CN214122810U - 一种温度增益补偿电路 - Google Patents

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王永利
诸小胜
韩增产
曹静雯
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Abstract

本实用新型公开了一种温度增益补偿电路，属于射频集成电路设计技术领域。温度增益补偿电路包括控制电路和主电路，其中控制电路产生一个随芯片结温变化的控制电压来控制主电路的衰减量，从而使主电路达到高温衰减小、低温衰减大的设计目的。本实用新型解决射频微波领域的接收机和发射机的增益随温度变化而变化的问题；不需要额外的温度检测电路，自身就可以实现自动增益补偿；不需要额外的功耗；驻波比好，线性度高，插损小，可放在射频链路中的任何模块之间，不引入线性度和匹配的恶化；控制电路部分采用了加工工艺补偿技术，抵消了工艺波动的影响，因而工艺波动对增益补偿几乎无影响。

Description

一种温度增益补偿电路
技术领域
本实用新型属于射频集成电路设计技术领域，更具体地，涉及一种温度增益补偿电路。
背景技术
射频微波电路在通信系统中的作用越来越举足轻重。而射频微波接收机或者发射机中使用了大量的有源或者无源电路，这些电路的增益或者插损随温度变化都会有较大变化，我们将此现象称为收发机的增益温漂。增益温漂会导致接收机和发射机功率控制难度增大，接收机和发射机的噪声、线性度等指标恶化。因此需要温度补偿机制来调节收发机的增益温漂。
传统的收发机设计会通过调节放大器电流来补偿链路的增益温漂，但该方案有如下缺点：高温时功耗大；低温时线性度差。
现有技术中，为了解决收发链路的增益温漂，有些收发机系统采用了额外的温度检测模块，结合系统算法，在温度变化时调节某些电路的增益来补偿链路的增益温漂，但该方案过于复杂，大大增加了接收机和发射机的设计复杂度。
还有一种简单的解决射频微波领域链路的增益温漂的设计方法：改变高低温时的放大器电流，高温采用大电流，而低温采用小电流。但该方案高温时的功耗非常大，低温时由于功耗小又会导致放大器的线性度严重恶化。而且该方式能进行补偿的增益范围也十分有限。
因此，研发一种适用于收发机的温度增益补偿电路，具有较高的应用价值。
实用新型内容
为解决现有技术中存在的不足，本实用新型的目的在于，提供一种温度增益补偿电路，包括控制电路和主电路，其中控制电路产生一个随芯片结温变化的控制电压来控制主电路的衰减量，从而使主电路达到高温衰减小、低温衰减大的设计目的。
本实用新型采用如下的技术方案。
一种温度增益补偿电路包括控制电路和主电路；
主电路包括：传输线、第一可变电阻和第二可变电阻，
控制电路包括：与绝对温度成比例的偏置电流源、带隙基准偏置电流源、第一场效应管、第二场效应管、第一运算放大器、第二运算放大器、输入电阻和反馈电阻；
与绝对温度成比例的偏置电流源输出与绝对温度成比例的电流，控制电路向主电路提供随温度变化的控制电压。
优选地，
控制电压满足如下关系式：
Figure BDA0002827468450000021
式中，
Vo表示控制电路输出的控制电压，
A表示与第一场效应管和第二场效应管的工艺常数及宽长比参数、输入电阻与反馈电阻之比的相关系数；
ID表示与绝对温度成比例的偏置电流；
Vth表示第二场效应管的阈值电压。
优选地，
控制电路中，第一场效应管工作在线性区，第二场效应管工作在饱和区。
优选地，
主电路中，第一可变电阻是工作在线性区的第三场效应管，第二可变电阻是工作在线性区的第四场效应管。
优选地，
传输线包括电感、电容结构的等效传输线。
优选地，
主电路中，第三场效应管的漏极连接传输线的一端，传输线的另一端连接第四场效应管的漏极，第三场效应管的源极和第四场效应管的源极均接地，第三场效应管的控制极和第四场效应管的控制极均接控制电压。
优选地，
控制电路中，带隙基准偏置电流源与第一场效应管的漏极连接，第一场效应管的漏极和栅极连接且源极接地；第一场效应管的漏极同时和第一运算放大器的输入正端连接，第一运算放大器的输出与其输入负端连接后，再与第二运算放大器的输入正端连接；与绝对温度成比例的偏置电流源与第二场效应管的漏极连接，第二场效应管的漏极和栅极连接且源极接地；第二运算放大器的输入负端和输入电阻相连后再连接到第二场效应管的漏极；第二运算放大器的输入负端与其输出通过反馈电阻相连接；第二运算放大器输出控制电压。
优选地，
第三场效应管和第四场效应管的等效可变电阻阻值相等，均满足如下关系式：
Figure BDA0002827468450000031
式中，
Ron表示工作在线性区的场效应管等效的可变电阻阻值，
C表示与偏置电压相关的系数，
