TWI525985B - A power amplifier circuit that dynamically adjusts the gain - Google Patents
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Description
本發明有關於一種功率放大電路，尤指一種可動態調整增益之功率放大電路。
功率放大電路被廣泛地使用在無線通訊領域中。許多無線通訊系統在傳輸訊號之前，通常會使用功率放大電路對於訊號進行放大，以使訊號可以放大至一合理的功率或振幅。
請參閱第1圖，為習用功率放大電路之電路示意圖。如圖所示，功率放大電路100包括一功率放大單元11、一功率檢測單元13及一偏壓控制單元15。
功率放大單元11之輸入端經由一第一電容121耦接一輸入訊號fin 。功率檢測單元13包括一N型電晶體131，電晶體131之閘極端經由一第二電容122耦接輸入訊號fin 。第一電容121及第二電容122用以隔絕輸入訊號fin 之直流電壓部分，以使功率放大單元11及功率檢測單元13只會接收到一交流電壓部分之輸入訊號fin 。偏壓控制單元15包括一係由兩P型電晶體151、152所組成之電流鏡、一連接成二極體形式之N型電晶體153及一電感器154。
功率檢測單元13之閘極端接收輸入訊號fin ，檢測輸入訊號fin 的功率以在汲極端產生一半波型之電流訊號。接著，由兩P型電晶體151、152所組成之電流鏡會將電流訊號耦合至N型電晶體153。電感器154根據電流訊號以產生一偏壓111至功率放大電路11之輸入端。當輸入訊號fin 的功率越大時，偏壓111相對拉升，以使得功率放大電路11流過較多的電流IOUT 而增加增益。反之，當輸入訊號fin 的功率越小時，偏壓111相對拉降，以使得功率放大單元11流過較少的電流IOUT 而降低增益。如此，經由檢測輸入訊號fin 之功率大小以動態調整功率放大電路100之增益。
或者，請參閱第2圖，為習用又一功率放大電路之電路示意圖。如圖所示，功率放大電路200包括一功率放大單元21及一峰值檢測回授單元23。
功率放大單元21包括一負載電阻211及兩電晶體213、215。負載電阻211連接在電壓源VDD 與功率放大電路200之輸出端203間。兩電晶體213、215連接成疊接架構，其中電晶體215之閘極端連接功率放大電路200之輸入端201接收一輸入訊號(in)，兩電晶體213、215放大輸入訊號以在電晶體213之汲極端產生一輸出訊號(out)。
峰值檢測回授單元23包括一第一峰值檢測器231、一第二峰值檢測器233、一衰減器235及一差動放大器237。輸入訊號傳送至第一峰值檢測器231以檢測輸入訊號之功率而產生一第一檢測訊號，第一檢測訊號傳送至差動放大器237之正極端。輸出訊號傳送至衰減器235以根據一比例係數衰減輸出訊號，例如：功率放大單元21具有A倍的增益，衰減器235將對於輸出訊號衰減1/A倍的增益。衰減後之輸出訊號傳送至第二峰值檢測器233以檢測衰減後之輸出訊號之功率而產生一第二檢測訊號，第二檢測訊號傳送至差動放大器237之負極端。
差動放大器237比較第一檢測訊號及第二檢測訊號間之差異以輸出一偏壓210，偏壓210將傳送至電晶體215之閘極端以決定功率放大單元21之增益。若輸入訊號之功率大於衰減後之輸出訊號之功率，將表示出功率放大單元21之目前增益比需求增益還要小，差動放大器237將產生一較高的偏壓210至電晶體215之閘極端，以使功率放大單元21流過較多的電流IOUT 而增加增益。相反的，若輸入訊號之功率小於衰減後之輸出訊號之功率，將表示出功率放大單元21之目前增益比需求增益還要大，差動放大器237將產生一較低的偏壓210至電晶體215之閘極端，以使功率放大單元21流過較少的電流IOUT 而降低增益。如此，經由比較輸入訊號與輸出訊號間之功率差異以動態調整功率放大電路200之增益。
於是，有別於傳統功率放大電路100、200，本發明提出一創新電路架構的功率放大電路，不僅可以動態調整增益，且可以維持較佳的增益線性度，將會是本發明欲達到的目的。
請參閱第1圖，為習用功率放大電路之電路示意圖。如圖所示，功率放大電路100包括一功率放大單元11、一功率檢測單元13及一偏壓控制單元15。
功率放大單元11之輸入端經由一第一電容121耦接一輸入訊號fin 。功率檢測單元13包括一N型電晶體131，電晶體131之閘極端經由一第二電容122耦接輸入訊號fin 。第一電容121及第二電容122用以隔絕輸入訊號fin 之直流電壓部分，以使功率放大單元11及功率檢測單元13只會接收到一交流電壓部分之輸入訊號fin 。偏壓控制單元15包括一係由兩P型電晶體151、152所組成之電流鏡、一連接成二極體形式之N型電晶體153及一電感器154。
功率檢測單元13之閘極端接收輸入訊號fin ，檢測輸入訊號fin 的功率以在汲極端產生一半波型之電流訊號。接著，由兩P型電晶體151、152所組成之電流鏡會將電流訊號耦合至N型電晶體153。電感器154根據電流訊號以產生一偏壓111至功率放大電路11之輸入端。當輸入訊號fin 的功率越大時，偏壓111相對拉升，以使得功率放大電路11流過較多的電流IOUT 而增加增益。反之，當輸入訊號fin 的功率越小時，偏壓111相對拉降，以使得功率放大單元11流過較少的電流IOUT 而降低增益。如此，經由檢測輸入訊號fin 之功率大小以動態調整功率放大電路100之增益。
或者，請參閱第2圖，為習用又一功率放大電路之電路示意圖。如圖所示，功率放大電路200包括一功率放大單元21及一峰值檢測回授單元23。
