref_5，为频率振荡器提供第二参考电压Vref_2，为VBIAS LDO电路提供第三参考电压Vref_3，为VLPM LDO电路提供第四参考电压Vref_4。

频率振荡器用于产生时钟信号CLK并提供给计时单元。在本发明的一个实施例中，频率振荡器采用电压比较的电路结构实现，其优点是可以利用Efuse校准单元保证带隙基准输出的第二参考电压Vref_2的精度，从而保证频率振荡器产生的时钟信号CLK的精度。本发明实施例对于频率振荡器的电路结构不作限制，也可以采用其他电路结构实现，其所产生的时钟信号满足要求即可。

计时单元利用频率振荡器提供的时钟信号CLK进行计时，并与设定的时间阈值进行比较，比较结果输出第二控制信号EN_2。其中，设定的时间阈值包括第一时间阈值Tth1和第二时间阈值Tth2，第一时间阈值Tth1的大小是根据滤波器的能承受大功率的时间和正常应用滤波器需覆盖的时间共同确定设置的。计时单元的计时包括达到设置第一功率阈值Vth1的时间t1和进入平均功率保护工作模式的时间t2。第二控制信号EN_2的高低电平对应表征计时时间是否达到设定的第一时间阈值Tth1或第二时间阈值Tth2。该计时单元可通过D触发器和逻辑门电路实现。

VBIAS LDO电路用于输出正常工作模式的第一偏置电压VBIAS，提供给射频功率放大器的偏置单元作为偏置电源，建立偏置单元的直流工作点。

VLPM LDO电路用于输出低功率模式的第二偏置电压VLPM，提供给射频功率放大器芯片中的偏置单元作为节点电位，改变偏置单元输出的偏置电压。

射频输入开关单元用于切换两条不同衰减量的射频通路，其中一条射频通路设有衰减网络，另一条射频通路没有衰减网络，选择不同的射频通路可实现射频信号不同的放大增益。

逻辑控制单元用于根据功率比较单元输出的第一控制信号EN_1和计时单元输出的第二控制信号EN_2进行逻辑组合，输出第三控制信号ODP_EN，用于控制相关功能单元调整功率放大器的增益，实现平均功率保护目的。第三控制信号ODP_EN的高低电平对应表征功率放大器模组是否进入平均功率保护工作模式。

Efuse校准单元用于对带隙基准的基准电压进行校准，其中通过输出的第一数字信号Vbit<V:0>保证带隙基准输出的第一参考电压Vref_1、第二参考电压Vref_2、第三参考电压Vref_3、第四参考电压Vref_4和第五参考电压Vref_5的精度。进一步，通过保证第一参考电压Vref_1和第五参考电压Vref_5的精度，进而保证所设定的第一功率阈值Vth1和第二功率阈值Vth2的精度；通过保证第二参考电压Vref_2的精度，进而保证频率振荡器输出的时钟信号CLK的精度，也就是保证所设定的第一时间阈值Tth1和第二时间阈值Tth2的精度。因此，利用Efuse校准单元可以大大减小工艺制造带来的偏差，从而保证每颗芯片平均功率保护的精度。此外，在本发明的一些实施例中，Efuse校准单元通过输出第二数字信号Ebit<E:0>和第三数字信号Fbit<F:0>，为功率比较单元提供设定的第一功率阈值Vth1和第二功率阈值Vth2的数字值。

射频功率放大器包括偏置单元、功率放大单元和功率检测单元。射频功率放大器的上述各单元集成在一起形成射频功率放大器芯片。下面分别说明各单元的功能和作用。

偏置单元用于为功率放大单元提供直流工作点。其工作电源由控制器提供，分别为正常工作模式下的第一偏置电压VBIAS和低功率模式下的第二偏置电压VLPM。

功率检测单元用于对功率放大单元输出的射频信号RFOUT_2进行检测，检测结果对应输出第一电压VDET，射频信号RFOUT_2的功率大小和第一电压VDET的大小成正相关关系，即RFOUT_2的功率越大，第一电压VDET越大。

