TWI676349B - 放大電路 - Google Patents

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Abstract

放大電路包含輸入端、輸出端、偏壓電路、阻抗電路、電晶體及濾波電路。輸入端接收射頻輸入訊號，輸出端輸出射頻放大訊號。偏壓電路提供偏壓。阻抗電路的第一端耦接於偏壓電路，阻抗電路的第二端耦接於輸入端。阻抗電路在其第一端及第二端之間提供壓降。電晶體的第一端耦接於輸出端，電晶體的第二端耦接於參考電壓端，電晶體的控制端耦接於阻抗電路之第二端，並接收射頻輸入訊號。濾波電路耦接於電晶體之第一端及阻抗電路。濾波電路濾除諧波訊號並提供回授訊號至阻抗電路之第一端。回授訊號包含射頻放大訊號中之主頻訊號。

Description

放大電路
本發明係有關於一種放大電路，尤其是一種能夠在高功率模式下保持線性度的放大電路。
在無線通訊技術中，放大器常被用來放大訊號以提升收發訊號的品質。然而由於無線通訊所處的環境可能會隨時變動，因此放大器所需的功率也會隨著改變。當放大器操作在較大功率時，放大器會向其偏壓電路抽取較大的電流，當持續操作在一較大功率的情況下時，放大器的溫度也會因此逐漸上升，進而向偏壓電路抽取了更多的電流，最終放大器便可能會因為過熱而造成損壞。
為了避免偏壓電路在高功率模式下產生過大的電流而造成放大器損壞，在偏壓電路中常會額外設置保護電路。然而在先前技術中，保護電路的設置卻會造成整體放大增益的1dB壓縮點(P1dB)後退，亦即放大器能夠維持線性度的功率範圍縮小，造成放大器的效能降低。也就是說，設計者常常必須在電路保護與放大器效能兩者間斟酌妥協，而難以兩全其美。
本發明之一實施例提供一種應用於放大器裝置之放大電路。放大電路包含輸入端、輸出端、偏壓電路、阻抗電路、電晶體及濾波器。
輸入端接收射頻輸入訊號，而輸出端輸出射頻放大訊號。偏壓電路提供偏壓。阻抗電路具有第一端及第二端，阻抗電路的第一端耦接於偏壓電路，而阻抗電路的第二端耦接於輸入端，阻抗電路在其第一端及第二端之間提供壓降。電晶體具有第一端、第二端及控制端，電晶體的第一端耦接於輸出端，電晶體的第二端耦接於第一參考電壓端，而電晶體的控制端耦接於阻抗電路之第二端，並接收射頻輸入訊號。濾波電路耦接於電晶體之第一端及阻抗電路，濾波電路濾除諧波訊號並提供回授訊號至阻抗電路，而回授訊號包含射頻放大訊號中之主頻訊號。
第1圖為本發明一實施例之放大電路100的示意圖。放大電路100包含輸入端100A、輸出端100B、偏壓電路110、阻抗電路120、第一電晶體M1及濾波電路130。輸入端100A可接收射頻輸入訊號SIG RFIN，放大電路100可將射頻輸入訊號SIG RFIN放大，並透過輸出端100B輸出射頻放大訊號SIG RFOUT。在本發明的部分實施例中，放大電路100可為低雜訊放大器(Low Noise Amplifier，LNA)或功率放大器(Power Amplifier，PA)，並可應用於傳輸無線訊號的放大器裝置中。在本發明的部分實施例中，放大電路100可為放大器裝置之複數級放大電路中的其中一級。
偏壓電路110可提供偏壓Vb。在第1圖中，偏壓電路110可例如包含參考電源供應端112、電阻114、至少一個二極體116、電容118及第二電晶體M2。參考電源供應端112可耦接至參考電源供應器以接收偏壓電路110所需的電源。在本發明的部分實施例中，參考電源供應器可例如為參考電流源，並可輸出參考電流Iref，然而在本發明的其他實施例中，參考電源供應器也可以是電壓源，並可提供參考電壓。在本發明的實施例中，二極體116的數量可為複數個。電阻114具有第一端及第二端，電阻114的第一端耦接於參考電源供應端112。複數個二極體116串聯在電阻114之第二端及第一參考電壓端VN1之間。電容118具有第一端及第二端。電容118的第一端耦接於電阻114之第二端，而電容118的第二端耦接於第一參考電壓端VN1。第二電晶體M2具有第一端、第二端及控制端，第二電晶體M2的第一端耦接於第二參考電壓端VN2，第二電晶體M2的第二端耦接於濾波電路130及阻抗電路120並可輸出偏壓Vb，而第二電晶體M2的控制端耦接於電阻114之第二端。第二參考電壓端VN2的電壓可大於第一參考電壓端VN1的電壓。舉例來說，第二參考電壓端VN2所提供的電壓可例如但不限於為系統中的操作電壓，而第一參考電壓端VN1所提供的電壓則可例如但不限於為系統中的接地電壓。
