電子系統(tǒng)、射頻功率放大器及其偏壓點動態(tài)調(diào)整方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電子系統(tǒng)、射頻功率放大器及其偏壓點動態(tài)調(diào)整方法。射頻功率放大器包括偏壓電路、輸出級電路與動態(tài)偏壓控制電路。偏壓電路接收第一系統(tǒng)電壓，并且偏壓電路根據(jù)第一系統(tǒng)電壓提供工作電壓。輸出級電路接收工作電壓以工作在操作偏壓點。動態(tài)偏壓控制電路檢測射頻輸入信號并且根據(jù)射頻輸入信號的變化輸出補償電壓至偏壓電路，其中動態(tài)偏壓控制電路為一開回路組態(tài)。當射頻輸入信號的輸入功率增加而導(dǎo)致操作偏壓點偏移且工作電壓下降時，偏壓電路根據(jù)所接收的補償電壓來調(diào)升工作電壓以回復(fù)或提升操作偏壓點。
【專利說明】電子系統(tǒng)、射頻功率放大器及其偏壓點動態(tài)調(diào)整方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明有關(guān)于一種射頻功率放大器，且特別是關(guān)于一種具偏壓點動態(tài)調(diào)整的射頻功率放大器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)發(fā)達之后，人們習(xí)慣于快速大量地接受信息，特別是在近幾年來無線通信科技的進步，個人行動產(chǎn)品，如移動電話、個人數(shù)字助理等產(chǎn)品，以相當驚人的速度普及之后，人們希望能夠掌握即時信息外，還希望能有即時的線上支援。因此，結(jié)合網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)與無線通信的無線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(Wireless Local Area Network, WLAN)與第三代(3G)/第四代(4G)網(wǎng)絡(luò)正是滿足人們這樣需求的一個方案。
[0003]射頻功率放大器在通信系統(tǒng)中扮演非常重要的角色。為了達到較好的功率附加效率(power-added efficiency, PAE),線性射頻功率放大器通常會偏向AB類操作(class ABoperation)。一般來說，當射頻輸入功率增加時，放大晶體管的順向偏置PN結(jié)的平均壓降會下降，并且將射頻功率放大器推向B類操作(class B operation)甚至是C類操作(classC operation)而導(dǎo)致放大晶體管的輸出功率變?yōu)轱柡颓逸敵鲂盘枬u漸變?yōu)榉蔷€性。
[0004]換句話說,在發(fā)射器中,射頻功率放大器是最耗電的元件,其功率附加效率(poweradded efficiency, PAE)直接影響電池能維持的時間。AB類的直流偏壓能改善功率放大器的功率附加效率，因為其有較低電平靜置偏壓電流(quiescent current)，靜置偏壓電流亦即輸入功率為零時的偏壓電流。然而，當放大器的輸出功率增加到某一電平(level)時，操作于AB類模式放大器的負載線(load line)可能進入截止區(qū)(cut off region),進而產(chǎn)生增益壓縮(gain compression),此增益壓縮導(dǎo)致輸出功率飽和(saturation)。由于AB類放大器的直流操作點接近截止區(qū)，因此，當AB類放大器的輸出功率增加至某一電平時，此截止區(qū)域的增益壓縮機制將限制AB類放大器的功率增益(power gain)及輸出功率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種射頻功率放大器，用以放大其所接收的射頻輸入信號。射頻功率放大器包括偏壓電路、輸出級電路與動態(tài)偏壓控制電路。偏壓電路接收第一系統(tǒng)電壓，并且偏壓電路根據(jù)第一系統(tǒng)電壓提供工作電壓。輸出級電路電性連接偏壓電路，所述輸出級電路接收工作電壓以工作在操作偏壓點。動態(tài)偏壓控制電路電性連接偏壓電路與輸出級電路之間，所述動態(tài)偏壓控制電路檢測射頻輸入信號并且根據(jù)射頻輸入信號的變化輸出補償電壓至偏壓電路。當射頻輸入信號的輸入功率增加而導(dǎo)致操作偏壓點偏移且工作電壓下降時，所述偏壓電路根據(jù)所接收的補償電壓來調(diào)升工作電壓以回復(fù)或提升操作偏壓點。
