TWI683533B - 放大電路 - Google Patents

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Abstract

放大電路包含輸入端、輸出端、電容、偏壓單元、放大單元及阻抗單元。輸入端接收射頻訊號。電容耦接於輸入端。偏壓單元耦接於電容，並提供偏壓電流。偏壓單元包含用以控制偏壓電流的電晶體，電晶體的第一端接收系統電壓，而電晶體的控制端耦接於參考電壓端。放大單元的輸入端耦接於電容及偏壓單元，而放大單元的輸出端耦接於放大電路的輸出端。阻抗單元的第一端耦接於偏壓單元，而阻抗單元的第二端耦接於放大電路之輸入端及電容。阻抗單元根據選擇訊號調整放大電路之放大線性度。

Description

放大電路
本發明是有關於一種放大電路，特別是一種能夠維持低功率模式之線性表現的放大電路。
在無線通訊系統中，常會透過功率放大器來將射頻訊號放大並輸出。而隨著應用的不同，功率放大器也可能會操作在不同的功率模式。舉例來說，在射頻訊號強度較大或品質較佳的情況下，功率放大器便可能操作在低功率的模式下以減少電能損耗。反之，當射頻訊號強度較弱或品質不佳時，功率放大器就可能需要操作在高功率模式以確保訊號品質能夠符合需求。
在先前技術中，無線通訊系統通常是透過調整功率放大器所接收的偏壓電流大小來控制功率放大器的操作模式。舉例來說，系統可以透過減少功率放大器所接收到的偏壓電流，使得功率放大器操作在低功率模式。然而，當偏壓電流降低時，功率放大器在某些射頻訊號的頻段上會出現誤差向量幅度(Error Vector Magnitude，EVM)陡升的情況，使得功率放大器的線性表現變差，並降低輸出訊號的品質。
本發明之一實施例提供一種放大電路，放大電路包含輸入端、輸出 端、電容、偏壓單元、放大單元及阻抗單元。
輸入端接收射頻訊號。在放大電路將射頻訊號放大後，輸出端輸出放大後之射頻訊號。電容具有第一端及第二端，電容的第一端耦接於輸入端。
偏壓單元耦接於電容之第二端，並提供偏壓電流。偏壓單元包含電晶體，電晶體具有第一端、第二端及控制端。電晶體的第一端接收系統電壓，而電晶體的控制端耦接於參考電壓端。電晶體控制偏壓電流。
放大單元具有輸入端及輸出端。放大單元的輸入端耦接於電容之第二端及偏壓單元之第二端，放大單元的輸出端耦接於放大電路之輸出端。
阻抗單元具有第一端及第二端。阻抗單元的第一端耦接於偏壓單元，而阻抗單元的第二端耦接於放大電路之輸入端及電容之第一端。阻抗單元根據第一選擇訊號調整放大電路之放大線性度。
本發明之一實施例提供一種放大電路，放大電路包含輸入端、輸出端、電容、偏壓單元、放大單元及阻抗單元。
輸入端接收射頻訊號。在放大電路將射頻訊號放大後，輸出端輸出放大後之射頻訊號。電容具有第一端及第二端，電容的第一端耦接於輸入端。
偏壓單元耦接於電容之第二端，並提供偏壓電流。偏壓單元包含電晶體，電晶體具有第一端、第二端及控制端。電晶體的第一端接收系統電壓，而電晶體的控制端耦接於第一參考電壓端。電晶體控制偏壓電流。
放大單元具有輸入端及輸出端，放大單元的輸入端耦接於電容之第二端，而放大單元的輸出端耦接於放大電路之輸出端。
阻抗單元具有第一端及第二端。阻抗單元的第一端耦接於電晶體之第二端，而阻抗單元的第二端耦接於第二參考電壓端。阻抗單元根據第一選擇訊號調整放大電路之放大線性度。
100、200、700、800‧‧‧放大電路
IN‧‧‧輸入端
OUT‧‧‧輸出端
110、210、710‧‧‧偏壓單元
120、720‧‧‧放大單元
130、230、330、430、530、630、730、830‧‧‧阻抗單元
140‧‧‧邏輯控制單元
M1、122‧‧‧電晶體
