gaas基hbt工艺mmic手机射频功率放大器及线性化偏置电路
【技术领域】
1.本实用新型涉及电子技术领域，尤其涉及一种gaas基hbt工艺mmic手机射频功率放大器及线性化偏置电路。
背景技术：2.传统的双极型晶体管偏置电路中，有两个现象会导致放大信号失真，引起主体电路线性度恶化。一个现象是由于二极管的箝位特性，使得大的正向电压和负向电流被限幅。因此，当rf信号越来越大的时候，经基-射结二极管整流后的平均直流电流将随输入功率增大而增大，基-射结两端的电压会降低，最终导致了偏执点的变化。这将导致跨到降低，增益减小和相位失真；另外一个现象是hbt晶体管的自热效应。设计gaas基hbt工艺mmic手机射频功率放大器时，通常采用多发射极指结构的放大晶体管来改善电流处理能力和散热能力。然而，由于gaas材料本身的热导率很低，且温度越高导热性越差，功率放大晶体管在大电流工作状态下产生的热量很难及时散发出去，导致hbt的结温升高，开启电压下降，器件增益降低，在基极偏置电压的偏执下，产生集电极电流的热电正反馈，器件的iv曲线出现上翘。这些现象将导致偏执点的变化，引起信号失真。
3.要解决上述两个现象导致的放大电路线性度恶化问题，首先是要在rf信号增大时，对基-射结两端电压和直流电流进行补偿；其次是要随着温度的变化，通过偏置电路的温度补偿作用对电路进行自适应性的调整。目前gaas基hbt工艺mmic手机射频功率放大器常用的自适应线性化偏置电路如图1所示。
4.图1所示的线性化偏置电路由hbt1的基-射结和电容c2组成。c2的阻抗值远小于hbt2和hbt3等效二极管与r1并联后的阻抗，所以hbt1，hbt2，r1，c2的结点处所有的rf信号都会通过c2旁路到地。由于c2的存在，偏置电路的阻抗降低，当rf信号输入功率加大，部分rf信号泄露到偏置电路中，经过hbt1整流后，交流信号转变为直流电流，因此hbt1发射极的直流电流增大了。又因为hbt1整流的直流电流使hbt1本身的基-射结直流压降vbe1减小，hbt0的基-射结电压vbe0由于vbe1减小而增大，从而使vbe0等到了补偿。
5.图1所示的线性化偏置电路中，hbt1和hbt2晶体管也构成了一个电流镜结构，可以在vbias和r2阻值的控制下，在一定温度范围内可以稳定控制偏置电流，增强偏置电路的稳定性，抵消温度变化对于偏置电路的影响。
6.如图1所示，在手机中应用的射频功率放大器的偏置电路中有两个电源，vbias和vdd，它们的电压一般是不同的；另外，hbt0作为放大晶体管，而且通常是很多个这样的晶体管并联在一起，它们工作时的温度远远高于偏置电路中的其它晶体管。但是在电流镜结构中，一般要求晶体管在同样条件下工作，其中就包括相同工作电压和温度。如果工作电压和温度都不相同，电流镜将失去作用，偏置电路的偏置电流变得不可控。例如温度升高时，受不可控偏置电路影响，射频功率放大器的静态电流会突然变大，与仿真设计时的静态电流完全不同。这样大幅度的静态工作状态的改变，使自适应线性化偏置电路失去应有的作用。
技术实现要素：7.本实用新型的目的是克服上述至少一个技术问题，提供一种功率放大电路。
8.为了实现上述目的，本实用新型提供一种gaas基hbt工艺mmic手机射频功率放大器的线性化偏置电路，包括：第一晶体管hbt1、第二晶体管hbt2、第三晶体管hbt3、第二电容c2、以及第二电阻r2；
9.第二晶体管hbt2发射极与第三晶体管hbt3的基极相连，第三晶体管hbt3发射极接地设置，第三晶体管的集电极串联所述第二电阻r2并连接至第一电源，用以输入第一电压vbias；第二晶体管hbt2基极分别与第二电容c2一端、第一晶体管基极相连，第二电容c2的另一端接地设置，第一晶体管hbt1集电极、第二晶体管hbt2的集电极连接至第二电源，用以输入相同的第二电压vdd；
