專(zhuān)利名稱(chēng)：射頻功率放大器過(guò)壓保護(hù)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及射頻功率放大器技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種射頻功率放大器過(guò)壓保 護(hù)電路。
背景技術(shù)：
無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中，射頻功率放大器(PA)是重要的組成元件之一，它廣泛的應(yīng)用在 各種移動(dòng)設(shè)備中，用于放大接收到的射頻輸入信號(hào)，產(chǎn)生通訊標(biāo)準(zhǔn)所需求的射頻輸出信號(hào)。 這種射頻功率放大器的放大增益、輸出功率及工作電流均與電源電壓VCC(加在射頻功率放 大器各級(jí)晶體管的集電極電壓)直接相關(guān)。當(dāng)由于移動(dòng)設(shè)備充電或其他外在因素影響時(shí)，電 源電壓VCC可能會(huì)存在短暫或持續(xù)的升高，從而導(dǎo)致射頻功率放大器的放大增益、輸出功 率及工作電流突然或持續(xù)的增加，這很可能使射頻功率放大器的晶體管由于過(guò)壓及熱穩(wěn)定 性等因素而被燒毀。因此很有必要設(shè)計(jì)一款過(guò)壓保護(hù)電路，當(dāng)電壓VCC由于移動(dòng)設(shè)備充電 或其他外在因素影響時(shí)超過(guò)射頻功率放大器正常工作的額定電壓時(shí)，通過(guò)控制偏置電路的 供給電流來(lái)降低射頻功率放大器的放大增益和輸出功率，從而保證射頻功率放大器在高電 源電壓下的正常工作。典型的單級(jí)射頻功率放大器電路如圖1所示，其中包括功率放大晶體管Tl、偏置 電路、輸出匹配電路、扼流電感Ll和隔直電容Cl。RF_in為射頻輸入信號(hào)，RF_out為射頻 輸出信號(hào)，VCC為射頻功率放大器的電源電壓。功率放大晶體管Tl用于放大接收到的射頻 輸入信號(hào)，以達(dá)到通信標(biāo)準(zhǔn)所要求的功率值。偏置電路用于給輸出射頻功率放大晶體管Tl 提供直流的偏置，確定其正常工作時(shí)的直流工作點(diǎn)。輸出匹配電路用于將天線(xiàn)端的50歐姆 阻抗轉(zhuǎn)換為一個(gè)較低的阻抗，以實(shí)現(xiàn)射頻功率放大器的輸出功率與效率的最優(yōu)化。對(duì)于圖 1的電路來(lái)說(shuō)，當(dāng)VCC為額定工作電壓時(shí)，此射頻功率放大器正常工作。當(dāng)電源電壓VCC由 于各種因素升高即超過(guò)額定電壓3. 8V時(shí)，此射頻功率放大器的偏置電流及輸出功率都將 跟隨著電源電壓VCC的升高而增加。綜上所述，應(yīng)用在通訊領(lǐng)域的射頻功率放大器均需要增加過(guò)壓保護(hù)電路，過(guò)壓保 護(hù)電路需保證當(dāng)電源電壓VCC為額定工作電壓時(shí)，不影響射頻功率放大器的整體性能，而 當(dāng)電源電壓VCC超過(guò)額定電壓時(shí)，觸發(fā)過(guò)壓保護(hù)電路工作，通過(guò)控制偏置電路來(lái)抑制射頻 功率放大器的放大增益及輸出功率隨電源電壓VCC的正向變化，以防止高功率下由于過(guò)壓 過(guò)流而引起的射頻功率放大器管子的燒毀。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型需解決的問(wèn)題是提供一種射頻功率放大器過(guò)壓保護(hù)電路。為解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型所采取的技術(shù)方案為一種射頻功率放大器過(guò)壓保 護(hù)電路，包括與功率放大管基極連接偏置電路、電壓檢測(cè)電路及電壓電流轉(zhuǎn)換模塊，其中電 壓檢測(cè)電路與功率放大管電源端連接，其檢測(cè)功率放大管工作電壓后輸出給電壓電流轉(zhuǎn)換 模塊轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，該電流信號(hào)輸出給偏置電路，由偏置電路調(diào)節(jié)功率放大管基極電流實(shí)現(xiàn)保護(hù)。