CN1671043A - 高频功率放大器和通信设备 - Google Patents

Abstract

一种包含在集电极电压产生部件(130a)中的温度补偿电路(145)，根据装置温度向功率控制信号Vctrl施加偏移电压Vofs(T)。经由电压调整器(140)和扼流线圈(170)将所得到的温度补偿电路输出电压Vctrl′(T)施加到双极性晶体管(110)的集电极端。

Description

高频功率放大器和通信设备

技术领域

本发明涉及一种在移动通信装置等中使用的高频功率放大器，和一种具有这样的高频功率放大器的通信设备。

背景技术

一种在GSM(全球移动通信系统)系统等的移动电话终端中使用的高频功率放大器，根据其离基站的距离来控制输出功率的大小。图17是举例说明作为示例性的常规高频功率放大器的高频功率放大器10(下文中称为“放大器10”)的电路图。所述放大器10包括双极性晶体管11、基极偏置电路12、电压调整器14、RF扼流线圈17、输入匹配电路15和输出匹配电路16。

按照RF扼流线圈17和电压调整器14这一次序顺序地将它们连接到双极性晶体管11的集电极端。将用于调节双极性晶体管11的信号放大级的功率控制信号Vctrl输入到电压调整器14。双极性晶体管11的发射极端接地。经由输入匹配电路15将高频输入信号RFin输入到双极性晶体管11的基极端。所述基极偏置电路12调节基极电压Vbb的大小。由双极性晶体管11放大高频输入信号RFin，然后经由输出匹配电路16从双极性晶体管11的集电极端将其作为高频输出信号RFout输出。

在输入到基极端的输入功率足够高且双极性晶体管11作为饱和放大器操作的情况下，可以相对于给定的输入功率，获得与近似集电极电压Vcc的平方成比例的输出功率。值得注意的是，尽管为了简化，图17示出了单级放大器10，但通常使用放大器10，在该放大器10中，双极性晶体管11以两或三级级联。

在诸如EDGE(增强型数据速率GSM演进技术)之类的通信系统中，使用了称为极化调制的技术。在这种情况下，将调幅信号作为功率控制信号Vctrl输入到集电极端，并由此执行幅度调制，这在例如国际公开No.WO-02/101944中进行了描述。

即使集电极电压Vcc和基极电压Vbb是恒定的，放大器10的输出功率也会随双极性晶体管11的装置温度的变化而变化。因此，通常通过根据温度调节基极偏置电路12中的基极电压Vbb，来使输出功率中的依赖温度的变化最小化，这在例如日本审查专利公开No.8-28617和日本特许专利公开No.2001-176982和No.2002-9558中进行了描述。

然而，即使是由此对基极电压Vbb执行温度补偿，但在集电极电压Vcc为低的低输出的情况下，更具体而言，在双极性晶体管用于饱和区中的情况下，不能使因温度上的变化而造成的输出电压波动得以足够最小化。图18是示出对于装置温度为90℃、30℃和-30℃的情况下，用于GSM系统的常规高频功率放大器的集电极电压Vcc与输出功率之间的关系的图示。从图18中可以看出，在集电极电压Vcc小于0.6V的区域中，集电极电压Vcc越低，输出功率随温度的变化就越大。

在图18中所示的从5到35dBm的输出功率范围的区域中使用在GSM系统移动电话中使用的高频功率放大器。也就是说，在随温度变化的输出功率变化大的区域中，使用高频功率放大器。在EDGE系统移动电话中，在从图18中所示的-8到32dBm的输出功率范围的区域中，使用将要输入到集电极端的调幅信号。也就是说，在其输出功率随温度变化比GSM系统移动电话更加显著的区域中使用EDGE系统移动电话。另外，在使用极化调制的EDGE系统中，振幅误差与调制准确性的下降直接相关，并且因此EDGE系统需要比GSM系统更好的输出稳定性。在将来，极化调制是一种还能够应用于W-CDMA(宽带CDMA)系统的技术。需要以比EDGE系统的输出功率更低的输出功率来控制W-CDMA系统。因此，在需要在饱和区中控制双极性晶体管的情况下，需要一种用于以低输出功率来使因温度的变化而造成的输出功率波动得以最小化的技术。

发明内容

因此，本发明的一个目的是，提供一种高频功率放大器，即使是当输出功率低时，该高频功率放大器也能使随温度变化的输出功率变化得以最小化。

根据本发明的一种高频功率放大器，即使是在双极性晶体管的饱和区中，也能够使输出功率的温度依赖性得以最小化，所述放大器包括：双极性晶体管；基极偏置电路，用于向该双极性晶体管施加基极电压；和集电极电压产生部件，用于向该双极性晶体管施加集电极电压，其中所述集电极电压产生部件包括温度补偿电路，用于对将要输入的功率控制信号执行温度补偿。

