专利名称：功率放大器的电流反射镜补偿系统的利记博彩app
背景技术：
1.发明领域本发明一般涉及晶体管静态电流的控制。更具体地说，本发明涉及一种用于补偿功率放大器供电电压变化以使功率放大器的静态电流在变化的工作条件下保持稳定的系统。
2.相关技术当基极-发射极电压和集电极电压(Vcc)稳定时，由晶体管所抽取的静态电流大致上也近似为一常数。当在电路中使用这种晶体管以完成某一任务时、例如在用作射频(RF)发射机的功率放大器中，维持静态电流在各种工作条件下基本上稳定是很重要的。
在现有技术中存在有能在各种工作条件下使发射机的基极-发射极电压基本上保持稳定的方法。一种这样的例子为反射镜偏置电路。反射镜偏置电路采用基准电压(Vref)或基准电流(Iref)来使基极-发射极电压基本上保持稳定。然而，保持稳定的集电极电压(Vcc)更加困难。当集电极电压由电池源提供时、例如在移动通信装置或便携式蜂窝电话中，随着装置的使用电池从最初的充满电状态开始放电，集电极电压发生变化。例如，在一种移动通信装置中，电池电压可从开始的5伏满充电电压一直使用到降至2.8伏，之后装置由于电池较低的功率条件而关机。
已经对现有技术进行开发以减小集电极电压的变化。一种技术是在不使用时节省装置的功耗。然而，这种技术增加额外的成本，并且不可避免存在着电池放电。其它方法采用可从变化的电池电压中提供稳定的集电极电压的电路。然而，这种电路增加装置的成本，并会导致额外的功耗。
因此，在本行业内存在着一种需求，需要在不同工作条件(集电极电压存在变化)下提供基本上稳定的晶体管静态电流的问题，而不需要使用昂贵的附加部件，或因额外的控制电路而牺牲功率效率。
概要本发明提供一种使晶体管中的静态电流稳定的系统。简短地说，可以采用以下的方法实现一个实施例采用两个配置在与射频(RF)功率放大器电路相连的反射镜偏置电路中的补偿电阻器、以便这样调节晶体管的基极-发射极电压、使得流经RF晶体管的静态电流在集电极电压Vcc变化下保持稳定。在这种实施例中，集电极电压Vcc与移动通信装置、例如(但不限于)蜂窝电话中的电池电源相关。第一补偿电阻器与反射晶体管(mirror transistor)的基极相连，从而形成具有第一补偿电阻器、反射晶体管和基准晶体管的串联电路。第二补偿电阻器与缓冲晶体管的基极相连，从而形成具有第二补偿电阻器、缓冲晶体管和RF晶体管的串联电路。
随着集电极电压Vcc的下降，在上述两个串联电路中流过更少的电流，集电极电压的下降可能在通信装置的使用期间电池功率耗尽时产生。当第一补偿电阻器上的电压降下降时，反射晶体管和基准晶体管的基极-发射极电压趋于增大。这些增大的基极-发射极电压反映到功率放大器电路上，使得缓冲晶体管和RF晶体管的基极-发射极电压增大。由于RF晶体管的基极-发射极电压增大，由RF晶体管所抽取的集电极电流也趋于增大。因此，RF晶体管中也称为静态电流的集电极电流随集电极电压Vcc的降低而减小的趋势被集电极电流由于RF晶体管基极-发射极电压增大而增大的趋势抵消。
其它实施例包括移动第一补偿电阻器使其位于反射晶体管的发射极和基准晶体管的基极之间。这里，第一补偿电阻器的大小将按照等于反射晶体管(β反射晶体管)放大系数的倍数减小。另一实施例将第二补偿电阻器移动到位于缓冲晶体管的发射极和RF晶体管的基极之间。同样，第二补偿电阻器的大小将按照等于缓冲晶体管(β缓冲晶体管)放大系数的倍数减小。另一实施例以上述方式重新定位第一补偿电阻器和第二补偿电阻器。其它的实施例采用这样的电装置，该电装置具有为晶体管的基极-发射极电压提供所需补偿的电阻性特性。
在一个实施例中，第一补偿电阻器的大小等于第二补偿电阻器的大小乘以缓冲晶体管的额定电流与反射晶体管的额定电流的比值。在另一些实施例中，补偿电阻器的相对大小可以变化，以减小或增大施加对RF晶体管基极-发射极电压的补偿量。
在阅读下述附图和详细描述后，本领域的技术人员对本发明的其它系统、方法、特征和优点将更加清楚。所有这些附加的系统、方法、特征和优点均包括在此说明书内，包括在本发明的范围内，并受到所附权利要求书的保护。
附图的简单说明附图中的元件并未按比例绘制，而重点在于说明本发明的原理。附图中，在不同的图中采用相似的标号来标明相应的部件。
图1是在添加电流反射镜补偿之前的连接到晶体管的现有技术电流反射镜偏置电路的框图。
图2是图1所示的晶体管的基极-发射极电压对基极电流的特性曲线。
图3是采用电流反射镜补偿的、连接到图1所示功率放大器的电流反射镜偏置电路的框图。
图4是采用本发明的补偿的、连接到根据图1构造的功率放大器的电流反射镜偏置电路的实施例的框图。
图5是图1所示的RF晶体管集电极电流(Ic)在未采用电流反射镜补偿时(Rcomp＝0欧)在两种集电极电压下随基准电流(Iref)变化的曲线图。
图6是图1所示的RF晶体管集电极电流(Ic)在采用电流反射镜补偿时在图4所示的两种集电极电压下随基准电流(Iref)变化的曲线图。
图7是其第一补偿电阻器重新定位以便跟随反射晶体管的发射极的电流反射镜偏置电路的另一实施例的框图。
图8是其第二补偿电阻器重新定位以便跟随缓冲晶体管的发射极的电流反射镜偏置电路的另一实施例的框图。
图9是其第一补偿电阻器重新定位以便跟随反射晶体管的发射极并且其第二补偿电阻器重新定位以便跟随缓冲晶体管的发射极的电流反射镜偏置电路的另一实施例的框图。
