TW201429156A - 電子系統、射頻功率放大器及其偏壓點動態調整方法 - Google Patents

Abstract

本發明實施例提供一種射頻功率放大器。射頻功率放大器包括偏壓電路、輸出級電路與動態偏壓控制電路。偏壓電路接收第一系統電壓，並且偏壓電路根據第一系統電壓提供工作電壓。輸出級電路接收工作電壓以工作在操作偏壓點。動態偏壓控制電路偵測射頻輸入信號並且根據射頻輸入信號之變化輸出補償電壓至偏壓電路，其中動態偏壓控制電路為一開迴路組態。當射頻輸入信號之輸入功率增加而導致操作偏壓點偏移且工作電壓下降時，偏壓電路根據所接收之補償電壓來調升工作電壓以回復或提升操作偏壓點。

Description

電子系統、射頻功率放大器及其偏壓點動態調整方法

本發明有關於一種射頻功率放大器，且特別是關於一種具偏壓點動態調整之射頻功率放大器。

隨著網際網路發達之後，人們習慣於快速大量地接受資訊，特別是在近幾年來無線通信科技的進步，個人行動產品，如行動電話、個人數位助理等產品，以相當驚人的速度普及之後，人們希望能夠掌握即時資訊外，還希望能有即時的線上支援。因此，結合網際網路與無線通信的無線區域網路(Wireless Local Area Network,WLAN)與第三代(3G)/第四代(4G)網路正是滿足人們這樣需求的一個方案。

射頻功率放大器在通訊系統中扮演非常重要的角色。為了達到較好的功率附加效率(power-added efficiency,PAE)，線性射頻功率放大器通常會偏向AB類操作(class AB operation)。一般來說，當射頻輸入功率增加時，放大電晶體之順向偏置PN接面的平均壓降會下降，並且將射頻功率放大器推向B類操作(class B operation)甚至是C類操作(class C operation)而導致放大電晶體之輸出功率變為飽和且輸出信號漸漸變為非線性。

換句話說，在發射器中，射頻功率放大器是最耗電的元件，其功率附加效率(power added efficiency，PAE)直接影響電池能維持的時間。AB類的直流偏壓能改善功率放大器的功率附加效率，因為其有較低準位靜置偏壓電流 (quiescent current)，靜置偏壓電流亦即輸入功率為零時的偏壓電流。然而，當放大器的輸出功率增加到某一準位(level)時，操作於AB類模式放大器的負載線(load line)可能進入截止區(cut off region)，進而產生增益壓縮(gain compression)，此增益壓縮導致輸出功率飽和(saturation)。由於AB類放大器的直流操作點接近截止區，因此，當AB類放大器的輸出功率增加至某一準位時，此截止區域的增益壓縮機制將限制AB類放大器的功率增益(power gain)及輸出功率。

本發明實施例提供一種射頻功率放大器，用以放大其所接收之射頻輸入信號。射頻功率放大器包括偏壓電路、輸出級電路與動態偏壓控制電路。偏壓電路接收第一系統電壓，並且偏壓電路根據第一系統電壓提供工作電壓。輸出級電路電性連接偏壓電路，所述輸出級電路接收工作電壓以工作在操作偏壓點。動態偏壓控制電路電性連接偏壓電路與輸出級電路之間，所述動態偏壓控制電路偵測射頻輸入信號並且根據射頻輸入信號之變化輸出補償電壓至偏壓電路。當射頻輸入信號之輸入功率增加而導致操作偏壓點偏移且工作電壓下降時，所述偏壓電路根據所接收之補償電壓來調升工作電壓以回復或提升操作偏壓點。

在本發明其中一個實施例中，偏壓電路包括第一電晶體、第二電晶體、第一參考電阻、第一電阻與第二電阻。第一電晶體之射極連接接地電壓，第一電晶體之基極連接動態偏壓控制電路以接收補償電壓。第二電晶體之基極連 接第一電晶體之集極，第二電晶體之集極連接第一系統電壓。第一參考電阻之一端連接第一系統電壓，第一參考電阻之另一端連接第二電晶體之基極，其中第一參考電阻用以產生第一參考電流。第一電阻之一端連接第二電晶體之射極，第一電阻之另一端連接第一電晶體之基極。第二電阻之一端連接第二電晶體之射極，第二電阻之另一端連接輸出級電路且輸出工作電壓。參考電流等於第一電晶體之集極電流與第二電晶體之基極電流之總和。

