CN120185564A - 射频功率放大器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无线通讯技术领域，提供了一种射频功率放大器，射频功率放大器包括功率放大电路、第一偏置电路、第二偏置电路以及反馈电路；第一偏置电路包括第一电阻、第一分压电路以及第一三极管，第一电阻的第一端用于连接至外部的第一电源，第一电阻的第二端分别连接第一分压电路的第一端和第一三极管的基极；第二偏置电路包括第二电阻、第二分压电路以及第二三极管；第二电阻的第一端连接第一电阻的第二端，第二电阻的第二端分别连接第二分压电路和第二三极管，第二三极管分别连接反馈电路和功率放大电路。本发明的射频功率放大器能减小由于温度变化导致的功率放大器增益与线性性能波动，并能实现简化的电路版图布局以及更小的芯片面积占用。

Description

射频功率放大器

技术领域

本发明涉及无线通讯技术领域，尤其涉及一种射频功率放大器。

背景技术

射频功率放大器（Power Amplifier, 简称PA）是通信系统的重要组成部分，作为发射通道最后的放大单元，其作用是将小功率的射频信号进行放大后送往天线发射。随着无线通信的快速发展（如5G、wifi7等通信协议），对射频功率放大器的线性性能提出了更高要求。然而射频功率放大器的幅度调制-幅度调制曲线（AM-AM）在接近输出P-1dB功率时，通常会出现较大的垮塌，导致出现幅度失真与线性性能的极大恶化。

现有技术中功率放大器包括依次连接的信号输入端、放大器电路和信号输出端，以及用于为放大器电路提供偏置电流的power boost（功率增益抬升技术）偏置电路。powerboost偏置电路可以在功放输出功率接近饱和功率时，将垮塌的AM-AM曲线变得更平。

然而，由于power boost电路的引入，使PA性能对温度更敏感，即增大了功率放大器在高低温等环境温度变化下的增益变化与线性性能变化。该种温度敏感性会导致在高温或者低温下，PA恶化的线性性能与增益无法满足通信要求。

发明内容

针对以上现有技术的不足，本发明提出一种射频功率放大器，以解决现有射频功率放大器的温度敏感性的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明实施例提供一种射频功率放大器，所述射频功率放大器包括功率放大电路、第一偏置电路、第二偏置电路以及反馈电路；所述功率放大电路的输入单元用于接入射频信号，所述功率放大电路的输出端用于将所述射频信号放大后输出；所述第一偏置电路和所述第二偏置电路分别用于为所述功率放大电路提供偏置电流；所述反馈电路的第一端连接所述第二偏置电路的输出端，所述反馈电路的第二端连接所述功率放大电路的输出端，所述反馈电路用于接收所述功率放大电路输出的信号并反馈至所述第二偏置电路；

所述第一偏置电路包括第一电阻、第一分压电路以及第一三极管；所述第一电阻的第一端用于连接至外部的第一电源，所述第一电阻的第二端分别连接所述第一分压电路的第一端和所述第一三极管的基极，所述第一分压电路的第二端接地，所述第一三极管的发射极连接所述功率放大电路的输入端，所述第一三极管的集电极用于连接至外部的第二电源；

所述第二偏置电路包括第二电阻、第二分压电路以及第二三极管；所述第二电阻的第一端连接所述第一电阻的第二端，所述第二电阻的第二端分别连接所述第二分压电路的第一端和所述第二三极管的基极，所述第二三极管的集电极用于连接至所述第二电源，所述第二分压电路的第二端接地，所述第二三极管的发射极分别连接所述反馈电路的第一端和所述功率放大电路的输入端。

优选的，所述第一分压电路包括第一二极管和第二二极管，所述第一二极管的正极作为所述第一分压电路的第一端，所述第一二极管的负极连接所述第二二极管的正极，所述第二二极管的负极作为所述第一分压电路的第二端；

