TW201541859A - 射頻功率放大器與提高功率附加效率及線性度的方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種射頻功率放大器。射頻功率放大器包括阻抗轉換電路、電流單位增益放大器與輸出匹配電路。阻抗轉換電路接收第一輸入功率信號且對應地輸出第二輸入功率信號，其中阻抗轉換電路根據阻抗匹配參數來將電流單位增益放大器之輸入阻抗轉換為前級電路之輸出阻抗，藉此以提升前級電路的功率附加效率。電流單位增益放大器提供線性轉阻以線性傳送輸入電流至輸出阻抗進而產生線性輸出功率，藉此亦提升此電流單位增益放大器之功率附加效益，其中阻抗匹配參數根據第一系統電壓、第二系統電壓與預定功率增益值來決定。

Description

射頻功率放大器與提高功率附加效率及線性度的方法

本發明乃是關於一種射頻功率放大器，特別是指一種能夠提升前級電路之功率附加效率與線性化本功率放大器之射頻功率放大器架構。

於通訊系統中，由於調變訊號的方式不同，因此所需要的功率發射器的規格亦不相同。近年來，無線通訊網路，例如符合IEEE 802.11a/b/g規格之通訊網路，其所使用的正交分頻多工(Orthogonal frequency-division multiplexing,OFDM)調變訊號係類似於調幅(Amplitude Modulation,AM)的調變方式，故其需要高線性度之功率放大器。一般而言，高線性度的功率放大器均是以類別A(Class A)或類別AB(Class AB)之共源極組態功率放大器來提高線性度。然而，為了提高通訊品質，進一步地提高功率放大器的線性度與增進功率附加效益是有必要的。

本發明實施例提供一種射頻功率放大器，電性連接前級電路以接收第一輸入功率信號。射頻功率放大器包括阻抗轉換電路、電流單位增益放大器與輸出匹配電路。阻抗轉換電路電性連接前級電路，所述阻抗轉換電路接收第一輸入功率信號且對應地輸出 第二輸入功率信號，其中阻抗轉換電路用透過阻抗轉換來進行功率匹配，藉此以提升該射頻功率放大器的功率附加效率與線性度。電流單位增益放大器電性連接阻抗轉換電路，所述電流單位增益放大器接收第二輸入功率信號且對應地輸出一輸出功率信號，並且電流單位增益放大器根據阻抗參考值來決定預定功率增益值，其中透過阻抗轉換電路來使得電流單位增益放大器之輸入阻抗實質上等於射頻功率放大器之輸入阻抗。輸出匹配電路電性連接電流單位增益放大器，所述輸出匹配電路具有阻抗參考值並且用以將所接收之輸出功率信號進行功率匹配，並且對應地輸出射頻輸出信號。

本發明實施例另提供一種提高功率附加效率與線性度的方法，其用於一射頻功率放大器。射頻功率放大器電性連接前級電路以接收第一輸入功率信號，並且射頻功率放大器包括阻抗轉換電路、電流單位增益放大器與輸出匹配電路。阻抗轉換電路電性連接前級電路與第一系統電壓，電流單位增益放大器電性連接阻抗轉換電路與第二系統電壓，輸出匹配電路電性連接電流單位增益放大器，其中提高功率附加效率的方法包括以下步驟：透過阻抗轉換電路接收第一輸入功率信號且對應地輸出第二輸入功率信號，其中阻抗轉換電路用透過阻抗轉換來進行功率匹配，藉此以提升射頻功率放大器的功率附加效率與線性度；透過電流單位增益放大器接收第二輸入功率信號且對應地輸出一輸出功率信號，並且電流單位增益放大器根據阻抗參考值來決定預定功率增益值，其中透過阻抗轉換電路來使得電流單位增益放大器之輸入阻抗實質上等於射頻功率放大器之輸入阻抗；以及透過輸出匹配電路用以將所接收之輸出功率信號進行功率匹配，並且對應地輸出射頻輸出信號，其中輸出匹配電路具有阻抗參考值。

綜上所述，本發明實施例所提出之射頻功率放大器與提高功率附加效率的方法，能夠透過阻抗轉換電路根據阻抗匹配參數來 將輸入阻抗轉換為輸出阻抗，藉此能使在固定輸入功率之情況下提升射頻功率放大器的功率附加效率與線性度。

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。

100、200、300、400‧‧‧射頻功率放大器

101‧‧‧前級電路

102‧‧‧天線

110‧‧‧阻抗轉換電路

120‧‧‧電流單位增益放大器

130‧‧‧輸出匹配電路

C1‧‧‧第一電容

C2‧‧‧第二電容

GND‧‧‧接地電壓

FL1‧‧‧第一直流饋入電感

FL2‧‧‧第二直流饋入電感

FL3‧‧‧第三直流饋入電感

L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8、L9、L10‧‧‧電感

MT1、MT2、MT3、MT4、MT5‧‧‧電晶體

PI1‧‧‧第一輸入功率信號

PI2‧‧‧第二輸入功率信號

POUT‧‧‧輸出功率信號

RFOUT‧‧‧射頻輸出信號

Rid‧‧‧差動輸入電阻

Vb1、Vb2‧‧‧偏壓電壓

VDD1‧‧‧第一系統電壓

VDD2‧‧‧第二系統電壓

VRB‧‧‧參考偏壓電壓

S510、S520、S530‧‧‧步驟

圖1為根據本發明例示性實施例所繪示之射頻功率放大器之區塊示意圖。

圖2為根據本發明例示性另一實施例所繪示之射頻功率放大器之區塊示意圖。

圖3為根據本發明例示性再一實施例所繪示之射頻功率放大器之區塊示意圖。

圖4為根據本發明例示性更一實施例所繪示之射頻功率放大器之區塊示意圖。

圖5為根據本發明例示性實施例所繪示之提高功率附加效率的方法之流程圖。

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。

以下將以多種實施例配合圖式來說明所述射頻功率放大器，然而，下述實施例並非用以限制本發明。

〔射頻功率放大器的實施例〕

請參照圖1，圖1為根據本發明例示性實施例所繪示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包括阻抗轉換電路110、電流單位增益放大器120與輸出匹配電路130。阻抗轉換電路110電性連接前級電路101與第一系統電壓VDD1、電流單位增益放大器120電性連接阻抗轉換電路110與第二系統電壓VDD2、輸出匹配電路130電性連接電流單位增益放大器120，並且輸出匹配電路130電性連接天線102。在本實施例中，天線120之形式並非用以限制本揭露內容。

