電子系統(tǒng)、射頻功率放大器及其偏壓點(diǎn)自我調(diào)整方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種電子系統(tǒng)、射頻功率放大器及其偏壓點(diǎn)自我調(diào)整方法，射頻功率放大器包括偏壓電路、輸出級(jí)電路與動(dòng)態(tài)偏壓控制電路。偏壓電路接收系統(tǒng)電壓，并且所述偏壓電路根據(jù)系統(tǒng)電壓提供工作電壓。輸出級(jí)電路接收工作電壓以工作在操作偏壓點(diǎn)。動(dòng)態(tài)偏壓控制電路接收工作電壓并且根據(jù)工作電壓的變化輸出補(bǔ)償電壓至偏壓電路。當(dāng)輸入功率增加而使工作電壓下降而導(dǎo)致操作偏壓點(diǎn)偏移時(shí)，則偏壓電路根據(jù)所接收的補(bǔ)償電壓來(lái)調(diào)升工作電壓以回復(fù)操作偏壓點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】電子系統(tǒng)、射頻功率放大器及其偏壓點(diǎn)自我調(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(diǎn)自我調(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(dá)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(lái)無(wú)線通信科技的進(jìn)步，個(gè)人移動(dòng)產(chǎn)品，如移動(dòng)電話、個(gè)人數(shù)字助理等產(chǎn)品，以相當(dāng)驚人的速度普及之后，人們希望能夠掌握即時(shí)信息外，還希望能有即時(shí)的線上支援。因此，結(jié)合網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)與無(wú)線通信的無(wú)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(gè)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(dá)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(huì)偏向AB類操作(class ABoperation)。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)射頻輸入功率增加時(shí)，放大晶體管的順向偏置PN結(jié)的平均壓降會(huì)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?hào)漸漸變?yōu)榉蔷€性。
[0004]換句話說(shuō),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(shí)間。AB類的直流偏壓能改善功率放大器的功率附加效率，因?yàn)槠溆休^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(shí)的偏壓電流。然而，當(dāng)放大器的輸出功率增加到某一電平(level)時(shí)，操作于AB類模式放大器的負(fù)載線(load line)可能進(jìn)入截止區(qū)(cut off region),進(jìn)而產(chǎn)生增益壓縮(gaincompression),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(diǎn)接近截止區(qū)，因此，當(dāng)AB類放大器的輸出功率增加至某一電平時(shí)，此截止區(qū)域的增益壓縮機(jī)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，接收且放大射頻輸入信號(hào)，射頻功率放大器包括偏壓電路、輸出級(jí)電路與動(dòng)態(tài)偏壓控制電路。偏壓電路接收系統(tǒng)電壓，并且所述偏壓電路根據(jù)系統(tǒng)電壓提供工作電壓。輸出級(jí)電路電性連接偏壓電路，所述輸出級(jí)電路接收工作電壓以工作在操作偏壓點(diǎn)。動(dòng)態(tài)偏壓控制電路接收工作電壓并且根據(jù)工作電壓的變化輸出補(bǔ)償電壓至偏壓電路。當(dāng)射頻輸入信號(hào)的輸入功率增加而使工作電壓下降而導(dǎo)致操作偏壓點(diǎn)偏移時(shí)，所述偏壓電路根據(jù)所接收的補(bǔ)償電壓來(lái)調(diào)升工作電壓以回復(fù)操作偏壓點(diǎn)。
