TWI699963B - 功率放大器及其溫度補償方法 - Google Patents

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Abstract

一種功率放大器，用以放大所接收之輸入信號，功率放大器包括偏壓電路及輸出級電路。偏壓電路包括參考電壓電路及偏壓產生電路，參考電壓電路接收第一系統電壓，且根據第一系統電壓提供參考電壓，其中參考電壓隨晶片溫度改變而改變。偏壓產生電路電性連接參考電壓電路，經組態以接收第二系統電壓及參考電壓並產生工作電壓。輸出級電路電性連接偏壓電路，接收工作電壓以及驅動電流，以接收並放大輸入信號。其中，當晶片溫度改變時，偏壓產生電路依據參考電壓改變工作電壓，以使驅動電流隨著晶片溫度上升而趨近於預定值。

Description

功率放大器及其溫度補償方法
本發明涉及一種功率放大器及其溫度補償方法，特別是涉及一種在溫度變化下仍能穩定運作的功率放大器及其溫度補償方法。
在現有的行動通訊系統中，功率放大器是非常關鍵的元件，也是主要的耗能部分。而功率放大器的效率與線性度都將直接影響通訊終端的通信品質。因此，功率放大器在滿足嚴格的線性特性外還要滿足效率的要求。
應用於功率放大器設計的技術主要採用III-V族化合物與矽製程技術。而為了能實現高性能射頻功率放大器的設計，除了考慮線性度、效率等基本指標，還須考慮溫度補償機制。
在現有偏壓電路的設計中，功率放大器的待機電流隨溫度增加而持續增加，這將使功率放大器的熱可靠性惡化，而極有可能因溫度過高而損壞。
故，如何通過電路設計的改良，來提升功率放大器的溫度穩定性，同時克服上述的缺陷，已成為該項事業所欲解決的重要課題之一。
本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一 種在溫度變化下仍能穩定運作的功率放大器及其溫度補償方法。
為了解決上述的技術問題，本發明所採用的其中一技術方案是，提供一種功率放大器，其經組態以放大其所接收之輸入信號，功率放大器包括偏壓電路及輸出級電路，偏壓電路包括參考電壓電路及偏壓產生電路。參考電壓電路經組態以接收第一系統電壓，且參考電壓電路根據第一系統電壓提供參考電壓，其中，參考電壓隨晶片溫度改變而改變。偏壓產生電路電性連接參考電壓電路，經組態以接收第二系統電壓及參考電壓，並產生工作電壓。輸出級電路電性連接偏壓電路，輸出級電路經組態以接收工作電壓以及驅動電流，以接收並放大輸入信號。其中，當晶片溫度改變時，偏壓產生電路經組態以依據參考電壓改變工作電壓，以使驅動電流隨著晶片溫度上升而趨近於預定值。
為了解決上述的技術問題，本發明所採用的另外一技術方案是，提供一種功率放大器的溫度補償方法，用以補償功率放大器的驅動電流，功率放大器用以放大所接收之輸入信號，功率放大器包括偏壓電路及輸出級電路，偏壓電路包括參考電壓電路及偏壓產生電路，所述溫度補償方法包括其包括：以功率放大器的參考電壓電路接收第一系統電壓並根據第一系統電壓提供參考電壓，其中參考電壓隨晶片溫度改變而改變；以功率放大器的偏壓產生電路接收第二系統電壓及參考電壓並產生工作電壓；以功率放大器的輸出級電路接收工作電壓以及驅動電流，以接收並放大輸入信號；其中當晶片溫度改變時，偏壓產生電路經組態以依據參考電壓改變工作電壓，以使驅動電流隨著晶片溫度上升而趨近於預定值。
為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。
1:功率放大器
10:偏壓電路
100:參考電壓電路
102:偏壓產生電路
BG:能隙參考電壓電路
104:輔助電路
20:輸出級電路
VCC1:第一系統電壓
VCC2:第二系統電壓
VCC3:第三系統電壓
VREF:參考電壓
Vbias:工作電壓
Pout:輸出功率
ICC:驅動電流
Lout:輸出電感
Cout:輸出電容
Cb1、Cb2:偏壓電容
To:輸出電晶體
T1:第一電晶體
T2:第二電晶體
T3:第三電晶體
T4:第四電晶體
T5:第五電晶體
T6:第六電晶體
T71、T72、T73、T74、T75:第七電晶體
T8:第八電晶體
T9:第九電晶體
T10:第十電晶體
T11a、T11b、T11c、T11d:第十一電晶體
T12:第十二電晶體
T13:第十三電晶體
T14:第十四電晶體
T15:第十五電晶體
T16:第十六電晶體
T17:第十七電晶體
T18:第十八電晶體
Co、C1、C2、C3、C5、C6、C71、C8、C9、C10、C12、C13、C14、C15、C16、C17、C18:集極
Eo、E1、E2、E3、E5、E6、E71、E8、E9、E10、E12、E13、E14、E15、E16、E17、E18:射極
Bo、B1、B2、B3、B5、B6、B71、B8、B9、B10、B12、B13、B14、B15、B16、B17、B18:基極
R1:第一電阻
R2:第二電阻
R3:第三電阻
R4:第四電阻
R5:第五電阻
R6:第六電阻
R7:第七電阻
R8:第八電阻
R9:第九電阻
R10:第十電阻
R11:第十一電阻
R12:第十二電阻
R13:第十三電阻
R14:第十四電阻
R17:第十七電阻
Rb:偏壓電阻
N1:第一節點
N2:第二節點
N3:第三節點
N4:第四節點
I1、I2:電流
A1:第一放大器
A2:第二放大器
IM:電流鏡電路