[0006]在本發(fā)明其中一個實施例中，偏壓電路包括第一晶體管、第二晶體管、第一參考電阻、第一電阻與第二電阻。第一晶體管的發(fā)射極連接接地電壓，第一晶體管的基極連接動態(tài)偏壓控制電路以接收補償電壓。第二晶體管的基極連接第一晶體管的集電極，第二晶體管的集電極連接第一系統(tǒng)電壓。第一參考電阻的一端連接第一系統(tǒng)電壓，第一參考電阻的另一端連接第二晶體管的基極，其中第一參考電阻用以產(chǎn)生第一參考電流。第一電阻的一端連接第二晶體管的發(fā)射極，第一電阻的另一端連接第一晶體管的基極。第二電阻的一端連接第二晶體管的發(fā)射極，第二電阻的另一端連接輸出級電路且輸出工作電壓。參考電流等于第一晶體管的集電極電流與第二晶體管的基極電流的總和。
[0007]在本發(fā)明其中一個實施例中，當射頻輸入信號的輸入功率上升時，所述第一晶體管的基極接收對應(yīng)的補償電壓且據(jù)此使得第一晶體管的基極電流與集電極電流下降，進而使第二晶體管的基極電流與發(fā)射極電流上升，藉此來調(diào)升工作電壓以回復(fù)或提升操作偏壓點。
[0008]在本發(fā)明其中一個實施例中，輸出級電路包括第三晶體管。第三晶體管的基極接收工作電壓，第三晶體管的發(fā)射極連接接地電壓，第三晶體管的集電極連接第二系統(tǒng)電壓。在交流信號模式下，所述第三晶體管用以放大其所接收的射頻輸入信號并且于其集電極輸出射頻輸出信號。
[0009]在本發(fā)明其中一個實施例中，動態(tài)偏壓控制電路包括第二參考電阻、第四晶體管、第三電阻、第五電阻與第一電容。第二參考電阻的一端連接第一系統(tǒng)電壓，第二參考電阻的另一端連接第四晶體管的集電極。第四晶體管的集電極連接第二參考電阻的另一端，第四晶體管的發(fā)射極連接接地電壓，第四晶體管的基極接收射頻輸入信號且用以檢測射頻輸入信號的變化，其中第四晶體管作為功率檢測晶體管。第三電阻的一端連接第二電阻的一端，第三電阻的另一端連接第四晶體管的基極。第五電阻的一端連接第三電阻的另一端，第五電阻的另一端輸出補償電壓。第一電容的一端連接第五電阻的另一端，第一電容的另一端連接接地電壓。第一參考電阻的電阻值等于第二參考電阻的電阻值，并且第五電阻與第一電容用以濾除在交流信號模式下的高頻信號。
[0010]在本發(fā)明其中一個實施例中，第一電阻的電阻值等于第三電阻的電阻值。
[0011]本發(fā)明實施例另提供一種電子系統(tǒng)，電子系統(tǒng)包括射頻功率放大器與負載。射頻功率放大器接收射頻輸入信號且輸出射頻輸出信號。負載耦接射頻功率放大器，所述負載接收射頻輸出信號。當射頻輸入信號的輸入功率增大時，則射頻功率放大器通過補償電路以穩(wěn)定操作偏壓點。
[0012]本發(fā)明實施例再提供一種偏壓點動態(tài)調(diào)整方法，偏壓點動態(tài)調(diào)整方法包括以下步驟。通過偏壓電路接收系統(tǒng)電壓且據(jù)此提供工作電壓；通過輸出級電路接收工作電壓且據(jù)此工作于操作偏壓點；通過動態(tài)偏壓控制電路檢測射頻輸入信號的輸入功率且根據(jù)其變化輸出補償電壓以穩(wěn)定操作偏壓點。其中所述偏壓點動態(tài)調(diào)整方法用于上述的射頻功率放大器或上述的電子系統(tǒng)。
[0013]綜上所述，本發(fā)明實施例所提出的電子系統(tǒng)、射頻功率放大器及其偏壓點動態(tài)調(diào)整方法，當輸入功率增加時，能夠防范射頻功率放大器的偏壓點進入截止區(qū)(cut offregion)所引起的增益壓縮(gain compression)以避免輸出功率飽和,亦即本發(fā)明實施例能夠動態(tài)控制射頻功率放大器的操作偏壓點，以使操作偏壓點減少隨著輸入功率的改變而偏移的現(xiàn)象。再者，本發(fā)明實施例能夠改善射頻功率放大器轉(zhuǎn)換特性的線性度以降低信號失真，與提供更大輸入功率與輸出功率范圍，以便提供高效率運作及高線性度輸出功率，來符合系統(tǒng)對線性度的要求。[0014]為使能更進一步了解本發(fā)明的特征及技術(shù)內(nèi)容，請參閱以下有關(guān)本發(fā)明的詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅用來說明本發(fā)明，而非對本發(fā)明的權(quán)利范圍作任何的限制。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]上文已參考隨附圖式來詳細地說明本發(fā)明的具體實施例，藉此可對本發(fā)明更為明白，在該等圖式中:
[0016]圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例的射頻功率放大器的區(qū)塊示意圖。
[0017]圖2為根據(jù)本發(fā)明實施例的射頻功率放大器的具體電路圖。
