CN116346049A - 放大装置 - Google Patents

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Abstract

放大装置包含放大电路及保护电路。放大电路具有接收射频信号的输入端，及输出放大后的射频信号的输出端。放大电路包含晶体管。晶体管具有第一端、第二端及控制端。晶体管的第一端输出放大后的射频信号，而晶体管的控制端耦接于放大电路的输入端。保护电路的第一端耦接于放大电路的输入端或输出端。保护电路包含开关单元及钳位单元。开关单元受第一控制信号控制而被导通或被截止。钳位单元耦接于开关单元。当开关单元导通时，钳位单元将保护电路的第一端的电压钳制在预定范围内。

Description

放大装置
本申请是申请号为201811568858.2，发明名称为放大装置，申请日为2018年12月21日申请案的分案申请。
技术领域
本发明是有关于一种放大装置，特别是一种在旁通模式下能够维持线性表现的放大装置。
背景技术
在行动电子装置的通讯模块中，射频信号的发送和接收常会透过相同的天线来进行操作。举例来说，通讯模块中的发送端及接收端可以共同耦接至天线。当通讯模块欲透过天线接收射频信号时，通讯模块会启动接收端中的低噪声放大器将射频信号放大以分析取得其中的信息；而通讯模块欲透过天线发送射频信号时，通讯模块则会启动发送端中的功率放大器将射频信号放大以透过天线对外输出。
一般来说，接收端的低噪声放大器承受高功率信号的能力较弱。因此，在通讯模块透过天线接收射频信号时，倘若系统内部误启动了发送端或是耦合了发送端的能量，则发送端所产生的强度较强的射频信号也将输入至低噪声放大器，使得低噪声放大器无法正常运作，甚至对低噪声放大器造成破坏。
在现有技术中，为了保护低噪声放大器，常会在低噪声放大器的输入端加设钳位电路，以避免发送端的射频信号摆幅过大，并进入低噪声放大器而造成破坏。然而，如此一来，也改变了接收端内部的匹配阻抗，使得接收端在信号放大的线性度表现上不如预期。
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及保护电路。
放大电路放大射频信号，且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后的射频信号。放大电路包含晶体管，晶体管具有第一端、第二端及控制端。晶体管的第一端输出放大后的射频信号，而晶体管的控制端耦接于放大电路的输入端。
保护电路具有第一端及第二端，保护电路的第一端耦接于放大电路的输入端或放大电路的输出端。保护电路包含开关单元及钳位单元。开关单元受控制信号控制而被导通或被截止。钳位单元耦接于开关单元，并当开关单元导通时，将保护电路的第一端的电压钳制在预定范围内。
附图说明
图1为本发明一实施例的放大装置的示意图。
图2为本发明实施例二的放大装置的示意图。
图3为本发明实施例三的放大装置的示意图。
图4为本发明实施例四的放大装置的示意图。
【符号说明】
100、200、300、400 放大装置
110、310、410 放大电路
120、220、320、420 保护电路
130 旁通电路
140 电阻电容滤波器
112、114、426 被动元件
M1至M4、122A、132 晶体管
C1、C2、C3、C4、C5 电容
122、222、322、422 开关单元
124、224、126、324、424 钳位单元
D1、D2 二极管
SIGRF1、SIGRF2 射频信号
SIGctrl1、SIGctrl2、SIGctrl3、SIGctrl4 控制信号
具体实施方式
图1为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及保护电路120。放大电路110可以将所接收到的射频信号SIGRF1放大，而保护电路120则可以保护放大电路110，以减少受到高强度射频信号的破坏。