[0006]在本發(fā)明其中一個(gè)實(shí)施例中，偏壓電路包括第一晶體管、第二晶體管、參考電流源、第一電阻與第二電阻。第一晶體管的基極連接動(dòng)態(tài)偏壓控制電路且接收補(bǔ)償電壓，第一晶體管的射極連接接地電壓。第二晶體管的基極連接第一晶體管的集極，第二晶體管的集極連接系統(tǒng)電壓。參考電流源的一端連接第一晶體管的集極，參考電流源的另一端連接系統(tǒng)電壓，所述參考電流源提供參考電流。第一電阻的一端連接第二晶體管的射極，第一電阻的另一端連接動(dòng)態(tài)偏壓控制電路。第二電阻的一端連接第二晶體管的射極，第二電阻的另一端連接動(dòng)態(tài)偏壓控制電路且輸出所述工作電壓。所述參考電流等于第一晶體管的集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(gè)實(shí)施例中，當(dāng)輸入功率增加而使工作電壓下降時(shí)，第一晶體管的基極接收補(bǔ)償電壓且據(jù)此使得第一晶體管的基極電流與集極電流下降，進(jìn)而使第二晶體管的基極電流與射極電流上升，藉此來(lái)調(diào)升工作電壓以回復(fù)操作偏壓點(diǎn)。
[0008]在本發(fā)明其中一個(gè)實(shí)施例中，輸出級(jí)電路包括第三晶體管。第三晶體管的基極接收工作電壓，第三晶體管的射極連接接地電壓，第三晶體管的集極連接系統(tǒng)電壓。
[0009]在本發(fā)明其中一個(gè)實(shí)施例中，動(dòng)態(tài)偏壓控制電路包括第三電阻與第一電容。第三電阻的一端連接至偏壓電路與輸出級(jí)電路之間，并且接收工作電壓。第一電容的一端連接第三電阻的另一端，第一電容的另一端連接接地電壓。
[0010]本發(fā)明實(shí)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(fù)載。射頻功率放大器接收射頻輸入信號(hào)且輸出射頻輸出信號(hào)。負(fù)載耦接射頻功率放大器，所述負(fù)載接收射頻輸出信號(hào)。當(dāng)射頻輸入信號(hào)增大時(shí)，則射頻功率放大器通過(guò)補(bǔ)償電壓以穩(wěn)定操作偏壓點(diǎn)。
[0011 ] 在本發(fā)明其中一個(gè)實(shí)施例中，偏壓電路包括第一晶體管、第二晶體管、參考電流源、第一電阻與第二電阻。第一晶體管的基極連接動(dòng)態(tài)偏壓控制電路且接收補(bǔ)償電壓，第一晶體管的射極連接接地電壓。第二晶體管的基極連接第一晶體管的集極，第二晶體管的集極連接系統(tǒng)電壓。參考電流源的一端連接第一晶體管的集極，參考電流源的另一端連接系統(tǒng)電壓，所述參考電流源提供參考電流。第一電阻的一端連接第二晶體管的射極，第一電阻的另一端連接動(dòng)態(tài)偏壓控制電路。第二電阻的一端連接第二晶體管的射極，第二電阻的另一端連接動(dòng)態(tài)偏壓控制電路且輸出所述工作電壓。所述參考電流等于第一晶體管的集極電流與第二晶體管的基極電流的總和。
[0012]在本發(fā)明其中一個(gè)實(shí)施例中，動(dòng)態(tài)偏壓控制電路包括第三電阻與第一電容。第三電阻的一端連接至偏壓電路與輸出級(jí)電路之間，并且接收工作電壓。第一電容的一端連接第三電阻的另一端，第一電容的另一端連接接地電壓。
[0013]本發(fā)明實(shí)施例再提供一種偏壓點(diǎn)自我調(diào)整方法，偏壓點(diǎn)自我調(diào)整方法包括步驟如下:通過(guò)偏壓電路接收系統(tǒng)電壓且據(jù)此提供工作電壓；通過(guò)輸出級(jí)電路接收工作電壓且據(jù)此工作于操作偏壓點(diǎn)；以及，通過(guò)動(dòng)態(tài)偏壓控制電路接收工作電壓且根據(jù)其變化輸出補(bǔ)償電壓以穩(wěn)定操作偏壓點(diǎn)。當(dāng)工作電壓下降而導(dǎo)致操作偏壓點(diǎn)偏移時(shí)，所述偏壓電路根據(jù)所接收的補(bǔ)償電壓來(lái)調(diào)升工作電壓以回復(fù)操作偏壓點(diǎn)。
[0014]綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例所提出的電子系統(tǒng)、射頻功率放大器及其偏壓點(diǎn)自我調(diào)整方法，當(dāng)輸入功率增加時(shí)，能夠防范射頻功率放大器的偏壓點(diǎn)進(jìn)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,亦即能夠動(dòng)態(tài)控制射頻功率放大器的操作偏壓點(diǎn)，以使操作偏壓點(diǎn)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(shí)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(hào)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(yùn)作及高線性度輸出功率，來(lái)符合系統(tǒng)對(duì)線性度的要求。[0015]為使能更進(jìn)一步了解本發(fā)明的特征及技術(shù)內(nèi)容，請(qǐng)參閱以下有關(guān)本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明與附圖，但是此等說(shuō)明與所附圖式僅用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明，而非對(duì)本發(fā)明的權(quán)利要求范圍作任何的限制。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]上文已參考隨附圖式來(lái)詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施例，藉此可對(duì)本發(fā)明更為明白，在該多個(gè)圖式中:
[0017]圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的射頻功率放大器的區(qū)塊示意圖。
[0018]圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的射頻功率放大器的具體電路圖。
[0019]圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的輸入功率與工作電壓的模擬曲線圖。
[0020]圖4為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的輸入功率與輸出電流的模擬曲線圖。
[0021]圖5為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的輸入功率與功率增益的模擬曲線圖。
[0022]圖6為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電子系統(tǒng)的區(qū)塊示意圖。
[0023]圖7為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的偏壓點(diǎn)自我調(diào)整方法的流程圖。
[0024]其中，附圖標(biāo)記說(shuō)明如下:
[0025]100,200:射頻功率放大器
[0026]110:偏壓電路
[0027]112:參考電流源
[0028]120:輸出級(jí)電路
[0029]130:動(dòng)態(tài)偏壓控制電路
[0030]210:輸入匹配電路
[0031]220:輸出匹配電路
[0032]600:電子系統(tǒng)
[0033]610:射頻功率放大器
[0034]620:負(fù)載
[0035]C1、C2、C3:電容
[0036]CV1、CV2、CV3、CV4、CV5、CV6:曲線
[0037]GND:接地電壓
[0038]IBl、IB2、IB3:基極電流
[0039]IC:輸出電流
[0040]ICl:集極電流
[0041]IE2:射極電流
[0042]IREF:參考電流
[0043]L:電感
[0044]Ql?Q3:晶體管
[0045]R1、R2、R3:電阻
[0046]RFIN:射頻輸入信號(hào)
[0047]RFOUT:射頻輸出信號(hào)
[0048]S710 ?S730:步驟[0049]VB:工作電壓
[0050]VBE1、VBE3:基射極電壓
[0051]VC:補(bǔ)償電壓
[0052]VCC:系統(tǒng)電壓
【具體實(shí)施方式】
[0053]在下文將參看隨附圖式更充分地描述各種例示性實(shí)施例，在隨附圖式中展示一些例示性實(shí)施例。然而，本發(fā)明概念可能以許多不同形式來(lái)體現(xiàn)，且不應(yīng)解釋為限于本文中所闡述的例示性實(shí)施例。確切而言，提供此多個(gè)例示性實(shí)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(dá)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(duì)大小。類似數(shù)字始終指示類似元件。
[0054]應(yīng)理解，雖然本文中可能使用術(shù)語(yǔ)第一、第二、第三等來(lái)描述各種元件，但此多個(gè)元件不應(yīng)受此等術(shù)語(yǔ)限制。此多個(gè)術(shù)語(yǔ)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(yǔ)“及/或”包括相關(guān)聯(lián)的列出項(xiàng)目中的任一者及一或多者的所有組合。
[0055]本揭示內(nèi)容提供無(wú)線通信系統(tǒng)發(fā)射端之一能夠主動(dòng)式穩(wěn)定偏壓的射頻功率放大器，通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)整技術(shù)來(lái)穩(wěn)定射頻功率放大器的操作偏壓點(diǎn)，以避免當(dāng)輸入功率增加時(shí)，造成操作偏壓點(diǎn)進(jìn)入截止區(qū)所引起的增益壓縮(gaincompression)。換句話說(shuō),本揭示內(nèi)容能夠在提供高效率運(yùn)作及高線性度的輸出功率，且提供更大輸入功率與輸出功率范圍，以符合系統(tǒng)對(duì)射頻功率放大器線性度的要求。為了更清楚了解本揭示內(nèi)容，以下將提供至少一實(shí)施例來(lái)揭示或教示能夠主動(dòng)穩(wěn)定偏壓點(diǎn)的射頻功率放大器的運(yùn)作原理。
[0056]〔射頻功率放大器的實(shí)施例〕
