TW201442417A - 高效率電力放大器 - Google Patents

Abstract

設置電力解調電路7，解調以第2段放大器5放大前的高頻信號的平均電力，並輸出對應其平均電力的電壓，輸出整合電路6的內部阻抗，根據電力解調電路7輸出的電壓而變化所構成。因此，實現適於使用環境的負載阻抗，得到可以力求高效率化的高效率電力放大器。

Description

高效率電力放大器

本發明係關於高效率電力放大器，高效率放大例如使用於地上微波通訊、移動體通訊等的高頻信號。

例如，使用於地上微波通訊、移動體通訊等的放大器中，一般要求高效率、低失真等的高頻特性。

特別是行動電話終端中使用的放大器，具有切換裝置，對於此高頻特性的要求強烈，根據與基地台間的距離、使用環境等，切換高頻特性。

第8圖係顯示以下的專利文件1中揭示的高效率電力放大器構成圖。

此高效率電力放大器中，從高頻輸入端子101輸入的高頻信號經由整合電路102輸入至放大器103，以放大器103放大高頻信號的電力。

此時，例如，得到18dBm(分貝毫瓦)以上的大電力輸出時(電力模式為大電力模式時)，從控制端子108輸入決定路徑切換開關106為切斷，路徑切換開關107為導通的路徑切換信號，路徑切換開關107成為導通。

因此，由放大器103放大電力的高頻信號經由整合電路105輸入至放大器110，以放大器110再放大高頻信號的電力， 放大後的高頻信號經由整合電路111，從高頻輸出端子112輸出至外部。

另一方面，例如，得到18dBm以下的小電力輸出時(電力模式為小的電力模式時)，從控制端子108輸入決定路徑切換開關107為切斷，路徑切換開關106為導通的路徑切換信號，路徑切換開關106成為導通。

因此，由放大器103放大電力的高頻信號經由整合電路104、整合電路109及整合電路111，從高頻輸出端子112輸出至外部。

在行動電話終端使用此高效率電力放大器時，例如，與基地台之間的距離等，根據行動電話終端的使用環境切換高頻信號通過的路徑，藉此可以實現平均使用條件下的效率改善。

又，根據從控制端子108輸入的路徑切換信號，例如，藉由切換整合電路109的內部阻抗，實現適於電力模式的負載阻抗，更改善平均使用條件下的效率。

[先行技術文件]

[專利文件1]專利第2012-244384號公開公報(段落號碼[0007]、第1圖)

由於習知的高效率電力放大器由上述構成，根據從控制端子108輸入的路徑切換信號，可以切換整合電路109 的內部阻抗。不過，整合電路109中內部阻抗的切換係2階段的切換，由於整合電路109的內部阻抗不一定與使用環境一致，具有沒充分改善效率的課題。

由於此發明係用以解決上述的課題而形成，以得到高效率電力放大器為目的，實現適於使用環境的負載阻抗，可以力求高效率化。

根據此發明的高效率電力放大器，設置電力放大器，放大輸入信號的電力；以及電力解調電路，解調電力放大器放大前的輸入信號或放大後的輸入信號的平均電力，並輸出對應其平均電力的電壓；其中連接電力放大器的輸入側或輸出側之整合電路的內部阻抗，係根據電力解調電路輸出的電壓而變化。

根據本發明，設置電力放大器，放大輸入信號的電力；以及電力解調電路，解調電力放大器放大前的輸入信號或放大後的輸入信號的平均電力，並輸出對應其平均電力的電壓；其中連接電力放大器的輸入側或輸出側之整合電路的內部阻抗，因為根據電力解調電路輸出的電壓而變化所構成，實現適於使用環境的負載阻抗，具有可以力求高效率化的效果。

