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TWI878925B - 電子裝置 - Google Patents

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Abstract

一種電子裝置包括一功率放大器、一功率偵測器，以及一偏壓電路。功率放大器將來自一輸入端的一射頻訊號放大。功率偵測器電性耦接輸入端，偵測射頻訊號的一輸入功率，且依據輸入功率對應輸出一驅動電壓。偏壓電路電性連接功率放大器和功率偵測器，依據驅動電壓向功率放大器輸出一第一驅動電流。功率放大器依據第一驅動電流將射頻訊號的功率從輸入功率增加至一目標功率。

Description

電子裝置
本發明是關於電子裝置，特別是關於具有自適應偏壓調整功能的功率放大器。
射頻功率放大器常應用於無線通訊類的產品中，用以將射頻訊號放大，使得射頻訊號可透過天線輻射至接收設備。然而，在現有的技術中，功率放大器的偏壓電路的配置與設計往往決定了功率放大器的增益與效率。為了節省功率放大器的電耗，如何增加功率放大器的功率轉換效率(Power Added Efficiency：PAE)變成一個重要的課題。
為解決上述問題，本發明揭示一種電子裝置，包括一驅動放大器、一功率放大器、一功率偵測器，以及一偏壓電路。驅動放大器輸出一射頻訊號。功率放大器電性連接驅動放大器，包括一輸入端，透過輸入端接收射頻訊號，且將射頻訊號放大。功率偵測器電性耦接輸入端，偵測射頻訊號的一輸入功率，且依據輸入功率對應輸出一驅動電壓。偏壓電路電性連接功率放大器和功率偵測器，依據驅動電壓向功率放大器輸出一第一驅動電流。功率放大器依據第一驅動電流將射頻訊號的功率從輸入功率增加至一目標功率。
第1圖為本發明實施例之電子裝置100的示意圖。如第1圖所示，電子裝置100包括一功率放大器102、一功率偵測器104，一偏壓電路106、一驅動放大器108，以及一偏壓電路110。在一些實施例中，電子裝置100基於異質接面雙極電晶體(Heterojunction Bipolar Transistor：HBT)製程的Doherty功率放大器(Doherty PA)架構而設計，但本發明不限於此。在一些實施例中，功率放大器102包括一輸入端IN。功率放大器102透過輸入端IN接收一射頻訊號132，且將射頻訊號132放大。射頻訊號132的功率相同於一輸入功率W。功率偵測器104電性耦接輸入端IN。功率偵測器104偵測射頻訊號132的輸入功率W，且依據輸入功率W對應輸出一驅動電壓120至偏壓電路106。舉例來說，當射頻訊號132的輸入功率W愈大，則功率偵測器104所輸出的驅動電壓120愈高，但本發明不限於此。在一些實施例中，驅動電壓120為一直流電壓，但本發明不限於此。
在一些實施例中，偏壓電路106電性連接功率放大器102和功率偵測器104。偏壓電路106依據驅動電壓120向功率放大器102輸出一驅動電流122。在一些實施例中，驅動電流122為一直流電流，但本發明不限於此。功率放大器102依據驅動電流122，將射頻訊號132的功率從輸入功率W增加至一目標功率，而產生一射頻訊號134。功率放大器102透過一輸出端OUT將放大後的射頻訊號134輸出。在一些實施例中，放大後的射頻訊號134可經由一天線(未圖示)輻射至接收設備。在一些實施例中，驅動放大器108電性連接功率放大器102的輸入端IN。驅動放大器108將具有初始功率的射頻訊號130放大至具有輸入功率W的射頻訊號132。驅動放大器108透過一輸入端RFIN接收射頻訊號130。
