TWI635701B

TWI635701B - 偏壓電路及功率放大器電路

Info

Publication number: TWI635701B
Application number: TW106129822A
Authority: TW
Inventors: 蔡立凡
Original assignee: 絡達科技股份有限公司
Priority date: 2017-08-31
Filing date: 2017-08-31
Publication date: 2018-09-11
Also published as: US10498291B2; US20190068124A1; CN109428553A; TW201914208A

Abstract

本揭露提供一種偏壓電路及功率放大器電路。偏壓電路包含一輸出端、一功率偵測電路、一第一定電壓電路以及一定電流電路。輸出端用以提供一偏壓訊號至一功率放大器單元，輸出端更用以接收功率放大器單元的一輸入訊號。功率偵測電路用以偵測功率放大器單元的輸入訊號的一功率以提供一第一控制訊號。第一定電壓電路用以根據第一控制訊號選擇性地提供一第一訊號到該輸出端。定電流電路用以提供一第二訊號到該輸出端。功率放大器電路包含偏壓電路以及功率放大器單元。

Description

偏壓電路及功率放大器電路

本揭露是有關於一種偏壓電路及功率放大器電路。

習知偏壓電路通常會提供一電壓訊號或一電流訊號到功率放大器電路的輸入端作為功率放大器電路的偏壓訊號。然而，功率放大器電路在輸入訊號為高功率的時候，功率放大器電路的線性度會下降，會有輸出訊號失真的問題。因此，有必要提供一種新的偏壓電路以在功率放大器電路的輸入訊號高功率的時候提供補償以避免線性度下降。

根據本揭露的一實施例，提供一種偏壓電路及功率放大器電路。偏壓電路包含一輸出端、一功率偵測電路、一第一定電壓電路以及一定電流電路。輸出端用以提供一偏壓訊號至一功率放大器單元，輸出端更用以接收功率放大器單元的一輸入訊號。功率偵測電路用以偵測功率放大器單元的輸入訊號的一功率以提供一第一控制訊號。第一定電壓電路用以根據第一控制訊號選擇性地提供一第一訊號到該輸出端。定電流電路用以提供一第二訊號到該輸出端。功率放大器電路包含偏壓電路以及功率放大器單元。

根據本揭露的另一實施例，提供一種功率放大器電路。功率放大器電路包含偏壓電路以及功率放大器單元。偏壓電路包含一輸出端、一功率偵測電路、一第一定電壓電路以及一定電流電路。輸出端用以提供一偏壓訊號至一功率放大器單元，輸出端更用以接收功率放大器單元的一輸入訊號。功率偵測電路用以偵測功率放大器單元的輸入訊號的一功率以提供一第一控制訊號。第一定電壓電路用以根據第一控制訊號選擇性地提供一第一訊號到該輸出端。定電流電路用以提供一第二訊號到該輸出端。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

100、200‧‧‧偏壓電路

110、210‧‧‧功率偵測電路

120、150‧‧‧定電壓電路

130‧‧‧定電流電路

140‧‧‧功率放大器單元

S1、S2、S_C1、S_C2、Sbias、Sin、Sout‧‧‧訊號

Vout‧‧‧輸出端

Iref1、Iref2‧‧‧電流源

VDD‧‧‧第一偏壓

T1~T6、T2’、T3’、T4’‧‧‧電晶體

R1~R10、R4’、R5’‧‧‧電阻

V1‧‧‧端點

C1、C2‧‧‧電容

L‧‧‧電感

第1圖繪示依據本揭露第一實施例的偏壓電路100的方塊圖。

第2圖繪示為依據本揭露第一實施例的偏壓電路100的電路圖。

第3A圖繪示當功率放大器單元140的輸入訊號Sin位於低功率狀態時的示意圖。

第3B圖繪示當功率放大器單元140的輸入訊號Sin位於高功率狀態時的示意圖。

第4A圖及第4B圖繪示了使用本揭露的偏壓電路100與習知的偏壓電路的功率放大器的線性度的示意圖。

第5圖繪示為依據本揭露第二實施例的偏壓電路200的電路圖。

第1圖繪示依據本揭露第一實施例的偏壓電路100的方塊圖。偏壓電路100包含一輸出端Vout、一功率偵測電路110、一定電壓電路120、一定電流電路130。輸出端Vout提供偏壓訊號Sbias至一功率放大器單元140。輸出端Vout更接收功率放大器單元140的輸入訊號Sin。功率偵測電路110偵測功率放大器單元140的輸入訊號Sin的一功率以提供一控制訊號SC1。定電壓電路120根據控制訊號SC1選擇性地提供一第一訊號S1到輸出端Vout。定電流電路130提供一第二訊號S2到輸出端Vout。

