TWI342111B - Amplifying circuit and associated linearity improving method - Google Patents

Description

【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於放大電路，尤指一種可改良線性度之 放大電路及其方法。 又 【先前技術】 在某些電路中’需要高線性度之放大器β例如，無線 通訊系統（例如：802.11a/b/g)中，調幅(ampHtude modulation ’ AM)的調變方式即需要高線性度之功率放大 器，以避免發射訊號時造成訊號失真。然而，故大器(如 電晶體放大器）常具有非線性之輸入電容，其電容值會隨 著輸入功率的變動而改變，造成放大器之調幅至調相失真 (AM to PM distortion)，而影響放大器之線性度。 【發明内容】 有鑑於此’本發明之一目的，在於提供一種放大電路 及其改良線性度之方法，其可校正放大器之調幅至調相 (AMtoPM)失真，以改良放大器之線性度。 在本發明之一實施例中，揭露了 一種放大電路，其包 含：一放大器，具有一非線性之輸入電容；以及一校正單 元’耦接至該放大器，用以依據該放大器之一輸入訊號， 產生一校正訊號，並依據該校正訊號進行一調幅至調相校 正》(AM to PM correction)，以使該放大器具有一接近線性 之等效輸入電容。

在本發明之另一實施例中，揭露了一種改良放大器之 鎳性度之方法，該放大器具有一非線性之輸入電容。該方 法包含·依據該放大器之一輸入訊號，產生一校正訊號； 以及依據該校正訊號進行一調幅至調相校正(AM t〇 pM correction) ’以使該放大器具有一接近線性之等效輸入電 容。 【實施方式】 第1圖係本發明之放大電路之第一實施例的方塊 圖，其t，放大電路10a包含一放大器11及一校正單元 12a。放大器η可為一功率放大器❶放大器n具有一非 線性之輸入電容Cin，其電容值會隨著放大器丨丨之輸入功 率的變動而改變《校正單元12a包含一耗合器 (coupler)121、一波包债測器(envei〇p detector)122 及一電 容單元123。耦合器121可將一輸入訊號耦合至波包偵測 器122，波包偵測器122會依據該輸入訊號產生一波包訊 號以作為校正訊號，送入電容單元123。電容單元123包 含電容CpC2及一可變電容cvar°Cvar係一壓控電容，會 隨著其兩端電位差的變動而改變其電容值。V(fc係一直流 電壓’所以Cvar可依據該波包訊號之電壓值與vdc之差， 調整該可變電容Cvar之電容值。(^與(：2皆為大電容，C! 可用以隔開輸入訊號與Vdc，避免相互干擾；c2則作為交 流接地(ACground)之用。因此，就放大器11之輸入端而 言’其所看到之等效輸入電容即為(：111與(^31·之和。 j修正替换買| 當放大器11為一金氧半(M〇s)電晶體時放大器U 之輸入電容(㈣極電容)會隨著輸人功率之提高 大，如第2A圖所示。所以，放大器u之輸入端(即間極) 在輸入功率大時，訊號的相位落後會更大，如第2B圖所 示’而產生調幅至調相失真。第】圖中，由於壓控電容之 電容值會隨著兩端電位差變大而變小，所以CvA隨著波 包訊號之電壓值變高而變小，亦即會隨著輸人神之提高 而變小，如第2C圖所示。帛2C圖之。係與第2八i cin呈互補關係，因此當電容單元123與放大器丨丨之輸入 電容並聯運作時，就能產生較為穩定而接近線性之等效輸 入電容值(=cin + cvar) ’以校正調幅至調相失真，改良放 大器11之線性度。 清注意，放大器11並不限於電晶體，電容單 π 123也不限於第丨圖之設計。只要放大器u具有隨著 輸入功率改變之非線性輸入電容，皆可利用如第1圖之架 構設計出互補於輸入電容之電容單元123，以產生接近線 性之等效輸入電容，來校正調幅至調相失真。 一實施例’請參閱第1圖，波包偵測器122包含一整 流器(rectifier)1221及一低通濾波器丨222。整流器1221會 對耦合器121所耦合之輸入訊號進行整流，以輸出一整流 訊號。低通遽波器122接著對該整流訊號進行低通濾波， 以產生波包訊號。在本發明中，產生波包訊號的方式並不 限於第1圖之波包偵測器122，其他產生波包訊號的電路 實施例亦可應用於本發明，所以亦在本發明之範圍内。 月’ 1修正替換芡 第3圖係本發明之放大電路之第二實施例的方塊 圖。與第1圖相較，請注意第3圖中低通濾波器的實施方 式。放大電路10b中，校正單元i2b中之低通濾波器係由 一電阻R與電容單元123之可變電容Cvar組成，以節省電 路元件。 第1圖之架構亦可延伸用於輸入訊號為差動 (differential)訊號的情形。第4A圖係本發明之放大電路之 第三實施例的方塊圖，其中，放大電路40a包含一差動放 大器41及一校正單元42a。差動放大器11之兩輸入端各 具有非線性之輸入電容Cin，其電容值會隨著差動放大器 41之輸入功率的變動而改變。