專利名稱：用于高頻晶體管工作點(diǎn)調(diào)整的電路布置和放大器電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于具有電源電位終端以及測(cè)量電阻終端的高頻晶體管的工作點(diǎn)調(diào)整的電路布置和一個(gè)具有高頻晶體管和如此電路布置的放大器。
高頻信號(hào)的放大器電路具有一個(gè)高頻晶體管，要放大的信號(hào)在控制輸入端上被供給該高頻晶體管，并且在該高頻放大器中放大的信號(hào)輸出耦合到負(fù)載電路。通過(guò)在控制輸入端上和在負(fù)載電流路徑上適當(dāng)注入直流電流晶體管保持在其工作點(diǎn)。
依賴于供電電流具有高頻晶體管的放大器電路有不同的放大特性。因此應(yīng)用電阻網(wǎng)絡(luò)或有源電路，以便盡可能不依賴于其制造公差和其溫度特性調(diào)整放大器晶體管的工作點(diǎn)。
用于高頻晶體管工作點(diǎn)調(diào)整的電路布置例如是比如在1999年二月24日集成電路BCR 400W的技術(shù)說(shuō)明書(shū)中指出的Infineon工藝電路BCR 400。該電路具有二個(gè)供電電壓終端以及到測(cè)量電阻終端的測(cè)量終端以及到在雙極高頻晶體管的基極上的終端的電流輸出端。在測(cè)量終端和供電電壓的正極之間連接的外部測(cè)量電阻連接在高頻晶體管的集電極電流路徑中。外部測(cè)量電阻為100至220Ω。處在這個(gè)外部電阻上的電壓降為大約600mV。在具有低供電電壓的設(shè)備中、特別是以電池驅(qū)動(dòng)的設(shè)備、由此限制放大器電路的最大輸出功率。由于在測(cè)量電阻上非微不足道的電流消耗限制電池驅(qū)動(dòng)的設(shè)備的工作時(shí)間。
本發(fā)明的任務(wù)在于，給出一個(gè)用于高頻晶體管工作點(diǎn)調(diào)整的電路布置，該電路布置可以工作在較低供電電壓的情況下并且具有低的功率消耗。
一個(gè)另外的任務(wù)在于，給出一個(gè)具有如此的、用于工作點(diǎn)調(diào)整的電路布置的放大器電路。
根據(jù)本發(fā)明通過(guò)用于高頻晶體管的工作點(diǎn)調(diào)整的電路布置解決關(guān)于工作點(diǎn)調(diào)整的電路布置的任務(wù)，包含一個(gè)第一電源電位終端和一個(gè)第二電源電位終端；一個(gè)測(cè)量終端，在該終端上連接一個(gè)測(cè)量電阻，該電阻與高頻晶體管的負(fù)載電流路徑串聯(lián)；一個(gè)輸出終端，在該輸出終端上耦合高頻晶體管的控制終端；一個(gè)差分節(jié)，其關(guān)于供電電壓與第一和第二電源電位的終端連接并且具有一個(gè)與基準(zhǔn)電壓源連接的第一信號(hào)輸入端和與測(cè)量終端連接的第二信號(hào)輸入端；由差分節(jié)控制的電流源，其與輸出終端連接。
帶有如此電路布置的放大器電路具有一個(gè)電阻，其連接在第一電源電位的終端和該電路布置的測(cè)量終端之間，一個(gè)高頻晶體管，其集電極與該電路布置的測(cè)量終端直流耦合并且其基極與該電路布置的輸出終端直流耦合，其基極與高頻輸入信號(hào)的輸入終端耦合并且其集電極與高頻輸出信號(hào)的輸出終端耦合。
根據(jù)本發(fā)明的電路布置具有一個(gè)由供電電壓饋電的差分節(jié)，其把在測(cè)量電阻上的電壓與基準(zhǔn)電壓比較。依賴于此控制電流源的電流，該電流源連接在高頻晶體管的控制終端上、例如連接在雙極HF晶體管的基極終端上。通過(guò)差值形成能夠，預(yù)先規(guī)定一個(gè)低的基準(zhǔn)電壓，在外部測(cè)量電阻上下降的電壓與該基準(zhǔn)電壓比較。在實(shí)際中基準(zhǔn)電壓處于大約100mV。二個(gè)電壓的差值控制該電路的電流輸出。
