TW202021266A - 放大裝置 - Google Patents
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Abstract
放大裝置包含放大電路及保護電路。放大電路具有接收射頻訊號的輸入端，及輸出放大後之射頻訊號的輸出端。放大電路包含電晶體。電晶體具有第一端、第二端及控制端。電晶體的第一端輸出放大後之射頻訊號，而電晶體的控制端耦接於放大電路之輸入端。保護電路的第一端耦接於放大電路之輸入端或輸出端。保護電路包含開關單元及箝位單元。開關單元受第一控制訊號控制而被導通或被截止。箝位單元耦接於開關單元。當開關單元導通時，箝位單元將保護電路之第一端的電壓箝制在預定範圍內。
Description
本發明是有關於一種放大裝置，特別是一種在旁通模式下能夠維持線性表現的放大裝置。
在行動電子裝置的通訊模組中，射頻訊號的發送和接收常會透過相同的天線來進行操作。舉例來說，通訊模組中的發送端及接收端可以共同耦接至天線。當通訊模組欲透過天線接收射頻訊號時，通訊模組會啟動接收端中的低雜訊放大器將射頻訊號放大以分析取得其中的資訊；而通訊模組欲透過天線發送射頻訊號時，通訊模組則會啟動發送端中的功率放大器將射頻訊號放大以透過天線對外輸出。
一般來說，接收端的低雜訊放大器承受高功率訊號的能力較弱。因此，在通訊模組透過天線接收射頻訊號時，倘若系統內部誤啟動了發送端或是耦合了發送端的能量，則發送端所產生的強度較強的射頻訊號也將輸入至低雜訊放大器，使得低雜訊放大器無法正常運作，甚至對低雜訊放大器造成破壞。
在先前技術中，為了保護低雜訊放大器，常會在低雜訊放大器的輸入端加設箝位電路，以避免發送端的射頻訊號擺幅過大，並進入低雜訊放大器而造成破壞。然而，如此一來，也改變了接收端內部的匹配阻抗，使得接收端在訊號放大的線性度表現上不如預期。
本發明之一實施例提供一種放大裝置，放大裝置包含放大電路及保護電路。
放大電路放大射頻訊號，且放大電路具有輸入端及輸出端。放大電路的輸入端接收射頻訊號，而放大電路的輸出端輸出放大後之射頻訊號。放大電路包含電晶體，電晶體具有第一端、第二端及控制端。電晶體的第一端輸出放大後之射頻訊號，而電晶體的控制端耦接於放大電路之輸入端。
保護電路具有第一端及第二端，保護電路的第一端耦接於放大電路之輸入端或放大電路之輸出端。保護電路包含開關單元及箝位單元。開關單元受控制訊號控制而被導通或被截止。箝位單元耦接於開關單元，並當開關單元導通時，將保護電路之第一端的電壓箝制在預定範圍內。
第1圖為本發明一實施例之放大裝置100的示意圖。放大裝置100包含放大電路110及保護電路120。放大電路110可以將所接收到的射頻訊號SIGRF1
放大，而保護電路120則可以保護放大電路110，以減少受到高強度射頻訊號的破壞。
放大電路110具有輸入端IN及輸出端OUT，放大電路110的輸入端IN可接收射頻訊號SIGRF1
，而放大電路110的輸出端OUT則可輸出放大後之射頻訊號SIGRF2
。在第1圖中，放大電路110可包含電晶體M1，電晶體M1具有第一端、第二端及控制端。電晶體M1的第一端可輸出放大後之射頻訊號SIGRF2
，而電晶體M1的控制端可耦接於放大電路110之輸入端IN。
保護電路120具有第一端及第二端，保護電路120的第一端可耦接於放大電路110之輸入端IN，而保護電路120的第二端可以接收第一參考電壓V1。保護電路120可包含開關單元122及箝位單元124。開關單元122受控制訊號SIGctrl1
控制而被導通或被截止。箝位單元124耦接於開關單元122。在本發明的有些實施例中，當開關單元122導通時，箝位單元124可將保護電路120之第一端的電壓箝制在預定範圍內。也就是說，當放大電路110的輸入端接收到強度較大，亦即電壓擺幅較大的射頻訊號時，開關單元122可被導通，而箝位單元124會將輸入訊號的電壓箝制在放大電路110所能承受的預定範圍之內，以減少或避免放大電路110受到破壞。