[0018]圖3為根據(jù)本發(fā)明實施例的輸入功率與工作電壓的模擬曲線圖。
[0019]圖4為根據(jù)本發(fā)明實施例的輸入功率與輸出電流的模擬曲線圖。
[0020]圖5為根據(jù)本發(fā)明實施例的輸入功率與功率增益的模擬曲線圖。
[0021]圖6為根據(jù)本發(fā)明實施例的電子系統(tǒng)的區(qū)塊示意圖。
[0022]圖7為根據(jù)本發(fā)明實施例的偏壓點動態(tài)調(diào)整方法的流程圖。
[0023]其中，附圖標記說明如下:
[0024]100,200:射頻功率放大器
[0025]110:偏壓電路
[0026]120:輸出級電路
[0027]130:動態(tài)偏壓控制電路
[0028]210:輸入匹配電路
[0029]220:輸出匹配電路
[0030]600:電子系統(tǒng)
[0031]610:射頻功率放大器
[0032]620:負載
[0033]C1、CIN1、CIN2、C0UT:電容
[0034]CV1、CV2、CV3、CV4、CV5、CV6:曲線
[0035]GND:接地電壓
[0036]IB1、IB2、IB3、IB4:基極電流
[0037]ICl:集電極電流
[0038]IC:輸出電流
[0039]IE2:發(fā)射極電流
[0040]IREF:第一參考電流
[0041]L:電感
[0042]Ql?Q4:晶體管
[0043]Rl ?R5:電阻
[0044]Rrefl:第一參考電阻
[0045]Rref2:第二參考電阻
[0046]RFIN:射頻輸入信號
[0047]RFOUT:射頻輸出信號[0048]S710、S720、S730:步驟
[0049]VBE1、VBE3、VBE4:基發(fā)射極電壓
[0050]VB:工作電壓
[0051]VC:補償電壓
[0052]VSS:第一系統(tǒng)電壓
[0053]VCC:第二系統(tǒng)電壓
【具體實施方式】
[0054]在下文將參看隨附圖式更充分地描述各種例示性實施例，在隨附圖式中展示一些例示性實施例。然而，本發(fā)明概念可能以許多不同形式來體現(xiàn)，且不應(yīng)解釋為限于本文中所闡述的例示性實施例。確切而言，提供此等例示性實施例使得本發(fā)明將為詳盡且完整，且將向本領(lǐng)域技術(shù)人員充分傳達本發(fā)明概念的范疇。在諸圖式中，可為了清楚而夸示層及區(qū)的大小及相對大小。類似數(shù)字始終指示類似元件。
[0055]應(yīng)理解，雖然本文中可能使用術(shù)語第一、第二、第三等來描述各種元件，但此多種元件不應(yīng)受多種術(shù)語限制。此多種術(shù)語乃用以區(qū)分一元件與另一元件。因此，下文論述的第一元件可稱為第二元件而不偏離本發(fā)明概念的教示。如本文中所使用，術(shù)語“及/或”包括相關(guān)聯(lián)的列出項目中的任一者及一或多者的所有組合。
[0056]〔射頻功率放大器的實施例〕
[0057]請參照圖1，圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例的射頻功率放大器的區(qū)塊示意圖。如圖1所示，射頻功率放大器100包括偏壓電路110、輸出級電路120與動態(tài)偏壓控制電路130。偏壓電路110電性連接輸出級電路120。動態(tài)偏壓控制電路130電性連接偏壓電路110。
[0058]在本實施例中，偏壓電路110接收第一系統(tǒng)電壓VSS，并且偏壓電路110根據(jù)系統(tǒng)電壓VSS提供工作電壓VB。輸出級電路120接收工作電壓VB以工作在一操作偏壓點(operation biasing point)。動態(tài)偏壓控制電路130用以檢測射頻輸入信號RFIN并且根據(jù)射頻輸入信號RFIN的變化輸出一補償電壓VCC至偏壓電路110。當射頻輸入信號RFIN的輸入功率增加而導(dǎo)致輸出級電路120的操作偏壓點偏移且工作電壓VB下降時，偏壓電路110會根據(jù)所接收的補償電壓VC來調(diào)升工作電壓VB以回復(fù)或提升輸出級電路120的操作偏壓點。
[0059]接下來要教示的，是進一步說明射頻功率放大器100的工作原理。