在本揭露中，功率放大器單元140依據輸入訊號Sin產生一輸出訊號Sout。此輸入訊號例如為一射頻(Radio frequency)訊號。功率偵測電路110會偵測功率放大器單元140的輸入訊號Sin的一功率。當功率偵測電路110偵測到輸入訊號Sin的功率為大於或等於一第一功率值時，會判斷此輸入訊號Sin的功率為高功率狀態。在此時，功率偵測電路110會提供致能位準的控制訊號SC1到第一定電壓電路120，以使定電壓電路120提供第一訊號S1到輸出端Vout以對功率放大器單元140進行補償。也就是說，當輸入訊號Sin的功率為高功率狀態時，將第一訊號S1及第二訊號S2作為偏壓訊號Sbias提供到功率放大器單元140。

另一方面，當功率偵測電路110偵測到輸入訊號Sin的功率小於第一功率值時，會判斷此輸入訊號Sin的功率為低功率狀態。在此時，功率偵測電路110會提供非致能位準的控制訊號SC1到定電壓電路120，以使定電壓電路120不提供第一訊號S1到輸出端Vout。也就是說，當輸入訊號Sin的功率為低功率狀態時，不需要對功率放大器單元提供補償，而將第二訊號S2作為偏壓訊號Sbias提供到功率放大器單元140。在一實施例中，第一功率值可根據實際應用而調整。在一實施例中，更可將偏壓電路100和功率放大器單元140結合成一功率放大器電路。

詳細地說，第2圖繪示為依據本揭露第一實施例的偏壓電路100的電路圖。在此實施例中，定電流電路130包含一電流源Iref1、一電晶體T1、以及電阻R1~R3。電流源Iref1用以提供一參考電流。電晶體T1的一第二端耦接至一接地端。電阻R1耦接在電流源Iref1與電晶體T1的一第一端之間。電阻R2耦接在電晶體T1的第一端與電晶體T1的一控制端之間。電阻R3耦接在電晶體T1的第一端與偏壓電路100的輸出端Vout之間。在此實施例中，電晶體T1為一npn型雙極性電晶體，電晶體T1的控制端為基極端，電晶體T1的第一端為集極端，電晶體T1的第二端為射極端。然而，本揭露不限於第2圖的電路結構，定電流電路130可以其他電路元件實施，而能提供一定電流訊號到功率放大器單元140。

在此實施例中，功率放大器單元140包含一雙極性電晶體BT1以及一電感L。雙極性電晶體BT1的一基極端耦接至偏壓電路100的輸出端Vout。雙極性電晶體BT1的基極端透過一電容C2接收輸入訊號Sin，雙極性電晶體BT1的一集極端輸出一輸出訊號Sout。

在此實施例中，定電流電路130和功率放大器單元140形成一電流鏡電路。也就是說，定電流電路130用以提供第二訊號S2到功率放大器單元140，第二訊號S2為電流源Iref1提供的一定電流訊號。定電流電路130限制了功率放大器單元140中的雙極性電晶體BT1的導通電流。

