CN112448682A - 放大装置 - Google Patents

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CN112448682A CN201910958574.2A CN201910958574A CN112448682A CN 112448682 A CN112448682 A CN 112448682A CN 201910958574 A CN201910958574 A CN 201910958574A CN 112448682 A CN112448682 A CN 112448682A
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Abstract

放大装置包含放大电路、电感、调节电路及阻抗电路。放大电路的输入端接收射频信号，放大电路的输出端输出放大射频信号。电感具有第一端及第二端，电感的第二端耦接于放大电路的输出端。调节电路耦接于电感的第一端，并产生稳定电压或稳定电流。阻抗电路的第一端耦接于放大电路的输出端，而阻抗电路的第二端耦接于系统电压端。阻抗电路提供低频阻抗路径以抑制放大射频信号中的差频信号。

Description

放大装置
技术领域
本发明是有关于一种放大装置，特别是指一种能够抑制三阶交互调变(thirdorder intercept and intermodulation，IM3)失真的放大装置。
背景技术
随着网络和行动装置的普及，人们对于无线通信的需求也越来越高，而射频放大器则可说是无线通信系统中的关键组件。射频放大器可以放大特定频率的射频信号，使得射频信号能够稳定地被接收以解析出其中的信息，达到无线通信的目的。为了因应不同的使用环境，射频放大器常需要将射频信号放大到所需的强度。然而在信号放大的过程中，射频放大器常常难以维持线性，导致射频信号失真。
影响射频放大器线性失真的一个重要原因是三阶交互调变(the third orderintercept and intermodulation，IM3)。交互调变是两个或两个以上频率相近的输入信号经过放大器的非线性特性之后，在输出端所产生的频率集合，而其中三阶交互调变的频率与输入信号的频率最为接近，因此难以利用滤波器滤除。
发明内容
本发明的一实施例提供一种放大装置，放大装置包含放大电路、电感、调节电路及阻抗电路。放大电路具有输入端及输出端，放大电路的输入端接收射频信号，而放大电路的输出端输出放大射频信号。电感具有第一端及第二端，电感的第二端耦接于放大电路的输出端。电路耦接于电感的第一端，并产生稳定电压或稳定电流。阻抗电路具有第一端及第二端，阻抗电路的第一端耦接于放大电路的输出端，而阻抗电路的第二端耦接于系统电压端。阻抗电路提供低频阻抗路径以抑制放大射频信号中的差频信号。
本发明的另一实施例提供一种放大装置，放大装置包含放大电路、电感、调节电路及低频阻抗单元。放大电路具有输入端及输出端，放大电路的输入端接收射频信号，而放大电路的输出端输出放大射频信号。电感具有第一端及第二端，电感的第二端耦接于放大电路的输出端。调节电路耦接于电感的第一端，并产生稳定电压或稳定电流。低频阻抗单元具有第一端及第二端，低频阻抗单元的第一端耦接于电感的第一端，而低频阻抗单元的第二端耦接于系统电压端。低频阻抗单元提供低频阻抗路径以抑制放大射频信号中的差频信号。
附图说明
图1是本发明一实施例的放大装置的示意图。
图2是本发明另一实施例的放大装置的示意图。
图3是本发明另一实施例的放大装置的示意图。
【符号说明】
100、200、300 放大装置
110 放大电路
120 调节电路
130、230 阻抗电路
140 滤波器
IN 输入端
OUT 输出端
M1、M2、M3、T1 晶体管
C1、C2、C3、CA、CV 电容