[0057]請(qǐng)參照?qǐng)D1，圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)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(jí)電路120與動(dòng)態(tài)偏壓控制電路130。輸出級(jí)電路120電性連接偏壓電路110。動(dòng)態(tài)偏壓控制電路130電性連接偏壓電路110。
[0058]在本實(shí)施例中，偏壓電路110接收系統(tǒng)電壓VCC，并且偏壓電路110根據(jù)系統(tǒng)電壓VCC提供工作電壓VB至輸出級(jí)電路120，以使輸出級(jí)電路120運(yùn)作在一適當(dāng)偏壓點(diǎn)。輸出級(jí)電路120接收工作電壓VB以工作在設(shè)計(jì)者所欲的操作偏壓點(diǎn)(operation bias point)。動(dòng)態(tài)偏壓控制電路130接收工作電壓VB并且根據(jù)工作電壓VB的變化輸出補(bǔ)償電壓VC至偏壓電路110。當(dāng)射頻輸入信號(hào)RFIN的輸入功率增加而使工作電壓VB下降而導(dǎo)致操作偏壓點(diǎn)偏移時(shí)，則所述偏壓電路110根據(jù)所接收的補(bǔ)償電壓VC來(lái)調(diào)升工作電壓VB以回復(fù)操作偏壓點(diǎn)。
[0059]接下來(lái)要教示的，是進(jìn)一步說(shuō)明射頻功率放大器100的工作原理。
[0060]請(qǐng)繼續(xù)參照?qǐng)D1，在無(wú)線通信系統(tǒng)中，射頻功率放大器100用來(lái)增強(qiáng)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(yùn)作及高線性度輸出功率，來(lái)符合系統(tǒng)對(duì)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(guò)與系統(tǒng)電壓VCC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(guò)偏壓電路110所提供的工作電壓VB，以使射頻功率放大器100本身工作于在一操作偏壓點(diǎn)。在交流工作模式時(shí)，輸出級(jí)電路120接收并且放大射頻輸入信號(hào)RFIN后輸出射頻輸出信號(hào)RFOUT。然而，當(dāng)射頻輸入信號(hào)RFIN的輸入功率越來(lái)越大時(shí)，則輸出級(jí)電路120的工作電壓會(huì)產(chǎn)生遞減現(xiàn)象，進(jìn)而使輸出級(jí)電路120的操作偏壓點(diǎn)進(jìn)入到截止區(qū)域而造成增益壓縮。而此增益壓縮會(huì)導(dǎo)致整體射頻功率放大器100的輸出功率飽和，進(jìn)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(shí)施例中，射頻功率放大器100通過(guò)動(dòng)態(tài)偏壓控制電路130來(lái)穩(wěn)定輸出級(jí)電路120的操作偏壓點(diǎn)。當(dāng)工作電壓VB隨著輸入功率的增加而遞減時(shí)，則動(dòng)態(tài)偏壓控制電路130會(huì)感測(cè)工作電壓VB變化而進(jìn)一步產(chǎn)生一補(bǔ)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。偏壓電路110會(huì)根據(jù)所接收到的補(bǔ)償電壓VC來(lái)調(diào)升工作電壓VB以回復(fù)輸出級(jí)電路120的操作偏壓點(diǎn)。
[0062]據(jù)此，通過(guò)上述的偏壓點(diǎn)動(dòng)態(tài)調(diào)整機(jī)制，射頻功率放大器100的操作偏壓點(diǎn)就不會(huì)隨著射頻輸入信號(hào)的輸出功率的增加而偏移進(jìn)入至截止區(qū)，進(jìn)而產(chǎn)生增益壓縮的現(xiàn)象。換句話說(shuō)，本揭示內(nèi)容能夠自動(dòng)地動(dòng)態(tài)調(diào)整射頻功率放大器100的操作偏壓點(diǎn)，以使操作偏壓點(diǎn)減少隨著輸入功率的改變而偏移的現(xiàn)象。本發(fā)明實(shí)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(hào)失真，以便提供高效率運(yùn)作及高線性度輸出功率，來(lái)符合系統(tǒng)對(duì)線性度的要求。
[0063]為了更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明所述的射頻功率放大器100的運(yùn)作流程，以下將舉多個(gè)實(shí)施例中至少之一來(lái)作更進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0064]在接下來(lái)的多個(gè)實(shí)施例中，將描述不同于上述圖1實(shí)施例的部分，且其余省略部分與上述圖1實(shí)施例的部分相同。此外，為說(shuō)明便利起見(jiàn)，相似的參考數(shù)字或標(biāo)號(hào)指示相似的元件。