在此實施例中，定電壓電路120包含一電流源Iref2、電晶體T2~T4、以及電阻R4~R5。電流源Iref2用以提供一參考電流。電晶體T2的一第一端耦接至電晶體T2的一控制端。電阻R4耦接在電流源Iref2與電晶體T2的第一端之間。電晶體T3的一第一端耦接至電晶體T3的一控制端及電晶體T2的一第二端，電晶體T3的一第二端耦接至一接地端。電晶體T4的一第一端耦接至一第一偏壓VDD，電晶體T4的一控制端耦接至電晶體T2的控制端。電阻R5耦接在電晶體T4的一第二端與偏壓電路100的輸出端Vout之間。在此實施例中，電晶體T2~T4為一npn型雙極性電晶體，電晶體T2~T4的控制端為基極端，電晶體T2~T4的第一端為集極端，電晶體T2~T4的第二端為射極端。然而，本揭露不限於第2圖的電路結構，定電壓電路120可以其他電路元件實施，而能提供一定電壓訊號到功率放大器單元140。在此實施例中，定電壓電路120用以提供第一訊號S1到功率放大器單元140。由於電晶體T2和T3為導通而作為二極體，故端點V1的電壓為固定值，使電晶體T4兩端的電壓也為固定值，故第一訊號S1為一定電壓訊號。此定電壓訊號也提供了一電流到功率放大器單元140。

在此實施例中，功率偵測電路110包含一電晶體T5、電阻R6~R8、及一電容C1。電阻R6耦接在電晶體T5的一第一端與電晶體T2的控制端之間。電阻R7耦接在電晶體T5的一第二端與一接地端之間。電容C1耦接在電晶體T5的一控制端與該接地端之間。電阻R8耦接在電晶體T5的控制端與偏壓電路100的輸出端Vout之間。在此實施例中，功率偵測電路110偵測該功率放大器單元140的輸入訊號Sin的功率，以判斷輸入訊號Sin的功率是位於高功率狀態或低功率狀態，並在輸入訊號Sin的功率是位於高功率狀態時，提供一控制訊號SC1到定電壓電路120以使定電壓電路120提供電流訊號到功率放大器單元140以補償功率放大器單元140的線性度下降所造成的影響。在此實施例中，功率偵測電路110偵測功率放大器單元140的輸入訊號Sin的電壓位準。然而，本揭露不限於第2圖的電路結構，功率偵測電路110可以其他電路元件實施，而能偵測功率放大器單元140的輸入訊號Sin的功率以判斷是否需要補償。

詳細地說，請參照第3A圖及第3B圖說明功率偵測電路110的控制操作。第3A圖繪示當功率放大器單元140的輸入訊號Sin的功率小於第一功率值時，也就是位於低功率狀態時的示意圖。在此時，如第3A圖所示，由於在輸入訊號Sin位於低功率狀態時，輸出端Vout的電壓為高位準(標示為HV)，因此功率偵測電路110的電晶體T5為導通(標示為on)。因為電晶體T5為導通，端點V1經由電阻R6、電晶體T5、電阻R7而耦接到接地端，使端點V1的電壓為低位準(標示為LV)。又因為端點V1的電壓為低位準，因此電晶體T4為關閉(標示為off)，而使定電壓電路120將不會提供第一訊號S1到功率放大器單元140。也就是說，當輸入訊號Sin的功率為低功率狀態時，不需要對功率放大器單元提供補償而將第二訊號S2作為偏壓訊號Sbias提供到功率放大器單元140。

另一方面，第3B圖繪示當功率放大器單元140的輸入訊號Sin的功率大於或等於第一功率值時，也就是位於高功率狀態時的示意圖。在此時，如第3B圖所示，由於在輸入訊號Sin位於高功率狀態時，輸出端Vout的電壓會因為線性度下降而降低至低位準(LV)，因此功率偵測電路110的電晶體T5為關閉(off)。因為電晶體T5為關閉，端點V1並未接到接地端而仍保持高位準(HV)。又因為端點V1的電壓為高位準，因此電晶體T4為導通(on)，而使定電壓電路120提供第一訊號S1到功率放大器單元140。也就是說，當輸入訊號Sin的功率為高功率狀態時，會將第一訊號S1及第二訊號S2作為偏壓訊號Sbias以對功率放大器單元提供補償。

