偏置電路及其功率放大電路的製作方法
2023-05-04 02:23:06
專利名稱：偏置電路及其功率放大電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及IC設計領域，尤其是涉及一種偏置電路和其功率放大電路。背景技術：
在ICdntegrated Circuit)設計中，設計一個優秀的直流偏置電路(DC Bias Circuit)是一項很艱苦的工作，尤其是為設計複雜的電路比如功率放大器而設計。這是因 為一些電路性能高度依賴於直流偏置電路控制精度，比如功率放大器的輸出功率和功率附 加效率。在射頻(Radio Frequency, RF)/微波集成電路中，有兩個因素可能導致直流偏置 電壓的變化。一個是在仿真軟體中使用的模型精度，另一個是由半導體製造引起的工藝偏 差。為功率放大器設計出一個優秀的直流偏置電路，不僅需要做大量的仿真工作，還需要做 大量的修調工作。對於上述問題目前有三種解決方案。1、提高有源器件和無源器件的模型精度，為了實現這一目的需要做很多調查研究工作。2、在設計中修調，這將耗費大量的時間，而且需要工程師在實驗室做大量工作。通 常，需要通過雷射修調器(Laser Trimmer)來調整電阻以匹配整個電路需求。為了滿足激 光修調器需要，還需要工程師做大量的設計工作，比如設計許多不同類型的模式。3、在製造過程中通過自適應金屬層來調整設計。雖然這個方法可以提高產量，但 是這個程序本身會增加很多生產成本，並且這個程序也是很耗時的。因此，希望提出一種改進的偏置電路及功率放大電路來克服上述問題。
發明內容本發明的目的之一在於提供一種可以解決上述問題的偏置電路。本發明的目的之二提供一種可以解決上述問題的功率放大電路。為了解決上述問題，根據本發明的一個方面，本發明提供了一種偏置電路，其包 括輸入端、輸出端、第二電晶體、第一電阻、第二電阻和數字可調電阻。所述數字可調電阻 和所述第二電阻依次串聯在所述輸入端和第二電晶體的集電極之間，所述第一電阻串聯於 所述輸出端和第二電晶體的基極之間，所述第二電阻和所述數字可調電阻的中間節點與第 二電晶體的基極相連，所述第二電晶體的發射極與地相連。其中所述偏置電路通過輸入端 連接偏置電壓，通過輸出端為功率放大器提供偏置。進一步的，所述數字可調電阻包括若干電阻單元和若干開關單元，通過對所述開 關單元的導通或截止的控制來選擇部分或全部電阻單元的串聯或並連以形成所述數字可 調電阻。進一步的，各個開關單元的控制信號分別來自一個存儲電路，通過對存儲電路的 編程實現對所述數字可調電阻的阻值的調整。
進一步的，所述電阻單元為N個，分別記為R31、R32、R3N,其中設置R32 = 22-1*R31，R33 = 23-1*R31，R3N = 2N-1*R31，其中 N 為自然數。根據本發明的另一個方面，本發明提供一種功率放大電路，其包括功率放大器和 為功率放大器提供偏置的偏置電路。所述偏置電路包括輸入端、輸出端、第二電晶體、第 一電阻、第二電阻和數字可調電阻。所述數字可調電阻和所述第二電阻依次串聯在所述輸 入端和第二電晶體的集電極之間，所述第一電阻串聯於所述輸出端和第二電晶體的基極之 間，所述第二電阻和所述數字可調電阻的中間節點與第二電晶體的基極相連，所述第二晶 體管的發射極與地相連。其中所述偏置電路通過輸入端連接偏置電壓，通過輸出端為功率 放大器提供偏置。進一步的，所述功率放大電路還包括有輸入電容和輸出電容，所述輸入電容的一 端連接所述功率放大器的基極，另一端輸入射頻輸入信號；所述輸出電容的一端連接所述 功率放大器的集電極，另一端輸出射頻放大信號。根據本發明的再一個方面，本發明提供一種偏置電路，其包括有數字可調電阻。所 述數字可調電阻包括若干電阻單元和若干開關單元，通過對所述開關單元的導通或截止的 控制來選擇部分或全部電阻單元的串聯或並連以形成所述數字可調電阻。進一步的，各個開關單元的控制信號分別來自一個存儲電路，通過對存儲電路的 編程實現對所述數字可調電阻的阻值的調整。進一步的，所述電阻單元為N個，分別記為R31、R32、R3N，其中設置R32 = 22-1*R31，R33 = 23-1*R31，R3N = 2N-1*R31，其中 N 為自然數。與現有技術相比，在本發明中的偏置電路中用數字電阻取代了修調電阻，從而使 得偏置電路的設計更為簡單，性能更為精確可控。關於本發明的其他目的，特徵以及優點，下面將結合附圖在具體實施方式
