TW201406054A - 功率放大器 - Google Patents

Abstract

本發明在維持功率放大器的特性的同時，使功率放大器小型化。功率放大器(1)具備：放大元件(11、12)、偏壓電路(13)、共通電源端子(P6)、以及電阻(R1)。偏壓電路(13)與放大元件(11、12)連接，並將偏壓電壓供應至放大元件(11、12)的輸入端子。偏壓電路(13)及放大元件(11)的輸出偏壓端子與共通電源端子(P6)連接。電阻(R1)連接於偏壓電路(13)與共通電源端子(P6)之間。

Description

功率放大器

本發明係有關一種功率放大器。更具體而言，係關於一種在提供偏壓電壓的電路中具有特徵的功率放大器。

功率放大器內置於通訊裝置等，用於將發送訊號放大。另外，功率放大器以IC封裝的形式商品化。作為習知的功率放大器例如有專利文獻1至3所示的功率放大器。

專利文獻1中記載的功率放大器具備偏壓電容器、扼流線圈、以及FET。FET的汲極端子與輸出側匹配電路及扼流線圈的一端連接。扼流線圈的另一端與電源端子連接。扼流線圈與電源端子的連接點經由偏壓電容器接地。在該功率放大器中，在提供施加到汲極端子的偏壓電壓時，該偏壓電壓不因輸出側匹配電路而發生電壓下降。

專利文獻2中記載的功率放大器具備與電容器和接合線進行共源共柵連接的FET。既定的FET的閘極端子經由電容器及接合線接地。在該功率放大器中，藉由防止FET的輸出回饋到閘極，來抑制產生振盪。

專利文獻3中記載的功率放大器具備偏壓電路、阻抗控制電路、以及FET。阻抗控制電路由進行串聯連接的電容器、電感器以及電阻構成。汲極端子經由偏壓電路與電源端子連接。偏壓電路與電源端子的連 接點經由阻抗控制電路接地。在該功率放大器中，藉由阻抗控制電路在較寬的頻帶內進行匹配。

另外，作為其他習知的功率放大器，例如有圖9所示的功率放大器。圖9係表示習知的功率放大器的一個示例的電路圖。

功率放大器1P的內部具有IC晶片2，並經由外設元件與外部電源端子P8連接。功率放大器1P具備：放大元件11、12、偏壓電路13、輸入端子P1、輸出端子P2、電源端子P61P、P62P、P7以及控制端子P11。

放大元件11與輸入端子P1連接。放大元件12與輸出端子P2連接。放大元件11與放大元件12級聯連接。放大元件11、12的輸入偏壓端子P3與偏壓電路13的輸出端子連接。放大元件11的輸出偏壓端子P4藉由接合線22P與電源端子P62P連接。放大元件12的輸出偏壓端子P5藉由接合線23與電源端子P7連接。

偏壓電路13的電源端子藉由接合線21P與電源端子P61P連接。偏壓電路13的輸入端子與控制端子P11連接。

電源端子P61P與外部電源端子P8連接。電源端子P62P與電源端子P61P和外部電源端子P8的連接點31P連接。電源端子P7經由扼流線圈與連接點31P和外部電源端子P8的連接點32P連接。電源端子P61P與連接點31P的連接點經由偏壓電容器C1P接地。電源端子P62P與連接點31P的連接點經由偏壓電容器C2P接地。線圈L1的一端與連接點32P的連接點經由偏壓電容器C3接地。偏壓電容器C1P、C2P、C3與扼流線圈L1是與功率放大器1P連接的外設元件。

放大元件11、12的偏壓電壓由外部電源端子P8提供。經由 電源端子P61P、接合線21P、以及偏壓電路13來提供放大元件11、12的輸入偏壓電壓。經由電源端子P62P及接合線22P來提供放大元件11的輸出偏壓電壓。經由扼流線圈L1、電源端子P7、以及接合線23來提供最後段的放大元件12的輸出偏壓電壓。

偏壓電路13根據來自控制端子P11及未圖示的檢波電路的訊號，將既定的輸入偏壓電壓供應至放大元件11、12。偏壓電路13藉由與外部電源端子P8連接的電源端子來提供電源。

[先行技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：日本專開平7-154159

專利文獻2：日本特表2004-516737

專利文獻3：日本特開2005-341447

如圖9所示，輸入偏壓電壓用的電源端子P61P與輸出偏壓電壓用的電源端子P62P分開設置。如果將電源端子P61P、P62P整合成一個共通電源端子，則能夠使功率放大器1P小型化。但是，在使用共通電源端子的情況下，由於放大元件11的輸出將經由該共通電源端子回饋至輸入，因此可能使功率放大器1P產生振盪等。

