DE10393755T5

DE10393755T5 - Schaltung zur aktiven Self-Bias-Kompensation für einen Hochfrequenzleistungsverstärker

Info

Publication number: DE10393755T5
Application number: DE10393755T
Authority: DE
Inventors: Enver Lake Zurich Krvavac
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 2002-11-21
Filing date: 2003-11-10
Publication date: 2005-12-22
Also published as: WO2004049555A2; US20040100327A1; TW200412714A; WO2004049555B1; WO2004049555A3; AU2003290831A1; TWI266474B; MXPA05005418A; AU2003290831A8; US6774724B2

Abstract

Aktive Self-Bias-Kompensationsschaltung zur Verwendung in einem Hochfrequenz-Leistungsverstärker (HF-Leistungsverstärker), wobei der HF-Leistungsverstärker einen Eingang, einen Ausgang, einen ersten Transistor und eine Mehrzahl an Betriebsverhaltenscharakteristiken aufweist, die auf einen Ruhebetriebspunkt ansprechen, der durch einen Bias-Strom in dem HF-Leistungsverstärker festgelegt wird, wobei die aktive Bias-Kompensationsschaltung umfasst:
einen zweiten Transistor, der einen ersten, einen zweiten und einen dritten Anschluss aufweist und so konfiguriert ist, dass er im Wesentlichen die gleichen elektrischen und thermischen Charakteristiken wie der erste Transistor aufweist, wobei der zweite Anschluss des zweiten Transistors wirksam an den HF-Leistungsverstärker gekoppelt ist und der dritte Anschluss an eine erste feste Spannung gekoppelt ist; und
eine erste Schaltung, die zwischen den ersten und den zweiten Anschluss des zweiten Transistors gekoppelt ist, um zu bewirken, dass ein Referenzstrom in dem zweiten Transistor auf einen ersten vorgegebenen festen Wert eingestellt und auf diesem gehalten wird, und um zu bewirken, dass der Bias-Strom auf einen zweiten...

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Hochfrequenzleistungsverstärker (HF-Leistungsverstärker) und insbesondere eine Schaltung zum Bewirken, dass ein Bias-Strom in dem HF-Leistungsverstärker auf einen vorgegebenen festen Wert eingestellt und dort gehalten wird.
Hintergrund der Erfindung
Hochfrequenzleistungsverstärker (HF-Leistungsverstärker), gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Betriebsleistungscharakteristiken, die auf einen Ruhebe triebspunkt ansprechen, der durch einen Gleichstrom-Bias-Strom (DC-Bias-Strom) festgelegt wird, werden in einer breiten Palette von Kommunikations- und anderen elektronischen Anwendungen verwendet. Diese Verstärker sind aus einer oder mehreren kaskadierten Verstärkerstufen aufgebaut, wobei jede den Pegel des auf den Eingang der jeweiligen Stufe angewandten Signals um einen Betrag erhöht, der als Stufenverstärkung bekannt ist. Im Idealfall ist die Übertragung von dem Eingang zu dem Ausgang jeder Stufe linear, d. h., eine perfekte Nachbildung des Eingangssignals erscheint, hinsichtlich der Amplitude vergrößert, am Verstärkerausgang. In der Realität jedoch weisen alle Leistungsverstärker einen gewissen Grad an Nichtlinearität in ihrer Übertragungscharakteristik auf. Diese Nichtlinearität beeinflusst andererseits verschiedene Verstärkerbetriebscharakteristiken wie etwa das Verstärkungsverhalten, das Intermodulationsverhalten und die Effizienz.
Der optimale Ruhebetriebspunkt des HF-Leistungsverstärkers und dadurch auch der optimale DC-Bias-Strom stellt ein entscheidendes Designmerkmal für die optimale Linearität in dem HF-Leistungsverstärker dar. Wenn der optimale Bias-Strom in dem HF-Leistungsverstärker eingestellt ist, ist es wünschenswert, den optimalen Bias-Strom für den HF-Leistungsverstärker aufrecht zu erhalten. Üblicherweise jedoch driftet der Bias-Strom von seinem optimalen Punkt mit der Zeit als Funktion von Faktoren wie etwa der Temperaturveränderung, der Prozessveränderung und der Vorgeschichte des HF-Leistungsverstärkers.
