DE112004002875B4

DE112004002875B4 - Temperaturkompensierte Vorspannungsschaltung für einen Leistungsverstärker

Info

Publication number: DE112004002875B4
Application number: DE112004002875T
Authority: DE
Inventors: Moon Seok Jeon; Sang Hwa Ansan Jung; Jung Hyun Uiwang Kim
Original assignee: Avago Technologies Wireless IP Singapore Pte Ltd
Current assignee: Avago Technologies International Sales Pte Ltd
Priority date: 2004-10-11
Filing date: 2004-12-02
Publication date: 2009-01-08
Anticipated expiration: 2024-12-03
Also published as: GB2433168A; GB0703486D0; US7193452B2; KR100654646B1; KR20060032269A; US20060077001A1; DE112004002875T5; GB2433168B; WO2006041235A1

Abstract

Eine temperaturkompensierte Vorspannungsschaltung für einen Leistungsverstärker, bei der ein erster Widerstand (Rref), der mit einer Referenzspannung verbunden ist, mit einem Basisanschluss eines dritten Transistors (Q3) verbunden ist, und ein Emitteranschluss des dritten Transistors mit einer ersten Diode (D1) verbunden ist, wobei die temperaturkompensierte Vorspannungsschaltung folgende Merkmale aufweist:
einen zweiten Widerstand (R1), der mit der Referenzspannung verbunden ist;
einen dritten Widerstand (R2), der mit dem zweiten Widerstand in Reihe geschaltet ist;
einen vierten Widerstand (Rc), bei dem ein Anschluss mit der Referenzspannung verbunden ist;
einen fünften Widerstand (Re), bei dem ein Anschluss mit Masse verbunden ist;
einen Vorspannungstransistor (Q4), der einen Basisanschluss, der mit einem Kontaktpunkt (V_S) zwischen dem zweiten Widerstand und dem dritten Widerstand verbunden ist, einen Kollektoranschluss, der mit dem anderen Anschluss des vierten Widerstands verbunden ist, und einen Emitteranschluss aufweist, der mit dem anderen Anschluss des fünften Widerstands...

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Leistungsverstärker, der in einer persönlichen tragbaren Kommunikationsvorrichtung, wie z. B. einem Mobiltelefon oder einem Personaldigitalassistenten (PDA), enthalten ist, und insbesondere auf eine temperaturkompensierte Vorspannungsschaltung für einen Leistungsverstärker.
Stand der Technik
Mit der Entwicklung von elektronischen Technologien werden tragbare elektronische Vorrichtungen effizient konzipiert und kostengünstig hergestellt. Die tragbaren elektronischen Vorrichtungen umfassen größtenteils Rufanlagen (Pager), Mobiltelefone, Musikabspielgeräte, Taschenrechner, Laptop-Computer und PDAs. Die tragbaren elektronischen Vorrichtungen erfordern im Allgemeinen Gleichstromleistung, und eine oder mehr Batterien werden als eine Energiequelle zum Liefern von Gleichstromleistung verwendet.
Drahtlose tragbare Kommunikationsendgeräte, wie z. B. Mobilhandapparate oder Mobiltelefone, werden kompakt und leicht. Dementsprechend wird die Größe einer Batterie, die einen erheblichen Teil des Mobilhandapparats einnimmt, kleiner, um in den Mobilhandapparat zu passen, der kompakt und leicht ist. In dem Fall des Mobiltelefons wird neben einem kleineren Endgerät und einer kleineren Batterie eine längere Sprechzeit benötigt. Somit ist die Lebensdauer der Batterie ein wichtiger Faktor bei den Mobilkommunikations endgeräten, wie z. B. Mobilhandapparaten oder Mobiltelefonen.
Die Temperatur bei der Verwendung dieser persönlichen drahtlosen Kommunikationsvorrichtungen ändert sich gemäß einer Veränderung einer Jahreszeit, dem Betrieb eines Verstärkers oder einer Betriebsdauer. Ein Aufrechterhalten eines bestimmten Merkmals eines Leistungsverstärkers trotz der Veränderung der Temperatur ist ein weiterer wichtiger Faktor beim Bestimmen der Leistung des Endgeräts.
Eine Vorspannungsschaltung, um eine Temperatur zu kompensieren, wird für einen höheren Verstärkungsbetrieb eines Leistungsverstärkers in einem angemessenen Betriebsbereich trotz der Veränderung der Temperatur benötigt. Gemäß einer herkömmlichen Technologie wird eine Schaltung, wie sie in 1 gezeigt ist, für die Vorspannung eines Leistungsverstärkers verwendet.
1 ist ein Schaltbild einer Vorspannungsschaltung eines herkömmlichen Leistungsverstärkers. Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Transistor Q2 eine vereinfachte Form eines Verstärkungsendes eines Leistungsverstärkers. Ein Transistor Q1 ist ein Vorspannungstransistor oder ein Gleichstrompuffertransistor, der eine Vorspannungsspannung an eine Basis des Transistors Q2 liefert. Da der Transistor Q1 nicht ausreichenden Strom kompensiert, der an den Transistor Q2 angelegt wird, wenn eine Vorspannungsspannung V_Y direkt in die Basis des Transistors Q2 eingegeben wird, wird derselbe als ein Gleichstrompuffertransistor bezeichnet. In 1 wird eine Leistungsspannung Vcc an die Transistoren Q2 und Q1 angelegt, während eine Referenzspannung Vref an einen Widerstand Rref eines Vorspannungsschaltungsblocks 200 angelegt wird. Ein statischer Kollektorbetriebsstrom des Transistors Q2 ist durch einen statischen Betriebsstrom I_Q angezeigt.
