TWI487270B - 多模態高效率線性功率放大器及用於放大一射頻信號之方法 - Google Patents

多模態高效率線性功率放大器及用於放大一射頻信號之方法 Download PDF

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Description

多模態高效率線性功率放大器及用於放大一射頻信號之方法
本申請案要求2008年2月4日申請的共同待審美國臨時專利申請案第61/025,965號之優先權以及申請日期之利益，該申請案名稱為"雙模態增加效率線性功率放大器(PA)"，其全部揭示內容係以引用方式併入本文中。
可攜式通信器件(例如蜂巢式電話)、個人數位助理(PDA)、WIFI(Wireless Fidelity；無線保真度)收發器及其他通信器件以對應於不同通信頻帶之各種頻率且以變化之功率位準發射與接收通信信號。一功率放大器模組一般包含一或多個放大級，該模組係用於發射該等通信信號。一射頻(RF)功率放大器系統可包含多個放大級，並且在一些應用中可包含多個放大路徑。該功率放大器系統之效率一般由若干因素決定，且在很大程度上決定由該功率放大器系統所消耗之功率的量。
有各種測量與決定該功率放大器效率之方式可供使用。功率放大器效率之一測量稱為"功率增加效率"，縮寫為PAE。一功率放大器之PAE取決於若干因素，包含(但不限於)功率放大路徑之數目(若該功率放大器系統係一雙模態功率放大器)、在該或該等功率放大器之輸出的負載阻抗、多級之間的阻抗匹配及其他因素。在一多模態功率放大佈局(其中實施兩個或兩個以上放大路徑以提供變化之功率輸出位準)中，改良位於低功率位準之PAE一般以位於更高功率位準之功率放大器線性為代價而實現。
因此，需要在一範圍之功率位準上改良一功率放大器系統之PAE，而不用犧牲在該功率輸出位準範圍上該功率放大器系統之線性與效能。
一種功率放大器之具體實施例包含複數個放大路徑，在該複數個放大路徑中選擇性啟用與停用至少一個放大路徑，其中每個放大路徑包含一輸出阻抗修改元件及一輸出相移元件，該輸出相移元件可獨立於該輸出阻抗修改元件而操作，且其中在每個放大路徑中之輸出阻抗修改元件針對每個放大路徑提供選擇性阻抗。
亦提供其他具體實施例。經由對以下附圖及詳細說明內容之檢查，熟習此項技術者將更清楚本發明之其他系統、方法、特徵及優點。期望所有此類額外系統、方法、特徵及優點係包含於此說明內容內、係於本發明之範疇內，而且係由隨附申請專利範圍加以保護。
雖然特別參考一可攜式通信器件(例如一可攜式蜂巢電話或一個人數位助理(PDA))來說明，但該多模態高效率線性功率放大器(在一替代性具體實施例中亦稱作平衡線性功率放大器)可用於任何使用至少兩個功率放大路徑放大一發射信號之器件或系統中。該多模態高效率線性功率放大器可實施為包含其他電路元件之一整合式模組之部分，或者可實施為一離散功率放大模組。
該多模態高效率線性功率放大器可在硬體、軟體或硬體與軟體之一組合中實施。當在硬體中實施時，可使用專用硬體元件與控制邏輯實施該多模態高效率線性功率放大器。當該多模態高效率線性功率放大器部分地在軟體中實施，或者在應用各種元件或組件之軟體控制之一系統中實施時，該軟體部分可用於精確控制該多模態高效率線性功率放大器之各種組件。該軟體可儲存於一記憶體中並由一適當的指令執行系統(微處理器)執行。該多模態高效率線性功率放大器之硬體實施方案可包含在此項技術中熟知之以下技術中的任何一項或其一組合：離散電子組件、整合式電子組件、具有對資料信號實施邏輯功能的邏輯閘極之一(多個)離散邏輯電路、具有適當邏輯閘極之一特定應用積體電路、一(多個)可程式化閘極陣列(PGA)、一場可程式化閘極陣列(FPGA)等。
用於該多模態高效率線性功率放大器之軟體包括用於實施邏輯功能的可執行指令之一有序列表，且可在由一指令執行系統、裝置或器件(例如一以電腦為主之系統、包含處理器之系統，或可從該指令執行系統、裝置或器件中擷取該等指令並且執行該等指令之其他系統)使用或與其連接使用的任何電腦可讀取媒體中體現。
