TWI819256B

TWI819256B - 放大器裝置

Info

Publication number: TWI819256B
Application number: TW109142505A
Authority: TW
Inventors: 張洋; 施冠宇; 張家潤; 陳家源
Original assignee: 瑞昱半導體股份有限公司
Priority date: 2020-12-02
Filing date: 2020-12-02
Publication date: 2023-10-21
Also published as: US11863127B2; TW202224338A; US20220173701A1

Abstract

一種放大器裝置，包含一穩壓電路、一第一電壓轉換電路、一第一控制電路以及一放大器電路。穩壓電路用以輸出一第一驅動電壓。第一電壓轉換電路耦接穩壓電路，用以接收第一驅動電壓，並用以輸出與第一驅動電壓相關之至少一第一電壓和第一驅動電壓中的一者作為第一操作電壓。第一控制電路經第一節點耦接第一電壓轉換電路，用以接收第一操作電壓，並用以依據第一操作電壓和一第一控制訊號產生一第一操作訊號。放大器電路耦接第一控制電路及穩壓電路，用以接收第一驅動電壓，並藉由第一操作訊號所控制以產生一輸出電壓。

Description

放大器裝置

本揭露係有關於一種放大器裝置，且特別是有關於一種可調整偏壓的放大器裝置。

在現有技術中，放大器的偏壓會影響其線性度，進而影響訊號收發器的動態範圍。然而，各個放大器的所需要的偏壓會隨著製程上的變異而有所不同，無法藉由模擬準確得知。

為了解決上述問題，本揭露提供一種放大器裝置，包含一穩壓電路、一第一電壓轉換電路、一第一控制電路以及一放大器電路。穩壓電路用以輸出一第一驅動電壓。第一電壓轉換電路耦接穩壓電路，用以接收第一驅動電壓，並用以輸出與第一驅動電壓相關之至少一第一電壓和第一驅動電壓中的一者作為第一操作電壓。第一控制電路經第一節點耦接第一電壓轉換電路，用以接收第一操作電壓，並用以依據第一操作電壓和一第一控制訊號產生一第一操作訊號。放大器電路耦接第一控制電路及穩壓電路，用以接收第一驅動電壓，並藉由第一操作訊號所控制以產生一輸出電壓。

本揭露的另一態樣係提供一種放大器裝置，包含一放大器電路、一第一電壓轉換電路以及一第一控制電路。放大器電路耦接一電壓輸入段，用以接收一第一驅動電壓。第一電壓轉換電路包含至少一第一分壓單元、一第一開關和一第二開關。至少一第一分壓單元耦接在電壓輸入端與參考電壓端之間，用以接收第一驅動電壓，並根據第一驅動電壓輸出至少一第一電壓。第一開關耦接電壓輸入端，用以接收並傳送第一驅動電壓作為一第一操作電壓。第二開關耦接至少一第一分壓單元，用以接收並傳送至少一第一電壓作為第一操作電壓。第一控制電路耦接在放大器電路和第一電壓轉換電路之間。第一控制電路用以接收第一操作電壓，以產生一第一控制訊號。放大器電路用以依據第一控制訊號產生一輸出電壓。

本說明書所使用的所有詞彙具有其通常的意涵。上述之詞彙在普遍常用之字典中之定義，在本說明書的內容中包含任一於此討論的詞彙之使用例子僅為示例，不應限制到本揭露之範圍與意涵。同樣地，本揭露亦不僅以於此說明書所示出的各種實施例為限。

在本說明書中，使用第一、第二與第三等等之詞彙，是用於描述各種元件、組件、區域、層與/或區塊的關係，但是這些元件、組件、區域、層與/或區塊不應被這些術語所限制。這些詞彙只限於用來辨別單一元件、組件、區域、層與/或區塊。因此，在本說明書中的一第一元件、組件、區域、層與/或區塊也可被稱為第二元件、組件、區域、層與/或區塊，而不脫離本揭露的本意。本說明書中所使用之『與/或』包含一或多個相關聯的項目中的任一者以及所有組合。

