具有減小的關斷電流的可逆放大器電路的製作方法
2024-03-06 23:35:15
專利名稱：具有減小的關斷電流的可逆放大器電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及放大器，尤其涉及可逆(switchable)功率放大器。
背景技術：
正如本領域已知的那樣，功率放大器被用於廣泛的應用中。其中一個這類應用是在電話，例如使用電池運行的蜂窩電話，中用於放大射頻(RF)信號。
正如本領域也已知的那樣，通常使用電流鏡像9將這種RF放大器偏置到適當的直流(dc)工作點。這種一種裝置如附圖1所示。這裡，放大器包括RF的、發射極接地的、輸出電晶體QRF。RF電晶體的基極被饋送以輸入RF信號。輸出電晶體的基極也耦合到開關電晶體Q1，二極體接法(diode-connected)電晶體Q2(即p-n結)被連接在地和RF輸出電晶體QRF的基極之間。當這種二極體接法電晶體Q2導通時，在其兩端產生固定的dc電壓，從而將dc電壓固定在RF輸出電晶體QRF的基極上。因此，在導通時，二極體接法電晶體Q2在RF輸出電晶體QRF的基電極上提供固定的參考電壓。通過提供通過其集電極-發射極的固定dc電流IBIAS，將RF電晶體QRF偏置到固定的dc工作點。這裡，通過施加通過導通的二極體接法電晶體Q2的固定電流，產生dc電流。由電流源，即高阻抗設備，這裡用電阻表示，提供固定的dc電流。這裡，電流源產生標示為I的電流。因此，RF輸出電晶體所需的dc偏置電流的大小決定了電流源所提供的電流I的大小。也就是說，二極體接法電晶體以及RF輸出電晶體QRF被設置為電流鏡9，其中流經RF電晶體集電極的電流鏡反射從電流源饋入二極體接法電晶體Q2的電流。
當希望切斷RF輸出電晶體QRF時，電晶體Q1由饋送到其基極的控制電壓來驅使其導通。因此，電晶體Q1的導通狀態將低電壓置於RF輸出電晶體QRF的基極上。來自電流源的電流I現在流過導通的電晶體Q1。電晶體Q1必須吸收(sink)電流源電流I，在某些應用中，這個電流可高達5-10毫安，導致過多的電池能量消耗。
另一種電路如附圖2所示。這裡，電流鏡9′由一對電晶體Q2A和Q2B以及RF輸出電晶體QRF提供。這裡，電流鏡9』有時候被稱為增強電流鏡。利用增強電流鏡，射極跟隨器電晶體能夠提供當RF電晶體在高功率、大信號條件下被驅動時所需的額外基極電流。
這裡，在輸出電晶體QRF的基極上又產生固定的dc電壓。dc電壓作為固定的dc電壓被耦合到RF輸出電晶體的基極上，並由此為RF輸出電晶體提供適當的dc偏置電流。RF輸出電晶體所需要的dc偏置電流的大小是由來自電流源的電流I的大小決定的，這裡，電流源又被表示為電阻。這裡，當希望切斷RF輸出電晶體時，電晶體Q1同樣被饋送到其基極上的控制電壓驅動導通。因此，導通狀態將低電壓置於RF輸出電晶體QRF的基極上。現在，來自電流源的電流I流經導通的電晶體Q1。電晶體Q1必須吸收電流源的電流I，該電流在某些應用中可高達5-10毫安，導致過多的電池功率消耗。
發明內容
根據本發明，提供了一种放大器電路。該放大器電路包括電流鏡電路。電流鏡電路包括用於產生參考電流的第一電流源；具有輸入電極和輸出電極的輸出電晶體；以及耦合在第一電流源的輸出和輸出電晶體的輸入電極之間的電流增益設備。經由輸出電晶體的輸出電極產生偏置電流，這樣的偏置電流是第一電流源所產生的參考電流的函數。第二電流源的輸出耦合到電流增益設備的輸入。第二電流源提供作為參考電流一部分的電流。開關電晶體的輸出電極耦合到(1)電流增益設備的輸入；以及(2)第二電流源的輸出。開關電晶體(1)響應於饋送到這個開關電晶體的輸入信號吸收來自第二電流源的電流，阻止電流從第二電流源流向電流增益設備，並由此消除輸出電晶體的偏置電流，驅使輸出電晶體進入非導通狀態；或者(2)響應於饋送到這個開關電晶體的輸入信號，使電流能夠從第二電流源流向電流增益設備，驅使輸出電晶體進入導通狀態。
