CN101027836B - 改进的线性功率放大器 - Google Patents

Abstract

一种用于射频线性功率放大器的偏置电路，具有：一个输入，用于选择多种工作模式之一，这些工作模式在双极型晶体管的静态电流方面有变化；一个用于检测温度的热敏感元件；一个用于偏置输出双极型晶体管的电路，接收所述选择输入并采用所述热敏感元件，用以在一个温度范围内在每种所述模式中保持线性性能；和用于衰减在线性功率放大器内产生的噪声的滤波器6，41，42，43。在功率射频晶体管的集电极上使用一种槽路，具有能够处理集电极电流的电感，在设计频率上与电容器谐振，这样就能够减少所需的电感并因此达到较高的集成水平。包含电容器自感的槽路最好被设计成也在设计频率的二次谐波上谐振，以提供改进的线性度。此偏置电路可以是带宽受限的，以降低噪声和改进相位裕量。相对温度Hfe和电压的改变，改进的偏置电路增加了使射频功率放大器运行在线性工作范围内的效率，同时保持低的静态电流。此偏置电路也保持低的噪声电平。

Description

改进的线性功率放大器

背景技术

典型地，线性功率放大器(LPA)是用关于工作点的偏置电路进行偏置的，这样能使输入信号和被放大的输出信号之间有线性关系。在“A”类或“AB”类线性工作方式中，这种偏置通常建立通过功率晶体管的静态电流(quiescent current)。虽然其他的放大器模式理论上是可能的，但它们产生信号的各种畸变(distortion)。因此，典型情况下无论成本还是复杂性考虑都指向“A”类或“AB”放大器的拓扑结构。参看特地引入在此以供参考的US 6333677和US 6043714。

E.Jarvinen、S.Kalajo、M.Matilainew的“用于GaAs HBT功率放大器的偏置电路(Bias Circuits for GaAs HBT PowerAmplifiers)”，2001I EEE MTT-S描述了一种典型的公知功率放大器设计。

按照已知的“A”类或“AB”类射频功率放大器设计，在功率输出晶体管的集电极上的信号必须与电源(Vcc)隔离，并因此选用足够大的电感器，以便在对输出提供功率时在工作频带中表现出高阻抗。典型情况下，由于对于增加导体长度的要求，大电感需要在物理上大的设备。而且，这种电感器必须能够应付通过晶体管的全部电流，这需要非常大体积的导体。因此，已知的系统需要大的电感器，这本身又难以集成到功率放大器模块和最后集成到集成电路中。因而，现有技术讲授的一个不足是有效地使所需的电感最小化，并从而使电感器尺寸为最小，同时又保持高隔离。参见均被特地引入在此以供参考的US6333677和US 6313705。另外，在AB类工作方式中，因为设备越有效则线性越差，所以RF放大设备为了改进线性度而要求在二次谐波频率上出现短路或准-短路，这通过在集电极上使用电感(扼流圈)是不可能提供的。并且，典型情况下这种短路是需要利用额外的部件和/或较复杂的匹配网络来提供的。

一种替代的技术采用传输线来隔离集电极。虽然这种技术避免了大体积的电感器，然而传输线本身具有很大的物理尺寸，并造成类似的进退两难的问题。

在许多高频操作LPA中，典型情况下硅半导体技术没有足够的增益、效率、线性度和高噪声来满足竞争性要求。因此，诸如GaAs(AlGaAs或InGaP)、InP、SiGe等的其他的半导体技术已被提出并逐渐被采用。典型情况下，这些是异质结双极型晶体管(hetero-junction bipolartransistor)(HBT)，但也可以是金属硅场效应晶体管(MESFET)或高电子迁移率晶体管(HEMT)。

发明内容

本发明的一个目的是通过构造一起在包括工作频带、基带和二次谐波的宽频率范围上提供所希望的阻抗的元件网络来提供具有被降低的集电极隔离电感器最大尺寸和/或电感的LPA(线性功率放大器)。

