CN104135238B - 射频功率放大器与电子系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单芯片设计无需参考电压的射频功率放大器，射频功率放大器包括三端电流源电路、电流镜电路与输出级电路。三端电流源电路接收第一系统电压并据此输出第一电流及第二电流，并且第一电流的第一输出端点与第二电流的第二输出端点之间具有源电压。电流镜电路接收第一电流及第二电流并据此产生偏压电流。输出级电路接收偏压电流以工作在操作偏压点。射频功率放大器通过三端电流源电路的源电压使得第一系统电压在第一电压与第二电压之间，来让输出级电路输出不随第一系统电压变化且具温度补偿的输出电流。

Description

射频功率放大器与电子系统

技术领域

本发明关于一种射频功率放大器，特别是指一种利用三端电流源来进行偏压的射频功率放大器。

背景技术

随着网际网络发达之后，人们习惯于快速大量地接受信息，特别是在近几年来无线通信科技的进步，个人移动产品，如移动电话、个人数字助理等产品，以相当惊人的速度普及之后，人们希望能够掌握即时信息外，还希望能有即时的线上支援。因此，结合网际网络与无线通信的无线区域网络(Wireless Local Area Network,WLAN)与第三代(3G)/第四代(4G)网络正是满足人们这样需求的一个方案。

在无线通信手持设备中，主要的直流功率消耗来自于射频功率放大器。因此，使射频功率放大器既能具有高线性度而不致让放大信号失真，并能同时具有高效率以延长通信时间，一直是射频功率放大器设计的研究重点。尤其在无线通信系统中所广为采用的正交频分多工(OFDM)数字调制技术具有明显的时变波包特性，其峰值与平均功率比值常数(PAPR)远较现有的无线通信系统为高，换句话说，其波包对时间变化较为剧烈，因此对射频功率放大器的线性度要求也会比较高。

然而，在现有技艺下，以第三代(3G)/第四代(4G)手机系统为例，第三代(3G)/第四代(4G)手机系统对于射频输出功率的精准度有着极为严格的要求。因为手机电池的电压值会有相当大的变化，其可能从3.2伏特到4.2伏特不等，因此会影响射频功率放大器的输出功率的精准度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种射频功率放大器，用于解决上述存在的问题或其他问题。

本发明实施例提供一种射频功率放大器，射频功率放大器包括三端电流源电路、电流镜电路与输出级电路。三端电流源电路连接至电流镜电路，并且电流镜电路连接至输出级电路。三端电流源电路接收第一系统电压并据此输出第一电流及第二电流，并且第一电流的第一输出端点与第二电流的第二输出端点之间具有源电压。电流镜电路接收第一电流及第二电流并据此产生偏压电流。输出级电路接收偏压电流以工作在操作偏压点。通过三端电流源电路的源电压使得第一系统电压在第一电压与第二电压之间，来让输出级电路输出不随第一系统电压变化且具温度补偿的输出电流。

在本发明其中一个实施例中，三端电流源电路包括第一晶体管与第一电阻。电流镜电路包括第二晶体管、第二电阻、第三电阻与第三晶体管。输出级电路包括第四晶体管。第一晶体管的漏极连接第一系统电压。第一电阻的一端为第一输出端点且连接第一晶体管的源极并输出第一电流。第一电阻的另一端为第二输出端点且连接第一晶体管的栅极并输出第二电流。第二晶体管的基极连接第一电阻的一端以接收第一电流，第二晶体管的集电极连接第一系统电压。第二电阻的一端连接第二晶体管的射极，第三电阻的一端连接第二晶体管的射极，第三晶体管的基极连接第二电阻的另一端，第三晶体管的集电极连接第一电阻的另一端，第三晶体管的射极连接接地电压。第四晶体管的基极连接第三电阻的另一端以接收偏压电流，第四晶体管的集电极连接第二系统电压，第四晶体管的射极连接接地电压。当第四晶体管的面积为第三晶体管的面积的N倍且当第二电阻的电阻值约为第三电阻的电阻值的N倍时，则输出电流为第二电流的N倍，且N为大于1的实数。当第三晶体管工作在主动区时，则第二晶体管的基极电压为第二晶体管的基射极电压、第二电阻的压降与第三晶体管的基射极电压的总和，藉此以将第一电阻的一端的电压锁定在第二晶体管的基极电压。第四晶体管作为输出晶体管，用以接收射频输入信号且将其放大以输出射频输出信号。

本发明实施例另提供一种电子系统，电子系统包括射频功率放大器与连接至射频功率放大器的负载。射频功率放大器接收射频输入信号且输出射频输出信号至负载。

综上所述，本发明实施例所提出的射频功率放大器与电子系统，通过三端电流源电路的源电压能够使得当电池电压(亦即第一系统电压)的大幅变化下也都能够产生稳定的输出电流。

为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，但是此等说明与所附图式仅用来说明本发明，而非对本发明的权利要求范围作任何的限制。

