CN201616811U - 功率控制电路及应用该电路的射频功率放大器模块 - Google Patents

Abstract

一种功率控制电路，包括：低压差线性稳压器；以及无源滤波网络，该无源滤波网络与所述低压差线性稳压器的输出端相连接。在这种功率控制电路中集成了滤波网络，从而缩小了射频功率放大器模块的布板面积，削减了贴装滤波电容的工序，降低了射频功率放大器模块及整个无线通信系统的整体成本。

Description

功率控制电路及应用该电路的射频功率放大器模块

技术领域

本实用新型涉及一种功率控制电路，具体而言，涉及一种用于射频功率放大器模块的功率控制电路。

背景技术

在现代无线通信系统中，射频功率放大器模块是实现射频信号无线传输的关键部件。功率控制电路是射频功率放大模块的重要组成部分。功率控制电路的主要功能是根据无线通信系统基带电路中数模转换器DAC的输出信号Vramp的大小来改变由功率控制电路供给功率放大器的直流供电的大小，从而控制功率放大器的输出功率。

现有的功率控制电路，主要通过以下两种方式来实现对射频功率放大器输出功率的控制：1.控制功率放大器的直流供电电压；2.控制功率放大器的直流供电电流。无论采用电压控制方法还是电流控制方法，都要求功率控制电路在每个固定Vramp电压下提供给功率放大器尽可能纯净、稳定的直流供电(电压或电流)，以保证功率放大器工作状态稳定。通常功率控制电路的直流输出会有一定的电源波动，因此必须采取一定的措施，滤除输出信号的纹波成分，使其接近于理想直流供电。常用的解决方案是在功率控制电路的输出端加入无源滤波网络。

无源滤波网络的主要形式有电容滤波、电感滤波和复式滤波(包含LC滤波、RC滤波等)。在射频功率放大器模块中，最普遍的无源滤波网络是电容滤波形式，如图1所示实例。图1中，在CMOS功率控制管芯外的输出端Va、Vb并联到地的滤波电容C1、C2。滤波电容C1、C2可以有效滤除CMOS功率控制管芯输出信号Va、Vb中的纹波。经过电容滤波之后的Va、Vb又分别通过串联射频扼流电感L1、L2连接到射频功率放大器管芯中驱动级和放大级的直流供电端。

在现有技术中，滤波电容C1、C2均采用贴片元件(SMD，SurfaceMount Device)形式实现。无论贴装在射频功率放大器模块内的印刷电路板(PCB)上，还是贴装在射频功率放大器模块外的无线通信系统的印刷电路板上，滤波电容C1、C2都会占用一定的PCB布局面积，从而使得整个无线通信系统有较高的成本。图1中所示的L3、L4和C3、C4是由于贴装贴片元件而引入的寄生参数电感和电容。

现有技术中采用SMD滤波电容实现功率控制电路的输出滤波，不仅扩大了PCB整体布局的面积，而且增加了封装过程中的贴装工序，提高了成本。

实用新型内容

因此，本实用新型的目的在于实现一种能够克服上述缺点的功率控制电路以及应用该功率控制电路的射频功率放大器模块，更具体地说，在这种功率控制电路中集成了滤波网络，从而缩小了射频功率放大器模块的布板面积，削减了贴装滤波电容的工序，降低了射频功率放大器模块及整个无线通信系统的整体成本。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种功率控制电路，包括：低压差线性稳压器(LDO，Low-Dropout Regulator)；以及无源滤波网络，该无源滤波网络与低压差线性稳压器的输出端相连接。

根据本实用新型的一个方面，无源滤波网络包括电容。

根据本实用新型的一个方面，低压差线性稳压器包括：比较放大器、晶体管、第一电阻和第二电阻，其中，利用第一电阻和第二电阻从该低压差线性稳压器的输出电压生成取样电压，并将该取样电压加在比较放大器的一相输入端，且将功率控制电路的输入电压加在该比较放大器的另一相输入端；该比较放大器比较取样电压和功率控制电路的输入电压，并将二者的差值放大，然后从其输出端输出到晶体管(P1)的栅极，以控制晶体管(P1)的压降。

