TW202112056A

TW202112056A - 射頻放大器電路

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Publication number: TW202112056A
Application number: TW109121760A
Authority: TW
Inventors: 林政民
Original assignee: 立積電子股份有限公司
Priority date: 2019-08-13
Filing date: 2020-06-29
Publication date: 2021-03-16
Also published as: TWI743856B

Abstract

一種射頻放大器電路。匹配電路配置於放大器的輸入端或輸出端的射頻路徑上，電感電容諧振電路與匹配電路共用匹配電路所包括的電感而產生對應的諧振頻率，其中匹配電路提供匹配於射頻信號中在第一頻率與第二頻率的兩個基音的輸入阻抗或輸出阻抗，電感電容諧振電路提供對射頻信號中第一頻率與第二頻率形成的頻段以外的信號成分進行濾波的濾波路徑。

Description

射頻放大器電路

本發明是有關於一種放大器電路，且特別是有關於一種射頻放大器電路。

為了抑制射頻放大器電路中的雜訊，一般可使用濾波電路來進行雜訊濾除。然而，一些具有與基音(fundamental tone)相鄰的頻率的雜訊，例如由放大器或其驅動放大器的非線性引起的三階互調失真(IM3)雜訊，難以被這種濾波電路濾除，進而造成射頻放大器的輸出功率的線性度下降。

本發明提供一種射頻放大器電路，可抑制與輸入信號的兩個基音相關聯的雜訊，有效提高射頻放大器的輸出功率的線性度。

本發明的射頻放大器電路包括放大器、第一匹配電路以及第一電感電容諧振電路。放大器包括輸入端以及輸出端，輸入端用以接收第一偏壓電壓的輸入端。第一匹配電路耦接放大器的輸入端或輸出端，其中在射頻路徑上，放大器透過第一匹配電路於輸入端接收射頻信號以放大射頻信號、或放大器於輸出端透過第一匹配電路發射放大後的射頻信號。第一電感電容諧振電路耦接第一匹配電路且連接於射頻路徑，第一電感電容諧振電路包括第一電感，第一電感電容諧振電路與第一匹配電路共用第一匹配電路所包括的電感而具有第一諧振頻率。射頻信號包括在第一頻率與第二頻率的兩個基音，第一匹配電路提供匹配於兩個基音的輸入阻抗或輸出阻抗，第一電感電容諧振電路提供第一濾波路徑，第一濾波路徑對射頻信號中第一頻率與第二頻率形成的頻段以外的信號成分進行濾波。

基于上述，本發明實施例的第一匹配電路配置於放大器的輸入端或輸出端的射頻路徑上，第一電感電容諧振電路與第一匹配電路共用第一匹配電路所包括的電感而產生對應的諧振頻率，其中第一匹配電路提供匹配於射頻信號中在第一頻率與第二頻率的兩個基音的輸入阻抗或輸出阻抗，第一電感電容諧振電路可提供對射頻信號中第一頻率與第二頻率形成的頻段以外的信號成分進行濾波的第一濾波路徑，如此可有效地抑制與射頻信號的兩個基音相關聯的雜訊，提高射頻放大器的輸出功率的線性度，並減小射頻放大器的電路尺寸。

圖1是依照本發明的實施例的一種射頻放大器電路的示意圖，請參照圖1。射頻放大器電路包括放大器102、匹配電路104、106、電感電容諧振電路108與110，其中匹配電路104耦接放大器102的輸入端與諧振電路108，匹配電路106耦接放大器102的輸出端與諧振電路110。

在本實施例中，射頻路徑可包括射頻輸入路徑P1、放大器102與射頻輸出路徑P2，放大器102可透過配置於射頻輸入路徑P1上的匹配電路104接收射頻信號SRF1，其中射頻信號SRF1可包括在第一頻率與第二頻率的兩個基音，匹配電路104可提供匹配於此兩個基音的輸入阻抗，亦即提供匹配於放大器102的輸入阻抗。放大器102的輸入端與輸出端可分別接收偏壓電壓VB1與VB2，偏壓電壓VB1與VB2可使放大器102工作在線性區，以對射頻信號SRF1進行放大操作。電感電容諧振電路108耦接匹配電路104且連接於射頻輸入路徑P1，電感電容諧振電路108可與匹配電路104共用匹配電路104所包括的電感，而產生對應的諧振頻率。