附图说明

图1为根据本发明实施例的射频功率放大器的区块示意图。

图2为根据本发明实施例的射频功率放大器的电路示意图。

图3为对应图2的输出电流对第一系统电压的曲线图。

图4为根据本发明另一实施例中的射频功率放大器的电路示意图。

图5A～5D为对照图4实施例的模拟曲线图。

图6为根据本发明再一实施例的射频功率放大器的电路示意图。

图7A～7D为对照图6实施例的模拟曲线图。

图8为根据本发明更一实施例的射频功率放大器的电路示意图。

图9A～图9E为对照图8实施例的模拟曲线图。

图10为根据本发明实施例的射频功率放大器的电路示意图。

图11为根据图10实施例的改变连接关系的射频功率放大器的电路示意图。

图12为根据本发明实施例的具一组电源电压的射频功率放大器的电路示意图。

图13为根据本发明另一实施例的具有更佳温度补偿效应的射频功率放大器的电路示意图。

图14为对照图13实施例的模拟曲线图。

图15为根据本发明再一实施例的具温度补偿效应的射频功率放大器的电路示意图。

图16为对照图15实施例的模拟曲线图。

图17为根据本发明更一实施例的射频功率放大器的电路示意图。

图18A～图18D为对照图17实施例的模拟曲线图。

图19为根据本发明实施例的电子系统的区块示意图。

其中，附图标记说明如下：

100、200、400、600、800、1000、1100、1200、1300、1500、1700：射频功率放大器

110：三端电流源电路

120：电流镜电路

130：输出级电路

140：输入匹配电路

150：输出匹配电路

c51、c52、c53、c54、c71、c72、c73、c74、c91、c92、c93、c94、c141、c142、c161、c162、c181、c182：曲线

CIN、COUT：电容

GND：接地电压

Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9、Q10、Q11、Q12、Q13、Q14、Q15：晶体管

QS1、QS2、QS3：开关晶体管

I1、I2：电流

IB：偏压电流

IC：输出电流

L：电感

R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9：电阻

RFIN：射频输入信号

RFOUT：射频输出信号

T1、T2：第一输出端点、第二输出端点

V：源电压

VA：电源电压

VDD：第一系统电压

VCC：第二系统电压

VM：模式切换信号

VS1、VS2、VS3：开关信号

具体实施方式

本文中可能使用术语第一、第二、第三等来描述各种元件，但此等元件不应受此等术语限制。此等术语乃用以区分一元件与另一元件。因此，下文论述的第一元件可称为第二元件而不偏离本发明概念的教示。

现有技术的3G功率放大器(power amplifier,PA)模块采用两芯片设计，一CMOS芯片提供参考电压与参考电流及控制电路，另一GaAs芯片提供功率放大电路。

本揭示内容的至少一实施例，采用GaAs HBT+D-mode pHEMT工艺设计,可使3G PA模块单晶化，本揭示内容的特点为无需参考电压，电路精简面积缩小。

〔射频功率放大器的实施例〕

请参照图1，图1为根据本发明实施例的射频功率放大器的区块示意图。射频功率放大器100包括三端电流源电路110、电流镜电路120与输出级电路130。三端电流源电路110连接至电流镜电路120，并且电流镜电路120连接至输出级电路130。在本揭示内容中，三端电流源电路110接收第一系统电压VDD并据此输出第一电流I1及第二电流I2，并且第一电流I1的第一输出端点T1与第二电流T2的第二输出端点T2之间具有一源电压V。电流镜电路120接收第一电流I1及第二电流I2并据此产生偏压电流IB。接着，输出级电路130接收偏压电流IB以工作在一操作偏压点，在本实施例中，通过三端电流源电路110的源电压V使得第一系统电压VDD在第一电压与第二电压之间，来让输出级电路130输出不随第一系统电压VDD变化的输出电流。进一步来说，在直流工作模式下，通过三端电流源电路110传送第一电流I1及第二电流I2至电流镜电路120，当第一系统电压VDD在升高至电压3.2伏特时，即能使输出电流稳定。相较于现有技术，第一系统电压VDD需至少升高到3.6伏特，输出电流才会开始成为稳定的电流，由于电池电压(即第一系统电压VDD)大都会在3.2伏特与4.2伏特之间变动着，故本揭示内容更能够符合现今通信品质的需求。之后，进入到交流模式下，射频功率放大器100会接收射频输入信号RFIN，并且将其放大而在输出级电路130输出一射频输出信号RFOUT。

为了更详细地说明本发明所述的射频功率放大器100的运作流程，以下将举多个实施例中至少之一来作更进一步的说明。

在接下来的多个实施例中，将描述不同于上述图1实施例的部分，且其余省略部分与上述图1实施例的部分相同。此外，为说明便利起见，相似的参考数字或标号指示相似的元件。

〔射频功率放大器的另一实施例〕

请参照图2，图2为根据本发明实施例的射频功率放大器的电路示意图。三端电流源电路110包括第一晶体管Q1与第一电阻R1。电流镜电路120包括第二晶体管Q2、第二电阻R2、第三电阻R3与第三晶体管Q3。输出级电路130包括第四晶体管Q4。第一晶体管Q1的漏极连接第一系统电压VDD。第一电阻R1的一端为第一输出端点T1且连接第一晶体管Q1的源极并输出第一电流I1。第一电阻R1的另一端为第二输出端点T2且连接第一晶体管Q1的栅极并输出第二电流I2。第二晶体管Q2的基极连接第一电阻R1的一端以接收第一电流I1，第二晶体管Q2的集电极连接第一系统电压VDD。第二电阻R2的一端连接第二晶体管Q2的射极，第三电阻R3的一端连接第二晶体管Q2的射极，第三晶体管Q3的基极连接第二电阻R2的另一端，第三晶体管Q3的集电极连接第一电阻Q1的另一端，第三晶体管Q3的射极连接接地电压GND。第四晶体管Q4的基极连接第三电阻R3的另一端以接收偏压电流IB，第四晶体管Q4的集电极连接第二系统电压VCC，第四晶体管Q4的射极连接接地电压GND。在进行下述说明前，须先说明的是，第一晶体管Q1为空乏型的假型高速电子移动晶体管(pseudo high electronmobility transistor,pHEMT)，而晶体管Q2、Q3及Q4为异质接面双极晶体管(Heterojunction bipolar transistor,HBT)

