CN115580241A - 一种功率放大器及其偏置电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种功率放大器及其偏置电路，包括微电流源电路、电流放大电路、差分放大电路和稳压输出电路；直流电源用于输出直流电压信号至微电流源电路、电流放大电路、差分放大电路和稳压输出电路；微电流源电路根据直流电压信号输出基准电流信号至电流放大电路的电流输入端，以及输出偏置电压信号至电流放大电路的控制端；电流放大电路根据基准电流信号、偏置电压信号和直流电压信号输出第一电压信号至差分放大电路的第一输入端；差分放大电路根据直流电压信号、第一电压信号和第二输入端接收的反馈信号输出第二电压信号至稳压输出电路的输入端；稳压输出电路根据第二电压信号和直流电压信号输出稳压信号至偏置电路的输出端。

Description

一种功率放大器及其偏置电路

技术领域

本发明涉及射频集成电路技术领域，尤其涉及一种功率放大器及其偏置电路。

背景技术

近年来，基于CMOS工艺的高性能射频功率放大器一直是研究的热点和难点。一方面，基于CMOS工艺的射频电路易与数字电路集成，从而降低整体芯片的成本；另一方面，随着CMOS工艺进入深亚微米区域，器件的击穿电压也随着降低，限制了CMOS功率放大器的输出功率。功率放大器的偏置电压是向各放大器提供合适的偏置电压或电流，确定各级的静态工作点，决定其工作状态。传统情况下，常用的偏置电路有分压型和参考源型。

传统情况下，分压型偏置电路的优点很明显，就是简单易实现，但是其缺点是精度不高，由这类偏置电路来提供的偏置电压或是采用电阻提供的偏置电流会受到电源电压的影响；而对于参考源型偏置电路，这类偏置电路具有高精度的参考电压和电流的优点，同时其电路结构相对复杂。但是这些偏置电路的稳定性较差，无法有效地改善功率放大器的线性度。

发明内容

本发明提供了一种功率放大器及其偏置电路，以提高功率放大器的线性度。

根据本发明的一方面，提供了一种偏置电路，包括：微电流源电路、电流放大电路、差分放大电路和稳压输出电路；

所述微电流源电路的输入端、所述电流放大电路的供电端、所述差分放大电路的供电端和所述稳压输出电路的供电端均与直流电源电连接；

所述微电流源电路的输出端还与所述电流放大电路的电流输入端和控制端电连接，所述电流放大电路的输出端与所述差分放大电路的第一输入端电连接，所述差分放大电路的第二输入端与所述稳压输出电路的输出端电连接，所述差分放大电路的输出端与所述稳压输出电路的输入端电连接；所述稳压输出电路的输出端与所述偏置电路的输出端电连接；

所述直流电源用于输出直流电压信号至所述微电流源电路、所述电流放大电路、所述差分放大电路和所述稳压输出电路；

所述微电流源电路用于根据所述直流电压信号输出基准电流信号至所述电流放大电路的电流输入端，以及输出偏置电压信号至所述电流放大电路的控制端；

所述电流放大电路用于根据所述基准电流信号、所述偏置电压信号和所述直流电压信号输出第一电压信号至所述差分放大电路的第一输入端；

所述差分放大电路用于根据所述直流电压信号、所述第一电压信号和所述第二输入端接收的反馈信号输出第二电压信号至稳压输出电路的输入端；

所述稳压输出电路用于根据所述第二电压信号和所述直流电压信号输出所述稳压信号至所述偏置电路的输出端。

可选的，所述微电流源电路包括：第一电阻、第二电阻、第一晶体管和第二晶体管；

所述第一电阻的第一端与所述直流电源电连接，所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端和所述第一晶体管的控制极电连接；

所述第二电阻的第二端与所述第一晶体管的第一极和所述第二晶体管的控制极电连接，所述第二晶体管的第一极与所述电流放大电路的电流输入端和控制端电连接，所述第一晶体管的第二极与所述第二晶体管的第二极均接地。

可选的，所述电流放大电路包括：第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管和第六晶体管；

所述第三晶体管的第一极和所述第四晶体管的第一极均与所述直流电源电连接；

所述第三晶体管的第二极与所述第五晶体管的第一极电连接，所述第三晶体管的控制极与所述第四晶体管的控制极、所述第五晶体管的第二极和所述微电流源电路的输出端电连接，所述第五晶体管的控制极和所述第六晶体管的控制极均与第一基准电压源电连接；

