一种自适应偏置射频功率放大器的制作方法

本实用新型涉及一种功率放大器，特别是涉及自适应偏置射频功率放大器。

背景技术：

现有技术中，射频功率放大器(PA)一般分为由三级或四级放大器串联形成，其中，前两级或前三级放大器的增益固定或者根据vramp的值线性增加，末端放大器(输出级放大器)的偏置则由前一级放大器提供。

射频功率放大器包括一系列系统参数，其中PVT、开关谱/调制谱等参数，对射频功率放大器在小功率到大功率之间切换的特性做了详细的规定。由于射频功率放大器的增益与vramp呈线性，较难满足所有的系统指标，往往出现满足了小功率开关谱/调制谱，大功率饱和功率却下降；而将大功率饱和功率调大了，却导致小功率开关谱/调制谱指标不通过的现象，两者难以兼顾。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型针的目的是提供一种自适应偏置射频功率放大器。

按照本实用新型的技术方案：前端功率放大器，其输入端通过第一输入电容接收外部输入的射频输入信号，对射频输入信号进行前端功率放大，并通过其输出端输出经过前端功率放大后的射频信号；中间功率放大器，其输入端通过第二输入电容接收所述前端功率放大器输出的经过前端放大后的射频信号，对所述射频信号进行中间功率放大，并通过其输出端输出经过中间功率放大后的射频信号；采样电路，其输入端通过第三输入电容对所述前端功率放大器输出的经过前端功率放大后的射频信号进行电压采样得到采样电压；整流电路，将所述采样电压转换成直流采样电压；低通滤波电路，对所述直流采样电压进行低通滤波；电压-电流转换电路，将经过低通滤波后的所述直流电压转化成直流采样电流为所述中间功率放大器的输出端提供偏置电流；第一场效应晶体管，其栅极接受所述中间功率放大器输出的经过中间功率放大后的射频信号，对所述射频信号进行放大后，并通过其漏级输出射频输出信号。

在一个具体实施例中，所述第一场效应晶体管的栅极连接所述中间功率放大器的输出端，所述第一场效应晶体管的源极接地，所述第一场效应晶体管的漏级通过扼流电感与电源端连接，所述第一场效应晶体管的漏级与所述扼流电感的连接点为所述自适应偏置射频功率放大器的输出端。

在一个具体实施例中，所述采样电路包括第二场效应晶体管、第三场效应晶体管及第四场效应晶体管，其中：所述第二场效应晶体管的栅极与所述第三场效应晶体管的栅极相连，其连接点为所述采样电路的输入端；所述第二场效应晶体管的源极与所述第四场效应晶体管的栅极连接，所述第二场效应晶体管的漏极通过电流源与电源端连接；所述第三场效应晶体管的源极接地，所述第三场效应晶体管的漏级与所述第四场效应晶体管的栅极连接；所述第四场效应晶体管的源极接地，所述第四场效应晶体管的漏级通过限流电阻与电源端连接，所述第四场效应晶体管的漏级与所述限流电阻的连接点为所述采样电路的输出端。

在一个具体实施例中，所述整流电路包括整流二极管，所述整流二极管的阳极为所述整流电路的输入端，所述整流二极管的阴极通过并联的第一接地电阻及第一接地电容接地，所述整流二极管与所述第一接地电容的连接点为所述整流电路的输出端。

在一个具体实施例中，所述低通滤波电路包括滤波电阻及滤波电容，所述滤波电阻的一端为所述低通滤波电路的输入端，所述滤波电阻的另一端与所述滤波电容的一端连接，所述滤波电容的另一端接地，所述滤波电阻与所述滤波电容的连接点为所述低通滤波电路的输出端。

在一个具体实施例中，所述电压-电流转换电路包括运算放大器、第五场效应晶体管及第六场效应晶体管；所述运算放大器的反向输入端为所述电压-电流转换电路的输入端，所述运算放大器的正向输入端通过第二接地电阻接地，所述运算放大器的输出端分别连接所述第五场效应晶体管的栅极及所述第六场效应晶体管的栅极；所述第五场效应晶体管的源极通过第二接地电阻接地，所述第五场效应晶体管的漏级连接电源；所述第六场效应晶体管的漏级连接电源，所述第六场效应晶体管的源极为所述电压-电流转换电路的输出端。