接下来要教示的，是进一步说明射频功率放大器200的工作原理。

请同时参照图2与图3，图3为对应图2的输出电流对第一系统电压的曲线图。在无线通信系统中，射频功率放大器一直以来都是最关键的核心元件之一，其线性度与功率效率对于无线通信系统的效能与效率有着决定性的影响。在本实施例中，射频功率放大器200的架构主要是以主动元件为信号放大，再搭配输入、输出端的匹配电路140及150所形成的简单放大器，主要是负责将所要传送的调变信号提高到适当的高电压电平，使传送出去后的信号经由电波传播媒介到达接收端时，其信号强度足以提供接收端还原信号。以第三代(3G)/第四代(4G)手机系统为例，第三代(3G)/第四代(4G)手机系统对于射频输出功率的精准度有着极为严格的要求。因为手机电池的电压值会有相当大的变化，其可能从3.2伏特到4.2伏特不等，因此会影响射频功率放大器200的输出功率的精准度。

由图3可知，在本实施例中，于第一系统电压VDD递增至约3.2伏特时，输出电流IC会开始呈现稳流的现象，故符合目前手机系统的要求。进一步来说，第一电阻R1会有第二电流I2流经过，并在第二输出端点T2输出第二电流I2至第三晶体管Q3，同时，第二晶体管Q2会接收到第一电流I1。本揭示内容通过三端电流源电路110的特性,第一电阻R1用以设定偏压电流大小，以第一电流I1来触发第二晶体管Q2，并通过第二晶体管Q2、第二电阻R2、第三电阻R3与第三晶体管Q3的动作，输出一偏压电流IB至输出级电路130的第四晶体管Q4(亦即输出晶体管)，以使第四晶体管Q4工作在一操作偏压点。而在交流模式下，第四晶体管Q4用以接收一射频输入信号RFIN且将其放大以输出一射频输出信号RFOUT。须说明的是，当第四晶体管Q4的面积为第三晶体管Q3的面积的N倍且第二电阻R2的电阻值约为第三电阻R3的电阻值的N倍时，输出电流IC即为第二电流I2的N倍，其中N为大于1的实数，经由电阻R2、R3比例的调整可以得到温度的补偿。此外，值得一提的是，因为第二晶体管Q2的基极为连接至第一电阻R1的一端(亦即图2中的第一输出端点T1)，所以第二电阻R2的另一端的第二输出端点T2的电压仅要能够使得第三晶体管Q3正常运作(亦即使第三晶体管Q3进入主动区)即可。进一步来说，当第三晶体管Q3工作在主动区时，则第二晶体管Q2的基极电压为第二晶体管Q2的基射极电压、第二电阻R2的压降与第三晶体管Q3的基射极电压三者的总和，藉此以将第一电阻R1的一端的电压锁定在第二晶体管Q2的基极电压，进而减少第三晶体管Q3的集射极电压，而这有助于降低该射频功率放大器200的操作电压。在一实施例中，第三晶体管Q3的集射极电压为2.2伏特左右，而使三端电流源电路110产生稳定电流的电压约为1伏特左右，亦即第二输出端点T2与第一晶体管Q1之间的电压仅需1伏特左右，所以第一系统电压VDD只要升高至3.2伏特起，即可使第四晶体管Q4产生稳定的输出电流IC。

附带一提的是，在一实施例中，输出级电路130更具有电感L、电容CIN及COUT。电容CIN的一端耦接第四晶体管Q4的基极，电容COUT的另一端耦接射频输入信号RFIN。电感L耦接第二系统电压VCC与第四晶体管Q4的集电极之间。电容COUT的一端耦接至第四晶体管Q4的集电极，电容COUT的另一端输出射频输出信号RFOUT。

当射频功率放大器200尚未开始接收射频输入信号RFIN时，电感L会对直流信号呈现低阻抗状态，例如短路，而电容CIN、COUT则会对直流信号呈现高阻抗状态，例如断路。当射频功率放大器200开始接收射频输入信号RFIN时，电感L会对高频信号呈现高阻抗状态，例如断路，而电容CIN、COUT则会对高频信号呈现低阻抗状态，例如短路。据此，射频功率放大器200能够在直流工作模式与交流工作模式顺利的运作。