L1、L2、L3、L4、LA 电感
R1、R2 电阻
122 放大器
124 反馈单元
132、232、332 低频阻抗单元
D1、D1、D3 二极管
SIGRFIN 射频信号
SIGRFOUT 放大射频信号
NV1、NV2 系统电压端
VREG 稳定电压
VREF 参考电压
VFB 反馈电压
VB 偏压
Zin1、Zin2 输入阻抗
具体实施方式
图1是本发明一实施例的放大装置100的示意图。放大装置100包含放大电路110、第一电感L1、调节电路120及阻抗电路130。放大电路110具有输入端IN及输出端OUT，放大电路110的输入端IN可接收射频信号SIGRFIN，而放大电路110可将射频信号SIGRFIN放大后，自输出端OUT输出放大射频信号SIGRFOUT。
第一电感L1具有第一端及第二端，第一电感L1的第二端可耦接于放大电路110的输出端OUT。调节电路120可耦接于第一电感L1的第一端，并且可以产生稳定电压VREG。如此一来，放大电路110的输出端OUT就可以透过第一电感L1接收到稳定电压VREG以执行放大功能。此外，本发明并不限定透过调节电路120来产生稳定电压VREG，在有些实施例中，调节电路120也可用以产生放大电路110操作时所需的稳定电流。
在有些实施例中，射频信号SIGRFIN可能会包含频率接近于一中心频率的复数个信号，而频率接近于中心频率的信号在经过放大电路110的非线性特性后会产生三阶交互调变失真。由于三阶交互调变失真主要是由射频信号SIGRFIN的二倍频信号及差频信号所造成，且差频信号是属于接近直流的低频信号，因此在有些实施例中，放大装置100可以透过在放大电路110的输出端OUT提供低频信号的低阻抗路径来抑制差频信号以达到减少三阶交互调变失真的效果。
举例来说，由于第一电感L1对低频信号来说属于低阻抗的组件，因此若调节电路120能够对于低频信号提供低阻抗的路径，就可以将接近直流的差频信号经由第一电感L1及调节电路120导引至第二系统电压端NV2。然而在有些实施例中，为了更有效地抑制差频信号，放大装置100可以透过阻抗电路130来提供与第一电感L1及调节电路120所形成的路径相并联的低阻抗路径，使得接近直流的差频信号能够被导引至第一系统电压端NV1。举例来说，阻抗电路130可具有第一端及第二端，阻抗电路130的第一端可耦接于放大电路110的输出端OUT，而阻抗电路130的第二端可耦接于第一系统电压端NV1。在有些实施例中，为了有效透过阻抗电路130来抑制放大射频信号SIGRFOUT中的差频信号，放大射频信号SIGRFOUT进入阻抗电路130的低频输入阻抗Zin2可小于放大射频信号SIGRFOUT进入第一电感L1的低频输入阻抗Zin1。如此一来，放大装置100就可以透过阻抗电路130有效地抑制差频信号，进而减少三阶交互调变失真。
在图1中，阻抗电路130可包含串联于阻抗电路130的第一端及第二端之间的第二电感L2及低频阻抗单元132。第二电感L2具有第一端及第二端，第二电感L2的第一端可耦接于阻抗电路130的第一端。其中，第二电感L2可例如但不限于是扼流(choke)电感。低频阻抗单元132具有第一端及第二端，低频阻抗单元132的第一端可耦接于第二电感L2的第二端，而低频阻抗单元132的第二端可耦接于阻抗电路130的第二端。
