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)。在一些实施例中，下文所描述的晶体管可使用被称作GaAs、磷化铟(InP)、硅-锗(SiGe)、氮化镓(GaN)、互补型金属氧化物半导体(CMOS)、绝缘体上硅(SOI)或任何其它合适工艺的工艺来制造。

如本文中所使用，提及晶体管的基极、发射极、集极或其它组件或其它电路组件连接到另一晶体管的基极、发射极、集极或其它组件或其它电路组件可指代直接连接，或指代其间安置有另一电路组件(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包含电流产生器110、零增益晶体管开关120、电流镜驱动器130和晶体管M141。在一些实施例中，功率放大器100的所有晶体管是HBT。替代地，功率放大器100可包含任何其它类型的晶体管。

电流产生器110包含晶体管M111、M112、M113和M114，以及电阻器R111和R112。晶体管M111和M112的发射极连接到地晶体管M111的基极连接到晶体管M112的基极。晶体管M111的集极连接到晶体管M113的集极和晶体管M114的发射极。晶体管M112的集极连接到电阻器112。晶体管M113的发射极连接到晶体管M111和M112的基极。晶体管M113的基极经连接以接收控制电压(或启用电压)V110。晶体管M113的集极连接到晶体管M114的发射极和晶体管M111的集极。晶体管M114的基极和集极连接到电阻器R111。电阻器R111连接于电压源VDD1与晶体管M114之间。电阻器R112连接于电压源VDD1与晶体管M112之间。

电流产生器110被配置成接收控制电压V110并且在控制电压V110超过阈值(例如，3.2V)的情况下产生电流I110。在一些实施例中，电流I110可由以下方程式表达：

在电阻器R111的值等于电阻器R112的值情况下，电流I110可由以下方程式表达，其中电流I110独立于电压源VDD1：

在电阻器R111的值比电阻器R112的值大两倍的情况下，电流I110可由以下方程式表达，其中电流I110独立于功率放大器100的操作温度：

图1B、图1C、图1D、图1E、图1F、图1G和图1H说明根据本公开的一些实施例的功率放大器100的模拟结果。如图1B中所示，x轴表示控制电压V110(V)，且y轴表示电流I110(mA)。如图1C中所示，x轴表示控制电压V110(V)，且y轴表示电流I110(mA)。如图1D中所示，x轴表示功率放大器100的操作温度(℃)，且y轴表示电流I110(mA)。如图1E中所示，x轴表示电压源(V)，且y轴表示电流I110(mA)。如图1F中所示，x轴表示功率放大器100的操作温度(℃)，且y轴表示电流I131和I141(mA)。如图1G中所示，x轴表示电压源VDD2(V)，且y轴表示电流I131(mA)。如图1H中所示，x轴表示电压源VDD2(V)，且y轴表示电流I141(mA)。

在一些实施例中，电流产生器110被配置成一旦控制电压V110超过阈值就产生基本恒定电流I110(例如，约179mA)。在一些实施例中，阈值和电流I110的值可取决于不同规范而改变。

如图1B中所示，在控制电压V110小于2.3V的情况下，电流产生器110的电流I110为约0mA。换句话说，当电流产生器110关断时不产生输出电流。这可减小功率放大器100的功率消耗。根据实施例，当电流产生器110接通(例如，控制电压V110超过3.2V)时，电流I110对控制电压V110的偏离不敏感。举例来说，如说明功率放大器100的模拟结果的图1C中所示，随着控制电压V110从约3.5V改变到约5.5V，电流I110具有小于0.2％的变化。

电流产生器110还对功率放大器的操作温度或电压源VDD1的偏离不敏感。举例来说，如图1D中所示，随着功率放大器100的操作温度从约-55℃变为约125℃，电流I110具有小于1.5％的变化。举例来说，如图1E中所示，随着电压源VDD1从约4V变为约6V，电流I110具有小于0.2％的变化。根据如图1A-1E中所示的实施例，电流产生器110可提供稳定电流偏压(例如，电流I110)，所述稳定电流偏压对操作温度和电压源VDD1的偏离不敏感，这将改进功率放大器100的性能。.

