改善射頻功率放大器線性度的方法、補(bǔ)償電路及通信終端的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種改善射頻功率放大器線性度的方法，同時(shí)也涉及用于實(shí)施該方法 的補(bǔ)償電路及具有該補(bǔ)償電路的通信終端，屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前，各種各樣的便攜式無線通信設(shè)備得到了廣泛的應(yīng)用。這些無線通信設(shè)備使 用射頻功率放大器來增強(qiáng)信號的幅度，使信號通過天線發(fā)射并對外傳輸。隨著4G LTE系統(tǒng) 的廣泛應(yīng)用，無線通信系統(tǒng)對射頻功率放大器的效率和線性度指標(biāo)的要求越來越高。另一 方面，便攜式無線通信設(shè)備的尺寸越做越小，集成度越來越高，同時(shí)成本越來越低，這就要 求線性化技術(shù)也在較小的尺寸和較低的成本下實(shí)現(xiàn)。
[0003] 對于射頻功率放大器來說，其線性度和功率效率為負(fù)相關(guān)關(guān)系，因此射頻功率放 大器容易出現(xiàn)非線性放大現(xiàn)象。非線性放大會(huì)導(dǎo)致信道內(nèi)信號失真和信道外頻譜泄露，前 者導(dǎo)致傳輸信號的誤差向量(EVM)惡化，后者會(huì)引起鄰頻干擾。
[0004] 在現(xiàn)有技術(shù)中，改善射頻功率放大器的線性度和功率效率的方法有很多種，其中 最直接的方法是改進(jìn)電路設(shè)計(jì)，例如Doherty射頻功率放大器設(shè)計(jì)方案、動(dòng)態(tài)偏置技術(shù)、射 頻包絡(luò)消除與恢復(fù)技術(shù)等。然而在實(shí)現(xiàn)過程中，這些方法均存在其局限和困難，目前大多停 留在理論研究階段。
[0005] 改善射頻功率放大器線性度的另一個(gè)有效途徑是采用線性化技術(shù)。它可以在較少 犧牲功率效率的條件下提高射頻功率放大器的線性度。在理想情況下，經(jīng)過線性化技術(shù)，射 頻功率放大器可以利用的線性化區(qū)域可以擴(kuò)展到射頻功率放大器的飽和區(qū)之下，從而在保 證射頻功率放大器效率的同時(shí)改善其線性度，使得信號失真度降低到可接受的范圍內(nèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所解決的首要技術(shù)問題在于提供一種改善射頻功率 放大器線性度的方法。該方法通過抵消共發(fā)射極放大器中，雙極型晶體管（bipolar junction transistor，簡稱為BJT)的基極-集電極電容變化造成的影響予以實(shí)現(xiàn)。
[0007] 本發(fā)明所解決的另一個(gè)技術(shù)問題在于提供一種用于實(shí)施上述方法的補(bǔ)償電路。
[0008] 本發(fā)明所解決的又一個(gè)技術(shù)問題在于提供一種具有上述補(bǔ)償電路的通信終端。
[0009] 為實(shí)現(xiàn)上述的發(fā)明目的，本發(fā)明采用下述的技術(shù)方案：
[0010] -種改善射頻功率放大器線性度的方法，在共發(fā)射極放大器的晶體管的基極與集 電極之間連接補(bǔ)償電路，所述補(bǔ)償電路用于抵消所述晶體管的基極與集電極之間的電容隨 射頻信號變化造成的影響。
[0011]其中較優(yōu)地，所述補(bǔ)償電路利用不同偏置條件下二極管的非線性電容變化予以實(shí) 現(xiàn)。
[0012] -種補(bǔ)償電路，包括具有公共節(jié)點(diǎn)的電感、電容和二極管，所述電感的另一端連接 偏置電壓，所述電容的另一端連接所述晶體管的基極，所述二極管的陽極連接所述晶體管 的集電極，陰極連接所述公共節(jié)點(diǎn)。
[0013] 或者，一種補(bǔ)償電路，包括具有公共節(jié)點(diǎn)的電感、電容和二極管，所述電感的另一 端連接偏置電壓，所述電容的另一端連接所述晶體管的集電極;所述二極管的陽極連接所 述公共節(jié)點(diǎn)，陰極連接所述晶體管的基極。
[0014] 或者，一種補(bǔ)償電路，分為第一補(bǔ)償電路和第二補(bǔ)償電路兩部分，其中所述第一補(bǔ) 償電路的一端連接在所述晶體管的基極，另一端接地;所述第二補(bǔ)償電路的一端連接在所 述晶體管的集電極，另一端接地。