第4A圖及第4B圖繪示了使用本揭露的偏壓電路100與習知的偏壓電路的功率放大器的線性度的示意圖。功率放大器的線性度通常以輸入訊號的振幅對於輸出訊號的振幅(AM-AM)的失真和輸入振幅對象位差(AM-PM)的失真來表示。如第4A圖及第4B圖所示，使用本揭露的偏壓電路100的功率放大器的線性度的特性曲線標示為A，使用習知的偏壓電路的功率放大器的線性度的特性曲線標示為B。由第4A圖可知，在高功率的情況下，使用本揭露的偏壓電路100的功率放大器的線性度會下降，但特性曲線A仍然比特性曲線B下降的幅度較少也比較慢下降。由第4B圖可知，在高功率的情況下，特性曲線A與特性曲線B相比較為接近0。也就是說，使用本揭露的偏壓電路100可解決功率放大器在高功率的時候線性度下降的問題，可避免訊號失真。

第5圖繪示為依據本揭露第二實施例的偏壓電路200的電路圖。第5圖的偏壓電路200與第2圖的偏壓電路100的區別在於，偏壓電路200更包含另一定電壓電路150，定電壓電路150的電路結構與定電壓電路120的電路結構相同，在此不再重複描述。在此實施例中，第5圖的功率偵測電路210更依據功率放大器單元140的輸入訊號Sin的功率提供控制訊號SC2到定電壓電路150，以使定電壓電路150根據控制訊號SC2選擇性地提供一第三訊號S3到偏壓電路200的輸出端Vout。

在此實施例中，第5圖的功率偵測電路210與第2圖的功率偵測電路110之區別在於，功率偵測電路210更包含一電晶體T6以及電阻R9~R10。電晶體T6的一控制端耦接電晶體T5的控制端。電阻R9耦接在電晶體T6的一第一端與電晶體T2的控制端之間。電阻R10耦接在電晶體R6的一第二端與一接地端之間。在此實施例中，功率偵測電路210偵測該功率放大器單元140的輸入訊號Sin的功率，以判斷輸入訊號Sin的功率是位於高功率狀態或低功率狀態，並在輸入訊號Sin的功率是位於高功率狀態時，提供一控制訊號SC1到定電壓電路120以使定電壓電路120提供一第一訊號S1到功率放大器單元140，並提供一控制訊號SC2到定電壓電路150以使定電壓電路150提供一第三訊號S3到功率放大器單元140。也就是說，當輸入訊號Sin的功率為高功率狀態時，會將第一訊號S1、第二訊號S2及第三訊號S3作為偏壓訊號Sbias以補償功率放大器單元140的線性度下降所造成的影響。在一實施例中，更可將偏壓電路200和功率放大器單元140結合成一功率放大器電路。

然而，本揭露不以此為限。在另一實施例中，使用者可依據實際需要設計功率偵測電路的電路結構以使功率偵測電路將功率放大器單元140的輸入訊號分為更多不同等級的功率狀態以調整對功率放大器進行補償的訊號的電流大小。舉例來說，可在功率偵測電路偵測到輸入訊號Sin的功率為小於第一功率值時(低功率狀態)，開啟定電流電路130，以將第二訊號S2 作為偏壓訊號Sbias提供到功率放大器單元140，並在功率偵測電路偵測到輸入訊號Sin的功率大於或等於一第一功率值時(高功率狀態)，再開啟定電壓電路120，將第一訊號S1及第二訊號S2作為偏壓訊號Sbias提供到功率放大器單元140。而在功率偵測電路偵測到輸入訊號Sin的功率為大於或等於一第二功率值時，且第二功率值大於第一功率值(也就是輸入訊號Sin的功率又更高的更高功率的狀態)，再打開定電壓電路150，將第一訊號S1、第二訊號S2及第三訊號S3作為偏壓訊號Sbias提供到功率放大器單元140。

根據上述實施例，更提供了多種偏壓電路及功率放大器電路。藉由偵測功率放大器單元140的功率，以使定電壓電路選擇性的提供訊號到偏壓電路的輸出端作為功率放大器單元140的偏壓訊號Sbias，以補償功率放大器單元在高功率狀態時的線性度下降所造成的影響，可避免輸入訊號Sin在放大之後的失真。