所述第四晶体管的第二极与所述第六晶体管的第一极电连接，所述第六晶体管的第二极与所述差分放大电路的第一输入端电连接，且所述第六晶体管的第二极接地。

可选的，所述电流放大电路还包括：第三电阻；

所述第三电阻的第一端与所述第六晶体管的第二极和所述差分放大电路的第一输入端电连接，所述第三电阻的第二端接地。

可选的，所述差分放大电路包括：第七晶体管、第八晶体管、第九晶体管、第十晶体管和第十一晶体管；

所述第七晶体管的第一极和所述第八晶体管的第一极均与直流电源电连接；

所述第七晶体管的第二极与所述第九晶体管的第一极电连接，所述第七晶体管的第二极还与所述第七晶体管的控制极和所述第八晶体管的控制极电连接；

所述第八晶体管的第二极与所述第十晶体管的第一极电连接，所述第八晶体管的第二极还与所述稳压输出电路的输入端电连接；

所述第九晶体管的第二极与所述第十晶体管的第二极和所述第十一晶体管的第一极电连接，所述第九晶体管的控制极与所述电流放大电路的输出端电连接；

所述第十晶体管的控制极与所述稳压输出电路的输出端电连接；

所述第十一晶体管的第二极接地，所述第十一晶体管的控制极与第二基准电压源电连接。

可选的，所述稳压输出电路包括第十二晶体管、第十三晶体管和第四电阻；

所述第十二晶体管的第一极与所述第十三晶体管的控制极和所述差分放大电路的输出端电连接，所述第十二晶体管的第二极接地，所述第十二晶体管的控制极与所述第四电阻的第一端电连接；

所述第十三晶体管的第一极与直流电源电连接，所述第十三晶体管的第二极与所述偏置电路的输出端、所述差分放大电路的第二输入端和所述第四电阻的第二端电连接。

可选的，所述偏置电路还包括：第五电阻；

所述第五电阻的第一端与所述第四电阻的第二端和所述第十三晶体管的第二极电连接，所述第五电阻的第二端与所述偏置电路的输出端电连接。

根据本发明的另一方面，提供了一种功率放大器，包括：功率放大电路和上述的偏置电路。

可选的，所述功率放大电路包括：第一电容、第二电容、功率放大晶体管、第六电阻、第七电阻、第十四晶体管和第一电感；

所述功率放大晶体管的基极通过所述第一电容与射频信号输入端电连接，所述功率放大晶体管的基极还与所述偏置电路的输出端电连接；

所述第一电感的第一端与所述直流电源电连接，所述第一电感的第二端与射频信号输出端和第十四晶体管的集电极电连接，所述第十四晶体管的发射极与所述功率放大晶体管的集电极电连接，所述功率放大晶体管的发射极接地；所述第十四晶体管的基极通过所述第六电阻与所述直流电源电连接，所述第十四晶体管的基极还通过所述第七电阻接地，且所述第十四晶体管的基极还通过所述第二电容接地。

可选的，所述功率放大电路包括：第一电容、第二电容、第一功率放大晶体管、第二功率放大晶体管、第六电阻、第七电阻、第十四晶体管、第十五晶体管、第一电感和第二电感；

所述第一电感的第一端与所述直流电源电连接，所述第一电感的第二端与射频信号输出端和第十四晶体管的集电极电连接，所述第十四晶体管的基极与第三基准电压源电连接，所述第十四晶体管的发射极与所述第一功率放大晶体管的集电极电连接，所述第一功率放大晶体管的发射极接地，所述第一功率放大晶体管的基极通过所述第一电容与射频信号输入端电连接，所述第一功率放大晶体管的基极还通过所述第六电阻与所述偏置电路的输出端电连接；

所述第二电感的第一端与所述直流电源电连接，所述第二电感的第二端与射频信号输出端和第十五晶体管的集电极电连接，所述第十五晶体管的基极与第四基准电压源电连接，所述第十五晶体管的发射极与所述第二功率放大晶体管的集电极电连接，所述第二功率放大晶体管的发射极接地，所述第二功率放大晶体管的基极通过所述第二电容与射频信号输入端电连接，所述第二功率放大晶体管的基极还通过所述第七电阻与所述偏置电路的输出端电连接。

本发明实施例提供的偏置电路，设置直流电源为各电路提供直流电压信号，通过微电流源电路提供电流值较小的微电流，从而电流放大电路能够将微电流信号进行放大，并根据放大后的微电流信号输出第一电压信号至差分放大电路，通过设置差分放大电路作为反馈电路，使得差分放大电路在接收直流电压信号的基础上，能够根据第一电压信号和提供至偏置电路输出端的稳压信号输出第二电压信号，以能够保证稳压信号的稳定性，稳压输出电路能够进一步的根据第二电压信号输出稳压信号，并且将偏置电路输出端的电压信号作为反馈信号对输出的稳压信号进行调节，以进一步需保证稳压信号的稳定性，从而当该偏置电路应用于功率放大器中时，能够有效提高功率放大器的线性度。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种偏置电路的电路图；

图2是本发明实施例提供的另一种偏置电路的电路图；

图3是本发明实施例提供的又一种偏置电路的电路图；

图4是本发明实施例提供的一种功率放大器的电路图；

图5是本发明实施例提供的一种功率放大器的输出功率对比图；

图6是本发明实施例提供的另一种功率放大器的电路图；

图7是本发明实施例提供的另一种功率放大器的输出功率对比图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