關於本說明書中所使用之「耦接」或「連接」，均可指二或多個元件相互直接作實體或電性接觸，或是相互間接作實體或電性接觸，亦可指二或多個元件相互操作或動作。

請參照第1圖，第1圖為根據本揭露的一些實施例所繪示的放大器裝置100的功能方塊圖。如第1圖所示，放大器裝置100包含穩壓電路110、電壓轉換電路1201、電壓轉換電路1202、控制電路1301、控制電路1302、放大器電路140、分壓電路150、輸出單元160以及輸入單元170。

在一些實施例中，穩壓電路110用以輸出驅動電壓VD1，其可以由任何形式的電路所實施，只要是可以用於提供驅動電壓VD1的電路，即在本揭露涵蓋的範圍內。

在一些實施例中，電壓轉換電路1201耦接在穩壓電路110和控制電路1301之間，用以接收並轉換由穩壓電路110輸出的驅動電壓VD1後，以輸出操作電壓VO1至控制電路1301。在一些實施例中，電壓轉換電路1201輸出的操作電壓VO1為所接收的驅動電壓VD1 (即不經轉換直接輸出)。在一些實施例中，電壓轉換電路1201可以利用其包含的分壓單元(例如第2圖所示的分壓單元2211)和開關組(例如第2圖所示的開關組2221)，將驅動電壓VD1進行轉換，以輸出不同於驅動電壓VD1的操作電壓VO1，其詳細的設置與操作方式請參照後續段落說明。

在一些實施例中，電壓轉換電路1201和穩壓電路110之間具有一節點N1，電壓轉換電路1201經由節點N1耦接穩壓電路110，節點N1和參考電壓端之間設置有一電容C1，即C1耦接於節點N1和參考電壓端之間。在一些實施例中，參考電壓端為一接地端(ground)。在本說明書中，參考電壓端均以接地端為實施例，但不以其為限。

在一些實施例中，電壓轉換電路1201和控制電路1301之間具有一節點N2，電壓轉換電路1201經由節點N2耦接控制電路1301，節點N2和參考電壓端之間設置有一電容C2，即C2耦接於節點N2和參考電壓端之間。

在一些實施例中，控制電路1301耦接在電壓轉換電路1201和放大器電路140之間，用以接收傳送自電壓轉換電路1201的操作電壓VO1，再根據操作電壓VO1以及控制訊號Vcon1產生操作訊號OS1。其詳細操作方式請參照後續說明。在一些實施例中，操作訊號OS1與操作電壓VO1相等。

在一些實施例中，放大器電路140耦接控制電路1301和穩壓電路110，用以接收傳送自控制電路1301的操作訊號OS1以產生輸出電壓Vout。在一些實施例中，放大器電路140經由具有高阻抗特性的一感性元件(例如：電感L1)耦接至節點N1。

在一些實施例中，放大器電路140用以接收輸入電壓Vin，並根據操作訊號OS1將輸入電壓Vin放大，以產生對應於操作訊號OS1的輸出電壓Vout。換句話說，藉由電壓轉換電路1201以及控制電路1301調整操作訊號OS1的電壓值，可以改善放大器電路140的線性度。

在一些實施例中，分壓電路150耦接在穩壓電路110和電壓轉換電路1202之間，用以依據驅動電壓VD1輸出驅動電壓VD2。

在一些實施例中，電壓轉換電路1202和控制電路1302之間具有一節點N3，電壓轉換電路1202經由節點N3耦接控制電路1302。電壓轉換電路1202用以接收並轉換驅動電壓VD2，以輸出操作電壓VO2至控制電路1302。控制電路1302在接收到操作電壓VO2後，根據操作電壓VO2以及控制訊號Vcon2，產生操作訊號OS2至放大器電路140。於此實施例中，放大器電路140根據相互具有不同電壓值的操作訊號OS1和操作訊號OS2將輸入電壓Vin放大，以產生對應於操作訊號OS1和操作訊號OS2的輸出電壓Vout。在一些實施例中，節點N3和參考電壓端之間設置有一電容C3，電容C3耦接於節點N3和參考電壓端之間。在一些實施例中，控制訊號Vcon1和控制訊號Vcon2可由一數位控制電路所產生(圖中未示)。在一些實施例中，電壓轉換電路1202和控制電路1302的耦接方式與操作關係與電壓轉換電路1201和控制電路1301相似，故於此不再進行贅述。