在接下来的多个实施例中，将描述不同于上述图2实施例的部分，且其余省略部分与上述图2实施例的部分相同。此外，为说明便利起见，相似的参考数字或标号指示相似的元件。

〔射频功率放大器的另一实施例〕

请同时参照图4，图4为根据本发明另一实施例中的射频功率放大器的电路示意图。与上述图2实施例不同的是，在本实施例的射频功率放大器400中，在第一电流I1的电流路径上具有第一开关晶体管QS1，其中第一开关晶体管QS1为空乏型的假型高速电子移动晶体管。第一开关晶体管QS1的漏极连接第一电阻R1的一端，第一开关晶体管QS1的栅极连接第一开关信号VS1，第一开关晶体管QS1的源极连接第二晶体管Q2的基极，其中第一开关晶体管QS1根据该第一开关信号VS1的电压电平来决定本身的导通或截止状态，也就是说，第一开关晶体管QS1的导通或截止状态能够决定整个射频功率放大器400的开启或关闭状态。因此，当第一开关晶体管QS1导通时，则图4实施例的电路动作与其对应的功效就相当于图2实施例的电路动作与其对应的功效，在此不再赘述。进一步来说，请同时参照图4与图5A～5D，图5A～5D为对照图4实施例的模拟曲线图。在图5A中，横轴为温度(单位为摄氏)、右纵轴为输出电流的偏移量(单位为百分比％)且左纵轴为输出电流IC(单位为毫安培)，其为主要绘示输出电流IC相对于温度变化的曲线图并且曲线c51为表示输出电流，曲线c52为表示输出电流的偏移量，由图5A可知，在温度的变化下，射频功率放大器400的输出电流IC的偏差(deviation)小于正负3％，其具有相当不错的表现。在图5B中，横轴为第一系统电压VDD(单位为伏特)、右纵轴为输出电流的偏移量(单位为百分比％)且左纵轴为输出电流IC(单位为毫安培)，其主要绘示输出电流IC相对于第一系统电压VDD变化的曲线图，其中曲线c53为表示输出电流且曲线c54为表示输出电流的偏移量，亦即输出电流IC的偏移量相对于第一系统电压VDD的变化为小于正负2％。在图5C中，横轴为第一开关信号VS1(单位为伏特)且纵轴为输出电流IC(单位为毫安培)，其主要绘示输出电流IC相对于第一开关信号CS1变化的曲线图，由图5C可知，设计者可以通过将第一开关晶体管QS1连接至第二晶体管Q2的基极与第一晶体管Q1的射极之间，以使第一开关晶体管QS1符合1.8伏特的切换逻辑电平。在一实施例中，当第一开关信号VS1的电压在0伏特至1伏特时，其为低电压电平逻辑，当第一开关信号VS1的电压在1.7伏特至3.3伏特，其为高电压电平逻辑。在图5D中，横轴为第二系统电压VCC(单位为伏特)且纵轴为输出电流IC(单位为毫安培)，其主要绘示输出电流IC相对于第二系统电压VCC变化的曲线图，设计者可以通过直流转直流方式(DC-to-DC)来动态调整第二系统电压VCC来达到动态调整输出电流IC的电流值，以达到射频功率放大器400中不同输出功率的高线性度需求。

〔射频功率放大器的再一实施例〕

请参照图6，图6为根据本发明再一实施例的射频功率放大器的电路示意图。与上述图4实施例不同的是，在本实施例的射频功率放大器600中，在第一系统电压VDD的端点与第一晶体管Q1之间具有一第五晶体管Q5，其中第五晶体管Q5为空乏型的假型高速电子移动晶体管(p-HEMT)。第五晶体管Q5的漏极连接第一系统电压VDD，第五晶体管Q5的栅极连接第二电阻R2的一端，第五晶体管Q5的源极连接第一晶体管Q1的漏极。第五晶体管Q5用以进一步稳定第一系统电压VDD对于输出电流IC的变化。射频功率放大器600还包括第二开关晶体管QS2，其中第二开关晶体管QS2为空乏型的假型高速电子移动晶体管。第二开关晶体管QS2的漏极连接第一晶体管Q1的漏极，第二开关晶体管QS2的栅极接收第二开关信号VS2，第二开关晶体管QS2的源极连接第二晶体管Q2的基极，其中第二开关晶体管QS2在射频功率放大器600中的工作原理与上述图4实施例的第一开关晶体管QS1相同，在此不再赘述。接着，请同时参照图6与图7A～图7D，图7A～7D为对照图6实施例的模拟曲线图，其中图7C及图7D与上述图5C与图5D相同，在此不再赘述。相较于图5A与图5B，在图7A与图7B中，输出电流IC在相较于温度的变化或第一系统电压VDD的变化，射频功率放大器700具有更优良的表现。进一步来说，相较于图5B中，输出电流IC相较于第一系统电压VDD的变化为小于正负2％，然而在图7B中(曲线c73为表示输出电流且曲线c74为表示输出电流的偏移量)，输出电流IC相较于第一系统电压VDD的变化为小于正负0.5％。因此，当第一系统电压VDD从3.2伏特变化至4.2伏特时，本实施例的射频功率放大器700更能够进一步地稳定输出电流IC。

在接下来的多个实施例中，将描述不同于上述图7实施例的部分，且其余省略部分与上述图7实施例的部分相同。此外，为说明便利起见，相似的参考数字或标号指示相似的元件。

〔射频功率放大器的更一实施例〕

请参照图8，图8为根据本发明更一实施例的射频功率放大器的电路示意图。与上述图7实施例不同的是，射频功率放大器800还包括第六晶体管Q6、第七晶体管Q7、第四电阻R4、第五电阻R5与第八晶体管Q8，其中晶体管Q6及Q7为空乏型的假型高速电子移动晶体管，并且晶体管Q8为异质接面双极晶体管。第六晶体管Q6的漏极连接第一系统电压VDD。第七晶体管Q7的漏极连接第六晶体管Q6的源极，第七晶体管Q7的栅极连接第一电阻R1的另一端。第四电阻R4的一端连接第七晶体管Q7的源极，第四电阻R4的另一端连接第七晶体管Q7的栅极。第五电阻R5的一端连接第四电阻R4的一端。第八晶体管Q8的集电极连接第五电阻R5的另一端，第八晶体管Q8的基极通过第六电阻R6连接模式切换信号VM，第八晶体管Q8的射极连接接地电压GND。

