基于閉環(huán)功率控制的共源共柵射頻功率放大器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于射頻集成電路技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有溫度補(bǔ)償功能和工藝偏差校正功能，可以提高射頻功率放大器效率的基于閉環(huán)功率控制的共源共柵射頻功率放大器及其功率控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]射頻功率放大器是各種無(wú)線通信應(yīng)用中不可或缺的關(guān)鍵部件，用于將收發(fā)信機(jī)輸出的已調(diào)制射頻信號(hào)進(jìn)行功率放大，以滿足無(wú)線通信所需的射頻信號(hào)的功率要求。由于現(xiàn)代無(wú)線通訊對(duì)性能的要求，功率放大器需要進(jìn)行功率控制，同時(shí)控制的精度需要達(dá)到±ldB。目前功率放大器的功率控制方法主要有以下幾種:
1.基于功率放大器電源電壓控制的功率控制:圖1所示為一個(gè)典型的基于電源電壓控制的射頻功率放大器電路。射頻功率放大器101把輸入射頻信號(hào)進(jìn)行功率放大并輸出到放大器的輸出端口 RFout。射頻功率放大器的供電電壓端口連接到一個(gè)電源電壓控制模塊102。由于射頻功率放大器的功率增益會(huì)隨著它的電源電壓減小而減小，在許多設(shè)計(jì)中會(huì)采用控制電源電壓的方式控制射頻功率放大器的功率增益并且最終控制放大器的輸出功率。例如在許多GSM/EDGE手機(jī)射頻功率放大器里，為了實(shí)現(xiàn)輸出功率控制，一個(gè)電源電壓控制模塊會(huì)根據(jù)片外的功率控制信號(hào)調(diào)整射頻功率放大器的電源電壓。這種功率控制方式的優(yōu)點(diǎn)是控制方式簡(jiǎn)便且可以達(dá)到很大的功率控制范圍(>30dB)，但這一控制方式需要占用一部分電源電壓從而降低了整個(gè)功率放大器的效率，而且這種功率控制并不是線性的，在電源電壓高時(shí)，控制端的影響較小，在電源電壓低時(shí)，控制端的影響較大。
[0003]2.基于功率放大器偏置電路控制的功率控制:圖2所示為一個(gè)典型的基于功率放大器偏置電路控制的射頻功率放大器電路，其功率控制是通過(guò)控制射頻功率放大器的偏置電流或電壓來(lái)完成的。射頻功率放大器201的偏置電流會(huì)隨著外界的控制電壓或電流而變化，當(dāng)射頻功率放大器的偏置電流最大時(shí)，其輸出功率最大，當(dāng)偏置電流變小時(shí)，功率放大器的輸出功率最小。這種控制方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)便高效，但是功率控制的動(dòng)態(tài)范圍較小。和基于功率放大器電源電壓控制的功率控制一樣，這種功率控制方法也不是線性的。
[0004]3.基于衰減器的功率控制:圖3所示為一個(gè)基于衰減器功率控制的射頻功率放大器電路，其功率控制是通過(guò)控制功率放大器301輸出端級(jí)聯(lián)的衰減器302的衰減量來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出功率的變化。這種功率控制方法可實(shí)現(xiàn)大動(dòng)態(tài)范圍的線性功率控制，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；但是這種功率控制方法會(huì)犧牲功率放大系統(tǒng)的效率。
[0005]綜上所述，上述3種方法雖然可以對(duì)功率放大器的功率控制，但是功率放大器功率控制的溫度補(bǔ)償較難實(shí)現(xiàn)，功率控制器會(huì)降低系統(tǒng)的綜合效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明目的是:提供一種基于閉環(huán)功率控制的共源共柵射頻功率放大器，可以實(shí)現(xiàn)功率放大器功率控制的溫度補(bǔ)償和工藝偏差補(bǔ)償。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種基于閉環(huán)功率控制的共源共柵射頻功率放大器，包括至少一個(gè)由第一射頻晶體管和第二射頻晶體管組成的共源共柵晶體管對(duì)以及與之對(duì)應(yīng)的由第三射頻晶體管和第四射頻晶體管組成的虛設(shè)共源共柵晶體管對(duì)，所述共源共柵晶體管對(duì)并聯(lián)連接，所述第三射頻晶體管和第四射頻晶體管作為第一射頻晶體管和第二射頻晶體管的虛設(shè)晶體管；第一射頻晶體管的柵極連接輸入信號(hào)端，第一射頻晶體管的柵極還與第三射頻晶體管的柵極連接，第二射頻晶體管的柵極與第四射頻晶體管的柵極連接，第一射頻晶體管的源極與第三射頻晶體管的源極接地，第一射頻晶體管的漏極連接第二射頻晶體管的源極，第三射頻晶體管的漏極連接第四射頻晶體管的源極；第二射頻晶體管的漏極通過(guò)扼流電感連接供電電壓端，第四射頻晶體管的漏極連接供電電壓端，第二射頻晶體管的漏極還連接輸出信號(hào)端；第一去耦電容的一端與供電電壓端連接，另一端接地；第一射頻晶體管的柵極還連接第一偏置電路，第二射頻晶體管的柵極還連接第一運(yùn)算放大器的輸出端，并連接第二去耦電容，第二去耦電容的另一端接地；所述第一偏置電路和第一運(yùn)算放大器的同相輸入端分別連接功率控制單元，所述第一運(yùn)算放大器的反相輸入端連接第三射頻晶體管的漏極，所述功率控制單元具有至少一個(gè)用于調(diào)整第一偏置電路和第一運(yùn)算放大器的輸出偏置電壓的輸入控制信號(hào)端。
