TW201828590A - 發送器 - Google Patents

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Abstract

一種具有集成功率放大器的互補金屬氧化物矽片收發器。本揭示實施例提供的具有集成功率放大器的互補金屬氧化物矽片收發器可根據通信環境控制輸出功率，以便消除如下因素：隨著功率放大器的輸出電平變大，雜訊跟隨功率流入到收發器的其他模組而再次作為功率放大器的輸入，從而性能下降。

Description

發送器
本揭示關於具有集成功率放大器的互補金屬氧化物矽片(Complementary Metal Oxide Silicon，CMOS)收發器。
以下所記載的內容僅提供與本揭示實施例相關的背景資訊，並不構成現有技術。
最近在製造的無線收發器(Wireless Transceiver)的大部分模組(Block)是使用CMOS工序製造成單晶片。
然而，無線收發器的多個模組中的功率放大器(Power Amplifier，PA)因其性能而使用InGaP/GaAs HBT(Hetero-junction Bipolar Transistor，異質接面雙極電晶體)工序另行實現(製造)。InGAP/GaAs HBT工序需要高於CMOS工序的製造費用。
因工序差異使得收發器與功率放大器實現為多晶片而非單晶片。為了匹配(Matching)收發器與功率放大器此兩種晶片，需要另外的零件。因此，越來越多研究都朝向通過CMOS工序製造功率放大器後再內置到收發器進行的趨勢。
如果在無線通訊系統(Wireless Communication System)中使用功率放大器的最大輸出電平，則可實現更遠距離的通行。因此，收發器基本上是以在功率放大器的最大輸出電平下最大限度地發揮功率效率的方式設計。然而，根據通信環境，如果是實現在更短距離的通信的環境，則可以在較低的輸出電平 下進行通信。在上述過程中，功率放大器在最大輸出功率下功率效率良好，但在較低的輸出電平下無法改善功率效率，故需要低功率模式(Low Power Mode)。
難以將無線收發器所包括的多個模組中的功率放大器內置(製造)成一個晶片的最大因素如下：隨著功率放大器的輸出電平變大，雜訊(Noise)跟隨功率流入到收發器的其他模組而再次作為功率放大器的輸入，從而性能下降。因此，需要用於消除上述性能下降因素的收發器。
本揭示實施例的目的在於提供一種具有集成功率放大器的互補金屬氧化物矽片收發器，其可根據通信環境而控制輸出功率，以便消除如下因素：隨著功率放大器的輸出電平變大，雜訊跟隨功率流入到收發器的其他模組而再次作為功率放大器的輸入，從而性能下降。
根據本揭示實施例的一種實施方式，提供一種發送器，其特徵在於包括：電源部，輸出直流-直流電壓或電池電壓；混頻器，從同相輸入端子以及正交輸入端子接收本地振盪器信號作為差分輸入，之後以通過上混頻向上轉換頻率所得的混頻信號作為輸出；驅動放大器，連接到所述混頻器的輸出端而接收所述混頻信號，接收所述直流-直流電壓或所述電池電壓作為電源而以放大所述混頻信號所得的驅動信號作為輸出；以及功率放大器，包括連接到所述驅動放大器的輸出端的第一功率放大器及第二功率放大器，所述功率放大器接收所述直流-直流電壓或所述電池電壓作為電源，並將輸入至所述第一功率放大器與所述第二功率放大器的所述驅動信號予以放大，放大所得的功率信號以平衡-不平衡轉換器的形態輸出。
如上所述，根據本揭示的實施例，為了提高相當於功率放大器的輸入的驅動放大器的電源雜訊去除性能(PSRR，Power Supply Rejection Ratio)，在驅動放大器的電源中內置低壓差穩壓器(LDO，Low Drop Out)，由此消除如下因素而將無線收發器所包括的多個模組中的功率放大器製造成一個晶片：隨著功率放大器的輸出電平變大，雜訊跟隨電源及晶片封裝體的鍵合線電感流入到收發器的其他模組而再次作為功率放大器的輸入，從而性能下降。
換句話說，如果在晶片外部使用低壓差穩壓器，則可去除電源的雜訊，但無法去除電感耦合在封裝體內部的鍵合線的雜訊。在本揭示的實施例的無線收發器所包括的驅動放大器的電源中內置低壓差穩壓器(LDO)，從而具有可去除電感耦合在鍵合線的雜訊的效果。
根據本揭示的實施例具有如下效果：為了控制輸出功率以在低功率電平下也提高功率效率，在功率放大器中追加低功率模式，在用於驅動功率放大器的驅動放大器中追加增益模式，可在驅動放大器中以約1dB步進控制輸出功率。
根據本揭示的實施例具有如下效果：在構成接收器時，可通過利用CMOS工序的單一工序將通常利用以CMOS開發的一個接收器晶片與一個功率放大器單晶片構成的接收器製造成可調節輸出功率的單晶片，在功率放大器中利用低功率模式而在較低的輸出功率電平下也提高功率效率。
100‧‧‧發送器
108‧‧‧電源部
110‧‧‧混頻器
120‧‧‧驅動放大器
122‧‧‧DA放大部
124‧‧‧低壓差穩壓器
130‧‧‧功率放大器
132‧‧‧第一功率放大器
134‧‧‧第二功率放大器
C1‧‧‧第一電容器
C2‧‧‧第二電容器
C3‧‧‧第三電容器
C4‧‧‧第四電容器
C5‧‧‧第五電容器
C6‧‧‧第六電容器
