TWI632769B - Multiple power amplifier circuit - Google Patents
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Abstract
一種多路功率放大電路包含一個第一巴倫、一個第二巴倫與N個差分功率放大器。第一與第二巴倫中的每一個對該第一及第二待放大電壓信號中的一相對應者進行不平衡至平衡轉換及功率分配，以產生N個差動轉換電壓信號對，N³2。其中N個差分功率放大器中的每一個電連接到該第一巴倫以接收該第一巴倫所產生的該等差動轉換電壓信號對中的一相對應者，且對該相對應差動轉換電壓信號對進行功率放大，以產生一相對應差動已放大電壓信號對，其中另外N個差分功率放大器中的每一個電連接到該第二巴倫以接收該第二巴倫所產生的該等差動轉換電壓信號對中的一相對應者，且進行功率放大，以產生一相對應差動已放大電壓信號對。
Description
本發明是有關於一種功率放大電路，特別是指一種多路功率放大電路。
現有功率放大技術所使用的威爾金森功率分離器（Wilkinson power splitter）所占面積大，且功率消耗高，因此，如何縮小面積及降低功率消耗，而是未來功率放大技術的研究方向。
因此，本發明之目的，即在提供一種解決上述問題的多路功率放大電路。
於是，本發明多路功率放大電路包含一個第一巴倫、一個第二巴倫與2´N個差分功率放大器。
第一巴倫與第二巴倫分別接收一差動待放大電壓信號對所包括的一第一待放大電壓信號及一第二待放大電壓信號，該第一與第二巴倫中的每一個對該第一及第二待放大電壓信號中的一相對應者進行不平衡至平衡轉換及功率分配，以產生N個差動轉換電壓信號對，其中N³2，該第一巴倫包括一個接收該第一待放大電壓信號的輸入端、N個第一輸出端、N個第二輸出端、一個中間端、一條電連接在該輸入端與該中間端之間的第一傳輸線、一條電連接到該中間端的第二傳輸線、N條第三傳輸線、N條第四傳輸線，每一第二輸出端與該等第一輸出端中的一相對應者共同輸出該第一巴倫所產生的該等差動轉換電壓信號對中的一相對應者，每一第三傳輸線設置在該第一傳輸線附近，且與該第一傳輸線相間隔，以與該第一傳輸線建立電磁耦合，每一第三傳輸線電連接在該等第一輸出端中的一相對應者與地之間，每一第四傳輸線設置在該第二傳輸線附近，且與該第二傳輸線相間隔，以與該第二傳輸線建立電磁耦合，每一第四傳輸線電連接在該等第二輸出端中的一相對應者與地之間。
其中N個差分功率放大器中的每一個電連接到該第一巴倫以接收該第一巴倫所產生的該等差動轉換電壓信號對中的一相對應者，且對該相對應差動轉換電壓信號對進行功率放大，以產生一相對應差動已放大電壓信號對，其中另外N個差分功率放大器中的每一個電連接到該第二巴倫以接收該第二巴倫所產生的該等差動轉換電壓信號對中的一相對應者，且對該相對應差動轉換電壓信號對進行功率放大，以產生一相對應差動已放大電壓信號對。
本發明之功效在於：取代傳統的功率分離器以節省面積。
在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。
＜第一實施例＞
參閱圖1，本發明多路功率放大電路之一第一實施例（在本實施例中舉4路功率放大為例說明），包含一個第一巴倫1、一個第二巴倫2及2´N（N=2）個差分功率放大器A1~A4。
第一巴倫1與第二巴倫2分別接收一差動待放大電壓信號對所包括的一第一待放大電壓信號及一第二待放大電壓信號，該第一待放大電壓信號及一第二待放大電壓信號的相位差為180°，該第一巴倫1與第二巴倫2中的每一個對該第一及第二待放大電壓信號中的一相對應者進行不平衡至平衡轉換及功率分配，以產生N個差動轉換電壓信號對，其中N³2。
＜第一巴倫＞
