TW201203843A - Power amplifier - Google Patents

Description

201203843 γ» ο 11 r\ 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種功率放大器，且特別是有關於一 種增加線性度之功率放大器。 【先前技術】 於通訊系統中，由於調變訊號的方式不同，因此所需 要的功率發射器的規格亦不相同。近年來，無線通訊網 路’例如符合IEEE 802.11a/b/g規格之通訊網路，其所使 鲁 用的正交分頻多工（Orthogonal frequency-division multiplexing，OFDM)調變訊號係類似於調幅（Amplitude Modulation, AM)的調變方式，故其需要高線性度之功率放 大器。一般而言，高線性度的功率放大器均是以A類（class A)或AB類（Class AB)偏壓方式來提高線性度，但其功率效 益（efficiency)卻會較差。然而，為了提高通訊品質，進一 步地提高功率放大器的線性度是有必要的。 【發明内容】 • 纟發明的目的之一 ’在於提出一種具有高線性度的功 率放大器。 本發明的目的之-，另在於提出—種具有大頻寬動態 偏壓網路的功率放大器。 本發明提出一種功率放大器包括〜負一 級放大電路、-類比前置失真器、—負載電路、及一第二 級放大電路。第一級放大電路輕接負載電路以接收一第一 訊號’並據以輸出-第二訊號。類比前置失真器耦接第一 級放大電路，制第二訊躺波包，並根據該波包產生一 3 I _· 201203843 第三訊號。第二級放大電路耦接第—級放大電路，用以接 收第二訊號。負載電路偏壓於第三訊號，且第一級放大電 路之增益係與第三訊號相關。 本發明提出另-種功率放大器包括—第—級放大電 路、一波包偵測器、一第二級放大電路、及一轉換器。第 -級放大電路接收H號並據以輸出—第二訊號。波 包偵測器用以憤測第二訊號的波包，並將第二訊號的波包 作為-第三訊號輸出。轉換器之一次側耦接第一級放大電 路，其二次側搞接第二級放大電路，且轉換器之二次側係 偏壓於第三訊號。其中，第二級放大電路之增益係與第三 訊號相關。 、為讓本發明之上述内容能更明顯易僅，下文特舉較佳 實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下： 【實施方式】 第一貫施例 。月參A?、第1圖，其繪示根據本發明一第一實施例之功 率放大器的電路圖。功率放大器1〇〇包括一第一級放大電 路 1 、一類比前置失真器（Analog Pre_dist〇ner)1〇4、一負 载電路106、及一第二級放大電路1〇8。第一級放大電路 耦接負載電路106的兩端，接收一第一訊號Sl，並據 以輸出一第二訊號S2。 類比如置失真104麵接第一級放大電路1 〇2，偵測 第二訊號S2的波包（envei〇pe)，並根據第二訊號S2的波 包輸出一第三訊號S3。負載電路1〇6耦接第一級放大電路 W2，其節點N1偏壓於第三訊號S3，使得第一級放大電 201203843 I VV J» J 丨 Γ Λ\ 路102之增益（gain)係與第三訊號幻相關。而第二級放大 電路108耦接第一級放大電路1〇2，接收第二訊號幻，據 以產生輸出訊號0utput。 茲對第1圖之功率放大器作更進一步地說明如下。