Eine Technik zum Aufrechterhalten des optimalen DC-Biasing-Punktes wird als Self-Bias-Technik bezeichnet, bei der ein Teil des Ausgangssignals des HF-Leistungsverstär kers als Rückkopplung verwendet wird, um den Bias-Punkt des Verstärkers anzupassen. Diese Self-Bias-Technik beeinflusst wiederum das Leistungsverhalten des HF-Leistungsverstärkers und ist für Hochleistungs-HF-Leistungsverstärker nicht geeignet.
Eine weitere, weitverbreitet eingesetzte Technik, um den optimalen DC-Biasing-Punkt aufrecht zu erhalten, ist eine aktive Bias-Abstimmtechnik. Diese Technik kann DC-Biasing-Punkte gemäß Prozessveränderungen eines Bauteils anpassen, kann aber nicht die DC-Biasing-Punkte in Abhängigkeit von Temperaturveränderungen oder der Vorgeschichte des Bauteils anpassen. Zusätzlich ist ein derartiges Einstellen teuer und zeitintensiv.
Eine weitere Technik besteht in dem Neueinstellen der Biasing-Punkte nach dem Einbrennen des Bauteils. Diese Technik verringert oft das Problem des Driftens eines DC-Biasing-Punktes, wenn das Bauteil altert, aber eliminiert es nicht, außerdem ist der Einbrennvorgang zeit- und kostenintensiv.
Ein großer DC-Widerstand, seriell mit dem Emitter eines Bipolartransistors verbunden, stellt eine Technik dar, die verwendet werden kann, um die Temperaturempfindlichkeit des Transistors zu reduzieren. Der Spannungsabfall und der Leistungsverlust an dem großen Widerstand jedoch beeinflussen den HF-Leistungsverstärker nachteilig, der den Transistor enthält.
Eine ebenfalls weitere Technik verwendet eine Mikroprozessor gesteuerte aktive Bias-Steuerschaltung, um die DC-Bias-Punkte regelmäßig neu einzustellen. Diese Technik jedoch ist kompliziert und teuer.
Eine ebenfalls weitere Technik ist in dem US-Patent Nummer 6,046,642 mit dem Titel "AMPLIFIER WITH ACTIVE BIAS COMPENSATION AND METHOD FOR ADJUSTING QUIESCENT CURRENT" offenbart. Die offenbarte Technik und die offenbarte Schaltung für das Aufrechterhalten des optimalen Bias-Stroms in dem HF-Leistungsverstärker geht auf viele Nachteile des obengenannten Standes der Technik ein. Diese Technik jedoch bedingt, dass die aktive Bias-Kompensationsschaltung sich nicht auf dem Chip des HF-Leistungsverstärkers befindet ("off-chip") und wie im obigen Stand der Technik ermöglicht diese Technik keine Unterdrückung von HF- und Basisbandenergie, die sich auf einem Referenztransistor aufbauen kann. Zusätzlich ist die in dem US-Patent Nummer 6,046,642 offenbarte Schaltung weder so raum- oder kostensparend noch so effizient hinsichtlich des Leistungsverbrauchs, wie es man sich wünschen würde.
Es besteht demnach ein Bedarf an einem einfachen, platzsparenden, energiesparenden und kostensparenden Schaltung zum Anpassen eines Bias-Stroms derart, dass ein optimaler Ruhebetriebspunkt in einem HF-Leistungsverstärker hinsichtlich Faktoren wie etwa einer Temperaturveränderung, einer Prozessveränderung und der Vorgeschichte des HF-Leistungsverstärkers aufrechterhalten wird und die eine Temperaturverfolgung und eine Unterdrückung von HF- und Basisbandenergie, wie benötigt, durchführt und die keine Abstimmung in einer Herstellungsumgebung benötigt.
Kurze Beschreibung der Figuren
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird jetzt lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren beschrieben.
1 veranschaulicht eine Ausführungsform eines HF-Leistungsverstärkernetzwerkes gemäß der vorliegenden Erfindung; und
2 veranschaulicht eine bevorzugte Ausführungsform eines HF-Leistungsverstärkernetzwerks gemäß der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Es sollte klar sein, dass aus Gründen der Einfachheit und Klarheit der Darstellung in den Figuren gezeigte Elemente nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet sind. Beispielsweise sind die Abmessungen einiger der Elemente relativ zu den anderen übertrieben. Des Weiteren wurden, wo es für geeignet erachtet wurde, Bezugszeichen in den Figuren wiederholt, um einander entsprechende Elemente anzuzeigen.
Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Diagramm eines Hochfrequenz-Leistungsverstärkernetzwerkes 100 (HF-Leistungsverstärkernetzwerk) gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Üblicherweise, aber nicht notwendigerweise, ist das Netzwerk 100 eine einzelne Stufe in einem Leistungsverstärkersystem, das beispielsweise in einem Kommunikationssystem verwendet wird, wobei das Leistungsverstärkersystem eine Mehrzahl von kaskadierten Leistungsverstärkernetzwerken, wie das in 1 veranschaulichte, um fasst. Die Netzwerksignalgebung 100 erwartet vorzugsweise sowohl mit niedriger Bandbreite modulierte Signale als auch mit hoher Bandbreite modulierte Signale, wie etwa beispielsweise ein FDMA-Format ("FDMA = Frequency Division Multiple Access"/Frequenzvielfachzugriff) und/oder ein CDMA-Format ("CDMA = Code Division Multiple Access"/Codevielfachzugriff). Zusätzlich dazu, dass sie mehrere Modulationsformate umfasst, ist die erwartete Signalgebungsumgebung des HF-Leistungsverstärkernetzwerks 100 des Weiteren durch Eingangssignale gekennzeichnet, die einen großen und dynamischen Bereich von Eingangsleistungspegeln (oder Amplituden) aufweisen.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 umfasst das HF-Leistungsnetzwerk 100 einen HF-Leistungsverstärker mit einer Mehrzahl von Betriebsverhaltenscharakteristiken, die auf einen Ruhebetriebspunkt ansprechen. Der HF-Leistungsverstärker umfasst einen Transistor 110. Vorzugsweise ist der Transistor 110 ein lateral doppeldiffundierter Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor (LDMOS-FET), ("LDMOS = Lateral Double-Diffused Metal-Oxide Semiconductor"), dessen Source an eine feste Spannung gekoppelt ist, vorzugsweise ein Massepotential. Der HF-Leistungsverstärker umfasst des Weiteren einen Eingangsanschluss 112 zum Empfangen des Eingangssignals und vorzugsweise eine Eingangsanpassungsschaltung 114, die zwischen den Eingang 112 und das Gate des Transistors 110 gekoppelt ist, um tatsächlich die Eingangsleistung von der Source-Last (nicht abgebildet) an den Transistor 110 zu liefern. Der HF-Leistungsverstärker umfasst weiterhin einen Ausgangsanschluss 116 und vorzugsweise eine Ausgangsanpassungsschaltung 118, die zwischen den Ausgang 116 und dem Drain des Transistors 110 gekoppelt ist, um tatsächlich die Ausgangsleistung von dem Transistor 110 an eine Ausgangslast (nicht abgebildet) zu liefern. Vorzugsweise ist der Transistor 110 in einem IC-Chip ("IC = Integrated Circuit"/Integrierte Schaltung) untergebracht, aber die Anpassungsschaltungen 114 und 118 können sowohl auf dem Chip als auch außerhalb des Chips angeordnet sein.
Das HF-Leistungsverstärkernetzwerk 100 umfasst weiterhin eine adaptive Self-Bias-Kompensationsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Bias-Kompensationsschaltung umfasst einen Transistor 120, eine Schaltung 130 und vorzugsweise eine Schaltung 122 und eine Schaltung 150. Der Transistor 120 ist vorzugsweise auch ein LDMOS-FET mit den im Wesentlichen gleichen elektrischen und thermischen Charakteristiken wie der Transistor 110, was dadurch erreicht wird, dass der Transistor 120 auf dem gleichen IC-Chip wie der Transistor 110 untergebracht wird. Der Transistor 120 macht vorzugsweise einen Bruchteil der Größe des Transistors 110 aus, idealerweise 1/100 der Größe des Transistors 110, um hinsichtlich des Leistungsverbrauchs möglichst effizient zu sein. Die Source des Transistors 120 ist an eine feste Spannung, vorzugsweise an Massepotential, gekoppelt. Das Gate des Transistors 120 ist an die Schaltung 150 und an den HF-Leistungsverstärker gekoppelt, vorzugsweise über die Schaltung 122 und der Drain des Transistors 120 ist an die Schaltung 130 gekoppelt.