132、212、232、234、332、432、532、632、732、832‧‧‧開關
C1、C2、C3‧‧‧電容
R1‧‧‧電阻
I1‧‧‧偏壓電流
N1‧‧‧第一參考電壓端
N2‧‧‧第二參考電壓端
V1‧‧‧第一系統電壓
V2‧‧‧第二系統電壓
SIGRF1、SIGRF2‧‧‧射頻訊號
VB1‧‧‧第一外部偏壓
VB2‧‧‧第二外部偏壓
SIGS1、SIGS2‧‧‧選擇訊號
SIGctrl‧‧‧控制訊號
D1‧‧‧二極體
CA‧‧‧可變電容
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。
第3圖為本發明另一實施例之阻抗單元的示意圖。
第4圖為本發明另一實施例之阻抗單元的示意圖。
第5圖為本發明另一實施例之阻抗單元的示意圖。
第6圖為本發明另一實施例之阻抗單元的示意圖。
第7圖為本發明另一實施例之放大電路的示意圖。
第8圖為本發明另一實施例之放大電路的示意圖。
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IN、輸出端OUT、電容C1、偏壓單元110、放大單元120及阻抗單元130。輸入端IN可接收射頻訊號SIGRF1，而放大電路100可將射頻訊號SIGRF1放大，並經由輸出端OUT輸出放大後的射頻訊號SIGRF2。
電容C1具有第一端及第二端，電容C1的第一端可耦接於輸入端IN。偏壓單元110可耦接於電容C1之第二端，並可提供偏壓電流I1。在第1圖中偏壓單元110可包含電晶體M1，電晶體M1可以用來控制偏壓電流I1。電晶體M1具有第一端、第二端及控制端。電晶體M1的第一端可接收第一系統電壓V1，而電晶體M1的控制端可耦接於參考電壓端N1以接收第一外部偏壓VB1。此外，在第1圖中，偏壓單元110還可包含電阻R1。電阻R1具有第一端及第二端，電阻R1的第一端耦接於電晶體M1之第二端，而電阻R1之第二端耦接於放大單元120之輸入端。
放大單元120具有輸入端及輸出端，放大單元120的輸入端可耦接於電容C1之第二端及偏壓單元110之第二端，而放大單元120的輸出端可耦接於放大電路100之輸出端OUT。也就是說，放大單元120可以自輸入端接收偏壓單元110所提供的偏壓電流I1，據以將通過電容C1的射頻訊號SIGRF1放大並自其輸出端輸出射頻訊號SIGRF2。在第1圖的實施例中，放大單元120可包含電晶體122。電晶體122具有第一端、第二端及控制端，電晶體122的第一端可耦接至放大單元120的輸出端，電晶體122的第二端可接收第二系統電壓V2，而電晶體122的控制端可耦接於放大單元120的輸入端。在本發明的有些實施例中，第一系統電壓V1可例如但不限於為系統中的操作電壓，而第二系統電壓V2則可例如但不限於系統中的參考電壓，且第一系統電壓V1可高於第二系統電壓V2。
阻抗單元130具有第一端及第二端。阻抗單元130的第一端可耦接於偏壓單元110，例如可耦接於電晶體M1之第二端，而阻抗單元130的第二端可耦接於放大電路100之輸入端IN及電容C1。阻抗單元130可以根據選擇訊號SIGs1調整放大電路100的放大線性度。舉例來說，當放大電路100處於高功率狀態時，阻抗單元130可根據選擇訊號SIGs1增加電容性阻抗，而當放大電路100處於低功率狀態時，阻抗單元130則可根據選擇訊號SIGs1減少電容性阻抗。如此一來，便可維持放大電路100在不同功率模式下的線性表現。
舉例來說，在第1圖中，阻抗單元130可包含開關132及電容C2。開關132及電容C2可串聯於阻抗單元130之第一端及第二端之間。此外，開關132具有控制端，且開關132的控制端可接收選擇訊號SIGs1。在此情況下，在放大電路100處於高功率狀態時，可以例如但不限於透過選擇訊號SIGs1來導通開關132，而在放大電路100處於低功率狀態時，則可例如但不限於透過選擇訊號SIGs1來截止開關132。