請 參照第2圖，其顯示第1圖之第一級放大電路102、第二 級放大電路·、與功率放大@ 1〇〇於不同輸入功率^ 下之增益G曲線圖。曲線2〇2、2〇4及2〇6分別代表第二 級放大電路108、第—級放大電路1G2、與功率放大器1〇〇 籲於不同輸入功率下之增盈。由於第二級放大電路⑽通常 最後一級的放大器，其所要提供給下級電路的功率通 令，最大的，其輸出訊號之擺幅（swing)通常也是最大的， 故最容易有失真（Distortion)的情形產生。 舉例來說，由曲線202可知’當輸入至第二級放大電 路1〇8之功率大於-特定值P1之後，由於輸出電壓的最 大值會受到直流供應電壓的限制，使得第二級放大電路 赢1〇8的增益會逐漸減少。而當輸人至第二級放大電路108 之力率大於-特定值P2之後，第二級放大電路刚的輸 出功率會達到飽和，而使得第二級放大電路1〇8的增益更 為下降。如此，如果只使用第二級放大電路1〇8作為功率 放大器的話，其線性區將僅止於特定值P1以下的範圍。 本實施例藉由使用可動態調整增益的第一級放大電 路1〇2,來對第二級放大電路108所減少的增益進行補償， 以使整個功率放大器100的整體增益能維持一定以提高 功率放大器U)0的線性度。例如’如第2圖之曲線綱所 不，當輸入至第-級放大電路102之功率大於特定值P1 201203843 之後’第二級放大電路108的增益會逐漸減少 放大電路】02的增益卻逐漸增加。如&，功率放 〇 的整體增益維持於固定值的範圍將會提高，因而提高 ^率放大器】⑻的線性度，如第2圖之曲線襄所示1 】GG的整體增益於輸人功率大於特定值p2以前 句、·隹持於固定值’換言之，其維持穩定增益的功率範圍大 於第二級放大電路1〇8。 午乾㈤大 為達上述效果，本發明提出一種改變第一級放大電路 1〇2之偏壓以調整其增益的方式來實現。在本實施例中， 第-級放大電路102由多個金氧半場效電晶體(m〇sfet) 構成’本實施例以電㈣QI#Q2之閘極作為輸入端為例 做說明:，第1目中標示以、、兩處係為同-節點，標 不以一 b”的兩處亦係同—節點。由於負載電路】％偏壓 於第三訊號S3，如前所述，電晶體Q1與Q2之閘極之直 机偏壓係與第二訊號S3相關，使得第―級放大電路1〇2 之增益與第三訊號S3相關。負載電路1〇6可包括電阻元 件或電感元件，本實施例以由電阻R1、R2及電容組成之 負載電路106做說明。電阻元件R1與R2係串聯，並且分 別連接於電晶體Q1及Q2之兩個閘極之間。第三訊號S3 係輸入至電阻R1與R2之間之節點N1。當第三訊號％的 電壓大小改變時，電晶體Q1與Q2之閘極之直流偏壓亦會 隨之改變，以改變電晶體Q1與Q2的轉導 (tranSC〇nductanCe)gm，因此，第—級放大電路1〇2之增益 亦將隨之改變。 在本實施例中，電晶體功率放大器100還包含一匹配 201203843 電^1〇 ’匹配電路110同時具有低通遽波之功能，配置 於第-級放大電路102與第二級放大電路1〇8之間。匹配 電路H0包含兩個由直流電壓侧偏壓之電感、兩個由 直流電壓Vb偏壓之兩個電阻，與分別置於—個電㈣一 個電感之間的兩個電容。第二級放大電路⑽亦包含^個 M0SFET Q5〜Q8，本實施例係以電晶體仍與如之開極作 為接收端，以接收經由匹配電路U(M#送而來的第二 S2。 請參照第3圖，其係類比前置失真器1〇4之一例的示 意圖。類比前置失真器104包括一波包偵測器(Εην〜