此外，在第1圖中，放大裝置100還可包含旁通電路130。旁通電路130可耦接於放大電路110之輸入端IN及輸出端OUT。當放大裝置100執行旁通模式時，旁通電路130可以在放大電路110之輸入端IN及輸出端OUT之間提供旁通路徑。舉例來說，倘若放大裝置100所接收到的射頻訊號SIGRF1
的強度不夠大，須要透過放大電路110進行放大，此時放大裝置100便可執行放大模式，以接收射頻訊號SIGRF1
並輸出放大後之射頻訊號SIGRF2
，並將旁通電路130截止，以阻止射頻訊號SIGRF1
自輸入端IN透過旁通電路130傳送至輸出端OUT；倘若放大裝置100所接收到的射頻訊號SIGRF1
的強度夠大，而無須再透過放大電路110進行放大，此時放大裝置100便可執行旁通模式，並將旁通電路130導通，以透過旁通電路130將射頻訊號SIGRF1
直接自輸入端IN傳送至輸出端OUT，減少放大電路110的電能損耗。
在第1圖中，旁通電路130可包含複數個電晶體132，且複數個電晶體132可堆疊(cascade)在放大電路110之輸入端IN及輸出端OUT之間。如此一來，就可以避免在執行放大模式時，單個電晶體因為輸入訊號擺幅較大而被誤導通，進而導致旁通模式被誤開啟的情況。
此外，在執行旁通模式時，在阻抗不匹配的情況下，倘若射頻訊號SIGRF1
輸入至保護電路120，便可能會造成放大裝置100的增益線性範圍縮減。為減少此問題發生，放大裝置100可以在執行旁通模式時將開關單元122截止，而在需要透過放大電路110放大射頻訊號SIGRF1
，也就是放大裝置100執行放大模式時，才將開關單元122導通。如此一來，就能夠在旁通模式下，維持放大裝置100的線性表現，此外也可以在利用放大電路110放大射頻訊號SIGRF1
時，透過保護電路120來保護放大電路110。
在第1圖中，箝位單元124具有第一端及第二端，箝位單元124的第一端可耦接於保護電路120之第一端。開關單元122具有第一端、第二端及控制端，且開關單元122的第一端可耦接於箝位單元124之第二端，開關單元122之第二端可耦接於保護電路120之第二端，並可接收第一參考電壓V1，例如是共同電壓或接地電壓，而開關單元122的控制端可接受控制訊號SIGctrl1
。
此外，在第1圖中，開關單元122可包含複數個串聯的電晶體122A，以減少開關單元122被誤導通的情況。然而在本發明的有些實施例中，開關單元122也可僅包含單一個電晶體122A。再者，由於開關單元122中的電晶體122A無須操作在大電流的應用中，因此每一電晶體122A的尺寸可小於電晶體M1的尺寸，以減少開關單元122所需的面積。在第1圖中，開關單元122中的每一電晶體122A可以是金氧半場效電晶體(metal-oxide-semiconductor field effect transistor，MOSFET)，然而本發明並不以此為限。在本發明的其他實施例中，開關單元122中的電晶體也可以是雙極性接面電晶體(bipolar junction transistor，BJT)。
再者，箝位單元124可包含至少一二極體D1及至少一二極體D2。二極體D1會以相同的第一偏壓方式(例如但不限於為順偏)耦接於箝位單元124之第一端及箝位單元124之第二端之間。二極體D2則會以相同的第二偏壓方式(例如但不限於為逆偏)耦接於箝位單元124之第一端及箝位單元124之第二端之間，且二極體D1與二極體D2會以相異的偏壓方式並聯存在。如此一來，當輸入訊號的擺幅為正向且過大時，以第一偏壓方式操作的二極體D1就會被導通，並將輸入訊號導引開，以減少放大電路110被輸入訊號破壞的可能性。相對地，當輸入訊號的擺幅為負向且過大時，以第二偏壓方式操作的二極體D2就會被導通，並將輸入訊號導引開，以減少放大電路110被輸入訊號破壞的可能性。
在本發明的有些實施例中，根據輸入訊號的特性差異，箝位單元124也可能僅包含以第一偏壓方式操作的二極體D1或是以第二偏壓方式操作的二極體D2的其中一者。另外，在本發明的有些實施例中，二極體D1的數量與二極體D2的數量可能相同，也可能相異。
