阅读说明：本技术 功率放大器 (Power amplifier ) 是由 丁兆明 于 2018-08-21 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种功率放大器电路。所述功率放大器电路包含压控电流源和电流镜。所述压控电流源被配置成接收第一电压且产生第一电流。所述电流镜连接到所述压控电流源且响应于所述第一电流而产生第二电流。随着所述第一电压从0V连续地改变到约1V,所述第二电流从0mA连续地改变到约120mA。(The present invention relates to a power amplifier circuit. The power amplifier circuit includes a voltage controlled current source and a current mirror. The voltage controlled current source is configured to receive a first voltage and generate a first current. The current mirror is connected to the voltage controlled current source and generates a second current in response to the first current. The second current is continuously changed from 0mA to about 120mA as the first voltage is continuously changed from 0V to about 1V.)

功率放大器

技术领域

本公开涉及一种功率放大器，且更确切地说，涉及一种用于功率放大器的偏压电路。

背景技术

功率放大器是用于放大待发射信号的无线收发器中的电路。功率放大器可由电源电路供电，所述电源电路例如与电流镜连接的电流源(或电流吸收器)。随着发射距离改变，施加到功率放大器的功率也应改变。因此，需要提供可在用于短距离发射的低功率模式中和在用于长距离发射的高功率模式中操作的功率放大器。

发明内容

根据本公开的一方面，一种功率放大器电路包含压控电流源和电流镜。所述压控电流源被配置成接收第一电压且产生第一电流。所述电流镜连接到所述压控电流源且响应于所述第一电流而产生第二电流。随着所述第一电压从0V连续地改变到约1V，所述第二电流从0mA连续地改变到约120mA。

根据本公开的另一方面，一种功率放大器电路包含压控电流源和电流镜。所述压控电流源被配置成接收第一电压且产生第一电流。所述压控电流源包含电流产生装置，其被配置成产生与所述第一电压的平方成正比的第二电流。所述第一电流与所述第一电压的平方成正比。所述电流镜连接到所述压控电流源且被配置成响应于所述第一电流而产生第三电流。

根据本公开的另一方面，一种功率放大器电路包含压控电流源和电流镜。所述压控电流源被配置成接收第一电压且响应于所述第一电压产生第一电流。所述电流镜连接到所述压控电流源且产生第二电流。所述第二电流随所述第一电压增大而按指数规律增大。

