CN107241068A - 一种放大器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种放大器，该放大器包含一输入端用以接收一输入信号；一输出端用以输出一输出信号；一第一晶体管；一第二晶体管，具有一第一端耦接于该第一晶体管的一第二端；一第三晶体管，具有一第一端耦接于该第二晶体管的一第二端；一电容耦接于该第三晶体管的一控制端及一第二端之间；一偏压电路耦接于该第三晶体管的该第一端，用以提供该第三晶体管一偏压；一第四晶体管，具有一第一端耦接于该输入端、及一第二端耦接于该输出端，用以提供一旁通路径；及一第五晶体管，具有一第一端耦接于该第一晶体管的该第一端、及一第二端耦接于该输出端。

Description

一种放大器
技术领域
本发明涉及一种放大器，尤其涉及一种可改善旁通模式操作效能的放大器。
背景技术
于无线通信领域，当输入信号的强度较低时，可使用放大器予以放大，例如低噪声放大器(low noiseamplifier；LNA)；而当输入信号强度较高时，可进入旁通模式且使放大器处于非操作模式，从而节省耗电。
为了达成上述操作，可将旁通电路耦接于放大器的输入端与输出端之间，且安装控制开关于放大器的输出端，并于输入信号强度较高时截止该控制开关，以使输入信号改经由旁通电路输出。然而，当输入信号强度较高，放大器内的晶体管其接面仍可能发生非预期的导通现象，而影响旁通电路的线性度。
有鉴于此，如何设计一种新的放大器，以消除现有技术中的上述缺陷和不足，是业内相关技术人员亟待解决的一项课题。
发明内容
本发明一实施例揭露一种放大器，包含一输入端、一输出端、一第一晶体管、一第二晶体管、一第三晶体管、一第一电容、一偏压电路、一第四晶体管及一第五晶体管。该输入端是用以接收一输入信号。该输出端是用以输出对应于该输入信号的一输出信号。该第一晶体管包含一控制端、一第一端、及一第二端。该第二晶体管包含一第一端耦接于该第一晶体管的该第二端、一控制端、及一第二端。该第三晶体管包含一第一端耦接于该第二晶体管的该第二端、一控制端、及一第二端。该第一电容包含一第一端耦接于该第三晶体管的该控制端、及一第二端耦接于该第三晶体管的该第二端。该偏压电路包含一第一端耦接于该第三晶体管的该第一端、及一第二端，用以提供该第三晶体管的该第一端一偏压。该第四晶体管是用以提供一旁通路径，包含一第一端耦接于该输入端、及一第二端耦接于该输出端。该第五晶体管，包含一第一端耦接于该第一晶体管的该第一端、一控制端、及一第二端耦接于该输出端。
本发明另一实施例揭露一种放大器，包含一输入端、一输出端、一第一晶体管、一第二晶体管、一第六晶体管、一第四晶体管及一第五晶体管。该输入端是用以接收一输入信号。该输出端是用以输出对应于该输入信号的一输出信号。该第一晶体管包含一控制端、一第一端、及一第二端。该第二晶体管包含一第一端耦接于该第一晶体管的该第二端、一控制端、及一第二端。该第六晶体管包含一第一端耦接于一参考位准、一控制端、及一第二端耦接于该第一晶体管的该控制端。该第四晶体管包含一第一端耦接于该输入端、及一第二端耦接于该输出端。该第五晶体管包含一第一端耦接于该第一晶体管的该第一端、一控制端、及一第二端耦接于该输出端。
与现有技术相比较，本发明所提供放大器，当输入信号的强度较高，例如无线通信装置的信号较强时，可藉由晶体管的截止、及提高晶体管的逆偏程度，从而确实防止非预期的接面导通或漏电流，从而避免放大器中须被截止的组件被导通，对于改善放大器的线性度，实有帮助。
附图说明
关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。
图1是本发明一实施例的放大器的示意图；