所述第二分压电路包括第三二极管和第四二极管，所述第三二极管的正极作为所述第二分压电路的第一端，所述第三二极管的负极连接所述第四二极管的正极，所述第四二极管的负极作为所述第二分压电路的第二端。

优选的，所述射频功率放大器还包括第一电容，所述第一电容的第一端连接所述第一三极管的基极，所述第一电容的第二端接地。

优选的，所述射频功率放大器还包括第二电容，所述第二电容的第一端连接所述第二三极管的基极，所述第二电容的第二端接地。

优选的，所述射频功率放大器还包括第三电阻，所述第三电阻的第一端连接所述第一三极管的发射极，所述第三电阻的第二端连接至所述功率放大电路的输入端。

优选的，所述射频功率放大器还包括第四电阻，所述第四电阻的第一端分别连接所述第二三极管的发射极和所述反馈电路的第一端，所述第四电阻的第二端连接至所述功率放大电路的输入端。

优选的，所述反馈电路包括第三电容和第五电阻；所述第五电阻的第一端作为所述反馈电路的第一端，所述第五电阻的第二端连接所述第三电容的第一端，所述第三电容的第二端作为所述反馈电路的第二端。

优选的，所述射频功率放大器还包括第四电容，所述第四电容的第一端用于接入所述射频信号，所述第四电容的第二端连接所述功率放大电路的输入端。

优选的，所述射频功率放大器还包括第一电感；所述第一电感的第一端用于连接至外部的第三电源，所述第一电感的第二端分别连接所述反馈电路的第二端和所述功率放大电路的输出端。

优选的，所述功率放大电路包括第三三极管，所述第三三极管的基极作为所述功率放大电路的输入端，所述第三三极管的集电极作为功率放大电路的输出端，所述第三三极管的发射极接地。

与相关技术相比，本发明的实施例中，通过将第一偏置电路和第二偏置电路用于分别为功率放大电路提供偏置电流，实现PA在高低温下的增益和线性性能稳定；利用第一偏置电路的第一电阻的第二端分别连接第一分压电路的第一端和第一三极管的基极，第一分压电路的第二端接地，第一三极管的发射极连接功率放大电路的输入端；第二偏置电路的第二电阻的第二端分别连接第二分压电路的第一端和第二三极管的基极，第一三极管的集电极与第二三极管的集电极连接并共同连接至第二电源，第二分压电路的第二端接地，第二三极管的发射极分别连接反馈电路的第一端和功率放大电路的输入端；通过第一分压电路和第二分压电路的温度变化特性，使得第一分压电路的第一端的节点电压也随温度上升而降低，同时第二分压电路的第一端的节点电压也随温度上升而降低，使得两个节点电压能随温度变化的电压变化相互补偿，从而使得第二电阻上的压降保持不变，进一步偏置电流保持不变，减小了功放线性性能与增益随温度上升所产生的变化；在低温下，同理，也能减小功放线性性能与增益随温度降低所产生的变化。另外，还能实现简化的电路版图布局以及更小的芯片面积占用。

附图说明

下面结合附图详细说明本发明。通过结合以下附图所作的详细描述，本发明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为本发明实施例提供的射频功率放大器的电路图。

其中，100、射频功率放大器，1、功率放大电路，2、第一偏置电路，21、第一分压电路，3、第二偏置电路，31、第二分压电路，4、反馈电路。

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。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1所示，本发明实施例提供一种射频功率放大器100，所述射频功率放大器100包括功率放大电路1、第一偏置电路2、第二偏置电路3（power boost偏置电路）以及（power boost）反馈电路4。所述功率放大电路1的输入单元用于接入射频信号，射频信号通过信号输入端（Input）输出。所述功率放大电路1的输出端用于将所述射频信号放大后输出，射频信号通过信号输出端（Output）输出。所述第一偏置电路2和所述第二偏置电路3分别用于为所述功率放大电路1提供偏置电流。所述反馈电路4的第一端连接所述第二偏置电路3的输出端，所述反馈电路4的第二端连接所述功率放大电路1的输出端，所述反馈电路4用于接收所述功率放大电路1输出的信号并反馈至所述第二偏置电路3。通过输入射频信号至功率放大电路1进行信号放大，并通过功率放大电路1的输出端输出。通过第一偏置电路2和第二偏置电路3分别为功率放大电路1的输入端提供偏置电流，使得偏置电流保持不变，减小了功放线性性能与增益随温度变化所产生的变化，温度稳定性良好。