于本实施例中，第八晶体管Q8作为一开关来使用，射频功率放大器800通过模式切换信号VM的低电压电平来截止第八晶体管Q8以启动另一组电流源电路，亦即第六晶体管Q6、第七晶体管Q7与第四电阻R4构成所述另一组电流源电路，以大幅提高射频功率放大器800的输出电流IC，藉此提高射频功率放大器800的输出功率以满足不同射频输出功率的通信需求。也就是说，当模式切换信号VM为低电压电平时(第八晶体管Q8会被截止)，则第六晶体管Q6、第七晶体管Q7与第四电阻R4会产生一第三电流I3并且与第二电流I2一起流入第三晶体管Q3，则射频功率放大器800的输出电流IC会大幅提高以形成一大电流，且射频功率放大器800会进入高输出功率模式，以符合高输出功率的通信需求；当模式切换信号VM为高电压电平时(第八晶体管Q8会被导通以使第六晶体管Q6的栅极连接至接地电压GND)，此时则只有第二电流I2会流进第三晶体管Q3，因此射频功率放大器800的输出电流IC会下降至一小电流，且射频功率放大器800会进入低输出功率模式，以符合低输出功率的通信需求。

请同时参照图8与图9A～图9E，图9A～图9E为对照图8实施例的模拟曲线图。图9A为绘示输出电流IC相对于温度变化的曲线图，其曲线c91为表示输出电流且曲线c92为表示输出电流的偏移量。图9B为绘示输出电流IC相对于第一系统电压VDD变化的曲线图，其曲线c93为表示输出电流且曲线c94为表示输出电流的偏移量。图9C为绘示输出电流IC相对于第二系统电压VCC变化的曲线图。图9D为绘示输出电流IC相对于第二开关信号VS2变化的曲线图。图9E为绘示输出电流IC相对于模式切换信号VM变化的曲线图。值得注意的是(以下假设第二开关晶体管QS2为导通状态)，在图9E中，当模式切换信号VM大于1.2伏特时，射频功率放大器800的输出电流IC约为28.5毫安培，当模式切换信号VM小于1.2伏特时，射频功率放大器800的输出电流IC约为51毫安培，因此可以将输出电流IC提高为1.78倍左右，以进一步提高射频功率放大器800的输出功率。

〔射频功率放大器的一实施例〕

在上述实施例的射频功率放大器200、400、600及800在第一系统电压于3.2伏特至4.2伏特时，都能够产生稳定的输出电流IC。然而，本揭示内容更进一步能够将3.2伏特的操作电压拉低至2.8伏特。请参照图10，图10为根据本发明实施例的射频功率放大器的电路示意图。与上述图6实施例不同的是，本实施例的射频功率放大器1000还包括一第九晶体管Q9，其为空乏型的假型高速电子移动晶体管(pHEMT)。第九晶体管Q9的漏极连接第一系统电压VDD，第九晶体管Q9的栅极连接第一电阻R1的一端，第九晶体管Q9的源极连接第二开关晶体管QS2的漏极且输出第一电流I1。由于第九晶体管Q9的栅极不会有任何电流通过，所以本实施例中的第一电流I1为由第一系统电压VDD与第九晶体管Q9所产生，然而相同的是，第一电流I1都会流至第二开关晶体管QS2的漏极。值得一提的是，第九晶体管Q9的栅极电压较第九晶体管Q9的源极为低，因此第九晶体管Q9为空乏型的假型高速电子移动晶体管用以降低第一电阻R1的一端的电压。在一实施例中，第九晶体管Q9的源极为2.6伏特，而第九晶体管Q9的栅极电压为1.6伏特，因此能够将第一电阻R1的一端的电压锁定在1.6伏特。接着，由于第二电流I2流经第一电阻R1的电压降的关系，所以第一电阻R1的另一端的电压为1.2伏特左右，而这1.2伏特的电压足够使第三晶体管Q3进入正常运作状态或主动区域(activeregion)，故藉此能够将第一系统电压VDD从3.2伏特拉低至2.8伏特即能够使射频功率放大器1000输出稳定的输出电流IC。亦即，第一系统电压VDD在2.8伏特至4.2伏特之间都能够使输出电流IC稳定。

请参照图11，图11为根据图10实施例的改变连接关系的射频功率放大器的电路示意图。与上述图10实施例的相异处在于，在本实施例的射频功率放大器1100中，第九晶体管Q9的漏极连接第一系统电压VDD，第九晶体管Q9的栅极连接第一晶体管Q1的漏极，第九晶体管Q9的源极连接第二开关晶体管QS2的漏极且输出第一电流I1，第九晶体管Q9为空乏型的假型高速电子移动晶体管且用以降低第一晶体管Q1的漏极电压。据此，可以将第五晶体管Q5的源极电压锁定在第九晶体管Q9的栅极电压，因此第一电阻R1的一端的电压(亦即第一晶体管Q1的源极)会更低，进一步拉低第三晶体管Q3的集射极电压(但第三晶体管Q3仍然处于正常运作)。故，第一系统电压VDD能够从2.6伏特～至4.2伏特之间都能够使输出电流IC稳定。

接下来，请参照图12，图12为根据本发明实施例的具一组电源电压的射频功率放大器的电路示意图。由图12可知，本实施例将第一系统电压与第二系统电压为合并至共用一组电源电压VA来操作整体射频功率放大器1200。值得一提的是，如此的共用一组电源电压VA的方式也都适用于上述的射频功率放大器200、400、600、800、1000及1100。