在其他實施例中，電壓轉換電路1202可不須經由分壓電路150連接至穩壓電路110，而是直接連接至穩壓電路110。在其他實施例中，放大器裝置100可包含如上所述之一或多個電壓轉換電路及其對應的控制電路和分壓電路的組合，其數量不以圖中所示為限。舉例而言，放大器裝置100中，可以省略分壓電路150、電壓轉換電路1202、控制電路1302、輸出單元160及/或輸入單元170。再舉例而言，在電壓轉換電路1201(與其後的控制電路1301可合稱第一路)和電壓轉換電路1202(與其後的控制電路可合稱第二路)之外，放大器裝置100可以更包含額外的電壓轉換電路及其對應的控制電路的組合(即第三路、第四路…等)，且上述組合耦接在穩壓電路110和放大器電路140之間，其詳細的連接關係及操作方式類似於上述對電壓轉換電路1201和控制電路1301的描述，故於此不再進行贅述。

在一些實施例中，放大器裝置100更包含一輸出單元160，用以接收並根據輸出電壓Vout產生輸出訊號RFout。在一些實施例中，可以將輸出訊號RFout傳送至混頻器(圖中未示)或是其他可搭配放大器裝置100使用的電路或是元件，但本揭露並不以此為限。

在一些實施例中，放大器裝置100更包含一輸入單元170，用以接收一輸入訊號RFin以產生輸入電壓Vin。在一些實施例中，輸入訊號RFin可以傳送自天線或/及焊線接合的接墊(pad)，但本揭露並不以此為限。

請參照第2圖。第2圖為根據本揭露一些實施例所繪示的放大器裝置200的電路示意圖，第2圖中的電路可理解為放大器裝置100的細部電路，但本揭露不以此為限。

如第2圖所示，電壓轉換電路2201為第1圖中電壓轉換電路1201或電壓轉換電路1202的一種可行實施例。電壓轉換電路2201可以包含分壓單元2211和開關組2221。由第2圖可知，開關組2221的一端經由節點N1耦接穩壓電路110並用以接收電壓V1，且其另一端經由分壓單元2211耦接穩壓電路110並用以接收電壓V2。因此，開關組2221所接收的電壓V1實質上等同於驅動電壓VD1，而開關組2221所接收的電壓V2不同於電壓V1。

在一些實施例中，分壓單元2211包含一電阻R1，並耦接在穩壓電路110和參考電壓端之間，用以接收驅動電壓VD1並根據驅動電壓VD1輸出電壓V2至開關組2221。

在一些實施例中，開關組2221包含開關SW1和開關SW2，用以分別接收電壓V1和電壓V2。在開關SW1導通時，開關組2221將電壓V1作為操作電壓VO1輸出至控制電路2301。在開關SW2導通時，開關組2221將電壓V2作為操作電壓VO1輸出至控制電路2301。在一些實施例中，開關SW1和開關SW2並聯耦接於節點N2，並各自與電阻R1的不同端耦接。換句話說，開關SW1耦接在穩壓電路110(經由節點N1)和節點N2之間，開關SW2串聯分壓單元2211(例如電阻R1)耦接在穩壓電路110和節點N2之間，且開關SW2也耦接在參考電壓端和節點N2之間。

在一些實施例中，電壓轉換電路2202為第1圖中電壓轉換電路1201或電壓轉換電路1202的一種可行實施例，其可以包含分壓單元2212和開關組2222。在一些實施例中，分壓單元2212包含一電阻R2和一電阻R3，電阻R2和電阻R3間設置有一節點N4，電阻R2經由節點N4耦接電阻R3，且二者串聯耦接在分壓電路250和參考電壓端之間。分壓單元2212用以接收並根據驅動電壓VD2輸出電壓V4和電壓V5至開關組2222。類似地，開關組2222所接收的電壓V3實質上等同於驅動電壓VD2，而開關組2222所接收的電壓V4和電壓V5不同於電壓V3。