I_INP、I_INM‧‧‧I輸入端子
L_bondwire‧‧‧鍵合線
LO_M‧‧‧本地振盪器負相位信號
LO_P‧‧‧本地振盪器正相位信號
MN1‧‧‧第一混頻器核心開關
MN2‧‧‧第二混頻器核心開關
MN3‧‧‧第三混頻器核心開關
MN4‧‧‧第四混頻器核心開關
MN5‧‧‧第五放大器
MN6‧‧‧第六放大器
MN7‧‧‧第七放大器
MN8‧‧‧第八放大器
MN9‧‧‧第九放大器
MN10‧‧‧第十放大器
MN11‧‧‧第十一放大器
MN12‧‧‧第十二放大器
MN13‧‧‧第十三放大器
MN14‧‧‧第十四放大器
MN15‧‧‧第十五放大器
MN16‧‧‧第十六放大器
Q_INP、Q_INM‧‧‧正交輸入端子
R1‧‧‧第一電阻
R2‧‧‧第二電阻
R3‧‧‧第三電阻
R4‧‧‧第四電阻
R5‧‧‧第五電阻
R6‧‧‧第六電阻
R7‧‧‧第七電阻
R8‧‧‧第八電阻
R9‧‧‧第九電阻
R10‧‧‧第十電阻
VB1_DA‧‧‧第一驅動控制輸入端
VB2_DA‧‧‧第二驅動控制輸入端
VB1_PA1、VB1_PA2‧‧‧第一功率控制輸入端
VB2_PA1、VB2_PA2‧‧‧第二功率控制輸入端
xfmr1‧‧‧第一變壓器
xfmr2‧‧‧第二變壓器
第1圖顯示本揭示實施例的具備功率放大器的發送器的電路結構圖。
第2圖具體地顯示本揭示實施例的發送器的電路結構圖。
第3圖具體地顯示本揭示實施例的驅動放大器的開關元件的電路圖。
以下參照附圖，對本揭示的實施例進行詳細地說明。
第1圖顯示本揭示實施例的具備功率放大器(Power Amplifier，PA)的發送器(_)的電路結構圖，第2圖具體地顯示本揭示實施例的發送器的電路結構圖。
本揭示實施例的發送器100包括電源部108、混頻器(Mixer)110、驅動放大器(Driver Amplifier，DA)120及功率放大器130。發送器100所包括的組件不限於此。
在本揭示的實施例中，是以無線收發器所包括的發送器100與接收器(RX)中的發送器100為基準而進行說明。
無線收發器所包括的發送器100在將多個模組中的功率放大器130製造成一個晶片時，會產生如下影響：隨著功率放大器130的輸出電平變大，鍵合線電感(Bondwire Inductance)的雜訊(Noise)跟隨電源及晶片封裝體(Chip Package)而流入到收發器的其他模組而再次作為功率放大器130的輸入，從而性能下降。為了消除性能下降的影響，發送器100提高輸入至功率放大器130的驅動放大器120的電源雜訊去除性能(PSRR)。發送器100為了提高電源雜訊去除性能，可設置低壓差穩壓器124。
發送器100在控制輸出功率時，為了在低功率電平(Low Power Level)下也提高功率效率，因此功率放大器130另外包括低功率模式(Low Power Mode)。用於驅動功率放大器130的驅動放大器120中另外包括增益模式(Gain Mode)。驅動放大器120包括能夠以約1dB步進(Step)的方式控制輸出功率的功能。
本揭示實施例的發送器100可內置使用CMOS工序的功率放大器130而支援無線局域網信號的通信標準(例如，802.11b、802.11g、802.11n)。
發送器100可使用CMOS工序將最大功率(Pmax)支援到21dBm(Pmax=21dBm)。發送器100在802.11b的情況下，可支援到21dBm，在802.11n調製編碼方案7MCS(Modulation and Coding Scheme，MCS7)的情況下，可支援到17dBm。
發送器100為了通過內置功率放大器130而消除因電源而使其他模組性能下降的因素，在驅動放大器120的電源部設置低壓差穩壓器(Low Drop Out Regulator，LDO)124。
與功率放大器130具有電性連接(Bonding)的低壓差穩壓器124的下方包括DA放大部122。
與混頻器110連接的驅動放大器120中具有增益模式，功率放大器130具有如下的電路結構：在實現平衡-不平衡轉換器(Balun)前，可由兩個功率放大器，即第一功率放大器(Power Amp1，圖中以PA1表示)132與第二功率放大器(Power Amp2，圖中以PA2表示)134以接通/斷開(ON/OFF)動作來控制功率模式(Power Mode)。
電源部108與驅動放大器120及功率放大器130連接。電源部108對驅動放大器120及功率放大器130供給DC-DC電壓或電池電壓(V_bat)。
混頻器110為一被動混頻器(Passive Mixer)，使用被動混頻器可將電源耦合最小化。混頻器110從同相輸入端子以及正交輸入端子IQ_IN接收本地振盪器(Local Oscillator，LO)信號作為差分輸入，之後以通過上混頻(Up-Mixing)向上轉換頻率所得的混頻信號作為輸出。
驅動放大器120連接到混頻器110的輸出端而接收混頻信號。驅動放大器120接收從電源部108輸入的DC-DC電壓或電池電壓作為電源並放大混頻信號後以驅動信號輸出。
驅動放大器120將輸出功率設定為約1dB步進以下，將與功率放大器130的級間匹配(Inter Stage Matching)的變化最小化，由此使功率放大器130的線性(Linearity)性能不會產生變化。