最好，通过提供一种主要的扼流圈电路在集电极上实现这个目的，该电路具有与工作频带对应的谐振频率、以及与工作频带的二阶谐波对应的第二谐振频率，二阶谐波最好取决于在其他情况下被认为是寄生的电路电感，例如，槽路(tank circuit)电容器的电感，从而降低了元件计数和复杂性。这就允许减小主要电感器的尺寸，从而能够在LPA模块中允许较高水平的集成。这也允许通过提供适当的二次谐波负载来确切增加效率和线性度性能。

本发明的一个进一步的目的是在工作设备的基极上提供一种用于具有多个工作模式的LPA的偏置电路，每种相应的模式一般由在不同静态电流上的操作来确定，其中较高的电流模式对于较高的工作功率电平的增益将提供较高的线性度和增益，而较低的电流模式通过降低从电池引入消耗(draw from)的电流来提供增加的效率。偏置电路被补偿掉由于温度引起的变化(理想情况下是恒定的设备电流)，同时保持低的噪声性能和提供良好的功率放大器线性度。

典型的偏置电路平衡了线性度性能、温度补偿和噪声之间的利弊。而且，在多模式通信设备中，偏置电路也需要适应几种工作模式，如功率电平和突发性。例如，在典型的CDMA系统中，动态范围是在60dB的量级上。

LPA的主功率晶体管经受着Vbe和Hfe随温度的变化。为了补偿Vbe的变化，偏置电路可以包含一堆栈半导体结(junction)；然而，在3.2V最小电池电源(Vcc)上工作的GaAs设备的情况下，此栈堆被限制为2*Vbe，因此，偏置电路需要保持为相当简单。为了补偿Hfe的变化(电流增益)，必须控制流入HBT基极中的电流。依据本发明，已经发现对于在整个温度范围上的平衡性能来说，在发射极跟随器电路和偏置二极管之间的阻抗(一般是电阻器的形式)是必不可少的，它的值也直接与PA输出上的噪声层面相关。

最好，提供电流镜像，以便将电流反馈到发射极跟随器电路的基极，得到改进的温度响应性能。典型情况下，这使所有必要的要求(例如，噪声、线性度和温度补偿)同时得到满足。

因为PA将需要工作在非常宽的动态范围上，所以明白，通过选择工作模式，从而调节LPA的静态电流，性能能够容易地得到控制。通过根据温度变化自动地调节工作点，在所选模式下的增益可以得到维持。

按照IS 95技术规范，ACPR必须被限制为小于或等于大约-45dBc/30kHz稳定值(firm)。依据本发明，通过将各级适当的去耦和实施在此所描述的偏置电路达到适当的线性性能。

特别是相对于接收机灵敏度，在接收频带中的输出噪声层面应小于或等于大约-136dBm/Hz。偏置电路被最佳化，以便实现这个设计参数，特别是噪声衰减电阻器的选择。

当电阻器选择不够时，即，对于闭环偏置电路来说，或者作为一种替代的噪声降低方法，偏置电路的带宽需要被进一步限制到低于与发送频带隔开的接收频带的频率，但高于基带频率。高带宽偏置电路在以后被混合在接收频带中的频率上产生过多的噪声，这样做限制了在LPA输出上产生的噪声。然而，带宽不应该被降低到基带频率以下，这样就使LPA的线性度保持仍然不受影响。带宽限制设备(典型地，电容器)的位置应该为了限制噪声而专门进行选择，并且这对于成功的噪声降低是关键性的。使用任何一种或两种方法，由偏置电路产生的噪声可被消除到低于由放大元件产生的噪声，并且例如，2级30dBLPA的噪声被改进10dB以上和低于-140dBm/Hz。