在一些實施例中，開關組2222包含開關SW3、開關SW4和開關SW5，用以分別接收電壓V3、電壓V4和電壓V5。如第2圖所示，開關SW3、開關SW4和開關SW5耦接於節點N3，並各自與電阻R2或電阻R3的對應端耦接。舉例來說，開關SW3耦接在分壓電路250和節點N3之間，開關SW4耦接在節點N4和節點N3之間，且開關SW5耦接在參考電壓端和節點N3之間。於操作上，在開關SW3導通時，開關組2222將電壓V3作為操作電壓VO2輸出至控制電路2302。在開關SW4導通時，開關組2222將電壓V4作為操作電壓VO2輸出至控制電路2302。在開關SW5導通時，開關組2222將電壓V5作為操作電壓VO2輸出至控制電路2302。

在其他實施例中，分壓單元2211和分壓單元2212可以各自包含多個相互串聯或/及並聯的電阻，本揭露不以圖中所示態樣為限。

在一些實施例中，控制電路2301為第1圖中控制電路1301或控制電路1302的一種可行實施例。控制電路2301可以包含反相器INV1和反相器INV2。在一些實施例中，反相器INV2串聯耦接在反相器INV1和放大器電路240之間，且反相器INV1和反相器INV2皆耦接於節點N2以接收操作電壓VO1。在一些實施例中，反相器INV1用於接收控制訊號Vcon1，並與反相器INV2協同運作以依據控制訊號Vcon1和操作電壓VO1產生操作訊號OS1。在一些實施例中，當控制訊號Vcon1為一高準位訊號(例如：邏輯1)時，放大器電路240所接收的操作訊號OS1亦是高準位訊號，此時放大器電路240在一些實施例中可被視為耦接至節點N2。在一些實施例中，當控制訊號Vcon1為一低準位訊號(例如：邏輯0)時，放大器電路240所接收的操作訊號OS1亦是低準位訊號，此時放大器電路240在一些實施例中可被視為耦接至參考電壓端，使得放大器電路240關閉。在放大器電路240關閉的情形下，輸出單元260所接收的輸出電壓Vout僅相關於由穩壓電路110所輸出的驅動電壓，或是進一步經由感性元件(例如：電感L1)所傳送的電壓訊號。

在一些實施例中，控制電路2302耦接在節點N3和放大器電路240之間，並包含反相器INV3和反相器INV4，其中反相器INV3用以接收控制訊號Vcon2。由於反相器INV3和反相器INV4的詳細耦接關係與操作方式皆類似於控制電路2301中的反相器INV1和INV2，為簡化說明，於此不再進行贅述。

在一些實施例中，放大器電路240為第1圖中放大器電路140的其中一種實施例，其包含串聯耦接的電晶體T1~T3。在一些實施例中，電晶體T1的控制端耦接控制電路2301，用以接收操作訊號OS1，電晶體T1的第一端直接耦接或經由具有高阻抗特性的元件(例如：電感L1)耦接穩壓電路110，電晶體T1的第二端耦接電晶體T2的第一端。電晶體T2的控制端耦接控制電路2302，用以接收操作訊號OS2，電晶體T2的第二端耦接電晶體T3的第一端。電晶體T3的控制端用以接收輸入電壓Vin，且電晶體T3的第二端耦接參考電壓端。

在其他實施例中，當第1圖所示的放大器裝置100未包含電壓轉換電路1202和控制電路1302(即前述的由第1圖所示的第二路)時，在放大器電路140中可以對應地省略電晶體(例如：對應於第2圖所示的放大器電路240的電晶體T2)。換句話說，放大器電路140中的電晶體配置方式及數量，可以隨著不同數量的電壓轉換電路增加或減少，本揭露不以圖中所示態樣為限。

在一些實施例中，分壓電路250為第1圖中分壓電路150的一種可行實施例，其可以包含電阻R4和電阻R5。如第2圖所示實施例，電阻R4和電阻R5用於對驅動電壓VD1進行分壓，以輸出驅動電壓VD2。在一些實施例中，電阻R4的第一端耦接節點N1且耦接電壓轉換電路2201，電阻R4的第二端耦接電阻R5的第一端且耦接電壓轉換電路2202。電阻R5的第一端耦接電阻R4的第二端且耦接電壓轉換電路2202，電阻R5的第二端耦接參考電壓端。在其他實施例中，分壓電路250可以包含多個相互串聯或/及並聯的電阻，本揭露並不以此為限。