此文件之內容中，"電腦可讀取媒體"可為可包含、儲存、傳達、傳播或傳輸由該指令執行系統、裝置或器件使用或與其連接使用的程式之任何構件。該電腦可讀取媒體可為(例如但不限於)電子、磁性、光學、電磁、紅外線或半導體系統、裝置、器件或傳播媒體。該電腦可讀取媒體之更特定範例(一非詳盡列表)將會包含下列媒體：具有一或多個導線之一電連接(電子式)、一可攜式電腦磁碟(磁性)、一隨機存取記憶體(RAM)、一唯讀記憶體(ROM)、一可抹除可程式化唯讀記憶體(EPROM或快閃記憶體)(磁性)、一光纖(光學)及一可攜式光碟唯讀記憶體(CDROM)(光學)。應注意，由於可經由(例如)光學掃描紙張或其他媒體來以電子方式捕獲程式，然後必要時採用一合適方式加以編譯、解譯或另外處理而然後儲存於一電腦記憶體內，因此該電腦可讀取媒體可以甚至係紙張或其上印刷程式之另一合適媒體。
圖1係說明一簡化的可攜式通信器件100之一方塊圖。在一具體實施例中，該可攜式通信器件100可以係一可攜式蜂巢電話。該多模態高效率線性功率放大器之具體實施例可在具有一RF發射器之任一器件中實施，且此範例中在一可攜式通信器件100中實施。圖1中所解說之可攜式通信器件100意為一蜂巢式電話之一簡化範例，並用於解說可實施該多模態高效率線性功率放大器之很多可能應用中的一應用。熟習此項技術者將明白一可攜式蜂巢電話之操作，且因此省略實施細節。該可攜式通信器件100包含一基頻帶子系統110、一收發器120及一前端模組(FEM)130。儘管為清楚起見而未顯示，該收發器120一般包含調變與向上轉換電路用於為放大與傳輸準備一基頻帶資訊信號，且包含過濾與向下轉換電路用於接收一RF信號並將其向下轉換為一基頻帶資訊信號以回復資料。熟習此項技術習知該收發器120之操作細節。
該基頻帶子系統一般包含透過一系統匯流排112耦合之一處理器102(其可以係一通用目的或專用目的微處理器)、記憶體114、應用軟體104、類比電路元件106、數位電路元件108及功率放大器軟體155。系統匯流排112可包含實體與邏輯連接以將該等上述元件耦合在一起並致能其可互運性。
一輸入/輸出(I/O)元件116係透過連接124連接至該基頻帶子系統110，一記憶體元件118係透過連接126連接至該基頻帶子系統110，而一電源122係透過連接128連接至該基頻帶子系統110。I/O元件116可包含(例如)一麥克風、一小鍵盤、一揚聲器、一指向器件、使用者介面控制元件及任何其他允許一使用者提供輸入指令並接收來自可攜式通信器件100的輸出之器件或系統。
該記憶體118可以係任何類型揮發性或非揮發性記憶體，且在一具體實施例中可包含快閃記憶體。記憶體元件118可永久性安裝在該可攜式通信器件100中，或者可以係一可移除式記憶體元件，例如一可移除式記憶卡。
該電源122可以係(例如)一電池，或其他可再充電電源，或者可以係將AC(Alternative Current；交流電)電源轉換為可攜式通信器件100所使用的正確電壓之一配接器。
該處理器102可以係執行該應用軟體104以控制該可攜式通信器件100的操作與功能性之任一處理器。該記憶體114可以係揮發性或非揮發性記憶體，且在一具體實施例中可以係儲存應用軟體104之非揮發性記憶體。若該多模態高效率功率放大器之部分在軟體中實施，則該基頻帶子系統110亦包含功率放大器軟體155，該軟體可與可由微處理器102或另一處理器執行之控制邏輯配合以控制下文將說明之功率放大器200之操作。
類比電路106與數位電路108包含將由I/O元件116提供之一輸入信號轉換為欲發射的資訊信號之信號處理、信號轉換與邏輯。同樣，該類比電路106與該數位電路108包含將由收發器120提供之一接收的信號轉換為包含已回復資訊的資訊信號之信號處理、信號轉換與邏輯。該數位電路108可包含(例如)一數位信號處理器(DSP)、一場可程式化閘極陣列(FPGA)或任何其他處理器件。因為該基頻帶子系統110包含類比與數位元件兩者，所以有時稱其為混合信號器件(MSD)。
在一具體實施例中，前端模組130包含一發射/接收(TX/RX)開關142與一功率放大器200。該TX/RX開關142可以係一雙工器、一雙訊器或者任何其他分離一發射信號與一接收信號之實體或邏輯器件或電路。取決於該可攜式通信器件100之實施方案，可實施該TX/RX開關142以提供半雙工或全雙工功能性。由該收發器120透過連接136提供之一發射信號係引導至該功率放大器200。如下文將詳細說明，該功率放大器200可實施為一多模態高效率線性功率放大器，且在下文將說明之實施方案中將顯示為使用兩個放大路徑來實施。該功率放大器200之輸出係透過連接138提供至該TX/RX開關142，而然後透過連接144至一天線146。
