一种功放电路及其偏置电路
阅读说明：本技术 一种功放电路及其偏置电路 (Power amplifier circuit and bias circuit thereof ) 是由 郝贤修 龙华 于 2021-08-17 设计创作，主要内容包括：本申请提供一种功放电路及其偏置电路。所述功放电路的偏置电路,应用于无线网络WiFi电路,包括开关、电平转换电路和输出缓冲器,所述开关的集电极连接电源,控制所述偏置电路的供电；所述电平转换电路将输入的使能信号进行处理,输出端连接所述开关的基极,输出稳定使能信号控制所述开关的通断；所述输出缓冲器连接所述开关的发射极,输出的偏置电压耦合到所述功放电路的基极。(The application provides a power amplifier circuit and a bias circuit thereof. The bias circuit of the power amplifier circuit is applied to a wireless network WiFi circuit and comprises a switch, a level conversion circuit and an output buffer, wherein a collector of the switch is connected with a power supply to control the power supply of the bias circuit; the level switching circuit processes an input enabling signal, an output end of the level switching circuit is connected with a base electrode of the switch, and a stable enabling signal is output to control the on-off of the switch; the output buffer is connected with the emitter of the switch, and the output bias voltage is coupled to the base of the power amplifier circuit.)
技术领域
本申请涉及功率放大技术领域，具体涉及一种功放电路及其偏置电路。
背景技术
WiFi 6对射频前端模块误差矢量幅度EVM(Error Vector Magnitude)要求相当严格，而射频前端模块特性尤其跟功放PA(Power Amplifier)静态电流关系尤其密切。决定射频前端模块静态电流与异质接面双载子晶体管(HBT，Heterojunction BipolarTransistor)上PA偏置电路与LNA/SW(Low Noise Amplifier/Switch)端的低压差稳压器LDO(Low Dropout Regulator)输出电压有关。本专利适用于异质接面双载子暨假晶高速电子移动晶体管(BiHEMT)，或高电子迁移率晶体管(ED-pHEMT)+异质接面双载子晶体管(HBT)制程.。
如果使用异质接面双载子暨假晶高速电子移动晶体管(BiHEMT)，PA及控制PA偏置电路的稳压电路在同一芯片上。如果使用高电子迁移率晶体管(ED-pHEMT)+异质接面双载子晶体管(HBT)制程，PA偏置电路于异质接面双载子晶体管HBT芯片上，稳压电路位于增强型空乏型高电子迁移率晶体管(ED-pHEMT)上。
关于砷化镓GaAs(Gallium Arsenide)制程，由于氮化钽TaN薄膜电阻会受溅镀的厚度分布影响，但如果6吋砷化镓制程采用8吋溅镀机，可使整片晶圆中心与晶圆边缘误差维持在2％内。但2um细电阻的影响就包含黄光跟蚀刻因素，现今商用化制程，细宽度2um电阻阻值误差约维持在+-7％。
而另一个影响电流的误差来源为异质接面双载子晶体管(HBT)外延片集基级电流增益beta误差，现在外延片厂商有机金属化学气相沉积MOCVD(Metal-Organic ChemicalVapour Deposition)磊晶能控制晶园片内的标准差大约在1％，各批次的标准差大约在2％。