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SIGRF1，而放大电路110的输出端OUT则可输出放大后的射频信号SIGRF2。在图1中，放大电路110可包含晶体管M1，晶体管M1具有第一端、第二端及控制端。晶体管M1的第一端可输出放大后的射频信号SIGRF2，而晶体管M1的控制端可耦接于放大电路110的输入端IN。
保护电路120具有第一端及第二端，保护电路120的第一端可耦接于放大电路110的输入端IN，而保护电路120的第二端可以接收第一参考电压V1。保护电路120可包含开关单元122及钳位单元124。开关单元122受控制信号SIGctrl1控制而被导通或被截止。钳位单元124耦接于开关单元122。在本发明的有些实施例中，当开关单元122导通时，钳位单元124可将保护电路120的第一端的电压钳制在预定范围内。也就是说，当放大电路110的输入端接收到强度较大，亦即电压摆幅较大的射频信号时，开关单元122可被导通，而钳位单元124会将输入信号的电压钳制在放大电路110所能承受的预定范围之内，以减少或避免放大电路110受到破坏。
此外，在图1中，放大装置100还可包含旁通电路130。旁通电路130可耦接于放大电路110的输入端IN及输出端OUT。当放大装置100执行旁通模式时，旁通电路130可以在放大电路110的输入端IN及输出端OUT之间提供旁通路径。举例来说，倘若放大装置100所接收到的射频信号SIGRF1的强度不够大，须要透过放大电路110进行放大，此时放大装置100便可执行放大模式，以接收射频信号SIGRF1并输出放大后的射频信号SIGRF2，并将旁通电路130截止，以阻止射频信号SIGRF1自输入端IN透过旁通电路130传送至输出端OUT；倘若放大装置100所接收到的射频信号SIGRF1的强度够大，而无须再透过放大电路110进行放大，此时放大装置100便可执行旁通模式，并将旁通电路130导通，以透过旁通电路130将射频信号SIGRF1直接自输入端IN传送至输出端OUT，减少放大电路110的电能损耗。
在图1中，旁通电路130可包含复数个晶体管132，且复数个晶体管132可串接在放大电路110的输入端IN及输出端OUT之间。如此一来，就可以避免在执行放大模式时，单个晶体管因为输入信号摆幅较大而被误导通，进而导致旁通模式被误开启的情况。
此外，在执行旁通模式时，在阻抗不匹配的情况下，倘若射频信号SIGRF1输入至保护电路120，便可能会造成放大装置100的增益线性范围缩减。为减少此问题发生，放大装置100可以在执行旁通模式时将开关单元122截止，而在需要透过放大电路110放大射频信号SIGRF1，也就是放大装置100执行放大模式时，才将开关单元122导通。如此一来，就能够在旁通模式下，维持放大装置100的线性表现，此外也可以在利用放大电路110放大射频信号SIGRF1时，透过保护电路120来保护放大电路110。
在图1中，钳位单元124具有第一端及第二端，钳位单元124的第一端可耦接于保护电路120的第一端。开关单元122具有第一端、第二端及控制端，且开关单元122的第一端可耦接于钳位单元124的第二端，开关单元122的第二端可耦接于保护电路120的第二端，并可接收第一参考电压V1，例如是共同电压或接地电压，而开关单元122的控制端可接受控制信号SIGctrl1。
此外，在图1中，开关单元122可包含复数个串联的晶体管122A，以减少开关单元122被误导通的情况。然而在本发明的有些实施例中，开关单元122也可仅包含单一个晶体管122A。再者，由于开关单元122中的晶体管122A无须操作在大电流的应用中，因此每一晶体管122A的尺寸可小于晶体管M1的尺寸，以减少开关单元122所需的面积。在图1中，开关单元122中的每一晶体管122A可以是金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)，然而本发明并不以此为限。在本发明的其他实施例中，开关单元122中的晶体管也可以是双极结型晶体管(Bipolar JunctionTransistor，BJT)。