[0060]請繼續(xù)參照圖1，在無線通信系統(tǒng)中，射頻功率放大器100用來增強發(fā)射器(transmitter)的輸出功率(output power),因此射頻功率放大器100必須在有限的功率消耗下，提供高效率運作及高線性度輸出功率，來符合系統(tǒng)對射頻功率放大器100高線性度要求。在直流工作模式下，偏壓電路110通過與第一系統(tǒng)電壓VSS的電性連接以產(chǎn)生一工作電壓VB，而射頻功率放大器100通過偏壓電路110所提供的工作電壓VB，以使射頻功率放大器100本身工作于一操作偏壓點。在交流工作模式時，輸入級電路120接收并且放大射頻輸入信號RFIN后輸出射頻輸出信號RF0UT。然而，當射頻輸入信號RFIN的輸入功率越來越大時，則輸出級電路120的工作電壓會產(chǎn)生遞減現(xiàn)象，進而使輸出級電路120的操作偏壓點進入到截止區(qū)域而造成增益壓縮。而此增益壓縮會導(dǎo)致整體射頻功率放大器100的輸出功率飽和，進而降低射頻功率放大器100的工作效率與線性度。[0061]因此，在本實施例中，射頻功率放大器100通過動態(tài)偏壓控制電路130來穩(wěn)定輸出級電路120的操作偏壓點。進一步來說，本揭示內(nèi)容利用動態(tài)偏壓控制電路130來接收且檢測射頻輸入信號RFIN的輸入功率的變化，當射頻輸入信號RFIN的輸入功率的增加而使工作電壓VB遞減時，則動態(tài)偏壓控制電路130會同步感測工作電壓VB變化而進一步產(chǎn)生一補償電壓VC至偏壓電路110以調(diào)整偏壓電路110所輸出的工作電壓VB。接著，偏壓電路110會根據(jù)所接收到的補償電壓VB來調(diào)升工作電壓VB以回復(fù)或提升輸出級電路120的操作偏壓點。
[0062]據(jù)此，通過上述的偏壓點動態(tài)調(diào)整機制，射頻功率放大器100的操作偏壓點就不會隨著射頻輸入信號RFIN的輸出功率的增加而偏移進入至截止區(qū)，進而產(chǎn)生增益壓縮的現(xiàn)象。換句話說，本揭示內(nèi)容能夠根據(jù)射頻輸入信號RFIN的輸入功率自動地動態(tài)調(diào)整射頻功率放大器100的操作偏壓點，以使操作偏壓點減少隨著輸入功率的改變而偏移的現(xiàn)象。本發(fā)明實施例能夠改善射頻功率放大器100轉(zhuǎn)換特性的線性度以降低信號失真，以便提供高效率運作及高線性度輸出功率，來符合系統(tǒng)對線性度的要求。
[0063]為了更詳細地說明本發(fā)明所述的射頻功率放大器100的運作流程，以下將舉多個實施例中至少之一來作更進一步的說明。
[0064]在接下來的多個實施例中，將描述不同于上述圖1實施例的部分，且其余省略部分與上述圖1實施例的部分相同。此外，為說明便利起見，相似的參考數(shù)字或標號指示相似的元件。
[0065]〔射頻功率放大器的另一實施例〕
[0066]請參照圖2，圖2為根據(jù)本發(fā)明實施例的射頻功率放大器的區(qū)塊示意圖。與上述圖1實施例不同的是，在本實施例中，偏壓電路Iio包括第一晶體管Q1、第二晶體管Q2、第一參考電阻Rrefl、第一電阻Rl與第二電阻R2。輸出級電路120包括第三晶體管Q3。動態(tài)偏壓控制電路130包括第二參考電阻Rref2、第四晶體管Q4、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5與第一電容Cl。在本實施例中，晶體管Ql?Q4為NPN晶體管，而在另一實施例中，晶體管Ql?Q4為場效晶體管(Field Effect Transistor.FET)、異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(Heterojunction Bipolar Transistor, HBT)與雙極性場效晶體管(Bipolar FieldEffect Transistor,BiFET)的其中一種具砷化鎵(GaAs)、娃(Si)或娃鍺(SiGe)制程的晶體管來構(gòu)成，并不以本實施例為限。
[0067]第一晶體管Ql的發(fā)射極連接接地電壓GND，第一晶體管Ql的基極連接動態(tài)偏壓控制電路130以接收補償電壓VC。第二晶體管Q2的基極連接第一晶體管Ql的集電極，第二晶體管Q2的集電極連接第一系統(tǒng)電壓VSS。第一參考電阻Rrefl的一端連接第一系統(tǒng)電壓VSS，第一參考電阻Rrefl的另一端連接第二晶體管Q2的基極，其中第一參考電阻Rref I用以產(chǎn)生第一參考電流IREF。第一電阻Rl的一端連接第二晶體管Q2的發(fā)射極,第一電阻Rl的另一端連接第一晶體管Ql的基極。第二電阻R2的一端連接第二晶體管Q2的發(fā)射極，第二電阻R2的另一端連接輸出級電路120且輸出工作電壓VB。參考電流IREF等于第一晶體管Ql的集電極電流與第二晶體管Q2的基極電流的總和。第三晶體管Q3的基極接收工作電壓VB，第三晶體管Q3的發(fā)射極連接接地電壓GND，第三晶體管Q3的集電極連接第二系統(tǒng)電壓VCC。在交流信號模式下，所述第三晶體管Q3用以放大其所接收的射頻輸入信號RFIN并且于其集電極輸出射頻輸出信號RF0UT。第二參考電阻Rref2的一端連接第一系統(tǒng)電壓VSS，第二參考電阻Rref2的另一端連接第四晶體管Q4的集電極。