CN110838827A - 放大电路 - Google Patents

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Abstract

放大电路包含输入端、输出端、偏压电路、阻抗电路、晶体管及滤波电路。输入端接收射频输入信号，输出端输出射频放大信号。偏压电路提供偏压。阻抗电路的第一端耦接于偏压电路，阻抗电路的第二端耦接于输入端。阻抗电路在其第一端及第二端之间提供压降。晶体管的第一端耦接于输出端，晶体管的第二端耦接于参考电压端，晶体管的控制端耦接于阻抗电路的第二端，并接收射频输入信号。滤波电路耦接于晶体管的第一端及阻抗电路。滤波电路滤除谐波信号并提供反馈信号至阻抗电路的第一端。反馈信号包含射频放大信号中的主频信号。

Description

放大电路
技术领域
本发明是有关于一种放大电路，尤其是一种能够在高功率模式下保持线性度的放大电路。
背景技术
在无线通信技术中，放大器常被用来放大信号以提升收发信号的质量。然而由于无线通信所处的环境可能会随时变动，因此放大器所需的功率也会随着改变。当放大器操作在较大功率时，放大器会向其偏压电路抽取较大的电流，当持续操作在一较大功率的情况下时，放大器的温度也会因此逐渐上升，进而向偏压电路抽取了更多的电流，最终放大器便可能会因为过热而造成损坏。
为了避免偏压电路在高功率模式下产生过大的电流而造成放大器损坏，在偏压电路中常会额外设置保护电路。然而在先前技术中，保护电路的设置却会造成整体放大增益的1dB压缩点(P1dB)后退，亦即放大器能够维持线性度的功率范围缩小，造成放大器的效能降低。也就是说，设计者常常必须在电路保护与放大器效能两者间斟酌妥协，而难以两全其美。
发明内容
本发明的一实施例提供一种应用于放大器装置的放大电路。放大电路包含输入端、输出端、偏压电路、阻抗电路、晶体管及滤波器。
输入端接收射频输入信号，而输出端输出射频放大信号。偏压电路提供偏压。阻抗电路具有第一端及第二端，阻抗电路的第一端耦接于偏压电路，而阻抗电路的第二端耦接于输入端，阻抗电路在其第一端及第二端之间提供压降。晶体管具有第一端、第二端及控制端，晶体管的第一端耦接于输出端，晶体管的第二端耦接于第一参考电压端，而晶体管的控制端耦接于阻抗电路的第二端，并接收射频输入信号。滤波电路耦接于晶体管的第一端及阻抗电路，滤波电路滤除谐波信号并提供反馈信号至阻抗电路，而反馈信号包含射频放大信号中的主频信号。
附图说明
图1为本发明一实施例的放大电路的示意图。
图2为本发明另一实施例的放大电路的示意图。
【符号说明】
100、200 放大电路
100A、200A 输入端
100B、200B 输出端
110 偏压电路
112 参考电源供应端
114、R1、R2 电阻
116 二极管
118 电容
120、220 阻抗电路
130、230 滤波电路
132、232、134、234 带阻滤波器
136 直流阻隔电路
M1 第一晶体管
M2 第二晶体管
VN1 第一参考电压端
VN2 第二参考电压端
SIGRFIN 射频输入信号
SIGRFOUT 射频放大信号
SIGFB 反馈信号
Iref 参考电流
Vb 偏压
236 带通滤波器
具体实施方式
图1为本发明一实施例的放大电路100的示意图。放大电路100包含输入端100A、输出端100B、偏压电路110、阻抗电路120、第一晶体管M1及滤波电路130。输入端100A可接收射频输入信号SIGRFIN，放大电路100可将射频输入信号SIGRFIN放大，并透过输出端100B输出射频放大信号SIGRFOUT。在本发明的部分实施例中，放大电路100可为低噪声放大器(Low NoiseAmplifier，LNA)或功率放大器(Power Amplifier，PA)，并可应用于传输无线信号的放大器装置中。在本发明的部分实施例中，放大电路100可为放大器装置的复数级放大电路中的其中一级。