图10是采用具有电阻式特性的装置的电流反射镜偏置电路的另一实施例的框图。
详细描述1.连接到RF功率放大器电路的电流反射镜电路控制静态电流的一个关键因素是在装置预期会遇到的工作条件的预期范围上保持基本上稳定的基极-发射极电压的能力。图1显示连接到射频(RF)功率放大器电路124的电流反射镜偏置电路122的框图。
反射镜偏置电路122包括两个晶体管，即反射晶体管126和基准晶体管128。RF功率放大器电路124也包括两个晶体管，即缓冲晶体管130和射频(RF)晶体管132。反射晶体管126和缓冲晶体管130均配置成发射极输出晶体管。这两个发射极输出晶体管分别被基准晶体管128和RF晶体管132基极加载。在各晶体管中，基极-发射极电压降为相对稳定的值，约为1.2到1.3伏。如图1所示，在反射镜偏置电路122和RF功率放大器电路124的配置中，反射晶体管126、缓冲晶体管130和RF晶体管132的集电极连接到相同电压Vcc上。这里，Vcc表示晶体管的电源，通常表示为集电极电压。在一些移动通信装置中，Vcc对应于电池供电电压。
基准晶体管128的集电极电压为节点134的电压。这里，由于反射镜偏置电路122的设计，节点134的电压基本上恒定。此外，节点134的电压可自动地调整到预定值，如下所述。如图1所示，节点134的电压由反射晶体管126和基准晶体管128上的基极-发射极电压降以及Rref上的电压降决定。节点134的电压等于反射晶体管126和基准晶体管128上的电压降之和，一般为2.4伏到2.6伏。节点134的电压还等于节点136处的基准电压(Vref)减去基准电阻器138上的电压降(Rref)。给定其中安装有反射镜偏置电路122的特定装置，设计工程师就可在节点136上施加稳定的基准电压(Vref)或稳定的基准电流(Iref)，并确定基准电阻器138的值，使得能实现反射镜偏置电路122的所需的稳定效果。
本领域的技术人员可以理解，一旦确定反射镜偏置电路122的工作，基准电阻器138、反射晶体管126和基准晶体管128的串联电路将在各电路元件上具有稳定的电压降。下述方程1描述上述串联电路的特征电压1)Vref＝[(Iref)×(Rref)]+(Vb/e)mirror+(Vb/e)ref在上述方程1中，“(Vb/e)mirror”是反射晶体管126的基极-发射极电压，“(Vb/e)ref”是基准晶体管128的基极发射极电压，“(Iref)”是流经基准电阻器138的电流，而“(Rref)”是基准电阻器138的电阻。还应注意的是，由于节点134与反射晶体管126的基极直接相连，因此节点134的电压是施加在反射晶体管126上的基极电压。
在装置工作期间，系统工作条件可能会发生变化而使得反射镜偏置电路122的电压平衡受到干扰。例如，改变晶体管126和/或128的温度条件可使各晶体管连接点上的电压降产生轻微变化。更重要的是，集电极电压可随电池在装置使用期间的放电而变化。本领域的技术人员可以容易地理解，当这些系统工作条件开始使节点134的电压发生变化时，反射镜偏置电路122可将节点134的电压自动地调整回所需的工作点，这是因为反射晶体管126和基准晶体管128之间存在闭环反馈电路。
Iref电流在节点134分成三个方向。反射晶体管126和缓冲晶体管130的基极具有比基准晶体管128的集电极更高的直流(DC)阻抗。因此，大部分(即＞95％)的Iref电流流经基准晶体管128。由于基准晶体管128的集电极-基极连接和反射晶体管126的基极-发射极连接构成反馈回路，因此反射晶体管126保持工作点，使得基准晶体管128在变化的工作条件下保持基本上稳定的集电极电流。因此，工作条件如温度和Vcc中的变化由如图1所示的反馈回路来补偿。
同样如图1所示，节点134与缓冲晶体管130的基极相连。由于缓冲晶体管130的发射极与RF晶体管132的基极相连，节点134的电压也等于缓冲晶体管130的基极-发射极电压降加上RF晶体管132的基极-发射极电压降，如同从方程2中可看出的一样2)Vref＝[(Iref)×(Rref)]+(Vb/e)buffer+(Vb/e)RF由于四个晶体管126，128，130和132的基极-发射极电压降均大约相同，并且由于基准电阻器138、缓冲晶体管130和RF晶体管132的串联电路配置成与基准电阻器138、反射晶体管126和基准晶体管128的串联电路相似，因此反射镜偏置电路122中各点的电压映像到RF功率放大器电路124中，并且基本上相等。例如，在节点140处测得的基准晶体管128的基极电压基本上与在节点142处测得的RF晶体管132的基极电压相等。
2.晶体管的基极电流和基极-发射极电压图2显示晶体管基极-发射极电压和基极电流之间的典型特性。对于已知的基极-发射极电压，可确定晶体管基极电流。例如，在集电极电压Vcc为3.0伏和基极-发射极电压为1.300伏时，晶体管基极电流约为0.25毫安(mA)(见标号202)。
