CN103631307A - 射频功率放大器的功率控制电路 - Google Patents

Abstract

一种射频功率放大器的功率控制电路，由控制环路和电流电压转换器构成，具体包括第4功率放大管、第1Mos场效应晶体管、第2Mos场效应晶体管、第3Mos场效应晶体管、第4电阻、第5电阻和第4电容。本发明和常规GSM射频功率放大器的功率控制相比，不需要大尺寸的控制器器件，也节省了串联在电源的精确电阻，射频功率放大器直接接电源电压，没有额外的压降，具有成本低，尺寸小和效率高的优点。

Description

射频功率放大器的功率控制电路

技术领域

本发明涉及射频功率放大器，特别是一种射频功率放大器的功率控制电路。

背景技术

常规的GSM功率放大器的功率控制，如图1，图2和图3所示。通常功率放大器和控制器由不同工艺实现。功率放大器通常由GaAs工艺实现，控制器通常由CMOS工艺实现。

图1的控制原理为开环控制。GSM功率放大器的输出功率随电源电压增加而增加；控制器为功率放大器提供电源，其输出电压为功率放大器的电源电压；控制器的输出电压随输入vramp电压增加而增加；所以功率放大器的输出功率随控制器输入电压增加而增加。其缺点是控制器和输出器件的尺寸大，成本高，并且功率管的压降也会降低放大器的整体效率。

图2的控制原理为闭环控制，其功率检测通过检测功率放大器输出管的电流来检测输出功率。检测电流的办法是在射频功率放大器输出管的电源上串联一个resense小电阻，功率控制通过检测电阻上的电压，并与vramp电压来比较，比较结果通过反馈控制环路来调整放大器的偏置电压或电流来实现。其优点是由于电源上串联电阻阻值小，减少了电源上的压降，使得整体效率有提高。缺点是需要精确的串联电阻，造成封装的尺寸和成本问题。

图3的控制原理也是闭环控制，其主要特点是功率检测通过功率耦合器和高频检测电路来直接检测输出功率。其缺点是功率检测的高频电路设计对工艺有较高要求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种射频功率放大器的功率控制电路，该功率控制电路应具有成本低，尺寸小和效率高的优点。

本发明的技术解决方案如下：

一种射频功率放大器的功率控制电路，其特点在于，包括与该射频功率放大器依次连接的电流电压转换器和控制环路。

所述的控制环路的第一输入端口经所述的电流电压转换器接所述的射频功率放大器的末级功率放大管的基级，所述的控制环路的第二输入端口接控制电压，所述的控制环路的输出端接所述的末级功率放大管的基级连接。

所述的控制环路的第一输入端口接所述的射频功率放大器的末级功率放大管的基级，所述的控制环路的第一输入端口经所述的电流电压转换器接控制电压，所述的控制环路的输出端接所述的末级功率放大管的基级连接。

上述射频功率放大器的功率控制电路具体包括第4功率放大管、第1Mos场效应晶体管、第2Mos场效应晶体管、第3Mos场效应晶体管、第4电阻、第5电阻和第4电容，上述元部件的连接关系如下：

在所述的射频功率放大器的末级功率放大管设置第4功率放大管，所述的第4功率放大管是末级功率放大管的镜像器件，所述的第4功率放大管的基极和末级功率放大管的基极相连，第4功率放大管的发射极和末级功率放大管的发射极相连，所述的第4功率放大管的集电极和第1Mos场效应晶体管的漏极相连，所述的第1Mos场效应晶体管是第2Mos场效应晶体管为镜像电流源，第1Mos场效应晶体管的栅极和第2Mos场效应晶体管的栅极相连，第1Mos场效应晶体管的栅极和漏极相连，第2Mos场效应晶体管的漏极接第4电阻，作为电流电压转换器，第2Mos场效应晶体管的漏极和第4电阻的节点与放大器的正向输入端相连，该放大器的反向输入端与控制电压相连，该放大器的输出端接第3Mos场效应晶体管的栅极，该第3Mos场效应晶体管的栅极经第5电阻、第4电容接第3Mos场效应晶体管的漏极，该漏极经所述的射频功率放大器的末级接第4功率放大管的基级，所述的第1Mos场效应晶体管、第2Mos场效应晶体管和第3Mos场效应晶体管的源极接电源。