偏压电路110可提供偏压Vb。在图1中，偏压电路110可例如包含参考电源供应端112、电阻114、至少一个二极管116、电容118及第二晶体管M2。参考电源供应端112可耦接至参考电源供应器以接收偏压电路110所需的电源。在本发明的部分实施例中，参考电源供应器可例如为参考电流源，并可输出参考电流Iref，然而在本发明的其他实施例中，参考电源供应器也可以是电压源，并可提供参考电压。在本发明的实施例中，二极管116的数量可为复数个。电阻114具有第一端及第二端，电阻114的第一端耦接于参考电源供应端112。复数个二极管116串联在电阻114的第二端及第一参考电压端VN1之间。电容118具有第一端及第二端。电容118的第一端耦接于电阻114的第二端，而电容118的第二端耦接于第一参考电压端VN1。第二晶体管M2具有第一端、第二端及控制端，第二晶体管M2的第一端耦接于第二参考电压端VN2，第二晶体管M2的第二端耦接于滤波电路130及阻抗电路120并可输出偏压Vb，而第二晶体管M2的控制端耦接于电阻114的第二端。第二参考电压端VN2的电压可大于第一参考电压端VN1的电压。举例来说，第二参考电压端VN2所提供的电压可例如但不限于为系统中的操作电压，而第一参考电压端VN1所提供的电压则可例如但不限于为系统中的接地电压。
在此实施例中，电阻114及复数个二极管116可以将第二晶体管M2的控制端调整在所需的操作电压上，同时二极管116的整流特性还可进一步保护第二晶体管M2的控制端。此外，电容118则能够将高频信号导入第一参考电压端VN1，以使第二晶体管M2能够稳定的输出偏压Vb。
阻抗电路120具有第一端及第二端，阻抗电路120的第一端耦接于偏压电路110，而阻抗电路120的第二端耦接于放大电路100的输入端100A。阻抗电路120可以根据流经阻抗电路120的电流，在阻抗电路120的第一端及第二端之间提供对应的压降。在图1的实施例中，阻抗电路120可包含至少一电阻R1。
第一晶体管M1具有第一端、第二端及控制端。第一晶体管M1的第一端耦接于输出端100B，第一晶体管M1的第二端耦接于第一参考电压端VN1，而第一晶体管M1的控制端耦接于阻抗电路120的第二端，并可接收射频输入信号SIGRFIN。
在本发明的部分实施例中，根据偏压电路110所提供的偏压Vb，第一晶体管M1便可将控制端所接收到射频输入信号SIGRFIN放大，并由其第一端输出射频放大信号SIGRFOUT，也就是说，第一晶体管M1实际上可以视为放大电路100中的放大器。
一般来说，当放大电路100操作在较大功率时，表示射频输入信号SIGRFIN的摆幅也会较大。然而放大电路100的输入端100A的电压会因为第二晶体管M2的控制端及第二端所形成的逆向二极管的半导体特性，而箝制住了电压下摆的幅度。相较之下，电压上摆的幅度则并未受到限制，因此整体平均而言，当放大电路100操作在较大功率时，放大电路100的输入端100A的电压会上升。
在此情况下，第一晶体管M1就会对应地导通较大的电流以因应较大功率的需求。为了避免输入端100A的电压摆幅过大，导致第一晶体管M1导通过大的电流而损坏，阻抗电路120会在第一晶体管M1的控制端及第二晶体管M2的第二端之间提供较大的压降，使得第一晶体管M1的控制端的电压不至于过高而导通过大的电流，进而达到保护第一晶体管M1的效果。
然而，为了避免阻抗电路120削弱电流增加的幅度，而减少了放大电路100能够维持线性度的功率范围，放大电路100还可透过滤波电路130产生反馈(feedback)信号SIGFB，以增加放大器能够维持线性度的功率范围。在本发明的部分实施例中，滤波电路130可耦接于第一晶体管M1的第一端及阻抗电路120，因此滤波电路130根据第一晶体管M1的第一端所输出的射频放大信号SIGRFOUT产生反馈信号SIGFB，并将反馈信号SIGFB提供至阻抗电路120的第一端。
