專利名稱：放大電路及其改良線性度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及放大電路，尤指一種可改良線性度的放大電路及其方法。
背景技術(shù)：
在某些電路中，需要高線性度的放大器。例如，無線通訊系統(tǒng)(例
如802.11a/b/g)中，調(diào)幅(amplitude modulation, AM)的調(diào)變方式即 需要高線性度的功率放大器，以避免發(fā)射信號時造成信號失真。然而， 放大器(如晶體管放大器)常具有非線性的輸入電容，其電容值會隨著 輸入功率的變動而改變，造成放大器的調(diào)幅至調(diào)相失真(AM to PM distortion),而影響放大器的線性度。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的一目的，在于提供一種放大電路及其改良線 性度的方法，其可校正放大器的調(diào)幅至調(diào)相(AMto PM)失真，以改良 放大器的線性度。
在本發(fā)明的一實施例中，揭露了一種放大電路，其包含 一放大 器，具有一非線性的輸入電容；以及一校正單元，耦接至該放大器，
用以依據(jù)該放大器的一輸入信號，產(chǎn)生一校正信號，并依據(jù)該校正信 號進(jìn)行一調(diào)幅至調(diào)相校正(AM to PM correction),以使該放大器具有一 接近線性的等效輸入電容。
在本發(fā)明的另 一 實施例中，揭露了 一種改良放大器的線性度的方 法，該放大器具有一非線性的輸入電容。該方法包含依據(jù)該放大器 的一輸入信號，產(chǎn)生一校正信號；以及依據(jù)該校正信號進(jìn)行一調(diào)幅至 調(diào)相沖l正(AM to PM correction),以使該放大器具有一接近線性的等效 輸入電容。


4圖1是本發(fā)明的放大電路的第一實施例的方塊圖。
圖2A是顯示放大器的輸入電容與輸入功率的關(guān)系圖。
圖2B是顯示放大器的輸入端信號的相位與輸入功率的關(guān)系圖。
圖2C是顯示可變電容與輸入功率的關(guān)系圖。
圖3是本發(fā)明的放大電路的第二實施例的方塊圖。
圖4A是本發(fā)明的放大電路的第三實施例的方塊圖。
圖4B是本發(fā)明的放大電路的第四實施例的方塊圖。
圖5是本發(fā)明的放大電路的第五實施例的方塊圖。
第6A圖是顯示MOS晶體管的漏極電流與柵極電壓的關(guān)系圖。
第6B圖是顯示MOS晶體管的電導(dǎo)與柵極電壓的關(guān)系圖。
圖7是圖5的一電路實施例的示意圖。
圖8是圖7的電路延伸用于輸入信號為差動信號情形的示意圖。 圖9是本發(fā)明的改良放大器線性度的方法的 一 實施例的流程圖。 圖式的圖號說明
10a、 10b、 40a、 40b、 50:方文大電^各
11:放大器 12a、 12b、 42a、 42b:校正單元
121、 421、 51:耦合器 122、 422、 52:包絡(luò)檢測器
1221、 4221:整流器 1222、 4222: 4氐通濾波器
123、 423:電容單元 41:差動放大器
53:隔離單元
91 93:本發(fā)明的改良放大器線性度的方法的 一 實施例流程
具體實施例方式
圖1是本發(fā)明的放大電路的第一實施例的方塊圖，其中，放大電路10a 包含一放大器11及一校正單元12a。放大器11可為一功率放大器。放大器 11具有一非線性的輸入電容Cin，其電容值會隨著放大器11的輸入功率的變 動而改變。校正單元12a包含一耦合器(coupler)121、 一包絡(luò)檢測器(envelop detector)122及一電容單元123。耦合器121可將一輸入信號耦合至包絡(luò)檢測 器122,包絡(luò)檢測器122會依據(jù)該輸入信號產(chǎn)生一包絡(luò)信號以作為校正信號， 送入電容單元123。電容單元123包含電容Ci、 C2及一可變電容Cvai.。 Cvar 是一壓控電容，會隨著其兩端電位差的變動而改變其電容值。Vdc是一直流電壓，所以C，可依據(jù)該包絡(luò)信號的電壓值與Vdc之差，調(diào)整該可變電容C^
的電容值。Q與C2皆為大電容，d可用以隔開輸入信號與Vdc,避免相互干 擾；C2則作為交流接地(ACground)之用。因此，就放大器11的輸入端而言， 其所看到的等效輸入電容即為Cm與C^之和。
當(dāng)放大器11為一金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管時，放大器11的輸入 電容(即柵極電容)會隨著輸入功率的提高而變大，如圖2A所示。所以，放 大器11的輸入端(即柵極)在輸入功率大時，信號的相位落后會更大，如圖 2B所示，而產(chǎn)生調(diào)幅至調(diào)相失真。圖1中，由于壓控電容的電容值會隨著 兩端電位差變大而變小，所以CvM會隨著包絡(luò)信號的電壓值變高而變小，亦 即會隨著輸入功率的提高而變小，如圖2C所示。圖2C的Cvar與圖2A的 C,n呈互補(bǔ)關(guān)系，因此當(dāng)電容單元123與放大器11的輸入電容并聯(lián)運(yùn)作時，