再者，钳位单元124可包含至少一二极管D1及至少一二极管D2。二极管D1会以相同的第一偏压方式(例如但不限于为顺偏)耦接于钳位单元124的第一端及钳位单元124的第二端之间。二极管D2则会以相同的第二偏压方式(例如但不限于为逆偏)耦接于钳位单元124的第一端及钳位单元124的第二端之间，且二极管D1与二极管D2会以相异的偏压方式并联存在。如此一来，当输入信号的摆幅为正向且过大时，以第一偏压方式操作的二极管D1就会被导通，并将输入信号导引开，以减少放大电路110被输入信号破坏的可能性。相对地，当输入信号的摆幅为负向且过大时，以第二偏压方式操作的二极管D2就会被导通，并将输入信号导引开，以减少放大电路110被输入信号破坏的可能性。
在本发明的有些实施例中，根据输入信号的特性差异，钳位单元124也可能仅包含以第一偏压方式操作的二极管D1或是以第二偏压方式操作的二极管D2的其中一者。另外，在本发明的有些实施例中，二极管D1的数量与二极管D2的数量可能相同，也可能相异。
在图1中，为了在旁通模式下保护旁通电路130中的晶体管，保护电路120还可包含钳位单元126，钳位单元126可与开关单元122并联。如此一来，当开关单元122在旁通模式下被截止时，钳位单元124及钳位单元126便可共同将输入信号的电压钳制在较宽的范围内，除了使得旁通电路130能够受到保护，同时也不至于使所需的输入射频信号失真。此外，在本发明的其他实施例中，保护电路120也可改以阻抗单元来取代钳位单元126，阻抗单元可例如但不限于是电阻，并可与开关单元122并联以保护旁通电路130。再者，在本发明的其他实施例中，保护电路120也可根据实际操作条件的状况，而将钳位单元126或阻抗单元省略。
在图1中，放大电路110还可包含晶体管M2、M3及M4、被动元件112及114，电容C1、C2、C3、C4及C5，以及电阻电容滤波器(RC filter)140。晶体管M2具有第一端、第二端及控制端，晶体管M2的第一端可耦接于晶体管M1的第二端，而晶体管M2的控制端可接收控制信号SIGctrl2。被动元件112具有第一端及第二端，被动元件112的第一端可耦接于晶体管M2的第二端，而被动元件112的第二端可接收第一参考电压V1。晶体管M3具有第一端、第二端及控制端，晶体管M3的第二端可耦接于晶体管M1的第一端，晶体管M3的控制端可接收控制信号SIGctrl3。在本发明的有些实施例中，晶体管M2及M3可减少晶体管M1所承受的跨压，因此能够对晶体管M1形成保护，并且还可进一步提升放大增益。
被动元件114具有第一端及第二端，被动元件114的第一端可接收第二参考电压V2，而被动元件114的第二端可耦接于晶体管M3的第一端。在本发明的有些实施例中，第一参考电压V1可例如但不限于是系统中的参考电压，而第二参考电压V2可例如但不限于是系统中的操作电压，而第二参考电压V2可大于第一参考电压V1。此外，在本发明的有些实施例中，被动元件112及114可例如但不限于为电感，并可扼止(choking)偏压中的高频噪声。
电容C1具有第一端及第二端，电容C1的第一端可耦接于被动元件114的第二端，可作为放大电路的阻抗匹配用。晶体管M4具有第一端、第二端及控制端，晶体管M4的第一端耦接于电容C1的第二端，晶体管M4的第二端可耦接于放大电路110的输出端OUT，而晶体管M4的控制端可接收控制信号SIGctrl4，当放大装置100执行放大模式时，控制信号SIGctrl4会将晶体管M4导通，而当放大装置100执行旁通模式时，控制信号SIGctrl4会将晶体管M4截止。
电容C2可耦接于输出端OUT，主要用来阻隔直流信号。电容C3可耦接于输入端IN，电容C3可以提供匹配的阻抗以利输入端IN能够接收射频信号SIGRF1，同时也可以阻隔直流信号。电容C4及电容C5可耦接于旁通电路130的两端，电容C4及C5可以提供匹配的阻抗以利旁通电路130接收射频信号SIGRF1，同时也可以阻隔直流信号。
电阻-电容滤波器140可耦接于晶体管M3的控制端，并且可以将控制信号SIGctrl3中的噪声滤除，以使晶体管M3的操作更加稳定。