在本發(fā)明的擴(kuò)展中預(yù)先規(guī)定一個(gè)第一鏡像電流電路，由電流源饋電其輸入路徑，在其輸出路徑中連接一個(gè)電阻，在該電阻上電壓為基準(zhǔn)電壓。第一晶體管的控制終端連接在把第一鏡像電流電路的輸入支路和輸出支路連接的控制線上。負(fù)載電流方面測(cè)量電阻連接在第一晶體管上。依賴于在存在于測(cè)量電阻上的電壓和在第一鏡像電流中的電阻上產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓之間的差值控制第一晶體管的負(fù)載電流。通過(guò)第二電流鏡像形成電流方式控制在發(fā)射極電路中工作的輸出晶體管。這個(gè)輸出晶體管的負(fù)載電流或第二晶體管用于在高頻晶體管的控制終端中注入電流。代替唯一輸出晶體管由至少二個(gè)晶體管形成的Darlington電路也是適用的，其具有較高的電流驅(qū)動(dòng)能力。
通過(guò)傳統(tǒng)方式形成在第一鏡像電流電路的輸入支路中的電流源。為此預(yù)先規(guī)定一個(gè)晶體管，其負(fù)載電流路徑經(jīng)過(guò)電阻與參考電位連接，其控制終端經(jīng)過(guò)多個(gè)二極管的串聯(lián)電路同樣與參考電位連接。在該晶體管的負(fù)載電流路徑的另一個(gè)終端上可以截取恒定電流。
通過(guò)晶體管的控制終端與負(fù)載電流路徑在輸入支路中耦合，這樣以傳統(tǒng)方式實(shí)現(xiàn)第一鏡像電流。這個(gè)晶體管的控制終端此外在輸出支路中連接在晶體管的控制終端上。
在第一電流鏡像形成中的晶體管是雙極pnp晶體管。形成差分放大器的第二晶體管以及輸出方面的電流源晶體管同樣是雙極pnp晶體管。代替雙極晶體管以MOS晶體管可以實(shí)現(xiàn)該電路布置。對(duì)此用n溝道MOS晶體管代替npn晶體管，用p溝道MOS晶體管代替pnp晶體管。
根據(jù)本發(fā)明的電路有這樣的優(yōu)點(diǎn)，僅僅要求相對(duì)少的元件。根據(jù)較低的綜合性該電路適合在小的、低成本的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)殼中。在大約2伏的較低驅(qū)動(dòng)電壓的情況下使用電路的電流調(diào)整。在調(diào)整回路中的信號(hào)不具有相移，如此該調(diào)整有高度的穩(wěn)定性。電路的溫度特性與雙極放大器晶體管的溫度特性成反比，如此放大器電路有盡可能溫度穩(wěn)定的放大特性。
下面根據(jù)在圖中描述的實(shí)施例詳細(xì)闡述本發(fā)明。


圖1指出了包括一個(gè)在集成電路中實(shí)現(xiàn)的、用于工作點(diǎn)調(diào)整的電路布置在內(nèi)的放大器電路的方框圖，圖2指出了用于工作點(diǎn)調(diào)整的電路布置以晶體管的實(shí)現(xiàn)。
在圖1中指出的放大器電路具有一個(gè)雙級(jí)npn高頻晶體管1，其基極終端與要放大的高頻信號(hào)RFIN的輸入終端10連接，其集電極終端經(jīng)過(guò)用于工作點(diǎn)調(diào)整的電阻3連接在正電源電位VS上。晶體管1的發(fā)射極連接在參考電位(地)GND上?？梢栽谶B接在晶體管1的集電極上的輸出終端11上截取高頻輸出信號(hào)RFOUT。用于工作點(diǎn)調(diào)整的電路布置2具有一個(gè)輸出端26，其引導(dǎo)饋入晶體管1基極的注入電流。通過(guò)給晶體管1提供通過(guò)電阻3調(diào)整的集電極電流IC和匹配于此的基極電流IB調(diào)整晶體管1的工作點(diǎn)。每個(gè)附加于終端10和11的隔直電容18或者17用于阻隔輸入與輸出終端的直流電流IB或者IC。此外在負(fù)載電流路徑或集電極電流路徑中預(yù)先規(guī)定一個(gè)電感13以及在基極供電電流中預(yù)先規(guī)定一個(gè)電感14與電阻15串聯(lián)以及各自對(duì)地連接的電容12或16，以便要放大的高頻信號(hào)與直流供電電流去耦。