Es wird erneut auf die Schaltungen 122, 130 und 150 Bezug genommen. Die Schaltung 122 ist vorzugsweise ein Widerstand oder eine Induktivität. Der Durchschnittsfachmann wird jedoch erkennen, dass die Schaltung 122 auch eine andere, vorzugsweise passive, Schaltung sein kann, welche die gleiche Funktionalität erfüllt. Die Schaltung 130 ist eine Spannungsrückkopplungsschaltung, die vorzugsweise die Widerstände 132, 134 und 136 sowie eine DC-Spannungsquelle 138 umfasst. Der Widerstand 136 und die Spannungsquelle 138 sind seriell an den Drain des Transistors 120 gekoppelt. Der Widerstand 134 ist zwischen den Drain und das Gate des Transistors 120 gekoppelt und der Widerstand 132 ist zwischen ein Massepotential und der Verbindung ("junction") des Widerstandes 134 mit dem Gate des Transistors 120 gekoppelt. Der Durchschnittsfachmann wird erkennen, dass die Schaltung 130 aus verschiedenen Konfigurationen bestehen kann, um die gleiche Funktionalität durchzuführen. Schließlich umfasst die Schaltung 150 vorzugsweise die Kondensatoren 152 und 154, die parallel zu einem Massepotential gekoppelt sind, aber diese Schaltung kann auf andere Weisen konfiguriert werden, welche die benötigte Funktionalität zur Verfügung stellen.
Die aktive Self-Bias-Kompensationsschaltung, die in 1 veranschaulicht ist, funktioniert wie folgt. Vor dem Empfang eines Eingangssignals an dem HF-Leistungsverstärkereingang 112 wird die Schaltung 130 dazu verwendet, einen DC-Referenzstrom, I_REF in dem Drain des Transistors 120 einzustellen. I_REF wiederum bewirkt, dass eine DC-Bias-Spannung Vbias über die Schaltung 122 an das Gate des Transistors 110 gekoppelt wird, um den Ruhebetriebspunkt des HF-Leistungsverstärkers einzustellen, der in dem Fall eines LDMOS-FET mittels eines Bias-Stroms I_DQ in dem Drain des Transistors 110 aufgebaut wird. Die Werte der Widerstände 132, 134 und 136 sowie der Spannungsquelle 138 werden anfänglich so gewählt und für die Lebensdauer des HF-Leistungsverstärkers festgelegt, dass sie einen I_DQ erzeugen, der bewirkt, dass der HF-Leistungsverstärker durch eine be stimmte Betriebsklasse charakterisiert ist. Beispielsweise kann der HF-Leistungsverstärker als Klasse A gekennzeichnet werden. In diesem Fall sind die Werte der Widerstände 132, 134 und 136 und der Spannungsquelle 138 vorzugsweise so gewählt, dass bewirkt wird, dass der HF-Leistungsverstärker mit optimaler Linearität arbeitet. Der Wert von I_DQ ist ein Faktor des Wertes von I_REF und hängt von der relativen Größe der Transistoren 110 und 120 ab.
Um diesen optimalen Bias-Punkt aufrecht zu erhalten, wenn der HF-Leistungsverstärker damit beginnt, Eingangssignale zu verarbeiten, funktioniert die Schaltung 130 als Spannungsrückkopplungsschaltung für die Aufrechterhaltung von I_REF bei einem im Wesentlichen konstanten Wert unabhängig von Gate-Grenzwertveränderungen der Transistoren 110 und 120, die sich aufgrund von Veränderungen in dem Transistorprozess und aufgrund thermischer Effekte ergeben können. Wenn sich beispielsweise die Gate-Schwellenspannung des Transistors 110 verändert, zeigt der Transistor 120 entsprechend die gleichen Veränderungen, da beide Transistoren den gleichen Herstellungsprozess durchlaufen haben, um zu bewirken, dass beide Transistoren auf dem gleichen IC-Chip angeordnet sind. Ein Wechsel in der Gate-Schwellenspannung des Transistors 120 bewirkt, dass sich I_REF entsprechend erhöht oder erniedrigt, in Abhängigkeit von der Beschaffenheit der Gate-Schwellenveränderung, was wiederum eine Spannungsänderung am Widerstand 134 bewirkt. Die Rückkopplungsschaltung 130 bewirkt, dass die Spannungsveränderung am Widerstand 134 zurück in das Gate des Transistors 120 gespeist wird und dadurch den Biasing-Punkt des Transistors 120 verändert, um einen konstanten und festen Referenzstrom I_REF aufrecht zu erhalten.