由于放大装置100中的保护电路120可以在透过放大电路110放大射频信号SIGRF1时，将内部的开关单元122导通，并透过钳位单元124进行整流，因此可以有效地保护放大电路110中的晶体管。此外，保护电路120还可以在旁通模式下将内部的开关单元122截止，因此可以减少射频信号SIGRF1流入阻抗不匹配的保护电路120，使得放大装置100能够维持较佳的线性表现。在图1中，保护电路120中的钳位单元124可耦接至保护电路120的第一端，而开关单元122可耦接至保护电路120的第二端，然而本发明并不以此为限。
图2为本发明实施例二的放大装置200的示意图。放大装置200与放大装置100具有相似的结构并可根据相似的原理操作，两者的差异在于放大装置200的保护电路220包含开关单元222及钳位单元224，而未另外包含与开关单元222并联的钳位单元或阻抗单元。开关单元222的第一端耦接于保护电路220的第一端，且开关单元222的控制端可接受控制信号SIGctrl1。钳位单元224的第一端耦接于开关单元222的第二端，而钳位单元224的第二端耦接于保护电路220的第二端，且保护电路220的第二端可接收第一系统电压V1。
此外，在图1中，保护电路120的第二端可接收第一系统电压V1，然而本发明并不以此为限。图3为本发明实施例三的放大装置300的示意图。放大装置300与放大装置100具有相似的结构并可根据相似的原理操作，两者的差异在于在放大装置300的保护电路320中，钳位单元324及开关单元322可以耦接于保护电路320的第一端及第二端之间，且开关单元322的第二端会耦接于保护电路320的第二端及晶体管M2的第一端。也就是说，保护电路320中的开关单元322可与放大电路310中的晶体管M2相串接，以减少保护电路320中的开关单元322被误导通的情况。如此一来，就可以减少开关单元322中的晶体管数量，使得放大装置300的面积能够缩减。
图4为本发明实施例四的放大装置400的示意图。放大装置400与放大装置300具有相似的结构并可根据相似的原理操作，两者的差异在于在放大装置400的保护电路420中的开关单元422可以取代放大装置300中放大电路310中的晶体管M2，而钳位单元424的第二端可耦接至晶体管M1的第二端。在此情况下，开关单元422的晶体管422A的尺寸可大于晶体管M1的尺寸，以对放大电路410的电流大小造成限制。
也就是说，在图4的实施例中，放大电路410可以与保护电路420共用开关单元422中的晶体管422A，而将原先在放大电路310中的晶体管M2省略。在此情况下，保护电路420还可包含被动元件426。被动元件426具有第一端及第二端，被动元件426的第一端可耦接于开关单元422的第二端，而被动元件426的第二端可耦接于保护电路420的第二端，并可接收第一参考电压V1。如此一来，由于保护电路420中的开关单元422可以和放大电路410共用相同的晶体管，因此可以进一步减少放大装置400中的晶体管数量，使得放大装置400的面积能够缩减。
在图1至图4中，保护电路120至420的第一端是各自耦接在放大电路110至410的输入端以对放大电路110至410进行保护。在有些实施例中，放大装置100、200、300、400可能会与其他的放大装置相耦接，而形成多级放大装置，以将射频信号SIGRF1放大到足够的强度。在此情况下，保护电路120、220、320、420的第一端也可耦接在放大电路110、310、410的输出端，如此一来，就能够对下一级的放大装置进行保护。
综上所述，本发明的实施例所提供的放大装置可以透过保护电路减少放大电路受到高强度射频信号破坏的可能性。此外，由于保护电路可包含开关单元及钳位单元，因此在放大装置执行旁通模式时，便可将开关单元截止以维持或提升放大装置的线性表现。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请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 (17)

1.一种放大装置，其特征在于，包含：
一放大电路，用以放大一射频信号，具有一输入端用以接收所述射频信号，
及一输出端用以输出放大后的所述射频信号，所述放大电路包含一第一晶体管，具有一第一端用以输出放大后的所述射频信号，一第二端，及
一控制端耦接于所述放大电路的所述输入端；及