就能產(chǎn)生較為穩(wěn)定而接近線性的等效輸入電容值(=Cin + Cvar),以校正調(diào)幅 至調(diào)相失真，改良放大器ll的線性度。
請注意，放大器11并不限于MOS晶體管，電容單元123也不限于圖1 的設(shè)計。只要放大器11具有隨著輸入功率改變的非線性輸入電容，皆可利 用如圖1的架構(gòu)設(shè)計出互補(bǔ)于輸入電容的電容單元123,以產(chǎn)生接近線性的 等效輸入電容，來校正調(diào)幅至調(diào)相失真。
一實施例，請參閱圖1,包絡(luò)檢測器122包含一整流器(rectifler)1221及 一低通濾波器1222。整流器1221會對耦合器121所耦合的輸入信號進(jìn)行整 流，以輸出一整流信號。低通濾波器122接著對該整流信號進(jìn)行低通濾波， 以產(chǎn)生包絡(luò)信號。在本發(fā)明中，產(chǎn)生包絡(luò)信號的方式并不限于圖l的包絡(luò)檢 測器122,其他產(chǎn)生包絡(luò)信號的電路實施例亦可應(yīng)用于本發(fā)明，所以亦在本 發(fā)明的范圍內(nèi)。
圖3是本發(fā)明的放大電路的第二實施例的方塊圖。與圖l相較，請注意 圖3中低通濾波器的實施方式。放大電路10b中，校正單元12b中的低通濾 波器由一電阻R與電容單元123的可變電容Cvar組成，以節(jié)省電路元件。
圖1的架構(gòu)亦可延伸用于輸入信號為差動(differential)信號的情形。圖 4A是本發(fā)明的放大電路的第三實施例的方塊圖，其中，放大電路40a包含 一差動放大器41及一校正單元42a。差動放大器11的兩輸入端各具有非線 性的輸入電容Cm,其電容值會隨著差動放大器41的輸入功率的變動而改變。 校正單元42a包含一耦合器421、 一包絡(luò)檢測器422及一電容單元423。耦合器421可將一差動輸入信號耦合至包絡(luò)檢測器422,包絡(luò)檢測器422會依 據(jù)該差動輸入信號產(chǎn)生一包絡(luò)信號以作為校正信號，送入電容單元423。電 容單元423包含兩個信號路徑，分別連接至差動放大器41的兩輸入端。各 信號路徑上的電容運(yùn)作方式類似于圖1的電容單元123,惟因電容單元423 中的P點相當(dāng)于交流信號的接地點，所以各信號路徑不需另外耦接大電容以 作為交流接地。因此，就差動放大器41的各輸入端而言，其所看到的等效 輸入電容即為Ch與C^之和。
圖4B是本發(fā)明的放大電路的第四實施例的方塊圖。與圖4A相較，請 注意圖4B中低通濾波器的實施方式。放大電路40b中，校正單元42b中的 低通濾波器由電阻R與電容單元423的C卿組成，以節(jié)省電路元件。
圖1與3中，亦可利用包絡(luò)信號作為放大器11的偏壓信號，以產(chǎn)生動 態(tài)偏壓的效果。圖5是本發(fā)明的放大電路的第五實施例的方塊圖，其中，校 正單元12b亦可以圖1的校正單元12a取代。圖5中，藉由耦合器51與包 絡(luò)檢測器52，可依據(jù)輸入信號來產(chǎn)生包絡(luò)信號，并送入放大器ll作為偏壓 之用。另外，隔離單元53則用于將包絡(luò)信號與輸入信號隔開，避免相互干 擾。使用此種動態(tài)偏壓的技術(shù)， 一方面不會影響放大器11的調(diào)幅至調(diào)幅(AM toAM)線性度，另一方面又可以提高放大器11的功率效益(powere伍ciency)。 例如，請參看圖6A與6B,其顯示放大器11為MOS晶體管的情形，此時包 絡(luò)信號被直接送入柵極作為偏壓信號。圖6A與6B中，若包絡(luò)信號(即柵極
電壓Vgate)小則降低偏壓電流(即漏極電流Id,),如A點所示，以節(jié)省功率；
若包絡(luò)信號大則增加偏壓電流，如A，點所示，以維持良好的調(diào)幅至調(diào)幅線性 度(即MOS晶體管的電導(dǎo)Gm維持穩(wěn)定)。關(guān)于MOS晶體管的動態(tài)偏壓技術(shù)， 請參見Saleh, A.A.M, and D.C.Cox, "Improving the power-added efficiency of FET amplifiers operating with varying envelope signals," Z￡"￡E !Tram1 Oz M'cra麗ve 77zeor_y rec/zw—e , Vol.31, No.l January 1983, pp.51-56。
因此，圖5的實施例一方面可節(jié)省功率且維持良好的調(diào)幅至調(diào)幅線性度， 另一方面還可校正調(diào)幅至調(diào)相失真，如此放大器11可同時具有良好的調(diào)幅 至調(diào)幅以及調(diào)幅至調(diào)相線性度，且其功率效益還能獲得提升。
圖7是顯示圖5的一電路實施例，其中，放大器11為NMOS晶體管， 耦合器12與51各由電容C4與C5組成，包絡(luò)檢測器52包含一整流器(由二