图2是本发明一实施例的放大器的示意图；
图3是本发明一实施例的放大器的示意图；
图4是本发明一实施例的放大器的示意图；
图5是本发明一实施例的放大器的局部电路示意图；
图6是本发明一实施例的放大器的示意图；
图7是本发明一实施例的放大器的示意图；
图8是本发明一实施例的放大器的示意图；
图9是本发明一实施例的放大器的局部电路示意图；
图10是本发明一实施例的放大器的示意图。
主要图示说明：
100、200、300、400、500、600、700、800、 放大器
1000
110 放大单元
120、130、140、150、160、150a、150b、170a、 晶体管
180、190、191、192a、810a
170 偏压电路
Vr 参考位准
VD 高电压端
192、410、810 偏压单元
U1至U3、Pt1 路径
Pt2 旁通路径
Si 输入信号
So 输出信号
Pi 输入端
Po 输出端
P1、P2 端点
Ca至Cd、C1至C6 电容
Ra至Re 阻抗单元
L1至L3 匹配单元
610 控制单元
Vbias 偏压
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。然而，应当将本发明理解成并不局限于以下描述的这种实施方式，并且本发明的技术理念可以与其他公知技术或功能与那些公知技术相同的其他技术组合实施。
在以下具体实施例的说明中，为了清楚展示本发明的结构及工作方式，将借助诸多方向性词语进行描述，但是应当将“前”、“后”、“左”、“右”、“外”、“内”、“向外”、“向内”、“轴向”、“径向”等词语理解为方便用语，而不应当理解为限定性词语。
下述各图中的本发明实施例的放大器、或放大器的局部电路，是当输入信号的强度较高时，本发明实施例的放大器由第一模式(例如放大模式，LNA mode)进入第二模式(例如旁通模式，bypass mode)的操作情况。输入信号的强度较高可为输入信号的强度大于一门槛值，该门槛值可视需求或产品规格制定。下述各图中所示端点耦接于3伏特或0伏特，是分别用以举例示意组件端点耦接于高位准或低位准。其仅用以说明本发明的原理，而非用以限制本发明的范围或操作电压。用户可依照组件的规格特性调整操作电压，从而应用本发明的教导。
图1是本发明一实施例中的放大器100的示意图。放大器100可包含输入端Pi，用以接收输入信号Si、输出端Po，用以输出输出信号So、放大单元110，具有端点P1耦接于输入端Pi，及端点P2、晶体管140，耦接于端点P2及输出端Po之间、及晶体管150，耦接于输入端Pi与输出端Po之间。晶体管140可透过一路径耦接输出端Po，晶体管150可透过另一不同路径耦接输出端Po。放大单元110可为叠接(cascode)架构的放大电路，其可包含晶体管120及晶体管130，其中晶体管120可为共闸(common gate)晶体管，且晶体管130可为共源(commonsource)晶体管。图1所示的电容Ca至Cd可选择性地安装于放大器100，电容Ca可用于交流短路(AC short)，以允许信号的交流部份通过，电容Cb至Cd可用以阻隔直流信号。当输入信号Si强度较低时，放大器100操作于第一模式，此时可导通晶体管140及截止晶体管150，使输入信号Si透过路径Pt1进入放大单元110而被放大。当输入信号Si强度较高时，放大器100操作于旁通模式，此时则可导通晶体管150且截止晶体管140，以使输入信号Si透过旁通路径Pt2经由晶体管150传至输出端Po，作为输出信号So被输出。若以N型晶体管为例，当输入信号Si强度较高时，可将晶体管120、140的控制端耦接于地端或低电压端，以截止晶体管120、140，且可将晶体管150的控制端耦接于高电压端VD(例如3伏特)，以导通晶体管150。理想上，截止晶体管120应可使放大单元110进入非操作模式，然而若输入信号Si较高，则可能于晶体管120、130的接面发生非预期的导通现象，例如于路径U1、U2、U3发生接面导通，从而影响输入信号Si至输出信号So在旁通模式的线性度。
