專利名稱：采用nmos調(diào)整管的射頻功率放大器功率控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種減小射頻功率放大器功率控制電路面積的方法。
背景技術(shù)：
在當(dāng)今的移動(dòng)通訊系統(tǒng)中，手持移動(dòng)終端的發(fā)射功率需要根據(jù)距離基站的距離或者信號(hào)強(qiáng)弱來進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制。當(dāng)采用恒定包絡(luò)調(diào)制時(shí)，射頻功率放大器一般工作在飽和狀態(tài)以獲得最高的功率效率。飽和狀態(tài)的功率放大器的功率控制一般采用控制功放電源電壓來實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槔碚撋瞎Ψ诺娘柡洼敵鲭妷悍扰c功放電源電壓幅度成正比。通常設(shè)計(jì)中采用集電極功率控制方式，即通過控制功放的集電極電壓控制輸出功率。由于移動(dòng)設(shè)備一般采用電池供電，最高電壓一般在3 4V之間。為了滿足功放的輸出功率指標(biāo)，功放的電源電壓不能太低，因此要求功率控制電路的輸入輸出電壓差盡量小。通常設(shè)計(jì)中采用PMOS管作 為調(diào)整管，如圖I所示，PMOS管Ml的源極與電池輸出電壓VBAT相連。PMOS管的漏極作為功率控制電路的輸出端也就是功放的電壓VCCt5PMOS管工作在飽和狀態(tài)，設(shè)計(jì)中只需0. I 0. 2V即可保證PMOS工作在飽和區(qū)，因此這種功率控制電路具有較小的輸入輸出電壓差。但是PMOS作為調(diào)整管存在如下幾個(gè)問題(I)PMOS管的導(dǎo)通特性不如NMOS管，因此當(dāng)需要輸出大電流時(shí)，PMOS管的尺寸較大，增加了芯片面積和成本。(2)PMOS管的漏極作為功率控制電路的輸出是一個(gè)高阻抗節(jié)點(diǎn)，因此輸出節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)于一個(gè)頻率比較低的極點(diǎn)。如果該極點(diǎn)與反饋運(yùn)放OPl的極點(diǎn)距離太近會(huì)因此穩(wěn)定性問題，為此通常采用米勒補(bǔ)償即增加電容Ce來達(dá)到極點(diǎn)分離的效果。這導(dǎo)致了設(shè)計(jì)的復(fù)雜性增加。(3)采用米勒補(bǔ)償后的功率控制電路環(huán)路帶寬較小，當(dāng)輸出負(fù)載存在快速變化時(shí)，如果LDO環(huán)路跟不上負(fù)載的變化速度，這將導(dǎo)致輸出電壓不穩(wěn)定，這在射頻功率放大電路中是不可接受的。因此為了穩(wěn)定輸出電壓需要在功率控制電路的輸出也就是功放的VCC增加一個(gè)到地的輸出電容Cload。該電容必須足夠大以衰減高頻電壓紋波。引入電容Cload進(jìn)一步降低的輸出極點(diǎn)的頻率，惡化了環(huán)路的穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是克服在射頻功率放大器的功率控制電路中采用PMOS調(diào)整管帶來的一系列問題。為了解決上述問題本發(fā)明提供的方法是通過采用NMOS調(diào)整管并利用升壓電荷泵提高NMOS管驅(qū)動(dòng)電壓的方法來提高了 NMOS調(diào)整管的輸出電壓。克服了 NMOS管輸出電壓不高的缺點(diǎn)。同時(shí)簡(jiǎn)化了功率控制電路環(huán)路的補(bǔ)償并降低了調(diào)整管的尺寸，減小了芯片面積和成本。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)的說明圖I是通常的采用PMOS調(diào)整管的功率放大器功率控制電路結(jié)構(gòu)
圖2是本發(fā)明的采用NMOS調(diào)整管的功率放大器功率控制電路結(jié)構(gòu)
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種以NMOS管作為功率放大器功率控制電路調(diào)整管的方法。采用一個(gè)升壓電荷泵提高NMOS管的驅(qū)動(dòng)電壓，克服了采用NMOS調(diào)整管的功率控制電路的最高輸出電壓低的缺點(diǎn)。避免了對(duì)功放輸出功率的限制。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例如圖2所示。圖中顯示了一種功率放大電路的輸出級(jí)結(jié)構(gòu)，輸出級(jí)由扼流電感Lc，隔直電容Cl，C2，發(fā)射極阻抗Ze和放大管Ql組成。功放的輸出功率是通過控制功率控制電路的輸出電壓來完成。功率控制電路的輸入電壓是電池電壓VBAT，功率控制電路的輸出電壓VCC作為功率放大器的電源電壓。圖中的反饋網(wǎng)絡(luò)由電阻Rl和R2構(gòu)成。VCC經(jīng)電阻Rl，R2分壓后反饋回誤差放大器OPl的反相輸入端，誤差放大器的正相輸入端節(jié)參考電壓Vref用來調(diào)節(jié)輸出電壓。