IREF:參考電流
圖1為本發明第一實施例的功率放大器的電路示意圖。
圖2為本發明第二實施例的功率放大器的電路示意圖。
圖3為本發明第三實施例的功率放大器的電路示意圖。
圖4A為本發明第四實施例的功率放大器的電路示意圖。
圖4B及圖4C分別為本發明第四實施例的功率放大器的參考電壓對溫度變化曲線圖，以及本發明第四實施例的功率放大器及現有功率放大器的驅動電流對溫度變化曲線圖。
圖5為本發明第五實施例的功率放大器的電路示意圖。
圖6為本發明第六實施例的功率放大器的電路示意圖。
圖7為本發明第七實施例的功率放大器的電路示意圖。
圖8為本發明第八實施例的功率放大器的溫度補償方法的流程圖。
以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開有關“功率放大器及其溫度補償方法”的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。
應當可以理解的是，雖然本文中可能會使用到“第一”、“第 二”、“第三”等術語來描述各種元件或者信號，但這些元件或者信號不應受這些術語的限制。這些術語主要是用以區分一元件與另一元件，或者一信號與另一信號。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。
[第一實施例]
圖1為本發明第一實施例的功率放大器的電路示意圖。參閱圖1所示，本發明第一實施例提供一種功率放大器1，其經組態以放大其所接收之輸入信號，功率放大器1包括偏壓電路10及輸出級電路20。詳細而言，本發明的功率放大器是設計用於降低或抵消其運作時的溫度相依性(Temperature dependence)，因此，偏壓電路10包括兩個部份，其一為偏壓產生電路102，另一為參考電壓電路100。
偏壓產生電路102電性連接參考電壓電路100，經組態以接收第二系統電壓VCC2及參考電壓VREF，並產生工作電壓Vbias。輸出級電路20電性連接偏壓電路10，輸出級電路20經組態以接收工作電壓Vbias以及來自第一系統電壓VCC1的驅動電流ICC，以接收並放大輸入信號。
在本實施例中，偏壓產生電路102可包括第一電晶體T1、第二電晶體T2及第三電晶體T3。如圖所示，第一電晶體T1，其第一端，例如為集極C1，接收第二系統電壓VCC2，其第二端，例如為射極E1，連接偏壓電阻Rb的一端，並經由偏壓電阻Rb連接於該輸出級電路20，偏壓電阻Rb的另一端通過偏壓電容Cb2連接共同端。在一實施例中，共同端可為接地端，第一系統電壓VCC1與第二系統電壓VCC2可為不同的電壓，或可為相同的電壓，例如是電源電壓。
第二電晶體T2，其第一端，例如為集極C2經由第一電阻R1接收參考電壓VREF，且連接第一電晶體T1的第三端，例如為基極B1，其第三端， 例如為基極B2，連接第一電晶體T1的基極B1且與集極C2短路，並通過偏壓電容Cb1耦接共同端。
第三電晶體T3，其第一端，例如為集極C3，連接第二電晶體T2的射極E2，其第二端，例如為射極E3，耦接共同端，其第三端，例如為基極B3，與集極C3短路。此處，第二電晶體T2及第三電晶體T3係作為二極體使用，其可為接成二極體形式的電晶體，並用於整流。
另一方面，輸出級電路20可包括輸出電感Lout、輸出電容Cout及輸出電晶體To，其中，輸出電晶體To的第一端，例如為集極Co，經由輸出電感Lout接收第一系統電壓VCC1及驅動電流ICC，同時經由輸出電容Co連接於輸出端，其第二端，例如為射極Eo耦接共同端，即接地端，其第三端，例如為基極Bo，用於接收工作電壓Vbias。輸出電晶體To更用以於其第三端輸入待放大的輸入信號，例如是待放大的射頻訊號，經放大後於其第一端輸出放大後的輸入信號。
在本實施例中，參考電壓電路100用於提供參考電壓VREF，其目的在於設計一個電壓基準，其特性將用於降低或抵消功率放大器1的溫度相依性，而使得功率放大器1的輸出功率或誤差向量幅度(Error Vector Magnitude,EVM)在一個溫度變化範圍內大致保持恆定。參考電壓電路100可經組態以接收第一系統電壓VCC1，並且參考電壓電路100根據第一系統電壓VCC1提供參考電壓VREF。其中，參考電壓VREF隨晶片溫度改變而改變。在一實施例中，功率放大器1設置於晶片中，晶片溫度例如是靠近晶片的週邊溫度，或者是晶片的內部溫度。
因此，當晶片溫度改變時，藉由此配置，偏壓產生電路102可依據參考電壓VREF改變工作電壓Vbias，以使驅動電流ICC隨著晶片溫度上升而趨近於預定值，進而穩定功率放大器1的輸出或誤差向量幅度。換言之，當 驅動電流ICC接近所設定的預定值時，將可使輸出級電路20的輸出功率Pout在預定的溫度區間，例如-40℃~80℃中隨晶片溫度而改變的變化率小於一個預定範圍，例如±10%，進而使誤差向量幅度隨晶片溫度而改變的變化率小於另一個對應的預定範圍。
本實施例主要用於說明本發明的功率放大器的基本架構，關於參考電壓電路100的具體配置示例將於下文中詳細描述。另外在下文中的實施例中，雖然大部分的電晶體都以接面電晶體示意，但在其他實施例中，亦可以場效電晶體替代。
[第二實施例]