图1是本发明实施例提供的一种偏置电路的电路图，如图1所示，该偏置电路10包括：微电流源电路11、电流放大电路12、差分放大电路13和稳压输出电路14；微电流源电路11的输入端IN1、电流放大电路12的供电端VCC1、差分放大电路13的供电端VCC2和稳压输出电路14的供电端VCC3均与直流电源VCC电连接；微电流源电路11的输出端OUT1与电流放大电路12的电流输入端IN2和控制端CIN电连接，电流放大电路12的输出端OUT2与差分放大电路13的第一输入端IN3电连接，差分放大电路13的第二输入端IN4与稳压输出电路的输出端OUT4电连接，差分放大电路13的输出端OUT3与稳压输出电路14的输入端IN5电连接，稳压输出电路14的输出端OUT4与偏置电路10的输出端VOUT电连接。

直流电源VCC用于输出直流电压信号至微电流源电路11、电流放大电路12、差分放大电路13和稳压输出电路14；微电流源电路11用于根据直流电压信号输出基准电流信号至电流放大电路12的电流输入端IN2，以及输出偏置电压信号至电流放大电路12的控制端CIN；电流放大电路12用于根据基准电流信号、偏置电压信号和直流电压信号输出第一电压信号至差分放大电路13的第一输入端IN3；差分放大电路13用于根据直流电压信号、第一电压信号和第二输入端IN4接收的稳压信号输出第二电压信号至稳压输出电路14的输入端IN5；稳压输出电路14用于根据第二电压信号和直流电压信号输出稳压信号至偏置电路10的输出端VOUT。

具体的，直流电源VCC能够为各电路提供稳定的直流电压信号，微电流源电路11能够根据直流电压信号输出电流值较小的微电流信号至电流放大电路12的电流输入端IN2，并且能够输出偏置电压信号至电流放大电路12的控制端CIN，从而电流放大电路12能够根据偏置电压信号接收直流电源VCC提供的直流电压信号，进而能够在接收到直流电压信号后，对微电流信号进行放大，以能够根据放大的微电流信号输出第一电压信号至差分放大电路13的第一输入端IN3。通常，功率放大晶体管M1的基极可以通过第一电容C1接收射频信号，并且将偏置电路10的输出端VOUT电连接至功率放大晶体管M1的基极，以能够为其提供偏置电压，因此若射频信号增大，则使得偏置电路10输出端VOUT位置处的电压信号也增大，而射频信号减小，则偏置电路10输出端VOUT位置处的电压信号也同步减小，如此则影响功率放大晶体管M1的基极-发射极电压，从而影响功率放大器的线性度。为了保证提供至功率放大器输入端的偏置电压（即稳压信号）较为稳定，即不受射频信号的影响，可以将差分放大电路13作为反馈电路，其第二输入端IN4可以作为反馈输入端，能够对偏置电路10输出端VOUT的稳压信号进行采集，从而能够在其供电端接收直流电压信号的基础上，能够根据第一电压信号和稳压信号输出第二电压信号，能够使得稳压信号过大时，使得输出的第二电压信号适当减小，或者稳压信号过小时，使得输出的第二电压信号适当增大，以使得偏置电路10输出端VOUT的稳压信号趋于稳定。稳压输出电路14能够根据第二电压信号和直流电压信号输出稳压信号，同时能够将偏置电路10输出端VOUT的信号作为反馈信号，以对输出的稳压信号进行调节，使得输出的稳压信号更为稳定，进一步提高了偏置电路的输出信号的稳定性，当该偏置电路应用于功率放大器中时，能够有效提高功率放大器的线性度。

本发明实施例提供的偏置电路，设置直流电源为各电路提供直流电压信号，通过微电流源电路提供电流值较小的微电流，从而电流放大电路能够将微电流信号进行放大，并根据放大后的微电流信号输出第一电压信号至差分放大电路，通过设置差分放大电路作为反馈电路，使得差分放大电路在接收直流电压信号的基础上，能够根据第一电压信号和提供至偏置电路输出端的稳压信号输出第二电压信号，以能够保证稳压信号的稳定性，稳压输出电路能够进一步的根据第二电压信号输出稳压信号，并且将偏置电路输出端的电压信号作为反馈信号对输出的稳压信号进行调节，以进一步保证稳压信号的稳定性，从而当该偏置电路应用于功率放大器中时，能够有效提高功率放大器的线性度。

可选的，图2是本发明实施例提供的另一种偏置电路的电路图，如图2所示，微电流源电路11包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第一晶体管Q1和第二晶体管Q2；第一电阻R1的第一端与直流电源VCC电连接，第一电阻R1的第二端与第二电阻R2的第一端和第一晶体管Q1的控制极电连接；第二电阻R2的第二端与第一晶体管Q1的第一极和第二晶体管Q2的控制极电连接，第二晶体管Q2的第一极与电流放大电路12的电流输入端IN2和控制端CIN电连接，第一晶体管Q1的第二极与第二晶体管Q2的第二极均接地GND。