限制偏置电路带宽的另一个优点是改进总的设计稳定性。通过增加受控环路中的相位裕量(margin)，将保证在中频上没有振荡。

最好，用于补偿输出晶体管偏置随温度变化的电路增益是随基带信号带宽以上的截止频率和发送频率与接收频率之间的差值以下的单位增益频率而衰减的。

对于供手持蜂窝无线电设备使用的典型放大器来说，此电路应该在装配底板上在-30℃到+110℃的温度范围内保持性能。依据本发明，偏置电路相对于温度调节Icq，以便在整个温度范围内将足够的工作状态保持在所要求的容限内。应该指出，如果要求扩展的温度范围的工作方式，有可能利用通常在正常温度范围上不需要的较复杂的方案来使Icq在较大范围内得到补偿。

本发明的另一方面最好是提供高效率的性能，即，在所谓的“CDG”(CDMA Development Group)曲线上的低电流消耗，例如，Nc＞33％+@28dBm，Icq＜50mA。依据本发明，已经发现，多个工作模式对于Icq降低可以提供相当多的机会。因此，依据本发明的这个方面，功率放大器偏置电路提供有两种可利用输入信号控制的工作模式。当然，也可以提供其他的工作模式。

由于PA和天线之间没有隔离器，所以也可在较高VSWR下使用功率放大器。通过允许设备工作在BvceR或BvceS模式而不是BvceO，偏置电路提供更高的可靠性。

在先进的移动电话系统(AMPS)模式中，必须控制谐波。例如，二次和三次谐波H₂，H₃应该保持在低于-35dBc。依据本发明，提供谐波负载和陷波器(trap)，以改进线性度和降低谐波发射。

通过参考以下要描述的实施方案和阐述，将明白本发明的这些和其他方面。

附图说明

在这些附图中：

图1示出对于依据本发明的一种示范设备的增益、PAE、归一化I_总值对Pout和温度的曲线；

图2示出对于依据本发明的一种示范设备的ACPR(相邻信道功率比)和ALT对温度的曲线；

图3A、3B和3C示出依据本发明的一种双模式偏置电路的实施方案，提供随偏置晶体管的温度相对稳定的静态电流；

图4示出依据本发明的集电极隔离电路的第一实施方案；

图5示出噪声层面对发射极跟随器镇流电阻器值的图形；

图6示出所用的功率对所发送功率的图形；

图7示出CDMA 2000对IS 95 ACPR和ALT对Pout和信号发生器类型的图形；

图8示出CDMA 2000对IS 95增益、PAE、归一化I_总值对Pout和信号发生器类型的图形；

图9示出对于AlGaAs和InGaP的Rcesat对温度的图形；

图10示出对于AlGaAs和InGaP的P1dB对温度的图形；

图11示出对于AlGaAs和InGaP的所估算的IS 95 ACPR对温度的图形；

图12示出依据本发明的多模式偏置电路的第二实施方案；

图13示出对图12中所示电路的改进，具有滤波电容器，用以改进噪声性能和稳定性；和

图14示出测得的图12和13电路的噪声性能的图形。

具体实施方式

在依据本发明的一种典型设计中，一个晶体管的发射极跟随器配置建立对于RF功率晶体管的偏置，如图3A中所示，在该电路中，噪声成为一个重要的因素。然而，通过正确地调节发射极跟随器和二极管之间缓冲电阻器的值，有可能降低噪声的贡献量(contribution)，如图5中所示。当这个电阻器的值增加时，线性度性能降低，并且对于偏置电路的温度性能特性也有不利的影响。因而，根据所希望的噪声、线性度和温度性能选择最佳的电阻器的值。

表1示出已经制成并且也利用在28dBm、836MHz上的计算机模拟作比较的两个设备。测得的噪声层面非常接近所模拟的值。

表1

R值(第一级)	5ohm	60ohm
			测得的噪声功率	-132.3dBm/Hz	-136.1dBm/Hz
模拟的噪声功率	-132.4dBm/Hz	-135.1dBm/Hz
			最高贡献者	Q-发射极跟随器偏置Q1-高模式～25nV对于Q1的镇流电阻～10Nv(每个)偏置roes，偏置Q1-高模式～9nVQ-发射极跟随器偏置Q1-低模式～9nVRFQ1-第一级～7nV(每个)	不大相同不大不大相同