Vor der Beschreibung der herkömmlichen Erfindung muss die typische Stromcharakteristik einer Diode verstanden werden. Fachleute werden ohne weiteres erkennen, dass die Stromcharakteristik einer typischen Diode identisch mit derjenigen gemäß einer Basis-Emitter-Spannung eines Transistors ist.
2 ist ein Graph, der die Charakteristik eines Stroms gemäß einer Spannung zwischen beiden Enden einer Diode oder die Charakteristik eines Stroms gemäß der Basis-Emitter-Spannung eines Transistors mit einem Temperaturparameter zeigt. In 2 bewegt sich, wenn die Temperatur zunimmt, eine charakteristische Kurve nach links, so dass eine Diodenanschaltspannung V_BE(on) abnimmt. Wie es bekannt ist, weist die Bewegung der Kurve einen Wert von etwa –2 mV/°C auf. Wenn die Vorspannungsspannung Vbias konstant ist, ist die effektive Basis-Emitter-Spannung V_BE(eff) = Vbias – V_BE(on), so dass der Strom zunimmt.
Dann wird bei der Temperaturkompensationsoperation des herkömmlichen Vorspannungsschaltungsblocks 200 von 1 angenommen, dass eine Spannung eines V_Y-Knotens konzipiert ist, um durch den Widerstand Rref und zwei Dioden D1 und D2 bei der Zimmertemperatur von etwa 25°C 2,6 V zu sein. Dies bedeutet, dass ein Wert des Widerstands Rref derart gesetzt wird, dass die Spannung zwischen beiden Enden jeder der beiden Dioden, die in Reihe geschaltet sind, 1,3 V wird.
Die Spannung zwischen dem Basis-Emitter der Transistoren Q1 und Q2 beträgt 1,3 V wie die Dioden D1 und D2.
Wenn eine Betriebstemperatur zunimmt, nimmt bei den Transistoren Q1 und Q2, wie es in 2 gezeigt ist, die Basis-Emitter-Anschaltspannung V_BE(on) ab, so dass der statische Betriebsstrom I_Q zunimmt. Da jedoch die Dioden D1 und D2 die gleiche Temperaturabhängigkeit wie die Transistoren Q1 und Q2 aufweisen, nimmt die Spannung V_Y dementsprechend ab. Die Abnahme der Spannung V_Y bedeutet eine Abnahme der Basis-Emitter-Spannung der Transistoren Q1 und Q2. Da außerdem die effektive Spannung V_BE(eff) zwischen der Basis-Emitter-Spannung der Transistoren Q1 und Q2 sich nicht verändert, ist der statische Betriebsstrom I_Q konstant.
Wenn die Betriebstemperatur abnimmt, nimmt die Basis-Emitter-Anschaltspannung V_BE(on) bei den Transistoren Q1 und Q2 zu, so dass der statische Betriebsstrom I_Q abnimmt. Da jedoch die Dioden D1 und D2 die gleiche Temperaturabhängigkeit wie die Transistoren Q1 und Q2 aufweisen, nimmt die Spannung V_Y dementsprechend zu. Die Zunahme der Spannung V_Y bedeutet eine Zunahme der Basisspannung der Transistoren Q1 und Q2. Da außerdem die effektive Spannung V_BE(eff) zwischen der Basis-Emitter-Spannung der Transistoren Q1 und Q2 sich nicht verändert, ist der statische Betriebsstrom I_Q konstant.
Um die oben angeführte Operation zusammenzufassen, verfolgt die Spannung V_Y zwischen beiden Enden jeder der Dioden D1 und D2 die Basis-Emitter-Anschaltspannung der Transistoren Q1 und Q2 gemäß der Veränderung der Temperatur, so dass die effektive Spannung V_BE(eff) konstant aufrechterhalten wird. Somit ist trotz der Temperaturveränderung der statische Betriebsstrom I_Q Kontakt.
In der Praxis nimmt jedoch, wenn die V_Y-Spannung auf etwa 2,4 V abfällt, die Spannung zwischen beiden Enden des Basis-Emitters jedes der Transistoren Q1 und Q2 automatisch auf etwa 1,2 V ab. In diesem Fall nimmt jedoch der statische Betriebsstrom I_Q des Transistors Q2 mehr als die Größe bei der Zimmertemperatur zu. Der Grund hierfür liegt darin, dass die Größen der Transistoren Q1 und Q2, die eine große Menge von Strom treiben, viel größer sind als diejenigen der Dioden D1 und D2, so dass die Abhängigkeit von der Temperatur nicht die gleiche ist. Somit ist es ein Problem, dass die Spannung V_Y geringer als 2,4 V sein muss, um eine genaue Temperaturkompensation durchzuführen, so dass der statische Betriebsstrom I_Q des Transistors Q2 konstant aufrechterhalten wird.
Wenn die Betriebstemperatur tiefer als die Zimmertemperatur abfällt, nimmt die Spannung V_Y durch die Temperaturabhängigkeit, die den Dioden D1 und D2 eigen ist, zu. Wenn die Spannung V_Y auf etwa 2,8 V zunimmt, nimmt die Spannung zwischen beiden Enden des Basis-Emitters jedes der Transistoren Q1 und Q2 automatisch auf etwa 1,4 V zu. Dementsprechend nimmt der statische Betriebsstrom I_Q des Transistors Q2 verglichen mit dem Strom bei Zimmertemperatur ab. Aus dem gleichen Grund tritt bei einem Fall, bei dem die Temperatur zunimmt, um eine genaue Temperaturkompensation durchzuführen, durch die der statische Betriebsstrom I_Q des Transistors Q2 konstant aufrechterhalten wird, ein Problem auf, dahingehend, dass die Spannung V_Y größer als der statische Betriebsstrom I_Q sein muss. 3 ist ein Graph, der den statischen Betriebsstrom I_Q zeigt, wenn die Temperaturkompensationsfunktion aufgrund des oben genannten Problems nicht ausreichend ist, verglichen mit dem statischen Betriebsstrom I_Q in einem Idealzustand.