本發明的目的在於，在維持功率放大器的特性的同時，使功率放大器小型化。

本發明之功率放大器如以下構成。本發明之功率放大器具備：放大元件、偏壓電路、共通電源端子、以及電阻或電感器。偏壓電路與放大元件連接，並將偏壓電壓供應至放大元件的輸入端子。偏壓電路及放大元件的輸出偏壓端子與共通電源端子連接。電阻或電感器連接於偏壓電路與共通電源端子之間。

採用此構成，與經由分別形成於功率放大器的電源端子、來提供輸入偏壓電壓及輸出偏壓電壓的情況相比，能夠使功率放大器小型化。電阻或電感器對功率放大器的功率增益的下降進行抑制。因此，能在維持功率放大器的功率增益的同時，使功率放大器小型化。

本發明之功率放大器較佳係具備電容器，其一端連接於電阻或電感器的一端與偏壓電路的連接點，另一端接地。採用此構成，能夠防止放大元件的輸出回饋至輸入，以及功率放大器產生振盪。

根據本發明，能在維持功率放大器的功率增益的同時，使功率放大器小型化。

1、1P‧‧‧功率放大器

11、12‧‧‧放大元件

13‧‧‧偏壓電路

14‧‧‧檢波電路

21、22、23‧‧‧接合線

R1‧‧‧電阻

C1、C2、C3、C1P、C2P‧‧‧偏壓電容器

L1‧‧‧扼流線圈

L2‧‧‧電感

P1‧‧‧輸入端子

P2‧‧‧輸出端子

P3‧‧‧輸入偏壓端子

P4、P5‧‧‧輸出偏壓端子

P6‧‧‧共通電源端子

P7、P61P、P62P‧‧‧電源端子

P8‧‧‧外部電源端子

圖1係實施形態1之功率放大器1的電路圖。

圖2係表示功率放大器1C的主要部分的電路圖。

圖3係表示功率放大器1、1C的功率增益相對於頻率的特性圖。

圖4係表示功率放大器1、1C的功率增益相對於頻率的特性圖。

圖5係表示功率放大器1的功率增益相對於電阻R1的電阻值的特性圖。

圖6係表示功率放大器1的輸出偏壓電流相對於電阻R1的電阻值的特性圖。

圖7係表示實施形態2之功率放大器1A的主要部分的電路圖。

圖8係表示功率放大器1A的功率增益相對於電感器L2的電感的特性圖。

圖9係表示習知的功率放大器的一個示例的電路圖。

對本發明的實施形態1之功率放大器進行說明。圖1是實施形態1之功率放大器的電路圖。

功率放大器1的內部具有IC晶片2，並經由外設元件與外部電源端子P8連接。功率放大器1例如是具有1.6mm左右的大小的IC封裝。

功率放大器1具備：放大元件11、12、偏壓電路13、檢波電路14、偏壓電容器C1、電阻R1、輸入端子P1、輸出端子P2、共通電源端子P6、電源端子P7、控制端子P11、以及參照端子P12。偏壓電容器C1相當於本發明之電容器。

放大元件11與輸入端子P1連接。放大元件12與輸出端子P2連接。放大元件11與放大元件12進行級聯。放大元件11、12例如是FET或雙極電晶體等。

偏壓電路13的輸入端子與控制端子P11連接。偏壓電路13的輸出端子與檢波電路14連接。偏壓電路13的電源端子與電阻R1的一端連接。偏壓電路13與檢波電路14的連接點與放大元件11、12的輸入偏壓端子P3連接。偏壓電路13與電阻R1的連接點經由偏壓電容器C1接地。 偏壓電容器C1例如是具有5pF左右的電容值的MIMC(Metal-Insurator-Metal Capacitor：金屬-絕緣體-金屬電容器)。電阻R1例如具有100Ω至1500Ω為止的值。

檢波電路14與、放大元件12和輸出端子P2的連接點連接。檢波電路14與參照端子P12連接。

電阻R1的另一端藉由接合線21與共通電源端子P6連接，放大元件11的輸出偏壓端子P4藉由接合線22與共通電源端子P6連接。放大元件12的輸出偏壓端子P5藉由接合線23與電源端子P7連接。接合線例如具有0.5mm左右的長度、25μm左右的直徑。在該情況下，接合線的電感為0.5nH左右。

此外，在放大元件11、12為雙極電晶體的情況下，上述輸出偏壓端子相當於集電極端子。另外，上述輸入偏壓端子與基極端子連接，並將偏壓電壓供應至基極端子。

輸入端子P1、輸出端子P2、共通電源端子P6、電源端子P7、控制端子P11以及參照端子P12形成於IC晶片2附近，並藉由接合線與形成在IC晶片2上的既定端子連接。