1‧‧‧高頻輸入端子

2‧‧‧輸入整合電路

3‧‧‧第1段放大器

4‧‧‧段間整合電路

5‧‧‧第2段放大器

6‧‧‧輸出整合電路

7‧‧‧電力解調電路

7a、7b、7c‧‧‧電晶體

7d、7e‧‧‧電容器

7f‧‧‧電阻器

7g‧‧‧電源

7p、7q、7r‧‧‧電晶體

7s‧‧‧電阻器

8‧‧‧高頻輸出端子

11‧‧‧電力放大器

11a‧‧‧電晶體

11b‧‧‧電晶體

11c‧‧‧電容器

12‧‧‧電容器

13‧‧‧偏壓饋給電感

14‧‧‧電源

21‧‧‧第1信號通過路徑

22‧‧‧段間整合電路

23‧‧‧路徑切換開關

24‧‧‧段間整合電路

25‧‧‧第2信號通過路徑

26‧‧‧段間整合電路

27‧‧‧路徑切換開關

28‧‧‧第2段放大器

29‧‧‧電力解調電路

30‧‧‧控制端子

101‧‧‧高頻輸入端子

102‧‧‧整合電路

103‧‧‧放大器

104‧‧‧整合電路

105‧‧‧整合電路

106‧‧‧路徑切換開關

107‧‧‧路徑切換開關

108‧‧‧控制端子

109‧‧‧整合電路

110‧‧‧放大器

111‧‧‧整合電路

112‧‧‧高頻輸出端子

PAE‧‧‧效率

Pout‧‧‧輸出電力

Vcont‧‧‧制控電壓

[第1圖]係顯示根據本發明第一實施例的高效率電力放大器構成圖； [第2圖]係顯示1段構成時高效率電力放大器的具體電路構成圖；[第3圖]係模式顯示根據本發明第一實施例的高效率電力放大器之效率改善說明圖；[第4圖]係顯示1段構成時高效率電力放大器的具體電路構成圖；[第5圖]係顯示根據本發明第二實施例的高效率電力放大器構成圖；[第6圖]係模式顯示根據本發明第二實施例的高效率電力放大器之效率改善說明圖；[第7圖]係顯示根據本發明第三實施例的高效率電力放大器構成圖；[第8圖]係顯示專利文件1中揭示的高效率電力放大器構成圖。

以下，為了更詳細說明本發明，有關用以實施本發明的形態，根據附加的圖面說明。

[第一實施例]

