CN113054936A - 功率分配器、射频收发装置以及多级功率分配器 - Google Patents

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CN113054936A CN202010298678.8A CN202010298678A CN113054936A CN 113054936 A CN113054936 A CN 113054936A CN 202010298678 A CN202010298678 A CN 202010298678A CN 113054936 A CN113054936 A CN 113054936A
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Abstract

本发明公开功率分配器、射频收发装置以及多级功率分配器，其中功率分配器包括可调增益放大电路、功率分配电路、功率检测电路以及比较电路，可调增益放大电路包含第一输入端、控制端以及第一输出端，第一输入端用于接收第一本地振荡信号，且控制端的电压决定第一输出端的可调输出信号与第一本地振荡信号之间的增益。功率分配电路输出第二本地振荡信号至下一级的功率分配器以及输出第三本地振荡信号至升降频电路。功率检测电路输出检测电压。比较电路接收参考电压以及检测电压，将参考电压与检测电压相互比较，以及依据比较结果输出偏压电压至控制端。

Description

功率分配器、射频收发装置以及多级功率分配器
技术领域
本发明关于一种功率分配器、应用所述功率分配器的射频收发装置以及多级功率分配器。
背景技术
升降频模块具有射频信号端口、中频信号端口及本地振荡信号端口，而功率分配器的输出端口用于提供本地振荡信号至升降频模块的本地振荡信号端口，藉此驱动升降频模块。因此，当需要驱动的升降频模块的数量改变时，则必须重新设计功率分配器的电路布局，以使得功率分配器的输出端口的数量等于改变后的升降频模块的数量。
功率分配器具备将接收到的初始本地振荡信号的功率平均分配以产生多个本地振荡信号以便驱动多个升降频模块。因此，当升降频模块的数量增加时，输入至功率分配器的初始本地振荡信号的功率需要增加，如此才能确保输入至每一升降频模块的本地振荡信号足以驱动每一升降频模块。
另一方面，当功率分配器的输出端口的数量增加时，功率分配器的内部线路容易与中频信号线相互交错而产生信号的干扰。
发明内容
本发明公开一种功率分配器、射频收发装置以及多级功率分配器，功率分配器不需要功率很大的初始本地振荡信号，也能产生功率足以驱动升降频电路的本地振荡信号。当升降频电路的数量增加时，可依据升降频电路的数量扩充功率分配器的数量以驱动升降频电路。
依据本发明一实施例，公开一种功率分配器，其包括可调增益放大电路、功率分配电路、功率检测电路以及比较电路，可调增益放大电路包含第一输入端、控制端以及第一输出端，第一输入端用于接收第一本地振荡信号，且控制端的电压决定第一输出端的可调输出信号与第一本地振荡信号之间的增益。功率分配电路包含第二输入端、第二输出端以及第三输出端。第二输入端电性连接于第一输出端，而第二输出端基于可调输出信号输出第二本地振荡信号。第三输出端基于可调输出信号用于输出第三本地振荡信号至升降频电路。功率检测电路包含第三输入端以及第四输出端。第三输入端电性连接于第三输出端，而第四输出端输出检测电压。比较电路包含第四输入端、第五输入端以及第五输出端。第四输入端用于接收参考电压，第五输入端电性连接于第四输出端且接收检测电压，而第五输出端电性连接于控制端且依据比较电路的比较结果输出偏压电压至控制端。
依据本发明一实施例，公开一种射频收发装置，其包括所述的功率分配器以及升降频电路，而所述升降频电路包含中频信号端、本地振荡信号端以及射频信号端，中频信号端用于接收中频信号，本地振荡信号端电性连接于功率检测电路的第三输入端，而射频信号端用于发送射频信号。