校正單元42a包含一耦合 器42卜一波包偵測器422及一電容單元423。耦合器421 可將一差動輸入訊號耦合至波包偵測器422，波包偵測器 422會依據該差動輸入訊號產生一波包訊號以作為校正 訊號’送入電容單元423。電容單元423包含兩個訊號路 徑，分別連接至差動放大器41之兩輸入端。各訊號路徑 上之電容運作方式類似於第1圖之電容單元123，惟因電 容單元423中之p點相當於交流訊號之接地點，所以各訊 號路徑不需另外耦接大電容以作為交流接地。因此，就差 動放大器41之各輸入端而言，其所看到之等效輸入電容 即為Cin與Cvar之和。 第4B圖係本發明之放大電路之第四實施例的方塊 圖。與第4A圖相較，請注意第4B圖中低通濾波器的實 施方式。放大電路40b中，校正單元42b中之低通濾波器 日修正替换l 係由電阻R與電容單元423之Cvar組成，以節省電路元件。 第1與3圖中’亦可利用波包訊號作為放大器丨丨之 偏壓訊號，以產生動態偏壓的效果。第5圖係本發明之放 大電路之第五實施例的方塊圖，其中，校正單元】2b亦可 以第1圖之校正單元12a取代。第5圖中，藉由耦合器 51與波包偵測器52，可依據輸入訊號來產生波包訊號， 並送入放大器11作為偏壓之用。另外，隔離單元53則用 於將波包訊號與輸入訊號隔開，避免相互干擾。使用此種 動態偏壓的技術，一方面不會影響放大器n之調幅至調 幅(AM to AM)線性度’另一方面又可以提高放大器丨丨之 功率效益(power efficiency)。例如，請參看第6A與6B圖， 其顯示放大器11為MOS電晶體之情形，此時波包訊號 係直接送入閘極作為偏壓訊號。第6A與6B圖中，若波 包訊號(即閘極電壓Vgate)小則降低偏壓電流(即汲極電流 Idrain)，如A點所示，以節省功率；若波包訊號大則增加 偏壓電流，如A’點所示，以維持良好的調幅至調幅線性 度(即MOS電晶體之電導Gm維持穩定）。關於m〇s電晶 體之動態偏壓技術’請參見Saleh, A. A. M，and D. C. Cox “Improving the power-added efficiency 〇f FE丁 amplifiers operating with varying envelope signals；» IEEE Trans On Microwave Theory and Techniques, V〇l. 31, No. 1 January 1983, pp. 51-56 e 因此，第5圖之實施例一方面可節省功率且維持良好 的調幅至調幅線性度’另一方面還可校正調幅至調相失 97： ^Γβ------ 年月日修正替松冤 真，如此放大器11可同時具有良好的調幅至調幅以及調 幅至調相線性度，且其功率效益還能獲得提昇。 第7圖係顯示第5圖之-電％實施例，其卜放大器 11為NMOS電晶體，耦合器行與“各由電容。與C5 組成，波包偵測器52包含一整流器(由二極體組成)及一 低•通濾波器（由電阻R與輸入電容Cin組成，以節省元件）， 隔離單元53則包含大電容c3。 第8圖係顯示第7圖之電路延伸用於輸入訊號為差動 訊號的情形，其中Vip與Vin為差動輸入訊號^ 第9圖係本發明之改良放大器線性度之方法之一實 施例的流程圖，其中放大器係具有非線性之輸入電容。由 於其相關步驟已於上述内容提及，本領域人士可輕易明 暸’所以省略其描述。 以上所述係利用較佳實施例詳細說明本發明，而非限 制本發明之範圍。大凡熟知此類技藝人士皆能明瞭，適當 而作些微的改變及調整，仍將不失本發明之要義所在，亦 不脫離本發明之精神和範圍。 【圖式簡單說明】 第1圖係本發明之放大電路之第一實施例的方塊圖。 第2A圖係顯示放大器之輸入電容與輸入功率的關係 圖。 第2B圖係顯示放大器之輸入端訊號之相位與輸入功 率的關係圖。 月日修正顿s 第2C圖係顯示可變電容與輸入功率的關係圖。 第3圖係本發明之放大電路之第二實施例的方塊圖。 第4A圖係本發明之放大電路之第三實施例的方塊 圖。 第4B圖係本發明之放大電路之第四實施例的方塊 圖。 第5圖係本發明之放大電路之第五實施例的方塊圖。 第6A圖係顯示MOS電晶體之汲極電流與閘極電壓 的關係圖。 第6B圖係顯示MOS電晶體之電導與閘極電壓的關 係圖。 第7圖係第5圖之一電路實施例的示意圖》 第8圖係第7圖之電路延伸用於輸入訊號為差動訊號 情形的示意圖。 第9圖係本發明之改良放大器線性度之方法之一實 施例的流程圖。 【主要元件符號說明】 10a、10b、40a、40b、50 :放大電路 11 :放大器 12a、12b、42a、42b :校正單元 121、 421、51 :耦合器 122、 422、52:波包偵測器 1221、4221 :整流器 1342111 1222、4222 :低通濾波器 123、423 :電容單元 41 :差動放大器 53 :隔離單元 91〜93 :本發明之改良放大器線性度之方法之一實施例流程