所述集电极电压产生部件可以将具有于其上获得在基准温度下的期望集电极电流的基准集电极电压与获得在实际温度下的期望集电极电流所需要的集电极电压之间的差的电压作为集电极偏移电压施加到该基准集电极电压上。

所述温度补偿电路可以包括：温度补偿电压源；和加法器，用于将从温度补偿电压源输出的偏移电压加到功率控制信号上。

所述温度补偿电路可以包括：温度补偿电压源；和减法器，用于从功率控制信号中减去从温度补偿电压源输出的偏移电压。

所述集电极电压产生部件可以包括电压调整器。

所述集电极电压产生部件可以包括DC/DC变换器。

所述集电极电压产生部件可以包括：运算放大器；和P型场效应晶体管或PNP双极性晶体管。

所述功率控制信号可以是调幅信号。

可以存在多个双极性晶体管，并且所述多个双极性晶体管是以多级连接的。

根据本发明的一种通信设备包括：基带电路；变换器，用于将基带电路的输出信号变换成调幅信号和调相信号；集电极电压产生部件，包括用于对调幅信号执行温度补偿的温度补偿电路；压控振荡器，用于根据调相信号来控制振动频率；具有集电极端和基极端的双极性晶体管，所述集电极电压产生部件的输出电压被施加到集电极端，并且压控振荡器的输出被输入到基极端；和基极偏置电路，用于向双极性晶体管施加基极电压。

从结合附图对本发明进行的下列详细说明中，本发明的这些及其它目的、特征、方面和优点将变得更加明显。

附图说明

图1是示出当集电极电压是0.6V时的互导、基极电压波形和集电极电流波形的图；

图2是示出当集电极电压是0.1V时的互导、基极电压波形和集电极电流波形的图；

图3A是示出当集电极电压是0.6V时的基极电压与基极电流之间的关系的图；

图3B是示出当集电极电压是0.6V时的基极电流与电流增益hfe之间的关系的图；

图4A是示出当集电极电压是0.1V时的基极电压与基极电流之间的关系的图；

图4B是示出当集电极电压是0.1V时的基极电流与电流增益hfe之间的关系的图；

图5是示出集电极电压与集电极电流之间的关系的图；

图6是图5的局部放大图；

图7是示出装置温度与集电极偏移电压之间的关系的图；

图8是示出通过集电极电压的温度补偿而获得的基极电压与集电极电流之间的关系的图；

图9是示出本发明的高频功率放大器的集电极电压与输出功率之间的关系的图；

图10是举例说明根据本发明第一实施例的高频功率放大器的电路图；

图11是举例说明根据本发明第二实施例的高频功率放大器的电路图；

图12是举例说明图11中所示的高频功率放大器的示例性应用的图；

图13是举例说明根据本发明第三实施例的高频功率放大器的电路图；

图14是举例说明图13中所示的高频功率放大器的示例性应用的图；

图15是举例说明根据本发明第四实施例的高频功率放大器的电路图；

图16是举例说明根据本发明第五实施例的通信设备的电路图；

图17是示出常规高频功率放大器的配置结构的图；和

图18是示出常规高频功率放大器的集电极电压与输出功率之间的关系的图。

发明详述

在描述本发明的实施例之前，先描述在双极性晶体管的饱和区中，无法通过仅仅对基极电压Vbb执行温度补偿来使输出功率变化得以足够最小化的原因。首先，在其中能够通过仅仅对基极电压Vbb执行温度补偿来使输出功率变化得以最小化的集电极电压区(下文中称为“非饱和区”)与其中无法通过仅仅对基极电压Vbb执行温度补偿来使输出功率变化得以最小化的集电极电压区(下文中称为“饱和区”)之间进行比较。

图1是示出当将集电极电压固定为在非饱和区范围之内的0.6V时，双极性晶体管的互导(左上方)、基极电压波形(左下方)和集电极电流波形(右上方)。图2是示出当将集电极电压固定为在饱和区范围之内的0.1V时，互导(左上方)、基极电压波形(左下方)和集电极电流波形(右上方)。值得注意的是，相对于基极电压Vbb，互导可以表示为集电极电流Icc。在图1和图2中，点状线、实线和虚线分别代表双极性晶体管的装置温度-30℃、30℃和90℃。值得注意的是，室温温度30℃称为“基准温度”，并且在室温下的基极电压Vbb和集电极电压Vcc分别称为“基准基极电压Vbb(30℃)”和“基准集电极电压Vcc(30℃)”。