關於阻抗轉換電路110，阻抗轉換電路110用以接收第一輸入功率信號PI1並且透過磁能轉換效應(亦即互感效應)根據阻抗匹配參數來對應地輸出第二輸入功率信號PI2。再者，阻抗轉換電路透過阻抗轉換來進行功率匹配，亦即高輸入阻抗被轉換為低輸出阻抗或者低輸入阻抗被轉換為高輸出阻抗以達到功率匹配之效果，藉此以調整或進一步提升射頻功率放大器的功率附加效率(Power Added Efficiency,PAE)與線性度(linearity)。

關於電流單位增益放大器120，電流單位增益放大器120用以接收第二輸入功率信號PI2且對應地輸出所述輸出功率信號POUT，並且電流單位增益放大器120根據阻抗參考值來決定預定功率增益值，其中透過阻抗轉換電路110來使得電流單位增益放大器120之輸入阻抗實質上等於射頻功率放大器100之輸入阻抗。進一步來說，在本實施例中，設計者可以根據實際應用需求來對預定功率增益值來進行數值設計，並且由預定功率增益值來設計對 應的阻抗參考值，其中阻抗參考值為輸入匹配電路130的輸入阻抗。再者，阻抗匹配參數根據第一系統電壓VDD1、第二系統電壓VDD2與預定功率增益值來決定。

關於輸出匹配電路130，輸出匹配電路130用以將所接收之輸出功率信號POUT進行功率匹配以提供較佳的功率匹配效能，並且對應地輸出射頻輸出信號RFOUT。

接下來要教示的，是進一步說明射頻功率放大器100的工作原理。

由於本揭露內容之電流單位增益放大器120的轉阻(transimpedance)為具有高線性度，進而使其輸出功率相對於輸入電流之比例為線性，若前級電路101之輸出電流為線性電流則可達到此一電路為高線性度功率放大器之目的，由於電流單位增益放大器120其功率增益(power gain)為一有限值，故在固定天線傳輸功率條件下，前級電路101之輸出功率可降低，使其所消耗之功耗在整個系統中所暫之比例降低，故可在不大幅增加系統功耗情況下產生線性電流供電流單位增益放大器120使用。再者，本揭露內容將阻抗轉換電路110電性連接至電流單位增益放大器120與前級電路101之間，藉此以經由阻抗轉換電路110內之磁能轉換效應來放大前級電路101所輸出的電流，進而提高射頻功率放大器100之功率附加效率(Power Added Efficiency,PAE)。詳細來說，當阻抗轉換電路110接收到前級電路101所傳送的電流或第一輸入功率信號PI1時，阻抗轉換電路110會利用磁能轉換效應來進行阻抗轉換(高阻抗至低阻抗或者低阻抗到高阻抗)；亦即阻抗轉換電路110會根據阻抗匹配參數來將第一輸入功率信號PI1轉換為第二輸入功率信號PI2。值得一提的是，在本揭露內容中，阻抗匹配參數可以由第一系統電壓VDD1、第二系統電壓VDD2與預定功率增益值來決定，其中系統電壓VDD1、VDD2與預定功率增益值可以由設計者根據實際應用需求來進行設定。換句話說，阻抗匹配參數可以由設計 者根據實際應用需求來進行設定，並且阻抗匹配參數直接地影響到阻抗轉換電路110的轉換效能，進而會影響到調整前級電路101的PAE的效能。

接下來，電流單位增益放大器120接收由阻抗轉換電路110所傳送的電流或第二輸入功率信號PI2。由於電流單位增益放大器120對於電流的放大倍數實質上等於1，所以本揭露內容從功率角度來對電流單位增益放大器120來進行分析。電流單位增益放大器120的功率增益(亦即預定功率增益值)正比於阻抗參考值(亦即輸出匹配電路130之輸入阻抗)，所以設計者可以設定所欲的預定功率增益值，再由預定功率增益值來獲得阻抗參考值。值得一提的是，在一實施例中，設計者可以由上述的數值設定來進行最佳化設計，但本實施例並不以此作為限制。

之後，電流單位增益放大器120傳送輸出功率信號POUT至輸出匹配電路130以進行輸出端之功率匹配，並且輸出匹配電路130會對應地將射頻輸出信號RFOUT傳送到天線102以進行發射信號。

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為根據本發明例示性另一實施例所繪示之射頻功率放大器之區塊示意圖。如圖2所示，與上述圖1實施例不同的是，在本實施例之阻抗轉換電路110包括第一電感L1與第二電感L2。電流單位增益放大器120包括第一電晶體MT1與第一直流饋入電感FL1。第一電感L1之一端電性連接前級電路101以接收第一輸入功率信號PI1，第一電感L1之另一端電性連接第一系統電壓VDD1，其中第一電感L1具有第一電感值。第二電感L2之一端電性 連接電流單位增益放大器120並且輸出第二輸入功率信號PI2，第二電感L2之另一端電性連接接地電壓GND，其中第二電感L2具有第二電感值。第一電晶體MT1之源極電性連接第二電感L2之一端以接收第二輸入功率信號PI2，第一電晶體MT1之閘極電性連接參考偏壓電壓VRB，亦即交流接地(AC ground)。第一直流饋入電感FL1之一端電性連接第一電晶體MT1之汲極與輸出匹配電路130並且輸出所述輸出功率信號POUT，第一直流饋入電感FL1之另一端電性連接第二系統電壓VDD2，其中第一直流饋入電感FL1具有第一直流饋入電感值。