功率放大單元21包括一負載電阻211及兩電晶體213、215。負載電阻211連接在電壓源VDD 與功率放大電路200之輸出端203間。兩電晶體213、215連接成疊接架構，其中電晶體215之閘極端連接功率放大電路200之輸入端201接收一輸入訊號(in)，兩電晶體213、215放大輸入訊號以在電晶體213之汲極端產生一輸出訊號(out)。
峰值檢測回授單元23包括一第一峰值檢測器231、一第二峰值檢測器233、一衰減器235及一差動放大器237。輸入訊號傳送至第一峰值檢測器231以檢測輸入訊號之功率而產生一第一檢測訊號，第一檢測訊號傳送至差動放大器237之正極端。輸出訊號傳送至衰減器235以根據一比例係數衰減輸出訊號，例如：功率放大單元21具有A倍的增益，衰減器235將對於輸出訊號衰減1/A倍的增益。衰減後之輸出訊號傳送至第二峰值檢測器233以檢測衰減後之輸出訊號之功率而產生一第二檢測訊號，第二檢測訊號傳送至差動放大器237之負極端。
差動放大器237比較第一檢測訊號及第二檢測訊號間之差異以輸出一偏壓210，偏壓210將傳送至電晶體215之閘極端以決定功率放大單元21之增益。若輸入訊號之功率大於衰減後之輸出訊號之功率，將表示出功率放大單元21之目前增益比需求增益還要小，差動放大器237將產生一較高的偏壓210至電晶體215之閘極端，以使功率放大單元21流過較多的電流IOUT 而增加增益。相反的，若輸入訊號之功率小於衰減後之輸出訊號之功率，將表示出功率放大單元21之目前增益比需求增益還要大，差動放大器237將產生一較低的偏壓210至電晶體215之閘極端，以使功率放大單元21流過較少的電流IOUT 而降低增益。如此，經由比較輸入訊號與輸出訊號間之功率差異以動態調整功率放大電路200之增益。
於是，有別於傳統功率放大電路100、200，本發明提出一創新電路架構的功率放大電路，不僅可以動態調整增益，且可以維持較佳的增益線性度，將會是本發明欲達到的目的。
本發明之一目的，在於提供一種可動態調整增益之功率放大電路，其電路可以接收一差動輸入訊號，經由檢測差動輸入訊號之功率以動態調整增益，致使以產生一符合於實際功率之差動輸出訊號，如此，不僅可以降低功率放大電路之電源消耗，且維持較佳的增益線性度。
本發明之一目的，在於提供一種可動態調整增益之功率放大電路，係以一跨導線性迴路作為功率放大電路的主要設計架構，可以避免功率放大電路之偏壓產生非線性改變，提高增益調整上的穩定性。
本發明之一目的，在於提供一種可動態調整增益之功率放大電路，其電路增益未調整之前，延遲傳送差動輸入訊號至電路內部，藉以避免電路使用未調整過的增益放大差動輸入訊號。
本發明之一目的，在於提供一種可動態調整增益之功率放大電路，其利用兩不同時間點所產生的檢測訊號調整電路的偏壓，將使得電路可以流過足夠的輸出電流而令電路的增益維持在較高的狀態。
本發明之一目的，在於提供一種可動態調整增益之功率放大電路，其電路之偏壓被一提前而至的檢測訊號及一延後而至的檢測訊號一起調整，將可以擴大電路對於差動輸入訊號放大的操作時間。
為了達到上述目的，本發明提供一種可動態調整增益之功率放大電路，包括：一供電單元，提供一供電訊號；一輸入功率檢測單元，包括一對第一差動電晶體，第一差動電晶體之第一端連接一供應電壓，第二端流過一第一電流，控制端分別經由一第一電容接收一差動輸入訊號及連接供電單元，其中輸入功率檢測單元檢測差動輸入訊號之功率以在第一差動電晶體之第二端產生一第一檢測訊號，利用第一檢測訊號調升或調降一偏壓訊號；及一功率放大單元，包括一對第二差動電晶體，第二差動電晶體之第一端連接供應電壓及產生有一差動輸出訊號，第二端接地，控制端分別經由一第二電容接收差動輸入訊號，其中偏壓訊號傳送至第二差動電晶體之控制端，利用偏壓訊號調整功率放大單元之增益。
本發明一實施例中，其中該對第一差動電晶體之第二端尚連接有一電容單元。
本發明一實施例中，其中該對第一差動電晶體之控制端分別經由一第一負載元件連接供電單元，第一負載元件為一電阻或一電感。
本發明一實施例中，其中供電單元包括有至少兩連接成二極體形成之供電電晶體，兩供電晶體串接成一疊接架構，最上方之供電電晶體之第一端及第二端經由第一負載元件連接該對第一差動電晶體之控制端。
本發明一實施例中，其中供電單元包括有一供電電晶體，供電電晶體之第一端經由第一負載元件連接該對第一差動電晶體之控制端，第二端接地，控制端連接該對第一差動電晶體之第二端以及經由一負載單元接地。
本發明一實施例中，其中該對第二差動電晶體之控制端分別經由一第二負載元件連接該對第一差動電晶體之第二端，第二負載元件為一電阻或一電感。
本發明一實施例中，其中該對第二差動電晶體之第一端分別經由一第三負載元件連接供應電壓，第三負載元件為一電阻或一電感。
本發明一實施例中，尚包括一第一延遲放大器，功率放大單元經由第一延遲放大器接收差動輸入訊號，其中第一延遲放大器設定有一訊號延遲時間，訊號延遲時間大於或等於輸入功率檢測單元執行一功率檢測程序所需要的運作時間，當差動輸入訊號分別輸入至輸入功率檢測單元及第一延遲放大器時，第一延遲放大器在經過第一延遲放大器所設定的訊號延遲時間後傳送差動輸入訊號至功率放大單元。
本發明一實施例中，尚包括一第一延遲放大器及一第二延遲放大器，功率放大單元經由第一延遲放大器接收差動輸入訊號，輸入功率檢測單元經由第二延遲放大器接收差動輸入訊號，其中第一延遲放大器設定有一訊號延遲時間，第二延遲放大器設定有另一訊號延遲時間，第一延遲放大器所設定的延遲時間大於或等於第二延遲放大器所設定的訊號延遲時間加上輸入功率檢測單元執行一功率檢測程序所需要的運作時間，當差動輸入訊號分別輸入至第一延遲放大器及第二延遲放大器時，第二延遲放大器在經過第二延遲放大器所設定的訊號延遲時間後傳送差動輸入訊號至輸入功率檢測單元，而第一延遲放大器在經過第一延遲放大器所設定的訊號延遲時間後傳送差動輸入訊號至功率放大單元。
