TWI289975B - Balanced power amplifier with a bypass structure - Google Patents

Description

1289975 ⑴ 玖、發明說明 (發明說明應敘明：發明所屬之技術領域、先前技術、円容、實施方式及圖式簡單說明) 發明背景 l發明領域 本發明一般相關於一使用改良功率放大器旁路技術的平 衡式功率放大器電路。其在無線通信裝置上特別有用，例 如CDMA無線電話，但也有其他用途。

Π.相關技藝說明 在不同的通信系統中，包含大部分的手持無線裝置，例 如編碼分割多重存取（CDMA)蜂巢電話或是任何形式.的時 間分割多重存取（TDMA)技術，行動單元輸出的RF功率變 化的動態範圍很大。在CDMA無線系統中，多個訊息信號 在相同的頻率（散佈的頻譜）上同時發射。信號上散 同的數位編碼，因此可在不想要的信號以雜訊或干擾出現 在接收器時檢查到想要的信號。散佈頻譜的系統可容許某 些干擾，而每個無線發射器所加人的干擾增加了每個基地

台站的整體干擾。每個無線發射器引入獨特位準的干擾， 取決於基地台站的接收功率位準。 夂 CDMA系統使用功率控制來使相互干擾最小化

F 4又 〇 /p JUA 功率控制在避免過量的崩L身+哭f # 尤、里自0嗌射為k5虎功率上具關鍵的重 射的：體位準的促成有責任。特定無線裝置所 , 之通化的基地站間距離以及用以盥相同 地站對談的其他用戶無線裝置數目的函數。 ，在典型的手持無線單元，功率放大器("ΡΑ")為偏 類別以降低在低發射功率期： 、/ 7刀手岣耗，但電源仍持i -7- 1289975

(2) 的消耗。避免持續性電池洩漏的一個配置是採用功率放大 杰的切換旁接，並接著移除D C電源或使旁接放大器沒有電 源。這個配置在圖5中說明。單一 PA電路100包含一 pA 1〇2 及一循環器104。典型的絕緣器/循環器係用來隔離pA與後 續級中的負載阻抗效應。RF-信號加入到第一開關ι〇6的一 極點。當PA 1〇2加上電源，第一開關1〇6連接RF_輸入，經 由路# 1 0 8，通過帶通濾波器11 〇到p a 1 〇2的輸入。第二開 關Π4將循環器104經過終端電阻116連接到地電位。一偏壓 極控制電路1 1 8工作來加上偏壓給pa 1 〇2並控制第一與第 二開關106、114的動作。此RF_信號被放大並輸出至循環器 1〇4 ’並接著傳送到pA電路1〇〇的RF-輸出埠。 田PA 102失去電源，其輸入及輸出看起來像是反射阻抗 。因此RF-信號必須遞送繞過pA 1〇2。要做到旁接，第一開 關We連接RF-輸入到旁接路徑112而第二開關ιΐ4遞送信號 至循環器1 04。此RF-信號從第二開關i 14進入循環器1〇4並 ，达至PA 102的輸出。此PA 1〇2，看起來像是反射阻抗， 將RF-信號反射回循環器1Q4，其遞送信號至灯·輸出谭。然 而’這個技術有其缺點。當開關用在RF_輸出路徑中，切換 的損失須由PA客服。在㈣出路徑中使用循環器1〇4排除 頟外的損失。然、而，在此電路中使用循環器需要另一個與 二分開的元件，其耗用電路板的空間及成本。這個合造成 方接好處的抵；肖。再者，制„及 率來操作並須更多的製造成本。 一要較多的功 一類比信號從驅動 圖6。兒明先刖技藝的單一 ρ Α電路1 3 〇 (3) 1289975 滎哦說稱績質 放大為132送入經由帶通濾波器134到第一開關1〇6。第一開 關1 06父替的遞送在旁通路徑i丨2及放大器路徑丨3 6之間的 L號在放大益路徑136中，pa 1〇2放大此信號。循環器ι〇4 連接在PA 1〇2輸出&RF-輸出埠之間。第二開關ιΐ4將循環 -連接到旁通路徑i丨2或經由終結電阻3 4到地電位。控制電 路控制第一開關106及第二開關114。當旁通pA 1〇2時，第 開關106及第二開關34遞送信號通過旁通路徑1 12。信號 接著進入循裱器104並遞送至沒有加上電源]?八1〇2的輸出 。化號反射出PA 102並回到循環器1〇4，並遞送到1117-輸出 埠。當這個方法提供旁通的好處的同日寺，其呈現出與上面 就圖5所討論的相同缺點，其中循環器造成電路的負荷因為 需要與PA封裝分開的外部元件。圖5的組態也需更多成本 來建造當使用分開的開關及循環元件。當開關以及其他元 件是在PA封裝外部時，則有額外成本存在。需要在pA” 外部的開關也會增加電路的複雜度，因為pA封裝的買主： 須個別的實做旁通開關。 在圖5及圖6之間的’圖5的電路是較好的，因為帶通濾 益的位置可以讓較多的功率到輸出埠並讓電路迴避與帶 處波器有關的損耗。當處於旁通模式中，來自驅動放大 的更多有效功率(未顯示在圖5”加入到旁通路徑令而 會遭遇帶通濾波器的損耗。帶通濾波器的需求可在旁通彳 ϋ又得舒缓，因為在此模式中需要較少的功率以及因『 上轉換(未顯示)造成的頻帶外假性發射，其一 波器篩濾掉，不會大到足以有損害。 '、 T、4 1289975 循％為方法的優點PA旁通電路包含（1)藉由在不需要高 f率位準時將PA關閉電源以節省電流，⑺不需要直接在大 L 路I上的開關’（3)避免損耗’⑷降低尺寸及成本藉由 移除開關以及（5)有步進式增益其降低在？八之前的可變增 盈放大器的動態範圍需求。 曰 然而如1! 5及6中顯示的循環㈣態的功率放大器有幾個 缺點。循％器需要在行動$占電路中較大的空間因為它並未 ，在PA封裝中。循環器方法引人在許多pA工作條件上不希 望有的變動性。最後，循環器方法的製造成本較高，因為 需要外部的元件。 … 藉由將循環A替換為混合電路有某些優點，其分割灯_ 信號為相同相位及不同相位的信號，其在平衡式放大器電 路中獨立的放大。使用循環器及絕緣器的許多好處仍可用 平衡式放大益達成。平衡式放大器提供較高程度的穩定性 ’在寬頻應用上很有用’並提供負載不匹配的保護。平衡 式放大器還可確保放大器將會是線性的即使負載不匹配。 循環器的另一項也可由平衡式放大器達成的功能是提供其 後之雙工器的良好50.終結。雙工器為設計有特定終結的 被動式渡波器。放大器匹配但未配對以有最大線性功率而 且在仔細觀察功率放大器輸出時，並不是5〇 .。因此不能 直接連接放大器與設計工作在5Gm慮“。上面^ 揭示可由循環器達成的每個功能及優點也可由利用平衡式 放大器達成。 ' 平衡式放大器中，如果-個放大器故障，平衡式放大器 (5) 1289975