具体的，第一晶体管Q1和第二晶体管Q2优选为N型三极管，则第一晶体管Q1的第一极和第二晶体管Q2的第一极均为集电极，第一晶体管Q1的第二极和第二晶体管Q2的第二极均为发射极，第一晶体管Q1的控制极和第二晶体管Q2的控制极均为基极。假设第一电阻R1和第二电阻R2的连接节点为第一节点a，第二电阻R2与第一晶体管Q1和第二晶体管Q2的连接节点为第二节点b，第一电阻R1、第二电阻R2和第一晶体管Q1能够对直流电源VCC提供的直流电压信号进行分压，同时第一节点a电连接至第一晶体管Q1的基极，能够控制第一晶体管Q1处于导通状态，第二节点b连接至第二晶体管Q2的基极，以能够控制第二晶体管Q2处于导通状态，如此，能够使得有微电流流经第二晶体管Q2的集电极和发射极，从而该微电流能够传输至电流放大电路12的电流输入端IN2，同时导通的第二晶体管Q2的集电极和发射极之间具有极间电压，该极间电压可以作为偏置电压传输至电流放大电路12的控制端CIN，以控制电流放大电路处于导通状态，从而能够对微电流进行放大。

可以理解，流经第二电阻R2的电流I_R2=(V_{BE Q1}–V_{BE Q2})/R2，其中，V_{BE Q1}为第一晶体管Q1的基极和发射极之间的电压差，V_{BE Q2}为第二晶体管Q2的基极和发射极之间的电压差。由于(V_{BE Q1}–V_{BE Q2})的值较小，因此流经第二电阻R2的电流I_R2也较小。由于I_R2=I_{C Q1}+I_{B Q2}，其中I_{C Q1}为第一晶体管Q1的集电极电流，I_{B Q2}为第二晶体管Q2的基极电流，由于流经第二电阻R2的电流I_R2较小，因此使得第一晶体管Q1的集电极电流I_{C Q1}和第二晶体管Q2的基极电流I_{B Q2}也较小，因此第二晶体管Q2的集电极电流I_{C Q2}也较小，即能够提供电流值较小的微电流。

可选的，参考图2，电流放大电路包括：第三晶体管Q3、第四晶体管Q4、第五晶体管Q5和第六晶体管Q6；第三晶体管Q3的第一极和第四晶体管Q4的第一极均与直流电源VCC电连接；第三晶体管Q3的第二极与第五晶体管Q5的第一极电连接，第三晶体管Q3的控制极与第四晶体管Q4的控制极、第五晶体管Q5的第二极和微电流源电路11的输出端OUT1电连接，第五晶体管Q5的控制极和第六晶体管Q6的控制极均与第一基准电压源VB1电连接；第四晶体管Q4的第二极与第六晶体管Q6的第一极电连接，第六晶体管Q6的第二极与差分放大电路13的第一输入端IN3电连接，且第六晶体管Q6的第二极接地GND。

具体的，第三晶体管Q3、第四晶体管Q4、第五晶体管Q5和第六晶体管Q6优选为P型MOS管，各晶体管的第一极可以为源极，各晶体管的第二极可以为漏极，且各晶体管的控制极为栅极。微电流源电路11向第三晶体管Q3和第四晶体管Q4的栅极提供偏置电压，从而使得第三晶体管Q3的栅源电压 V_{GS Q3} ≤ V_{TH Q3}，第四晶体管Q4的栅源电压 V_{GS Q4} ≤ V_{TH Q4}，其中，V_{TH Q3}为第三晶体管Q3的阈值电压，V_{TH Q4}为第四晶体管Q4的阈值电压。从而能够使得第三晶体管Q3和第四晶体管Q4处于导通状态。第五晶体管Q5和第六晶体管Q6的栅极接收第一基准电压源VB1提供的第一基准电压信号，设置该第一基准电压信号能够控制第五晶体管Q5和第六晶体管Q6处于导通状态。第三晶体管Q3、第四晶体管Q4、第五晶体管Q5和第六晶体管Q6构成电流镜结构，能够对流经第三晶体管Q3和第五晶体管Q5的微电流进行放大，即流经第四晶体管Q4和第六晶体管Q6的电流即为放大后的电流信号。

示例性的，第三晶体管Q3、第四晶体管Q4、第五晶体管Q5和第六晶体管Q6构成cascode电流镜结构，其中，可以设置第三晶体管Q3和第四晶体管Q4的尺寸比例为1：N，能够将微电流信号放大N倍，另外相较于只包括第三晶体管Q3和第四晶体管Q4的传统电流镜结构，cascode电流镜结构能够解除传统电流镜中对第三晶体管Q3栅源电压V_{GS Q3}的钳位，使得第三晶体管Q3漏源电压V_{DS Q3}可以达到V_{GS Q3}-V_{TH Q3}。通过设置第五晶体管Q5和第六晶体管Q6，使得第五晶体管Q5和第六晶体管Q6能够对第三晶体管Q3的漏极电压和第四晶体管Q4的漏极电压进行平衡，即能够保证第三晶体管Q3的漏源电压V_{DS Q3}与第四晶体管Q4的漏源电压V_{DS Q4}相同，且使得第三晶体管Q3的栅源电压V_{GS Q3}与第四晶体管Q4的栅源电压V_{GS Q4}相同，能够对微电流进行更加精确的复制并放大。