依据本发明的一个实施方案，对于蜂窝和PCS IS95的应用利用AlGaAs技术提供一种线性功率放大器，提供带有28dB增益(蜂窝)和25dB增益(PCS)的线性功率28dBm，电源电压3.2V以上(通常为3.2-4.2V，例如，在锂离子电池放电寿命范围内所提供的)。这种线性功率放大器被提供为，例如，一种具有带LGA(Land GridAriay)连接的混合型50ohm终端设备的模块，模壳系数为6×6×1.7mm³。LTCC(低温共烧陶瓷)或层压材料被用于0402SMD(表面安装设备)。GaAs压模尺寸为1.25×1.25mm²。图1和2示出在这样一种设备上测得的射频性能。

图4示出一种依据本发明的功率放大器，具有两个相继的有源级，采用在模块和压模上匹配的设备。功率放大器的这种实施方案并入一个二次谐波陷波器，已经发现它能提供有利的相邻信道功率比(ACPR)性能。依据本发明的一个方面，这种二次谐波陷波器采用电容器的寄生电感，以便规定电路运行的基本参数。这种方案提供两个优点，第一，它降低主要电感器所需的电感量，从而能够减小尺寸，有利于将陷波器并入功率放大器模块，并且也有可能将功率放大器集成到集成电路内。第二，二次谐波陷波器改进系统的ACPR。对偏置电路最佳化的关注也保证获得可接受的线性度。

图3A，3B和3C示出依据本发明的典型偏置电路。它们在线性度性能，温度补偿和噪声之间提供最佳的折衷。这些偏置电路也适合用于高、低功率工作的几种工作模式。为了在宽的功率电平范围内有效地运行最好有多种性能模式。典型情况下，对于CDMA系统，动态范围在60dB的量级上。因此，通过区分开低功率和高功率模式，每种模式可以分开最佳化，与在单一模式设计中相比只有比较少的损害。

在功率放大器电路设计中，几个关键因素支配着设计参数。例如，Vbe和hfe都随温度改变，需要通过增益和工作点都随温度变化的偏置电路作补偿。另外，由于GaAs半导体的带隙的缘故，只可能被两个使用3.2V电源的前置偏置晶体管(Vbe)堆放起来。因此，偏置电路的复杂性通常受这种体系结构约束的限制，这样一来，设计必须利用相对简单的电路拓扑结构来实现。

已经发现，依据本发明，在发射极跟随器和二极管之间的电阻器，如图3A中所示，对于在所有温度上达到平衡的性能是重要的。本发明的典型实施方案提供一种附加的电流镜像，使电流反馈到发射极跟随器电路的基极，以便在温度变化的范围上具有良好的性能；没有这个措施同时满足所有的要求将是困难的。

在图3A所示的偏置电路第一级中，正在驱动电流到RF晶体管的发射极跟随器晶体管产生噪声。通过正确地调节发射极跟随器和二极管之间的缓冲电阻值，降低噪声的贡献量是可能的，如图5中所示。然而，过多地增加这个电阻对于线性度性能是有害的，并且也对偏置电路的温度特性有影响。因此，最好使阻抗最佳化，以平衡噪声和线性度，同时满足在所需温度范围上的运行技术要求。

图3示出一种用于射频线性功率放大器的偏置电路，使输出双极型晶体管1偏置。此电路具有输入2，用于选择一对独立的工作模式中的一种，这些工作模式在双极型晶体管1的静态电流方面是不同的。在图3A中，晶体管36和37起着热传感器的作用。因为通过36和37的电流与通过晶体管1的电流成比例。所以通过修改驱动发射极跟随器18的基极的电流随温度调节偏置电流。在图3B和3C中，来提供电流镜像，电阻器45，46，47，48的值导致晶体管58，59，60，61的基极和发射极电阻器51，52，53，54一道建立温度补偿和静态电流值。晶体管38提供用于输出双极型晶体管1的击穿电压保护，以及保证由偏置电路4呈现的阻抗在基带频率上仍然是低的(因而保证了线性度)。在温度范围内每种可用的工作模式中偏置电路4保持线性性能。

