一种可控制偏置电路及功率放大器
阅读说明：本技术 一种可控制偏置电路及功率放大器 (Controllable bias circuit and power amplifier ) 是由 张海涛 张泽洲 许育森 谢善谊 刘雨非 于 2021-09-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种可控制偏置电路及功率放大器,包括逻辑控制模块、输出电压控制模块、输出稳压模块和射频偏置输出模块,其中,所述逻辑控制模块与逻辑控制输入信号源连接,提供可控的逻辑控制信号；所述输出电压控制模块与所述逻辑控制模块和基准电压源连接,根据所述的逻辑控制信号,调整所述输出电压控制模块输出控制电压；所述射频偏置输出模块与所述输出电压控制模块连接,受控于所述控制电压以输出射频偏置电压；所述输出稳压模块与所述射频偏置输出模块连接,用于稳定射频偏置电压。因此,让功率放大器工作在不同的偏置电路提供的不同偏置电压下,针对功率放大应用的不同优化指标,调整同一功放的性能参数,实现不同的优化。(The invention discloses a controllable bias circuit and a power amplifier, which comprise a logic control module, an output voltage stabilizing module and a radio frequency bias output module, wherein the logic control module is connected with a logic control input signal source and provides a controllable logic control signal; the output voltage control module is connected with the logic control module and the reference voltage source and adjusts the output control voltage of the output voltage control module according to the logic control signal; the radio frequency bias output module is connected with the output voltage control module and is controlled by the control voltage to output a radio frequency bias voltage; the output voltage stabilizing module is connected with the radio frequency bias output module and used for stabilizing the radio frequency bias voltage. Therefore, the power amplifier works under different bias voltages provided by different bias circuits, and the performance parameters of the same power amplifier are adjusted according to different optimization indexes of power amplification application, so that different optimizations are realized.)
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种可控制偏置电路及功率放大器。
背景技术
手机、无线路由、无线网卡等设备是现代人难以离开的智能数据终端，功率放大器直接决定了这些设备无线通信的距离、信号质量、功耗以及待机时间。由于不同的射频性能需要不同指标的优化，往往有不同的偏置电路需求。比如对于无线路由器，在有供电的情况下，以性能和覆盖范围为主要指标，并不追求功率放大器的效率达到最优；而如果是WiFi，就只需要覆盖个人周边网络，以较小功率和优化效率为目标。