附图说明

图1A是说明根据本公开的一些实施例的功率放大器的示意图。

图1B、图1C、图1D和图1E说明根据本公开的一些实施例的在图1A中展示的功率放大器的模拟结果。

图2A是说明根据本公开的一些实施例的功率放大器的示意图。

图2B、图2C、图2D和图2E说明根据本公开的一些实施例的在图2A中展示的功率放大器的模拟结果。

图3A是说明根据本公开的一些实施例的功率放大器的示意图。

图3B和图3C说明根据本公开的一些实施例的在图3A中展示的功率放大器的模拟结果。

图4A是说明根据本公开的一些实施例的功率放大器的示意图。

图4B、图4C、图4D和图4E说明根据本公开的一些实施例的在图4A中展示的功率放大器的模拟结果。

图5A是说明根据本公开的一些实施例的功率放大器的示意图。

图5B、图5C、图5D和图5E说明根据本公开的一些实施例的在图5A中展示的功率放大器的模拟结果。

图6A是说明根据本公开的一些实施例的功率放大器的示意图。

图6B、图6C、图6D和图6E说明根据本公开的一些实施例的在图6A中展示的功率放大器的模拟结果。

图7A是说明根据本公开的一些实施例的功率放大器的示意图。

图7B说明根据本公开的一些实施例的在图7A中展示的功率放大器的模拟结果。

图8A是说明根据本公开的一些实施例的功率放大器的示意图。

图8B说明根据本公开的一些实施例的在图8A中展示的功率放大器的模拟结果。

图9A是说明根据本公开的一些实施例的功率放大器的示意图。

图9B说明根据本公开的一些实施例的在图9A中展示的功率放大器的模拟结果。

图10A是说明根据本公开的一些实施例的功率放大器的示意图。

图10B说明根据本公开的一些实施例的在图10A中展示的功率放大器的模拟结果。

图11A是说明根据本公开的一些实施例的功率放大器的示意图。

图11B说明根据本公开的一些实施例的在图11A中展示的功率放大器的模拟结果。

图12A是说明根据本公开的一些实施例的功率放大器的示意图。

图12B说明根据本公开的一些实施例的在图12A中展示的功率放大器的模拟结果。

贯穿图式和详细描述使用共同参考标号来指示相同或类似组件。从以下结合附图作出的详细描述可容易地理解本公开。

具体实施方式

虽然特别参考便携式收发器来描述，但是用于对砷化镓(GaAs)功率放大器加偏压的电路和方法(也被称作GaAs偏压电路)可在需要提供偏压电流和电压的任何GaAs装置中实施。此外，下文所描述的电路可使用集成的双极场效应晶体管(BIFET)工艺来制造，所述集成的双极场效应晶体管工艺利用场效应晶体管的较低接通电压。此外，在特定实施例中，下文所描述的晶体管包含使用被称作BIFET工艺或BiHEMT工艺的工艺来制造的双极结型晶体管(被称作BJT)，其包含异质结双极结型晶体管(被称作HBT)和场效应晶体管(被称作FET)或假象高电子迁移性晶体管(被称作pHEMT)。

如本文中所使用，提及晶体管或其它电路组件的栅极、源极、漏极或其它组件连接到另一晶体管或其它电路组件的栅极、源极、漏极或其它组件可指直接连接，或指具有安置在其间的另一电路组件(例如，晶体管)的连接。

图1A是说明根据本公开的一些实施例的功率放大器100的示意图。功率放大器100包含压控电流源110和电流镜电路120。

压控电流源110包含放大器A111和电阻器R111、R112、R113、R114和R115。放大器A111包含第一输入端(例如，正极端子“+”)、第二输入端(例如，负极端子“-”)和输出端。放大器A111的第一输入端连接到电阻器R111的一个端子，且电阻器R111的另一端子连接到电压源以接收电压V111。电阻器R112连接于放大器A111的第一输入端与电流镜电路120之间。电阻器R113连接于放大器A111的第二输入端与接地之间。电阻器R114连接于放大器A111的第二输入端与放大器A111的输出端之间。电阻器R115连接于放大器A111的输出端与电流镜电路120之间。

电流镜电路120包含晶体管T121、T122和T123，和电阻器R121、R122和R123。在一些实施例中，晶体管T121、T122和T123为双极结型晶体管(BJT)或任何其它合适的晶体管。晶体管T121具有连接到电阻器R112和R115的集电极、连接到电阻器R121和R123的基极和连接到接地的发射极。晶体管T122具有连接到电压源以接收电压V122的集电极、连接到电阻器R122和R123的基极和连接到接地的发射极。晶体管T123具有连接到电压源以接收电压V121的集电极、连接到放大器A111的输出端以及电阻器R114和R115的基极和连接到电阻器R121和R122的发射极。

在一些实施例中，压控电流源110被配置成接收电压V111以响应于电压V111产生电流I111。电流镜电路120连接到压控电流源110，且被配置成响应于电流I111产生电流I121。电流I121与电压V111成比例。在一些实施例中，如说明图1A中的功率放大器100的模拟结果的图1B中所展示，随着电压V111从0V连续地改变到约1V，电流I121从0mA连续地改变到约50mA。因此，电压V111也可被称作输入控制电压。与现有功率放大器比较，功率放大器100提供电流I121的相对宽范围(或分辨率)，这改善功率放大器100针对短距离发射和长距离发射两者操作的性能。此外，现有功率放大器需要参考电压来产生偏压电流。然而，参考电压需要额外偏压电路，这将增大功率放大器的面积和设计复杂性。根据图1A中展示的实施例，不需要参考电压偏压电路，这可减小功率放大器100的面积和设计复杂性。

图1C、图1D和图1E说明根据本公开的一些实施例的在图1A中展示的功率放大器100的模拟结果。如图1C中所展示，电流I121大体上保持处于固定值，基于在电压V121(例如，可由包含功率放大器100的电子装置的的电池提供)从约3.2V连续地改变到约4.2V时，这展示电流I121将不受电压V121的变化影响。如图1D中所展示，随着功率放大器100的温度从约-20℃改变到约120℃，电流I121在约49.4mA与约49.7mA之间改变。这意味着图1A中的功率放大器100具有温度补偿的功能。换句话说，温度对电流I121具有极小影响。在一些实施例中，温度补偿可由电阻器R121和R122来达成。如图1E中所展示，随着电压V122从0.5V连续地改变到约4.2V，电流I121从35mA连续地改变到约55mA。在一些实施例中，可通过包络跟踪功率(ETP)或平均功率跟踪(APT)来提供电压V122。