图4示出一种用于线性功率放大器的输出双极型晶体管的集电极偏置电路。在这种情况下，此放大器是一种两级的设计，每个输出晶体管有一个相应的基极偏置电路。对于第二级输出晶体管1提供一个二次谐波陷波器6，用于衰减输入信号的二次谐波。电容器7和电感器12起着工作在基频的陷波电路的作用，而电容器7，和它的内容电感和其他的电路电感，例如旁路电容器13的电感，以及起连接线作用的电感14，起着二次谐波陷波器6的作用。为采用晶体管1的放大器的第一级提供二次谐波陷波器不是很必要，不过这也可以提供。电感器11和电容器15起着两级之间级间匹配电路的作用。所有示出的其他元件是基频上的匹配电路部件，电容器16和电感器17是例外，它们组成可选的另一种二次或更高次谐波的陷波器电路。

晶体管36，37组成一种电流镜像，它提供一种随温度变化的至集电极或输出双极型晶体管1的稳定电流。

晶体管18，19每个被配置成高增益发射极跟随器，它们放大电流并提供通过基极偏置电阻器10，由偏置电路对输出晶体管1所呈现的低阻抗。

正如图6的直方图中所示，在CDMA系统中，采用以大约0～5dBm为中心的功率电平模式，在大多数时间内由功率放大器所产生的功率是低的。因此，为了始终达到高的平均效率，对于正常工作的Icq必须保持低。依据本发明，提供功率放大器偏置电路几种工作模式，使得低的平均Icq能够保持在较低功率电平上，同时还满足ACPR。

可用于降低在较低功率电平的耗散的另一种方法是使用一种DC/DC下变换器，作为功率电平的一个函数调节Vcc。在图6中可见，当使用DC/DC变换器时，在较低功率电平上的耗散与在恒定电池电压下工作(在所提供的测量中是3.2V)相比是大大地降低了。所得到的耗散的平均功率的降低可大大地改善手机通话时间，如表2中所示。在表2中，采用被最佳化并对较高的30dBm功率电平测试的功率放大器。假定电池寿命增加，并对功耗1W不带功率放大器的手机进行计算。

表2

P是被PA使用的平均功率	郊外工作	市内工作
			单独运行，Vcc＝3.2V Vref＝2.8V恒定	P＝1.21W	P＝1.13W
改变利用TEA 1210TS DCDC变换器最佳化的Vcc的运行	P＝0.31W电池寿命增加69％	P＝0.16W电池寿命增加84％
			单独运行，Vcc＝3.2V，改变Vref以最佳化Icq	P＝0.48W	P＝0.33W

应该指出，当前蜂窝通信网正在过渡为较高的带宽容量。例如，1XRTT是CDMA 2000(在美国是2.5G)的第一阶段。这是一种利用与IS 95相同的扩谱率的CDMA系统，因此提供与现有系统的兼容性，同时提供某些较新标准的优点。依据本发明的功率放大器同样适用于这些较新的系统和标准，因为线性度和功率效率在这些系统中也受到关注。

1XRTT的结果之一是功率放大器将不如IS 95中那样被紧缩，以便允许数据传输以及话音传输。因此，减小Icq的重要性将被大大增加，以便获得良好的电池寿命。另一个结果是来自使用混合的相移键控(HPSK)，在某些条件下它具有较高的峰值对平均之比。对于一种只做专用的信道，峰值对平均之比是5.4dB(@99％)，而对于IS 95是3.8dB。较高的峰值对平均之比使同时满足较高的效率和所需的ACPR比较困难，因此突出了本设计的另一个优点。这两种结果将要求功率放大器使用更先进的技术手段，用以改进ACPR，和效率，如象本设计中所提供的那样，也改进对Icq的控制。