10.所述放大电路包括第一电容c1和第零晶体管hbt0，所述第一晶体管的发射极连接至所述第零晶体管hbt0的基极。
11.优选的，所述第一晶体管hbt1的发射极与所述第零晶体管hbt0的基极之间还设置有一第四电阻r4。
12.优选的，所述第四电阻r4并联有一第四电容c4。
13.优选的，所述第零晶体管hbt0的基极还连接一偏置电路补充单元。
14.优选的，所述偏置电路补充单元包括第四晶体管hbt4、第三电阻r3以及第三电容c3；所第四晶体管hbt4的集电极连接至所述第零晶体管hbt0的基极，所述第四晶体管hbt4的集电极连接第三电容c3的一端，第三电容c3的另一端、第四晶体管hbt4的基极连接至第三电阻r3并连接至第一电源。
15.优选的，所述第三晶体管hbt3临近所述第零晶体管设置。
16.优选的，所述第一晶体管hbt1、第二晶体管hbt2远离所述第零晶体管设置。
17.第二方面，本实用新型提供一种gaas基hbt工艺mmic手机射频功率放大器，包括线性化偏置电路和放大电路；
18.线性化偏置电路包括：第一晶体管hbt1、第二晶体管hbt2、第三晶体管hbt3、第二电容c2、以及第二电阻r2；
19.第二晶体管hbt2发射极与第三晶体管hbt3的基极相连，第三晶体管hbt3发射极接地设置，第三晶体管的集电极串联所述第二电阻r2并连接至第一电源，用以输入第一电压vbias；第二晶体管hbt2基极分别与第二电容c2一端、第一晶体管基极相连，第二电容c2的另一端接地设置，第一晶体管hbt1集电极、第二晶体管hbt2的集电极连接至第二电源，用以输入相同的第二电压vdd；
20.所述放大电路包括第一电容c1和第零晶体管hbt0，所述第一晶体管的发射极连接至所述第零晶体管hbt0的基极。
21.优选的，所述第一晶体管hbt1的发射极与所述第零晶体管hbt0的基极之间还设置有一第四电阻r4，所述第四电阻r4并联有一第四电容c4。
22.优选的，所述第零晶体管hbt0的基极还连接一偏置电路补充单元，所述偏置电路补充单元包括第四晶体管hbt4、第三电阻r3以及第三电容c3；所第四晶体管hbt4的集电极连接至所述第零晶体管hbt0的基极，所述第四晶体管hbt4的集电极连接第三电容c3的一端，第三电容c3的另一端、第四晶体管hbt4的基极连接至第三电阻r3并连接至第一电源。
23.与相关技术相比，本实用新型由于第零晶体管hbt0的温度升高不会破坏第一晶体管hbt1和第二晶体管hbt2组成的电流镜结构的可靠性，保证了电流镜对于偏置电路电流的控制能力，实现偏置电路的热稳定性。。
【附图说明】
24.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
25.图1为现有一种gaas基hbt工艺mmic手机射频功率放大器的线性化偏置电路的原理图；
26.图2为本实用新型实施例gaas基hbt工艺mmic手机射频功率放大器的线性化偏置电路的原理图；
27.图3为本实用新型实施例gaas基hbt工艺mmic手机射频功率放大器的线性化偏置电路的pcb示意图。
【具体实施方式】
28.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
29.请参阅图2所示，本实用新型实施例提供gaas基hbt工艺mmic手机射频功率放大器，其特征在于，包括线性化偏置电路10和放大电路20。
30.具体的，线性化偏置电路10包括：第一晶体管hbt1、第二晶体管hbt2、第三晶体管hbt3、第二电容c2、以及第二电阻r2。本实施例中，第一晶体管bt1、第二晶体管hbt2、第三晶体管hbt3为双极型晶体管。