具體的，所述電壓檢測(cè)電路包括一晶體管，該晶體管射極接地，集電極通過(guò)兩串聯(lián) 的分壓電阻接功率放大管電源端，基極通過(guò)限流電阻接入偏置電壓；接于該晶體管集電極 的兩分壓電阻連接點(diǎn)作為電壓檢測(cè)電路輸出端，該輸出端連接電壓電流轉(zhuǎn)換模塊。優(yōu)選的，上述晶體管基極還接有一二極管，該二極管負(fù)極接上述晶體管基極，二極 管正極接上述限流電阻。具體的，所述電壓電流轉(zhuǎn)換模塊采用四個(gè)晶體管即T3、T4、T5、T6 ；其中晶體管Τ3、 Τ4基極相連，同時(shí)射極相連且接地，晶體管Τ4集電極通過(guò)電阻連接偏置電路；晶體管Τ5集 電極與Τ6射極相連，晶體管Τ5射極通過(guò)電阻與晶體管Τ3集電極相連，晶體管Τ5基極通 過(guò)電阻接偏置電壓；晶體管Τ6集電極通過(guò)電阻接功率放大管電源端，基極連接電壓檢測(cè)電路。具體的，所述偏置電路可根據(jù)所述保護(hù)電路的應(yīng)用場(chǎng)合，進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果在于(1)所述過(guò)壓保護(hù)電路采用偏置電路控制模式，即當(dāng)移動(dòng)通訊設(shè)備不工作時(shí)，此過(guò) 壓保護(hù)電路能夠被關(guān)斷，避免過(guò)壓保護(hù)電路中出現(xiàn)漏電流，造成不必要能量損耗；(2)對(duì)于多級(jí)的射頻功率放大器來(lái)說(shuō)，可根據(jù)輸出功率和電流的限制范圍，靈活的 運(yùn)用此過(guò)壓保護(hù)電路，即可應(yīng)用到驅(qū)動(dòng)級(jí)，也可應(yīng)用到輸出級(jí)，或者同時(shí)應(yīng)用到驅(qū)動(dòng)級(jí)和輸 出級(jí)；當(dāng)VCC超過(guò)額定工作電壓時(shí)(此額定的工作電壓可根據(jù)射頻功率放大器的實(shí)際工作 情況而定)，射頻功率放大器偏置電流與輸出功率降低效果明顯，從而能有效保證射頻功率 放大器在高電源電壓情況下正常工作；(3)所述過(guò)壓保護(hù)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、便于集成。

圖1為單級(jí)射頻功率放大器的典型實(shí)施電路圖；[0016]圖2為本實(shí)用新型所述過(guò)壓保護(hù)電路實(shí)施方案原理框圖；[0017]圖3為本實(shí)用新型專(zhuān)利提出過(guò)壓保護(hù)電路中的電壓檢測(cè)電路實(shí)施電路圖；圖4為所述過(guò)壓保護(hù)電路應(yīng)用于AB類(lèi)偏置的單級(jí)射頻功率放大器的具體實(shí)施電 路圖；圖5為所述過(guò)壓保護(hù)電路應(yīng)用于AB類(lèi)偏置的單級(jí)射頻功率放大器的具體實(shí)施二 電路圖；圖6為所述過(guò)壓保護(hù)電路應(yīng)用于A類(lèi)偏置的單級(jí)射頻功率放大器的具體實(shí)施電路 圖；圖7為當(dāng)功率放大管的電源VCC電壓為4. 5V時(shí)，帶過(guò)壓保護(hù)電路和不帶過(guò)壓保護(hù) 電路的射頻功率放大器的輸出功率曲線(xiàn)圖；圖8帶過(guò)壓保護(hù)電路的射頻功率放大器輸出功率管的靜態(tài)電流隨VCC變化曲線(xiàn) 圖。
具體實(shí)施方式
為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的
4詳細(xì)說(shuō)明。圖2所示為本實(shí)用新型原理框圖，其揭示的過(guò)壓保護(hù)電路中包括電壓檢測(cè)電路、 電壓-電流轉(zhuǎn)換模塊、偏置電路，圖中輸出功率管Tl、扼流電感Li、隔直電容Cl和輸出匹配 電路組成射頻功率放大電路。RF_in為射頻的輸入信號(hào)，RF_out為射頻的輸出信號(hào)，VCC為 加在輸出功率管Tl集電極的電源電壓。該實(shí)施例的工作原理為電壓檢測(cè)電路檢測(cè)VCC電壓，當(dāng)VCC為額定工作電壓時(shí)， 此電壓檢測(cè)電路的輸出電壓不足以開(kāi)啟電壓-電流轉(zhuǎn)換模塊，即電壓-電流轉(zhuǎn)換模塊不工 作，對(duì)偏置電路無(wú)任何影響，此時(shí)過(guò)壓保護(hù)電路不會(huì)影響射頻功率放大器正常工作時(shí)的整 體性能。