一种饱和功率放大器基于基极的功率控制电路制造技术

本申请公开了一种饱和功率放大器基于基极的功率控制电路，包括两个运算放大器和三个晶体管。控制电压、调节电压分别通过电阻一、电阻二连接运算放大器一的正输入端，运算放大器一的负输入端与输出端相连，并连接运算放大器二的正输入端。运算放大器二的负输入端通过电阻四接地，还通过电阻五连接晶体管三的集电极；运算放大器二的输出端输出中间电压作为晶体管一和晶体管二的基极偏置电压。晶体管一发射极连接晶体管三的集电极；晶体管二的发射极输出提供给功率晶体管的基极偏置电流；晶体管三的基极通过电阻六连接集电极，还通过电容一连接射频信号输入端；晶体管三的发射极接地。本申请可以改善饱和功率放大器在小输出功率下的开关谱。

【技术实现步骤摘要】
一种饱和功率放大器基于基极的功率控制电路
本申请涉及一种饱和功率放大器，特别是涉及其中的功率控制电路。
技术介绍
一般的功率放大器工作在线性区，增益基本保持恒定，输出功率与输入功率成正比，这种功率放大器通常被称为线性功率放大器。有一种功率放大器工作在饱和状态，输出功率主要由功率晶体管的集电极偏置电压或基极偏置电流来决定，这种功率放大器通常被称为饱和功率放大器。饱和功率放大器包含有功率控制电路，用来根据控制信号调节提供给功率晶体管的偏置电压或偏置电流。例如，GSM功率放大器就属于饱和功率放大器。GSM功率放大器的输出功率由控制电压Vramp进行调节。2015年6月出版的《IEEETransactionsonMicrowaveTheoryandTechniques》第63卷第6期有一篇文章《ElectrothermalEffectsonPerformanceofGaAsHBTPowerAmplifierDuringPowerVersusTime(PVT)VariationatGSM/DCSBands》，以下简称文献A。该文献A中的图5公开了一种CMOS控制器功能模块，也就是一种GSM功率放大器的功率控制电路，用来根据控制电压Vramp输出提供给功率晶体管的集电极电压Vcc。请参阅图1，这是上述文献的图5所公开的一种现有的功率控制电路的简化示意图。该功率控制电路的输入输出满足Vcc＝Gain×(Vramp-Voff)，其中放大器的增益Gain为常数，比较电压Voff也为常数，因此输出电压Vcc与输入的控制电压Vramp之间呈线性关系。如果将功率晶体管的输出功率称为Pout，则有通过选取传统功率控制电路中的各元件参数，可以使比较电压Voff取值很小，此时可以忽略比较电压Voff，则有如果将分贝毫瓦(dBm，decibelrelativetoonemilliwatt)所表示的输出功率称为Pout_dBm，则有通过选取传统功率控制电路中的各元件参数，可以使比较电压Voff取值很小，此时可以忽略比较电压Voff，则有由于增益Gain与负载电阻Rload均为常数，a也为常数，因此分贝毫瓦所表示的输出功率Pout_dBm与控制电压Vramp之间大致成对数关系。分贝毫瓦表示的输出功率Pout_dBm与控制电压Vramp之间大致为对数关系可以用图2来表示。当输出功率Pout很小时，调节控制电压Vramp会使得输出功率Pout出现很大的变化，这会导致开关响应在频域上过大。授权公告号为CN202906841U、授权公告日为2013年4月24日的中国技术专利《一种射频功率放大器中提高功率控制精度的电路》中，公开了一种功率控制电路。其中的功率放大器包含大功率功放和小功率功放，大功率功放采用基极偏置电压来控制输出功率，小功率功放采用集电极偏置电压来控制输出功率，从而提高功率控制精度和效率。然而该方案由于存在两种功率控制模式的切换，造成输出功率不连续，给使用带来不确定性。申请公布号为CN105305990A、申请公布日为2016年2月3日的中国专利技术专利申请《一种功率放大器的功率控制电路》中，公开了一种功率控制电路。所述功率控制电路包括电流控制环路和电压控制环路，并在功率放大器的不同工作阶段由不同环路决定输出功率，从而取得面积、成本以及稳定时间方面的优势。然而该方案中电流控制的精度和一致性比较难提高，功率环路的切换也容易造成输出功率不连续。如果将GSM功率放大器的功率控制电路改为根据控制电压Vramp输出提供给功率晶体管的基极电流Ib，能有效地提高功率放大器的效率，但是面临着片上电阻工艺偏差大带来的一致性问题，同时在开关切换时也存在频谱问题。申请公布号为CN105897201A、申请公布日为2016年8月24日的中国专利技术专利申请《一种GSM射频功率放大器》中，公开了一种GSM射频功率放大器。其中的功率控制电路主要是将集电极偏置电压控制方式改为基极偏置电流控制方式，从而减小面积和降低成本。然而该方案中参考电流的精确度有待提高，给量产带来一定风险。
技术实现思路
本申请所要解决的技术问题是提供一种饱和功率放大器的功率控制电路，为功率晶体管提供基极偏置电流，可以改善在小输出功率下的开关特性。为解决上述技术问题，本申请提供的饱和功率放大器基于基极的功率控制电路包括两个运算放大器和三个晶体管；控制电压通过电阻一连接运算放大器一的正输入端，调节电压通过电阻二连接运算放大器一的正输入端，运算放大器一的正输入端还通过电阻三接地；运算放大器一的负输入端与输出端相连，并连接运算放大器二的正输入端；运算放大器二的负输入端通过电阻四接地，还通过电阻五连接晶体管三的集电极；运算放大器二的输出端输出中间电压作为晶体管一和晶体管二的基极偏置电压；晶体管一的集电极连接电源电压，发射极连接晶体管三的集电极；晶体管二的集电极连接电源电压，发射极输出提供给功率晶体管的基极偏置电流；晶体管三的基极通过电阻六连接集电极，还通过电容一连接射频信号输入端；晶体管三的集电极电压作为反馈电压；晶体管三的发射极接地。可选地，新增电阻八并联在晶体管三的集电极与发射极之间。本申请取得的技术效果是为由基极偏置电流和/或基极偏置电压控制输出功率的功率放大电路提供了一种基于基极的功率控制电路。所述基于基极的功率控制电路根据控制电压输出提供给功率晶体管的基极偏置电流，并且可以使整个饱和功率放大器的输出功率与控制电压之间大致成指数关系，使整个饱和功率放大器以分贝毫瓦所表示的输出功率与控制电压之间大致成线性关系，从而使得小输出功率下控制电压的微小调节仅产生较小的输出功率变化，改善了开关谱。附图说明图1是一种现有的GSM功率放大器的功率控制电路的简化示意图。图2是图1所示的功率控制电路用于功率放大器时，功率放大器的输出功率与控制电压之间的关系示意图。图3是本申请提供的饱和功率放大器的基于基极的功率控制电路的实施例一的电路示意图。图4是本申请提供的饱和功率放大器的基于基极的功率控制电路的实施例二的电路示意图。图中附图标记说明：Vbat为电源电压；Vramp为控制电压；Vos为调节电压；RFin为射频信号输入端；RFout为射频信号输出端；Vcon为中间电压；Vb为反馈电压；Ir为中间电流；Ib为功率晶体管的基极偏置电流；Icc为功率晶体管的集电极电流；OP为运算放大器；Q为晶体管；R为电阻；C为电容；L为电感。具体实施方式请参阅图3，这是本申请提供的饱和功率放大器的基于基极的功率控制电路的实施例一。为便于描述，图3中还表示出了功率放大电路。所述基于基极的功率控制电路具有两个输入信号——控制电压Vramp和调节电压Vos，还具有一个输出信号——提供给功率放大电路中的功率晶体管QP的基极偏置电流Ib。需要特别指出的是，图3所示的功率放大电路仅为示例，本申请提供的基于基极的功率控制电路可以适用于任何由基极偏置电流和/或基极偏置电压控制输出功率的功率放大电路。所述基于基极的功率控制电路的实施例一包括两个运算放大器、三个晶体管、若干电阻和电容。控制电压Vramp通过电阻一R1连接运算放大器一OP1的正输入端，调节电压Vos通过电阻二R2连接运算放大器一OP1的正输入端，运算放大器一OP1的正输入端还通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种饱和功率放大器基于基极的功率控制电路，其特征是，包括两个运算放大器和三个晶体管；控制电压通过电阻一连接运算放大器一的正输入端，调节电压通过电阻二连接运算放大器一的正输入端，运算放大器一的正输入端还通过电阻三接地；运算放大器一的负输入端与输出端相连，并连接运算放大器二的正输入端；运算放大器二的负输入端通过电阻四接地，还通过电阻五连接晶体管三的集电极；运算放大器二的输出端输出中间电压作为晶体管一和晶体管二的基极偏置电压；晶体管一的集电极连接电源电压，发射极连接晶体管三的集电极；晶体管二的集电极连接电源电压，发射极输出提供给功率晶体管的基极偏置电流；晶体管三的基极通过电阻六连接集电极，还通过电容一连接射频信号输入端；晶体管三的集电极电压作为反馈电压；晶体管三的发射极接地。