依据本发明一实施例，公开一种多级功率分配器，其包括两个功率分配器，该两个功率分配器的其中一个为第一功率分配器，该两个功率分配器的另一个为第二功率分配器，而该第一功率分配器的该第二输出端电性连接于该第二功率分配器的该第一输入端。
综上所述，本发明所公开的功率分配器、射频收发装置以及多级功率分配器至少具有以下功效：(1)当升降频电路的需求数量增加时，使用者可依据所需升降频电路的数量来增加功率分配器的数量，以驱动升降频电路，而不需要重新设计功率分配器的电路布局，因此功率分配器与升降频电路较容易整合于集成电路。(2)通过功率分配器的可调增益放大电路，功率分配器可不使用很大功率的初始本地振荡信号，也能提供足够功率的本地振荡信号以驱动升降频电路。
以上关于本公开内容的说明及以下实施方式的说明用以示范与解释本发明的精神与原理，并且提供本发明的权利要求更进一步的解释。
附图说明
图1示出本发明所公开的功率分配器的第一实施例的功能方块图。
图2示出图1的可调增益放大电路的实施例的电路图。
图3示出图1的功率分配电路的实施例的电路图。
图4示出图1的功率检测电路的实施例的电路图。
图5示出图1的比较电路的实施例的电路图。
图6示出本发明所公开的功率分配器的第二实施例的功能方块图。
图7示出图6的相移电路的实施例的电路图。
图8示出本发明所公开的射频收发装置的第一实施例的功能方块图。
图9示出本发明所公开的射频收发装置的第二实施例的功能方块图。
图10示出本发明所公开的射频收发装置的第三实施例的功能方块图。
图11示出本发明所公开的射频收发装置的第四实施例的功能方块图。
图12示出本发明所公开的多级功率分配器的第一实施例的功能方块图。
图13示出本发明所公开的多级功率分配器的第二实施例的功能方块图。
图14示出本发明所公开的多级功率分配器的第三实施例的功能方块图。
图15示出本发明所公开的多级功率分配器的第四实施例的功能方块图。
图16示出本发明所公开的输出至下一级的功率分配器的第二本地振荡信号、输入至升降频电路的第三本地振荡信号、以及参考电压之间的关系图。
具体实施方式
以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何熟习相关技艺者了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所公开的内容、权利要求书及附图，任何熟习相关技艺者可轻易地理解本发明相关的目的及优点。以下的实施例进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点限制本发明的范畴。
图1示出本发明所公开的功率分配器的实施例的功能方块图。如图1所示，所述功率分配器1包括可调增益放大电路10、功率分配电路11、功率检测电路12以及比较电路13。可调增益放大电路10包含第一输入端10a、控制端10b以及第一输出端10c，第一输入端10a用于接收第一本地振荡信号LO1，而控制端10b的电压决定第一输出端10c的可调输出信号VB与第一本地振荡信号LO1之间的增益。功率分配电路11包含第二输入端11a、第二输出端11b以及第三输出端11c，第二输入端11a电性连接于第一输出端10c，该第二输出端11b基于该可调输出信号VB输出第二本地振荡信号LO2，而该第三输出端11c基于该可调输出信号VB用于输出第三本地振荡信号LO3至升降频电路。功率检测电路12包含第三输入端12a以及第四输出端12b，该第三输入端12a电性连接于该第三输出端11c且检测第三本地振荡信号LO3的功率。第四输出端12b输出第三本地振荡信号LO3的检测电压VDEC。比较电路13包含第四输入端13a、第五输入端13b以及第五输出端13c，第四输入端13a用于接收参考电压VREF，而第五输入端13b电性连接于第四输出端12b且接收检测电压VDEC。第五输出端13c电性连接于该控制端10b且输出偏压电压VBIAS至控制端10b。如此一来，可调增益放大电路10、功率分配电路11、功率检测电路12以及比较电路13形成回路架构。