早兀仍可運作_但有· 6 dB的增益減少。再者，平衡式放大器 可輕易與其他單元串接，因為每個單本質上是獨立的。 如上/面討論的循環器型態的先前技藝單一功率放大器以 及平衡式功率放大器在美國專利編號第6，Q6G，949中說明， :亥么明在此為整體性併入。然:而，平衡式放大器在無線電 話應用上仍表現出某些缺點，如下面所討論的。 先刚技藝之利用混合電路的平衡式？八電路的範例在圖7 :說明。平衡式PA電路150包含產生類比信號的驅動放大 扣b 2此一比彳5號由在放大器路徑1 3 6與旁通路徑1 12間的 第一開關106切換。在放大器路徑136中，信號被帶通濾波 134，被第一混合電路152分割為同相位信號及相差九十度 的正交信號。同相位信號及此正交信號每一個被獨立的由/ 第一放大器154及第二放大器156分別放大，其包含平衡式 放大器級。同相位信號接著相移90。並與第二混合電路158 中的不同相位信號加總。產生的信號由濾波器（未顯示）濾 波並送往RF-輸出埠。 第一混合電路1 5 2的絕緣埠由終結電阻3 5接地。旁通路徑 1 12提供從第一開關106到第二混合電路158絕緣埠的路徑 。信號被混和電路158分割為同相位及正交信號。同相位信 號傳送到第一 P A 15 6的輸出，其沒有加上電源並因此看來 像是信號的反射負載。正交信號傳送到第二P A 15 4的輸出 ，沒有加上電源並因此看來像是信號的反射負載。每個反 射信號進入第二混合電路158，其中同相位信號相移9〇-度 並與不同相位信號加總。加總的信號輸出到RF-輸出j：奉。 1289975 1··Μ 當旁通此功率放大器時’第二開關114連接第二混合電路 1 5 8的絕緣埠到旁τ 一 方通路亿112,而此第一開關106遞送輸入的 RF-信號到旁通路徑^？ ^ . μ 一 π 2因此，在旁通時，RF-信號輸入到 第’匕° %路158，分割成為同相位及正交信f虎，從功率放 〇σ .丨5 6反射出來，再次由第二混合電路1 5 8加總，並 傳送出RF-輸出埠。 當需要功率放大器時，第一開關1〇6遞送此RF-輸入信號

到放大器路徑136，其中信號被第-混合電路134分割，由 力率放大。σ 154、156放大，並由第二混合電路158加總而遞 送至RF-輸出埠。第二開關114連接第二混合電路158的絕緣 車、二由、、、、σ電阻0 4到地電位，其遞送任何的反射信號到地 電位。

然而，圖7中說明的ΡΑ電路也出現有缺點。此設計並未完 全的整合到ΡΑ封裝，因為開關利用的方式。再者，第一開 關106&成RF-仏5虎分割成為放大器路徑或旁通路徑。因此 ，有兩個RF-輸入進到PA封裝。這些缺點需要在pA電路外 的額外切換元件以便達到旁通的好處。利用平衡式放大器 组態佔用較多空間’相較於單一放大器。目此，先前技藝 未解決的有效旁通A緊密封裝在c D M A無線電話應用中使 用平衡式放大器特別重要。 在大k 5虎路徑中直接採用開關在先前技藝中教導。例如 。’ =〇Z〇Vlch及其他者（，，Broz〇vlch及其他者,，）的美國專利編 唬第5,661，434號所揭示多個功率位準放大器電路。 Brozovlch及其他者的發明在此一併作為參考。Br〇z〇vich -12 - 1289975 ⑺ 發辑P；嚷鎗貰 及其他者發明兩級功率放大器電路34、36。第一級包含功 率放大态26，其輸入及輸出阻抗匹配於網路巧、3〇。阻抗 匹配的網路30匹配功率放大器26的輪出阻抗與系統的特性 阻抗，其由36,上的負載阻抗所定義。因此，當第二級放大 器28被旁通，功率放大器26的輸出是匹配的。

Br〇Z〇V1eh及其他者的低功率模式中，第二級中信號切換 網路係操作來旁通並移除功率放大器28的電源。切換網路 由信號切換控制35所控制，並包含輸入絕緣開關swi，輸 出絕緣開關SW2,以及旁通開關則。輸入絕緣開關㈤ 串聯連接到功率放大器28的輸出，輸出絕緣開關則串連 連接到功率放大器28的輸出’而旁通開關請3則是並連連 接到輸入絕緣開關’輸出絕緣開關及功率放大器Μ。在與 功率放大器28匹配之網路輸出上的額外開關撕出現上面 所討論的問題。也就是，信號在放大器級端點上會有因為 SW2造成的插入損耗。再者，開關_成本高，體積大且 做為與放大器28同軸的主動裝置’必須如放大器28的線性 讀有充分操作。再者，有串聯的主動開關使得開關與放 大為要整合在相同封裝内很困難。 發明概要 本技藝中所需要的是緊密的平衡式pA電路，並提供 驅動放大器或平衡式放大器級的好處以節省電源。 為達成本發明之目的，提供的平衡式放大器電路不 如―其他者中的絕緣開關或先前技藝中的循環 器以便簡化PA電路的設計，空間及成本。本發明減少义 -13 - 1289975 路所需的成本及空間，藉由 可以直接整合到ΡΑ封裝中。太旅㈣ 用連、“其 ^ ^ # ^月提供的ΡΑ電路有旁通的 好處且其可以整合至一個 另方l 盘放大哭工料* 這樣的設計提供實質上 ，、茂大為工作條件的許多 不匹配及溫度，並同"以 同的好處’例如負載 由接徂，同μ去對絕緣器或循環器的需求。藉 利用”亓杜八、路70件’此封裝買主不需要 才J用令政兀件为別實做切換來