本发明的主要工作原理是通过检测射频功率放大器输出管的镜像器件的电流来检测输出功率。由于功率放大器的平均电流随输出功率增加而增加，其镜像器件的电流也会随输出功率增加而增加，如图5所示。检测到的电流可以转换为电压，并和输入控制电压vramp相比，比较的结果通过闭环控制电路来调整放大器的偏置电压或电流，来达到功率控制的目的。具体地说，本发明控制电路将流经第4电阻的电流转换为电压输入所述的放大器正向输入端和经所述的放大器反向输入端的输入控制电压vramp相比较将差值从放大器的输出端输入所述的第3Mos场效应晶体管的栅极，该第3Mos场效应晶体管放大后输出电流输入第3功率放大管的基级作为放大器输出级的偏置电流，作为负反馈控制射频功率放大器的输出功率。

本发明的技术效果如下：

本发明和常规GSM射频功率放大器相比，不需要大尺寸的控制器器件，也节省了串联在电源的精确电阻，射频功率放大器直接接电源电压，没有额外的压降，具有成本低，尺寸小和效率高的优点。

附图说明

图1是常规射频功率放大器功率控制方法一。

图2是常规射频功率放大器功率控制方法二。

图3是常规射频功率放大器功率控制方法三。

图4-1是本发明射频功率放大器的功率控制电路原理图之一。

图4-2是本发明射频功率放大器的功率控制电路原理图之二。

图5是镜像电流和输出功率关系。

图6是本发明射频功率放大器的功率控制电路的第一实施例电路图。

图7是本发明射频功率放大器的功率控制电路的第二实施例电路图。

图8是本发明射频功率放大器的功率控制电路的第三实施例电路图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

请参见图4-1、图5、图6，图4-1是本发明射频功率放大器的功率控制电路原理图之一，图5是镜像电流和输出功率关系，图6是本发明射频功率放大器集成电路的功率控制电路第一实施例的电路图，由图可见，图中射频功率放大器是基于GaAs HBT的三级射频功率放大器由第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3,第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻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以及匹配网络组成。

本发明射频功率放大器的功率控制电路第一实施例由第4功率放大管Q4,第1Mos场效应晶体管M1、第2Mos场效应晶体管M2、第3Mos场效应晶体管M3、第5电阻R5和第4电容C4构成的控制环路和由第4电阻R4作为电流电压转换器组成。上述元部件的连接关系如下：

在所述的射频功率放大器的第三功率放大管Q3设置镜像器件第4功率放大管Q4，所述的第4功率放大管Q4的基极和第三功率放大管Q3的基极相连，第4功率放大管Q4的发射极和第三功率放大管Q3的发射极相连，所述的第4功率放大管Q4的集电极和第1Mos场效应晶体管M1的漏极相连，所述的第1Mos场效应晶体管M1和第2Mos场效应晶体管M2为镜像电流源，第1Mos场效应晶体管M1的栅极和第2Mos场效应晶体管M2的栅极相连，第1Mos场效应晶体管M1的栅极和漏极相连，第2Mos场效应晶体管M2的漏极接第4电阻R4，作为电流电压转换器，第2Mos场效应晶体管M2的漏极和第4电阻R4的节点与放大器A的正向输入端相连，该放大器A的反向输入端与控制电压相连，该放大器A的输出端接第3Mos场效应晶体管M3的栅极，该第3Mos场效应晶体管M3的栅极经第5电阻R5、第4电容C4接第3Mos场效应晶体管M3的漏极，该漏极经所述的射频功率放大器的第3电阻R3接第4功率放大管Q4和第三功率放大管Q3的基级，所述的第1Mos场效应晶体管M1、第2Mos场效应晶体管M2和第3Mos场效应晶体管M3的源极接电源。