在一個實施例中，增益設備包括電晶體。
在一個實施例中，當開關電晶體響應於饋送到這個開關電晶體的輸入信號使電流能夠從第二電流源流向電流增益設備，驅動輸出電晶體進入導通狀態時，驅使增益設備進入飽和狀態。
在一個實施例中，增益設備電晶體包括雙極型電晶體。
根據本發明，提供集電極-發射極耦合在電流源的輸出上的固定電壓與RF電晶體的基極之間的電晶體。這個電晶體的基極耦合到第二電流源並且耦合到用於這種電晶體的開關上。當RF接通時，由於這種新電路在RF電晶體的基極上產生固定的dc電壓，來自第二電流源的電流被饋送給電晶體的基極以將電晶體偏置進入飽和狀態，並由此為RF電晶體提供固定的dc偏置電流。RF電晶體所需的dc偏置電流的大小決定了電流源所需電流的大小。由於電晶體在飽和狀態中，所以第二電流源只是第一電流源為RF電晶體提供必要的dc偏置電流而需要的電流大小的很小一部分(1/beta)。當開關斷開RF電晶體時，來自於第二電流源的較小電流被開關吸收。
本發明的一個或多個實施例的細節將在附圖以及下文的說明中闡明。本發明的其他特徵、目標以及優點將在說明書及附圖、以及權利要求書中表現。
附圖1是根據現有技術的可逆放大器的示意圖；附圖2是根據現有技術的可逆放大器的示意圖；附圖3是根據本發明的可逆放大器的示意圖；以及附圖4是根據本發明另一實施例的可逆放大器的示意圖。
不同附圖中相同標號表示相同的元件。
具體實施例方式
現在參考附圖3，表示RF放大器電路10。電路10包括電流鏡電路12。電流鏡電路12包括用於產生參考電流I的第一電流源14。電流源14為高阻抗設備，在此用電阻R1表示。電流鏡電路12還包括RF輸出電晶體16，此處為雙極型電晶體，優選為異質結雙極型電晶體(HBT)設備。輸出電晶體16設置為發射極接地的配置，並且它的集電極通過電感18連接到VCC供電電壓，如圖所示。用於由RF輸出電晶體16放大的RF輸入通過ac耦合電容C被耦合到RF輸出電晶體16的基電極上，如圖所示。電流鏡電路12還包括參考電壓發生器20，這裡為耦合到預定參考電壓以及輸出電晶體16的門電極的二極體接法雙極型電晶體Q2(即p-n結)，其中這裡預定參考電壓為地，如圖所示。電流鏡電路12還包括電流增益設備22，這裡為雙極型電晶體Qx，連接在電流源14的輸出和(a)輸出電晶體16的門電極；以及(b)參考電壓發生器20之間。
利用這樣一種裝置，電流鏡電路12提供流過輸出電晶體18集電極的dc偏置電流IBIAs。這個偏置電流IBIAs是電流源14所產生的參考電流I的函數。也就是說，二極體接法電晶體Q2提供p-n結，並且RF輸出電晶體16被設置為電流鏡12，其中流經RF電晶體16集電極的電流IBIAs鏡反射從電流源14饋送到二極體接法電晶體20的電流I。
放大器10包括第二電流源24，在此用電阻R2來表示，其中第二電流源24的輸出耦合到電流增益設備22，在此為雙極型電晶體Qx』的輸入。當導通時，電晶體Qx工作在飽和狀態，因此第二電流I』為參考電流I的一部分。而且，由於電晶體Qx工作在飽和狀態(即電晶體Qx的基極-發射極結以及基極-集電極結都正向偏置)，因此其集電極和發射極電極兩端存在相對固定的電壓。也就是說，電晶體具有beta，其是I與第二電流源所提供的電流I』的比值，即beta＝I/I』。因此，在此例如，beta大約為50，從而第二電流源產生電流I』＝I/50。