如果反射镜偏置电路122和RF功率放大器电路124(图1)的工作条件使得晶体管在基极-发射极电压为1.300伏(或更小)下工作，那么图2说明集电极电压(Vcc)的变化将不会显著地影响晶体管的基极电流。这里，图2说明将Vcc改变为5.0伏只会使基极电流增大到约0.6毫安(见标号204)。因此，当基极-发射极电压等于1.300伏时，在Vcc从3.0伏变化到5.0伏时，流经晶体管的基极电流只会从0.25毫安变化到0.60毫安。然而，如果晶体管的基极-发射极电压稍高，流经晶体管的基极电流的变化会随Vcc的变化而显著地改变。例如，在Vcc为5.0伏和基极-发射极电压为1.315伏时，基极电流约为2.25毫安(见标号206)。当Vcc下降到3.0伏时，基极电流下降到约0.6毫安(见标号208)。此1.65毫安的变化比在基极-发射极电压稍低于1.300伏的基极-发射极电压时0.35毫安的变化高得多。
在集电极电压Vcc改变的情况下，集电极电流的变化比上述基极电流变化还更显著。如本领域众所周知的，集电极电流等于基极电流乘以放大倍数β。例如，在基极-发射极电压为1.315伏和β＝10时，集电极电流从在Vcc等于5.0伏的22.5毫安下降到Vcc减小到3.0伏时的6毫安。集电极电流的这一16.5毫安的变化会对任何具有上述特征和工作条件的晶体管的装置的工作造成负面的影响。
在图1中，RF晶体管132的集电极与Vcc相连。也称为静态电流的RF晶体管132的集电极电流(Ic)对Vcc的变化来说会显著改变。虽然反射镜电路122趋于使晶体管126，128，130和132的基极-发射极电压在多种工作条件下保持稳定，然而仅控制基极-发射极电压不足以使流经RF晶体管132的集电极电流(静态电流)基本上保持稳定。
如上所述，反射镜偏置电路122和RF功率电路124的稳定工作取决于所有节点电压在反射镜偏置电路和RF功率放大器电路之间均相同。基准晶体管128的集电极电压因反射晶体管126和基准晶体管128的基极-发射极连接的电压降(Vbe)大致相等而基本上保持稳定。也就是说，从节点134到地的总电压降约等于2乘以Vbe(2×Vbe)。这一2×Vbe的电压降基本上稳定，并与Vcc无关。然而，RF晶体管132的集电极电压直接取决于Vcc。因此，当Vcc变化时，由RF晶体管132所抽取的集电极电流Ic或静态电流发生变化。
3.电流反射镜补偿系统的综述图3是采用电流反射镜补偿的电流反射镜偏置电路的框图。图中示出插入反射镜偏置电路302中的两个补偿电阻器Rcomp1(见标号306)和Rcomp2(见标号308)。反射镜偏置电路302与RF功率放大器电路304相连。为方便说明，图3与图1所示相似的元件采用相同的标号。在图1和3中具有相同标号的这类元件可视为相似元件，然而，由于这些相似标号的元件对采用反射镜偏置电路302和RF功率放大器电路304的现有部分的本发明工作来说不太重要，因此本领域的技术人员可以理解，图1和3所示的元件并不必相同。因此，类似标明的相似元件的工作和功能性不再详细介绍，只是介绍到为理解本发明的工作和功能性所必须的程度。
与反射镜偏置电路122(图1)一样，具有补偿电阻器306和308的反射镜偏置电路302可调节反射镜偏置电路302中的电压，并将这些所调节的电压映射到功率放大器电路304中，其方式与反射镜偏置电路122调节电压并将所调节的电压映射到RF功率放大器电路124中(图1)类似。然而，补偿电阻器306和308趋于使晶体管126，128，130和132的基极-发射极电压变化小，其方式使得RF晶体管132的集电极电流[(Ic)RF](静态电流)在集电极电压Vcc变化时基本上保持稳定的值。也就是说，由于移动通信装置的电池在使用移动通信装置时放电，因此与电池供电电压相对应的集电极电压Vcc下降。反射镜偏置电路302中的补偿电阻器306和308的效果使得在电池电压下降时流经RF晶体管132的静态电流基本上稳定。
4.电流反射镜补偿系统的实施例图4是与功率放大器相连的采用本发明的补偿的电流反射镜偏置电路的一个实施例的框图。图中显示反射镜偏置电路402与RF功率放大器电路404相连。在反射镜偏置电路402中设有反射晶体管406和基准晶体管408。在RF功率放大器电路404中设有缓冲晶体管410和RF晶体管412。
反射晶体管406和基准晶体管408是具有相同额定电流的相同类型的晶体管，这由各晶体管上所标识的“N＝1”来表示。缓冲晶体管410的晶体管额定电流约为反射晶体管406的24倍，这由缓冲晶体管410上所标识的“N＝24”来表示。而且，RF晶体管412具有约为缓冲晶体管410的额定电流的24倍的额定电流，这由RF晶体管412上所标识的“N＝24”来表示。
电阻器414即R1位于RF功率放大器电路404中，并连接在节点416和地之间。阻值为500欧姆(欧)的电阻器414可使得由缓冲晶体管410提供的RF晶体管412的基极电流[(Ib)RF]处于对RF晶体管412的基极电流来说特定的所需工作参数内。电阻器418(R2)位于反射镜偏置电路402中。电阻器418连接在节点420和地之间，如图4所示。阻值为12千欧(千欧)的电阻器418使得反射镜偏置电路402中节点420处的电压映射到RF功率放大器电路404的节点416处。也就是说，反射镜偏置电路402中节点420的电压等于RF功率放大器电路404中节点416处的电压。由于缓冲晶体管410为反射晶体管406大小的24倍，因此电阻器418为电阻器414值的24倍[(R1)×24＝R2]。
在反射镜偏置电路402的这一实施例中，阻值为5欧的基极电阻器422连接在节点420和基准晶体管408的基极之间。基极电阻器422补偿存在于偏置电路节点416和RF晶体管412之间的任何RF隔离元件(未示出)中的实际损耗。基极电阻器422的5欧的值足够小，使得流入基准晶体管408中的电流不会受到显著的影响。而且，从节点420通过基极电阻器422和基准晶体管408的电压降基本上等于只通过基准晶体管408的基极-发射极电压降，这是因为基极电阻器422较小和基准晶体管408的基极电流较低。