電感電容諧振電路108可提供濾波路徑，以對射頻信號SRF1中第一頻率與第二頻率形成的頻段以外的信號成分進行濾波，例如可對第一頻率與第二頻率的差值相關的頻率進行濾波。進一步來說，電感電容諧振電路108提供的濾波路徑對具有與第一頻率與第二頻率的差值相關的頻率的信號來說為低阻抗路徑，而對第一頻率與第二頻率形成的頻段內的信號為高阻抗路徑，因此可將具有與第一頻率與第二頻率的差值相關的頻率的信號導引至電感電容諧振電路108提供的濾波路徑，而達到濾波的效果。

類似地，電感電容諧振電路110所提供的濾波路徑也可對放大後的射頻信號SRF2中第一頻率與第二頻率形成的頻段以外的信號成分進行濾波，也就是說，電感電容諧振電路110可連接於射頻輸出路徑P2，電感電容諧振電路110提供的濾波路徑對具有與第一頻率與第二頻率的差值相關的頻率的信號來說為低阻抗路徑，而對第一頻率與第二頻率形成的頻段內的信號為高阻抗路徑，此外，上述的偏壓電壓VB2可由電感電容諧振電路110提供。匹配電路106可提供匹配於在第一頻率與第二頻率的兩個基音的輸出阻抗，亦即提供匹配於放大器102的輸出阻抗。在射頻輸出路徑P2上，放大器102於輸出端透過匹配電路106發射放大後的射頻信號SRF2。

如此藉由電感電容諧振電路108與110提供濾波路徑來濾除射頻信號SRF1中第一頻率與第二頻率形成的頻段以外的信號成分可有效地抑制與射頻信號的兩個基音相關聯的雜訊，而提高射頻放大器的輸出功率的線性度，此外，藉由共用電感電容諧振電路108所包括的電感與匹配電路104所包括的電感，還可有效減小射頻放大器的電路尺寸。

圖2是依照本發明另一實施例的一種射頻放大器電路的示意圖，請參照圖2。在本實施例中，射頻放大器電路可更包括偏壓電路202，偏壓電路202可提供偏壓電壓VB1。偏壓電路202可包括電晶體T41、電阻R41、二極體電路(D41、D42)以及電容C41，其中電晶體T41例如是BJT電晶體，在本實施例中可為NPN電晶體，電晶體T41的第二端(例如為射極耦)接放大器102的輸入端，電晶體T41的第一端(例如為集極)耦接電源電壓Vccb，電阻R41耦接於電晶體T41的控制端(例如為基極)與參考偏壓端Vref之間。二極體電路耦接於 NPN電晶體T41的控制端與參考電壓端(例如共同電壓端或接地端，然不以此為限)之間，可包括二極體D41、D42或串接的二極體D41與D42。電容C41耦接於電晶體T41的控制端與參考電壓端之間。電晶體T41可於第二端提供偏壓電壓VB1，電容C41與二極體電路可有助於電晶體T41提供穩定的偏壓電壓VB1。

在本實施例中，匹配電路104包括電容C11與電感L11，電容C11的一端用以接收射頻信號SRF1，另一端耦接電感L11的一端，電感L11的另一端耦接放大器102。連接於射頻輸入路徑P1的電感電容諧振電路108包括電容C41與電感L41，電感L41耦接於電容C41與電容C11與電感L11的共同接點之間，電容C41耦接於電感L41與參考電壓端之間。電容C11與電感L11可形成射頻輸入路徑P1，並使匹配電路104提供匹配於放大器102的輸入阻抗。匹配電路104提供的輸入阻抗可由電容C11和C41以及電感L11和L41決定，藉由共用電感電容諧振電路108的電容C41和電感L41，電容C11所需的電容值和電感L11所需的電感值可以更小，而有助於減小射頻放大器電路的尺寸。

放大器102可以電晶體T31來實施，例如是BJT電晶體，在本實施例中可為NPN電晶體，然不以此為限，例如在其他實施例中也可例如以MOS電晶體來實施。電晶體T31的控制端(例如是基極)耦接電感L11，電晶體T31的第二端(例如是射極)耦接參考電壓端，電晶體T31的第一端(例如是集極)則耦接匹配電路106與諧振電路110。電感電容諧振電路108可與匹配電路104共用電感L11，電感電容諧振電路108的諧振頻率可由電容C41以及電感L11和L41決定，因此電感L41所需的電感值減小，而有助於減小射頻放大器電路的尺寸。電感電容諧振電路108可在與第一頻率與第二頻率的差值相關的頻率處提供低阻抗路徑，並在第一頻率與第二頻率處提供高阻抗(其阻抗遠大於放大器102的輸入阻抗)，而可有效濾除具有與第一頻率與第二頻率的差值相關的頻率的信號。值得注意的是，在部份實施例中，電容C41與電感L41的位置可互換，而不限於圖2的耦接方式。值得注意的是，在部份實施例中，電容C41可為可變電容，如此可依據射頻放大器電路的工作條件(例如操作頻寬或操作頻率)調整電容C41的電容值，以進行阻抗的調整。