图2是本发明另一实施例的放大器200的示意图。放大器200可包含输入端Pi、输出端Po、晶体管120至160、电容C1及偏压电路170。输入端Pi是用以接收输入信号Si。输出端Po是用以输出对应于输入信号Si的输出信号So。晶体管120包含用以接收一偏压Vbias(如0伏特)的控制端，上述偏压可由一偏压电路提供、第一端、及第二端。晶体管130包含第一端耦接于晶体管120的第二端、控制端、及第二端。晶体管160包含第一端耦接于晶体管130的第二端、控制端、及第二端。电容C1包含第一端耦接于晶体管160的控制端、及第二端耦接于晶体管160的第二端。偏压电路170包含第一端耦接于晶体管160的第一端、及第二端，偏压电路170可用以提供晶体管160的第一端及晶体管130的第二端一偏压。晶体管150是用以提供旁通路径Pt2，包含第一端耦接于输入端Pi、及第二端耦接于输出端Po。晶体管140包含第一端耦接于晶体管120的第一端、控制端用以接收控制电压、及第二端耦接于输出端Po。晶体管120及130可构成叠接架构的放大单元110。当收讯情况良好故输入信号Si的强度较高时，放大器200由放大模式进入旁通模式，此时可使晶体管120、140、160实质上截止，使偏压电路170及晶体管150实质上导通。晶体管140截止可阻隔经由晶体管150输出的输入信号Si传至放大单元110并防止路径U3的非预期的接面导通，晶体管160截止可防止路径U2的非预期的接面导通。偏压电路170导通可提供偏压(如3伏特)于晶体管130的第二端，从而提高晶体管130的闸极-源极的逆偏程度，使晶体管130更不易导通。于本发明一实施例中，偏压单元170可为晶体管170a，并于晶体管170a的控制端施加低电位的控制电压(如0伏特)以导通晶体管170a。电容C1耦接于晶体管160的闸极与源极之间，可用于交流耦合(AC coupling)，从而使晶体管160于交流域的闸极-源极的跨压实质上短路而截止晶体管160。根据本发明一实施例，晶体管120、130、160可为N型金氧半晶体管(N-MOS)，偏压电路170的晶体管170a可为P型金氧半晶体管(P-MOS)，且偏压电路170的第二端可用以接收高位准信号，如3伏特，作为提供给晶体管130的偏压。于本发明一实施例中，偏压电路170包含二极管(如图3所示)，其中偏压电路170的第一端是二极管的阴极，偏压电路170的第二端是二极管的阳极。于本发明一实施例中，可将阻抗单元Ra耦接于偏压电路170的第一端及晶体管160的第一端之间，以调节偏压电路170提供的偏压。
图3是本发明另一实施例的放大器300的示意图。放大器300与放大器200电路相同处不重述。相较于图2，图3的偏压电路170为二极管。放大器300更包含晶体管180，其包含第一端耦接于参考位准Vr、控制端用以接收控制电压、及第二端耦接于晶体管120的控制端。当输入信号Si强度较高时，放大器300由放大模式进入旁通模式，此时可使晶体管120、180实质上截止，从而防止路径U1的非预期的接面导通。根据本发明一实施例，当晶体管120、130是N型金氧半晶体管，晶体管180可为P型金氧半晶体管。根据本发明一实施例，可将匹配单元L2耦接于晶体管160的第二端及参考位准Vr之间，用以改善放大器300的回波耗损(return loss)。上述的参考位准Vr可为地端，或其他适宜的参考位准。