在节点426和节点428之间连接330欧的基准电阻器424(Rref)。基准电阻器424的大小使得传送到反射晶体管406中的基极电流[(Ib)MIR]和传送到缓冲晶体管410中的基极电流[(Ib)BUF]处于反射晶体管406和缓冲晶体管410的规格之内。
在节点428和反射晶体管406的基极之间设有第一补偿电阻器430(Rcomp1)，如图4所示。在节点428和缓冲晶体管410的基极之间设有第二补偿电阻器432(Rcomp2)。在此实施例中，第一补偿电阻器430的阻值为3千欧。第二补偿电阻器432的阻值为125欧。第一补偿电阻器430为第二补偿电阻器432的大小的24倍[(Rcomp2)×24＝Rcomp1]。虽然在第一和第二补偿电阻器的值之间维持这一比率，然而在其它实施例中可采用不同的值，其可高于或低于上述实施例中的值，以分别进行更多或更少的补偿。
公式3描述位于反射镜偏置电路402中的串联电路的特性，它包括基准电阻器424、补偿电阻器430、反射晶体管406和基准晶体管408。(由于基极电阻器422的值很小，基极电阻器422上的电压降是微不足道的，因此在公式3中略去这一电压降。)公式4描述包括基准电阻器424、补偿电阻器432、缓冲晶体管410和RF晶体管412的串联电路的特性。
3)Vref＝[(Iref)×(Rref)]+[(IB)mir)×(Rcomp1)]+(Vb/e)mirror+(Vb/e)ref4)Vref＝[(Iref)×(Rref)]+[(IB)buf)×(Rcomp2)]+(Vb/e)buffer+(Vb/e)RF
在上述公式3和4中，假定晶体管406，408，410和412的基极-发射极电压大致相等，并且使补偿电阻器430与432的比率大小为24倍，那么反射镜偏置电路402中节点436和420处的电压可分别反映到RF功率放大器电路404中节点438和416处。也就是说，节点420处的电压反映到节点416、使得节点416处的电压基本上等于节点420处的电压。然而，第一补偿电阻器430和第二补偿电阻器432的增设以下述方式在节点428处提供可变电压。节点428处的可变电压提供晶体管406，408，410和412处的基极-发射极电压的补偿，使得集电极电压Vcc的差异可以任何方式进行补偿，因此，也称为RF功率放大器电路404的静态电流的RF晶体管412的集电极电流[(Ic)RF]，保持基本上稳定的值。
5.反射镜电路偏置补偿操作和功能性位于反射镜偏置电路402中的补偿电阻器430和432(图4)的作用是稍稍降低晶体管406，408，410和412的基极-发射极电压以得到较高的集电极电压，以及稍稍增大晶体管406，408，410和412的基极-发射极电压以得到较低的集电极电压Vcc。如图2所示，当集电极电压Vcc等于3.0伏时，基极-发射极电压设定为1.315伏下可由发射机抽取约0.6毫安的基极电流，如标号208所示。晶体管抽取的基极电流可为2.25毫安，其集电极电压Vcc等于5.0伏(206)。然而，如果当集电极电压Vcc等于5.0伏时基极电压可降低到1.300伏，晶体管所抽取的基极电流将等于约0.6毫安(204)。因此，将发射极电压从1.315伏(当Vcc等于3.0伏时)降低到1.300伏(当集电极电压Vcc等于5.0伏)，当集电极电压分别等于3.0伏或5.0伏时的工作条件下得到由发射机抽取的基本上恒定的基极电流。此外，如果随着Vcc从3.0伏增大到5.0伏基极-发射极电压以线性方式从1.315伏(当Vcc等于3.0伏)降低到1.300伏(当Vcc等于5.0伏)，那么晶体管所抽取的基极电流将基本上在0.6毫安处保持稳定。这一近似稳定的工作范围由图2中的虚线210表示。
当装置中的所有元件处于稳定工作条件下时，反射镜偏置电路402中各节点处的电压反映到RF功率放大器电路404中。由于反射镜偏置电路402中的反馈回路，节点428处的电压在装置工作期间保持基本上稳定的值。然而，当与反射镜偏置电路122(图1)相比时，增设补偿电阻器430改变从节点428通过反射晶体管406和基准晶体管408的串联电路，如上述公式3所述。此串联电路现包括补偿电阻器430。此串联电路(Rcomp1、反射晶体管406和基准晶体管408)上的电压降现在就作为由反射晶体管406所抽取的基极电流的函数而变化。节点436处的电压等于节点428处的电压减去补偿电阻器430(Rcomp1)上的电压降。由于反射晶体管406和基准晶体管408的基极-发射极电压基本上相等，因此晶体管406和408的基极-发射极电压等于节点436处的电压的一半。(这里，在此介绍中可略去基极电阻器422上的电压降，这是因为由基准晶体管408所抽取的基极电流在5欧基极电阻器422上产生的电压降与补偿电阻器430上的电压降以及晶体管406和408的基极-发射极电压的关系不大。)随着电池在装置使用期间的放电，集电极电压Vcc下降。反射晶体管406因Vcc开始降低而抽取更少的集电极电流。然后反射晶体管406抽取相应减少量的基极电流。当反射晶体管406的基极电流减少时，第一补偿电阻器430(Rcomp1)上的电压降也减小。由于节点428处的电压保持在基本上稳定的值，反射晶体管406和基准晶体管408上的基极-发射极电压均增大，增大的量约为第一补偿电阻器430的电压下降的量的一半。通过适当地选择补偿电阻器430和432的值(分别为3千欧和125欧)，就可如图2中虚线210所示的那样补偿晶体管406，408，410和412上的基极-发射极电压。
