多模式功率放大電路、多模式無線發(fā)射模塊及其方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多模式功率放大電路、多模式無線發(fā)射模塊及其方法。多模式無線發(fā)射模塊包括多模式功率放大電路及天線。在多模式功率放大電路及天線中，第一功率放大器電性連接在信號輸入端與第一阻抗匹配電路之間，且第一阻抗匹配電路的輸出端電性連接天線。第二功率放大器電性連接至信號輸入端，并且第二阻抗匹配電路電性連接在第二功率放大器與第一阻抗匹配電路之間。開關電路電性連接在第二阻抗匹配電路的輸入端。于此，開關電路分別相應第一功率放大器的運作和第二功率放大器的運作而進行開關。
【專利說明】多模式功率放大電路、多模式無線發(fā)射模塊及其方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明關于一種功率放大器,特別關于一種多模式功率放大電路、多模式無線發(fā)射模塊及其方法。
【背景技術】
[0002]在無線通信系統(tǒng)中，功率放大器是發(fā)射端的最后一部分放大器。于此，調(diào)變后的較小信號輸入至功率放大器后，經(jīng)由一級或多級的功率放大器放大信號的功率，以達到所需規(guī)格的功率后將功率輸出。
[0003]隨著無線通信系統(tǒng)的信號調(diào)變方式的不同，所需要的發(fā)射器規(guī)格亦不相同，并且每種規(guī)格所需的輸出功率也不相同。以無線網(wǎng)路標準(例如:802.1labg)而言，所使用的正交分頻多工技術(Orthogonal frequency-division multiplexing ；0FDM)類似振幅調(diào)變(amplitude modulation, AM)技術,故其需要高線性度的功率放大器,并且傳輸距離屬于中長距離的傳輸。而藍牙技術主要應用短距離傳輸，故需要低功耗的功率放大器來進行低功率的傳輸。
[0004]近年來，單一通信設備都具有多種無線傳輸技術，例如:無線網(wǎng)路標準和藍牙技術。為了縮小無線設備的尺寸，其發(fā)射器則多半設計成同時可適用高功率及低功率的傳輸。因此，如何維持在不同輸出功率傳輸時，皆能具有高效率(power efficiency)的放大運作為輸出端的功率放大電路的設計重點之一。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]有鑒于此，本發(fā)明的眾多目的之一在于提供一種多模式功率放大電路、多模式無線發(fā)射模塊及其方法，以提供高效率的放大運作，進而節(jié)省電力的消耗或提高電源的使用效率，但本發(fā)明的應用不限于此。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一實施例的多模式功率放大電路，其包括信號輸入端、第一阻抗匹配電路、第一功率放大模塊和第二功率放大模塊。第二功率放大模塊包括第二功率放大器、第二阻抗匹配電路和開關電路。
[0007]第一功率放大器電性連接在信號輸入端與第一阻抗匹配電路之間。第二功率放大器電性連接至信號輸入端，并且第二阻抗匹配電路電性連接在第二功率放大器與第一阻抗匹配電路之間。開關電路則電性連接在第二阻抗匹配電路的輸入端。于此，開關電路分別相應第一功率放大器的運作和第二功率放大器的運作而進行開關。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一實施例的多模式無線發(fā)射模塊包括前述的多模式功率放大電路及天線，并且天線電性連接第一阻抗匹配電路。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一實施例的多模式無線發(fā)射方法包括根據(jù)一射頻信號的選擇一第一輸出模式和一第二輸出模式中之一者、各輸出模式的對應執(zhí)行步驟以及利用天線無線輸出來自第一阻抗匹配電路的射頻信號。
