CN105048977A - 具有动态偏压的放大器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可动态调整偏压的放大器，包括一供电单元、一放大单元及一输出功率检测单元；供电单元用以提供一供电信号；放大单元接收一输入信号，以放大产生一输出信号；输出功率检测单元检测输出信号的功率以反应出一偏压信号并对于偏压信号进行升压，而后，利用升压后的偏压信号调整放大单元的输出电流，如此电路设计，将可以改善放大器的输入三阶交调截取点以增加线性度，进而避免输出信号产生失真的情况。

Description

具有动态偏压的放大器

技术领域

本发明涉及一种放大器，尤其涉及一种能够改善输入三阶交调截点的放大器。

背景技术

一般射频电路的前端模块通常设置一放大器，利用放大器对于天线接收的信号进行放大，以使信号可以放大至一需求的功率或振幅而能够被基频电路所处理。

请参阅图1，为现有放大器的电路示意图。如图所示，放大器100包括一放大单元11、一功率检测单元13及一偏压控制器15。

放大单元11的输入端经由一第一电容121耦接一输入信号fin。功率检测单元13包括一N型晶体管131，晶体管131的栅端经由一第二电容122耦接输入信号fin。第一电容121及第二电容122用以隔绝输入信号fin的直流电压部分，以使放大单元11及功率检测单元13只会接收到一交流电压部分的输入信号fin。偏压控制器15包括一是由两P型晶体管151、152所组成的电流镜、一连接成二极管形式的N型晶体管153及一电感器154。

当功率检测单元13的栅端接收输入信号fin时，检测输入信号fin的功率以在漏极端产生一半波型的电流信号。接着，由两P型晶体管151、152所组成的电流镜会将电流信号耦合至N型晶体管153。电感器154根据电流信号以产生一偏压至放大电路11的输入端111。当输入信号fin的功率越大时，偏压相对拉升，以使得放大电路11流过较多的输出电流Iout。反之，当输入信号fin的功率越小时，偏压相对拉降，以使得放大单元11流过较少的输出电流Iout。如此，经由检测输入信号fin的功率大小以动态调整放大器100的输出电流Iout而改变其增益。

或者，请参阅图2，为现有又一放大器的电路示意图。如图所示，放大器200包括一放大单元21及一峰值检测反馈单元23。

放大单元21包括一负载电阻211及两晶体管213、215。负载电阻211连接在电压源VDD与放大电路200的输出端203间。两晶体管213、215连接成叠接结构，其中晶体管215的栅端连接放大电路200的输入端201接收一输入信号(in)，两晶体管213、215放大输入信号以在晶体管213的漏极端产生一输出信号(out)。

峰值检测反馈单元23包括一第一峰值检测器231、一第二峰值检测器233、一衰减器235及一差动放大器237。输入信号传送至第一峰值检测器231以检测输入信号的功率而产生一第一偏压信号，第一偏压信号传送至差动放大器237的正极端。输出信号传送至衰减器235以根据一比例系数衰减输出信号，例如：放大单元21具有A倍的增益，衰减器235将对于输出信号衰减1/A倍的增益。衰减后的输出信号传送至第二峰值检测器233以检测衰减后的输出信号的功率而产生一第二偏压信号，第二偏压信号传送至差动放大器237的负极端。

差动放大器237比较第一偏压信号及第二偏压信号间的差异以输出一偏压至晶体管215的栅端210，而决定放大单元21的增益。若输入信号的功率大于衰减后的输出信号的功率，差动放大器237将产生一较高的偏压至晶体管215的栅端210，以使放大单元21流过较多的输出电流Iout。相反的，若输入信号的功率小于衰减后的输出信号的功率，差动放大器237将产生一较低的偏压至晶体管215的栅端210，以使放大单元21流过较少的输出电流Iout。如此，经由比较输入信号与输出信号间的功率差异以动态调整放大电路200的输出电流Iout而改变增益。

又，在放大器的技术领域中，三阶交调截取点(third-orderinterceptpoint，IP3)为一衡量放大器的线性度或失真的重要指标。输入三阶交调截取点(inputthird-orderinterceptpoint，IIP3)越高，代表放大器的线性度越好，所接收的信号被三阶交调信号(third-orderinter-modulation，IM3)干扰的程度就越低。