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。

在本實施例中，由於第一電晶體MT1為共閘極(Common Gate,CG)組態，所以第一電晶體MT1之轉阻(transimpedance)為線性並且功率增益(power gain)為有限值。因此，本實施例將具有第一電感L1與第二電感L2之阻抗轉換電路110電性連接至前級電路101與第一電晶體MT1之間，藉此以透過第一電感L1與第二電感L2之磁能轉換效應來放大前級電路101所輸出的電流，進而提高前級電路101之功率附加效率(PAE)。詳細來說，當第一電感L1接收到前級電路101所傳送的電流或第一輸入功率信號PI1時，第一電感L1會將能量透過磁能轉換效應(互感效應)傳送到第二電感L2，其中流經第二電感L2之電流與流經第一電感L1之電流之間的比值為阻抗匹配參數。須注意的是，阻抗匹配參數定義為第一電感值與第二電感值之間的比值，並且當阻抗匹配參數根據第一系統電壓VDD1、第二系統電壓VDD2與預定功率增益值被決定時，則設計者可以透過阻抗匹配參數來決定第一電感值與第二電感值之間的比值，藉此以調整前級電路101的功率附加效率(PAE)。

接下來，第二電感L2會將電流或第二輸入功率信號PI2傳送到第一電晶體MT1，其中第一電感L1與第二電感L2會根據阻抗匹配 參數來將第一輸入功率信號PI1轉換為第二輸入功率信號PI2。由於第一電晶體MT1(共閘極組態)對於電流的放大倍數實質上等於1，所以本揭露內容從功率角度來對第一電晶體MT1來進行分析。第一電晶體MT1的功率增益(亦即預定功率增益值)等於輸入匹配電路130之輸入電阻之阻值與電晶體MT1之轉導(transconductance)值之乘積，所以設計者可以設定所欲的預定天線之輸出功率，進而由第二系統電壓VDD2求得輸入匹配電路130之輸入電阻之阻值，再由設計者所欲的預定功率增益值來獲得電晶體MT1之轉導。而阻抗轉換電路110之阻抗匹配參數則由第一系統電壓VDD1，電晶體MT1之轉導以及前級電路101所需提供之輸出功率(天線傳送功率扣除電晶體MT1的功率增益，以dB為單位)來決定。同樣地，設計者可以由上述的數值設定來進行最佳化設計，但本實施例並不以此作為限制。

為了更詳細地說明本發明所述之射頻功率放大器200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2實施例之部分，且其餘省略部分與上述圖2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。

〔射頻功率放大器的再一實施例〕

請參照圖3，圖3為根據本發明例示性再一實施例所繪示之射頻功率放大器之區塊示意圖。如圖3所示，與上述圖2實施例不同的是，阻抗轉換電路110包括第三電感L3、第四電感L4、第五電感L5與第六電感L6。電流單位增益放大器120包括第二電晶體MT2、第三電晶體MT3、第二直流饋入電感FL2、第四電晶體MT4、第五電晶體MT5與第三直流饋入電感FL3。

第三電感L3之一端電性連接前級電路101以接收第一輸入功率信號PI1，第三電感L3之另一端電性連接第一系統電壓VDD1，其中第三電感L3具有第三電感值。第四電感L4之一端電性連接電 流單位增益放大器120並且輸出第二輸入功率信號PI2，第四電感L4之另一端電性連接接地電壓GND，並且第四電感L4具有第四電感值，其中第三電感值與第四電感值之間的比值定義為第一上橋阻抗匹配參數。第五電感L5之一端電性連接前級電路101以接收第一輸入功率信號PI1，第五電感L5之另一端電性連接第一系統電壓VDD1，其中第五電感L5具有第五電感值。第六電感L6之一端電性連接電流單位增益放大器120以輸出第二輸入功率信號PI2，第六電感L6之另一端電性連接接地電壓GND，並且第六電感L6具有第六電感值，其中第五電感值與第六電感值之間的比值定義為第一下橋阻抗匹配參數。第二電晶體MT2之源極電性連接第四電感L4之一端以接收第二輸入功率信號PI2，第二電晶體MT2之閘極接收第一偏壓電壓Vb1。第三電晶體MT3之源極電性連接第二電晶體MT2之汲極，並且第三電晶體MT3之閘極接收第二偏壓電壓Vb2，其中第三電晶體MT3為高壓元件。第二直流饋入電感FL2之一端電性連接第三電晶體MT3之汲極與輸出匹配電路130並且輸出所述輸出功率信號POUT，第二直流饋入電感FL2之另一端電性連接第二系統電壓VDD2。第四電晶體MT4之源極電性連接第六電感L6之另一端以接收第二輸入功率信號PI2，第四電晶體MT4之閘極接收第一偏壓電壓Vb1。第五電晶體MT5之源極電性連接第四電晶體之汲極，並且第五電晶體MT5之閘極接收第二偏壓電壓Vb2，其中第五電晶體MT5為高壓元件。第三直流饋入電感FL3之一端電性連接第五電晶體MT5之汲極與輸出匹配電路130並且輸出所述輸出功率信號POUT，並且第三直流饋入電感FL3之另一端電性連接第二系統電壓VDD2。

