射频功率放大电路与电子设备

技术领域

本发明涉及射频信号处理领域，尤其涉及一种射频功率放大电路与电子设备。

背景技术

射频功率放大电路通常采用异质结双极晶体管(HBT)、互补式金属氧化物半导体晶体管(CMOS)、高电子迁移率晶体管(HEMT)等作为放大晶体管，称为功率管，其也可理解为功率放大器。5G、wifi6等新一代通讯标准对射频功率放大器线性度和效率等性能提出很高要求。

射频功率放大电路中，可利用偏置模块为功率放大器提供偏置电压，现有相关技术中，可通过外部的介入调整偏置电压，然而，基于外部介入的调整方式无法准确、及时适应功率放大器的实际工作状态，进而，会带来放大效率不高等缺陷。

发明内容

本发明提供一种射频功率放大电路与电子设备，以解决放大效率不高的问题。

根据本发明的第一方面，提供了一种射频功率放大电路，包括：功率放大器、功率检测模块、反馈调节模块与偏置模块；

所述功率放大器的第一端连接第一电压源，所述功率放大器的第二端接地，所述偏置模块连接于所述功率放大器控制端与第一端之间，以控制所述功率放大器的偏置电压；所述功率放大器的控制端直接或间接连接信号输入端，以通过所述信号输入端接入射频信号；

所述功率检测模块被配置为能够采集到功率检测信号，所述功率检测信号表征了所述功率放大器的输出功率；

所述功率检测模块的输出端连接所述反馈调节模块的输入端，以将所述功率检测信号反馈至所述反馈调节模块；

所述反馈调节模块的输出端连接所述偏置模块，以响应于所述功率检测信号，调节所述偏置电压。

可选的，所述功率检测模块用于：

在所述输出功率升高时，升高所述功率检测信号的电压；

在所述输出功率降低时，降低所述功率检测信号的电压；

所述反馈调节模块用于：

在所述功率检测信号的电压高于最低电压阈值时，控制所述偏置电压随所述功率检测信号的电压的变大而变大，随所述功率检测信号的电压的变小而变小。

可选的，所述反馈调节模块包括差分放大器，所述偏置模块包括放大管与偏置功率管；所述偏置功率管的第一端与第二端连接于所述功率放大器的控制端与第一端之间，所述偏置功率管的第一端连接所述第一电压源，所述偏置功率管的第二端直接或间接连接所述功率放大器的控制端，所述偏置功率管的控制端直接或间接连接所述功率放大管的第一端与第二电压源；

所述差分放大器的第一输入端接入参考电压，所述差分放大器的第二输入端连接所述功率检测模块的输出端，以获取所述功率检测信号；

所述差分放大器用于：

当所述功率检测信号的电压低于所述最低电压阈值时，驱动所述放大管完全开启；

当所述功率检测信号的电压高于所述最低电压阈值时，响应于所述功率检测信号的电压升高，降低所述放大管的开启幅度；以及：响应于所述功率检测信号的电压降低，提升所述放大管的开启幅度；

其中，所述偏置电压负相关于所述放大管的开启幅度。

可选的，所述偏置模块还包括偏置第一电阻，所述放大管的第一端经所述偏置第一电阻连接所述偏置功率管的控制端，并经所述偏置第一电阻直接或间接连接所述第二电压源。

可选的，所述偏置模块还包括偏置第二电阻、偏置第三电阻、第一功率管、第二功率管、偏置电容；

所述偏置第二电阻的第一端连接所述第二电压源，所述偏置第二电阻的第二端连接所述偏置功率管的控制端，所述第一功率管的第一端连接所述偏置功率管的控制端，所述第一功率管的第二端连接所述第二功率管的第一端，所述第二功率管的第二端接地，所述第一功率管的第一端或第二端连接所述第一功率管的控制端，所述第二功率管的第一端或第二端连接所述第二功率管的控制端，所述偏置电容的第一端连接所述偏置功率管的控制端，所述偏置电容的第二端接地。

可选的，所述反馈调节模块还包括第一分压电阻、第二分压电阻，所述第一分压电阻与所述第二分压电阻串联后连接于所述第二电压源与地之间，所述差分放大器的第一输入端连接于所述第一分压电阻与所述第二分压电阻之间，以采集对应位置的电压作为所述参考电压。

可选的，所述功率检测模块包括检测第一电容、检测第一电阻与检测第二电阻；

所述检测第一电阻的第一端接入检测电压源，所述检测第一电阻的第二端连接所述检测第二电阻的第一端，所述检测第二电阻的第二端直接或间接接地，所述检测第一电容的第一端直接或间接连接所述信号输入端，所述检测第一电容的第二端连接至所述检测第一电阻与所述检测第二电阻之间，所述反馈调节模块的输入端直接或间接连接至所述检测第一电阻与所述检测第二电阻之间。