當(dāng)電壓檢測(cè)電路檢測(cè)到VCC的電壓超過(guò)額定電壓時(shí)，電壓檢測(cè)電路的輸出電壓將 開(kāi)啟電壓-電流轉(zhuǎn)換模塊，此時(shí)電壓-電流轉(zhuǎn)換模塊會(huì)將電壓檢測(cè)電路的輸出電壓信號(hào)轉(zhuǎn) 換成一個(gè)與VCC相關(guān)的電流信號(hào)，這個(gè)電流信號(hào)控制偏置電路的偏置電流進(jìn)而降低射頻功 率放大器的靜態(tài)電流、放大增益與輸出功率，以防止高電源電壓情況下射頻功率放大器因 過(guò)壓過(guò)流而造成的晶體管燒毀。圖4為所述過(guò)壓保護(hù)電路應(yīng)用于AB類(lèi)偏置的單級(jí)射頻功率放大器的具體實(shí)施例 電路圖。圖4中，RF_in為射頻輸入信號(hào)，RF_out為射頻輸出信號(hào)，VCC為加在輸出功率管 Tl集電極的電源電壓，Vbias為給射頻功率放大器提供偏置的偏置電壓，VCB為加在偏置晶 體管T2集電極的電壓。電阻R4與R5、二極管D1、D2和偏置晶體管T2構(gòu)成偏置電路為射頻 功率放大晶體管Tl提供偏置。電阻R4串接于Vbias端和偏置晶體管T2的基極之間。級(jí) 聯(lián)的二極管Dl、D2串接于偏置晶體管T2的基極與地之間；偏置晶體管T2的集電極與VCB 端連接；偏置晶體管T2的發(fā)射極通過(guò)電阻R5與地端連接。過(guò)壓保護(hù)電路由電壓檢測(cè)電路、 晶體管T3、T4、T5、T6和電阻R1、R2、R3、R6組成。電壓檢測(cè)電路串接于晶體管T6的基極與 VCC端之間，晶體管T6的集電極通過(guò)電阻R6與VCC端連接，晶體管T6的發(fā)射極與晶體管 T5的集電極相連接，晶體管T5的基極通過(guò)電阻Rl與Vbias端連接，晶體管T5的發(fā)射極連 接電阻R2 ；晶體管T3的發(fā)射極與地相連，晶體管T3的基極與集電極連在一起并與電阻R2 相連接。晶體管"Γ4的發(fā)射極與地端相連接，晶體管T4的基極與晶體管T3的發(fā)射極和集電 極相連接。晶體管T4的集電極與電阻R3連接。電阻R2串接于晶體管T5的發(fā)射極和晶體 管T3的集電極之間。電阻R3串接于晶體管T4的集電極和晶體管T2的基極之間。輸出功 率管Tl的基極通過(guò)耦合電容Cl連接到射頻輸入端RF_in，輸出功率管的發(fā)射極連接到地， 輸出功率管的集電極一方面通過(guò)扼流電感Ll連接到VCC端，另一方面通過(guò)匹配網(wǎng)絡(luò)連接到 射頻輸出端RF_out。電壓檢測(cè)電路主要是檢測(cè)VCC的電壓，當(dāng)VCC電壓超過(guò)額定電壓時(shí)， 電壓檢測(cè)電路的輸出電壓使晶體管T6開(kāi)啟，晶體管T6才會(huì)有電流IO流過(guò)并進(jìn)入到晶體管 T5、T3中。其中晶體管Τ5為偏置控制管，主要用于保證當(dāng)移動(dòng)通訊設(shè)備剛開(kāi)始上電或者不 需要工作時(shí)，通過(guò)偏置關(guān)閉此電壓檢測(cè)電路。晶體管Τ3、Τ4的作用是把從晶體管Τ6流出的 電流IO鏡像成所需要的下拉電流II。電阻Rl、R2、R3 一方面用來(lái)調(diào)節(jié)電路工作狀態(tài)下的 電流，另一方面起到限流保護(hù)晶體管的作用。上述實(shí)施例的工作原理為當(dāng)電源電壓VCC電壓為額定的電壓值，電壓檢測(cè)電路 的輸出電壓不足以開(kāi)啟晶體管Τ6，也就沒(méi)有電流從晶體管Τ6中流出，此時(shí)整個(gè)過(guò)壓保護(hù)電 路不工作，不會(huì)對(duì)射頻功率放大器的整體性能產(chǎn)生影響。由于外在的環(huán)境因素或者設(shè)備本 身的內(nèi)在問(wèn)題，當(dāng)電壓檢測(cè)電路檢測(cè)到的VCC電壓超過(guò)了額定電壓值時(shí)，電壓檢測(cè)電路的輸出電壓使晶體管T6打開(kāi)，則有電流IO流入晶體管T5、T3，并通過(guò)晶體管Τ3、Τ4的電流鏡 像作用把電流IO鏡像成偏置電路所需要的下拉電流II，此下拉電流端接到偏置電路中偏 置管Τ2的基極，通過(guò)控制偏置電路的電流達(dá)到限制射頻功率放大器的靜態(tài)電流、放大增益 和輸出功率的目的。