CN101442294B

CN101442294B - 放大电路及其改良线性度的方法

Info

Publication number: CN101442294B
Application number: CN2007101936362A
Authority: CN
Inventors: 王柏之
Original assignee: Realtek Semiconductor Corp
Current assignee: Realtek Semiconductor Corp
Priority date: 2007-11-23
Filing date: 2007-11-23
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2027-11-23
Also published as: CN101442294A

Abstract

一种放大电路及其改良线性度的方法，其可校正放大器的调幅至调相失真，以改良放大器的线性度。该放大电路包含一放大器及一校正单元。放大器具有非线性的输入电容。校正单元依据放大器的输入信号，产生校正信号，并依据校正信号进行调幅至调相校正(AM to PM correction)，以使放大器具有接近线性的等效输入电容。

Description

放大电路及其改良线性度的方法

技术领域

本发明涉及放大电路，尤指一种可改良线性度的放大电路及其方法。

背景技术

在某些电路中，需要高线性度的放大器。例如，无线通讯系统(例如：802.11a/b/g)中，调幅(amplitude modulation，AM)的调变方式即需要高线性度的功率放大器，以避免发射信号时造成信号失真。然而，放大器(如晶体管放大器)常具有非线性的输入电容，其电容值会随着输入功率的变动而改变，造成放大器的调幅至调相失真(AM to PMdistortion)，而影响放大器的线性度。

发明内容

有鉴于此，本发明的一目的，在于提供一种放大电路及其改良线性度的方法，其可校正放大器的调幅至调相(AM to PM)失真，以改良放大器的线性度。

在本发明的一实施例中，揭露了一种放大电路，其包含：一放大器，具有一非线性的输入电容；以及一校正单元，耦接至该放大器，用以依据该放大器的一输入信号，产生一校正信号，并依据该校正信号进行一调幅至调相校正(AM to PM correction)，以使该放大器具有一接近线性的等效输入电容。

在本发明的另一实施例中，揭露了一种改良放大器的线性度的方法，该放大器具有一非线性的输入电容。该方法包含：依据该放大器的一输入信号，产生一校正信号；以及依据该校正信号进行一调幅至调相校正(AM to PM correction)，以使该放大器具有一接近线性的等效输入电容。

附图说明

图1是本发明的放大电路的第一实施例的方块图。

图2A是显示放大器的输入电容与输入功率的关系图。

图2B是显示放大器的输入端信号的相位与输入功率的关系图。

图2C是显示可变电容与输入功率的关系图。

图3是本发明的放大电路的第二实施例的方块图。

图4A是本发明的放大电路的第三实施例的方块图。

图4B是本发明的放大电路的第四实施例的方块图。

图5是本发明的放大电路的第五实施例的方块图。

第6A图是显示MOS晶体管的漏极电流与栅极电压的关系图。

第6B图是显示MOS晶体管的电导与栅极电压的关系图。

图7是图5的一电路实施例的示意图。

图8是图7的电路延伸用于输入信号为差动信号情形的示意图。

图9是本发明的改良放大器线性度的方法的一实施例的流程图。

图式的图号说明：

10a、10b、40a、40b、50：放大电路

11：放大器 12a、12b、42a、42b：校正单元

121、421、51：耦合器 122、422、52：包络检测器

1221、4221：整流器 1222、4222：低通滤波器

123、423：电容单元 41：差动放大器

53：隔离单元

91～93：本发明的改良放大器线性度的方法的一实施例流程

具体实施方式

图1是本发明的放大电路的第一实施例的方块图，其中，放大电路10a包含一放大器11及一校正单元12a。放大器11可为一功率放大器。放大器11具有一非线性的输入电容C_in，其电容值会随着放大器11的输入功率的变动而改变。校正单元12a包含一耦合器(coupler)121、一包络检测器(envelopdetector)122及一电容单元123。耦合器121可将一输入信号耦合至包络检测器122，包络检测器122会依据该输入信号产生一包络信号以作为校正信号，送入电容单元123。电容单元123包含电容C₁、C₂及一可变电容C_var。C_var是一压控电容，会随着其两端电位差的变动而改变其电容值。V_dc是一直流电压，所以C_var可依据该包络信号的电压值与V_dc之差，调整该可变电容C_var的电容值。C₁与C₂皆为大电容，C₁可用以隔开输入信号与V_dc，避免相互干扰；C₂则作为交流接地(AC ground)之用。因此，就放大器11的输入端而言，其所看到的等效输入电容即为C_in与C_var之和。