在一些實施例中，射頻訊號130可來自於一射頻收發器(未圖示)。射頻收發器可例如將一數位訊號轉換為一基頻訊號，將基頻訊號轉換為中頻訊號，再將中頻訊號轉換為射頻訊號，但本發明不限於此。在第1圖的實施例中，用以驅動功率放大器102的偏壓電路106是相異於用以驅動該驅動放大器108的偏壓電路110，但本發明不限於此。驅動放大器108是用以對射頻訊號130做第一級放大。功率放大器102是用以對射頻訊號130做第二級放大。在一些實施例中，功率放大器102為天線之前的最後一級放大器，但本發明不限於此。在一些實施例中，功率偵測器104能以任何的形式偵測射頻訊號132的輸入功率W。舉例來說，功率偵測器104可偵測射頻訊號132耦合至功率偵測器104的耦合訊號的電壓和電流，且依據耦合訊號的電壓和電流計算耦合訊號的功率。最後依據耦合訊號的功率對應轉換為射頻訊號132的輸入功率W，但本發明不限於此。在一些實施例中，偏壓電路110電性連接驅動放大器108，用以向驅動放大器108輸出一驅動電流112。在一些實施例中，驅動電流112小於驅動電流122，但本發明不限於此。驅動電流112和驅動電流122相同，同樣為一直流電流，但本發明不限於此。
第2圖為本發明實施例之電子裝置100中功率放大器102和偏壓電路106的詳細電路圖。如第2圖所示，偏壓電路106包括一第一電晶體D1、一第二電晶體D2、一第三電晶體D3、一第一電阻R1、一第二電阻R2、一第三電阻R3，以及一第四電阻R4。功率放大器102包括一第四電晶體D4、一電容C2，以及一電感L1。在第2圖的實施例中，第一電晶體D1的第一端透過第三電阻R3電性耦接一第一電壓Vbias，第一電晶體D1的第二端透過第一電阻R1電性耦接至功率放大器102中第四電晶體D4的第二端，以及第一電晶體D1的第三端電性連接至一接地電壓G。第二電晶體D2的第一端電性連接第一電壓Vbias，第二電晶體D2的第二端透過第二電阻R2電性耦接第一電晶體D1的第一端。第三電晶體D3的第一端電性連接第二電晶體D2的第三端，第三電晶體D3的第二端電性連接功率偵測器104，第三電晶體D3的第三端電性連接功率放大器102中第四電晶體D4的第二端。
詳細來說，第一電阻R1電性連接於第一電晶體D1的第二端和功率放大器102中第四電晶體D4的第二端之間。第二電阻R2電性連接於第二電晶體D2的第二端和第一電晶體D1的第一端之間。第三電阻R3電性連接於第一電晶體D1的第一端和第一電壓Vbias之間。第四電阻R4電性連接於第三電晶體D3的第三端和接地電壓G之間。在第2圖的實施例中，電子裝置100更包括一耦合元件140。耦合元件140電性連接於輸入端IN與功率偵測器104之間，用以將射頻訊號132耦合至功率偵測器104。在一些實施例中，耦合元件140電性耦接至接地電壓G，但本發明不限於此。功率偵測器104電性連接至偏壓電路106中第三電晶體D3的第二端。在一些實施例中，第一電晶體D1、第二電晶體D2、第三電晶體D3，和第四電晶體D4為一雙極性接面型電晶體(Bipolar Junction Transistor：BJT)，但本發明不限於此。在一些實施例中，第一電晶體D1、第二電晶體D2、第三電晶體D3，和第四電晶體D4為一NPN型雙極性接面型電晶體，但本發明不限於此。
在一些實施例中，功率偵測器104偵測射頻訊號132的輸入功率W，且依據輸入功率W對應輸出驅動電壓120至偏壓電路106中第三電晶體D3的第二端。舉例來說，當射頻訊號132的輸入功率W愈大，則功率偵測器104所輸出的驅動電壓120愈高，但本發明不限於此。第三電晶體D3依據驅動電壓120對應地從其第三端輸出驅動電流122至功率放大器102中第四電晶體D4的第二端。舉例來說，當來自功率偵測器104的驅動電壓120愈高，則第三電晶體D3的第三端輸出至第四電晶體D4的第二端的驅動電流122就愈大。在一些實施例中，第四電阻R4可調整第四電晶體D4的一啟動電壓。舉例來說，假設第三電晶體D3的第二端至第三端的順向偏壓為0.7V，且第四電晶體D4的第二端至第三端的順向偏壓為0.7V。在沒有設置第四電阻R4的情況下，驅動電壓120可能需高於1.4V才能使得第三電晶體D3開始輸出驅動電流122。相對地，在本發明的偏壓電路106中，由於第四電阻R4電性連接於接地電壓G和第三電晶體D3的第三端之間，驅動電壓120僅需高於0.7V就可使得第三電晶體D3開始輸出驅動電流122。