L ^ 木做到方通。再者，大信號路 =^開_免了開關端點上的損耗以及開關的所需 成本及大小來避免或減少損耗及因此增加的功率消耗。本 發明之一觀點採用旁通的方法，其避免高功率路徑中對開 關的需要。 這些及其他的優點可由在此揭示的本發明做到。根據本 發明的第一具體實例，在PA電路中，帶通遽波⑽單一RF_ $入信號提供至普通的平衡式放大器。放大的信號輸入至 弟-連結器。帛一連結器分割信號並傳送同相位信號及不 同相位信μ分別到第一 PA及第二PA。第一與第二功率放大 器組成電路的平衡級。第一放大信號及第二放大信號分別 勺產生平衡式放大态級傳送此地一與第二放大信號到第 一連結器。第一連結器的絕緣埠經由第一開關連接到終結 ^阻 ^似的’第二連結器的絕緣埠經由第二開關連接到 終結電阻。第一開關的一極與第二開關的一極連接到旁通 路控’其將第一與第二連結器的絕緣埠連接在一起。第二 連結器傳送同相位與不同相位放大信號的組合到RF-輸出 璋。 -14- (9) 1289975 發躲說W繚質 ，錢^之—模式中，PA的動作如同普通的平衡式放大器 人由弟-與第二開關分別終結的分別第—與第二連結器 ^緣埠，到終結電阻。在操作的第二模式，平衡式級被 電源亚因而在放大器的輸入與輸出都呈現出高反射阻 二在操作的第二模式中’連結器的第-與第二絕緣埠經 由弟一與第二開關及旁通路徑連接在一起。 在刼作的第二模式中’第一連結器分割輸入rf_信號成為 在平衡級間的同相位信號及不同相位信號。此第一與第二 PA’其沒有電源並看來像是反射阻抗，反射此分割信號。 反，信號在第-連結器的絕緣璋組合。信號通過旁通路徑 到弟^連結器的絕緣埠，其分割信號為同相位信號及不同 相位Μ。同相位信號及不同相位信號反射出平衡級的功 f放大器輸出。第二連結器組合此反射信號並遞送此組合 1到RF-輸出埠。在較佳具體實例，此第一開關整合進 封裝中。但兩個開關也都可以整合。這個具體實例提供的 好處為在連結器中使用被動元件以及使用其絕緣埠來旁通 ，其係在單一整合PA封裝做到而不須引入主動元件。 =據本务明第二具體實例，第一具體實例的第二連結器 的弟一、％緣埠直接連接到終結電阻不經開關。第三開關切 細-輸入在PA路徑與旁通路徑，其旁通驅動級丨並連接到 弟-開關來插入以-信號到第一連結器。在第一模式中，此 盥/動作就像普通的平衡式放大器，有著高功率輸入容量 2。在第二模式中，驅動級被關閉電源而RF-信號經由 弟一絕緣埠輸入到第一連結器。在這個具體實财，驅動 -15- 1289975 、） 隱，績賀 、、及破旁通而連結器’驅動級與第一開關全部整合進pA封裝 。在這個具體實例的較佳實做中，帶通濾波器未整合在pA 封楚中但可以想到其是可以整合在封裝中的。

”根據本發日月帛二具體實例，單—rf_信號輸入到驅動放大 时、及，而此放大的信號輸入到第一連結器。第一連結器的 、、巴緣埠接地。第-連結器遞送同相位及不同相位的信號到 平，放大器級的第-與第二功率放大器。放大的信號輸入 到第二連結器。第二連結器的絕緣璋經由第二開關連接到 5〇 Ω終結或是信號處理器的輸出。信號處理器傳送可抵消 由功率放大器造成之失真的信號。此信號處理器產生失真 補犒信號，藉由連結輸入與輸出信號到信號處理系統，其 可以疋數位的或類比的或是兩者的混合。這使得rf_輸出信 號的失真最小化。因為注入信號係從輸出信號得到，並反 射出平衡是放大器的放大器級，失真補償信號改變那些裝 置見到的驅動阻抗。

在本發明的另一個觀點中，上面討論的每個案例中連結 器的絕緣埠被終結，連結器可由分割功率為相等大小並引 入正交90-度相位移的任何網路取代。取代的網路可以是主 動或被動的，並包含集總及/或離散的被動元件。本發明的 優點一般包含使用被動式連結器的絕緣埠來允許平衡式放 大器組態中的旁通以及允許單一 PA封裝包含必要的整合 元件來達成旁通，減少在封裝外部離散開關或其他主動元 件的需要。還可以想到用對本技藝具一般技巧的人知道的 連結器或是其他等效網路，其W入18〇-度相位移。 -16 - 1289975 (η) 發骑說明纔賞 圖示簡述 本發明的特色及優點將由下面併同圖示描述的祥一 變得更為明顯，其中類似的參考字 y兄明 應且其中： i s兄明書中均對 圖1為根據本發明第—具體實例之平衡式以 平面圖； 電路的 -圖2為根據本發明第二具體實例之高功率，低功率㈣ 衡式PA旁通電路的平面圖； 曰现 面=為根據本發明第三具體實例之失真補償Μ電路的 '圖4:為根據本發明另一觀點之pA電路的平面圖 連結态由集總網路取代； 圖4b為圖4a用的分支線連結器； 器=為PA電路的平面圖，其中心中的集總網路由連 ==技藝使用循環器之單一 pA旁通電路的平面圖 "則技藝使用循環器集驅動放大器之PA旁通*· 的平面圖；以及 I 圖7為先前技藝有平衡式放大器的pA旁通電路的平面圖 詳細說明 处圖1 3及4a更坪盡的說明圖5及6中說明功率放大器的 ，構广本么明的第一具體實例在圖〗中說明並相關於整合旁 通路徑進P A封裝。整人的 口的好處在可以讓放大器封裝的買主 有兩端子的放大器。 平 平 的 結 路 -17- 1289975 (12) 發萌說辑繽質 在PA電路ίο中，單一RF_輸入信號被帶通濾波的2〇並提供 、· 至驅動放大器級22。放大器22組成圖5及6中顯示的放大器 、· 1 02的驅動級。放大的信號輸入至第一連結器26，其分割' 信號為同相位信號及90_度不同相位的正交信號。從第一連 結為2 6輸出的同相位及正交信號分別輸入到第一 p a 3 8及 第二PA 40。此第一與第二功率放大器3 8、4〇组成此電路的 平衡式放大器級並分別產生第一放大的信號及第二放大的 信號。第一及第二放大的信號每一個輸入到第二連結器42 。第一連結器26的絕緣埠經由第一開關28通過第一終結電 阻32連接到地電位。類似的，第二連結器42的絕緣埠經由 第二開關30通過第二終結電阻34連接到地電位。終結電阻 34及開關30需要可抵抗因可能的負載不匹配造成的高功率 。例如，表面貼附元件可能短路接地，個人可以將手放在 行動站的天線上或是進入電梯當中。從天線返回的功率經 由連結器42的輸出埠投射在這些元件±。開關％及電阻34 必須能處理的功率量取決於系統設計中所預期的最大 馨 VSWR，最大到pA容量可以產生的功率。 在本具體實例中，開關30及終結電阻34不整合在pA封裝 中，但卻涵括在本發明的概念中，這些元件可以是整合的 。開關28及電阻32整合在PA封裝中。在較佳具體實例；， 旁通路徑36會是封裝的輸出接腳而開關3〇的一極會是封裝 ， 的輸入接腳。 Μ 第二連結器42組合同相位及正交信號並輪出此組合信㉟ · 狼輸出埠。本發明中使用連結器是有益的，因為不需要 ‘ -18 - 1289975