也就是說，當放大電路100處於高功率狀態時，阻抗單元130的電容 性阻抗會大於放大電路100處於低功率狀態時阻抗單元130的電容性阻抗。透過降低放大電路100在低功率狀態時的電容性阻抗大小，就能夠配合放大電路100在低功率狀態下的阻抗，並減少放大電路100在低功率狀態下的線性失真。
此外，在第1圖的實施例中，放大電路100還可包含邏輯控制單元140。邏輯控制單元140可以根據放大電路100所操作的功率狀態產生對應的選擇訊號SIGS1，進而調整阻抗單元130的電容性阻抗以配合放大電路100的需求。
在第1圖的實施例中，阻抗單元130的第一端是耦接於電晶體M1之第二端，然而本發明並不以此為限，在本發明的其他實施例中，阻抗單元130的第一端也可耦接至電晶體M1的控制端。
第2圖為本發明另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。然而，在放大電路200中，阻抗單元230的第一端可耦接至電晶體M1的控制端，此外，阻抗單元230可包含開關232及234，及電容C2及C3。開關232及電容C2可串聯於阻抗單元230之第一端及第二端之間，且開關234及電容C3也可串聯於阻抗單元230之第一端及第二端之間。也就是說，開關232及電容C2所形成之串聯電路可並聯於開關234及電容C3所形成的之串聯電路。此外，在本發明的有些實施例中，根據放大電路200的特性及需求，電容C2及電容C3的電容值可能相同也可能相異。
在本發明的有些實施例中，放大電路200可能可以支援超過兩種的操作模式，例如高功率模式、中功率模式及低功率模式。在此情況下，開關232及開關234也可以由相異的選擇訊號來控制，例如開關232的控制端可接收選擇訊號SIGS1，而開關234的控制端可接收選擇訊號SIGS2。舉例來說，在第2圖的實施例中，放大電路200還可包含邏輯控制單元240。邏輯控制單元240可以根據放大電路200所操作的功率狀態產生對應的選擇訊號SIGS1及SIGS2，進而調整阻抗單元230的電容性阻抗以配合放大電路200的需求。如此一來，針對不同的功率模 式，放大電路200就可以獨立地控制開關232及開關234，例如同時導通或截止兩個開關232及234，或是僅導通兩個開關232及234中的其中一者，使得阻抗單元230能夠提供不同大小的電容性阻抗，以配合放大電路200在不同功率狀態下的需要，並提升放大電路200在不同功率狀態下的線性表現。
在本發明的有些實施例中，阻抗單元230也可以取代阻抗單元130並應用於放大電路100中，或者，阻抗單元130也可以取代阻抗單元230並應用於放大電路200中。
此外，在第2圖中，偏壓單元210還可包含與電阻R1並聯的開關212。也就是說，在本發明的有些實施例中，偏壓單元210可透過控制訊號SIGctrl來控制開關212，並據以改變偏壓電流路徑上的電阻值大小，進而能夠對電晶體M1進行適當的保護，以提高放大電路200的穩定性。在本發明的有些實施例中，偏壓單元210也可以取代偏壓單元110並應用於放大電路100中。此外，在有些實施例中，電阻R1也可以是可變電阻，在此情況下，偏壓單元110及210便可直接調整電阻R1的阻值，而無須另外與開關212並聯。
在第1圖及第2圖中，阻抗單元130及230都包含了彼此串聯的開關及電容，然而本發明並不以此為限。第3圖為本發明另一實施例之阻抗單元330的示意圖。在第3圖中，阻抗單元330可包含開關332及電容C2，且開關332及電容C2可並聯於阻抗單元330之第一端及第二端之間。在此情況下，透過選擇訊號SIGS1來導通或截止開關332，就能夠改變阻抗單元330所提供的電容性阻抗。在本發明的有些實施例中，阻抗單元330可以取代阻抗單元130及230並可應用於放大電路100及200中。利用阻抗單元330在不同的功率狀態下提供適當的電容性阻抗就能夠有效地提升放大電路在低功率狀態下的線性表現。