当放大器11为一金属氧化物半导体(MOS)晶体管时，放大器11的输入电容(即栅极电容)会随着输入功率的提高而变大，如图2A所示。所以，放大器11的输入端(即栅极)在输入功率大时，信号的相位落后会更大，如图2B所示，而产生调幅至调相失真。图1中，由于压控电容的电容值会随着两端电位差变大而变小，所以C_var会随着包络信号的电压值变高而变小，亦即会随着输入功率的提高而变小，如图2C所示。图2C的C_var与图2A的C_in呈互补关系，因此当电容单元123与放大器11的输入电容并联运作时，就能产生较为稳定而接近线性的等效输入电容值(＝C_in+C_var)，以校正调幅至调相失真，改良放大器11的线性度。

请注意，放大器11并不限于MOS晶体管，电容单元123也不限于图1的设计。只要放大器11具有随着输入功率改变的非线性输入电容，皆可利用如图1的架构设计出互补于输入电容的电容单元123，以产生接近线性的等效输入电容，来校正调幅至调相失真。

一实施例，请参阅图1，包络检测器122包含一整流器(rectifier)1221及一低通滤波器1222。整流器1221会对耦合器121所耦合的输入信号进行整流，以输出一整流信号。低通滤波器122接着对该整流信号进行低通滤波，以产生包络信号。在本发明中，产生包络信号的方式并不限于图1的包络检测器122，其他产生包络信号的电路实施例亦可应用于本发明，所以亦在本发明的范围内。

图3是本发明的放大电路的第二实施例的方块图。与图1相较，请注意图3中低通滤波器的实施方式。放大电路10b中，校正单元12b中的低通滤波器由一电阻R与电容单元123的可变电容C_var组成，以节省电路元件。

图1的架构亦可延伸用于输入信号为差动(differential)信号的情形。图4A是本发明的放大电路的第三实施例的方块图，其中，放大电路40a包含一差动放大器41及一校正单元42a。差动放大器11的两输入端各具有非线性的输入电容C_in，其电容值会随着差动放大器41的输入功率的变动而改变。校正单元42a包含一耦合器421、一包络检测器422及一电容单元423。耦合器421可将一差动输入信号耦合至包络检测器422，包络检测器422会依据该差动输入信号产生一包络信号以作为校正信号，送入电容单元423。电容单元423包含两个信号路径，分别连接至差动放大器41的两输入端。各信号路径上的电容运作方式类似于图1的电容单元123，惟因电容单元423中的P点相当于交流信号的接地点，所以各信号路径不需另外耦接大电容以作为交流接地。因此，就差动放大器41的各输入端而言，其所看到的等效输入电容即为C_in与C_var之和。

图4B是本发明的放大电路的第四实施例的方块图。与图4A相较，请注意图4B中低通滤波器的实施方式。放大电路40b中，校正单元42b中的低通滤波器由电阻R与电容单元423的C_var组成，以节省电路元件。

图1与3中，亦可利用包络信号作为放大器11的偏压信号，以产生动态偏压的效果。图5是本发明的放大电路的第五实施例的方块图，其中，校正单元12b亦可以图1的校正单元12a取代。图5中，藉由耦合器51与包络检测器52，可依据输入信号来产生包络信号，并送入放大器11作为偏压之用。另外，隔离单元53则用于将包络信号与输入信号隔开，避免相互干扰。使用此种动态偏压的技术，一方面不会影响放大器11的调幅至调幅(AMto AM)线性度，另一方面又可以提高放大器11的功率效益(power efficiency)。例如，请参看图6A与6B，其显示放大器11为MOS晶体管的情形，此时包络信号被直接送入栅极作为偏压信号。图6A与6B中，若包络信号(即栅极电压V_gate)小则降低偏压电流(即漏极电流I_drain)，如A点所示，以节省功率；若包络信号大则增加偏压电流，如A’点所示，以维持良好的调幅至调幅线性度(即MOS晶体管的电导G_m维持稳定)。关于MOS晶体管的动态偏压技术，请参见Saleh，A.A.M，and D.C.Cox，“Improving the power-added efficiency ofFET amplifiers operating with varying envelope signals，”IEEE Trans OnMicrowave Theory and Techniques，Vol.31，No.1 January 1983，pp.51-56。