第四晶體管Q4的集電極連接第二參考電阻Rref2的另一端，第四晶體管Q4的發(fā)射極連接接地電壓GND，第四晶體管Q4的基極接收射頻輸入信號RFIN且用以檢測射頻輸入信號RFIN的變化，其中第四晶體管Q4作為功率檢測晶體管(power detecting transistor)。第三電阻R3的一端連接第二電阻R2的一端，第三電阻R3的另一端連接第四晶體管Q4的基極。第四電阻R4的一端連接第一電阻Rl的另一端且輸出補償電壓VC。第五電阻R5的一端連接第三電阻R3的另一端，第五電阻R5的另一端連接第四電阻R4的另一端。第一電容Cl的一端連接第四電阻R4的另一端，第一電容Cl的另一端連接接地電壓GND。第一參考電阻Rrefl的電阻值等于第二參考電阻Rref2的電阻值，并且第四電阻R4、第五電阻R5與第一電容Cl用以濾除在交流信號模式下的高頻信號。在此，值得一提的是，在另一實施例，僅有第五電阻R5(亦即第四電阻R4為零歐姆)，并且第五電阻R5的一端連接第三電阻R3的另一端，第五電阻R5的另一端輸出補償電壓VC,而第一電容Cl的一端連接第五電阻R5的另一端,第一電容Cl的另一端連接接地電壓GND，其中第五電阻R5與第一電容Cl能夠濾除在交流信號模式下的高頻信號。
[0068]附帶一提的是，在圖2所揭示的晶體管電路拓樸架構(gòu)中，如果第三晶體管Q3的發(fā)射極面積為N倍第一晶體管Ql的發(fā)射極面積的情況下時，當?shù)诙娮鑂2的電阻值為N倍第一電阻Rl的電阻值，則第三晶體管Q3的輸出電流IC為N倍的參考電流IREF，其中N為大于I。設(shè)計者能夠根據(jù)電路設(shè)計需求或?qū)嶋H應(yīng)用需求來決定N的數(shù)值。再者，在本實施例中，輸出級電路120的輸入端與輸出端具有一輸入匹配電路210與輸出匹配電路220，以提供較佳的功率匹配效能，其中輸入匹配電路210電性連接至第三晶體管Q3的基極端且用以接收射頻輸入信號RFIN，輸出匹配電路220電性連接至第三晶體管Q3的集電極端且用以輸出射頻輸出信號RFOUT。
[0069]接下來要教示的，是進一步說明射頻功率放大器200的工作原理。
[0070]請繼續(xù)參照圖2，在無線通信系統(tǒng)中，射頻功率放大器200 —直以來都是最關(guān)鍵的核心元件之一，其線性度與功率效率對于無線通信系統(tǒng)的效能與效率有著決定性的影響。射頻功率放大器200的架構(gòu)主要是以主動元件為信號放大，再搭配輸入、輸出端的匹配電路所形成的簡單放大器，主要是負責(zé)將所要傳送的調(diào)變信號提高到適當?shù)母唠娖?，使傳送出去后的信號?jīng)由電波傳播媒介到達接收端時，其信號強度足以提供接收端還原信號。
[0071]在本實施例中，于直流工作模式下，由第一晶體管Q1、第二晶體管Q2、第一電阻R1、第二電阻R2與第一參考電阻Rrefl所構(gòu)成的偏壓電路110會產(chǎn)生一工作電壓VB且將所述工作電壓VB提供至第三晶體管Q3的基極，須注意的是，此時工作電壓VB的直流電壓電平等于第三晶體管Q3的基發(fā)射極電壓VBE3。值得一提的是，第一參考電阻Rrefl等于第二參考電阻Rref2且第一電阻Rl等于第二電阻R2，因此在如此具對稱性的電路架構(gòu)下，就不會影響到直流模式下的偏壓。在進入交流工作模式后，第三晶體管Q3的基極會通過輸入匹配電路210接收到射頻輸入信號RFIN且將其放大以輸出一射頻輸出信號RF0UT，并且作為功率檢測晶體管的第四晶體管Q4的基極也會通過輸入匹配電路210與電容CIN2接收到射頻輸入信號RFIN。須注意的是，在本實施例中，第四晶體管的基發(fā)射極電壓VBE4等于第三晶體管Q3的基發(fā)射極電壓VBE3。
[0072]當射頻輸入信號RFIN的輸入功率(input power)逐步增加時，則基發(fā)射極電壓VBE3、VBE4與工作電壓VB會逐步下降并且基極電流IB3亦會下降，進而在一暫態(tài)過程中造成第三晶體管Q3的操作偏壓點往截止區(qū)的方向偏移。在本實施例中，射頻功率放大器200主要通過動態(tài)偏壓控制電路130來提升工作電壓VB以回復(fù)第三晶體管Q3的操作偏壓點。再者，由于本揭示內(nèi)容的動態(tài)偏壓控制電路130為一開回路組態(tài)(open loopconfiguration)，因此，射頻功率放大器200更能夠通過動態(tài)偏壓控制電路130來提升工作電壓VB以提升第三晶體管Q3的操作偏壓點。進一步來說，動態(tài)偏壓控制電路130中的第四晶體管Q4主要用來檢測輸入功率的變化，并且當射頻輸入信號RFIN的輸入功率增加時，第四晶體管Q4的基發(fā)射極電壓VB4與基及電流IB4都會下降。第四電阻R4、第五電阻R5與第一電容Cl扮演著濾除高頻信號的角色以將輸入功率的變化響應(yīng)至第四電阻R4的一端，但須說明的是，在另一實施例中，僅需要第五電阻即足夠，這并不會影響到本揭示內(nèi)容所要達到的濾除高頻信號的功效。第四電阻R4的一端會輸出一補償電壓VC至第一晶體管Ql的基極。值得一提的是，在此所述的補償電壓VC等于第一晶體管Ql的基發(fā)射極電壓VBE1，而第四晶體管Q4的基發(fā)射極電壓VBE4與基極電流IB4的下降，會使得第一晶體管Ql的基發(fā)射極電壓VBEl與基極電流IBl同步下降。