功率放大单元用于将输入的射频信号RFIN_2进行放大后输出射频信号RFOUT_2。功率放大单元输出的射频信号RFOUT_2经过滤波器后输出所需特定频段的射频信号RFOUT_1。

需要说明的是，本发明实施例中的功率比较单元可以采取如下两种技术方案中的任意一种。

第一方案如图2所示，功率比较单元采用模拟电路方式实现。利用第一电压比较器A将功率检测单元输出的第一电压VDET与第一参考电压Vref_1进行比较，比较结果输出第一控制信号EN_1，第一控制信号EN_1的高低电平对应检测功率是否达到设定的第一功率阈值Vth1。利用第二电压比较器B将功率检测单元输出的第一电压VDET与第五参考电压Vref_5进行比较，比较结果输出第一控制信号EN_1，第一控制信号EN_1的高低电平对应检测功率是否达到设定的第二功率阈值Vth2。

其中，第一电压比较器A的输入端分别连接第一参考电压Vref_1端和第一电压VDET端，第二电压比较器B的输入端分别连接第五参考电压Vref_5端和第一电压VDET端；第一电压比较器A和第二电压比较器B的输出端均与功率比较单元的输出端连接。并且，第一电压比较器A和第二电压比较器B均由系统使能信号控制工作，二者分别工作在不同的时间段。

当检测功率大于或等于第一功率阈值Vth1时，即第一电压VDET≥第一参考电压Vref_1时，第一电压比较器A工作，功率比较单元输出的第一控制信号EN_1为高电平信号。

当检测功率小于或等于第二功率阈值Vth2时，即第一电压VDET≤第五参考电压Vref_5时，第二电压比较器B工作，功率比较单元输出的第一控制信号EN_1为低电平信号。

其中，第一参考电压Vref_1和第五参考电压Vref_5的大小分别根据设定的第一功率阈值Vth1和第二功率阈值Vth2进行设计确定的，即采用电压来表征功率大小。

第二方案如图3所示，功率比较单元采用数字电路方式实现。

功率比较单元由模数转换器ADC和数字逻辑单元组成；其中，模数转换器ADC的输入端与功率检测单元的输出端连接，模数转换器ADC的输出端与数字逻辑单元的第一输入端连接，数字逻辑单元的第二输入端和第三输入端均与Efuse校准单元连接（即图1中的虚线①所示），数字逻辑单元的输出端作为功率放大单元的输出端。

模数转换器ADC将功率检测单元输出的第一电压VDET转换为第四数字信号Dbit<D:0>，然后将第四数字信号Dbit<D:0>分别与Efuse单元提供的第二数字信号Ebit<E:0>和第三数字信号Fbit<F:0>通过数字逻辑单元在不同时间段进行比较，比较结果输出第一控制信号EN_1。其中，第四数字信号Dbit<D:0>和第二数字信号Ebit<E:0>比较后输出的第一控制信号EN_1的高低电平，对应检测功率是否达到设定的第一功率阈值Vth1。第四数字信号Dbit<D:0>和第三数字信号Fbit<F:0>比较后输出的第一控制信号EN_1的高低电平，对应检测功率是否达到设定的第二功率阈值Vth2。

其中，第二数字信号Ebit<E:0>和第三数字信号Fbit<F:0>的数值是分别根据设定的第一功率阈值Vth1和第二功率阈值Vth2进行设计确定的，即采用数字来表征功率大小。

当检测功率大于或等于第一功率阈值Vth1时，即第四数字信号Dbit<D:0>大于或等于第二数字信号Ebit<E:0>时，功率比较单元输出的第一控制信号EN_1为高电平信号。

当检测功率小于或等于第二功率阈值Vth2时，即第四数字信号Dbit<D:0>小于或等于第三数字信号Fbit<F:0>时，功率比较单元输出的第一控制信号EN_1为低电平信号。