部分射频功率放大器也采用了如包络跟踪(Envelop Tracking，ET)，平均功率跟踪(Average Power Tracking，APT)和增强功率跟踪(Enhanced Power Tracking，EPT)等技术，可以通过调整不同输出功率下不同的电源电压值，从而达到提高功率放大器PAE的目的。这些技术都需要对RF信号做一个采样反馈，并通过电源管理芯片控制电源电压值，需要较复杂的电路设计以及其它配套芯片。
现有的功率放大应用需要不同的优化指标，扎调整其功放性能参数时，往往需要多个功率放大器提供多个偏置电压，同时还需要设计射频开关等硬件器件，增加硬件成本。
发明内容
针对上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种可控制偏置电路及功率放大器，能够通过逻辑控制电压，让功率放大器工作在不同的偏置电路提供的不同偏置电压下，针对功率放大应用的不同优化指标(比如高线性度优化或者高PAE效率优化)调整同一功放的性能参数，实现不同的优化，代替以前需要至少两个独立的功率放大器才能达到的效果，同时省掉切换的射频开关，大大节省成本。
为实现上述目的，本发明提供了一种可控制偏置电路，包括逻辑控制模块、输出电压控制模块、输出稳压模块和射频偏置输出模块，其中，所述逻辑控制模块与逻辑控制输入信号源连接，提供可控的逻辑控制信号；所述输出电压控制模块与所述逻辑控制模块和基准电压源连接，根据所述的逻辑控制信号，调整所述输出电压控制模块输出控制电压；所述射频偏置输出模块与所述输出电压控制模块连接，受控于所述控制电压以输出射频偏置电压；所述输出稳压模块与所述射频偏置输出模块连接，用于稳定射频偏置电压。
优选地，所述逻辑控制模块包括第一控制晶体管和第一阻抗单元，所述第一控制晶体管的第一端与逻辑控制输入信号源连接，所述第一控制晶体管的第二端与所述第一阻抗单元的第一端连接，所述第一控制晶体管的第三端接地。
优选地，所述输出电压控制模块包括基准电压源，所述基准电压源与所述第一阻抗单元的第二端连接。
优选地，所述输出电压控制模块还包括第二阻抗单元，所述第二阻抗单元的第一端与基准电压源连接，所述第二阻抗单元的第二端与所述第一阻抗单元的第二端连接。
优选地，所述射频偏置输出模块包括第三控制晶体管，所述第三控制晶体管的第一端与所述第一阻抗单元的第二端连接，所述第三控制晶体管的第二端与供电电压源连接，所述第三控制晶体管的第三端输出射频偏置电压。
优选地，所述射频偏置输出模块还包括第三阻抗单元，所述第三阻抗单元的第一端与供电电压源连接，所述第三阻抗单元的第二端与所述第三控制晶体管的第二端连接。
优选地，所述输出稳压模块包括第二控制晶体管和第四阻抗单元，所述第二控制晶体管的第一端和第二端相连后与所述第四阻抗单元的第一端连接，所述第四阻抗单元的第二端与所述第三控制晶体管的第三端连接，所述第二控制晶体管的第三端接地。
优选地，所述第一阻抗单元、所述第二阻抗单元、所述第三阻抗单元和所述第四阻抗单元均包括至少一个串联和/或并联的电阻，其中，所述第一阻抗单元和所述第四阻抗单元的阻值范围均>0Ω；所述第二阻抗单元和第三阻抗单元的阻值范围为≥0Ω。
优选地，所述第一控制晶体管、所述第二控制晶体管和所述第三控制晶体管包括采用三极管或场效应管中任一种，其中，所述场效应管包括结型场效应和MOS管；三极管包括NPN三极管和PNP三极管。
基于相同的技术方案构思，本发明还提供一种功率放大器，其还包括主控模块和功率放大器模块，所述主控模块产生所述逻辑控制输入信号源，改变所述可控制偏置电路，从而使所述功率放大器模块工作在不同的状态，针对具体的应用环境，调节射频信号，匹配最佳的工作状态。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、一种可控制偏置电路，其包括逻辑控制模块、输出电压控制模块、输出稳压模块和射频偏置输出模块，其中，逻辑控制模块与逻辑控制输入信号源连接，提供可控的逻辑控制信号；输出电压控制模块与逻辑控制模块和基准电压源连接，根据的逻辑控制信号，调整输出电压控制模块输出控制电压；射频偏置输出模块与输出电压控制模块连接，受控于控制电压以输出射频偏置电压；输出稳压模块与射频偏置输出模块连接，用于稳定射频偏置电压。因此，让功率放大器工作在不同的偏置电路提供的不同偏置电压下，针对功率放大应用的不同优化指标，调整同一功放的性能参数，实现不同的优化。
2、一种功率放大器，其还包括主控模块和功率放大器模块，主控模块产生逻辑控制输入信号源，改变可控制偏置电路，从而使功率放大器模块工作在不同的状态，针对具体的应用环境，调节射频信号，匹配最佳的工作状态。具体地，当逻辑控制输入信号源提供的逻辑控制信号为高电平时，可以使得第三控制晶体管发射极上输出的射频偏置电压较低，从而使与其搭配的功率放大器工作在丙类放大模式，形成Doherty结构，控制功率放大器工作于高效率模式；当逻辑控制输入信号源提供的逻辑控制信号为为低电平时，此时第三控制晶体管发射极上输出到功率放大器放大管基极上的电压较高，即可控制与其搭配的功率放大器工作于甲乙类放大器模式，即高线性工作模式。