可选的，所述功率检测模块还包括第一单向导通器件与第二单向导通器件；所述第一单向导通器件连接于所述检测第二电阻与地之间，且所述第一单向导通器件的负极接地，所述第二单向导通器件的负极连接所述反馈调节模块的输入端，所述第二单向导通器件的正极连接所述检测第一电阻与所述检测第二电阻之间。

可选的，所述功率检测模块还包括检测第三电阻与检测第二电容；

所述检测第三电阻的第一端与所述检测第二电容的第一端均连接至所述反馈调节模块的输入端；所述检测第三电阻的第二端与所述检测第二电容的第二端均接地。

根据本发明的第二方面，提供了一种电子设备，包括第一方面及其可选方案涉及的射频功率放大电路。

本发明提供的射频功率放大电路与电子设备中，通过功率检测模块对功率放大器输出功率的检测与反馈，以及反馈调节模块基于检测结果对偏置电压的调节，可以保障：偏置电压的调节结果能够较为准确地适配于功率放大器输出功率的变化而变化，进而，通过偏置点自动的适应性变化(即连续的变化)，可有效提高功率放大器的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例中射频功率放大电路的构造示意图一；

图2是本发明一实施例中射频功率放大电路的构造示意图二；

图3是本发明一实施例中射频功率放大电路的构造示意图三；

图4是本发明一实施例中射频功率放大电路的构造示意图四；

图5是本发明一实施例中射频功率放大电路的电路示意图。

附图标记说明：

1-功率检测模块；

2-偏置模块；

3-反馈调节模块；

T0-功率放大器；

C0-输入电容；

A-差分放大器；

R31-第一分压电阻；

R32-第二分压电阻；

T21-放大管；

T22-偏置功率管；

T23-第一功率管；

T24-第二功率管；

R21-偏置第一电阻；

R22-偏置第二电阻；

R23-偏置第三电阻；

L-电感；

R11-检测第一电阻；

R12-检测第二电阻；

R13-检测第三电阻；

C11-检测第一电容；

C12-检测第二电容；

D11-第一二极管；

D12-第二二极管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

请参考图1，射频功率放大电路，包括：功率放大器T0、功率检测模块1、反馈调节模块3与偏置模块2。

所述功率放大器T0的第一端连接第一电压源vsup，所述功率放大器T0的第二端接地，所述偏置模块2连接于所述功率放大器T0控制端与第一端之间，以控制所述功率放大器T0的偏置电压；所述功率放大器T0的控制端直接或间接连接信号输入端，以通过所述信号输入端接入射频信号RFin。

其中的功率放大器T0可以为任意可具有信号放大功能的器件或器件的组合，在图示的举例中，功率放大器T0可以采用NPN三极管，其控制端即为NPN三极管的基极，其第一端为集电极，其第二端为发射极，在其他举例中，也可采用PNP三极管、HBT管、CMOS管、HEMT管等任意晶体管作为功率放大器，在其他举例中，所采用晶体管的数量也可以为多个，进而，多个晶体管可以通过级联和/或串联等任意方式连接。

所述功率检测模块1连接所述功率放大器T0的控制端，以检测出能表征所述功率放大器T0的输出功率的功率检测信号。

其中，由于功率放大器T0的输出功率与所输入的射频信号息息相关，进而，可以通过功率检测模块对射频信号的检测，得到以上所提及的功率检测信号，在其他举例中，功率检测模块1也可直接或间接连接功率放大器T0的其他至少一个端子(例如第二端)，从而采集对应的输出功率。

所述功率检测模块1的输出端连接所述反馈调节模块3的输入端，以将所述功率检测信号反馈至所述反馈调节模块3；在部分方案中，可利用功率检测信号的电压来表征出功率，其他方案中，也可利用电流、频率等其他信息来表征出功率。

所述反馈调节模块3的输出端连接所述偏置模块2，以响应于所述功率检测信号，调节所述偏置电压。其中的反馈调节模块3，可以为任意能对偏置模块2所提供的偏置电压进行调节的电路模块，根据所采用的偏置模块不同，可任意变化实现该目的的反馈调节模块。

以上方案中，通过功率检测模块对功率放大器输出功率的检测与反馈，以及反馈调节模块基于检测结果对偏置电压的调节，可以保障：偏置电压的调节结果能够较为准确地适配于功率放大器输出功率的变化而变化，进而，通过偏置点自动的适应性变化(即连续的变化)，可有效提高功率放大器的效率。