上述两种实现功率放大单元的技术方案相比较，第一方案的电路结构相对简单，但精度不高；第二方案的电路结构相对复杂，但精度高，实际应用中可根据实际需求进行适当选择。

下面，结合不同实施例对本发明提供的实现平均功率保护的功率放大器模组的工作原理进行整体说明。

射频功率放大器的功率检测单元实时检测输出功率的大小，其输出表征功率的大小的第一电压VDET，当第一电压VDET大于或等于设定的第一功率阈值Vth1时，功率比较单元输出高电平的第一控制信号EN_1至逻辑控制单元，同时，计时单元开始计时，当计时时间达到第一时间阈值Tth1时，计时单元输出高电平的第二控制信号EN_2至逻辑控制单元。此时，功率放大器模组进入平均功率保护工作模式。同时，一方面，逻辑控制单元根据第一控制信号EN_1和第二控制信号EN_2进行逻辑组合，输出高电平的第三控制信号ODP_EN。第三控制信号ODP_EN控制相关功能单元调整功率放大器的增益（主要是降低增益，但不限于此），实现保护目的；另一方面，计时单元从进入平均功率保护工作模式开始计时。当计时时间达到第二时间阈值Tth2时，第二控制信号EN_2变为低电平信号，功率放大器模组退出平均功率保护工作模式。然后，功率比较单元继续比较判断实时检测的第一电压VDET是否小于或等于设定的第二功率阈值Vth2；若达到，第一控制信号EN_1变为低电平信号，则功率放大器模组继续退出平均功率保护工作模式；否则功率放大器模组返回（即继续进入）平均功率保护工作模式。如此循环，实时控制，可以避免射频功率放大器出现持续输出异常大功率的情况，进而实现保护模组的目的。

其中，所设置的第一功率阈值Vth1通常大于所设置的第二功率阈值Vth2一定裕量，以保证进入和退出平均功率保护工作模式之间存在一定的迟滞宽度。

在本发明的第一实施例中，如图4所示，平均功率保护工作模式通过第三控制信号ODP_EN控制射频输入开关单元，调整功率放大器的增益，实现保护目的。

首先，第三控制信号ODP_EN通过反相器电路得到第三控制信号的反信号ODP_ENB。在射频输入开关单元中，设有衰减网络的射频通路和没有衰减网络的射频通路相互并联连接。其中，设有衰减网络的射频通路包括第一开关K1、衰减网络和第二开关K2，并且，第一开关K1、衰减网络和第二开关K2依次串联连接。其中，第一开关K1和第二开关K2的控制端均与第三控制信号ODP_EN端连接。没有衰减网络的射频通路只包括第三开关K3，并且，第三开关K3的控制端与第三控制信号的反信号ODP_ENB端连接。

当功率放大器模组进入平均功率保护工作模式时，第三控制信号ODP_EN为高电平信号，第三控制信号的反信号ODP_ENB为低电平信号，因此，第一开关K1和第二开关K2关闭，将设有衰减网络的射频通路接通；第三开关K3打开，将没有衰减网络的射频通路断开。此时，射频输入信号RFIN_1经过设有衰减网络的射频通路后，输出经过衰减的射频信号RFIN_2，射频信号RFIN_2经过功率放大单元后输出的射频信号RFOUT_2也同步衰减了，也就是说，功率放大单元输出功率减小（即增益减小），进而实现保护目的。

当功率放大器模组退出平均功率保护工作模式时，第三控制信号ODP_EN为低电平信号，射频输入开关单元打开没有衰减网络的通路，关闭有衰减网络的通路，射频输入信号RFIN_1经过没有衰减网络的通路后输出射频信号RFIN_2。

在本发明的第二实施例中，如图5所示，平均功率保护工作模式通过第三控制信号ODP_EN（即图1中的虚线②所示）控制VBIAS LDO电路输出的第一偏置电压VBIAS，调整功率放大器的增益，实现保护目的。