〔射频功率放大器的另一实施例〕

请参照图13，图13为根据本发明另一实施例的具有更佳温度补偿效应的射频功率放大器的电路示意图。与上述图6实施例的相异处在于，本实施例的射频功率放大器1300还包括第十一晶体管Q11，第十二晶体管Q12与第七电阻R7，其中晶体管Q11为异质接面双极晶体管，并且晶体管Q12为空乏型的假型高速电子移动晶体管。第十一晶体管Q11的集电极连接第五晶体管Q5的栅极，第十一晶体管Q11的基极连接第一晶体管Q1的源极，第十一晶体管Q11的集电极与基极相互连接。第七电阻R7的一端连接第一电阻R1的另一端，第七电阻R7的另一端连接第九晶体管Q9的射极与第三晶体管Q3的集电极。第十二晶体管Q12的栅极连接第三晶体管Q3的基极，第十二晶体管Q12的源极连接第二开关晶体管QS2的栅极，第十二晶体管Q12的漏极连接第二开关信号VS2。由于第三晶体管Q3为异质接面双极晶体管(Heterojunction bipolar transistor,HBT)，所以当第三晶体管Q3工作在主动区时，第十二晶体管Q12的栅极电压会被锁定在第三晶体管Q3的基射极电压。在一实施例中，第十二晶体管Q12的栅极电压会被锁定在1.3伏特并且因第二晶体管Q2的基射极电压亦为1.3伏特，所以第二晶体管Q2的基极与第二开关晶体管QS2的源极会是2.6伏特，据此会进而使第二开关晶体管QS2的栅极在接收到1.6伏特以上的电压时会被导通(因为第二开关晶体管QS2为空乏型的假型高速电子移动晶体管)。当第二开关信号VS2的输入电压大于约2.3V,第二开关晶体管QS2的栅极电压会被锁定在约2.3伏特,因此使第二开关信号VS2的输入电压于1.8V～4.2V均不会影响输出电流。

此外，就温度补偿效应来说，第十一晶体管Q11的基射极电压为负温度系数的电压，并且第一电阻R1与第七电阻R7之间的电压为第十一晶体管Q11的基射极电压。所以，第一晶体管Q1的栅极电压等于第十一晶体管Q11的基射极电压乘以第一分压电阻比值，其中第一分压电阻比值为第七电阻R7除以第一电阻R1与第七电阻R7的总和。第一晶体管Q1的栅极电压具有负温度系数的特性，也就是说适当调整第一电阻R1与第七电阻R7之间的比例可产生第十一晶体管Q11的基射极电压为负温度系数的电压，进而使第二电流I2与偏压电流I2为近于零温度系数的电流。因此，通过上述机制来对温度效应进行补偿以使得输出电流IC为接近或等于零温度系数的电流。请同时参照图13与图14，图14为对照图13实施例的模拟曲线图。在图14中，其为绘示输出电流相对于温度变化的曲线图，其中曲线c141为表示输出电流且曲线c142为表示输出电流的偏移量。由图14可知，温度曲线为三阶曲线图并且在温度在摄氏负55度至摄氏125度之间，输出电流IC的变化小于正负0.25％，因此，本实施例的射频功率放大器1300在面对环境温度变化上，可以使输出电流IC非常稳定。

〔射频功率放大器的再一实施例〕

请参照图15，图15为根据本发明再一实施例的具温度补偿效应的射频功率放大器的电路示意图。与上述图6实施例的相异处在于，本实施例的射频功率放大器1500还包括第八电阻R8、第九电阻R9、第十三晶体管Q13与第十四晶体管Q14，其中晶体管Q13及Q14为空乏型的假型高速电子移动晶体管。第八电阻R8的一端连接第一电阻R1的另一端，第八电阻R8的另一端连接该第一晶体管Q1的栅极。第九电阻R9的一端连接第八电阻R8的另一端。第十三晶体管Q13的栅极连接第八电阻R8的一端，第十三晶体管Q13的漏极与源极连接第九电阻R9的另一端。关于第十四晶体管Q14的动作原理如同上述图13实施例中的第十二晶体管Q12，故在此不赘述。

接着，由于第十三晶体管Q13的源极与漏极互相连接(类似于二极管组态)并共同连接至第九电阻R9的另一端，所以第八电阻R8与第九电阻R9的两端电压为负温度系数的二极管电压VD。如图15所示，第一晶体管Q1的栅极电压为二极管电压VD乘以第二分压电阻比值，其中第二分压电阻比值为第九电阻R9除以第八电阻R8与第九电阻R9的总和，也就是说适当调整第一电阻R1,第八电阻R8与第九电阻R9的比例可产生第十三晶体管Q13的二极管电压VD为负温度系数的电压，进而使第二电流I2B为零温度系数的电流。因此通过上述机制来对温度效应进行补偿以使得输出电流IC为接近或等于零温度系数的电流。请同时参照图15及图16，图16为对照图15实施例的模拟曲线图。由图16可知，其温度曲线为三阶曲线图并且在温度在摄氏负55度至摄氏125度之间，输出电流IC的变化小于正负0.265％，其中曲线c161为表示输出电流且曲线c162为表示输出电流的偏移量。因此，本实施例的射频功率放大器1300在面对环境温度变化上，亦可以使输出电流IC非常稳定。