在此實施例中，電阻114及複數個二極體116可以將第二電晶體M2的控制端調整在所需的操作電壓上，同時二極體116的整流特性還可進一步保護第二電晶體M2的控制端。此外，電容118則能夠將高頻訊號導入第一參考電壓端VN1，以使第二電晶體M2能夠穩定的輸出偏壓Vb。
阻抗電路120具有第一端及第二端，阻抗電路120的第一端耦接於偏壓電路110，而阻抗電路120的第二端耦接於放大電路100的輸入端100A。阻抗電路120可以根據流經阻抗電路120的電流，在阻抗電路120之第一端及第二端之間提供對應的壓降。在第1圖的實施例中，阻抗電路120可包含至少一電阻R1。
第一電晶體M1具有第一端、第二端及控制端。第一電晶體M1的第一端耦接於輸出端100B，第一電晶體M1的第二端耦接於第一參考電壓端VN1，而第一電晶體M1的控制端耦接於阻抗電路120之第二端，並可接收射頻輸入訊號SIG RFIN。
在本發明的部分實施例中，根據偏壓電路110所提供的偏壓Vb，第一電晶體M1便可將控制端所接收到射頻輸入訊號SIG RFIN放大，並由其第一端輸出射頻放大訊號SIG RFOUT，也就是說，第一電晶體M1實際上可以視為放大電路100中的放大器。
一般來說，當放大電路100操作在較大功率時，表示射頻輸入訊號SIG RFIN的擺幅也會較大。然而放大電路100之輸入端100A的電壓會因為第二電晶體M2之控制端及第二端所形成之逆向二極體的半導體特性，而箝制住了電壓下擺的幅度。相較之下，電壓上擺的幅度則並未受到限制，因此整體平均而言，當放大電路100操作在較大功率時，放大電路100之輸入端100A的電壓會上升。
在此情況下，第一電晶體M1就會對應地導通較大的電流以因應較大功率的需求。為了避免輸入端100A的電壓擺幅過大，導致第一電晶體M1導通過大的電流而損壞，阻抗電路120會在第一電晶體M1之控制端及第二電晶體M2之第二端之間提供較大的壓降，使得第一電晶體M1之控制端的電壓不至於過高而導通過大的電流，進而達到保護第一電晶體M1的效果。
然而，為了避免阻抗電路120削弱電流增加的幅度，而減少了放大電路100能夠維持線性度的功率範圍，放大電路100還可透過濾波電路130產生回授訊號SIG FB，以增加放大器能夠維持線性度的功率範圍。在本發明的部分實施例中，濾波電路130可耦接於第一電晶體M1之第一端及阻抗電路120，因此濾波電路130根據第一電晶體M1之第一端所輸出的射頻放大訊號SIG RFOUT產生回授訊號SIG FB，並將回授訊號SIG FB提供至阻抗電路120的第一端。
由於射頻放大訊號SIG RFOUT在經過第一電晶體M1放大之後，可能會產生諧波訊號，因此在本發明的部分實施例中，濾波電路130可以抑制或濾除射頻放大訊號SIG RFOUT中的諧波訊號以產生回授訊號SIG FB，也就是說，回授訊號SIG FB主要可包含射頻放大訊號SIG RFOUT的主頻訊號。
在第1圖的實施例中，濾波電路130可包含第一帶阻濾波器(notch filter)132及第二帶阻濾波器134，第二帶阻濾波器134與第一帶阻濾波器132可彼此串聯。第一帶阻濾波器132可濾除射頻放大訊號SIG RFOUT之第一諧波訊號，而第二帶阻濾波器134則可濾除射頻放大訊號SIG RFOUT之第二諧波訊號，其中第一諧波訊號及第二諧波訊號可為不同次數的諧波訊號。由於第一電晶體M1在放大射頻訊號的過程中，可能容易產生其主頻訊號的N次諧波，其中N為大於1的正整數。在此情況下，第一帶阻濾波器132及第二帶阻濾波器134可例如設計成分別用以濾除射頻放大訊號SIG RFOUT中的不同諧波訊號，例如但不限於濾除射頻放大訊號SIG RFOUT中的二次諧波及三次諧波訊號。