VBIAS LDO电路包括误差放大器、功率管、反馈电阻网络和输出端串联连接的第一电阻R1、第二电阻R2，以及PMOS管M1。其中，PMOS管M1的源极和漏极分别与第二电阻R2的两端连接，PMOS管M1的栅极与第三控制信号ODP_EN端连接。

当功率放大器模组进入平均功率保护工作模式时，第三控制信号ODP_EN为高电平信号，因此，PMOS管M1截止，VBIAS LDO电路输出电压VOUT经过第一电阻R1和第二电阻R2后输出第一偏置电压VBIAS，此时，第一偏置电压VBIAS由于第二电阻R2的分压而减小，即偏置单元提供小的直流工作点给功率放大单元，减小其放大能力（即增益减小），使得射频信号RFOUT_2衰减，降低增益，进而实现保护目的。

当功率放大器模组退出平均功率保护工作模式时，第三控制信号ODP_EN为低电平信号，PMOS管M1导通，第二电阻R2被短接，VBIAS LDO电路输出电压VOUT经过第一电阻R1后输出第一偏置电压VBIAS，此时，功率放大单元正常工作，保持正常增益。

在本发明的第三实施例中，如图6所示，平均功率保护工作模式仍然通过第三控制信号ODP_EN（即图1中的虚线②所示）控制VBIAS LDO电路输出的第一偏置电压VBIAS，调整功率放大器的增益，实现保护目的。

首先，第三控制信号ODP_EN通过反相器电路得到第三控制信号的反信号ODP_ENB。

VBIAS LDO电路包括误差放大器、功率管、反馈电阻网络。其中，反馈电阻网络包括在输出端与地电位端之间串联连接的第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5，以及第一传输门CM1和第二传输门CM2。其中，第三电阻R3和第四电阻R4的连接点为第一节点，第四电阻R4和第五电阻R5的连接点为第二节点。第一节点和第二节点分别通过第一传输门CM1和第二传输门CM2与误差放大器的反馈输入端连接，第一传输门CM1的使能控制端与第三控制信号ODP_EN端连接，第二传输门CM2的使能控制端与第三控制信号的反信号ODP_ENB端连接。

当功率放大器模组进入平均功率保护工作模式时，第三控制信号ODP_EN为高电平信号，第三控制信号的反信号ODP_ENB为低电平信号，因此，第一传输门CM1导通，第二传输门CM2断开，反馈电阻网络中的第一节点接通误差放大器的反馈输入端，VBIAS LDO电路输出压电值较小的第一偏置电压VBIAS，即偏置单元提供小的直流工作点给功率放大单元，减小其放大能力（即增益减小），使得射频信号RFOUT_2衰减，降低增益，进而实现保护目的。

当功率放大器模组退出平均功率保护工作模式时，第三控制信号ODP_EN为低电平信号，第三控制信号的反信号ODP_ENB为高电平信号，因此，第一传输门CM1断开，第二传输门CM2导通，反馈电阻网络中的第二节点接通误差放大器的反馈输入端，VBIAS LDO电路输出压电值较大的第一偏置电压VBIAS，此时，功率放大单元正常工作，保持正常增益。

在本发明的第四实施例中，平均功率保护工作模式通过第三控制信号ODP_EN（即图1中的虚线③所示）控制VLPM LDO电路输出的第二偏置电压VLPM，调整功率放大器的增益，实现保护目的。

当功率放大器模组进入平均功率保护工作模式时，第三控制信号ODP_EN为高电平信号，使VLPM LDO电路开启，输出高电位的第二偏置电压VLPM，提供给射频功率放大器的偏置单元，改变偏置单元中的节点电位，使得偏置单元输出较低的偏置电压，即偏置单元提供小的直流工作点给功率放大单元，减小其放大能力（即增益减小），使得射频信号RFOUT_2衰减，降低增益，进而实现保护目的。

