射頻功率放大器的功率控制電路的制作方法
【專利摘要】一種射頻功率放大器的功率控制電路，由控制環(huán)路和電流電壓轉換器構成，具體包括第4功率放大管、第1Mos場效應晶體管、第2Mos場效應晶體管、第3Mos場效應晶體管、第4電阻、第5電阻和第4電容。本發(fā)明和常規(guī)GSM射頻功率放大器的功率控制相比，不需要大尺寸的控制器器件，也節(jié)省了串聯(lián)在電源的精確電阻，射頻功率放大器直接接電源電壓，沒有額外的壓降，具有成本低，尺寸小和效率高的優(yōu)點。
【專利說明】射頻功率放大器的功率控制電路
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及射頻功率放大器，特別是一種射頻功率放大器的功率控制電路。
【背景技術】
[0002]常規(guī)的GSM功率放大器的功率控制，如圖1，圖2和圖3所示。通常功率放大器和控制器由不同工藝實現(xiàn)。功率放大器通常由GaAs工藝實現(xiàn)，控制器通常由CMOS工藝實現(xiàn)。
[0003]圖1的控制原理為開環(huán)控制。GSM功率放大器的輸出功率隨電源電壓增加而增加；控制器為功率放大器提供電源，其輸出電壓為功率放大器的電源電壓；控制器的輸出電壓隨輸入vramp電壓增加而增加；所以功率放大器的輸出功率隨控制器輸入電壓增加而增力口。其缺點是控制器和輸出器件的尺寸大，成本高，并且功率管的壓降也會降低放大器的整體效率。
[0004]圖2的控制原理為閉環(huán)控制，其功率檢測通過檢測功率放大器輸出管的電流來檢測輸出功率。檢測電流的辦法是在射頻功率放大器輸出管的電源上串聯(lián)一個resense小電阻，功率控制通過檢測電阻上的電壓，并與vramp電壓來比較，比較結果通過反饋控制環(huán)路來調整放大器的偏置電壓或電流來實現(xiàn)。其優(yōu)點是由于電源上串聯(lián)電阻阻值小，減少了電源上的壓降，使得整體效率有提高。缺點是需要精確的串聯(lián)電阻，造成封裝的尺寸和成本問題。
[0005]圖3的控制原理也是閉環(huán)控制，其主要特點是功率檢測通過功率耦合器和高頻檢測電路來直接檢測輸出功率。其缺點是功率檢測的高頻電路設計對工藝有較高要求。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種射頻功率放大器的功率控制電路，該功率控制電路應具有成本低，尺寸小和效率高的優(yōu)點。
[0007]本發(fā)明的技術解決方案如下:
[0008]一種射頻功率放大器的功率控制電路，其特點在于，包括與該射頻功率放大器依次連接的電流電壓轉換器和控制環(huán)路。
[0009]所述的控制環(huán)路的第一輸入端口經所述的電流電壓轉換器接所述的射頻功率放大器的末級功率放大管的基級，所述的控制環(huán)路的第二輸入端口接控制電壓，所述的控制環(huán)路的輸出端接所述的末級功率放大管的基級連接。
[0010]所述的控制環(huán)路的第一輸入端口接所述的射頻功率放大器的末級功率放大管的基級，所述的控制環(huán)路的第一輸入端口經所述的電流電壓轉換器接控制電壓，所述的控制環(huán)路的輸出端接所述的末級功率放大管的基級連接。
[0011]上述射頻功率放大器的功率控制電路具體包括第4功率放大管、第IMos場效應晶體管、第2Mos場效應晶體管、第3Mos場效應晶體管、第4電阻、第5電阻和第4電容，上述元部件的連接關系如下:
[0012]在所述的射頻功率放大器的末級功率放大管設置第4功率放大管，所述的第4功率放大管是末級功率放大管的鏡像器件，所述的第4功率放大管的基極和末級功率放大管的基極相連，第4功率放大管的發(fā)射極和末級功率放大管的發(fā)射極相連，所述的第4功率放大管的集電極和第IMos場效應晶體管的漏極相連,所述的第IMos場效應晶體管是第2Mos場效應晶體管為鏡像電流源，第IMos場效應晶體管的柵極和第2Mos場效應晶體管的柵極相連，第IMos場效應晶體管的柵極和漏極相連，第2Mos場效應晶體管的漏極接第4電阻，作為電流電壓轉換器，第2Mos場效應晶體管的漏極和第4電阻的節(jié)點與放大器的正向輸入端相連，該放大器的反向輸入端與控制電壓相連，該放大器的輸出端接第3Mos場效應晶體管的柵極，該第3Mos場效應晶體管的柵極經第5電阻、第4電容接第3Mos場效應晶體管的漏極，該漏極經所述的射頻功率放大器的末級接第4功率放大管的基級，所述的第IMos場效應晶體管、第2Mos場效應晶體管和第3Mos場效應晶體管的源極接電源。
[0013]本發(fā)明的主要工作原理是通過檢測射頻功率放大器輸出管的鏡像器件的電流來檢測輸出功率。由于功率放大器的平均電流隨輸出功率增加而增加，其鏡像器件的電流也會隨輸出功率增加而增加，如圖5所示。檢測到的電流可以轉換為電壓，并和輸入控制電壓vramp相比，比較的結果通過閉環(huán)控制電路來調整放大器的偏置電壓或電流，來達到功率控制的目的。具體地說，本發(fā)明控制電路將流經第4電阻的電流轉換為電壓輸入所述的放大器正向輸入端和經所述的放大器反向輸入端的輸入控制電壓vramp相比較將差值從放大器的輸出端輸入所述的第3Mos場效應晶體管的柵極，該第3Mos場效應晶體管放大后輸出電流輸入第3功率放大管的基級作為放大器輸出級的偏置電流，作為負反饋控制射頻功率放大器的輸出功率。
[0014]本發(fā)明的技術效果如下:
[0015]本發(fā)明和常規(guī)GSM射頻功率放大器相比，不需要大尺寸的控制器器件，也節(jié)省了串聯(lián)在電源的精確電阻，射頻功率放大器直接接電源電壓，沒有額外的壓降，具有成本低，尺寸小和效率高的優(yōu)點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是常規(guī)射頻功率放大器功率控制方法一。
[0017]圖2是常規(guī)射頻功率放大器功率控制方法二。
[0018]圖3是常規(guī)射頻功率放大器功率控制方法二。
[0019]圖4-1是本發(fā)明射頻功率放大器的功率控制電路原理圖之一。
[0020]圖4-2是本發(fā)明射頻功率放大器的功率控制電路原理圖之二。
[0021]圖5是鏡像電流和輸出功率關系。
[0022]圖6是本發(fā)明射頻功率放大器的功率控制電路的第一實施例電路圖。
[0023]圖7是本發(fā)明射頻功率放大器的功率控制電路的第二實施例電路圖。
[0024]圖8是本發(fā)明射頻功率放大器的功率控制電路的第三實施例電路圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結合實施例和附圖對本發(fā)明作進一步說明，但不應以此限制本發(fā)明的保護范圍。
[0026]請參見圖4-1、圖5、圖6，圖4-1是本發(fā)明射頻功率放大器的功率控制電路原理圖之一，圖5是鏡像電流和輸出功率關系，圖6是本發(fā)明射頻功率放大器集成電路的功率控制電路第一實施例的電路圖，由圖可見，圖中射頻功率放大器是基于GaAs HBT的三級射頻功率放大器由第一電容Cl、第二電容C2、第三電容C3，第一電感L1、第二電感L2、第三電感L3、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第一功率放大管Q1、第二功率放大管Q2、第三功率放大管Q3以及匹配網絡組成。