然而，传统放大器的电路设计在接收到较大功率的信号(例如：由天线所接收的输入信号)时，往往需要一段较长的检测运作时间才能检测到信号的功率大小，且即使检测到信号为一较大功率，其放大器的输出电流Iout第一时间也无法快速地进行拉升，导致无足够的输出功率放大信号，信号容易受到IM3信号干扰而形成失真，最终使得放大器的IIP3处在较低、线性度不佳的情况。

有鉴于此，本发明将提供一创新电路结构的放大器，其接收到信号时可以快速地拉升输出电流，藉以取得较高的IIP3而维持较佳的增益线性度，将会是本发明欲达到的目的。

发明内容

本发明的一目的在于提出一种具有动态偏压的放大器，其放大器可以接收一输入信号而放大产生有一输出信号，对于输出信号的检测以产生一偏压信号，并对于偏压信号升压，而后，利用升压后的偏压信号调整放大器的输出电流，如此，将可以改善放大器的输入三阶交调截取点以增加线性度，进而避免输出信号产生失真的情况。

本发明的又一目的在于提出一种具有动态偏压的放大器，以一跨导线性回路作为放大器的主要电路设计结构，可以避免放大器的偏压产生非线性改变，以提高输出电流Iout调整上的稳定性。

为达成上述目的，本发明提供一种具有动态偏压的放大器，其特征在于，包括：一供电单元，提供一供电信号；一放大单元，包括一第一晶体管，第一晶体管的第一端通过一第一负载连接一工作电压及产生有一输出信号，第二端接地，控制端经由一第一电容接收一输入信号，其中；及一输出功率检测单元，包括一第二晶体管及一第三晶体管，第二晶体管的第一端连接工作电压，控制端经由一第二电容连接第一晶体管的第一端以接收输出信号，而第三晶体管的第一端连接工作电压，第二端与第二晶体管的第二端共接且经由一第三负载元件连接至第一晶体管的控制端，控制端连接供电单元以接收供电信号以及经由一第二负载及第二电容连接第一晶体管的第一端以接收输出信号；其中输出功率检测单元检测输出信号的功率以在第三晶体管的第二端上反应出一偏压信号，利用偏压信号以调整放大单元上所流过的电流。

本发明一实施例中，输出信号经由第二负载以偏压至第三晶体管的控制端，输出功率检测单元根据输出信号与供电信号的比较以检测出输出信号的功率而在第三晶体管的第二端上反应出偏压信号。

本发明一实施例中，第二电容为一可变电容或一固定电容。

本发明一实施例中，输出功率检测单元更包括一第三电容器，第三电容器连接在第三晶体管的第二端与接地间，其为一可变电容或一固定电容。

本发明一实施例中，供电单元包括有至少两连接成二极管形成的供电晶体管，两供电晶体管串接成一叠接结构，最上方的供电晶体管的第一端及控制端连接至第三晶体管的控制端。

本发明一实施例中，两供电晶体管、第三晶体管及第一晶体管组成为一跨导线性回路。

本发明一实施例中，供电单元包括有一供电晶体管，供电晶体管的第一端连接第三晶体管的控制端，第二端接地，控制端连接第三晶体管的第二端。

本发明一实施例中，第二晶体管及第三晶体管的第二端经由一第四负载元件接地。

本发明一实施例中，放大器的各晶体管是采用砷化镓(GaAs)的异质接面双载子晶体管(HBT)工艺或假型高电子移动率晶体管(PHEMT)工艺进行制作。

本发明一实施例中，放大器为一低杂讯(噪声)放大器。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1：现有放大器的电路示意图；