參閱如圖2所示，其為本發明第二實施例的功率放大器的電路示意圖。本實施例將進一步說明參考電壓電路100的細節，而偏壓產生電路102的架構與第一實施例相同。如圖所示，參考電壓電路100可為能隙參考電壓電路BG，其包括第四電晶體T4、第五電晶體T5、第六電晶體T6、電流鏡電路IM、第八電晶體T8、第九電晶體T9、第二電阻R2、第三電阻R3及第四電阻R4。
第四電晶體T4，其第一端，例如為汲極，連接第一系統電壓VCC1，其第二端，例如為源極，經由第二電阻R2接收第一系統電壓VCC1，其第三端，例如為閘極，耦接第一節點N1。第三電阻R3一端耦接第一節點N1，第四電阻R4一端耦接該第一節點N1，第五電晶體T5，其第一端，例如為集極C5，耦接第三電阻R3的另一端，第六電晶體T6，其第一端，例如為集極C6，耦接第四電阻R4的另一端，其第三端，例如為基極B6，與其集極C6短路且耦接第五電晶體T5的集極B5。
電流鏡電路IM，其分別連接第五電晶體T5的射極E5、第六電晶體T6的射極E5，並耦接共同端，電流鏡電路IM包括多個第七電晶體T71、T72、...、T75，其中，第七電晶體T71的基極B71與第七電晶體T72、T73、 T74、T75的基極相連，其集極C71連接於第六電晶體T6的射極E6並與基極B71短路，其射極E71耦接共同端，例如為接地端，以接收第三系統電壓VCC3，並形成一電流鏡架構。
此外，能隙參考電壓電路BG還包括第八電晶體T8及第九電晶體T9。第八電晶體T8的第一端，例如為集極C8，耦接第一節點N1，其第三端，例如為基極B8耦接第三電阻R3的另一端及第五電晶體T5的集極C5之間。第九電晶體T9，其第一端，例如為集極C9耦接第八電晶體T8的射極E8，其第二端，例如為射極E9耦接共同端，其第三端，例如為基極B9與其集極C9短路。其中，在此能隙參考電壓電路BG中，由於第三電阻R3及第四電阻R4具有溫度相依性，且第三電阻R3及第四電阻R4的比例亦會決定參考電壓VREF的大小，因此可調整第三電阻R3及第四電阻R4的電阻值，來依據晶片溫度的變化來改變於第一節點N1輸出的參考電壓VREF，通過此參考電壓VREF隨溫度之變化，將用於降低或抵消功率放大器1的溫度相依性，而使得功率放大器1的輸出功率或誤差向量幅度在一個溫度變化範圍內大致保持恆定。因此，當晶片溫度改變時，藉由此配置，偏壓產生電路102可依據參考電壓VREF改變工作電壓Vbias，以使驅動電流ICC隨著晶片溫度上升而趨近於預定值，進而穩定功率放大器1的輸出或誤差向量幅度。換言之，當驅動電流ICC接近所設定的預定值時，將可使輸出級電路20的輸出功率Pout在預定的溫度區間，例如-40℃~80℃中隨晶片溫度而改變的變化率小於一個預定範圍，例如±10%，進而使誤差向量幅度隨晶片溫度而改變的變化率小於另一個對應的預定範圍。
藉此，本發明所提供的功率放大器能通過偏壓電路與參考電壓電路的協同運作，以降低或抵消功率放大器的溫度相依性，同時提升功率放大器的溫度穩定性。
[第三實施例]
圖3為本發明第三實施例的功率放大器的電路示意圖。參閱圖3所示，本發明第三實施例提供另一種功率放大器1，其經組態以放大其所接收之輸入信號，功率放大器1包括偏壓電路10及輸出級電路20。詳細而言，本發明的功率放大器亦是設計用於降低或抵消其運作時的溫度相依性，與前述實施例不同之處在於，偏壓電路10包括三個部份，其一為偏壓產生電路102，另一為參考電壓電路100，第三則為輔助電路IREF。
其中，偏壓產生電路102電性連接參考電壓電路100及輔助電路104，其接收第二系統電壓VCC2，並從參考電壓電路100接收參考電壓VREF，同時接收經過輔助電路104改變的參考電流IREF，並產生工作電壓Vbias。在圖3的實施例中，除了第一電晶體T1的基極B1與第二電晶體T2的集極C2更連接於輔助電路104以接收參考電流IREF之外，偏壓產生電路102的架構基本上與前述實施例相同，故不在此贅述。
輸出級電路20電性連接偏壓電路10，輸出級電路20經組態以接收工作電壓Vbias以及來自第一系統電壓VCC1的驅動電流ICC，以接收並放大輸入信號。同樣的，在圖3的實施例中，輸出級電路20的架構基本上與前述實施例相同，故不在此贅述。
此處，輔助電路104用以改變偏壓產生電路102所接收的參考電流IREF，例如，輔助電路104可用以抽取原本流向第一電晶體T1的基極B1的電流，當溫度越高，則抽取越多。而在偏壓產生電路102接收第二系統電壓VCC2、參考電壓VREF及參考電流IREF的情況下，將依據三者產生工作電壓Vbias。因此，第二系統電壓VCC2、參考電壓VREF及參考電流IREF將會決定工作電壓Vbias的變化趨勢。其中，當晶片溫度改變時，經過設計的輔助電路104將會使參考電流IREF隨晶片溫度改變而改變，且偏壓產生電路102依據參考電壓VREF、參考電流IREF改變工作電壓Vbias，以使驅動電流ICC隨著晶片 溫度上升而趨近於預定值，進而穩定功率放大器1的輸出或誤差向量幅度。
因此，藉由此配置，當驅動電流ICC接近所設定的預定值時，將可使輸出級電路20的輸出功率Pout在預定的溫度區間，例如-40℃~80℃中隨晶片溫度而改變的變化率小於一個預定範圍，例如±10%，進而使誤差向量幅度隨晶片溫度而改變的變化率小於另一個對應的預定範圍。
本實施例主要用於說明本發明的功率放大器的第三實施例的基本架構，關於參考電壓電路100及輔助電路104的具體配置示例將於下文中詳細描述。
[第四實施例]