当功率放大器模组退出平均功率保护工作模式时，第三控制信号ODP_EN为低电平信号，使VLPM LDO电路关闭，输出低电位的第二偏置电压VLPM，提供给功率放大器的偏置单元，使得偏置单元输出正常的偏置电压，此时，功率放大单元正常工作，保持正常增益。

以上四个实施例中，功率放大器模组分别通过第三控制信号ODP_EN控制射频输入开关单元、VBIAS LDO电路和VLPM LDO电路，以四种不同的技术方案对进入平均功率保护工作模式的功率放大器模组的功率进行调整，上述四个实施例提供的技术方案可单独使用，也可以组合使用。

在上述实现平均功率保护的功率放大器模组的基础上，本发明实施例进一步提供一种电子设备，其中包括实现平均功率保护的功率放大器模组，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、CDMA、TD_SCDMA、WCDMA、TDD_LTE、FDD_LTE、NR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，本发明提供的技术方案也适用于其他射频集成电路应用的场合，例如通信基站、智能网联汽车等。

如图7所示，该电子设备至少包括处理器、存储器和通信组件，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。

此外，本发明实施例还提供一种功率放大器模组的平均功率保护方法，其工作流程如图8所示，包括如下步骤：

S1：检测功率放大器模组中的功率，得到第一电压VDET。

本实施例中是检测输出功率，在其他实施例中也可以检测输入功率，或者功率放大器某一级或某一支路的输出功率。

S2：判断检测功率得到的第一电压VDET是否大于或等于第一功率阈值Vth1；当第一电压VDET大于或等于第一功率阈值Vth1时，转入下一步骤；否则返回步骤S1，继续检测功率。

其中，第一功率阈值Vth1的大小是根据功率放大器模组中所集成滤波器能承受的功率大小对应设置的，不同频段滤波器可承受功率的大小是不同的。

S3：第一电压VDET大于或等于第一功率阈值Vth1后开始计时，该计时为第一计时时间t1。

本实施例中利用时钟信号进行计时，时钟信号的频率快慢根据所需设置的时间阈值的长短进行对应设计。

S4：判断第一计时时间t1是否达到第一时间阈值Tth1；当第一计时时间达到第一时间阈值Tth1时，转入下一步骤；否则返回步骤S1。

其中，在达到第一功率阈值Vth1后开始计时且第一计时时间t1未达到第一时间阈值Tth1的过程中，当检测功率小于第一功率阈值Vth1时，停止计时，并且返回步骤S1，继续检测功率。

其中，第一时间阈值Tth1的大小是根据滤波器的能承受大功率的时间和正常应用滤波器需覆盖的时间共同确定设置的。

S5：功率放大器模组进入平均功率保护工作模式。控制电路调整功率放大器单元的增益（主要是降低增益，但不限于此），以实现保护功率放大器模组。

其中，降低功率放大器单元的增益的第一方案是控制电路控制射频输入开关单元；当功率放大器模组进入平均功率保护工作模式时，射频输入信号经过设有衰减网络的射频通路后输出，使功率放大单元的输出功率减小，增益降低，进而实现保护目的。

其中，降低功率放大器单元的增益的第二方案是控制电路控制VBIAS LDO电路；当功率放大器模组进入平均功率保护工作模式时，VBIAS LDO电路输出降低的第一偏置电压，提供给功率放大器的偏置单元，减小功率放大单元的增益，进而实现保护目的。

其中，降低功率放大器单元的增益的第三方案是控制电路控制VLPM LDO电路；当功率放大器模组进入平均功率保护工作模式时，VLPM LDO电路输出高电位的第二偏置电压，提供给功率放大器的偏置单元，改变偏置单元中的节点电位，使得偏置单元输出降低的偏置电压，减小功率放大单元的增益，进而实现保护目的。