附图说明
为了更清楚地说明本发明中的方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图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是本发明提供的可控制偏置电路的电路原理图；
图2是本发明提供的一种功率放大器电路原理。
附图标记说明：
10、逻辑控制模块；20、输出电压控制模块；30、输出稳压模块；40、射频偏置输出模块；50、主控模块；60、功率放大器模块；
Q1、第一控制晶体管；Q2、第二控制晶体管；Q3、第三控制晶体管；R1、第一阻抗单元；R2、第二阻抗单元；R3、第三阻抗单元；R4、第四阻抗单元。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。本发明的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本发明的说明书和权利要求书或上述附图中的“上”“下”“左”“右”“前”“后”“侧”等方位词是针对提供的附图作相对的位置说明，并不是用于描述实际产品特定顺序。
请参阅图1，本发明实施例提供一种可控制偏置电路，其包括逻辑控制模块10、输出电压控制模块20、输出稳压模块30和射频偏置输出模块40，其中，逻辑控制模块10与逻辑控制输入信号源Vin连接，提供可控的逻辑控制信号；输出电压控制模块20与逻辑控制模块10连接，根据的逻辑控制信号，调整输出电压控制模块20输出控制电压；射频偏置输出模块40与输出电压控制模块20连接，受控于控制电压以输出射频偏置电压；输出稳压模块30与射频偏置输出模块40连接，用于稳定射频偏置电压。
在一具体实施例中，逻辑控制模块10包括第一控制晶体管Q1和第一阻抗单元R1，第一控制晶体管Q1的第一端与逻辑控制输入信号源Vin连接，第一控制晶体管Q1的第二端与第一阻抗单元R1的第一端连接，第一控制晶体管Q1的第三端接地。其中，第一控制晶体管Q1起到开关的作用，能够基于逻辑控制输入信号源Vin输入的逻辑控制信号控制输出电流信号。而第一阻抗单元R1将控制输出的电流转换为输出电压信号。进一步地，该第一控制晶体管Q1采用三极管或场效应管中任一种，其中，场效应管包括结型场效应和MOS管；三极管包括NPN三极管和PNP三极管。而第一阻抗单元R1包括至少一个串联和/或并联的电阻，其中，第一阻抗单元R1的阻值范围均>0Ω，也就是说，第一阻抗单元R1可以是一个电阻、也可以是多个电阻进行串联和/或并联组成，在此不作具体限定。
为了便于理解，本实施例以第一控制晶体管Q1采用PNP三极管、第一阻抗单元R1采用单一的第一电阻R1作为例子进行说明。即，第一PNP三极管Q1的基极与逻辑控制输入信号源Vin连接，第一PNP三极管Q1的集电极与第一电阻R1的第一端连接，第一PNP三极管Q1的发射极接地。
在一具体实施例中，输出电压控制模块20包括基准电压源Vref，基准电压源Vref与第一阻抗单元R1的第二端连接。为了便于理解，基准电压源Vref与第一电阻R1的第二端连接。其中，基准电压源Vref的电压值根据实际电路需求调整，在此不作限制。需要说明的是，基准电压源Vref可以是现有电压源，也可以是根据实际电路需求进行设计，属于现有技术，在此不作具体展开。该基准电压源Vref根据逻辑控制信号，调整输出控制电压。
此外，输出电压控制模块20还包括第二阻抗单元R2，其中，第二阻抗单元R2的阻值范围为≥0Ω，也就是说，第二阻抗单元R2的阻值可以是0Ω，也可以是大于0Ω。当第二阻抗单元R2的阻值为0Ω时，则相当于导线。当第二阻抗单元R2的阻值大于0Ω时，则第二阻抗单元R2的第一端与基准电压源Vref连接，第二阻抗单元R2的第二端与第一阻抗单元R1的第二端连接，此时，第二阻抗单元R2可以起到限流作用，保护电路。
应当理解的是，当第二阻抗单元R2的阻值大于0Ω时，第二阻抗单元R2包括至少一个串联和/或并联的电阻。也就是说，第二阻抗单元R2可以是一个电阻、也可以是多个电阻进行串联和/或并联组成，在此不作具体限定。
为了能够理解，本实施例以第二阻抗单元R2为单一的第二电阻R2加以例子说明。当第二电阻R2的阻值大于0Ω时，则第二电阻R2的第一端与基准电压源Vref连接，第二电阻R2的第二端与第一电阻R1的第二端连接。