驅動放大器120直接從電源部108接收DC-DC輸出電壓或電池電壓。驅動放大器120使用DC-DC輸出電壓或電池電壓作為電源。
為了防止因功率放大器130的輸出功率變大而發生的電源耦合，驅動放大器120在晶片的內部以其他連接方式利用電源，即在DC-DC輸出電壓或電池電壓的下端設置用於驅動放大器120的低壓差穩壓器124。
若不設置低壓差穩壓器124而在晶片外部僅分離引腳(Pin)來使用其他電壓，因驅動電壓VDD_PA而與鍵合線L_bondwire耦合的雜訊也會對驅動放大器120產生影響，故如第2圖所示，在封裝體(Package)中以鍵合線L_bondwire分離低壓差穩壓器124，之後通過低壓差穩壓器124消除電源雜訊。
功率放大器130包括連接到驅動放大器120的輸出端的第一功率放大器132及第二功率放大器134。功率放大器130從電源部108接收DC-DC電壓或電池電壓作為電源，並將輸入至第一功率放大器132與第二功率放大器134的驅動信號予以放大，放大所得的功率信號以平衡-不平衡轉換器(Balun)的形態輸出。
為了按照各輸出功率(Output Power)提高功率效率，功率放大器130可具有多模式(Multi-Mode)。功率放大器130 直接從電源部108接收DC-DC輸出電壓或電池電壓。功率放大器130將從電源部108輸入的DC-DC輸出電壓或電池電壓用作電源。
如第1圖所示，功率放大器130在使用最大輸出電源時，第一功率放大器132與第二功率放大器134均以接通(ON)狀態進行動作，驅動放大器120成為接通狀態，以便與最大輸出功率(Power)對應。
如第2圖所示，電源部108通過鍵合線L_bondwire與驅動放大器120及功率放大器130連接。電源部108經由鍵合線L_bondwire對驅動放大器120及功率放大器130供給DC-DC電壓或電池電壓。
混頻器110接收本地振盪器信號作為差分輸入，之後以通過上混頻向上轉換頻率所得的混頻信號作為輸出。
混頻器110包括同相路徑(I路徑)以及正交路徑(Q路徑)，I路徑以及Q路徑由包括多個放大元件的被動混頻器開關(Passive Mixer Switch)實現。不同於驅動放大器120及功率放大器130，混頻器110是一種不需要從電源部108接收DC-DC電壓或電池電壓的被動混頻器。
混頻器110放大I路徑上從同相輸入端子I_INP、I_INM(以下將I_INP、I_INM稱為I輸入端子)輸入的本地振盪器信號的同相成分(I成分(信號))放大，並放大Q路徑上從正交輸入端子(Q輸入端子)Q_INP、Q_INM輸入的本地振盪器信號的正交成分(Q成分(信號))，再將兩者放大所得的信號進行上混頻而以混頻信號作為輸出。
混頻器110的I路徑包括第一混頻器核心開關(Mixer Core Switch)MN1、第二混頻器核心開關MN2、第三混頻器核心開關MN3及第四混頻器核心開關MN4。第一混頻器核心開關MN1 及第三混頻器核心開關MN3的電流引出端與I輸入端子I_INP連接。第二混頻器核心開關MN2及第四混頻器核心開關MN4的電流引入端與I輸入端子I_INM連接。第一混頻器核心開關MN1的電流引入端與第二混頻器核心開關MN2的電流引出端連接。第三混頻器核心開關MN3的電流引入端與第四混頻器核心開關MN4的電流引出端連接。第二混頻器核心開關MN2的輸入端與第三混頻器核心開關MN3的輸入端連接。
混頻器110的第一混頻器核心開關MN1與第四混頻器核心開關MN4以用於上混頻的通道頻率(Channel Frequency)接收本地振盪器正相位信號(Local Oscillator Plus Phase)LO_P作為差分信號(Differential Signal)，第二混頻器核心開關MN2與第三混頻器核心開關MN3以用於上混頻的通道頻率接收本地振盪器負相位信號(Local Oscillator Minus Phase)LO_M作為差分信號，占空比(Duty Cycle)使用25%。
混頻器110的Q路徑具有與I路徑相同的結構。
在混頻器110的輸出端與驅動放大器120的輸入端之間分別連接第一電容器C1與第二電容器C2。
第一電容器C1的一端連接到第一混頻器核心開關MN1的電流引入端及第二混頻器核心開關MN2的電流引出端。第一電容器C1的另一端連接到驅動放大器120的輸入側的一端。第二電容器C2的一端連接到第三混頻器核心開關MN3的電流引入端及第四混頻器核心開關MN4的電流引出端。第二電容器C2的另一端連接到驅動放大器120的輸入側的另一端。第一電容器C1與第二電容器C2去除從混頻器110輸出的混頻信號的直流成分後分別施加至第五放大器MN5、第六放大器MN6以作為偏壓。
驅動放大器120連接到混頻器110的輸出端而接收混 頻信號。驅動放大器120從電源部108接收DC-DC電壓或電池電壓作為電源而以放大混頻信號所得的驅動信號輸出。
驅動放大器120包括包含多個開關元件的驅動放大部122、低壓差穩壓器124及第一變壓器xfmr1。驅動放大部122輸入端連接到混頻器110的輸出端。驅動放大部122的輸出端連接到第一變壓器xfmr1的輸入端。