[0027]本發(fā)明射頻功率放大器的功率控制電路第一實施例由第4功率放大管Q4，第IMos場效應晶體管Ml、第2Mos場效應晶體管M2、第3Mos場效應晶體管M3、第5電阻R5和第4電容C4構成的控制環(huán)路和由第4電阻R4作為電流電壓轉換器組成。上述元部件的連接關系如下:
[0028]在所述的射頻功率放大器的第三功率放大管Q3設置鏡像器件第4功率放大管Q4，所述的第4功率放大管Q4的基極和第三功率放大管Q3的基極相連，第4功率放大管Q4的發(fā)射極和第三功率放大管Q3的發(fā)射極相連，所述的第4功率放大管Q4的集電極和第IMos場效應晶體管Ml的漏極相連，所述的第IMos場效應晶體管Ml和第2Mos場效應晶體管M2為鏡像電流源，第IMos場效應晶體管Ml的柵極和第2Mos場效應晶體管M2的柵極相連，第IMos場效應晶體管Ml的柵極和漏極相連，第2Mos場效應晶體管M2的漏極接第4電阻R4，作為電流電壓轉換器，第2Mos場效應晶體管M2的漏極和第4電阻R4的節(jié)點與放大器A的正向輸入端相連，該放大器A的反向輸入端與控制電壓相連,該放大器A的輸出端接第3Mos場效應晶體管M3的柵極，該第3Mos場效應晶體管M3的柵極經第5電阻R5、第4電容C4接第3Mos場效應晶體管M3的漏極，該漏極經所述的射頻功率放大器的第3電阻R3接第4功率放大管Q4和第三功率放大管Q3的基級，所述的第IMos場效應晶體管Ml、第2Mos場效應晶體管M2和第3Mos場效應晶體管M3的源極接電源。
[0029]本發(fā)明射頻功率放大器的功率控制電路將流經第4電阻的電流轉換為電壓輸入所述的放大器A的正向輸入端和經所述的放大器反向輸入端的輸入控制電壓vramp相比較，將差值從放大器A的輸出端輸入所述的第3Mos場效應晶體管的柵極，該第3Mos場效應晶體管放大后輸出電流輸入第4功率放大管Q4為第3功率放大管Q3的基級作為放大器輸出級第3功率放大管Q3的偏置電流，負反饋控制射頻功率放大器的輸出功率。以此通過控制放大器輸出級的偏置電流來達到控制輸出功率的目的。
[0030]圖7是本發(fā)明射頻功率放大器的功率控制電路的第二實施例圖，如圖所示，具體包括第4功率放大管Q4、第5功率放大管Q5、第6功率放大管Q6、第7功率放大管Q7、第IMos場效應晶體管Ml、第2Mos場效應晶體管M2、第3Mos場效應晶體管M3、第4電阻R4、第5電阻R5和第4電容C4，上述元部件的連接關系如下:
[0031]在所述的射頻功率放大器的末級功率放大管Q3設置第4功率放大管Q4，該第4功率放大管Q4是末級功率放大管Q3的鏡像器件，所述的第4功率放大管Q4的基極和末級功率放大管Q3的基極相連，第4功率放大管Q4的發(fā)射極和末級功率放大管Q3的發(fā)射極相連，所述的第4功率放大管Q4的集電極和第IMos場效應晶體管Ml的漏極相連，該第IMos場效應晶體管Ml和第2Mos場效應晶體管M2為鏡像電流源，第IMos場效應晶體管Ml的柵極和第2Mos場效應晶體管M2的柵極相連，第IMos場效應晶體管Ml的柵極和其漏極相連，第2Mos場效應晶體管M2的漏極接第4電阻R4，作為電流電壓轉換器，第2Mos場效應晶體管M2的漏極和第4電阻R4的節(jié)點與放大器A的正向輸入端相連,該放大器A