用于工作點(diǎn)調(diào)整的電路2具有正電源電位VS的一個(gè)終端23、放大器晶體管1的集電極電流路徑的測(cè)量電阻3連接其上面的一個(gè)終端24和參考電位GND的一個(gè)終端25?？梢栽诮K端26上截取注入的、依賴于供電電壓VS、GND和流經(jīng)測(cè)量電阻3的電流調(diào)整的基極電流。該電路2具有一個(gè)差分節(jié)20，由供電電壓VS、GND給該差分節(jié)饋電。差分節(jié)20的負(fù)輸入端與基準(zhǔn)電壓源21連接，該基準(zhǔn)電壓源施加于電源電位VS的終端23上。差分節(jié)20的正輸入端引向終端24并且截取在測(cè)量電阻3上下降的電壓。依賴于由差分節(jié)20確定的電壓差控制電流源22，其提供在終端26上的基極電流IB。
在圖2中詳細(xì)描述了電路布置2的實(shí)現(xiàn)。相應(yīng)的元件具備相同的參考符號(hào)。該電路具有一個(gè)電流源30，其連接在參考電位終端25上并且輸出端方面在一個(gè)終端26上提供恒定電流。該電流源包含一個(gè)雙極晶體管33，其發(fā)射極經(jīng)過(guò)電阻34與參考電位終端25連接。該晶體管33的基極經(jīng)過(guò)二個(gè)串聯(lián)的雙極二極管31、32與參考電位終端25連接。經(jīng)過(guò)一個(gè)電阻35由正電源電位VS的終端23給二極管31、32的串聯(lián)電路供應(yīng)電流。在電流源30的終端36上提供的恒定電流饋入鏡像電流電路40的輸入支路。鏡像電流電路40輸入端方面包含一個(gè)雙極晶體管41、其集電極和基極相互連接。晶體管41的集電極終端與電流源30連接，發(fā)射極終端與正電源電位VS的終端23連接。電流鏡像形成40的輸出支路包含一個(gè)雙基晶體管42，其集電極直接連接在參考電位終端25上，其發(fā)射極經(jīng)過(guò)一個(gè)電阻43連接在電源電位終端23上。晶體管42與晶體管41相比可以引導(dǎo)較高的電流。其作為多發(fā)射極晶體管實(shí)現(xiàn)或作為多個(gè)晶體管的并聯(lián)電路實(shí)現(xiàn)。基極方面晶體管42與晶體管41的基極連接。經(jīng)過(guò)電流鏡像形成40相應(yīng)放大地在電阻43上提供由電流源36提供的恒定電流，如此在電阻43的電流鏡像形成方面的終端44上調(diào)整涉及正電源電位VS的恒定電壓。
一個(gè)另外的雙極晶體管50發(fā)射極方面具有一個(gè)電阻51，其連接在電源電位終端23上。晶體管50的基極連接在這個(gè)在電流鏡像形成40的形成輸入支路和輸出支路的晶體管41和42之間的連接線45上，也就是晶體管41和42的基極終端的連接線。晶體管50的發(fā)射極此外連接在終端24上，在該終端上存在高頻放大器晶體管1的集電極電流的測(cè)量電阻3。晶體管50也工作在共基電路中。依賴于流經(jīng)測(cè)量電阻3的電流影響晶體管50的基極-發(fā)射極電壓并因此影響其集電極電流。在測(cè)量電阻3上下降的電壓與在電路節(jié)點(diǎn)44或電阻43上存在的恒定電壓?jiǎn)为?dú)比較，并且依賴于在這個(gè)在電阻3上下降的電壓和處于電阻43上的恒定電壓之間的電壓差調(diào)整雙極晶體管的集電極電流。通過(guò)連接在參考電位終端25上的電流鏡像形成60反映晶體管50的集電極電流，并且該集電極電流被供給形成電流源22的雙基晶體管70的基極終端。電流鏡像形成60輸入端方面包含一個(gè)具有耦合的集電極和基極終端的晶體管61以及輸出端方面包含一個(gè)晶體管62，其基極與晶體管61的基極連接。晶體管62的集電極與晶體管70的基極連接。晶體管62作為雙發(fā)射極晶體管實(shí)現(xiàn)，這樣有益地放大、例如加倍在電流鏡像形成60的輸入和輸出路徑中的電流。晶體管70的發(fā)射極處于電位VS，晶體管70也工作在共發(fā)射極電路中。
