CN218829870U - 增益曲线调整电路、功率放大器及射频芯片 - Google Patents

增益曲线调整电路、功率放大器及射频芯片 Download PDF

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Abstract

本实用新型提供了一种增益曲线调整电路、功率放大器及射频芯片，运用于功率放大器，并连接至功率放大器的线性偏置电路之前，所述增益曲线调整电路包括第一电感、二极管、电阻以及开关；所述第一电感的第一端连接至电源电压，所述第一电感的第二端连接至所述二极管的正极，所述二极管的负极与所述电阻的第一端串联，所述电阻的第二端接地，所述开关并联于所述电阻上；将增益曲线调整电路设置在线性偏置电路的第一端上，从而达到在输入功率增加的过程中动态调整功率放大器增益的效果，进一步提升功率放大器的线性度。本实用新型的增益曲线调整电路、功率放大器及射频芯片的增益曲线可调节，功率放大器的线性度高。

Description

增益曲线调整电路、功率放大器及射频芯片
技术领域
本实用新型涉及无线通讯射频芯片技术领域，尤其涉及一种增益曲线调整电路、功率放大器及射频芯片。
背景技术
随着人类进入信息化时代，无线通信技术有了飞速发展，从手机，无线局域网，蓝牙等已成为社会生活和发展不可或缺的一部分。无线通信技术的进步离不开射频电路和微波技术的发展。目前，在无线收发系统中，射频放大器是重要的组成部分之一。
在相关技术中，线性偏置电路如图1所示，包含第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3以及电容C1，此处电容C1的容值需要设置得足够大，使得经过Y点处几乎所有的射频信号都会被电容C1旁路到地，当输入射频信号功率增大时，会有部分射频信号泄露到线性偏置电路中，经过第一三极管Q1整流后的基-射结直流压降Vbe1减小，而直流压降Vbe0由于基-射结直流压降Vbe1减小而增大，从而使直流压降Vbe0等到了补偿，功率放大器的静态工作点得到稳定，从而有效提高功率放大器的线性度。
然而，上述的线性化偏置电路类似于一个电流镜结构，可在一定温度范围内可以稳定偏置电流，增强偏置电路的稳定性，但在实际使用中，放大器Q0通常由多个晶体管并联在一起进行放大作用，它们工作时的温度远远高于第一三极管Q1、第二三极管Q2以及第三三极管Q3。因此会在一定程度上破坏电流镜的对称结构，影响电路的稳定性，当温度升高时，受不可控偏置电路影响，射频功率放大器的静态电流容易突然变大，线性度发生恶化。
实用新型内容
针对以上现有技术的不足，本实用新型提出一种可调节增益曲线形状，优化功率放大器的线性度增益曲线调整电路、功率放大器及射频芯片，以解决现有线性偏置在不同温度下带来的线性度恶化的技术问题。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：
第一方面，本实用新型实施例提供一种增益曲线调整电路，运用于功率放大器，并连接至功率放大器的线性偏置电路之前，所述增益曲线调整电路包括第一电感、二极管、电阻以及开关；
所述第一电感的第一端连接至电源电压，所述第一电感的第二端连接至所述二极管的正极，所述二极管的负极与所述电阻的第一端串联，所述电阻的第二端接地，所述开关并联于所述电阻上。
优选的，所述电阻包括多个，所述二极管的负极经依次串联多个所述电阻后接地，所述开关包括多个，每一所述开关并联于其中一个所述电阻上。
第二方面，本实用新型实施例提供了一种功率放大器，包括依次连接的信号输入端、输入匹配网络、增益曲线调整电路、线性偏置电路、放大单元以及信号输出端；所述增益曲线调整电路为上述的增益曲线调整电路，所述第一电感的第二端分别连接至所述输入匹配网络的输出端和所述放大单元的输入端。
优选的，所述输入匹配网络为第一电容，所述第一电容的第一端连接所述信号输入端，所述第一电容的第二端作为所述输入匹配网络的输出端连接所述增益曲线调整电路的所述第一电感的第二端。
优选的，所述放大单元为三极管，所述三极管的基极连接所述增益曲线调整电路的所述第一电感的第二端，所述三极管的发射极接地，所述三极管的集电极连接所述信号输出端。
优选的，所述功率放大器还包括输出匹配网络，所述输出匹配网络的第一端连接所述三极管的集电极，所述输出匹配网络的第二端连接所述信号输出端。
优选的，所述输出匹配网络包括第二电感和第二电容，所述第二电感的第一端作为所述输出匹配网络的第一端，并连接至所述三极管的集电极，所述第二电感的第二端连接至供电电压，所述第二电容的第一端与所述第二电感的第一端连接，所述第二电容的第二端作为所述输出匹配网络的输出端连接至所述信号输出端。
第三方面，本实用新型实施例提供了一种射频芯片，包括上述的功率放大器。
与相关技术相比，本实用新型的实施例中，将增益曲线调整电路连接至功率放大器的线性偏置电路之前，所述增益曲线调整电路包括第一电感、二极管、电阻以及开关；所述第一电感的第一端连接至电源电压，所述第一电感的第二端连接至所述二极管的正极，所述二极管的负极与所述电阻的第一端串联，所述电阻的第二端接地，所述开关并联于所述电阻上。这样将增益曲线调整电路设置在线性偏置电路的第一端上，从而达到在输入功率增加的过程中动态调整功率放大器增益的效果，进一步提升功率放大器的线性度。
附图说明
下面结合附图详细说明本实用新型。通过结合以下附图所作的详细描述，本实用新型的上述或其他方面的内容将变得更清楚和更容易理解。附
图中：
图1为现有的线性偏置电路的电路图；
图2为本实用新型实施例中功率放大器的电路图；
图3为本实用新型实施例中二极管在不同功率下的IV特性曲线；
图4为本实用新型实施例中增益上翘的示意图；
图5为本实用新型实施例中增加增益曲线调整电路后的增益曲线。
其中，100、功率放大器，1、信号输入端，2、输入匹配网络，3、增益曲线调整电路，4、线性偏置电路，5、放大器，6、输出匹配网络，7、信号输出端。
具体实施方式
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。本申请的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
实施例一
请参阅图2-3所示，本实用新型实施例提供一种增益曲线调整电路3，其运用于功率放大器100，并连接至功率放大器100的偏置电路之前，所述增益曲线调整电路3包括第一电感L1、二极管D1、电阻Rd以及开关S；所述第一电感L1的第一端连接至电源电压Vdd，所述第一电感L1的第二端连接至所述二极管D1的正极，所述二极管D1的负极与所述电阻Rd的第一端串联，所述电阻Rd的第二端接地，所述开关S并联于所述电阻Rd上。