Eine Vielzahl von Schaltungstechniken ist entwickelt worden, um ein Problem zu lösen, bei dem ein konstantes Aufrechterhalten des statischen Betriebsstroms I_Q des Transistors Q2 durch die Temperaturkompensationsfunktion basierend auf der Temperaturabhängigkeit der Dioden D1 und D2 schwierig ist. Eine der Schaltungstechniken besteht darin, dass die Spannung zwischen beiden Enden jeder der Dioden D1 und D2, die in Reihe geschaltet sind, beliebig und geeignet gemäß einer Temperaturveränderung verändert wird, um ein idealeres Merkmal des statischen Betriebsstroms I_Q zu liefern.
Unter Bezugnahme auf 4 ist eine der herkömmlichen Techniken, die eine zusätzliche Temperaturkompensationsfunktion aufweisen, beschrieben. Diese Schaltung umfasst einen Vorspannungsschaltungsblock 200 und einen Verstärker block 210. Bei der Konfiguration der Schaltung zeigt ein Transistor 226 einen Teil einer Verstärkungsschaltung, die ein HF-Signal verstärkt, und ein Transistor 224 ist ein Gleichstrompuffertransistor, und ein Widerstand R2 übernimmt eine Gleichssignalvorspannung einer Basis des Transistors 226.
Der Vorspannungsschaltungsblock 200 weist die gleichen Elemente wie der Verstärkerblock 210 auf, um eine Stromspiegelform zu bilden. Ein Transistor 220 und ein Transistor 222 bilden gespiegelte Paare mit dem Transistor 224 bzw. dem Transistor 226, während ein Widerstand R1 ein gespiegeltes Paar mit dem Widerstand R2 bildet.
Eine Spannung eines Knotens 234 fließt von einer Basis des Transistors 220 über den Transistor 222 zu Masse, so dass ein Spannungsabfall 2V_BE beträgt. Der Widerstand R1 ist mit einem Basisknoten 240 des Transistors 222 verbunden. Eine Referenzgleichspannung Vref ist mit einer Seite eines Widerstands Rref verbunden, und ein Strom, der zwischen beiden Enden des Widerstands Rref fließt, ist Iref.
Wenn die Betriebstemperatur zunimmt, nimmt die Basis-Emitter-Anschaltspannung V_BE(on) des Transistors 222 ab. Da ein Strom Imir fast konstant aufrechterhalten wird, wird jedoch die Spannung des Knotens 240 fast konstant aufrechterhalten. Somit nimmt eine effektive Spannung zwischen dem Basis-Emitter des Transistors 222 zu, so dass ein Kollektorstrom des Transistors 222 zunimmt und die Spannung des Knotens 234 abfällt. Wenn die Spannung des Knotens 234 abfällt, fällt die Spannung eines Knotens 242 automatisch ab. Da die effektive Spannung zwischen dem Basis-Emitter des Transistors 226 konstant ist, ist somit eine Veränderung des statischen Betriebsstroms I_Q beschränkt.
Wenn die Betriebstemperatur abnimmt, nimmt die Basis-Emitter-Anschaltspannung V_BE(on) des Transistors 222 zu. Da der Strom Imir jedoch fast konstant aufrechterhalten wird, wird die Spannung des Knotens 240 fast konstant aufrechterhalten. Somit nimmt die effektive Spannung zwischen dem Basis-Emitter des Transistors 222 ab, so dass der Kollektorstrom des Transistors 222 abnimmt und die Spannung des Knotens 234 zunimmt. Wenn die Spannung des Knotens 234 zunimmt, nimmt die Spannung eines Knotens 242 automatisch zu. Da die effektive Spannung zwischen dem Basis-Emitter der Transistors 226 konstant ist, ist somit eine Veränderung des statischen Betriebsstroms I_Q beschränkt.
Außerdem offenbart das US-Patent Nr. 6,566,954 als eine herkömmliche Technologie, um eine Spannung, die an Dioden einer Vorspannungsschaltung angelegt wird, fein einzustellen, eine zusätzliche Kompensationsfunktion zu einer Temperaturkompensationsfunktion einer Vorspannungsschaltung, bei der eine aktive Vorrichtung anstelle eines Widerstands in einen Transistor eingefügt ist, der ein HF-Signal verstärkt.
Das US-Patent Nr. 6,452,454 offenbart eine Technologie einer zusätzlichen Temperaturkompensationsfunktion durch ein zusätzliches Bereitstellen einer Mehrzahl von Dioden in parallelen oder Stromwegen in der Vorspannungsschaltung, um die Menge an Strom einzustellen, die von der Referenzspannung Vref fließt.
Das US-Patent Nr. 6,556,082 offenbart eine weitere Schaltungstechnologie, die eine zusätzliche Temperaturkompensationsfunktion ermöglicht, die durch ein Hinzufügen von Widerständen und ein Einstellen eines Verhältnisses zwischen den Widerständen erreicht wird.