第1圖係顯示根據本發明第一實施例的高效率電力放大器構成圖。

第1圖中，高頻輸入端子1係輸入高頻信號(輸入信號)的端子。

輸入整合電路2係整合第1段放大器3的輸入阻抗為特性阻抗之電路。

第1段放大器3由電晶體構成，放大從輸入整合電路2輸出的高頻信號的電力。

段間整合電路4係整合第1段放大器3的輸出阻抗與第2段放大器5的輸入阻抗之電路。

第2段放大器5由電晶體構成，放大從段間整合電路4輸出的高頻信號的電力。

輸出整合電路6係整合第2段放大器5的輸出阻抗為特性阻抗之電路，根據從電力解調電路7輸出的電壓，內部阻抗變化。

電力解調電路7解調由第2段放大器5放大前的高頻信號的平均電力，並輸出對應其平均電力的電壓至輸出整合電路6。

高頻輸出端子8係輸出從輸出整合電路6輸出的高頻信號至外部之端子。

其次說明關於動作

從高頻輸入端子1輸入的高頻信號，經由輸入整合電路2輸入至第1段放大器3，以第1段放大器3放大高頻信號的電力。

由第1段放大器3放大電力的高頻信號，經由段間整合電路4輸入至第2段放大器5，第2段放大器5再放大高頻信號的電力。

由第2段放大器5放大電力的高頻信號，經由輸出整合電路6從高頻輸出端子8輸出至外部。

此時，電力解調電路7，解調第2段放大器5放大 電力前的高頻信號的平均電力，輸出對應其平均電力的電壓至輸出整合電路6。

輸出整合電路6由可變電容元件構成，根據從電力解調電路7輸出的電壓，可變電容元件值連續變化，藉此變化內部阻抗。

因此，實現適於使用環境的負載阻抗。

在此，雖然顯示輸出整合電路6由可變電容元件等構成，但也可以由可變電感元件等構成。此時，根據電力解調電路7輸出的電壓，可變電感元件值連續變化，藉此內部阻抗變化。

又，輸出整合電路6，也可以由組合可變電容元件與可變電感元件而構成。

又，在此，雖然顯示電力解調電路7解調第2段放大器5放大前的高頻信號的平均電力，但也可以解調第2段放大器5放大後的高頻信號的平均電力。

又，雖然顯示根據從電力解調電路7輸出的電壓，輸出整合電路6的內部阻抗變化，但也可以根據從電力解調電路7輸出的電壓，輸入整合電路2或段間整合電路4的內部阻抗變化。

即，輸入整合電路2、段間整合電路4及輸出整合電路6中，只要至少一以上的整合電路的內部阻抗根據從電力解調電路7輸出的電壓變化就可以了。

在此，雖然顯示高效率電力放大器中放大器以2段構成，但不限於此，也可以是1段構成的高效率電力放大器，也可以是3段以上構成的多段電力放大器。

第2圖係顯示1段構成時高效率電力放大器的具體電路構成圖，圖中，由於與第1圖相同的符號係顯示相同或相當部分，省略說明。

電力放大器11由電晶體11a和電晶體11b構成，放大從高頻輸入端子1輸入的高頻信號。

電力放大器11的電晶體11a的閘極經由電容器11c，與高頻輸入端子1連接，源極接地。

電晶體11b的源極與電晶體11a的汲極連接，閘極經由電容器12接地，汲極經由偏壓饋給電感13及電源14接地。

電力解調電路7由電晶體7a、7b、7c、電容器7d、7e、電阻器7f及電源7g構成，解調從高頻輸入端子1輸入的高頻信號的平均電力，輸出對應其平均電力的電壓至輸出整合電路6。

又，電晶體7a的閘極經由電容器7d與高頻輸入端子1連接，源極與閘極連接。

電晶體7b的源極及閘極接地，汲極與電晶體7a的源極及閘極連接。

電晶體7c的閘極與電晶體7a的汲極連接，汲極經由電源7g接地。又，源極與輸出整合電路6連接的同時，源極經由電阻器7f接地。

第2圖的高效率電力放大器中，從高頻輸入端子1輸入的高頻信號，經由輸入至電力放大器11的電晶體11a而放大。

又，從高頻輸入端子1輸入的高頻信號也輸入至電力解調 電路7，藉此對應其高頻信號的平均電力之電壓(電力放大器11的電晶體11a的閘極內輸入的高頻信號的平均電力對應的電壓)出現在電晶體7c的源極電壓，其源極電壓輸出至輸出整合電路6。

因此，輸出整合電路6中的可變電感元件(或是，可變電感元件)的值，根據電晶體7c的源極電壓變化。

第3圖係模式顯示根據本發明第一實施例的高效率電力放大器之效率改善說明圖。

第3圖的橫軸係表示高效率電力放大器的輸出電力Pout、縱軸係高效率電力放大器的效率PAE。

通常，因為具有制控電壓Vcont固定時的效率特性，例如，制控電壓Vcont為3.4V的情況下，在小電力時效率下降。

不過，電力解調電路7解調平均電力，根據各電力準位變化輸出整合電路6的內部阻抗，(例如，對應連續變化Vcont=3.4V到Vcont=0V)，藉此改善小電力時的效率，可以實現平均使用條件下的高效率特性。

由上述很清楚地，根據此第一實施例，設置電力解調電路7，解調第2段放大器5放大前的高頻信號的平均電力，輸出對應其平均電力的電壓，且由於輸出整合電路6的內部阻抗根據從電力解調電路7輸出的電壓變化而構成，實現適合使用環境的負載阻抗，可達到力求高效率化的效果。

第2圖中，雖然顯示電力解調電路7由電晶體7a、7b、7c、電容器7d、7e、電阻器7f及電源7g構成，但如第4圖所示，電力解調電路7也可以由電晶體7p、7q、7r及電阻 器7s構成，可以輸出對應從高頻輸入端子1輸入的高頻信號的平均電力之電壓至輸出整合電路6。

[第二實施例]

第5圖係顯示根據本發明第二實施例的高效率電力放大器構成圖，圖中，由於與第1圖相同的符號係顯示相同或相當部分，省略說明。

第1信號通過路徑21由段間整合電路22、路徑切換開關23和段間整合電路24的串聯電路構成，路徑切換開關23，從控制端子30輸入選擇小電力模式的控制信號時，成為導通，從控制端子30輸入選擇大電力模式的控制信號時，成為切斷。

第2信號通過路徑25由段間整合電路26、路徑切換開關27和第2段放大器28的串聯電路構成，路徑切換開關27，從控制端子30輸入選擇大電力模式的控制信號時，成為導通，從控制端子30輸入選擇小電力模式的控制信號時，成為切斷。