由天線146接收之一信號係透過連接144提供至該TX/RX開關142，該開關142透過連接134提供該接收的信號至該收發器120。
在一具體實施例中，基頻帶子系統110透過連接152提供一功率(或模態選擇)信號至該功率放大器200。該模態選擇信號決定是否啟用該功率放大器200內之一或多個放大路徑。
圖2係解說一多模態高效率線性功率放大器之一具體實施例的一簡化方塊圖。在圖2中，該多模態高效率線性功率放大器係顯示為使用兩個放大路徑來實施。然而，該多模態高效率線性功率放大器之其他具體實施例可使用兩個以上放大路徑來實施。
該功率放大器200一般稱為"平衡放大器"。一平衡放大器的設計、構造與操作之一範例可在美國專利案第6,954,623號中找到，該申請案名稱為"負載變化容許射頻(RF)放大器"，其係讓渡給本申請案之受讓人，且其全文係以引用的方式併入於本文。一平衡放大器之一範例亦在2007年3月9日申請的共同待審、共同讓渡之美國專利申請案第11/684,431號中說明，該申請案名稱為"高效率負載不敏感功率放大器"，其係讓渡給本申請案之受讓人，且其全部內容係以引用的方式併入於本文。
該功率放大器200包含一第一放大路徑210與一第二放大路徑220。兩個放大路徑僅顯示為範例。該多模態高效率線性功率放大器之其他具體實施例可能具有兩個以上放大路徑。一射頻(RF)輸入信號係透過連接136提供至該第一放大路徑210並至該第二放大路徑220。如下文將詳細說明，在一雙模態功率放大器系統中，當選擇高功率模態時可啟動放大路徑210與220兩者，而當選擇一低功率模態時僅可啟用僅一個放大路徑，例如第一放大路徑210。
每個放大路徑包含一個別相移元件。第一放大路徑210包含一相移元件202，且第二放大路徑220包含一相移元件204。在一具體實施例中，該相移元件202提供一+45°相移，而該相移元件204提供一-45°相移。在此一具體實施例中，該第一放大路徑210係相對於該第二放大路徑220成90°異相。然而，取決於該應用，可在該第一放大路徑210與該第二放大路徑220之間建立其他相移關係。
該相移元件202之輸出係透過連接206提供至一驅動器電路212，而該相移元件204之輸出係透過連接208提供至一驅動器電路214。該驅動器電路212與該驅動器電路214可使用各種電晶體技術來實施，該等技術包含(例如但不限於)雙極接面(BJT)技術、異質接面雙極電晶體(HBT)技術、金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)技術、互補金屬氧化物半導體(CMOS)技術或任何其他電晶體技術。
該驅動器電路212之輸出係透過連接216提供至功率放大器222，而該驅動器電路214之輸出係透過連接218提供至該功率放大器224。該功率放大器222與該功率放大器224可包含一或多個功率放大器級，且僅為簡單起見在圖2中解說為單一元件。該功率放大器222與該功率放大器224可使用各種技術來實施，該等技術包含(例如但不限於)雙極接面(BJT)技術、異質接面雙極電晶體(HBT)技術、金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)技術、互補金屬氧化物半導體(CMOS)技術或任何其他電晶體技術。
在一具體實施例中，在該基頻帶子系統110之控制下，一模態選擇元件252控制該驅動器電路214與功率放大器224是否係主動。例如，在一低功率模態中，因為僅該第一放大路徑210係主動，所以該模態選擇元件252透過連接254制動該驅動器電路214並透過連接255制動功率放大器224，因此制動該第二放大路徑220。在一高功率模態中，回應於自該基頻帶子系統110透過連接152接收之一信號，該模態選擇元件252啟用該驅動器電路214與功率放大器224，從而除第一放大路徑210外還啟用該第二放大路徑220。