图4是本发明另一实施例的放大器400的示意图。放大器400可包含输入端Pi、输出端Po、晶体管120、130、140、150及180。其中晶体管120、130可为放大单元110的叠接构造，晶体管120包含用以接收一偏压Vbias的控制端，上述偏压可由一偏压电路提供。当输入信号Si强度较高时，放大器400由放大模式进入旁通模式，此时晶体管150可实质上导通以提供旁通路径Pt2，晶体管140可实质上截止以阻隔经由晶体管150输出的输入信号Si传至放大单元110，晶体管180可实质上截止以防止路径U1的非预期的接面导通。根据本发明一实施例，图4的放大器400可更包含偏压单元410，耦接于晶体管120的第一端，用以提供偏压(例如3伏特)给晶体管120的第一端，从而提高晶体管120的逆偏程度，使晶体管120更不易导通。在图4的实施例中，晶体管120可为N型金氧半晶体管，偏压单元410可包含P型金氧半晶体管190，晶体管190包含第一端耦接于晶体管120的第一端、控制端用以接收控制电压、及第二端耦接于高位准信号(例如3伏特)。在旁通模式下，偏压单元410内的晶体管190可实质上被导通，以使晶体管120的第一端被提供高位准的偏压。根据本发明另一实施例，放大器400可更包含匹配单元L2，匹配单元L2可耦接于晶体管130的第二端及参考位准Vr之间，用以改善放大器400的回波耗损。
图5是本发明一实施例的放大器500的局部电路示意图。图5叙述晶体管120的控制端的控制电路，及偏压单元410。根据本发明一实施例，偏压单元410可更包含阻抗单元Rc及/或匹配单元L3，图5是阻抗单元Rc及匹配单元L3皆有的实施例。阻抗单元Rc可调整偏压单元410提供的偏压，匹配单元L3可耦接于晶体管190的第一端及晶体管120的第一端之间，用以匹配放大器的输出阻抗或用以改善放大器的回波耗损。本发明的放大器可更包含图5所示的电容C3及/或阻抗单元Rb。电容C3可耦接于参考位准Vr与晶体管180的第一端之间，用于交流短路及阻隔直流信号。阻抗单元Rb可耦接于晶体管180的第二端，用以提供一电压至晶体管120的控制端与晶体管180的第二端。以图5为例，阻抗单元Rb可耦接于0伏特的位准，故可截止晶体管120，并提供低电压位准给晶体管180的第二端，由于晶体管180是P型金氧半晶体管且其控制端在旁通模式时耦接于3伏特的控制电压，故晶体管180的闸极-源极的逆偏程度可增加而更不易导通，从而更可防止非预期的接面导通。根据本发明另一实施例，偏压Vbias可由阻抗单元Rb提供。在图5至9中，虚线表示简化未示出的电路图。
图6是本发明另一实施例的放大器600的示意图。放大器600包含控制单元610，控制单元610包含晶体管191、偏压单元192及电容C2。晶体管191包含第一端耦接于晶体管130的控制端、控制端用以接收控制电压、及第二端耦接于输入端Pi。偏压单元192耦接于晶体管191的第二端，用以提供晶体管191的第二端一偏压，例如3伏特。于旁通模式下，晶体管191可实质上截止以防止路径U1及U2的非预期的接面导通，偏压单元192可实质上导通以提供偏压(如3伏特)至晶体管191的第二端，从而提高晶体管191的逆偏程度，以使晶体管191更不易导通。电容C2可耦接于晶体管191的第二端及输入端Pi之间，用于交流短路及阻隔直流信号。
图7是本发明另一实施例的放大器700的示意图。图7的实施例中，偏压单元192包括晶体管192a，晶体管192a包含第一端耦接于晶体管191的第二端、控制端用以接收控制电压、及第二端用以接收高位准信号(如3伏特)。晶体管191可为N型金氧半晶体管，晶体管192a可为P型金氧半晶体管。根据本发明实施例，控制单元610可更包含阻抗单元Rd。阻抗单元Rd可耦接于晶体管191的第二端及偏压单元192之间，用以调节偏压单元192提供的偏压。