第4圖為本發明另一實施例之阻抗單元430的示意圖。在第4圖中，阻抗單元430可包含開關432、二極體D1及電容C2，且開關432、二極體D1及電容 C2可串聯於阻抗單元430之第一端及第二端之間。在此情況下，透過選擇訊號SIGS1來導通或截止開關432，就能夠改變阻抗單元430所提供的電容性阻抗。在本發明的有些實施例中，阻抗單元430可以取代阻抗單元130及230並可應用於放大電路100及200中。利用阻抗單元430在不同的功率狀態下提供適當的電容性阻抗就能夠有效地提升放大電路在低功率狀態下的線性表現。
此外，由於二極體D1本身也能夠提供電容性的阻抗，因此在本發明的有些實施例中，阻抗單元430也可省略電容C2。第5圖為本發明另一實施例之阻抗單元530的示意圖。在第5圖中，阻抗單元530可包含開關532及二極體D1，且開關532及二極體D1可串聯於阻抗單元530之第一端及第二端之間。在此情況下，透過選擇訊號SIGS1來導通或截止開關532，也能夠改變阻抗單元530所提供的電容性阻抗。在本發明的有些實施例中，阻抗單元530可以取代阻抗單元130及230並可應用於放大電路100及200中。利用阻抗單元530在不同的功率狀態下提供適當的電容性阻抗就能夠有效地提升放大電路在低功率狀態下的線性表現。
第6圖為本發明另一實施例之阻抗單元630的示意圖。在第6圖中，阻抗單元630可包含可變電容CA。在此情況下，選擇訊號SIGS1可以根據放大電路的功率狀態來調整可變電容CA的容值。如此一來，阻抗單元630也可以取代阻抗單元130及230並可應用於放大電路100及200中。利用阻抗單元630在不同的功率狀態下提供適當的電容性阻抗就能夠有效地提升放大電路在低功率狀態下的線性表現。
在第1圖及第2圖的實施例中，阻抗單元130及230是耦接於放大電路100及200的輸入端IN，然而本發明並不以此為限。在本發明的其他實施例中，阻抗單元也可以耦接於放大電路的其他位置。
第7圖為本發明另一實施例之放大電路700的示意圖。放大電路700可 包含輸入端IN、輸出端OUT、電容C1、偏壓單元710、放大單元720及阻抗單元730。輸入端IN可接收射頻訊號SIGRF1，而放大電路700可將射頻訊號SIGRF1放大，並經由輸出端OUT輸出放大後的射頻訊號SIGRF2。
電容C1具有第一端及第二端，電容C1的第一端可耦接於輸入端IN。偏壓單元710可耦接於電容C1之第二端，並可提供偏壓電流I1。偏壓單元710可包含電晶體M1及電阻R1，偏壓單元710可以透過電晶體M1來控制偏壓電流I1，並可透過電阻R1來保護電晶體M1。電晶體M1具有第一端、第二端及控制端，電晶體M1的第一端可接收第一系統電壓V1，而電晶體M1的控制端可耦接於第一參考電壓端N1。電阻R1具有第一端及第二端，電阻R1的第一端耦接於電晶體M1之第二端，而電阻R1的第二端耦接於放大單元720之輸入端。
放大單元720具有輸入端及輸出端，放大單元720的輸入端耦接於電容C1之第二端，而放大單元720的輸出端耦接於放大電路700之輸出端OUT。
阻抗單元730具有第一端及第二端，阻抗單元730的第一端可耦接於電晶體M1之第二端，而阻抗單元730的第二端可耦接於第二參考電壓端N2。阻抗單元730可以根據選擇訊號SIGS1調整放大電路700的放大線性度。