Claims (1)

1342111 99年10月27日修正替換 十、申請專利範圍： L 一種玫大電路，包含： 一放大器，具有一輸入電容；以及 一校正單元，耦接至該放大器，用以依據該放大器之一 輸入訊號，產生一校正訊號，並依據該校正訊號進行 一調幅至調相校正(AM to PM correction)，其中該校 正單元包含： 一電容單元，並聯於該輸入電容，其中該電容單元係依 據該校正訊號提供一電容值，以提高該放大器之該輸 入電容之線性度。 2·如請求項1所述之放大電路，其中該校正訊號係一電壓 訊號。 3·如請求項1所述之放大電路，其中該校正單元包含： 一波包(envelop)偵測器，用以依據該輸入訊號以產生一 波包訊號，該波包訊號係與該校正訊號相對應。 4. 如請求項3所述之放大電路，其中該波包訊號係作為該 放大器之一偏壓訊號》 5. 如請求項3所述之放大電路，其中該波包偵測器包含： 一整流器，對該輸入訊號進行整流，以輸出一整流訊 號；以及 一低通濾波器，對該整流訊號進行低通濾波，以產生該 波包訊號。 6. 如請求項1所述之放大電路，其中該放大器係一功率放 大器。 13 99年10月27日4正替換 7.如請求項1所述之放大電路，其中該放大器係一電晶體 放大器。 8·如請求項7所述之放大電路，其中該放大器包含一金氧 半(MOS)電晶體。 9. 如請求項8所述之放大電路，其中該電容單元係與該 MOS電晶體之一閘極電容並聯運作。 10. 如請求項1所述之放大電路，其中該放大器係一差動 (differential)放大器，該輸入訊號係一差動輸入訊號。 11. 一種改良一放大器之線性度之方法，該放大器具有一 籲 輸入電容，該方法包含： 依據該放大器之一輸入訊號’產生一校正訊號，其中 產生該校正訊號之步驟包含： 對該輸入訊號進行整流，以輪出一整流訊號；以 及 對該整流訊號進行低通濾波以產生一波包訊號， 該波包訊號係與該校正訊號相對應；以及 依據該校正訊號進行一調幅至調相校正(am to PM I correction)，以提高該放大器之該輸入電容之線性 度。 12·如請求項11所述之方法，其中，進行該調幅至調相校 正之步驟包含： 依據該校正訊號調整一可變電容之電容值，其中該可 變電容係耦接該放大器之一輸入端。 13·如請求項12所述之方法，其中該校正訊號係一電壓訊 99年10月27日修正替換 號，該可變電容係一壓控電容。 H.如請求項11所叙枝，其巾該波包減係作為該放 大器之一偏壓訊號。 15·如請求項11所述之方法，其中該放大器係一功率放大 器。 16. 如請求項12所述之方法，其中該放大器係一電晶體放 大器。 17. 如請求項16所述之方法，其中該放大器包含一金氧半 (MOS)電晶體。 18·如請求項17所述之方法，其中該可變電容係與該河〇8 電晶體之一閘極電容並聯運作。 19.如請求項11所述之方法，其中該放大器係一差動放大 器’該輸入訊號係一差動輸入訊號。 20·如請求項1所述之放大電路，其中該電容單元包含： 一第一電容，用以隔離該輸入訊號與直流電壓； 一第二電容，用以提供一交流接地端；以及 一第三壓控電容，用以調整一等效輸入電容值。 21. —種放大電路，包含： 一放大器，具有一輸入電容；以及 一校正單元，耦接至該放大器，用以依據該放大器之一 輸入訊號，產生一校正訊號，以校正調幅至調相失真 (AM to PM distortion)，其中該校正單元包含一波包偵 測器，用以依據該輸入訊號，產生一對應於該校正訊 號之波包訊號，該波包偵測器包含： 1342111 99年10月27日#正替換 一整流器，對該輸入訊號進行整流，以輸出一整 流訊號；以及 一低通濾波器，對該整流訊號進行低通濾波，以 產生該波包訊號。

16 1342111 wnr~〇~^ 年艽曰修正替換頁 七、指定代表圖： (一) 本案指定代表圖為：第（1 )圖 (二) 本代表圖之元件符號簡單說明： 11 :放大器 121 :耦合器 1221 :整流器 123 :電容單元 10a :放大電路 12a :校正單元 122 :波包偵測器 1222 :低通濾波器

八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式：