TWI326526B - Dual band transmitter having filtering coupler - Google Patents

Description

1326526 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種應用在如行動電話之移動通訊端之雙頻傳送 器’尤其是關於一種雙頻傳送器，其中用以檢測射頻（RF)傳輸訊號之 濾波耦合器乃由濾波器構成，以在雙頻模式下增進低頻帶與高頻帶間之 分離性，並且達到體積縮減與高度整合之有益效果。 【先前技術】 一般而言’功率放大器通常被用在如行動電話之移動通訊端之發射 端’以增強傳輸訊號之功率而透過天線被傳送。於此情形下，功率放大 器便需要在一穩定的功率下增強傳輸訊號。根據一用以調整功率放大器 輸出功率的系統，其乃利用一封閉迴路技術，輸出訊號被安裝在功率放 大器之輸出端上之定向柄合器（directional coupler )採樣、以蕭特基二 極體（Schotty diode)轉換成直流電壓、並且使用一比較器（comparator) 將其與參照電壓比較。開放迴路技術亦被採用以藉由感測電壓或電流來 調整功率。 經常被採用之封閉迴路技術，其優點為功率可精確地被控制，但其 缺點為電路較為複雜且因耦合器之耗損而導致放大器之低效能。即使開 放迴路方法因其簡單之架構而廣泛的被採用，但其仍有功率無法精確被 掌控的缺點。 近年來’電路被簡化使用在封閉迴路中之元件，此乃歸功於積體電 路（ICs)。並且控制晶片之升級明顯地降低方向性耦合器之耦合係數， 因而將方向性耦合器之耗損降至有效的等級。尤其，可精確控制功率之 封閉迴路乃被應用在斜坡曲線尤其重要之〇SM行動通訊上。 根基在封閉迴路技術上之雙頻傳送器將於下文中詳細說明。 如圖一所示，常見之雙頻傳送器包含一第一功率放大器u用以放 5 1326526 大第一頻帶訊號BS1之功率、一第一耦合器12用以將自此第一功率放 大器11採樣一輸出訊號、一第一功率放大器控制裝置13用以藉由比較 第一被採樣之訊號與一第一預設參考值來控制此第一功率放大器11之 放大倍率、一第一低通遽波器14用以允許低頻帶由此第一糕合器12送 至此第一採樣訊號、一第二功率放大器21用以放大第二頻帶訊號BS2 之功率、一第二耦合器22用以自此第二功率放大器採樣一輸出訊號、 一第二功率放大器控制裝置23用以用以藉由比較第二被採樣之訊號與 一第二預設參考值之大小來控制此第二功率放大器21之放大倍率、一 第二低通濾波器24用以允許低頻帶由此第二耦合器22送至此第二採樣 訊號以及一電閘25用以將此第一低通濾波器14或第二低通濾波器24 之輸出訊號選擇性地輸出至一發射天線ANT。 如上所述’常見之雙頻傳送器擁有高與低頻帶之兩通路，但僅其中 一個通路被選用。在採用此種雙頻傳送器之終端中，當執行射頻發射， 此方向性耦合器自功率放大器所放大之訊號中產生耦合之訊號。接著此 耦合之訊號藉由檢波二極體被轉化為特定等級之電壓，並且與參考值比 較以將此功率放大器之偏壓調整至欲得之值。 圖二a與圖二b係為說明圖一所示之方向性耦合器特性的圖表。 如圖二a所示，圖一中之方向性耦合器造成在大約8〇〇MHz之低頻 帶中約-20dB之訊號衰減，但在大約1900MHz之高頻帶中約為-i5dB。 