唯一晶體管70的一種選擇由二個(gè)或多個(gè)晶體管形成的(沒(méi)有描述)Darlington電路也可以形成該電流源22。與唯一晶體管相比Darlington電路具有較高的電流驅(qū)動(dòng)能力。在一個(gè)由二個(gè)pnp晶體管形成的Darington電路中第一Darlington晶體管的發(fā)射極終端與終端23連接。第二Darlington晶體管的發(fā)射極與第一Darlington晶體管的基極連接。第二Darlington晶體管的基極與電流鏡像形成60的輸出支路連接。Darlington晶體管的集電極終端彼此連接并且連接在輸出終端26上。
通過(guò)用于高頻晶體管1的工作點(diǎn)調(diào)整的電路布置依賴于根據(jù)電流源30提供的恒定電流在電阻43上產(chǎn)生一個(gè)恒定電壓，并且此外通過(guò)差值形成借助于在其基極終端上耦合的晶體管42、50以在晶體管50上饋入的測(cè)量電壓產(chǎn)生依賴于該差值的、晶體管50的集電極電流，在鏡像形成并放大之后在終端26上作為輸出電流提供該集電極電流。
電流源30的晶體管31、32、33以及電流鏡像形成60的晶體管61、62是npn雙極晶體管。電流鏡像形成40的晶體管41、42以及晶體管50和電流源晶體管22是pnp雙極晶體管。每個(gè)npn和pnp晶體管的負(fù)載電流路徑是其集電極-發(fā)射極電流路徑。每個(gè)晶體管的控制終端是其基極終端。所描述的實(shí)施使在較低電壓下的運(yùn)行成為可能。在2V工作電壓VS、GND的情況下使用該調(diào)整。該電路具有概括數(shù)目的晶體管和電阻，這些晶體管和電阻在集成實(shí)現(xiàn)時(shí)對(duì)硅表面僅僅要求較低的需求。整體集成電路可以輕而易舉地安置在一個(gè)小的、按照標(biāo)準(zhǔn)的4針外殼中。
代替已指出的、以雙極半導(dǎo)體工藝的實(shí)現(xiàn)，以MOS工藝也可以實(shí)現(xiàn)該電路。代替指出的雙極晶體管31、32、33、61、62可以應(yīng)用n溝道MOS晶體管。代替指出的pnp雙極晶體管41、42、51、22可以應(yīng)用p溝道MOS晶體管。MOS晶體管的負(fù)載電流路徑是其漏極-源極區(qū)間。MOS晶體管的控制電極是其柵電極。
眾所周知，在雙極晶體管的基極-發(fā)射極區(qū)間上下降的電壓是依賴溫度的。隨著上升的溫度基極-發(fā)射基電壓下降。對(duì)于升高的溫度在晶體管50的基極-發(fā)射極區(qū)間上下降的電壓差具有負(fù)系數(shù)，如此在終端26上提供的基極電流同樣有負(fù)溫度系數(shù)。由此調(diào)低雙極高頻放大器晶體管1的集電極電流。該電路2的溫度特性與晶體管1的溫度特性相反，如此晶體管1的工作點(diǎn)保持溫度穩(wěn)定。
權(quán)利要求
1.用于高頻晶體管的工作點(diǎn)調(diào)整的電路布置，包含-第一電源電位(VS)的終端(23)和第二電源電位(GND)的終端(25)；-一個(gè)測(cè)量終端(24)，測(cè)量電阻(3)連接在該終端上，該測(cè)量電阻與高頻晶體管(1)的負(fù)載電流路徑串聯(lián)；-一個(gè)輸出終端(26)，高頻晶體管(1)的控制終端耦合在輸出終端上；-一個(gè)差分節(jié)，其按照供電電壓與第一和第二電源電位的終端(23、25)連接并且具有與基準(zhǔn)電壓源(21)連接的第一信號(hào)輸入端(-)和與測(cè)量終端(24)連接的第二信號(hào)輸入端(+)；-一個(gè)由差分節(jié)(20)控制的電流源(22)，其與輸出終端(26)連接。