Das US-Patent Nr. 6,424,225 offenbart eine Technologie, bei der zusätzliche Schaltungen bereitgestellt werden, um gemäß einer Temperaturveränderung wirksam zu sein, so dass ein Referenzstrom, der von der Vorspannungsschaltung geliefert wird, erhöht oder verringert werden kann, wodurch eine zusätzliche Temperaturkompensation in einem größeren Bereich ermöglicht wird.
Offenbarung der Erfindung
Um die oben genannten Probleme zu lösen, liefert die vorliegende Erfindung eine temperaturkompensierte Vorspannungsschaltung für einen Leistungsverstärker mit dem Merkmalen der Ansprüche 1–4, der eine Schaltung aufweist, um eine Temperatur durch ein Steuern einer Spannung einer Vorspannungsschaltung zur Kompensation einer Temperatur des Leistungsverstärkers zu kompensieren.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine temperaturkompensierte Vorspannungsschaltung für einen Leistungsverstärker geliefert, bei der ein erster Widerstand (Rref), der mit einer Referenzspannung verbunden ist, mit einem Basisanschluss eines dritten Transistors (Q3) verbunden ist, und ein Emitteranschluss des dritten Transistors mit einer ersten Diode (D1) verbunden ist, wobei die temperaturkompensierte Vorspannungsschaltung folgende Merkmale aufweist: einen zweiten Widerstand (R1), der mit der Referenzspannung verbunden ist; einen dritten Widerstand (R2), der mit dem zweiten Widerstand in Reihe geschaltet ist; einen vierten Widerstand (Rc), bei dem ein Anschluss mit der Referenzspannung verbunden ist; einen fünften Widerstand (Re), bei dem ein Anschluss mit Masse verbunden ist; einen Vorspannungstransistor (Q4), der einen Basisanschluss, der mit einem Kontaktpunkt (V_S) zwischen dem zweiten Widerstand und dem dritten Widerstand verbunden ist, einen Kollektoranschluss, der mit dem anderen Anschluss des vierten Widerstands verbunden ist, und einen Emitteranschluss aufweist, der mit dem anderen Anschluss des fünften Widerstands verbunden ist; und einen sechsten Widerstand (Rf), der zwischen einen Kollektoranschluss des dritten Transistors und einen Kollektoranschluss des Vorspannungstransistors geschaltet ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine temperaturkompensierte Vorspannungsschaltung für einen Leistungsverstärker geliefert, bei der ein erster Widerstand (Rref), der mit einer Referenzspannung verbunden ist, mit einem Basisanschluss eines dritten Transistors (Q3) verbunden ist, und ein Emitteranschluss des dritten Transistors mit einer ersten Diode (D1) verbunden ist, wobei die temperaturkompensierte Vorspannungsschaltung folgende Merkmale aufweist: eine zweite Diode (D2), die mit der Referenzspannung verbunden ist; einen zweiten Widerstand (R1), der mit der zweiten Diode verbunden ist; einen dritten Widerstand (R2), der mit dem zweiten Widerstand in Reihe geschaltet ist; einen vierten Widerstand (Rc), bei dem ein Anschluss mit der Referenzspannung verbunden ist; einen fünften Widerstand (Re), bei dem ein Anschluss mit Masse verbunden ist; einen Vorspannungstransistor (Q4), der einen Basisanschluss, der mit einem Kontaktpunkt (V_S) zwischen dem zweiten Widerstand und dem dritten Widerstand verbunden ist, einen Kollektoranschluss, der mit dem anderen Anschluss des vierten Widerstands verbunden ist, und einen Emitteranschluss aufweist, der mit dem anderen Anschluss des fünften Widerstands verbunden ist; und einen sechsten Widerstand (Rf), der zwischen einen Kollektoranschluss des dritten Transistors und den Kollektoranschluss des Vorspannungstransistors geschaltet ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine temperaturkompensierte Vorspannungsschaltung für einen Leistungsverstärker geliefert, bei der ein erster Widerstand (Rref), der mit einer Referenzspannung verbunden ist, mit einem Basisanschluss eines dritten Transistors (Q3) verbunden ist, und ein Emitteranschluss des dritten Transistors mit einer ersten Diode (D1) verbunden ist, wobei die temperaturkompensierte Vorspannungsschaltung folgende Merkmale aufweist: einen zweiten Widerstand (R1), der mit der Referenzspannung verbunden ist; einen dritten Widerstand (R2), der mit dem zweiten Widerstand in Reihe geschaltet ist; einen sechsten Widerstand (Re), bei dem ein Anschluss mit Masse verbunden ist; einen Vorspannungstransistor (Q4), der einen Basisanschluss, der mit einem Kontaktpunkt (V_S) zwischen dem zweiten Widerstand und dem dritten Widerstand verbunden ist, und einen Emitteranschluss aufweist, der mit dem anderen Anschluss des sechsten Widerstands verbunden ist; und einen siebten Widerstand (Rf), der zwischen einen Kollektoranschluss des dritten Transistors Q3 und einen Kollektoranschluss des Vorspannungstransistors geschaltet ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine temperaturkompensierte Vorspannungsschaltung für einen Leistungsverstärker geliefert, bei der ein erster Widerstand (Rref), der mit einer Referenzspannung verbunden ist, mit einem Basisanschluss eines dritten Transistors (Q3) verbunden ist, und ein Emitteranschluss des dritten Transistors mit einer ersten Diode (D1) verbunden ist, wobei die temperaturkompensierte Vorspannungsschaltung folgende