中詳細 描述。
結合參考附圖及接下來的詳細描述，本發明將更容易理解，其中同樣的附圖標記 對應同樣的結構部件，其中圖1示出了本發明中的可用於蜂窩電話的功率放大電路的電路示意圖；圖2A為圖1中的偏置電路中的可調電阻的一個示例；圖2B為圖1中的偏置電路中的可調電阻的另一個示例；圖2C為圖1中的偏置電路中的可調電阻的再一個示例。
具體實施方式為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實 施方式對本發明作進一步詳細的說明。本發明的詳細描述主要通過程序、步驟、邏輯塊、過程或其他象徵性的描述來呈 現，其直接或間接地模擬本發明中的技術方案的運作。所屬領域內的技術人員使用此處的 這些描述和陳述向所屬領域內的其他技術人員有效的介紹他們的工作本質。此處所稱的「一個實施例」或「實施例」是指與所述實施例相關的特定特徵、結構或特性至少可包含於本發明至少一個實現方式中。在本說明書中不同地方出現的「在一個 實施例中」並非必須都指同一個實施例，也不必須是與其他實施例互相排斥的單獨或選擇 實施例。此外，表示一個或多個實施例的方法、流程圖或功能框圖中的模塊順序並非固定的 指代任何特定順序，也不構成對本發明的限制。圖1示出了本發明中的可用於蜂窩電話的功率放大電路100的電路示意圖。所述 功率放大電路100包括功率放大器Ql、與功率放大器Ql的基極相連的輸入電容Cin、與功 率放大器Ql的集電極相連的輸出電容Cout和為功率放大器Ql提供偏置的偏置電路110。所述輸入電容Cin的另一端Pl可以輸入RF輸入信號，所述輸出電容Cout的另一 端P2可以輸出經由功率放大器Ql放大的RF輸出信號。功率放大器Ql的集電極P3與電 源Vcc電性相連，其發射極接地。所述功率放大器Ql可以對RF輸入信號進行放大得到放 大的RF輸出信號。所述偏置電路110具有連接偏置電壓Vbais的輸入端P2，其根據所述偏置電壓 Vbais向所述功率放大器Ql的基極提供偏置。所述偏置電路110包括電晶體Q2、電阻R1、 電阻R2和數字可調電阻R3。所述數字可調電阻R3和所述電阻R2依次串聯在輸入端P2和 電晶體的集電極之間，所述電阻Rl串聯於功率放大器Ql的基極與電晶體Q2的基極之間， 所述電阻R2和數字可調電阻R3的中間節點與電晶體Q2的基極相連，所述電晶體Q2的發 射極接地。為了使所述偏置電路110可以給功率放大器Ql提供更為精確的偏置，可以對所述 偏置電路Iio中的電阻R3進行精確的修調以匹配整個電路的要。在現有技術中對偏執電 路中的電阻的修調一般都是採用雷射修調或自適應金屬層修調的方式進行調整，如背景中 提到的那樣，上述方式都具有很大缺點或局限性。在本發明中，所述電阻R3採用數字可調 電阻，可以通過軟體編程來精確控制所述電阻R3的大小，這樣可以使得偏置電路110的設 計更為簡單，性能更為精確可控，同時也可以降低所述偏置電路110對製造工藝的要求。所述數字可調電阻可以包括若干電阻單元和若干開關單元，電阻單元和開關單元 的數目可以根據工程需要來設計，對於RF直流偏置電路來說，通常3或4個就夠了。通過 各個開關單元的導通或截止的組合可以選擇部分或全部電阻單元的串聯或並聯並進而形 成最終的數字可調電阻。因此，通過對所述開關單元的導通或截止的控制可以實現對所述 數字可調電阻的阻值的調整。各個開關單元的控制信號分別來自一個存儲電路(未圖示)。 通過軟體可以實現對存儲電路的編程，從而可以控制各個開關單元的導通或截止，進而實 現對所述數字可調電阻的阻值的調整。這樣，對電阻R3的修調將變得異常簡單，而可以進 行反覆的修調。圖2A示出了圖1中的偏置電路110中的數字可調電阻R3的一個示例，其中所述 數字可調電阻R3包括三個電阻單元R31、R32、R33以及四個開關單元SW1、SW2、SW3、SW4，通 過控制所述開關單元進行電阻調整，比如開關單元SWl和SW2都導通，其餘開關單元截止， 這樣R31由於短路而被跳過，則R3 = R32+R33 ；再比如開關單元SW1、SW2、SW3導通，其餘開 關單元截止，這樣R31、R32由於短路而被跳過，則R3 = R33。圖2B示出了圖1中的偏置電路110中的數字可調電阻R3的另一個示例，其中此 示例與圖2A示出的示例的區別在於開關單元的數目和排布方式，電阻調整方式相同。圖2C示出了圖1中的偏置電路110中的數字可調電阻R3的再一個示例。如圖所示，所述數字可調電阻R3包括相互串聯的N個電阻單元R31、R32、R3N和與N個電阻單 元對應的N個開關單元SW31、SW32、SW3N。在一個實施例中，可以設置R32 = 22、R31，