在本實施例中，匹配電路106包括電感L21、電容C21與C22，電感電容諧振電路110包括電感L51與電容C51。電感L21的一端耦接電晶體T31的第一端，另一端耦接電容C22，電容C22耦接於電感L21與匹配電路106的輸出端之間，電容C21耦接於電感L21與電容C22的共同接點與參考電壓端之間。電感L51耦接於電晶體 T31的第一端與電源電壓端Vcc之間，並於電晶體 T31的第一端提供偏壓電壓VB2，電容C51耦接於電源電壓端Vcc與參考電壓端之間。電感L21與電容C22形成射頻輸出路徑P2，電感L21與電容C21用以提供與放大器102的輸出阻抗匹配的阻抗。電感L51可例如以扼流圈來實施，其可例如為具有射頻信號SRF1的1/4波長的傳輸線。電感L51與電容C51可在與第一頻率與第二頻率的差值相關的頻率處提供低阻抗路徑，並在第一頻率與第二頻率處提供高阻抗(其阻抗遠大於放大器102的輸出阻抗)，而可有效濾除具有與第一頻率與第二頻率的差值相關的頻率的信號。

此外，匹配電路104的實施方式不以圖2實施例為限，例如在圖3實施例中，匹配電路104可更包括電容C12，其耦接於電容C11與電感L11的共同接點與參考電壓端之間。此外，在部份實施例中，電容C41也可為可變電容。

圖4是依照本發明另一實施例的一種射頻放大器電路的示意圖，請參照圖4。與圖2實施例相比，本實施例的電感電容諧振電路108還可包括電容C42與電感L42，電容C42與電感L42串接於電容C11與電感L11的共同接點與參考電壓端之間。電容C42與電感L42可提供另一低阻抗路徑，而增大電感電容諧振電路108的操作頻寬，使電感電容諧振電路108可進一步有效濾除具有與第一頻率與第二頻率的差值相關的頻率的信號。

圖5是依照本發明另一實施例的一種射頻放大器電路的示意圖，請參照圖5。與圖2實施例相比，本實施例的電感電容諧振電路108包括開關SW1，開關SW1耦接於電感L41與電容C11和電感L11的共同接點之間。其中當射頻信號SRF1的功率低於預設值時，開關SW1可受控於控制電路而進入斷開狀態，以減少射頻信號SRF1的損失，而當射頻信號SRF1的功率高於或等於預設值時，開關SW1才受控於控制電路而進入導通狀態，以進行濾波處理。

圖6是依照本發明另一實施例的一種射頻放大器電路的示意圖，請參照圖6。與圖2實施例相比，本實施例的電感電容諧振電路108還包括電阻R41，電阻R41耦接於電容C41與電感L41之間，如此可增大電感電容諧振電路108的操作頻寬，使電感電容諧振電路108可進一步有效濾除具有與第一頻率與第二頻率的差值相關的頻率的信號。

圖7是依照本發明另一實施例的一種射頻放大器電路的示意圖，請參照圖7。與圖2實施例相比，本實施例的匹配電路104還包括電阻R11，電阻R11與電容C11並聯，如此可有效提高射頻放大器電路的穩定性。在部份實施例中，電容C41可為可變電容。

圖8是依照本發明另一實施例的一種射頻放大器電路的示意圖，請參照圖8。與圖2實施例相比，本實施例的電感電容諧振電路108可耦接於放大器102的輸入端，而電感電容諧振電路110則可耦接電感L21與電容C22的共同接點。如此，電感電容諧振電路110的諧振頻率可由電感L51與電容C51和匹配電路106的電感L21決定，而匹配電路106提供的輸出阻抗可由電感L21、L51與電容C21、C22、C51決定，藉由共用匹配電路106與電感電容諧振電路110的電感與電容可有效減小射頻放大器電路的尺寸。此外，匹配電路104、106可提供匹配於放大器102的輸入、輸出阻抗以及電感電容諧振電路108、110可濾除具有與第一頻率與第二頻率的差值相關的頻率的信號的實施細節與上述實施例類似，因此在此不再贅述。