可选的，继续参考图2，电流放大电路12还包括：第三电阻R3；第三电阻R3的第一端与第六晶体管Q6的第二极和差分放大电路13的第一输入端IN3电连接，第三电阻R3的第二端接地GND。

具体的，由直流电源VCC流经第四晶体管Q4、第六晶体管Q6和第三电阻R3并接地的电流即为放大N倍的微电流，即微电流经过N倍的放大后由第六晶体管Q6输出，若假设该放大N倍的微电流为放大电流I0，从而提供至差分放大电路13的第一输入端IN3的电压为I0*R3，即第一电压信号的值为I0*R3。

可选的，继续参考图2，差分放大电路13包括：第七晶体管Q7、第八晶体管Q8、第九晶体管Q9、第十晶体管Q10和第十一晶体管Q11；第七晶体管Q7的第一极和第八晶体管Q8的第一极均与直流电源VCC电连接；第七晶体管Q7的第二极与第九晶体管Q9的第一极电连接，第七晶体管Q7的第二极还与第七晶体管Q7的控制极和第八晶体管Q8的控制极电连接；第八晶体管Q8的第二极与第十晶体管Q10的第一极电连接，第八晶体管Q8的第二极还与稳压输出电路14的输入端IN5电连接；第九晶体管Q9的第二极与第十晶体管Q10的第二极和第十一晶体管Q11的第一极电连接，第九晶体管Q9的控制极与电流放大电路12的输出端OUT2电连接；第十晶体管Q10的控制极与稳压输出电路14的输出端OUT4电连接；第十一晶体管Q11的第二极接地GND，第十一晶体管Q11的控制极与第二基准电压源VB2电连接。

具体的，第七晶体管Q7和第八晶体管Q8优选为P型MOS管，且第七晶体管Q7和第八晶体管Q8的第一极均为源极，第二极均为漏极，控制极均为栅极。第九晶体管Q9、第十晶体管Q10和第十一晶体管Q11优选为N型MOS管，且各晶体管的第一极均为漏极，第二极均为源极，控制极均为栅极。第九晶体管Q9的栅极作为差分放大电路13的第一输入端IN3与电流放大电路的输出端OUT2电连接，且第九晶体管Q9的栅极电压V_{G Q9}稳定于I0*R3。可以设置在正常情况下，第九晶体管Q9的栅极电位V_{G Q9}大于第十晶体管Q10的栅极电位V_{G Q10}，如此当偏置电路10输出端VOUT处的射频信号增大时，使得偏置电路10输出端VOUT的稳压信号也增大，则导致第十晶体管Q10的栅极电位V_{G Q10}也增大，使得V_{G Q9}与V_{G Q10}的差值减小，从而使得差分放大电路13输出的第二电压信号减小，从而能够使得稳压输出电路14输出的稳压信号减小，能够保证在功率放大晶体管M1基极的射频信号增大时，提供至功率放大晶体管M1基极的偏置电压保持稳定，以提高功率放大器的线性度。

可选的，继续参考图2，稳压输出电路14包括第十二晶体管Q12、第十三晶体管Q13和第四电阻R4；第十二晶体管Q12的第一极与第十三晶体管Q13的控制极和差分放大电路13的输出端OUT3电连接，第十二晶体管Q12的第二极接地GND，第十二晶体管Q12的控制极与第四电阻R4的第一端电连接；第十三晶体管Q13的第一极与直流电源VCC电连接，第十三晶体管Q13的第二极与偏置电路10的输出端VOUT、差分放大电路13的第二输入端IN4和第四电阻R4的第二端电连接。

具体的，第十二晶体管Q12和第十三晶体管Q13优选为N型三极管，且第十二晶体管Q12和第十三晶体管Q13的第一极均为集电极，第二极均为发射极，控制极均为基极。当偏置电路10输出端VOUT处的射频信号增大时，使得偏置电路10输出端VOUT的稳压信号也增大，则导致第十二晶体管Q12的基极电压和基极电流增大，从而使得第十二晶体管Q12的集电极电流增大，则第十三晶体管Q13的基极电流减小，从而使得第十三晶体管Q13的集电极电流减小。基于上述实施例，当偏置电路10输出端VOUT处的射频信号增大时，还会使得差分放大电路13输出的第二电压信号减小，则使得差分放大电路13输出至稳压输出电路14的电流信号也减小，因此在差分放大电路13减小输出电流的基础上，稳压输出电路14进一步减小了输出电流，使得提供至偏置电路10输出端的稳压信号的减小速度加快，从而使得偏置电路10输出端的稳压信号能够以较快的速度恢复稳定。即当功率放大器输入端的射频信号增大时，偏置电路10输出至功率放大晶体管M1基极的偏置电压（稳压信号）可以保持不变，从而可以保证功率放大晶体管M1的基极-发射极电压保持不变，能够有效提高功率放大器的线性度。