[0010]當執(zhí)行第一輸出模式時，利用第一功率放大器放大射頻信號、利用第二阻抗匹配電路的阻抗值阻斷第一功率放大器放大后的射頻信號流至一第二功率放大器、以及經(jīng)由第一阻抗匹配電路傳輸?shù)谝还β史糯笃鞣糯蠛蟮纳漕l信號至天線。
[0011]當執(zhí)行第二輸出模式時，包括:利用第二功率放大器放大射頻信號、以及經(jīng)由第二阻抗匹配電路和第一阻抗匹配電路傳輸?shù)诙β史糯笃鞣糯蠛蟮纳漕l信號至一天線。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1為根據(jù)本發(fā)明一實施例的多模式無線發(fā)射模塊的示意圖。
[0013]圖2為根據(jù)本發(fā)明另一實施例的多模式無線發(fā)射模塊的示意圖。
[0014]圖3為根據(jù)本發(fā)明一實施例的多模式功率放大電路的概要電路圖。
[0015]圖4為根據(jù)本發(fā)明另一實施例的多模式功率放大電路的概要電路圖。
[0016]其中，附圖標記說明如下:
[0017]10多模式功率放大電路；
[0018]20 天線；
[0019]110信號輸入端；
[0020]IlOa第一輸入端；
[0021]IlOb第二輸入端；
[0022]112信號輸出端；
[0023]130第一阻抗匹配電路；
[0024]150第一功率放大模塊；
[0025]151第一功率放大器；
[0026]170第二功率放大模塊；
[0027]171第二功率放大器；
[0028]173第二阻抗匹配電路；
[0029]175開關電路；
[0030]190 控制器；
[0031]G 接地；
[0032]Cl 電容；
[0033]C2 電容；
[0034]C3 電容；
[0035]C4 電容；
[0036]C5 電容；
[0037]LI 電感；
[0038]L2 電感；
[0039]L3 電感；
[0040]SWl 開關；
[0041 ]Sff2 開關；
[0042]Sc控制信號。
【具體實施方式】[0043]功率放大器的效率(η )定義是輸出的最大負載功率(Pumax))除以輸入的電源功率(Ps)，如下式一。
/)r/2
[0044]η = L(max) = ……公式 I
[0045]其中，Vdd為操作電壓,而Rlj為輸出阻抗(output impedance)ο
[0046]由公式I可知，在相同操作電壓下，高輸出功率的功率放大器和低輸出功率的功率放大器均要有高效率，則要高輸出功率的功率放大器具有較小的輸出阻抗；反之，低輸出功率的功率放大器則具有較大的輸出阻抗。是以，根據(jù)本發(fā)明的多模式功率放大電路、多模式的無線發(fā)射模塊及其方法為一種可轉(zhuǎn)換輸出阻抗的功率放大電路的設計，以致使大和小輸出功率傳輸時均具有高效率。
[0047]參照圖1，多模式無線發(fā)射模塊包括多模式功率放大電路10及天線20。
[0048]多模式功率放大電路10具有信號輸入端110、第一阻抗匹配電路130、第一功率放大模塊150和第二功率放大模塊170。
[0049]第一功率放大模塊150電性連接在信號輸入端110和第一阻抗匹配電路130之間，并且第二功率放大模塊170電性連接在信號輸入端110和第一阻抗匹配電路130之間。在一些實施例中，第一功率放大模塊150和第二功率放大模塊170并聯(lián)在信號輸入端110和第一阻抗匹配電路130之間。