图7和8示出在IS 95和1XRTT(仅专用)信号下依据本发明的功率放大器的各自的性能。正如所预料的那样，1XRTT ACPR性能满足低于IS 95功率额定值2dB，反映出较高的峰值对平均之比。

大多数GaAs制造商正在或已经从制造AlGaAs设备转移到InGap设备。期望的除InGaP外的下一步就是InP，当成本有效率时，它将提供较高的热性能，允许较高的可靠性，电流密度，和较小的压模尺寸，同时也提供较低的Vbe。从AlGaAs转移到InGaP的主要理由是增加增益，增加可靠性，并保持hfe不随温度变化。由于明显的理由保持hfe不随温度变化是有益的：它允许良好的Icq偏置控制。然而它具有更重要的所希望的效果：AlGaAs的Rcesat高度依赖于温度。这是由于Rcesat对hfe的依赖性，因为，在给定的Vbe上，当hfe减小时，Vcesat和Icesat这二者都将增加。如果hfe随温度下降，或者本来就是低的，放大器的饱和更快发生，降低P1 dB。利用在高温下的典型AlGaAs电路看到这一点；保持Icq为恒定电平，由于降低P1 dB导致ACPR和效率的下降。图9示出在AlGaAs和InGaP中实际上Vcesat性能随温度是如何不同的。这些曲线是从GaAs设备的两个制造商的模型得到的。

参见图10和11，在P1dB上使用AlGaAs的结果和ACPR是明显的，消耗性能所需的最小Icq。典型是从一个28dBm IS 95功率放大器的模拟得到的，使用总的输出发射极面积为5,800μm²。输出级Icq被保持在接近75mA。对于相同的负载线，InGaP中较低的总的Vcesat允许较高的功率容量。因此，在较高温度下，InGap允许降低Icq，同时仍然满足所求的技术要求，因而在满足不断增长的设备通话时间要求方面将是有帮助的。

一般用于线性工作的偏置晶体管的电路，见图3，全都有这样的不足，它们对于不同晶片的hfe和Vref(Vbb)以及在设备内不同位置上Vbe和hfe的温度变化敏感。GaAs与硅一样都不是良好的热导体，适合于硅的偏置电路一样并不容易成功地在GaAs中实现。

既用AlGaAs又用InGaP的电路，仍然不可能堆放高过两个Vbe，因为特征电压降是～1.3V。在这方面InP技术是有利的，因为特征Vbe电压降较低。依据本发明的一个方面，偏置电路被提供有利用电流镜像读出的电流，使用在与运算放大器中见到的类似的反馈控制电路中。可以直接在GaAs电路中，或在模块化实施方案中，在混合的工艺设备中实现这些电路。在AlGaAs的情况下，因为hfe随温度变化，二极管和RF晶体管的相对温度不同，所以比利用InGaP相对而言更难实施这种电路。2.5G系统将增加性能的期望放在功率放大器对于噪声，Icq，ACPR和效率在整个功率电平和温度范围内的改进上。根据对Rcesat的分析，对于2.5G手机功率放大器来说，InGaP是一种优选的技术。被改进的偏置拓扑结构，如依据本发明所提供的那样，将有助于满足这些新的要求。

因此很明显，依据本发明的功率放大器可以方便地利用各种半导体技术来实现，基本上不限于GaAs。

除了III-V半导体组以外，可以采用应变的晶格(lattice)半导体，如锗化硅(SiGe)。使用SiGe是有利的，因为它具有较低的Vbe，并可用在较复杂的加工中，因而有助于较复杂的偏置电路。然而，SiGe也具有远比GaAs低的B Vceo，例如，使得二极管比较重要。而且，可以需要使用发射极镇流电阻器，代替或者添加到基极镇流电阻器中。