接下來要教示的，是進一步說明射頻功率放大器300的工作原理。

在本實施例中，當電流單位增益放大器120接收到交流信號時，偏壓電壓Vb1與Vb2會被交流接地(AC ground)；亦即電晶體 MT2、MT3、MT4與MT5之閘極可視為電性連接至接地電壓。由於，電晶體MT2、MT3、MT4與MT5為共閘極組態，所以電晶體MT2、MT3、MT4與MT5之轉阻為線性並且功率增益(power gain)為有限值，其中電晶體MT2與電晶體MT4實質上相同並且電晶體MT3與電晶體MT5實質上相同。因此，在本實施例中，將具有電感L3、L4、L5與L6之阻抗轉換電路110電性連接至前級電路101與電流單位增益電路120之間，藉此以透過電感L3、L4、L5與L6之磁能轉換效應來轉換前級電路101所輸出的電流，進而提高前級電路101之功率附加效率(PAE)，其中電感L3與電感L5實質上相同，並且電感L4與電感L6實質上相同。在進行下述說明前，須先說明的是，前級電路101所輸出的信號為差動輸入信號(Differential input signal)，因此射頻功率放大器300之內部電路為使用差動電路架構來接收差動輸入信號。再者，圖3所示的輸出匹配電路130之輸入阻抗為一差動輸入電阻Rid。詳細來說，當第三電感L3接收到前級電路101所傳送之電流或第一輸入功率信號PI1時，第三電感L3會將能量透過磁能轉換效應傳送到第四電感L4，其中流經第四電感L4之電流與流經第三電感L3之電流之間的比值為第一上橋阻抗匹配參數，並且第一上橋阻抗匹配參數定義為第三電感值與第四電感值之間的比值。值得一提的是，第三電感L3與第四電感L4根據第一上橋阻抗匹配參數來將輸入阻抗轉換為輸出阻抗並且當第一上橋阻抗匹配參數根據第一系統電壓VDD1、第二系統電壓VDD2與第一上橋預定功率增益值被決定時，則設計者可以透過第一上橋阻抗匹配參數來決定第三電感值與第四電感值之間的比值，藉此以提高射頻功率放大器300的功率附加效率(PAE)。

接下來，第四電感L4會將差動電流或第二輸入功率信號PI2傳送到電晶體MT2與MT3，其中第三電感L3與第四電感L4會根據第一上橋阻抗匹配參數來將第一輸入功率信號PI1轉換為第二輸入功率信號PI2。由於電晶體MT2與MT3(共閘極組態)對於電流的放 大倍數實質上等於1，所以本揭露內容從功率角度來對電晶體MT2與MT3來進行分析。第二電晶體MT2與第三電晶體MT3的功率增益(亦即第一上橋預定功率增益值)等於差動輸入電阻Rid之一半阻值與電晶體MT2之轉導(transconductance)值之乘積，所以設計者可以設定所欲的預定天線之輸出功率，進而由第二系統電壓VDD2求得差動輸入電阻Rid之阻值，再由設計者所欲的預定功率增益值來獲得電晶體MT2之轉導。阻抗轉換電路110之第一上橋阻抗匹配參數則由第一系統電壓VDD1，電晶體MT2之轉導以及前級電路101所需提供之輸出功率(天線傳送功率減去射頻功率放大器300的功率增益)來決定。同樣地，設計者可以由上述的數值設定來進行最佳化設計，但本實施例並不以此作為限制。換句話說，第二電晶體MT2與第三電晶體MT3根據差動輸入電阻Rid之一半阻值來決定第一上橋預定功率增益值，並且電晶體MT2與MT3之功率增益(亦即第一上橋預定功率增益值)正比於差動輸入電阻Rid之阻值，所以設計者可以設定所欲的第一上橋預定功率增益值，再由第一上橋預定功率增益值來獲得差動輸入電阻Rid之阻值。當第一上橋阻抗匹配參數根據第一系統電壓VDD1、第二系統電壓VDD2與第一上橋預定功率增益值被決定時，則透過第一上橋阻抗匹配參數來決定第三電感值與第四電感值之間的比值。

之後，同樣地，第三電晶體MT3會傳送輸出功率信號POUT至輸出匹配電路130以進行輸出端之功率匹配，並且輸出匹配電路130會對應地將射頻輸出信號RFOUT傳送到天線102以進行發射信號。

另一方面，當第五電感L5接收到前級電路101所傳送之電流或第一輸入功率信號PI1時，第五電感L5會將能量透過磁能轉換效應傳送到第六電感L6，其中流經第六電感L6之電流與流經第五電感L5之電流之間的比值為第一下橋阻抗匹配參數，並且第一下橋阻抗匹配參數定義為第五電感值與第六電感值之間的比值。值得一 提的是，第五電感L5與第六電感L6根據第一下橋阻抗匹配參數來將輸入阻抗轉換為輸出阻抗並且當第一下橋阻抗匹配參數根據第一系統電壓VDD1、第二系統電壓VDD2與第一下橋預定功率增益值被決定時，則設計者可以透過第一下橋阻抗匹配參數來決定第五電感值與第六電感值之間的比值，藉此以提高射頻功率放大器300的功率附加效率(PAE)。