参照图1，描述获得400mA的集电极电流的情形。在图1中，基准基极电压Vbb(30℃)的基极偏压点是1.25V。在基准温度，通过向基极端施加基准基极电压Vbb(30℃)，来获得期望的集电极电流(400mA)，并且相应地获得期望的输出功率。在另一方面，在实际温度为-30℃或90℃的情况下，施加基准基极电压Vbb(30℃)不能提供期望的集电极电流，这从图1中可清楚地看出。然而，值得注意的是，通过根据温度来改变基极偏压点，也改变了电压峰值，因此能够获得期望的集电极电流。如上所述，在非饱和区中，通过根据温度向基极偏压电路中的基准基极电压Vbb(30℃)施加适当的基极偏移电压，能够获得期望的输出功率。

在另一方面，在集电极电压Vcc处于饱和区中的情况下，即使将基极偏移电压施加到基准基极电压Vbb(30℃)上，在一些情形中也不能获得期望的集电极电流Icc。现在，参照图2，描述获得70mA的集电极电流的情形。在图2中，基准基极电压Vbb(30℃)的基极偏压点是1.25V。在基准温度，通过向基极端施加基准基极电压Vbb(30℃)，能够获得期望的集电极电流。然而，在实际温度为90℃的情况下，即使将基极偏移电压施加到基准基极电压Vbb(30℃)上，也不能获得70mA的集电极电流Icc。在装置温度为-30℃的情况下，通过施加基极偏移电压，能够获得70mA的集电极电流；然而，由于待施加的基极偏移电压高，因而变得难以调节基极偏移电压。如上所述，在饱和区中，通过仅仅调节基极电压Vbb，不能获得或难以获得期望的输出功率。

将参照图3A、3B、4A和4B来描述如图1和2所示的互导在非饱和区和饱和区之间不同的原因。图3A和4A是示出当集电极电压被分别固定为0.6V和0.1V时，基极电压Vbb与基极电流Ibb之间的关系(下文中称为“基极I-V特性”)的图。图3B和4B是示出当集电极电压Vcc被分别固定为0.6V和0.1V时，基极电流Ibb与电流增益hfe之间的关系的图。通过分别将图3A和4A中所示的基极电流Ibb乘以图3B和4B中所示的电流增益hfe＝(Icc/Ibb)来确定图1和2中所示的集电极电流Icc。

图3A和4A中所示的基极电压Vbb与基极电流Ibb之间的关系是用下列等式(1)来表示的：

Ibb＝exp(Vbb/kT)  …(1)，

其中k是波尔兹曼常数，而T是装置温度。正如能够从等式(1)以及图3A和4A中看出的那样，不论集电极电压Vcc是否处于饱和区中，表示基极I-V特性的曲线都不会改变。具体地说，不管集电极电压Vcc是处于饱和区中还是处于非饱和区中，与在基准温度下相比，基极电流Ibb的启动电压在高温下更多地在低电压一侧，而在低温下则是处于高电压一侧；另外，随着相同基极电压Vbb的基极电流Ibb在高温下比在基准温度下高，而在低温下则较低。表示基准温度的曲线与表示-30℃和90℃的温度的曲线之间的距离不随基极电压Vbb的大小而变化很大。从图3A和4A中，能够看出如图1和2所示的非饱和区和饱和区之间的互导上的差异不是因基极电压Vbb或基极电流Ibb而造成的。

接下来，将研究非饱和区(Vcc＝0.6V)和饱和区(Vcc＝0.1V)之间的电流增益hfe上的差异。在如图3A所示的集电极电压Vcc是0.6V的情况下，在基极电压Vbb从1.4V到1.6V的范围变化的区域中，在-30℃、30℃和90℃的装置温度下的基极电流Ibb分别在从2到13mA、从4到17mA和从7.5到25mA的范围变化。从图3B中，能够看出尽管这些基极电流值上的电流增益hfe随着温度而改变大小，但是不管温度高低，电流增益hfe改变的行为都是相同的。

在另一方面，如图4A所示，在集电极电压Vcc是0.1V的情况下，在基极电压Vbb从1.4V到1.6V的范围变化的区域中，在-30℃、30℃和90℃的装置温度下，基极电流Ibb分别在从8到53mA、从18到66mA和从32到83mA的范围变化。如图4B所示，在这些基极电流值上的电流增益hfe随着集电极电流Icc变化而变化，并且电流增益hfe的变化程度根据温度而大大改变。

从上可知，可以说的是，在以其中电流增益hfe随温度而波动的方式的变化对图1和2中所示的互导的温度依赖性具有最大影响。因此，通过采用这样一种方式，即：在该方式中，无论温度高低，将要使用的基极电压区中的电流增益hfe都会同样地波动，就能使如图2所示的饱和区中的特性变成诸如图1中所示出的那些特性。通过获得诸如图1中所示的那些特性，就可以通过仅仅利用基极偏置电路执行常规的温度补偿来获得期望的输出功率。