該功率放大器222之輸出係透過連接226提供至一阻抗模組232，而該功率放大器224之輸出係透過連接228提供至一阻抗模組234。該阻抗模組232與該阻抗模組234有時稱為"匹配元件"、"輸出匹配元件"或"輸出阻抗修改元件"，因為其分別在連接226與228上變換阻抗。該阻抗模組232與該阻抗模組234分別修改在其輸入連接226與228之阻抗以匹配由(例如)在連接138上該放大器的輸出之變化的負載條件所導致的在連接236與238上變化的阻抗。
該阻抗模組232之輸出透過連接236提供至相移元件242，且阻抗模組234之輸出透過連接238提供至相移元件244。在此範例中，該相移元件242提供一-45°相移，該相移與由相移元件202提供之相移互補；而該相移元件244提供一+45°相移，該相移與由相移元件204提供之相移互補。因此，該RF(radiofrequency；射頻)信號在連接138之相位關係與該RF信號在連接136之相位關係相同。該相移元件242之輸出與該相移元件244之輸出係透過連接138組合並提供該功率放大器200之輸出。
依據該多模態高效率線性功率放大器之一具體實施例，由該阻抗模組232提供之阻抗匹配係與由該相移元件242提供之相移分離；而由該阻抗模組234提供之阻抗匹配係與由該相移元件244提供之相移分離。藉由具有由分離且獨立之結構提供用於每個放大路徑之輸出阻抗匹配與相移，該兩個放大路徑之輸出阻抗匹配與相位平衡可同時且獨立地最大化。此外，可消除一昂貴且低效率的Wilkinson功率組合器之使用。消除使用一Wilkinson功率組合器消除一般存在於一Wilkinson功率組合器中之至少一個電感與至少一個固有損耗電阻，從而降低組件數目與成本，同時超越前述實施方案改良該功率放大器200之效率。前述實施方案將輸出阻抗匹配與相移組合於一單一結構中，並使用一Wilkinson功率組合器以組合該等放大路徑。該功率放大器200之架構減少信號損失，改良針對每個放大路徑之阻抗匹配，在每個放大路徑兩者與多者之間提供一準確相位平衡，並在所有功率位準改良該功率放大器200之功率增加效率(PAE)。
此外，在一具體實施例中，第一放大路徑210提供增益擴展，而第二放大路徑220提供增益壓縮。以此方式，功率放大器200之架構固有地消除三階互調變攔截點(IMD3)乘積，從而提供良好的功率放大器線性，並由此在放大路徑210與220兩者皆係主動時從而改良在峰值功率位準之功率增加效率。
當在一低功率模態(其中制動第二放大路徑220)中操作時，該第一放大路徑210中的阻抗模組232在連接226提供高阻抗，從而在低功率位準改良功率增加效率。然而，當選擇高功率模態(其中該第一放大路徑210與該第二放大路徑220皆係主動)時，由該第一放大路徑210提供之增益擴展與由該第二放大路徑220提供之增益壓縮，連同獨立改變連接226上與連接228上的阻抗之能力，改良在高功率輸出該功率放大器200之功率增加效率。具體地說，在連接226之阻抗可不同於在連接228之阻抗。然而，在連接236、238與138之阻抗可維持在一標稱50歐姆位準。以此方式，針對每個放大路徑將輸出阻抗匹配與相移分離提供在每個放大路徑提供不同阻抗之靈活性，同時允許在連接138所需的50歐姆阻抗，同時亦維持該第一放大路徑210與該第二放大路徑220之間的一準確相位平衡。
圖3係解說圖2之多模態高效率線性功率放大器一實施方案之一具體實施例的一示意圖。
實施方案300係圖2之功率放大器200之一實施方案的一範例。亦可以使用其他實施方案。該實施方案300包含相移器202與相移器204，每個相移器透過連接136接收該RF輸入信號。該相移器202包括一電容302，而該相移器204包括一電感304。在圖3所示之實施方案中，該電容302將一+45°相移提供至在連接136上之輸入信號，且電感304將一-45°相移提供至在連接136上之輸入信號。本文中所使用的術語"電容"指一電容器，或任何其他可提供一電容之元件。同樣，術語"電感"指一電感器，或任何其他可提供一電感之元件。此外，術語"電阻"包含一電阻器，或任何其他可提供一電阻之器件。