在本發明其中一個實施例中，當射頻輸入信號之輸入功率上升時，所述第一電晶體之基極接收對應的補償電壓且據此使得第一電晶體之基極電流與集極電流下降，進而使第二電晶體之基極電流與射極電流上升，藉此來調升工作電壓以回復或提升操作偏壓點。

在本發明其中一個實施例中，輸出級電路包括第三電晶體。第三電晶體之基極接收工作電壓，第三電晶體之射極連接接地電壓，第三電晶體之集極連接第二系統電壓。在交流信號模式下，所述第三電晶體用以放大其所接收之射頻輸入信號並且於其集極輸出射頻輸出信號。

在本發明其中一個實施例中，動態偏壓控制電路包括第二參考電阻、第四電晶體、第三電阻、第五電阻與第一電容。第二參考電阻之一端連接第一系統電壓，第二參考電阻之另一端連接第四電晶體之集極。第四電晶體之集極連接第二參考電阻之另一端，第四電晶體之射極連接接地電壓，第四電晶體之基極接收射頻輸入信號且用以偵測射頻輸入信號之變化，其中第四電晶體作為功率偵測電晶體。第三電阻之一端連接第二電阻之一端，第三電阻之另一 端連接第四電晶體之基極。第五電阻之一端連接第三電阻之另一端，第五電阻之另一端輸出補償電壓。第一電容之一端連接第五電阻之另一端，第一電容之另一端連接接地電壓。第一參考電阻之電阻值等於第二參考電阻之電阻值，並且第五電阻與第一電容用以濾除在交流信號模式下之高頻信號。

在本發明其中一個實施例中，第一電阻之電阻值等於第三電阻之電阻值。

本發明實施例另提供一種電子系統，電子系統包括射頻功率放大器與負載。射頻功率放大器接收射頻輸入信號且輸出射頻輸出信號。負載耦接射頻功率放大器，所述負載接收射頻輸出信號。當射頻輸入信號之輸入功率增大時，則射頻功率放大器透過補償電路以穩定操作偏壓點。

本發明實施例再提供一種偏壓點動態調整方法，偏壓點動態調整方法包括以下步驟。透過偏壓電路接收系統電壓且據此提供工作電壓；透過輸出級電路接收工作電壓且據此工作於操作偏壓點；透過動態偏壓控制電路偵測射頻輸入信號之輸入功率且根據其變化輸出補償電壓以穩定操作偏壓點。其中所述偏壓點動態調整方法用於上述之射頻功率放大器或上述之電子系統。

綜上所述，本發明實施例所提出之電子系統、射頻功率放大器及其偏壓點動態調整方法，當輸入功率增加時，能夠防範射頻功率放大器之偏壓點進入截止區(cut off region)所引起之增益壓縮(gain compression)以避免輸出功率飽和，亦即本發明實施例能夠動態控制射頻功率放大器之操作偏壓點，以使操作偏壓點減少隨著輸入功率之改變 而偏移之現象。再者，本發明實施例能夠改善射頻功率放大器轉換特性之線性度以降低信號失真，與提供更大輸入功率與輸出功率範圍，以便提供高效率運作及高線性度輸出功率，來符合系統對線性度的要求。

為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。

在下文將參看隨附圖式更充分地描述各種例示性實施例，在隨附圖式中展示一些例示性實施例。然而，本發明概念可能以許多不同形式來體現，且不應解釋為限於本文中所闡述之例示性實施例。確切而言，提供此等例示性實施例使得本發明將為詳盡且完整，且將向熟習此項技術者充分傳達本發明概念的範疇。在諸圖式中，可為了清楚而誇示層及區之大小及相對大小。類似數字始終指示類似元件。

應理解，雖然本文中可能使用術語第一、第二、第三等來描述各種元件，但此等元件不應受此等術語限制。此等術語乃用以區分一元件與另一元件。因此，下文論述之第一元件可稱為第二元件而不偏離本發明概念之教示。如本文中所使用，術語「及/或」包括相關聯之列出項目中之任一者及一或多者之所有組合。

〔射頻功率放大器的實施例〕

請參照圖1，圖1為根據本發明實施例之射頻功率放大 器之區塊示意圖。如圖1所示，射頻功率放大器100包括偏壓電路110、輸出級電路120與動態偏壓控制電路130。偏壓電路110電性連接輸出級電路120。動態偏壓控制電路130電性連接偏壓電路110。