图2A是说明根据本公开的一些实施例的功率放大器200的示意图。功率放大器200类似于图1A中的功率放大器100，例外情况是，在功率放大器200的电流控制的电压源210中，电阻器R114和R115连接到电压源以接收电压V121。此外，图1A仅说明直流(DC)偏压电路，而在图2A中，说明了DC偏压电路和高频元件(例如，电感器L21和L22，以及电容器C21、C22和C23)两者。这些高频元件可为可适用于图1A中的功率放大器100。

晶体管T122的基极通过电容器C23连接到功率放大器200的射频(RF)输入端Vin以接收RF信号。晶体管T122的集电极连接到电感器L21和电感器L22。电容器C21连接于电感器L22与接地之间。电容器C22连接于电感器L22与RF输出端Vout之间以输出对应于RF信号的经放大信号。在一些实施例中，电感器L21和L22可被视为短路，且电容器C21、C22和C23可被视为在低频(例如，DC)下的断路。

图2B、图2C、图2D和图2E说明根据本公开的一些实施例的在图2A中展示的功率放大器200的模拟结果。功率放大器200的电特性和优点类似于图1A中的功率放大器100的电特性和优点。举例来说，如图2B中所展示，随着电压V111从0V连续地改变到约1V，电流I121从0mA连续地改变到约48mA。如图2C中所展示，随着电压V122从0.5V连续地改变到约4.2V，电流I121从34mA连续地改变到约53mA。如图2D中所展示，随着功率放大器200的温度从约-20℃改变到约120℃，电流I121在在约48.2mA与约48.6mA之间改变。如图2E中所展示，随着电压V121从3.2V连续地改变到约4.2V，电流I121从47.4mA连续地改变到约48.7mA。

图3A是说明根据本公开的一些实施例的功率放大器300的示意图。功率放大器300类似于图2A中的功率放大器200，例外情况是，功率放大器300的压控电流源310与功率放大器200的压控电流源210不同。

压控电流源310包含晶体管T311和T312，以及电阻器R311、R312、R313、R314、R315、R316和R317。晶体管T311的基极通过电阻器R311连接到接地，且通过电阻器R312连接到电压源以接收电压V121，晶体管T311的发射极通过晶体管R314连接到接地，且晶体管T311的集电极通过电阻器R313连接到晶体管T123的基极和电压源以接收电压V121。晶体管T312的基极通过电阻器R316连接到晶体管T121的集电极，且通过电阻器R315连接到电压源以接收电压V111，晶体管T312的发射极通过晶体管R314连接到接地，且晶体管T312的集电极连接到电压源以接收电压V121。电阻器R317连接于晶体管T121的集电极与电压源之间以接收电压V121。

图3B和3C说明根据本公开的一些实施例的在图3A中展示的功率放大器300的模拟结果。功率放大器300的电特性和优点类似于图2A中的功率放大器200的电特性和优点。举例来说，如图3B中所展示，随着电压V111从0V连续地改变到约1V，电流I121从0mA连续地改变到约22mA。如图3C中所展示，随着功率放大器300的温度从约-20℃改变到约120℃，电流I121在约20.8mA与约21.9mA之间改变。

图4A是说明根据本公开的一些实施例的功率放大器400的示意图。功率放大器400类似于图1A中的功率放大器100，例外情况是，功率放大器400的压控电流源410进一步包含晶体管T411。在一些实施例中，晶体管T411为假象高电子迁移性晶体管(pHEMT)。晶体管T411的栅极连接到放大器A111的输出端，晶体管T411的源极连接到电阻器R114和R115和晶体管T123的基极，且晶体管T411的漏极连接到电压源以接收电压V121。在一些实施例中，晶体管T411可用以减小放大器A111的输出端的电压和电流I121，这将减小功率放大器400的功率消耗。