本發明一實施例中，尚包括一輸出功率檢測單元，輸出功率檢測單元包括一對第三差動電晶體，該對第三差動電晶體之第一端連接供應電壓、第二端流過一第二電流及連接該對第一差動電晶體之第二端、控制端分別經由一第三電容連接該對第二差動電晶體之第一端，其中輸出功率檢測單元檢測差動輸出訊號之功率以在第三差動電晶體之第二端產生一第二檢測訊號，利用第一檢測訊號及第二檢測訊號一起調升或調降偏壓訊號。
本發明一實施例中，其中該對第三差動電晶體之控制端分別經由一第四負載元件共連接一起，第四負載元件為一電阻或一電感。
本發明之一目的，在於提供一種可動態調整增益之功率放大電路，係以一跨導線性迴路作為功率放大電路的主要設計架構，可以避免功率放大電路之偏壓產生非線性改變，提高增益調整上的穩定性。
本發明之一目的，在於提供一種可動態調整增益之功率放大電路，其電路增益未調整之前，延遲傳送差動輸入訊號至電路內部，藉以避免電路使用未調整過的增益放大差動輸入訊號。
本發明之一目的，在於提供一種可動態調整增益之功率放大電路，其利用兩不同時間點所產生的檢測訊號調整電路的偏壓，將使得電路可以流過足夠的輸出電流而令電路的增益維持在較高的狀態。
本發明之一目的，在於提供一種可動態調整增益之功率放大電路，其電路之偏壓被一提前而至的檢測訊號及一延後而至的檢測訊號一起調整，將可以擴大電路對於差動輸入訊號放大的操作時間。
為了達到上述目的，本發明提供一種可動態調整增益之功率放大電路，包括：一供電單元，提供一供電訊號；一輸入功率檢測單元，包括一對第一差動電晶體，第一差動電晶體之第一端連接一供應電壓，第二端流過一第一電流，控制端分別經由一第一電容接收一差動輸入訊號及連接供電單元，其中輸入功率檢測單元檢測差動輸入訊號之功率以在第一差動電晶體之第二端產生一第一檢測訊號，利用第一檢測訊號調升或調降一偏壓訊號；及一功率放大單元，包括一對第二差動電晶體，第二差動電晶體之第一端連接供應電壓及產生有一差動輸出訊號，第二端接地，控制端分別經由一第二電容接收差動輸入訊號，其中偏壓訊號傳送至第二差動電晶體之控制端，利用偏壓訊號調整功率放大單元之增益。
本發明一實施例中，其中該對第一差動電晶體之第二端尚連接有一電容單元。
本發明一實施例中，其中該對第一差動電晶體之控制端分別經由一第一負載元件連接供電單元，第一負載元件為一電阻或一電感。
本發明一實施例中，其中供電單元包括有至少兩連接成二極體形成之供電電晶體，兩供電晶體串接成一疊接架構，最上方之供電電晶體之第一端及第二端經由第一負載元件連接該對第一差動電晶體之控制端。
本發明一實施例中，其中供電單元包括有一供電電晶體，供電電晶體之第一端經由第一負載元件連接該對第一差動電晶體之控制端，第二端接地，控制端連接該對第一差動電晶體之第二端以及經由一負載單元接地。
本發明一實施例中，其中該對第二差動電晶體之控制端分別經由一第二負載元件連接該對第一差動電晶體之第二端，第二負載元件為一電阻或一電感。
本發明一實施例中，其中該對第二差動電晶體之第一端分別經由一第三負載元件連接供應電壓，第三負載元件為一電阻或一電感。
本發明一實施例中，尚包括一第一延遲放大器，功率放大單元經由第一延遲放大器接收差動輸入訊號，其中第一延遲放大器設定有一訊號延遲時間，訊號延遲時間大於或等於輸入功率檢測單元執行一功率檢測程序所需要的運作時間，當差動輸入訊號分別輸入至輸入功率檢測單元及第一延遲放大器時，第一延遲放大器在經過第一延遲放大器所設定的訊號延遲時間後傳送差動輸入訊號至功率放大單元。
本發明一實施例中，尚包括一第一延遲放大器及一第二延遲放大器，功率放大單元經由第一延遲放大器接收差動輸入訊號，輸入功率檢測單元經由第二延遲放大器接收差動輸入訊號，其中第一延遲放大器設定有一訊號延遲時間，第二延遲放大器設定有另一訊號延遲時間，第一延遲放大器所設定的延遲時間大於或等於第二延遲放大器所設定的訊號延遲時間加上輸入功率檢測單元執行一功率檢測程序所需要的運作時間，當差動輸入訊號分別輸入至第一延遲放大器及第二延遲放大器時，第二延遲放大器在經過第二延遲放大器所設定的訊號延遲時間後傳送差動輸入訊號至輸入功率檢測單元，而第一延遲放大器在經過第一延遲放大器所設定的訊號延遲時間後傳送差動輸入訊號至功率放大單元。
本發明一實施例中，尚包括一輸出功率檢測單元，輸出功率檢測單元包括一對第三差動電晶體，該對第三差動電晶體之第一端連接供應電壓、第二端流過一第二電流及連接該對第一差動電晶體之第二端、控制端分別經由一第三電容連接該對第二差動電晶體之第一端，其中輸出功率檢測單元檢測差動輸出訊號之功率以在第三差動電晶體之第二端產生一第二檢測訊號，利用第一檢測訊號及第二檢測訊號一起調升或調降偏壓訊號。
本發明一實施例中，其中該對第三差動電晶體之控制端分別經由一第四負載元件共連接一起，第四負載元件為一電阻或一電感。
100‧‧‧功率放大電路
11‧‧‧功率放大單元
111‧‧‧偏壓
121‧‧‧第一電容
122‧‧‧第二電容
13‧‧‧功率檢測單元
131‧‧‧電晶體
15‧‧‧偏壓控制單元
151‧‧‧電晶體
152‧‧‧電晶體
153‧‧‧電晶體
154‧‧‧電感器
200‧‧‧功率放大電路
201‧‧‧輸入端
203‧‧‧輸出端
21‧‧‧功率放大單元
210‧‧‧偏壓
211‧‧‧負載電阻
213‧‧‧電晶體
215‧‧‧電晶體
23‧‧‧峰值檢測回授單元
231‧‧‧第一峰值檢測器
233‧‧‧第二峰值檢測器
235‧‧‧衰減器
237‧‧‧差動放大器
300‧‧‧功率放大電路
301‧‧‧功率放大電路
302‧‧‧功率放大電路
303‧‧‧功率放大電路
304‧‧‧功率放大電路
31‧‧‧供電單元
311‧‧‧供電電晶體
312‧‧‧供電電晶體
32‧‧‧供電單元
321‧‧‧供電電晶體
33‧‧‧輸入功率檢測單元
331‧‧‧第一差動電晶體