在第1圖中，為了在旁通模式下保護旁通電路130中的電晶體，保護電路120還可包含箝位單元126，箝位單元126可與開關單元122並聯。如此一來，當開關單元122在旁通模式下被截止時，箝位單元124及箝位單元126便可共同將輸入訊號的電壓箝制在較寬的範圍內，除了使得旁通電路130能夠受到保護，同時也不至於使所需的輸入射頻訊號失真。此外，在本發明的其他實施例中，保護電路120也可改以阻抗單元來取代箝位單元126，阻抗單元可例如但不限於是電阻，並可與開關單元122並聯以保護旁通電路130。再者，在本發明的其他實施例中，保護電路120也可根據實際操作條件的狀況，而將箝位單元126或阻抗單元省略。
在第1圖中，放大電路110還可包含電晶體M2、M3及M4、被動元件112及114，電容C1、C2、C3、C4及C5，以及電阻電容濾波器(RC filter)140。電晶體M2具有第一端、第二端及控制端，電晶體M2的第一端可耦接於電晶體M1之第二端，而電晶體M2的控制端可接收控制訊號SIGctrl2
。被動元件112具有第一端及第二端，被動元件112的第一端可耦接於電晶體M2之第二端，而被動元件112的第二端可接收第一參考電壓V1。電晶體M3具有第一端、第二端及控制端，電晶體M3的第二端可耦接於電晶體M1之第一端，電晶體M3的控制端可接收控制訊號SIGctrl3
。在本發明的有些實施例中，電晶體M2及M3可減少電晶體M1所承受的跨壓，因此能夠對電晶體M1形成保護，並且還可進一步提升放大增益。
被動元件114具有第一端及第二端，被動元件114的第一端可接收第二參考電壓V2，而被動元件114的第二端可耦接於電晶體M3之第一端。在本發明的有些實施例中，第一參考電壓V1可例如但不限於是系統中的參考電壓，而第二參考電壓V2可例如但不限於是系統中的操作電壓，而第二參考電壓V2可大於第一參考電壓V1。此外，在本發明的有些實施例中，被動元件112及114可例如但不限於為電感，並可扼止(choking)偏壓中的高頻雜訊。
電容C1具有第一端及第二端，電容C1的第一端可耦接於被動元件114之第二端，可作為放大電路的阻抗匹配用。電晶體M4具有第一端、第二端及控制端，電晶體M4的第一端耦接於電容C1之第二端，電晶體M4的第二端可耦接於放大電路110之輸出端OUT，而電晶體M4的控制端可接收控制訊號SIGctrl4
，當放大裝置100執行放大模式時，控制訊號SIGctrl4
會將電晶體M4導通，而當放大裝置100執行旁通模式時，控制訊號SIGctrl4
會將電晶體M4截止。
電容C2可耦接於輸出端OUT，主要用來阻隔直流訊號。電容C3可耦接於輸入端IN，電容C3可以提供匹配的阻抗以利輸入端IN能夠接收射頻訊號SIGRF1
，同時也可以阻隔直流訊號。電容C4及電容C5可耦接於旁通電路130的兩端，電容C4及C5可以提供匹配的阻抗以利旁通電路130接收射頻訊號SIGRF1
，同時也可以阻隔直流訊號。
電阻-電容濾波器140可耦接於電晶體M3的控制端，並且可以將控制訊號SIGctrl3
中的雜訊濾除，以使電晶體M3的操作更加穩定。
由於放大裝置100中的保護電路120可以在透過放大電路110放大射頻訊號SIGRF1
時，將內部的開關單元122導通，並透過箝位單元124進行整流，因此可以有效地保護放大電路110中的電晶體。此外，保護電路120還可以在旁通模式下將內部的開關單元122截止，因此可以減少射頻訊號SIGRF1
流入阻抗不匹配的保護電路120，使得放大裝置100能夠維持較佳的線性表現。在第1圖中，保護電路120中的箝位單元124可耦接至保護電路120的第一端，而開關單元122可耦接至保護電路120之第二端，然而本發明並不以此為限。
第2圖為本發明另一實施例之放大裝置200的示意圖。放大裝置200與放大裝置100具有相似的結構並可根據相似的原理操作，兩者的差異在於放大裝置200的保護電路220包含開關單元222及箝位單元224，而未另外包含與開關單元222並聯的箝位單元或阻抗單元。開關單元222的第一端耦接於保護電路220之第一端，且開關單元222的控制端可接受控制訊號SIGctrl1
。箝位單元224的第一端耦接於開關單元222之第二端，而箝位單元224的第二端耦接於保護電路220之第二端，且保護電路220之第二端可接收第一系統電壓V1。