[0065]〔射頻功率放大器的另一實(shí)施例〕
[0066]請(qǐng)參照?qǐng)D2，圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的射頻功率放大器的具體電路圖。與上述圖1實(shí)施例不同的是，在本實(shí)施例中，偏壓電路110包括第一晶體管Q1、第二晶體管Q2、參考電流源112、第一電阻Rl與第二電阻R2。輸出級(jí)電路120包括第三晶體管Q3。動(dòng)態(tài)偏壓控制電路130包括第三電阻R3與第一電容Cl。在本實(shí)施例中，晶體管Ql?Q3為NPN晶體管，而在另一實(shí)施例中，晶體管Ql?Q3為場(chǎng)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(chǎng)效晶體管(BipolarFieldEffect Transistor, BiFET)白勺其中一種具砷化鎵(GaAs)、娃(Si)或娃鍺(SiGe)工藝的晶體管來(lái)構(gòu)成，并不以本實(shí)施例為限。
[0067]第一晶體管Ql的基極連接動(dòng)態(tài)偏壓控制電路130且接收補(bǔ)償電壓VC，第一晶體管Ql的射極連接接地電壓GND。第二晶體管Q2的基極連接第一晶體管Ql的集極，第二晶體管Q2的集極連接系統(tǒng)電壓VCC。參考電流源112的一端連接第一晶體管Ql的集極，參考電流源112的另一端連接系統(tǒng)電壓VCC，所述參考電流源112提供參考電流IREF。第一電阻Rl的一端連接第二晶體管Q2的射極，第一電阻Rl的另一端連接動(dòng)態(tài)偏壓控制電路130。第二電阻R2的一端連接第二晶體管Q2的射極，第二電阻R2的另一端連接動(dòng)態(tài)偏壓控制電路130且輸出工作電壓VB。第三晶體管Q3的基極接收工作電壓VB，第三晶體管Q3的射極連接接地電壓GND，并且第三晶體管Q3的集極連接系統(tǒng)電壓VCC。第一電容Cl的一端連接第三電阻R3的另一端，第一電容Cl的另一端連接接地電壓GND。
[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的射極面積為N倍第一晶體管Ql的射極面積的情況下時(shí)，當(dāng)?shù)谝浑娮鑂l的電阻值為N倍第二電阻R2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(jì)者能夠根據(jù)電路設(shè)計(jì)需求或?qū)嶋H應(yīng)用需求來(lái)決定N的數(shù)值。再者，在本實(shí)施例中，輸出級(jí)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(hào)RFIN，輸出匹配電路220電性連接至第三晶體管Q3的集極端且用以輸出射頻輸出信號(hào)RFOUT。
[0069]接下來(lái)要教示的，是進(jìn)一步說(shuō)明射頻功率放大器200的工作原理。
[0070]請(qǐng)繼續(xù)參照?qǐng)D2，在無(wú)線通信系統(tǒng)中，射頻功率放大器200 —直以來(lái)都是最關(guān)鍵的核心元件之一，其線性度與功率效率對(duì)于無(wú)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(dòng)元件為信號(hào)放大，再搭配輸入、輸出端的匹配電路所形成的簡(jiǎn)單放大器，主要是負(fù)責(zé)將所要傳送的調(diào)變信號(hào)提高到適當(dāng)?shù)母唠娖?，使傳送出去后的信?hào)經(jīng)由電波傳播媒介到達(dá)接收端時(shí)，其信號(hào)強(qiáng)度足以提供接收端還原信號(hào)。
[0071]在本實(shí)施例中，在直流工作模式下，由第一晶體管Q1、第二晶體管Q2、第一電阻R1、第二電阻R2與參考電流源112所構(gòu)成的偏壓電路110會(huì)產(chǎn)生一工作電壓VB至第三晶體管Q3的基極，須注意的是，此時(shí)工作電壓VB的直流電壓電平等于第三晶體管Q3的基射極電壓VBE3。在進(jìn)入交流工作模式后，第三晶體管Q3會(huì)接收到射頻輸入信號(hào)RFIN且將其放大以輸出一射頻輸出信號(hào)RF0UT，當(dāng)射頻輸入信號(hào)RFIN的輸入功率逐步增加時(shí)，則會(huì)使得第三晶體管Q3的基射極電壓VBE3隨之下降(基極電流IB3亦會(huì)下降)并且工作電壓VB也會(huì)同步地下降，進(jìn)而在一暫態(tài)過(guò)程中造成第三晶體管Q3的操作偏壓點(diǎn)偏移。而本實(shí)施例通過(guò)動(dòng)態(tài)偏壓控制電路130來(lái)提升工作電壓VB以回復(fù)第三晶體管Q3的操作偏壓點(diǎn)。進(jìn)一步來(lái)說(shuō)，動(dòng)態(tài)偏壓控制電路130中的第三電阻R3會(huì)響應(yīng)工作電壓VB的變化，進(jìn)而在第三電阻R3的另一端產(chǎn)生一補(bǔ)償電壓VC并傳送至第一晶體管Ql。須注意的是，補(bǔ)償電壓VC的直流電壓電平等于第一晶體管Qi的基射極電壓VBEl (基極電流IBl亦會(huì)下降)。