图12所示的电路展示出对以前设计(E.Jarvinen，S.Kalajo，M.Matilainen，“用于GaAs HBT功率放大器的偏置电路(BiasCincuits for GaAs HBT Power Amplifiers)”，2001 IEEE MTT-S)的改进，并提供偏置电流与hfe和Vbb无关。另外，它提供两种工作模式，用于高和低的功率电平，并仍是全温度补偿。它提供一个附加的二极管，通过降低由偏置电路呈现给RF设备的基带阻抗进一步改进在全部功率电平上的ACPR性能。通过降低环路增益，这个二极管也使偏置电路增加稳定性。通过增加工作BV(击穿电压)，在较高VSWR工作下，也将增加设备的可靠性和线性度。利用一个二极管，设备被允许工作在BvceR下，或者更好是仍然在BvceS条件下而不是BvceO条件下。这样就又减少高VSWR畸变和/或设备故障的可能性，这有时是由于已调制峰值电压进入击穿区域引起的。典型情况下，低于最大电池电源两倍的击穿电压(电池电压常常是4.2V，因而是大约8.4V)将由于在低于设备饱和的电平上切割信号而产生附加的非线性。这个条件通常在没有任何额外电路的GaAs中是满足的。为了防止在更高的VSWR之下，工作击穿电压还应该更高。对于InGaP-GaAs技术，BvceO＝12V和BvceS＝21V，保护可被延伸从大约3.5∶1直到大约16∶1VSWR。

对现有技术系统的另一种改进是本发明提供一种用于离散地改变多工作模式中静态电流的方法。这是通过添加一个或多个开关晶体管实现的，在饱和时，开关晶体管能够将一个电阻器连到差分对的检测一侧，因而按比例将通过检测晶体管的电流和RF工作设备的静态电流修改为适合于较少耗散的较低功率运行的较低稳定电平。这种方法最好通过一种已知的模拟调节技术进行；采用离散的(逻辑的)电流调节，与当前上市的大多数CDMA电话是兼容的。

如图12中所示，偏置电路5包括一个差动晶体管对8，具有负反馈控制环，其中包括增益元件20，21。在差动晶体管对8的正输入上，元件31读取流经晶体管1的电流，因为它是电流镜像。在晶体管31集电极上的电阻器将电流变换成电压读数。差动晶体管对8的输出驱动发射极跟随器20，供应电流给由晶体管31和晶体管1限定的镜像的基极。晶体管32为输出双极型晶体管1提供击穿电压保护，以及保证由偏置电路5呈现的阻抗在基带频率上仍然是低的(从而保证线性度)。由于与检测晶体管31组合的高增益负反馈控制的作用，偏置电路5保持对偏置电流随温度的精确控制，改进了由图3A的偏置电路4提供的近似值。切换相应的晶体管的模式控制信号2a，2b控制在设备1上的工作静态电流。为附加的电流模式可以提供更多模式的控制输入。在所示的配置中，由于有两种模式的输入2a，2b，该电路可以提供4种相独立的工作模式。

图13示出一种对依据图12的偏置电路的改进型，具有分别对于晶体管20，31和55添加的电容器41，42，43。如图14中所示，电容器降低噪声10dB。电容器的位置被选择在提供最大性能的地方，在该处噪声将被产生或者被放大。电容器41，42，43的定位也增加偏置电路的相位裕量，并大大地减少偏置电路的带宽，从而增加偏置电路的整体稳定性。在所提供的例子中，电容器将相位裕量从大约20度增加到60度，同时电路带宽被限制到80MHz(从没有电容器时的大约800MHz)。这种受限制的带宽对于宽带调制系统，如WCDMA，是完全足够的，并且对于限制接收频带中的噪声是足够的。

以上所讨论的偏置电路中的改进是有用的，但对于满足2.5G和3G通信标准的所有未来的要求可能还不够。例如，Icq和效率可能需要进一步改进以满足电话制造者的要求。可以采用来改进性能以满足这些需要的某些进一步的技术的例子包括：增益切换、功率放大器旁路(即，对于非常低的功率输出模式，完全避免使用功率放大器)、对于较低的Icq提供第二Vmode(即，提供两个以上的功率放大器模式)、自适应偏置(使放大器偏置电路能够确定输出要求并相应地提供功率放大器偏置，例如，对工作状态进行按比例控制)以及将功率放大器与DC/DC变换器耦合，以降低对功率放大器提供的Vcc电压。因此，这些改进中每一项单独采用、以各种分组合方式、或组合在一起对于改进功率放大器功能提供很大的机会。