[0050]第一功率放大模塊150包括第一功率放大器151。第一功率放大器151電性連接在信號輸入端110和第一阻抗匹配電路130之間。
[0051]第二功率放大模`塊170包括第二功率放大器171、第二阻抗匹配電路173和開關電路175。第二功率放大器171電性連接在信號輸入端110和第二阻抗匹配電路173。第二阻抗匹配電路173電性連接在第二功率放大器171和第一阻抗匹配電路130之間。而開關電路175則電性連接在第二阻抗匹配電路173的輸出端和接地G之間。
[0052]第一阻抗匹配電路130經(jīng)由信號輸出端112電性連接至天線20。于此，第一阻抗匹配電路130電性連接在第一功率放大器151與天線20之間，并且電性連接在第二阻抗匹配電路173與天線20之間。
[0053]于此，開關電路175分別相應第一功率放大器151的運作和第二功率放大器171的運作進行開關。
[0054]在一些實施例中，第二阻抗匹配電路175具有一阻抗值高于第一阻抗匹配電路130的輸入阻抗。換言之，當?shù)谝还β史糯笃?51運作時，開關電路175切換電性連接關系，以在第二阻抗匹配電路173的輸入端形成交流接地(AC ground)，藉以利用第二阻抗匹配電路173的阻抗值來阻斷第一功率放大器151放大后的射頻信號流至第二功率放大器171。
[0055]在一些實施例中，由于第一功率放大器151的輸出端實體耦接至第一阻抗匹配電路130的輸入端，因此第一阻抗匹配電路130的輸入阻抗為第一功率放大器151的輸出阻抗。
[0056]在一些實施例中，由于第二功率放大器171的輸出端實體耦接至第二阻抗匹配電路173的輸入端，因此第二阻抗匹配電路173的輸入阻抗為第二功率放大器171的輸出阻抗。并且，第二阻抗匹配電路173的輸出端和第一功率放大器151的輸出端實體耦接至第一阻抗匹配電路130的輸入端，因此第二阻抗匹配電路173的輸出阻抗、第一阻抗匹配電路130的輸入阻抗和第一功率放大器151的輸出阻抗為相同阻抗值。
[0057]在一些實施例中，多模式無線發(fā)射模塊具有多種輸出模式，并且該多種輸出模式使用不同輸出功率的無線發(fā)射規(guī)格。多模式功率放大電路10所具有的功率放大器(如，第一功率放大器151和第二功率放大器171)各別會對應一種輸出模式。在一些實施例中,輸出模式例如為基于無線網(wǎng)路標準(例如:802.1labg)的無線輸出模式、利用藍牙技術的無線輸出模式等。
[0058]以圖1所不的架構為例,第一功率放大器151對應于第一輸出模式,而第二功率放大器171對應于第二輸出模式。于此,第一功率放大器151和第二功率放大器171具有不同的功率。
[0059]在一些實施例中，第一功率放大器151的功率大于第二功率放大器171的功率。
[0060]由于第一阻抗匹配電路130的輸出端耦接至天線20，因此第一阻抗匹配電路130的輸出阻抗一般配合天線20而設計成約50歐姆(Ω )。也就是說，第一阻抗匹配電路130將第一功率放大器151的輸出阻抗匹配至50歐姆(Ω )。
[0061]第二功率放大器171的輸出阻抗則大于第一阻抗匹配電路130的輸入阻抗。也就是說，第二阻抗匹配電路173將第二功率放大器171的輸出阻抗匹配至第一阻抗匹配電路130的輸入阻抗。
[0062]在一些實施例中，第二功率放大器171的輸出阻抗大于第一阻抗匹配電路130的輸出阻抗。
[0063]于此，多模式功率放大電路10為多模式無線發(fā)射模塊的輸出級。前處理模塊將欲發(fā)送的信號進行數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換、濾波、增頻等信號處理后產(chǎn)生一射頻信號。此射頻信號經(jīng)由信號輸入端110輸入至多模式功率放大電路10以進行信號放大處理。