在本實施例中，偏壓電路110接收第一系統電壓VSS，並且偏壓電路110根據系統電壓VSS提供工作電壓VB。輸出級電路120接收工作電壓VB以工作在一操作偏壓點(operation biasing point)。動態偏壓控制電路130用以偵測射頻輸入信號RFIN並且根據射頻輸入信號RFIN之變化輸出一補償電壓VCC至偏壓電路110。當射頻輸入信號RFIN之輸入功率增加而導致輸出級電路120之操作偏壓點偏移且工作電壓VB下降時，偏壓電路110會根據所接收之補償電壓VC來調升工作電壓VB以回復或提升輸出級電路120之操作偏壓點。

接下來要教示的，是進一步說明射頻功率放大器100的工作原理。

請繼續參照圖1，在無線通訊系統中，射頻功率放大器100用來增強發射器(transmitter)的輸出功率(output power)，因此射頻功率放大器100必須在有限的功率消耗下，提供高效率運作及高線性度輸出功率，來符合系統對射頻功率放大器100高線性度要求。在直流工作模式下，偏壓電路110透過與第一系統電壓VSS的電性連接以產生一工作電壓VB，而射頻功率放大器100藉由偏壓電路110所提供之工作電壓VB，以使射頻功率放大器100本身工作於一操作偏壓點。在交流工作模式時，輸入級電路120接收並且放大射頻輸入信號RFIN後輸出射頻輸出信號RFOUT。然 而，當射頻輸入信號RFIN之輸入功率越來越大時，則輸出級電路120的工作電壓會產生遞減現象，進而使輸出級電路120之操作偏壓點進入到截止區域而造成增益壓縮。而此增益壓縮會導致整體射頻功率放大器100之輸出功率飽和，進而降低射頻功率放大器100之工作效率與線性度。

因此，在本實施例中，射頻功率放大器100透過動態偏壓控制電路130來穩定輸出級電路120之操作偏壓點。進一步來說，本揭露內容利用動態偏壓控制電路130來接收且偵測射頻輸入信號RFIN之輸入功率之變化，當射頻輸入信號RFIN之輸入功率之增加而使工作電壓VB遞減時，則動態偏壓控制電路130會同步感測工作電壓VB變化而進一步產生一補償電壓VC至偏壓電路110以調整偏壓電路110所輸出之工作電壓VB。接著，偏壓電路110會根據所接收到之補償電壓VB來調升工作電壓VB以回復或提升輸出級電路120之操作偏壓點。

據此，透過上述之偏壓點動態調整機制，射頻功率放大器100之操作偏壓點就不會隨著射頻輸入信號RFIN之輸出功率之增加而偏移進入至截止區，進而產生增益壓縮之現象。換句話說，本揭露內容能夠根據射頻輸入信號RFIN之輸入功率自動地動態調整射頻功率放大器100之操作偏壓點，以使操作偏壓點減少隨著輸入功率之改變而偏移之現象。本發明實施例能夠改善射頻功率放大器100轉換特性之線性度以降低信號失真，以便提供高效率運作及高線性度輸出功率，來符合系統對線性度的要求。

為了更詳細地說明本發明所述之射頻功率放大器100的運作流程，以下將舉多個實施例中至少之一來作更進一步的說 明。

在接下來的多個實施例中，將描述不同於上述圖1實施例之部分，且其餘省略部分與上述圖1實施例之部分相同。此外，為說明便利起見，相似之參考數字或標號指示相似之元件。

〔射頻功率放大器的另一實施例〕

請參照圖2，圖2為根據本發明實施例之射頻功率放大器之區塊示意圖。與上述圖1實施例不同的是，在本實施例中，偏壓電路110包括第一電晶體Q1、第二電晶體Q2、第一參考電阻Rref1、第一電阻R1與第二電阻R2。輸出級電路120包括第三電晶體Q3。動態偏壓控制電路130包括第二參考電阻Rref2、第四電晶體Q4、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5與第一電容C1。在本實施例中，電晶體Q1~Q4為NPN電晶體，而在另一實施例中，電晶體Q1~Q4為場效電晶體(Field Effect Transistor.FET)、異質接面雙極電晶體(Heterojunction Bipolar Transistor,HBT)與雙極性場效電晶體(Bipolar Field Effect Transistor,BiFET)之其中一種具砷化鎵(GaAs)、矽(Si)或矽鍺(SiGe)製程之電晶體來構成，並不以本實施例為限。