[0008]優(yōu)選的，所述輸入控制信號(hào)端連接系統(tǒng)控制器或者連接射頻功率放大器輸出檢測(cè)處理電路的輸出端。
[0009]優(yōu)選的，所述第一運(yùn)算放大器由至少兩個(gè)GaAs pHEMT晶體管和片上電阻構(gòu)成，所述第一運(yùn)算放大器的輸入和輸出分別連接電平轉(zhuǎn)換單元。
[0010]優(yōu)選的，所述電平轉(zhuǎn)換單元由至少四個(gè)GaAs pHEMT晶體管構(gòu)成的二極管以及電阻構(gòu)成，所述晶體管用于實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換，所述電阻提供電平轉(zhuǎn)換需要的電流。
[0011]優(yōu)選的，所述第一射頻晶體管、第二射頻晶體管、第三射頻晶體管、第四射頻晶體管、扼流電感、第一去耦電容和第二去耦電容制作在GaAs E/D pHEMT工藝芯片上，由第一運(yùn)算放大器、第一偏置電路、功率控制單元組成的功率控制電路制作在CMOS工藝芯片或SOI工藝芯片上，兩顆芯片之間通過(guò)綁定線連接。
[0012]優(yōu)選的，所述第一運(yùn)算放大器包括由兩個(gè)NMOS晶體管構(gòu)成的輸入級(jí)作為第一級(jí)放大，由兩個(gè)PMOS晶體管作為負(fù)載和電流鏡將雙端輸入轉(zhuǎn)換成為單端信號(hào)，由PMOS晶體管和電流源構(gòu)成的第二級(jí)放大，輸入和輸出端連接分別連接電平轉(zhuǎn)換單元。
[0013]優(yōu)選的，所述電平轉(zhuǎn)換單元包括四個(gè)NMOS晶體管和兩個(gè)電流源，所述晶體管用于實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換，所述電流源提供電平轉(zhuǎn)換所需的電流。
[0014]優(yōu)選的，包括由第一射頻晶體管和第二射頻晶體管組成的第一共源共柵晶體管對(duì)，以及與之對(duì)應(yīng)的由第五射頻晶體管和第六射頻晶體管組成的第一虛設(shè)共源共柵晶體管對(duì)，由第三射頻晶體管和第四射頻晶體管組成的第二共源共柵晶體管對(duì)，以及與之對(duì)應(yīng)的由第七射頻晶體管和第八射頻晶體管組成的第二虛設(shè)共源共柵晶體管對(duì)，第一共源共柵晶體管對(duì)與第二共源共柵晶體管對(duì)并聯(lián)連接，所述第五射頻晶體管和第六射頻晶體管作為第一射頻晶體管和第二射頻晶體管的虛設(shè)晶體管，所述第七射頻晶體管和第八射頻晶體管作為第三射頻晶體管和第四射頻晶體管的虛設(shè)晶體管；所述第一射頻晶體管和第三射頻晶體管的柵極通過(guò)隔直電容連接輸入信號(hào)端，所述第一射頻晶體管的柵極連接第一偏置電路，所述第三射頻晶體管的柵極連接第二偏置電路，所述第二射頻晶體管的柵極連接第一運(yùn)算放大器的輸出端，第四射頻晶體管的柵極連接第二運(yùn)算放大器的輸出端，所述第一偏置電路、第二偏置電路、第一運(yùn)算放大器和第二運(yùn)算放大器的同相輸入端分別連接功率控制單元，所述第一運(yùn)算放大器的反相輸入端連接第五射頻晶體管的漏極，所述第二運(yùn)算放大器的反相輸入端連接第七射頻晶體管的漏極，所述功率控制單元具有至少一個(gè)用于調(diào)整第一偏置電路、第二偏置電路、第一運(yùn)算放大器和第二運(yùn)算放大器的輸出偏置電壓的輸入控制信號(hào)端。
[0015]本發(fā)明還公開(kāi)了一種應(yīng)用于本發(fā)明的基于閉環(huán)功率控制的共源共柵射頻功率放大器的功率控制方法，包括以下步驟:
(1)通過(guò)調(diào)整運(yùn)算放大器同相輸入端的溫度系數(shù)來(lái)調(diào)整射頻功率放大器的溫度特性，溫度調(diào)整系數(shù)通過(guò)射頻功率放大器的測(cè)試或仿真得到；
(2)測(cè)量與運(yùn)算放大器連接的晶體管的柵極電壓和源極電壓，計(jì)算出晶體管的閾值電壓，通過(guò)閾值電壓調(diào)整運(yùn)算放大器同相輸入端電壓來(lái)工藝偏差補(bǔ)償；
(3)控制運(yùn)算放大器反相輸入端的電壓等于功率控制器的要求電壓。
[0016]優(yōu)選的，在低輸出功率等級(jí)時(shí)，輸入控制信號(hào)端控制偏置電路和運(yùn)算放大器的輸出電壓使得共源共柵晶體管對(duì)具有較高的偏置電壓；在高輸出功率等級(jí)時(shí)，輸入控制信號(hào)端控制偏置電路和運(yùn)算放大器使得共源共柵晶體管對(duì)具有較低的偏置電壓。
[0017]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
1.用一個(gè)具有高增益的閉環(huán)系統(tǒng)控制虛設(shè)晶體管的中間節(jié)點(diǎn)的電壓等于功率控制器的要求電壓。由于虛設(shè)共源共柵結(jié)構(gòu)的晶體管和射頻功率放大器的共源共柵結(jié)構(gòu)的晶體管的直流狀態(tài)是匹配的，運(yùn)算放大器的輸出控制信號(hào)可以保證共源共柵晶體管的中間節(jié)點(diǎn)的直流電壓值等于虛設(shè)共源共柵晶體管的中間節(jié)點(diǎn)電壓值。這樣的處理極大的增強(qiáng)了控制電壓對(duì)功率放大器輸