Merkmale aufweist: eine zweite Diode (D2), die mit der Referenzspannung verbunden ist; einen zweiten Widerstand (R1), der mit der zweiten Diode verbunden ist; einen dritten Widerstand (R2), der mit dem zweiten Widerstand in Reihe geschaltet ist; einen sechsten Widerstand (Re), bei dem ein Anschluss mit Masse verbunden ist; einen Vorspannungstransistor (Q4), der einen Basisanschluss, der mit einem Kontaktpunkt (V_S) zwischen dem zweiten Widerstand und dem dritten Widerstand verbunden ist, und einen Emitteranschluss aufweist, der mit dem anderen Anschluss des sechsten Widerstands verbunden ist; und einen siebten Widerstand (Rf), der zwischen einen Kollektoranschluss des dritten Transistors Q3 und einen Kollektoranschluss des Vorspannungstransistors geschaltet ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Schaltbild einer herkömmlichen Vorspannungsschaltung eines Leistungsverstärkers;
2 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Basis-Emitter-Spannung und dem Strom einer Diode oder eines Transistors zeigt;
3 ist ein Graph, der das Ergebnis eines Vergleichs zwischen dem statischen Betriebsstrom I_Q, wenn die Temperaturkompensationsfähigkeit nicht ausreichend ist, und dem statischen Betriebsstrom I_Q in einem Idealzustand zeigt;
4 ist ein Schaltbild einer herkömmlichen Vorspannungsschaltung eines Leistungsverstärkers, der eine zusätzliche Temperaturkompensationsfunktion aufweist;
5 ist ein Graph, der den statischen Betriebsstrom I_Q einer Vorspannungsschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 ist ein Schaltbild einer temperaturkompensierten Vorspannungsschaltung für einen Leistungsverstärker gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
7 ist ein Schaltbild einer temperaturkompensierten Vorspannungsschaltung für einen Leistungsverstärker gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
8 ist ein Schaltbild einer temperaturkompensierten Vorspannungsschaltung für einen Leistungsverstärker gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
9 ist ein Schaltbild einer temperaturkompensierten Vorspannungsschaltung für einen Leistungsverstär ker gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
10 bis 12 sind Graphen, die die Betriebsmodi der temperaturkompensierten Vorspannungsschaltung für einen Leistungsverstärker gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen.
Beste Ausführung der Erfindung
Bei der vorliegenden Erfindung ist die zusätzliche Temperaturkompensation in einem größeren Bereich, wie es in 5 gezeigt ist, durch ein Konzipieren einer Schaltung möglich, die wirksam ist, um einen Referenzstrom zu absorbieren, wenn die Temperatur zunimmt, und einen Referenzstrom auszugeben, wenn die Temperatur abnimmt.
Die vorliegende Erfindung umfasst Verfahren zum Aufrechterhalten eines Werts des statischen Betriebsstroms I_Q bei Zimmertemperatur, wie es in einer Kurve gezeigt ist, die in 5 gezeigt ist (Modus 1), zum Aufrechterhalten des Werts des statischen Betriebsstroms I_Q bei der höchsten Temperatur innerhalb eines Bereichs, der durch die Spezifikation erlaubt ist (Modus 2), und zum kontinuierlichen Aufrechterhalten des Werts des statischen Betriebsstroms I_Q bei der niedrigsten Temperatur innerhalb des Bereichs, der durch die Spezifikation erlaubt ist (Modus 3).
Bei Modus 1 ist ein Strom bei einer niedrigeren/höheren Temperatur bezüglich der Zimmertemperatur oben/unten. Bei Modus 2 ist ein Strom bei einer relativ niedrigeren Temperatur bezüglich einer höheren Temperatur oben. Bei Modus 3 ist ein Strom bei einer relativ höheren Temperatur bezüglich einer niedrigeren Temperatur unten.
6 ist ein Schaltbild einer temperaturkompensierten Vorspannungsschaltung für einen Leistungsverstärker gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Bei einem Leistungsverstärkerblock und einem Vorspannungsschaltungsblock 500 führt ein erster Transistor Q1 eine Gleichstrompufferung gemäß einem Eingangssignal durch. Der Emitteranschluss des ersten Transistors Q1 ist mit dem Basisanschluss eines zweiten Transistors Q2 verbunden. Eine Spannung Vcc ist an den ersten und den zweiten Transistor Q1 und Q2 angelegt. Ein erster Widerstand Rref, der eine Referenzspannung Vref empfängt und eine Vorspannungsspannung anlegt, ist mit dem Basisanschluss des dritten Transistors Q3 verbunden. Ein Kontaktpunkt V_Y zwischen dem ersten Widerstand Rref und dem Basisanschluss des dritten Transistors Q3 ist mit dem Basisanschluss des ersten Transistors Q1 verbunden. Außerdem ist eine erste Diode D1 mit dem Emitteranschluss des dritten Transistors Q3 verbunden.
Bei einer temperaturkompensierten Schaltung 600, die eine Spannungssteuervorspannungsschaltung ist, ist ein Kontaktpunkt V_S zwischen Spannungsteilerwiderständen R1 und R2 mit der Basis eines vierten Transistors Q4 verbunden. Ein Kollektorwiderstand Rc ist mit dem Kollektor des vierten Transistors Q4 verbunden. Ein Emitterwiderstand Re ist mit dem Emitter des vierten Transistors Q4 verbunden. Ein sechster Widerstand Rf ist zwischen den Kollektoranschluss des dritten Transistors Q3 und den Kollektorausgangsanschluss des vierten Widerstands Q4 geschaltet.