該電容302係耦合至一電容306。該電容306係耦合至一電感308。該電感308係耦合至一電晶體316之一基極端子。該電晶體316係圖2之驅動器212之一異質接面雙極電晶體(HBT)實施方案。該電晶體316之基極端子係透過一電感324在節點332偏壓，該電感係藉由一電容322解耦。
該電感304係耦合至一電容312且至一電感314。該電感314係耦合至一電晶體318之一基極端子。該電晶體318解說圖2之驅動器電路214之一HBT實施方案。一場效電晶體(FET)328係耦合至該電晶體318之基極以提供模態選擇。該場效電晶體328亦係透過一電感326耦合至該節點332。該FET 328之一閘極端子係連接至在連接152上之一模態選擇信號以控制對該電晶體318之基極的偏壓供應，因此啟用或停用第二放大路徑。
該電晶體316之集極端子係橫跨一電容323耦合至一電壓源317。該電晶體316之集極端子亦係透過一電容337耦合至一電晶體334之基極端子。該電晶體334解說圖2之功率放大器222之一HBT實施方案。該電晶體334之基極端子係透過一電感336偏壓至該偏壓節點321。一電容325係連接至該偏壓節點321。
該電晶體318之集極端子係橫跨一電容319連接至一電壓源317。該電晶體318之集極端子亦係透過一電容339耦合至一電晶體338之基極端子。該電晶體338係圖2之功率放大器224之一HBT實施方案。該電晶體338之基極端子係透過一場效電晶體342與一電感341偏壓至該偏壓節點321。該FET 342之一閘極端子係連接至在連接152上之模態選擇信號以啟用或停用該電晶體338。
該電晶體334之集極端子係連接至該阻抗模組232。該阻抗模組232包括一電感346與一電容347。該阻抗模組232之輸出係透過一電容354耦合至該相移元件242。該相移元件242包括一電感356。該電晶體334之集極端子亦係連接至在連接345上一電壓源。
該電晶體338之集極端子係連接至該阻抗模組234。該阻抗模組234包括一電感351與一電容352。該阻抗模組234之輸出係耦合至該相移元件244。該相移元件244包括一電容358。該電晶體338之集極端子亦係橫跨一電容348連接至在連接349上之一電壓源。
該電感356提供一-45°相移，而該電容358提供一+45°相移。由該相移元件242提供之-45°相移與由該相移元件202提供之+45°相移互補。由該相移元件244提供之+45°相移與由該相移元件204提供之-45°相移互補。該相移元件242中的電感356與該相移元件244中的電容358形成一單一節點組合器350，其中該單一節點透過連接138提供射頻輸出。
依據該多模態高效率線性功率放大器之一具體實施例，該組合器350包括：一單一電感356，其形成該相移元件242；及一單一電容358，其形成該相移元件244。該組合器350不包含一電阻，電阻可能引起信號損失。因此，該功率放大器實施方案300之輸出使用最少數目的組件提供極佳相位平衡、輸出阻抗匹配及功率增加效率。
藉由針對每個放大路徑將由該阻抗模組232與234提供之阻抗匹配與由該等相移元件242與244提供之相移分離，提供放大路徑之間的極佳相位平衡以及針對每個放大路徑之阻抗匹配。該阻抗模組232中的電感346與電容347之值可以係個別地選擇以在該電晶體334之集極端子提供一選擇性且可變阻抗。同樣，該阻抗模組234中的電感351、電容348及電容352之值可以係個別地選擇以在電晶體338之集極端子提供一選擇性且可變阻抗。在一具體實施例中，取決於輸出功率位準，可在電晶體334之集極端子與電晶體338之集極端子提供大約6至8歐姆阻抗。
此外，存在於電晶體334之集極端子的阻抗可與存在於電晶體338之集極端子的阻抗相同或者不同。然而，在向相移元件242的輸入處之阻抗、在向相移元件244的輸入處之阻抗及在連接138上的輸出處之阻抗可維持於一標稱值，該值在此具體實施例中可約為50歐姆。以此方式，針對每個放大路徑將該輸出阻抗匹配與該相移分離提供在每個放大路徑具有一不同阻抗值之靈活性，同時允許在連接138所需的標稱50歐姆阻抗，而同時亦透過該等獨立相移元件242與244之實施維持該第一放大路徑210與該第二放大路徑220之間的一準確相位平衡。
