本發(fā)明關(guān)于一種功率放大器，尤指一種具有低電路復(fù)雜度、高溫度/偏壓變動穩(wěn)定度與高線性度的功率放大器。

背景技術(shù)：

隨著科技的發(fā)展，無線通信已成為人們生活中相當(dāng)重要的一環(huán)，各種不同電子裝置如智能型手機(jī)、智能型穿戴裝置、平板計(jì)算機(jī)中透過無線射頻系統(tǒng)來傳送或接收無線訊號。于無線射頻系統(tǒng)中，功率放大器(Power Amplifier，PA)為必要的放大電路，功率放大器的效能影響整體無線射頻系統(tǒng)的效能，其中，功率放大器的線性度(Linearity)及溫度/偏壓變動穩(wěn)定度是具指標(biāo)性的效能。

習(xí)知技術(shù)已發(fā)展出利用諧波信號偵測與補(bǔ)償(Harmonic Signal Detection and Compensation)、高階諧波調(diào)整(High-Order Harmonic Adjustment)、可調(diào)式輸出匹配網(wǎng)絡(luò)(Tunable Output Matching Network)、并聯(lián)式轉(zhuǎn)導(dǎo)特性補(bǔ)償(Parallel Transconductance Compensation)及封包追蹤調(diào)整(Envelop Tracking)等方式來改善功率放大器的線性度。利用諧波信號偵測與補(bǔ)償?shù)墓β史糯笃魇怯谳敵鲇嵦柕恼穹^大以至于失真時，透過偵測與濾波的方式經(jīng)由回授網(wǎng)絡(luò)來調(diào)整放大器的偏壓條件，但其電路復(fù)雜度高，且實(shí)用性低。利用高階諧波調(diào)整與可調(diào)式輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的功率放大器透過微調(diào)放大器中的輸出匹配網(wǎng)絡(luò)于高階諧波頻率下的阻抗值，進(jìn)而控制高階諧波的反射狀態(tài)，來調(diào)整輸出訊號的波形，并改變訊號線性度的狀態(tài)，但其輸出匹配網(wǎng)絡(luò)較為復(fù)雜，且必須同時考慮輸出功率損耗與頻率響應(yīng)等問題，電路的復(fù)雜度高。

利用并聯(lián)式轉(zhuǎn)導(dǎo)特性補(bǔ)償?shù)墓β史糯笃骺赏高^使用兩個并聯(lián)晶體管的尺寸及偏壓進(jìn)行調(diào)整，使得合成后的三階諧波失真(Third-Order Intermodulation，IMD3)具有補(bǔ)償功能，以提升整體放大器的線性度，然而，由于晶體管并聯(lián)后會增加輸入端及輸出 端的電容量，不利于高頻阻抗匹配或是高頻增益特性，即不利于高頻操作。利用封包追蹤調(diào)整的功率放大器可以透過數(shù)字控制方式使放大器于不同的操作功率下而有不同的偏壓條件，且對于直流功率損耗的效率具有相當(dāng)?shù)母纳?，但是所需的?被動組件較多，需要完整龐大的模擬與數(shù)字控制回路才得以施行，增加電路設(shè)計(jì)復(fù)雜度及生產(chǎn)成本。

因此，如何提供一種電路復(fù)雜度低與高線性度的功率放大器，就成了業(yè)界所努力的目標(biāo)之一。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種功率放大器，其具有低電路復(fù)雜度、高溫度/偏壓變動穩(wěn)定度與高線性度的特性。

本發(fā)明揭露一種功率放大器，包含有至少一放大晶體管及至少一輔助晶體管，該至少一放大晶體管中每一放大晶體管包含有一第一端，用來接收該功率放大器的一輸入訊號；一第二端，用來輸出該功率放大器的一輸出訊號；以及一第三端。該至少一輔助晶體管中每一輔助晶體管包含有一第一端；一第二端，耦于該至少一放大晶體管的該第二端；以及一第三端，電性連接于該至少一放大晶體管的該第一端。