參閱如圖4A所示，其為本發明第四實施例的功率放大器的電路示意圖。本實施例將進一步說明參考電壓電路100及輔助電路104的細節，其中，偏壓產生電路102及參考電壓電路100的架構與第二實施例相同。
在本實施例中，輔助電路104可包括第十電晶體T10及多個第十一電晶體T11a、T11b、T11c、T11d。第十電晶體T10的第一端，例如為集極C10連接於偏壓產生電路102，用於改變其接收的參考電流IREF，其第三端，例如為基極B10，連接於第六電晶體T6的基極B6。多個第十一電晶體T11a、T11b、T11c、T11d的第一端，例如為集極，均連接於第十電晶體T10的第二端，例如為射極E10，分別連接電流鏡電路IM。
此外，參考電流IREF可依據多個第十一電晶體T11a、T11b、T11c、T11d及第七電晶體T7的數量比例及晶片溫度而改變。因此，除了能隙參考電壓電路BG提供的參考電壓VREF會依據晶片溫度改變，經過輔助電路104改變的參考電流IREF亦會依據晶片溫度而改變，兩者均會用於降低或抵消功率放大器1的溫度相依性，而使得功率放大器1的輸出功率或誤差向量幅度在一個溫度變化範圍內大致保持恆定。因此，當晶片溫度改變時，藉由此配 置，偏壓產生電路102可依據參考電壓VREF及參考電流IREF改變工作電壓Vbias，以使驅動電流ICC隨著晶片溫度上升而趨近於預定值，進而穩定功率放大器1的輸出或誤差向量幅度。換言之，當驅動電流ICC接近所設定的預定值時，將可使輸出級電路20的輸出功率Pout在預定的溫度區間，例如-40℃~80℃中隨晶片溫度而改變的變化率小於一個預定範圍，例如±10%，進而使誤差向量幅度隨晶片溫度而改變的變化率小於另一個對應的預定範圍。
藉此，本發明所提供的功率放大器能通過偏壓電路與參考電壓電路的協同運作，以降低或抵消功率放大器的溫度相依性，同時提升功率放大器的溫度穩定性。
可進一步參照圖4B及圖4C，其分別為本發明第四實施例的功率放大器的參考電壓對溫度變化曲線圖，以及本發明第四實施例的功率放大器及現有功率放大器的驅動電流對溫度變化曲線圖。
如圖所示，隨著晶片溫度上升，參考電壓電路100所輸出的參考電壓VREF將隨之下降，因此，參考電壓VREF可用於降低或抵消功率放大器1的溫度相依性，而使得功率放大器1的輸出功率在一個溫度變化範圍內大致保持恆定，進而使誤差向量幅度在此溫度變化範圍內亦大致保持恆定。如圖所示，當晶片溫度改變時，藉由此配置，偏壓產生電路102可依據參考電壓VREF改變工作電壓Vbias，以使驅動電流ICC隨著晶片溫度上升而趨近於預定值，而相對於現有的功率放大器具有較高的溫度穩定性。
[第五實施例]
在第五實施例中，將描述能隙參考電壓電路BG與輔助電路104的不同態樣。請參考圖5，其為本發明第五實施例的功率放大器的電路示意圖。
如圖所示，能隙參考電壓電路BG可包括第一放大器A1、第十二電晶體T12，第十三電晶體T13、第八電阻R8、第九電阻R9、第十電阻R10。 其中，第一放大器A1的第一輸入端(負端)經由第五電阻R5接收第一系統電壓VCC1，其第二輸入端(正端)經由第六電阻R6接收第一系統電壓VCC1，輸出端則耦接第二節點N2。第十二電晶體T12，其第一端，例如為集極C12耦接第一放大器A1的第一輸入端，其第二端，例如為射極E12耦接第七電阻R7的一端，其第三端，例如為基極B12耦接於第三節點N3。第十三電晶體T11的第一端，例如為集極C13耦接第一放大器A1的第二輸入端，其第二端，例如為射極E13耦接第七電阻R7的另一端，其第三端，例如為基極B13耦接於第三節點N3。
此外，第八電阻R8耦接第七電阻R7的另一端及接收第三系統電壓VCC3，第九電阻R9耦接於第二節點N2及第三節點N3之間，第十電阻R10的一端耦接於第三節點N3，另一端耦接共同端，以接收第三系統電壓VCC3。在此架構中，能隙參考電壓電路BG可依據晶片溫度改變於從第二節點N2輸出的參考電壓VREF。因PN接面二極體的順向電壓，具有負溫度係數，故利用雙載子電晶體的基極-射極電壓對溫度之變化率，可架構出具有非零溫度係數的能隙參考電壓電路BG。在此實施例中，當晶片溫度變化時，由於第十二電晶體T12及第十三電晶體T13的電流路徑的不同，會產生不同大小的電流I1及I2，而會使第一放大器A1作為一誤差放大器將第一輸入端及第二輸入端的電壓差值放大而產生隨晶片溫度變化的參考電壓VREF。
再者，偏壓電路10更包括電性連接偏壓產生電路102的輔助電路104，該輔助電路104包括第十四電晶體T14及第十一電阻R11。第十四電晶體T14的第一端，例如為集極C14耦接偏壓產生電路102，用於輸出參考電流IREF，其第二端，例如為射極E12經由第十一電阻R11接收第三系統電壓VCC3，其第三端，例如為基極B14耦接第三節點N3。類似的，利用雙載子電晶體的基極-射極電壓對溫度之變化率，可架構出具有非零溫度係數的參考電流產生電路，亦即輔助電路104。此外，可藉由調整第十一電阻R11與第八電 阻R8的電阻值的比例，來改變偏壓產生電路102所接收的參考電流IREF，例如，第十一電阻R11的電阻值可為第八電阻R8的兩倍。
續言之，偏壓產生電路102可接收第二系統電壓VCC2、參考電壓VREF及參考電流IREF，並產生工作電壓Vbias。因此，當晶片溫度改變時，除了參考電壓VREF會產生變化之外，由於輔助電路104亦可使參考電流IREF隨晶片溫度改變而改變，進而偏壓產生電路102將會依據參考電壓VREF及參考電流IREF改變工作電壓Vbias，以使驅動電流ICC隨著晶片溫度上升而趨近於一預定值，進而穩定功率放大器1的輸出或誤差向量幅度。