驅動放大部122包括第五放大器MN5、第六放大器MN6、第七放大器MN7及第八放大器MN8。
施加到第一驅動控制輸入端VB1_DA、第二驅動控制輸入端VB2_DA的電壓是指第五放大器MN5、第六放大器MN6、第七放大器MN7及第八放大器MN8的直流偏壓。以0V施加至第一驅動控制輸入端VB1_DA及第二驅動控制輸入端VB2_DA則可以斷開第五放大器MN5、第六放大器MN6、第七放大器MN7及第八放大器MN8。
第五放大器MN5的電流引出端與第六放大器MN6的電流引出端彼此連接。第五放大器MN5的控制輸入端與第六放大器MN6的控制輸入端連接到第一驅動控制輸入端VB1_DA。在第五放大器MN5的控制輸入端與第一驅動控制輸入端VB1_DA之間連接第一電阻R1。第一電阻R1的一端連接到第五放大器MN5的控制輸入端，第一電阻R1的另一端連接到第一驅動控制輸入端VB1_DA。在第六放大器MN6的控制輸入端與第一驅動控制輸入端VB1_DA之間連接第二電阻R2。第二電阻R2的一端連接到第六放大器MN6的控制輸入端，第二電阻R2的另一端連接到第一驅動控制輸入端VB1_DA。
第五放大器MN5的電流引入端連接到第七放大器MN7的電流引出端。第六放大器MN6的電流引入端連接到第八放 大器MN8的電流引出端。第七放大器MN7的控制輸入端與第八放大器MN8的控制輸入端連接到第二驅動控制輸入端VB2_DA。在第七放大器MN7的控制輸入端與第二驅動控制輸入端VB2_DA之間連接第三電阻R3。第三電阻R3的一端連接到第七放大器MN7的控制輸入端，第三電阻R3的另一端連接到第二驅動控制輸入端VB2_DA。在第八放大器MN8的控制輸入端與第二驅動控制輸入端VB2_DA之間連接第四電阻R4。第四電阻R4的一端連接到第八放大器MN8的控制輸入端，第四電阻R4的另一端連接到第二驅動控制輸入端VB2_DA。
第七放大器MN7的電流引入端連接到第一變壓器xfmr1的輸入端。第八放大器MN8的電流引入端連接到第一變壓器xfmr1的另一輸入端。第五放大器MN5及第六放大器MN6為可變放大器，各包括多組放大2N倍的放大電路，N為大於或等於0的正整數。各組放大電路包括兩個放大器且各組彼此並聯連接。
以第五放大器MN5與第六放大器MN6為輸入的驅動放大器120並非由單個金屬氧化物半導體(Metal-Oxide-Semiconductor，MOS)實現，如第3圖所示，可並聯連接多個金屬氧化物半導體而控制驅動放大器120的尺寸(Size)。第七放大器MN7與第八放大器MN8由單一尺寸(Size)的金屬氧化物半導體實現。在驅動放大器DA120的增益發生變化時，第七放大器MN7與第八放大器MN8的尺寸固定，故可將驅動放大器120的輸出阻抗(Output Impedance)最小化，因此可將功率放大器130的性能被驅動放大器120的增益變化影響的情況最小化。
低壓差穩壓器124的一端連接到電源部108，低壓差穩壓器124的另一端連接到第一變壓器xfmr1之兩輸入端之間的一 分接頭。低壓差穩壓器124與電源部108通過鍵合線L_bondwire連接。低壓差穩壓器124將經由鍵合線L_bondwire輸入的DC-DC電壓或電池電壓穩定化後，輸入到第一變壓器xfmr1。
功率放大器130因電源部108施加的DC-DC電壓或電池電壓而產生較大的雜訊，此時所產生的較大的雜訊會施加到電源部108的DC-DC電壓或電池電壓。為了消除在功率放大器130中產生較大的雜訊，將驅動放大器120中的驅動放大部122連接至低壓差穩壓器124。
換句話說，在功率放大器130中產生較大的雜訊因鍵合線L_bondwire而耦合(Coupling)，直接影響從電源部108施加的DC-DC電壓或電池電壓，因此，在晶片外部使用低壓差穩壓器124對減少雜訊而言其效果微乎其微，故搭載到晶片內部。
第一變壓器xfmr1轉換驅動信號的電壓電平並輸出。在驅動放大器DA120中放大的輸出功率(驅動信號)通過第一變壓器xfmr1傳輸到功率放大器130。第一變壓器xfmr1的分接頭(Tap)連接至低壓差穩壓器124，低壓差穩壓器124通過鍵合線L_bondwire連接到電源部108的電源引腳。第一變壓器xfmr1的分接頭作為驅動放大器120的電感負載。第一變壓器xfmr1用於級間匹配(Inter-Stage Matching)及阻抗(Impedance)轉換。
功率放大器130具有提高飽和功率(Saturation Power，Psat)以使單元(Cell)變大的特性，故輸入阻抗(Input Impedance)需設計為較小的傾向，需以可驅動(Drive)輸入阻抗(Input Impedance)的方式設計驅動放大器120，因此包括第一變壓器xfmr1。第一變壓器xfmr1可使用1：1、2：1、3：1中的一種比率。
第一變壓器xfmr1的比率為1：1的相對特性如下：功率放大器130的阻抗在驅動放大器120的輸出中表現出1：1的比率，故 電壓擺幅範圍(Voltage Swing)較小，而VDD_DA會變低，且因負載阻抗(Load Impedance)較小而難以較大地實現射頻(Radio Frequency，RF)增益。