所述第一偏置电路2包括第一电阻R1、第一分压电路21以及第一三极管BJT1。所述第一电阻R1的第一端用于连接至外部的第一电源SRC1，所述第一电阻R1的第二端分别连接所述第一分压电路21的第一端和所述第一三极管BJT1的基极，所述第一分压电路21的第二端接地。所述第一三极管BJT1的发射极连接所述功率放大电路1的输入端，所述第一三极管的集电极用于连接至外部的第二电源SRC2。第一电源SRC1用于为第一电阻R1提供直流电源供电。

所述第二偏置电路3包括第二电阻R2、第二分压电路31以及第二三极管BJT2。所述第二电阻R2的第一端连接所述第一电阻R1的第二端，所述第二电阻R2的第二端分别连接所述第二分压电路31的第一端和所述第二三极管BJT2的基极，所述第二三极管BJT2的集电极连接至所述第二电源SRC2，所述第二分压电路31的第二端接地。所述第二三极管BJT2的发射极分别连接所述反馈电路4的第一端和所述功率放大电路1的输入端。第二电源SRC2用于为第一三极管BJT1的集电极和第二三极管BJT2的集电极提供直流电源供电。

具体的，第一电阻R1和第二电阻R2是电压-电流转换电阻。由于第一三极管BJT1和第二三极管BJT2是电流驱动器件，第一电阻R1和第二电阻R2用于分别为功率放大电路1的输入端提供偏置电流。通过第一电阻R1和第二电阻R2将第一电源SRC1提供的直流电源和节点P1的固定电压分别转换为第一三极管BJT1和第二三极管BJT2的基极电流，从而实现对功率放大电路1的电流偏置。第一偏置电路2的直流电源供电由节点P1提供，节点P1在常温下的电压固定，约2.5V，且不随第一电源SRC1的电压的变化而变化。所以第一偏置电路2的供电电压也十分稳定，通过第二电阻R2的电阻值大小，就可以方便调节电路的偏置电流强度。

根据第一分压电路21和第二分压电路31的二极管温度变化特性，第一分压电路21的第一端的节点P1的电压随温度上升而降低。同时第二分压电路31的第一端的节点P2的电压也随温度上升而降低，使得两个节点电压能随温度变化的电压变化相互补偿，从而使得第二电阻R2上的压降保持不变。进一步使第二偏置电路3的偏置电流保持不变，减小了功放线性性能与增益随温度上升所产生的变化。在低温下，同理，也能减小功放线性性能与增益随温度降低所产生的变化。另外，该方案减少了直流电源供电数量，从而简化了电路版图布局，减小占用的芯片面积。

本实施例中，所述第一分压电路21包括第一二极管D1和第二二极管D2。所述第一二极管D1的正极作为所述第一分压电路21的第一端，所述第一二极管D1的负极连接所述第二二极管D2的正极，所述第二二极管D2的负极作为所述第一分压电路21的第二端。通过第一二极管D1和第二二极管D2的温度变化特性，可以减小由于温度改变带来的PA增益变化与线性性能变化。第二二极管D2的负极与接地端相连，第一电源SRC1与第一二极管D1之间的连接节点P1与第一三极管BJT1的基极相连，将第一电源SRC1的输入电流经过第一二极管D1和第二二极管D2所形成的分压处理后输入到第一三极管BJT1的基极，以使第一三极管BJT1形成偏置电流并从其发射极输出。