零增益晶体管开关120包含晶体管M121和电阻器R121和R122。晶体管M121的发射极连接到电流产生器110的输出(例如，连接到晶体管M112的集极和电阻器R112)。电阻器R122连接于晶体管M121的基极与集极之间。电阻器R121连接于控制电压V110与晶体管M121的基极之间在一些实施例中，当控制电压V110小于阈值时，晶体管M121可充当二极管。当控制电压超过阈值时，晶体管M121和电阻器R121和R122充当零增益放大器，其可将电流镜驱动器130的晶体管M132的基极的电压维持在基本恒定电压下，这又在功率放大器100的输出级处维持基本恒定电流(例如，流过晶体管M141的电流I141)。

在一些实施例中，零增益晶体管开关120可省略或替换为二极管。然而，电流I141将随控制电压V110增加而变化。举例来说，随着控制电压V110从约3V增加到约5.5V，电流I141可具有约120mA的偏离。电流I141的这类偏离将对功率放大器100的性能产生不利影响。通过使用如图1A中所示的零增益晶体管开关120，电流I141可维持在基本恒定值。举例来说，随着控制电压V110从约3V增加到约5.5V，电流I141可具有小于约1mA的偏离。

电流镜驱动器130包含晶体管M131、M132和电阻器R131和R132。晶体管M131的发射极连接到地。晶体管M131的基极连接到电阻器R131。晶体管M131的集极连接到电流产生器的输出(例如，连接到晶体管M112的集极和电阻器R112)和零增益放大器开关120(例如，连接到晶体管M121的发射极)。晶体管M132的发射极连接到电阻器R131和R132。晶体管M132的基极连接到零增益放大器开关120(例如，连接到晶体管M121的集极)。晶体管M132的集极连接到电压源VDD2。电阻器R131连接于晶体管M132的发射极与晶体管M131的基极之间。电阻器R132连接于晶体管M132的发射极与晶体管M141的基极之间。在一些实施例中，晶体管R131和R132被配置成调节或调整功率放大器100的温度曲线。

电流镜驱动器130被配置成根据流过晶体管M131的电流I131产生通到晶体管M141的基极的电流I130。换句话说，根据电流I131产生输出电流(例如，电流I141)。举例来说，晶体管M131可充当晶体管M141的电流镜。在一些实施例中，晶体管M131与晶体管M141相比具有较高电流密度，且因此晶体管M131的基极与发射极之间的电压(Vbe)高于晶体管M141的电压。晶体管M131的Vbe与晶体管M141的Vbe之间的差异可通过调整电阻器R131和R132的值来使电流I141独立于功率放大器100的操作温度的改变。

如图1F中所示，随着功率放大器100的操作温度从约-55℃变为约125℃，电流I131具有小于约9％的偏离，且随着功率放大器100的操作温度从约-55℃变为约125℃，电流I141具有小于约2％的偏离。如图1G和图1H中所示，随着电压源VDD2从约3.2V变为约6V，电流I131具有小于约5％的偏离，且随着电压源VDD2从约3.2V变为约6V，电流I141具有小于约5％的偏离。提供给晶体管M141的稳定DC电流偏压将改进功率放大器100的性能。

图2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类似于如图1A中所示的功率放大器100，不同之处在于功率放大器200的电流镜驱动器230另外包含连接于晶体管M131的基极与晶体管M141之间的电阻器R231。在一些实施例中，电阻器R231可充当动态偏压电阻器，这可增加功率放大器200的1dB压缩点(P1dB)并且改进功率放大器200的性能。

图3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类似于如图2所示的功率放大器200，不同之处在于功率放大器300的电流产生器310另外包含电阻器R311和R312。电阻器R311连接于晶体管M111的发射极与地之间。电阻器R312连接于晶体管M112的发射极与地之间。电阻器R311和R312可在制造工艺期间减小电流产生器310的敏感度，并且增加流过晶体管M111和M112的电流之间的关系的准确度。

图4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类似于如图1A中所示的功率放大器100，不同之处在于功率放大器400的电流镜驱动器430另外包含连接于晶体管M131的发射极与地之间的电阻器R431。电阻器R431可减小晶体管M131的长宽比以减小功率放大器400的大小。

图5A是说明根据本公开的一些实施例的带隙参考电路500的示意图。带隙参考电路500包含电流产生器110、零增益放大器开关120和带隙核心510。在一些实施例中，带隙参考电路500的电流产生器110和零增益放大器开关120与如图1A中所示的功率放大器100的电流产生器110和零增益放大器开关120相同，且其描述在本文中也可适用。在其它实施例中，带隙参考电路500的电流产生器110可替换为如图3中所示的功率放大器300的电流产生器310。