Der Betrieb der temperaturkompensierten Vorspannungsschaltung für einen Leistungsverstärker, die konfiguriert ist, wie es in 6 gezeigt ist, wird basierend auf Betriebsmodi 1, 2 und 3 gemäß einer Temperaturveränderung beschrieben.
(1) Betriebsmodus 1: Versorgungs- + Absorptionsmodus
Erstens nimmt, wenn die Temperatur der Schaltung bezüglich der Zimmertemperatur hoch ist, da eine Abnahme der Anschaltspannung des zweiten Transistors Q2 verglichen mit einer Abnahme der Spannung V_Y, die in die Basis des ersten Transistors Q1 eingegeben wird, und einer Spannung V_b, die in die Basis des zweiten Transistors Q2 eingegeben wird, bemerkenswert ist, der statische Betriebsstrom I_Q zu. Um die Zunahme des statischen Betriebsstroms I_Q bei der hohen Temperatur zu beschränken, erfolgt die folgende Operation bei der Spannungssteuerschaltung 600.
Falls die Kontaktpunktspannung Vs zwischen den Widerständen R1 und R2 unabhängig von der Temperatur konstant ist, nimmt, da die Anschaltspannung des dritten Transistors Q4 abnimmt, der Kollektorstrom des vierten Transistors Q4 zu, so dass ein Spannungsabfall bei dem Kollektorwiderstand Rc stark zunimmt. Die Kontaktpunktspannung V_AUX zwischen dem sechsten Widerstand Rf und dem Kollektoranschluss des dritten Transistors Q3 nimmt ab.
Dementsprechend nehmen, wenn der vierte Transistor ermöglicht, dass eine größere Strommenge hineinfließt und eine BC-Übergangsdiode des dritten Transistors Q3 betrieben wird, die Spannungen V_Y und V_b ab, die Zunahme des statischen Betriebsstroms I_Q bei einer hohen Temperatur ist beschränkt. Das heißt, wenn die Temperatur relativ höher als die Zimmertemperatur ist, absorbiert die temperaturkompensierte Schaltung 600 einen Teil des Referenzstroms Iref.
Zweitens nimmt, wenn die Temperatur der Schaltung niedrig ist und die Kontaktpunktspannung Vs zwischen den Widerständen R1 und R2 konstant ist, die Anschaltspannung des vierten Transistors Q4 zu, und der Kollektorstrom des vierten Transistors Q4 nimmt ab, so dass ein Spannungsabfall bei dem Kollektorwiderstand Rc abnimmt. Die Kontaktpunktspan nung V_AUX zwischen dem sechsten Widerstand Rf und dem Kollektoranschluss des vierten Transistors Q4 nimmt zu.
Dementsprechend fließt der Strom durch den Widerstand Rf in den Transistor Q2/die Diode D1, so dass die Spannungen V_X, V_Y und V_b die Zunahme steigern, so dass der statische Betriebsstrom I_Q bei einer niedrigeren Temperatur beschränkt ist.
(2) Betriebsmodus 2: Versorgungsmodus
Die Temperatur in allen Bereichen, in denen die Schaltung wirksam ist, kann niedriger als die maximale Temperatur sein, die durch die Spezifikation erlaubt ist. Da die Kontaktpunktspannung Vs zwischen den Widerständen R1 und R2 bei einer relativ niedrigen Temperatur konstant ist, nimmt die Anschaltspannung des vierten Transistors Q4 zu, und der Kollektorstrom des vierten Transistors Q4 nimmt ab. Somit nimmt die Kontaktpunktspannung V_AUX zwischen dem sechsten Widerstand R_f und dem Kollektoranschluss des dritten Transistors Q3 zu.
Wenn die Temperatur abnimmt, der Strom, der über den Widerstand R_f in den dritten Transistor Q3/die Diode D1 fließt, (I_x > 0). Dementsprechend nehmen die Spannungen V_X, V_Y und V_b zu. Somit wird der statische Betriebsstrom I_Q, der zu verringern ist, wenn die Temperatur abnimmt, aufrechterhalten.
(3) Betriebsmodus 3: Absorptionsmodus
Die Temperatur in allen Bereichen, in denen die Schaltung wirksam ist, kann höher als die minimale Temperatur sein, die durch die Spezifikation erlaubt ist. Da die Kontaktpunktspannung Vs zwischen den Widerständen R1 und R2 konstant ist, wenn die Temperatur relativ hoch ist, nimmt die Anschaltspannung des vierten Transistors Q4 ab, und der Kollektorstrom des vierten Transistors Q4 nimmt zu. Somit nimmt die Kontaktpunktspannung V_AUX zwischen dem Widerstand R_f und dem Kollektoranschluss des dritten Transistors Q3 ab.
Das heißt, wenn die Temperatur zunimmt, lässt der Transistor Q4 eine größere Strommenge hineinfließen, und die BC-Übergangsdiode des dritten Transistors Q3 ist wirksam, so dass die Spannungen V_Y und V_b abnehmen. Somit wird der statische Betriebsstrom I_Q, der zu erhöhen ist, wenn die Temperatur zunimmt, aufrechterhalten.
Eine weitere Funktion der vorliegenden Erfindung besteht darin, den statischen Betriebsstrom eines Leistungsverstärkers unabhängig von einer Veränderung der Referenzspannung Vref konstant aufrechtzuerhalten. Die Referenzspannung Vref ist ein Element, das in der Spezifikation eines typischen Mobiltelefons enthalten ist, und eine Schwankung derselben ist bis zu einem gewissen Grad zulässig. Wenn die Referenzspannung Vref zunimmt oder abnimmt, ist die Betriebscharakteristik der Schaltung, die in 6 gezeigt ist, folgendermaßen.