图2：现有又一放大器的电路示意图；

图3：本发明具有动态偏压的放大器一实施例的电路示意图；

图4：本发明具有动态偏压的放大器又一实施例的电路示意图。

主要组件符号说明：

100放大器11放大单元

111输入端121第一电容

122第二电容13功率检测单元

131晶体管15偏压控制器

151晶体管152晶体管

153晶体管154电感器

200放大器201输入端

203输出端21放大单元

210栅端211负载电阻

213晶体管215晶体管

23峰值检测反馈单元231第一峰值检测器

233第二峰值检测器235衰减器

237差动放大器300放大器

301放大器31供电单元

311供电晶体管313供电晶体管

32供电单元321供电晶体管

33放大单元331第一晶体管

333第一负载35输出功率检测单元

351第二晶体管352第三晶体管

3520偏压点353第二电容

354第二负载355第三电容器

356第三负载元件357第四负载元件

371第一电容

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

请参阅图3，为本发明具有动态偏压的放大器一实施例的电路示意图。本发明放大器300可以为一低杂讯(噪声)放大器，其包括一供电单元31、一放大单元33及一输出功率检测单元35。

供电单元31包括有至少两连接成二极管形成的供电晶体管311、313。两供电晶体管311、313在一工作电压VDD/VCC与接地间串接成一叠接的结构，提供一稳定的直流供电信号SP。

放大单元33包括有一第一晶体管331。第一晶体管331的第一端通过一第一负载333连接工作电压VDD，第二端接地，控制端经由一第一电容371接收一输入信号RF_in。当放大单元33接收输入信号RF_in时，放大输入信号RF_in以在第一晶体管331的第一端上产生一输出信号RF_out。

输出功率检测单元35包括一第二晶体管351及一第三晶体管352。第二晶体管351的第一端连接工作电压VDD，控制端经由一第二电容353连接第一晶体管331的第一端以接收输出信号RF_out。第三晶体管352的第一端连接工作电压VDD，第二端与第二晶体管351的第二端共接且经由一第三负载元件356连接第一晶体管331的控制端，控制端连接供电单元31以接收供电信号S_P以及经由一第二负载354及第二电容353连接第一晶体管331的第一端以接收输出信号RF_out。

在本发明中，放大器300的各晶体管311、313、331、351、352是采用砷化镓(GaAs)的异质接面双载子晶体管(HBT)工艺或假型高电子移动率晶体管(PHEMT)工艺进行制作。各晶体管311、313、331、351、352可以为场效晶体管(FET)、金属半晶体管(MOS)或双载子晶体管(BJT)，其第一端为漏极端或集极端，第二端为源极端或射极端，而控制端为栅端或基极端。此外，本发明第三晶体管352将被输出功率检测单元35作为检测输出信号RF_out的功率大小的检测器，其可以为一源极随耦器或一射极随耦器。再者，本发明晶体管311、313、331、351、352若采用场效晶体管(FET)或金属半晶体管(MOS)时，于第二晶体管351及第三晶体管352的第二端上将增设有一接地负载，例如：第四负载元件357。

接续，第三晶体管352的控制端是为一偏压点3520，输出信号RF_out经由第二负载354以偏压至偏压点3520。输出功率检测单元35的第三晶体管352根据输出信号RF_out与供电信号S_P的比较以检测出输出信号RF_out的功率，而在其第二端上反应出偏压信号S_B。而后，输出功率检测单元35将偏压信号S_B传送至第一晶体管331的控制端，以利用偏压信号S_B调整放大单元33上所流过的输出电流Iout而改变放大单元33的输出功率及增益。

输出功率检测单元35尚包括一第三电容器355，其亦可为一固定电容且连接在第三晶体管352的第二端与接地间。藉由第三电容器355的设置，偏压信号S_B将可以保持在一较高的电压准位，使得放大单元35始终可以流过较多的输出电流Iout而提高放大单元35的输出功率。或者，本发明又一实施例中，第三电容器355亦可为一可变电容。当放大单元35接收到一较大功率的输入信号RF_in时，输出功率检测单元35调整可变电容器355的电容值，以进一步升压偏压信号S_B而调整放大单元33的输出电流Iout起来的幅度，使得放大单元33可以提供较大的输出功率。如此电路设计，本发明放大器300始终保持较高的输出功率，以在接收输入信号RF_in时，都可立刻提供足够的输出功率放大信号，将可取得较高的输入三阶交调截取点(IIP3)而维持较佳的增益线性度，以降低IM3信号量，避免放大输出的信号RF_out被IM3信号干扰而失真。

