[发明专利]一种功率放大器偏置电路

说明书

技术领域

本发明涉及功率放大器技术领域， 具体是指一种具有稳定增益作用的功率放大器温度补偿电路。 

背景技术

功率放大器作为各种无线通讯系统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/4G标准对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系统中的线性功率放大器设计中， 但目前釆用 GaAs HBT器件设计的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功率放大器来说， 其增益随温度的变化通常在 23dB， 这会导致使用该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， 就需要釆用温度补偿技术来补偿功率放大器的增益随温度变化而产生的这一偏差。 目前的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釆用带温度补偿的电源电压控制电路来 实现温度补偿。 如图1中所示。 偏置电压Vref是不随温度变化的恒压源。二极管Q1，Q2 产生一个跟踪Q4温度的结电压。通过选取适当的Vref 和R1 的值，可以使得Q4 的偏置电流获得适当的温度系数，确保功放的增益和输出功率不随温度变化。但是，图1的电路只能在较小温度范围内正常工作。在极端温度条件下， 有时会造成Q4偏置电流过低不能正常开启的情况。 

发明内容

本发明提出了一种带有最低输出电流保护的恒压源电路，可以避免上述情况的出现，从而使得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 

本发明采用一种用三输入的运算放大器来实现的最低输出电流保护的恒压源电路。当省去虚线框中的PM2，PM11 和RFI时，图2所事电路是一种典型的LDO稳压电源，输出电压Vref =(m+1)V1

新增加的PM11和输出管 PM10形成1：n的电流镜。故 PM11的输出电流

If = Io/n

VFI = If*RFI = (Io*RFI)/n

当VFI>VFV 时，PM2截止，所示电路与正常稳压电源工作相同。

当VFI<VFV 时， PM2 导通，PM1 截止，所示电路的输出将从恒压源变成恒流源。输出电流Io = n*If = n*V1/RFI. 这就意味着输出电流将不会低于这个值。 

附图说明

图1是传统的功率放大器偏置电路图；图2是本发明的一种实现方式图；图3是无最低电流保护的偏置电路输出电压和电流随温度的变化图；图4是带最低电流保护的偏置电路的输出电压和电流随温度的变化图。 

具体实施方式

为了解决上述技术问题，本发明主要涉及采用一种用三输入的运算放大器来实现的最低输出电流保护的恒压源电路。 

当省去虚线框中的PM2，PM11 和RFI时，图2所示电路是一种典型的LDO稳压电源。偏置电流源与PM0, PM1, NM0, NM1, NM10, NM11,PM10 和PM11组成一个典型的两级运算放大器。其输出端驱动的PM12产生VREF给外部电路供电，电阻分压器m*RFV和RFV产生一个反馈电压VFV和输入信号V1共同驱动运算放大器的输入端。当环路增益很高时，VFV与V1之间的误差很小，输出电压Vref =(m+1)V1是一个不随温度变化的恒定电压， 如图3A所示。 

由于HBT的开启电压随温度上升而下降，故在上述恒定偏置电压作用下，功率放大器的偏置电流随温度上升而上升，如图3B中的实线所示。从而补偿了功率放大器的增益随温度下降的问题。但由于工艺参数的变化，某些产品批次的HBT开启电压过高，造成低温下VREF与两倍的HBT开启电压相差不大，偏置电流急剧下降，从而使得功率放大器在低温时输出功率大幅度降低，甚至不能开启的情况，如图3B中虚线所示。受此影响，造成功率放大器成品率下降，产品成本上升。 

在本发明中，新增加的PM11和输出管 PM10形成1：n的电流镜。当VFI<VFV时，PM1截止，PM2导通，电路进入电流工作模式。在运算放大器提供的高增益条件下，VFI=V1。故 PM11的输出电流 

If =V1/RFI= Io/n

因此，输出电流Io = n*If = n*V1/RFI.