R33 = 2H*R31，......，R3N = 2H*R31，這樣可以獲得數字可調電阻R3的阻值範圍從0至
(2N-1)*R31的阻值範圍，其中N為自然數。在一個實施例中，N個電阻的阻值可以是一致的， 比如均為10歐姆，也可以根據需要設置為各種阻值，比如分別為20歐姆、25歐姆和30歐姆等。圖2A、圖2B和圖2C僅僅是示例性的給出了三個例子，根據相同或類似的原理可以 設計出各種各樣的數字可調電阻。需要指出的是，本發明中的偏置電路110的結構也可以採用其他類型的偏置電 路，只要該偏置電路能夠為功率放大器Ql提供偏置即可。所有的偏置電路在設計時通常都 會遇到電阻的修調問題，採用本發明中的數字可調電阻可以使各種偏置電路的設計更為簡 單，性能更為精確可控。本發明中的相連或連接的含義不僅包括直接相接或連接，還包括間接相連或連 接，比如經由一個電阻、功能電路後相連。上文對本發明進行了足夠詳細的具有一定特殊性的描述。所屬領域內的普通技術 人員應該理解，實施例中的描述僅僅是示例性的，在不偏離本發明的真實精神和範圍的前 提下做出所有改變都應該屬於本發明的保護範圍。本發明所要求保護的範圍是由所述的權 利要求書進行限定的，而不是由實施例中的上述描述來限定的。
權利要求
1.一種偏置電路，其特徵在於其包括輸入端、輸出端、第二電晶體、第一電阻、第二 電阻和數字可調電阻，所述數字可調電阻和所述第二電阻依次串聯在所述輸入端和第二電晶體的集電極之 間，所述第一電阻串聯於所述輸出端和第二電晶體的基極之間，所述第二電阻和所述數字 可調電阻的中間節點與第二電晶體的基極相連，所述第二電晶體的發射極與地相連，其中所述偏置電路通過輸入端連接偏置電壓，通過輸出端為功率放大器提供偏置。
2.根據權利要求1所述的偏置電路，其特徵在於，所述數字可調電阻包括若干電阻單 元和若干開關單元，通過對所述開關單元的導通或截止的控制來選擇部分或全部電阻單元 的串聯或並連以形成所述數字可調電阻。
3.根據權利要求2所述的偏置電路，其特徵在於，各個開關單元的控制信號分別來自 一個存儲電路，通過對存儲電路的編程實現對所述數字可調電阻的阻值的調整。
4.根據權利要求2所述的偏置電路，其特徵在於，所述電阻單元為N個，分別記為R31、 R32、R3N，其中設置:R32 = 22-1*R31，R33 = 23-1*R31，R3N = 2N-1*R31，其中 N 為自然數。
5.一種功率放大電路，其特徵在於其包括功率放大器和為功率放大器提供偏置的 如權利要求1至4任一所述的偏置電路。
6.根據權利要求5所述的功率放大電路，其特徵在於，其還包括有輸入電容和輸出電容，所述輸入電容的一端連接所述功率放大器的基極，另一端輸入射頻輸入信號；所述輸 出電容的一端連接所述功率放大器的集電極，另一端輸出射頻放大信號。
7.一種偏置電路，其特徵在於其包括有數字可調電阻，所述數字可調電阻包括若干 電阻單元和若干開關單元，通過對所述開關單元的導通或截止的控制來選擇部分或全部電 阻單元的串聯或並連以形成所述數字可調電阻。
8.根據權利要求7所述的偏置電路，其特徵在於，各個開關單元的控制信號分別來自 一個存儲電路，通過對存儲電路的編程實現對所述數字可調電阻的阻值的調整。
9.根據權利要求7所述的偏置電路，其特徵在於，所述電阻單元為N個，分別記為R31、 R32、R3N，其中設置:R32 = 22-1*R31，R33 = 23-1*R31，R3N = 2N-1*R31，其中 N 為自然數。
全文摘要
本發明公開了一種偏置電路，其包括輸入端、輸出端、第二電晶體、第一電阻、第二電阻和數字可調電阻。所述數字可調電阻和所述第二電阻依次串聯在所述輸入端和第二電晶體的集電極之間，所述第一電阻串聯於所述輸出端和第二電晶體的基極之間，所述第二電阻和所述數字可調電阻的中間節點與第二電晶體的基極相連，所述第二電晶體的發射極與地相連。其中所述偏置電路通過輸入端連接偏置電壓，通過輸出端為功率放大器提供偏置。
文檔編號H03F3/20GK102006017SQ20101057040
公開日2011年4月6日 申請日期2010年12月2日 優先權日2010年12月2日
發明者任啟明, 雷良軍 申請人:無錫中普微電子有限公司