总之，由于第二补偿电阻器432(Rcomp2)比第一补偿电阻器430(Rcomp1)小24倍，反射镜偏置电路402中的节点436处的电压反映到RF功率放大器电路404中，使得节点438处的电压基本上等于节点436处的电压。类似地，反射镜偏置电路402的节点420处的电压反映到RF功率放大器电路404中的节点416处。因此，缓冲晶体管410和RF晶体管412的基极-发射极电压被迫以与反射晶体管406和基准晶体管408基极-发射极电压相同的方式随集电极电压Vcc的变化而变化。
6.采用反射镜偏置电路补偿的RF功率放大器电路中的静态电流图5是在未采用电流反射镜补偿(Rcomp＝0欧)时，对于两个集电极电压而言，图1所示的RF晶体管中的集电极电流(Ic)随基准电流(Iref)变化的曲线图。图6是在采用电流反射镜补偿时，对于图4所示两个集电极电压而言，图1所示的RF晶体管中的集电极电流(Ic)随基准电流(Iref)变化的曲线图。
图5和6显示在实验室试验条件下一个实施例的性能。图5和6描绘对于注入节点426(图4)中的各基准电流而言的RF晶体管412(图4)的集电极电流之间的关系。每个曲线图都包括在集电极电压Vcc为5.1伏和3.4伏下集电极电流对基准电流的曲线。这里，RF晶体管412的集电极电流[(Ic)RF]也称为RF功率放大器电路404(图4)的静态电流。
图5显示当补偿电阻器430和432(图4)设定为0欧时RF功率放大器电路404的性能。也就是说，在反射镜偏置电路402(图4)中未采用任何补偿，这样，反射镜偏置电路简化至现有技术的反射镜偏置电路122(图1)。图5中的曲线表明，当基准电流设定为低值时，RF晶体管412(图4)中的集电极电流变化并不显著。例如，当基准电流等于2.0毫安时，集电极电流从Vcc等于5.1伏时的66毫安(见标号502)降低到Vcc等于3.4伏时的61毫安(见标号504)。
然而，如果基准电流(I REF)设定为6.0毫安，则集电极电流从Vcc等于5.1伏时的286毫安(见标号506)降低到当Vcc等于3.4伏时的816毫安(见标号508)。因此，图5的曲线表明，当基准电流(I REF)为相对较大的值时，也称为静态电流的RF晶体管412(图4)的集电极电流可随集电极电压Vcc的变化而剧烈地改变。
图5和6中的基准电流(I REF)对应于图3和4中的基准电压(VREF)，其中可在图3和4中的反射镜偏置电路302和/或402中分别采用基准电压源或基准电流源。因此，较高的基准电流(I REF)对应于反射镜偏置电路402(图4)的节点426处的较高基准电压(V REF)。较高的基准电流(I REF)和/或较高的基准电压(V REF)对应于这样一种工作条件，其使得晶体管406，408，410和412(图4)的基极-发射极电压对应于如图2所示的相对较高的基极-发射极电压。
图5还表明，当基准电流(I REF)为较低的值时，RF晶体管412(图4)的集电极电流不会随集电极电压Vcc的变化而剧烈地改变。较低的基准电流(I REF)对应于施加在反射镜偏置电路402(图4)的节点426处的较低基准电压(V REF)。较低的基准电流(I REF)和/或较低的基准电压(V REF)对应于这样一种工作条件，其中晶体管406，408，410和412(图4)的基极-发射极电压在图2所示的较低基极-发射极电压下工作。如上所述，当晶体管在较低基极-发射极电压下工作时，基极电流以及集电极电流不会如图2所示地显著地改变。
图6显示当在反射镜偏置电路402(图4)中采用补偿电阻器430和432时RF功率放大器电路404的性能。这里，第一补偿电阻器430(Rcomp1)设定为3千欧。第二补偿电阻器432(Rcomp2)设定为500欧。当基准电流为较低值时，图6的曲线表明，也称为静态电流的RF晶体管412的集电极电流[(Ic)RF]不会随集电极电压Vcc的变化而显著变化。在基准电流(I REF)等于2.0毫安时，集电极电流随着集电极电压Vcc从5.1伏降低到3.4伏而从63毫安(见标号602)降低到60毫安(见标号604)。在较低集电极电流(I REF)处，具有反射镜偏置电路补偿的RF功率放大器电路404的性能基本上与未设置反射镜偏置电路补偿的性能等效。
然而，反射镜电路补偿显著地降低较高基准电流(I REF)下的集电极电流的变化。例如，在基准电流(I REF)为6.0毫安时，集电极电流随着集电极电压Vcc从5.1伏降低到3.4伏而从205毫安(见标号606)降低到182毫安(见标号608)。如图6所示具有反射镜偏置电路补偿的RF晶体管412的集电极电流的这一23毫安的变化明显小于如图5所示的在基准电流(I REF)等于6.0毫安时的未设置反射镜偏置电路补偿的92毫安的变化。