[0073]對于晶體管Ql?Q4而言，具有一電流恒等式，亦即集電極電流等于基極電流與電流增益(β)的乘積。因此，于第一晶體管Ql中，當基極電流IBl下降時，則集電極電流ICl會下降。接著，因為第一參考電阻Rrefl所產(chǎn)生的第一參考電流IREF在本實施例中為固定值，所以，當?shù)谝痪w管Ql的集電極電流ICl下降時，則第二晶體管Q2的基極電流ΙΒ2會下降。須說明的是，對于晶體管Ql?Q4而言，具有另一電流恒等式，亦即發(fā)射極電流等于基極電流與集電極電流的總和。故在第二晶體管Q2中，當?shù)诙w管Q2的基極電流ΙΒ2增加時，則第二晶體管Q2的發(fā)射極電流ΙΕ2會增加。所以，發(fā)射極電流ΙΕ2的部分電流會流經(jīng)第二電阻R2與第三電阻R3，進而提升偏壓電路110所提供至第三晶體管Q3的工作電壓VB，其中基發(fā)射極電壓VBE3、VBE4也會同步提升至等于工作電壓VB的電壓值。承上述，通過射頻功率放大器200內(nèi)部的反饋機制來動態(tài)調(diào)整工作電壓VB以維持射頻功率放大器200對于高線性度的要求，亦即射頻功率放大器200在輸入功率的變化下依然能夠穩(wěn)定第三晶體管Q3的操作偏壓點。
[0074]為了更清楚了解本揭示內(nèi)容的功效，接下來提供至少一個關(guān)于圖2實施例的模擬曲線圖。
[0075]請同時參照圖2與圖3，圖3為根據(jù)本發(fā)明實施例的輸入功率與工作電壓的模擬曲線圖。在圖3的曲線圖中，水平軸為輸入功率，單位為dBm ;垂直軸為工作電壓，單位為伏特，其中曲線CVl為圖2實施例的模擬曲線，曲線CV2為圖2中不含動態(tài)偏壓控制電路130的模擬曲線。由圖3可知，當在射頻輸入信號RFIN的輸入功率遞增時，曲線CV2會呈現(xiàn)下降的趨勢，但是由于動態(tài)偏壓控制電路130為開回路組態(tài)，所以曲線CVl不僅不會下降而且會呈現(xiàn)出微幅上升的趨勢，據(jù)此本揭示內(nèi)容的射頻功率放大器200能夠回復(fù)或甚至提升操作偏壓點，以強化射頻功率放大器200的高線性度的需求。此外，射頻功率放大器200在具有動態(tài)偏壓控制電路130的情況下，能夠大幅降低操作偏壓點進入截止區(qū)的可能性。
[0076]接著，本實施例再提供另一關(guān)于輸入功率與輸出電流的模擬曲線來進一步說明本揭示內(nèi)容所能夠達到的功效。請同時參照圖2與圖4，圖4為根據(jù)本發(fā)明實施例的輸入功率與輸出電流的模擬曲線圖。于圖4的曲線圖中，水平軸為輸入功率，單位為dBm ;垂直軸為輸出電流，單位為安培，其中曲線CV3為圖2實施例的模擬曲線，曲線CV4為圖2中不含動態(tài)偏壓控制電路130的模擬曲線。由圖4可知，當在射頻輸入信號RFIN的輸入功率遞增時，曲線CV3上升的幅度比曲線CV4上升的幅度多，因此，在具有動態(tài)偏壓控制電路130的射頻功率放大器200能夠維持其工作效率與高線性度。
[0077]最后，本實施例另提供關(guān)于輸入功率與功率增益的模擬曲線圖以更進一步說明本揭示內(nèi)容的功效。請同時參照圖2與圖5，圖5為根據(jù)本發(fā)明實施例的輸入功率與功率增益的模擬曲線圖。于圖5的曲線圖中，水平軸為輸入功率，單位為dBm ;垂直軸為功率增益(power gain)，其中曲線CV5為圖2實施例的模擬曲線，曲線CV6為圖2中不含動態(tài)偏壓控制電路130的模擬曲線。在此，須先說明的是，功率增益為第三晶體管Q3的輸出功率除以第三晶體管Q3的輸入功率。由圖5可知，當在射頻輸入信號RFIN的輸入功率遞增時，曲線CV5能夠比曲線CV6維持較佳且穩(wěn)定的功率增益，因此在射頻功率信號RFIN的輸入功率遞增時，本實施例的射頻功率放大器200依然能夠維持高線性度以符合系統(tǒng)的要求。
[0078]附帶一提的是，在一實施例中，輸出級電路120更具有電感L、電容CINl及C0UT。電容CINl的一端耦接第三晶體管Q3的基極，電容CINl的另一端耦接射頻輸入信號RFIN。電感L耦接第二系統(tǒng)電壓VCC與第三晶體管Q3的集電極之間。電容COUT的的一端耦接至第三晶體管Q3的集電極，電容COUT的另一端輸出射頻輸出信號RF0UT。