在一具体实施例中，射频偏置输出模块40包括第三控制晶体管Q3，第三控制晶体管Q3的第一端与第一阻抗单元R1的第二端连接，第三控制晶体管Q3的第二端与供电电压源VCC连接，第三控制晶体管Q3的第三端输出射频偏置电压Vbias。
其中，第三控制晶体管Q3起到信号调制的作用，控制输出射频信号。进一步地，该第三控制晶体管Q3采用三极管或场效应管中任一种，其中，场效应管包括结型场效应和MOS管；三极管包括NPN三极管和PNP三极管。
为了便于理解，本实施例以第三控制晶体管Q3采用PNP三极管加以例子说明，第三PNP三极管Q3的基极与第一电阻R1的第二端连接，第三PNP三极管Q3的集电极与供电电压源VCC连接，第三PNP三极管Q3的发射极输出射频偏置电压Vbias。其中，供电电压源VCC为现有技术，在此不作具体展开。
为了能够匹配电路，射频偏置输出模块40还包括第三阻抗单元R3，其中，第三阻抗单元R3的阻值范围为≥0Ω，也就是说，第三阻抗单元R3的阻值可以是0Ω，也可以是大于0Ω。当第三阻抗单元R3的阻值为0Ω时，则相当于导线。当第三阻抗单元R3的阻值大于0Ω时，第三阻抗单元R3的第一端与供电电压源VCC连接，第三阻抗单元R3的第二端与第三控制晶体管Q3的第二端连接。
应当理解的是，当第三阻抗单元R3的阻值大于0Ω时，第三阻抗单元R3包括至少一个串联和/或并联的电阻。也就是说，第三阻抗单元R3可以是一个电阻、也可以是多个电阻进行串联和/或并联组成，在此不作具体限定。
为了能够理解，本实施例以第三阻抗单元R3为单一的第三电阻R3加以例子说明。当第三阻抗单元R3的阻值大于0Ω时，第三电阻R3的第一端与供电电压源VCC连接，第三电阻R3的第二端与第三PNP三极管Q3的集电极连接。
在一具体实施例中，输出稳压模块30包括第二控制晶体管Q2和第四阻抗单元R4，第二控制晶体管Q2的第一端和第二端相连后与第四阻抗单元R4的第一端连接，第四阻抗单元R4的第二端与第三控制晶体管Q3的第三端连接，第二控制晶体管Q2的第三端接地。
其中，第二控制晶体管Q2起到稳压作用，第四阻抗单元R4起到第二控制晶体管Q2提供静态工作点的作用。进一步地，该第二控制晶体管Q2采用三极管或场效应管中任一种，其中，场效应管包括结型场效应和MOS管；三极管包括NPN三极管和PNP三极管。而第四阻抗单元R4包括至少一个串联和/或并联的电阻，其中，第四阻抗单元R4的阻值范围均>0Ω，也就是说，第四阻抗单元R4可以是一个电阻、也可以是多个电阻进行串联和/或并联组成，在此不作具体限定。
为了便于理解，本实施例以第二控制晶体管Q2采用PNP三极管、第四阻抗单元R4采用单一的第四电阻R4加以例子说明。第二PNP三极管Q2的基极和集电极相连后与第四电阻R4的第一端连接，第四电阻R4的第二端与第三PNP三极管Q3的发射极连接，第二PNP三极管Q2的发射极接地。
综上，当第二阻抗单元R2和第三阻抗单元R3的阻值均为0Ω时，上述可控制偏置电路的工作原理如下：当逻辑控制输入信号源Vin提供的逻辑控制信号为高电平时，第一控制晶体管Q1导通，此时施加在第三控制晶体管Q3基极上的基准电压源Vref在第一电阻R1产生分压，通过调整基准电压源Vref电压值，第一电阻R1的阻值以及第三控制晶体管Q3的管芯尺寸，可以使得第三控制晶体管Q3发射极上输出的射频偏置电压Vbias较低。当逻辑控制输入信号源Vin提供的逻辑控制信号为为低电平时，第一控制晶体管Q1截止，第三控制晶体管Q3基极电压为基准电压源Vref的电压，相较于高电平时的情况，此时第三控制晶体管Q3发射极上输出到功率放大器放大管基极上的电压较高。因此，针对功率放大应用的不同优化指标调整同一功放的性能参数，实现不同的优化。
基于相同的技术方案构思，本发明还提供一种功率放大器，其还包括主控模块50和功率放大器模块60，主控模块50产生逻辑控制输入信号源，改变可控制偏置电路，从而使功率放大器模块60工作在不同的状态，针对具体的应用环境，调节射频信号，匹配最佳的工作状态。具体地，当逻辑控制输入信号源Vin提供的逻辑控制信号为高电平时，可以使得第三控制晶体管Q3发射极上输出的射频偏置电压较低，从而使与其搭配的功率放大器工作在丙类放大模式，形成Doherty结构，控制功率放大器工作于高效率模式；当逻辑控制输入信号源Vin提供的逻辑控制信号为为低电平时，此时第三控制晶体管Q3发射极上输出到功率放大器放大管基极上的电压较高，即可控制与其搭配的功率放大器工作于甲乙类放大器模式，即高线性工作模式。
以上所述仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
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