与现有技术相比，本实用新型的自适应偏置射频功率放大器的整体增益能够基于射频输入信号的功率大小进行动态调节。当射频输入信号的功率较小时，功率放大器的增益相应地较小；当射频输入信号的功率较大时，功率放大器的增益相应地较大。

附图说明

图1为一个实施例中本实用新型提供的自适应偏置射频功率放大器的电路示意图；

图2为图1实施例中的采样电路的电路图；

图3为图1实施例中的整流电路的电路图；

图4为图1实施例中的低通滤波电路的电路图；

图5为图1实施例中的电压-电流转换电路的电路图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1实用新型提供的自适应偏置射频功率放大器100在一个实施例中的电路示意图；如图1所示，自适应偏置射频功率放大器100包括前端功率放大器110、中间功率放大器120、采样电路130、整流电路140、低通滤波电路150、电压-电流转化电路160及第一场效应晶体管Q1，其中，所述第一场效应晶体管Q1为N沟道场效应晶体管。

所述前端功率放大器110的输入端通过第一输入电容C1接收外部输入的射频输入信号RF_IN，其对射频输入信号RF_IN进行前端功率放大，并通过其输出端输出经过前端放大后的射频信号RF_M1。

所述中间功率放大器120的输入端通过第二输入电容C2接收所述前端功率放大器110输出的经过前端功率放大后的射频信号RF_M1，对所述射频信号RF_M1进行中间功率放大，并通过其输出端输出经过中间功率放大后的射频信号RFM2。

所述采样电路130的输入端通过第三输入电容C3与所述前端功率放大器110的输出端连接，并对所述前端功率放大器110输出的射频信号RF_M1进行电压采样得到采样电压Vs；所述采样电压Vs的大小能直接反应所述前端功率放大器110的输出电压大小，也能直接反应所述射频输入信号RF_IN的强度。

所述整流电路140将所述采样电压Vs转换为直流采样电压V_FB，这是由于所述前端功率放大器110输出的电压存在一定的波动，为了进行更好地实现功率放大，需要先去除所述采样电压Vs中的波动以得到直流平均电压。

所述低通滤波电路150对所述直流采样电压V_FB进行低通滤波处理，以去除其中的高频成分。

所述电压-电流转化电路160将经过滤波后的直流采样电压V_FB转化为直流采样电流I_FB并作为偏置提供给所述中间功率放大器120的输入端。

随后，所述中间功率放大电路120在偏置电流的驱动下，对所述射频信号RF_M1进行中间功率放大，并输出经过中间功率放大后的射频信号RF_M2。

当射频输入信号RF_IN的功率越大时，所述直流采样电流I_FB相对拉升，使得所述中间功率放大电路120获得较大的偏置而增加增益。反之，当射频输入信号RF_IN的功率越小时，所述直流采样电流I_FB相对拉降，使得所述中间功率放大电路120获得较小的偏置而减少增益。如此，通过检测射频输入信号RF_IN的功率大小即能动态地调节中间功率放大电路120的增益。

最后，所述第一场效应晶体管Q1的栅极接收所述射频信号RF_M2，并通过其漏级输出最终的射频输出信号RF_OUT。

如图1所示，本实施例中，所述第一场效应晶体管Q1的栅极连接所述中间功率放大器120的输出端，所述第一场效应晶体管Q1的源极接地，所述第一场效应晶体管Q1的漏级通过扼流电感L1与电源端VCC连接，所述第一场效应晶体管Q1的漏级与所述扼流电感L1的连接点构成了所述自适应偏置射频功率放大器100的输出端。

所述自适应偏置射频功率放大器100的整体增益相当于所述前端功率放大电路110、所述中间功率放大电路120及所述第一场效应晶体管Q1的增益累加，而所述前端功率放大电路110和所述第一晶体二极管Q1的增益固定。所以，本实用新型中的所述自适应偏置射频功率放大器100的整体增益调整取决于所述中间功率放大电路120的增益调整，也即由所述射频输入信号RF_IN的功率大小进行动态调节。