现在，将描述本发明的高级构思，即一种当高频晶体管在饱和区中操作时，无论温度高低，电流增益hfe都做出同样变化的行为的方法。图5是示出对于装置温度是-30℃、30℃和90℃的情况下、集电极电流Icc一集电极电压Vcc特性(下文中称为“集电极I-V特性”)的图。图6是图5的局部放大图。在图5和图6中，基极电流Ibb是恒定的。在集电极电压Vcc等于或低于约0.5V的饱和区中，在低温下的集电极电流Icc的启动电压比在基准温度下的集电极电流Icc的启动电压低，而在高温下的集电极电流Icc的启动电压比在基准温度下的集电极电流Icc的启动电压高。

在图6中，例如在期望的集电极电流Icc为1mA的情况下，基准集电极电压Vcc(30℃)为0.085V。当实际温度为-30℃和90℃时，正如在上面所述的对基极电压Vbb执行温度补偿的情况，通过向基准电压施加随温度而变的集电极偏移电压Vcc_ofs(T)来，能够获得期望的集电极电压Vcc。具体地说，当实际温度为90℃时，将偏移电压Vcc_ofs(90℃)＝A施加到基准电压上，而当实际温度为-30℃时，将偏移电压Vcc_ofs(-30℃)＝-B施加到基准电压上。装置温度与集电极偏移电压Vcc_ofs(T)之间的关系是由双极性晶体管的构造方法或结构来确定的。装置温度与集电极偏移电压Vcc_ofs(T)之间的关系例如可以通过诸如图7中所示的单线(simple line)之类的图中的单线来表示。

图8是示出对于在通过按上述方式向基准集电极电压Vcc施加集电极偏移电压Vcc_ofs来执行温度补偿的情况下，基极电压Vbb与集电极电流Icc之间的关系的图。正如图2的情况一样，将基准集电极电压Vcc(30℃)固定为0.1V。当装置温度为90℃时，将15mV的集电极偏移电压Vcc_ofs(90℃)施加到基准集电极电压Vcc(30℃)上。当装置温度为-30℃时，将-15mV的集电极偏移电压Vcc_ofs(-30℃)施加到基准集电极电压Vcc(30℃)上。

如图8所示，在通过对集电极电压Vcc执行温度补偿而获得的曲线中，不同于图2中所示的曲线，无论温度高低，集电极电流Icc的最高值基本上都是相同的。尽管在图2中，基极偏移电压可能会根据期望的集电极电流Icc而极大地改变，但是在对集电极电压Vcc执行温度补偿之后，基极偏移电压中的变化是小的。在按上述方式来对集电极电压Vcc执行温度补偿的情况下，集电极电压Vcc与输出功率之间的关系变成如图9中所示，从图9中能够看出，可以使随温度变化的输出功率变化得以足够最小化。因此，正如下面将要描述的那样，根据本发明的每一个实施例的高频功率放大器，都具有用于根据温度来补偿集电极电压Vcc的温度补偿电路。根据这类高频功率放大器，能够使饱和区中的输出功率变化得以最小化。

(第一实施例)

图10是举例说明根据本发明第一实施例的高频功率放大器100(在下文中简单地称为“放大器100”)的等效电路图。所述放大器100包括：双极性晶体管110、RF扼流线圈170、集电极电压产生部件130a、基极偏置电路120、输入匹配电路150和输出匹配电路160。

所述集电极电压产生部件130a经RF扼流线圈170连接于双极性晶体管110的集电极端。将用于控制输出功率大小的功率控制信号Vctrl输入到集电极电压产生部件130a。所述集电极电压产生部件130a包括温度补偿电路145和电压调整器140。

所述输入匹配电路150连接于双极性晶体管110的基极端。经由输入匹配电路150将高频输入信号RFin输入到双极性晶体管110的基极端。经由连接于双极性晶体管110的集电极端的输出匹配电路160，将由双极性晶体管110放大后的高频输入信号RFin作为高频输出信号RFout输出。双极性晶体管110的发射极端接地。

所述基极偏置电路120根据双极性晶体管110的装置温度来调节基极电压Vbb。所述基极偏置电路120执行温度补偿，以便根据温度将基极偏移电压施加到基准基极电压Vbb上，正如早前参照图1和图8所描述的那样。由于这类基极偏置电路已被广泛地和常规地使用，而且不是本发明的关键组成部分，因而将省略对它的详细说明。