此外，在有些实施例中，为了维持放大电路110处于适当的偏压状态，低频阻抗单元132的阻抗可以随低频阻抗单元132上的跨压变化而变化。举例来说，低频阻抗单元132在跨压较低时，会具有较高的阻抗，而当跨压达到一定数值以上时，则会具有较低的阻抗。在图1中，低频阻抗单元132可包含至少一以二极管形式连接的晶体管T1(diode connectedtransistor)，而以二极管形式连接的晶体管T1的数量会与调节电路120所输出的稳定电压VREG相关。在图1的实施例中，为使低频阻抗单元132在提供低阻抗的路径时能够将放大电路110的输出端OUT的电压维持在2V以上，低频阻抗单元132可例如但不限于包含三个以二极管形式连接的晶体管T1。以二极管形式连接的晶体管T1可例如将NPN型双极结型晶体管(Bipolar Junction Transistor，BJT)的基极耦接至集极，此时NPN型双极结型晶体管的基极及集极将可视为二极管的阳极，而NPN型双极结型晶体管的射极则可视为二极管的阴极。然而，在其他实施例中，以二极管形式连接的晶体管也可以使用PNP型双极结型晶体管(Bipolar Junction Transistor，BJT)、金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor,MOSFET)，或其他种类的晶体管。
在图1中，调节电路120包含第一晶体管M1、放大器122及反馈单元124。第一晶体管M1具有第一端、第二端及控制端，第一晶体管M1的第一端可耦接于第二系统电压端NV2，而第一晶体管M1的第二端可耦接于第一电感L1的第一端。放大器122具有第一输入端、第二输入端及输出端，放大器122的第一输入端可接收参考电压VREF，放大器122的第二输入端可接收反馈电压VFB，而放大器122的输出端可耦接于第一晶体管M1的控制端。反馈单元124具有第一端及第二端，反馈单元124的第一端可耦接于第一晶体管M1的第二端，而反馈单元124的第二端可输出反馈电压VFB至放大器122的第二输入端。反馈单元124可根据调节电路120所输出的稳定电压VREG产生反馈电压VFB，使得放大器122能够稳定地控制第一晶体管M1输出稳定电压VREG。在图1中，反馈单元124可包含电阻R1及R2。电阻R1的第一端可耦接于反馈单元124的第一端，而电阻R1的第二端可耦接于反馈单元124的第二端。电阻R2的第一端可耦接于反馈单元124的第二端，而电阻R2的第二端可耦接于第一系统电压端NV1。
此外，放大装置100可包含电容C1，且调节电路120耦接至电容C1。电容C1具有第一端及第二端，电容C1的第一端可耦接于第一晶体管M1的第二端，而电容C1的第二端可耦接于第一系统电压端NV1。如此一来，电容C1就可以将高频噪声导引至第一系统电压端NV1，以减少高频噪声干扰调节电路120及放大电路110的操作。在有些实施例中，电容C1可整合在调节电路120中，然而在有些其他实施例中，电容C1及调节电路120也可分别设置，例如调节电路120及放大电路110可设置在相同的芯片中，而电容C1则可设置在系统电路板上，并与调节电路120及放大电路110的芯片相耦接。
放大电路110可包含第二晶体管M2、电容C2、电容CB及第三晶体管M3。第二晶体管M2具有第一端、第二端及控制端，第二晶体管M2的第一端可耦接于放大电路110的输出端OUT，而第二晶体管M2的控制端可接收偏压VB。电容C2具有第一端及第二端，电容C2的第一端可耦接于第一系统电压端NV1，而电容C2的第二端可耦接于第二晶体管M2的控制端。电容CB具有第一端及第二端，电容CB的第一端可耦接于放大电路110的输入端IN。第三晶体管M3具有第一端、第二端及控制端，第三晶体管M3的第一端可耦接于第二晶体管M2的第二端，而第三晶体管M3的控制端可耦接于电容CB的第二端。再者，放大装置100还可包含电感L3，电感L3具有第一端及第二端，电感L3的第一端可耦接于第三晶体管M3的第二端，而电感L3的第二端可耦接于第一系统电压端NV1。
在有些实施例中，由于三阶交互调变失真主要是由射频信号SIGRFIN的二倍频信号及差频信号所造成，因此为了进一步减少三阶交互调变失真，放大装置100还可包含滤波器140。滤波器140具有第一端及第二端，滤波器140的第一端可耦接于放大电路110的输出端OUT，而滤波器140的第二端可耦接于第一系统电压端NV1。滤波器140可以滤除具有两倍于放大射频信号SIGRFOUT的频率的信号，如此一来，就能够进一步减少三阶交互调变失真的产生。在图1中，滤波器140可例如包含电容C3及电感L4，然而在其他实施例中，滤波器140还可根据系统需求包含其他的组件如电阻，及/或包含更多的电容及电感。