包括如图4所示的选择基准电压(V REF)和/或选择基准电流(IREF)在内的反射镜偏置电路402和RF功率放大器电路404的实际工作条件取决于其它因素，这些因素确定了其中采用反射镜偏置电路402和RF功率放大器电路404的特定装置所需的工作参数。如果采用反射镜偏置电路402和RF功率放大器电路404的特定工作性能需要较高的基准电压(V REF)和/或较高的基准电流(I REF)，那么在反射镜偏置电路402中采用补偿电阻器430和432可以提供一种基本上能使RF晶体管412中也称为静态电流的集电极电流[(Ic)RF]稳定的系统。
7.其它实施例A.位于发射极的补偿电阻器具有补偿的反射镜偏置电路的另一实施例采用重新定位的补偿电阻器，使得补偿电阻器与反射晶体管和/或缓冲晶体管的发射极相连。在图7-9中显示三个这种实施例。
图7是反射镜偏置电路702和RF功率放大器电路704的简化示意图。反射晶体管706和基准晶体管708位于反射镜偏置电路702中。缓冲晶体管710和RF晶体管712处于RF功率放大器电路704中。反射镜偏置电路702和RF功率放大器电路704相连在一起，并配置成与图3所示的反射镜偏置电路302和RF功率放大器电路304类似地构造。然而，图3中所示的第一补偿电阻器306(Rcomp1)已被重新定位。第一补偿电阻器最初连接在节点714和反射晶体管706的基极之间。而现在，补偿电阻器716连接在反射晶体管706的发射极和节点718之间。而且，补偿电阻器716的大小为补偿电阻器306(图3)的βMT分之一，其中βMT等于反射晶体管706的直流增益。
在如图7A所示的反射镜偏置电路702的配置中，基准节点718处的电压映射到节点720中(使得节点720处的电压基本上等于节点718处的电压)，并且补偿电阻器716和720的作用使得通过RF晶体管712的集电极电流[(Ic)RF]或静态电流基本上稳定。也就是说，在集电极电压Vcc变化时，以与RF晶体管132(图3)的集电极电流非常相似的方式使流经RF晶体管712的集电极电流[(Ic)RF]稳定化。
图8是反射镜偏置电路802和RF功率放大器电路804的简化示意图。反射晶体管706和基准晶体管708位于反射镜偏置电路802中。缓冲晶体管710和RF晶体管712处于RF功率放大器电路804中。反射镜偏置电路702和RF功率放大器电路704相连在一起，并配置成与图3所示的反射镜偏置电路302和RF功率放大器电路304类似。然而，图3中所示的第二补偿电阻器308(Rcomp2)已被重新定位。第二补偿电阻器最初连接在节点714和缓冲晶体管710的基极之间。现在，补偿电阻器806连接在缓冲晶体管710的发射极和节点720之间。而且，补偿电阻器806的大小为补偿电阻器306(图3)的βBT分之一，其中βBT等于缓冲晶体管710的直流增益。
在如图8所示的反射镜偏置电路802的结构中，基准节点718处的电压反射到节点720中(使得节点720处的电压基本上等于节点718处的电压)，并且补偿电阻器808和806的效果使得通过RF晶体管712的集电极电流[(Ic)RF]或静态电流基本上稳定。也就是说，在集电极电压Vcc变化时，流经RF晶体管712的集电极电流[(Ic)RF]以与RF晶体管132(图3)的集电极电流相同的方式变化。
图9是反射镜偏置电路902和RF功率放大器电路904的简化示意图。反射晶体管706和基准晶体管708位于反射镜偏置电路902中。缓冲晶体管710和RF晶体管712处于RF功率放大器电路904中。反射镜偏置电路902和RF功率放大器电路904相连在一起，并配置成与图3所示的反射镜偏置电路302和RF功率放大器电路304类似地构造。然而，图3中所示的第一补偿电阻器306(Rcomp1)和第二补偿电阻器308(Rcomp2)已被重新放置。
第一补偿电阻器最初连接在节点714和反射晶体管706的基极之间。而现在，补偿电阻器906连接在反射晶体管706的发射极和节点718之间。而且，补偿电阻器906的大小为补偿电阻器306(图3)的βMT分之一，其中βMT等于反射晶体管706的直流增益。
第二补偿电阻器最初连接在节点714和反射晶体管710的基极之间。而现在，补偿电阻器806连接在缓冲晶体管710的发射极和节点720之间。而且，补偿电阻器908的大小为补偿电阻器308(图3)的βBT分之一，其中βBT等于缓冲晶体管710的直流增益。
在如图9所示的反射镜偏置电路702的配置中，基准节点718处的电压反映到节点720中(使得节点720处的电压基本上等于节点718处的电压)，并且补偿电阻器906和908的作用使得通过RF晶体管712的集电极电流[(Ic)RF]或静态电流基本上稳定。也就是说，在集电极电压Vcc变化时，以与RF晶体管132(图3)的集电极电流非常相似的方式使流经RF晶体管712的集电极电流[(Ic)RF]稳定化。
B.类似于电阻器的装置具有补偿作用的反射镜偏置电路的另一实施例可采用阻抗元件和/或具有类似于电阻器的特性的装置。图10显示一个这种实施例。
图10是反射镜偏置电路802和RF功率放大器电路804的简化示意图。反射晶体管806和基准晶体管808位于反射镜偏置电路802中。缓冲晶体管810和RF晶体管812位于RF功率放大器电路804中。反射镜偏置电路802和RF功率放大器电路804相连在一起，并配置成与图3所示的反射镜偏置电路302和RF功率放大器电路304类似。然而，图3中的补偿电阻器306和308被装置814和816代替。装置814和816的参数确定成使得装置814和816的阻抗特性分别与补偿电阻器306和308(图3)基本上等效。