Detect〇r)302與一波形整型電路（Wavef〇rm讥叩㈣

CirCuit)304。請同時參照第4圖之訊號S2、S2，與訊號幻 的波形圖。波包偵測器302偵測第二訊號S2的波包，並 根據第二訊號S2的波包產生波包訊號S2，。波形整型電 路304接收波包訊號$2’ ，並將大於臨界電壓vth之第二 訊號S2的波包作為第三訊號S3輸出，亦即是擷取波包訊 號S2中大於臨界電壓Vth的部份作為第三訊號S3輸 出。其中，臨界電壓Vth係與第2圖所示之特定值P1相 關。較佳地，係以特定值P1所對應的電壓值作為臨界電 壓 Vth。 在本實施例中，波形整型電路304係以二極體實現。 波形整型電路304所包含之二極體的導通電壓（cut_in voltage or diode forward voltage drop)及所需之二極體個 數，可依照臨界電壓Vth來決定。如此，而當輸出訊號S2’ 的電壓小於此至少一二極體的整體導通電壓時，電流不會

^ I 201203843 流過此至少一二極體’以使第三訊號S3維持在—固定位 準此時，電晶體Q丨與Q2之閘極之直流偏壓將維持於固 定位準，使第—級放大電路】〇2之增益維持固定。而當輸 1訊號S2’的電壓大於此至少一二極體的整體導通電壓 時，電流會流過此至少一二極體，以使第三訊號S3隨著 波包訊號S2’，變化。此時，電晶體Q1與Q2之閉極之直 流偏壓將隨著第三訊號S3變化，使第一級放大電路ι〇2 之增並亦隨著第三訊號S3而增加，來使功率放大器_ 的整體增益維持於固定值的範圍提高，以增加功率放大器 100的線性度。 11 上述實施例僅作為-個示範例之說明，並非用以限制 本發明。有些用以實現功率放大器之細節，此領域之通常 知識者當可知曉，於此不再特別說明之。第一級放大電路 102及第二級放大電路1G8亦可由其他類型之放大電路所 達成’只要藉由動態調整第一級放大電路102之偏壓以動 態調整其增益即可，並不限於第！圖所示者。 第二貫施例 除了第一實施例所揭露的功率放大器之外，為了使功 率放大器的線性度提高，亦可藉由改變第二級放大電路的 增益來達成。 於一種具動態偏壓Ιί路的功率放大器中，一波包偵測 器係接收第一級放大電路之輪出14W — tL·汛旎，並對應地產生輸出 訊號的封包訊號。-匹配電路係偏麗於封包訊號，使得第 二級放大電路的輸人端的偏壓隨著封包訊號改變，以動態 地調整第二級放大電路的增益。 201203843 屋 VV 丨 Γ/·\ 然而，由於此匹配電路具有多個電容及電阻，因而使 得輸入至第二級放大電路的輸入端的訊號產生延遲與衰 減的現象。這樣一來，第二級放大電路的增益係無法隨著 封包訊號快速地動態調整，而使得功率放大器的線性度受 到影響。為了減少電容電阻之影響，本實施例提出以轉換 β替代由多個電容及電阻組成之匹配電路的作法。 請參照第5圖，其繪示根據本發明一第二實施例之功 率放大器的電路圖。功率放大器500包括一第一級放大電 路502、一波包偵測器504、一第二級放大電路、及一 轉換器510。第一級放大電路5〇2接收一第一訊號si”並 據以輸出一第二訊號S2”。波包偵測器5〇4用以偵測第二 訊號S2:的波包，並將第二訊號S2，，的波包作為一第三 Λ號S3輸出。轉換器51〇之一次側係耦接第一級放大電 路502，轉換器510之二次側耦接第二級放大電路5〇8。 轉換杰510之二次側係偏壓於第三訊號S3”。第二級放大 電路508之增益係與第三訊號S3”相關。 其中，第二級放大電路508包括多個金氧半場效電晶 體（MOSFET)。至少一輸入端係為此些電晶體中之至少一 者之閘極，例如是電晶體Q9與Q1〇的閉極。電晶體仍 與Q10的閘極之直流偏壓係與第三訊號S3”相關，使得 第一級放大電路508之增益與第三訊號S3”相關。 由於轉換器的等效電容值與等效電阻值很小，其所對 應之RC常數夠小。如此，當第三訊號S3，，的電壓改變時， 電曰a體Q9與Q10的開極亦會快速地隨之改變’而不會有 延遲及失真的情形。如此’便能達到快速地動態調整第二 201203843 級放大電路508之增益的目的， 線性度可以有效地提升，以增加通訊之品質。 第三實施例 、 圖之功率放大器1〇〇中