图4B、4C、4D和4E说明根据本公开的一些实施例的在图4A中展示的功率放大器400的模拟结果。功率放大器400的电特性和优点类似于图1A中的功率放大器100的电特性和优点。举例来说，如图4B中所展示，随着电压V111从0V连续地改变到约1V，电流I121从0mA连续地改变到约45mA。如图4C中所展示，随着电压V121从3.2V连续地改变到约4.1V，电流I121保持在49.5mA。如图4D中所展示，随着功率放大器400的温度从约-20℃改变到约120℃，电流I121在在约49.4mA与约49.7mA之间改变。如图4E中所展示，随着电压V122从0.5V连续地改变到约4.2V，电流I121从35mA连续地改变到约55mA。

图5A是说明根据本公开的一些实施例的功率放大器500的示意图。功率放大器500类似于图1A中的功率放大器100，且其间的差异中的一个是，功率放大器500的压控电流源510进一步包含晶体管T511和T512。在一些实施例中，晶体管T511和T512是耗尽模式pHEMT(D-pHEMT)。晶体管T511的栅极和晶体管T512的栅极连接到晶体管T121的基极。晶体管T511的漏极和晶体管T512的漏极连接到放大器A111的输出端。电阻器R114的晶体管T511的源极。电阻器R112的晶体管T512的源极。由于晶体管T511和T512的漏极连接到相同电压且晶体管T511和T512的栅极连接到相同电压，因此晶体管T511的源极与晶体管T512的源极之间的电压差与电压V111成比例。在一些实施例中，如果电阻器R111、R112、R113和R114相对大，那么晶体管T511可补偿晶体管T511和T512的阈值电压的偏移。在一些实施例中，晶体管T512可产生与电压V111的平方成比例的电流。如图5B中所展示，电流I121还与电压V111的平方成比例地改变。因此，晶体管T511和T512可充当平方装置以增大电流I121的电流范围(或分辨率)。

图5B、5C、5D和5E说明根据本公开的一些实施例的在图5A中展示的功率放大器500的模拟结果。功率放大器500的电特性和优点类似于图1A中的功率放大器100的电特性和优点。举例来说，如图5B中所展示，随着电压V111从0V连续地改变到约1V，电流I121从0mA连续地改变到约70mA。如图5C中所展示，随着电压V121从3.2V连续地改变到约4.2V，电流I121保持在57mA。如图5D中所展示，随着功率放大器500的温度从约-20℃改变到约120℃，电流I121在在约56.8mA与约57.6mA之间改变。如图5E中所展示，随着电压V122从0.5V连续地改变到约4.2V，电流I121从42mA连续地改变到约64mA。

图6A是说明根据本公开的一些实施例的功率放大器600的示意图。功率放大器600类似于图1A中的功率放大器100，且其间的差异中的一个是，功率放大器600的压控电流源610进一步包含晶体管T611和T612。在一些实施例中，晶体管T611和T612是D-pHEMT。晶体管T611的栅极和晶体管T612的栅极连接到放大器A111的输出端。晶体管T611的漏极和晶体管T612的漏极连接到电压源以接收电压V121。晶体管T611的源极连接到电阻器R114和晶体管T123的基极。晶体管T612的源极连接到电阻器R112和晶体管T111的集电极。晶体管T611和T612可充当缓冲器以减小放大器A111的输出端的电流和电压。

图6B、6C、6D和6E说明根据本公开的一些实施例的在图6A中展示的功率放大器600的模拟结果。功率放大器600的电特性和优点类似于图1A中的功率放大器100的电特性和优点。举例来说，如图6B中所展示，随着电压V111从0V连续地改变到约1V，电流I121从0mA连续地改变到约62mA。如图6B中所展示，电流I121与电压V111的平方成比例地改变。因此，晶体管T611和T612可充当平方装置以增大电流I121的电流范围(或分辨率)。如图6C中所展示，随着电压V121从3.2V连续地改变到约4.2V，电流I121在约62.5mA与约64mA之间改变。如图6D中所展示，随着功率放大器600的温度从约-20℃改变到约120℃，电流I121在约63mA与约64.3mA之间改变。如图6E中所展示，随着电压V122从0.5V连续地改变到约4.2V，电流I121从45mA连续地改变到约68mA。在其它实施例中，晶体管T511和T512由增强方式pHEMT(E-pHEMT)代替以增大电流I121。举例来说，随着电压V111从0V连续地改变到约1V，电流I121可从0mA连续地改变到约160mA。