接下來，第六電感L4會將差動電流或第二輸入功率信號PI2傳送到電晶體MT4與MT5，其中第五電感L5與第六電感L6會根據第一下橋阻抗匹配參數來將第一輸入功率信號PI1轉換為第二輸入功率信號PI2。同樣地，由於電晶體MT4與MT5(共閘極組態)對於電流的放大倍數實質上等於1，所以本揭露內容從功率角度來對電晶體MT4與MT5來進行分析。第四電晶體MT4與第五電晶體MT5的功率增益(亦即第一下橋預定功率增益值)等於差動輸入電阻Rid之一半阻值與電晶體MT4之轉導(transconductance)值之乘積，所以設計者可以設定所欲的預定天線之輸出功率，進而由第二系統電壓VDD2求得差動輸入電阻Rid之阻值，再由設計者所欲的預定功率增益值來獲得電晶體MT4之轉導。阻抗轉換電路110之第一下橋阻抗匹配參數則由第一系統電壓VDD1，電晶體MT2之轉導以及前級電路101所需提供之輸出功率(天線傳送功率減去射頻功率放大器300的功率增益)來決定.同樣地，設計者可以由上述的數值設定來進行最佳化設計，但本實施例並不以此作為限制。換句話說，第四電晶體MT4與第五電晶體MT5根據差動輸入電阻Rid之一半阻值來決定第一下橋預定功率增益值，並且電晶體MT4與MT5之功率增益(亦即第一下橋預定功率增益值)正比於差動輸入電阻Rid之阻值，所以設計者可以設定所欲的第一下橋預定功率增益值，再由第一下橋預定功率增益值來獲得差動輸入電阻Rid之阻值。當第一下橋阻抗匹配參數根據第一系統電壓VDD1、第二系統電壓VDD2 與第一下橋預定功率增益值被決定時，則透過第一下橋阻抗匹配參數來決定第五電感值與第六電感值之間的比值。

為了更詳細地說明本發明所述之射頻功率放大器300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3實施例之部分，且其餘省略部分與上述圖3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。

〔射頻功率放大器的更一實施例〕

請參照圖4，圖4為根據本發明例示性更一實施例所繪示之射頻功率放大器之區塊示意圖。如圖4所示，與上述圖3實施例不同的是，阻抗轉換電路110包括第七電感L7、第八電感L8、第九電感L9、第十電感L10、第一電容C1與第二電容C2。第七電感L7之一端電性連接前級電路101以接收第一輸入功率信號PI1，第七電感L7之另一端電性連接第一系統電壓VDD1，第七電感L7具有第七電感值。第一電容C1之一端電性連接第七電感L7之一端。第八電感L8之一端電性連接第一電容C1之另一端並且輸出第二輸入功率信號PI2，第八電感L8之另一端電性連接接地電壓GND，第八電感L8具有第八電感值，其中第七電感值與第八電感值之間的比值定義為第二上橋阻抗匹配參數。第九電感L9之一端電性連接前級電路101以接收第一輸入功率信號PI2，第九電感L9之另一端電性連接第一系統電壓VDD1，第九電感L9具有第九電感值。第二電容C2之一端電性連接第九電感L9之一端。第十電感L10之一端電性連接第二電容C2之另一端以輸出第二輸入功率信號PI2，第十電感L10之另一端電性連接接地電壓GND，所述第十電感L10具有第十電感值，其中第九電感值與第十電感值之間的比值定義為第二下橋阻抗匹配參數。

當第三電感L3接收到前級電路101所傳送之電流或第一輸入功率信號PI1時，第三電感L3會將能量透過磁能轉換效應傳送到第 四電感L4，其中流經第四電感L4之電流與流經第三電感L3之電流之間的比值為第一上橋阻抗匹配參數，並且第一上橋阻抗匹配參數定義為第三電感值與第四電感值之間的比值。值得一提的是，第三電感L3與第四電感L4根據第一上橋阻抗匹配參數來將輸入阻抗轉換為輸出阻抗並且當第一上橋阻抗匹配參數根據第一系統電壓VDD1、第二系統電壓VDD2與第一上橋預定功率增益值被決定時，則設計者可以透過第一上橋阻抗匹配參數來決定第三電感值與第四電感值之間的比值，藉此以提高射頻功率放大器300的功率附加效率(PAE)。

接下來，當第七電感L7接收到前級電路101所傳送之電流或第一輸入功率信號PI1時，第七電感L7會將能量透過第一電容C1傳送到第八電感L8，其中流經第八電感L8之電流與流經第七電感L3之電流之間的比值為第二上橋阻抗匹配參數，並且第二上橋阻抗匹配參數定義為第七電感值與第八電感值之間的比值。值得一提的是，第七電感L8與第八電感L8根據第二上橋阻抗匹配參數來將輸入阻抗轉換為輸出阻抗並且當第二上橋阻抗匹配參數根據第一系統電壓VDD1、第二系統電壓VDD2與第二上橋預定功率增益值被決定時，則設計者可以透過第二上橋阻抗匹配參數來決定第三電感值與第四電感值之間的比值，藉此以提高射頻功率放大器400的功率附加效率(PAE)。另一方面，當第九電感L9接收到前級電路101所傳送之電流或第一輸入功率信號PI1時，第九電感L9會將能量透過第二電容C2傳送到第十電感L10，其中流經第十電感L10之電流與流經第九電感L9之電流之間的比值為第二下橋阻抗匹配參數，並且第二下橋阻抗匹配參數定義為第九電感值與第十電感值之間的比值。值得一提的是，第九電感L9與第十電感L10根據第二下橋阻抗匹配參數來將輸入阻抗轉換為輸出阻抗並且當第二下橋阻抗匹配參數根據第一系統電壓VDD1、第二系統電壓VDD2與第二下橋預定功率增益值被決定時，則設計者可以透過第二下橋阻抗匹 配參數來決定第三電感值與第四電感值之間的比值，藉此以提高射頻功率放大器400的功率附加效率(PAE)。其餘工作機制與上述圖3實施例相同，在此不再贅述。