由于射频放大信号SIGRFOUT在经过第一晶体管M1放大之后，可能会产生谐波信号，因此在本发明的部分实施例中，滤波电路130可以抑制或滤除射频放大信号SIGRFOUT中的谐波信号以产生反馈信号SIGFB，也就是说，反馈信号SIGFB主要可包含射频放大信号SIGRFOUT的主频信号。
在图1的实施例中，滤波电路130可包含第一带阻滤波器(Band stop filter)132及第二带阻滤波器134，第二带阻滤波器134与第一带阻滤波器132可彼此串联。第一带阻滤波器132可滤除射频放大信号SIGRFOUT的第一谐波信号，而第二带阻滤波器134则可滤除射频放大信号SIGRFOUT的第二谐波信号，其中第一谐波信号及第二谐波信号可为不同次数的谐波信号。由于第一晶体管M1在放大射频信号的过程中，可能容易产生其主频信号的N次谐波，其中N为大于1的正整数。在此情况下，第一带阻滤波器132及第二带阻滤波器134可例如设计成分别用以滤除射频放大信号SIGRFOUT中的不同谐波信号，例如但不限于滤除射频放大信号SIGRFOUT中的二次谐波及三次谐波信号。其中，带阻滤波器亦可以是陷波滤波器(notchfilter)。
在图1中，第一带阻滤波器132及第二带阻滤波器134可例如包含电感及电容，并透过并联的电感及电容来抑制对应波段的信号。然而本发明并不限定以何种方式来实作第一带阻滤波器132及第二带阻滤波器134。在本发明的其他实施例中，第一带阻滤波器132及第二带阻滤波器134也可以利用其他方式连接电感、电容以及其他组件来达到滤波的效果。
此外，在图1中，滤波电路130还可包含直流阻隔电路136，直流阻隔电路136耦接于阻抗电路120，并与第一带阻滤波器132及第二带阻滤波器134串联。直流阻隔电路136可例如包含至少一电容，以避免第一晶体管M1及偏压电路110之间的直流信号影响放大电路100的操作。
如此一来，放大电路100就可利用阻抗电路120来保护第一第晶体M1，并且透过滤波电路130提供适当的反馈信号SIGFB以增加放大器能够维持线性度的功率范围。
再者，本发明并不限定滤波器130所包含的带阻滤波器数量，在本发明的部分实施例中，设计者可以根据实际操作的状况，选择在滤波器130中加入更多数量的带阻滤波器来抑制其他频段的谐波信号，或是仅保留一个带阻滤波器来抑制强度较大的谐波信号。
在本发明的部分实施例中，滤波电路也可利用带通滤波器进一步将射频放大信号SIGRFOUT中的主频信号取出，同时也可取代直流阻隔电路136。图2为本发明一实施例的放大电路200的示意图。放大电路200与放大电路100具有相似的结构，并可根据相似的原理操作。也就是说，放大电路200可透过输入端200A接收射频输入信号SIGRFIN，并在将射频输入信号SIGRFIN放大后，透过输出端200B输出射频放大信号SIGRFOUT。
然而，放大电路200中的滤波电路230可包含第一带阻滤波器232、第二带阻滤波器234及带通滤波器(band pass filter)236。带通滤波器236耦接于阻抗电路220及第一带阻滤波器232之间，并且可以使射频放大信号SIGRFOUT的主频信号通过。也就是说，透过第一带阻滤波器232、第二带阻滤波器234及带通滤波器236可以进一步抑制射频放大信号SIGRFOUT中不属于主频信号的噪声，使得放大电路200能够维持较佳的线性度。
在图2中，带通滤波器236可例如包含电感及电容，并透过串联的电感及电容来抑制对应波段的信号。然而本发明并不限定以何种方式来实作带通滤波器236。在本发明的其他实施例中，带通滤波器236也可以利用其他方式连接电感、电容以及其他组件来达到滤波的效果。
然而，在本发明的部分实施例中，倘若利用带通滤波器236就足以有效的抑制射频放大信号SIGRFOUT中的谐波信号，则滤波电路230也可将第一带阻滤波器232及第二带阻滤波器234省略，或者省略第一带阻滤波器232及第二带阻滤波器234中的其中之一。