示例性的，可以通过调节第四电阻R4的阻值调节稳压输出电路14输出的稳压信号的电压值。

可选的，继续参考图2，偏置电路10还包括第五电阻R5；第五电阻R5的第一端与第四电阻R4的第二端和第十三晶体管Q13的第二极电连接，第五电阻R5的第二端与偏置电路10的输出端VOUT电连接。

具体的，假设第四电阻R4与第十三晶体管Q13和第十晶体管Q10的连接节点为第三节点c，则还可以在第三节点c与偏置电路10的输出端VOUT之间设置第五电阻R5，如此可以通过调节第五电阻R5的阻值调节功率放大晶体管M1的输入阻抗。另外，还可以通过设置第五电阻R5的阻值使得第十晶体管Q10的栅极电位低于第九晶体管Q9的栅极电位。

在本发明另一可行的实施例中，第十晶体管Q10的栅极还可以电连接至第十二晶体管Q12的基极，参考图3所示的又一种偏置电路的电路图，则此时第十晶体管Q10的栅极通过串联连接的第四电阻R4和第五电阻R5与偏置电路10的输出端VOUT电连接，能够进一步降低第十晶体管Q10的栅极电位，从而能够进一步保证第十晶体管Q10的栅极电位低于第九晶体管Q9的栅极电位。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种功率放大器，该功率放大器包括功率放大电路和本发明任一实施例提供的偏置电路，因此本发明实施例提供的功率放大器包括本发明任一实施例提供的偏置电路的技术特征，能够达到本发明任一实施例提供的偏置电路的有益效果，相同之处可参照上述对本发明实施例提供的偏置电路的描述，在此不再赘述。

可选的，图4是本发明实施例提供的一种功率放大器的电路图，如图4所示，该功率放大器包括功率放大电路20和偏置电路10，其中功率放大电路20包括第一电容C1、第二电容C2、功率放大晶体管M1、第六电阻R6、第七电阻R7、第十四晶体管Q14和第一电感L1；功率放大晶体管M1的基极通过第一电容C1与射频信号输入端RFin电连接，功率放大晶体管M1的基极还与偏置电路10的输出端VOUT电连接；第一电感L1的第一端与直流电源VCC电连接，第一电感L1的第二端与射频信号输出端RFout和第十四晶体管Q14的集电极电连接，第十四晶体管Q14的发射极与功率放大晶体管M1的集电极电连接，功率放大晶体管M1的发射极接地GND；第十四晶体管Q14的基极通过第六电阻R6与直流电源VCC电连接，第十四晶体管Q14的基极还通过第七电阻R7接地GND，且第十四晶体管Q14的基极还通过第二电容C2接地GND。

具体的，功率放大晶体管M1和第十四晶体管Q14构成共射-共基电路结构，偏置电路10为其中的共射晶体管（即功率放大晶体管M1）提供偏置电压。结合参考图5所示的一种功率放大器的输出功率对比图，若设置工作频率为915MHz，以功率放大器的输出功率1dB压缩点为例，将采用本发明实施例提供的偏置电路的功率放大器与采用现有的电阻分压偏置电路的功率放大器相比，采用现有的电阻分压偏置电路的功率放大器输出功率1dB压缩点为4.62dBm，而采用本发明实施例提供的偏置电路的功率放大器输出功率1dB压缩点为18.45dBm，即采用现有的电阻分压偏置电路的功率放大器，其输出功率在达到较小的压缩值后线性度开始变差，而采用本发明实施例提供的偏置电路的功率放大器，其输出功率在达到较大的压缩值后线性度才开始变差，即采用本发明实施例提供的偏置电路的功率放大器的线性度明显提高。

其中，图5中曲线L11为采用现有的电阻分压偏置电路的功率放大器输出功率为线性时压缩1dBm的理想曲线，曲线L12为采用现有的电阻分压偏置电路的功率放大器输出功率的实际曲线；曲线L21为采用本发明实施例提供的偏置电路的功率放大器输出功率为线性时压缩1dBm的理想曲线，曲线L22为采用本发明实施例提供的偏置电路的功率放大器输出功率的实际曲线。