藉由此配置，偏壓產生電路102可依據參考電壓VREF及參考電流IREF改變工作電壓Vbias，以使驅動電流ICC隨著晶片溫度上升而趨近於預定值，從而穩定功率放大器1的輸出或誤差向量幅度。換言之，當驅動電流ICC接近所設定的預定值時，將可使輸出級電路20的輸出功率Pout在預定的溫度區間，例如-40℃~80℃中隨晶片溫度而改變的變化率小於一個預定範圍，例如±10%，進而使誤差向量幅度隨晶片溫度而改變的變化率小於另一個對應的預定範圍。
[第六實施例]
在第六實施例中，將描述能隙參考電壓電路BG與輔助電路104的不同態樣。請參考圖6，其為本發明第六實施例的功率放大器的電路示意圖。
如圖所示，能隙參考電壓電路BG可包括第二放大器A2、第十五電晶體T15及第十六電晶體T16。第二放大器A2的第一輸入端(負端)經由第十二電阻R12接收第一系統電壓VCC1，其第二輸入端(正端)經由第十三電阻R13接收第一系統電壓VCC1，其輸出端耦接第四節點N4。第十五電晶體T15的第一端，例如為集極C15耦接第二放大器A2的第一輸入端，其第二端，例如為射極E15耦接共同端，其第三端，例如為基極B15，耦接於集極C15。
另外，第十六電晶體T16的第一端，例如為集極C16經由第十四電阻R14耦接第二放大器A2的第二輸入端，其第二端，例如為射極E16耦接共同端，其第三端，例如為基極B16，耦接於集極C16。
在此架構中，能隙參考電壓電路BG可依據晶片溫度改變於從第四節點N4輸出的參考電壓VREF。因PN接面二極體的順向電壓，具有負溫度係數，故利用雙載子電晶體的基極-射極電壓對溫度之變化率，可架構出具有非零溫度係數的能隙參考電壓電路BG。在此實施例中，當晶片溫度變化時，由於第十五電晶體T15及第十六電晶體T16的電流路徑的不同，且由於第十四電阻R14會產生不同大小的電流I1及I2，而會使第二放大器A1作為誤差放大器將第一輸入端及第二輸入端的電壓差值放大而產生隨晶片溫度變化的參考電壓VREF。
再者，偏壓電路10更包括電性連接偏壓產生電路102的輔助電路104，該輔助電路104包括第十七電晶體T17。第十七電晶體T17的第一端，例如為集極C17耦接偏壓產生電路102，用於輸出參考電流IREF，其第二端，例如為射極E17耦接共同端，其第三端，例如為基極B17耦接集極C16。類似的，利用雙載子電晶體的基極-射極電壓對溫度之變化率，可架構出具有非零溫度係數的參考電流產生電路，亦即輔助電路104。此外，可藉由調整第十四電阻R14的電阻值，來改變偏壓產生電路102所接收的參考電流IREF。
續言之，偏壓產生電路102可接收第二系統電壓VCC2、參考電壓VREF及參考電流IREF，並產生工作電壓Vbias。因此，當晶片溫度改變時，除了參考電壓VREF會產生變化之外，由於輔助電路104亦可使參考電流IREF隨晶片溫度改變而改變，進而偏壓產生電路102將會依據參考電壓VREF及參考電流IREF改變工作電壓Vbias，以使驅動電流ICC隨著晶片溫度上升而趨近於一預定值，進而穩定功率放大器1的輸出或誤差向量幅度。
換言之，當驅動電流ICC接近所設定的預定值時，將可使輸出級電路20的輸出功率Pout在預定的溫度區間，例如-40℃~80℃中隨晶片溫度而改變的變化率小於一個預定範圍，例如±10%，進而使誤差向量幅度隨晶片溫度而改變的變化率小於另一個對應的預定範圍。
[第七實施例]
在第七實施例中，將另外描述能隙參考電壓電路BG與輔助電路104的不同態樣。請參考圖7，其為本發明第七實施例的功率放大器的電路示意圖。
如圖所示，類似的，能隙參考電壓電路BG與第六實施例的架構相同，可包括第二放大器A2、第十五電晶體T15及第十六電晶體T16，不同之處在於，輔助電路104包括第十八電晶體T18，其第一端，例如為集極C18耦接偏壓產生電路102並輸出參考電流IREF，其第二端，例如為射極E16耦接共同端，其第三端，例如為基極B18耦接第十五電晶體T15的集極C15。
在此架構中，能隙參考電壓電路BG可依據晶片溫度改變於從第四節點N4輸出的參考電壓VREF。因PN接面二極體的順向電壓，具有負溫度係數，故利用雙載子電晶體的基極-射極電壓對溫度之變化率，可架構出具有非零溫度係數的能隙參考電壓電路BG。在此實施例中，當晶片溫度變化時，由於第十五電晶體T15及第十六電晶體T16的電流路徑的不同，且由於第十四電阻R14會產生不同大小的電流I1及I2，而會使第二放大器A1作為誤差放大器將第一輸入端及第二輸入端的電壓差值放大而產生隨晶片溫度變化的參考電壓VREF。
類似的，輔助電路104利用雙載子電晶體的基極-射極電壓對溫度之變化率，可架構出具有非零溫度係數的輔助電路104。此外，可藉由調整第十二電阻R12的電阻值，來改變輸出的參考電流IREF。
續言之，偏壓產生電路102可接收第二系統電壓VCC2、參考電壓VREF及參考電流IREF，並產生工作電壓Vbias。因此，當晶片溫度改變時，除了參考電壓VREF會產生變化之外，由於輔助電路104亦可使參考電流IREF隨晶片溫度改變而改變，進而偏壓產生電路102將會依據參考電壓VREF及參考電流IREF改變工作電壓Vbias，以使驅動電流ICC隨著晶片溫度上升而趨近於一預定值，進而穩定功率放大器1的輸出或誤差向量幅度。