功率控制電路的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)在這里用一個(gè)電容Ce來完成。Ce作為補(bǔ)償電容可以控制功率控制電路環(huán)路的主極點(diǎn)，保證環(huán)路穩(wěn)定。PVG(正電壓產(chǎn)生器)是由升壓電荷泵構(gòu)成，其作用是將OPl的輸出電壓抬高，PVG通過電荷泵的升壓作用使得輸出電壓超過電池電壓VBAT，PVG的輸出驅(qū)動(dòng)NMOS調(diào)整管Ml，雖然Ml的柵源之間至少有一個(gè)閾值電壓的降低，但是由于Ml的柵極電壓高于VBAT,因此Ml的源極電壓Vcc可以接近VBAT，因此功率控制電路的輸入輸出電壓差較小。由于功率控制電路為NMOS管源極輸出因此其輸出阻抗低，驅(qū)動(dòng)負(fù)載能力強(qiáng)，即使是功放電路由于扼流電感不是無窮大而導(dǎo)致射頻信號(hào)泄漏到功率控制電路的輸出極，功率控制電路的低輸出阻抗有助于快速的穩(wěn)定輸出電壓。保證功率放大器的輸出功率穩(wěn)定。雖然圖2中功率控制電路輸出阻抗較低，但是其輸出端仍然增加了一個(gè)小電容Cout作為輸出的穩(wěn)壓電容，該電容相比圖I中的輸出電容Cload小的多。由于功率控制電路的輸出為低阻抗，因此該電容的加入對(duì)環(huán)路的穩(wěn)定性并無重大影響。以圖2的電路實(shí)習(xí)形式，可以根據(jù)電路中的電流和電壓參數(shù)計(jì)算調(diào)整管的尺寸。假設(shè)MOS管的遷移率為U0，柵氧化層厚度為Cox，功率控制電路能提供的最大電流為Imax，
要求的輸入輸出間最小壓降為Vdsmin，則根據(jù)MOS管飽和區(qū)電流公式
權(quán)利要求
1.一種采用NMOS調(diào)整管降低射頻功率放大器功率控制電路面積的方法。其特征在于，在射頻功率放大器中采用集電極功率控制方式，在功率控制電路中采用NMOS管作為導(dǎo)通管，并通過升壓電荷泵來提高NMOS管驅(qū)動(dòng)電壓實(shí)現(xiàn)高輸出電壓范圍。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的功率控制電路，其特征在于功率控制電路輸出電壓作為射頻功率放大器的電源電壓。功率控制電路的輸出電壓控制功率放大器的輸出電壓幅度，從而控制輸出功率大小。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的功率控制電路，其特征在于采用NMOS管作為調(diào)整管。NMOS調(diào)整管的面積小于PMOS調(diào)整管的面積，同時(shí)由于NMOS調(diào)整管面積減小使驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)也更易于實(shí)現(xiàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的功率控制電路，其特征在于采用NMOS管作為調(diào)整管，NMOS管的源極輸出結(jié)構(gòu)使得功率控制電路的輸出阻抗低，輸出端的極點(diǎn)頻率高，功率控制電路環(huán)路的補(bǔ)償電路得以簡(jiǎn)化，在誤差放大器的輸出增加簡(jiǎn)單的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)即可完成頻率補(bǔ)償。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的功率控制電路，其特征在于采用升壓電荷泵來提高NMOS調(diào)整管的驅(qū)動(dòng)電壓，通過提高NMOS管的驅(qū)動(dòng)電壓，補(bǔ)償了 NMOS管的柵源電壓導(dǎo)致的輸出電壓下降，提聞了功率控制電路的最聞?shì)敵鲭妷骸?br> 全文摘要
本發(fā)明公開了一種面積緊湊的射頻功率放大器功率控制電路。在集電極功率控制的射頻功放中，集電極的輸出電壓直接控制了射頻輸出電壓幅度。本發(fā)明將通常功率控制中的PMOS型調(diào)整管以NMOS管取代，并通過升壓型電荷泵電路來提高NMOS調(diào)整管的驅(qū)動(dòng)電壓。通過提高NMOS管的驅(qū)動(dòng)電壓能夠提高控制電壓的范圍。采用NMOS調(diào)整管的好處是功率控制電路的輸出為低阻抗，補(bǔ)償電路簡(jiǎn)單，在不需要外接大的輸出電容的情況下能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的電壓輸出。其次在具有相同導(dǎo)通能力的情況下NMOS管的面積比同等情況下的PMOS管要小，可以節(jié)約芯片面積，降低設(shè)計(jì)成本。
文檔編號(hào)H03F3/189GK102769433SQ201210183490
公開日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2012年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月6日
發(fā)明者候陽(yáng), 奕江濤, 彭振飛, 李陽(yáng), 蘇強(qiáng) 申請(qǐng)人:廣州慧智微電子有限公司