在一些實施例中，輸出單元260為第1圖中輸出單元160的一種可行實施例。輸出單元260包含一輸出匹配電路261以及電容C4，電容C4耦接在輸出匹配電路261和放大器電路240的輸出端(例如：電晶體T1的第一端)之間。詳細而言，電容C4用於阻隔放大器裝置200和輸出端負載間的直流訊號，且輸出匹配電路261用於進行放大器裝置200和輸出端負載之間的阻抗匹配（impedance matching），其可以包含一或多個彼此串聯及/或並聯的電感、電阻、電容等元件，本揭露並不以此為限。

在一些實施例中，輸入單元270為第1圖中輸入單元170的一種可行實施例。輸入單元270包含輸入匹配電路271和偏壓電路272。在一些實施例中，輸入匹配電路271用於進行放大器裝置200和輸入端負載之間的阻抗匹配，其可以包含一或多個彼此串聯及/或並聯的電感、電阻、電容等元件，本揭露並不以此為限。在一些實施例中，輸入匹配電路271經由電容C5耦接至放大器電路240(例如：電晶體T3的控制端)，其中電容C5用於阻隔放大器裝置200和輸入端負載間的直流訊號。

此外，如第2圖所示，偏壓電路272與電容C5一同耦接放大器電路240的輸入端，且偏壓電路272用以產生一參考定電壓，使得此參考定電壓與經由電容C5所傳送的訊號共同作為輸入電壓Vin傳送至放大器電路240。在一些實施例中，偏壓電路272可以包含電晶體T4和電流源IS，電流源IS耦接電晶體T4的第一端和控制端，電晶體T4的第二端耦接至參考電壓端。在一些實施例中，偏壓電路272經由一電阻R6耦接至放大器電路240(例如：電晶體T3的控制端)，其中電阻R6具有較高的電阻值(例如：10kΩ)。

在一些實施例中，電晶體T1~T4為N型金屬氧化物半導體場效電晶體(NMOS)。在其他實施例中，電晶體T1~T4可以是相同或不同類型的電晶體(例如：雙極性電晶體、P型金屬氧化物半導體場效電晶體…等)，本揭露並不以此為限。

綜上所述，本揭露提供放大器裝置100和放大器裝置200，藉由電壓轉換電路中的分壓單元和開關組，根據驅動電壓輸出不同的操作電壓至放大器電路，進而調整放大器電路的線性度。

雖然本案已以實施方式揭露如上，然其並非限定本案，任何熟習此技藝者，在不脫離本案之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本案之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

為使本揭露之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附符號之說明如下: 100,200:放大器裝置 110:穩壓電路 1201,1202,2201,2202:電壓轉換電路 1301,1302,2301,2302:控制電路 140,240:放大器電路 150,250:分壓電路 160,260:輸出單元 170,270:輸入單元 C1~C5:電容 L1:電感 Vin:輸入電壓 Vout:輸出電壓 RFin:輸入訊號 RFout:輸出訊號 Vcon1,Vcon2:控制訊號 VD1,VD2:驅動電壓 VO1,VO2:操作電壓 OS1,OS2:操作訊號 N1~N4:節點 V1~V5:電壓 R1~R6:電阻 INV1~INV4:反相器 T1~T4:電晶體 2211,2212:分壓單元 2221,2222:開關組 SW1~SW5:開關 IS:電流源 261:輸出匹配電路 271:輸入匹配電路 272:偏壓電路