發畴說辑鐮質 «鹽’其提供在放大器操作條件上的較少變異性。循環 范需要鐵鹽酸’其在操作條件期間的效能變化很大，以及 才定不同/皿度τ其本貝上為窄頻帶並不表示循環器或 絕緣器很貴或相當大尺寸。 根據本發明有連結器之平衡式放大器可以讓旁通節省電 m由在不需要高功率時關閉旁通PA，除去在大信號路

徑中之開關的需求’降低因為主動元件造成的損耗，減少 整體電路的尺寸並可允許步進增益的使m，在此揭 不：發明提供如先前技藝循環器方法的相同好處但有許多 先前，有的新優點。有被動式連結器的平衡式放大器以及 連結益絕緣埠的使用提供使用循環器或絕緣器的所有好處 其除去其某些缺點。

偏壓及控制電路24為驅動級22及功率放大器38及4〇加上 :壓，亚以對本技藝具一般性技巧的人所知道的方式控制 第一，關28及第二開關3G。平衡式放大器組態之内與之外 放大。°的數目與本發明無關。例如，驅動級22可以一級或 V、及以及可以有兩級放大器3 8。申請人想像其他等效結 構式被涵括的而此想像在此考量下是其發明的部分。 在一操作模式中，PA電路1〇的操作如同普通的平衡式放 大，，其第一連結器26以及第二連結器42的絕緣埠分別經 由第一開關28及第二開關3〇終結至地電位。在第二操作模 j中，平衡級38、40移除電源並因而在輸出及輸入都呈現 冋反射阻k。在第二操作模式中，第一開關28及第二開關 30經由通道36連結第一連結器％的絕緣琿以及第二連結器 -19 - 1289975 (14) 發瞵說稱績質 42的絕緣埠。第二操作模式的動作現在加以說明。 在第二操作模式中’投射在第一連結器26的RF-信號分割 成為同相位及90-度不同相位正交信號。從第一連結器26輸 出的正交信號從被移除電源的第一 PA 38的高阻抗處反射 回。從第一連結器26輸出的同相位信號從被移除電源的第 一 P A 40的南阻抗處反射回。反射信號在第一連結器％中組 合。組合的信號透過通道3 6傳遞至第二連結器42的絕緣埠 。組合的信號分割成為同相位信號及9〇到不同相位正交信 號’其分別輸出到第二PA 40及第一 PA 38。 同相位仏號從第一 p A 40的高阻抗處反射出來而正交信 號從第一 PA 38的高阻抗處反射出來。同相位及正交信號在 第二連接器42處組合並輸出到尺^輸出埠。以此方式，第一 PA 38及第二PA 4〇可以在不需要高功率位準時移去電源並 旁通。本具體實例的另一優點是開關28、3〇可以整合在pA 封裝中。帶通濾波器20是相當大的結構且目前未整合在功 率放大器封裝中。$而，可以想像的帶通濾波器可以整合 在此封裝中進一步節省成本與空間。 —本發明的第二具體實例在圖2中說明，其中為一致性類似 第/、肢η例的電路元件被指定相同的參考號碼。第二具 體實:相關於旁通ΡΑ或ΡΑ的驅動級，但不旁通輸出級。^ 個組態提供能力驅動最大輸出功率或極大的輸出功率。圖2 的組態也會改變放大器的增益，其對系統有的好處是降低 傳运鏈中可變增益放大器所需的動態範圍。當户八元件的整 合增加，所有的電路將會在矽晶片上，而使絕緣的心 • 20 - (15) 1289975

增加。再者，因為絕緣的關係 ’、很難達成碎日日片的大動態範 圍。增ϋ步階減緩動離蘇图十本、 轫L靶圍的需求。傳送路徑上增益的改 變對降低放大器的限制有好處。 本發明的第二具體實你丨捭I古丄古 瓶Κ例知供咼功率容量，藉由移去電源 及旁通起始放大器級22。ΡΑ雷敗u a人认 00 θ Α包路5 0包含輸入開關丨8，其將 RF-輸入信號在放大器路柄盘a 為路徑中’ RF-#唬帶通遽波2〇並輸入到放大器22。來自放 大器22的放大信號輸人到第_連結器％，其中信號分割成 為同相位及90度不同相位正交信號。第—連結器％的絕緣 OCT格仫興方通路徑52之間切換。在放大

埠經由第一開關28交替的連接旁通路徑52或是經第一電阻 32到地電位。從第一連結器26輸出的正交信號由第一 pA u 放大。同相位信號由第二PA 40放大。

來自第一與第二功率放大器38、4〇的放大信號在第二連 結器42處組合並輸出至尺^輸出埠。第二連結器“的絕緣埠 通過終結電阻54接地。開關18，終結電阻32及開關28可以 整合或可以不整合至PA封裝中。偏壓及控制電路24將驅動 級22及功率放大器38及40偏壓，並控制第一開關28及第三 開關1 8，以對本技藝具普通技巧的人所知道的方式。 在本發明第二具體實例的第一操作模式，輸入開關丨8連 接R F -輸入彳§號到放大器路徑’以及第一開關2 §連結第一連 結器26的絕緣埠經由第一電阻32到地電位。在此第一操作 模式中’ RF -輸入信號由PA電路50放大，如上說明對放大