而使得功率放大器500的 轉換器510亦可應用於第i 如第6圖所示， 功率放大器600的電路圖。轉換器61 〇之一次 級放大電路602,其二次_接第二級放大電路議。類 似地’第二實施例除了具有第—實施例之優點之外，更可 達到快速操作的功效。 綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然 其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常 知識者，在不脫離本發明之精神和範圍内，當可作各種之 更動與潤飾。因此’本發明之保護範圍當視後附之申請專 利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 第1圖繪示根據本發明一第一實施例之功率放大器 的電路圖； °° 第2圖顯示第1圖之第一級放大電路、第二級放大電 路、與功率放大器於不同輸入功率pin下之增益G曲線圖； 第3圖繪示類比前置失真器之一例的示意圖； 第4圖繪示乃第二訊號S2、波包偵測器之輸出訊號 S2 、與第二汛號S3之一例的波形圖； 第5圖繪不根據本發明一第二實施例之功率放大器 的電路圖；以及 第6圖係繪示本發明—第三實施例之功率放大器的 201203843 I W33JIKA 電路圖。 【主要元件符號說明】 100 功率放大器 102 第一級放大電路 104 類比前置失真器 106 負載電路 108 第二級放大電路 110 匹配電路

202 曲線 204 曲線 206 曲線 302 波包偵測器 304 波形整型電路 500 功率放大器 502 第一級放大電路 504 波包偵測器 508 第二級放大電路 510 轉換器 600 功率放大器 602 第一級放大電路 608 第二級放大電路 610 轉換器

Claims (1)

1. 201203843 七、申請專利範圍： 1. 一種功率放大器，包括： 一負載電路； 一第一級放大電路，耦接該負載電路以接收—第一訊 號’並據以輸出一第二訊號； _ -類比前置失真器，_該第—級放大電路，偵測該 弟-訊號的波包’並根據該波包產生—第三訊號；以及 一第二級放大電路’耦接該第-級放大電路，用以接 收該第二訊號； w ^ 其中’該負載電路偏壓於該第三訊號，且該第一級放 大電路之增益係與該第三訊號相關。 2.如申請專利範圍第丨項所述之功率放大哭， 該類比前置失真器還包括： W八τ -二包偵測器，偵測該第二訊號的波包產生—波包訊 現，以及 ，整型電路，擷取該波包訊號中大於一臨界電塵 的4份作為該第三訊號輸出。 a 3.如申。月專利範圍帛2項所述之功率放大器，其中， 該波形整型電路包括一二極體。 八 锌·戈口

   … f請專利範圍第〗項所述之功率放大器，其 第及放大電路包括複數個金氧半場效電晶體，該3 —輸入端係、為該些金氧半場效電晶體t之至少-者之 載電路係具有至少―電阻元件或電感元件，該 二t端之直流偏麗係與該第三訊號相關，使得該第 、'及放大電路之增益與該第三訊號相關。 12 201203843 I w 刀_> 丨 r/\ "5.如申請專利範圍第！項所述之功率放大器， ^輸入至該第二級放大電路之功率大於—特定值之後，該 弟二級放大電路的增聽逐漸減少，而當輸人至該第一級 =功率A於該敎值之後，該第—級放大電路的 增ϋ係逐漸增加。 6. 如申請專利範圍帛5項所述之功率放大器，其中， 該臨界電壓係與該特定值相關。 7. 如t料職圍第1項所述之功率放大器，更包 含-匹配電路’該匹配電路係配置於該第一級放大電路與 該第二級放大電路之間。 ^ 8. 如申請專利範圍第丨項所述之功率放大器，更包 含一轉換益，其一次側耦接該第一級放大電 耦接該第二級放大電路。 一人側 9. 一種功率放大器，包括： 一第一級放大電路，接收一第一訊號並據以輸出一第 二訊號； 一波包偵測器，用以偵測該第二訊號的波包，並將該 第一訊號的波包作為一第三訊號輸出； 一第二級放大電路；以及 一轉換器，其一次側耦接該第一級放大電路，其二次 側耦接該第一級放大電路，且該轉換器之二次側係偏壓於 該第三訊號； 其中，該第二級放大電路之增益係與該第三訊號相 關。 10.如申請專利範圍第9項所述之功率放大器，其 13 201203843 中’該第二級放大電路包括複數個金氧半場效電晶體，該 至少一輸入端係為該些金氧半場效電晶體中之至少一者 之閘極，該至少一輸入端之直流偏壓係與該第三訊號相 關，使得該第二級放大電路之增益與該第三訊號相關。