【附圖說明】

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一功率放大器的示意圖。

圖2為包含輔助晶體管及未包含輔助晶體管的功率放大器的鄰近通道頻譜示意圖。

圖3為包含輔助晶體管及未包含輔助晶體管的功率放大器的線性度示意圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例一功率放大器的示意圖。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例一功率放大器的示意圖。

圖6為本發(fā)明實(shí)施例一功率放大器的示意圖。

圖7為本發(fā)明實(shí)施例一功率放大器的示意圖。

10、40、50、60、62_1～62_N、70 功率放大器

100、500_1～500_N、600_1～600_N、 放大晶體管

700_1～700_N 放大晶體管

102、602_1～602_N、702_1～702_3 輔助晶體管

103 輸出端網(wǎng)絡(luò)

104 輸入端網(wǎng)絡(luò)

105 射頻訊號處理電路

106 偏壓驅(qū)動電路

406 回授電路

706 控制電路

ANT 天線

B、B1～BN 基極

C、C1～CN 集極

E 射極

G 柵極

D 漏極

S 源極

【具體實(shí)施方式】

請參考圖1，圖1為本發(fā)明實(shí)施例一功率放大器10的示意圖。功率放大器10是一單級功率放大器，其包含有一放大晶體管100及一輔助晶體管102，放大晶體管100可為雙載子接面晶體管(Bipolar Junction Transistor，BJT)或是異質(zhì)接面雙載子晶體管(Heterojunction Bipolar Transistor，HBT)，輔助晶體管102可為金氧半場效晶體管(MOS FieldEffect Transistor，MOSFET)或是高速電子移動晶體管(HighElectronMobility Transistor，HEMT)。放大晶體管100包含有基極B(第一端)、集極C(第二端)及射極E(第三端)，其中，基極B耦接于一射頻訊號處理電路105與輸入端網(wǎng)絡(luò)104，用來接收功率放大器10的一輸入訊號；集極C透過一輸出端網(wǎng)絡(luò)103耦接于至一天線ANT，其中輸出端網(wǎng)絡(luò)103可包含阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)與帶通濾波器(未繪示于圖1)，用來輸出功率放大器10的一輸出訊號至天線ANT；而射極E可耦接于一系統(tǒng)接地端。輔助晶體管102包含有柵極G(第一端)、漏極D(第二端)及源極S(第三端)，其中，漏極D耦于放大晶體管100的集極C；源極S電性連接于放大晶體管100的基極B；柵極G可耦接于一偏壓驅(qū)動電路106，偏壓驅(qū)動電路106可為一固定偏壓電路或是一可數(shù)字控制的可調(diào)偏壓電路。

需注意的是，輔助晶體管102耦接于放大晶體管100的輸入端(基極B)及輸出端(集極C)之間，功率放大器10可根據(jù)放大晶體管100輸出端的輸出振幅，調(diào)整放大晶體管100的輸出端的偏壓，進(jìn)而改善線性度。同時，功率放大器10的溫度變動或是偏壓變動狀態(tài)可透過輔助晶體管102的回授機(jī)制，來抵銷由放大晶體管100于大信號操作下所產(chǎn)生的自熱特性(selfheating)與偏壓偏移(bias shifting)特性，進(jìn)而穩(wěn)定放大晶體管100的高頻特性變動，形成不隨或些微偏壓改變的功率放大器10穩(wěn)定電路。換句話說，功率放大器10僅利用單一輔助晶體管102即可調(diào)整放大晶體管100的輸出端的偏壓及抵消放大晶體管100的溫度與偏壓變動，進(jìn)而改善功率放大器10的線性度，且功率放大器10的電路復(fù)雜度低。

請參考圖2、圖3，圖2為包含輔助晶體管及未包含輔助晶體管的功率放大器的鄰近 通道頻譜(Adjacent Channel Power Ratio，ACPR)示意圖，圖3為包含輔助晶體管及未包含輔助晶體管的功率放大器的線性度(即三階諧波失真(Third-Order Intermodulation，IMD3))示意圖，其中實(shí)線代表包含輔助晶體管的功率放大器的鄰近波道功率比及線性度，虛線代表未包含輔助晶體管的功率放大器的鄰近波道功率比及線性度。由圖2、圖3可知，包含輔助晶體管的功率放大器能有效抑制旁波帶(Sideband)的發(fā)射功率，具有較佳的線性度效能。

