CN202076989U - 射频功率放大器温度补偿电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种射频功率放大器温度补偿电路，包括由基准电压产生电路、电压转换电路及温度斜率调整电路组成的控制电路，其输出端接反馈电路，基准电压产生电路产生一个不随温度和电源电压变化的基准电压V_BG和一个跟随温度变化的电流I_PTAT，电压转换电路把电流I_PTAT转换成随温度变化的电压V_PTAT，并提高V_BG驱动能力后输出V_REF给温度斜率调整电路，由其把电压V_REF和V_PTAT组合产生一可随芯片温度变化的电压V_tf输出给反馈电路以调节射频功率放大器增益。本实用新型能在不影响射频功率放大器效率等指标的前提下减少增益随温度的变化，且改变反馈电路反馈量的电路能同时改善放大器的线性度指标。

Description

射频功率放大器温度补偿电路

技术领域

本实用新型涉及射频功率放大器技术领域，具体是指一种具有稳定增益作用的射频功率放大器温度补偿电路。

背景技术

射频功率放大器作为各种无线通讯***发射机中的关键部件，各通信标准对其各项指标均有严格要求，随着数据传输量的增大，当前的3G标准对射频功率放大器提出了更为苛刻的要求，在高线性度、高效率的基础上，还要求射频功率放大器在整个温度变化范围内具有良好的温度特性指标。

砷化镓异质结器件（GaAs HBT）是一种具有高线性度与高效率性能的射频器件，被广泛应用在移动通信***中的线性功率放大器设计中，但目前采用GaAs HBT器件设计的射频功率放大器的性能在不同温度下存在较大偏差，因为温度变化会引起功率晶体管的结压降及放大倍数变化，从而导致射频功率放大器的增益受温度影响而有较大变化。对于一个典型的二级射频功率放大器来说，其增益随温度的变化通常在2～3dB，这会导致使用该射频功率放大器的手持设备性能随温度变化偏差很大，为了补偿这种性能偏差，就需要采用温度补偿技术来补偿射频功率放大器的增益随温度变化而产生的这一偏差。目前的射频功率放大器温度补偿技术中，主要集中在设计带温度补偿的偏置电路与采用带温度补偿的电源电压控制电路来实现温度补偿。带温度补偿的偏置电路着重在于提供一个不随电源电压及温度变化的偏置电流，它能部分的补偿功率晶体管结压降随温度的变化，但由GaAs HBT器件的放大倍数公式β=qI_c/KT可知，放大器的增益除了与偏置电流I_c有关还直接和温度相关，在不影响偏置电路自身调节能力的前提下，采用带温度补偿偏置电路的方法对于减少射频功率放大器的增益随温度的变化效果不大。对于采用带温度补偿的电源电压控制电路来实现温度补偿的方法，由于它是利用一个与温度相关的电源电压来调节射频功率放大器，这种温度补偿方法主要是用来补偿输出功率随温度的变化， 其对射频功率放大器增益随温度变化的补偿作用不大。因此，目前的温度补偿方法对于减少射频功率放大器的增益随温度变化而变化的效果不大。

发明内容                                                                             

本实用新型需解决的问题是提供一种能够有效减少射频功率放大器增益随温度变化而变化的温度补偿电路。

为解决上述问题，本实用新型所采取的基本技术方案为：提供一种射频功率放大器温度补偿电路, 包括：反馈电路，其连接于射频功率放大器输入端与输出端之间，用于调节射频功率放大器增益；基准电压产生电路，用于产生一个不随温度和电源电压变化的基准电压V_BG和一个跟随温度变化的电流I_PTAT；电压转换电路，接收跟随温度变化的电流I_PTAT，将其转换成随温度变化的电压V_PTAT；接收基准电压V_BG将其转换成一个驱动能力更强的基准电压V_REF；温度斜率调整电路，接收电压转换电路输出的电压V_REF和V_PTAT，用于把电压V_REF和V_PTAT进行组合产生一个跟随芯片温度变化的电压V_tf输出给反馈电路实现射频功率放大器的增益调节。

具体的，所述电压调整电路包括放大器OP1、放大器OP2及分别与放大器OP1、放大器OP2输出端连接的晶体管M1、M2，所述放大器OP1同相输入端接收跟随温度变化的电流I_PTAT，将其转换成随温度变化的电压V_PTAT；所述放大器OP2同相输入端接收把基准电压V_BG将其转换成一个驱动能力更强的基准电压V_REF。

具体的，所述温度斜率调整电路包括放大器OP3及与其输出端连接的晶体管M3，其同相输入端及反相输入端分别接收电压转换电路输出电压V_REF和V_PTAT，用于把电压V_REF和V_PTAT进行组合产生一个跟随芯片温度变化的电压V_tf输出给反馈电路以调节射频功率放大器增益，转换关系式为：V_tf=A*V_REF+B*V_PTAT，其中A、B由所述放大器OP3同相输入端限流电阻R4及输出端分压电阻R6、R7决定。