的反向輸入端與控制電壓vramp相連,該放大器A的輸出端接第3Mos場效應晶體管M3的柵極,該第3Mos場效應晶體管M3的柵極經第5電阻R5、第4電容C4接第3Mos場效應晶體管M3的漏極，該漏極接第5功率放大管Q5的集電極，第5功率放大管Q5的集電極和其基極連接，第5功率放大管Q5的基極和第7功率放大管Q7的基極相連，該第7功率放大管Q7的發(fā)射極經所述的射頻功率放大器的末級電阻R3接第4功率放大管Q4的基級，第7功率放大管Q7的集電極接電源，所述的第5功率放大管Q5的發(fā)電極分別與第6功率放大管Q6的集電極、基極相連，所述的第IMos場效應晶體管Ml、第2Mos場效應晶體管M2和第3Mos場效應晶體管M3的源極接電源。
[0032]圖8是本發(fā)明射頻功率放大器的功率控制電路的第三實施例，如圖所示，具體包括第4功率放大管Q4、第5功率放大管Q5、第6功率放大管Q6、第7功率放大管Q7、第IMos場效應晶體管Ml、第2Mos場效應晶體管M2、第3Mos場效應晶體管M3、第4Mos場效應晶體管M4、第4電阻R4、第5電阻R5和第4電容C4，上述元部件的連接關系如下:
[0033]在所述的射頻功率放大器的末級功率放大管Q3設置第4功率放大管Q4，該第4功率放大管Q4是末級功率放大管Q3的鏡像器件，所述的第4功率放大管Q4的基極和末級功率放大管Q3的基極相連，第4功率放大管Q4的發(fā)射極和末級功率放大管Q3的發(fā)射極相連，所述的第4功率放大管Q4的集電極和第IMos場效應晶體管Ml的漏極相連，該第IMos場效應晶體管Ml和第2Mos場效應晶體管M2為鏡像電流源，第IMos場效應晶體管Ml的柵極和第2Mos場效應晶體管M2的柵極相連，第IMos場效應晶體管Ml的柵極和其漏極相連，第2Mos場效應晶體管M2的漏極和第4Mos場效應晶體管M4的源極連接，第4Mos場效應晶體管M4的漏極接第4電阻R4作為電流電壓轉換器，第4Mos場效應晶體管M4的漏極和第4電阻R4的節(jié)點與放大器A的正向輸入端相連,該放大器A的反向輸入端與控制電壓vramp相連,該放大器A的輸出端接第第4Mos場效應晶體管M4的柵極,第2Mos場效應晶體管M2的漏極和第4Mos場效應晶體管M4的源極的節(jié)點接第3Mos場效應晶體管M3的柵極，第3Mos場效應晶體管的柵極經第5電阻R5、第4電容C4接第3Mos場效應晶體管M3的漏極，該漏極接第5功率放大管Q5的集電極，第5功率放大管Q5的集電極和其基極連接，第5功率放大管Q5的基極和第7功率放大管Q7的基極相連，該第7功率放大管Q7的發(fā)射極經所述的射頻功率放大器的末級電阻R3接第4功率放大管Q4的基級，第7功率放大管Q7的集電極接電源，所述的第5功率放大管Q5的發(fā)電極分別與第6功率放大管Q6的集電極、基極相連，所述的第IMos場效應晶體管Ml、第2Mos場效應晶體管M2和第3Mos場效應晶體管M3的源極接電源。
[0034]實驗表明，本發(fā)明和常規(guī)GSM射頻功率放大器相比，不需要大尺寸的控制器器件，所述的第4電阻不要求精確，也節(jié)省了串聯(lián)在電源的精確電阻，射頻功率放大器直接接電源電壓，沒有額外的壓降，具有成本低，尺寸小和效率高的優(yōu)點。
【權利要求】
1.一種射頻功率放大器的功率控制電路，其特征在于，由控制環(huán)路和電流電壓轉換器構成。