在不同于本发明的其他方案中，功率放大电路可被配置为有两种模式，即低功率模式和高功率模式，此时可通过外置偏压的改变来实现模式的切换，可见，该类方案中，只能实现两种模式的切换，不能实现连续变化，进而无法精细、精准地适配实际的调整需求，该类方案中，也不能自适应地基于输出功率进行调整，进而无法准确、及时满足实际的调整需求。相较而言，本发明的方案可响应于输出功率的变化进行连续调整，精细、精确、准确、及时地满足了实际的调整需求。

其中一种实施方式中，在利用功率检测信号的电压来表征出输出功率时，则：所述功率检测模块1用于：

在所述输出功率升高时，升高所述功率检测信号的电压；

在所述输出功率降低时，降低所述功率检测信号的电压；

所述反馈调节模块3用于：

在所述功率检测信号的电压高于最低电压阈值时，控制所述偏置电压随所述功率检测信号的电压的变大而变大，随所述功率检测信号的电压的变小而变小。其中的变化可例如理解为是线性变化的。

与之对应的，在所述功率检测信号的电压低于最低电压阈值时，可控制偏置电压始终处于较低的一个电压值，且不随功率检测信号的电压变化而变化。

可见，以上方案中，基于功率检测模块1与反馈调节模块3在输出功率、功率检测信号、偏置电压形成了反馈控制的调节通路，该调节通路下，可实现以上所提及的控制逻辑，实现偏置电压随输出功率的及时、准确响应。

为了实现以上过程，其中一种实施方式中，所述反馈调节模块包括差分放大器A，所述偏置模块2包括放大管T21与偏置功率管T22。

所述偏置功率管T22的第一端与第二端连接于所述功率放大器T0的控制端与第一端(第一端即需连接第一电压源vsup的一端)之间，所述偏置功率管T22的第一端连接所述第一电压源vsup，所述偏置功率管T22的第二端直接或间接连接所述功率放大器T0的控制端(例如可通过偏置第三电阻R23连接功率放大器T0的控制端)，所述偏置功率管T22的控制端直接或间接连接所述功率放大管T0的第一端与第二电压源vref1。

其中的放大管T21，可以为能够对输入信号进行放大的功率管，在图示的举例中，放大管T21可以为三极管(例如NPN三极管)，其他举例中，也可采用其他晶体管来实现。

所述差分放大器A的第一输入端接入参考电压，所述差分放大器A的第二输入端连接所述功率检测模块1的输出端，以获取所述功率检测信号。

其中的第一输入端可以是正相输入端，对应的，第二输入端可以为反相输入端，其他举例中，第一输入端也可以为反相输入端，第一输入端也可以为正相输入端。通过差分放大器A，可实现两个输入端的差分运算，进而，差分放大器A的输出信号的电压可匹配于两个输入端电压之差。

所述差分放大器A用于：

当所述功率检测信号的电压低于所述最低电压阈值时，驱动所述放大管T21完全开启；以图2、图3与图5为例，当功率检测信号的电压低于最低电压阈值时，两个输入端的电压之差较大，差分放大器A的输出电压较高，此时，可驱动放大管T21完全开启。

所述差分放大器A还用于：

当所述功率检测信号的电压高于所述最低电压阈值时，响应于所述功率检测信号的电压升高，降低所述放大管的开启幅度；以及：响应于所述功率检测信号的电压降低，提升所述放大管的开启幅度；

其中，所述偏置电压负相关于所述放大管的开启幅度，进而，当开启幅度降低时，偏置电压可变高，当开启幅度升高时，偏置电压可变低。

具体的一种举例中，当功率放大器的信号较小(输出功率较小)时，功率检测信号的电压也是较小的，因而差分放大器A的第二输入端(即V－端，也可理解为反相输入端)也是较小，此时差分放大器A的输出电压较高，开启了放大管T21，进而把功率放大器的偏置电压拉低。

而当输出功率较大时，功率检测信号的电压较大，因而差分放大器A的第二输入端(即V－端，也可理解为反相输入端)也是较大，此时差分放大器A的输出电压较低，降低了放大管T21的偏置，进而放大管T21的放大功能减弱(即开启幅度下降)，对应的，功率放大器的偏置电压也相应拉高。进而，合理设置差分放大器A两个输入端的电压就可以实现不同功率下功率放大器工作于不同的偏置点，进而提高功率放大器的效率。