此一常見之雙頻傳送器必須整合兩個搞合器以及兩個功率放大器 控制裝置以控制雙頻訊號之功率，亦即在大約800MHz之低頻帶以及在 大約1900MHz之高頻帶内之訊號》其中每一功率放大器控制裝置乃以 包含二極體、比較器等等之複雜電路所構成。因此，其缺點為此雙頻傳 送器幾乎無法被縮小或整合。 例如，當方向性耦合器被設計以在大約9〇〇MHz擁有19dB之耦合 值（coupling value)且在大約1.9GHz擁有14B之耦合值時，一印刷電 路板（PCB)便有下述線路大小如線路寬度w與線路長度l:在900MHz 6 1326526 中，W為0.38mm且L為20mm，以及在1900MHz中，W為0.38mm且 L 為 l〇mm。 在此情形下’因為此方向性耦合器擁有對於電介質材料長度敏感之 特性’所以線路長度特別的大》並且此大小之兩個方向性接合器一同與 PCB上頻帶所需之元件而被安裝，所以此傳送器幾乎無法縮減其尺寸。 近年來’整合被動元件（integrated passive device ; IPD )製程以廣 泛的被使用以整合元件。然而，因為IPD製程隨元件之尺寸增大而明顯 提高其成本，所以此種類型之耦合器增大了尺寸並因而不幸的減低了 IPD製程的優勢。 在此同時，為了要降低圖一所示之雙頻傳送器之複雜度，提出了如 圖三所示之雙頻傳送器。 圖三為一概念圖，例示另一種習知之雙頻傳送器。 如圖三所示’此習知之雙頻傳送器包含一第一射頻放大器31用以 放大第一頻帶訊號BS1之功率、一第二射頻放大器32用以放大第二頻 帶訊號BS2之功率、一訊號耗合器33用以自此第一射頻放大器31中採 樣第一輸出訊號並且自此第二射頻放大器32十採樣第二輸出訊號、一 匹配電路34用以使來自訊號叙合器33中之訊號與後方階段相匹配、以 及一功率放大器控制裝置35用以經由匹配電路34將訊號輕合器33所 採樣之訊號與預設之參考值比較大小以控制此第一放大器31之放大倍 率或此第二放大器35之放大倍率。 再者，訊號耦合器33包含一第一頻帶訊號線路su、一第二頻帶 訊號線路SL2以及一耦合線路SL3位在兩頻帶訊號線路SL1與SL2之 附近。此耦合線路SL1被兩頻帶共享，且此耦合線路之接地部位擁有 50歐姆之電阻RT。在此耦合器中，耦合係數乃決定於界在此耦合線路 與此訊號線路間之差距以及鄰近之長度，通常為。 7 1326526 雙頻傳送器之訊號耦合器33使用此耦合線路，其被耦合至一線路 中’使得耦合在兩個頻帶内之訊號被經由一個通道輸出。因此耦合器本 身之尺寸被縮減，並且僅有一個檢測二極體與一訊號比較器。於是，耦 合器之電路乃較圖一所示之耦合器簡單。 圖四a至圖四c係為說明圖三所示之方向性耦合器特性的圖表。 如圖四所述，圖三所呈現之訊號耦合器造成在大約8〇〇mHz之低頻 帶中約-20dB之訊號衰減，如圖四a所示，但在大約丨90〇mHz之高頻帶 中約為-15 dB，如圖四b所示。 然而如圖四c所示’可以理解者乃為訊號耦合器在8〇〇mHz之低頻 帶與1900MHz之高頻帶間有較差之分離性。 再者，因為共用耦合線路，所以低頻帶路徑乃外在高頻帶路徑之附 近’因而降低兩路徑間之分離性。 【發明内容】 本發明乃用以解決上述習知技術之問題，因此本發明之一目的在 於提供一雙頻傳送器，其中用來檢測射頻傳送訊號之濾波器耦合器乃以 濾波器所構成’以增進在雙頻模式中低頻帶與高頻帶間之分離性，並且 亦亦達到尺寸縮減與高度整合之有利效果。 