具体的，二极管D1可以等效为一个可变电阻，其阻值由两端直流电压Vd以及通过的射频功率RFin两者共同决定，图3为二极管D1在不同功率下的IV特性曲线：当二极管D1两端直流电压Vd小于其开启电压时，二极管D1的等效阻值随射频输入功率增大而减小；当Vd大于二极管D1的开启电压时，二极管D1的等效阻值随射频输入功率增大而增大，因此可以通过控制二极管D1两端的直流电压控制输送到后级放大单元5的射频功率。
具体的，将增益曲线调整电路3放置于功率放大器之前，设置一个合适的电源电压Vdd，通过控制电阻Rd上开关S的通断个数，可以调整二极管D1两端的电压Vd，在不同的Vd下，二极管D1的等效阻值随射频输入功率增大呈现出不同的变化趋势，从而到达到在输入功率增加的过程中动态调整功率放大器增益的效果，进一步提升功率放大器的线性度。
在本实施例中，所述电阻Rd包括多个，所述二极管的负极经依次串联多个所述电阻后接地；所述开关S包括多个，每一个所述开关S分别并联于其中一个所述电阻Rd上。使得每个电阻Rd上设有一个开关S，方便开关S对相应的电阻Rd进行控制，操作方便。
实施例二
请参阅图2-5所示，本实用新型提供一种功率放大器100，包括依次连接的信号输入端1、输入匹配网络2、增益曲线调整电路3、线性偏置电路4、放大单元5以及信号输出端7；所述增益曲线调整电路3为上述实施例一的增益曲线调整电路3，所述第一电感L1的第二端分别连接至所述输入匹配网络2的输出端和所述放大单元5的输入端。所述信号输入端1与所述输入匹配网络2的第一端连接，所述输入匹配网络2的第二端与所述增益曲线调整电路3的第一端连接，所述增益曲线调整电路3的第二端与所述放大单元5的第一端，所述放大单元5的第二端接地，所述放大单元5的第三端连接至所述信号输出端7，所述线性偏置电路4的第一端连接所述增益曲线调整电路3的第二端和所述放大单元5的第一端之间，所述线性偏置电路4的第二端连接对地电压Vbb。将增益曲线调整电路3设置在线性偏置电路4的第一端上，从而达到在输入功率增加的过程中动态调整功率放大器100增益的效果，进一步提升功率放大器100的线性度。
在本实施例中，所述输入匹配网络2为第一电容C1，所述第一电容C1的第一端连接所述信号输入端1，所述第一电容C1的第二端作为所述输入匹配网络2的输出端连接所述增益曲线调整电路3的第一电感L1的第二端。通过第一电容C1隔直通交流，用于降低接入损耗。同时，输入匹配网络2用于实现信号源输出阻抗与放大单元5输入阻抗之间的匹配，使放大单元5获得最大的激励功率。
在本实施例中，所述放大单元5为三极管Q0，所述三极管Q0的基极连接所述增益曲线调整电路的第一电感L1的第二端，所述三极管Q0的发射极接地，所述三极管Q0的集电极连接所述信号输出端7。三极管Q0用于对输入功率进行放大，以使信号输出端7输出大功率的输出信号。
在本实施例中，功率放大器100还包括输出匹配网络6，所述输出匹配网络6的第一端连接所述三极管Q0的集电极，所述输出匹配网络6的第二端连接所述信号输出端7。输出匹配网络6用于保证三极管Q0输出的功率进行输出匹配，以使输出的功率更大。
在本实施例中，所述输出匹配网络6包括第二电感L2和第二电容C2，所述第二电感L2的第一端作为输出匹配网络6的第一端，并连接至所述三极管Q0的集电极，所述第二电感L2的第二端连接至供电电压Vcc，所述第二电容C2的第一端与第二电感L2的第一端连接，所述第二电容C2的第二端作为输出匹配网络的输出端连接至所述信号输出端7。这样可以组成LC滤波电路，用于对三极管Q0输出的放大信号进行滤波处理，以使信号输出端7输出的信号没有干扰，线性度高。
具体的，由于增益曲线调整电路3包括一个二极管D1、一个电感、与二极管D1相串联的若干个电阻Rd和并联在每个电阻Rd上的开关S，其位于线性偏置电路4之前。
此电路结构的主要利用二极管D1的等效电阻值在不同端电压下随功率变化的趋势不同这一原理。图3提供了二极管D1在不同射频功率下的IV特性曲线(大小功率对应的曲线已在图中标示出)，曲线的斜率表示的是二极管D1的等效阻抗。当二极管D1两端直流电压Vd小于其开启电压时，随着射频功率从小功率增加到大功率，二极管D1的工作点从PS变化为PL，等效电阻变小；当二极管D1两端直流电压Vd大于其开启电压时，随着射频功率从小功率增加到大功率，二极管D1的工作点从PS，变化为PL，等效电阻变大。
因此，在功率放大器100的线性偏置电路4前添加增益曲线调整电路3，设置合适的电源电压Vdd以及与二极管D1相串联的电阻Rd(Rd1、Rd2...RdN)的个数与电阻Rd值，通过控制每个电阻Rd上开关S(S1、S2...SN)的通断，即可调整加在二极管D1两端的直流电压Vd的大小，从而达到调整二极管D1等效电阻随输入功率变化趋势的目的。
例如，在功率放大器100的设计过程中常会出现增益上翘的情况，如图4所示，输出功率为28，上翘增益为35.869，导致线性度的恶化。在线性偏置电路4之前添加该增益曲线调整电路3，并设置合适的电源电压Vdd以及电阻Rd值，使得二极管D1两端的直流电压Vd略小于其开启电压Von，则在射频输入功率增大的过程中，二极管D1的等效电阻减小，更多的射频功率会流向二极管D1所在支路，从而抑制高功率区功率放大器100的增益上翘问题。图5为添加增益曲线调整电路3后的增益曲线，输出功率为28，增益为35.549，可以看出在低功率功率放大器100的增益几乎不变，在高功率区的增益下降明显，原电路的增益上翘问题得到了有效解决，功率放大器100的增益幅度曲线更加平坦，线性度有效提升。
实施例三
本实用新型实施例提供了一种射频芯片，包括上述实施例二的功率放大器100。
需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本实用新型而非限制本实用新型的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本实用新型的精神和范围的前提下对本实用新型进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本实用新型的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。