在第2圖的實施例中，偏壓電路106中的第一電晶體D1、第二電晶體D2、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3，和功率放大器102中的第四電晶體D4可組合成一電流鏡的結構，但本發明不限於此。第四電晶體D4依據驅動電流122，將射頻訊號132的功率從輸入功率W增加至一目標功率。在一些實施例中，第四電晶體D4是同時由來自第三電晶體D3的驅動電流122和來自第二電壓Vcc的電流所驅動。詳細來說，第四電晶體D4的第一端透過電感L1電性耦接第二電壓Vcc，第四電晶體D4的第二端電性連接第三電晶體D3的第三端和第一電阻R1，第四電晶體D4的第三端電性連接第四電阻R4和接地電壓G。電容C2電性連接於輸出端OUT和第四電晶體D4的第一端之間。電感L1電性連接於第二電壓Vcc和第四電晶體D4的第一端之間。第四電晶體D4透過輸出端OUT將放大後的射頻訊號134輸出。
在一些實施例中，第一電壓Vbias可相同或相異於第二電壓Vcc。在一些實施例中，第2圖的電子裝置100更包括電容C1。電容C1電性連接於輸入端IN和第三電晶體D3的第三端之間。在一些實施例中，電容C1是用以阻隔來自第一電壓Vbias的直流成分，用以避免第一電壓Vbias的直流成分進入輸入端IN。電容C2用以阻隔來自第二電壓Vcc的直流成分，用以避免第二電壓Vcc的直流成分進入輸出端OUT。電感L1是用以阻隔放大後的射頻訊號134，用以避免射頻訊號134干擾第二電壓Vcc。
第3圖為本發明實施例之電子裝置300中功率放大器102和偏壓電路106的詳細電路圖。如第3圖所示，偏壓電路106包括第一電晶體D1、第二電晶體D2、第三電晶體D3、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3，以及第四電阻R4。在第3圖的實施例中，第電晶體D1的第一端透過第三電阻R3電性耦接第一電壓Vbias，第一電晶體D1的第二端透過第一電阻R1電性連接至第二電晶體D2的第三端和第三電晶體D3的第一端。第一電晶體D1的第三端電性連接至接地電壓G。第二電晶體D2的第一端電性連接第一電壓Vbias，第二電晶體D2的第二端透過第二電阻R2電性耦接第一電晶體D1的第一端。第三電晶體D3的第一端電性連接第二電晶體D2的第三端，第三電晶體D3的第二端電性連接功率偵測器104，第三電晶體D3的第三端電性連接功率放大器102中第四電晶體D4的第二端。
詳細來說，第一電阻R1電性連接於第一電晶體D1的第二端和第二電晶體D2的第三端之間。另一方面，第一電阻R1也電性連接於第一電晶體D1的第二端和第三電晶體D3的第一端之間。在第3圖的電子裝置300中，由於除了電阻R1的設置是相異於第2圖的電子裝置100，電子裝置300中其餘元件的設置是相同於電子裝置100，故不再贅述。