該第一巴倫1包括一個接收該第一待放大電壓信號的輸入端P1、N（=2）個第一輸出端P2、P4、N（=2）個第二輸出端P3、P5、一個中間端M、一條電連接在該輸入端P1與該中間端M1之間的第一傳輸線TL1、一條電連接到該中間端的第二傳輸線TL2、N（=2）條第三傳輸線TL3、N（=2）條第四傳輸線TL4，每一第二輸出端與該等第一輸出端中的一相對應者共同輸出該第一巴倫1所產生的該等差動轉換電壓信號對中的一相對應者（如第一輸出端P2與第二輸出端P3共同輸出一差動轉換電壓信號對、第一輸出端P4與第二輸出端P5共同輸出另一差動轉換電壓信號對），每一第三傳輸線TL3設置在該第一傳輸線TL1附近，且與該第一傳輸線TL1相間隔，以與該第一傳輸線TL1建立電磁耦合，每一第三傳輸線TL3電連接在該等第一輸出端中的一相對應者P2（P4）與地之間（如其中一第三傳輸線TL3電連接在第一輸出端P2與地之間、另一第四傳輸線TL3電連接在第一輸出端P4與地之間），每一第四傳輸線TL4設置在該第二傳輸線TL2附近，且與該第二傳輸線TL2相間隔，以與該第二傳輸線TL2建立電磁耦合，每一第四傳輸線TL4電連接在該等第二輸出端中的一相對應者P3（P5）與地之間（如其中一第四傳輸線TL4電連接在第二輸出端P3與地之間、另一第四傳輸線TL4電連接在第二輸出端P5與地之間）。
＜第二巴倫＞
該第二巴倫2包括一個接收該第二待放大電壓信號的輸入端P1’、N（=2）個第一輸出端P2’、P4’、N（=2）個第二輸出端P3’、P5’、一個中間端M’、一條電連接在該輸入端P1’與該中間端M1’之間的第一傳輸線TL1、一條電連接到該中間端的第二傳輸線TL2、N（=2）條第三傳輸線TL3、N（=2）條第四傳輸線TL4，每一第二輸出端與該等第一輸出端中的一相對應者共同輸出該第一巴倫1所產生的該等差動轉換電壓信號對中的一相對應者，每一第三傳輸線TL3設置在該第一傳輸線TL1附近，且與該第一傳輸線TL1相間隔，以與該第一傳輸線TL1建立電磁耦合，每一第三傳輸線TL3電連接在該等第一輸出端中的一相對應者P2’、P4’與地之間。該第二傳輸線TL2具有一電連接該中間端M的第一端及一開路的第二端。每一第四傳輸線TL4設置在該第二傳輸線附近，且與該第二傳輸線TL2相間隔，以與該第二傳輸線TL2建立電磁耦合，每一第四傳輸線TL4電連接在該等第二輸出端中的一相對應者P3’、P5’與地之間。
如圖2所示，為該第一巴倫1的等效電路，說明相對相位關係為：若第一傳輸線TL1電連接的輸入端P1所接收的第一待放大電壓信號的相位為0°、則第三傳輸線TL3電連接的第一輸出端P2、P4的輸出為0°+θ（θ的理論值為90°）、第四傳輸線TL4電連接的第一輸出端P3、P5的輸出為180°+θ。如圖3所示，為該第二巴倫2的等效電路，說明相對相位關係為：若第一傳輸線TL1電連接的輸入端P1所接收的第二待放大電壓信號的相位為180°、則第三傳輸線TL3電連接的第一輸出端P2’、P4’的輸出為180°+θ（θ的理論值為90°）、第四傳輸線TL4電連接的第一輸出端P3’、P5’的輸出為0°+θ。每一傳輸線TL1~TL4的長度等於該差動待放大電壓信號對的波長的四分之一，且第二傳輸線TL2的第二端開路，以達到輸入端與負載端（負載端是指從差分功率放大器的輸入所看到等效負載）的阻抗匹配(無輸入訊號反射、無負載端訊號反射)，以及功率4路等分。如圖4所示，為該第一巴倫1的金屬佈局圖，是圓弧型。
＜2×N個差分功率放大器＞
N（=2）個差分功率放大器中的每一個A1、A2電連接到該第一巴倫1以接收該第一巴倫1所產生的該等差動轉換電壓信號對中的一相對應者（其中，差分功率放大器A1電連接該第一巴倫1的第一輸出端P2與第二輸出端P3，差分功率放大器A2電連接該第一巴倫1的第一輸出端P4與第二輸出端P5），且對該相對應差動轉換電壓信號對進行功率放大，以產生一相對應差動已放大電壓信號對，其中另外N個差分功率放大器中的每一個A3、A4電連接到該第二巴倫2以接收該第二巴倫2所產生的該等差動轉換電壓信號對中的一相對應者（其中，差分功率放大器A3電連接該第二巴倫2的第一輸出端P4’與第二輸出端P5’，差分功率放大器A4電連接該第二巴倫2的第一輸出端P2’與第二輸出端P3’），且對該相對應差動轉換電壓信號對進行功率放大，以產生一相對應差動已放大電壓信號對。