一保护电路，具有一第一端耦接于所述放大电路的所述输入端或所述放大电路的所述输出端，及一第二端，所述保护电路包含：
一开关单元，用以受一第一控制信号控制而被导通或被截止；及
一第一钳位单元，耦接于所述开关单元，用以当所述开关单元导通时，将所述保护电路的所述第一端的电压钳制在一预定范围内；
其中当所述放大装置透过所述放大电路放大所述射频信号时，所述开关单元被导通；且
当所述放大装置执行一旁通模式时，所述开关单元被截止。
2.根据权利要求1所述的放大装置，其特征在于，还包含一旁通电路，耦接于所述放大电路的所述输入端及所述输出端，用以在所述放大装置执行所述旁通模式时，在所述放大电路的所述输入端及所述输出端之间提供一旁通路径。
3.根据权利要求2所述的放大装置，其特征在于，其中所述保护电路的所述第一端是耦接于所述放大电路的所述输入端。
4.根据权利要求3所述的放大装置，其特征在于，其中：
所述开关单元具有一第一端耦接于所述保护电路的所述第一端，一第二端，
及一控制端用以接受所述第一控制信号；及
所述第一钳位单元具有一第一端耦接于所述开关单元的所述第二端，一第二端耦接于所述保护电路的所述第二端。
5.根据权利要求3所述的放大装置，其特征在于，其中：
所述第一钳位单元具有一第一端耦接于所述保护电路的所述第一端，及一第二端；及
所述开关单元具有一第一端耦接于所述第一钳位单元的所述第二端，一第二端，及一控制端用以接受所述第一控制信号。
6.根据权利要求5所述的放大装置，其特征在于，其中：
所述第一钳位单元的所述第二端另耦接至所述第一晶体管的所述第二端。
7.根据权利要求6所述的放大装置，其特征在于，其中所述保护电路还包含一被动元件，具有一第一端耦接于所述开关单元的所述第二端，及一第二端耦接于所述保护电路的所述第二端，并用以接收一第一参考电压。
8.根据权利要求6所述的放大装置，其特征在于，其中：
所述开关单元包含至少一晶体管，且所述开关单元的所述至少一晶体管的尺寸大于所述第一晶体管的尺寸。
9.根据权利要求5所述的放大装置，其特征在于，其中所述放大电路还包含：
一第二晶体管，具有一第一端耦接于所述第一晶体管的所述第二端，一第二端，一控制端用以接收一第二控制信号；及
一第一被动元件，具有一第一端耦接于所述第二晶体管的所述第二端，及一第二端用以接收一第一参考电压。
10.根据权利要求9所述的放大装置，其特征在于，其中所述开关单元的所述第二端是耦接于所述保护电路的所述第二端及所述第二晶体管的所述第一端。
11.根据权利要求9所述的放大装置，其特征在于，其中所述开关单元的所述第二端是耦接于所述保护电路的所述第二端，并用以接收所述第一参考电压。
12.根据权利要求9所述的放大装置，其特征在于，其中：
所述开关单元包含至少一晶体管，且所述开关单元的所述至少一晶体管的尺寸小于所述第一晶体管的尺寸。
13.根据权利要求12所述的放大装置，其特征在于，其中所述开关单元的每一晶体管为金属氧化物半导体场效应晶体管或双极结型晶体管。
14.根据权利要求2所述的放大装置，其特征在于，其中所述放大电路还包含：一第三晶体管，具有一第一端，一第二端耦接于所述第一晶体管的所述第一端，及一控制端用以接收一第三控制信号；
一第二被动元件，具有一第一端用以接收一第二参考电压，一第二端耦接于所述第三晶体管的所述第一端；
一电容，具有一第一端耦接于所述第二被动元件的所述第二端，及一第二端；及
一第四晶体管；具有一第一端耦接于所述电容的所述第二端，一第二端耦接于所述放大电路的所述输出端，及一控制端用以接收一第四控制信号；
其中当所述放大装置执行所述旁通模式时，所述第四晶体管被截止。
15.根据权利要求1所述的放大装置，其特征在于，其中所述保护电路还包含一第二钳位单元，与所述开关单元并联。
16.根据权利要求1所述的放大装置，其特征在于，其中所述保护电路还包含一阻抗单元，与所述开关单元并联。
17.根据权利要求1所述的放大装置，其特征在于，其中所述第一钳位单元包含至少一第一二极管，所述至少一第一二极管是以相同的一第一偏压方式耦接于所述第一钳位单元的一第一端及所述第一钳位单元的一第二端之间。
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