電路10還包括開關電晶體，在此為發射極接地的雙極型電晶體Q1，該電晶體的輸出電極(此處為集電極)耦合到(1)電流增益設備22的輸入；以及(2)第二電流源24的輸出。響應於饋送到其基電極上的控制信號，開關電晶體Q1或者(1)響應於饋送到開關電晶體Q1的基極上的控制信號，吸收來自第二電流源24的電流I』(圖中用虛箭頭表示)，阻止電流從第二電流源24流向電流增益設備22，並因此消除輸出電晶體16的偏置電流，驅使輸出電晶體16進入非導通狀態；或者(2)響應於饋送到開關電晶體Q1基極上的控制信號，使電流(圖中用實箭頭表示)從第二電流源24流向電流增益設備22，驅使輸出電晶體16進入導通狀態。
現在參照附圖4，表示另一開關放大器10』。在此，電流鏡12』為增強電流鏡，並且包括一對電晶體Q2A和Q2B，以在RF輸出電晶體16的基極上提供固定的dc參考電壓。該dc電壓作為固定的dc電壓被耦合到RF電晶體的基極上，並由此為RF輸出電晶體提供適當的dc偏置電流。RF輸出電晶體16所需的dc偏置電流的大小由來自電流源14的電流I的大小決定，在此也用電阻R1表示。在此，同樣地，當希望切斷RF輸出電晶體16時，電晶體Q1由饋送到其基極上的控制電壓驅動進入導通狀態。
放大器10』包括第二電流源24，在此用電阻R2表示，其輸出耦合到電流增益設備22的輸入，這裡電流增益設備為雙極型電晶體Qx。當導通時，電晶體Qx工作在飽和狀態，因此第二電流I』為參考電流I的一部分。也就是說，電晶體具有beta，其是I與第二電流源所提供的電流I』的比值，即beta＝I/I』。因此，在此例如，beta大約為50，從而第二電流源產生電流I』＝I/50。
電路10』還包括開關電晶體，這裡為發射極接地的雙極型電晶體Q1，該電晶體的輸出電極(這裡為集電極)耦合到(1)電流增益設備22的輸入；以及(2)第二電流源24的輸出。響應於饋送到其基電極上的控制信號，開關電晶體Q1或者(1)響應於饋送到開關電晶體Q1的基極上的控制信號，吸收來自第二電流源24的電流I』(圖中用虛箭頭表示)，阻止電流從第二電流源24流向電流增益設備22，並因此消除輸出電晶體16的偏置電流，驅使輸出電晶體16進入非導通狀態；或者(2)響應於饋送到開關電晶體Q1的基極上的控制信號，使電流(圖中用實箭頭表示)從第二電流源24流向電流增益設備22，驅使輸出電晶體16進入導通狀態。
本發明的許多實施例已經被闡述了。然而，應該理解的是，可以進行不同的改進而不會背離本發明的主旨和範圍。相應地，其他實施例也在下述權利要求書的範圍之內。
權利要求
1.一种放大器電路，包括(a)電流鏡電路，包括(i)用於產生參考電流的第一電流源；(ii)具有輸入電極和輸出電極的輸出電晶體；(iii)連接在所述第一電流源的輸出與所述輸出電晶體的輸入電極之間的電流增益設備；(v)其中通過所述輸出電晶體的輸出電極產生偏置電流，這個偏置電流是由所述第一電流源所產生的參考電流的函數；(b)第二電流源，其輸出耦合到所述電流增益設備的輸入，這個第二電流源提供作為所述參考電流一部分的電流；以及(c)開關電晶體，其輸出電極耦合到(1)所述電流增益設備的輸入；以及(2)所述第二電流源的輸出，這個開關電晶體(1)響應於饋送到這個開關電晶體的輸入信號，吸收來自所述第二電流源的電流，阻止電流從所述第二電流源流向所述電流增益設備，並因此消除所述輸出電晶體的偏置電流，驅使所述輸出電晶體進入非導通狀態；或者(2)響應於饋送到這個開關電晶體的所述輸入信號，使電流能夠從所述第二電流源流向所述電流增益設備，驅使所述輸出電晶體進入導通狀態。
2.根據權利要求1所述的放大器電路，其中所述增益設備包括電晶體。
3.根據權利要求2所述的放大器電路，其中當所述開關電晶體響應於饋送到這個開關電晶體的輸入信號，使電流能夠從所述第二電流源流向所述電流增益設備，驅使所述輸出電晶體進入導通狀態時，所述增益設備電晶體進入飽和狀態。