2.按照權(quán)利要求1的電路布置，其特征在于，第一鏡像電流電路(40)，具有一個(gè)輸入路徑(41)、其與連接在第二電源電位的終端(25)上的電流源(30)連接，并具有一個(gè)輸出路徑(42)、其經(jīng)過(guò)控制線(45)與輸入路徑(41)耦合并且其經(jīng)過(guò)第一電阻(43)與第一電源電位的終端(23)連接，并且其特征在于一個(gè)第一晶體管(50)，其基極與連接第一鏡像電流電路(40)的路徑的控制線(45)連接，其發(fā)射極經(jīng)過(guò)第二電阻(51)與第一電源電位(VS)的終端(23)并與測(cè)量終端(24)連接。
3.按照權(quán)利要求2的電路布置，其特征在于，共發(fā)射極電路中的第二晶體管(70)，其基極經(jīng)過(guò)第二鏡像電流形成(60)與第一晶體管(50)連接并且其集電極與輸出終端(26)連接。
4.按照權(quán)利要求2或3的電路布置，其特征在于，電流源(30)包含晶體管(33)的負(fù)載電流路徑，該電流負(fù)載路徑一方面與第一電流鏡像形成(40)的輸入支路(41)連接，并且另一方面經(jīng)過(guò)電阻(34)與第二電源電位(GND)的終端(25)連接，該晶體管(33)的控制終端經(jīng)過(guò)由至少二個(gè)二極管(31、32)形成的串聯(lián)電路與第二電源電位的終端(25)連接。
5.按照權(quán)利要求2或3的電路布置，其特征在于，第一電流鏡形成(40)的輸入支路(41)具有一個(gè)晶體管的負(fù)載區(qū)間，其控制終端與其負(fù)載區(qū)間耦合，并且第一電流鏡像形成(40)的輸出支路具有另一個(gè)晶體管(42)的負(fù)載區(qū)間，其控制終端與輸入支路的晶體管(41)的控制終端耦合。
6.按照權(quán)利要求5的電路布置，其特征在于，第二電流鏡像形成(60)具有一個(gè)第一晶體管(61)，其負(fù)載電流路徑與第二晶體管(50)的負(fù)載電流路徑耦合，其控制終端與其負(fù)載電流路徑耦合，并且具有一個(gè)第二晶體管(62)，其負(fù)載電流路徑與第二晶體管(70)的負(fù)載電流路徑連接，第二電流鏡像形成(60)的晶體管(61、62)的控制終端彼此耦合。
7.按照權(quán)利要求5的電路布置，其特征在于，第一電流鏡像形成(40)的晶體管(41、42)是pnp晶體管或n溝道MOS晶體管。
8.按照權(quán)利要求3的電路布置，其特征在于，第一和第二晶體管(50、70)是pnp晶體管或p溝道MOS晶體管。
9.按照權(quán)利要求1或2的電路布置，其特征在于，電流源(22)作為具有至少二個(gè)晶體管的Darlington電路實(shí)施。
10.具有按照權(quán)利要求1至9之一的電路布置的放大器電路，其特征在于，一個(gè)電阻(3)，其連接在第一電源電位(VS)的終端(23)和該電路布置的測(cè)量終端(24)之間，一個(gè)高頻晶體管(1)，其集電極與該電路布置的測(cè)量終端(24)直流耦合，其基極與該電路布置的輸出終端(26)直流耦合，其基極與高頻輸入信號(hào)(RFIN)的輸入終端(10)連接，其集電極與高頻輸出信號(hào)(RFOUT)的輸出終端(11)連接。
全文摘要
帶有高頻晶體管(1)的放大器電路具有一個(gè)用于工作點(diǎn)調(diào)整的電路(2)，其依賴于在連接在高頻晶體管(1)的集電極電路中的電阻(3)上下降的電壓為高頻晶體管(1)提供基極電流(IB)，電路(2)具有一個(gè)由供電電壓(VS、GND)饋電的差分節(jié)(20)，其把在電阻(3)上下降的電壓與基準(zhǔn)電壓比較。電流源(22)依賴于電壓差產(chǎn)生基極電流(IB)。該電路(2)僅僅需要低的供電電壓，如此在電阻(3)中消耗的功率是低的。以較低數(shù)目的元件可以實(shí)現(xiàn)該電路(2)。
文檔編號(hào)H03F3/195GK1416615SQ01806135
公開(kāi)日2003年5月7日 申請(qǐng)日期2001年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月6日
發(fā)明者J·-P·沙弗 申請(qǐng)人:因芬尼昂技術(shù)股份公司