〔提高功率附加效率的方法的一實施例〕

請參照圖5，圖5為根據本發明例示性實施例所繪示之提高功率附加效率的方法之流程圖。本實施例所述之例示步驟流程可利用如圖1、2、3及4所示的射頻功率放大器100、200、300與400實施，故請一併參照圖1、2、3及4以利說明及理解。提高功率附加效率與線性度的方法包括以下步驟：透過阻抗轉換電路接收第一輸入功率信號且對應地輸出第二輸入功率信號，其中阻抗轉換電路用透過阻抗轉換來進行功率匹配，藉此以提升射頻功率放大器的功率附加效率與線性度(步驟S510)；透過電流單位增益放大器接收第二輸入功率信號且對應地輸出一輸出功率信號，並且電流單位增益放大器根據阻抗參考值來決定預定功率增益值，其中透過阻抗轉換電路來使得電流單位增益放大器之輸入阻抗實質上等於射頻功率放大器之輸入阻抗(步驟S520)；以及透過輸出匹配電路用以將所接收之輸出功率信號進行功率匹配，並且對應地輸出射頻輸出信號，其中輸出匹配電路具有阻抗參考值(步驟S530)。

關於射頻功率放大器之提高功率附加效率的方法之各步驟的相關細節在上述圖1~圖4實施例已詳細說明，在此恕不贅述。在此須說明的是，圖5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，本發明實施例所提出之射頻功率放大器與提高功率附加效率的方法，能夠透過電流單位增益放大器來提供線性轉阻以線性傳送輸入電流至輸出阻抗進而產生線性輸出功率，藉此 亦提升此電流單位增益放大器之功率附加效益，藉此能使在固定輸入功率之情況下提升射頻功率放大器的功率附加效率。

本發明可在任何適合的形式中實施，包括硬體、軟體、韌體或以上這些的任意結合。本發明也可部分地以在一或多個資料處理器及/或數位信號處理器上執行的電腦軟體實施。本發明實施例的單元及組件，可以實體地、功能地及邏輯地以任何適合的方式實施。事實上，某功能可在單一的單元、複數個單元、或其它功能單元的一部分內實施。就本發明本身而論，可在單一的單元上實施，或實體地及功能地分布於不同單元及處理器間。

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。

300‧‧‧射頻功率放大器

101‧‧‧前級電路

102‧‧‧天線

110‧‧‧阻抗轉換電路

120‧‧‧電流單位增益放大器

130‧‧‧輸出匹配電路

GND‧‧‧接地電壓

FL2‧‧‧第二直流饋入電感

FL3‧‧‧第三直流饋入電感

L3、L4、L5、L6‧‧‧電感

MT2、MT3、MT4、MT5‧‧‧電晶體

PI1‧‧‧第一輸入功率信號

PI2‧‧‧第二輸入功率信號

POUT‧‧‧輸出功率信號

RFOUT‧‧‧射頻輸出信號

Rid‧‧‧差動輸入電阻

Vb1、Vb2‧‧‧偏壓電壓

VDD1‧‧‧第一系統電壓

VDD2‧‧‧第二系統電壓

Claims (14)