第一變壓器xfmr1的比率為3：1的相對特性如下：功率放大器130的阻抗在驅動放大器120的輸出中變大成9：1的比率，故電壓擺幅範圍變大，如果VDD_DA夠高，則可獲得較大的增益，在實際表現為3：1時，雖然3：1的耦合係數(K值)低於1：1而看似為增益下降，但實際上會發生在驅動放大器120中獲得的增益更大的情況。
可以根據VDD_DA的條件及所需增益而權衡(Trade-off)比率特性。
功率放大器130連接到驅動放大器120的輸出端。功率放大器130包括連接到驅動放大器120的輸出端的第一功率放大器132及第二功率放大器134。功率放大器130從電源部108接收DC-DC電壓或電池電壓以作為電源，將輸入至第一功率放大器132與第二功率放大器134的驅動信號放大並以平衡-不平衡轉換器(Balun)的形態輸出。
功率放大器130包括第一功率放大器132、第二功率放大器134及第二變壓器xfmr2。第一功率放大器132及第二功率放大器134通過鍵合線L_bondwire與電源部108連接。第一功率放大器132的輸出端與第二功率放大器134的輸出端連接到第二變壓器xfmr2的輸入端。第二變壓器xfmr2轉換功率信號的電壓電平並輸出。
功率放大器130在第一功率放大器132與第二功率放大器134均以接通狀態進行動作的情況下，以高功率模式(High Power Mode)進行運作。功率放大器130在第一功率放大器132以 接通狀態進行動作，但第二功率放大器134以斷開狀態進行動作的情況下，以低功率模式(Low Power Mode)進行運作。或者，功率放大器130在第一功率放大器132以斷開狀態進行動作，但第二功率放大器134以接通狀態進行動作的情況下，以低功率模式進行運作。
第一功率放大器132包括第九放大器MN9、第十放大器MN10、第十一放大器MN11及第十二放大器MN12。第九放大器MN9的電流引出端與第十放大器MN10的電流引出端彼此連接。第九放大器MN9的控制輸入端與第十放大器MN10的控制輸入端連接到第一功率控制輸入端VB1_PA1。在第九放大器MN9的控制輸入端與第一功率控制輸入端VB1_PA1之間連接第五電阻R5。第五電阻R5的一端連接到第九放大器MN9的控制輸入端，第五電阻R5的另一端連接到第一功率控制輸入端VB1_PA1。在第十放大器MN10的控制輸入端與第一功率控制輸入端VB1_PA1之間連接第六電阻R6。第六電阻R6的一端連接到第十放大器MN10的控制輸入端，第六電阻R6的另一端連接到第一功率控制輸入端VB1_PA1。
施加到第一功率放大器132的第一功率控制輸入端VB1_PA1、第二功率控制輸入端VB2_PA1的電壓是指第一功率放大器132的第九放大器MN9、第十放大器MN10、第十一放大器MN11及第十二放大器MN12的直流偏壓。以0V施加至第一功率控制輸入端VB1_PA1及第二功率控制輸入端VB2_PA1則可以斷開第九放大器MN9、第十放大器MN10、第十一放大器MN11及第十二放大器MN12。
第九放大器MN9的電流引入端連接到第十一放大器MN11的電流引出端。第十放大器MN10的電流引入端連接到第十二放大器MN12的電流引出端。第十一放大器MN11的控制輸入端 與第十二放大器MN12的控制輸入端連接到第二功率控制輸入端VB2_PA1。在第十一放大器MN11的控制輸入端與第二功率控制輸入端VB2_PA1之間連接第七電阻R7。第七電阻R7的一端連接到第十一放大器MN11的控制輸入端，第七電阻R7的另一端連接到第二功率控制輸入端VB2_PA1。在第十二放大器MN12的控制輸入端與第二功率控制輸入端VB2_PA1之間連接第八電阻R8。第八電阻R8的一端連接到第十二放大器MN12的控制輸入端，第八電阻R8的另一端連接到第二功率控制輸入端VB2_PA1。
第十一放大器MN11的電流引入端連接到第二變壓器xfmr2的輸入端。第十二放大器MN12的電流引入端連接到第二變壓器xfmr2的另一輸入端。驅動放大器120的輸出端連接到第九放大器MN9的控制輸入端及第十放大器MN10的控制輸入端。
在驅動放大器120的輸出端與第一功率放大器132的輸入端之間分別連接第三電容器C3與第四電容器C4。第三電容器C3的一端連接到第一變壓器xfmr1的輸出端，第三電容器C3的另一端連接到第九放大器MN9的控制輸入端。第四電容器C4的一端連接到第一變壓器xfmr1的另一輸出端，第四電容器C4的另一端連接到第十放大器MN10的控制輸入端。
通過第三電容器C3與第四電容器C4可消除驅動信號的直流成分。
第二功率放大器134包括第十三放大器MN13、第十四放大器MN14、第十五放大器MN15及第十六放大器MN16。第十三放大器MN13的電流引出端與第十四放大器MN14的電流引出端彼此連接。第十三放大器MN13的控制輸入端與第十四放大器MN14的控制輸入端連接到第一功率控制輸入端VB1_PA2。在第十三放大器MN13的控制輸入端與第一功率控制輸入端VB1_PA2之 間連接第九電阻R9。第九電阻R9的一端連接到第十三放大器MN13的控制輸入端，第九電阻R9的另一端連接到第一功率控制輸入端VB1_PA2。在第十四放大器MN14的控制輸入端與第一功率控制輸入端VB1_PA2之間連接第十電阻R10。第十電阻R10的一端連接到第十四放大器MN14的控制輸入端，第十電阻R10的另一端連接到第一功率控制輸入端VB1_PA2。