在第1圖中，第一帶阻濾波器132及第二帶阻濾波器134可例如包含電感及電容，並透過並聯的電感及電容來抑制對應波段的訊號。然而本發明並不限定以何種方式來實作第一帶阻濾波器132及第二帶阻濾波器134。在本發明的其他實施例中，第一帶阻濾波器132及第二帶阻濾波器134也可以利用其他方式連接電感、電容以及其他元件來達到濾波的效果。
此外，在第1圖中，濾波電路130還可包含直流阻隔電路136，直流阻隔電路136耦接於阻抗電路120，並與第一帶阻濾波器132及第二帶阻濾波器134串聯。直流阻隔電路136可例如包含至少一電容，以避免第一電晶體M1及偏壓電路110之間的直流訊號影響放大電路100的操作。
如此一來，放大電路100就可利用阻抗電路120來保護第一第晶體M1，並且透過濾波電路130提供適當的回授訊號SIG FB以增加放大器能夠維持線性度的功率範圍。
再者，本發明並不限定濾波器130所包含的帶阻濾波器數量，在本發明的部分實施例中，設計者可以根據實際操作的狀況，選擇在濾波器130中加入更多數量的帶阻濾波器來抑制其他頻段的諧波訊號，或是僅保留一個帶阻濾波器來抑制強度較大的諧波訊號。
在本發明的部分實施例中，濾波電路也可利用帶通濾波器進一步將射頻放大訊號SIG RFOUT中的主頻訊號取出，同時也可取代直流阻隔電路136。第2圖為本發明一實施例之放大電路200的示意圖。放大電路200與放大電路100具有相似的結構，並可根據相似的原理操作。也就是說，放大電路200可透過輸入端200A接收射頻輸入訊號SIG RFIN，並在將射頻輸入訊號SIG RFIN放大後，透過輸出端200B輸出射頻放大訊號SIG RFOUT。
然而，放大電路200中的濾波電路230可包含第一帶阻濾波器232、第二帶阻濾波器234及帶通濾波器(band pass filter)236。帶通濾波器236耦接於阻抗電路220及第一帶阻濾波器232之間，並且可以使射頻放大訊號SIG RFOUT之主頻訊號通過。也就是說，透過第一帶阻濾波器232、第二帶阻濾波器234及帶通濾波器(band pass filter)236可以進一步抑制射頻放大訊號SIG RFOUT中不屬於主頻訊號的雜訊，使得放大電路200能夠維持較佳的線性度。
在第2圖中，帶通濾波器236可例如包含電感及電容，並透過串聯的電感及電容來抑制對應波段的訊號。然而本發明並不限定以何種方式來實作帶通濾波器236。在本發明的其他實施例中，帶通濾波器236也可以利用其他方式連接電感、電容以及其他元件來達到濾波的效果。
然而，在本發明的部分實施例中，倘若利用帶通濾波器236就足以有效的抑制射頻放大訊號SIG RFOUT中的諧波訊號，則濾波電路230也可將第一帶阻濾波器232及第二帶阻濾波器234省略，或者省略第一帶阻濾波器232及第二帶阻濾波器234中的其中之一。
此外，在第2圖中，阻抗電路220可包含第一電阻R1及第二電阻R2。第一電阻R1具有第一端及第二端，第一電阻R1的第一端耦接於阻抗電路220之第一端，而第一電阻R1的第二端耦接於濾波電路230。第二電阻R2具有第一端及第二端，第二電阻R2的第一端耦接於第一電阻R1之第二端，而第二電阻R2的第二端耦接於阻抗電路220之第二端。也就是說，設計者可以根據實際電路的需求，選擇將回授訊號SIG FB提供至阻抗電路220中適當的阻抗點，而不限定將回授訊號SIG FB提供至第二電晶體M2的第二端。