根据本实用新型的一个方面，低压差线性稳压器进一步包括由第三电阻和第二电容串联组成的反馈网络，该反馈网络的两端分别连接到低压差线性稳压器的输出端和晶体管的栅极。

根据本实用新型的一个方面，功率控制电路被集成为功率控制管芯。

根据本实用新型的一个方面，功率控制电路管芯是CMOS功率控制电路管芯。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种射频功率放大器模块，该射频功率放大器模块包括：根据上述任一方面的功率控制电路；第一电感和第二电感；射频功率放大器管芯；以及输出匹配网络，其中，由基带电路中的数模转换器向功率控制电路供给输入信号，集成于功率控制电路中的低压差线性稳压器的输出信号被通过第一电感和第二电感分别连接到射频功率放大器管芯中的驱动级和放大级的直流供电端，以控制该射频功率放大器管芯的射频功率输出大小，并且射频功率放大器管芯的输出经过输出匹配网络从射频功率放大器模块向外输出。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种射频功率放大器模块，该射频功率放大器模块包括：根据上述任一方面的功率控制电路；第一电感和第二电感；射频功率放大器管芯；以及输出匹配网络，其中，由基带电路中的数模转换器向功率控制电路供给输入信号，集成于功率控制电路中的低压差线性稳压器的输出信号被通过第一电感和第二电感分别连接到射频功率放大器管芯中的第一驱动级和第二驱动级的直流供电端，以控制该射频功率放大器管芯的射频功率输出大小，其中射频功率放大器管芯中的放大级与系统电源连接而由该系统电源进行直流供电，并且射频功率放大器管芯的输出经过输出匹配网络从射频功率放大器模块向外输出。

根据本实用新型的一个方面，第一电感和第二电感集成在CMOS功率控制电路管芯或功率放大器管芯中，或者结合在连接CMOS功率控制电路管芯和功率放大器管芯的键合线中。

附图说明

结合附图，通过下面对本实用新型的详细描述，将更明显地体现出本实用新型的前述及其他目的、特征、方面和优点，其中：

图1示出了根据现有技术的射频功率放大器模块；

图2示出了根据本实用新型一个实施例的射频功率放大器模块；

图3示出了根据本实用新型另一个实施例的射频功率放大器模块。

具体实施方式

下面将参照附图详细描述本实用新型的实施例。在附图中，相同或相对应的部分使用同样的附图标记标注，不再重复对其进行描述。

图2示出了根据本实用新型一个实施例的射频功率放大器模块。如图2所示，射频功率放大器模块由射频功率放大器管芯、CMOS功率控制电路管芯、输出匹配网络等部分组成。Vramp为CMOS功率控制电路管芯的输入信号，在GSM无线通信终端中，Vramp信号由基带电路中的DAC供给。集成于CMOS功率控制电路管芯中的低压差线性稳压器(LDO)的输出端(即CMOS功率控制电路管芯的输出端)，被通过射频扼流电感L1、L2连接到射频功率放大器管芯中的驱动级和放大级的直流供电端，即将LDO的输出信号LDOout通过射频扼流电感L1、L2施加于射频功率放大器管芯中的驱动级和放大级，从而为射频功率放大器管芯提供直流供电。LDOout的大小根据Vramp信号的大小而改变，从而对应地控制射频功率放大器管芯的射频功率输出大小。于是，CMOS功率控制电路管芯得以控制射频功率放大器管芯的射频输出功率。

在该实施例中，可选地，采用CMOS工艺来设计制造功率控制电路，所制成的功率控制电路为CMOS功率控制电路管芯。

如图2所示，CMOS功率控制电路管芯内部集成有低压差线性稳压器LDO，其中，LDO包括比较器、晶体管P1、电阻R1和电阻R2。具体而言，P1为串联调整管、R1和R2是取样电阻、比较器为比较放大器，其中，利用取样电阻R1和R2从输出电压LDOout生成取样电压，并将该取样电压加在比较器的一相输入端，从而与加在比较器的另一相输入端的电压Vramp相比较，两者的差值经比较放大器放大后，从该比较放大器的输出端输出到串联调整管P1的栅极，以控制串联调整管P1的压降，从而稳定输出电压。当输出电压LDOout降低时，Vramp与取样电压的差值增加，比较放大器输出的驱动电流增加，串联调整管P1压降减小，从而使输出电压升高。相反，若输出电压LDOout超过所需要的设定值，比较放大器输出的前驱动电流减小，从而使输出电压降低。由此，LDO能够起到稳压的作用，输出大小根据Vramp信号的大小而改变的输出电压LDOout。

通常LDO输出信号不可避免地含有部分纹波，因为LDOout直接作为功率放大器管芯的直流供电信号，纹波的存在将影响射频功率放大器管芯的工作状态，严重时将导致射频功率放大器发生电路振荡。于是，可以在功率控制电路中集成滤波网络，具体而言，在CMOS功率控制电路管芯中的LDOout输出端集成滤波电容C1，以滤除LDO输出信号LDOout中的纹波，为射频功率放大器管芯提供纯净、稳定的直流供电，从而极大地降低了射频功率放大器产生振荡的风险，提高了射频功率放大器的稳定性。同时，由于在此方案中不再需要贴装SMD滤波元件，也就消除了贴装SMD滤波元件所引进的非理想寄生参数。