此外，本发明第二电容353也可以为一可变电容，藉由改变第二电容353的电容值，以调整输出电流Iout起来的功率点。例如：当放大单元35接收到一较大功率的输入信号RF_in时，可以调高第二电容353的电容值，输出电流Iout的功率点可以提前起来，使输出信号RF_out的波形可以提前从负半周转折为正半周，如此，输出功率检测单元35能够尽早检测到输出信号RF_out的功率大小而快速调整放大单元33的增益及输出功率，藉以降低输出信号RF_out失真的机会。

再者，本发明两供电晶体管311、313、第三晶体管352及第一晶体管组331将组成为一跨导线性回路。则，输出功率检测单元35所流过的第一电流I1及放大单元33所流过的输出电流Iout将会跟着供电单元31所流过的输入电流Iref产生相对的稳定变化，例如：I_in ²＝I₁×I_OUT。如此，将可以避免工艺变动的因素而造成偏压信号S_B产生非线性改变，以提高放大单元33的输出电流Iout调整上的稳定性。

请参阅图4，为本发明具有动态偏压的放大器又一实施例的电路示意图。如图所示，本实施例放大器301的供电单元32可以只使用单一颗供电晶体管321来提供供电信号S_P。

供电晶体管321的第一端连接第三晶体管352的控制端，第二端接地，而控制端连接第三晶体管352的第二端并经由第四负载元件357接地。于本实施例中，供电单元32的供电晶体管321、输入功率检测单元35的第三晶体管352及放大单元33的第一晶体管331同样可以组成为一跨导线性回路，致使以产生稳定的偏压信号S_B而提高放大单元35的输出电流Iout调整上的稳定性。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有动态偏压的放大器，其特征在于，包括：

一供电单元，提供一供电信号；

一放大单元，包括一第一晶体管，第一晶体管的第一端通过一第一负载连接一工作电压及产生有一输出信号，第二端接地，控制端经由一第一电容接收一输入信号，其中；及

一输出功率检测单元，包括一第二晶体管及一第三晶体管，第二晶体管的第一端连接工作电压，控制端经由一第二电容连接第一晶体管的第一端以接收输出信号，而第三晶体管的第一端连接工作电压，第二端与第二晶体管的第二端共接且经由一第三负载元件连接至第一晶体管的控制端，控制端连接供电单元以接收供电信号以及经由一第二负载及第二电容连接第一晶体管的第一端以接收输出信号；

其中输出功率检测单元检测输出信号的功率以在第三晶体管的第二端上反应出一偏压信号，利用偏压信号以调整放大单元上所流过的电流。

2.根据权利要求1所述的放大器，其特征在于，该输出信号经由该第二负载以偏压至该第三晶体管的控制端，该输出功率检测单元根据该输出信号与该供电信号的比较以检测出该输出信号的功率而在该第三晶体管的第二端上反应出该偏压信号。

3.根据权利要求1所述的放大器，其特征在于，该第二电容为一固定电容或一可变电容。

4.根据权利要求1所述的放大器，其特征在于，该输出功率检测单元更包括一第三电容器，该第三电容器连接在该第三晶体管的第二端与接地间，其为一固定电容或一可变电容。

5.根据权利要求1所述的放大器，其特征在于，该供电单元包括有至少两连接成二极管形成的供电晶体管，该两供电晶体管串接成一叠接结构，最上方的该供电晶体管的第一端及控制端连接至该第三晶体管的控制端。

6.根据权利要求5所述的放大器，其特征在于，该两供电晶体管、该第三晶体管及该第一晶体管组成为一跨导线性回路。

7.根据权利要求1所述的放大器，其特征在于，该供电单元包括有一供电晶体管，该供电晶体管的第一端连接该第三晶体管的控制端，第二端接地，控制端连接该第三晶体管的第二端。

8.根据权利要求1所述的放大器，其特征在于，该第二晶体管及该第三晶体管的第二端经由一第四负载元件接地。

9.根据权利要求1所述的放大器，其特征在于，该放大器的各晶体管是采用砷化镓的异质接面双载子晶体管工艺或假型高电子移动率晶体管工艺进行制作。

10.根据权利要求1所述的放大器，其特征在于，该放大器为一低杂讯放大器。