值得注意的是，在部份實施例中，射頻放大器電路可僅包括一個電感電容諧振電路，舉例來說，在圖9實施例中，射頻放大器電路可省略電感電容諧振電路110，而在圖10實施例中，射頻放大器電路可省略電感電容諧振電路108。此外，在射頻放大器電路包括串接的多級放大器的情形下，上述實施例所述的放大器102可為多級放大器中的第一級放大器或最後一級放大器。舉例來說，在圖11實施例中，放大器102為多級放大器中的最後一級放大器，在圖12實施例中，放大器102為多級放大器中的第一級放大器。由於圖9~12中的匹配電路104、106與電感電容諧振電路108、110的實施方式與上述實施例的匹配電路104、106與電感電容諧振電路108、110的實施方式類似，本領域具通常知識者應可依據上述實施例推知其實施細節，因此在此不再贅述。

綜上所述，本發明實施例的匹配電路可配置於放大器的輸入端或輸出端的射頻路徑上，電感電容諧振電路與匹配電路可共用匹配電路所包括的電感而產生對應的諧振頻率，其中匹配電路可提供匹配於射頻信號中在第一頻率與第二頻率的兩個基音的輸入阻抗或輸出阻抗，電感電容諧振電路可提供對射頻信號中第一頻率與第二頻率形成的頻段以外的信號成分進行濾波的濾波路徑，如此可有效地抑制與射頻信號的兩個基音相關聯的雜訊，提高射頻放大器的輸出功率的線性度，並減小射頻放大器的電路尺寸。

102:放大器 104、106:匹配電路 108、110:電感電容諧振電路 P1:射頻輸入路徑 P2:射頻輸出路徑 SRF1、SRF2:射頻信號 VB1、VB2:偏壓電壓 202:偏壓電路 T31、T41:電晶體 R11、R41:電阻 D41、D42:二極體 C11、C12、C21、C22、C41、C42、C51:電容 Vcc、Vccb:電源電壓端 Vref:參考偏壓端 L11、L21、L41、L42、L51:電感 SW1:開關