S6：功率放大器模组进入平均功率保护工作模式后开始计时，该计时为第二计时时间t2。

S7：判断第二计时时间t2是否达到第二时间阈值Tth2；当第二计时时间t2达到第二时间阈值Tth2时，转入下一步骤；否则返回步骤S6，继续计时。

S8：功率放大器模组退出平均功率保护工作模式。

S9：判断检测功率得到的第一电压VDET是否小于或等于第二功率阈值Vth2；当得到的第一电压VDET小于或等于第二功率阈值Vth2时，转入下一步骤；否则返回步骤S5，功率放大器模组继续进入平均功率保护工作模式。

其中，所设置的第一功率阈值Vth1通常大于所设置的第二功率阈值Vth2一定裕量，以保证进入和退出平均功率保护工作模式之间存在一定的迟滞宽度。

S10：功率放大器模组继续退出平均功率保护工作模式；返回步骤S1。

功率放大器模组确定退出平均功率保护工作模式后，返回步骤S1继续检测功率，并进行步骤S1~S10循环保护和实时控制，避免射频功率放大器出现持续输出异常大功率的情况，进而实现保护功率放大器模组的目的。

综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的实现平均功率保护的功率放大器模组，通过采用实时功率检测并与设定阈值比较后产生控制信号，去控制相关功能单元调整功率放大器单元增益的技术方案，实现了出现异常大功率时保护功率放大器模组。使得射频前端模块可以继续沿着高集成度和小型化的方向演进。因此，本发明提供的实现平均功率保护的功率放大器模组具有结构设计巧妙合理、设计成本较低、可靠性高等有益效果。

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。

需要说明的是，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。

上面对本发明提供的实现平均功率保护的功率放大器模组、电子设备及方法进行了详细的说明。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 (18)

1.一种实现平均功率保护的功率放大器模组，其特征在于包括：

控制器，用于为射频功率放大器提供逻辑控制和偏置电压；

射频功率放大器，用于将射频信号功率放大后输出给滤波器；

面向各频段的滤波器，用于过滤被放大后的射频信号，得到所需特定频段的射频信号；其中，

当所述射频功率放大器的检测功率大于或等于第一功率阈值时，并且，检测功率大于或等于所述第一功率阈值的时间达到第一时间阈值时，所述功率放大器模组进入平均功率保护工作模式，所述控制器调整功率放大器单元的增益。

2.如权利要求1所述的实现平均功率保护的功率放大器模组，其特征在于：

当所述功率放大器模组进入所述平均功率保护工作模式的时间达到第二时间阈值时，所述功率放大器模组退出所述平均功率保护工作模式；然后判断所述射频功率放大器的检测功率是否小于或等于第二功率阈值；当检测功率小于或等于第二功率阈值时，所述功率放大器模组继续退出所述平均功率保护工作模式；否则，所述功率放大器模组继续进入所述平均功率保护工作模式。