333‧‧‧第一電容
334‧‧‧第一負載元件
335‧‧‧電容單元
336‧‧‧負載單元
35‧‧‧功率放大單元
351‧‧‧第二差動電晶體
353‧‧‧第二電容
354‧‧‧第二負載元件
355‧‧‧第三負載元件
36‧‧‧第一延遲放大器
37‧‧‧第二延遲放大器
38‧‧‧輸出功率檢測單元
381‧‧‧第三差動電晶體
383‧‧‧第三電容
384‧‧‧第四負載元件
11‧‧‧功率放大單元
111‧‧‧偏壓
121‧‧‧第一電容
122‧‧‧第二電容
13‧‧‧功率檢測單元
131‧‧‧電晶體
15‧‧‧偏壓控制單元
151‧‧‧電晶體
152‧‧‧電晶體
153‧‧‧電晶體
154‧‧‧電感器
200‧‧‧功率放大電路
201‧‧‧輸入端
203‧‧‧輸出端
21‧‧‧功率放大單元
210‧‧‧偏壓
211‧‧‧負載電阻
213‧‧‧電晶體
215‧‧‧電晶體
23‧‧‧峰值檢測回授單元
231‧‧‧第一峰值檢測器
233‧‧‧第二峰值檢測器
235‧‧‧衰減器
237‧‧‧差動放大器
300‧‧‧功率放大電路
301‧‧‧功率放大電路
302‧‧‧功率放大電路
303‧‧‧功率放大電路
304‧‧‧功率放大電路
31‧‧‧供電單元
311‧‧‧供電電晶體
312‧‧‧供電電晶體
32‧‧‧供電單元
321‧‧‧供電電晶體
33‧‧‧輸入功率檢測單元
331‧‧‧第一差動電晶體
333‧‧‧第一電容
334‧‧‧第一負載元件
335‧‧‧電容單元
336‧‧‧負載單元
35‧‧‧功率放大單元
351‧‧‧第二差動電晶體
353‧‧‧第二電容
354‧‧‧第二負載元件
355‧‧‧第三負載元件
36‧‧‧第一延遲放大器
37‧‧‧第二延遲放大器
38‧‧‧輸出功率檢測單元
381‧‧‧第三差動電晶體
383‧‧‧第三電容
384‧‧‧第四負載元件
第1圖：習用功率放大電路之電路示意圖。
第2圖：習用又一功率放大電路之電路示意圖。
第3圖：本發明可動態調整增益之功率放大電路一較佳實施例之電路示意圖。
第4圖：本發明可動態調整增益之功率放大電路又一實施例之電路示意圖。
第5圖：本發明可動態調整增益之功率放大電路又一實施例之電路示意圖。
第6圖：本發明可動態調整增益之功率放大電路又一實施例之電路示意圖。
第7圖：本發明可動態調整增益之功率放大電路又一實施例之電路示意圖。
第8圖：本發明第一檢測訊號及第二檢測訊號之波形圖。
第2圖：習用又一功率放大電路之電路示意圖。
第3圖：本發明可動態調整增益之功率放大電路一較佳實施例之電路示意圖。
第4圖：本發明可動態調整增益之功率放大電路又一實施例之電路示意圖。
第5圖：本發明可動態調整增益之功率放大電路又一實施例之電路示意圖。
第6圖：本發明可動態調整增益之功率放大電路又一實施例之電路示意圖。
第7圖：本發明可動態調整增益之功率放大電路又一實施例之電路示意圖。
第8圖：本發明第一檢測訊號及第二檢測訊號之波形圖。
請參閱第3圖，為本發明可動態調整增益之功率放大電路一較佳實施例之電路示意圖。如圖所示，本發明功率放大電路300為一射頻功率放大電路，其包括一供電單元31、一輸入功率檢測單元33及一功率放大單元35。
供電單元31包括有至少兩連接成二極體形成之供電電晶體311、312。兩供電電晶體311、312串接成一疊接架構，提供一穩定的供電訊號SP 。
輸入功率檢測單元33為一波封檢測單元(Envelope Dectector)，其包括有一對第一差動電晶體331。第一差動電晶體331之第一端連接一供應電壓VDD ，第二端流過有一第一電流I1 ，控制端分別經由一第一電容333接收一差動輸入訊號RF_inn、RF_inp及連接供電單元31以接收供電訊號SP 。
功率放大單元35包括一對第二差動電晶體351。第二差動電晶體351之第一端連接供應電壓VDD ，第二端接地，控制端分別經由一第二電容353接收差動輸入訊號RF_inn、RF_inp。再者，第一電容333及第二電容353用以隔絕差動輸入訊號RF_inn、RF_inp之直流電壓部分，以使輸入功率檢測單元33及功率放大單元35只會接收到交流電壓部分之差動輸入訊號RF_inn、RF_inp。
本發明一實施例中，第一差動電晶體331之控制端分別經由一第一負載元件334連接供電單元31之供電電晶體311之第一端及控制端，第二差動電晶體351之控制端分別經由一第二負載元件354連接第一差動電晶體331之第二端，而第二差動電晶體351之第一端分別經由一第三負載元件355連接供應電壓VDD 。在本發明一實施例中，電晶體311、312、331、351可以為金屬半電晶體(MOS)、互補式金氧半電晶體(CMOS)、場效電晶體(FET)或雙載子電晶體(BJT)。在本發明一實施例中，電晶體311、312、331、351之第一端為汲極端或集極端，第二端為源極端或射極端，而控制端為閘極端或基極端。
輸入功率檢測單元33用以檢測差動輸入訊號RF_inn、RF_inp之功率(或稱為振幅)，以在第一差動電晶體331之第二端反應出一第一檢測訊號SD1 。再者，在功率放大單元35之第二負載元件354上產生有一偏壓訊號SB ，利用第一檢測訊號SD1 調升或調降偏壓訊號SB 。
若差動輸入訊號RF_inn、RF_inp之功率較高時，第一檢測訊號SD1 調升偏壓訊號SB ，調升後之偏壓訊號SB 將驅使功率放大單元35流過較多的電流而增加增益。若差動輸入訊號RF_inn、RF_inp之功率較低時，第一檢測訊號SD1 調降偏壓訊號SB ，調降後之偏壓訊號SB 將驅使功率放大單元35流過較少的電流而降低增益。則，功率放大單元35即可利用被動態調整過之增益放大差動輸入訊號RF_inn、RF_inp，以輸出一符合於實際功率之差動輸出訊號RF_outn、RF_outp，並可因此降低功率放大電路300之電源消耗。