路徑中之信號做的。在本發明第二具體實例的第二操作模 式中，輸入開關18連接RF-輸入信號到旁通路徑52 ,而第一 -21 - (16) 1289975 開關28連接第一連結器26的絕緣埠到旁通路徑52。驅動放 大器級22移除電源以便節省電路中的電源。 在第二操作模式中，RF-輸入信號旁通帶通濾波器2〇與驅 動級22,其被移除電源。RF_輸入信號輸入到第一連結器％ 的、纟巴緣埠亚分割成為同相位信號及90度不同相位正交信號 。。第：連結器26輸出同相位信號以及正交信號。同相位信 5虎由第PA 3 8放大而正交信號由PA 4〇放大。放大的同相 位及正父信號由晶粒第二連結器4〇組合並輸出至rf_輸出 車本七明的第二具體實例提供高輸出功率容量但較低增 這個、、且I、的較低增盈結果可能是發射器所想要的效應。 ❿ 本毛明的第二具體實例在圖3中說明。在這個具體實例中 ，失真補償在PA電路7〇提供。RF信號輸入至驅動級22。驅 •、〈°號加至第—連結器26 分割成為同相位及90度不 二才位：號這些仏號分別輸入至平衡式放大器的第一功 率放大為38及第二功率放大器40。第一連結器26的絕緣埠 連f至終結電阻72。第—與第二放大㈣、_輸出輸入 …連⑽42，其結合兩個放大的信號並傳送此組合信 〜J RF輸出i隼。第二連、结器42的絕緣琿連接到開關3 〇。開 "又曰地連接第二連結器42的絕緣埠到終結電阻3 4或信 唬處理态74的輸出以及緩衝放大器％。 田開關〇〇連接信號處理器74到第二連結器42的絕緣淳時 :從信_器74注入的信號反射出第一餘第二放大器Μ 、4〇，在第二連結器42中結合並接著傳送至輸出埠。指向 性連結器79及指向性連結器77分別取樣輸入叮信號及輸 -22 - 1289975

mmmm 出RF信號，並傳送個別信號到信號處理器74。信號處理器 74比較輸出與輸入並產生誤差校正信號，其注入第二連結 器42的絕緣埠。此誤差校正信號加入要傳送到RF輸出埠的 放大信號。因此，本發明的第三具體實例使用第二連結器 42的絕緣埠來提供誤差校正給RF信號。偏壓及控制電路μ 將驅動級22與功率放大器38及4〇加上偏壓，並以對本技藝 具普通技巧的人所知道的方式控制開關3 〇。

這個結構存在有某些困難。當開關30切換到緩衝放大器 %，任何由負載反射的功率可以插入到連結器“並頭設置 綾衝放大器76上。然而，如果誤差信號有小的振幅，緩衝 放大器76不需要非常大。絕緣器或天線(未顯示)可以放在 緩衝放大器76與開關30之間以冑絕緣緩衝放大器π被反 射功率所損壞。

在本發明第三具體實例的第一操作模式中，第二開關 連接第二連結器42的絕緣埠42到終結電阻34而1)八電路 的動作為-般的平衡式放大器。在第二操作模式中，第 開關30連接第：連結器42的絕料42到信號處理器⑽ 出。信號處理器74輸出可以在注入到第二連結器42之前 pA 76放大。RF輸人信號透過指向性連結器經路徑 結到信號處理器74。㈣.輸出信號也經由指向性連結器 透過路徑78連結到信號處理電路74。信號處理電路π產 類比或數位失真補償信號，其使RF_輸出中的失直最小化 根據對本技藝具普通技巧的人所知道的前向回授放大哭 則。 -23 - 1289975 (18 ) 擊務 ---^ 失真補償信號，注入到第二連結器42的絕緣琿42 ,分割 · 成為同相位及90度不同相位正交信號。同相位信號反射出 、 第二ΡΑ 40而正交信號反射出第一ΡΑ 38。因為失真補償信 、· 號反射出平衡放大器級38、4〇並從輸出信號得到，其有效 的改變由平衡式放大器38、40放大器級見到的阻抗。取決 於調變型態，其在本發明的預期中的此組態可以用來改變 負載使得放大器更有效率及線性。 一旦整合到單一 ρΑ封裝，本發明的較佳實做沒有整合處 鲁 理方塊74。可以想到的本發明的處理方塊可以整合至相同 ΡΑ封裝以便節省成本及空間。緩衝放大器％可以整合至 封I或不整合。路徑78及8〇可以整合至？八封裝還有被動元 件，例如指向性連結器77及79。如對本技藝具普通技巧的 人所理解的，基板技術提供方式整合被動的多層結構來實 做連結’例如圖3的連結器2 6及4 2。 本發明的另一觀點中，上面的每個案例中連結器的絕緣 埠終結至地電位，連結器可以任何分割功率成為相等振巾畐 # 並引入川度相位移的網路取代。這樣的等效或取代網路可 :是主動或被動式的’並包含集總及/或離散的被動元件。 這樣的取代在圖4 a中說明。 圖4咸明上面圖2顯示的具體實例的變化。上面討論的不 同電路元件說明在此不重複。圖4a說明四埠混合連結器不 ‘ 必然需要的’任何可提供功率分割成為相等振幅相位移9〇 : 度的網路將可等效的運作。在圖4神，第一連結器26(圖2 中顯示的)以集總的功率分相器/相位移器及結合器92、94 -24 - (19) 1289975 發唠說辨，績麗 、96加以取代，其分割功率成為相等振幅並引入相位移， · 例如90度。取代的網路92可以是主動的或被動的。這個元 . 牛G s由串聯電感94及旁接電容96到地電位組成的相位移 、 罔路其他的離散或集總或其組合的電路是等效結構，其 完成相同目的。例如，離散結構，例如Wilkenson分壓器， 不停競爭連結器，分支線連結器，簡單集總網路，或是Lange 及DeRonde連結器可以等效的使用。 主動包路也可以完成相同目的。共射極級其在共射極的 . 基極有—輸人，且射極成對連結在-起。每-射極的偏廢 將被調整使得振幅分割在正中間。利用這些系統可以獲得 180-度分割而不是9〇_度。π_網路及卜網路也可以使用，其 引入正45-度分割及負45-度分割（整體有9〇_度相位移卜這 些電路不在此說明但每個均是對本技藝具普通技巧的人所 普遍知道。 在較佳具體實例中，使用的是分支線連結器，如圖4b中 所示在刀支線連結态的微細長條實做，埠1 _4的阻抗為5 〇 · φ 。平行臂150及152每一個的阻抗為5〇 ·。臂15〇及152的長 度每一個是四分之一波長。臂154及156每一個的阻抗為” 而長度為四分之一波長。分支線連結器的這些數量及長 度只是以範例的方式指定，並非限制的方式。可以採用其 他長度及阻抗並且是在本發明的精神中。 · 回到圖4a顯示的具體實例，旁通路徑98連接輸入開關以 · 的-極與開關30的一極。開關3〇交替的連接第二連結器u _ 的絕緣埠4 2與或透過旁通路徑9 8的終結電阻3 4到地電位。 -25 - (20) 1289975