在本發明的有些實施例中，阻抗單元730與阻抗單元130可具有相似的結構並可根據相似的原理操作。舉例來說，當放大電路700處於高功率狀態時，阻抗單元730可根據選擇訊號SIGS1將開關732導通以增加電容性阻抗，而當放大電路700處於低功率狀態時，阻抗單元730可根據選擇訊號SIGS1將開關732截止以減少電容性阻抗。
放大電路100及700的一個差異在於，阻抗單元730的第二端可耦接於第二參考電壓端N2。在本發明的有些實施例中，第一參考電壓端N1可提供第一外部偏壓VB1，而第二參考電壓端N2可提供第二外部偏壓VB2。舉例來說，第一參考電壓端N1及第二參考電壓端N2可分別耦接至外部的電源，並根據外部電 源所輸出的電壓來提供第一外部偏壓VB1及第二外部偏壓VB2。
然而，本發明並不限定第一參考電壓端N1及第二參考電壓端N2需提供相異的偏壓值。在本發明的有些實施例中，第二參考電壓端N2所提供的偏壓實質上可與第一參考電壓端N1所提供的偏壓相同。第8圖為本發明另一實施例之放大電路800的示意圖。放大電路700及800的差異在於放大電路800中阻抗單元830的第二端所耦接的第二參考電壓端N2也可提供第一外部偏壓VB1，也就是說，第一參考電壓端N1及第二參考電壓端N2實質上可以為相同的電壓端並可提供相同的外部偏壓VB1。
在第8圖中，阻抗單元830與阻抗單元730具有相似的結構，例如阻抗單元830也可包含彼此串聯的開關832及電容C2。然而，在第7圖中，開關732會耦接在電容C2及第二參考電壓端N2之間，而在第8圖中，電容C2會耦接在開關832及第二參考電壓端N2之間。此外，在本發明的有些實施例中，第2圖至第6圖中所示的阻抗單元230至630也可以取代放大電路700及800中的阻抗單元730及830，並耦接於電晶體M1之第二端及第二參考電壓端N2。
由於放大電路700及800可以透過阻抗單元730及830來調整電容性的阻抗，因此當放大電路操作在不同功率的狀態時，就能夠提供對應的電容性阻抗以維持放大電路700及800的線性表現。
綜上所述，本發明的實施例所提供的放大電路可以透過其中的阻抗單元來調整電容性的阻抗，因此當放大電路操作在不同功率的狀態時，就能夠提供對應的電容性阻抗以維持放大電路的線性表現。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‧‧‧放大電路
IN‧‧‧輸入端
OUT‧‧‧輸出端
110‧‧‧偏壓單元
120‧‧‧放大單元
130‧‧‧阻抗單元
140‧‧‧邏輯控制單元
M1、122‧‧‧電晶體
132‧‧‧開關
C1、C2‧‧‧電容
R1‧‧‧電阻
I1‧‧‧偏壓電流
N1‧‧‧第一參考電壓端
V1‧‧‧第一系統電壓
V2‧‧‧第二系統電壓
SIGRF1、SIGRF2‧‧‧射頻訊號
VB1‧‧‧第一外部偏壓
SIGS1‧‧‧選擇訊號

Claims (19)

  1. 一種放大電路，包含：一輸入端，用以接收一射頻訊號；一輸出端，用以在該放大電路將該射頻訊號放大後，輸出放大後之該射頻訊號；一第一電容，具有一第一端耦接於該輸入端，及一第二端；一偏壓單元，耦接於該第一電容之該第二端，用以提供一偏壓電流，該偏壓單元包含一電晶體，具有一第一端用以接收一第一系統電壓，一第二端，及一控制端耦接於一參考電壓端，該電晶體用以控制該偏壓電流；一放大單元，具有一輸入端耦接於該第一電容之該第二端及該偏壓單元之該第二端，及一輸出端耦接於該放大電路之該輸出端；及一阻抗單元，具有一第一端耦接於該偏壓單元，及一第二端連接於該第一電容之該第一端，該阻抗單元用以根據一第一選擇訊號調整該放大電路之一放大線性度。
  2. 如請求項1所述之放大電路，其中：當該放大電路處於一高功率狀態時，該阻抗單元係根據該第一選擇訊號增加一電容性阻抗；及當該放大電路處於一低功率狀態時，該阻抗單元係根據該第一選擇訊號減少一電容性阻抗。