Erstens nimmt, wenn die Referenzspannung Vref zunimmt, die Kontaktpunktspannung Vs zu, so dass eine Zunahme der Spannung V_Y verhindert wird.
Zweitens nimmt, wenn die Referenzspannung Vref abnimmt, die Kontaktpunktspannung Vs ab, so dass eine Abnahme der Spannung V_Y verhindert wird, da die Schaltung wie eine niedertemperaturkompensierte Vorspannungsschaltung wirksam ist.
Somit wird die Veränderung der Charakteristik des Leistungsverstärkers unabhängig von der Zunahme und Abnahme der Referenzspannung Vref verringert.
7 ist ein Schaltbild einer temperaturkompensierten Vorspannungsschaltung für einen Leistungsverstärker gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Unter Bezugnahme auf 7 verändert sich bei einer temperaturkompensierten Schaltung 700, wenn eine Diode D2 an einem vorderen oder hinteren Ende des Spannungsteilerwiderstands R1 bei der temperaturkompensierten Schaltung 600 von 6 hinzugefügt wird, die Spannung Vs gemäß der Temperatur. Die Spannungen V_X und V_Y werden so verändert, dass die Kompensation einer Temperatur gleichmäßig wird.
Somit nimmt bei der Schaltung 700, die in 7 gezeigt ist, die Spannung Vs bei einer hohen Temperatur zu, so dass die Spannung V_Y weiter verringert wird. Die Spannung Vs nimmt bei einer niedrigen Temperatur ab, so dass die Spannung V_Y weiter erhöht wird.
8 ist ein Schaltbild einer temperaturkompensierten Vorspannungsschaltung für einen Leistungsverstärker gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Unter Bezugnahme auf 8 kann eine temperaturkompensierte Schaltung 800, bei der der Kollektorwiderstand Rc aus der temperaturkompensierten Schaltung 600 in 6 entfernt ist, eine Temperaturkompensation nur durch die Absorption von Strom durch den vierten Transistor Q4 durchführen. Das Betriebsprinzip der temperaturkompensierten Schaltung 800 ist das gleiche wie dasjenige des Betriebsmodus 3 von 6 (Absorptionsmodus).
9 ist ein Schaltbild einer temperaturkompensierten Vorspannungsschaltung für einen Leistungsverstärker gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Unter Bezugnahme auf 9 verändert sich bei einer temperaturkompensierten Schaltung 900, bei der die Diode D2 an dem vorderen oder hinteren Ende des Spannungsteilerwiderstands R1 bei der temperaturkompensierten Schaltung 700 in 7 hinzugefügt wird, die Spannung Vs gemäß der Temperatur. Die Spannungen V_X und V_Y werden so verändert, dass die Kompensation einer Temperatur gleichmäßig wird. Das Betriebsprinzip der temperaturkompensierten Schaltung 900 ist das gleiche wie dasjenige des Betriebsmodus 3 von 7 (Absorptionsmodus).
Die 10 bis 12 sind Graphen, die die Betriebsmodi der temperaturkompensierten Vorspannungsschaltung für einen Leistungsverstärker gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen.
Die 10A und 10B sind Graphen, die Veränderungen von I_Q bzw. V_Y gemäß einer Temperaturveränderung bei dem Betriebsmodus 1 (Versorgungs- + Absorptionsmodus) zeigen.
Die 11A und 11B sind Graphen, die Veränderungen von I_Q bzw. V_Y gemäß einer Temperaturveränderung bei dem Betriebsmodus 2 (Versorgungsmodus) zeigen.
Die 12A und 12B sind Graphen, die Veränderungen von I_Q bzw. V_Y gemäß einer Temperaturveränderung bei dem Betriebsmodus 3 (Absorptionsmodus) zeigen.
Industrielle Anwendbarkeit
Wie es im Vorhergehenden beschrieben ist, wird gemäß der temperaturkompensierten Vorspannungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung trotz einer Temperaturveränderung der statische Betriebsstrom des Leistungsverstärkers bei der Zimmertemperatur aufrechterhalten (Modus 1), der Wert des statischen Betriebsstroms I_Q bei der höchsten Temperatur wird innerhalb eines Bereichs, der durch die Spezifika tion erlaubt ist, aufrechterhalten (Modus 2), und der Wert des statischen Betriebsstroms I_Q bei der niedrigsten Temperatur wird innerhalb des Bereichs, der durch die Spezifikation erlaubt ist, konstant aufrechterhalten (Modus 3). Somit wird die Linearität des Leistungsverstärkers aufrechterhalten, und eine unnötige Leistungsaufnahme aufgrund des Leistungsverstärkers wird verhindert.
Außerdem kann eine tragbare drahtlose Kommunikationsvorrichtung, die den Leistungsverstärker gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist, die optimale Kommunikationsqualität ungeachtet der Umgebungstemperatur aufrechterhalten und eine längere Sprechzeit aufweisen.