換言之，當驅動電流ICC接近所設定的預定值時，將可使輸出級電路20的輸出功率Pout在預定的溫度區間，例如-40℃~80℃中隨晶片溫度而改變的變化率小於一個預定範圍，例如±10%，進而使誤差向量幅度隨晶片溫度而改變的變化率小於另一個對應的預定範圍。
[第八實施例]
參閱圖8所示，其為本發明第八實施例的功率放大器的溫度補償方法的流程圖。本發明第八實施例提供一種功率放大器的溫度補償方法，用以補償放大功率放大器的驅動電流，此溫度補償方法適用於前述第一實施例至第七實施例所述的功率放大器，其至少包括下列幾個步驟：
步驟S100：以功率放大器的參考電壓電路接收第一系統電壓並根據第一系統電壓提供參考電壓。其中，參考電壓隨晶片溫度改變而改變。
步驟S102：以功率放大器的偏壓產生電路接收第二系統電壓及參考電壓並產生工作電壓。
步驟S103：以功率放大器的輸出級電路接收工作電壓以及驅動電流，以接收並放大輸入信號。
步驟S104：當晶片溫度改變時，以偏壓產生電路依據參考電壓改變工作電壓，以使驅動電流隨著晶片溫度上升而趨近於預定值。此處，由於不同態樣的功率放大器的運作方式均已在前述實施例中詳細描述，故不在 此贅述針對每個實施例的溫度補償方法。
[實施例的有益效果]
本發明的其中一有益效果在於，本發明所提供的功率放大器及其溫度補償方法能通過偏壓電路與參考電壓電路的協同運作，以降低或抵消功率放大器的溫度相依性，同時提升功率放大器的溫度穩定性。
更進一步來說，當晶片溫度改變時，藉由上述配置，偏壓產生電路可依據參考電壓及參考電流改變工作電壓，以使驅動電流隨著晶片溫度上升而趨近於預定值，進而穩定功率放大器的輸出或誤差向量幅度。換言之，當驅動電流接近所設定的預定值時，將可使輸出級電路的輸出功率在預定的溫度區間中隨晶片溫度而改變的變化率小於一個預定範圍，進而使誤差向量幅度隨晶片溫度而改變的變化率小於另一個對應的預定範圍。
以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。
1:功率放大器
10:偏壓電路
100:參考電壓電路
102:偏壓產生電路
20:輸出級電路
VCC1:第一系統電壓
VCC2:第二系統電壓
VREF:參考電壓
Vbias:工作電壓
Pout:輸出功率
ICC:驅動電流
Lout:輸出電感
Cout:輸出電容
Cb1、Cb2:偏壓電容
To:輸出電晶體
T1:第一電晶體
T2:第二電晶體
T3:第三電晶體
Co、C1、C2、C3:集極
Eo、E1、E2、E3:射極
Bo、B1、B2、B3:基極
R1:第一電阻
Rb:偏壓電阻

Claims (18)

  1. 一種功率放大器，其經組態以放大其所接收之一輸入信號，該功率放大器包括：一偏壓電路，其包括：一參考電壓電路，經組態以接收一第一系統電壓，並且該參考電壓電路根據該第一系統電壓提供一參考電壓，其中該參考電壓隨一晶片溫度改變而改變；及一偏壓產生電路，電性連接該參考電壓電路，經組態以接收一第二系統電壓及該參考電壓並產生一工作電壓；以及一輸出級電路，電性連接該偏壓電路，該輸出級電路經組態以接收該工作電壓以及一驅動電流，以接收並放大該輸入信號；其中當該晶片溫度改變時，該偏壓產生電路經組態以依據該參考電壓改變該工作電壓，以使該驅動電流隨著該晶片溫度上升而趨近於一預定值，其中該偏壓電路更包括電性連接該偏壓產生電路的一輔助電路，經組態以改變一參考電流，且該偏壓產生電路更經組態以接收該第二系統電壓、該參考電壓及該參考電流並產生該工作電壓，其中當該晶片溫度改變時，該輔助電路經組態以使該參考電流隨該晶片溫度改變而改變，該偏壓產生電路經組態以依據該參考電壓及該參考電流改變該工作電壓，以使該驅動電流隨著該晶片溫度上升而趨近於該預定值。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的功率放大器，其中該偏壓產生電路包括：一第一電晶體，其第一端接收該第二系統電壓，其第二端經由一偏壓電阻連接於該輸出級電路；一第一二極體，其一端經由一第一電阻接收該參考電壓，且連 接該第一電晶體的第三端並通過一偏壓電容耦接共同端；以及一第二二極體，其一端連接該第一二極體的另一端，其另一端耦接共同端。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的功率放大器，其中該參考電壓電路包括一能隙參考電壓電路，其包括：一第四電晶體，其第一端連接該第一系統電壓，其第二端經由一第二電阻連接該第一系統電壓，其第三端耦接一第一節點；一第三電阻，其一端耦接該第一節點；一第四電阻，其一端耦接該第一節點；一第五電晶體，其第一端耦接該第三電阻的另一端；一第六電晶體，其第一端耦接該第四電阻的另一端，其第三端與其第一端短路且耦接該第五電晶體的第一端；一電流鏡電路，其分別連接該第五電晶體的第二端、該第六電晶體的第二端並耦接共同端，該電流鏡電路包括多個第七電晶體，其中該能隙參考電壓電路經組態以依據該晶片溫度改變於該第一節點輸出的該參考電壓；一第八電晶體，其第一端耦接該第一節點，其第三端耦接該第三電阻的另一端及該第五電晶體的第一端之間；以及一第九電晶體，其第一端耦接該第八電晶體的第二端，其第二端耦接共同端，其第三端與其第一端短路。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的功率放大器，其中該輔助電路包括：一第十電晶體，其第一端提供該參考電流，其第三端連接於該第六電晶體的第三端；多個第十一電晶體，其第三端分別連接該電流鏡電路。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的功率放大器，其中該參考電流係依據該第十一電晶體及該第七電晶體的數量比例及該晶片溫度而改變。