带隙核心510包含晶体管M511、M512、M513、M514和电阻器R511、R512和R513。晶体管M511的发射极连接到地。晶体管M511的基极连接到晶体管M512的集极。晶体管M511的晶体管的集极连接到电流产生器110(例如，连接到晶体管M112的集极)和零增益放大器开关120(例如，连接到晶体管M121的发射极)。晶体管M512的发射极通过电阻器R513连接到地。晶体管M512的基极连接到晶体管M513的集极和基极。晶体管M513的发射极连接到地。晶体管M514的发射极连接到电阻器R511和R512。晶体管M514的基极连接到零增益放大器开关120(例如，连接到晶体管M121的集极)。晶体管M514的集极连接到电压源VDD1。

图5B、图5C和图5D说明根据本公开的一些实施例的带隙参考电路500的模拟结果。如图5B中所示，x轴表示带隙参考电路500的操作温度(℃)，且y轴表示带隙参考电路500的输出处的电压V500(mV)。如图5C中所示，x轴表示电压源VDD1(V)，且y轴表示带隙参考电路500的输出处的电压V500(mV)。如图5D中所示，x轴表示控制电压V110(V)，且y轴表示带隙参考电路500的输出处的电压V500(mV)。

如图5B中所示，随着带隙参考电路500的操作温度从约-55℃变为约125℃，电压V500具有小于0.008％的变化。如图5C中所示，随着电压源VDD1从约4.5V变为约5.5V，电压V500具有小于0.002％的变化。如图5D中所示，随着电流产生器110从约3.5V变为约5.5V，电压V500具有小于0.002％的变化。带隙参考电路500可提供对操作温度、电压源VDD1和控制电压V110不敏感的稳定参考电压。这可增加带隙参考电路500的电源抑制比(PSRR)并且改进带隙参考电路500的性能。

图6是说明根据本公开的一些实施例的带隙参考电路600的示意图。带隙参考电路600类似于如图5A中所示的带隙参考电路500，不同之处在于带隙参考电路600的带隙核心610另外包含电阻器R611和R612。电阻器R611连接于晶体管M513的基极与电阻器R512之间。电阻器R612连接于晶体管M513的集极与电阻器R512之间。

图7是说明根据本公开的一些实施例的带隙参考电路700的示意图。带隙参考电路700类似于如图6所示的带隙参考电路600，不同之处在于带隙参考电路700的电流产生器710另外包含晶体管M711且带隙参考电路700的带隙核心720另外包含电阻器R721。晶体管M711连接于电阻器R111与晶体管M114的集极之间。电阻器R721连接于晶体管M511的基极与地之间。

图8是说明根据本公开的一些实施例的带隙参考电路800的示意图。带隙参考电路800类似于如图7中所示的带隙参考电路700，不同之处在于带隙参考电路800的带隙参考电路810另外包含电阻器R811。电阻器R811连接于电阻器R512与地之间。

如本文中所使用，除非上下文另外明确规定，否则单数术语“一(a/an)”和“所述”可包含多个指示物。

另外，有时在本文中按范围格式呈现量、比率和其它数值。应理解，此类范围格式是为了便利和简洁，且应灵活地理解，不仅包含明确地指定为范围极限的数值，而且包含涵盖于所述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“近似”、“基本上”、“大约”和“约”用于指示和解释小的变化。当与事件或情形结合使用时，所述术语可涵盖事件或情形明确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，所述术语可涵盖小于或等于所述数值的±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％的变化范围。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“基本上”相同或相等。

虽然已参考本公开的特定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楚地理解，可进行各种改变，且可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在实施例内替代等效元件。图示可能未必按比例绘制。归因于制造过程中的变量等等，本公开中的技术再现与实际设备之间可能存在区别。可存在未特定说明的本公开的其它实施例。应将所述说明书和图式视为说明性的，而非限制性的。可做出修改，以使特定情况、材料、物质组成、方法或工艺适应于本公开的目标、精神和范围。所有此类修改意图在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所公开的方法，但应理解，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，除非在本文中特别指示，否则操作的次序和分组不受本公开限制。