在具体举例中，请参考图2、图3与图5，所述偏置模块2还包括偏置第一电阻R21，所述放大管T21的第一端经所述偏置第一电阻R21连接所述偏置功率管T22的控制端，并经所述偏置第一电阻R21直接或间接连接所述第二电压源vref1。通过偏置第一电阻R21，可在放大管与偏置功率管之间形成放大管T21与偏置功率管T22之间的关联，实现前文所提及的控制过程。

所述偏置模块2还包括偏置第二电阻R22、第一功率管T23、第二功率管T24、偏置电容C21。

所述偏置第二电阻R22的第一端连接所述第二电压源verf1，所述偏置第二电阻R22的第二端连接所述偏置功率管T22的控制端，所述第一功率管T23的第一端连接所述偏置功率管T22的控制端，所述第一功率管T23的第二端连接所述第二功率管T24的第一端，所述第二功率管T24的第二端接地，所述第一功率管T23的第一端或第二端连接所述第一功率管的控制端，所述第二功率管T24的第一端或第二端连接所述第二功率管T24的控制端，所述偏置电容C21的第一端连接所述偏置功率管T22的控制端，所述偏置电容C21的第二端接地。

其中的第一功率管T23与第二功率管T24可以为相同类型的功率管，也可以是不同的，一种举例中，若第一功率管T23、第二功率管T24采用NPN三极管，则：第一功率管T23、第二功率管T24的第一端可以为集电极，第一功率管T23、第二功率管T24的第二端可以为发射极，其控制端可以为基极，此时，两个功率管的基极连接集电极。在其他举例中，若采用其他功率管(例如PNP三极管)，则：第一功率管与第二功率管中，基极以是连接第二端(例如发射极)的。

进而，通过以上连接方式的两个功率管，可补偿静态工作点偏移，还可利用该功率管电压随温度的变化，实现温度补偿。此外，通过以上偏置电容C21，可有助于实现偏置功率管T22的稳压。

此外，功率放大器T0的第一端可通过电感L连接第一电压源vsup与偏置功率管T22的第一端，功率放大器T0的控制端可通过输入电容C0连接信号输入端，从而经输入电容C0接入射频信号。

其中一种实施方式中，差分放大器所接入的参考电压可以是基于第二电压源vref1提供的，进而，请参考图3与图5，所述反馈调节模块3还包括第一分压电阻R31、第二分压电阻R32，所述第一分压电阻R31与所述第二分压电阻R32串联后连接于所述第二电压源vref1与地之间，所述差分放大器A的第一输入端连接于所述第一分压电阻R31与所述第二分压电阻R32之间，以采集对应位置的电压作为所述参考电压。

其中一种实施方式中，请参考图4与图5，所述的射频功率放大电路，所述功率检测模块1包括检测第一电容C11、检测第一电阻R11与检测第二电阻R12。

所述检测第一电阻R11的第一端接入检测电压源vref2；其中的检测电压源vref2可以与第二电压源vref1是同一电压源，也可以是不同的，所述检测第一电阻R11的第二端连接所述检测第二电阻R12的第一端，所述检测第二电阻R12的第二端直接或间接接地，所述检测第一电容C11的第一端直接或间接连接所述信号输入端，所述检测第一电容的第二端连接至所述检测第一电阻与所述检测第二电阻之间，进而，可通过检测第一电容C11接入射频信号，检测第一电容C11的作用可参照输入电容C0理解。

所述反馈调节模块3的输入端直接或间接连接至所述检测第一电阻R11与所述检测第二电阻R12之间，采集对应的信号作为功率检测信号。

进一步的方案中，所述功率检测模块还包括第一单向导通器件(例如第一二极管D11)与第二单向导通器件(例如第二二极管D12)；其他举例中，单向导通器件也可采用非二极管的其他可实现单向导通的器件。

所述第一单向导通器件连接于所述检测第二电阻R12与地之间，且所述第一单向导通器件的负极接地，所述第二单向导通器件的负极连接所述反馈调节模块3的输入端(例如差分放大器A的第二输入端)，所述第二单向导通器件的正极连接所述检测第一电阻R11与所述检测第二电阻R12之间。

此外，出于隔直、滤波等需求，所述功率检测模块1还可包括检测第三电阻R13与检测第二电容C12。

所述检测第三电阻R13的第一端与所述检测第二电容C12的第一端均连接至所述反馈调节模块3的输入端(例如差分放大器A的第二输入端)；所述检测第三电阻R13的第二端与所述检测第二电容C12的第二端均接地。

除此以外，以上各实施方式所提及的电阻、电容、二极管、功率管的数量均可以如图所示，也可以任意变化，不论如何变化，均不脱离对应实施方式的描述。

本发明实施例还提供了一种电子设备，包括以上可选方案涉及的射频功率放大电路。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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：其依然可以对前述各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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。