第一電晶體Q1之射極連接接地電壓GND，第一電晶體Q1之基極連接動態偏壓控制電路130以接收補償電壓VC。第二電晶體Q2之基極連接第一電晶體Q1之集極，第二電晶體Q2之集極連接第一系統電壓VSS。第一參考電阻Rref1之一端連接第一系統電壓VSS，第一參考電阻Rref1之另一端連接第二電晶體Q2之基極，其中第一參考電阻Rref1用以產生第一參考電流IREF。第一電阻R1之一端連 接第二電晶體Q2之射極，第一電阻R1之另一端連接第一電晶體Q1之基極。第二電阻R2之一端連接第二電晶體Q2之射極，第二電阻R2之另一端連接輸出級電路120且輸出工作電壓VB。參考電流IREF等於第一電晶體Q1之集極電流與第二電晶體Q2之基極電流之總和。第三電晶體Q3之基極接收工作電壓VB，第三電晶體Q3之射極連接接地電壓GND，第三電晶體Q3之集極連接第二系統電壓VCC。在交流信號模式下，所述第三電晶體Q3用以放大其所接收之射頻輸入信號RFIN並且於其集極輸出射頻輸出信號RFOUT。第二參考電阻Rref2之一端連接第一系統電壓VSS，第二參考電阻Rref2之另一端連接第四電晶體Q4之集極。第四電晶體Q4之集極連接第二參考電阻Rref2之另一端，第四電晶體Q4之射極連接接地電壓GND，第四電晶體Q4之基極接收射頻輸入信號RFIN且用以偵測射頻輸入信號RFIN之變化，其中第四電晶體Q4作為功率偵測電晶體(power detecting transistor)。第三電阻R3之一端連接第二電阻R2之一端，第三電阻R3之另一端連接第四電晶體Q4之基極。第四電阻R4之一端連接第一電阻R1之另一端且輸出補償電壓VC。第五電阻R5之一端連接第三電阻R3之另一端，第五電阻R5之另一端連接第四電阻R4之另一端。第一電容C1之一端連接第四電阻R4之另一端，第一電容C1之另一端連接接地電壓GND。第一參考電阻Rref1之電阻值等於第二參考電阻Rref2之電阻值，並且第四電阻R4、第五電阻R5與第一電容C1用以濾除在交流信號模式下之高頻信號。在此，值得一提的是，在另一實施例，僅有第五電阻R5(亦即第四電阻R4為零歐姆)，並且第五電阻 R5之一端連接第三電阻R3之另一端，第五電阻R5之另一端輸出補償電壓VC，而第一電容C1之一端連接第五電阻R5之另一端，第一電容C1之另一端連接接地電壓GND，其中第五電阻R5與第一電容C1能夠濾除在交流信號模式下之高頻信號。

附帶一提的是，在圖2所揭露之電晶體電路拓樸架構中，如果第三電晶體Q3之射極面積為N倍第一電晶體Q1之射極面積之情況下時，當第二電阻R2之電阻值為N倍第一電阻R1之電阻值，則第三電晶體Q3之輸出電流IC為N倍之參考電流IREF，其中N為大於1。設計者能夠根據電路設計需求或實際應用需求來決定N之數值。再者，在本實施例中，輸出級電路120之輸入端與輸出端具有一輸入匹配電路210與輸出匹配電路220，以提供較佳的功率匹配效能，其中輸入匹配電路210電性連接至第三電晶體Q3之基極端且用以接收射頻輸入信號RFIN，輸出匹配電路220電性連接至第三電晶體Q3之集極端且用以輸出射頻輸出信號RFOUT。

接下來要教示的，是進一步說明射頻功率放大器200的工作原理。

請繼續參照圖2，在無線通訊系統中，射頻功率放大器200一直以來都是最關鍵的核心元件之一，其線性度與功率效率對於無線通訊系統的效能與效率有著決定性的影響。射頻功率放大器200的架構主要是以主動元件為訊號放大，再搭配輸入、輸出端的匹配電路所形成的簡單放大器，主要是負責將所要傳送的調變訊號提高到適當的高準位，使傳送出去後的訊號經由電波傳播媒介到達接收端時，其 訊號強度足以提供接收端還原訊號。