電力解調電路29係解調通過第1信號通過路徑21的高頻信號的平均電力，並輸出對應其平均電力的電壓至段間整合電路24之電路。

電力解調電路29的具體電路構成，考慮與第2或4圖中電力解調電路7同樣的電路構成。

又，段間整合電路24，與第1圖的輸出整合電路6相同，由可變電容元件或可變電感元件、或可變電容元件與可變電感元件的組合等構成，根據從電力解調電路29輸出的電壓，可變電感元件或可變電感元件的值連續變化，藉此內部阻抗變化。

其次說明關於動作。

從高頻輸入端子1輸入的高頻信號，經由輸入整合電路2輸入至第1段放大器3，以第1段放大器3放大高頻信號的電力。

此時，例如，得到20dBm(分貝毫瓦)以上的大電力輸出時(電力模式為大電力模式時)，由於從控制端子30輸入選擇大電力模式的控制信號，第1信號通過路徑21的路徑切換開關23為切斷，而第2信號通過路徑25的路徑切換開關27為導通。

因此，由第1段放大器3放大電力的高頻信號，經由段間整合電路26輸入至第2段放大器28，以第2段放大器28再放大高頻信號的電力。

以第2段放大器28放大的高頻信號，經由輸出整合電路6，從高頻輸出端子8輸出至外部。

另一方面，例如，得到20dBm(分貝毫瓦)以下的小電力輸出時(電力模式為小電力模式時)，由於從控制端子30輸入選擇小電力模式的控制信號，第1信號通過路徑21的路徑切換開關23為導通，而第2信號通過路徑25的路徑切換開關27為切斷。

因此，由第1段放大器3放大電力的高頻信號，經由段間整合電路22、段間整合電路24及輸出整合電路6，從高頻輸出端子8輸出至外部。

電力模式為小電力模式時，電力解調電路29，解調通過第1信號通過路徑21的高頻信號(例如，輸入至段間整合電路24的高頻信號或從段間整合電路24輸出的高頻信號) 的平均電力，並輸出對應其平均電力的電壓至段間整合電路24。

段間整合電路24，如上述，由可變電容元件(或是可變電感元件)等構成，根據從電力解調電路24輸出的電壓，可變電容元件值連續變化，藉此內部阻抗變化。

因此，實現適於使用環境的負載阻抗。

第6圖係模式顯示根據本發明第二實施例的高效率電力放大器之效率改善說明圖。

第6圖的橫軸係表示高效率電力放大器的輸出電力Pout、縱軸係高效率電力放大器的效率PAE。

通常，因為具有制控電壓Vcont固定時的效率特性，例如，制控電壓Vcont為3.4V時，隨著電力準位下降，效率下降。

又，以高效率電力放大器的輸出電力Pout=20dBm為界限，信號通過路徑切換，即使效率增加，但隨著電力準位下降，效率下降。

不過，電力解調電路29解調平均電力，根據各電力準位變化段間整合電路24的內部阻抗，(例如，對應連續變化Vcont=3.4V到Vcont=0V)，藉此改善小電力時的效率，可以實現平均使用條件下的高效率特性。

由上述很清楚地，根據此第二實施例，設置電力解調電路29，解調通過第1信號通過路徑21的高頻信號的平均電力，輸出對應其平均電力的電壓，且由於第1信號通過路徑21中段間整合電路24的內部阻抗根據從電力解調電路24輸出的電壓變化而構成，與第一實施例相同，實現適合使用環 境的負載阻抗，可達到力求高效率化的效果。

此第二實施例中，雖然顯示根據從電力解調電路29輸出的電壓，第1信號通過路徑21中段間整合電路24的內部阻抗變化，但也可以根據從電力解調電路29輸出的電壓，段間整合電路22的內部阻抗變化。

又，也可以根據從電力解調電路29輸出的電壓，第2信號通過路徑25中段間整合電路26的內部阻抗變化。但是，此時，電力解調電路29解調通過第1信號通過路徑25的高頻信號(例如，輸入段間整合電路26的高頻信號、從段間整合電路26輸出的高頻信號、或第2段放大器28放大的高頻信號)的平均電力，並輸出對應其平均電力的電壓至段間整合電路26。