[0064]此時，多模式功率放大電路10根據(jù)射頻信號的選擇第一輸出模式或第二輸出模式。
[0065]當射頻信號要以第一輸出模式無線發(fā)射時，射頻信號輸入至對應第一輸出模式的第一功率放大模塊150,并由第一功率放大器151進行信號放大處理。此時，開關電路175切換電性連接關系，以利用第二阻抗匹配電路173的阻抗值阻斷第一功率放大器151放大后的射頻信號流向第二功率放大器171。放大后的射頻信號再經(jīng)由第一阻抗匹配電路130傳輸至天線20，并且由天線20進行無線發(fā)射。
[0066]當射頻信號要以第二輸出模式無線發(fā)射時，射頻信號輸入至對應第二輸出模式的第二功率放大模塊170，并由第二功率放大器171進行信號放大處理。此時，開關電路175切換電性連接關系，使第二功率放大器171的輸出端與第二阻抗匹配電路173的輸入端之間形成通信。放大后的射頻信號再經(jīng)由第一阻抗匹配電路130傳輸至天線20，并且由天線20進行無線發(fā)射。
[0067]在一些實施例中，參照圖2，可設置有控制器190以根據(jù)選擇的輸出模式(如，第一輸出模式或第二輸出模式)產(chǎn)生控制信號Sc來控制開關電路175的運作。
[0068]在一些實施例中，多模式功率放大電路10可為差動運作。參照圖3,信號輸入端110具有第一輸入端IlOa和第二輸入端IlOb,并且第一輸入端IlOa和第二輸入端IlOb接收來自前處理模塊的差動射頻信號。
[0069]第一功率放大器151的二輸入端分別稱接至第一輸入端IIOa和第二輸入端IlOb,而第一功率放大器151的二輸出端則分別耦接至第一阻抗匹配電路130的二輸入端。
[0070]第二功率放大器171的二輸入端分別耦接至第一輸入端IlOa和第二輸入端110b，而第二功率放大器171的二輸出端則分別耦接至第二阻抗匹配電路173的二輸入端。并且，第二阻抗匹配電路173的二輸出端分別耦接至第一阻抗匹配電路130的二輸入端。
[0071]第一阻抗匹配電路130的正輸出端耦接信號輸出端112，而第一阻抗匹配電路130的負輸出端耦接至接地G。
[0072]在一些實施例中，第一阻抗匹配電路130可采用阻抗轉(zhuǎn)換器(ImpedanceConverter)。
[0073]第二阻抗匹配電路173的二輸出端分別耦接至阻抗轉(zhuǎn)換器的一次側(cè)的兩端。而第一功率放大器151的二輸出端亦分別耦接至阻抗轉(zhuǎn)換器的一次側(cè)的兩端。
[0074]阻抗轉(zhuǎn)換器的二次側(cè)的兩端即分別為正輸出端和負輸出端。也就是說，阻抗轉(zhuǎn)換器的二次側(cè)的兩端分別耦接至信號輸出端112和接地G。
[0075]在一些實施例中，參照圖3，開關電路175可包括電容Cl、電容C2、開關SWl和開關SW2。
[0076]電容Cl的第一端耦接至第二功率放大器171的一輸入端和第二阻抗匹配電路173的一輸入端。而電容C2的第一端稱接至第二功率放大器171的另一輸入端和第二阻抗匹配電路173的另一輸入端。
[0077]開關SWl耦接在電容Cl的第二端和接地G之間，并且開關SW2耦接在電容C2的第二端和接地G之間。開關SWl的控制端和開關SW2的控制端耦接至控制器190。
[0078]開關SWl根據(jù)控制器190產(chǎn)生的控制信號Sc進行開關，藉以決定電容Cl和接地G之間的導通與否。開關SW2根據(jù)控制器190產(chǎn)生的控制信號Sc進行開關，藉以決定電容C2和接地G之間的導通與否。
[0079]其中，電容Cl和電容C2為大電容。例如，大于4pF的大電容。