31.其中，第二晶体管hbt2发射极与第三晶体管hbt3的基极相连，第三晶体管hbt3发射极接地设置，第三晶体管的集电极串联所述第二电阻r2并连接至第一电源，用以输入第一电压vbias；第二晶体管hbt2基极分别与第二电容c2一端、第一晶体管基极相连，第二电容c2的另一端接地设置，第一晶体管hbt1集电极、第二晶体管hbt2的集电极连接至第二电源，用以输入相同的第二电压vdd。
32.所述放大电路包括第一电容c1和第零晶体管hbt0，所述第一晶体管的发射极连接至所述第零晶体管hbt0的基极，所述第零晶体管hbt0也为双极型晶体管。
33.本实施例中，第一晶体管hbt1和第二晶体管hbt2构成了电流镜结构。
34.在本实施例中，所述第一晶体管hbt1的发射极与所述第零晶体管hbt0的基极之间还设置有一第四电阻r4。当温度升高时，由于电路中第四电阻r4的存在，第一晶体管hbt1和第二晶体管hbt2中增大的电流得到抑制，实现了对温度的稳定。
35.作为进一步的改进，所述第四电阻r4并联有一第四电容c4，由于第四电阻r4增大了偏执的阻抗，降低了线性化作用，因此通过增加旁路电容c4与电阻r4并联，就可以同时实
现线性化和温度稳定的目的。
36.在本实施例中，所述第零晶体管hbt0的基极还连接一偏置电路补充单元，用以抑制放大器的增益压缩，强化显性化效果。
37.进一步的，所述偏置电路补充单元包括第四晶体管hbt4、第三电阻r3以及第三电容c3；所第四晶体管hbt4的集电极连接至所述第零晶体管hbt0的基极，所述第四晶体管hbt4的集电极连接第三电容c3的一端，第三电容c3的另一端、第四晶体管hbt4的基极连接至第三电阻r3并连接至第一电源。当输入功率增大时，经过第四晶体管hbt4基-集二极整流后的直流电流增大，结两端直流电压降低，补偿了hbt0的基-射电压。增大的直流电流增强了hbt0的驱动能力，抑制放大器的增益压缩，强化了显性化效果。
38.在本实施例中，如图3所示，所述第三晶体管hbt3临近所述第零晶体管设置(图中未标注)，当第零晶体管hbt0在工作时大量发热，第三晶体管hbt3有对第零晶体管hbt0的温度探测的功能。
39.进一步的，所述第一晶体管hbt1、第二晶体管hbt2远离所述第零晶体管hbt0设置，这样可尽量避免热耦合。
40.本实施例中，第一晶体管hbt1、第二晶体管hbt2远的供电电压相同，且第零晶体管hbt0和第三晶体管hbt3由于位置临近，其温度条件基本相同，因此，在相同的温度条件下对第一晶体管hbt1和第二晶体管hbt2的影响相同，也因此第零晶体管hbt0的温度升高不会破坏第一晶体管hbt1和第二晶体管hbt2组成的电流镜结构的可靠性，保证了电流镜对于偏置电路电流的控制能力，实现偏置电路的热稳定性。
41.以上所述的仅是本实用新型的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本实用新型的保护范围。
技术特征：1.一种gaas基hbt工艺mmic手机射频功率放大器的线性化偏置电路，其特征在于，包括：第一晶体管hbt1、第二晶体管hbt2、第三晶体管hbt3、第二电容c2、以及第二电阻r2；第二晶体管hbt2发射极与第三晶体管hbt3的基极相连，第三晶体管hbt3发射极接地设置，第三晶体管的集电极串联所述第二电阻r2并连接至第一电源，用以输入第一电压vbias；第二晶体管hbt2基极分别与第二电容c2一端、第一晶体管基极相连，第二电容c2的另一端接地设置，第一晶体管hbt1集电极、第二晶体管hbt2的集电极连接至第二电源，用以输入相同的第二电压vdd；所述射频功率放大器包括放大电路，所述放大电路包括第一电容c1和第零晶体管hbt0，所述第一晶体管hbt1的发射极连接至所述第零晶体管hbt0的基极。2.如权利要求1所述的gaas基hbt工艺mmic手机射频功率放大器的线性化偏置电路，其特征在于，所述第一晶体管hbt1的发射极与所述第零晶体管hbt0的基极之间还设置有一第四电阻r4。