[0079]當射頻功率放大器200尚未開始接收射頻輸入信號RFIN時，電感L會對直流信號呈現(xiàn)低阻抗狀態(tài)，例如短路，而電容CIN1、COUT則會對直流信號呈現(xiàn)高阻抗狀態(tài)，例如斷路。當射頻功率放大器200開始接收射頻輸入信號RFIN時，電感L會對高頻信號呈現(xiàn)高阻抗狀態(tài)，例如斷路，而電容CINUC0UT則會對高頻信號呈現(xiàn)低阻抗狀態(tài)，例如短路。據(jù)此，射頻功率放大器200能夠在直流工作模式與交流工作模式順利的運作。
[0080]〔電子系統(tǒng)的一實施例〕
[0081]請參照圖6,圖6為根據(jù)本發(fā)明實施例的電子系統(tǒng)的區(qū)塊不意圖。電子系統(tǒng)600包括射頻功率放大器610與負載620。射頻功率放大器610接收射頻輸入信號RFIN且輸出射頻輸出信號RFOUT至負載620，亦即射頻功率放大器610在耦接系統(tǒng)電壓后，會提供一穩(wěn)定的輸出功率至負載620。射頻功率放大器610可以是上述圖1與圖2實施例中的射頻功率放大器100與200的其中之一，且用以提供穩(wěn)定的輸出功率給負載。電子系統(tǒng)600可以是各種類型的電子裝置內(nèi)的系統(tǒng)，電子裝置可以是例如手持裝置或行動裝置等。
[0082]〔偏壓點動態(tài)調(diào)整方法的一實施例〕
[0083]請參照圖7，圖7為根據(jù)本發(fā)明實施例的偏壓點動態(tài)調(diào)整方法的流程圖。本例所述的方法可以在圖1或圖2所示的射頻功率放大器執(zhí)行，因此請一并參照圖1或圖2以利理解。射頻功率放大器的偏壓點動態(tài)調(diào)整方法包括以下步驟:通過偏壓電路接收系統(tǒng)電壓且據(jù)此提供工作電壓(步驟S710)。通過輸出級電路接收工作電壓且據(jù)此工作于操作偏壓點(步驟S720)。通過動態(tài)偏壓控制電路檢測射頻輸入信號的輸入功率且根據(jù)其變化輸出補償電壓以穩(wěn)定操作偏壓點(步驟S730)。當射頻輸入信號的輸入功率增加而導(dǎo)致操作偏壓點偏移且工作電壓下降時，偏壓電路根據(jù)所接收的補償電壓來調(diào)升工作電壓以回復(fù)或提升操作偏壓點。
[0084]關(guān)于射頻功率放大器的偏壓點動態(tài)調(diào)整方法的各步驟的相關(guān)細節(jié)在上述圖1?圖2實施例已詳細說明，在此恕不贅述。在此須說明的是，圖7實施例的各步驟僅為方便說明的須要，本發(fā)明實施例并不以各步驟彼此間的順序作為實施本發(fā)明各個實施例的限制條件。
[0085]〔實施例的可能功效〕
[0086]綜上所述，本發(fā)明實施例所提供的電子系統(tǒng)、射頻功率放大器及其偏壓點動態(tài)調(diào)整方法，當射頻輸入信號的輸入功率增加時，能夠防范射頻功率放大器的操作偏壓點進入截止區(qū)(cut-off region)所引起的增益壓縮(gain compression)以避免輸出功率飽和，亦即能夠動態(tài)控制射頻功率放大器的操作偏壓點，以使操作偏壓點減少隨著輸入功率的改變而偏移的現(xiàn)象。
[0087]在本揭示內(nèi)容多個實施例中至少一實施例，射頻功率放大器能夠通過動態(tài)偏壓控制電路來提升工作電壓以回復(fù)或提升第三晶體管的操作偏壓點。
[0088]在本揭示內(nèi)容多個實施例中至少一實施例，能夠改善射頻功率放大器轉(zhuǎn)換特性的線性度以降低信號失真，以便提供高效率運作及高線性度輸出功率，來符合系統(tǒng)對線性度的要求。
[0089]以上所述僅為本發(fā)明的實施例，其并非用以局限本發(fā)明的專利權(quán)利要求范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種射頻功率放大器，用以放大其所接收的射頻輸入信號，其特征在于，該射頻功率放大器包括: 偏壓電路，接收第一系統(tǒng)電壓，并且該偏壓電路根據(jù)該第一系統(tǒng)電壓提供工作電壓；輸出級電路，電性連接該偏壓電路，該輸出級電路接收該工作電壓以工作在操作偏壓點；以及 動態(tài)偏壓控制電路，電性連接該偏壓電路與該輸出級電路之間，該動態(tài)偏壓控制電路檢測該射頻輸入信號并且根據(jù)該射頻輸入信號的變化輸出補償電壓至該偏壓電路， 其中，當該射頻輸入信號的輸入功率增加而導(dǎo)致該操作偏壓點偏移且該工作電壓下降時，該偏壓電路根據(jù)所接收的該補償電壓來調(diào)升該工作電壓以回復(fù)或提升該操作偏壓點。