所述温度补偿电路145包括温度补偿电压源190和加法器180。从温度补偿电压源190中输出用于温度补偿的偏移电压Vofs(T)，该偏移电压Vofs(T)根据温度T、输出功率等来确定。所述加法器180将用于温度补偿的偏移电压Vofs(T)加到输入的功率控制信号Vctrl上。按照此种方式，产生用下列等式(2)表示的温度补偿电路输出电压Vctrl′(T)：

Vctrl′(T)＝Vctrl+Vofs(T)...(2)。

将用上述等式(2)表示的温度补偿电路输出电压Vctrl′(T)输入到具有电压增益g和偏移电压Vdc的电压调整器140。来自电压调整器140的输出电压，即来自集电极电压产生部件130a的输出电压Vcc(T)，用下列等式(3)来表示：

Vcc(T)＝g·Vctrl(T)+Vdc...(3)。

功率控制信号Vctrl是当装置温度为基准温度(例如，T＝30℃)时，允许在不执行温度补偿的情况下获得期望的输出功率的控制信号。即：

Vofs(30℃)＝0...(4)  和

Vctrl′(30℃)＝Vctrl...(5)。从等式(5)来看，基准集电极电压Vcc(30℃)是用下列等式(6)来表示的：

Vcc(30℃)＝g·Vctrl′(30℃)+Vdc

         ＝g·Vctrl+Vdc    ...  (6)

在基准温度下，基准集电极电压Vcc(30℃)是获得输出功率W所需要的电压。正如早前所描述的那样，当装置温度是T℃时，通过将集电极偏移电压Vcc_ofs(T)加到基准集电极电压Vcc(30℃)上而获得的集电极电压Vcc(T)是获得期望的输出功率W所需要的电压，如下列等式(7)所示：

Vcc(T)＝Vcc(30℃)+Vcc_ofs(T)...(7)

所述集电极偏移电压Vcc_ofs(T)能够从双极性晶体管110的集电极I-V特性中获得，正如早前参照图5和图6所描述的那样。

如果将等式(6)代入等式(7)中，在温度T下获得期望的输出功率所需要的集电极电压Vcc(T)，用下列等式(8)来表示：

Vcc(T)＝g·Vctrl+Vdc+Vcc_ofs(T)

      ＝g·(Vctrl+Vcc_ofs(T)/g)+Vdc ...(8)

从等式(8)来看，所述温度补偿电路输出电压Vctrl′(T)用下列等式(9)来表示：

Vctrl′(T)＝Vctrl+Vcc_ofs(T)/g...(9)

因此，用于温度补偿的偏移电压Vofs(T)是用下列等式(10)来表示的：

Vofs(T)＝Vcc_ofs(T)/g...(10)

值得注意的是，还可以从不执行温度补偿时集电极电压Vcc与输出功率之间的关系中获得集电极偏移电压Vcc_ofs(T)，如图18所示。具体地说，在图18中，如下列等式(11)所示，集电极偏移电压Vcc_ofs(T)可以通过找出获得期望的输出功率W所需要的基准集电极电压Vcc(30℃)与获得实际温度下的输出功率W所需要的集电极电压Vcc(T)之间的差来得到。

Vcc_ofs(T)＝Vcc(T)-Vcc(30℃)...(11)

所述放大器100能够用在使用诸如GSM之类的通信系统的移动电话等等中，在所述通信系统中，输出功率是通过放大器100离基站的距离来确定的。根据放大器100，甚至能够在双极性晶体管的饱和区中，使随温度变化的输出功率变化得以最小化，并由此能够使输出功率稳定。值得注意的是，在将放大器100用在除饱和区之外的区域中的情况下，不必需要在温度补偿电路145中执行温度补偿。还要注意的是，尽管图10示出了单级高频功率放大器100，但是也可以使用两级或三级高频功率放大器，在该两级或三级高频功率放大器中，多个双极性晶体管级联到双极性晶体管110。

值得注意的是，温度补偿电路145的配置不限于图10中所示。具体地说，可以采用任何的电路配置，只要当将控制电压Vctrl输入到温度补偿电路145时，该电路配置允许输出由等式(2)或等式(9)所表示的大小的温度补偿电路输出电压Vctrl′(T)即可。温度补偿电路输出电压Vctrl′(T)可以利用温度补偿电路145中的模拟电路处理或利用数字电路进行的算术运算处理来产生。

所述温度补偿电路145可以包括：在其中存储有包含用于对每个温度进行温度补偿的偏移电压Vofs(T)的大小的表格的寄存器，以及微型计算机。在这种情况下，例如，在温度补偿电路145中，当输入功率控制信号Vctrl时，可以根据温度传感器等等所测量出的装置温度T，从寄存器中读取偏移电压Vofs(T)，然后可以通过利用微型计算机执行数字运算处理来产生温度补偿电路输出电压Vctrl′(T)。