1. 一種射頻功率放大器，電性連接一前級電路以接收一第一輸入功率信號，該射頻功率放大器包括：一阻抗轉換電路，電性連接該前級電路，該阻抗轉換電路接收該第一輸入功率信號且對應地輸出一第二輸入功率信號，其中該阻抗轉換電路透過阻抗轉換來進行功率匹配，藉此以提升該射頻功率放大器的一功率附加效率與一線性度；一電流單位增益放大器，電性連接該阻抗轉換電路，該電流單位增益放大器接收該第二輸入功率信號且對應地輸出一輸出功率信號，並且該電流單位增益放大器根據一阻抗參考值來決定一預定功率增益值，其中透過該阻抗轉換電路來使得該電流單位增益放大器之輸入阻抗實質上等於該射頻功率放大器之輸入阻抗；以及一輸出匹配電路，電性連接該電流單位增益放大器，該輸出匹配電路具有該阻抗參考值並且用以將所接收之該輸出功率信號進行功率匹配，並且對應地輸出一射頻輸出信號。
2. 如請求項1所述之射頻功率放大器，其中該阻抗轉換電路包括：一第一電感，其一端電性連接該前級電路以接收該第一輸入功率信號，其另一端電性連接一第一系統電壓，該第一電感具有一第一電感值；以及一第二電感，其一端電性連接該電流單位增益放大器並且輸出該第二輸入功率信號，其另一端電性連接一接地電壓，該第二電感具有一第二電感值，其中一阻抗匹配參數定義為該第一電感值與該第二電感值之間的比值，並且當該阻抗匹配參數根據該第一系統電壓、一第二系統電壓與該預定功率增益值被決定時，則透過該 阻抗匹配參數來決定該第一電感值與該第二電感值之間的比值，以調整該射頻功率放大器的該功率附加效率與該線性度。
3. 如請求項2所述之射頻功率放大器，其中該電流單位增益放大器包括：一第一電晶體，其源極電性連接該第二電感之一端以接收該第二輸入功率信號，其閘極電性連接一參考偏壓電壓；以及一第一直流饋入電感，其一端電性連接該第一電晶體之汲極與該輸出匹配電路並且輸出該輸出功率信號，其另一端電性連接該第二系統電壓。
4. 如請求項1所述之射頻功率放大器，其中該阻抗轉換電路包括：一第三電感，其一端電性連接該前級電路以接收該第一輸入功率信號，其另一端電性連接一第一系統電壓，該第三電感具有一第三電感值；一第四電感，其一端電性連接該電流單位增益放大器並且輸出該第二輸入功率信號，其另一端電性連接一接地電壓，該第四電感具有一第四電感值，其中該第三電感值與該第四電感值之間的比值定義為一第一上橋阻抗匹配參數；一第五電感，其一端電性連接該前級電路以接收該第一輸入功率信號，其另一端電性連接該第一系統電壓，該第五電感具有一第五電感值；以及一第六電感，其一端電性連接該電流單位增益放大器以輸出該第二輸入功率信號，其另一端電性連接該接地電壓，該第六電感具有一第六電感值，其中該第五電感值與該第六電感值之間的比值定義為一第一下橋阻抗匹配參數，其中該第三電感與該第四電感根據該第一上橋阻抗匹配參數來將輸入阻抗轉換為輸出阻抗並且用以提升該射頻功率放大器的該功率附加效率與線性度，並且該第五電感與該 第六電感根據該第一下橋阻抗匹配參數來將輸入阻抗轉換為輸出阻抗並且用以提升該射頻功率放大器的該功率附加效率與該線性度，其中該阻抗匹配參數包括該第一上橋阻抗匹配參數與該第一下橋阻抗匹配參數。
5. 如請求項4所述之射頻功率放大器，其中該電流單位增益放大器包括：一第二電晶體，其源極電性連接該第四電感之一端以接收該第二輸入功率信號，其閘極接收一第一偏壓電壓；一第三電晶體，其源極電性連接該第二電晶體之汲極，其閘極接收一第二偏壓電壓；一第二直流饋入電感，其一端電性連接該第三電晶體之汲極與該輸出匹配電路並且輸出該輸出功率信號，其另一端電性連接一第二系統電壓；一第四電晶體，其源極電性連接該第六電感之另一端以接收該第二輸入功率信號，其閘極接收該第一偏壓電壓；一第五電晶體，其源極電性連接該第四電晶體之汲極，其閘極接收該第二偏壓電壓；以及一第三直流饋入電感，其一端電性連接該第五電晶體之汲極與該輸出匹配電路並且輸出該輸出功率信號，其另一端電性連接該第二系統電壓，其中該輸出匹配電路具有一差動輸入電阻，並且該第二電晶體與該第三電晶體根據該差動輸入電阻之一半阻值來決定一第一上橋預定功率增益值，並且該第四電晶體與該第五電晶體根據該差動輸入電阻之該半阻值來決定一第一下橋預定功率增益值，其中該預定功率增益值包括該第一上橋預定功率增益值與該第一下橋預定功率增益值。
6. 如請求項5所述之射頻功率放大器，其中當該第一上橋阻抗匹配參數根據該第一系統電壓、該第二系統電壓與該第一上橋預定功率增益值被決定時，則透過該第一上橋阻抗匹配參數來決定該第一電感值與該第二電感值之間的比值，並且當該第一下橋阻抗匹配參數根據該第一系統電壓、該第二系統電壓與該第一下橋預定功率增益值被決定時，則透過該第一下橋阻抗匹配參數來決定該第五電感值與該第六電感值之間的比值。
7. 如請求項1所述之射頻功率放大器，其中該阻抗轉換電路包括：一第七電感，其一端電性連接該前級電路以接收該第一輸入功率信號，其另一端電性連接一第一系統電壓，該第七電感具有一第七電感值；一第一電容，其一端電性連接該第七電感之一端；一第八電感，其一端電性連接該第一電容之另一端並且輸出該第二輸入功率信號，其另一端電性連接一接地電壓，該第八電感具有一第八電感值，其中該第七電感值與該第八電感值之間的比值定義為一第二上橋阻抗匹配參數；一第九電感，其一端電性連接該前級電路以接收該第一輸入功率信號，其另一端電性連接該第一系統電壓，該第九電感具有一第九電感值；一第二電容，其一端電性連接該第九電感之一端；以及一第十電感，其一端電性連接該第二電容之另一端以輸出該第二輸入功率信號，其另一端電性連接該接地電壓，該第十電感具有一第十電感值，其中該第九電感值與該第十電感值之間的比值定義為一第二下橋阻抗匹配參數，其中該第七電感與該第八電感根據該第二上橋阻抗匹配參數來將輸入阻抗轉換為輸出阻抗並且用以提升該射頻功率放大器的該功率附加效率與該線性度，並且該第九電感與該第十電感根據該第二下橋阻抗匹配參數來將輸入阻抗 轉換為輸出阻抗並且用以提升該射頻功率放大器的該功率附加效率與該線性度，其中該阻抗匹配參數包括該第二上橋阻抗匹配參數與該第二下橋阻抗匹配參數。