第4圖為本發明實施例之電子裝置400中功率放大器102和偏壓電路106的詳細電路圖。如第4圖所示，偏壓電路106包括第一電晶體D1、第二電晶體D2、第三電晶體D3、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4，以及一第五電阻R5。在第4圖的實施例中，第電晶體D1的第一端透過第三電阻R3電性耦接第一電壓Vbias，第一電晶體D1的第二端透過第一電阻R1電性連接至第二電晶體D2的第三端和第三電晶體D3的第一端。第一電晶體D1的第三端電性連接至接地電壓G。第二電晶體D2的第一端電性連接第一電壓Vbias，第二電晶體D2的第二端透過第二電阻R2電性耦接第一電晶體D1的第一端。第三電晶體D3的第一端電性連接第二電晶體D2的第三端，第三電晶體D3的第二端電性連接功率偵測器104，第三電晶體D3的第三端電性連接功率放大器102中第四電晶體D4的第二端。第五電阻R5是跨接於第三電晶體D3的第一端和第三電晶體D3的第三端之間。在一些實施例中，第五電阻R5是用以防止逆向偏壓，但本發明不限於此。在第4圖的電子裝置400中，由於除了電阻R5的設置是相異於第3圖的電子裝置300，電子裝置400中其餘元件的設置是相同於電子裝置300，故不再贅述。
第5A圖為先前技術中功率放大器的功率轉換效率對輸出功率的曲線圖。第5A圖的橫軸為輸出功率(dBm)，縱軸為功率轉換效率(PAE)(%)。先前技術中的功率放大器缺少本發明第1圖電子裝置100中的功率偵測器104，以及其偏壓電路是相異於本發明的偏壓電路106。在一些實施例中，功率轉換效率相等於射頻訊號輸出功率與消耗的直流功率之比，亦即PAE=(Pout-Pin)/Pdc。PAE為功率轉換效率，Pout為射頻訊號輸出功率，Pin為射頻訊號輸入功率，以及Pdc為所消耗的直流功率。如第5A圖所示，參照第5A圖中的點A，當先前技術中功率放大器的輸出功率為28dBm時，先前技術中功率放大器的功率轉換效率為25%。
第5B圖為本發明實施例之電子裝置100中功率放大器102的功率轉換效率對輸出功率的曲線圖。第5B圖的橫軸為輸出功率(dBm)，縱軸為功率轉換效率(PAE)(%)。如第5B圖所示，參照第5B圖中的點B，當電子裝置100中功率放大器102的輸出功率為28dBm時，藉由偏壓電路106的設置，本發明功率放大器102的功率轉換效率提高為35%。換句話說，在相同的射頻訊號輸出功率的情況下，與先前技術中的功率放大器相比，本發明電子裝置100中的功率放大器102可增加10%的功率轉換效率，而達到有效省電的目的。
除非另外定義，在此使用的全部用語(包含技術及科學用語)具有與本發明所屬技術領域的技術人員通常理解的相同涵義。能理解的是，這些用語例如在通常使用的字典中定義用語，應被解讀成具有與相關技術及本揭露的背景或上下文一致的意思，而不應以一理想化或過度正式的方式解讀，除非在本揭露實施例有特別定義。
100:電子裝置 102:功率放大器 104:功率偵測器 106:偏壓電路 108:驅動放大器 110:偏壓電路 112:驅動電流 120:驅動電壓 122:驅動電流 130,132,134:射頻訊號 RFIN,IN:輸入端 OUT:輸出端 W:輸入功率 D1:第一電晶體 D2:第二電晶體 D3:第三電晶體 D4:第四電晶體 R1:第一電阻 R2:第二電阻 R3:第三電阻 R4:第四電阻 R5:第五電阻 C1,C2:電容 L1:電感 140:耦合元件 Vbias:第一電壓 Vcc:第二電壓 G:接地電壓 A,B:點 300:電子裝置 400:電子裝置
第1圖為本發明實施例之電子裝置100的示意圖。 第2圖為本發明實施例之電子裝置100中功率放大器102和偏壓電路106的詳細電路圖。 第3圖為本發明實施例之電子裝置300中功率放大器102和偏壓電路106的詳細電路圖。 第4圖為本發明實施例之電子裝置400中功率放大器102和偏壓電路106的詳細電路圖。 第5A圖為先前技術中功率放大器的功率轉換效率對輸出功率的曲線圖。 第5B圖為本發明實施例之電子裝置100中功率放大器102的功率轉換效率對輸出功率的曲線圖。