共通電源端子P6與外部電源端子P8連接。電源端子P7經由扼流線圈L1與共通電源端子P6和外部電源端子P8的連接點31連接。偏壓電容器C2的一端連接於共通電源端子P6與連接點31之間。偏壓電容器C2的另一端接地。偏壓電容器C3的一端連接於扼流線圈L1與連接點31之間。偏壓電容器C3的另一端接地。偏壓電容器C2、C3與扼流線圈L1是與功率放大器1連接的外設元件。偏壓電容器C2、C3例如具有100pF左 右的電容值。

放大元件11、12的偏壓電壓由外部電源端子P8提供。經由共通電源端子P6、接合線21、電阻R1、以及偏壓電路13來提供放大元件11、12的輸入偏壓電壓。經由共通電源端子P6及接合線22來提供放大元件11的輸出偏壓電壓。經由扼流線圈L1、電源端子P7、以及接合線23來提供最後段的放大元件12的輸出偏壓電壓。

偏壓電容器C1、C2、C3防止高頻訊號流入直流電源。即，偏壓電容器C1、C2、C3防止放大元件11、12的輸出回饋回輸入。藉此，能夠防止功率放大器1發生振盪以及功率增益產生波動等，並且還能提高EVM特性。

偏壓電路13根據來自控制端子P11及檢波電路14的訊號，將既定的輸入偏壓電壓供應至放大元件11、12。偏壓電路13藉由與外部電源端子P8連接的電源端子來提供電源。檢波電路14將輸出訊號與來自參照端子P12的訊號相比較，並將既定的訊號發送至偏壓電路13。

從輸入端子P1輸入的訊號被放大元件11、12放大，並輸出至輸出端子P2。輸入及輸出的訊號例如具有2.4GHz至2.5GHz為止的頻率。

為了說明電阻R1的作用，對功率放大器1與功率放大器1C進行比較。圖2係表示功率放大器1C的主要部分的電路圖。功率放大器1C的構成除了不具備功率放大器1的電阻R1這點以外，與功率放大器1的構成相同。

偏壓電路13藉由接合線21與共通電源端子P6連接，放大元件11的輸出偏壓端子P4藉由接合線22與共通電源端子P6連接。偏壓電 路13與共通電源端子P6的連接點經由偏壓電容器C1接地。

圖3、4示出了功率放大器1、1C的功率增益相對於頻率的特性圖。縱軸是功率增益，橫軸是輸入輸出訊號的頻率。圖3、4中的實線示出了功率放大器1的功率增益。圖3、4中的虛線示出了功率放大器1C的功率增益。圖3中，功率放大器1C之接合線的長度在100μm至1000μm之間變化。圖4中，功率放大器1C之偏壓電容器C1的電容在1pF至30pF之間變化。

如圖3的虛線所示，功率放大器1C的功率增益在1.5GHz至3GHz的頻帶內下降。可以看出即使接合線的長度發生變化，功率增益仍下降。

如圖4的虛線所示，功率放大器1C功率增益在1.5GHz至6GHz的頻帶內下降。可以看出除了電容值在1pF附近的情況以外、即使電容發生變化，功率增益仍下降。此外，在電容值在1pF附近的情況下，偏壓電容器C1無法充分地防止高頻訊號流入直流電源。

因此，即使接合線的長度或電容值發生變化，也無法在使用頻帶(2.4GHz~2.5GHz)內避免功率放大器1C的功率增益的下降。

另一方面，如圖3、4的實線所示，功率放大器1的功率增益在使用頻帶內沒有下降。因此，電阻R1起到了防止功率放大器1的功率增益下降的作用。

得到上述結果的理由如下。在如功率放大器1C那樣、將接合線21與偏壓電容器C1串聯連接時，接合線21的電感與偏壓電容器C1的電容作為串聯諧振電路來進行工作。因此，在功率放大器1C的情況下， 由於該串聯諧振電路發生諧振，使得功率增益在特定的頻帶內下降。另一方面，在功率放大器1的情況下，電阻R1連接于接合線21與偏壓電容器C1之間。藉此，能抑制由接合線21與偏壓電容器C1構成的串聯電路發生諧振。因此，功率增益幾乎不下降。

圖5示出了相對於電阻R1的電阻值的、功率放大器1的功率增益。輸入輸出訊號的頻率為2.4GHz。在電阻值不足100Ω的情況下，若電阻值增大，則功率增益上升。在電阻值在100Ω以上的情況下，功率增益與電阻值無關，大致保持一定。

