TW516266B - Constant impedance for switchable amplifier with power control - Google Patents

Description

516266 _案號 89121312 9f 年^ 月/3 日_修正 _ 五、發明說明（1) 發明背景 1. 發明範圍 本發明關於無線電頻率（R F )功率放大器。 2. 技藝說明 在許多R F通訊系統中，特別為網狀式電話系統，一 R F接 收器之RF發射器部份係中斷性操作。在GSM網狀電話系 統，例如通訊係結構於一 T DM A (時間區分多重存取）基礎， 其中通訊架構包括一些時間區間，例如八或十六個。一特 別之手機僅於其所選定之時間區間傳送。於剩下時間區間 之期間，手機不能傳送，意謂其RF功率放大器關閉。因 此，RF功率放大器在其時間區間重覆打開傳送及接著關 閉。 RF功率放大器係一無線電收發機中主要功率之消耗者， 除了正確之警告發生，打開功率放大器，能產生一起動功 率條件，其干擾其它無線電收發機之電路。特別地，無線 電收發機之PLL(相鎖迴路）容許”頻率牽引”，其中打開功 率放大器，干擾PLL鎖定條件。頻率牽引不僅不必要，而 在某些通訊系統，諸如GSM，係不可容許的。 相同問題發生於較少尺度相關於功率位準調節。當一 可移動式手機及一固定基地台之間之距離改變，手機可命 令調整其發射功率向上或下降。這樣之功率控制行為也可 導致頻率牽引。 各種解決頻率牽引之問題已經提出，例如頒給 M c D ο n a Id之第5，4 2 4，6 9 2號美國專利，在此結合文件以作

O:\66\66655-910913.ptc 第5頁 516266 _案號89121312 年广月々日 修正_ 五、發明說明（2) 為參考，其敘述一可切換阻抗電路用於RF功率放大器輸入 璋及輸出璋二者。可切換阻抗電路接收一功率下降控制訊 號。當功率下降控制訊號係主張，可切換電路切換成為替 換阻抗狀態，因此”功率下降”輸入阻抗分別於輸入及輸出 埠，顯示大致上未改變相關於相當之π功率上升π阻抗。在 本質上，參考文件教授開關串聯及並聯沿著訊號傳送線 路，以選擇性地連接一貫穿路徑或一並聯路徑之使用。 頒給A d a r之第5，7 7 4，0 1 7號美國專利，在此結合文件以 作為參考，敘述一放大器，操作在兩預定頻寬，其中輸入 阻抗係經利用開關來控制，以選擇串聯輸入傳送線路之被 動元件。參考文件也教授利用並聯切換元件，以改變級間 配合頻率響應。因為沒有提及輸出功率是如何的控制，其 顯示放大器必須線性操作，以及輸出功率係經由改變加到 放大器之輸入功率來變化。 因此仍有一需求用於改良功率放大器，其在功率放大器 從一操作狀態改變到另一個時，可進一步降低阻抗改變。 發明概述 本發明大致上來講係提供一改良功率放大器，當功率放 大器從一操作狀態改變到另一個時，其降低阻抗變化。在 一例示之實施例中，本功率放大器係基於習知串接放大 器。在一串接放大器中，一第一電晶體係以共源極（共射 極）結構操作，以轉換輸入訊號電壓（或電流）成為一放大 電流，及一第二電晶體以一共閘極（共基極）結構操作，以 將第一電晶體之輸出電流轉換成一輸出電壓。

O:\66\66655-910913.ptc 第6頁 516266 _案號89121312 V年尸月Θ曰 修正_ 五、發明說明（3) 不同於先前技藝的是，本功率放大器不使用可選擇性 被動元件，以設定或調整輸入阻抗。沒有分離之電晶體實 行串聯及/ 或並聯切換功能。反而，所有電晶體係實際 訊號放大器之整合配件。多重第二串接放大器電晶體可提 供，連接到單一第一串接放大器電晶體。經控制此偏壓電 壓於這些第二串接放大器電晶體之共用元件，其一個或多 個可選擇以操作於經由第一串接放大器電晶體所供給之電 流。 經第一串接放大器電晶體所表示之輸入阻抗，係依據其 偏壓之條件。以偏壓條件設定，串接放大器之總輸入阻 抗，保持有效常數，無關第二串接放大器電晶體其係操作 與否。 第二串接放大器電晶體之偏壓可設定為了多重電晶體能 同時操作，如僅有一第二串接放大器電晶體係完全希望操 作於任一時間，接著控制偏壓能平順地從一電晶體轉換到 另一個。這樣的選擇性之完成不需傳統π瞬間π開關動作。 瞬間之突波其係通常不需要於無線電電路而因此得以避 免。 藉由提供一潛在未限制數目之第二串接放大器電晶體， 多重模式及多頻寬放大器即可建構。可能性包括：經由一 負載其連接於無跟隨電路以改良輸入到輸出之絕緣；具有 負載網路於分離第二串接放大器電晶體，轉到分別之頻 率；以及等等。 圖式簡單說明