可选地，还可以加入由R3和C2组成的串联反馈网络。此RC反馈网络的两端分别连接LDOout端与晶体管P1的栅极。采用此结构可以提高LDO工作的稳定性。

可选地，作为串联调整管的晶体管P1可以通过CMOS工艺实现。

图3示出了根据本实用新型另一个实施例的射频功率放大器模块。与图2所示的实施例相比，图3所示的射频功率放大器模块的不同之处在于，LDO输出端被通过射频扼流电感L1、L2连接到射频功率放大器管芯中驱动级1和驱动级2的供电端，为射频功率放大器管芯的驱动级1和驱动级2提供直流供电，而射频功率放大器管芯的放大级的直流供电直接由系统电源Vbatt提供。同理，LDOout的大小根据Vramp信号的大小而改变，从而对应地控制射频功率放大器管芯驱动级1和驱动级2的射频功率输出大小。于是，CMOS功率控制电路管芯得以控制射频功率放大器管芯的射频输出功率。

可选地，上述射频扼流电感L1、L2可以集成在CMOS功率控制电路管芯中，也可以集成在功率放大器管芯中，还可以通过连接CMOS功率控制电路管芯和功率放大器管芯的键合线的形式来实现。

由于在射频功率放大器模块中以集成化的无源滤波网络代替现有技术方案中的外围贴片元件滤波网络，因而在有效地滤除由功率控制电路管芯提供的直流供电信号中的纹波，使射频功率放大器稳定工作的同时，有效缩小了射频功率放大器模块的布板面积，削减了贴装无源滤波网络的工序，降低了射频功率放大器模块及整个无线通信系统的整体成本。

尽管对本实用新型进行了详细的描述和说明，可清楚地理解到它们只作说明和举例而不作限定之用，本实用新型的精神和范围仅由所附权利要求中的条款限定。

Claims (10)

1.一种功率控制电路，其特征在于，该功率控制电路包括：低压差线性稳压器；以及无源滤波网络，该无源滤波网络与所述低压差线性稳压器的输出端相连接。

2.根据权利要求1的功率控制电路，其特征在于，所述无源滤波网络包括第一电容(C1)。

3.根据权利要求1的功率控制电路，其特征在于，所述低压差线性稳压器包括：比较放大器、晶体管(P1)、第一电阻(R1)和第二电阻(R2)，其中，利用所述第一电阻(R1)和所述第二电阻(R2)从该低压差线性稳压器的输出电压(LDOout)生成取样电压，并将该取样电压加在所述比较放大器的一相输入端，且将所述功率控制电路的输入电压加在该比较放大器的另一相输入端；该比较放大器比较所述取样电压和所述功率控制电路的输入电压，并将二者的差值放大，然后从其输出端输出到所述晶体管(P1)的栅极，以控制晶体管(P1)的压降。

4.根据权利要求3的功率控制电路，其特征在于，所述低压差线性稳压器进一步包括由第三电阻(R3)和第二电容(C2)串联组成的反馈网络，该反馈网络的两端分别连接到所述低压差线性稳压器的输出端和所述晶体管(P1)的栅极。

5.根据权利要求1的功率控制电路，其特征在于，所述功率控制电路被集成为功率控制管芯。

6.根据权利要求5的功率控制电路，其特征在于，所述功率控制电路管芯是CMOS功率控制电路管芯。

7.一种射频功率放大器模块，其特征在于，该射频功率放大器模块包括：

根据权利要求1-6中任何一项的功率控制电路；

第一电感(L1)和第二电感(L2)；

射频功率放大器管芯；以及

输出匹配网络，

其中，由基带电路中的数模转换器向所述功率控制电路供给输入信号，集成于所述功率控制电路中的低压差线性稳压器的输出端被通过所述第一电感(L1)和所述第二电感(L2)分别连接到所述射频功率放大器管芯中的驱动级和放大级的直流供电端，以控制该射频功率放大器管芯的射频功率输出大小，并且所述射频功率放大器管芯的输出经过所述输出匹配网络从所述射频功率放大器模块向外输出。

8.根据权利要求7的射频功率放大器模块，其特征在于，所述第一电感(L1)和第二电感(L2)集成在所述CMOS功率控制电路管芯或所述功率放大器管芯中，或者结合在连接所述CMOS功率控制电路管芯和所述功率放大器管芯的键合线中。

9.一种射频功率放大器模块，其特征在于，该射频功率放大器模块包括：

根据权利要求1-6中任何一项的功率控制电路；

第一电感(L1)和第二电感(L2)；

射频功率放大器管芯；以及

输出匹配网络，

其中，由基带电路中的数模转换器向所述功率控制电路供给输入信号，集成于所述功率控制电路中的低压差线性稳压器的输出端被通过所述第一电感(L1)和所述第二电感(L2)分别连接到所述射频功率放大器管芯中的第一驱动级和第二驱动级的直流供电端，以控制该射频功率放大器管芯的射频功率输出大小，其中所述射频功率放大器管芯中的放大级与系统电源连接而由该系统电源进行直流供电，并且所述射频功率放大器管芯的输出经过所述输出匹配网络从所述射频功率放大器模块向外输出。

10.根据权利要求9的射频功率放大器模块，其特征在于，所述第一电感(L1)和第二电感(L2)集成在所述CMOS功率控制电路管芯或所述功率放大器管芯中，或者结合在连接所述CMOS功率控制电路管芯和所述功率放大器管芯的键合线中。

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