图8是本发明一实施例的放大器800的示意图。放大器800可包含偏压单元810，耦接于晶体管120的第二端，用以提供一偏压(例如3伏特)至晶体管120的第二端、以及晶体管130的第一端。当输入信号Si强度较高而使放大器800进入旁通模式，偏压单元810可实质上导通，以提高晶体管120、130的逆偏程度，使晶体管120、130更不易导通。图9是本发明一实施例的放大器的局部电路示意图。如图9所示，偏压单元810可包含晶体管810a，晶体管810a包含第一端耦接于晶体管120的第二端、一控制端用以接收控制电压、及第二端用以接收高位准信号，例如3伏特，从而可提供偏压。当晶体管120、130是N型金氧半晶体管，晶体管810a可为P型金氧半晶体管。本发明的实施例中的放大器可更包含阻抗单元Re，耦接于偏压单元810及晶体管120的第二端之间，用以调节偏压单元810提供的偏压。
图10是本发明另一实施例的放大器1000的示意图。放大器1000可包含上述图1至9的各组件，原理相同处不再重述。放大器1000另包含其他组件，兹叙述如下。如图1至10所示，根据本发明的实施例，晶体管130的控制端可直接或间接地耦接于输入端Pi。如图10的放大器1000所示，本发明的实施例的放大器1000可更包含匹配单元L1及/或电容C5，其中匹配单元L1可耦接于输入端Pi，用以改善回波耗损以改善信号处理的效果，电容C5可耦接于输出端Po，用于交流短路及阻隔直流信号。如放大器1000所示，上述旁通路径Pt2的晶体管150亦可置换为晶体管150a、150b等复数个晶体管。放大器1000可更包含电容C6耦接于晶体管150b与输出端Po之间、电容C4耦接于晶体管120及140之间，用于交流短路及阻隔直流信号。
经采用本发明实施例的放大器，当输入信号Si的强度较高，例如无线通信装置的信号较强时，可藉由晶体管的截止、及提高晶体管的逆偏程度，从而确实防止非预期的接面导通或漏电流，从而避免放大器中须被截止的组件被导通，对于改善放大器的线性度，实有帮助。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求书所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
如无特别说明，本文中出现的类似于“第一”、“第二”的限定语并非是指对时间顺序、数量、或者重要性的限定，而仅仅是为了将本技术方案中的一个技术特征与另一个技术特征相区分。同样地，本文中出现的类似于“一”的限定语并非是指对数量的限定，而是描述在前文中未曾出现的技术特征。同样地，本文中在数词前出现的类似于“大约”、“近似地”的修饰语通常包含本数，并且其具体的含义应当结合上下文意理解。同样地，除非是有特定的数量量词修饰的名词，否则在本文中应当视作即包含单数形式又包含复数形式，在该技术方案中即可以包括单数个该技术特征，也可以包括复数个该技术特征。

Claims (18)

1.一种放大器，其特征在于，该放大器包含：
一输入端，用以接收一输入信号；
一输出端，用以输出对应于该输入信号的一输出信号；
一第一晶体管，包含一控制端、一第一端、及一第二端；
一第二晶体管，包含一第一端耦接于该第一晶体管的该第二端、一控制端、及一第二端；
一第三晶体管，包含一第一端耦接于该第二晶体管的该第二端、一控制端、及一第二端；
一第一电容，包含一第一端耦接于该第三晶体管的该控制端、及一第二端耦接于该第三晶体管的该第二端；
一偏压电路，包含一第一端耦接于该第三晶体管的该第一端、及一第二端，用以提供该第三晶体管的该第一端一偏压；
一第四晶体管，包含一第一端耦接于该输入端、及一第二端耦接于该输出端；及