O:\66\66655-910913.ptc 第7頁 516266 _案號 89121312 f’ 年 / 月,3 日_^_ 五、發明說明（4) 本發明可從下面之敘述連同附圖進一步瞭解。在圖式 中： 圖1係本發明例示實施例之控制阻抗輸入電路之電路 圖； 圖2係表示圖1電路變化之電路圖； 圖3係表示一多重頻寬放大器電路之電路圖；及 圖4係表示本發明之另一實施例之電路圖。 較佳實施例之詳細說明 本發明係特別可應用於高效率放大器之使用，其操作於 一高非線性狀態。因此非線性放大器能控制以提供一輸出 功率之廣大變化量，然而輸入訊號係維持如揭露於此讓受 人（Atty. Dkt. No. 032219 -007)之美國專利應用號碼09 / 247,097，標題為高效率放大器輸出位準及叢訊控制， 於1 9 9 9年2月9曰所提出之文件及在此結合作為參考。其非 常重要為這樣一功率控制放大器之輸入阻抗，當輸出功率 變化時維持一定數，為了瞬間突波不會激發於驅動電路。 在本發明之較佳實施例，輸入阻抗係在9 5 dB輸出功率變 化上維持0 . 5 %之常數。 現在參考圖1，一電路圖係表示本發明一例示實施例之 一功率放大器。一差動電晶體對係提供組成電晶體及丁 R。在圖示之實施例，電晶體係F ET s (場效電晶體）。在其 它實施例，電晶體可為其它之型式。電晶體1\及1\之源極 電極係連接在一起，形成差動對之π尾部π 。汲極電極係連 結透過分別之負載Loal及乙〇 adR到一操作電位。

O:\66\66655-910913.ptc 第8頁 516266 _案號89121312 户/年f月日 修正_ 五、發明說明（5) 一第三電晶體，即尾部電晶體Ττ，其係以汲極電極連接 於電晶體1\及\之源極電極，及其源極電極連接於一參考 電壓。 至此，功率放大器之敘述將同樣應用於一傳統差動對。 然而，本功率放大器戲劇性地於幾個方面不同於傳統差動 對，現在加以說明。在傳統之差動對，一差動輸入訊號係 施加於差動對之控制端（例如閘極電極）。一固定偏壓係施 加於尾部電晶體，使得固定尾部電流流經差動對。 在本功率放大器，相反地，一控制訊號，係施加於電晶 體1\的閘極電極。電晶體、之閘極電極係接地。替代地， 反向控制訊號，Ven，可施加於電晶體TR之閘極電極，如後 所述。一尾部電晶體1\靜止操作點係經由一包括一電阻R 及一偏壓電位源Vbias之偏壓網路所設定，尾部電晶體Ττ之 閘極係連接經過電阻R到電壓Vbias。另外施加於尾部電晶體 Ττ之閘極係輸入訊號RFin，其係電容性連經過一電容C。電 路的輸出係選取於電晶體1之汲極，其係連接於一或多個 放大器級。 電晶體Ττ及1形成一串接放大器，一放大器極組成一（假 如F E T S )直接藕合共源極/共閘極組合。串接放大器顯示非 常寬之頻寬。此外，電晶體1\提供輸入及輸出電路間非常 好之絕緣，有效地消除電容性回授效應。 在操作中，假設控制電壓VeTIj為低，這樣電晶體Ί\係關 閉。然後僅電晶體1\ &TR屬於串接放大器動作。在此結 構，輸入阻抗Zin依據跨接於電晶體Ττ汲極及源極（或，假

O:\66\66655-910913.ptc 第9頁 516266 _案號89121312 #年^月/3曰 修正_ 五、發明說明（6) 如雙極電晶體，集極及射極）節點之電壓，及依據流經這 些節點之電流。經利用此方式之串接放大器之結構，電壓 跨接於汲極及源極節點係維持有效之常數。偏壓電路設定 電流通過第一串接放大器電晶體之節點。如此總共串接放 大器之輸入阻抗維持有效常數。 現在，控制訊號Ven係提升，電晶體Ί\將開始傳導及，如 提升到足夠之正位準，將導通更多電晶體TR，直到電晶體 TR逐漸關閉。一差動動作產生，是相對於控制訊號VCTlj，不 是RF訊號本身。差動動作係用來控制差動級那一隻腳尾部 電流流過，及因此那一相關聯之_接放大器R F級功率上升 及那一功率下降。

若電晶體1\之閘極係接地，接著輸入阻抗zin將輕微地依 據控制訊號vCTIj之狀態而變化。替代地，反向控制訊號，V ，可施加於電晶體TR之閘極電極如圖示於圖2。在此配 置，輸入阻抗之變化係不可忽視的。 多重第二串接放大器電晶體可提供，連接於單一第一串 接放大器電晶體。經控制偏壓電壓於這些第二串接放大器 電晶體共用元件，其之一個或多個可選擇操作經由第一串 接放大器電晶體所供給之電流。 經第一串接放大器電晶體所表示之輸入阻抗，係依據其 偏壓條件。以此偏壓條件之設定，總共串接放大器電晶體 之輸入阻抗維持有效常數，無關於第二串接放大器電晶體 之操作。 第二串接放大器電晶體之偏壓可設定，為了多重電晶體