此外，在图2中，阻抗电路220可包含第一电阻R1及第二电阻R2。第一电阻R1具有第一端及第二端，第一电阻R1的第一端耦接于阻抗电路220的第一端，而第一电阻R1的第二端耦接于滤波电路230。第二电阻R2具有第一端及第二端，第二电阻R2的第一端耦接于第一电阻R1的第二端，而第二电阻R2的第二端耦接于阻抗电路220的第二端。也就是说，设计者可以根据实际电路的需求，选择将反馈信号SIGFB提供至阻抗电路220中适当的阻抗点，而不限定将反馈信号SIGFB提供至第二晶体管M2的第二端。
综上所述，本发明的实施例所提供的放大电路可以利用阻抗电路来保护第一晶体管，并且透过滤波电路提供适当的反馈信号以增加放大器能够维持线性度的功率范围，并可抑制放大信号噪声。也就是说，本发明的实施例所提供的放大电路能够在维持增益效能的情况下，避免内部组件受损，使得信号传输的质量更加稳定。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的等同变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (11)

1.一种应用于放大器装置的放大电路，其特征在于，包含：
一输入端，用以接收一射频输入信号；
一输出端，用以输出一射频放大信号；
一偏压电路，用以提供一偏压；
一阻抗电路，具有一第一端耦接于该偏压电路，及一第二端耦接于该输入端，用以提供该阻抗电路的该第一端及该第二端之间的一压降；
一第一晶体管，具有一第一端耦接于该输出端，一第二端耦接于一第一参考电压端，及一控制端耦接于该阻抗电路的该第二端，并用以接收该射频输入信号；及
一滤波电路，耦接于该第一晶体管的该第一端及该阻抗电路，用以滤除一谐波信号并提供一反馈信号至该阻抗电路；
其中，该反馈信号包含该射频放大信号中的一主频信号。
2.如权利要求1所述的放大电路，其特征在于，其中该阻抗电路包含至少一电阻。
3.如权利要求1所述的放大电路，其特征在于，其中该阻抗电路包含：
一第一电阻，具有一第一端耦接于该阻抗电路的该第一端，及一第二端耦接于该滤波电路；及
一第二电阻，具有一第一端耦接于该第一电阻的该第二端，及一第二端耦接于该阻抗电路的该第二端。
4.如权利要求1所述的放大电路，其特征在于，其中该滤波电路包含一第一带阻滤波器，用以滤除该射频放大信号的一第一谐波信号。
5.如权利要求4所述的放大电路，其特征在于，其中该第一带阻滤波器包含一电感及一电容。
6.如权利要求4所述的放大电路，其特征在于，其中该滤波电路另包含一第二带阻滤波器，与该第一带阻滤波器串联，用以滤除该射频放大信号的一第二谐波信号。
7.如权利要求4或6所述的放大电路，其特征在于，其中该滤波电路另包含一带通滤波器，耦接于该阻抗电路及该第一带阻滤波器之间，用以使该射频放大信号的该主频信号通过。
8.如权利要求7所述的放大电路，其特征在于，其中该带通滤波器包含一电感及一电容。
9.如权利要求4所述的放大电路，其特征在于，其中该滤波电路另包含一直流阻隔电路，耦接于该阻抗电路，并与该第一带阻滤波器串联。
10.如权利要求9所述的放大电路，其特征在于，其中该直流阻隔电路包含至少一电容。
11.如权利要求1所述的放大电路，其特征在于，其中该偏压电路包含：
一参考电源供应端；
一电阻，具有一第一端耦接于该参考电源供应端，及一第二端；
至少一二极管，串联于该电阻的该第二端及该第一参考电压端之间；
一电容，具有一第一端耦接于该电阻的该第二端，及一第二端耦接于该第一参考电压端；及
一第二晶体管，具有一第一端耦接于一第二参考电压端，一第二端耦接于该滤波电路及该阻抗电路并用以输出该偏压，及一控制端耦接于该电阻的该第二端；
其中该第二参考电压端的一电压大于该第一参考电压端的一电压。
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