當(dāng)射頻功率放大器通過(guò)偏置Vbias關(guān)斷時(shí)，同時(shí)也會(huì)將過(guò)壓保護(hù)電路中的晶體管 Τ5關(guān)斷，從而切斷整個(gè)過(guò)壓保護(hù)電路的電流通道，避免過(guò)壓保護(hù)電路中出現(xiàn)漏電流，造成不 必要能量損耗。圖3為所述電壓檢測(cè)電路實(shí)施例原理圖。其中，VCC為電源電壓，Vbias為給射頻 功率放大器提供偏置的偏置電壓，Out為電壓檢測(cè)電路的輸出電壓端，晶體管T_1的基極通 過(guò)級(jí)聯(lián)的二極管Dl和電阻R4連接到偏置端Vbias，晶體管T_1的發(fā)射極連到地端，晶體管 T_1的集電極通過(guò)電阻R2連接到Out端，電阻Rl串接于VCC端和Out端之間。電阻R1、R2 和晶體管乙1用來(lái)分壓，通過(guò)設(shè)置合適的電阻值，當(dāng)VCC超過(guò)額定電壓時(shí)，Out端的輸出電壓 會(huì)使圖4中的晶體管T6導(dǎo)通，產(chǎn)生流過(guò)晶體管T6的電流10，當(dāng)VCC沒(méi)有超過(guò)額定電壓時(shí)， 晶體管T6關(guān)閉，無(wú)電流產(chǎn)生。晶體管T_1為偏置控制管，主要是保證當(dāng)移動(dòng)通訊設(shè)備剛開(kāi) 始上電或者不需要工作時(shí)，能夠通過(guò)偏置關(guān)閉電壓檢測(cè)電路。晶體管T_1的基極與Vbias 端串接了電阻R4和二極管D1。由于偏置電壓Vbias正常工作時(shí)可能大于晶體管T_1 二倍 的開(kāi)啟電壓，電阻R4和二極管Dl被用來(lái)限制大的電流，對(duì)晶體管起到保護(hù)作用。圖5為所述過(guò)壓保護(hù)電路應(yīng)用于AB類(lèi)偏置的單級(jí)射頻功率放大器的具體實(shí)施二 電路圖。圖5所示實(shí)施例與圖4所示實(shí)施例的不同在于下拉電流Il端的位置是連在偏置 晶體管T2的基極還是偏置晶體管T2的發(fā)射極，其他工作原理同圖4所示實(shí)施例。圖7為當(dāng)功率放大管的電源VCC電壓為4. 5V時(shí)，帶過(guò)壓保護(hù)電路和不帶過(guò)壓保護(hù) 電路的射頻功率放大器的輸出功率曲線(xiàn)圖；圖8帶過(guò)壓保護(hù)電路的射頻功率放大器輸出功 率管的靜態(tài)電流隨VCC變化曲線(xiàn)圖。從兩圖可以看出，帶過(guò)壓保護(hù)電路的射頻功率放大器， 其輸出功率平穩(wěn)，在輸出功率管的靜態(tài)電流突然增大瞬間，能夠快速將靜態(tài)電流拉低，保護(hù) 功率放大管。圖6為所述過(guò)壓保護(hù)電路應(yīng)用于A類(lèi)偏置的單級(jí)射頻功率放大器的具體實(shí)施電路 圖。其工作原理和圖5、6相同，都是通過(guò)下拉電流的方式對(duì)偏置電路進(jìn)行控制，而不同的是 偏置電路有所不同。該實(shí)施例中偏置電路由直接接在功率放大管Tl基極的電阻R4，電阻 R4另一端接偏置電壓Vbias。以上的實(shí)例都是以單級(jí)射頻功率放大器為例來(lái)進(jìn)行說(shuō)明的，實(shí)際上，本實(shí)用新型 所述過(guò)壓保護(hù)電路不僅限于單級(jí)射頻功率放大器，同樣適用于多級(jí)的射頻功率放大器。對(duì) 于多級(jí)的射頻功率放大器來(lái)說(shuō)，可根據(jù)輸出功率和電流的限制范圍，把此過(guò)壓保護(hù)電路應(yīng) 用到驅(qū)動(dòng)級(jí)或功率輸出級(jí)或者同時(shí)應(yīng)用到驅(qū)動(dòng)級(jí)和功率輸出級(jí)。以上僅為本實(shí)用新型較優(yōu)選的實(shí)施例，需說(shuō)明的是，在未脫離本實(shí)用新型構(gòu)思前 提下對(duì)其所做的任何微小變化及等同替換，均應(yīng)屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.