在如图10所示的反射镜偏置电路802和RF功率放大器电路804的结构中，基准节点818处的电压反映到节点820中(使得节点820处的电压基本上等于节点818处的电压)，并且装置814和816的作用使得通过RF晶体管812的集电极电流[(Ic)RF](也称为静态电流)基本上稳定。也就是说，在集电极电压Vcc变化时，以与RF晶体管132(图3)的集电极电流非常相似的方式使流经RF晶体管812的集电极电流[(Ic)RF]稳定化。
此外，可以改变装置814和/或816的位置，使得装置814和/或816分别随从反射晶体管806和/或缓冲晶体管810的发射极。装置814和/或816的参数将根据上述系统来确定。
C.非额定补偿电阻比具有补偿的反射镜偏置电路的另一实施例采用具有非额定值的补偿电阻器。在参考图4描述的具有补偿的反射镜偏置电路的实施例中，第一补偿电阻器430与第二补偿电阻器432之比等于比率N(缓冲晶体管410与反射晶体管406之比)。在图4所示的示例性实施例中，比率N等于24。
采用非额定比的具有补偿的反射镜偏置电路的工作和功能参考图3进行了描述。非额定比定义为等于第一补偿电阻器306的大小除以第二补偿电阻器308的大小，再除以上述比率N。也就是说，非额定比等于补偿电阻器306与308之比的每单位值再用比率N归一化。
如果非额定比大于1，补偿电阻器306的大小除以补偿电阻器308的大小大于N。当非额定比大于1时，缓冲晶体管130和RF晶体管132的基极-发射极电压稍稍大于反射晶体管126和基准晶体管128的基极-发射极电压。这是由于补偿电阻器308上的电压降小于补偿电阻器306上的电压降而产生的。基极-发射极电压中的这一微小变化具有增加流经RF晶体管132的静态电流的作用。
或者，非额定比也可小于1.0。也就是说，补偿电阻器306的电阻除以补偿电阻器308的电阻小于比率N。这里，反射晶体管126和基准晶体管128将具有比缓冲晶体管130和RF体管132稍大的基极-发射极电压。基极-发射极电压中的差异是由于补偿电阻器308上的电压降大于补偿电阻器306上的电压降而产生的。这具有减少流经RF晶体管132的静态电流的作用。
D.其它可供选择的实施例虽然已经描述本发明的多个实施例，然而对于本领域的技术人员来说很明显，在本发明的范围内可能还有许多实施例和实施方式。
权利要求
1.一种用于稳定射频(RF)晶体管中的静态电流的系统，它包括具有基极和额定电流的反射晶体管；具有基极、静态电流和集电极的RF晶体管，所述集电极与电源相连；具有基极、发射极和额定电流的缓冲晶体管，所述缓冲晶体管的发射极与所述RF晶体管的基极相连；具有一定电阻的第一补偿阻抗元件，所述第一补偿阻抗元件与所述反射晶体管的基极相连；和具有一定电阻的第二补偿阻抗元件，所述第二补偿阻抗元件与所述缓冲晶体管的基极相连，使得所述第一补偿阻抗元件的电阻等于所述第二补偿阻抗元件的电阻乘以一个因子，所述因子等于所述缓冲晶体管的额定电流与所述反射晶体管的额定电流之比，并使得所述静态电流在所述电源中产生变化后基本上保持稳定。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于所述系统还包括基准源；与所述基准源相连的基准阻抗元件；与所述基准源、所述第一补偿阻抗元件和所述第二补偿阻抗元件相连的基准节点。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于所述基准源为电流源。
4.如权利要求2所述的系统，其特征在于所述基准源为电压源。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于所述第一补偿阻抗元件为电阻器。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于所述第二补偿阻抗元件为电阻器。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于所述因子还乘上非额定比。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于所述非额定比大于1。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于所述非额定比小于1。
10.一种稳定射频(RF)晶体管中的静态电流的系统，它包括具有基极、发射极、额定电流和直流(DC)电流增益(βMT)的反射晶体管；具有基极的基准晶体管；具有基极、静态电流和集电极的RF晶体管，所述集电极连接到电源；具有基极、发射极和额定电流的缓冲晶体管，所述缓冲晶体管的发射极连接到所述RF晶体管的基极；具有一定电阻的第一补偿阻抗元件，所述第一补偿阻抗元件连接到所述反射晶体管的发射极和所述基准晶体管的基极；以及具有一定电阻的第二补偿阻抗元件，所述第二补偿阻抗元件连接到所述缓冲晶体管的基极，使得所述第一补偿阻抗元件的电阻等于所述第二补偿阻抗元件的电阻乘以一个因子，所述因子等于一个比率除以所述βMT，所述比率等于所述缓冲晶体管的额定电流除以所述反射晶体管的额定电流，以及使得所述电源中变化后所述静态电流基本上保持稳定。