在本實施例中，於直流工作模式下，由第一電晶體Q1、第二電晶體Q2、第一電阻R1、第二電阻R2與第一參考電阻Rref1所構成之偏壓電路110會產生一工作電壓VB且將所述工作電壓VB提供至第三電晶體Q3之基極，須注意的是，此時工作電壓VB之直流電壓準位等於第三電晶體Q3之基射極電壓VBE3。值得一提的是，第一參考電阻Rref1等於第二參考電阻Rref2且第一電阻R1等於第二電阻R2，因此在如此具對稱性的電路架構下，就不會影響到直流模式下的偏壓。在進入交流工作模式後，第三電晶體Q3之基極會透過輸入匹配電路210接收到射頻輸入信號RFIN且將其放大以輸出一射頻輸出信號RFOUT，並且作為功率偵測電晶體之第四電晶體Q4之基極也會透過輸入匹配電路210與電容CIN2接收到射頻輸入信號RFIN。須注意的是，在本實施例中，第四電晶體之基射極電壓VBE4等於第三電晶體Q3之基射極電壓VBE3。

當射頻輸入信號RFIN之輸入功率(input power)逐步增加時，則基射極電壓VBE3、VBE4與工作電壓VB會逐步下降並且基極電流IB3亦會下降，進而在一暫態過程中造成第三電晶體Q3之操作偏壓點往截止區之方向偏移。在本實施例中，射頻功率放大器200主要透過動態偏壓控制電路130來提升工作電壓VB以回復第三電晶體Q3之操作偏壓點。再者，由於本揭露內容之動態偏壓控制電路130為一開迴路組態(open loop configuration)，因此，射頻功率放大器200更能夠透過動態偏壓控制電路130來提升工作電壓VB以提升第三電晶體Q3之操作偏壓點。進一步來說， 動態偏壓控制電路130中的第四電晶體Q4主要用來偵測輸入功率的變化，並且當射頻輸入信號RFIN之輸入功率增加時，第四電晶體Q4之基射極電壓VB4與基及電流IB4都會下降。第四電阻R4、第五電阻R5與第一電容C1扮演著濾除高頻信號之角色以將輸入功率之變化響應至第四電阻R4之一端，但須說明的是，在另一實施例中，僅需要第五電阻即足夠，這並不會影響到本揭露內容所要達到的濾除高頻信號的功效。第四電阻R4之一端會輸出一補償電壓VC至第一電晶體Q1之基極。值得一提的是，在此所述之補償電壓VC等於第一電晶體Q1之基射極電壓VBE1，而第四電晶體Q4之基射極電壓VBE4與基極電流IB4之下降，會使得第一電晶體Q1之基射極電壓VBE1與基極電流IB1同步下降。

對於電晶體Q1~Q4而言，具有一電流恆等式，亦即集極電流等於基極電流與電流增益(β)之乘積。因此，於第一電晶體Q1中，當基極電流IB1下降時，則集極電流IC1會下降。接著，因為第一參考電阻Rref1所產生之第一參考電流IREF在本實施例中為固定值，所以，當第一電晶體Q1之集極電流IC1下降時，則第二電晶體Q2之基極電流IB2會下降。須說明的是，對於電晶體Q1~Q4而言，具有另一電流恆等式，亦即射極電流等於基極電流與集極電流之總和。故在第二電晶體Q2中，當第二電晶體Q2之基極電流IB2增加時，則第二電晶體Q2之射極電流IE2會增加。所以，射極電流IE2之部分電流會流經第二電阻R2與第三電阻R3，進而提升偏壓電路110所提供至第三電晶體Q3之工作電壓VB，其中基射極電壓VBE3、VBE4也會同步 提升至等於工作電壓VB之電壓值。承上述，透過射頻功率放大器200內部之回授機制來動態調整工作電壓VB以維持射頻功率放大器200對於高線性度之要求，亦即射頻功率放大器200在輸入功率之變化下依然能夠穩定第三電晶體Q3之操作偏壓點。

為了更清楚了解本揭露內容之功效，接下來提供至少一個關於圖2實施例之模擬曲線圖。

請同時參照圖2與圖3，圖3為根據本發明實施例之輸入功率與工作電壓之模擬曲線圖。在圖3之曲線圖中，水平軸為輸入功率，單位為dBm；垂直軸為工作電壓，單位為伏特，其中曲線CV1為圖2實施例之模擬曲線，曲線CV2為圖2中不含動態偏壓控制電路130之模擬曲線。由圖3可知，當在射頻輸入信號RFIN之輸入功率遞增時，曲線CV2會呈現下降之趨勢，但是由於動態偏壓控制電路130為開迴路組態，所以曲線CV1不僅不會下降而且會呈現出微幅上升之趨勢，據此本揭露內容之射頻功率放大器200能夠回復或甚至提升操作偏壓點，以強化射頻功率放大器200之高線性度之需求。此外，射頻功率放大器200在具有動態偏壓控制電路130之情況下，能夠大幅降低操作偏壓點進入截止區之可能性。