  6. 如申請專利範圍第2項所述的功率放大器，其中該參考電壓電路包括一能隙參考電壓電路，其包括：一第一放大器，其第一輸入端經由一第五電阻連接該第一系統電壓，其第二輸入端經由一第六電阻連接該第一系統電壓，其輸出端耦接一第二節點；一第十二電晶體，其第一端耦接該第一放大器的該第一輸入端，其第二端耦接一第七電阻的一端，其第三端耦接於一第三節點；一第十三電晶體，其第一端耦接該第一放大器的該第二輸入端，其第二端耦接該第七電阻的另一端，其第三端耦接於該第三節點；一第八電阻，其耦接該第七電阻的該另一端及一第三系統電壓；一第九電阻，耦接於該第二節點及該第三節點之間；一第十電阻，耦接於該第三節點及該第三系統電壓之間，其中該能隙參考電壓電路經組態以依據該晶片溫度改變於該第二節點輸出的該參考電壓。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的功率放大器，其中該輔助電路包括：一第十四電晶體，其第一端耦接該偏壓產生電路並輸出一參考電流，其第二端經由一第十一電阻耦接該第三系統電壓，其第三端耦接該第三節點，其中該偏壓產生電路經組態以接收該第三系統電壓、該參考電壓及該參考電流並產生該工作電壓，當該晶片溫度改變時， 該輔助電路經組態以使該參考電流隨該晶片溫度改變而改變，該偏壓產生電路經組態以依據該參考電壓及該參考電流改變該工作電壓，以使該驅動電流隨著該晶片溫度上升而趨近於該預定值。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的功率放大器，其中該第十一電阻的電阻值為該第八電阻的兩倍。
  9. 如申請專利範圍第2項所述的功率放大器，其中該參考電壓電路包括一能隙參考電壓電路，其包括：一第二放大器，其第一輸入端經由一第十二電阻連接該第一系統電壓，其第二輸入端經由一第十三電阻連接該第一系統電壓，其輸出端耦接一第四節點；一第十五電晶體，其第一端耦接該第二放大器的該第一輸入端，其第二端耦接共同端，其第三端耦接於其第一端；一第十六電晶體，其第一端經由一第十四電阻耦接該第二放大器的該第二輸入端，其第二端耦接共同端，其第三端耦接於其第一端；其中該能隙參考電壓電路經組態以依據該晶片溫度改變於該第四節點輸出的該參考電壓。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的功率放大器，其中該輔助電路包括：一第十七電晶體，其第一端耦接該偏壓產生電路並輸出一參考電流，其第二端耦接共同端，其第三端耦接該第十六電晶體的第一端，其中該偏壓產生電路經組態以接收該第二系統電壓、該參考電壓及該參考電流並產生該工作電壓，當該晶片溫度改變時，該輔助電路經組態以使該參考電流隨該晶片溫度改變而改變，該偏壓產生電路經組態以依據該參考電壓及該參考電流改變 該工作電壓，以使該驅動電流隨著該晶片溫度上升而趨近於該預定值。
  11. 如申請專利範圍第9項所述的功率放大器，其中該輔助電路包括：一第十八電晶體，其第一端耦接該偏壓產生電路並輸出一參考電流，其第二端耦接共同端，其第三端耦接該第十五電晶體的第一端，其中該偏壓產生電路經組態以接收該第二系統電壓、該參考電壓及該參考電流並產生該工作電壓，當該晶片溫度改變時，該輔助電路經組態以使該參考電流隨該晶片溫度改變而改變，該偏壓產生電路經組態以依據該參考電壓及該參考電流改變該工作電壓，以使該驅動電流隨著該晶片溫度上升而趨近於該預定值。
  12. 一種功率放大器的溫度補償方法，用以補償該功率放大器的一驅動電流，該功率放大器用以放大所接收之一輸入信號，該功率放大器包括一偏壓電路及一輸出級電路，該偏壓電路包括一參考電壓電路及一偏壓產生電路，所述溫度補償方法包括：以該參考電壓電路接收一第一系統電壓並根據該第一系統電壓提供一參考電壓，其中該參考電壓隨一晶片溫度改變而改變；以該偏壓產生電路接收一第二系統電壓及該參考電壓並產生一工作電壓；以該輸出級電路接收該工作電壓以及該驅動電流，以接收並放大該輸入信號；其中當該晶片溫度改變時，以該偏壓產生電路依據該參考電壓改變該工作電壓，以使該驅動電流隨著該晶片溫度上升而趨近於一預定值， 其中該偏壓電路更包括電性連接該偏壓產生電路的一輔助電路，經組態以產生一參考電流，且該偏壓產生電路更經組態以接收該第二系統電壓、該參考電壓及該參考電流並產生該工作電壓，其中當該晶片溫度改變時，該輔助電路經組態以使該參考電流隨該晶片溫度改變而改變，該偏壓產生電路經組態以依據該參考電壓及該參考電流改變該工作電壓，以使該驅動電流隨著該晶片溫度上升而趨近於該預定值。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的功率放大器的溫度補償方法，其中該偏壓產生電路包括：一第一電晶體，其第一端接收該第二系統電壓，其第二端經由一偏壓電阻連接於該輸出級電路；一第一二極體，其一端經由一第一電阻接收該參考電壓，且連接該第一電晶體的第三端並通過一偏壓電容耦接共同端；以及一第二二極體，其一端連接該第一二極體的另一端，其另一端耦接共同端。