普通的双极性晶体管可以用作图10中所示的双极性晶体管110；然而，通过将异质结双极性晶体管(HBT)用作为双极性晶体管110，能够进一步增进本发明的优点。电压调整器140的特性可以是任何一种，并且温度补偿电路输出电压Vctrl′(T)的大小可以根据电压调整器的输入/输出特性加以确定。在施加的集电极偏移电压Vcc_ofs(T)大小相同但极性相反的情况下，能够用减法器来代替图10中所示的加法器180。

在根据本实施例的高频功率放大器中，在向双极性晶体管的集电极端提供电压的集电极电压产生部件中设置温度补偿电路。所述温度补偿电路根据温度来补偿施加电压，以便在实际温度下获得期望的输出功率。由此，能够使随双极性晶体管的饱和区中的温度的输出功率变化得以最小化。

(第二实施例)

图11是举例说明根据本发明第二实施例的高频功率放大器200的电路图。值得注意的是，在高频功率放大器200中，用相同的附图标记来表示与第一实施例相同的组件，并且将省略对它们的描述。

集电极电压产生部件130b包括：温度补偿电压源190，运算放大器210，电阻器230、240、250和260，以及P型场效应晶体管220(下文中称为“P型FET 220”)。所述电阻器230、240、250和260分别具有R1、R2、R3、和R4的阻值。

所述集电极电压产生部件130b起温度补偿电路和电压调整器两者的作用。所述运算放大器210以及电阻器R3和R4共同构成双输入加法器。所述运算放大器210和P型FET 220构成电压调整器。经由电阻器250向运算放大器210输入功率控制信号Vctrl，而经由电阻器260向运算放大器210输入从温度补偿电压源190输出的用于温度补偿的偏移电压Vofs(T)。

输入到集电极电压产生部件130b的功率控制信号Vctrl与从集电极电压产生部件130b输出的集电极电压Vcc(T)之间的关系是用使用用于温度补偿的偏移电压Vofs(T)和阻值R1到R4的下列等式(12)来表示的。

$\mathrm{Vcc}\left(T\right)=(\frac{R4}{R3+R4}\·\mathrm{Vctrl}+\frac{R3}{R3+R4}\·\mathrm{Vofs}\left(T\right))\·\frac{R1+R2}{R2}...\left(12\right)$

在基准温度下，能够在无需补偿功率控制信号Vctrl的情况下获得期望的输出功率W。在这种情况下，将要施加到双极性晶体管110的集电极端上的基准集电极电压Vcc(30℃)是用下列等式(13)来表示的：

在装置温度是T℃的情况下，同样也是通过向基准集电极电压Vcc(30℃)施加依赖于温度的集电极偏移电压Vcc_ofs(T)，能够获得上述期望的输出功率W。从等式(12)和(13)得出，集电极偏移电压Vcc_ofs是用下列等式(14)来表示的：

$\mathrm{Vcc}\_\mathrm{ofs}\left(T\right)=\frac{R3}{R2}\·\frac{R1+R2}{R3+R4}\·\mathrm{Vofs}\left(T\right)...\left(14\right).$

正如第一实施例中所述，可以从图6中所示的集电极I-V特性中或从如图18所示的不执行温度补偿时集电极电压Vcc与输出功率之间的关系中获得集电极偏移电压Vcc_ofs(T)的大小。用于温度补偿的偏移电压Vofs(T)可以通过对上述等式(14)执行反向运算来获得。如上所述，通过对集电极电压执行温度补偿，能够在双极性晶体管用于饱和区域中时，即使在低输出功率下，也使随温度变化的输出功率变化得以最小化。值得注意的是，P型FET 220可以用PNP双极性晶体管来代替。

在用在诸如移动电话之类的通信设备中的高频功率放大器中，一般来说，使用每一个都包含双极性晶体管的放大部件，以便以多级级联。图12是举例说明级联的高频功率放大器300的示例性电路图。所述高频功率放大器300包括：高频功率放大部件360a、360b和360c以及集电极电压产生部件130b。将高频功率放大部件360a的输出信号输入到双极性晶体管310的基极端，而将高频功率放大部件360b的输出信号输入到双极性晶体管110的基极端。

所述高频功率放大部件360b包括：双极性晶体管310、输入匹配电路350、基极偏置电路320和RF扼流线圈370。所述高频功率放大部件360c包括：双极性晶体管110、输入匹配电路150、基极偏置电路120、RF扼流线圈170和输出匹配电路160。

双极性晶体管310和110中的每一个的集电极端都电连接于集电极电压产生部件130b。由此，将基于功率控制信号Vctrl且根据温度补偿的集电极电压Vcc(T)施加到双极性晶体管310和110上。