射頻功率放大器過(guò)壓保護(hù)電路，包括與功率放大管基極連接偏置電路，其特征在于， 還包括電壓檢測(cè)電路及電壓電流轉(zhuǎn)換模塊，其中電壓檢測(cè)電路與功率放大管電源端連接， 其檢測(cè)功率放大管工作電壓后輸出給電壓電流轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，該電流信號(hào)輸出 給偏置電路，由偏置電路調(diào)節(jié)功率放大管基極電流實(shí)現(xiàn)保護(hù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的射頻功率放大器過(guò)壓保護(hù)電路，其特征在于所述電壓檢測(cè) 電路包括晶體管T_l，該晶體管T_1射極接地，集電極通過(guò)兩串聯(lián)的分壓電阻接功率放大管 電源端，基極通過(guò)限流電阻接入偏置電壓；接于該晶體管乙1集電極的兩分壓電阻連接點(diǎn) 作為電壓檢測(cè)電路輸出端，該輸出端連接電壓電流轉(zhuǎn)換模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的射頻功率放大器過(guò)壓保護(hù)電路，其特征在于，所述晶體管T_1 基極還接有二極管D1，二極管Dl負(fù)極接晶體管Tl基極，二極管Dl正極接限流電阻。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的射頻功率放大器過(guò)壓保護(hù)電路，其特征在于，所述電壓電流 轉(zhuǎn)換模塊包括晶體管T3、T4、T5、T6 ；其中晶體管Τ3、Τ4基極相連，同時(shí)射極相連且接地，晶 體管Τ4集電極通過(guò)電阻連接偏置電路；晶體管Τ5集電極與Τ6射極相連，晶體管Τ5射極通 過(guò)電阻與晶體管Τ3集電極相連，晶體管Τ5基極通過(guò)電阻接偏置電壓；晶體管Τ6集電極通 過(guò)電阻接功率放大管電源端，基極連接電壓檢測(cè)電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一項(xiàng)所述的射頻功率放大器過(guò)壓保護(hù)電路，其特征在于 所述偏置電路包括晶體管Τ2，其集電極連接電源VCB，基極通過(guò)電阻連接偏置電壓，基極還 通過(guò)串聯(lián)的二極管接地，同時(shí)基極作為偏置電路輸入端連接電壓電流轉(zhuǎn)換模塊；晶體管Τ2 射極通過(guò)電阻接地，同時(shí)射極作為輸出端連接功率放大管基極。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一項(xiàng)所述的射頻功率放大器過(guò)壓保護(hù)電路，其特征在于， 所述偏置電路包括晶體管Τ2，其集電極連接功率放大管電源，基極通過(guò)電阻連接偏置電 壓， 基極還通過(guò)串聯(lián)的二極管接地；晶體管Τ2射極作為輸出端連接功率放大管基極，同時(shí)也連 接電壓電流轉(zhuǎn)換模塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一項(xiàng)所述的射頻功率放大器過(guò)壓保護(hù)電路，其特征在于， 所述偏置電路包括電阻R4，其一端連接偏置電壓，一端連接功率放大管基極，同時(shí)該端也作 為輸入端連接電壓電流轉(zhuǎn)換模塊。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種射頻功率放大器過(guò)壓保護(hù)電路，包括與功率放大管基極連接偏置電路、電壓檢測(cè)電路及電壓電流轉(zhuǎn)換模塊，其中電壓檢測(cè)電路與功率放大管電源端連接，其檢測(cè)功率放大管工作電壓后輸出給電壓電流轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，該電流信號(hào)輸出給偏置電路，由偏置電路調(diào)節(jié)功率放大管基極電流實(shí)現(xiàn)保護(hù)。所述過(guò)壓保護(hù)電路采用偏置電路控制模式，能有效保護(hù)功率放大管，且能在功率放大器正常工作時(shí)避免過(guò)壓保護(hù)電路中出現(xiàn)漏電流，造成能量損耗。
文檔編號(hào)H02H9/02GK201887469SQ20102069384
公開(kāi)日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者張旭光, 彭鳳雄 申請(qǐng)人:惠州市正源微電子有限公司