Da die Gatespannung am Transistor 110 Vbias auf die Gatespannung des Transistors 120 fixiert ist, verfolgen die Veränderungen von I_DQ die von I_REF, was bewirkt, dass I_DQ im Wesentlichen konstant bleibt, unabhängig von Bauteilveränderungen und thermischen Effekten. Der Schlüssel für dieses Verfolgen besteht darin, beide Transistoren 110 und 120 auf dem gleichen IC-Chip zu haben, sodass ihre thermischen und elektrischen Charakteristiken im Wesentlichen die gleichen sind, unabhängig von Bauteilveränderungen und thermischen Effekten. Zusätzlich ist die Schaltung 122 vorzugsweise auch auf dem gleichen IC-Chip mit den Transistoren 110 und 120 enthalten. Die Widerstände 132, 134 und 136 und die Spannungsquelle 138 sind jedoch vorzugsweise außerhalb des Chips von den Transistoren 110 und 120 angeordnet, um es einem Schaltungsdesigner anfangs zu ermöglichen, den Bias-Punkt des HF-Leistungsverstärkers auf die gewünschte Anwendung unter Verwendung eines Anschlusses 139 einzustellen und um dem Schaltungsdesigner einen Zugang zu den Anschlüssen des Transistors 120 für ein richtiges Überbrücken zu ermöglichen, um einen Spannungsaufbau an diesen Anschlüssen aufgrund von HF- und Basisbandsignalen zu unterdrücken. Die Schaltung 150 stellt ein Gate-Anschlussüberbrücken für den Transistor 120 zur Verfügung. Die Schaltung 120 ist auch vorzugsweise außerhalb des Chips von den Transistoren 110 und 120 angeordnet und ist an diese Transistoren über einen Port 140 gekoppelt, da die Anforderung nach einer hohen Kapazität für ein Basisbandüberbrücken nicht innerhalb des Siliziumprozesses auf dem Chip realisierbar ist.
2 veranschaulicht eine bevorzugte Ausführungsform eines HF-Leistungsverstärkernetzwerks 200 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Netzwerk 200 in 2 ist mit dem Netzwerk 100 in 1 identisch und funktioniert gleich, mit der Ausnahme, dass die aktive Self-Bias-Kompensationsschaltung des Netzwerks 200 einen zusätzlichen Transistor 210 für eine zusätzliche Bias-Stabilisierung aufgrund von Prozess- und Temperaturveränderungen aufweist. Der Transistor 210 ist vorzugsweise ein LDMOS-FET, der so konfiguriert ist, dass er im Wesentlichen die gleichen elektrischen und thermischen Eigenschaften wie die Transistoren 110 und 120 aufweist, was vorzugsweise dadurch erreicht wird, dass die Transistoren 110, 120 und 210 auf dem gleichen IC-Chip untergebracht sind. Wie in 2 ersichtlich, sind der Drain und das Gate des Transistors 210 miteinander gekoppelt und weiterhin an das Gate des Transistors 120 sowie an die Schaltung 122 gekoppelt und die Source des Transistors 210 ist an eine feste Spannung, vorzugsweise ein Massepotential, gekoppelt. Der Transistor 210 ist auch vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, ein Bruchteil der Größe des Transistors 110, idealerweise 1/100 der Größe des Transistors 110, um hinsichtlich des Leistungsverbrauchs möglichst effizient zu sein.
Die Hinzufügung des Transistors 210 arbeitet dahingehend, dass eine jegliche Varianz minimiert wird, die zwischen den Transistoren 110 und 120 bestehen könnte. Der Fachmann wird erkennen, dass es statistisch vorteilhaft wäre, mehr als eine Self-Bias-Kompensationsschaltung auf dem Chip, an den Transistor 110 gekoppelt, für eine bessere Gesamtverfolgung des Transistors 110 zu haben. Mit den Transistoren 110, 120 und 210 auf dem gleichen IC-Chip wird es dem Transistor 210 ermöglicht, eine weitere Stabilisierung hinzuzufügen, um den gewünschten Bias-Punkt über Temperatur- und Prozessveränderungen festzuhalten, da der Transis tor 210 den Transistor 110 verfolgt und geeignet die Bias-Spannung an dem Gate des Transistors 110 verändert. Der Schlüssel für diese Verfolgung besteht darin, alle drei Transistoren auf dem gleichen IC-Chip zu haben, da so ihre thermischen und elektrischen Charakteristiken im Wesentlichen die gleichen sind, unabhängig von Temperatur- und Prozessvariationen.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass, da das HF-Leistungsverstärkernetzwerk die Eigenschaft des Self-Biasings besitzt, es die Anforderung an eine werksseitige Abstimmung jedes Verstärkertransistors eliminiert.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass sie einfach, kostensparend, platzsparend und leistungssparend ist.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass sie, da die aktive Self-Bias-Kompensationsschaltung nicht vollständig integriert ist, sie einem Schaltungsdesigner eine Flexibilität ermöglicht, um die Schaltung für die gewünschte Anwendung zu optimieren.