圖4係顯示藉由圖2之多模態高效率線性功率放大器的兩個路徑實現之增益壓縮與增益擴展的一曲線圖400。水平軸402代表以dBm(PoutdBm)為單位之放大器輸出功率，左側垂直軸404代表以dB為單位之功率放大器增益，而右側垂直軸406代表功率增加效率(% PAE)。
跡線412代表該第一放大路徑210之增益(圖2)，跡線414代表該第二放大路徑220之增益(圖2)，而跡線416代表放大路徑210與220兩者之總增益。跡線416上之點422代表在功率輸出為27.173dBm時增益為28.673dB。跡線424指示放大路徑兩者之功率增加效率，而點426解說在功率輸出為27.173dBm時PAE為50.575%。
圖5係顯示由圖2之多模態高效率線性功率放大器所實現的三階互調變攔截點(IMD3)乘積之消除的一曲線圖解。水平軸502代表功率放大器負載輸出功率(Pload_dBm)，而左側垂直軸代表以dBm為單位之三階互調變攔截點(IMD3)。
跡線512代表該第一放大路徑210之IMD3(圖2)，跡線514代表該第二放大路徑220之IMD3(圖2)，而跡線516代表該第一放大路徑210與該第二放大路徑220之組合IMD3。由於由該第一放大路徑210提供之增益擴展(圖2)與由該第二放大路徑220提供之增益壓縮(圖2)產生反相的互調變(IM)信號，所以該擴展與該壓縮相互抵消。因此，在跡線516顯示之整體IMD3超越第一放大路徑210之IMD3位準與第二放大路徑220之IMD3位準具有一明顯改良之IMD3位準。如圖示，在輸出負載大約為24dBm時，放大路徑兩者之組合IMD3係最小化。
圖6係解說圖2之多模態高效率線性功率放大器之一具體實施例的操作之一流程圖。該流程圖中的方塊可依據或不依據所示之順序實行。
在方塊602中，將一輸入RF信號提供至一相移元件，該元件用於將該輸入信號分割為具有一相位關係的兩個信號。在方塊604中，修改該輸入RF信號之相位以建立一正(+)相移輸入信號與一負(-)相移輸入信號。在方塊606中，將該正(+)相移輸入信號提供至一第一放大路徑。在方塊608中，將該負(-)相移輸入信號提供至一第二放大路徑。
在方塊612中，放大該正(+)相移輸入信號與該負(-)相移輸入信號。在方塊614中，獨立地調整存在於該放大的正(+)相移輸入信號之一阻抗與存在於該放大的負(-)相移輸入信號之一阻抗。
在方塊616中，與該阻抗調整分離地將該放大的正(+)相移輸入信號之相位與該放大的負(-)相移輸入信號之相位偏移以生成一經放大的RF輸出信號。該相移亦使用一單一電感與一單一電容(而不使用一損耗電阻)組合該放大的正(+)相移輸入信號與該放大的負(-)相移輸入信號。與輸出相移分離地針對每個放大路徑提供獨立輸出阻抗匹配允許分離調整該兩放大路徑之間的阻抗與相位關兩者，從而允許該等參數之每一參數獨立地最佳化。
另外，當在一低功率模態(其中停用該第二放大路徑220(圖2))中操作時，第一放大路徑210中的阻抗模組232在連接226提供高阻抗，從而在低功率位準改良功率增加效率。然而，當選擇高功率模態(其中啟用該第一放大路徑210與該第二放大路徑220)時，由該第一放大路徑210提供之增益擴展與由該第二放大路徑220提供之增益壓縮，連同改在變連接226上與在連接228上的阻抗之能力，改良在高功率輸出之功率增加效率。
儘管已說明本發明之各種具體實施例，但熟習此項技術者應明白在本發明之範疇內可以有很多其他具體實施例及實施方案。例如，本發明不限於一特定類型之通信器件或收發器。本發明之具體實施例可適用不同類型之通信器件或收發器。
100．．．可攜式通信器件
102．．．處理器
104．．．應用軟體
106．．．類比電路元件
108．．．數位電路元件
110．．．基頻基頻帶子系統
112．．．系統匯流排
114．．．記憶體
116．．．輸入/輸出(I/O)元件
118．．．記憶體元件
120．．．收發器
122．．．電源
124．．．連接
126．．．連接
128．．．連接
130．．．前端模組(FEM)
134．．．連接
136．．．連接
138．．．連接
142．．．發射/接收(TX/RX)開關
144．．．連接
146．．．天線
152．．．連接
155．．．功率放大器軟體
200．．．功率放大器
202．．．相移元件
204．．．相移元件
206．．．連接
208．．．連接