又，本發明供電單元31之電晶體311、312、輸入功率檢測單元33之電晶體331及功率放大單元35之電晶體351將可以組成為一跨導線性迴路(translinear loop)。則，輸入功率檢測單元33及功率放大單元35所流過之第一電流I1 及輸出電流IOUT 將會跟著供電單元31所流過的輸入電流Iin 產生相對的穩定變化，例如：
。如此，將可以避免製程變動之因素而造成偏壓訊號SB
產生非線性改變，而提高功率放大單元35增益調整上的穩定性。
本發明一實施例中，第一差動電晶體331之第二端尚連接一電容單元335。將電容單元335增設於跨導線性迴路之中，可以使得偏壓訊號SB 進行升壓，而令功率放大單元35始終可以流過較多的輸出電流IOUT 而提高功率放大單元35之增益。
請參閱第4圖，為本發明可動態調整增益之功率放大電路又一實施例之電路示意圖。如圖所示，本實施例功率放大電路301之供電單元32也可以只使用單一顆供電電晶體321來提供供電訊號SP 。
供電電晶體321之第一端經由第一負載元件334連接第一差動電晶體331之控制端，第二端接地，而控制端連接第一差動電晶體331之第二端以及經由一負載單元336接地。
在本實施例中，供電單元32之電晶體321、輸入功率檢測單元33之電晶體331及功率放大單元35之電晶體351同樣可以組成為一跨導線性迴路，致使以產生穩定的偏壓訊號SB 調整功率放大單元35之增益。
請參閱第5圖，為本發明可動態調整增益之功率放大電路又一實施例之電路示意圖。如圖所示，本實施例功率放大電路302尚包括一第一延遲放大器36。第一延遲放大器36用以延遲差動輸入訊號RF_inn、RF_inp傳送至功率放大單元35。
在本實施例中，第一延遲放大器36設定有一訊號延遲時間TX 。此訊號延遲時間TX 大於或等於輸入功率檢測單元33執行一功率檢測程序所需要的運作時間TD ，例如TX ≧TD 。
電路302開始運作，差動輸入訊號RF_inn、RF_inp分別傳送至第一延遲放大器36及輸入功率檢測單元33。第一延遲放大器36延遲輸出差動輸入訊號RF_inn、RF_inp，輸入功率檢測單元33檢測差動輸入訊號RF_inn、RF_inp之功率以取得第一檢測訊號SD1 。之後，第一檢測訊號SD1 傳送至功率放大單元35，以調升或調降偏壓訊號SB 而調整功率放大單元35之增益。
當電路302運作至時間TX 時，第一延遲放大器36輸出差動輸入訊號RF_inn、RF_inp至功率放大單元35。功率放大單元35使用調整後之增益放大差動輸入訊號RF_inn、RF_inp。
於此，在功率放大單元35之增益未調整之前，利用第一延遲放大器36延遲傳送差動輸入訊號RF_inn、RF_inp至功率放大單元35，以避免功率放大單元35使用未調整過的增益放大差動輸入訊號RF_inn、RF_inp。
請參閱第6圖，為本發明可動態調整增益之功率放大電路又一實施例之電路示意圖。如圖所示，本實施例功率放大電路303尚包括一第二延遲放大器37。第二延遲放大器37用以延遲差動輸入訊號RF_inn、RF_inp傳送至輸入功率檢測單元33。
本實施例中，第一延遲放大器36設定有一訊號延遲時間TX ，第二延遲放大器37設定有另一訊號延遲時間TY 。第一延遲放大器36所設定的訊號延遲時間TX 大於或等於第一延遲放大器36所設定的訊號延遲時間TY 加上輸入功率檢測單元33執行功率檢測程序所需要的運作時間TD ，例如TX ≧TY +TD 。
電路303開始運作，差動輸入訊號RF_inn、RF_inp分別傳送至第一延遲放大器36及第二延遲放大器37，第一延遲放大器36及第二延遲放大器37延遲輸出差動輸入訊號RF_inn、RF_inp。當電路303運作至時間TY 時，第二延遲放大器37輸出差動輸入訊號RF_inn、RF_inp至輸入功率檢測單元33。
繼續經過一功率檢測運作時間TD 後，輸入功率檢測單元33檢測完差動輸入訊號RF_inn、RF_inp之功率以取得第一檢測訊號SD1 。之後，第一檢測訊號SD1 傳送至功率放大單元35，以調升或調降偏壓訊號SB 而調整功率放大單元35之增益。
接續，當電路303運作至時間TX 時，第一延遲放大器36輸出差動輸入訊號RF_inn、RF_inp至功率放大單元35。功率放大單元35使用調整後之增益放大差動輸入訊號RF_inn、RF_inp。
在此，藉由第一延遲放大器36及第二延遲放大器37之設置，不僅可避免功率放大單元35使用未調整過的增益放大差動輸入訊號RF_inn、RF_inp，並確保差動輸入訊號之第一輸入訊號RF_inn及第二輸入訊號RF_inp可以同步輸入至輸入功率檢測單元33或功率放大單元35之中，以避免電路運作時產生錯誤。
本發明一實施例中，功率放大電路302/303可以選擇利用供電單元31提供供電訊號VS ，或者選擇利用供電單元32提供供電訊號VS 。
請參閱第7圖，為本發明可動態調整增益之功率放大電路又一實施例之電路示意圖。如圖所示，本實施例功率放大電路304尚包括一輸出功率檢測單元38。輸出功率檢測單元38包括一對第三差動電晶體381。第三差動電晶體381之第一端連接供應電壓VDD ，第二端流過一第二電流I2 及連接第一差動電晶體331之第二端，控制端分別經由一第三電容383連接對應的第二差動電晶體351之第一端以接收差動輸出訊號RF_outn、RF_outp。輸出功率檢測單元38用以檢測差動輸出訊號RF_outn、RF_outp之功率，以在第三差動電晶體381之第二端反應出一第二檢測訊號SD2 。
此外，兩第三差動電晶體381之控制端可以分別經由一第四負載元件384連接一起。本發明各實施例中，第一負載元件334、第二負載元件354、第三負載元件355或第四負載元件384可以為一電阻或一電感。