8. 一種提高功率附加效率與線性度的方法，用於一射頻功率放大器，該射頻功率放大器電性連接一前級電路以接收一第一輸入功率信號，並且該射頻功率放大器包括一阻抗轉換電路、一電流單位增益放大器與一輸出匹配電路，該阻抗轉換電路電性連接該前級電路與一第一系統電壓，該電流單位增益放大器電性連接該阻抗轉換電路與一第二系統電壓，該輸出匹配電路電性連接該電流單位增益放大器，其中該提高功率附加效率與線性度的方法包括：透過該阻抗轉換電路接收該第一輸入功率信號且對應地輸出一第二輸入功率信號，其中該阻抗轉換電路透過阻抗轉換來進行功率匹配，藉此以提升該射頻功率放大器的一功率附加效率與一線性度；透過該電流單位增益放大器接收該第二輸入功率信號且對應地輸出一輸出功率信號，並且該電流單位增益放大器根據一阻抗參考值來決定一預定功率增益值，其中透過該阻抗轉換電路來使得該電流單位增益放大器之輸入阻抗實質上等於該射頻功率放大器之輸入阻抗；以及透過該輸出匹配電路用以將所接收之該輸出功率信號進行功率匹配，並且對應地輸出一射頻輸出信號，其中該輸出匹配電路具有該阻抗參考值。
9. 如請求項8所述之提高功率附加效率與線性度的方法，其中該阻抗轉換電路包括：一第一電感，其一端電性連接該前級電路以接收該第一輸入功率信號，其另一端電性連接一第一系統電壓，該第一電感 具有一第一電感值；以及一第二電感，其一端電性連接該電流單位增益放大器並且輸出該第二輸入功率信號，其另一端電性連接一接地電壓，該第二電感具有一第二電感值，其中一阻抗匹配參數定義為該第一電感值與該第二電感值之間的比值，並且當該阻抗匹配參數根據該第一系統電壓、一第二系統電壓與該預定功率增益值被決定時，則透過該阻抗匹配參數來決定該第一電感值與該第二電感值之間的比值，以調整該射頻功率放大器的該功率附加效率與線性度。
10. 如請求項9所述之提高功率附加效率與線性度的方法，其中該電流單位增益放大器包括：一第一電晶體，其源極電性連接該第二電感之一端以接收該第二輸入功率信號，其閘極電性連接一參考偏壓電壓；以及一第一直流饋入電感，其一端電性連接該第一電晶體之汲極與該輸出匹配電路並且輸出該輸出功率信號，其另一端電性連接該第二系統電壓。
11. 如請求項8所述之提高功率附加效率與線性度的方法，其中該阻抗轉換電路包括：一第三電感，其一端電性連接該前級電路以接收該第一輸入功率信號，其另一端電性連接一第一系統電壓，該第三電感具有一第三電感值；一第四電感，其一端電性連接該電流單位增益放大器並且輸出該第二輸入功率信號，其另一端電性連接一接地電壓，該第四電感具有一第四電感值，其中該第三電感值與該第四電感值之間的比值定義為一第一上橋阻抗匹配參數；一第五電感，其一端電性連接該前級電路以接收該第一輸入功率信號，其另一端電性連接該第一系統電壓，該第五電感 具有一第五電感值；以及一第六電感，其一端電性連接該電流單位增益放大器以輸出該第二輸入功率信號，其另一端電性連接該接地電壓，該第六電感具有一第六電感值，其中該第五電感值與該第六電感值之間的比值定義為一第一下橋阻抗匹配參數，其中該第三電感與該第四電感根據該第一上橋阻抗匹配參數來將輸入阻抗轉換為輸出阻抗並且用以提升該射頻功率放大器的該功率附加效率與該線性度，並且該第五電感與該第六電感根據該第一下橋阻抗匹配參數來將輸入阻抗轉換為輸出阻抗並且用以提升該射頻功率放大器的該功率附加效率與該線性度，其中該阻抗匹配參數包括該第一上橋阻抗匹配參數與該第一下橋阻抗匹配參數。
12. 如請求項11所述之提高功率附加效率與線性度的方法，其中該電流單位增益放大器包括：一第二電晶體，其源極電性連接該第四電感之一端以接收該第二輸入功率信號，其閘極接收一第一偏壓電壓；一第三電晶體，其源極電性連接該第二電晶體之汲極，其閘極接收一第二偏壓電壓；一第二直流饋入電感，其一端電性連接該第三電晶體之汲極與該輸出匹配電路並且輸出該輸出功率信號，其另一端電性連接一第二系統電壓；一第四電晶體，其源極電性連接該第六電感之另一端以接收該第二輸入功率信號，其閘極接收該第一偏壓電壓；一第五電晶體，其源極電性連接該第四電晶體之汲極，其閘極接收該第二偏壓電壓；以及一第三直流饋入電感，其一端電性連接該第五電晶體之汲極與該輸出匹配電路並且輸出該輸出功率信號，其另一端電性 連接該第二系統電壓，其中該輸出匹配電路具有一差動輸入電阻，並且該第二電晶體與該第三電晶體根據該差動輸入電阻之一半阻值來決定一第一上橋預定功率增益值，並且該第四電晶體與該第五電晶體根據該差動輸入電阻之該半阻值來決定一第一下橋預定功率增益值，其中該預定功率增益值包括該第一上橋預定功率增益值與該第一下橋預定功率增益值。
13. 如請求項12所述之提高功率附加效率與線性度的方法，其中當該第一上橋阻抗匹配參數根據該第一系統電壓、該第二系統電壓與該第一上橋預定功率增益值被決定時，則透過該第一上橋阻抗匹配參數來決定該第一電感值與該第二電感值之間的比值，並且當該第一下橋阻抗匹配參數根據該第一系統電壓、該第二系統電壓與該第一下橋預定功率增益值被決定時，則透過該第一下橋阻抗匹配參數來決定該第五電感值與該第六電感值之間的比值。
14. 如請求項8所述之提高功率附加效率與線性度的方法，其中該阻抗轉換電路包括：一第七電感，其一端電性連接該前級電路以接收該第一輸入功率信號，其另一端電性連接一第一系統電壓，該第七電感具有一第七電感值；一第一電容，其一端電性連接該第七電感之一端；一第八電感，其一端電性連接該第一電容之另一端並且輸出該第二輸入功率信號，其另一端電性連接一接地電壓，該第八電感具有一第八電感值，其中該第七電感值與該第八電感值之間的比值定義為一第二上橋阻抗匹配參數；一第九電感，其一端電性連接該前級電路以接收該第一輸入功率信號，其另一端電性連接該第一系統電壓，該第九電感 具有一第九電感值；一第二電容，其一端電性連接該第九電感之一端；以及一第十電感，其一端電性連接該第二電容之另一端以輸出該第二輸入功率信號，其另一端電性連接該接地電壓，該第十電感具有一第十電感值，其中該第九電感值與該第十電感值之間的比值定義為一第二下橋阻抗匹配參數，其中該第七電感與該第八電感根據該第二上橋阻抗匹配參數來將輸入阻抗轉換為輸出阻抗並且用以提升該射頻功率放大器的該功率附加效率與該線性度，並且該第九電感與該第十電感根據該第二下橋阻抗匹配參數來將輸入阻抗轉換為輸出阻抗並且用以提升該射頻功率放大器的該功率附加效率與該線性度，其中該阻抗匹配參數包括該第二上橋阻抗匹配參數與該第二下橋阻抗匹配參數。