B表示与第三场效应管和第四场效应管的工艺常数及宽长比参数、输入电阻与反馈电阻之比的相关系数；
ID表示与绝对温度成比例的偏置电流。
优选地，
第三场效应管和第四场效应管包括MOSFET、MESFET和PHEMT。
本实用新型的有益效果在于，与现有技术相比：
1、解决射频微波领域的接收机和发射机的增益随温度变化而变化的问题；
2、不需要额外的温度检测电路，自身就可以实现自动增益补偿；
3、不需要额外的功耗；
4、驻波比好，线性度高，插损小，可放在射频链路中的任何模块之间，不引入线性度和匹配的恶化；
5、控制电路部分采用了加工工艺补偿技术，抵消了工艺波动的影响，因而工艺波动对增益补偿几乎无影响。
附图说明
图1是本实用新型一种温度增益补偿电路的电路原理图；
图2是本实用新型一种温度增益补偿电路的电路示意图；
图3是本实用新型一种温度增益补偿电路中场效应管等效可变电阻的示意图；
图4是本实用新型一种温度增益补偿电路中控制电路的电路图；
图5是本实用新型一种温度增益补偿电路中控制电压随温度变化的曲线图；
图6是本实用新型一种温度增益补偿电路中衰减量随温度变化的曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。
如图1，一种温度增益补偿电路包括控制电路100和主电路200。
如图2，主电路200包括：传输线TL1、第一可变电阻Y1和第二可变电阻Y2。
具体地，
如图3，主电路200中，可变电阻等效为工作在线性区的场效应管，即第一可变电阻Y1是工作在线性区的第三场效应管，第二可变电阻Y2是工作在线性区的第四场效应管。
如图3，主电路200中，传输线TL1包括电感、电容结构的等效传输线；值得注意的是，传输线包含但不限于电感、电容分立器件，所属领域技术人员可以根据实际应用需要，采用不同类型和不同结构的传输线，本实用新型采用的传输线是一种非限制性的较优选择。
具体地，
主电路200中，第三场效应管的漏极连接传输线的一端，传输线的另一端连接第四场效应管的漏极，第三场效应管的源极和第四场效应管的源极均接地，第三场效应管的控制极和第四场效应管的控制极均接控制电压。
具体地，
在传输线的特征阻抗和长度特定的情况下，第三场效应管和第四场效应管的等效可变电阻阻值相等，均满足如下关系式：
Figure BDA0002827468450000051
式中，
Ron表示工作在线性区的场效应管等效的可变电阻阻值，
C表示与偏置电压相关的系数，
B表示与第三场效应管和第四场效应管的工艺常数及宽长比参数、输入电阻与反馈电阻之比的相关系数；
ID表示与绝对温度成比例的偏置电流。
由Ron的表达式可见，该可变电阻只与第三场效应管和第四场效应管的工艺常数及宽长比参数、输入电阻与反馈电阻之比、以及与绝对温度成比例的偏置电流相关，而这些相关的参数在加工工艺中几乎不会发生任何变化，因此本实用新型公开的一种温度增益补偿电路具备实现工艺波动对增益补偿几乎无影响的特性。
具体地，
第三场效应管和第四场效应管包括MOSFET、MESFET和PHEMT。
如图4，控制电路100包括：与绝对温度成比例的偏置电流源ID、带隙基准偏置电流源Io、第一场效应管M1、第二场效应管M2、第一运算放大器OPA1、第二运算放大器OPA2、输入电阻RI和反馈电阻Rf。
与绝对温度成比例的偏置电流源ID输出与绝对温度成比例的电流，控制电路100向主电路200提供随温度变化的控制电压Vo。
具体地，
控制电路100中，第一场效应管M1工作在线性区，第二场效应管M2工作在饱和区。
具体地，
控制电路100中，带隙基准偏置电流源Io与第一场效应管M1的漏极连接，第一场效应管M1的漏极和栅极连接且源极接地；第一场效应管M1的漏极同时和第一运算放大器OPA1的输入正端连接，第一运算放大器OPA1的输出与其输入负端连接后，再与第二运算放大器OPA2的输入正端连接；与绝对温度成比例的偏置电流源ID与第二场效应管M2的漏极连接，第二场效应管M2的漏极和栅极连接且源极接地；第二运算放大器OPA2的输入负端和输入电阻相连后再连接到第二场效应管M2的漏极；第二运算放大器OPA2的输入负端与其输出通过反馈电阻Rf相连接；第二运算放大器OPA2输出控制电压Vo。
具体地，
控制电压满足如下关系式：
Figure BDA0002827468450000061
式中，
Vo表示控制电路输出的控制电压，
A表示与第一场效应管和第二场效应管的工艺常数及宽长比参数、输入电阻与反馈电阻之比的相关系数；
ID表示与绝对温度成比例的偏置电流；
Vth表示第二场效应管的阈值电压。
优选实施例中，控制电路输出的控制电压典型曲线如图5(A)所示，即控制电压随着温度变化而呈负系数线性变化。