可选的，图6是本发明实施例提供的另一种功率放大器的电路图，如图6所示，功率放大器包括功率放大电路20和偏置电路10，其中功率放大电路20包括第一电容C1、第二电容C2、第一功率放大晶体管M1、第二功率放大晶体管M2、第六电阻R6、第七电阻R7、第十四晶体管Q14、第十五晶体管Q15、第一电感L1和第二电感L2；第一电感L1的第一端与直流电源VCC电连接，第一电感L1的第二端与射频信号输出端RFout和第十四晶体管Q14的集电极电连接，第十四晶体管Q14的基极与第三基准电压源VB3电连接，第十四晶体管Q14的发射极与第一功率放大晶体管M1的集电极电连接，第一功率放大晶体管M1的发射极接地GND，第一功率放大晶体管M1的基极通过第一电容C1与射频信号输入端RFin电连接，第一功率放大晶体管M1的基极还通过第六电阻R6与偏置电路10的输出端VOUT电连接；第二电感L2的第一端与直流电源VCC电连接，第二电感L2的第二端与射频信号输出端RFout和第十五晶体管Q15的集电极电连接，第十五晶体管Q15的基极与第四基准电压源VB4电连接，第十五晶体管Q15的发射极与第二功率放大晶体管M2的集电极电连接，第二功率放大晶体管M2的发射极接地GND，第二功率放大晶体管M2的基极通过第二电容C2与射频信号输入端RFin电连接，第二功率放大晶体管M2的基极还通过第七电阻R7与偏置电路10的输出端VOUT电连接。

具体的，可以将第一电感L1、第十四晶体管Q14、第一功率放大晶体管M1、第六电阻R6和第一电容C1构成的支路为第一支路，将第二电感L2、第十五晶体管Q15、第二功率放大晶体管M2、第七电阻R7和第二电容C2构成的支路为第二支路，则第一支路和第二支路构成的功率放大电路为对称的差分结构。结合参考图7所示的另一种功率放大器的输出功率对比图，若设置功率放大器的工作频率为2.45GHz，以功率放大器的输出功率1dB压缩点为例，将采用本发明实施例提供的偏置电路的功率放大器与采用现有的电阻分压偏置电路的功率放大器相比，采用现有的电阻分压偏置电路的功率放大器输出功率1dB压缩点为3.1dBm，而采用本发明实施例提供的偏置电路的功率放大器输出功率1dB压缩点为14.62dBm，即采用现有的电阻分压偏置电路的功率放大器，其输出功率在达到较小的压缩点后线性度开始变差，而采用本发明实施例提供的偏置电路的功率放大器，其输出功率在达到较大的压缩点后线性度才开始变差，即采用本发明实施例提供的偏置电路的功率放大器的线性度明显提高。

其中，图7中曲线L11为采用现有的电阻分压偏置电路的功率放大器输出功率为线性时压缩1dBm的理想曲线，曲线L12为采用现有的电阻分压偏置电路的功率放大器输出功率的实际曲线；曲线L21为采用本发明实施例提供的偏置电路的功率放大器输出功率为线性时压缩1dBm的理想曲线，曲线L22为采用本发明实施例提供的偏置电路的功率放大器输出功率的实际曲线。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种偏置电路，其特征在于，包括：微电流源电路、电流放大电路、差分放大电路和稳压输出电路；

所述微电流源电路的输入端、所述电流放大电路的供电端、所述差分放大电路的供电端和所述稳压输出电路的供电端均与直流电源电连接；

所述微电流源电路的输出端还与所述电流放大电路的电流输入端和控制端电连接，所述电流放大电路的输出端与所述差分放大电路的第一输入端电连接，所述差分放大电路的第二输入端与所述稳压输出电路的输出端电连接，所述差分放大电路的输出端与所述稳压输出电路的输入端电连接；所述稳压输出电路的输出端与所述偏置电路的输出端电连接；

所述直流电源用于输出直流电压信号至所述微电流源电路、所述电流放大电路、所述差分放大电路和所述稳压输出电路；

所述微电流源电路用于根据所述直流电压信号输出基准电流信号至所述电流放大电路的电流输入端，以及输出偏置电压信号至所述电流放大电路的控制端；

所述电流放大电路用于根据所述基准电流信号、所述偏置电压信号和所述直流电压信号输出第一电压信号至所述差分放大电路的第一输入端；

所述差分放大电路用于根据所述直流电压信号、所述第一电压信号和所述第二输入端接收的反馈信号输出第二电压信号至稳压输出电路的输入端；

所述稳压输出电路用于根据所述第二电压信号和所述直流电压信号输出所述稳压信号至所述偏置电路的输出端。

2.根据权利要求1所述的偏置电路，其特征在于，所述微电流源电路包括：第一电阻、第二电阻、第一晶体管和第二晶体管；

所述第一电阻的第一端与所述直流电源电连接，所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端和所述第一晶体管的控制极电连接；

所述第二电阻的第二端与所述第一晶体管的第一极和所述第二晶体管的控制极电连接，所述第二晶体管的第一极与所述电流放大电路的电流输入端和控制端电连接，所述第一晶体管的第二极与所述第二晶体管的第二极均接地。

3.根据权利要求1所述的偏置电路，其特征在于，所述电流放大电路包括：第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管和第六晶体管；