接著，本實施例再提供另一關於輸入功率與輸出電流之模擬曲線來進一步說明本揭露內容所能夠達到之功效。請同時參照圖2與圖4，圖4為根據本發明實施例之輸入功率與輸出電流之模擬曲線圖。於圖4之曲線圖中，水平軸為輸入功率，單位為dBm；垂直軸為輸出電流，單位為安培，其中曲線CV3為圖2實施例之模擬曲線，曲線CV4為 圖2中不含動態偏壓控制電路130之模擬曲線。由圖4可知，當在射頻輸入信號RFIN之輸入功率遞增時，曲線CV3上升的幅度比曲線CV4上升的幅度多，因此，在具有動態偏壓控制電路130之射頻功率放大器200能夠維持其工作效率與高線性度。

最後，本實施例另提供關於輸入功率與功率增益之模擬曲線圖以更進一步說明本揭露內容之功效。請同時參照圖2與圖5，圖5為根據本發明實施例之輸入功率與功率增益之模擬曲線圖。於圖5之曲線圖中，水平軸為輸入功率，單位為dBm；垂直軸為功率增益(power gain)，其中曲線CV5為圖2實施例之模擬曲線，曲線CV6為圖2中不含動態偏壓控制電路130之模擬曲線。在此，須先說明的是，功率增益為第三電晶體Q3之輸出功率除以第三電晶體Q3之輸入功率。由圖5可知，當在射頻輸入信號RFIN之輸入功率遞增時，曲線CV5能夠比曲線CV6維持較佳且穩定之功率增益，因此在射頻功率信號RFIN之輸入功率遞增時，本實施例之射頻功率放大器200依然能夠維持高線性度以符合系統之要求。

附帶一提的是，在一實施例中，輸出級電路120更具有電感L、電容CIN1及COUT。電容CIN1之一端耦接第三電晶體Q3的基極，電容CIN1的另一端耦接射頻輸入信號RFIN。電感L耦接第二系統電壓VCC與第三電晶體Q3的集極之間。電容COUT的的一端耦接至第三電晶體Q3的集極，電容COUT的另一端輸出射頻輸出信號RFQUT。

當射頻功率放大器200尚未開始接收射頻輸入信號RFIN時，電感L會對直流信號呈現低阻抗狀態，例如短路 ，而電容CIN1、COUT則會對直流信號呈現高阻抗狀態，例如斷路。當射頻功率放大器200開始接收射頻輸入信號RFIN時，電感L會對高頻信號呈現高阻抗狀態，例如斷路，而電容CIN1、COUT則會對高頻信號呈現低阻抗狀態，例如短路。據此，射頻功率放大器200能夠在直流工作模式與交流工作模式順利的運作。

〔電子系統的一實施例〕

請參照圖6，圖6為根據本發明實施例之電子系統之區塊示意圖。電子系統600包括射頻功率放大器610與負載620。射頻功率放大器610接收射頻輸入信號RFIN且輸出射頻輸出信號RFOUT至負載620，亦即射頻功率放大器610在耦接系統電壓後，會提供一穩定的輸出功率至負載620。射頻功率放大器610可以是上述圖1與圖2實施例中之射頻功率放大器100與200的其中之一，且用以提供穩定的輸出功率給負載。電子系統600可以是各種類型的電子裝置內的系統，電子裝置可以是例如手持裝置或行動裝置等。

〔偏壓點動態調整方法的一實施例〕

請參照圖7，圖7為根據本發明實施例之偏壓點動態調整方法之流程圖。本例所述的方法可以在圖1或圖2所示的射頻功率放大器執行，因此請一併參照圖1或圖2以利理解。射頻功率放大器之偏壓點動態調整方法包括以下步驟：透過偏壓電路接收系統電壓且據此提供工作電壓(步驟S710)。透過輸出級電路接收工作電壓且據此工作於操作偏壓點(步驟S720)。透過動態偏壓控制電路偵測射頻輸入信號之輸入功率且根據其變化輸出補償電壓以穩定操作偏壓 點(步驟S730)。當射頻輸入信號之輸入功率增加而導致操作偏壓點偏移且工作電壓下降時，偏壓電路根據所接收之補償電壓來調升工作電壓以回復或提升操作偏壓點。