因此，當輸入開關18連接信號到旁通路徑％，而開關3〇連 接旁通路徑98到第二指向性連結器42，起始的放大器級22 與集總、網路92、94、96被旁通並通過第二指肖性連結器42 並反射出功率放大器38、40到RF-輸出如上面解釋的。在每 案例中連結為的絕緣埠沒有用或終結，集總分相器/相位 移器與結合器92、94、96可以替換為等效的結構。

除了以圖4a中的集總元件92、94、96取代圖2的第一連結 器26之外，圖4a的旁通電路配置如上面解釋的加以修改。 因為圖4a的集總兀件92、94 ' 96可以與圖2的第一連結器26 互相父換，可以理解的是在圖4a的旁通電路組態中，集總 元件92、94、96可以以圖2的第一連結器26取代之而旁通電 路90將如上面討論的操作來旁通功率放大器22及第一連結 器26。這項變化在圖4c中說明，其中第一連結器％及第二 連結态42之與功率放大器3 8、4〇的操作如圖丄及2說明的與 圖4 a 5兄明的旁通網路。

在此揭示的改良PA電路特定有應用於Cdma無線電話。 一個應用在蜂巢頻帶而另一個則在pcs頻帶。取決於想要 的程度及要應用於蜂巢或pcs頻道，可以做出不同的修改 來使P A電路符合特定的應用。然而，其他應用及本發明使 用緊密尺寸與電源節省能力也是本發明人的企圖。 本發明的不同具體實例的先前說明係提供來讓對本技藝 异，般技巧的人知道如何做出或使用本發明。那些具體實 例的不同修改對熟習本技藝的人是相當明顯的，而在此定 義的一般原則可以應用在其他具體實例而不需用到發明性 -26 - (21)1289975 發明說明繽賀 的才能。例如’本發明的發明人希望的可以用i8〇_度的分 相器及結合器而不是上面掘+ & 丁 ^ 个疋上囟揭不的正乂功率分相器與結合器 口此本七明不疋要限制於在此顯示的具體實例，而是 給予與在此揭示的原則及創新特色相符的最廣範疇。 圖式代表符號說明 功率放大器電路 帶通濾、波 驅動放大器級 偏壓及控制電路 第一連結器 10, 50, 70, 90, 100,130, 15〇 20，110，134 22，132 24, 118 26 28，106 第一開關 30，114 第二開關 32 第一終結電阻 34 第二終結電阻 36, 52, 98, 1 12 旁通路徑 38, 40, 102, 154， 156 功率放大器 42 第二連結器 18 輸入開關 54, 72, 116 終結電阻 74 信號處理器 76 緩衝放大器 77, 79 指向性連結器 78, 80, 108 路徑 92 分相器 94 相位移器 -27- (22) 1289975 96 結合器 150， 152， 154， 156 臂 104 循環器 136 放大器路徑 152 第一混合電路 158 第二混合電路

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Claims (1)

1. 外年4月彳日修(更)ϋ Β! I28997fil32253號專利申請案 中文申請專利範圍替換本(96年4月） 拾、申請專利範圍 1. 一種功率放大器電路，其包含： 一第一電路元件，其接收輸入信號，該第一電路元件 產生同相位信號及不同相位信號； 一第一功率放大器，其接收並放大該同相位信號； 一第二功率放大器，其接收並放大該不同相位信號； 一第一開關，其交替的連接該第一電路元件的絕緣埠 在地電位及旁通路徑之間； 一第二電路元件，其接收並組合該放大的同相位信號 及該放大的不同相位信號；以及 一第二開關，其交替的連接該第二電路元件的絕緣埠 在地電位或該旁通路徑之間。 2. 如申請專利範圍第1項之功率放大器電路，其中該第一 放大器與該第二放大器被移除電源，該第一與第二開關 經該旁通路徑連接該第一與第二電路元件的絕緣埠以 便旁通該第一與該第二放大器。 3. 如申請專利範圍第1項之功率放大器電路，其還包含： 一帶通濾波器，其接收一信號並輸出一帶通信號；以 及 一驅動級，其接收該帶通信號並產生要傳送到該第一 電路元件的該輸入信號。 4.如申請專利範圍第3項之功率放大器電路，其中一偏壓及 控制電路對該驅動級，該第一功率放大器，以及該第二 O:\81\81500-960404.doc 1289975 功率放大器加以偏壓，該偏壓及控制電路還控制該第一 與第二開關。 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 如申請專利範圍第1項之功率放大器電路，其中該第一 電路元件為一連結器而該第二電路元件為一連結器。 如申請專利範圍第1項之功率放大器電路，其中該第一 電路元件，該第一功率放大器，該第二功率放大器，該 第二電路元件及該第一開關被整合在單一功率放大器 封裝中。 如申請專利範圍第1項之功率放大器電路，還包含連接 到該第一開關一極的第一終結電阻，以及連接到該第二 開關一極的第二終結電阻。 如申請專利範圍第7項之功率放大器電路，其中該第一 電路元件，該第一功率放大器，及該第二功率放大器， 該第二電路元件，該第一開關及該第一終結電阻被整合 在單一功率放大器封裝中。 如申吻專利範圍第3項之功率放大器電路，其中該第一 電路元件，該第一功率放大器，及該第二功率放大器， 该第一開關及該第一終結電阻被整合在單一封裝中。 如申請專利範圍第丨項之功率放大器電路，其中<該第一 電路70件為分支線連結器，且該第二電路元件為分支線 連結器。 如申凊專利範圍第8項之功率放大器電路，其中該苐二 開關及該第二終結電阻也整合在該單一封裝;。 如申睛專利範圍第9項之功率放大器電路，其中該第二 O:\81\81500-960404.doc -2 -