【技术特征摘要】
1.一种饱和功率放大器基于基极的功率控制电路，其特征是，包括两个运算放大器和三个晶体管；控制电压通过电阻一连接运算放大器一的正输入端，调节电压通过电阻二连接运算放大器一的正输入端，运算放大器一的正输入端还通过电阻三接地；运算放大器一的负输入端与输出端相连，并连接运算放大器二的正输入端；运算放大器二的负输入端通过电阻四接地，还通过电阻五连接晶体管三的集电极；运算放大器二的输出端输出中间电压作为晶体管一和晶体管二的基极偏置电压；晶体管一的集电极连接电源电压，发射极连接晶体管三的集电极；晶体管二的集电极连接电源电压，发射极输出提供给功率晶体管的基极偏置电流；晶体管三的基极通过电阻六连接集电极，还通过电容一连接射频信号输入端；晶体管三的集电极电压作为反馈电压；晶体管三的发射极接地。2.根据权利要求1所述的饱和功率放大器基于基极的功率控制电路，其特征是，新增电阻八并联在晶体管三的集电极与发射极之间。3.根据权利要求1或2所述的饱和功率放大器基于基极的功率控制电路，其特征是，电阻一与电阻三构成了一条电阻分压电路，用来对控制电压分压后提供给运算放大器一的正输入端；电阻二与电阻三构成了另一条电阻分压电路，用来对调节电压分压后提供给运算放大器一的正输入端；电阻四与电阻五构成了又一条电阻分压电路，用来对反馈电压分压后提供给运算放大器二的负输入端。4.根据权利要求1或2所述的饱和功率放大器基于基极的功率控制电路，其特征是，晶体管三的基极与集电极通过电阻六相连，这种连接方式使晶体管三相当于一个二极管，晶体管三的集电极、发射极分别相当于二极管的阳极、阴极。5.根据权利要求1或2所述的饱和功率放大器基于基极的功率控制电路，其特征是，功率晶体管的基极通过电阻七接收基于基极的功率控制电路的输出电流，还通过电容二连接射频信号输入端；功率晶体管的集电极作为射频信号输...

【专利技术属性】
技术研发人员：林甲富，刘政清，柯庆福，
申请(专利权)人：锐迪科微电子上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31