關於射頻功率放大器之偏壓點動態調整方法之各步驟的相關細節在上述圖1~圖2實施例已詳細說明，在此恕不贅述。在此須說明的是，圖7實施例之各步驟僅為方便說明之須要，本發明實施例並不以各步驟彼此間的順序作為實施本發明各個實施例的限制條件。

〔實施例的可能功效〕

綜上所述，本發明實施例所提供的電子系統、射頻功率放大器及其偏壓點動態調整方法，當射頻輸入信號之輸入功率增加時，能夠防範射頻功率放大器之操作偏壓點進入截止區(cut-off region)所引起之增益壓縮(gain compression)以避免輸出功率飽和，亦即能夠動態控制射頻功率放大器之操作偏壓點，以使操作偏壓點減少隨著輸入功率之改變而偏移的現象。

在本揭露內容多個實施例中至少一實施例，射頻功率放大器能夠透過動態偏壓控制電路來提升工作電壓以回復或提升第三電晶體之操作偏壓點。

在本揭露內容多個實施例中至少一實施例，能夠改善射頻功率放大器轉換特性之線性度以降低信號失真，以便提供高效率運作及高線性度輸出功率，來符合系統對線性度的要求。

以上所述僅為本發明之實施例，其並非用以侷限本發明之專利範圍。

100、200‧‧‧射頻功率放大器

110‧‧‧偏壓電路

120‧‧‧輸出級電路

130‧‧‧動態偏壓控制電路

210‧‧‧輸入匹配電路

220‧‧‧輸出匹配電路

600‧‧‧電子系統

610‧‧‧射頻功率放大器

620‧‧‧負載

C1、CIN1、CIN2、COUT‧‧‧電容

CV1、CV2、CV3、CV4、CV5、CV6‧‧‧曲線

GND‧‧‧接地電壓

IB1、IB2、IB3、IB4‧‧‧基極電流

IC1‧‧‧集極電流

IC‧‧‧輸出電流

IE2‧‧‧射極電流

IREF‧‧‧第一參考電流

L‧‧‧電感

Q1~Q4‧‧‧電晶體

R1~R5‧‧‧電阻

Rref1‧‧‧第一參考電阻

Rref2‧‧‧第二參考電阻

RFIN‧‧‧射頻輸入信號

RFOUT‧‧‧射頻輸出信號

S710、S720、S730‧‧‧步驟

VBE1、VBE3、VBE4‧‧‧基射極電壓

VB‧‧‧工作電壓

VC‧‧‧補償電壓

VSS‧‧‧第一系統電壓

VCC‧‧‧第二系統電壓

上文已參考隨附圖式來詳細地說明本發明之具體實施例，藉此可對本發明更為明白，在該等圖式中：圖1為根據本發明實施例之射頻功率放大器之區塊示意圖。

圖2為根據本發明實施例之射頻功率放大器之細部電路圖。

圖3為根據本發明實施例之輸入功率與工作電壓之模擬曲線圖。

圖4為根據本發明實施例之輸入功率與輸出電流之模擬曲線圖。

圖5為根據本發明實施例之輸入功率與功率增益之模擬曲線圖。

圖6為根據本發明實施例之電子系統之區塊示意圖。

圖7為根據本發明實施例之偏壓點動態調整方法之流程圖。

100‧‧‧射頻功率放大器

110‧‧‧偏壓電路

120‧‧‧輸出級電路

130‧‧‧動態偏壓控制電路

RFIN‧‧‧射頻輸入信號

RFOUT‧‧‧射頻輸出信號

VB‧‧‧工作電壓

VSS‧‧‧第一系統電壓

Claims (10)