圖1~12是依照本發明的實施例的射頻放大器電路的示意圖。

102:放大器

104、106:匹配電路

108、110:電感電容諧振電路

P1:射頻輸入路徑

P2:射頻輸出路徑

SRF1、SRF2:射頻信號

VB1、VB2:偏壓電壓

Claims

一種射頻放大器電路，包括：一放大器，包括一輸入端用以接收一第一偏壓電壓，以及一輸出端；一第一匹配電路，耦接該放大器的該輸入端或該輸出端，其中在一射頻路徑上，該放大器透過該第一匹配電路於該輸入端接收一射頻信號以放大該射頻信號、或該放大器於該輸出端透過該第一匹配電路發射一放大後的該射頻信號；以及一第一電感電容諧振電路，耦接該第一匹配電路且連接於該射頻路徑，該第一電感電容諧振電路包括一第一電感，該第一電感電容諧振電路與該第一匹配電路共用該第一匹配電路所包括的電感而具有一第一諧振頻率；其中該射頻信號包括在第一頻率與第二頻率的兩個基音，該第一匹配電路提供匹配於該兩個基音的輸入阻抗或輸出阻抗，該第一電感電容諧振電路提供一第一濾波路徑，該第一濾波路徑對該射頻信號中該第一頻率與該第二頻率形成的頻段以外的信號成分進行濾波。
如申請專利範圍第1項所述的射頻放大器電路，其中該第一匹配電路耦接該放大器的輸入端，用以提供匹配於該兩個基音的輸入阻抗，且在該射頻路徑上，該放大器透過該第一匹配電路於該輸入端接收該射頻信號，該射頻放大器電路還包括：一第二匹配電路，耦接該放大器的輸出端，用以提供匹配於該兩個基音的輸出阻抗，且在該射頻路徑上，該放大器於該輸出端透過該第二匹配電路發射該放大後的該射頻信號。
如申請專利範圍第2項所述的射頻放大器電路，其中，該射頻放大器電路還包括：一第二電感電容諧振電路，耦接該放大器的輸出端且連接於該射頻路徑，該第二電感電容諧振電路具有一第二諧振頻率，其中該第二電感電容諧振電路提供一第二濾波路徑，該第二濾波路徑對該放大後的射頻信號中該第一頻率與該第二頻率形成的頻段以外的信號成分進行濾波，且該第二電感電容諧振電路於該放大器的輸出端提供一第二偏壓電壓。
如申請專利範圍第1項所述的射頻放大器電路，其中該第一電感電容諧振電路包括：一第一電容，其第一端耦接參考電壓端；以及一第一電感，其第一端耦接該第一電容的第二端，該第一電感的第二端耦接該第一匹配電路。
如申請專利範圍第4項所述的射頻放大器電路，其中該第一匹配電路包括：一第二電容，耦接於該第一匹配電路的輸入端與該第一電感電容諧振電路之間；以及一第二電感，耦接於該第一電感電容諧振電路與該放大器的輸入端之間。
如申請專利範圍第5項所述的射頻放大器電路，其中該第一匹配電路還包括：一第三電容，耦接於該第二電容與該第二電感的共同接點與該參考電壓端之間。
如申請專利範圍第4項或第6項所述的射頻放大器電路，其中該第一電容為可變電容。
如申請專利範圍第5項所述的射頻放大器電路，其中該第一電感電容諧振電路還包括：一第一電阻，耦接於該第一電容與該第一電感之間。
如申請專利範圍第5項所述的射頻放大器電路，其中該第一匹配電路還包括：一第二電阻，與該第二電容並聯於該第一匹配電路的輸入端與該第一電感電容諧振電路之間。
如申請專利範圍第9項所述的射頻放大器電路，其中該第一電容為可變電容。
如申請專利範圍第4項所述的射頻放大器電路，其中該第一電感電容諧振電路還包括：一第四電容；以及一第三電感，與該第四電容串接於該第一電感的第二端與該參考電壓端之間。
如申請專利範圍第3項所述的射頻放大器電路，其中該第二電感電容諧振電路包括：一第五電容；以及一第四電感，與該第五電容耦接於該放大器的輸出端與參考電壓端之間，該第五電容與該第四電感的共同接點耦接一電源電壓，而於該放大器的輸出端提供該第二偏壓電壓。
如申請專利範圍第1項所述的射頻放大器電路，其中該第一匹配電路耦接該放大器的輸出端，用以提供匹配於該兩個基音的輸出阻抗，且在該射頻路徑上，該放大器於該輸出端透過該第一匹配電路發射該放大後的該射頻信號，且該第一電感電容諧振電路於該放大器的該輸出端提供一第二偏壓電壓。
如申請專利範圍第1項所述的射頻放大器電路，其中：該第一電感電容諧振電路還包括一第一開關，耦接於該第一匹配電路且連接於該射頻路徑。
如申請專利範圍第1項所述的射頻放大器電路，其中該射頻放大器電路包括串接的多級放大器，該放大器為該些放大器中的第一級放大器或最後一級放大器。
如申請專利範圍第3項所述的射頻放大器電路，其中該第二匹配電路包括：一第六電容；一第五電感，與該第六電容串接於該放大器的輸出端與該第二匹配電路的輸出端之間；以及一第七電容，耦接於該第六電容與該第五電感的共同接點與參考電壓端之間。
如申請專利範圍第16項所述的射頻放大器電路，其中該第二電感電容諧振電路耦接該第二匹配電路，該第二電感電容諧振電路包括：一第六電感；以及一第八電容，與該第六電感串接於該第六電容與該第五電感的共同接點與該參考電壓端之間，該第六電感與該第八電容的共同接點耦接一電源電壓，而於該第六電容與該第五電感的共同接點提供一第三偏壓電壓。
如申請專利範圍第1項所述的射頻放大器電路，其中該放大器包括：一第一電晶體，其控制端耦接該第一匹配電路，該第一電晶體的第一端耦接該第二匹配電路，該第一電晶體的第二端耦接參考電壓端。
如申請專利範圍第1項所述的射頻放大器電路，還包括：一偏壓電路，耦接該放大器的輸入端，提供該第一偏壓電壓。
如申請專利範圍第19項所述的射頻放大器電路，其中該偏壓電路包括：一第二電晶體，其第二端耦接該第一電晶體的控制端，該第二電晶體的第一端耦接一電源電壓端；一第三電阻，耦接於該第二電晶體的控制端與一參考偏壓端之間；一二極體電路，其耦接該第二電晶體的控制端與該參考電壓端之間；以及一第九電容，耦接於該第二電晶體的控制端與該參考電壓端之間。