   13. 14. 15. 16. 17. 開關及該第二終結電阻也整合在該單一封裝中。 如申睛專利範圍第1項之功率放大器電路，其中該第一 與该第二功率放大器組成平衡式放大器配置。 一種功率放大器電路，其包含： 一第一開關’其交替的切換輸入信號在旁通路徑與放 大器路徑之間； 一驅動級，位在該放大器路徑中且接收該輸入信號並 產生放大的信號； 一第一電路元件，其接收該放大信號並產生一同相位 信號及一不同相位信號； 一第一功率放大器，其接收並放大該同相位信號； 一第二功率放大器，其接收並放大該不同相位信號； 一第二開關，其交替的連接該第一電路元件的絕緣埠 到地電位或是該旁通路徑；以及 一第二電路元件，其接收該放大的同相位信號及該放 大的不同相位信號並結合該同相位及不同相位信號成 為輸出信號，其中該第二電路元件的絕緣埠接地。 如申請專利範圍第14項之功率放大器電路，其中該第一 與該第二功率放大器係為平衡式放大器的配置。 如申請專利範圍第14項之功率放大器電路，其中該驅動 級被移除電源，該第一開關及該第二開關連接該輸入信 號至該旁通路徑以便旁通該驅動級並注入該輸入信號 到該第一電路元件。 如申請專利範圍第14項之功率放大器電路，其還包含位 O:\81\81500-960404.doc -3- 1289975 在《亥第一開關與该驅動放大裔之間的帶通滤、波器，全亥帶 通濾波器帶通該輸入信號。 18. 19. 20. 21. 22. 23. 如申請專利範圍第14項之功率放大器電路，其中一偏塵 及控制電路對該驅動級，該第一功率放大器及該第二功 率放大器加以偏壓，且該偏壓及控制電路控制開第一開 關與該第二開關。 如申請專利範圍第14項之功率放大器電路，其中該第一 電路元件為連結器而該第二電路元件為連結器，第一終 L電阻連接到該第二連結器的絕緣璋，而第二終結電阻 連接到該第二開關的一極。 如申請專利範圍第14項之功率放大器電路，其中該驅動 級’該第一電路元件，該第二電路元件，該第一放大器 ，及該第二放大器被整合在單一封裝中。 如申請專利範圍第20項之功率放大器電路，其中該第二 開關及該第二終結電阻也整合在該單一封裝中。 如申請專利範圍第19項之功率放大器電路，其中該第一 電路元件為一分支線連結器而該第二電路元件為一分 支線連結器。 一種功率放大器電路，其包含： 第電路元件’其接收輸入信號並產生同相位信號 及不同相位信號，該第一電路元件有一接地的絕緣埠； 一第一功率放大器，其接收並放大該同相位信號； 一第二功率放大器，其接收並放大該不同相位信號； 一第二電路元件，其接收並組合該放大的同相位信號 O:\81\81500-960404.doc -4 -

   1289975 及該放大的不同相位信號來產生輸出信號； 一開關’其交替的連接該第二電路元件的絕緣埠在地 電位或信號失真補償路徑； 一信號處理電路，其從該輸入信號接收第一連結的信 號以及從該輸出信號接收第二連結的信號並產生失真 補償信號’其中當該開關連接該第二電路元件的絕緣埠 與該失真補償路徑時，該失真補償信號則輸入到該第二 電路元件的該絕緣埠。 24. 如申請專利範圍第23項之功率放大器電路，其還包含提 · 供該輸入信號至該第一電路元件的驅動器級。 25. 如申請專利範圍第24項之功率放大器電路，其中一偏壓 及控制電路對該驅動級，該第一功率放大器，以及該第 二功率放大器加以偏壓，該偏壓及控制電路還控制該開 關。 26·如申請專利範圍第23項之功率放大器電路，其中該第_ 電路元件為一連結器而該第二電路元件為一連結器，而 第一終結電阻連接到該第一連結器的該絕緣埠。 27·如申請專利範圍第26項之功率放大器電路，其中一第二 終結電路連接到該開關的一極。 28.如申请專利範圍第23項之功率放大器電路，其中第二功 率放大器放大從該信號處理電路輸出的該失真補償信 號。 29·如申請專利範圍第23項之功率放大器電路，其中該第— 電路元件，該第一功率放大器，及該第二功率放大器， O:\81\81500-960404.doc -5- 1289975 該開關及該第二電路元件被整合在單一封裝令。 30.如申請專利範圍第25項之功率放大器電路，其中該第一 電路元件，該第一功率放大器，及該第二功率放大器， 該第二電路元件，該開關，該驅動級，與該偏壓及控制 電路被整合在單一封裝中。 31·如申請專利範圍第28項之功率放大器電路，其中該第 電路元件，δ亥第一功率放大器，及該第二功率放大器

   ，該第二電路元件，該開關及該第三功率放大器被整合 在單一封裝中。

   32·:種旁通第一與第二功率放大器之方法，在一功率放大 器電路中，其包含第-電路元件，用來接收輸人信號並 產生同相位信號及不同相位信號’第_功率放大器連接 到該第-電路元件之第一輸出，第二功率放大器連接到 該第-電路元件的第二輸出，一第一開關交替的連接該 第一電路元件的絕緣埠在地電位與旁通路徑之間，一 二電路元件，其第—埠連接到該第—功率放大器的輸出 而第二部連接到該第二功率放大器的輪出，一第二開關 交替的連接該第二電路元件的絕緣璋在地電位與該旁 通路控之間，此種旁通該第—與第二功率放大器的方法 在功率放大器旁通模式： 電路元件的該絕緣琿 利用該第一開關連接該第一 到該旁通路徑； 利用該第二開關連結該第 二電路元件的絕緣埠到 O:\81\81500-960404.doc •6- 1289975