  3. 如請求項1所述之放大電路，其中該阻抗單元之該第一端係耦接於該電晶體之該第二端或該電晶體之該控制端。
  4. 一種放大電路，包含：一輸入端，用以接收一射頻訊號；一輸出端，用以在該放大電路將該射頻訊號放大後，輸出放大後之該射頻訊號；一第一電容，具有一第一端耦接於該輸入端，及一第二端；一偏壓單元，耦接於該第一電容之該第二端，用以提供一偏壓電流，該偏壓單元包含一電晶體，具有一第一端用以接收一第一系統電壓，一第二端，及一控制端耦接於一第一參考電壓端，該電晶體用以控制該偏壓電流；一放大單元，具有一輸入端耦接於該第一電容之該第二端，及一輸出端耦接於該放大電路之該輸出端；及一阻抗單元，具有一第一端耦接於該電晶體之該第二端，及一第二端耦接於一第二參考電壓端，該阻抗單元用以根據一第一選擇訊號調整該放大電路之一放大線性度；其中該第一參考電壓端係用以提供一第一外部偏壓，及該第二參考電壓端係用以提供一第二外部偏壓。
  5. 如請求項4所述之放大電路，其中：當該放大電路處於一高功率狀態時，該阻抗單元係根據該第一選擇訊號增加一電容性阻抗；及當該放大電路處於一低功率狀態時，該阻抗單元係根據該第一選擇訊號減少一電容性阻抗。
  6. 如請求項4所述之放大電路，其中該第二外部偏壓實質上相等於該第一外部偏壓。
  7. 如請求項1或4所述之放大電路，其中該阻抗單元包含一第一開關及一第二電容，該第一開關具有一控制端用以接收該第一選擇訊號。
  8. 如請求項7所述之放大電路，其中：該第一開關另具有一第一端耦接於該阻抗單元之該第一端，及一第二端；及該第二電容具有一第一端耦接於該第一開關之該第二端，及一第二端耦接於該阻抗單元之該第二端。
  9. 如請求項7所述之放大電路，其中：該第二電容具有一第一端耦接於該阻抗單元之該第一端，及一第二端；及該第一開關另具有一第一端耦接於該第二電容之該第二端，及一第二端耦接於該阻抗單元之該第二端。
  10. 如請求項7所述之放大電路，其中該阻抗單元另包含一第二開關及一第三電容，該第二開關具有一控制端用以接收一第二選擇訊號，該第二開關及該第三電容係串聯於該阻抗單元之該第一端及該第二端之間，且該第一開關及該第二電容所形成之一串聯電路係並聯於該第二開關及該第三電容所形成的之一串聯電路。
  11. 如請求項7所述之放大電路，其中該第一開關及該第二電容係並聯於 該阻抗單元之該第一端及該第二端之間。
  12. 如請求項7所述之放大電路，其中該阻抗單元另包含一二極體，與第一開關及該第二電容串聯於該阻抗單元之該第一端及該第二端之間。
  13. 如請求項7所述之放大電路，其中：當該放大電路處於一高功率狀態時，該第一選擇訊號導通該第一開關；及當該放大電路處於一低功率狀態時，該第一選擇訊號截止該第一開關。
  14. 如請求項1或4所述之放大電路，其中該阻抗單元包含一可變電容，用以根據該第一選擇訊號調整一電容值。
  15. 如請求項1或4所述之放大電路，其中該阻抗單元包含一第一開關及一第一二極體，該第一開關具有一控制端用以接收該第一選擇訊號，且該第一開關及該第一二極體係串聯於該阻抗單元之該第一端及該第二端之間。
  16. 如請求項1或4所述之放大電路，另包含一邏輯控制單元，用以產生該第一選擇訊號。
  17. 如請求項1或4所述之放大電路，其中該偏壓單元另包含一電阻，具有一第一端耦接於該電晶體之該第二端，及一第二端耦接於該放大單元之該輸入端。
  18. 如請求項17所述之放大電路，其中該偏壓單元另包含一第三開關，與該電阻並聯。
  19. 如請求項17所述之放大電路，其中該電阻係為一可變電阻。
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