Claims

Eine temperaturkompensierte Vorspannungsschaltung für einen Leistungsverstärker, bei der ein erster Widerstand (Rref), der mit einer Referenzspannung verbunden ist, mit einem Basisanschluss eines dritten Transistors (Q3) verbunden ist, und ein Emitteranschluss des dritten Transistors mit einer ersten Diode (D1) verbunden ist, wobei die temperaturkompensierte Vorspannungsschaltung folgende Merkmale aufweist: einen zweiten Widerstand (R1), der mit der Referenzspannung verbunden ist; einen dritten Widerstand (R2), der mit dem zweiten Widerstand in Reihe geschaltet ist; einen vierten Widerstand (Rc), bei dem ein Anschluss mit der Referenzspannung verbunden ist; einen fünften Widerstand (Re), bei dem ein Anschluss mit Masse verbunden ist; einen Vorspannungstransistor (Q4), der einen Basisanschluss, der mit einem Kontaktpunkt (V_S) zwischen dem zweiten Widerstand und dem dritten Widerstand verbunden ist, einen Kollektoranschluss, der mit dem anderen Anschluss des vierten Widerstands verbunden ist, und einen Emitteranschluss aufweist, der mit dem anderen Anschluss des fünften Widerstands verbunden ist; und einen sechsten Widerstand (Rf), der zwischen einen Kollektoranschluss des dritten Transistors und einen Kollektoranschluss des Vorspannungstransistors geschaltet ist.
Eine temperaturkompensierte Vorspannungsschaltung für einen Leistungsverstärker, bei der ein erster Widerstand (Rref), der mit einer Referenzspannung verbunden ist, mit einem Basisanschluss eines dritten Transistors (Q3) verbunden ist, und ein Emitteranschluss des dritten Transistors mit einer ersten Diode (D1) verbunden ist, wobei die temperaturkompensierte Vorspannungsschaltung folgende Merkmale aufweist: eine zweite Diode (D2), die mit der Referenzspannung verbunden ist; einen zweiten Widerstand (R1), der mit der zweiten Diode verbunden ist; einen dritten Widerstand (R2), der mit dem zweiten Widerstand in Reihe geschaltet ist; einen vierten Widerstand (Rc), bei dem ein Anschluss mit der Referenzspannung verbunden ist; einen fünften Widerstand (Re), bei dem ein Anschluss mit Masse verbunden ist; einen Vorspannungstransistor (Q4), der einen Basisanschluss, der mit einem Kontaktpunkt (V_S) zwischen dem zweiten Widerstand und dem dritten Widerstand verbunden ist, einen Kollektoranschluss, der mit dem anderen Anschluss des vierten Widerstands verbunden ist, und einen Emitteranschluss aufweist, der mit dem anderen Anschluss des fünften Widerstands verbunden ist; und einen sechsten Widerstand (Rf), der zwischen einen Kollektoranschluss des dritten Transistors und den Kollektoranschluss des Vorspannungstransistors geschaltet ist.
Eine temperaturkompensierte Vorspannungsschaltung für einen Leistungsverstärker, bei der ein erster Widerstand (Rref), der mit einer Referenzspannung verbunden ist, mit einem Basisanschluss eines dritten Transistors (Q3) verbunden ist, und ein Emitteranschluss des dritten Transistors mit einer ersten Diode (D1) verbunden ist, wobei die temperaturkompensierte Vorspannungsschaltung folgende Merkmale aufweist: einen zweiten Widerstand (R1), der mit der Referenzspannung verbunden ist; einen dritten Widerstand (R2), der mit dem zweiten Widerstand in Reihe geschaltet ist; einen sechsten Widerstand (Re), bei dem ein Anschluss mit Masse verbunden ist; einen Vorspannungstransistor (Q4), der einen Basisanschluss, der mit einem Kontaktpunkt (V_S) zwischen dem zweiten Widerstand und dem dritten Widerstand verbunden ist, und einen Emitteranschluss aufweist, der mit dem anderen Anschluss des sechsten Widerstands verbunden ist; und einen siebten Widerstand (Rf), der zwischen einen Kollektoranschluss des dritten Transistors Q3 und einen Kollektoranschluss des Vorspannungstransistors geschaltet ist.
Eine temperaturkompensierte Vorspannungsschaltung für einen Leistungsverstärker, bei der ein erster Widerstand (Rref), der mit einer Referenzspannung verbunden ist, mit einem Basisanschluss eines dritten Transistors (Q3) verbunden ist, und ein Emitteranschluss des dritten Transistors mit einer ersten Diode (D1) verbunden ist, wobei die temperaturkompensierte Vorspannungsschaltung folgende Merkmale aufweist: eine zweite Diode (D2), die mit der Referenzspannung verbunden ist; einen zweiten Widerstand (R1), der mit der zweiten Diode verbunden ist; einen dritten Widerstand (R2), der mit dem zweiten Widerstand in Reihe geschaltet ist; einen sechsten Widerstand (Re), bei dem ein Anschluss mit Masse verbunden ist; einen Vorspannungstransistor (Q4), der einen Basisanschluss, der mit einem Kontaktpunkt (V_S) zwischen dem zweiten Widerstand und dem dritten Widerstand verbunden ist, und einen Emitteranschluss aufweist, der mit dem anderen Anschluss des sechsten Widerstands verbunden ist; und einen siebten Widerstand (Rf), der zwischen einen Kollektoranschluss des dritten Transistors Q3 und einen Kollektoranschluss des Vorspannungstransistors geschaltet ist.
Die temperaturkompensierte Vorspannungsschaltung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Spannung des Kollektoranschlusses des Vorspannungstransistors durch eine Spannung des Kontaktpunktes zwischen dem zweiten Widerstand und dem dritten Widerstand bestimmt wird.
Die temperaturkompensierte Vorspannungsschaltung gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der die Spannung des Kollektoranschlusses des Vorspannungstransistors gemäß einem Wert des vierten Widerstands verändert wird.
Die temperaturkompensierte Vorspannungsschaltung gemäß Anspruch 2 oder 4, bei der die zweite Diode zwischen dem zweiten Widerstand und dem Kontaktpunkt angeordnet ist.