[0072]由于集極電流等于β倍的基極電流，所以當(dāng)?shù)谝痪w管Ql的基極電流IBl下降時(shí)，第一晶體管Ql的集極電流ICl亦會(huì)下降。在參考電流源112提供定值的參考電流IREF的情況下，亦即參考電壓IREF等于集極電流ICl與基極電流ΙΒ2的總和，其中β為第一晶體管Ql的電流增益(current gain)。當(dāng)?shù)谝痪w管Ql的集極電流ICl下降時(shí),則第二晶體管Q2的基極電流IB2會(huì)上升。接著，由于第二晶體管Q2的基極電流IB2上升，所以第二晶體管Q2的射極電流IE2會(huì)上升。接著，射極電流IE2的部分電流會(huì)流經(jīng)第二電阻R2，進(jìn)而提升偏壓電路110所傳送至第三晶體管Q3的工作電壓VB。承上述，通過(guò)射頻功率放大器200內(nèi)部的負(fù)反饋機(jī)制來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)整工作電壓VB以維持高線性度，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)定輸出級(jí)電路120的操作偏壓點(diǎn)。
[0073]接下來(lái)要說(shuō)明的，是提供至少一個(gè)關(guān)于圖2實(shí)施例的模擬曲線圖。
[0074]請(qǐng)同時(shí)參照?qǐng)D2與圖3，圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)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(shí)施例的模擬曲線，曲線CV2為圖2中不含動(dòng)態(tài)偏壓控制電路130的模擬曲線。由圖3可知，當(dāng)在射頻輸入信號(hào)RFIN的輸入功率遞增時(shí)，曲線CVl下降的幅度比曲線CV2下降的幅度少，因此射頻功率放大器200在具有動(dòng)態(tài)偏壓控制電路130的情況下，能夠大幅降低操作電壓點(diǎn)進(jìn)入截止區(qū)的可能性。接著，本實(shí)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(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本揭示內(nèi)容所能夠達(dá)到的功效。請(qǐng)同時(shí)參照?qǐng)D2與圖4，圖4為根據(jù)本發(fā)明實(shí)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(shí)施例的模擬曲線，曲線CV4為圖2中不含動(dòng)態(tài)偏壓控制電路130的模擬曲線。由圖4可知，當(dāng)在射頻輸入信號(hào)RFIN的輸入功率遞增時(shí)，曲線CV3上升的幅度比曲線CV4上升的幅度多，因此，在具有動(dòng)態(tài)偏壓控制電路的射頻功率放大器200能夠維持其工作效率與高線性度。最后，本實(shí)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(jìn)一步說(shuō)明本揭示內(nèi)容的功效。請(qǐng)同時(shí)參照?qǐng)D2與圖5，圖5為根據(jù)本發(fā)明實(shí)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),單位為dB，其中曲線CV5為圖2實(shí)施例的模擬曲線，曲線CV6為圖2中不含動(dòng)態(tài)偏壓控制電路130的模擬曲線。在此，須先說(shuō)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(dāng)在射頻輸入信號(hào)RFIN的輸入功率遞增時(shí)，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(hào)RFIN的輸入功率遞增時(shí)，本實(shí)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。
[0075]附帶一提的是，在一實(shí)施例中，輸出級(jí)電路120更具有電感L、電容C2及C3。電容C2的一端耦接第三晶體管Q3的基極，電容C2的另一端耦接射頻輸入信號(hào)RFIN。電感L耦接系統(tǒng)電壓VCC與第三晶體管Q3的集極之間。電容C3的的一端耦接至第三晶體管Q3的集極，電容C3的另一端輸出射頻輸出信號(hào)RFOUT。
[0076]當(dāng)射頻功率放大器200尚未開(kāi)始接收射頻輸入信號(hào)RFIN時(shí)，電感L會(huì)對(duì)直流信號(hào)呈現(xiàn)低阻抗?fàn)顟B(tài)，例如短路，而電容C2、C3則會(huì)對(duì)直流信號(hào)呈現(xiàn)高阻抗?fàn)顟B(tài)，例如斷路。當(dāng)射頻功率放大器200開(kāi)始接收射頻輸入信號(hào)RFIN時(shí)，電感L會(huì)對(duì)高頻信號(hào)呈現(xiàn)高阻抗?fàn)顟B(tài)，例如斷路，而電容C2、C3則會(huì)對(duì)高頻信號(hào)呈現(xiàn)低阻抗?fàn)顟B(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(yùn)作。