本发明射频功率放大器的功率控制电路将流经第4电阻的电流转换为电压输入所述的放大器A的正向输入端和经所述的放大器反向输入端的输入控制电压vramp相比较，将差值从放大器A的输出端输入所述的第3Mos场效应晶体管的栅极，该第3Mos场效应晶体管放大后输出电流输入第4功率放大管Q4为第3功率放大管Q3的基级作为放大器输出级第3功率放大管Q3的偏置电流，负反馈控制射频功率放大器的输出功率。以此通过控制放大器输出级的偏置电流来达到控制输出功率的目的。

图7是本发明射频功率放大器的功率控制电路的第二实施例图，如图所示，具体包括第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1Mos场效应晶体管M1、第2Mos场效应晶体管M2、第3Mos场效应晶体管M3、第4电阻R4、第5电阻R5和第4电容C4，上述元部件的连接关系如下：

在所述的射频功率放大器的末级功率放大管Q3设置第4功率放大管Q4，该第4功率放大管Q4是末级功率放大管Q3的镜像器件，所述的第4功率放大管Q4的基极和末级功率放大管Q3的基极相连，第4功率放大管Q4的发射极和末级功率放大管Q3的发射极相连，所述的第4功率放大管Q4的集电极和第1Mos场效应晶体管M1的漏极相连，该第1Mos场效应晶体管M1和第2Mos场效应晶体管M2为镜像电流源，第1Mos场效应晶体管M1的栅极和第2Mos场效应晶体管M2的栅极相连，第1Mos场效应晶体管M1的栅极和其漏极相连，第2Mos场效应晶体管M2的漏极接第4电阻R4，作为电流电压转换器，第2Mos场效应晶体管M2的漏极和第4电阻R4的节点与放大器A的正向输入端相连，该放大器A的反向输入端与控制电压vramp相连，该放大器A的输出端接第3Mos场效应晶体管M3的栅极，该第3Mos场效应晶体管M3的栅极经第5电阻R5、第4电容C4接第3Mos场效应晶体管M3的漏极，该漏极接第5功率放大管Q5的集电极，第5功率放大管Q5的集电极和其基极连接，第5功率放大管Q5的基极和第7功率放大管Q7的基极相连，该第7功率放大管Q7的发射极经所述的射频功率放大器的末级电阻R3接第4功率放大管Q4的基级，第7功率放大管Q7的集电极接电源，所述的第5功率放大管Q5的发电极分别与第6功率放大管Q6的集电极、基极相连，所述的第1Mos场效应晶体管M1、第2Mos场效应晶体管M2和第3Mos场效应晶体管M3的源极接电源。

图8是本发明射频功率放大器的功率控制电路的第三实施例，如图所示，具体包括第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1Mos场效应晶体管M1、第2Mos场效应晶体管M2、第3Mos场效应晶体管M3、第4Mos场效应晶体管M4、第4电阻R4、第5电阻R5和第4电容C4，上述元部件的连接关系如下：

在所述的射频功率放大器的末级功率放大管Q3设置第4功率放大管Q4，该第4功率放大管Q4是末级功率放大管Q3的镜像器件，所述的第4功率放大管Q4的基极和末级功率放大管Q3的基极相连，第4功率放大管Q4的发射极和末级功率放大管Q3的发射极相连，所述的第4功率放大管Q4的集电极和第1Mos场效应晶体管M1的漏极相连，该第1Mos场效应晶体管M1和第2Mos场效应晶体管M2为镜像电流源，第1Mos场效应晶体管M1的栅极和第2Mos场效应晶体管M2的栅极相连，第1Mos场效应晶体管M1的栅极和其漏极相连，第2Mos场效应晶体管M2的漏极和第4Mos场效应晶体管M4的源极连接，第4Mos场效应晶体管M4的漏极接第4电阻R4作为电流电压转换器，第4Mos场效应晶体管M4的漏极和第4电阻R4的节点与放大器A的正向输入端相连，该放大器A的反向输入端与控制电压vramp相连，该放大器A的输出端接第第4Mos场效应晶体管M4的栅极，第2Mos场效应晶体管M2的漏极和第4Mos场效应晶体管M4的源极的节点接第3Mos场效应晶体管M3的栅极，第3Mos场效应晶体管的栅极经第5电阻R5、第4电容C4接第3Mos场效应晶体管M3的漏极，该漏极接第5功率放大管Q5的集电极，第5功率放大管Q5的集电极和其基极连接，第5功率放大管Q5的基极和第7功率放大管Q7的基极相连，该第7功率放大管Q7的发射极经所述的射频功率放大器的末级电阻R3接第4功率放大管Q4的基级，第7功率放大管Q7的集电极接电源，所述的第5功率放大管Q5的发电极分别与第6功率放大管Q6的集电极、基极相连，所述的第1Mos场效应晶体管M1、第2Mos场效应晶体管M2和第3Mos场效应晶体管M3的源极接电源。