Während die Erfindung in Verbindung mit spezifischen Ausführungsformen derselben beschrieben wurde, werden dem Fachmann zusätzliche Vorteile und Modifikationen leicht in den Sinn kommen. Die Erfindung ist demnach in ihren breiteren Aspekten nicht auf die spezifischen Details, darstellenden Vorrichtungen und veranschaulichenden Beispiele beschränkt, die gezeigt und beschrieben wurden. Verschiedene Veränderungen, Modifikationen und Variationen werden dem Fachmann im Lichte der vorangehenden Beschreibung offensichtlich sein. Beispielsweise wird der Fachmann feststellen, dass die vorliegende Erfindung modifiziert werden kann, wobei unterschiedliche Arten von Transistoren verwendet werden, einschließlich, ohne darauf beschränkt zu sein, Bipolar- und Galliumarsenid-Transistoren, die auch eine ähnliche Linearität gegenüber dem Bias-Verhalten wie LDMOS-FETs aufweisen. Es sollte demnach klar sein, dass die Erfindung nicht auf die vorangehende Beschreibung beschränkt ist, sondern all diejenigen Veränderungen, Modifikationen und Variationen gemäß dem Geist und dem Geltungsbereich der angehängten Ansprüche umfasst.
Zusammenfassung
Eine aktive Bias-Kompensationsschaltung zur Verwendung mit einem Hochfrequenz-Leistungsverstärker (HF-Leistungsverstärker), wobei der HF-Verstärker einen Eingang (112), einen Ausgang (116), einen ersten Transistor (110) und eine Mehrzahl von Betriebsleistungscharakteristiken aufweist, die auf einen Ruhebetriebspunkt ansprechen, der durch einen Bias-Strom in dem HF-Verstärker festgelegt wird. Die aktive Bias-Kompensationsschaltung umfasst: einen zweiten Transistor (120), der wirksam an den HF-Verstärker gekoppelt ist und einen ersten, einen zweiten und einen dritten Anschluss aufweist und weiterhin so konfiguriert ist, dass er im Wesentlichen die gleichen elektrischen und thermischen Charakteristiken wie der erste Transistor aufweist; und eine erste Schaltung (130), die zwischen den ersten und den zweiten Anschluss des zweiten Transistors gekoppelt ist, um zu bewirken, dass ein gewünschter Ruhebetriebspunkt in dem HF-Leistungsverstärker eingestellt und aufrechterhalten wird, unabhängig von Faktoren wie etwa eine Temperatur- und Prozessvariation.
1

Claims

Aktive Self-Bias-Kompensationsschaltung zur Verwendung in einem Hochfrequenz-Leistungsverstärker (HF-Leistungsverstärker), wobei der HF-Leistungsverstärker einen Eingang, einen Ausgang, einen ersten Transistor und eine Mehrzahl an Betriebsverhaltenscharakteristiken aufweist, die auf einen Ruhebetriebspunkt ansprechen, der durch einen Bias-Strom in dem HF-Leistungsverstärker festgelegt wird, wobei die aktive Bias-Kompensationsschaltung umfasst: einen zweiten Transistor, der einen ersten, einen zweiten und einen dritten Anschluss aufweist und so konfiguriert ist, dass er im Wesentlichen die gleichen elektrischen und thermischen Charakteristiken wie der erste Transistor aufweist, wobei der zweite Anschluss des zweiten Transistors wirksam an den HF-Leistungsverstärker gekoppelt ist und der dritte Anschluss an eine erste feste Spannung gekoppelt ist; und eine erste Schaltung, die zwischen den ersten und den zweiten Anschluss des zweiten Transistors gekoppelt ist, um zu bewirken, dass ein Referenzstrom in dem zweiten Transistor auf einen ersten vorgegebenen festen Wert eingestellt und auf diesem gehalten wird, und um zu bewirken, dass der Bias-Strom auf einen zweiten vorgegebenen festen Wert ein gestellt und auf diesem gehalten wird, der ein Faktor des ersten vorgegebenen festen Wertes ist.