2.根據(jù)權利要求1所述的射頻功率放大器的功率控制電路，其特征在于，所述的控制環(huán)路的第一輸入端口經所述的電流電壓轉換器接所述的射頻功率放大器的末級功率放大管(Q3)的基級，所述的控制環(huán)路的第二輸入端口接控制電壓(vramp)，所述的控制環(huán)路的輸出端接所述的末級功率放大管(Q3)的基級連接。
3.根據(jù)權利要求1所述的射頻功率放大器的功率控制電路，其特征在于，所述的控制環(huán)路的第一輸入端口接所述的射頻功率放大器的末級功率放大管(Q3)的基級，所述的控制環(huán)路的第一輸入端口經所述的電流電壓轉換器接控制電壓(vramp)，所述的控制環(huán)路的輸出端接所述的末級功率放大管(Q3)的基級連接。
4.根據(jù)權利要求2所述的射頻功率放大器的功率控制電路，其特征在于，該功率控制電路包括 第4功率放大管(Q4)、第IMos場效應晶體管(Ml)、第2Mos場效應晶體管(M2)、第3Mos場效應晶體管(M3)、第4電阻(R4)、第5電阻(R5)和第4電容(C4)，上述元部件的連接關系如下: 所述的第4功率放大管(Q4)是所述的射頻功率放大器的末級功率放大管(Q3)的鏡像器件，所述的第4功率放大管(Q4)的基極和末級功率放大管(Q3)的基極相連，第4功率放大管(Q4)的發(fā)射極和末級功率放大管(Q3)的發(fā)射極相連，所述的第4功率放大管(Q4)的集電極和第IMos場效應晶體管(Ml)的漏極相連，該第IMos場效應晶體管(Ml)和第2Mos場效應晶體管(M2)為鏡像電流源，第IMos場效應晶體管(Ml)的柵極和第2Mos場效應晶體管(M2)的柵極相連，第IMos場效應晶體管(Ml)的柵極和其漏極相連，第2Mos場效應晶體管(M2)的漏極接第4電阻(R4)作為電流電壓轉換器，第2Mos場效應晶體管(M2)的漏極和第4電阻(R4)的節(jié)點與放大器(A)的正向輸入端相連，該放大器(A)的反向輸入端與控制電壓(vramp)相連，該放大器(A)的輸出端接第3Mos場效應晶體管(M3)的柵極，該第3Mos場效應晶體管(M3)的柵極經第5電阻(R5)、第4電容(C4)接第3Mos場效應晶體管(M3)的漏極，該漏極經所述的射頻功率放大器的末級電阻(R3)接第4功率放大管(Q4)的基級，所述的第IMos場效應晶體管(Ml)、第2Mos場效應晶體管(M2)和第3Mos場效應晶體管(M3)的源極接電源。
5.根據(jù)權利要求2所述的射頻功率放大器的功率控制電路，其特征在于，該功率控制電路包括第4功率放大管(Q4)、第5功率放大管(Q5)、第6功率放大管(Q6)、第7功率放大管(Q7)、第IMos場效應晶體管(Ml)、第2Mos場效應晶體管(M2)、第3Mos場效應晶體管(M3)、第4電阻(R4)、第5電阻(R5)和第4電容(C4)，上述元部件的連接關系如下: 所述的第4功率放大管(Q4)是所述的射頻功率放大器末級功率放大管(Q3)的鏡像器件，所述的第4功率放大管(Q4)的基極和末級功率放大管(Q3)的基極相連，第4功率放大管(Q4)的發(fā)射極和末級功率放大管(Q3)的發(fā)射極相連，所述的第4功率放大管(Q4)的集電極和第IMos場效應晶體管(Ml)的漏極相連，該第IMos場效應晶體管(Ml)和第2Mos場效應晶體管(M2)為鏡像電流源，第IMos場效應晶體管(Ml)的柵極和第2Mos場效應晶體管(M2)的柵極相連，第IMos場效應晶體管(Ml)的柵極和其漏極相連，第2Mos場效應晶體管(M2)的漏極接第4電阻(R4)作為電流電壓轉換器，第2Mos場效應晶體管(M2)的漏極和第4電阻(R4)的節(jié)點與放大器(A)的正向輸入端相連，該放大器(A)的反向輸入端與控制電壓(vramp)相連