圖6示出了相對於電阻R1的電阻值的、功率放大器1的輸出偏壓電流(電源電流)。在電阻值不足1500Ω的情況下，輸出偏壓電流與電阻值無關，大致保持一定。在電阻值在1500Ω以上的情況下，若電阻值增大，則功率增益降低。

因此，藉由使電阻R1的電阻值在100Ω至1500Ω的範圍內，能夠抑制功率增益及輸出偏壓電流下降。

根據實施形態1，與經由分別形成於功率放大器1的電源端子、來提供輸入偏壓電壓及輸出偏壓電壓的情況相比，能夠使功率放大器1小型化。偏壓電容器C1防止了放大元件11的輸出回饋至輸入，以及功率放大器1產生振盪等。電阻R1對功率增益及輸出偏壓電流的下降進行抑制。因此，能在維持功率放大器1的特性的同時，使功率放大器1小型化。另外，藉由減少端子數量能夠減少外設元件的數量。此外，為了得到所需的功率增益，也可以級聯連接3級以上的放大元件。

對本發明的實施形態2之功率放大器進行說明。圖7係表示 實施形態2之功率放大器的主要部分的電路圖。實施形態2之功率放大器1A具備電感器L2，以替代實施形態1的電阻R1。其他構成與實施形態1的構成相同。下面，對與實施形態1的不同點進行說明。

偏壓電路13與電感器L2的一端連接。偏壓電路13與電感器L2的連接點經由偏壓電容器C1接地。電感器L2的另一端藉由接合線21與共通電源端子P6連接，放大元件11的輸出偏壓端子P4藉由接合線22與共通電源端子P6連接。

藉由在接合線21與偏壓電容器C1之間連接電感器L2，能夠在由接合線21的電感與偏壓電容器C1的電容所構成的串聯諧振電路的電感分量中增加電感器L2的電感。藉此，能夠使諧振頻率移至使用頻帶外。因此，能夠抑制功率放大器1A的功率增益的下降。

圖8示出了相對於電感L2的電感的、功率放大器1A的功率增益。輸入輸出訊號的頻率為2.45GHz。在電感值不足3.0nH的情況下，若電感增大，則功率增益上升。在電感在3.0nH以上的情況下，功率增益與電感無關，大致保持一定。

因此，藉由將電感器L2的電感設置在3.0nH以上，能夠抑制功率增益下降。

根據實施形態2，能在維持功率放大器1A的特性的同時，使功率放大器1A小型化。另外，藉由減少端子數量能夠減少外設元件的數量。

1‧‧‧功率放大器

11、12‧‧‧放大元件

13‧‧‧偏壓電路

14‧‧‧檢波電路

21、22、23‧‧‧接合線

R1‧‧‧電阻

C1、C2、C3‧‧‧偏壓電容器

L1‧‧‧扼流線圈

P1‧‧‧輸入端子

P2‧‧‧輸出端子

P3‧‧‧輸入偏壓端子

P4、P5‧‧‧輸出偏壓端子

P6‧‧‧共通電源端子

P7‧‧‧電源端子

P8‧‧‧外部電源端子

P11‧‧‧控制端子

P12‧‧‧參照端子

Claims (7)

1. 一種功率放大器，具備：放大元件；偏壓電路，其與該放大元件連接，並將偏壓電壓供應至該放大元件的輸入端子；共通電源端子，其連接該偏壓電路及該放大元件的輸出偏壓端子；以及電阻或電感器，串聯於該偏壓電路與該共通電源端子之間。
2. 如申請專利範圍第1項之功率放大器，其具備電容器，其一端連接於該電阻或電感器的一端與該偏壓電路的連接點，另一端接地。
3. 如申請專利範圍第1項之功率放大器，其中，該共通電源端子與該電阻或電感器的連接藉由接合線來實現。
4. 如申請專利範圍第2項之功率放大器，其中，該共通電源端子與該電阻或電感器的連接藉由接合線來實現。
5. 如申請專利範圍第1至4中任一項之功率放大器，其中，該電阻或電感器的值係在使功率增益及輸出偏壓電流相對於該電阻或電感器的值保持一定的範圍內。
6. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之功率放大器，其具備與該共通電源端子不同的電源端子；該放大元件被級聯連接；最後段的該放大元件的該輸出偏壓端子不與該共通電源端子連接，而與該電源端子連接。
7. 如申請專利範圍第5項之功率放大器，其具備與該共通電源端子不同的電源端子；該放大元件被級聯連接；最後段的該放大元件的該輸出偏壓端子不與該共通電源端子連接，而與該電源端子連接。