[0015] 其中較優(yōu)地，所述第一補(bǔ)償電路包括具有公共節(jié)點(diǎn)的第一電感、第一電容和第一 二極管，其中所述第一電感的另一端連接第一偏置電壓，所述第一電容的另一端接地，所述 第一二極管的陽極連接所述公共節(jié)點(diǎn)，陰極連接所述晶體管的基極。
[0016] 其中較優(yōu)地，所述第二補(bǔ)償電路包括具有公共節(jié)點(diǎn)的第二電感、第二電容和第二 二極管，其中所述第二電感的另一端連接第二偏置電壓，所述第二電容的另一端接地，所述 第二二極管的陽極連接所述晶體管的集電極，陰極連接所述公共節(jié)點(diǎn)。
[0017] 其中較優(yōu)地，通過設(shè)置偏置電壓，使二極管的壓降小于導(dǎo)通電壓。
[0018] 其中較優(yōu)地，所述電容一方面起到隔直的作用，另一方面與二極管的寄生電容一 起抵消所述晶體管的基極與集電極之間的電容隨射頻信號變化造成的影響。
[0019]其中較優(yōu)地，所述電感為高頻扼流電感。
[0020] 其中較優(yōu)地，所述晶體管是NPN類型的雙極型晶體管。
[0021] 其中較優(yōu)地，所述晶體管是HBT晶體管。
[0022] -種芯片，包括上述的補(bǔ)償電路。
[0023] -種通信終端，包括上述的補(bǔ)償電路或者芯片。
[0024] 與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明主要利用不同偏置條件下二極管的非線性電容來補(bǔ)償 在射頻信號擺幅下造成的雙極型晶體管中的電容Cbc的變化，從而提高整個(gè)射頻功率放大 器的線性度。本發(fā)明不需要引入額外的直流功耗，并且不會(huì)引起其他射頻功率放大器性能 的惡化。相應(yīng)的補(bǔ)償電路易于與主體放大電路集成，且不影響主體放大電路的其他性能，可 調(diào)性尚。
【附圖說明】
[0025] 圖1為一個(gè)典型的共發(fā)射極放大器的電路原理圖；
[0026] 圖2(a)為圖1所示的共發(fā)射極放大器工作在A類時(shí)的輸出負(fù)載曲線圖；圖2(b)為圖 1所示的共發(fā)射極放大器工作在A類時(shí)，晶體管106的基極al與集電極bl的電壓波形圖；
[0027] 圖3為本發(fā)明的第一實(shí)施例的電路原理圖；
[0028] 圖4為具有圖3所示補(bǔ)償電路的共發(fā)射極放大器的電路原理圖；
[0029] 圖5為本發(fā)明的第二實(shí)施例的電路原理圖；
[0030] 圖6為具有圖5所示補(bǔ)償電路的共發(fā)射極放大器的電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0032] 圖1所示為一個(gè)典型的共發(fā)射極放大器。這種結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于射頻功率放大器 中。其中，101是輸入隔直電容，104是輸出隔直電容，106是NPN類型的雙極型晶體管，105是 負(fù)載阻抗ZL，偏置電壓VBB通過電感102加到晶體管106的基極al，偏置電壓VCC通過電感103 加到晶體管106的集電極b 1。
[0033] 圖2(a)所示為上述的共發(fā)射極放大器工作在A類(即完全線性范圍）時(shí)的輸出負(fù)載 曲線，其中A、B和C是負(fù)載曲線上的三個(gè)偏置點(diǎn)。不考慮高階效應(yīng)，共發(fā)射極放大器的基極輸 入電壓與集電極輸出電壓相位相差180度，對應(yīng)的增益可表述為：
[0034]
[0035]其中，gm是雙極型晶體管的跨導(dǎo)，RL是負(fù)載阻抗ZL的實(shí)部。
[0036] 圖2(b)所示為上述共發(fā)射極放大器工作在A類(即完全線性范圍）時(shí)，晶體管106的 基極al與集電極bl的電壓波形。從圖中可見，在A點(diǎn)附近時(shí)，基極與集電極之間的壓差Vbc接 近最大值，此時(shí)晶體管中寄生的基極與集電極間電容Cbc達(dá)到最大值；當(dāng)工作點(diǎn)從A點(diǎn)經(jīng)過B 點(diǎn)再到達(dá)C點(diǎn)的過程中，基極與集電極之間的壓差Vbc逐漸減小，并開始反偏，此時(shí)對應(yīng)的寄 生的基極與集電極間電容Cbc也逐漸減小，當(dāng)達(dá)到C點(diǎn)時(shí)，Cbc達(dá)到最小值。