極體組成)及一低通濾波器(由電阻R與輸入電容Cin組成，以節(jié)省元件)，隔離單元53則包含大電容C3。
圖8是顯示圖7的電路延伸用于輸入信號為差動信號的情形，其中Vip
與Vin為差動輸入信號。
圖9是本發(fā)明的改良放大器線性度的方法的一實施例的流程圖，其中放 大器具有非線性的輸入電容。由于其相關(guān)步驟已于上述內(nèi)容提及，本領(lǐng)域人 士可輕易明了，所以省略其描述。
以上所述利用較佳實施例詳細(xì)說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明的范圍。大 凡熟知此類技藝人士皆能明了，適當(dāng)而作些微的改變及調(diào)整，仍將不失本發(fā) 明的要義所在，亦不脫離本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1. 一種放大電路，包含一放大器，具有一輸入電容；以及一校正單元，耦接至該放大器，用以依據(jù)該放大器的一輸入信號，產(chǎn)生一校正信號，并依據(jù)該校正信號進(jìn)行一調(diào)幅至調(diào)相校正，以提高該放大器的該輸入電容的線性度。
2. 如權(quán)利要求1所述的放大電路，其中該校正單元包含 一電容單元，耦接至該放大器的一輸入端，該電容單元依據(jù)該校正信號調(diào)整其電容值，以提高該放大器的該輸入電容的線性度。
3. 如權(quán)利要求2所述的放大電路，其中該校正信號是一電壓信號，該電 容單元包含一壓控電容。
4. 如權(quán)利要求1所述的放大電路，其中該校正單元包含 一包絡(luò)檢測器，用以依據(jù)該輸入信號以產(chǎn)生一包絡(luò)信號，該包絡(luò)信號與該沖交正信號相對應(yīng)。
5. 如權(quán)利要求4所述的放大電路，其中該包絡(luò)信號作為該放大器的一偏 壓信號。
6. 如權(quán)利要求4所述的放大電路，其中該包絡(luò)檢測器包含 一整流器，對該輸入信號進(jìn)行整流，以輸出一整流信號；以及 一低通濾波器，對該整流信號進(jìn)行低通濾波，以產(chǎn)生該包絡(luò)信號。
7. 如權(quán)利要求1所述的放大電路，其中該放大器包含一金屬氧化物半導(dǎo) 體MOS晶體管。
8. 如權(quán)利要求7所述的放大電路，其中該電容單元與該MOS晶體管的 一柵極電容并聯(lián)運(yùn)作。
9. 如權(quán)利要求1所述的放大電路，其中該放大器是一差動放大器，該輸 入信號是一差動輸入信號。
10. —種改良一放大器的線性度的方法，該放大器具有一輸入電容，該方 法包含依據(jù)該放大器的一輸入信號，產(chǎn)生一校正信號；以及 依據(jù)該校正信號進(jìn)行一調(diào)幅至調(diào)相校正，以提高該放大器的該輸入電容的線性度。
11. 如權(quán)利要求10所述的方法，其中，進(jìn)行該調(diào)幅至調(diào)相校正的步驟包含依據(jù)該校正信號調(diào)整一可變電容的電容值，其中該可變電容耦接該放大 器的一輸入端。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中該校正信號是一電壓信號，該可變 電容是一壓控電容。
13. 如權(quán)利要求IO所述的方法，其中產(chǎn)生該校正信號的步驟包含 對該輸入信號進(jìn)行整流，以輸出一整流信號；以及 對該整流信號進(jìn)行低通濾波以產(chǎn)生一包絡(luò)信號，該包絡(luò)信號與該校正信號相對應(yīng)。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中該包絡(luò)信號作為該放大器的一偏壓信號。
15. 如權(quán)利要求IO所述的方法，其中該放大器包含一金屬氧化物半導(dǎo)體 MOS晶體管。
16. 如權(quán)利要求15所述的方法，其中該可變電容與該MOS晶體管的一 柵極電容并聯(lián)運(yùn)作。
17.如權(quán)利要求io所述的方法，其中該放大器是一差動放大器，該輸入 信號是一差動輸入信號。
全文摘要
一種放大電路及其改良線性度的方法，其可校正放大器的調(diào)幅至調(diào)相失真，以改良放大器的線性度。該放大電路包含一放大器及一校正單元。放大器具有非線性的輸入電容。校正單元依據(jù)放大器的輸入信號，產(chǎn)生校正信號，并依據(jù)校正信號進(jìn)行調(diào)幅至調(diào)相校正(AM to PM correction)，以使放大器具有接近線性的等效輸入電容。
文檔編號H03F3/21GK101442294SQ20071019363
公開日2009年5月27日 申請日期2007年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月23日
發(fā)明者王柏之 申請人:瑞昱半導(dǎo)體股份有限公司