100:電子裝置
102:功率放大器
104:功率偵測器
106:偏壓電路
108:驅動放大器
110:偏壓電路
112:驅動電流
120:驅動電壓
122:驅動電流
130,132,134:射頻訊號
RFIN,IN:輸入端
OUT:輸出端
W:輸入功率

Claims (14)

  1. 一種電子裝置，包括： 一驅動放大器，用以輸出一射頻訊號； 一功率放大器，電性連接該驅動放大器，包括一輸入端，用以透過該輸入端接收該射頻訊號，且將該射頻訊號放大； 一功率偵測器，電性耦接該輸入端，用以偵測該射頻訊號的一輸入功率，且依據該輸入功率對應輸出一驅動電壓； 一偏壓電路，電性連接該功率放大器和該功率偵測器，用以依據該驅動電壓向該功率放大器輸出一第一驅動電流； 其中，該功率放大器依據該第一驅動電流，將該射頻訊號的功率從該輸入功率增加至一目標功率； 其中，該偏壓電路包括： 一第一電晶體，其第一端電性耦接一第一電壓，其第二端電性耦接至該功率放大器，以及其第三端電性連接至一接地電壓； 一第二電晶體，其第一端電性連接該第一電壓，其第二端電性耦接該第一電晶體的該第一端；以及 一第三電晶體，其第一端電性連接該第二電晶體的該第三端，其第二端電性連接該功率偵測器，其第三端電性連接該功率放大器。
  2. 如請求項1之電子裝置，其中，該偏壓電路包括： 一第一電阻，電性連接於該第一電晶體的第二端和該功率放大器之間； 一第二電阻，電性連接於該第二電晶體的該第二端和該第一電晶體的該第一端之間； 一第三電阻，電性連接於該第一電晶體的該第一端和該第一電壓之間；以及 一第四電阻，電性連接於該第三電晶體的該第三端和該接地電壓之間。
  3. 如請求項2之電子裝置，其中，該功率放大器包括： 一第四電晶體，其第一端電性耦接一第二電壓，其第二端電性連接該第三電晶體的該第三端和該第一電阻，其第三端電性連接該第四電阻和該接地電壓。
  4. 如請求項3之電子裝置，更包括： 一第一電容，電性連接於該輸入端和該第三電晶體的該第三端之間。
  5. 如請求項3之電子裝置，其中，該功率放大器包括： 一第二電容，電性連接於一輸出端和該第四電晶體的該第一端之間；以及 一第一電感，電性連接於該第二電壓和該第四電晶體的該第一端之間。
  6. 如請求項1之電子裝置，更包括： 一耦合元件，電性連接於該輸入端與該功率偵測器之間，用以將該射頻訊號耦合至該功率偵測器。
  7. 如請求項1之電子裝置，更包括： 一第二偏壓電路，電性連接該驅動放大器，用以向該驅動放大器輸出一第二驅動電流； 其中，該第二驅動電流小於該第一驅動電流。
  8. 如請求項3之電子裝置，其中，該第三電晶體依據來自該功率偵測器的該驅動電壓，向該第四電晶體輸出該第一驅動電流。
  9. 如請求項3之電子裝置，其中，該第四電阻用以調整第四電晶體的一啟動電壓。
  10. 如請求項3之電子裝置，其中，該第一電晶體、該第二電晶體、該第四電晶體、該第一電阻、該第二電阻，和該第三電阻組合成一電流鏡的結構。
  11. 如請求項3之電子裝置，其中，該第一電晶體、該第二電晶體、該第三電晶體，和該第四電晶體為一雙極性接面型電晶體(Bipolar Junction Transistor：BJT)。
  12. 如請求項11之電子裝置，其中，該第一電晶體、該第二電晶體、該第三電晶體，和該第四電晶體為一NPN型雙極性接面型電晶體。
  13. 如請求項3之電子裝置，其中，該第一電壓相同或相異於該第二電壓。
  14. 如請求項1之電子裝置，其中，該驅動放大器將該射頻訊號的功率從一初始功率放大至該輸入功率。
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