[0077]〔電子系統(tǒng)的一實(shí)施例〕
[0078]請(qǐng)參照?qǐng)D6，圖6為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電子系統(tǒng)的區(qū)塊示意圖。電子系統(tǒng)600包括射頻功率放大器610與負(fù)載620。射頻功率放大器610接收射頻輸入信號(hào)RFIN且輸出射頻輸出信號(hào)RFOUT至負(fù)載620，亦即射頻功率放大器610在耦接系統(tǒng)電壓后，會(huì)提供一穩(wěn)定的輸出功率至負(fù)載620。射頻功率放大器610可以是上述圖1與圖2實(shí)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(fù)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(dòng)裝置等。
[0079]〔偏壓點(diǎn)自我調(diào)整方法的一實(shí)施例〕
[0080]請(qǐng)參照?qǐng)D7，圖7為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的偏壓點(diǎn)自我調(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(qǐng)一并照?qǐng)D1或圖2以利理解。射頻功率放大器的偏壓點(diǎn)自我調(diào)整方法包括以下步驟:通過(guò)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(guò)輸出級(jí)電路接收工作電壓且據(jù)此工作于操作偏壓點(diǎn)(步驟S720)。通過(guò)動(dòng)態(tài)偏壓控制電路接收工作電壓且根據(jù)其變化輸出補(bǔ)償電壓以穩(wěn)定操作偏壓點(diǎn)(步驟S730)。當(dāng)工作電壓下降而導(dǎo)致操作偏壓點(diǎn)偏移時(shí)，偏壓電路根據(jù)所接收的補(bǔ)償電壓來(lái)調(diào)升工作電壓以回復(fù)操作偏壓點(diǎn)。[0081]關(guān)于射頻功率放大器的偏壓點(diǎn)自我調(diào)整方法的各步驟的相關(guān)細(xì)節(jié)在上述圖1?圖2實(shí)施例已詳細(xì)說(shuō)明，在此恕不贅述。在此須說(shuō)明的是，圖7實(shí)施例的各步驟僅為方便說(shuō)明的須要，本發(fā)明實(shí)施例并不以各步驟彼此間的順序作為實(shí)施本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的限制條件。
[0082]〔實(shí)施例的可能功效〕
[0083]綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例所提供的電子系統(tǒng)、射頻功率放大器及其偏壓點(diǎn)自我調(diào)整方法，當(dāng)射頻輸入信號(hào)的輸入功率增加時(shí)，能夠防范射頻功率放大器的操作偏壓點(diǎn)進(jìn)入截止區(qū)(cut-off region)所引起的增益壓縮(gaincompression)以避免輸出功率飽和,亦即能夠動(dòng)態(tài)控制射頻功率放大器的操作偏壓點(diǎn)，以使操作偏壓點(diǎn)減少隨著輸入功率的改變而偏移的現(xiàn)象。
[0084]在本揭示內(nèi)容多個(gè)實(shí)施例中至少一實(shí)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(hào)失真，以便提供高效率運(yùn)作及高線性度輸出功率，來(lái)符合系統(tǒng)對(duì)線性度的要求。
[0085]以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)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，接收且放大射頻輸入信號(hào)，其特征在于，該射頻功率放大器包括: 偏壓電路，接收系統(tǒng)電壓，并且該偏壓電路根據(jù)該系統(tǒng)電壓提供工作電壓； 輸出級(jí)電路，電性連接該偏壓電路，該輸出級(jí)電路接收該工作電壓以工作在操作偏壓點(diǎn)；以及 動(dòng)態(tài)偏壓控制電路，接收該工作電壓并且根據(jù)該工作電壓的變化輸出補(bǔ)償電壓至該偏壓電路， 其中，當(dāng)該射頻輸入信號(hào)的輸入功率增加而使該工作電壓下降而導(dǎo)致該操作偏壓點(diǎn)偏移時(shí)，該偏壓電路根據(jù)所接收的該補(bǔ)償電壓來(lái)調(diào)升該工作電壓以回復(fù)該操作偏壓點(diǎn)。