施加到第二功率放大器134的第一功率控制輸入端VB1_PA2、第二功率控制輸入端VB2_PA2的電壓是指第二功率放大器134的第十三放大器MN13、第十四放大器MN14、第十五放大器MN15及第十六放大器MN16的直流偏壓。以0V施加至第一功率控制輸入端VB1_PA2及第二功率控制輸入端VB2_PA2則可以斷開第十三放大器MN13、第十四放大器MN14、第十五放大器MN15及第十六放大器MN16。
第十三放大器MN13的電流引入端連接到第十五放大器MN15的電流引出端。第十四放大器MN14的電流引入端連接到第十六放大器MN16的電流引出端。第十五放大器MN15的控制輸入端與第十六放大器(MN16)的控制輸入端連接到第二功率控制輸入端VB2_PA2。在第十五放大器MN15的控制輸入端與第二功率控制輸入端VB2_PA2之間連接第十一電阻R11。第十一電阻R11的一端連接到第十五放大器MN15的控制輸入端，第十一電阻R11的另一端連接到第二功率控制輸入端VB2_PA2。在第十六放大器MN16的控制輸入端與第二功率控制輸入端VB2_PA2之間連接第十二電阻R12。第十二電阻R12的一端連接到第十六放大器MN16的控制輸入端，第十二電阻R12的另一端連接到第二功率控制輸入端VB2_PA2。
第十五放大器MN15的電流引入端連接到第二變壓 器xfmr2的輸入端。第十六放大器MN16的電流引入端連接到第二變壓器xfmr2的另一輸入端。驅動放大器120的輸出端連接到第十三放大器MN13的控制輸入端及第十四放大器MN14的控制輸入端。
在驅動放大器120的輸出端與第二功率放大器134的輸入端之間分別連接第五電容器C5及第六電容器C6。第五電容器C5的一端連接到第一變壓器xfmr1的輸出端。第五電容器C5的另一端連接到第十三放大器MN13的控制輸入端。第六電容器C6的一端連接到第一變壓器xfmr1的另一輸出端。第六電容器C6的另一端連接到第十四放大器MN14的控制輸入端。通過第五電容器C5與第六電容器C6可消除驅動信號的直流成分。
通過第一變壓器xfmr1的次級電感(Secondary Inductance)傳輸的功率經由第三電容器C3至第六電容器C6路徑而分別在第一功率放大器132及第二功率放大器134中放大。利用第三電容器C3至第六電容器C6可分別控制第一功率控制輸入端VB1_PA1及VB1_PA2的電壓，進而將第一功率放大器132與第二功率放大器134控制成接通(ON)/斷開(OFF)來操作在高功率模式或低功率模式。
第一功率放大器132與第二功率放大器134的輸出經過作為平衡-不平衡轉換器(Balun)的第二變壓器xfmr2後產生輸出功率(功率信號)。例如，第九放大器MN9至第十二放大器MN12構成的放大器稱為第一功率放大器132，第十三放大器MN13至第十六放大器MN16構成的放大器稱為第二功率放大器134，則在高功率模式的情況下，第一功率控制輸入端VB1_PA1及第二功率控制輸入端VB2_PA1是輸入使第一功率放大器132接通(ON)的偏壓，並且，第一功率控制輸入端VB1_PA2及第二功率控制輸入端 VB2_PA2是輸入使第二功率放大器134接通(ON)的偏壓，高功率模式是使用最大輸出電平下。實際上在高功率模式下，功率增益(Power Gain)為約15dB左右，第一功率放大器132與第二功率放大器134的增益比率(Gain Ratio)為1：1。
如果要使用低功率模式，只需斷開(off)第一功率放大器132及第二功率放大器134之其中一者即可。例如斷開(OFF)第二功率放大器134而將第一功率放大器132作為低功率模式的主放大器(Main Amplifier)。當第一功率控制輸入端VB1_PA1及第二功率控制輸入端VB2_PA1輸入使第一功率放大器132接通(ON)的偏壓，且第一功率控制輸入端VB1_PA2及第二功率控制輸入端VB2_PA2接地(GND)以使第二功率放大器134斷開(OFF)時，如果將增益比率(Gain Ratio)設定為1：1，則功率增益(Power Gain)減少6dB。
在低功率模式下，對性能產生最大影響的部分為斷開(OFF)的第二功率放大器134狀態(State)，但如果第十三放大器MN13至第十五放大器MN15的功率放大器(PA)為在小信號(Small Signal)下進行動作的放大器，則問題不存在。
在低功率模式的情況下，第十三放大器MN13至第十六放大器MN16在小信號下斷開(Off)，但第十一放大器MN11與第十二放大器MN12的輸出作為功率放大器130輸出而在較大的輸出功率電平範圍內擺動(Swing)，因此重要的是確實地斷開(OFF)第十五放大器MN15與第十六放大器MN16的狀態。
第二變壓器xfmr2作為平衡-不平衡轉換器(Balun)。第二變壓器xfmr2可用於轉換阻抗。可在第二變壓器xfmr2之後實現開關電路而連接接收器(RX)，在第二變壓器xfmr2之後利用開關電路連接接收器(RX)的情況下，可實現為收發器(Transceiver)。
第3圖是具體地表示本揭示實施例的驅動放大器的開關元件的電路圖。