图2示出图1的可调增益放大电路10的实施例的功能方块图。如图2所示，可调增益放大电路10包含固定增益放大器101以及可调式衰减器102，固定增益放大器101的第三接脚作为第一输入端10a，而固定增益放大器101的第三接脚用于接收第一本地振荡信号LO1。固定增益放大器101的第十接脚电性连接于可调式衰减器102的第三接脚。可调式衰减器102的第八接脚作为控制端10b，而可调式衰减器102的第十六接脚作为第一输出端10c。可调式衰减器102包含有可变电阻RV，可变电阻RV的电阻值随着可调式衰减器102的第八接脚所接收到的偏压电压VBIAS的电压值而改变，而可调式衰减器102的第十六接脚所输出的可调输出信号VB的强度随着可变电阻RV的电阻值而改变。
图3示出图1的功率分配电路11的实施例的电路图。如图3所示，功率分配电路11包含第一1/4波长传输线111、第二1/4波长传输线112以及第一电阻R1。该第一1/4波长传输线111的一端以及第二1/4波长传输线112的一端共同连接且共同作为第二输入端11a，而第二输入端11a接收来自可调式衰减器102的第十六接脚的可调输出信号VB。第一1/4波长传输线111的另一端以及第二1/4波长传输线112的另一端分别作为第二输出端11b与第三输出端11c，而第二输出端11b与第三输出端11c分别连接于第一电阻R1的两端。第一1/4波长传输线111的第一特性阻抗Z1以及第二1/4波长传输线112的第二特性阻抗Z2可决定输入至该第二输出端11b与第三输出端11c的穿透系数以及功率分配电路11的输入阻抗。举例来说，第三输出端11c与第二输出端11b之间的预期的功率比为K2。参考阻抗Z0的阻抗值可为50奥姆。第一特性阻抗Z1、第二特性阻抗Z2以及第一电阻R1的设计公式如下：
Figure BDA0002453172610000041
Figure BDA0002453172610000042
Figure BDA0002453172610000051
图4示出图1的功率检测电路12的实施例的电路图。如图4所示，功率检测电路12包含二极管121、电容122及第二电阻R2。电容122的电容值为1nF而第二电阻R2的电阻值为10K奥姆。二极管121的阳极作为第三输入端12a，而该阳极电性连接于功率分配电路11的第三输出端11c且接收来自功率分配电路11的第三本地振荡信号LO3。二极管121的阴极作为第四输出端12b，而该阴极电性连接于电容122的一端以及第二电阻R2的一端。电容122的另一端以及第二电阻R2的另一端均接地，而该阴极的电压电平处于第三本地振荡信号LO3的检测电压VDEC的电压电平。二极管121可维持第三本地振荡信号LO3的峰值，而电容122与第二电阻R2可控制峰值的维持时间以及避免第三本地振荡信号LO3泄漏至功率检测电路12的第四输出端12b。
图5示出图1的比较电路13的实施例的电路图。如图5所示，比较电路13的第三接脚作为第四输入端13a且用于接收参考电压VREF。比较电路13的第二接脚作为第五输入端13b且接收来自功率检测电路12的检测电压VDEC。比较电路13的第六接脚作为第五输出端13c且输出偏压电压VBIAS至可调式衰减器102的第八接脚。
图6示出本发明所公开的功率分配器的第二实施例的功能方块图。比较图6的功率分配器1a与图1的功率分配器1，图6的功率分配器1a还包括相移电路14，而相移电路14包含第六输入端14a以及第六输出端14b。第六输入端14a电性连接于功率分配电路11的第三输出端11c且接收来自功率分配电路11的第三本地振荡信号LO3。第六输出端14b用于输出第四本地振荡信号LO4至升降频电路，且第六输出端14b电性连接于该功率检测电路12的第三输入端12a。第三输入端12a电性连接于第六输出端14b且检测第四本地振荡信号LO4的功率。第四输出端12b输出第四本地振荡信号LO4的检测电压VDEC。第三本地振荡信号LO3的功率相同于第四本地振荡信号LO4的功率，而第四本地振荡信号LO4的相位不同于第三本地振荡信号LO3的相位。