綜上所述，雖然本揭露已以多個實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims

一種偏壓電路，包含：一輸出端，其中該輸出端用以提供一偏壓訊號至一功率放大器單元，該輸出端更用以接收該功率放大器單元的一輸入訊號；一功率偵測電路，用以偵測該功率放大器單元的該輸入訊號的一功率以提供一第一控制訊號；一第一定電壓電路，用以根據該第一控制訊號選擇性地提供一第一訊號到該輸出端；以及一定電流電路，用以提供一第二訊號到該輸出端；其中當該功率偵測電路偵測到該輸入訊號的該功率為小於該第一功率值時，該第一控制訊號為非致能，且該第一定電壓電路不提供該第一訊號到該輸出端。
如申請專利範圍第1項所述之偏壓電路，其中當該功率偵測電路偵測到該輸入訊號的該功率為大於或等於一第一功率值時，該第一控制訊號為致能以使該第一定電壓電路提供該第一訊號到該輸出端。
如申請專利範圍第1項所述之偏壓電路，其中該定電流電路包含：一第一電流源，用以提供一第一參考電流；一第一電晶體，該第一電晶體的一第二端耦接至一接地端；一第一電阻，耦接在該第一電流源與該第一電晶體的一第一端之間；一第二電阻，耦接在該第一電晶體的該第一端與該第一電晶體的一控制端之間；以及一第三電阻，耦接在該第一電晶體的該第一端與該輸出端之間。
如申請專利範圍第3項所述之偏壓電路，其中該第一定電壓電路包含：一第二電流源，用以提供一第二參考電流；一第二電晶體，該第二電晶體的一第一端耦接至該第二電晶體的一控制端；一第四電阻，耦接在該第二電流源與該第二電晶體的該第一端之間；一第三電晶體，該第三電晶體的一第一端耦接至該第三電晶體的一控制端及該第二電晶體的一第二端，該第三電晶體的一第二端耦接至一接地端；一第四電晶體，該第四電晶體的一第一端耦接至一第一偏壓，該第四電晶體的一控制端耦接至該第二電晶體的該控制端；以及一第五電阻，耦接在該第四電晶體的一第二端與該輸出端之間。
如申請專利範圍第4項所述之偏壓電路，其中該功率偵測電路包含：一第五電晶體；一第六電阻，耦接在該第五電晶體的一第一端與該第二電晶體的該控制端之間；一第七電阻，耦接在該第五電晶體的一第二端與一接地端之間；一第一電容，耦接在該第五電晶體的一控制端與該接地端之間；以及一第八電阻，耦接在該第五電晶體的該控制端與該輸出端之間。
如申請專利範圍第3項所述之偏壓電路，更包含：一第二定電壓電路，用以根據一第二控制訊號選擇性地提供一第三訊號到該輸出端，其中該第二控制訊號由該功率偵測電路依據該功率放大器單元的該輸入訊號的該功率而產生；其中，當該功率偵測電路偵測到該輸入訊號的該功率為大於或等於該第一功率值時，該第二控制訊號為致能以使該第二定電壓電路提供該第三訊號到該輸出端。
如申請專利範圍第6項所述之偏壓電路，其中該功率偵測電路更包含：一第六電晶體，該第六電晶體的一控制端耦接該第五電晶體的該控制端；一第九電阻，耦接在該第六電晶體的一第一端與該第二電晶體的該控制端之間；以及一第十電阻，耦接在該第六電晶體的一第二端與一接地端之間。
如申請專利範圍第1項所述之偏壓電路，更包含：一第二定電壓電路，用以根據一第二控制訊號選擇性地提供一第三訊號到該功率放大器單元，其中該第二控制訊號由該功率偵測電路依據該功率放大器單元的該輸入訊號的該功率而產生；其中，當該功率偵測電路偵測到該輸入訊號的該功率為大於或等於一第二功率值時，該第二控制訊號為致能以使該第二定電壓電路提供該第三訊號到該輸出端，其中該第二功率值大於該第一功率值。
一種功率放大器電路，包含：如申請專利範圍第1至8項中任一項所述之偏壓電路；以及該功率放大器單元，包含：一雙極性電晶體，該雙極性電晶體的一基極端，耦接至該輸出端，該雙極性電晶體的該基極端透過一第二電容接收該輸入訊號，該雙極性電晶體的一集極端輸出一輸出訊號；以及一電感，耦接至該雙極性電晶體的該集極端。