[0037] 圖2(a)和圖2(b)所示的現(xiàn)象表明：當(dāng)射頻功率放大器工作在射頻信號的較大擺幅 下時(shí)，基極與集電極之間的電容Cbc會(huì)發(fā)生較大的變化，從而導(dǎo)致射頻功率放大器工作在非 線性狀態(tài)。因此，本發(fā)明所提供的改善射頻功率放大器線性度方法的基本思路即是通過抵 消Cbc的變化來改善射頻功率放大器的線性度。具體地說，通過添加非線性電路來全部或部 分抵消雙極型晶體管的基極-集電極電容Cbc變化引起的非線性變化趨勢，該補(bǔ)償電路的非 線性變化趨勢與來自晶體管本身的基極與集電極間電容Cbc隨著射頻信號變化的趨勢正好 相反。
[0038]下面結(jié)合不同的實(shí)施例展開詳細(xì)具體的說明。
[0039] 首先需要說明的是，HBT(異質(zhì)結(jié)雙極型）晶體管是雙極型晶體管的一種。它的發(fā)射 區(qū)和基區(qū)使用了不同的半導(dǎo)體材料。這樣，發(fā)射結(jié)（即發(fā)射區(qū)和基區(qū)之間的PN結(jié)）就形成了 一個(gè)異質(zhì)結(jié)。異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管的顯著特點(diǎn)在于具有寬帶隙的發(fā)射區(qū)，能大大提高發(fā)射 結(jié)的載流子注入效率，降低基區(qū)串聯(lián)電阻，其優(yōu)異的性能包括高速、大功率、低噪聲、線性度 好、單電源工作等，廣泛應(yīng)用于射頻功率放大器、高速數(shù)字電路、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、光通信及移 動(dòng)通信等領(lǐng)域。因此，在下述的各實(shí)施例中，所使用的雙極型晶體管均以HBT晶體管為例進(jìn) 行說明。但是，本發(fā)明并不限于在HBT晶體管中使用。事實(shí)上，在共發(fā)射極放大器中常用的 NPN類型的雙極型晶體管，不論構(gòu)成材料是GaAs或者是GaN等，都可以采用本發(fā)明所提供的 技術(shù)方案。
[0040] 本發(fā)明的第一實(shí)施例如圖3所示，其中301是輸入隔直電容，304是輸出隔直電容， 306是HBT晶體管，305是負(fù)載阻抗ZL，偏置電壓VBB通過電感302加到晶體管306的基極a3,偏 置電壓VCC通過電感303加到晶體管306的集電極b3。補(bǔ)償電路307是連接在晶體管基極與集 電極之間的非線性補(bǔ)償電路，其主要特點(diǎn)是與來自晶體管本身的基極與集電極間電容Cbc 隨著射頻信號變化的趨勢相反，從而抵消該電容Cbc帶來的不利影響。該補(bǔ)償電路307主要 由二極管配合相應(yīng)的無源元件來實(shí)現(xiàn)，圖4將給出該補(bǔ)償電路的一個(gè)實(shí)現(xiàn)電路示例。
[0041] 圖4為具有上述補(bǔ)償電路的單級共發(fā)射極放大器的示例性電路原理圖。其中，401 是輸入隔直電容，它的一端與輸入信號相連接，另一端連接到晶體管406的基極節(jié)點(diǎn)a5;404 是輸出隔直電容，它的一端與輸出負(fù)載405相連接，另一端連接到晶體管406的集電極節(jié)點(diǎn) b5。電感402、403和407都為高頻扼流電感。偏置電壓VBB通過電感402連接到晶體管406的基 極節(jié)點(diǎn)a5,電源電壓VCC通過電感403連接到晶體管406的集電極節(jié)點(diǎn)b5,偏置電壓VP通過電 感407連接到節(jié)點(diǎn)c5。電容408-端連接節(jié)點(diǎn)a5,另一端連接節(jié)點(diǎn)c5。二極管409的陽極連接 到節(jié)點(diǎn)b5,陰極連接到節(jié)點(diǎn)c5。
[0042] 在圖4所示的電路中，電感407、電容408和二極管409具有公共節(jié)點(diǎn)c5,它們共同組 成上述的補(bǔ)償電路。其中，電容408和二極管409用來補(bǔ)償晶體管406在射頻信號工作時(shí)引起 的Cbc非線性變化，具體說明如下：
[0043] 二極管409兩端的直流壓降可表述為：
[0044] V