根據本發明一實現此目標之觀點，乃提供使用在一雙頻行動通訊端 之雙頻傳送器，其組成元件包含： 一第一射頻放大器，用以將一高頻帶或第一頻帶訊號之功率以第— 放大倍率來放大，其令此倍率係根據一第一偏壓而決定； 一第二射頻放大器，用以將一低頻帶或第二頻帶訊號之功率以第二 放大倍率來放大，其中此倍率係根據一第二偏壓而決定； 一第一耦合電容器，用以耦合來自此第一射頻放大器而來之輸出訊 8 1326526 號； 一第二耦合電容器，用以耦合來自此第二射頻放大器而來之輸出訊 號； 一濾波耦合器擁有一第一濾波器用以使高頻帶送至來自此第一轉 合電容器之第一耦合訊號以及一第二濾波器用以使低頻帶送至來自此 第二耦合電容器之第二耦合訊號；以及 一功率放大器控制裝置，用以將來自濾波耦合器之已濾波訊號與預 設之參考值比較大小以得到差異值，並且根據此差異值調整此第一與第 二射頻放大器之偏壓以控制此第一與第二放大倍率。 【實施方式】 本發明之一較佳實施例現在將被參照隨附之圖示而詳細說明。 現在應參照圖示’其中相同之代碼無論在本發明任一圖中均代表同 一或相似之元件。 圖五為一概念圖’呈現一根據本發明整合一耦合器之雙頻傳送器。 參照圖五，本發明之雙頻傳送器被應用在雙頻通訊端。本發明之雙 頻傳送器包含一第一射頻放大器111用以依根據一第一偏壓決定之第一 放大被率放大一高頻帶或第一頻帶訊號BS1之功率、一第二射頻放大器 121用以依根據一第二偏壓決定之第二放大被率放大一低頻帶或第二頻 帶訊號BS2之功率、一第一耦合電容器C11用以耦合來自此第一射頻 放大器111之輸出訊號、一第二耦合電容器C21用以耦合來自此第二射 頻放大器121之輸出訊號、一濾波電容器140用以濾波來自此第一轉合 電容器C11之第一耦合訊號且用以濾波來自第二耦合電容器C21之第 二耦合訊號，以及一功率放大器控制裝置150用以將來自此濾波耦合器 140之濾波訊號與預設值比較大小以得到差異值並且根據此差異值來調 整第一與第二射頻放大器111與121之偏壓以控制此第一與第二放大倍 9 1326526 率。 在本發明之雙頻傳送器中，此第一與第二射頻放大器U1與121之 每一個均可能包含一匹配電路，用以與下一階段阻抗匹配，並且功率放 大器控制裝置150可包括如二極體之元件以將來自濾波耦合器14〇之訊 號轉化為一穩定電壓。 漉波耗合器140包含一第一濾波器FT1以及一第二濾波器FT2，其 中此第一濾波器FT1使高頻帶送至來自第一射頻放大器ηι之第一耦合 訊號，且與此第一耦合電容器cu耦合，第二濾波器FT2使低頻帶送 至來自第二射頻放大器12ι之第二耦合訊號，且與此第二耦合電容器 C21耦合。 圖六為一電路圖，呈現根據本發明擁有濾波器之一耦合器。 參照圖六，第一濾波器FT1為—高通濾波器，擁有一電容器與一導 體被安排在此第一耦合電容器C11與一濾波器輸出端間。 渡波器FT2為-低波漉波器，擁有一電容器與一導體被安排在此第 二耗合電容器C21與一滤波器輸出端間。 圖七a至圖七c為呈現圖六中耦合器特性之圖表。 圖七a呈現圖五中滤波麵合器在大約_MHz低頻帶之訊號搞合特 14圖七b呈現圖五中濾波輕合器在大約19〇〇MHz高頻帶之訊號輛合 特性’並且圖七c呈現兩頻帶間之分離性，亦即約咖MHz之低頻帶與 約1900MHz之高頻帶。 其中’代瑪112與122係個別指第一與第二低通濾波器，代碼13〇 係指一訊號閘，並且代碼TL1與TL2係個別指第—與第二射頻放大器 111與121之輸出傳送線路。 現在將根據隨附之圖示詳細說明本發明之運作與效果。 