实验表明，本发明和常规GSM射频功率放大器相比，不需要大尺寸的控制器器件，所述的第4电阻不要求精确，也节省了串联在电源的精确电阻，射频功率放大器直接接电源电压，没有额外的压降，具有成本低，尺寸小和效率高的优点。

Claims (6)

1.一种射频功率放大器的功率控制电路，其特征在于，由控制环路和电流电压转换器构成。

2.根据权利要求1所述的射频功率放大器的功率控制电路，其特征在于，所述的控制环路的第一输入端口经所述的电流电压转换器接所述的射频功率放大器的末级功率放大管（Q3）的基级，所述的控制环路的第二输入端口接控制电压（vramp），所述的控制环路的输出端接所述的末级功率放大管（Q3）的基级连接。

3.根据权利要求1所述的射频功率放大器的功率控制电路，其特征在于，所述的控制环路的第一输入端口接所述的射频功率放大器的末级功率放大管（Q3）的基级，所述的控制环路的第一输入端口经所述的电流电压转换器接控制电压（vramp），所述的控制环路的输出端接所述的末级功率放大管（Q3）的基级连接。

4.根据权利要求2所述的射频功率放大器的功率控制电路，其特征在于，该功率控制电路包括第4功率放大管（Q4）、第1Mos场效应晶体管（M1）、第2Mos场效应晶体管（M2）、第3Mos场效应晶体管（M3）、第4电阻（R4）、第5电阻（R5）和第4电容（C4），上述元部件的连接关系如下：

所述的第4功率放大管（Q4）是所述的射频功率放大器的末级功率放大管（Q3）的镜像器件，所述的第4功率放大管（Q4）的基极和末级功率放大管（Q3）的基极相连，第4功率放大管（Q4）的发射极和末级功率放大管（Q3）的发射极相连，所述的第4功率放大管（Q4）的集电极和第1Mos场效应晶体管（M1）的漏极相连，该第1Mos场效应晶体管（M1）和第2Mos场效应晶体管（M2）为镜像电流源，第1Mos场效应晶体管（M1）的栅极和第2Mos场效应晶体管（M2）的栅极相连，第1Mos场效应晶体管（M1）的栅极和其漏极相连，第2Mos场效应晶体管（M2）的漏极接第4电阻（R4）作为电流电压转换器，第2Mos场效应晶体管（M2）的漏极和第4电阻（R4）的节点与放大器（A）的正向输入端相连，该放大器（A）的反向输入端与控制电压（vramp）相连，该放大器（A）的输出端接第3Mos场效应晶体管（M3）的栅极，该第3Mos场效应晶体管（M3）的栅极经第5电阻（R5）、第4电容（C4）接第3Mos场效应晶体管（M3）的漏极，该漏极经所述的射频功率放大器的末级电阻（R3）接第4功率放大管（Q4）的基级，所述的第1Mos场效应晶体管（M1）、第2Mos场效应晶体管（M2）和第3Mos场效应晶体管（M3）的源极接电源。

5.根据权利要求2所述的射频功率放大器的功率控制电路，其特征在于，该功率控制电路包括第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1Mos场效应晶体管（M1）、第2Mos场效应晶体管（M2）、第3Mos场效应晶体管（M3）、第4电阻（R4）、第5电阻（R5）和第4电容（C4），上述元部件的连接关系如下：