需注意的是，前述實(shí)施例是用以說明本發(fā)明的概念，本領(lǐng)域具通常知識者當(dāng)可據(jù)以做不同的修飾，而不限于此。舉例來說，請參考圖4，圖4分別為本發(fā)明實(shí)施例一功率放大器40的示意圖。功率放大器40與功率放大器10結(jié)構(gòu)類似，故相同組件沿用相同符號。與功率放大器10不同的是，功率放大器40耦接于一回授電路406，回授電路406耦接于輔助晶體管102的柵極及漏極之間，亦符合本發(fā)明的要求，而不限于此。另一方面，放大晶體管不限于雙載子接面晶體管或異質(zhì)接面雙載子晶體管，亦可為金氧半場效晶體管或是高速電子移動晶體管等場效晶體管，如此一來，放大晶體管的第一端為場效晶體管的一柵極，放大晶體管的第二端及第三端為場效晶體管的一漏極及一源極，且不在此限。此外，輔助晶體管不限于金氧半場效晶體管或是高速電子移動晶體管，亦可為雙載子接面晶體管或異質(zhì)接面雙載子晶體管，如此一來，輔助晶體管的第一端為雙載子接面晶體管的一基極，輔助晶體管的第二端及第三端為雙載子接面晶體管的一集極及一射極，且不在此限。

除此之外，本發(fā)明的功率放大器不限于僅包含單一放大晶體管，亦可包含復(fù)數(shù)個放大晶體管。舉例來說，請參考圖5，圖5為本發(fā)明實(shí)施例一功率放大器50的示意圖。功率放大器50與功率放大器10結(jié)構(gòu)類似，故相同組件沿用相同符號，與功率放大器10不同的是，功率放大器50包含復(fù)數(shù)個放大晶體管500_1～500_N，其中，功率放大器50的輔助晶體管102的漏極D耦于放大晶體管500_1～500_N的集極C_1～C_N，源極S電性連接于放大晶體管500_1～500_N的基極B_1～B_N，亦符合本發(fā)明的要求。另一方面， 本發(fā)明的功率放大器亦可由串接復(fù)數(shù)個單級功率放大器而形成一多級功率放大器，舉例來說，請參考圖6，圖6為本發(fā)明實(shí)施例一功率放大器60的示意圖，功率放大器60是一多級功率放大器，其包含單級功率放大器62_1～62_N相互串接而成，任一單級功率放大器62_x的電路架構(gòu)皆與單級功率放大器10相同，即任一單級功率放大器62_x皆包含一放大晶體管600_x及一輔助晶體管602_x，輔助晶體管602_x的漏極耦接于放大晶體管600_x的集極，輔助晶體管602_x的源極電性連接于放大晶體管600_x的基極。需注意的是，于功率放大器60中，輔助晶體管602_1～602_N的個數(shù)相同于放大晶體管600_1～600_N的個數(shù)，且輔助晶體管602_1～602_N的柵極皆相互耦接。然而，不限于此，請參考圖7，圖7為本發(fā)明實(shí)施例一功率放大器70的示意圖。功率放大器70包含放大晶體管700_1～700_N及輔助晶體管702_1～702_3，輔助晶體管702_1～702_3的柵極分別接收由一控制電路706所產(chǎn)生的位控制訊號bit_1～bit_3以控制輔助晶體管702_1～702_3的導(dǎo)通狀態(tài)，只要輔助晶體管702_1～702_3的漏極耦接于放大晶體管700_1～700_N的集極，輔助晶體管702_1～702_3的源極電性連接于放大晶體管700_1～700_N的基極，即符合本發(fā)明的要求。

綜上所述，本發(fā)明的功率放大器利用輔助晶體管調(diào)整于放大晶體管于輸出端的偏壓及抵消放大晶體管的噪聲，進(jìn)而改善功率放大器的線性度及溫度/偏壓變動穩(wěn)定度，且本發(fā)明的功率放大器具有較低的電路復(fù)雜度。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。