因此，图5的实施例一方面可节省功率且维持良好的调幅至调幅线性度，另一方面还可校正调幅至调相失真，如此放大器11可同时具有良好的调幅至调幅以及调幅至调相线性度，且其功率效益还能获得提升。

图7是显示图5的一电路实施例，其中，放大器11为NMOS晶体管，耦合器12与51各由电容C₄与C₅组成，包络检测器52包含一整流器(由二极体组成)及一低通滤波器(由电阻R与输入电容C_in组成，以节省元件)，隔离单元53则包含大电容C₃。

图8是显示图7的电路延伸用于输入信号为差动信号的情形，其中V_ip与V_in为差动输入信号。

图9是本发明的改良放大器线性度的方法的一实施例的流程图，其中放大器具有非线性的输入电容。由于其相关步骤已于上述内容提及，本领域人士可轻易明了，所以省略其描述。

以上所述利用较佳实施例详细说明本发明，而非限制本发明的范围。大凡熟知此类技艺人士皆能明了，适当而作些微的改变及调整，仍将不失本发明的要义所在，亦不脱离本发明的精神和范围。

Claims

1.一种放大电路，包含：

一放大器，具有一输入电容；以及

一校正单元，耦接至该放大器，用以依据该放大器的一输入信号，产生一校正信号，并依据该校正信号进行一调幅至调相校正，以提高该放大器的该输入电容的线性度；

其中该校正单元包含：

一包络检测器，用以依据该输入信号以产生一包络信号，该包络信号作为该校正信号。

2.如权利要求1所述的放大电路，其中该校正单元包含：

一电容单元，耦接至该放大器的一输入端，该电容单元依据该校正信号调整其电容值，以提高该放大器的该输入电容的线性度。

3.如权利要求2所述的放大电路，其中该校正信号是一电压信号，该电容单元包含一压控电容。

4.如权利要求1所述的放大电路，其中该包络信号作为该放大器的一偏压信号。

5.如权利要求1所述的放大电路，其中该包络检测器包含：

一整流器，对该输入信号进行整流，以输出一整流信号；以及

一低通滤波器，对该整流信号进行低通滤波，以产生该包络信号。

6.如权利要求2所述的放大电路，其中该放大器包含一金属氧化物半导体MOS晶体管。

7.如权利要求6所述的放大电路，其中该电容单元与该MOS晶体管的一栅极电容并联运作。

8.如权利要求1所述的放大电路，其中该放大器是一差动放大器，该输入信号是一差动输入信号。

9.一种改良一放大器的线性度的方法，该放大器具有一输入电容，该方法包含：

依据该放大器的一输入信号，产生一校正信号；以及

依据该校正信号进行一调幅至调相校正，以提高该放大器的该输入电容的线性度；

其中产生该校正信号的步骤包含：

对该输入信号进行整流，以输出一整流信号；以及

对该整流信号进行低通滤波以产生一包络信号，该包络信号作为该校正信号。

10.如权利要求9所述的方法，其中，进行该调幅至调相校正的步骤包含：

依据该校正信号调整一可变电容的电容值，其中该可变电容耦接该放大器的一输入端。

11.如权利要求10所述的方法，其中该校正信号是一电压信号，该可变电容是一压控电容。

12.如权利要求9所述的方法，其中该包络信号作为该放大器的一偏压信号。

13.如权利要求10所述的方法，其中该放大器包含一金属氧化物半导体MOS晶体管。

14.如权利要求13所述的方法，其中该可变电容与该MOS晶体管的一栅极电容并联运作。

15.如权利要求9所述的方法，其中该放大器是一差动放大器，该输入信号是一差动输入信号。