所述第三晶体管的第一极和所述第四晶体管的第一极均与所述直流电源电连接；

所述第三晶体管的第二极与所述第五晶体管的第一极电连接，所述第三晶体管的控制极与所述第四晶体管的控制极、所述第五晶体管的第二极和所述微电流源电路的输出端电连接，所述第五晶体管的控制极和所述第六晶体管的控制极均与第一基准电压源电连接；

所述第四晶体管的第二极与所述第六晶体管的第一极电连接，所述第六晶体管的第二极与所述差分放大电路的第一输入端电连接，且所述第六晶体管的第二极接地。

4.根据权利要求3所述的偏置电路，其特征在于，所述电流放大电路还包括：第三电阻；

所述第三电阻的第一端与所述第六晶体管的第二极和所述差分放大电路的第一输入端电连接，所述第三电阻的第二端接地。

5.根据权利要求1所述的偏置电路，其特征在于，所述差分放大电路包括：第七晶体管、第八晶体管、第九晶体管、第十晶体管和第十一晶体管；

所述第七晶体管的第一极和所述第八晶体管的第一极均与直流电源电连接；

所述第七晶体管的第二极与所述第九晶体管的第一极电连接，所述第七晶体管的第二极还与所述第七晶体管的控制极和所述第八晶体管的控制极电连接；

所述第八晶体管的第二极与所述第十晶体管的第一极电连接，所述第八晶体管的第二极还与所述稳压输出电路的输入端电连接；

所述第九晶体管的第二极与所述第十晶体管的第二极和所述第十一晶体管的第一极电连接，所述第九晶体管的控制极与所述电流放大电路的输出端电连接；

所述第十晶体管的控制极与所述稳压输出电路的输出端电连接；

所述第十一晶体管的第二极接地，所述第十一晶体管的控制极与第二基准电压源电连接。

6.根据权利要求1所述的偏置电路，其特征在于，所述稳压输出电路包括第十二晶体管、第十三晶体管和第四电阻；

所述第十二晶体管的第一极与所述第十三晶体管的控制极和所述差分放大电路的输出端电连接，所述第十二晶体管的第二极接地，所述第十二晶体管的控制极与所述第四电阻的第一端电连接；

所述第十三晶体管的第一极与直流电源电连接，所述第十三晶体管的第二极与所述偏置电路的输出端、所述差分放大电路的第二输入端和所述第四电阻的第二端电连接。

7.根据权利要求6所述的偏置电路，其特征在于，还包括：第五电阻；

所述第五电阻的第一端与所述第四电阻的第二端和所述第十三晶体管的第二极电连接，所述第五电阻的第二端与所述偏置电路的输出端电连接。

8.一种功率放大器，其特征在于，包括：功率放大电路和权利要求1～7任一项所述的偏置电路。

9.根据权利要求8所述的功率放大器，其特征在于，所述功率放大电路包括：第一电容、第二电容、功率放大晶体管、第六电阻、第七电阻、第十四晶体管和第一电感；

所述功率放大晶体管的基极通过所述第一电容与射频信号输入端电连接，所述功率放大晶体管的基极还与所述偏置电路的输出端电连接；

所述第一电感的第一端与所述直流电源电连接，所述第一电感的第二端与射频信号输出端和第十四晶体管的集电极电连接，所述第十四晶体管的发射极与所述功率放大晶体管的集电极电连接，所述功率放大晶体管的发射极接地；所述第十四晶体管的基极通过所述第六电阻与所述直流电源电连接，所述第十四晶体管的基极还通过所述第七电阻接地，且所述第十四晶体管的基极还通过所述第二电容接地。

10.根据权利要求8所述的功率放大器，其特征在于，所述功率放大电路包括：第一电容、第二电容、第一功率放大晶体管、第二功率放大晶体管、第六电阻、第七电阻、第十四晶体管、第十五晶体管、第一电感和第二电感；

所述第一电感的第一端与所述直流电源电连接，所述第一电感的第二端与射频信号输出端和第十四晶体管的集电极电连接，所述第十四晶体管的基极与第三基准电压源电连接，所述第十四晶体管的发射极与所述第一功率放大晶体管的集电极电连接，所述第一功率放大晶体管的发射极接地，所述第一功率放大晶体管的基极通过所述第一电容与射频信号输入端电连接，所述第一功率放大晶体管的基极还通过所述第六电阻与所述偏置电路的输出端电连接；

所述第二电感的第一端与所述直流电源电连接，所述第二电感的第二端与射频信号输出端和第十五晶体管的集电极电连接，所述第十五晶体管的基极与第四基准电压源电连接，所述第十五晶体管的发射极与所述第二功率放大晶体管的集电极电连接，所述第二功率放大晶体管的发射极接地，所述第二功率放大晶体管的基极通过所述第二电容与射频信号输入端电连接，所述第二功率放大晶体管的基极还通过所述第七电阻与所述偏置电路的输出端电连接。

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