如第2圖所示，本揭示實施例的驅動放大器120包括驅動放大部122。驅動放大部122包括第五放大器MN5、第六放大器MN6、第七放大器MN7及第八放大器MN8。第五放大器MN5的電流引出端與第六放大器MN6的電流引出端彼此連接。
第五放大器MN5的控制輸入端與第六放大器MN6的控制輸入端連接到第一驅動控制輸入端VB1_DA。在第五放大器MN5的控制輸入端與第一驅動控制輸入端VB1_DA之間連接第一電阻R1。第一電阻R1的一端連接到第五放大器MN5的控制輸入端，第一電阻R1的另一端連接到第一驅動控制輸入端VB1_DA。
在第六放大器MN6的控制輸入端與第一驅動控制輸入端VB1_DA之間連接第二電阻R2。第二電阻R2的一端連接到第六放大器MN6的控制輸入端，第二電阻R2的另一端連接到第一驅動控制輸入端VB1_DA。
第五放大器MN5的電流引入端連接到第七放大器MN7的電流引出端。第六放大器MN6的電流引入端連接到第八放大器MN8的電流引出端。第五放大器MN5及第六放大器MN6為可變放大器，各包括多組放大2N倍的放大電路，N為大於或等於0的正整數。各組放大電路包括兩個放大器且各組彼此並聯連接。
第3圖是說明第2圖所示的第五放大器MN5的詳細電路，其為用於控制驅動放大器120中基於跨導(Transconductance，Gm)的功率增益(Power Gain)的詳細方法的電路。在主跨導(Main Gm)的部分中，增加N個可放大2倍的源極端引腳(Source Pin)並連接到接地。可分別在主跨導單元(Main Gm Cell)上裝設開關(Switch)而將Gm的大小控制成V_CON<0>~V_CON<N>。
雖然本揭示已用較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭示，本揭示所屬技術領域中具有通常知識者在不脫離本揭示之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭示之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (14)

  1. 一種發送器，包括：電源部，輸出直流-直流電壓或電池電壓；混頻器，從同相輸入端子以及正交輸入端子接收本地振盪器信號作為差分輸入，之後以通過上混頻向上轉換頻率所得的混頻信號作為輸出；驅動放大器，連接到所述混頻器的輸出端而接收所述混頻信號，接收所述直流-直流電壓或所述電池電壓作為電源而以放大所述混頻信號所得的驅動信號作為輸出；以及功率放大器，包括連接到所述驅動放大器的輸出端的第一功率放大器及第二功率放大器，所述功率放大器接收所述直流-直流電壓或所述電池電壓作為電源，並將輸入至所述第一功率放大器與所述第二功率放大器的所述驅動信號予以放大，放大所得的功率信號以平衡-不平衡轉換器的形態輸出。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發送器，其中所述混頻器包括同相路徑以及正交路徑，所述混頻器放大所述同相路徑上從所述同相輸入端子輸入的所述本地振盪器信號的同相成分，並放大所述正交路徑上從所述正交輸入端子輸入的所述本地振盪器信號的正交成分，再將放大所述同相成分所得的信號及放大所述正交成分所得的信號進行上混頻而以所述混頻信號作為輸出。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之發送器，其中所述同相路徑包括第一混頻器核心開關、第二混頻器核心開關、第三混頻器核心開關及第四混頻器核心開關，所述第一混頻器核心開關及所述第三混頻器核心開關的電流引出端與所述同相輸入端的其中一者連接，所述第二混頻器核心開關及所述第四混頻器核心開關的電流引入端與所述同相輸入端 子的另外一者連接，所述第一混頻器核心開關的電流引入端與所述第二混頻器核心開關的電流引出端連接，所述第三混頻器核心開關的電流引入端與所述第四混頻器核心開關的電流引出端連接，所述第二混頻器核心開關的輸入端與所述第三混頻器核心開關的輸入端連接。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之發送器，其中在所述混頻器的輸出端與所述驅動放大器的輸入端之間分別連接第一電容器及第二電容器，所述第一電容器的一端連接到所述第一混頻器核心開關的電流引入端與所述第二混頻器核心開關的電流引出端，所述第一電容器的另一端連接到所述驅動放大器的輸入側的一端，所述第二電容器的一端連接到所述第三混頻器核心開關的電流引入端與所述第四混頻器核心開關的電流引出端，所述第二電容器的另一端連接到所述驅動放大器的輸入側的另一端，所述第一電容器與所述第二電容器消除所述混頻信號的直流成分。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之發送器，其中所述驅動放大器包括包含多個開關元件的驅動放大部、低壓差穩壓器及第一變壓器，所述驅動放大部的輸入端連接到所述混頻器的輸出端，所述驅動放大部的輸出端連接到所述第一變壓器，所述低壓差穩壓器的一端連接到所述電源部，所述低壓差穩壓器的另一端連接到所述第一變壓器之兩輸入端之間的一分接頭。