值得注意的是，所属领域技术人员可以根据实际情况设计随温度变化而呈不同变化特性的控制电压，根据图5可知，控制电压包括但不限于：随温度变化而呈差分特性变化的控制电压、随温度变化而呈分段特性变化的控制电压、随温度变化而呈正系数线性变化的控制电压。本优选实施例中采用的典型控制电压是一种非限制性的较优选择。
本实用新型的优选实施例采用的控制电压随着温度变化而呈负系数线性变化，因此电路呈现出的效果如图6(A)所示，从图中可以看出本实用新型提出的一种温度增益补充电路实现了衰减量随温度升高而变小。值得注意的是，所属领域技术人员可以通过设计随温度变化而呈不同变化特性的控制电压，实现衰减量随温度变化而呈不同特性的变化，根据图6可知，运用本实用新型提出的一种温度增益补充电路，能够实现的衰减量变化包括但不限于：随温度升高而呈线性变大、随温度变化呈非线性变化。
本实用新型的有益效果在于，与现有技术相比：
1、解决射频微波领域的接收机和发射机的增益随温度变化而变化的问题；
2、不需要额外的温度检测电路，自身就可以实现自动增益补偿；
3、不需要额外的功耗；
4、驻波比好，线性度高，插损小，可放在射频链路中的任何模块之间，不引入线性度和匹配的恶化；
5、控制电路部分采用了加工工艺补偿技术，抵消了工艺波动的影响，因而工艺波动对增益补偿几乎无影响。
本实用新型申请人结合说明书附图对本实用新型的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本实用新型的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本实用新型精神，而并非对本实用新型保护范围的限制，相反，任何基于本实用新型的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种温度增益补偿电路，其特征在于，
所述温度增益补偿电路包括控制电路和主电路；
所述主电路包括：传输线、第一可变电阻和第二可变电阻，
所述控制电路包括：与绝对温度成比例的偏置电流源、带隙基准偏置电流源、第一场效应管、第二场效应管、第一运算放大器、第二运算放大器、输入电阻和反馈电阻；
所述与绝对温度成比例的偏置电流源输出与绝对温度成比例的偏置电流，所述控制电路向所述主电路提供随温度变化的控制电压。
2.根据权利要求1所述的一种温度增益补偿电路，其特征在于，
所述控制电压满足如下关系式：
Figure DEST_PATH_FDA0003149412390000011
式中，
Vo表示控制电路输出的控制电压，
A表示与第一场效应管和第二场效应管的工艺常数及宽长比参数、输入电阻与反馈电阻之比的相关系数；
ID表示与绝对温度成比例的偏置电流；
Vth表示第二场效应管的阈值电压。
3.根据权利要求1所述的一种温度增益补偿电路，其特征在于，
控制电路中，所述第一场效应管工作在线性区，所述第二场效应管工作在饱和区。
4.根据权利要求1所述的一种温度增益补偿电路，其特征在于，
主电路中，所述第一可变电阻是工作在线性区的第三场效应管，所述第二可变电阻是工作在线性区的第四场效应管。
5.根据权利要求4所述的一种温度增益补偿电路，其特征在于，
所述主电路中，第三场效应管的漏极连接传输线的一端，传输线的另一端连接第四场效应管的漏极，第三场效应管的源极和第四场效应管的源极均接地，第三场效应管的控制极和第四场效应管的控制极均接控制电压。
6.根据权利要求1所述的一种温度增益补偿电路，其特征在于，
所述传输线包括电感、电容结构的等效传输线。
7.根据权利要求1所述的一种温度增益补偿电路，其特征在于，
所述控制电路中，带隙基准偏置电流源与第一场效应管的漏极连接，第一场效应管的漏极和栅极连接且源极接地；第一场效应管的漏极同时和第一运算放大器的输入正端连接，第一运算放大器的输出与其输入负端连接后，再与第二运算放大器的输入正端连接；偏置电流源与第二场效应管的漏极连接，第二场效应管的漏极和栅极连接且源极接地；第二运算放大器的输入负端和输入电阻相连后再连接到第二场效应管的漏极；第二运算放大器的输入负端与其输出通过反馈电阻相连接；第二运算放大器输出控制电压。
8.根据权利要求4或5所述的一种温度增益补偿电路，其特征在于，
第三场效应管和第四场效应管的等效可变电阻阻值相等，均满足如下关系式：
Figure DEST_PATH_FDA0003149412390000021
式中，
Ron表示工作在线性区的场效应管等效的可变电阻阻值，
C表示与偏置电压相关的系数，
B表示与第三场效应管和第四场效应管的工艺常数及宽长比参数、输入电阻与反馈电阻之比的相关系数；
ID表示与绝对温度成比例的偏置电流。
9.根据权利要求8所述的一种温度增益补偿电路，其特征在于，
所述第三场效应管和第四场效应管包括MOSFET、MESFET和PHEMT。
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