O:\66\66655-910913.ptc 第10頁 516266 _案號89121312 ,/年f月丨> 曰 修正_ 五、發明說明（7) 能同時操作。如果僅有一第二串接放大器電晶體係最後希 望操作於任一特別時間，接著控制偏壓能平順地從一電晶 體轉換到另一個。這樣的選擇可達成而不需傳統”瞬間”開 關動作。瞬間突波其通常不必要在無線電電路中而因此避 免。 提供第二申接放大器電晶體、多重模式及多頻寬放大器 一潛在未限制數目能夠構造。可能性包括：經利用一負載 其連接於無跟隨電路，以改良輸入到輸出之絕緣；具有負 載網路於分別之第二串接放大器電晶體，調節到分別之頻 率；以及等等。這些不同之可能性係分別地圖示於圖3及 圖4 〇 參考圖3，提供一具有兩隻腳之放大器電路。在每一隻 腳中，一功率放大器係連接以接收為一輸入電壓，電壓發 展跨接於負載。兩隻腳之功率放大器係最佳化用於不同之 頻寬，分別為頻寬1及頻寬2。 參考圖4，提供一具有超過兩隻腳之放大器電路。多重 頻寬係提供用於類似狀態如圖3。此外，差動放大器電路 一隻腳之負載充擔為一虛擬負載；換言之，一負載係連接 到無跟隨電路。當選擇此差動放大器電路之腳位，其造成 一絕緣模式，其中RF輸入係隔離順流放大電路，其產生最 後RF輸出。 在另一實施例，RF級連同差動放大器不同之腳位，可連 接到不同之天線，提供發射之多樣性。本控制阻抗輸入電 路提供一便利及有效方式，作為天線間之切換，經由切換

O:\66\66655-910913.ptc 第11頁 516266 _案號89121312 ,/年f月曰 修正_ 五、發明說明（8) 放大之前級替代切換一高功率訊號。 習於此技者將可瞭解，本發明能包括於其它特定之形 式，而不偏離其精神及主要特性。現在所揭露之實施例， 係因此視為在各方面能圖示說明而不因此受到限制。本發 明範圍係經申請專利範圍之附屬項所指示，不同於先前之 敘述，及所有改變其符合其同等物之意義及範圍皆應包括 於此。

O:\66\66655-910913.ptc 第12頁 516266 _案號89121312 //年f 月β a_修正 圖式簡單說明 第13頁 O:\66\66655-910913.ptc

Claims (1)

1. 516266 _案號89121312 f/ 年f月曰 修正__ 六、申請專利範圍 1 . 一種用於一 R F功率放大器之寬頻控制阻抗輸入電路， 包含： 多個切換元件，係連接以形成一放大器級，包括一第 一切換元件連接於放大器級之一隻腳、一第二切換元件連 接於放大器級之另一隻腳、一第三切換元件連接於放大器 級之尾部電路； 一偏壓電路，連接於第三切換元件以建立其靜態操作 點； 一控制訊號，其一形式係施加於至少第一及第二切換 元件其中之一；及 一 R F輸入訊號，係施加於第三切換元件。 2 .如申請專利範圍第1項之寬頻控制阻抗輸入電路，進 一步包括： 一第一負載元件，串聯連接於第一電路節點之第一切 換元件；及 一 RF放大器級，連接於第一電路節點。 3. 如申請專利範圍第2項之寬頻控制阻抗輸入電路，進 一步包括一第二負載元件串聯連接於第二切換元件。 4. 如申請專利範圍第3項之寬頻控制阻抗輸入電路，其 中當控制訊號從一狀態轉換到另一狀態，RF放大器級轉換 從一功率上升級及一功率下降級到相對之狀態，一輸入電 路之輸入阻抗經偏壓電路之操作大致上維持固定。 5. 如申請專利範圍第4項之寬頻控制阻抗輸入電路，其 中控制訊號限制轉換速度，以利逐漸從一狀態轉換到另一

   O:\66\66655-910913.ptc 第14頁 516266 修正 案號 89121312 六、申請專利範圍 個。 6. 如申請專利範圍第3項之寬頻控制阻抗輸入電路，其 中第二負載元件係一虛擬負載元件，一形成跨接於虛擬負 載元件之電壓並非用來驅動另一主動組件。 7. 如申請專利範圍第3項之寬頻控制阻抗輸入電路，其 中放大器級包括大於二之腳位數目。 8. 如申請專利範圍第7項之寬頻控制阻抗輸入電路，其 中放大器級腳位至少兩個，每一包括一負載元件串連一切 換元件於一電路節點，及一 R F放大器級連接於電路節點。 9. 如申請專利範圍第8項之寬頻控制阻抗輸入電路，其 中一RF放大器級操作於第一頻率頻寬，及一第二RF放大器 級操作於第二不同頻寬。

   O:\66\66655-910913.ptc 第15頁