图7示出图6的相移电路14的实施例的电路图。如图7所示，相移电路14的第一接脚作为第六输入端14a且接收来自功率分配电路11的第三本地振荡信号LO3。相移电路14的第二接脚作为第六输出端14b且用于输出第四本地振荡信号LO4至升降频电路。功率检测电路12的二极管121的阳极接收第四本地振荡信号LO4。
图8示出本发明所公开的射频收发装置3的第一实施例的功能方块图。如图8所示，射频收发装置3包括图1的功率分配器1以及升降频电路2，其中功率分配器1的实施例包含图2的可调增益放大电路10、图3的功率分配电路11、图4的功率检测电路12以及图5的比较电路13，而功率分配电路11的第二输出端11b连接终端电阻RT。升降频电路2包含中频信号端2a、本地振荡信号端2b以及射频信号端2c，而中频信号端2a用于接收中频信号IF。本地振荡信号端2b电性连接于功率分配器1的功率分配电路11的第三输出端11c，且本地振荡信号端2b接收来自功率分配电路11的第三本地振荡信号LO3。射频信号端2c基于中频信号IF的功率以及第三本地振荡信号LO3的功率用于发送射频信号RF。
图9示出本发明所公开的射频收发装置3a的第二实施例的功能方块图。如图9所示，比较图9的射频收发装置3a与图8的射频收发装置3，图9的射频收发装置3a包括图6的功率分配器1a以及升降频电路2，功率分配器1a的相移电路14的第六输入端14a接收来自功率分配电路11的第三本地振荡信号LO3。相移电路14的第六输出端14b输出第四本地振荡信号LO4至升降频电路2的本地振荡信号端2b且电性连接于功率检测电路12的第三输入端12a。第四本地振荡信号LO4的功率相同于第三本地振荡信号LO3的功率，而第四本地振荡信号LO4的相位不同于第三本地振荡信号LO3的相位。此外，图9的射频收发装置3a的运作机制与图8的射频收发装置3相同。
图10示出本发明所公开的射频收发装置3b的第三实施例的功能方块图。比较图10的射频收发装置3b与图8的射频收发装置3，除了图10的功率分配电路11的第二输出端11b为开路，图10的射频收发装置3b的其他电路架构与图8的射频收发装置3相同。此外，图10的射频收发装置3b的运作机制与图8的射频收发装置3相同。
图11示出本发明所公开的射频收发装置3c的第四实施例的功能方块图。比较图11的射频收发装置3c与图9的射频收发装置3a，除了图11的功率分配电路11的第二输出端11b为开路，图11的射频收发装置3c的其他电路架构与图9的射频收发装置3a相同。此外，图11的射频收发装置3c的运作机制与图9的射频收发装置3a相同。
关于图8至图11中的任一射频收发装置的实施例，其中功率分配器以及升降频电路可整合于集成电路或者分别为彼此分离的电路模块。
图12示出本发明所公开的多级功率分配器的第一实施例的功能方块图。多级功率分配器包括第一功率分配器4以及第二功率分配器5，第一功率分配器4为图1的功率分配器1，第二功率分配器5为图1的功率分配器1，而第一功率分配器4的该第二输出端11b电性连接于第二功率分配器5的第一输入端10a。
关于图12的多级功率分配器的运作机制，第一功率分配器4的功率分配电路11的第二输出端11b输出第二本地振荡信号LO2至第二功率分配器5的可调增益放大电路10的该第一输入端10a。
图13示出本发明所公开的多级功率分配器的第二实施例的功能方块图。多级功率分配器包括第一功率分配器4a以及该第二功率分配器5，该第一功率分配器4a为图6的功率分配器1a，而该第二功率分配器5为图1的功率分配器1。第一功率分配器4a的该第二输出端11b电性连接于该第二功率分配器5的该第一输入端10a。此外，图13的多级功率分配器的运作机制与图12的多级功率分配器的运作机制相同。