   該旁通路徑； 利用該第一電路亓杜八μ ^ 牛刀副該輸入信號成為該同相 位信號及該不同相位信號； 反射該同相位信號出該第一功率放大器； 反射該不同相位信號出該第二功率放大器； 在該第-電路元件上結合該反射的同相位及該不 同相位信號； 從該第一電路元件的該絕緣埠傳送該結合信號經 該旁通路_㈣二電路元件的㈣料； 攀 在該第^電路元件中分割該Μ合信號成為第二同 相位信號及該第二部同相位信號； 在該第三f路元件中反射該帛三同相位信號出該 第二功率放大器； 反射該第二不同相位信號出該第一功率放大器；以 及 在該第二電路元件上結合該反射的第二同相位及 該反射的不同相位信號來產生結合的信號；以及 在一功率放大模式中： · 藉由該第一開關連接該第一電路元件到地電位； 藉由該第二開關連接該第二電路元件到地電位； 利用該第一電路元件分割該輸入信號成位該同相 位信號及該不同相位信號； 利用該第一功率放大器放大該同相位信號； 利用該第二功率放大器放大該不同相位信號；以及 O:\81\81500-960404.doc

   1289975 在該第二電路元件上結合該放大的同相位及該不 同相位信號來產生該結合的輸出信號。 33·如申請專利範圍第32項之方法，其還包含： 利用驅動級接收該輸入信號並放大該輸入信號； 利用偏壓及控制電路控制該第一開關及該第二開關 ;以及 利用該偏壓及控制電路對該驅動級，該第一放大器及 該第二放大器加以偏壓。 34· 一種旁通一驅動放大器之方法，在一功率放大器電路中 ® 其包含一驅動放大器，其接收一輸入信號並產生一放大 信號，一第一電路元件，其接該放大的輸入信號並產生 一同相位信號及一不同相位信號，一連接到該第一電路 凡件的第一輸出的第一功率放大器，漪漣接到該第一電 路元件的第二輸出的第二功率放大器，一第一開關交替 的遞送該輸入信號到該驅動放大器或旁通路徑，一第二 電路元件，其第一埠連接到該第一放大器輸出且其第二 埠連接到該第二功率放大器輸出，該第二電路元件，其 有接地的絕緣埠，一第二開關交替的連接該第一電路元 · 件的絕緣埠在地電位與該旁通路徑之間，此種旁通該驅 動放大器之方法包含： 在一驅動放大器旁通模式： 利用該第一開關遞送該輸入信號到到該旁通路徑； 經第二開關連接該第一電路元件的絕緣埠到該旁 通路徑； -8 - 0Λ81\81500-960404.doc 1289975 利用該第一電路元件分割該輸入信號成為該同相 位信號及該不同相位信號； 利用该第一功率放大器放大該同相位信號並傳送 該放大的同相位信號到該第二電路元件； 利用該第二功率放大器放大該不同相位信號並傳 送該放大的不同相位信號到該第二電路元件； 在该第二電路元件上結合該放大的同相位及該放 大的不同相位信號； 傳送該結合信號到尺^輸出埠；以及 在一功率放大模式中： 藉由该第一開關遞送該輸入信號到該驅動放大器； 藉由該第二開關連接該第一電路元件的該絕緣埠 到地電位； 利用該第一電路元件分割從該驅動放大器接收的 該輸入信號成為該同相位信號及該不同相位信號； 利用該第一功率放大器放大該同相位信號並傳送 該放大的同相位信號到該第二電路元件； 利用该第二功率放大器放大該不同相位信號並傳 送該放大的不同相位信號到該第二電路元件； 在該第二電路元件上結合該放大的同相位及該放 大的不同相位信號；以及 傳送該結合信號到一 RF-輸出埠。 35.如申請專利範圍第34項之旁通驅動放大器之方法，其還 包含： -9- O:\81\81500-960404.doc 1289975 利用該偏>1及控制電路控制該第一開關及該第二開 關；以及 利用該偏壓及控制電路對該驅動級，該第一放大器， 及该第二放大器加以偏壓。 36 種提供失真補償之方法，在一功率放大器電路中，其 包含一驅動級，其接輸入信號並產生一放大信號，一第 電路元件，其接收該放大的輸入信號及一不同相位信 號，該第一元件有一接地的絕緣埠，一連接到該第一電 路元件第一輸出的第一功率放大器，一連 一 路元件第二輸出的第二功率放大器，一第二電路ί件電 其有第一埠連接到該第一功率放大器輸出以及第二埠 連接到該第二功率放大器輸出，該第二電路元件有一絕 緣埠且該第二電路S件產生—輸出信號，—信號處理元 件，其連結該輸人信號與該輸出信號並在失真補償路徑 中產生失真補償信號，一開關交替連接該第二電路元件 的該絕緣埠在地電位與—失真補償路徑之間，此種提供 失真補償的方法，其包含： 連結該信號處理元件到該輸入信號及該輸出信號； 產生對應該輪入信號及該輸出信號之_失 號，該失真補償信號係產生來抵消由該第 = 器造成的失真； /、弟一放大 利用該開關從該信號處理元件 到該第二電路元件； 件連接錢真補償路徑 插入該失真補償信號到第二電路元件中；以及 O:\81\81500-960404.doc -10-

   1289975 利用該失真補償信號抵消在該輸入信號中的失真。 37·如申請專利範圍第36項之提供失真補償之方法，其還包 含： ' 利用該偏壓級控制電路控制該開關；以及 利用該偏壓級控制電路對該驅動放大器，該第一放大 器’及該第二放大器加以偏壓。 38· —種功率放大器電路，其包含： 裝置來接收輸入信號以及產生一同相位信號及一不同 相位信號； 第功率放大器，其接收並放大該同相位信號； 第一功率放大器，其接收並放大該不同相位信號； 第開關，Λ《替的連接該第—電路元件的絕緣璋 在地電位與旁通路徑之間； 裝置來接收及結合該放大的同相位信號及該放大的不 同相位信號；以及 ;第二開關，其交替的連接該用來接收及結合該放大 信號到地電位的裝置的一絕緣埠與旁通路徑之間。 O:\81\81500-960404.doc -11 - m9^5~- 扎年4月4日修(更)正替換頁 第091132253號專利申請案 中文圖式簪拖百(96年4 黯式績夏 RF>

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   第091132253號專利申請案 中女圖式替換百(96年4月J 恭4 50Ω 50Ω 圈武績軍 λ 50Ω 涵私cr 35Ω HI

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   第091132253號專利申請案 中文圖式替換頁(96年4月）

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