3.如权利要求1所述的实现平均功率保护的功率放大器模组，其特征在于所述控制器包括：

功率比较单元，用于比较判断检测功率是否达到设定的功率阈值，并输出第一控制信号；

带隙基准，用于为各相关单元提供参考电压；

频率振荡器，用于产生时钟信号并提供给计时单元；

计时单元，利用时钟信号进行计时，并与设定的时间阈值进行比较后输出第二控制信号；

VBIAS LDO电路，用于输出第一偏置电压，提供给所述射频功率放大器的偏置单元；

射频输入开关单元，用于切换两条不同衰减量的射频通路；

逻辑控制单元，用于根据所述第一控制信号和所述第二控制信号进行逻辑组合，输出第三控制信号，控制相关功能单元调整所述功率放大器单元的增益，实现保护目的。

4.如权利要求3所述的实现平均功率保护的功率放大器模组，其特征在于所述控制器还包括：

VLPM LDO电路，用于输出第二偏置电压，提供给所述射频功率放大器的所述偏置单元作为节点电位，改变所述偏置单元输出的偏置电压；

Efuse校准单元，其输出数字信号用于对所述带隙基准的基准电压进行校准，保证所述参考电压的精度。

5.如权利要求3所述的实现平均功率保护的功率放大器模组，其特征在于：

所述功率比较单元包括第一电压比较器和第二电压比较器；其中，第一电压比较器的输入端分别连接第一参考电压端和功率检测单元的输出端，第二电压比较器的输入端分别连接第五参考电压端和功率检测单元的输出端；第一电压比较器和第二电压比较器的输出端均与所述功率比较单元的输出端连接；其中，

第一电压比较器用于对功率检测单元输出的第一电压与第一参考电压进行比较；第二电压比较器用于在不同时间段对功率检测单元输出的第一电压与第五参考电压进行比较；比较结果输出所述第一控制信号。

6.如权利要求3所述的实现平均功率保护的功率放大器模组，其特征在于：

所述功率比较单元包括模数转换器和数字逻辑单元；其中，模数转换器的输入端与功率检测单元的输出端连接，模数转换器的输出端与数字逻辑单元的第一输入端连接，数字逻辑单元的第二输入端和第三输入端均与Efuse校准单元连接，数字逻辑单元的输出端作为所述功率放大单元的输出端；其中，

所述模数转换器用于将功率检测单元输出的第一电压转换为第四数字信号；所述数字逻辑单元用于将该第四数字信号分别与Efuse单元提供的第二数字信号和第三数字信号在不同时间段进行比较；比较结果输出所述第一控制信号。

7.如权利要求1所述的实现平均功率保护的功率放大器模组，其特征在于所述射频功率放大器包括：

偏置单元，用于为功率放大单元提供直流工作点；

功率检测单元，用于对功率放大单元输出的射频信号进行功率检测，检测结果对应输出第一电压；

功率放大单元，用于将输入的射频信号进行放大后输出。

8.如权利要求3所述的实现平均功率保护的功率放大器模组，其特征在于：

所述逻辑控制单元输出的所述第三控控制信号制所述射频输入开关单元；其中，

当所述功率放大器模组进入所述平均功率保护工作模式时，射频输入信号经过设有衰减网络的射频通路后输出，使功率放大单元的增益降低；

当所述功率放大器模组退出所述平均功率保护工作模式时，射频输入信号经过没有衰减网络的射频通路后输出，此时，功率放大单元保持正常增益。

9.如权利要求3或8所述的实现平均功率保护的功率放大器模组，其特征在于：

所述射频输入开关单元中，设有衰减网络的射频通路和没有衰减网络的射频通路相互并联连接；设有衰减网络的射频通路包括第一开关、衰减网络和第二开关，并且，第一开关、衰减网络和第二开关依次串联连接；其中，第一开关和第二开关的控制端均与第三控制信号端连接；没有衰减网络的射频通路包括第三开关，并且，第三开关的控制端与第三控制信号的反信号端连接。

10.如权利要求3所述的实现平均功率保护的功率放大器模组，其特征在于：

所述逻辑控制单元输出的所述第三控制信号控制所述VBIAS LDO电路；其中，

当所述功率放大器模组进入所述平均功率保护工作模式时，所述VBIAS LDO电路输出降低的所述第一偏置电压，提供给功率放大器的偏置单元，减小功率放大单元的增益；

当所述功率放大器模组退出所述平均功率保护工作模式时，所述VBIAS LDO电路输出正常的所述第一偏置电压，提供给功率放大器的偏置单元，此时，功率放大单元保持正常增益。

11.如权利要求3或10所述的实现平均功率保护的功率放大器模组，其特征在于：

所述VBIAS LDO电路包括误差放大器、功率管、反馈电阻网络和输出端串联连接的第一电阻、第二电阻和PMOS管；其中，PMOS管的源极和漏极分别与第二电阻的两端连接，PMOS管的栅极与第三控制信号端连接。