3.如权利要求2所述的gaas基hbt工艺mmic手机射频功率放大器的线性化偏置电路，其特征在于，所述第四电阻r4并联有一第四电容c4。4.如权利要求1所述的gaas基hbt工艺mmic手机射频功率放大器的线性化偏置电路，其特征在于，所述第零晶体管hbt0的基极还连接一偏置电路补充单元。5.如权利要求1所述的gaas基hbt工艺mmic手机射频功率放大器的线性化偏置电路，其特征在于，所述偏置电路补充单元包括第四晶体管hbt4、第三电阻r3以及第三电容c3；所第四晶体管hbt4的集电极连接至所述第零晶体管hbt0的基极，所述第四晶体管hbt4的集电极连接第三电容c3的一端，第三电容c3的另一端、第四晶体管hbt4的基极连接至第三电阻r3并连接至第一电源。6.如权利要求1所述的gaas基hbt工艺mmic手机射频功率放大器的线性化偏置电路，其特征在于，所述第三晶体管hbt3临近所述第零晶体管hbt0设置。7.如权利要求6所述的gaas基hbt工艺mmic手机射频功率放大器的线性化偏置电路，其特征在于，所述第一晶体管hbt1、第二晶体管hbt2远离所述第零晶体管设置。8.一种gaas基hbt工艺mmic手机射频功率放大器，其特征在于，包括线性化偏置电路和放大电路；线性化偏置电路包括：第一晶体管hbt1、第二晶体管hbt2、第三晶体管hbt3、第二电容c2、以及第二电阻r2；第二晶体管hbt2发射极与第三晶体管hbt3的基极相连，第三晶体管hbt3发射极接地设置，第三晶体管的集电极串联所述第二电阻r2并连接至第一电源，用以输入第一电压vbias；第二晶体管hbt2基极分别与第二电容c2一端、第一晶体管基极相连，第二电容c2的另一端接地设置，第一晶体管hbt1集电极、第二晶体管hbt2的集电极连接至第二电源，用以输入相同的第二电压vdd；所述放大电路包括第一电容c1和第零晶体管hbt0，所述第一晶体管的发射极连接至所述第零晶体管hbt0的基极。9.如权利要求8所述的gaas基hbt工艺mmic手机射频功率放大器，其特征在于，所述第一晶体管hbt1的发射极与所述第零晶体管hbt0的基极之间还设置有一第四电阻r4，所述第四电阻r4并联有一第四电容c4。
10.如权利要求8所述的gaas基hbt工艺mmic手机射频功率放大器，其特征在于，所述第零晶体管hbt0的基极还连接一偏置电路补充单元，所述偏置电路补充单元包括第四晶体管hbt4、第三电阻r3以及第三电容c3；所第四晶体管hbt4的集电极连接至所述第零晶体管hbt0的基极，所述第四晶体管hbt4的集电极连接第三电容c3的一端，第三电容c3的另一端、第四晶体管hbt4的基极连接至第三电阻r3并连接至第一电源。
技术总结本实用新型提供了一种GaAs基HBT工艺MMIC手机射频功率放大器及线性化偏置电路，包括：第一晶体管HBT1、第二晶体管HBT2、第三晶体管HBT3、第二电容C2、以及第二电阻R2；第二晶体管HBT2发射极与第三晶体管HBT3的基极相连，第三晶体管HBT3发射极接地设置，第三晶体管的集电极串联所述第二电阻R2并连接至第一电源，用以输入第一电压Vbias；第二晶体管HBT2基极分别与第二电容C2一端、第一晶体管基极相连，第二电容C2的另一端接地设置，第一晶体管HBT1集电极、第二晶体管HBT2的集电极连接至第二电源，用以输入相同的第二电压Vdd；所述放大电路包括第一电容C1和第零晶体管HBT0，所述第一晶体管的发射极连接至所述第零晶体管HBT0的基极。本实用新型线性化偏置电路稳定性强。本实用新型线性化偏置电路稳定性强。本实用新型线性化偏置电路稳定性强。
技术研发人员：张莽 郭嘉帅
受保护的技术使用者：深圳飞骧科技股份有限公司
技术研发日：2021.12.07
技术公布日：2022/7/5