第1圖為根據本揭露一些實施例所繪示的放大器裝置的功能方塊圖。

第2圖為根據本揭露一些實施例所繪示如第1圖所示之放大器裝置的示意圖。

100:放大器裝置

110:穩壓電路

1201,1202:電壓轉換電路

1301,1302:控制電路

140:放大器電路

150:分壓電路

160:輸出單元

170:輸入單元

C1~C3:電容

L1:電感

Vin:輸入電壓

Vout:輸出電壓

RFin:輸入訊號

RFout:輸出訊號

Vcon1,Vcon2:控制訊號

VD1,VD2:驅動電壓

VO1,VO2:操作電壓

OS1,OS2:操作訊號

N1~N3:節點

Claims

一種放大器裝置，包含：一穩壓電路，用以輸出一第一驅動電壓；一第一電壓轉換電路，耦接該穩壓電路，用以接收該第一驅動電壓，藉以傳送該第一驅動電壓或藉由該第一電壓轉換電路之至少一分壓單元轉換該第一驅動電壓為至少一第一電壓或至少一第二電壓，其中該第一電壓轉換電路輸出該第一驅動電壓、該至少一第一電壓及該至少一第二電壓其中一者作為一第一操作電壓；一第一控制電路，經一第一節點耦接該第一電壓轉換電路，用以接收該第一操作電壓，並用以依據該第一操作電壓和一第一控制訊號產生一第一操作訊號；以及一放大器電路，耦接該第一控制電路及該穩壓電路，用以接收該第一驅動電壓，並藉由該第一操作訊號所控制以產生一輸出電壓。
如請求項1所述之放大器裝置，其中該第一電壓轉換電路包含一第一開關組，該第一開關組用以切換以傳送該至少一第一電壓和該第一驅動電壓中之一者。
如請求項1所述之放大器裝置，其中該第一電壓轉換電路包含：至少一電阻，耦接在該穩壓電路和一參考電壓端之間；以及複數個開關，彼此並聯，其中該些開關的一端耦接於該第一節點，該些開關的另一端各自與該至少一電阻的不同端耦接。
如請求項1所述之放大器裝置，更包含：一第二電壓轉換電路，耦接該穩壓電路，用以接收一第二驅動電壓，並用以輸出與該第二驅動電壓相關之至少一第三電壓以及該第二驅動電壓中之一者作為一第二操作電壓；以及一第二控制電路，耦接該第二電壓轉換電路，用以接收該第二操作電壓，並用以依據該第二操作電壓和一第二控制訊號產生一第二操作訊號。
如請求項4所述之放大器裝置，其中該第二電壓轉換電路包含一第二開關組，該第二開關組用以切換以傳送該至少一第三電壓和該第二驅動電壓中之一者。
如請求項4所述之放大器裝置，更包含：一分壓電路，耦接在該穩壓電路和該第二電壓轉換電路之間，用以依據該第一驅動電壓輸出該第二驅動電壓。
一種放大器裝置，包含：一放大器電路，耦接一電壓輸入端，用以接收一第一驅動電壓；一第一電壓轉換電路，包含：至少一第一分壓單元，耦接在該電壓輸入端與一參考電壓端之間，用以接收該第一驅動電壓，並根據該第一驅動電壓輸出至少一第一電壓，其中該至少一第一分壓單元更用以接收並根據該第一驅動電壓輸出至少一第二電壓；一第一開關，耦接該電壓輸入端，用以接收並傳送該第一驅動電壓作為一第一操作電壓；一第二開關，耦接該至少一第一分壓單元，用以接收並傳送該至少一第一電壓作為該第一操作電壓；以及一第三開關，耦接該至少一第一分壓單元，用以接收並傳送該至少一第二電壓作為該第一操作電壓；以及一第一控制電路，耦接在該放大器電路和該第一電壓轉換電路之間，該第一控制電路用以接收該第一操作電壓，以產生一第一操作訊號，其中該放大器電路用以依據該第一操作訊號產生一輸出電壓。
如請求項7所述之放大器裝置，更包含：一第二電壓轉換電路，包含：至少一第二分壓單元，用以接收一第二驅動電壓，並根據該第二驅動電壓輸出至少一第三電壓；一第三開關，耦接該電壓輸入端，用以接收並傳送該第二驅動電壓作為一第二操作電壓；以及一第四開關，耦接該至少一第二分壓單元，用以接收並傳送該至少一第三電壓作為該第二操作電壓；以及一第二控制電路，耦接在該放大器電路和該第二電壓轉換電路之間，該第二控制電路用以接收該第二操作電壓，以產生一第二操作訊號，其中該放大器電路用以依據該第一操作訊號和該第二操作訊號產生該輸出電壓。
如請求項8所述之放大器裝置，更包含：一分壓電路，耦接在該電壓輸入端和該第二電壓轉換電路之間，用以根據該第一驅動電壓產生該第二驅動電壓。