12.如权利要求3或10所述的实现平均功率保护的功率放大器模组，其特征在于：

所述VBIAS LDO电路包括误差放大器、功率管、反馈电阻网络；其中，反馈电阻网络包括在输出端与地电位端之间串联连接的第三电阻、第四电阻和第五电阻，以及第一传输门和第二传输门；其中，第三电阻和第四电阻的连接点为第一节点，第四电阻和第五电阻的连接点为第二节点；第一节点和第二节点分别对应通过第一传输门和第二传输门与误差放大器的反馈输入端连接，第一传输门的使能控制端与第三控制信号端连接，第二传输门的使能控制端与第三控制信号的反信号端连接。

13.如权利要求3或4所述的实现平均功率保护的功率放大器模组，其特征在于：

逻辑控制单元输出的第三控制信号控制VLPM LDO电路；其中，

当所述功率放大器模组进入所述平均功率保护工作模式时，VLPM LDO电路输出高电位的第二偏置电压，提供给功率放大器的偏置单元，改变偏置单元中的节点电位，使得偏置单元输出降低的偏置电压，减小功率放大单元的增益；

当所述功率放大器模组退出所述平均功率保护工作模式时，VLPM LDO电路输出低电位的第二偏置电压，提供给功率放大器的偏置单元，使得偏置单元输出正常的偏置电压，功率放大器保持正常增益。

14.一种电子设备，其特征在于包括权利要求1～13中任意一项所述的实现平均功率保护的功率放大器模组。

15.一种功率放大器模组的平均功率保护方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）检测功率放大器模组中的功率；

（2）判断检测功率是否大于或等于第一功率阈值；当检测功率大于或等于第一功率阈值时，转入下一步骤；否则返回步骤（1），继续检测功率；

（3）检测功率大于或等于第一功率阈值后开始计时，该计时为第一计时时间；

（4）判断第一计时时间是否达到第一时间阈值；当第一计时时间达到第一时间阈值时，转入下一步骤；否则返回步骤（1）；

（5）功率放大器模组进入平均功率保护工作模式；控制电路调整功率放大器单元的增益，以保护功率放大器模组；

（6）功率放大器模组进入平均功率保护工作模式后开始计时，该计时为第二计时时间；

（7）判断第二计时时间是否达到第二时间阈值；当第二计时时间达到第二时间阈值时，转入下一步骤；否则返回步骤（6），继续计时；

（8）功率放大器模组退出平均功率保护工作模式；

（9）判断检测功率是否小于或等于第二功率阈值；当检测功率小于或等于第二功率阈值时，转入下一步骤；否则返回步骤（5），功率放大器模组继续进入平均功率保护工作模式；

（10）功率放大器模组继续退出平均功率保护工作模式；返回步骤（1）。

16.如权利要求15所述的功率放大器模组的平均功率保护方法，其特征在于所述步骤（5）中：

所述控制电路控制射频输入开关单元；当所述功率放大器模组进入所述平均功率保护工作模式时，射频输入信号经过设有衰减网络的射频通路后输出，使功率放大单元的增益降低。

17.如权利要求15所述的功率放大器模组的平均功率保护方法，其特征在于所述步骤（5）中：

所述控制电路控制VBIAS LDO电路；当功率放大器模组进入所述平均功率保护工作模式时，VBIAS LDO电路输出降低的第一偏置电压，提供给功率放大器的偏置单元，减小功率放大单元的增益。

18.如权利要求15所述的功率放大器模组的平均功率保护方法，其特征在于所述步骤（5）中：

所述控制电路控制VLPM LDO电路；当所述功率放大器模组进入所述平均功率保护工作模式时，VLPM LDO电路输出高电位的第二偏置电压，提供给功率放大器的偏置单元，改变偏置单元中的节点电位，使得偏置单元输出降低的偏置电压，减小功率放大单元的增益。