Aktive Self-Bias-Kompensationsschaltung nach Anspruch 1, wobei der HF-Leistungsverstärker in einem IC-Chip ("IC = Integrated Circuit"/integrierte Schaltung) untergebracht ist und der zweite Transistor auch in dem IC-Chip untergebracht ist, um zu bewirken, dass der erste und der zweite Transistor im Wesentlichen die gleichen elektrischen und thermischen Charakteristiken aufweisen.
Aktive Self-Bias-Kompensationsschaltung nach Anspruch 1, wobei der erste und der zweite Transistor lateral doppeldiffundierte Metalloxidhalbleiter-Transistoren ("LDMOS = Lateral Double-Diffused Metal-Oxide Semiconductor") sind und wobei der erste und der zweite Transistor jeweils einen ersten Anschluss aufweisen, der ein Drain ist, einen zweiten Anschluss, der ein Gate ist und einen dritten Anschluss, der eine Source ist, wobei der Referenzstrom der Drain-Strom des zweiten Transistors ist, der Bias-Strom der Drain-Strom des ersten Transistors ist und die Gates des ersten und des zweiten Transistors wirksam miteinander gekoppelt sind, um zu bewirken, dass eine Bias-Spannung an dem Gate des ersten Transistors erzeugt wird, um den Bias-Strom auf den zweiten vorgegebenen festen Wert einzustellen und auf diesem zu halten.
Aktive Self-Bias-Kompensationsschaltung nach Anspruch 1, wobei die erste Schaltung einen ersten, einen zweiten und einen dritten Widerstand und eine Spannungsquelle umfasst, wobei der erste Widerstand zwischen den ersten An schluss des zweiten Transistors und die Spannungsquelle gekoppelt ist, der zweite Widerstand zwischen den ersten und den zweiten Anschluss des zweiten Transistors gekoppelt ist und der dritte Widerstand zwischen ein Massepotential und die Verbindung des zweiten Widerstands mit dem zweiten Anschluss des zweiten Transistors gekoppelt ist.
Aktive Self-Bias-Kompensationsschaltung nach Anspruch 1, wobei die erste feste Spannung ein Massepotential ist.
Aktive Self-Bias-Kompensationsschaltung nach Anspruch 1, die weiterhin eine zweite Schaltung umfasst, die an die Verbindung der ersten Schaltung mit dem zweiten Anschluss des zweiten Transistors gekoppelt ist, um einen Spannungsaufbau an dem zweiten Anschluss des zweiten Transistors aufgrund von HF- und Basisbandsignalen zu unterdrücken, wobei die zweite Schaltung einen ersten und einen zweiten Kondensator umfasst, die parallel zwischen ein Massepotential und die Verbindung der ersten Schaltung mit dem zweiten Anschluss des zweiten Transistors gekoppelt sind.
Aktive Self-Bias-Kompensationsschaltung nach Anspruch 1, die weiterhin einen dritten Transistor umfasst, der einen ersten, einen zweiten und einen dritten Anschluss aufweist und so konfiguriert ist, dass er im Wesentlichen die gleichen elektrischen und thermischen Charakteristiken wie der erste und der zweite Transistor aufweist, wobei der erste und der zweite Anschluss miteinander verbunden sind und weiterhin an die Verbindung des HF-Leistungsverstärkers mit dem zweiten Anschluss des zweiten Transistors gekoppelt sind, und der dritte Anschluss des dritten Transistors an ein Massepotential gekoppelt ist, um zu ermöglichen, dass der Bias-Strom auf dem zweiten vorgegebenen festen Wert gehalten wird, unabhängig von einer Temperaturvariation des HF-Leistungsverstärkers.
Aktive Self-Bias-Kompensationsschaltung nach Anspruch 1, die weiterhin eine zweite Schaltung zum Koppeln des HF-Leistungsverstärkers an den zweiten Anschluss des zweiten Transistors umfasst, wobei die zweite Schaltung einen Widerstand umfasst, der zwischen den HF-Leistungsverstärker und den zweiten Anschluss des zweiten Transistors gekoppelt ist.