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之發送器，其中所述驅動放大部 包括第五放大器、第六放大器、第七放大器及第八放大器，所述第五放大器的電流引出端與所述第六放大器的電流引出端彼此連接，所述第五放大器的控制輸入端與所述第六放大器的控制輸入端連接到第一驅動控制輸入端，所述第五放大器的電流引入端連接到所述第七放大器的電流引出端，所述第六放大器的電流引入端連接到所述第八放大器的電流引出端，所述第七放大器的控制輸入端與所述第八放大器的控制輸入端連接到第二驅動控制輸入端，所述第七放大器的電流引入端連接到所述第一變壓器的輸入端，所述第八放大器的電流引入端連接到所述第一變壓器的另一輸入端。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之發送器，其中所述第五放大器及所述第六放大器為可變放大器，各包括多組放大2 N倍的放大電路，N為大於或等於0的正整數。各組放大電路包括兩個放大器且各組彼此並聯連接。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之發送器，其中所述低壓差穩壓器與所述電源部通過鍵合線連接，所述低壓差穩壓器將經由所述鍵合線而輸入的所述直流-直流電壓或所述電池電壓穩定化後，輸入到所述第一變壓器，所述第一變壓器轉換所述驅動信號的電壓電平並輸出。
  9. 如申請專利範圍第5項所述之發送器，其中在所述驅動放大器的輸出端與所述第一功率放大器的輸入端之間分別連接第三電容器與第四電容器，所述第三電容器的一端連接到所述第一變壓器的輸出端，所述第三電容器的另一端連接到所述第九放大器的控制輸入端，所述第四電容器的一端連接到所述第一變壓器的另一輸出 端，所述第四電容器的另一端連接到所述第十放大器的控制輸入端，所述第三電容器與所述第四電容器消除所述驅動信號的直流成分。
  10. 如申請專利範圍第5項所述之發送器，其中在所述驅動放大器的輸出端與所述第二功率放大器的輸入端之間分別連接第五電容器及第六電容器，所述第五電容器的一端連接到所述第一變壓器的輸出端，所述第五電容器的另一端連接到所述第十三放大器的控制輸入端，所述第六電容器的一端連接到所述第一變壓器的另一輸出端，所述第六電容器的另一端連接到所述第十四放大器的控制輸入端，所述第五電容器與所述第六電容器消除所述驅動信號的直流成分。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之發送器，其中所述功率放大器包括第二變壓器，所述第一功率放大器及所述第二功率放大器通過鍵合線與所述電源部連接，所述第一功率放大器的輸出端及所述第二功率放大器的輸出端連接到第二變壓器的輸入端，所述第二變壓器轉換所述功率信號的電壓電平並輸出。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之發送器，其中所述第一功率放大器包括第九放大器、第十放大器、第十一放大器及第十二放大器，所述第九放大器的電流引出端與所述第十放大器的電流引出端彼此連接，所述第九放大器的控制輸入端與所述第十放大器的 控制輸入端連接到第一功率控制輸入端，所述第九放大器的電流引入端連接到所述第十一放大器的電流引出端，所述第十放大器的電流引入端連接到所述第十二放大器的電流引出端，所述第十一放大器的控制輸入端與所述第十二放大器的控制輸入端連接到第二功率控制輸入端，所述第十一放大器的電流引入端連接到所述第二變壓器的輸入端，所述第十二放大器的電流引入端連接到所述第二變壓器的另一輸入端，所述驅動放大器的輸出端連接到所述第九放大器的控制輸入端及所述第十放大器的控制輸入端。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之發送器，其中所述第二功率放大器包括第十三放大器、第十四放大器、第十五放大器及第十六放大器，所述第十三放大器的電流引出端與所述第十四放大器的電流引出端彼此連接，所述第十三放大器的控制輸入端與所述第十四放大器的控制輸入端連接到第一功率控制輸入端，所述第十三放大器的電流引入端連接到所述第十五放大器的電流引出端，所述第十四放大器的電流引入端連接到所述第十六放大器的電流引出端，所述第十五放大器的控制輸入端與所述第十六放大器的控制輸入端連接到第二功率控制輸入端，所述第十五放大器的電流引入端連接到所述第二變壓器的輸入端，所述第十六放大器的電流引入端連接到所述第二變壓器的另一輸入端，所述驅動放大器的輸出端連接到所述第十三放大器的控制輸入端及所述第十四放大器的控制輸入端。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之發送器，其中所述功率放大 器在所述第一功率放大器與所述第二功率放大器均以接通狀態進行動作的情況下，以高功率模式進行運作，所述功率放大器在所述第一功率放大器以接通狀態進行動作，但所述第二功率放大器以斷開狀態進行動作的情況下，以低功率模式進行運作。
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