在图3A、3B、3C、12和13中示出进一步的元件和端接点，即，电阻器10，端接点Vcc，Vref，Vmode，RFin，Vccbias，Vmode1，Vmode2，RFout，BiasQ1和BiasQ2，以及其他进一步的电路元件和端接点。

本发明明显适用于在图中所示的以外的其他网络系统，并不限于刚刚被描述和展示的实施方案。本发明的其他变型对于本领域的技术人员将是清楚的，更具体而言，通过替换等效的技术手段，这些变型并不超出本发明的范围。

Claims (16)

1.一种偏置电路，用于具有一个输出晶体管的工作在输出频带中的射频线性功率放大器，所述偏置电路包括：

(a)一个输入端，用于选择多种工作模式之一，所述工作模式至少在所述输出晶体管的静态电流方面是不同的；

(b)用于检测温度的热敏感元件；

(c)用于偏置所述输出晶体管的电路，接收所述选择输入和引入所述热敏感元件，用于在一个温度范围内在每种所述模式中保持线性性能；和

(d)一个滤波器，用于衰减在所述输出频带之外的频率，

其中将晶体管偏置阻抗优化为在保持线性度的同时降低噪声。

2.依据权利要求1的偏置电路，其中所述滤波器包括一个二次谐波陷波器，用于衰减被所述输出晶体管放大的信号的二次谐波。

3.依据权利要求1的偏置电路，其中所述滤波器包括一个二次谐波陷波器，所述二次谐波陷波器的频率特性取决于与主电感器谐振的电容器的自感。

4.依据权利要求1的偏置电路，其中所述热敏感元件包括一个或多个双极型半导体结。

5.依据权利要求1的偏置电路，其中用于偏置的所述电路包括一个电流镜电路。

6.依据权利要求1的偏置电路，其中用于偏置的所述电路包括一个通过电阻器连接到偏置二极管的发射极跟随器。

7.依据权利要求1的偏置电路，其中用于偏置的所述电路包括一个在反馈控制模式中使用的差动放大器。

8.依据权利要求1的偏置电路，其中所述热敏感元件产生与选择的模式相对应的热补偿信号。

9.依据权利要求1的偏置电路，其中所述模式之中的第一种模式提供低崎变的高功率输出，并且所述模式之中的第二种模式提供低的静态功率耗散。

10.依据权利要求1的偏置电路，其中所述滤波器至少包括一个无源元件，用于限制所述偏置电路的带宽。

11.依据权利要求1的偏置电路，其中所述滤波器增加所述偏置电路的相位裕量。

12.依据权利要求1的偏置电路，其中所述热敏感元件包括一对晶体管，所述一对晶体管被配置成具有预定的电流比，所述电流的值取决于温度。

13.依据权利要求1的偏置电路，其中所述滤波器包括一个耦合在晶体管的基极和它的发射极或集电极之间的电容器，具有依据基极电流而变化的电压。

14.依据权利要求1的偏置电路，其中所述偏置电路包括一个应变的晶格半导体。

15.依据权利要求1的偏置电路，其中所述偏置电路包括一个锗化硅半导体。

16.一种用于偏置具有输出晶体管的具有输出频带的射频线性功率放大器的方法，包括以下步骤：

(a)选择多种工作模式之一，所述工作模式至少在所述输出晶体管的静态电流方面是不同的；

(b)检测温度；

(c)根据所选择的模式和检测到的温度来偏置所述输出晶体管，以便在一个温度范围内在每种所述模式中保持线性性能；

(d)将晶体管偏置阻抗优化为在保持线性度的同时降低噪声；和

(e)衰减在所述输出频带中的频率分量。

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