＜第二實施例＞
參閱圖5，本發明多路功率放大電路之一第二實施例，與第一實施例的差別在於：該第一巴倫1與第二巴倫2的第二傳輸線TL2的具有一電連接該中間端的第一端及一接地的第二端，且每一傳輸線TL1~TL4的長度等於該差動待放大電壓信號對的波長的十二分之一，以達到輸入端與負載端（負載端是指從差分功率放大器的輸入所看到等效負載）的阻抗匹配(無輸入端訊號反射、無負載端訊號反射)，以及功率4路等分。
＜第三實施例＞
參閱圖6，本發明多路功率放大電路之一第三實施例，與第一實施例的差別在於：本實施例中舉6路功率放大為例說明，多路功率放大電路包含一個第一巴倫1、一個第二巴倫2及6個差分功率放大器A1~A6。
如圖7所示，該第一巴倫1包括一個接收該第一待放大電壓信號的輸入端P1、3個第一輸出端P2、P4、P6、3個第二輸出端P3、P5、P7、一個中間端M、一條電連接在該輸入端P1與該中間端M1之間的第一傳輸線TL1、一條電連接到該中間端的第二傳輸線TL2、3條第三傳輸線TL3、3條第四傳輸線TL4。
每一第三傳輸線TL3電連接在該等第一輸出端中的一相對應者P2（P4、P6）與地之間（如其中一第三傳輸線TL3電連接在第一輸出端P2與地之間、另一第三傳輸線TL3電連接在第一輸出端P4與地之間、剩餘一第三傳輸線TL3電連接在第一輸出端P6與地之間）。每一第四傳輸線TL4電連接在該等第二輸出端中的一相對應者P3（P5、P7）與地之間（如其中一第四傳輸線TL4電連接在第二輸出端P3與地之間、另一第四傳輸線TL4電連接在第二輸出端P5與地之間、剩餘一第四傳輸線TL4電連接在第二輸出端P7與地之間）。
如圖8所示，該第二巴2倫包括一個接收該第二待放大電壓信號的輸入端P1’、3個第一輸出端P2’、P4’、P6’、3個第二輸出端P3’、P5’、P7’、一個中間端M、一條電連接在該輸入端P1與該中間端M1之間的第一傳輸線TL1、一條電連接到該中間端的第二傳輸線TL2、3條第三傳輸線TL3、3條第四傳輸線TL4。
每一第三傳輸線TL3電連接在該等第一輸出端中的一相對應者P2’、P4’、P6’與地之間。每一第四傳輸線TL4電連接在該等第二輸出端中的一相對應者P3’（P5’、P7’）與地之間。
綜上所述，上述實施例以第一巴倫1取代傳統的功率分離器（power splitter），以節省面積；且利用第二傳輸線TL2的一端接地短路更有效的縮短傳輸線的長度，且在傳輸線長度與輸入端的阻抗匹配程度(不匹配會造成輸入訊號反射)、負載端的阻抗匹配程度(不匹配會造成負載端訊號反射)等參數設計下能降低功率損耗，故確實能達成本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
1‧‧‧第一巴倫
2‧‧‧第二巴倫
A1‧‧‧差分功率放大器
A2‧‧‧差分功率放大器
A3‧‧‧差分功率放大器
A4‧‧‧差分功率放大器
TL1‧‧‧第一傳輸線
TL2‧‧‧第二傳輸線
TL3‧‧‧第三傳輸線
TL4‧‧‧第四傳輸線
P1‧‧‧輸入端
P2‧‧‧第一輸出端
P3‧‧‧第二輸出端
P4‧‧‧第一輸出端
P5‧‧‧第二輸出端
P6‧‧‧第一輸出端
P7‧‧‧第二輸出端
P1’‧‧‧輸入端
P2’‧‧‧第一輸出端
P3’‧‧‧第二輸出端
P4’‧‧‧第一輸出端
P5’‧‧‧第二輸出端
P6’‧‧‧第一輸出端
P7’‧‧‧第二輸出端
M‧‧‧中間端
M’‧‧‧中間端
2‧‧‧第二巴倫
A1‧‧‧差分功率放大器
A2‧‧‧差分功率放大器
A3‧‧‧差分功率放大器
A4‧‧‧差分功率放大器
TL1‧‧‧第一傳輸線
TL2‧‧‧第二傳輸線
TL3‧‧‧第三傳輸線
TL4‧‧‧第四傳輸線
P1‧‧‧輸入端
P2‧‧‧第一輸出端
P3‧‧‧第二輸出端