一第五晶体管，包含一第一端耦接于该第一晶体管的该第一端、一控制端、及一第二端耦接于该输出端。
2.如权利要求1所述的放大器，其特征在于，其中该偏压电路包含一二极管，其中该偏压电路的该第一端是该二极管的阴极，该偏压电路的该第二端是该二极管的阳极。
3.如权利要求1所述的放大器，其特征在于，该放大器更包含一第一阻抗单元，耦接于该偏压电路的该第一端及该第三晶体管的该第一端之间。
4.如权利要求1所述的放大器，其特征在于，该放大器更包含：
一第六晶体管，包含一第一端耦接于一参考位准、一控制端、及一第二端耦接于该第一晶体管的该控制端。
5.如权利要求1所述的放大器，其特征在于，该放大器更包含一第一匹配单元，耦接于该第三晶体管的该第二端及一参考位准之间。
6.一种放大器，其特征在于，该放大器包含：
一输入端，用以接收一输入信号；
一输出端，用以输出对应于该输入信号的一输出信号；
一第一晶体管，包含一控制端、一第一端、及一第二端；
一第二晶体管，包含一第一端耦接于该第一晶体管的该第二端、一控制端、及一第二端；
一第六晶体管，包含一第一端耦接于一参考位准、一控制端、及一第二端耦接于该第一晶体管的该控制端；
一第四晶体管，包含一第一端耦接于该输入端、及一第二端耦接于该输出端；及
一第五晶体管，包含一第一端耦接于该第一晶体管的该第一端、一控制端、及一第二端耦接于该输出端。
7.如权利要求4或6所述的放大器，其特征在于，该放大器更包含：
一第一偏压单元，耦接于该第一晶体管的该第一端，用以提供该第一晶体管的该第一端一第一偏压。
8.如权利要求7所述的放大器，其特征在于，其中该第一偏压单元包含：
一第七晶体管，包含一第一端耦接于该第一晶体管的该第一端、一控制端、及一第二端。
9.如权利要求8所述的放大器，其特征在于，该第一偏压单元更包含一第二阻抗单元及/或一第二匹配单元，耦接于该第七晶体管的该第一端及该第一晶体管的该第一端之间。
10.如权利要求4或6所述的放大器，其特征在于，该放大器更包含：
一第二电容，包含一第一端，用以耦接该参考位准，及一第二端耦接于该第六晶体管的该第一端；及/或
一第三阻抗单元，耦接于该第六晶体管的该第二端。
11.如权利要求1或6所述的放大器，其特征在于，该放大器更包含一第二控制单元，包含：
一第八晶体管，包含一第一端耦接于该第二晶体管的该控制端、一控制端、及一第二端耦接于该输入端；
一第二偏压单元，耦接于该第八晶体管的该第二端，用以提供该第八晶体管的该第二端一第二偏压；及
一第三电容，耦接于该第八晶体管的该第二端及该输入端之间。
12.如权利要求11所述的放大器，其特征在于，其中该第二控制单元更包含：
一第四阻抗单元，耦接于该第八晶体管的该第二端及该第二偏压单元之间。
13.如权利要求1、4或6所述的放大器，其特征在于，该放大器更包含：
一第三偏压单元，耦接于该第一晶体管的该第二端，用以提供该第一晶体管的该第二端一第三偏压。
14.如权利要求13所述的放大器，其特征在于，该放大器更包含一第五阻抗单元，耦接于该第三偏压单元及该第一晶体管的该第二端之间。
15.如权利要求1或6所述的放大器，其特征在于，其中该第二晶体管的该控制端是耦接于该输入端。
16.如权利要求1或6所述的放大器，其特征在于，该放大器更包含：
一第三匹配单元，耦接于该输入端；及/或
一第四电容，耦接于该输出端。
17.如权利要求1或6所述的放大器，其特征在于，其中当该输入信号的强度大于一门槛值时，该放大器由一第一模式进入一第二模式。
18.如权利要求6所述的放大器，其特征在于，该放大器更包含一第一匹配单元，耦接于该第二晶体管的该第二端及一参考位准之间。
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