带软关断的功率放大器的过电压保护制造技术

提出了用于保护功率放大器免受过电压的各种方法和电路布置。根据一个方面，耦接至功率放大器的变化供给电压的保护电路对到功率放大器的偏置电流进行控制，以限制通过功率放大器的功率耗散。过电压保护电路检测变化供给电压的水平，并且一旦供给电压达到可编程电压水平，就根据增加的供给电压的线性函数来减小偏置电流。可以使线性函数的斜率能够编程。电压水平和斜率的可编程性可以用于控制到多个功率放大器的偏置电流，这些功率放大器在不同的时间操作并且在电压限制和热击穿方面具有不同的要求。根据另一方面，提出了用在过电压保护电路中的电压到电流转换器。保护电路中的电压到电流转换器。保护电路中的电压到电流转换器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】带软关断的功率放大器的过电压保护
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2019年10月30日提交的题为“Overvoltage Protection for Power Amplifier with Soft Shutdown”的美国申请第16/669,384号的优先权，并且其全部内容通过引用并入本文。本申请可能涉及于2018年12月11日公布的题为“Power Amplifier Module”的美国专利第10,153,737 B2号，该专利的公开内容通过引用整体并入本文。本申请还可能涉及于2016年8月9日公布的题为“Amplifiers Operating in Envelope Tracking Mode”的美国专利第9,413,298号，该专利的公开内容通过引用整体并入本文。


[0003]本申请涉及放大器。具体地，本申请涉及根据变化供给电压进行操作的功率放大器(PA)的过电压保护。

技术介绍

[0004]图1A示出了现有技术的射频(RF)功率放大器(PA)模块(110)，其可以例如在RF前端通信系统诸如例如移动通信系统的发送器部分中使用。如图1A中所示，功率放大器模块(110)可以包括多个级联放大器级(例如，112、113)，所述多个级联放大器级经由匹配网络(例如，MN1、MN2、MN3)以串联连接方式耦接以用于放大输入RF信号RFin，从而从中生成经放大的输出RF信号RFout。到放大器级(112，113)的电力经由以参考地Vgnd为参考的供给电压Vcc提供，该供给电压通过相应的电感器(L2，L3)耦接至放大器级(112，113)。经放大的信号RFout又可以经由例如通过天线开关耦接至PA模块的天线(例如，稍后描述的根据图7的元件740和750)被发送。
[0005]如图1A中所示，放大器级(112，113)中的每一个的输入级可以包括相应的共发射极晶体管(Tr12，Tr13)，该相应的共发射极晶体管的基极接收输入RF信号，该输入RF信号由共发射极晶体管(Tr21，Tr13)放大并在晶体管的相应集电极处输出(例如，附图的右下角的细节)，该集电极通过相应的电感器(L2，L3)耦接至供给电压Vcc，以及耦接至放大器级(112，113)的相应输出。通过放大器级(112，113)中的每一个并因此通过PA模块(110)的放大可以基于放大器级(112，113)的偏置来建立共发射极晶体管(Tr12，Tr13)的操作点(即，偏置点)。如在图1A中可以看到的，这样的偏置经由偏置电路(120)被提供，该偏置电路(120)包括耦接至放大器级(112，113)的相应输入的射极跟随器晶体管(Tr22，Tr23)。射极跟随器晶体管(Tr22，Tr23)中的每一个的发射极通过串联连接的电阻器(R12，R13)耦接至相应的共发射极晶体管(Tr21，Tr23)的基极，所述电阻器在本领域中被已知为“镇流器”电阻器。因此，偏置电路(120)向放大级(112，113)中的每一个提供偏置信号，该偏置信号可以被认为是偏置电压或偏置电流。