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，其基極連接該動(dòng)態(tài)偏壓控制電路且接收該補(bǔ)償電壓，其射極連接該接地電壓； 第二晶體管，其基極連接該第一晶體管的集極，其集極連接該系統(tǒng)電壓； 參考電流源，其一端連接該第一晶體管的集極，其另一端連接該系統(tǒng)電壓，該參考電流源提供參考電流； 第一電阻，其一端連接該第二晶體管的射極，其另一端連接該動(dòng)態(tài)偏壓控制電路；以及第二電阻，其一端連接該第二晶體管的射極，其另一端連接該動(dòng)態(tài)偏壓控制電路且輸出該工作電壓， 其中該參考電流等于該第一晶體管的集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(dāng)該輸入功率增加而使該工作電壓下降時(shí)，該第一晶體管的基極接收該補(bǔ)償電壓且據(jù)此使得該第一晶體管的基極電流與集極電流下降，進(jìn)而使該第二晶體管的基極電流與射極電流上升，藉此來(lái)調(diào)升該工作電壓以回復(fù)該操作偏壓點(diǎn)。
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(jí)電路包括: 第三晶體管，其基極接收該工作電壓，其射極連接該接地電壓，其集極連接該系統(tǒng)電壓。
5.如權(quán)利要求1項(xiàng)所述的射頻功率放大器，其特征在于，該動(dòng)態(tài)偏壓控制電路包括: 第三電阻，其一端連接至該偏壓電路與該輸出級(jí)電路之間，并且接收該工作電壓；以及 第一電容，其一端連接該第三電阻的另一端，其另一端連接該接地電壓。
6.—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(hào)且輸出射頻輸出信號(hào)；以及 負(fù)載，耦接該射頻功率放大器，該負(fù)載接收該射頻輸出信號(hào)， 其中當(dāng)該射頻輸入信號(hào)增大時(shí)，則該射頻功率放大器通過(guò)該補(bǔ)償電壓以穩(wěn)定該操作偏壓點(diǎn)。
7.如權(quán)利要求6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，其基極連接該動(dòng) 態(tài)偏壓控制電路且接收該補(bǔ)償電壓，其射極連接該接地電壓； 第二晶體管，其基極連接該第一晶體管的集極，其集極連接該系統(tǒng)電壓；參考電流源，其一端連接該第一晶體管的集極，其另一端連接該系統(tǒng)電壓，該參考電流源提供參考電流； 第一電阻，其一端連接該第二晶體管的射極，其另一端連接該動(dòng)態(tài)偏壓控制電路；以及 第二電阻，其一端連接該第二晶體管的射極，其另一端連接該動(dòng)態(tài)偏壓控制電路且輸出該工作電壓， 其中該參考電流等于該第一晶體管的集極電流與該第二晶體管的基極電流的總和， 其中當(dāng)該輸入功率增加而使該工作電壓下降時(shí)，該第一晶體管的基極接收該補(bǔ)償電壓且據(jù)此使得該第一晶體管的基極電流與集極電流下降，進(jìn)而使該第二晶體管的基極電流與射極電流上升，藉此來(lái)調(diào)升該工作電壓以回復(fù)該操作偏壓點(diǎn)。
8.如權(quán)利要求6所述的電子系統(tǒng)，其特征在于，該動(dòng)態(tài)偏壓控制電路包括: 第三電阻，其一端連接至該偏壓電路與該輸出級(jí)電路之間，并且接收該工作電壓；以及 第一電容，其一端連接該第三電阻的另一端，其另一端連接該接地電壓。
9.一種偏壓點(diǎn)自我調(diào)整方法，其特征在于，該偏壓點(diǎn)自我調(diào)整方法包括: 通過(guò)偏壓電路接收系統(tǒng)電壓且據(jù)此提供工作電壓； 通過(guò)輸出級(jí)電路接收該工作電壓且據(jù)此工作于操作偏壓點(diǎn)；以及 通過(guò)動(dòng)態(tài)偏壓控制電路接收該工作電壓且根據(jù)其變化輸出補(bǔ)償電壓以穩(wěn)定該操作偏壓點(diǎn)； 其中當(dāng)該輸入功率增加而使該工作電壓下降而導(dǎo)致該操作偏壓點(diǎn)偏移時(shí)，該偏壓電路根據(jù)所接收的該補(bǔ)償電壓來(lái)調(diào)升該工作電壓以回復(fù)該操作偏壓點(diǎn)， 其中該偏壓點(diǎn)自我調(diào)整方法用于如權(quán)利要求1所述的射頻功率放大器。
10.如權(quán)利要求9所述的偏壓點(diǎn)自我調(diào)整方法，其特征在于，當(dāng)該輸入功率增加而使該工作電壓下降而導(dǎo)致該操作偏壓點(diǎn)偏移時(shí)，該偏壓電路根據(jù)所接收的該補(bǔ)償電壓來(lái)調(diào)升該工作電壓以回復(fù)該操作偏壓 點(diǎn)。
【文檔編號(hào)】H03F1/32GK103888086SQ201210554761
【公開(kāi)日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2012年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月19日
【發(fā)明者】丁兆明, 劉謙曄 申請(qǐng)人:日月光半導(dǎo)體制造股份有限公司