此外，在图1中，放大装置100还可包含电容CA，电容CA可耦接至放大电路110的输出端OUT。电容CA除了可以用作耦合电容以阻隔直流信号的外，还可以与电感L1相配合以达到匹配阻抗的效果。再者，放大装置100还可包含电感LA，电感LA可与放大电路110的电容CB串联，同样可以提供匹配阻抗的效果。此外，在有些实施例中，电感LA可与放大电路110设置在相同的芯片当中，然而在有些其他实施例中，电感LA也可设置在系统电路板上，并经由外部线路与放大电路110所在的芯片相耦接。
在图1中，低频阻抗单元132是利用以二极管形式连接的晶体管来实际制作，然而在本发明的其他实施例中，低频阻抗单元132也可以直接利用二极管来实际制作。此外，在阻抗电路130中，低频阻抗单元132和第二电感L2的连接顺序也可对调。图2是本发明一实施例的放大装置200的示意图。放大装置200及放大装置100具有相似的结构并且可以根据相似的原理操作。然而，放大装置200中的阻抗电路230与阻抗电路130略有差异。
在图2中，阻抗电路230可包含串联于阻抗电路230的第一端及第二端之间的低频阻抗单元232及第二电感L2。低频阻抗单元232具有第一端及第二端，低频阻抗单元232的第一端可耦接于阻抗电路230的第一端。第二电感L2具有第一端及第二端，第二电感L2的第一端可耦接于低频阻抗单元232的第二端，而第二电感L2的第二端可耦接于阻抗电路230的第二端。此外，低频阻抗单元232可包含至少一二极管D1。在图2中，低频阻抗单元232可包含二极管D1、D3及D3，其中二极管D1的阳极可耦接至低频阻抗单元232的第一端，而二极管D1的阴极可耦接至二极管D2的阳极。二极管D2的阴极可耦接至二极管D3的阳极，而二极管D3的阴极可耦接至低频阻抗单元232的第二端。也就是说，在低频阻抗单元232可以同样以顺向偏压的方式相串接。
图3是本发明一实施例的放大装置300的示意图。放大装置300及放大装置100具有相似的结构并且可以根据相似的原理操作。然而，在放大装置300中，低频阻抗单元332的第一端可耦接于第一电感L1的第一端，而低频阻抗单元332的第二端可耦接于第一系统电压端NV1，并且可以提供低频阻抗路径以抑制放大射频信号SIGRFOUT中的差频信号。在此情况下，低频阻抗单元332及调节电路120都可以透过第一电感L1来抑制高频信号，因此相较于放大装置100的阻抗电路130，放大装置300则可省略第二电感L2的设置。
此外，在图3中，调节电路120及低频阻抗单元332可视为并联。为能有效抑制放大射频信号SIGRFOUT中的差频信号，在有些实施例中，放大射频信号SIGRFOUT进入低频阻抗单元332的低频输入阻抗Zin2会小于放大射频信号SIGRFOUT进入调节电路120的低频输入阻抗Zin1。
综上所述，本发明的实施例所提供的放大装置可以透过阻抗电路或低频阻抗单元提供低频阻抗路径，因此能够有效地抑制差频信号，进而减少三阶交互调变失真。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的等同变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (13)

1.一种放大装置，其特征在于，包含：
一放大电路，具有一输入端用以接收一射频信号，及一输出端用以输出一放大射频信号；
一第一电感，具有一第一端，及一第二端耦接于该放大电路的该输出端；
一调节电路，耦接于该第一电感的该第一端，用以产生一稳定电压或一稳定电流；及