所述的第4功率放大管（Q4）是所述的射频功率放大器末级功率放大管（Q3）的镜像器件，所述的第4功率放大管（Q4）的基极和末级功率放大管（Q3）的基极相连，第4功率放大管（Q4）的发射极和末级功率放大管（Q3）的发射极相连，所述的第4功率放大管（Q4）的集电极和第1Mos场效应晶体管（M1）的漏极相连，该第1Mos场效应晶体管（M1）和第2Mos场效应晶体管（M2）为镜像电流源，第1Mos场效应晶体管（M1）的栅极和第2Mos场效应晶体管（M2）的栅极相连，第1Mos场效应晶体管（M1）的栅极和其漏极相连，第2Mos场效应晶体管（M2）的漏极接第4电阻（R4）作为电流电压转换器，第2Mos场效应晶体管（M2）的漏极和第4电阻（R4）的节点与放大器（A）的正向输入端相连，该放大器（A）的反向输入端与控制电压（vramp）相连，该放大器（A）的输出端接第3Mos场效应晶体管（M3）的栅极，该第3Mos场效应晶体管（M3）的栅极经第5电阻（R5）、第4电容（C4）接第3Mos场效应晶体管（M3）的漏极，该漏极接第5功率放大管（Q5）的集电极，第5功率放大管（Q5）的集电极和其基极连接，第5功率放大管（Q5）的基极和第7功率放大管（Q7）的基极相连，该第7功率放大管（Q7）的发射极经所述的射频功率放大器的末级电阻（R3）接第4功率放大管（Q4）的基级，第7功率放大管（Q7）的集电极接电源，所述的第5功率放大管（Q5）的发电极分别与第6功率放大管（Q6）的集电极、基极相连，所述的第1Mos场效应晶体管（M1）、第2Mos场效应晶体管（M2）和第3Mos场效应晶体管（M3）的源极接电源。

6.根据权利要求3所述的射频功率放大器的功率控制电路，其特征在于，该功率控制电路包括第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1Mos场效应晶体管（M1）、第2Mos场效应晶体管（M2）、第3Mos场效应晶体管（M3）、第4Mos场效应晶体管（M4）、第4电阻（R4）、第5电阻（R5）和第4电容（C4），上述元部件的连接关系如下：

所述的第4功率放大管（Q4）是射频功率放大器的末级功率放大管（Q3）的镜像器件，所述的第4功率放大管（Q4）的基极和末级功率放大管（Q3）的基极相连，第4功率放大管（Q4）的发射极和末级功率放大管（Q3）的发射极相连，所述的第4功率放大管（Q4）的集电极和第1Mos场效应晶体管（M1）的漏极相连，该第1Mos场效应晶体管（M1）和第2Mos场效应晶体管（M2）为镜像电流源，第1Mos场效应晶体管（M1）的栅极和第2Mos场效应晶体管（M2）的栅极相连，第1Mos场效应晶体管（M1）的栅极和其漏极相连，第2Mos场效应晶体管（M2）的漏极和第4Mos场效应晶体管（M4）的漏极连接，第4Mos场效应晶体管（M4）的源极接第4电阻（R4）作为电流电压转换器，第4Mos场效应晶体管（M4）的漏极和第4电阻（R4）的节点与放大器（A）的正向输入端相连，该放大器（A）的反向输入端与控制电压（vramp）相连，该放大器（A）的输出端接第4Mos场效应晶体管（M4）的栅极，第2Mos场效应晶体管（M2）的漏极和第4Mos场效应晶体管（M4）的漏极的节点接第3Mos场效应晶体管（M3）的栅极，第3Mos场效应晶体管的栅极经第5电阻（R5）、第4电容（C4）接第3Mos场效应晶体管（M3）的漏极，该漏极接第5功率放大管（Q5）的集电极，第5功率放大管（Q5）的集电极和其基极连接，第5功率放大管（Q5）的基极和第7功率放大管（Q7）的基极相连，该第7功率放大管（Q7）的发射极经所述的射频功率放大器的末级电阻（R3）接第4功率放大管（Q4）的基级，第7功率放大管（Q7）的集电极接电源，所述的第5功率放大管（Q5）的发射极分别与第6功率放大管（Q6）的集电极、基极相连，所述的第1Mos场效应晶体管（M1）、第2Mos场效应晶体管（M2）和第3Mos场效应晶体管（M3）的源极接电源。

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