需要说明的是，本实施例中，仅仅设置了一级所述中间放大电路120。在其他的一些实施例中，可以根据需要设置多级串联的所述中间放大电路120，每级所述中间放大电路120的输入端各自通过所述采样电路130、所述整流电路140、所述低通滤波电路150及所述电压-电流转化电路160与所述前端功率放大电路110的输出端连接，所述自适应偏置射频功率放大器100的整体增益调整取决于各级所述中间功率放大电路120的累计增益调整。

图2为本实施例中的所述采样电路130的电路图，其包括第二场效应晶体管Q2、第三场效应晶体管Q3及第四场效应晶体管Q3，其中：所述第二场效应晶体管Q2为P沟道场效应晶体管，所述第三场效应晶体管Q3及所述第四场效应晶体管Q4为N沟道场效应晶体管。所述第二场效应晶体管Q2的栅极与所述第三场效应晶体管Q3的栅极相连，其连接点为所述采样电路130的输入端；所述第二场效应晶体管Q2的源极与所述第四场效应晶体管Q4的栅极连接，所述第二场效应晶体管Q2的漏极通过电流源IB与电源端VCC连接；所述第三场效应晶体管Q3的源极接地，所述第三场效应晶体管Q3的漏级与所述第四场效应晶体管Q4的栅极连接；所述第四场效应晶体管Q4的源极接地，所述第四场效应晶体管Q4的漏级通过限流电阻R1与电源端VCC连接，所述第四场效应晶体管Q4的漏级与所述限流电阻R1的连接点构成了所述采样电路130的输出端。

所述采样电路130对所述前端功率放大器110输出的射频信号RF_M1进行电压采样得到采样电压Vs；所述采样电压Vs的大小能直接反应所述前端功率放大器110的输出电压大小，也能直接反应所述射频输入信号RF_IN的强度。

图3为本实施例中的所述整流电路140的电路图，其包括整流二极管D1，所述整流二极管D1的阳极为所述整流电路140的输入端，所述整流二极管D1的阴极通过并联的第一接地电阻R2及第一接地电容C4接地，所述整流二极管D1与所述第一接地电容C4的连接点构成所述整流电路140的输出端。

所述整流电路140用于将所述采样电压Vs转换成直流采样电压V_FB。

图4为本实施例中的所述低通滤波电路150的电路图，其包括滤波电阻R3及滤波电容C5，所述滤波电阻R3的一端为所述低通滤波电路150的输入端，所述滤波电阻R3的另一端与所述滤波电容C5的一端连接，所述滤波电容C5的另一端接地，所述滤波电阻R3与所述滤波电容C5的连接点构成所述低通滤波电路150的输出端。

所述低通滤波电路150对所述直流采样电压V_FB进行低通滤波处理，以去除其中的高频成分。

图5为本实施例中的所述电压-电流转换电路160的电路图，其包括运算放大器OP1、第五场效应晶体管Q5及第六场效应晶体管Q6，其中：所述第五场效应晶体管Q5及所述第六场效应晶体管Q6为P沟道场效应晶体管，所述运算放大器OP1的反向输入端为所述电压-电流转换电路160的输入端，所述运算放大器OP1的正向输入端通过第二接地电阻R4接地，所述运算放大器OP1的输出端同时连接所述第五场效应晶体管Q5的栅极及所述第六场效应晶体管Q6的栅极；所述第五场效应晶体管Q5的源极通过第二接地电阻R4接地，所述第五场效应晶体管Q5的漏级连接电源VCC；所述第六场效应晶体管Q6的漏级连接电源VCC，所述第六场效应晶体管Q6的源极为所述电压-电流转换电路160的输出端。

所述电压-电流转化电路160将经过滤波后的直流采样电压V_FB转化为直流采样电流I_FB并作为偏置提供给所述中间功率放大器120的输入端。

可见，与现有技术相比，本实用新型的自适应偏置射频功率放大器的整体增益能够基于射频输入信号的功率大小进行动态调节。当射频输入信号的功率较小时，功率放大器的增益相应地较小；当射频输入信号的功率较大时，功率放大器的增益相应地较大。

上文对本实用新型进行了足够详细的具有一定特殊性的描述。所属领域内的普通技术人员应该理解，实施例中的描述仅仅是示例性的，在不偏离本实用新型的真实精神和范围的前提下做出所有改变都应该属于本实用新型的保护范围。本实用新型所要求保护的范围是由所述的权利要求书进行限定的，而不是由实施例中的上述描述来限定的。