10 1326526 本發明提供可應用在如行動電話之行動通訊端上之雙頻傳送器，其 中用以檢測射頻傳輸訊號之耦合器乃以濾波器所構成，以增進分離性， 此將被結合圖五至圖七來說明。 參照圖五’本發明之第一射頻放大器111在高頻帶中以第一偏壓決 定之第一放大倍率將第一頻帶訊號BS1之功率放大，並且輸出第一放大 訊號。第二射頻放大器121在低頻帶中以第二偏壓決定之第二放大倍率 將第二頻帶訊號BS2之功率放大，並且輪出第二放大訊號。其中此第一 頻帶訊號BS1可擁有根據GSM1800 ( DCS1800)大約1800MHz之頻率 或根據GSM1900(DCS1900)大約1900MHz之頻率。第二頻帶訊號BS2 可擁有根據GSM900 ( GSM )大約900MHz之頻率。 接著’來自第一射頻放大器111之輸出訊號被第一耦合電容器C11 耗合，並且耦合訊號被傳送至濾波耦合器14〇。同樣地，來自第二射頻 放大器121之輸出訊號被第二耦合電容器C21耦合，並且耦合訊號被傳 送至濾波耦合器140。 於此情形下，濾波耦合器14〇過濾來自與第一耦合電容器C11耦合 之第一射頻放大器111之輸出訊號，或與第二耦合電容器C21_合之第 二射頻放大器121之輸出訊號，此將結合圖六至圖七c作詳細的說明。 參照圖六，濾波耦合器之第一濾波器FT1使高頻帶送至來自與第一 耦合電容器cii耦合之第一射頻放大器U1之訊號，並且第二濾波器 FT2使高頻帶送至來自與第二耦合電容器C21耦合之第二射頻放大器 121之訊號。 其中第一渡波器FT1僅允許超過電容器ci與導體L1決定之第一 載止頻率之頻率通過，而第二濾波器FT2僅允許超過電容器C2與導體 L2決定之第二截止頻率之頻率通過。 由於濾波耦合器140之第一與第二濾波器FT1與FT2，第一頻帶訊 號BS1與第二頻帶訊號BS2被個別傳送至功率放大器控制裝置⑼而 11 1326526 沒有任何訊號干擾，其將被結合圖七a至圖七c做說明。 圖七a至圖七C係說明圖六中耦合器之特性。 圖五中之訊號耦合器如圖七a所示在大約8〇〇MHz之低頻帶中呈現 -20dB之訊號衰減，並且如圊七b所示在大約19〇〇MHz之高頻帶中呈現 -15dB之訊號衰減。 如圖七c所不，其中可理解者為訊號耦合器在8〇〇MHz之低頻帶與 1900MHz之高頻帶間擁有優異之分離性。 接著功率放大器控制裝置i 50便比較來自濾波耦合器14〇之訊號與 預設參考值之大小以得到差異值，並且根據差異值調整第一與第二射頻 放大器111與121之偏壓以控制其放大倍率。 如上所述，本發明之傳送器採用新穎之濾波耦合器來替換習知之方 向性耦合器，其中濾波耦合器之耦合係數係被連接至訊號線路之耦合電 容器決定。例如，本發明可藉由連接在第一頻帶訊號之Dsc線路與第 二頻帶訊號之GSM線路間的耦合濾波器確認兩頻帶訊號間之足夠分離 性。如上所述，本發明提供一雙頻傳送器，可用在如行動電話之行動通 訊端中，其中用以檢測射頻傳送訊號之之濾波耦合器係以濾波器所構 成，乃為了增進低頻帶與高頻帶在雙頻模式下之分離性，並亦可達到尺 寸縮減與高度整合之有利效果。 雖然本發明參照特定說明之實施例以及隨附之圖示而詳細描述，但 本發明並不受限於此，其將定義於隨附之專利申請範圍。可理解者為熟 知本發明相關技術者能夠在不背離本發明之領域與精神下將本實施例 替換、變更或修改為各式各樣之形式。 