1. 一種射頻功率放大器，用以放大其所接收之一射頻輸入信號，該射頻功率放大器包括：一偏壓電路，接收一第一系統電壓，並且該偏壓電路根據該第一系統電壓提供一工作電壓；一輸出級電路，電性連接該偏壓電路，該輸出級電路接收該工作電壓以工作在一操作偏壓點；以及一動態偏壓控制電路，電性連接該偏壓電路與該輸出級電路之間，該動態偏壓控制電路偵測該射頻輸入信號並且根據該射頻輸入信號之變化輸出一補償電壓至該偏壓電路，其中，當該射頻輸入信號之輸入功率增加而導致該操作偏壓點偏移且該工作電壓下降時，該偏壓電路根據所接收之該補償電壓來調升該工作電壓以回復或提升該操作偏壓點。
2. 如申請專利範圍第1項所述之射頻功率放大器，其中該偏壓電路包括：一第一電晶體，其射極連接一接地電壓，其基極連接該動態偏壓控制電路以接收一補償電壓；一第二電晶體，其基極連接該第一電晶體之集極，其集極連接該第一系統電壓；一第一參考電阻，其一端連接該第一系統電壓，其另一端連接該第二電晶體之基極，其中該第一參考電阻用以產生一第一參考電流；一第一電阻，其一端連接該第二電晶體之射極，其另一端連接該第一電晶體之基極；以及 一第二電阻，其一端連接該第二電晶體之射極，其另一端連接該輸出級電路且輸出該工作電壓，其中該第一參考電流等於該第一電晶體之集極電流與該第二電晶體之基極電流之總和。
3. 如申請專利範圍第2項所述之射頻功率放大器，其中當該射頻輸入信號之輸入功率上升時，該第一電晶體之基極接收對應的該補償電壓且據此使得該第一電晶體之基極電流與集極電流下降，進而使該第二電晶體之基極電流與射極電流上升，藉此來調升該工作電壓以回復或提升該操作偏壓點。
4. 如申請專利範圍第1項所述之射頻功率放大器，其中該輸出級電路包括：一第三電晶體，其基極接收該工作電壓，其射極連接該接地電壓，其集極連接一第二系統電壓，其中在交流信號模式下，該第三電晶體用以放大其所接收之該射頻輸入信號並且於其集極輸出一射頻輸出信號。
5. 如申請專利範圍第2項所述之射頻功率放大器，其中該動態偏壓控制電路包括：一第二參考電阻，其一端連接該第一系統電壓，其另一端連接一第四電晶體之集極；該第四電晶體之集極連接該第二參考電阻之另一端，其射極連接該接地電壓，其基極接收該射頻輸入信號且用以偵測該射頻輸入信號之變化，其中該第四電晶體作為一功率偵測電晶體；一第三電阻，其一端連接該第二電阻之一端，其另一端連接該第四電晶體之基極；一第五電阻，其一端連接該第三電阻之另一端，其另一端輸 出該補償電壓；一第一電容，其一端連接該第五電阻之另一端，其另一端連接該接地電壓，其中該第一參考電阻之電阻值等於該第二參考電阻之電阻值，其中該第五電阻與該第一電容用以濾除在交流信號模式下之高頻信號。
6. 如申請專利範圍第5項所述之射頻功率放大器，其中該第一電阻之電阻值等於該第三電阻之電阻值。
7. 一種電子系統，包括：一如申請專利範圍第1項所述之射頻功率放大器，該射頻功率放大器接收一射頻輸入信號且輸出一射頻輸出信號；以及一負載，耦接該射頻功率放大器，該負載接收該射頻輸出信號，其中當該射頻輸入信號之該輸入功率增大時，則該射頻功率放大器透過該補償電路以穩定該操作偏壓點。
8. 如申請專利範圍第7項所述之電子系統，其中該偏壓電路包括：一第一電晶體，其射極連接一接地電壓，其基極連接該動態偏壓控制電路以接收一補償電壓；一第二電晶體，其基極連接該第一電晶體之集極，其集極連接該第一系統電壓；一第一參考電阻，其一端連接該第一系統電壓，其另一端連接該第二電晶體之基極，其中該第一參考電阻用以產生一第一參考電流； 一第一電阻，其一端連接該第二電晶體之射極，其另一端連接該第一電晶體之基極；以及一第二電阻，其一端連接該第二電晶體之射極，其另一端連接該輸出級電路且輸出該工作電壓，其中該第一參考電流等於該第一電晶體之集極電流與該第二電晶體之基極電流之總和。
9. 一種偏壓點動態調整方法，包括：透過一偏壓電路接收一系統電壓且據此提供一工作電壓；透過一輸出級電路接收該工作電壓且據此工作於一操作偏壓點；以及透過一動態偏壓控制電路偵測一射頻輸入信號之輸入功率且根據其變化輸出一補償電壓以穩定該操作偏壓點；其中該偏壓點動態調整方法用於如申請專利範圍第1項所述之射頻功率放大器或如申請專利範圍第7項所述之電子系統。
10. 如申請專利範圍第9項所述之偏壓點動態調整方法，其中當該射頻輸入信號之輸入功率增加而導致該操作偏壓點偏移且該工作電壓下降時，該偏壓電路根據所接收之該補償電壓來調升該工作電壓以回復或提升該操作偏壓點。