[0080]當射頻信號要以第一輸出模式無線發(fā)射時，開關SWl根據(jù)控制信號Sc導通電容Cl和接地G，并且開關SW2根據(jù)控制信號Sc導通電容C2和接地G，以致于在第二阻抗匹配電路173的輸入端形成交流接地。此時，因為第二阻抗匹配電路173的阻抗值大于第一阻抗匹配電路130的輸入阻抗,第一功率放大器151所輸出的信號會流向第一阻抗匹配電路130,而非第二功率放大器171。
[0081]在一些實施例中，參照圖3，第二阻抗匹配電路173可包括電容C3、電感LI和電感L2。
[0082]電容C3耦接在第二功率放大器171的輸出端。于差動模式下，電容C3耦接在第二功率放大器171的二輸出端之間。
[0083]電感LI稱接在第二功率放大器171的一輸出端和第一功率放大器151的一輸入端(阻抗轉(zhuǎn)換器的一次側(cè)的一端)之間。電感L2稱接在第二功率放大器171的另一輸出端和第一功率放大器151的另一輸入端(阻抗轉(zhuǎn)換器的一次側(cè)的另一端)之間。
[0084]在一些實施例中，參照圖4，第二阻抗匹配電路173可包括電容C4、電容C5和電感L3。
[0085]電感L3耦接在第二功率放大器171的輸出端。于差動模式下，電感L3耦接在第二功率放大器171的二輸出端之間。[0086]電容C4 I禹接在第二功率放大器171的一輸出端和第一功率放大器151的一輸入端(阻抗轉(zhuǎn)換器的一次側(cè)的一端)之間。電容C5稱接在第二功率放大器171的另一輸出端和第一功率放大器151的另一輸入端(阻抗轉(zhuǎn)換器的一次側(cè)的另一端)之間。
[0087]其中，在第二阻抗匹配電路173中所使用的電感(如，L1、L2和L3)可為大電感，例如，大于5nH，以致將阻抗值大幅度拉高，例如升高為第一阻抗匹配電路130的輸出阻抗的10倍以上。
[0088]相應于前述的多模式無線發(fā)射模塊，本發(fā)明更揭示一種多模式無線發(fā)射方法。在一實施例中，多模式無線發(fā)射方法包括根據(jù)一射頻信號的選擇一第一輸出模式和一第二輸出模式中之一者、各輸出模式的對應執(zhí)行步驟以及利用天線無線輸出來自第一阻抗匹配電路的射頻信號。
[0089]當執(zhí)行第一輸出模式時，利用第一功率放大器放大射頻信號、利用第二阻抗匹配電路的阻抗值阻斷第一功率放大器放大后的射頻信號流至一第二功率放大器、以及經(jīng)由第一阻抗匹配電路傳輸?shù)谝还β史糯笃鞣糯蠛蟮纳漕l信號至天線。
[0090]當執(zhí)行第二輸出模式時，包括:利用第二功率放大器放大射頻信號、以及經(jīng)由第二阻抗匹配電路和第一阻抗匹配電路傳輸?shù)诙β史糯笃鞣糯蠛蟮纳漕l信號至一天線。
[0091]于前述的實施例中，雖然是以一組第二功率放大模塊為例，然而此數(shù)量非本發(fā)明的限制，亦可配合實際需求而設置二組或二組以上的第二功率放大模塊。
[0092]綜上所述，根據(jù)本發(fā)明的多模式功率放大電路、多模式無線發(fā)射模塊及其方法，可提供多種放大功率做為選擇，并且在執(zhí)行任意一種放大功率時，均可具備有相對聞的效率，進而可節(jié)省電力的消耗或提高電源的使用效率。
【權利要求】
1.一種多模式功率放大電路,包括: 一信號輸入端； 一第一阻抗匹配電路； 一第一功率放大模塊，包括: 一第一功率放大器，電性連接在該信號輸入端與該第一阻抗匹配電路之間；以及 一第二功率放大模塊，包括: 一第二功率放大器，電性連接該信號輸入端； 一第二阻抗匹配電路，電性連接在該第二功率放大器與該第一阻抗匹配電路之間；以及 一開關電路，電性連接在該第二阻抗匹配電路的輸入端，以分別相應該第一功率放大器的運作和該第二功率放大器的運作而進行開關。
2.如權利要求1所述的多模式功率放大電路，其中該第二阻抗匹配電路的阻抗值大于該第一阻抗匹配電路的輸入阻抗。