〔射频功率放大器的更一实施例〕

请参照图17，图17为根据本发明更一实施例的射频功率放大器的电路示意图。相较于上述图11实施例，第十五晶体管Q15相当于第九晶体管Q9，第三开关晶体管QS3取代了第二开关晶体管QS2与第二晶体管Q2。进一步来说，第十五晶体管Q15的漏极连接至第一系统电压VDD，第十五晶体管Q15的栅极连接至第五晶体管Q5的源极。第三开关晶体管QS3的漏极连接至第十五晶体管Q15的源极，第三开关晶体管QS3的栅极接收第三开关信号VS3，第三开关晶体管QS3连接至第二电阻R2的一端(或第三电阻R3的一端)。值得注意的是，在本实施例中，第十五晶体管Q15与第三开关晶体管QS3为增强型的假型高速电子移动晶体管(pHEMT)，其中第三开关晶体管QS3根据第三开关信号VS3的电压电平而决定导通或截止状态。请同时参照图17与图18A～图18D，图18A～图18D为对照图17实施例的模拟曲线图。如图18A所示，输出电流IC在面对温度变化的效应上，于温度在负40度与120度之间，输出电流IC的变化小于3％左右，因此本实施例的射频功率放大器1700具有相当良好的温度补偿效应，其中曲线c181为表示输出电流且曲线c182为表示输出电流的偏移量。如图18B所示，当第一系统电压VDD增加至2.6伏特时，输出电流IC即会开始呈现稳流的现象。如图18C所示，第三开关信号VS能够维持1.6伏特的切换逻辑电平，符合现今通信的要求。在图18D中，当通过直流转直流(DC-to-DC)调整第二系统电压VCC时，输出电流IC亦会呈现高线性度的优良表现，进而使射频功率放大器1700的输出功率呈现高线性度以符合当今对通信标准的要求。

〔电子系统的一实施例〕

请参照图19，图19为根据本发明实施例的电子系统的区块示意图。电子系统1900包括射频功率放大器1910与负载1920。射频功率放大器1910接收射频输入信号RFIN且输出射频输出信号RFOUT至负载1920，亦即射频功率放大器1910在耦接系统电压后，会提供一稳定的输出功率至负载1920。射频功率放大器1910可以是上述图1、图2、图4、图6、图8、图10、图11、图12、图13、图15与图17实施例中的射频功率放大器100、200、400、600、800、1000、1100、1200、1300、1500及1700的其中之一，且用以提供稳定的输出功率给负载。电子系统1900可以是各种类型的电子装置内的系统，电子装置可以是例如手持装置或移动装置等。

以上所述仅为本发明的实施例，其并非用以局限本发明的专利权利要求范围。

Claims (16)

1.一种射频功率放大器，其特征在于，该射频功率放大器包括：

三端电流源电路，接收第一系统电压并据此输出第一电流及第二电流，其中该第一电流的第一输出端点与该第二电流的第二输出端点之间具有源电压，该三端电流源电路包括：第一晶体管，其漏极连接该第一系统电压；以及第一电阻，其一端为该第一输出端点且连接该第一晶体管的源极并输出该第一电流，其另一端为该第二输出端点且连接该第一晶体管的栅极并输出该第二电流，其中该第一电阻的两端具有该源电压；

电流镜电路，电性连接该三端电流源电路，该电流镜电路接收该第一电流及该第二电流并据此产生偏压电流；以及

输出级电路，电性连接该电流镜电路，该输出级电路接收该偏压电流以工作在操作偏压点，

其中通过该三端电流源电路的该源电压使得当该第一系统电压在第一电压与第二电压之间，则该输出级电路输出不随该第一系统电压变化且具温度补偿的输出电流。

2.如权利要求1所述的射频功率放大器，其特征在于，该电流镜电路包括：

第二晶体管，其基极连接该第一电阻的一端以接收该第一电流，其集电极连接该第一系统电压；

第二电阻，其一端连接该第二晶体管的射极；

第三电阻，其一端连接该第二晶体管的射极；以及

第三晶体管，其基极连接该第二电阻的另一端，其集电极连接该第一电阻的另一端，其射极连接接地电压，

其中当该第三晶体管工作在主动区时，则该第二晶体管的基极电压为该第二晶体管的基射极电压、该第二电阻的压降与该第三晶体管的基射极电压的总和，藉此以将该第一电阻的一端的电压锁定在该第二晶体管的基极电压。

3.如权利要求2所述的射频功率放大器，其特征在于，该输出级电路包括：

第四晶体管，其基极连接该第三电阻的另一端以接收该偏压电流，其集电极连接第二系统电压，其射极连接该接地电压，其中该第四晶体管作为输出晶体管，用以接收射频输入信号且将其放大以输出射频输出信号，

其中当该第四晶体管的面积为该第三晶体管的面积的N倍时且该第二电阻的电阻值为该第三电阻的电阻值的N倍，则该输出电流为该第二电流的N倍，且N为大于1的实数。

4.如权利要求3所述的射频功率放大器，其特征在于，在该第一电流的电流路径具有第一开关晶体管，其漏极连接该第一电阻的一端，其栅极连接第一开关信号，其源极连接该第二晶体管的基极，其中该第一开关晶体管根据该第一开关信号的电压电平来决定导通或截止状态。

5.如权利要求4所述的射频功率放大器，其特征在于，在该第一系统电压与该第一晶体管之间具有第五晶体管，其漏极连接该第一系统电压，其栅极连接该第一电阻的一端，其源极连接该第一晶体管的漏极，其中该第五晶体管用以稳定该第一系统电压对于该输出电流的变化，并且该射频功率放大器还包括第二开关晶体管，其漏极连接该第一晶体管的漏极，其栅极接收第二开关信号，其源极连接该第二晶体管的基极，其中该第二开关晶体管根据该第二开关信号的电压电平来决定导通或截止状态。

6.如权利要求5所述的射频功率放大器，其特征在于，射频功率放大器还包括：

第六晶体管，其漏极连接该第一系统电压；

第七晶体管，其漏极连接该第六晶体管的源极，其栅极连接该第一电阻的另一端；

第四电阻，其一端连接该第七晶体管的源极，其另一端连接该第七晶体管的栅极，其中该第六晶体管，该第七晶体管与该第四电阻构成电流源电路以提高该输出电流；

第五电阻，其一端连接该第四电阻的一端；以及

第八晶体管，其集电极连接该第五电阻的另一端，其基极通过第六电阻连接模式切换信号，其射极连接该接地电压，其中该第八晶体管作 为开关并根据该模式切换信号来决定导通或截止状态，