綜上所述，本發明之實施例所提供的放大電路可以利用阻抗電路來保護第一電晶體，並且透過濾波電路提供適當的回授訊號以增加放大器能夠維持線性度的功率範圍，並可抑制放大訊號雜訊。也就是說，本發明之實施例所提供的放大電路能夠在維持增益效能的情況下，避免內部元件受損，使得訊號傳輸的品質更加穩定。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
100、200‧‧‧放大電路
100A、200A‧‧‧輸入端
100B、200B‧‧‧輸出端
110‧‧‧偏壓電路
112‧‧‧參考電源供應端
114、R1、R2‧‧‧電阻
116‧‧‧二極體
118‧‧‧電容
120、220‧‧‧阻抗電路
130、230‧‧‧濾波電路
132、232、134、234‧‧‧帶阻濾波器
136‧‧‧直流阻隔電路
M1‧‧‧第一電晶體
M2‧‧‧第二電晶體
VN1‧‧‧第一參考電壓端
VN2‧‧‧第二參考電壓端
SIGRFIN‧‧‧射頻輸入訊號
SIGRFOUT‧‧‧射頻放大訊號
SIGFB‧‧‧回授訊號
Iref‧‧‧參考電流
Vb‧‧‧偏壓
236‧‧‧帶通濾波器
第1圖為本發明一實施例之放大電路的示意圖。 第2圖為本發明另一實施例之放大電路的示意圖。

Claims (11)

  1. 一種應用於放大器裝置之放大電路，包含： 一輸入端，用以接收一射頻輸入訊號； 一輸出端，用以輸出一射頻放大訊號； 一偏壓電路，用以提供一偏壓； 一阻抗電路，具有一第一端耦接於該偏壓電路，及一第二端耦接於該輸入端，用以提供該阻抗電路之該第一端及該第二端之間的一壓降； 一第一電晶體，具有一第一端耦接於該輸出端，一第二端耦接於一第一參考電壓端，及一控制端耦接於該阻抗電路之該第二端，並用以接收該射頻輸入訊號；及 一濾波電路，耦接於該第一電晶體之該第一端及該阻抗電路，用以濾除一諧波訊號並提供一回授訊號至該阻抗電路； 其中，該回授訊號包含該射頻放大訊號中之一主頻訊號。
  2. 如請求項1所述之放大電路，其中該阻抗電路包含至少一電阻。
  3. 如請求項1所述之放大電路，其中該阻抗電路包含： 一第一電阻，具有一第一端耦接於該阻抗電路之該第一端，及一第二端耦接於該濾波電路；及 一第二電阻，具有一第一端耦接於該第一電阻之該第二端，及一第二端耦接於該阻抗電路之該第二端。
  4. 如請求項1所述之放大電路，其中該濾波電路包含一第一帶阻濾波器，用以濾除該射頻放大訊號之一第一諧波訊號。
  5. 如請求項4所述之放大電路，其中該第一帶阻濾波器包含一電感及一電容。
  6. 如請求項4所述之放大電路，其中該濾波電路另包含一第二帶阻濾波器(notch filter)，與該第一帶阻濾波器串聯，用以濾除該射頻放大訊號之一第二諧波訊號。
  7. 如請求項4或6所述之放大電路，其中該濾波電路另包含一帶通濾波器(band pass filter)，耦接於該阻抗電路及該第一帶阻濾波器之間，用以使該射頻放大訊號之該主頻訊號通過。
  8. 如請求項7所述之放大電路，其中該帶通濾波器包含一電感及一電容。
  9. 如請求項4所述之放大電路，其中該濾波電路另包含一直流阻隔電路，耦接於該阻抗電路，並與該第一帶阻濾波器串聯。
  10. 如請求項9所述之放大電路，其中該直流阻隔電路包含至少一電容。
  11. 如請求項1所述之放大電路，其中該偏壓電路包含： 一參考電源供應端； 一電阻，具有一第一端耦接於該參考電源供應端，及一第二端； 至少一二極體，串聯於該電阻之該第二端及該第一參考電壓端之間； 一電容，具有一第一端耦接於該電阻之該第二端，及一第二端耦接於該第一參考電壓端；及 一第二電晶體，具有一第一端耦接於一第二參考電壓端，一第二端耦接於該濾波電路及該阻抗電路並用以輸出該偏壓，及一控制端耦接於該電阻之該第二端； 其中該第二參考電壓端之一電壓大於該第一參考電壓端之一電壓。
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