优选的，所述反馈电路中设有用于检测射频功率放大器芯片温度变化的温敏元件，所述温敏元件输出信号自动调节射频功率放大器的反馈量。

更优选的，所述射频功率放大器温度补偿电路还包括带温度补偿功能用以调节匹配网络对输入信号的衰减量的匹配网络，所述匹配网络连接于射频功率放大器输入端。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

1）通过调节射频功率放大器的反馈电路的反馈量来补偿功率放大器增益随温度的变化，这样能在不影响射频功率放大器的效率等其他指标的前提下来减少增益随温度的变化，并且，这种改变反馈电路反馈量的方法能同时改善射频功率放大器的线性度指标；

2）优选方案中在反馈电路中及输入端匹配网络中加入温敏电阻，进一步提高射频功率放大器的增益随温度的补偿能力，使射频功率放大器增益性能更加稳定；采用所述温度补偿电路，当温度在-20～80℃ 范围内变化时，射频功率放大器的增益变化小于±0.5dB；

3）本实用新型所述电路结构简洁，在提高射频功率放大器增益随温度变化的补偿性能的同时不会增加太多成本。

附图说明

图1为所述温度补偿电路实施例组成原理框图；图2为所述温度补偿电路实施例二组成原理框图；图3为所述控制电路具体实施例电路示意图；图4为所述具有温度补偿功能的匹配网络及反馈电路实施例电路原理图；图5为不带温敏元件的反馈电路原理图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

图1为所述温度补偿电路实施例一原理框图。如图，所述温度补偿电路包括基准电压产生电路、电压转换电路及温度斜率调整电路，上述三个电路依次相连组成控制电路，控制电路输出端接反馈电路，反馈电路跨接于射频功率放大器的输入与输出之间。该实施例的工作原理是：基准电压产生电路可产生一个不随温度和电源电压变化的基准电压V_BG和一个跟随温度变化的电流I_PTAT，电压转换电路把随温度变化的电流I_PTAT转换成随温度变化的电压V_PTAT，同时把V_BG转换成一个驱动能力更强的基准电压V_REF，输出给温度斜率调整电路，由其把电压V_REF和V_PTAT进行组合产生一个跟随芯片温度变化的电压V_tf输出给反馈电路以调节射频功率放大器增益。

如图2，本实施中，所述温度补偿电路包括基准电压产生电路、电压转换电路及温度斜率调整电路组成的控制电路及反馈电路，并在射频功率放大器输入端加入具有温度补偿功能的匹配网络。其中反馈电路也采用具有温敏元件的反馈电路，温敏元件输出信号实现对射频功率放大器的反馈量的调节。

如图3为所述控制电路具体实施电路原理图。其包括放大器OP1、放大器OP2及分别与放大器OP1、放大器OP2输出端连接的晶体管M1、M2，所述放大器OP1同相输入端接收跟随温度变化的电流I_PTAT，将其转换成随温度变化的电压V_PTAT；所述放大器OP2同相输入端接收把基准电压V_BG将其转换成一个驱动能力更强的基准电压V_REF；温度斜率调整电路，包括放大器OP3及晶体管M3，放大器OP3同相输入端及反相输入端分别接收电压转换电路输出电压V_REF和V_PTAT，输出端连接晶体管M3。晶体管M1、M2漏极均连接电源VDD，源极通过电阻接地，栅极接分别接两个放大器；M3源极连接VDD，漏极作为输出端，同时通过串联电阻R6、R7接地；电阻R6、R7连接点接放大器OP3同相输入端，电压转换电路输出的V_REF通过电阻R4也输入到放大器OP3同相输入端，电压转换电路输出的电压V_PTAT输入放大器OP3反相输入端。晶体管M3栅极与漏极之间还串接有电阻R5、电容C1。

由上述电路可以推出，温度斜率调整电路输出端输出的电压：V_tf=-(R₆/R₄)²*V_REF+(1+(R₆/R₇)²+(R₆/R₄)²)*V_PTAT，

令A=-(R₆/R₄)², B= (1+(R₆/R₇)²+(R₆/R₄)²) ，

令V_PTAT=mT=m(273+t)=N+mt，

则有V_tf=A*V_REF +B*N+B*m*t；再令 V_tf0=A*V_REF +B*N, f(t)=B*m*t，则可得出V _tf = V_tf0+f(t) ，可见，通过上述温度补偿电路，可使输出电压V _tf  与温度t成正比关系变化，实现补偿。V_tf0取温度为常温25℃时控制电路输出的电压值。通过改变电阻R4、R5、R6的值实现输出电压与温度之间比例关系的调节。