[0006]继续参照图1A，偏置电路(120)可以在控制器电路(130)的控制下生成偏置信号，该控制器电路(130)可以包括控制/接口电路(132)，用以从例如信号感知处理器(诸如例如收发器电路)接收命令并将这样的命令转换为用以生成用于PA模块(110)的偏置的对应偏
置信号的控制信号。在图1A所示的示例性现有技术的情况下，使用数模(DAC)转换器(135)来向偏置电路(120)的射极跟随器晶体管(Tr22，Tr23)生成控制信号(即，电流或电压)。例如，如图1A所示，DAC转换器(135)可以向射极跟随器晶体管(Tr22，Tr23)中的每一个的基极提供电压，使得可以在每个这样的晶体管的发射极处输出期望的偏置信号以用于PA模块(110)的偏置。例如，如在上面引用的美国专利第10,153,737B2号中所描述的，在假设供给电压Vcc恒定的情况下，被耦接在参考地Vgnd与相应射极跟随器晶体管(Tr22，Tr23)的基极之间的串联连接的二极管对(D21，D22)和(D31，D32)可以用于抵消共发射极晶体管(Tr12，Tr13)的热变化，并且在某些情况下防止共发射极晶体管(Tr12，Tr13)的如本领域中已知的热失控。然而，在假设供给电压Vcc变化的情况下，对于相对于标称值增加的供给电压Vcc的值，共发射极晶体管(Tr12，Tr13)的偏置点可以改变成使得较高的(集电极)电流(Icc2，Icc3)能够通过这样的共发射极晶体管。因为由射极跟随器晶体管(Tr22，Tr23)经由恒定电压供应(例如，Vbatt)提供的基极电流(Ib2，Ib3)不受限制，所以较高的(集电极)电流(Icc2，Icc3)可以由较高的基极电流(Ib2，Ib3)实现，这与增加的供给电压Vcc相结合会导致共发射极晶体管(Tr12，Tr13)的热损坏。在图1B中示出了作为供给电压Vcc的函数的通过共发射极晶体管(Tr12，Tr13)的功率(热)耗散的对应曲线，其中功率耗散(附图中标注为Pheat)是供给电压Vcc的值与集电极电流(Icc，例如，图1A的Icc2、Icc3)的值的乘积。因为集电极电流(Icc2，Icc3)可以关于增加的供给电压Vcc的值线性增加，所以图1B中所示的曲线基于二次函数，这因此可以提供功率耗散的快速增加以达到热击穿限制(例如，对于Vcc＝Vcc_bd1)，其中共发射极晶体管(Tr21，Tr22)可以变得不操作。
[0007]如以上引用的美国专利第10,153,737B2号所描述的，图2A所示的现有技术配置通过向偏置电路(120)的射极跟随器晶体管(Tr22，Tr23)的集电极供应受限电流I
OUT_OCP
来限制基极电流(Ib2，Ib3)。如图2A所示，这可以由在图2A中示出为控制器电路(230)的一部分的过电流保护(OCP)电路(235)来提供，该过电流保护电路可以经由例如控制/接口电路(132)来控制，以设置由OCP电路(235)输出的电流I
OUT_OCP
的较高限制。随着供给电压Vcc增加，集电极电流(Icc2，Icc3)可以增加直到由射极跟随器晶体管(Tr22，Tr23)使用以生成偏置电流(Ib2，Ib3)的电流I
OUT_OCP
所设定的限制。一旦达到电流I
OUT_OCP
的限制，就不会提供响应于供给电压Vcc的进一步增加而为得到较高的集电极电流(Icc2，Icc3)的基极电流(Ib2，Ib3)的进一步增加。然而，随着供给电压Vcc可能进一步增加，共发射极晶体管(Tr12，Tr13)中的功率耗散仍可能关于供给电压Vcc线性增加。这在图2B的功率(热)耗散曲线中示出，其中，随着供给电压Vcc从较低值增加到较高值，功率耗散(附图中标注为Pheat)以二次函数增加直到其中集电极电流(附图中标注为Icc)由于施加在基极电流(Ib2，Ib3)上的限制而饱和的点(例如，Vcc＝Vcc_lm)，此后功率耗散以供给电压Vcc的线性函数增本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电路，包括：偏置电路，所述偏置电路被配置成基于控制电流供应偏置信号；以及保护电路，所述保护电路被配置成检测变化供给电压的水平，并根据变化供给电压的检测水平生成具有控制电流上限的控制电流，其中，对于i)低于预设供给电压限制的所述变化供给电压的检测电压，所述控制电流上限是恒定的，以及对于ii)高于所述预设供给电压限制的所述变化供给电压的检测电压，所述控制电流上限是所述变化供给电压的检测电压的函数，该函数关于增加的检测电压值具有负斜率，以及其中，所述控制电流不超过所述控制电流上限。