接續，配合參閱第8圖，電路304開始運作，差動輸入訊號RF_inn、RF_inp分別傳送至第一延遲放大器36及第二延遲放大器37。當電路304運作至時間TY 時，輸入功率檢測單元33接收第二延遲放大器37所輸出的差動輸入訊號RF_inn、RF_inp。
當電路304運作至時間T0時，輸入功率檢測單元33檢測差動輸入訊號RF_inn、RF_inp之功率以產生第一檢測訊號SD1 。之後，第一檢測訊號SD1 傳送至功率放大單元35，以調升或調降偏壓訊號SB 而調整功率放大單元35之增益。
當電路304運作至時間TX 時，第一延遲放大器36輸出差動輸入訊號RF_inn、RF_inp至功率放大單元35。之後，功率放大單元35使用第一檢測訊號SD1 所調整之增益放大差動輸入訊號RF_inn、RF_inp。
當電路304運作至時間T1時，輸出功率檢測單元38檢測差動輸出訊號RF_outn、RF_outp之功率以產生第二檢測訊號SD2 。之後，第一檢測訊號SD1 及第二檢測訊號SD2 一起傳送至功率放大單元35，以進一步調升或調降偏壓訊號SB 而調整功率放大單元35之增益。由上方式持續進行電路304的運作，直到全部的差動輸入訊號RF_inn、RF_inp被放大輸出為止。
如上所述，利用兩不同時間點所產生的檢測訊號SD1 、SD2 調整功率放大單元35之偏壓，將使得功率放大單元35可以流過足夠的輸出電流IOUT 而令增益維持在較高的狀態。此外，功率放大單元35之偏壓被提前而至的第一檢測訊號SD1 調整及被延後而至的第二檢測訊號SD2 一起調整，將可以擴大功率放大單元35對於差動輸入訊號RF_inn、RF_inp放大的操作時間。若差動輸入訊號RF_inn、RF_inp因製程偏移之因素而提前或延後輸入至功率放大單元35，其訊號RF_inn、RF_inp的輸入時間仍會落在功率放大單元35所擴大的操作時間之中，而令功率放大單元35可以順利對於提前或延後輸入的差動輸入訊號RF_inn、RF_inp進行放大的動作。
以上所述者，僅為本發明之一較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，即凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。
供電單元31包括有至少兩連接成二極體形成之供電電晶體311、312。兩供電電晶體311、312串接成一疊接架構，提供一穩定的供電訊號SP 。
輸入功率檢測單元33為一波封檢測單元(Envelope Dectector)，其包括有一對第一差動電晶體331。第一差動電晶體331之第一端連接一供應電壓VDD ，第二端流過有一第一電流I1 ，控制端分別經由一第一電容333接收一差動輸入訊號RF_inn、RF_inp及連接供電單元31以接收供電訊號SP 。
功率放大單元35包括一對第二差動電晶體351。第二差動電晶體351之第一端連接供應電壓VDD ，第二端接地，控制端分別經由一第二電容353接收差動輸入訊號RF_inn、RF_inp。再者，第一電容333及第二電容353用以隔絕差動輸入訊號RF_inn、RF_inp之直流電壓部分，以使輸入功率檢測單元33及功率放大單元35只會接收到交流電壓部分之差動輸入訊號RF_inn、RF_inp。
本發明一實施例中，第一差動電晶體331之控制端分別經由一第一負載元件334連接供電單元31之供電電晶體311之第一端及控制端，第二差動電晶體351之控制端分別經由一第二負載元件354連接第一差動電晶體331之第二端，而第二差動電晶體351之第一端分別經由一第三負載元件355連接供應電壓VDD 。在本發明一實施例中，電晶體311、312、331、351可以為金屬半電晶體(MOS)、互補式金氧半電晶體(CMOS)、場效電晶體(FET)或雙載子電晶體(BJT)。在本發明一實施例中，電晶體311、312、331、351之第一端為汲極端或集極端，第二端為源極端或射極端，而控制端為閘極端或基極端。
輸入功率檢測單元33用以檢測差動輸入訊號RF_inn、RF_inp之功率(或稱為振幅)，以在第一差動電晶體331之第二端反應出一第一檢測訊號SD1 。再者，在功率放大單元35之第二負載元件354上產生有一偏壓訊號SB ，利用第一檢測訊號SD1 調升或調降偏壓訊號SB 。
若差動輸入訊號RF_inn、RF_inp之功率較高時，第一檢測訊號SD1 調升偏壓訊號SB ，調升後之偏壓訊號SB 將驅使功率放大單元35流過較多的電流而增加增益。若差動輸入訊號RF_inn、RF_inp之功率較低時，第一檢測訊號SD1 調降偏壓訊號SB ，調降後之偏壓訊號SB 將驅使功率放大單元35流過較少的電流而降低增益。則，功率放大單元35即可利用被動態調整過之增益放大差動輸入訊號RF_inn、RF_inp，以輸出一符合於實際功率之差動輸出訊號RF_outn、RF_outp，並可因此降低功率放大電路300之電源消耗。
又，本發明供電單元31之電晶體311、312、輸入功率檢測單元33之電晶體331及功率放大單元35之電晶體351將可以組成為一跨導線性迴路(translinear loop)。則，輸入功率檢測單元33及功率放大單元35所流過之第一電流I1 及輸出電流IOUT 將會跟著供電單元31所流過的輸入電流Iin 產生相對的穩定變化，例如：
本發明一實施例中，第一差動電晶體331之第二端尚連接一電容單元335。將電容單元335增設於跨導線性迴路之中，可以使得偏壓訊號SB 進行升壓，而令功率放大單元35始終可以流過較多的輸出電流IOUT 而提高功率放大單元35之增益。
請參閱第4圖，為本發明可動態調整增益之功率放大電路又一實施例之電路示意圖。如圖所示，本實施例功率放大電路301之供電單元32也可以只使用單一顆供電電晶體321來提供供電訊號SP 。