还可以向高频功率放大部件360b和360c中的每一个提供一个集电极电压产生部件，以便能够分别地控制双极性晶体管310和110的集电极电压Vcc(T)。

(第三实施例)

图13是举例说明根据本发明第三实施例的高频功率放大器400的电路图。值得注意的是，在高频功率放大器400中，用相同的附图标记来表示与第一和第二实施例中相同的组件，并且将省略对它们的描述。

集电极电压产生部件130c包括：温度补偿电压源190、运算放大器210、电阻器240和260、以及P型场效应晶体管(P型FET)220。所述电阻器240和260分别具有R2和R4的阻值。

集电极电压产生部件130c起温度补偿电路和电压调整器两者的作用。所述运算放大器210和电阻器R4共同构成双输入减法器。所述运算放大器210和P型FET 220构成电压调整器。将功率控制信号Vctrl输入到运算放大器210的负输入端。经由电阻器260将从温度补偿电压源190输出的用于温度补偿的偏移电压Vofs(T)输入到运算放大器210的正输入端。

输入到集电极电压产生部件130c的功率控制信号Vctrl与从集电极电压产生部件130c输出的集电极电压Vcc(T)之间的关系是用使用用于温度补偿的偏移电压Vofs(T)以及阻值R2和R4的下列等式(15)来表示的：

$\mathrm{Vcc}\left(T\right)=\frac{R2+R4}{R4}\·\mathrm{Vctrl}-\frac{R2}{R4}\·\mathrm{Vofs}\left(T\right)...\left(15\right)$

在基准温度下，能够在无需补偿功率控制信号Vctrl的情况下获得期望的输出功率W。在这种情况下，将要施加到双极性晶体管110的集电极端的基准集电极电压Vcc(30℃)是用下列等式(16)来表示的：

当装置温度为T℃时获得上述期望输出功率W所需要的集电极电压Vcc(T)是通过将依赖于温度的集电极偏移电压Vcc_ofs(T)加到基准集电极电压Vcc(30℃)上而获得的电压，并且用下列等式(17)来表示：

从等式(15)和(17)得到，用于温度补偿的偏移电压Vofs(T)是用下列等式(18)来表示的：

$\mathrm{Vofs}\left(T\right)=-\frac{R4}{R2}\·\mathrm{Vcc}\_\mathrm{ofs}\left(T\right)...\left(18\right)$

如第一实施例中所述，可以从图5中所示的集电极I-V特性中，或从如图18所示的不执行温度补偿时的集电极电压Vcc与输出功率之间的关系中获得集电极偏移电压Vcc_ofs(T)的值。如上所述，通过对集电极电压执行温度补偿，能够在双极性晶体管用于饱和区中时，在低输出功率下，也使随温度变化的输出功率变化得以最小化。

在用在诸如移动电话之类的通信设备中的高频功率放大器中，一般来说，使用每一个都包含双极性晶体管的放大部件，以便以多级级联。图14是举例说明包含级联的高频功率放大部件360a、360b和360c的高频功率放大器500的电路图。双极性晶体管310和110中的每一个的集电极端都电连接于集电极电压产生部件130c。由此，将基于功率控制信号Vctrl且根据温度补偿的集电极电压Vcc(T)施加到双极性晶体管310和110上。

在图14中，还可以向高频功率放大部件360b和360c中的每一个提供一个集电极电压产生部件，以便能够独立地控制双极性晶体管310和110的集电极电压Vcc(T)。

(第四实施例)

图15是示出根据本发明第四实施例的高频功率放大器600的结构的电路图。值得注意的是，在高频功率放大器600中，用相同的附图标记来表示与第一实施例等等相同的组件，并且将省略对它们的描述。高频功率放大器600的集电极电压产生部件130d包括温度补偿电路145和DC/DC变换器610。如第一实施例中所述，所述温度补偿电路145例如通过将用于温度补偿的随温度而变的偏移电压Vofs(T)加到功率控制信号Vctrl上，来产生具有温度依赖性的温度补偿电路输出电压Vctrl′(T)。

将所述温度补偿电路输出电压Vctrl′(T)输入到DC/DC变换器610。温度补偿电路输出电压Vctrl′(T)的大小可以根据DC/DC变换器610的输入/输出特性加以确定。具体地说，可以确定温度补偿电路输出电压Vctrl′(T)的大小，以便从DC/DC变换器610中输出期望的集电极电压Vcc(T)。

值得注意的是，尽管图15示出了单级高频功率放大器600，但是还可以使用二级或三级高频功率放大器，在该二级或三级高频功率放大器中，多个双极性晶体管级联于双极性晶体管110。