图7A是说明根据本公开的一些实施例的功率放大器700的示意图。功率放大器700类似于图1A中的功率放大器100，且其间的差异中的一个是，功率放大器700的压控电流源710进一步包含晶体管T711和T712，以及电阻器R711和R712。在一些实施例中，晶体管T711和T712是二极管或二极管连接的晶体管(例如，异质结双极结型晶体管(HBT))。晶体管T711的基极和晶体管T712的基极连接到放大器A111的输出端和晶体管T123的基极。晶体管T711的集电极与晶体管T712的集电极是断开的。晶体管T711的发射极连接到电阻器R114。晶体管T712的发射极连接到电阻器R112和晶体管T111的集电极。电阻器R711连接于提供电压V111的电压源与电阻器R111之间。电阻器R712连接于电阻器R711与接地之间。

图7B说明根据本公开的一些实施例的图7A中的功率放大器700的模拟结果。功率放大器700的电特性和优点类似于图1A中的功率放大器100的电特性和优点。举例来说，如图7B中所展示，随着电压V111从0V连续地改变到约1V，电流I121从0mA连续地改变到约120mA。如图7B中所展示，随着电压V111增大，电流I121按指数规律增大。因此，晶体管T611和T612可充当指数装置以增大电流I121的电流范围(或分辨率)。

图8A是说明根据本公开的一些实施例的功率放大器800的示意图。功率放大器800类似于图1A中的功率放大器100，且其间的差异中的一个是，功率放大器800的压控电流源810进一步包含晶体管T811和T812。在一些实施例中，晶体管T811和T812是D-pHEMT。晶体管T811的栅极和晶体管T812的栅极连接到晶体管T111的基极。晶体管T811的漏极和晶体管T812的漏极连接到电压源以接收电压V121。晶体管T811的源极连接到电阻器R114。晶体管T812的源极连接到电阻器R112和晶体管T111的集电极。晶体管T811和T812的布置可进一步减小放大器111的输出端处的电流。

图8B说明根据本公开的一些实施例的图8A中的功率放大器800的模拟结果。功率放大器800的电特性和优点类似于图1A中的功率放大器100的电特性和优点。举例来说，如图8B中所展示，随着电压V111从0V连续地改变到约1V，电流I121从0mA连续地改变到约65mA。

图9A是说明根据本公开的一些实施例的功率放大器900的示意图。功率放大器900类似于图8A中的功率放大器800，且其间的差异中的一个是，功率放大器900的压控电流源910进一步包含晶体管T911。在一些实施例中，晶体管T911是D-pHEMT。晶体管T911的栅极连接到放大器A111的输出端。晶体管T911的漏极连接到电压源以接收电压V121。晶体管T911的源极连接到晶体管T811的漏极和晶体管T812的漏极。晶体管T911可充当缓冲器以减小放大器A111的输出端处的电流和电压。

图9B说明根据本公开的一些实施例的在图9A中展示的功率放大器900的模拟结果。功率放大器900的电特性和优点类似于图8A中的功率放大器800的电特性和优点。举例来说，如图9B中所展示，随着电压V111从0V连续地改变到约1V，电流I121从0mA连续地改变到约68mA。

图10A是说明根据本公开的一些实施例的功率放大器1000的示意图。功率放大器1000类似于图9A中的功率放大器900，且其间的差异中的一个是，功率放大器1000的压控电流源1010的晶体管T811、T812与T911之间的连接关系与压控电流源910的晶体管之间的连接关系不同。举例来说，在压控电流源910中，晶体管T911的源极连接到晶体管T811和晶体管T812的漏极，而在压控电流源1010中，晶体管T911的源极连接到晶体管T123的基极。

图10B说明根据本公开的一些实施例的图10A中的功率放大器1000的模拟结果。功率放大器1000的电特性和优点类似于图9A中的功率放大器900的电特性和优点。举例来说，如图10B中所展示，随着电压V111从0V连续地改变到约1V，电流I121从0mA连续地改变到约65mA。