供電電晶體321之第一端經由第一負載元件334連接第一差動電晶體331之控制端，第二端接地，而控制端連接第一差動電晶體331之第二端以及經由一負載單元336接地。
在本實施例中，供電單元32之電晶體321、輸入功率檢測單元33之電晶體331及功率放大單元35之電晶體351同樣可以組成為一跨導線性迴路，致使以產生穩定的偏壓訊號SB 調整功率放大單元35之增益。
請參閱第5圖，為本發明可動態調整增益之功率放大電路又一實施例之電路示意圖。如圖所示，本實施例功率放大電路302尚包括一第一延遲放大器36。第一延遲放大器36用以延遲差動輸入訊號RF_inn、RF_inp傳送至功率放大單元35。
在本實施例中，第一延遲放大器36設定有一訊號延遲時間TX 。此訊號延遲時間TX 大於或等於輸入功率檢測單元33執行一功率檢測程序所需要的運作時間TD ，例如TX ≧TD 。
電路302開始運作，差動輸入訊號RF_inn、RF_inp分別傳送至第一延遲放大器36及輸入功率檢測單元33。第一延遲放大器36延遲輸出差動輸入訊號RF_inn、RF_inp，輸入功率檢測單元33檢測差動輸入訊號RF_inn、RF_inp之功率以取得第一檢測訊號SD1 。之後，第一檢測訊號SD1 傳送至功率放大單元35，以調升或調降偏壓訊號SB 而調整功率放大單元35之增益。
當電路302運作至時間TX 時，第一延遲放大器36輸出差動輸入訊號RF_inn、RF_inp至功率放大單元35。功率放大單元35使用調整後之增益放大差動輸入訊號RF_inn、RF_inp。
於此，在功率放大單元35之增益未調整之前，利用第一延遲放大器36延遲傳送差動輸入訊號RF_inn、RF_inp至功率放大單元35，以避免功率放大單元35使用未調整過的增益放大差動輸入訊號RF_inn、RF_inp。
請參閱第6圖，為本發明可動態調整增益之功率放大電路又一實施例之電路示意圖。如圖所示，本實施例功率放大電路303尚包括一第二延遲放大器37。第二延遲放大器37用以延遲差動輸入訊號RF_inn、RF_inp傳送至輸入功率檢測單元33。
本實施例中，第一延遲放大器36設定有一訊號延遲時間TX ，第二延遲放大器37設定有另一訊號延遲時間TY 。第一延遲放大器36所設定的訊號延遲時間TX 大於或等於第一延遲放大器36所設定的訊號延遲時間TY 加上輸入功率檢測單元33執行功率檢測程序所需要的運作時間TD ，例如TX ≧TY +TD 。
電路303開始運作，差動輸入訊號RF_inn、RF_inp分別傳送至第一延遲放大器36及第二延遲放大器37，第一延遲放大器36及第二延遲放大器37延遲輸出差動輸入訊號RF_inn、RF_inp。當電路303運作至時間TY 時，第二延遲放大器37輸出差動輸入訊號RF_inn、RF_inp至輸入功率檢測單元33。
繼續經過一功率檢測運作時間TD 後，輸入功率檢測單元33檢測完差動輸入訊號RF_inn、RF_inp之功率以取得第一檢測訊號SD1 。之後，第一檢測訊號SD1 傳送至功率放大單元35，以調升或調降偏壓訊號SB 而調整功率放大單元35之增益。
接續，當電路303運作至時間TX 時，第一延遲放大器36輸出差動輸入訊號RF_inn、RF_inp至功率放大單元35。功率放大單元35使用調整後之增益放大差動輸入訊號RF_inn、RF_inp。
在此，藉由第一延遲放大器36及第二延遲放大器37之設置，不僅可避免功率放大單元35使用未調整過的增益放大差動輸入訊號RF_inn、RF_inp，並確保差動輸入訊號之第一輸入訊號RF_inn及第二輸入訊號RF_inp可以同步輸入至輸入功率檢測單元33或功率放大單元35之中，以避免電路運作時產生錯誤。
本發明一實施例中，功率放大電路302/303可以選擇利用供電單元31提供供電訊號VS ，或者選擇利用供電單元32提供供電訊號VS 。
請參閱第7圖，為本發明可動態調整增益之功率放大電路又一實施例之電路示意圖。如圖所示，本實施例功率放大電路304尚包括一輸出功率檢測單元38。輸出功率檢測單元38包括一對第三差動電晶體381。第三差動電晶體381之第一端連接供應電壓VDD ，第二端流過一第二電流I2 及連接第一差動電晶體331之第二端，控制端分別經由一第三電容383連接對應的第二差動電晶體351之第一端以接收差動輸出訊號RF_outn、RF_outp。輸出功率檢測單元38用以檢測差動輸出訊號RF_outn、RF_outp之功率，以在第三差動電晶體381之第二端反應出一第二檢測訊號SD2 。
此外，兩第三差動電晶體381之控制端可以分別經由一第四負載元件384連接一起。本發明各實施例中，第一負載元件334、第二負載元件354、第三負載元件355或第四負載元件384可以為一電阻或一電感。
接續，配合參閱第8圖，電路304開始運作，差動輸入訊號RF_inn、RF_inp分別傳送至第一延遲放大器36及第二延遲放大器37。當電路304運作至時間TY 時，輸入功率檢測單元33接收第二延遲放大器37所輸出的差動輸入訊號RF_inn、RF_inp。
當電路304運作至時間T0時，輸入功率檢測單元33檢測差動輸入訊號RF_inn、RF_inp之功率以產生第一檢測訊號SD1 。之後，第一檢測訊號SD1 傳送至功率放大單元35，以調升或調降偏壓訊號SB 而調整功率放大單元35之增益。
當電路304運作至時間TX 時，第一延遲放大器36輸出差動輸入訊號RF_inn、RF_inp至功率放大單元35。之後，功率放大單元35使用第一檢測訊號SD1 所調整之增益放大差動輸入訊號RF_inn、RF_inp。