此外，在第1圖中，保護電路120的第二端可接收第一系統電壓V1，然而本發明並不以此為限。第3圖為本發明另一實施例之放大裝置300的示意圖。放大裝置300與放大裝置100具有相似的結構並可根據相似的原理操作，兩者的差異在於在放大裝置300的保護電路320中，箝位單元324及開關單元322可以耦接於保護電路320的第一端及第二端之間，且開關單元322之第二端會耦接於保護電路320之第二端及電晶體M2之第一端。也就是說，保護電路320中的開關單元322可與放大電路310中的電晶體M2相堆疊，以減少保護電路320中的開關單元322被誤導通的情況。如此一來，就可以減少開關單元322中的電晶體數量，使得放大裝置300的面積能夠縮減。
第4圖為本發明另一實施例之放大裝置400的示意圖。放大裝置400與放大裝置300具有相似的結構並可根據相似的原理操作，兩者的差異在於在放大裝置400的保護電路420中的開關單元422可以取代放大裝置300中放大電路310中的電晶體M2，而箝位單元424之第二端可耦接至電晶體M1之第二端。在此情況下，開關單元422之電晶體422A的尺寸可大於電晶體M1的尺寸，以對放大電路410的電流大小造成限制。
也就是說，在第4圖的實施例中，放大電路410可以與保護電路420共用開關單元422中的電晶體422A，而將原先在放大電路310中的電晶體M2省略。在此情況下，保護電路420還可包含被動元件426。被動元件426具有第一端及第二端，被動元件426的第一端可耦接於開關單元422之第二端，而被動元件426的第二端可耦接於保護電路420之第二端，並可接收第一參考電壓V1。如此一來，由於保護電路420中的開關單元422可以和放大電路410共用相同的電晶體，因此可以進一步減少放大裝置400中的電晶體數量，使得放大裝置400的面積能夠縮減。
在第1圖至第4圖中，保護電路120至420的第一端是各自耦接在放大電路110至410的輸入端以對放大電路110至410進行保護。在有些實施例中，放大裝置100、200、300、400可能會與其他的放大裝置相耦接，而形成多級放大裝置，以將射頻訊號SIGRF1
放大到足夠的強度。在此情況下，保護電路120、220、3230、420的第一端也可耦接在放大電路110、310、410的輸出端，如此一來，就能夠對下一級的放大裝置進行保護。
綜上所述，本發明之實施例所提供的放大裝置可以透過保護電路減少放大電路受到高強度射頻訊號破壞的可能性。此外，由於保護電路可包含開關單元及箝位單元，因此在放大裝置執行旁通模式時，便可將開關單元截止以維持或提升放大裝置的線性表現。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
100、200、300、400:放大裝置110、310、410:放大電路120、220、320、420:保護電路130:旁通電路140:電阻電容濾波器112、114、426:被動元件M1至M4、122A、132:電晶體C1、C2、C3、C4、C5:電容122、222、322、422:開關單元124、224、126、324、424:箝位單元D1、D2:二極體SIGRF1、SIGRF2:射頻訊號SIGctrl1、SIGctrl2、SIGctrl3、SIGctrl4:控制訊號
第1圖為本發明一實施例之放大裝置的示意圖。 第2圖為本發明另一實施例之放大裝置的示意圖。 第3圖為本發明另一實施例之放大裝置的示意圖。 第4圖為本發明另一實施例之放大裝置的示意圖。
400:放大裝置
410:放大電路
420:保護電路
130:旁通電路
140:電阻電容濾波器
114、426:被動元件
M1、M3、M4、422A、132:電晶體
C1、C2、C3、C4、C5:電容
422:開關單元
424:箝位單元
D1、D2:二極體
SIGRF1、SIGRF2:射頻訊號
SIGctrl1、SIGctrl3、SIGctrl4:控制訊號
Claims (20)