图14示出本发明所公开的多级功率分配器的第三实施例的功能方块图。多级功率分配器包括该第一功率分配器4以及第二功率分配器5a，该第一功率分配器4为图1的功率分配器1，而该第二功率分配器5a为图6的功率分配器1a，而第一功率分配器4的该第二输出端11b电性连接于该第二功率分配器5a的该第一输入端10a。此外，图14的多级功率分配器的运作机制与图12的多级功率分配器的运作机制相同。
图15示出本发明所公开的多级功率分配器的第四实施例的功能方块图。多级功率分配器包括该第一功率分配器4a以及该第二功率分配器5a，该第一功率分配器4a为图6的功率分配器1a，而该第二功率分配器5a为图6的功率分配器1a。第一功率分配器4a的该第二输出端11b电性连接于该第二功率分配器5a的该第一输入端10a。此外，图15的多级功率分配器的运作机制与图12的多级功率分配器的运作机制相同。
图16示出本发明所公开输出至下一级的功率分配器的第二本地振荡信号、输入至升降频电路的第三本地振荡信号、以及参考电压之间的关系图。如图16所示，当改变比较电路13的参考电压VREF时，输入至升降频电路2的第三本地振荡信号LO3的功率随之改变。此外，输入至升降频电路2的第三本地振荡信号LO3的功率与输入至下一级功率分配器的第二本地振荡信号LO2的功率之间的功率差大约维持于固定值，而功率分配电路11的设计决定了第三本地振荡信号LO3与第二本地振荡信号LO2之间的功率差。
综上所述，本发明所公开的功率分配器、射频收发装置以及多级功率分配器至少具有以下有益功效：(1)当升降频电路的需求数量增加时，使用者可依据所需升降频电路的数量来增加功率分配器的数量，以驱动升降频电路，而不需要重新设计功率分配器的电路布局，因此功率分配器与升降频电路较容易整合于集成电路。(2)通过功率分配器的可调增益放大电路，功率分配器可不使用很大功率的初始本地振荡信号，也能提供足够功率的本地振荡信号以驱动升降频电路。
【符号说明】
1、1a功率分配器
10可调增益放大电路
10a第一输入端
10b控制端
10c第一输出端
101固定增益放大器
102可调式衰减器
11功率分配电路
11a第二输入端
11b第二输出端
11c第三输出端
12功率检测电路
12a第三输入端
12b第四输出端
13比较电路
13a第四输入端
13b第五输入端
13c第五输出端
LO1第一本地振荡信号
LO2第二本地振荡信号
LO3第三本地振荡信号
VB可调输出信号
VDEC检测电压
VREF参考电压
VBIAS偏压电压
RV可变电阻
RT终端电阻
111第一1/4波长传输线
112第二1/4波长传输线
R1第一电阻
121二极管
122电容
R2第二电阻
14相移电路
14a第六输入端
14b第六输出端
LO4第四本地振荡信号
2升降频电路
2a中频信号端
2b本地振荡信号端
2c射频信号端
3、3a、3b、3c射频收发装置
4、4a第一功率分配器
5、5a第二功率分配器

Claims (19)

1.一种功率分配器，包括：
可调增益放大电路，包含第一输入端、控制端以及第一输出端，该第一输入端用于接收第一本地振荡信号，且该控制端的电压决定该第一输出端的可调输出信号与该第一本地振荡信号之间的增益；
功率分配电路，包含第二输入端、第二输出端以及第三输出端，该第二输入端电性连接于该第一输出端，该第二输出端基于该可调输出信号输出第二本地振荡信号，该第三输出端基于该可调输出信号用于输出第三本地振荡信号至升降频电路；
功率检测电路，包含第三输入端以及第四输出端，该第三输入端电性连接于该第三输出端，而该第四输出端输出检测电压；以及
比较电路，包含第四输入端、第五输入端以及第五输出端，其中，该第四输入端用于接收参考电压，该第五输入端电性连接于该第四输出端且接收该检测电压，而该第五输出端电性连接于该控制端且依据该比较电路的比较结果输出偏压电压至该控制端。
2.如权利要求1所述的功率分配器，还包括相移电路，其中该相移电路包含第六输入端以及第六输出端，该第六输入端电性连接于该功率分配电路的该第三输出端，而该第六输出端电性连接于该功率检测电路的该第三输入端。