當電路304運作至時間T1時，輸出功率檢測單元38檢測差動輸出訊號RF_outn、RF_outp之功率以產生第二檢測訊號SD2 。之後，第一檢測訊號SD1 及第二檢測訊號SD2 一起傳送至功率放大單元35，以進一步調升或調降偏壓訊號SB 而調整功率放大單元35之增益。由上方式持續進行電路304的運作，直到全部的差動輸入訊號RF_inn、RF_inp被放大輸出為止。
如上所述，利用兩不同時間點所產生的檢測訊號SD1 、SD2 調整功率放大單元35之偏壓，將使得功率放大單元35可以流過足夠的輸出電流IOUT 而令增益維持在較高的狀態。此外，功率放大單元35之偏壓被提前而至的第一檢測訊號SD1 調整及被延後而至的第二檢測訊號SD2 一起調整，將可以擴大功率放大單元35對於差動輸入訊號RF_inn、RF_inp放大的操作時間。若差動輸入訊號RF_inn、RF_inp因製程偏移之因素而提前或延後輸入至功率放大單元35，其訊號RF_inn、RF_inp的輸入時間仍會落在功率放大單元35所擴大的操作時間之中，而令功率放大單元35可以順利對於提前或延後輸入的差動輸入訊號RF_inn、RF_inp進行放大的動作。
以上所述者，僅為本發明之一較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，即凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。
300‧‧‧功率放大電路
31‧‧‧供電單元
311‧‧‧供電電晶體
312‧‧‧供電電晶體
33‧‧‧輸入功率檢測單元
331‧‧‧第一差動電晶體
333‧‧‧第一電容
334‧‧‧第一負載元件
335‧‧‧電容單元
35‧‧‧功率放大單元
351‧‧‧第二差動電晶體
353‧‧‧第二電容
354‧‧‧第二負載元件
355‧‧‧第三負載元件
Claims (1)
- 一種可動態調整增益之功率放大電路，包括：一供電單元，提供一供電訊號；一輸入功率檢測單元，包括一對第一差動電晶體，第一差動電晶體之第一端連接一供應電壓，第二端流過一第一電流，控制端分別經由一第一電容接收一差動輸入訊號及連接供電單元，其中輸入功率檢測單元檢測差動輸入訊號之功率以在第一差動電晶體之第二端產生一第一檢測訊號，利用第一檢測訊號調升或調降一偏壓訊號；及一功率放大單元，包括一對第二差動電晶體，第二差動電晶體之第一端連接供應電壓及產生有一差動輸出訊號，第二端接地，控制端分別經由一第二電容接收差動輸入訊號，其中偏壓訊號傳送至第二差動電晶體之控制端，利用偏壓訊號調整功率放大單元之增益。
2.如申請專利範圍第1項所述之功率放大電路，其中該對第一差動電晶體之第二端尚連接有一電容單元。
3.如申請專利範圍第1項所述之功率放大電路，其中該對第一差動電晶體之控制端分別經由一第一負載元件連接該供電單元，該第一負載元件為一電阻或一電感。
4.如申請專利範圍第3項所述之功率放大電路，其中該供電單元包括有至少兩連接成二極體形成之供電電晶體，該兩供電晶體串接成一疊接架構，最上方之該供電電晶體之第一端及第二端經由該第一負載元件連接該對第一差動電晶體之控制端。
5.如申請專利範圍第3項所述之功率放大電路，其中該供電單元包括有一供電電晶體，該供電電晶體之第一端經由該第一負載元件連接該對第一差動電晶體之控制端，第二端接地，控制端連接該對第一差動電晶體之第二端以及經由一負載單元接地。
6.如申請專利範圍第1項所述之功率放大電路，其中該對第二差動電晶體之控制端分別經由一第二負載元件連接該對第一差動電晶體之第二端，該第二負載元件為一電阻或一電感。
7.如申請專利範圍第1項所述之功率放大電路，其中該對第二差動電晶體之第一端分別經由一第三負載元件連接該供應電壓，該第三負載元件為一電阻或一電感。
8.如申請專利範圍第1項所述之功率放大電路，尚包括一第一延遲放大器，該功率放大單元經由該第一延遲放大器接收該差動輸入訊號，其中該第一延遲放大器設定有一訊號延遲時間，該訊號延遲時間大於或等於該輸入功率檢測單元執行一功率檢測程序所需要的運作時間，當該差動輸入訊號分別輸入至該輸入功率檢測單元及該第一延遲放大器時，該第一延遲放大器在經過該第一延遲放大器所設定的訊號延遲時間後傳送該差動輸入訊號至該功率放大單元。
9.如申請專利範圍第1項所述之功率放大電路，尚包括一第一延遲放大器及一第二延遲放大器，該功率放大單元經由該第一延遲放大器接收該差動輸入訊號，該輸入功率檢測單元經由該第二延遲放大器接收該差動輸入訊號，其中該第一延遲放大器設定有一訊號延遲時間，該第二延遲放大器設定有另一訊號延遲時間，該第一延遲放大器所設定的訊號延遲時間大於或等於該第二延遲放大器所設定的訊號延遲時間加上該輸入功率檢測單元執行一功率檢測程序所需要的運作時間，當該差動輸入訊號分別輸入至該第一延遲放大器及該第二延遲放大器時，該第二延遲放大器在經過該第二延遲放大器所設定的訊號延遲時間後傳送該差動輸入訊號至該輸入功率檢測單元，而該第一延遲放大器在經過該第一延遲放大器所設定的訊號延遲時間後傳送該差動輸入訊號至該功率放大單元。
10.如申請專利範圍第1項所述之功率放大電路，尚包括一輸出功率檢測單元，該輸出功率檢測單元包括一對第三差動電晶體，該對第三差動電晶體之第一端連接該供應電壓、第二端流過一第二電流及連接該對第一差動電晶體之第二端、控制端分別經由一第三電容連接該對第二差動電晶體之第一端，其中該輸出功率檢測單元檢測該差動輸出訊號之功率以在該第三差動電晶體之第二端產生一第二檢測訊號，利用該第一檢測訊號及該第二檢測訊號一起調升或調降該偏壓訊號。
11.如申請專利範圍第10項所述之功率放大電路，其中該對第三差動電晶體之控制端分別經由一第四負載元件共連接一起，該第四負載元件為一電阻或一電感。
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