所述第二分压电路31包括第三二极管D3和第四二极管D4。所述第三二极管D3的正极作为所述第二分压电路31的第一端，所述第三二极管D3的负极连接所述第四二极管D4的正极，所述第四二极管D4的负极作为所述第二分压电路31的第二端。通过第三二极管D3和第四二极管D4的温度变化特性，可以减小由于温度改变带来的PA增益变化与线性性能变化。第四二极管D4的负极与接地端相连，第一电源SRC1与第三二极管D3之间的连接节点P1与第二三极管BJT2的基极相连，将第一电源SRC1的输入电流经过第三二极管D3和第四二极管D4所形成的分压处理后输入到第二三极管BJT2的基极，以使第二三极管BJT2形成偏置电流并从其发射极输出。

本实施例中，所述射频功率放大器100还包括第一电容C1，所述第一电容C1的第一端连接所述第一三极管BJT1的基极，所述第一电容C1的第二端接地。第一电容C1为偏置增益扩张电容，将第一电容C1连接在第一三极管BJT1的基极上，从而在一定程度上起到对功率放大器的AM-AM的线性优化。

本实施例中，所述射频功率放大器100还包括第二电容C2，所述第二电容C2的第一端连接所述第二三极管BJT2的基极，所述第二电容C2的第二端接地。第二电容C2为偏置增益扩张电容，将第二电容C2连接在第二三极管BJT2的基极上，从而在一定程度上起到对功率放大器的AM-AM的线性优化。

本实施例中，所述射频功率放大器100还包括第三电阻R3，所述第三电阻R3的第一端连接所述第一三极管BJT1的发射极，所述第三电阻R3的第二端连接至所述功率放大电路1的输入端。通过第三电阻R3连接第一三极管BJT1的发射极，使得第一三极管BJT1输出的偏置电流稳定。

本实施例中，所述射频功率放大器100还包括第四电阻R4。所述第四电阻R4的第一端分别连接所述第二三极管BJT2的发射极和所述反馈电路4的第一端，所述第四电阻R4的第二端连接至所述功率放大电路1的输入端。通过第四电阻R4连接第二三极管BJT2的发射极，使得第二三极管BJT2输出的偏置电流稳定。

本实施例中，所述反馈电路4包括第三电容C3和第五电阻R5。所述第五电阻R5的第一端作为所述反馈电路4的第一端，所述第五电阻R5的第二端连接所述第三电容C3的第一端，所述第三电容C3的第二端作为所述反馈电路4的第二端。通过第三电容C3和第五电阻R5可以将功率放大电路1输出信号反馈到第二偏置电路3，从而实现在功率放大电路1在输出大信号时，功率放大器本身垮塌的AM-AM通过第一偏置电路2和第二偏置电路3进行线性化偏置之后变得更平。

本实施例中，所述射频功率放大器100还包括第四电容C4，所述第四电容C4的第一端用于接入所述射频信号，所述第四电容C4的第二端连接所述功率放大电路1的输入端。通过第四电容C4用于实现输入匹配功能。

本实施例中，所述射频功率放大器100还包括第一电感L1，所述第一电感L1的第一端用于连接至外部的第三电源SRC3，所述第一电感L1的第二端分别连接所述反馈电路4的第二端和所述功率放大电路1的输出端。通过第三电源SRC3为功率放大电路1的输出端提供供电电源，实现功率放大电路1的正常工作。

本实施例中，所述功率放大电路1包括第三三极管BJT3，所述第三三极管BJT3的基极作为所述功率放大电路1的输入端，所述第三三极管BJT3的集电极作为功率放大电路1的输出端，所述第三三极管BJT3的发射极接地。第三三极管BJT3用于对射频输入信号进行功率放大。

本实施例中，第一三极管BJT1、第二三极管BJT2及第三三极管BJT3还可以是异质结双极性晶体管（HBT）晶体管，金属氧化物半导体（MOS）管等，产生的原理及效果相同，不再描述。

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发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。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 (10)