其中当该模式切换信号为低电压电平时，则该第六晶体管、第七晶体管与第四电阻会产生第三电流并且与该第二电流一起流入该第三晶体管以提高该输出电流，当该模式切换信号为高电压电平时，则该第二电流会流进该第三晶体管，以降低该输出电流。

7.如权利要求5所述的射频功率放大器，其特征在于，该射频功率放大器还包括：

第九晶体管，其漏极连接该第一系统电压，其栅极连接该第一电阻的一端，其源极连接该第二开关晶体管的漏极且输出该第一电流，其中该第九晶体管为空乏型晶体管，并且该第九晶体管用以降低该第一电阻的一端的电压。

8.如权利要求5所述的射频功率放大器，其特征在于，该射频功率放大器还包括：

第十晶体管，其漏极连接该第一系统电压，其栅极连接该第一晶体管的漏极，其源极连接该第二开关晶体管的漏极且输出该第一电流，其中该第十晶体管为空乏型晶体管，并且该第十晶体管用以降低该第一晶体管的漏极电压。

9.如权利要求5所述的射频功率放大器，其特征在于，该第一系统电压与该第二系统电压为相同的电源电压。

10.如权利要求5所述的射频功率放大器，其特征在于，该射频功率放大器还包括：

第十一晶体管，其集电极连接该第五晶体管的栅极，其基极连接该第一晶体管的源极，并且其集电极与基极相互连接；

第七电阻，其一端连接该第一电阻的另一端，其另一端连接该第十一晶体管的射极与该第三晶体管的集电极；以及

第十二晶体管，其栅极连接该第三晶体管的基极，其源极连接该第二开关晶体管的栅极，其漏极连接该第二开关信号，当该第三晶体管工作在主动区时，该第十二晶体管的栅极电压会被锁定在该第三晶体管的基射极电压，

其中该第一电阻与该第七电阻之间的电压为该第十一晶体管的基射 极电压，并且该第一晶体管的栅极电压等于该第十一晶体管的基射极电压乘以第一分压电阻比值，且该第一分压电阻比值为该第七电阻除以该第一电阻与该第七电阻的总和，藉此使该第二电流与该偏压电流为负温度系数的电流以补偿该输出电流的温度效应。

11.如权利要求5所述的射频功率放大器，其特征在于，该射频功率放大器还包括：

第八电阻，其一端连接该第一电阻的另一端，其另一端连接该第一晶体管的栅极；

第九电阻，其一端连接该第八电阻的另一端；

第十三晶体管，其栅极连接该第八电阻的一端，其漏极与源极连接该第九电阻的另一端，其中该第十三晶体管为二极管组态，以使该第八电阻与该第九电阻的两端电压为负温度系数的二极管电压；以及

一第十四晶体管，其栅极连接该第三晶体管的基极，其漏极连接该第二开关信号，其源极连接该第二开关晶体管的栅极，

其中该第一晶体管的栅极电压为该二极管电压乘以第二分压电阻比值，而该第二分压电阻比值为该第九电阻除以该第八电阻与第九电阻的总和，藉此使该第二电流与该偏压电流为负温度系数的电流以补偿该输出电流的温度效应。

12.一种电子系统，其特征在于，该电子系统包括：

如权利要求1所述的射频功率放大器，该射频功率放大器接收射频输入信号且输出射频输出信号；以及

负载，连接该射频功率放大器，该负载接收该射频输出信号。

13.如权利要求12所述的电子系统，其特征在于，该电流镜电路包括：

第二晶体管，其基极连接该第一电阻的一端以接收该第一电流，其集电极连接该第一系统电压；

第二电阻，其一端连接该第二晶体管的射极；

第三电阻，其一端连接该第二晶体管的射极，其中当第二电阻的电阻值为该第三电阻的电阻值的N倍，则该输出电流为该第二电流的N倍，且N为大于1的实数；以及

第三晶体管，其基极连接该第二电阻的另一端，其集电极连接该第一电阻的另一端，其射极连接接地电压，

其中当该第三晶体管工作在主动区时，则该第二晶体管的基极电压为该第二晶体管的基射极电压、该第二电阻的压降与该第三晶体管的基射极电压的总和，藉此以将该第一电阻的一端的电压锁定在该第二晶体管的基极电压。

14.如权利要求13所述的电子系统，其特征在于，该输出级电路包括：

第四晶体管，其基极连接该第三电阻的另一端以接收该偏压电流，其集电极连接第二系统电压，其射极连接该接地电压，其中该第四晶体管作为输出晶体管，用以接收射频输入信号且将其放大以输出射频输出信号。

15.如权利要求14所述的电子系统，其特征在于，该射频功率放大器在该第一电流的电流路径具有第一开关晶体管，其漏极连接该第一电阻的一端，其栅极连接第一开关信号，其源极连接该第二晶体管的基极，其中该第一开关晶体管根据该第一开关信号的电压电平来决定导通或截止状态。

16.如权利要求14所述的电子系统，其特征在于，在该第一系统电压与该第一晶体管之间具有第五晶体管，其漏极连接该第一系统电压，其栅极连接该第一电阻的一端，其源极连接该第一晶体管的漏极，其中该第五晶体管用以稳定该第一系统电压对于该输出电流的变化，并且该射频功率放大器还包括第二开关晶体管，其漏极连接该第一晶体管的漏极，其栅极接收第二开关信号，其源极连接该第二晶体管的基极，其中该第二开关晶体管根据该第二开关信号的电压电平来决定导通或截止状态。