2.根据权利要求1所述的电路，还包括放大器，所述放大器被配置成在变化供给电压与参考地之间操作。3.根据权利要求2所述的电路，其中，所述偏置电路包括射极跟随器晶体管，所述射极跟随器晶体管被配置成向所述放大器供应所述偏置信号。4.根据权利要求3所述的电路，其中，所述控制电流被提供至所述射极跟随器晶体管的集电极。5.根据权利要求2所述的电路，其中，所述放大器包括第一放大级，所述第一放大级包含共发射极晶体管，所述共发射极晶体管包括：耦接至所述变化供给电压的集电极；耦接至所述参考地的发射极，以及基极，所述基极耦接至所述射极跟随器晶体管的发射极以用于接收所述偏置信号，以及其中，对于比所述预设供给电压限制大的所述变化供给电压的值，a)在所述晶体管的集电极与发射极之间传导的最大电流与b)所述变化供给电压的电压的乘积具有近似恒定的值。6.根据权利要求5所述的电路，其中，所述恒定的值表示通过所述第一放大级的最大功率耗散，并且被配置为低于所述第一放大级的热击穿限制。7.根据权利要求2所述的电路，其中，所述控制电流基于以下各项的组合：参考电流，所述参考电流由独立于所述变化供给电压的参考电流源生成，所述参考电流具有恒定的参考电流上限，以及吸收电流，其中，对于i)低于所述预设供给电压限制的所述变化供给电压的检测电压，所述吸收电流为零，以及对于ii)高于所述预设供给电压限制的所述变化供给电压的检测电压，所述吸收电流是所述检测电压的线性函数，该线性函数关于增加的检测电压的值具有正斜率，所述正斜率具有与所述控制电流的负斜率相同的大小。
8.根据权利要求7所述的电路，其中，所述控制电流基于从所述参考电流减去所述吸收电流的结果。9.根据权利要求7所述的电路，其中，所述保护电路包括：电压水平检测器电路，所述电压水平检测器电路被配置成检测所述变化供给电压的水平；第一电流源，所述第一电流源被配置成生成与所述变化供给电压的检测水平成比例的电流；第二电流源，所述第二电流源与所述第一电流源串联连接；以及第一电流镜，所述第一电流镜包括参考电流支路和目标电流支路，所述参考电流支路与所述第一电流源串联连接，其中，当由所述第一电流源生成的电流大于由所述第二电流源生成的电流时，电流流过所述第一电流镜的参考电流支路，否则没有电流流过所述参考电流支路，以及其中，所述吸收电流流过所述第一电流镜的目标电流支路。10.根据权利要求9所述的电路，其中，由所述第二电流源生成的电流是能够编程的，并且基于所述预设供给电压限制的值。11.根据权利要求9所述的电路，其中，通过所述目标电流支路的电流相对于通过所述第一电流镜的参考电流支路的电流的比率提供所述正斜率。12.根据权利要求11所述的电路，其中，所述比率是能够编程的。13.根据权利要求9所述的电路，其中，所述电压水平检测器电路包括：耦接在所述变化供给电压与所述参考地之间的串联连接的电阻器，所述串联连接的电阻器的公共节点提供所述检测电压；以及运算放大器，包括：耦接至所述公共节点的非反相输入；以及耦接至分流电阻器的反相输入，其中，通过所述分流电阻器的电流与所述检测电压成比例。14.根据权利要求13所述的电路，其中：所述第一电流源是第二电流镜的目标电流支路，以及所述第二电流镜的参考电流支路与所述分流电阻器串联连接。15.根据权利要求14所述的电路，其中：所述第二电流镜的参考电流支路包括参考晶体管，所述参考晶体管的栅极被耦接至所述运算放大器的输出，以及所述参考晶体管的漏极被耦接至所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：石原翔太，
申请(专利权)人：派赛公司，
类型：发明
国别省市：