而关于使用异质接面双载子暨假晶高速电子移动晶体管(BiHEMT)，或高电子迁移率晶体管ED-PHEMT(Enhance-depletion-Pseudomorphic High Electron MobilityTransistor)制作低压差稳压器LDO(Low dropout regulator)电路，因截止电压及电阻难以维持固定值，故一致性很差。
发明内容
本申请实施例提供一种功放电路的偏置电路，应用于无线网络WiFi电路，包括开关、电平转换电路和输出缓冲器，所述开关的集电极连接电源，控制所述偏置电路的供电；所述电平转换电路将输入的使能信号进行处理，输出端连接所述开关的基极，输出稳定使能信号控制所述开关的通断；所述输出缓冲器连接所述开关的发射极，输出的偏置电压耦合到所述功放电路的基极。
根据一些实施例，所述偏置电路还包括镜像电路，所述镜像电路连接所述输出缓冲器，与所述功放电路对称设置，在所述功放电路打开时，补偿温度变化。
根据一些实施例，所述偏置电路还包括放大电路，所述放大电路连接在所述输出缓冲器和所述功放电路之间，放大所述偏置电压。
根据一些实施例，所述电平转换电路包括分压电路和反向器电路，所述分压电路将输入的使能信号进行分压处理；所述反向器电路连接在电源和接地端之间，所述反向器电路的输入端连接所述分压电路的输出端，所述反向器电路的输出端输出稳定使能信号，控制所述开关的通断。
根据一些实施例，所述分压电路包括第一电阻、第一晶体管和第二电阻，所述第一电阻连接在输入的使能信号和所述分压电路的输出端之间；所述第一晶体管的一端连接所述分压电路的输出端；所述第二电阻连接在所述第一晶体管的另一端和电源地之间。
根据一些实施例，所述反向器电路包括第一反向器支路和第二反向器支路，所述第一反向器支路包括串联连接的第二晶体管和第三晶体管，所述第二晶体管的发射极连接电源地，所述第二晶体管的基极连接所述分压电路的输出端；所述第二反向器支路包括串联连接的第四晶体管和第五晶体管，所述第四晶体管的发射极连接电源地，所述第四晶体管的基极连接到所述第二晶体管和第三晶体管的连接点，所述第四晶体管和第五晶体管的连接地作为所述反向器电路的输出端。
根据一些实施例，所述开关包括第六晶体管，所述第六晶体管的基极连接所述电平转换电路的输出端，集电极连接电源端，发射极连接所述输出缓冲器。
根据一些实施例，所述输出缓冲器包括第七晶体管和反馈电阻，所述第七晶体管的集电极连接所述第六晶体管的发射极，所述第七晶体管的发射极耦接至功放电路的基极；所述反馈电阻的一端与所述第七晶体管的基极连接，所述反馈电阻的另一端耦合连接所述第六晶体管的发射极。
根据一些实施例，所述镜像电路包括第九晶体管和第十晶体管，所述第九晶体管的集电极连接所述第七晶体管的基极，所述第九晶体管的发射极连接电源地；所述第十晶体管的集电极连接所述第七晶体管的发射极，所述第十晶体管的发射极连接电源地，所述第十晶体管的基极连接所述第九晶体管的基极。
本申请实施例还提供一种功放电路，包括如上所述的功放电路的偏置电路。
本申请实施例提供的技术方案，能克服GaAs D-mode晶体管，E-mode晶体管的截止电压与HBT beta变异大的问题，能在大范围Vdd变化下，产生稳定输出电压，电路相对简单，适用于WiFi电路中AP模式或router模式有固定5V Vdd供电，Vdd误差不会超过±0.2V，应用于WiFi路由器场景是足够的。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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是一种功放电路的偏置电路示意图。
图2是一种电平转换电路示意图。
图3是一种电平转换电路输出的使能信号示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域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，都属于本申请保护的范围。
应当理解，本申请的说明书和权利要求书中使用的术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
图1是一种功放电路的偏置电路示意图，应用于无线网络WiFi电路，包括开关10、电平转换电路20和输出缓冲器30。
开关10的集电极连接电源，控制偏置电路20的供电。电平转换电路20将输入的使能信号进行处理，输出端连接开关10的基极，输出稳定的使能信号控制开关10的通断。输出缓冲器30连接开关10的发射极，输出的偏置电压耦合到功放电路PA的基极。