210．．．第一放大路徑
212．．．驅動器電路
214．．．驅動器電路
216．．．連接
218．．．連接
220．．．第二放大路徑
222．．．功率放大器
224．．．功率放大器
226．．．連接
228．．．連接
232．．．阻抗模組
234．．．阻抗模組
236．．．連接
238．．．連接
242．．．相移元件
244．．．相移元件
252．．．模態選擇元件
254．．．連接
255．．．連接
300．．．實施方案
302．．．電容
304．．．電感
306．．．電容
308．．．電感
312．．．電容
314．．．電感
316．．．電晶體
317．．．電壓源
318．．．電晶體
319．．．電容
321．．．偏壓節點
322．．．電容
323．．．電容
324．．．電感
325．．．電容
326．．．電感
328．．．場效電晶體(FET)
332．．．節點
334．．．電晶體
336．．．電感
337．．．電容
338．．．電晶體
339．．．電容
341．．．電感
342．．．場效電晶體
345．．．連接
346．．．電感
347．．．電容
348．．．電容
349．．．連接
350．．．單一節點組合器
351．．．電感
352．．．電容
354．．．電容
356．．．單一電感
358．．．單一電容
412．．．跡線
414．．．跡線
416．．．跡線
422．．．點
424．．．跡線
426．．．點
502．．．水平軸
512．．．跡線
514．．．跡線
516．．．跡線
參考以下圖式可更佳地瞭解本發明。在該等圖式中之組件未必按比例繪製，而重點在於清楚解說本發明之原理。此外，該等圖式中，相似的參考數字指定遍及不同視圖之對應零件。
圖1係解說一簡化的可攜式通信器件之一方塊圖。
圖2係解說一多模態高效率線性功率放大器之一具體實施方案的一簡化方塊圖。
圖3係解說圖2之多模態高效率線性功率放大器的一實施方案之一具體實施例的一示意圖。
圖4係顯示藉由圖2之多模態高效率線性功率放大器實現之增益壓縮與增益擴展的一曲線圖解。
圖5係顯示藉由圖2之多模態高效率線性功率放大器實現的三階互調變攔截點(IMD3)乘積之消除的一曲線圖解。
圖6係解說圖2之多模態高效率線性功率放大器之一具體實施例的操作之一流程圖。
136．．．連接
138．．．連接
152．．．連接
200．．．功率放大器
202．．．相移元件
204．．．相移元件
206．．．連接
208．．．連接
210．．．第一放大路徑
212．．．驅動器電路
214．．．驅動器電路
216．．．連接
218．．．連接
220．．．第二放大路徑
222．．．功率放大器
224．．．功率放大器
226．．．連接
228．．．連接
232．．．阻抗模組
234．．．阻抗模組
236．．．連接
238．．．連接
242．．．相移元件
244．．．相移元件
252．．．模態選擇元件
254．．．連接
255．．．連接

Claims (20)

  1. 一種功率放大器，其包括：複數個放大路徑，在其中選擇性啟用與停用至少一個放大路徑；每個放大路徑包含一輸出阻抗修改元件及一輸出相移元件，該輸出相移元件耦合至一中間節點且串聯於一放大器之一輸出與一輸出節點之間，其共用於放大路徑兩者；該輸出阻抗修改元件之每一者在對應之中間節點處提供一標稱的阻抗；且在該等中間節點處之阻抗與該輸出節點處之阻抗實質相同。
  2. 如請求項1之功率放大器，其進一步包括一組合器，該組合器包括每個放大路徑之該輸出相移元件。
  3. 如請求項2之功率放大器，其中每一放大路徑包含線性放大器。
  4. 如請求項3之功率放大器，其中無論一第二放大路徑係啟用或係停用一第一放大路徑皆運作，當第二放大路徑係停用時，與該第一放大路徑相關聯之該輸出阻抗修改元件經組態以在該第一放大路徑中提供一高阻抗。
  5. 如請求項3之功率放大器，其中無論一第二放大路徑係啟用或係停用一第一放大路徑皆運作，當該第二放大路徑係啟用時，與該第一放大路徑相關聯之該輸出阻抗修改元件及與該第二放大路徑相關聯之該輸出阻抗修改元 件經組態以在該第一放大路徑中提供一低阻抗及在該第二放大路徑中提供一低阻抗。