图11A是说明根据本公开的一些实施例的功率放大器1100的示意图。功率放大器1100类似于图8A中的功率放大器800，且其间的差异中的一个是，功率放大器1100的压控电流源1110的晶体管T811与T812之间的连接关系与压控电流源810的晶体管之间的连接关系不同。此外，在图11A中，晶体管T811和T812可为E-pHEMT。晶体管T811的栅极和晶体管T812的栅极连接到放大器A111的输出端和晶体管T123的基极。晶体管T811的漏极和晶体管T812的漏极连接到电压源以接收电压V121。晶体管T811的源极连接到电阻器R114。晶体管T812的源极连接到电阻器R112和晶体管T111的集电极。

图11B说明根据本公开的一些实施例的图11A中的功率放大器1100的模拟结果。功率放大器1100的电特性和优点类似于图8A中的功率放大器800的电特性和优点。举例来说，如图11B中所展示，随着电压V111从0V连续地改变到约0.6V，电流I121从0mA连续地改变到约65mA。

图12A是说明根据本公开的一些实施例的功率放大器1200的示意图。功率放大器1200类似于图10A中的功率放大器1000，且其间的差异中的一个是，功率放大器1200的压控电流源1210的晶体管T811、T812与T911之间的连接关系与压控电流源1010的晶体管之间的连接关系不同。此外，在图12A中，晶体管T811、T812和T911可为E-pHEMT。晶体管T811的栅极和晶体管T812的栅极连接到晶体管T911的源极和晶体管T123的基极。晶体管T811的漏极和晶体管T812的漏极连接到电压源以接收电压V121。晶体管T811的源极连接到电阻器R114。晶体管T812的源极连接到电阻器R112和晶体管T111的集电极。

图12B说明根据本公开的一些实施例的图12A中的功率放大器1200的模拟结果。功率放大器1200的电特性和优点类似于图10A中的功率放大器1000的电特性和优点。举例来说，如图12B中所展示，随着电压V111从0V连续地改变到约0.7V，电流I121从0mA连续地改变到约90mA。

如本文中所使用，除非上下文另外清晰地规定，否则单数术语“一(a/an)”和“所述”可包含多个提及物。

另外，有时在本文中按范围格式提出量、比率和其它数值。应理解，此类范围格式是为了便利和简洁而使用，且应灵活地理解，不仅包含明确地指定为范围极限的数值，而且包含涵盖于那个范围内的所有个别数值或子范围，如同明确地指定每一数值和子范围一般。

如本文中所使用且不另外定义，术语“基本上”、“实质上”、“大致”和“约”是用来描述并考虑较小变化。当与事件或情形结合使用时，所述术语可涵盖事件或情形精确地发生的情况以及事件或情形极近似于发生的情况。举例来说，当结合数值使用时，术语可涵盖小于或等于那个数值的±10％的变化范围，例如，小于或等于±5％、小于或等于±4％、小于或等于±3％、小于或等于±2％、小于或等于±1％、小于或等于±0.5％、小于或等于±0.1％或小于或等于±0.05％。举例来说，如果两个数值之间的差小于或等于所述值的平均值的±10％(例如，小于或等于±5％、小于或等于±4％、小于或等于±3％、小于或等于±2％、小于或等于±1％、小于或等于±0.5％、小于或等于±0.1％或小于或等于±0.05％)，那么可认为所述两个数值“大体上”或“大致”相同或相等。

尽管已参考本公开的具体实施例描述并说明本公开，但这些描述和说明并不限制本公开。所属领域的技术人员可清晰地理解，在不脱离如由所附权利要求书定义的本公开的真实精神和范围的情况下，可进行各种改变，且可在实施例内取代等效元件。所述图解可能未必按比例绘制。归因于制造工艺中的变化等等，本公开中的艺术再现与实际设备之间可能存在区别。可存在并未具体说明的本公开的其它实施例。应将所述说明书和图式看作说明性的，而非限制性的。可进行修改，以使特定情形、材料、物质组成、方法或工艺适宜于本公开的目标、精神和范围。所有此类修改都希望在此所附权利要求书的范围内。虽然已参考按特定次序执行的特定操作描述本文中公开的方法，但可理解，可在不脱离本公开的教示的情况下组合、细分或重新排序这些操作以形成等效方法。因此，除非本文中具体指示，否则操作的次序和分群并非本公开的限制。