如图4，实施例中，反馈电路包括依次串联的电容C1 、电阻R_therm1、电容C2及晶体管Q1，所述晶体管Q1源极接地，漏极与基极相连后与温度斜率调整电路输出端连接。Q1为由晶体管所构成的二极管，其导通状况由控制电路产生的控制电压V_tf=V_tf0+f(t)来控制。在正常情况下，V_tf电压小于Q1管子的导通电压，因而其深度关断而不影响反馈网络的正常工作，而当温度升高时，V_tf=V_tf0+f(t)电压增加，从而使得管子Q1的导通程度增加，因而将反馈网络中的射频信号导通到地，从而相当于减少了从射频功率放大器输出端到输入端之间的反馈信号量，从而起到在温度升高时，通过减少射频功率放大器输出与输入端之间的反馈量，从而起到调试射频功率放大器增益的作用；反之亦反。如果反馈电路中不加温敏元件,则如图5所示，将温敏元件R_therm1换成普通电阻R即可

电阻R_cont、R_therm2、电感L1、和电容C10、 C11构成带温度补偿的匹配网络，电阻R_cont与温敏电阻R_therm2，二者并联后一端接地，另一端依次通过电感L1、电容C10与射频放大器输入端连接；电容C11，其一端接地，另一端与电感L1、电容C10交点连接。这里电阻R_cont为一个不随温度变化的电阻，电阻R_therm2为一随温度变化的温敏电阻，当射频功率放大器芯片温度发生变化时，电阻R_cont和R_therm2的并联阻抗发生变化，从而对输入信号的衰减也发生变化，这样起到补偿射频功率放大器增益随温度变化的作用。

本实用新型中为具体介绍的功能电路均可采用现有技术中已有的功能电路，只要电路能够完成本实用新型中所述的功能即可。

上述实施例仅为本实用新型较优选的实施方案，需要说明的是，在未脱离本实用新型构思前提下对其所做的任何微小变化及等同替换，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.射频功率放大器温度补偿电路,其特征在于：包括

反馈电路，其连接于射频功率放大器输入端与输出端之间，用于调节射频功率放大器增益；

基准电压产生电路，用于产生一个不随温度和电源电压变化的基准电压V_BG和一个跟随温度变化的电流I_PTAT；

电压转换电路，接收跟随温度变化的电流I_PTAT，将其转换成随温度变化的电压V_PTAT；接收基准电压V_BG将其转换成一个驱动能力更强的基准电压V_REF；

温度斜率调整电路，接收电压转换电路输出的电压V_REF和V_PTAT，用于把电压V_REF和V_PTAT进行组合产生一个跟随芯片温度变化的电压V_tf输出给反馈电路实现射频功率放大器的增益调节。

2.根据权利要求1所述的射频功率放大器温度补偿电路，其特征在于，所述温度斜率调整电路包括放大器OP3及与其输出端连接的晶体管M3，其同相输入端及反相输入端分别接收电压转换电路输出电压V_REF和V_PTAT，用于把电压V_REF和V_PTAT进行组合产生一个跟随芯片温度变化的电压V_tf输出给反馈电路以调节射频功率放大器增益，转换关系式满足：V_tf=A*V_REF+B*V_PTAT，其中A、B由所述放大器OP3同相输入端限流电阻R4及输出端分压电阻R6、R7阻值配比实现。

3.根据权利要求1所述的射频功率放大器温度补偿电路，其特征在于：所述电压转换电路，包括放大器OP1、放大器OP2及分别与放大器OP1、放大器OP2输出端连接的晶体管M1、M2，所述放大器OP1同相输入端接收跟随温度变化的电流I_PTAT，将其转换成随温度变化的电压V_PTAT；所述放大器OP2同相输入端接收基准电压V_BG将其转换成一个驱动能力更强的基准电压V_REF。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的射频功率放大器温度补偿电路，其特征在于：所述反馈电路中设有用于检测射频功率放大器芯片温度变化的温敏元件，所述温敏元件输出信号自动调节射频功率放大器的反馈量。

5.根据权利要求4所述的射频功率放大器温度补偿电路，其特征在于：

所述反馈电路包括依次串联的电容C1 、电阻R_therm1、电容C2及晶体管Q1，所述晶体管Q1源极接地，漏极与基极相连后与温度斜率调整电路输出端连接。

6.根据权利要求5所述的射频功率放大器温度补偿电路，其特征在于：进一步包括带温度补偿功能用以调节匹配网络对输入信号的衰减量的匹配网络，所述匹配网络连接于射频功率放大器输入端。

7.根据权利要求6所述的射频功率放大器温度补偿电路，其特征在于：所述匹配网络包括电阻R_cont与温敏电阻R_therm2，二者并联后一端接地，另一端依次通过电感L1、电容C10与射频放大器输入端连接。

8.根据权利要求7所述的射频功率放大器温度补偿电路，其特征在于：所述匹配网络还包括电容C11，其一端接地，另一端与电感L1、电容C10交点连接。

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