  6. 如請求項3之功率放大器，其中與一第一放大路徑相關聯之該輸出阻抗修改元件提供一阻抗，該阻抗不同於與一第二放大路徑相關聯之由該阻抗修改元件所提供之一阻抗。
  7. 一種功率放大器，其包括：一第一放大路徑，其包括：一輸入相移元件，其經組態用以將一正(+)相移施加於一射頻(RF)輸入信號；一功率放大元件，其經組態用以接收並放大該經相移的RF輸入信號；一輸出阻抗修改元件，其經組態用以改變在該功率放大元件之一輸出處的一阻抗；一輸出相移元件，其經組態用以將一負(-)相移施加於該射頻(RF)輸入信號，該輸出阻抗修改元件與該輸出相移元件耦合至一對應之中間節點且串聯於一放大器之一輸出與一輸出節點之間；以及一第二放大路徑，其包括：一輸入相移元件，其經組態用以將一負(-)相移施加於一射頻(RF)輸入信號；一功率放大元件，其經組態用以接收並放大該經相移的RF輸入信號；一輸出阻抗修改元件，其經組態用以改變在該功率 放大元件之一輸出處的一阻抗；一輸出相移元件，其經組態用以將一正(+)相移施加於該射頻(RF)輸入信號，該輸出阻抗修改元件與該輸出相移元件耦合至一對應之中間節點且串聯於一放大器之一輸出與一輸出節點之間；在每個放大路徑中之該輸出相移元件可與在每個放大路徑中之該輸出阻抗修改元件獨立地操作，在每個放大路徑中之該輸出阻抗修改元件經組態以在該對應之中間節點處提供一標稱的阻抗。
  8. 如請求項7之功率放大器，其進一步包括一組合器，該組合器包括每個放大路徑之該輸出相移元件。
  9. 如請求項7之功率放大器，其中該在該等中間節點處之阻抗與該輸出節點處之阻抗實質相同。
  10. 如請求項8之功率放大器，其中該組合器採用一單一電感而不採用電阻來操作。
  11. 如請求項10之功率放大器，其中無論該第二放大路徑係啟用或係停用該第一放大路徑皆運作，當該第二放大路徑係停用時，與該第一放大路徑相關聯之該輸出阻抗修改元件經組態以在該第一放大路徑中提供一高阻抗。
  12. 如請求項10之功率放大器，其中無論該第二放大路徑係啟用或係停用該第一放大路徑皆運作，當該第二放大路徑係啟用時，與該第一放大路徑相關聯之該輸出阻抗修改元件及與該第二放大路徑相關聯之該輸出阻抗修改元件經組態以在該第一放大路徑中提供一低阻抗及在該第 二放大路徑中提供一低阻抗。
  13. 如請求項10之功率放大器，其中與該第一放大路徑相關聯之該輸出阻抗修改元件提供一阻抗，該阻抗不同於與該第二放大路徑相關聯之該阻抗修改元件所提供之一阻抗。
  14. 一種用於放大一射頻(RF)信號之方法，該方法包括：將一輸入RF信號提供至一相移元件；改變該輸入RF信號之一相位以使得將一正(+)相移輸入信號提供至一第一放大路徑並使得將一負(-)相移信號提供至一第二放大路徑；放大該正(+)相移信號與該負(-)相移信號；獨立地調整存在於該經放大的正(+)相移信號與該經放大的負(-)相移信號之一阻抗以呈現相對於該經放大的正(+)相移信號及該經放大的負(-)相移信號之一標稱的阻抗；與該阻抗調整分離地對該經放大的正(+)相移信號與該經放大的負(-)相移信號進行相移以生成一經放大的RF輸出信號。
  15. 如請求項14之方法，其進一步包括：在該第一放大路徑中提供增益擴展；以及在該第二放大路徑中提供增益壓縮，因此在該第一放大路徑與該第二放大路徑中固有地消除三階互調變攔截點(IMD3)乘積。
  16. 如請求項14之方法，其中存在於該經放大的正(+)相移信 號與該經放大的負(-)相移信號之該等阻抗實質上相同於該在該RF輸出信號處之阻抗。
  17. 如請求項16之方法，其中該相移係使用一單一電感與一單一電容實行。
  18. 如請求項17之方法，其進一步包括：無論該第二放大路徑係啟用或係停用，皆操作該第一放大路徑；以及當該第二放大路徑係停用時，在該第一放大路徑中提供一高阻抗。
  19. 如請求項17之方法，其進一步包括：無論該第二放大路徑係啟用或係停用，皆操作該第一放大路徑；以及當該第二放大路徑係啟用時，在該第一放大路徑中提供一低阻抗並在該第二放大路徑中提供一低阻抗。
  20. 如請求項17之方法，其進一步包括在該第一放大路徑中提供一阻抗，該阻抗不同於在該第二放大路徑中提供之一阻抗。
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