4.根據權利要求3所述的放大器電路，其中所述增益設備電晶體包括雙極型電晶體。
5.根據權利要求5所述的放大器，其中所述增益設備電晶體包括雙極型電晶體。
6.根據權利要求6所述的放大器電路，其中所述開關電晶體包括雙極型電晶體。
7.根據權利要求6所述的放大器電路，其中所述輸出電晶體包括雙極型電晶體。
8.根據權利要求8所述的放大器電路，其中所述開關電晶體包括雙極型電晶體。
9.一种放大器電路，包括(a)電流鏡電路，包括(i)用於產生參考電流的第一電流源；(ii)具有輸入電極和輸出電極的輸出電晶體；(iii)連接在所述第一電流源的輸出與所述輸出電晶體的輸入電極之間的雙極型電晶體；(iv)其中通過所述輸出電晶體的輸出電極產生偏置電流，這個偏置電流是由所述第一電流源產生的參考電流的函數；(b)第二電流源，其輸出耦合到所述雙極型電晶體的輸入，這個第二電流源提供作為所述參考電流一部分的電流；以及(c)開關電晶體，其輸出電極耦合到(1)所述電流增益設備的輸入；以及(2)所述第二電流源的輸出，這個開關電晶體(1)響應於饋送到這個開關電晶體的輸入信號，吸收來自所述第二電流源的電流，阻止電流從所述第二電流源流向所述雙極型電晶體，並因此消除所述輸出電晶體的偏置電流，驅使所述輸出電晶體進入非導通狀態；或者(2)響應於饋送到這個開關電晶體的輸入信號，使電流能夠從所述第二電流源流向所述雙極型電晶體，以驅使這個雙極型電晶體進入飽和狀態，驅使所述輸出電晶體進入導通狀態。
10.一种放大器電路，包括(a)用於產生參考電流的第一電流源；(b)具有輸入電極和輸出電極的輸出電晶體；(c)連接在所述第一電流源的輸出和(1)所述輸出電晶體的輸入電極；以及(2)p-n結；之間的雙極型電晶體；(d)其中通過所述輸出電晶體的輸出電極產生偏置電流，這個偏置電流是所述第一電流源所產生的參考電流的函數；(e)第二電流源，其輸出耦合到所述電流增益設備的輸入，這個第二電流源提供作為所述參考電流一部分的電流；以及(f)開關電晶體，其輸出耦合到(1)所述雙極型電晶體的輸入；以及(2)所述第二電流源的輸出，這個開關電晶體(1)響應於饋送到這個開關電晶體的輸入信號，吸收來自所述第二電流源的電流，阻止電流從所述第二電流源流向所述雙極型電晶體，並因此消除所述輸出電晶體的偏置電流，驅使所述輸出電晶體進入非導通狀態；或者(2)響應於饋送到這個開關電晶體的所述輸入信號，使電流能夠從所述第二電流源流向所述雙極型電晶體，這個雙極型電晶體工作在飽和狀態中，驅使所述輸出電晶體進入導通狀態。
全文摘要
具有電流鏡的開關放大器電路。電流鏡包括用於產生參考電流的第一電流源；具有輸入電極和輸出電極的輸出電晶體；連接在第一電流源的輸出和輸出電晶體的輸入電極之間的電流增益設備。偏置電流經由輸出電晶體的輸出電極產生，這種偏置電流是第一電流源所產生的參考電流的函數。第二電流源具有耦合到電流增益設備輸入的輸出。第二電流源提供作為參考電流一部分的電流。開關電晶體的輸出電極耦合到(1)電流增益設備的輸入；以及(2)第二電流源的輸出。該開關電晶體(1)響應於饋送到這種開關電晶體的輸入信號，從第二電流源中吸收電流，以阻止電流從第二電流源流向電流增益設備，並由此消除輸出電晶體的偏置電流，以驅使輸出電晶體進入不導通狀態；或者(2)響應於饋送到這種開關電晶體的輸入信號，使電流能夠從第二電流源流向電流增益設備，驅使輸出電晶體進入導通狀態。
文檔編號H03F3/72GK1768473SQ200480008429
公開日2006年5月3日 申請日期2004年4月2日 優先權日2003年4月3日
發明者約翰·A·德法爾科, 米克黑爾·S·希羅柯弗 申請人:快捷半導體有限公司