Claims (8)

1.一种增益曲线调整电路，运用于功率放大器，并连接至所述功率放大器的线性偏置电路之前，其特征在于，所述增益曲线调整电路包括第一电感、二极管、电阻以及开关；
所述第一电感的第一端连接至电源电压，所述第一电感的第二端连接至所述二极管的正极，所述二极管的负极与所述电阻的第一端串联，所述电阻的第二端接地，所述开关并联于所述电阻上。
2.根据权利要求1所述的增益曲线调整电路，其特征在于，所述电阻包括多个，所述二极管的负极经依次串联多个所述电阻后接地，所述开关包括多个，每一所述开关并联于其中一个所述电阻上。
3.一种功率放大器，包括依次连接的信号输入端、输入匹配网络、增益曲线调整电路、线性偏置电路、放大单元以及信号输出端；其特征在于，所述增益曲线调整电路为权利要求1-2任意一项所述的增益曲线调整电路，所述第一电感的第二端分别连接至所述输入匹配网络的输出端和所述放大单元的输入端。
4.根据权利要求3所述的功率放大器，其特征在于，所述输入匹配网络为第一电容，所述第一电容的第一端连接所述信号输入端，所述第一电容的第二端作为所述输入匹配网络的输出端连接所述增益曲线调整电路的所述第一电感的第二端。
5.根据权利要求3所述的功率放大器，其特征在于，所述放大单元为三极管，所述三极管的基极连接所述增益曲线调整电路的所述第一电感的第二端，所述三极管的发射极接地，所述三极管的集电极连接所述信号输出端。
6.根据权利要求5所述的功率放大器，其特征在于，所述功率放大器还包括输出匹配网络，所述输出匹配网络的第一端连接所述三极管的集电极，所述输出匹配网络的第二端连接所述信号输出端。
7.根据权利要求6所述的功率放大器，其特征在于，所述输出匹配网络包括第二电感和第二电容，所述第二电感的第一端作为所述输出匹配网络的第一端，并连接至所述三极管的集电极，所述第二电感的第二端连接至供电电压，所述第二电容的第一端与所述第二电感的第一端连接，所述第二电容的第二端作为所述输出匹配网络的输出端连接至所述信号输出端。
8.一种射频芯片，其特征在于，包括如权利要求3-7任意一项所述的功率放大器。
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