一阻抗电路，具有一第一端耦接于该放大电路的该输出端，及一第二端耦接于一第一系统电压端，用以提供一低频阻抗路径以抑制该放大射频信号中的一差频信号。
2.如权利要求1所述的放大装置，其特征在于，其中：
该阻抗电路包含串联于该阻抗电路的该第一端及该第二端之间的一第二电感及一低频阻抗单元；
该第二电感具有一第一端耦接于该阻抗电路的该第一端，及一第二端；及
该低频阻抗单元具有一第一端耦接于该第二电感的该第二端，及一第二端耦接于该阻抗电路的该第二端。
3.如权利要求1所述的放大装置，其特征在于，其中：
该阻抗电路包含串联于该阻抗电路的该第一端及该第二端之间的一第二电感及一低频阻抗单元；
该低频阻抗单元具有一第一端耦接于该阻抗电路的该第一端，及一第二端；及
该第二电感具有一第一端耦接于该低频阻抗单元的该第二端，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所述的放大装置，其特征在于，其中：
该放大射频信号进入该阻抗电路的一低频输入阻抗小于该放大射频信号进入该第一电感的一低频输入阻抗。
5.一种放大装置，其特征在于，包含：
一放大电路，具有一输入端用以接收一射频信号，及一输出端用以输出一放大射频信号；
一第一电感，具有一第一端，及一第二端耦接于该放大电路的该输出端；
一调节电路，耦接于该第一电感的该第一端，用以产生一稳定电压或一稳定电流；及
一低频阻抗单元，具有一第一端耦接于该第一电感的该第一端，及一第二端耦接于一第一系统电压端，用以提供一低频阻抗路径以抑制该放大射频信号中的一差频信号。
6.如权利要求1或5所述的放大装置，其特征在于，其中该调节电路包含：
一第一晶体管，具有一第一端耦接于一第二系统电压端，一第二端耦接于该第一电感的该第一端，及一控制端；
一放大器，具有一第一输入端用以接收一参考电压，一第二输入端用以接收一反馈电压，
及一输出端耦接于该第一晶体管的该控制端；及
一反馈单元，具有一第一端耦接于该第一晶体管的该第二端，及一第二端用以输出该反馈电压至该放大器的该第二输入端。
7.如权利要求6所述的放大装置，其特征在于，另包含：
一第一电容，具有一第一端耦接于该第一晶体管的该第二端，及一第二端耦接于该第一系统电压端。
8.如权利要求1或5所述的放大装置，其特征在于，其中该放大电路包含：
一第二晶体管，具有一第一端耦接于该放大电路的该输出端，一第二端，及一控制端；
一第二电容，具有一第一端耦接于该第一系统电压端，及一第二端耦接于该第二晶体管的该控制端；
一第三电容，具有一第一端耦接于该放大电路的该输入端，及一第二端；及
一第三晶体管，具有一第一端耦接于该第二晶体管的该第二端，一第二端，及一控制端耦接于该第三电容的该第二端。
9.如权利要求8所述的放大装置，其特征在于，另包含：
一电感，具有一第一端耦接于该第三晶体管的该第二端，及一第二端耦接于该第一系统电压端。
10.如权利要求2、3或5任一项所述的放大装置，其特征在于，其中该低频阻抗单元的一阻抗随该低频阻抗单元上的一跨压变化而变化。
11.如权利要求2、3或5任一项所述的放大装置，其特征在于，其中该低频阻抗单元包含：
至少一二极管或至少一以二极管形式连接的晶体管；
其中该至少一二极管的一数量或该至少一以二极管形式连接的晶体管的一数量是与该调节电路所输出的该稳定电压相关。
12.如权利要求5所述的放大装置，其特征在于，其中：
该放大射频信号进入该低频阻抗单元的一低频输入阻抗小于该放大射频信号进入该调节电路的一低频输入阻抗。
13.如权利要求1或5所述的放大装置，其特征在于，另包含：
一滤波器，具有一第一端耦接于该放大电路的该输出端，及一第二端耦接于该第一系统电压端，用以滤除具有两倍于该放大射频信号的一频率的信号。
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