，該放大器(A)的輸出端接第3Mos場效應晶體管(M3)的柵極，該第3Mos場效應晶體管(M3)的柵極經第5電阻(R5)、第4電容(C4)接第3Mos場效應晶體管(M3)的漏極，該漏極接第5功率放大管(Q5)的集電極，第5功率放大管(Q5)的集電極和其基極連接，第5功率放大管(Q5)的基極和第7功率放大管(Q7)的基極相連，該第7功率放大管(Q7)的發(fā)射極經所述的射頻功率放大器的末級電阻(R3)接第4功率放大管(Q4)的基級，第7功率放大管(Q7)的集電極接電源，所述的第5功率放大管(Q5)的發(fā)電極分別與第6功率放大管(Q6)的集電極、基極相連，所述的第IMos場效應晶體管(Ml)、第2Mos場效應晶體管(M2)和第3Mos場效應晶體管(M3)的源極接電源。
6.根據(jù)權利要求3所述的射頻功率放大器的功率控制電路，其特征在于，該功率控制電路包括第4功率放大管(Q4)、第5功率放大管(Q5)、第6功率放大管(Q6)、第7功率放大管(Q7)、第IMos場效應晶體管(Ml)、第2Mos場效應晶體管(M2)、第3Mos場效應晶體管(M3)、第4Mos場效應晶體管(M4)、第4電阻(R4)、第5電阻(R5)和第4電容(C4)，上述元部件的連接關系如下: 所述的第4功率放大管(Q4)是射頻功率放大器的末級功率放大管(Q3)的鏡像器件，所述的第4功率放大管(Q4)的基極和末級功率放大管(Q3)的基極相連，第4功率放大管(Q4)的發(fā)射極和末級功率放大管(Q3)的發(fā)射極相連，所述的第4功率放大管(Q4)的集電極和第IMos場效應晶體管(Ml)的漏極相連，該第IMos場效應晶體管(Ml)和第2Mos場效應晶體管(M2)為鏡像電流源,第IMos場效應晶體管(Ml)的柵極和第2Mos場效應晶體管(M2)的柵極相連，第IMos場效應晶體管(Ml)的柵極和其漏極相連，第2Mos場效應晶體管(M2)的漏極和第4Mos場效應晶體管(M4)的漏極連接，第4Mos場效應晶體管(M4)的源極接第4電阻(R4)作為電流電壓轉換器，第4Mos場效應晶體管(M4)的漏極和第4電阻(R4)的節(jié)點與放大器(A)的正向輸入端相連,該放大器(A)的反向輸入端與控制電壓(vramp)相連，該放大器(A)的輸出端接第4Mos場效應晶體管(M4)的柵極，第2Mos場效應晶體管(M2)的漏極和第4Mos場效應晶體管(M4)的漏極的節(jié)點接第3Mos場效應晶體管(M3)的柵極，第3Mos場效應晶體管的柵極經第5電阻(R5)、第4電容(C4)接第3Mos場效應晶體管(M3)的漏極，該漏極接第5功率放大管(Q5)的集電極，第5功率放大管(Q5)的集電極和其基極連接，第5功率放大管(Q5)的基極和第7功率放大管(Q7)的基極相連，該第7功率放大管(Q7)的發(fā)射極經所述的射頻功率放大器的末級電阻(R3)接第4功率放大管(Q4)的基級，第7功率放大管(Q7)的集電極接電源，所述的第5功率放大管(Q5)的發(fā)射極分別與第6功率放大管(Q6)的集電極、基極相連，所述的第IMos場效應晶體管(Ml)、第2Mos場效應晶體管(M2)和第3Mos場效應晶體管(M3)的源極接電源。
【文檔編號】G05F1/66GK103631307SQ201310340607
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年8月6日 優(yōu)先權日:2013年8月6日
【發(fā)明者】馮衛(wèi)鋒, 章國豪, 趙家彥, 李義梅 申請人:豪芯微電子科技（上海）有限公司