- 一種放大裝置，包含： 一放大電路，用以放大一射頻訊號，具有一輸入端用以接收該射頻訊號，及一輸出端用以輸出放大後之該射頻訊號，該放大電路包含一第一電晶體，具有一第一端用以輸出放大後之該射頻訊號，一第二端，及一控制端耦接於該放大電路之該輸入端；及 一保護電路，具有一第一端耦接於該放大電路之該輸入端或該放大電路之該輸出端，及一第二端，該保護電路包含： 一開關單元，用以受一第一控制訊號控制而被導通或被截止；及 一第一箝位單元，耦接於該開關單元，用以當該開關單元導通時，將該保護電路之該第一端的電壓箝制在一預定範圍內。
- 如請求項1所述之放大裝置，另包含一旁通電路，耦接於該放大電路之該輸入端及該輸出端，用以在該放大裝置執行一旁通模式時，在該放大電路之該輸入端及該輸出端之間提供一旁通路徑。
- 如請求項2所述之放大裝置，其中該保護電路之該第一端係耦接於該放大電路之該輸入端。
- 如請求項3所述之放大裝置，其中當該放大裝置透過該放大電路放大該射頻訊號時，該開關單元被導通。
- 如請求項3所述之放大裝置，其中當該放大裝置執行該旁通模式時，該開關單元被截止。
- 如請求項3所述之放大裝置，其中： 該開關單元具有一第一端耦接於該保護電路之該第一端，一第二端，及一控制端用以接受該第一控制訊號；及 該第一箝位單元具有一第一端耦接於該開關單元之該第二端，一第二端耦接於該保護電路之該第二端。
- 如請求項3所述之放大裝置，其中： 該第一箝位單元具有一第一端耦接於該保護電路之該第一端，及一第二端；及 該開關單元具有一第一端耦接於該第一箝位單元之該第二端，一第二端，及一控制端用以接受該第一控制訊號。
- 如請求項7所述之放大裝置，其中： 該第一箝位單元之該第二端另耦接至該第一電晶體之該第二端。
- 如請求項8所述之放大裝置，其中該保護電路另包含一被動元件，具有一第一端耦接於該開關單元之該第二端，及一第二端耦接於該保護電路之該第二端，並用以接收一第一參考電壓。
- 如請求項8所述之放大裝置，其中： 該開關單元包含至少一電晶體，且該開關單元之該至少一電晶體的尺寸大於該第一電晶體的尺寸。
- 如請求項7所述之放大裝置，其中該放大電路另包含： 一第二電晶體，具有一第一端耦接於該第一電晶體之該第二端，一第二端，一控制端用以接收一第二控制訊號；及 一第一被動元件，具有一第一端耦接於該第二電晶體之該第二端，及一第二端用以接收一第一參考電壓。
- 如請求項11所述之放大裝置，其中該開關單元之該第二端係耦接於該保護電路之該第二端及該第二電晶體之該第一端。
- 如請求項11所述之放大裝置，其中該開關單元之該第二端係耦接於該保護電路之該第二端，並用以接收該第一參考電壓。
- 如請求項11所述之放大裝置，其中： 該開關單元包含至少一電晶體，且該開關單元之該至少一電晶體的尺寸小於該第一電晶體的尺寸。
- 如請求項14所述之放大裝置，其中該開關單元之每一電晶體係為金氧半場效電晶體或雙極性接面電晶體。
- 如請求項2所述之放大裝置，其中該放大電路另包含： 一第三電晶體，具有一第一端，一第二端耦接於該第一電晶體之該第一端，及一控制端用以接收一第三控制訊號； 一第二被動元件，具有一第一端用以接收一第二參考電壓，一第二端耦接於該第三電晶體之該第一端； 一電容，具有一第一端耦接於該第二被動元件之該第二端，及一第二端；及 一第四電晶體；具有一第一端耦接於該電容之該第二端，一第二端耦接於該放大電路之該輸出端，及一控制端用以接收一第四控制訊號； 其中當該放大裝置執行該旁通模式時，該第四電晶體被截止。
- 如請求項1所述之放大裝置，其中該保護電路另包含一第二箝位單元，與該開關單元並聯。
- 如請求項1所述之放大裝置，其中該保護電路另包含一阻抗單元，與該開關單元並聯。
- 如請求項1所述之放大裝置，其中該第一箝位單元包含至少一第一二極體，該至少一第一二極體係以相同的一第一偏壓方式耦接於該第一箝位單元之一第一端及該第一箝位單元之一第二端之間。
- 如請求項19所述之放大裝置，其中該第一箝位單元另包含至少一第二二極體，該至少一第二二極體係以相同的一第二偏壓方式耦接於該第一箝位單元之該第一端及該第一箝位單元之該第二端之間，且該至少一第一二極體與該至少一第二二極體係以相異的偏壓方式並聯。
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