根据一些实施例，开关10包括第六晶体管Q6，第六晶体管Q6的基极连接电平转换电路20的输出端，第六晶体管Q6的集电极连接电源端，第六晶体管Q6的发射极连接输出缓冲器30。
根据一些实施例，电平转换电路20包括分压电路21和反向器电路22，如图2所示。
如图2所示，分压电路21将输入的使能信号进行分压处理。反向器电路22连接在电源和接地端之间，反向器电路22的输入端连接分压电路21的输出端，反向器电路22的输出端输出稳定的使能信号，控制开关10的通断。
分压电路21包括第一电阻R1、第一晶体管Q1和第二电阻R2。
第一电阻R1连接在输入的使能信号和分压电路21的输出端之间。第一晶体管Q1一端连接分压电路21的输出端。第二电阻R2连接在第一晶体管Q1的另一端和电源地之间。
反向器电路22包括第一反向器支路和第二反向器支路。
第一反向器支路包括串联连接的第二晶体管Q2和第三晶体管Q3，第二晶体管Q2的发射极连接电源地，第二晶体管Q2的基极连接所述分压电路的输出端。
第二反向器支路包括串联连接的第四晶体管Q4和第五晶体管Q5，第四晶体管Q4的发射极连接电源地，第四晶体管Q4的基极连接到第二晶体管Q2和第三晶体管Q3的连接点，第四晶体管Q4和第五晶体管Q5的连接地作为反向器电路22的输出端。
Q 1、Q2、Q4为E-mode晶体管，Q3、Q5为D-mode晶体管。
当输入信号经过R1，R2，Q1分压后大于E-mode晶体管截止电压，Q2开启，Q4关闭，输出等于电源电压Vdd。使能输入信号从高低转换电压VIH到Vdd皆能打开PA，与使能输入电压无关，如图3所示。高低转换电压VIH由电阻R1，R2决定，一般为1V。
输出缓冲器30包括第七晶体管Q7和反馈电阻Rf。
如图1所示，第七晶体管Q7的集电极连接第六晶体管Q6的发射极，第七晶体管Q7的发射极耦接至功放电路PA的基极。反馈电阻Rf的一端与第七晶体管Q7的基极连接，反馈电阻Rg的另一端连接第六晶体管Q6的发射极。
输出缓冲器30(Output buffer)使控制功放电路PA的电压Vreg不受负载电流影响，Vreg同时接到三级功放，也不会电流推力不足。
Vreg＝Vdd–Rf*Ib–Vth。
其中，Vreg为控制功放电路PA的偏置电压，Vdd为电源电压5V，Ib为流经反馈电阻Rf的电流，Vth为第七晶体管的截止电压，-1V左右。
L流经反馈电阻Rf的电流Ib，使得Vreg呈现稳定的负反馈。
例如:3V＝5V-3K欧姆*Ib–(-1V)
最后Ib＝1mA，Vreg输出约等于3V。
即使Vth偏移10％变化，那么，
3K欧姆*Ib＝3.1V
Ib＝0.1/3＝1.033mA
跟原来I＝1mA相比偏移3.3％，但Vth偏移10％已是生产时6个标准偏差的偏移量。
此电路可使功放IC偏置电流跟第七晶体管pHEMT的截止电压及HBT beta不敏感，仅跟反馈电阻Rf生产时的精密度有关，而现今工艺能维持在电阻批次误差±3％误差内。
根据一些实施例，功放电路的偏置电路还包括镜像电路40，如图1所示。镜像电路40包括第九晶体管Q9和第十晶体管Q10。
如图1所示，第九晶体管Q9的集电极连接第七晶体管Q7的基极，第九晶体管Q9的发射极连接电源地。第十晶体管Q10的集电极连接第七晶体管Q7的发射极，第十晶体管Q10的发射极连接电源地，第十晶体管Q10的基极连接第九晶体管Q9的基极。
镜像电路的第九晶体管Q9与输出功率功放管在电路拓朴结构中对称，布局时靠近功放电路PA，当功放电路晶体管从关到开时，温度瞬间改变，镜像电路40能跟随功放电路晶体管的温度变化。制程beta值改变时，也能反馈补偿制造工艺产生的PA的beta变异。
本申请实施例提供的技术方案，能克服GaAs D-mode晶体管，E-mode晶体管的截止电压与HBT beta变异大的问题，能在大范围Vdd变化下，产生稳定输出电压，电路相对简单，适用于WiFi电路中AP模式或router模式有固定5V Vdd供电，Vdd误差不会超过±0.2V，应用于WiFi路由器场景是足够的。
以上实施例仅为说明本申请的技术思想，不能以此限定本申请的保护范围，凡是按照本申请提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本申请保护范围之内。
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