(第五实施例)

图16是示出根据本发明第五实施例的通信设备700的结构的图。所述通信设备700能被用作为诸如移动电话之类的通信设备。值得注意的是，在通信设备700中，用相同的附图标记来表示与上述实施例相同的组件，并且将省略对它们的描述。

所述通信设备700包括基带电路710、RF调制电路720和高频功率放大器730。所述RF调制电路720包括变换器740、温度补偿电路145和压控振荡器(VCO)750。所述高频功率放大器730包括双极性晶体管110、电压调整器140、基极偏置电路120、输入匹配电路150和输出匹配电路160。温度补偿电路145和电压调整器140构成集电极电压产生部件130e。

所述变换器740将从基带电路710输出的IQ信号变换成调幅信号和调相信号Vphase。将调幅信号作为功率控制信号Vctrl输入到温度补偿电路145。将调相信号Vphase输入到压控振荡器750。在压控振荡器750中，根据调相信号Vphase来控制振动频率。经由输入匹配电路150将压控振荡器750的输出信号输入到双极性晶体管110。

所述温度补偿电路145对所输入的功率控制信号Vctrl执行算术运算处理，然后输出温度补偿电路输出电压Vctrl′(T)。将温度补偿电路输出电压Vctrl′(T)输入到电压调整器140。其中，从电压调整器140中输出集电极电压Vcc(T)并将其施加到双极性晶体管110的集电极端上。

值得注意的是，尽管在通信设备700中，所述温度补偿电路145设置在高频功率放大器730之外，但是也可以在高频功率放大器730内设置温度补偿电路145，如第一到第四实施例中所述。还要注意的是，可以使用DC/DC变换器而不是电压调整器140。在图16中，包含双极性晶体管110的多个双极性晶体管可以是级联的，如图12和14所示。

在根据本实施例的通信设备中，在向双极性晶体管的集电极端提供电压的集电极电压产生部件中设置温度补偿电路。所述温度补偿电路根据温度来补偿施加电压，以便获得实际温度下的期望的输出功率。由此，能够使随双极性晶体管的饱和区中的温度的输出功率变化最小化。

虽然已经详细描述了本发明，但是上述描述在所有方面都是说明性的而非限制性的。当然在不背离本发明的范围的情况下能够设计出许多其它的修改和变形。

Claims (10)

1、一种高频功率放大器，即使是在双极性晶体管的饱和区中，其也能使输出功率的温度依赖性得以最小化，所述放大器包括：

双极性晶体管；

基极偏置电路，用于向该双极性晶体管施加基极电压；和

集电极电压产生部件，用于向该双极性晶体管施加集电极电压，其中

该集电极电压产生部件包括温度补偿电路，用于对将要输入的功率控制信号执行温度补偿。

2、根据权利要求1所述的高频功率放大器，其中所述集电极电压产生部件将一电压作为集电极偏移电压施加到基准集电极电压上，该电压具有于其上获得在基准温度下的期望集电极电流的所述基准集电极电压与获得在实际温度下的期望集电极电流所需要的集电极电压之间的差。

3、根据权利要求1所述的高频功率放大器，其中所述温度补偿电路包括：

温度补偿电压源；和

加法器，用于把将要从该温度补偿电压源中输出的偏移电压加到所述功率控制信号上。

4、根据权利要求1所述的高频功率放大器，其中所述温度补偿电路包括：

温度补偿电压源；和

减法器，用于从所述功率控制信号中减去将要从该温度补偿电压源中输出的偏移电压。

5、根据权利要求1所述的高频功率放大器，其中所述集电极电压产生部件包括电压调整器。

6、根据权利要求1所述的高频功率放大器，其中所述集电极电压产生部件包括DC/DC变换器。

7、根据权利要求1所述的高频功率放大器，其中所述集电极电压产生部件包括：

运算放大器；和

P型场效应晶体管或PNP双极性晶体管。

8、根据权利要求1所述的高频功率放大器，其中所述功率控制信号是调幅信号。

9、根据权利要求1所述的高频功率放大器，其中：

存在多个双极性晶体管，以及

所述多个双极性晶体管是以多级连接的。

10、一种通信设备，包括：

基带电路；

变换器，用于将该基带电路的输出信号变换成调幅信号和调相信号；

包含温度补偿电路的集电极电压产生部件，所述温度补偿电路用于对该调幅信号执行温度补偿；

压控振荡器，用于根据该调相信号来控制振动频率；

具有集电极端和基极端的双极性晶体管，该集电极电压产生部件的输出电压被施加到该集电极端，并且该压控振荡器的输出被输入到该基极端；和

基极偏置电路，用于向该双极性晶体管施加基极电压。

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