【圖式簡單說明】 上述與其他本發明之目標、特徵及其他優點將由下文中之實施方法 配合隨附之圖示有而有更清楚的了解，其中： 12 1326526 圖一為一概念圖，呈現習知之雙頻傳送器； 圖二a與圖二b為呈現圖一中之方向性耦合器特性之圖表； 圖三為一概念圖，呈現另一習知之雙頻傳送器； 圖四a至圖四c為呈現圖三中之方向性耦合器特性之圖表； 圖五為一概念圖，呈現根據本發明整合一耦合器之雙頻傳送器； 圖六為一電路圖，呈現擁有根據本發明之濾波器的耦合器；以及 圖七a至圖七c為呈現圖六中之耦合器特性之圖表。 【主要元件符號說明】 第一功率放大器11 第一耦合器12 第一功率放大器控制裝置13 第一低通濾波器14 第二功率放大器21 第二耦合器22 第二功率放大器控制裝置23 第二低通濾波器24 電閘25 第一射頻放大器31 第二射頻放大器32 訊號耦合器33 匹配電路34 功率放大器控制裝置35 第一射頻放大器111 第一低通濾波器112 第二射頻放大器121 13 1326526

第二低通濾波器122 訊號閘130 濾波電容器140 功率放大器控制裝置150 第一頻帶訊號BS1 第二頻帶訊號BS2 第一頻帶訊號線路SL1 第二頻帶訊號線路SL2 耦合線路SL3 電阻RT 第一耦合電容器C11 第二耦合電容器C21 第一濾波器FT1 第二濾波器FT2 第一射頻放大器之輸出傳送線路TL1 第二射頻放大器之輸出傳送線路TL2 電容器C1 導體L1 電容器C2 導體L2 14

Claims (1)

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申請專利範圍： 1. 一種使用在雙頻行動通訊端之雙頻傳送器（dual band transmitter)，其組 成元件包含： 一第一射頻放大器（first RF amplifier )，用以根據一第一偏壓（first bias voltage)決定之第一放大倍率（first amplification factor)來將一高或第 一頻帶訊號（high or first band signal )之功率放大； 一第二射頻放大器，用以根據一第二偏壓決定之第二放大倍率來將一低 或第二頻帶訊號（low or second band signal)之功率放大： 一第一耗合電容器（coupling capacitor )，用以輕合來自該第一射頻放大 器之輸出訊號； 一第二耦合電容器，用以耦合來自該第二射頻放大器之輸出訊號； 一濾波麵合器（filtering coupler )，擁有一第一濾波器用以使高頻帶送至 來自該第一耦合電容器之一第一耦合訊號以及一第二濾波器以使低頻帶 送至來自該第二耦合電容器之一第二耦合訊號；以及 一功率放大器控制裝置（power amplifier controller )，用以比較來自該滤 波耦合器之一濾波完成之訊號以及預設參考值之大小以得到差異值，並 且根據該差異值來調整該第一射頻放大器與該第二射頻放大器之偏壓以 控制該第一射頻放大器與該第二射頻放大器之放大倍數。 2.如申請專利範圍第1項之雙頻傳送器，其中所述之第一濾波器包含一高 通濾波器（high pass filter)擁有一電容器與一導體被安排在該第一耦合 電容器與一第一濾波器輸出端之間；以及 其中所述之第二濾波器包含一低通濾波器（low pass filter )擁有一電容 器與一導體被安排在該第二耦合電容器與一第二濾波器輸出端之間。 15