2.如權(quán)利要求1所述的射頻功率放大器，其特征在于，該偏壓電路包括: 第一晶體管，其發(fā)射極連接接地電壓，其基極連接該動態(tài)偏壓控制電路以接收補償電壓； 第二晶體管，其基極連接該第一晶體管的集電極，其集電極連接該第一系統(tǒng)電壓；第一參考電阻，其一端連接該第一系統(tǒng)電壓，其另一端連接該第二晶體管的基極，其中該第一參考電阻用以產(chǎn)生第一參考電流； 第一電阻，其一端連接該第二晶體管的發(fā)射極，其另一端連接該第一晶體管的基極；以及 第二電阻，其一端連接該第二晶體管的發(fā)射極，其另一端連接該輸出級電路且輸出該工作電壓， 其中該第一參考電流等于該第一晶體管的集電極電流與該第二晶體管的基極電流的總和。
3.如權(quán)利要求2所述的射頻功率放大器，其特征在于，當該射頻輸入信號的輸入功率上升時，該第一晶體管的基極接收對應(yīng)的該補償電壓且據(jù)此使得該第一晶體管的基極電流與集電極電流下降，進而使該第二晶體管的基極電流與發(fā)射極電流上升，藉此來調(diào)升該工作電壓以回復(fù)或提升該操作偏壓點。
4.如權(quán)利要求1所述的射頻功率放大器，其特征在于，該輸出級電路包括: 第三晶體管，其基極接收該工作電壓，其發(fā)射極連接該接地電壓，其集電極連接第二系統(tǒng)電壓， 其中在交流信號模式下，該第三晶體管用以放大其所接收的該射頻輸入信號并且于其集電極輸出射頻輸出信號。
5.如權(quán)利要求2所述的射頻功率放大器，其特征在于，該動態(tài)偏壓控制電路包括: 第二參考電阻，其一端連接該第一系統(tǒng)電壓，其另一端連接第四晶體管的集電極； 該第四晶體管的集電極連接該第二參考電阻的另一端，其發(fā)射極連接該接地電壓，其基極接收該射頻輸入信號且用以檢測該射頻輸入信號的變化，其中該第四晶體管作為功率檢測晶體管； 第三電阻，其一端連接該第二電阻的一端，其另一端連接該第四晶體管的基極； 第五電阻，其一端連接 該第三電阻的另一端，其另一端輸出該補償電壓； 第一電容，其一端連接該第五電阻的另一端，其另一端連接該接地電壓， 其中該第一參考電阻的電阻值等于該第二參考電阻的電阻值，其中該第五電阻與該第一電容用以濾除在交流信號模式下的高頻信號。
6.如權(quán)利要求5所述的射頻功率放大器，其特征在于，該第一電阻的電阻值等于該第三電阻的電阻值。
7.—種電子系統(tǒng),其特征在于,該電子系統(tǒng)包括: 如權(quán)利要求1所述的射頻功率放大器，該射頻功率放大器接收射頻輸入信號且輸出射頻輸出信號；以及 負載，耦接該射頻功率放大器，該負載接收該射頻輸出信號， 其中當該射頻輸入信號的該輸入功率增大時，則該射頻功率放大器通過該補償電路以穩(wěn)定該操作偏壓點。
8.如權(quán)利要求7所述的電子系統(tǒng)，其特征在于，該偏壓電路包括: 第一晶體管，其發(fā)射極連接接地電壓，其基極連接該動態(tài)偏壓控制電路以接收補償電壓； 第二晶體管，其基極連接該第一晶體管的集電極，其集電極連接該第一系統(tǒng)電壓；第一參考電阻，其一端連接該第一系統(tǒng)電壓，其另一端連接該第二晶體管的基極，其中該第一參考電阻用以產(chǎn)生第一參考電流； 第一電阻，其一端連接該第二晶體管的發(fā)射極，其另一端連接該第一晶體管的基極；以及 第二電阻，其一端連接該第二晶體管的發(fā)射極，其另一端連接該輸出級電路且輸出該工作電壓， 其中該第一參考電流等于該第一晶體管的集電極電流與該第二晶體管的基極電流的總和。
9.一種偏壓點動態(tài)調(diào)整方法，其特征在于，該偏壓點動態(tài)調(diào)整方法包括: 通過偏壓電路接收系統(tǒng)電壓且據(jù)此提供工作電壓； 通過輸出級電路接收該工作電壓且據(jù)此工作于操作偏壓點；以及通過動態(tài)偏壓控制電路檢測射頻輸入信號的輸入功率且根據(jù)其變化輸出補償電壓以穩(wěn)定該操作偏壓點； 其中該偏壓點動態(tài)調(diào)整方法用于如權(quán)利要求1所述的射頻功率放大器或如權(quán)利要求7所述的電子系統(tǒng)。
10.如權(quán)利要求9所述的偏壓點動態(tài)調(diào)整方法，其特征在于，當該射頻輸入信號的輸入功率增加而導(dǎo)致該操作偏壓點偏移且該工作電壓下降時，該偏壓電路根據(jù)所接收的該補償電壓來調(diào)升該工作電壓以回復(fù)或提升該操作偏壓點。
【文檔編號】H03F1/30GK103916087SQ201310001091
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2013年1月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月4日
【發(fā)明者】丁兆明, 劉謙曄 申請人:日月光半導(dǎo)體制造股份有限公司