1.一种射频功率放大器，其特征在于，所述射频功率放大器包括功率放大电路、第一偏置电路、第二偏置电路以及反馈电路；所述功率放大电路的输入单元用于接入射频信号，所述功率放大电路的输出端用于将所述射频信号放大后输出；所述第一偏置电路和所述第二偏置电路分别用于为所述功率放大电路提供偏置电流；所述反馈电路的第一端连接所述第二偏置电路的输出端，所述反馈电路的第二端连接所述功率放大电路的输出端，所述反馈电路用于接收所述功率放大电路输出的信号并反馈至所述第二偏置电路；

所述第一偏置电路包括第一电阻、第一分压电路以及第一三极管；所述第一电阻的第一端用于连接至外部的第一电源，所述第一电阻的第二端分别连接所述第一分压电路的第一端和所述第一三极管的基极，所述第一分压电路的第二端接地，所述第一三极管的发射极连接所述功率放大电路的输入端，所述第一三极管的集电极用于连接至外部的第二电源；

所述第二偏置电路包括第二电阻、第二分压电路以及第二三极管；所述第二电阻的第一端连接所述第一电阻的第二端，所述第二电阻的第二端分别连接所述第二分压电路的第一端和所述第二三极管的基极，所述第二三极管的集电极用于连接至所述第二电源，所述第二分压电路的第二端接地，所述第二三极管的发射极分别连接所述反馈电路的第一端和所述功率放大电路的输入端。

2.根据权利要求1所述的射频功率放大器，其特征在于，所述第一分压电路包括第一二极管和第二二极管，所述第一二极管的正极作为所述第一分压电路的第一端，所述第一二极管的负极连接所述第二二极管的正极，所述第二二极管的负极作为所述第一分压电路的第二端；

所述第二分压电路包括第三二极管和第四二极管，所述第三二极管的正极作为所述第二分压电路的第一端，所述第三二极管的负极连接所述第四二极管的正极，所述第四二极管的负极作为所述第二分压电路的第二端。

3.根据权利要求1所述的射频功率放大器，其特征在于，所述射频功率放大器还包括第一电容，所述第一电容的第一端连接所述第一三极管的基极，所述第一电容的第二端接地。

4.根据权利要求1所述的射频功率放大器，其特征在于，所述射频功率放大器还包括第二电容，所述第二电容的第一端连接所述第二三极管的基极，所述第二电容的第二端接地。

5.根据权利要求1所述的射频功率放大器，其特征在于，所述射频功率放大器还包括第三电阻，所述第三电阻的第一端连接所述第一三极管的发射极，所述第三电阻的第二端连接至所述功率放大电路的输入端。

6.根据权利要求1所述的射频功率放大器，其特征在于，所述射频功率放大器还包括第四电阻，所述第四电阻的第一端分别连接所述第二三极管的发射极和所述反馈电路的第一端，所述第四电阻的第二端连接至所述功率放大电路的输入端。

7.根据权利要求1所述的射频功率放大器，其特征在于，所述反馈电路包括第三电容和第五电阻；所述第五电阻的第一端作为所述反馈电路的第一端，所述第五电阻的第二端连接所述第三电容的第一端，所述第三电容的第二端作为所述反馈电路的第二端。

8.根据权利要求1所述的射频功率放大器，其特征在于，所述射频功率放大器还包括第四电容，所述第四电容的第一端用于接入所述射频信号，所述第四电容的第二端连接所述功率放大电路的输入端。

9.根据权利要求1所述的射频功率放大器，其特征在于，所述射频功率放大器还包括第一电感；所述第一电感的第一端用于连接至外部的第三电源，所述第一电感的第二端分别连接所述反馈电路的第二端和所述功率放大电路的输出端。

10.根据权利要求1所述的射频功率放大器，其特征在于，所述功率放大电路包括第三三极管，所述第三三极管的基极作为所述功率放大电路的输入端，所述第三三极管的集电极作为功率放大电路的输出端，所述第三三极管的发射极接地。