3.如權利要求1所述的多模式功率放大電路，更包括:一控制器，耦接該開關電路，以在該第一功率放大器運作時，控制該開關電路耦接該第二阻抗匹配電路的輸入端至一交流接地。
4.如權利要求1所述的多模式功率放大電路，其中該開關電路包括: 一電容，電性連接該第二阻抗匹配電路的輸入端；以及 一開關，電性連接在該電容與接地之間。
5.如權利要求1所述的多模式功率放大電路電容，其中該第二阻抗匹配電路包括: 一電感，電性連接在該第一阻抗匹配電路與該第二功率放大器的輸出端之間；以及 一電容，電性連接該第二功率放大器的該輸出端。
6.如權利要求1所述的多模式功率放大電路，其中各該第二阻抗匹配電路包括: 一電容，電性連接在該第一阻抗匹配電路與該第二功率放大器的輸出端之間；以及 一電感，電性連接該第二功率放大器的該輸出端。
7.如權利要求1所述的多模式功率放大電路，其中該第一功率放大模塊和該第二功率放大模塊并聯(lián)在該信號輸入端與該第一阻抗匹配電路之間。
8.如權利要求1所述的多模式功率放大電路，其中該第一功率放大器與該第二功率放大器具有不同功率。
9.如權利要求1所述的多模式功率放大電路，其中該第一功率放大器的功率大于該第二功率放大器的功率。
10.如權利要求1的多模式功率放大電路，其中該第一阻抗匹配電路為一阻抗轉(zhuǎn)換器，且該第一功率放大器和各該第二阻抗匹配電路耦接至該阻抗轉(zhuǎn)換器的一次側(cè)的兩端。
11.一種多模式無線發(fā)射模塊，包括: 如權利要求1-9中的任一項所述的多模式功率放大電路；以及 一天線，電性連接該第一阻抗匹配電路。
12.—種多模式無線發(fā)射模塊，包括: 如權利要求10所述的多模式功率放大電路；以及 一天線，電性連接該阻抗轉(zhuǎn)換器的二次側(cè)。
13.—種多模式無線發(fā)射方法,包括: 根據(jù)一射頻信號的選擇一第一輸出模式和一第二輸出模式中之一者； 當執(zhí)行該第一輸出模式時，包括: 利用一第一功率放大器放大一射頻信號； 利用一第二阻抗匹配電路的阻抗值阻斷該第一功率放大器放大后的該射頻信號流至一第二功率放大器；以及 經(jīng)由一第一阻抗匹配電路傳輸該第一功率放大器放大后的該射頻信號至一天線； 當執(zhí)行該第二輸出模式時，包括: 利用一第二功率放大器放大該射頻信號；以及 經(jīng)由一第二阻抗匹配電路和該第一阻抗匹配電路傳輸該第二功率放大器放大后的該射頻信號至一天線；以及 利用該天線無線輸出來自該第一阻抗匹配電路的該射頻信號。
14.如權利要求13所述的多模式無線發(fā)射方法，其中該第二阻抗匹配電路的阻抗值大于該第一阻抗匹配電路的輸入阻抗。
15.如權利要求13所述的多模式無線發(fā)射方法，其中該第一功率放大器與該第二功率放大器具有不同功率。
16.如權利要求13所述的`多模式無線發(fā)射方法,其中該第一功率放大器的功率大于該第二功率放大器的功率。
17.如權利要求13所述的多模式無線發(fā)射方法，其中該第二阻抗匹配電路匹配至該第一功率放大器的輸出阻抗。
18.如權利要求13所述的多模式無線發(fā)射方法，其中利用該第二阻抗匹配電路的阻抗值阻斷該第一功率放大器放大后的該射頻信號流至該第二功率放大器的步驟包括:利用耦接該第二阻抗匹配電路的一開關電路相應該第一功率放大器的運作和該第二功率放大器的運作而進行開關。
【文檔編號】H04B1/04GK103780209SQ201210403947
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年10月22日 優(yōu)先權日:2012年10月22日
【發(fā)明者】王柏之, 楊雅雯 申請人:瑞昱半導體股份有限公司