11.一种稳定射频(RF)晶体管中的静态电流的系统，它包括具有基极和额定电流的反射晶体管；具有基极、静态电流和集电极的RF晶体管，所述集电极连接到电源；具有发射极、额定电流和直流(DC)电流增益(βBT)的缓冲晶体管；具有一定电阻的第一补偿阻抗元件，所述第一补偿阻抗元件连接到所述反射晶体管的基极；以及具有一定电阻的第二补偿阻抗元件，所述第二补偿阻抗元件连接到所述缓冲晶体管的发射极和所述RF晶体管的基极，使得所述第一补偿阻抗元件的电阻等于所述第二补偿阻抗元件的电阻乘以一个因子，所述因子等于一个比率除以所述βBT，所述比率等于所述缓冲晶体管的额定电流除以所述反射晶体管的额定电流，以及使得所述电源变化后所述静态电流基本上保持稳定。
12.一种用于稳定晶体管中的静态电流的方法，所述方法包括以下步骤为第一补偿阻抗元件和第二补偿阻抗元件提供基准源；为具有基极-发射极电压和静态电流的射频(RF)晶体管的集电极提供电源；随所述电源电压的下降而降低所述第一补偿阻抗元件和所述第二补偿阻抗元件两端的电压；以及随所述电源电压的下降而同时增大所述RF晶体管的基极-发射极电压、使得在所述电源电压下降后所述静态电流基本上恒定。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于提供所述基准源的步骤还包括提供加到与所述第一补偿阻抗元件和所述第二补偿阻抗元件相连的基准阻抗元件上的基准电压源的步骤。
14.如权利要求12所述的方法，其特征在于提供所述基准源的步骤还包括提供流过与所述第一补偿阻抗元件和所述第二补偿阻抗元件相连的基准阻抗元件的基准电流源的步骤。
15.如权利要求12所述的方法，其特征在于还包括以下步骤在增大所述RF晶体管的基极-发射极电压的步骤的同时增大反射晶体管的基极-发射极电压。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于还包括以下步骤在增大所述RF晶体管的基极-发射极电压的步骤的同时增大基准晶体管的基极-发射极电压。
17.如权利要求15所述的方法，其特征在于还包括以下步骤在增大所述RF晶体管的基极-发射极电压的步骤的同时增大缓冲晶体管的基极-发射极电压。
18.如权利要求13所述的方法，其特征在于还包括以下步骤随所述电源电压的增加而增大所述第一补偿阻抗元件和所述第二补偿阻抗元件两端的电压；以及随所述电源电压的增加而同时减小所述RF晶体管的基极-发射极电压、使在所述电源电压增加后得所述静态电流基本上恒定。
19.一种用于稳定晶体管中的静态电流的系统，它包括用于为第一补偿阻抗元件和第二补偿阻抗元件提供基准源的装置；用于为具有基极-发射极电压和静态电流的射频(RF)晶体管的集电极提供电源的装置；用于随所述电源电压的下降而降低所述第一补偿阻抗元件和所述第二补偿阻抗元件两端的电压的装置；以及用于随所述电源电压的下降而同时增大所述RF晶体管的基极-发射极电压的装置，使得所述电源电压下降后所述静态电流基本上恒定。
20.如权利要求19所述的系统，其特征在于所述用于提供基准源的装置还包括用于提供加到与所述第一补偿阻抗元件和所述第二补偿阻抗元件相连的基准阻抗元件上的基准电压源的装置。
21.如权利要求19所述的系统，其特征在于所述用于提供基准源的装置还包括用于提供流过与所述第一补偿阻抗元件和所述第二补偿阻抗元件相连的基准阻抗元件的基准电流源的装置。
22.如权利要求19所述的系统，其特征在于还包括用于增大反射晶体管的基极-发射极电压的装置；与用于增大所述RF晶体管的基极-发射极电压的所述装置同时工作的、用于增大所述反射晶体管的基极-发射极电压的装置。
23.如权利要求22所述的系统，其特征在于还包括用于增大基准晶体管的基极-发射极电压的装置；与用于增大所述RF晶体管的基极-发射极电压的所述装置同时工作的、用于增大所述基准晶体管的基极-发射极电压的装置。
24.如权利要求22所述的系统，其特征在于还包括用于增大缓冲晶体管的基极-发射极电压的装置；与用于增大所述RF晶体管的基极-发射极电压的所述装置同时工作的、用于增大所述缓冲晶体管的基极-发射极电压的装置。
25.如权利要求19所述的系统，其特征在于还包括用于随所述电源电压的增加而增大所述第一补偿阻抗元件和所述第二补偿阻抗元件两端的电压的装置；以及用于随所述电源电压的增加而同时降低所述RF晶体管的基极-发射极电压的装置，使得所述电源电压增加后所述静态电流基本上恒定。
全文摘要
配置了与射频(RF)放大器相连的反射镜偏置电路中的两个补偿电阻器，使得可调节晶体管基极－发射极电压以使RF晶体管的静态电流在集电极电压Vcc的变化的情况下保持稳定。例如，当电池功率在装置使用期间而被消耗时，Vcc下降。当Vcc下降时，流经补偿电阻器的抽取电流更小，从而降低补偿电阻器上的电压降，增加反射镜偏置电路和射频(RF)放大器中的晶体管的基极－发射极电压。因此，RF晶体管的静态电流随着Vcc的下降而降低的趋势得到补偿，这是因为补偿电阻器使得RF晶体管的基极－发射极电压增大，从而增大静态电流。在一个实施例中，第一补偿电阻器的大小等于第二补偿电阻器的大小乘以缓冲晶体管额定电流与反射晶体管额定电流之比。
文档编号H03F1/30GK1500307SQ01823115
公开日2004年5月26日 申请日期2001年12月18日 优先权日2001年1月30日
发明者T·福勒, T 福勒 申请人:空中工作技术公司