P4‧‧‧第一輸出端
P5‧‧‧第二輸出端
P6‧‧‧第一輸出端
P7‧‧‧第二輸出端
P1’‧‧‧輸入端
P2’‧‧‧第一輸出端
P3’‧‧‧第二輸出端
P4’‧‧‧第一輸出端
P5’‧‧‧第二輸出端
P6’‧‧‧第一輸出端
P7’‧‧‧第二輸出端
M‧‧‧中間端
M’‧‧‧中間端
本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是本發明多路功率放大電路之一第一實施例的一電路圖； 圖2是該第一實施例的第一巴倫的一等效電路圖； 圖3是該第一實施例的第二巴倫的一等效電路圖； 圖4是該第一巴倫的一金屬佈局圖； 圖5是本發明多路功率放大電路之一第二實施例的一電路圖； 圖6是本發明多路功率放大電路之一第三實施例的一電路圖； 圖7是該第三實施例的第一巴倫的一等效電路圖； 圖8是該第三實施例的第二巴倫的一等效電路圖。
Claims (6)
- 一種多路功率放大電路，包含： 一個第一巴倫與一個第二巴倫，分別接收一差動待放大電壓信號對所包括的一第一待放大電壓信號及一第二待放大電壓信號，該第一與第二巴倫中的每一個對該第一及第二待放大電壓信號中的一相對應者進行不平衡至平衡轉換及功率分配，以產生N個差動轉換電壓信號對，其中N³2，該第一巴倫包括一個接收該第一待放大電壓信號的輸入端、N個第一輸出端、N個第二輸出端、一個中間端、一條電連接在該輸入端與該中間端之間的第一傳輸線、一條電連接到該中間端的第二傳輸線、N條第三傳輸線、N條第四傳輸線， 每一第二輸出端與該等第一輸出端中的一相對應者共同輸出該第一巴倫所產生的該等差動轉換電壓信號對中的一相對應者， 每一第三傳輸線設置在該第一傳輸線附近，且與該第一傳輸線相間隔，以與該第一傳輸線建立電磁耦合，每一第三傳輸線電連接在該等第一輸出端中的一相對應者與地之間， 每一第四傳輸線設置在該第二傳輸線附近，且與該第二傳輸線相間隔，以與該第二傳輸線建立電磁耦合，每一第四傳輸線電連接在該等第二輸出端中的一相對應者與地之間； 及 2´N個差分功率放大器，其中N個差分功率放大器中的每一個電連接到該第一巴倫以接收該第一巴倫所產生的該等差動轉換電壓信號對中的一相對應者，且對該相對應差動轉換電壓信號對進行功率放大，以產生一相對應差動已放大電壓信號對，其中另外N個差分功率放大器中的每一個電連接到該第二巴倫以接收該第二巴倫所產生的該等差動轉換電壓信號對中的一相對應者，且對該相對應差動轉換電壓信號對進行功率放大，以產生一相對應差動已放大電壓信號對。
- 如請求項1所述的多路功率放大電路，其中，該第二巴倫包括： 一個輸入端，接收該第二待放大電壓信號； N個第一輸出端； N個第二輸出端，每一第二輸出端與該等第一輸出端中的一相對應者共同輸出該第一巴倫所產生的該等差動轉換電壓信號對中的一相對應者； 一個中間端； 一條第一傳輸線，電連接在該輸入端與該中間端之間； 一條第二傳輸線，電連接到該中間端； N條第三傳輸線，每一第三傳輸線設置在該第一傳輸線附近，且與該第一傳輸線相間隔，以與該第一傳輸線建立電磁耦合，每一第三傳輸線電連接在該等第一輸出端中的一相對應者與地之間；及 N條第四傳輸線，每一第四傳輸線設置在該第二傳輸線附近，且與該第二傳輸線相間隔，以與該第二傳輸線建立電磁耦合，每一第四傳輸線電連接在該等第二輸出端中的一相對應者與地之間。
- 如請求項1所述的多路功率放大電路，其中，該第二傳輸線具有一電連接該中間端的第一端及一開路的第二端。
- 如請求項1所述的多路功率放大電路，其中，每一傳輸線的長度等於該差動待放大電壓信號對的波長的四分之一。
- 如請求項1所述的多路功率放大電路，其中，該第二傳輸線具有一電連接該中間端的第一端及一接地的第二端。
- 如請求項4所述的多路功率放大電路，其中，每一傳輸線的長度等於該差動待放大電壓信號對的波長的十二分之一。
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