Aktive Self-Bias-Kompensationsschaltung zur Verwendung in einem Hochfrequenz-Leistungsverstärker (HF-Leistungsverstärker), wobei der HF-Leistungsverstärker einen Eingang, einen Ausgang, einen ersten Transistor und eine Mehrzahl von Betriebsleistungscharakteristiken aufweist, die auf einen Ruhebetriebspunkt ansprechen, der durch einen Bias-Strom in dem HF-Leistungsverstärker festgelegt wird, wobei die aktive Bias-Kompensationsschaltung umfasst: einen zweiten Transistor, der einen ersten, einen zweiten und einen dritten Anschluss aufweist und so konfiguriert ist, dass er im Wesentlichen die gleichen elektrischen und thermischen Charakteristiken wie der erste Transistor aufweist, wobei der zweite Anschluss des zweiten Transistors wirksam an den HF-Leistungsverstärker gekoppelt ist und der dritte Anschluss an eine erste feste Spannung gekoppelt ist; eine erste Schaltung, die zwischen den ersten und den zweiten Anschluss des zweiten Transistors gekoppelt ist, um zu bewirken, dass ein Referenzstrom in dem zweiten Transistor auf einen ersten vorgegebenen festen Wert eingestellt und auf diesem gehalten wird, und um zu bewirken, dass der Bias-Strom auf einen zweiten vorgegebenen festen Wert eingestellt und auf diesem gehalten wird, der ein Faktor des ersten vorgegebenen festen Wertes ist, wobei die erste Schaltung einen ersten, einen zweiten und einen dritten Widerstand und eine Spannungsquelle umfasst, wobei der erste Widerstand zwischen den ersten Anschluss des zweiten Transistors und die Spannungsquelle gekoppelt ist, der zweite Widerstand zwischen den ersten und den zweiten Anschluss des zweiten Transistors gekoppelt ist und der dritte Widerstand zwischen ein Massepotential und die Verbindung des zweiten Widerstandes mit dem zweiten Anschluss des zweiten Transistors gekoppelt ist; eine zweite Schaltung, die an die Verbindung der ersten Schaltung mit dem zweiten Anschluss des zweiten Transistors gekoppelt ist, um einen Spannungsaufbau an dem zweiten Anschluss des zweiten Transistors aufgrund von HF- und Basisbandsignalen zu unterdrücken, wobei die zweite Schaltung einen ersten und einen zweiten Kondensator umfasst, die parallel zwischen ein Massepotential und die Verbindung der ersten Schaltung mit dem zweiten Anschluss des zweiten Transistors gekoppelt sind; und einen dritter Transistor, der einen ersten, einen zweiten und einen dritten Anschluss aufweist und so konfiguriert ist, dass er im Wesentlichen die gleichen elektrischen und thermischen Charakteristiken wie der erste Transistor aufweist, wobei der erste und der zweite Anschluss des dritten Transistors miteinander verbunden sind und weiterhin an die Verbindung des HF-Leistungsverstärkers und des zweiten Anschlusses des zweiten Transistors gekoppelt sind, und der dritte Anschluss des dritten Transistors an ein Massepotential gekoppelt ist, um zu ermöglichen, dass der Bias-Strom auf dem zweiten vorgegebenen festen Wert gehalten wird, unabhängig von einer Temperaturvariation des HF-Leistungsverstärkers.
Hochfrequenz-Leistungsverstärkernetzwerk (HF-Leistungsverstärkernetzwerk) zur Verwendung in einer Kommunikationsvorrichtung, umfassend: einen HF-Leistungsverstärker, der durch eine Mehrzahl von Betriebsverhaltenscharakteristiken gekennzeichnet ist, die auf einen Ruhebetriebspunkt ansprechen, der durch einen Bias-Strom in dem HF-Leistungsverstärker festgelegt wird, wobei der HF-Leistungsverstärker einen Eingang, einen Ausgang und einen ersten Transistor aufweist, der zwischen den Eingang und den Ausgang gekoppelt ist; und eine aktive Self-Bias-Kompensationsschaltung, die einen zweiten Transistor umfasst, der einen ersten, einen zweiten und einen dritten Anschluss aufweist und der so konfiguriert ist, dass er im Wesentlichen die gleichen elektrischen und thermischen Charakteristiken wie der erste Transistor aufweist, wobei der zweite Anschluss des zweiten Transistors wirksam an den HF-Leistungsverstärker gekoppelt ist und der dritte Anschluss an eine erste feste Spannung gekoppelt ist, wobei die aktive Bias-Kompensationsschaltung des Weiteren eine erste Schaltung umfasst, die zwischen den ersten und den zweiten Anschluss des zweiten Transistors gekoppelt ist, um zu bewirken, dass ein Referenzstrom in dem zweiten Transistor auf einen ersten vorgegebenen festen Wert eingestellt und auf diesem gehalten wird, und um zu bewirken, dass der Bias-Strom auf einen zweiten vorgegebenen festen Wert eingestellt und auf diesem gehalten wird, der ein Faktor des ersten vorgegebenen festen Wertes ist.