又，也可以根據從電力解調電路29輸出的電壓，輸入整合電路2或輸出整合電路6的內部阻抗變化。

即，輸入整合電路2、段間整合電路22、24、26及輸出整合電路6中，只要至少一以上的整合電路的內部阻抗根據從電力解調電路29輸出的電壓變化即可。

此第二實施例中，雖然顯示可以對應電力模式為大電力模式時與小電力模式時之高效率電力放大器，但不限於此，例如，也可以是對應電力模式為中電力模式時之高效率電力放大器。

此時，除了第1信號通過路徑21與第2信號通過路徑25之外，並聯連接第2信號通過路徑25與相同構成的信號通過路徑(但，假設此信號通過路徑中的第2段放大器係比第2信號通過路徑25中的第2段放大器28小的放大率之放大器)。

第2段放大器28的放大率不同的第2信號通過路徑25複數並聯連接的話，可以得到可對應複數電力模式之高效率電力放大器。

此第二實施例，雖然顯示高效率電力放大器中的放大器為2段構成，但不限於此，也可以是1段構成的高效率電力放大器，而且也可以是3段以上的多段電力放大器。

[第三實施例]

第7圖係顯示根據本發明第三實施例的高效率電力放大器構成圖，圖中，由於與第5圖相同的符號係顯示相同或相當部分，省略說明。

上述第二實施例中，雖然顯示根據從電力解調電路29輸出的電壓，第1信號通過路徑21中段間整合電路24的內部阻抗變化，但第1段放大器3及第2段放大器28之中至少一方之放大器的電晶體偏壓條件，也可以根據從電力解調電路29輸出的電壓變化。

第1段放大器3及第2段放大器28的電路構成，係考慮第2、4圖所示的電力放大器11的電路構成，設想電晶體11a、11b的偏壓條件變化。

因此，不只是負載阻抗，因為根據使用環境，也可以適當控制偏壓條件，可以實現更高效率化。

此第三實施例中，雖然顯示根據從電力解調電路29輸出的電壓，第1段放大器3及第2段放大器28的電晶體的偏壓條件變化，但第1圖的高效率電力放大器中，第1段放大器3及第2段放大器5之中至少一方之放大器的電晶體偏壓 _條‧‧‧件，也可以根據電力解調電路7輸出的電壓變化。

又，本申請發明在其發明的範圍中，可能自由組合各實施例、或是將各實施例的任意構成要素變形、或是省略各實施例中任意構成要素。

[產業上的利用可能性]

本發明的高效率電力放大器，根據使用環境，適當控制負載阻抗，適於必須實現高效率化的行動電話等。

1‧‧‧高頻輸入端子

2‧‧‧輸入整合電路

3‧‧‧第1段放大器

4‧‧‧段間整合電路

5‧‧‧第2段放大器

6‧‧‧輸出整合電路

7‧‧‧電力解調電路

8‧‧‧高頻輸出端子

Claims (5)

1. 一種高效率電力放大器，包括：電力放大器，放大輸入信號的電力；電力解調電路，解調上述電力放大器放大前的輸入信號或放大後的輸入信號的平均電力，並輸出對應上述平均電力的電壓；以及整合電路，連接上述電力放大器的輸入側或輸出側，根據上述電力解調電路輸出的電壓，內部阻抗變化。
2. 如申請專利範圍第1項所述的高效率電力放大器，其中，上述電力放大器以電晶體構成，根據上述電力解調電路輸出的電壓，上述電晶體的偏壓條件變化。
3. 一種高效率電力放大器，包括：第1信號通過路徑，串聯連接整合電路與開關；第2信號通過路徑，由放大輸入信號的電力之電力放大器、連接上述電力放大器的輸入側之整合電路、以及在上述整合電路與上述電力放大器間連接之開關構成；其中，上述第1信號通過路徑與上述第2信號通過路徑並聯連接，上述第1信號通過路徑或上述第2信號通過路徑的開關成為導通狀態，設置：電力解調電路，解調通過上述第1信號通過路徑或上述第2信號通過路徑的平均電力，並輸出對應上述平均電力的電壓；其中，上述第1信號通過路徑或上述第2信號通過路徑中整合電路的內部阻抗，根據從上述電力解調電路輸出的電 壓而變化。
4. 如申請專利範圍第3項所述的高效率電力放大器，其中，上述電力放大器以電晶體構成，根據上述電力解調電路輸出的電壓，上述電晶體的偏壓條件變化。
5. 如申請專利範圍第3項所述的高效率電力放大器，其中，具有複數的第2信號通過路徑；上述第1信號通過路徑與上述複數的第2信號通過路徑並聯連接，上述第1信號通過路徑與上述複數的第2信號通過路徑中任一的開關成為導通狀態。