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的功率放大器的溫度補償方法，其中該參考電壓電路包括一能隙參考電壓電路，其包括：一第四電晶體，其第一端連接該第一系統電壓，其第二端經由一第二電阻連接該第一系統電壓，其第三端耦接一第一節點；一第三電阻，其一端耦接該第一節點；一第四電阻，其一端耦接該第一節點；一第五電晶體，其第一端耦接該第三電阻的另一端；一第六電晶體，其第一端耦接該第四電阻的另一端，其第三端與其第一端短路且耦接該第五電晶體的第一端；一電流鏡電路，其分別連接該第五電晶體的第二端、該第六電 晶體的第二端並耦接共同端，該電流鏡電路包括多個第七電晶體，其中該能隙參考電壓電路經組態以依據該晶片溫度改變於該第一節點輸出的該參考電壓；一第八電晶體，其第一端耦接該第一節點，其第三端耦接該第三電阻的另一端及該第五電晶體的第一端之間；以及一第九電晶體，其第一端耦接該第八電晶體的第二端，其第二端耦接共同端，其第三端與其第一端短路；其中該輔助電路包括：一第十電晶體，其第一端提供該參考電流，其第三端連接於該第六電晶體的第三端；多個第十一電晶體，其第三端分別連接該電流鏡電路。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的功率放大器的溫度補償方法，其中該參考電流係依據該第十一電晶體及該第七電晶體的數量比例及該晶片溫度而改變。
  16. 如申請專利範圍第13項所述的功率放大器的溫度補償方法，其中該參考電壓電路包括一能隙參考電壓電路，其包括：一第一放大器，其第一輸入端經由一第五電阻連接該第一系統電壓，其第二輸入端經由一第六電阻連接該第一系統電壓，其輸出端耦接一第二節點；一第十二電晶體，其第一端耦接該第一放大器的該第一輸入端，其第二端耦接一第七電阻的一端，其第三端耦接於一第三節點；一第十三電晶體，其第一端耦接該第一放大器的該第二輸入端，其第二端耦接該第七電阻的另一端，其第三端耦接於該第三節點；一第八電阻，其耦接該第七電阻的該另一端及一第三系統電壓； 一第九電阻，耦接於該第二節點及該第三節點之間；一第十電阻，耦接於該第三節點及該第三系統電壓之間，其中該能隙參考電壓電路經組態以依據該晶片溫度改變於該第二節點輸出的該參考電壓；其中該輔助電路包括：一第十四電晶體，其第一端耦接該偏壓產生電路並輸出一參考電流，其第二端經由一第十一電阻耦接該第三系統電壓，其第三端耦接該第三節點，其中該偏壓產生電路經組態以接收該第三系統電壓、該參考電壓及該參考電流並產生該工作電壓，當該晶片溫度改變時，該輔助電路經組態以使該參考電流隨該晶片溫度改變而改變，該偏壓產生電路經組態以依據該參考電壓及該參考電流改變該工作電壓，以使該驅動電流隨著該晶片溫度上升而趨近於該預定值。
  17. 如申請專利範圍第13項所述的功率放大器的溫度補償方法，其中該參考電壓電路包括一能隙參考電壓電路，其包括：一第二放大器，其第一輸入端經由一第十二電阻連接該第一系統電壓，其第二輸入端經由一第十三電阻連接該第一系統電壓，其輸出端耦接一第四節點；一第十五電晶體，其第一端耦接該第二放大器的該第一輸入端，其第二端耦接共同端，其第三端耦接於其第一端；一第十六電晶體，其第一端經由一第十四電阻耦接該第二放大器的該第二輸入端，其第二端耦接共同端，其第三端耦接於其第一端；其中該能隙參考電壓電路經組態以依據該晶片溫度改變於該第四節點輸出的該參考電壓；其中該輔助電路包括：一第十七電晶體，其第一端耦接該偏壓產生電路並輸出一參考 電流，其第二端耦接共同端，其第三端耦接該第十六電晶體的第一端，其中該偏壓產生電路經組態以接收該第三系統電壓、該參考電壓及該參考電流並產生該工作電壓，當該晶片溫度改變時，該輔助電路經組態以使該參考電流隨該晶片溫度改變而改變，該偏壓產生電路經組態以依據該參考電壓及該參考電流改變該工作電壓，以使該驅動電流隨著該晶片溫度上升而趨近於該預定值。
  18. 如申請專利範圍第13項所述的功率放大器的溫度補償方法，其中該參考電壓電路包括一能隙參考電壓電路，其包括：一第二放大器，其第一輸入端經由一第十二電阻連接該第一系統電壓，其第二輸入端經由一第十三電阻連接該第一系統電壓，其輸出端耦接一第四節點；一第十五電晶體，其第一端耦接該第二放大器的該第一輸入端，其第二端耦接共同端，其第三端耦接於其第一端；一第十六電晶體，其第一端經由一第十四電阻耦接該第二放大器的該第二輸入端，其第二端耦接共同端，其第三端耦接於其第一端；其中該能隙參考電壓電路經組態以依據該晶片溫度改變於該第四節點輸出的該參考電壓；其中該輔助電路包括：一第十八電晶體，其第一端耦接該偏壓產生電路並輸出一參考電流，其第二端耦接共同端，其第三端耦接該第十五電晶體的第一端，其中該偏壓產生電路經組態以接收該第三系統電壓、該參考電壓及該參考電流並產生該工作電壓，當該晶片溫度改變時，該輔助電路經組態以使該參考電流隨該晶片溫度改變而改變， 該偏壓產生電路經組態以依據該參考電壓及該參考電流改變該工作電壓，以使該驅動電流隨著該晶片溫度上升而趨近於該預定值。
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