3.如权利要求1所述的功率分配器，其中该功率分配电路包含第一1/4波长传输线、第二1/4波长传输线以及第一电阻，该第一1/4波长传输线的一端以及该第二1/4波长传输线的一端共同连接且共同作为该第二输入端，而该第一1/4波长传输线的另一端以及该第二1/4波长传输线的另一端分别作为该第二输出端以及该第三输出端且分别连接于该第一电阻的两端。
4.如权利要求1所述的功率分配器，其中该功率检测电路包含二极管、电容及第二电阻，该二极管的阳极作为该第三输入端，该二极管的阴极作为该第四输出端，该阴极电性连接于该电容的一端以及该第二电阻的一端，而该电容的另一端以及该第二电阻的另一端均接地。
5.如权利要求1所述的功率分配器，其中当该检测电压大于该参考电压时，该比较电路调降该偏压电压；以及当该检测电压小于该参考电压时，该比较电路调升该偏压电压。
6.如权利要求1所述的功率分配器，其中该第三输入端检测该第三本地振荡信号的功率，而该第四输出端输出该第三本地振荡信号的该检测电压。
7.如权利要求2所述的功率分配器，其中该第六输入端接收来自该功率分配电路的该第三本地振荡信号，该第六输出端输出第四本地振荡信号至该升降频电路，该第三输入端检测该第四本地振荡信号的功率，而该第四输出端输出该第四本地振荡信号的该检测电压。
8.一种射频收发装置，包括：
如权利要求1所述的功率分配器；以及
该升降频电路，包含中频信号端、本地振荡信号端以及射频信号端，该中频信号端用于接收中频信号，该本地振荡信号端电性连接于该功率检测电路的该第三输入端，而该射频信号端用于发送射频信号。
9.如权利要求8所述的射频收发装置，其中该功率分配器以及该升降频电路整合于集成电路。
10.如权利要求8所述的射频收发装置，还包括相移电路，该相移电路包含第六输入端以及第六输出端，该第六输入端电性连接于该功率分配电路的该第三输出端，该第六输出端电性连接于该功率检测电路的该第三输入端。
11.如权利要求10所述的射频收发装置，其中该功率分配器以及该升降频电路整合于集成电路。
12.如权利要求8所述的射频收发装置，其中该功率分配电路包含第一1/4波长传输线、第二1/4波长传输线以及第一电阻，该第一1/4波长传输线的一端以及该第二1/4波长传输线的一端共同连接且共同作为该第二输入端，该第一1/4波长传输线的另一端以及该第二1/4波长传输线的另一端分别作为该第二输出端以及该第三输出端且分别连接于该第一电阻的两端。
13.如权利要求8所述的射频收发装置，其中该功率检测电路包含二极管、电容及第二电阻，该二极管的阳极作为该第三输入端，该二极管的阴极作为该第四输出端，该阴极电性连接于该电容的一端以及该第二电阻的一端，该电容的另一端以及该第二电阻的另一端均接地。
14.如权利要求8所述的射频收发装置，其中当该检测电压大于该参考电压时，该比较电路调降该偏压电压；以及当该检测电压小于该参考电压时，该比较电路调升该偏压电压。
15.如权利要求8所述的射频收发装置，其中该第二输出端连接于终端电阻。
16.如权利要求8所述的射频收发装置，其中该第二输出端为开路。
17.如权利要求8所述的射频收发装置，其中该第三输入端检测该第三本地振荡信号的功率，而该第四输出端输出该第三本地振荡信号的该检测电压。
18.如权利要求10所述的射频收发装置，其中该第六输入端接收来自该功率分配电路的该第三本地振荡信号，该第六输出端输出第四本地振荡信号至该升降频电路的该本地振荡信号端，该第三输入端检测该第四本地振荡信号的功率，而该第四输出端输出该第四本地振荡信号的该检测电压。
19.一种多级功率分配器，包括：
两个功率分配器，每一功率分配器如权利要求1所述的功率分配器，其中该两个功率分配器的其中一个为第一功率分配器，该两个功率分配器的另一个为第二功率分配器，而该第一功率分配器的该第二输出端电性连接于该第二功率分配器的该第一输入端。
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