專利名稱：功率放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種功率放大器，且特別涉及一種增加線性度的功率放大器。
背景技術(shù)：
在通信系統(tǒng)中，由于調(diào)變信號的方式不同，因此所需要的功率發(fā)射器的規(guī)格亦不相同。近年來，無線通信網(wǎng)路，例如符合IEEE802. lla/b/g規(guī)格的通信網(wǎng)路，其所使用的正交頻分復(fù)用(Orthogonalfrequency-division multiplexing, OFDM)調(diào)變信號類似于調(diào)幅 (Amplitude Modulation, AM)的調(diào)變方式，故其需要高線性度的功率放大器。一般而言，高線性度的功率放大器均是以A類(ClassA)或AB類(Class AB)偏壓方式來提高線性度的， 但其功率效益(efficiency)卻會較差。然而，為了提高通信質(zhì)量，進一步地提高功率放大器的線性度是有必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于提供一種具有高線性度的功率放大器。本發(fā)明的目的之一另在于提供一種具有大頻寬動態(tài)偏壓網(wǎng)絡(luò)的功率放大器。本發(fā)明提供一種功率放大器，包括一負載電路、一第一級放大電路、一模擬前置失真器、一負載電路、及一第二級放大電路。第一級放大電路耦接負載電路以接收一第一信號，并據(jù)以輸出一第二信號。模擬前置失真器耦接第一級放大電路，偵測第二信號的波包， 并根據(jù)該波包產(chǎn)生一第三信號。第二級放大電路耦接第一級放大電路，用以接收第二信號。 負載電路偏壓于第三信號，且第一級放大電路的增益與第三信號相關(guān)。本發(fā)明提供另一種功率放大器，包括一第一級放大電路、一波包偵測器、一第二級放大電路、及一轉(zhuǎn)換器。第一級放大電路接收一第一信號并據(jù)以輸出一第二信號。波包偵測器用以偵測第二信號的波包，并將第二信號的波包作為一第三信號輸出。轉(zhuǎn)換器的一次側(cè)耦接第一級放大電路，其二次側(cè)耦接第二級放大電路，且轉(zhuǎn)換器的二次側(cè)偏壓于第三信號。 其中，第二級放大電路的增益與第三信號相關(guān)。為讓本發(fā)明的上述內(nèi)容能更明顯易懂，下文特舉優(yōu)選實施例，并配合所附圖式，作詳細說明如下


圖1示出根據(jù)本發(fā)明一第一實施例的功率放大器的電路圖；圖2示出圖1的第一級放大電路、第二級放大電路、與功率放大器在不同輸入功率 Pin下的增益G曲線圖；圖3示出模擬前置失真器的一實例的示意圖；圖4示出第二信號S2、波包偵測器的輸出信號S2’、和第三信號S3的一實例的波形圖；圖5示出根據(jù)本發(fā)明一第二實施例的功率放大器的電路圖；以及
圖6是示出本發(fā)明一第=三實施例的功率放大器的電路圖。
主要元件符號說明
100功率放大器102第一級放大電路
104模擬前置失真器106負載電路
108第二級放大電路110匹配電路
202曲線204曲線
206曲線302波包偵測器
304波形整型電路500功率放大器
502第一級放大電路504波包偵測器
508第二級放大電路510轉(zhuǎn)換器
600功率放大器602第一級放大電路
608第二級放大電路610轉(zhuǎn)換器
具體實施例方式第一實施例請參照圖1，其示出根據(jù)本發(fā)明一第一實施例的功率放大器的電路圖。功率放大器100包括一第一級放大電路102、一模擬前置失真器(Analog I^re-distorter) 104、一負載電路106、及一第二級放大電路108。第一級放大電路102耦接負載電路106的兩端，接
收一第一信號Si，并據(jù)以輸出一第二信號S2。模擬前置失真器104耦接第一級放大電路102，偵測第二信號S2的波包 (envelope)，并根據(jù)第二信號S2的波包輸出一第三信號S3。負載電路106耦接第一級放大電路102，其節(jié)點m偏壓于第三信號S3，使得第一級放大電路102的增益(gain)與第三信號S3相關(guān)。而第二級放大電路108耦接第一級放大電路102，接收第二信號S2，據(jù)以產(chǎn)生輸出信號Output。針對圖1的功率放大器作更進一步地說明如下。請參照圖2，其示出圖1的第一級放大電路102、第二級放大電路108、以及功率放大器100在不同輸入功率Pin下的增益G 曲線圖。曲線202、204及206分別代表第二級放大電路108、第一級放大電路102、以及功率放大器100在不同輸入功率下的增益。由于第二級放大電路108通常作為最后一級的放大器，其所要提供給下級電路的功率通常是最大的，其輸出信號的擺幅(swing)通常也是最大的，故最容易有失真(Distortion)的情形產(chǎn)生。舉例來說，由曲線202可知，當(dāng)輸入至第二級放大電路108的功率大于一特定值 Pl之后，由于輸出電壓的最大值會受到直流供應(yīng)電壓的限制，使得第二級放大電路108的增益會逐漸減少。而當(dāng)輸入至第二級放大電路108的功率大于一特定值P2之后，第二級放大電路108的輸出功率會達到飽和，而使得第二級放大電路108的增益更為下降。如此，如果只使用第二級放大電路108作為功率放大器的話，其線性區(qū)將僅止于特定值Pl以下的范圍。本實施例通過使用可動態(tài)調(diào)整增益的第一級放大電路102，來對第二級放大電路 108所減少的增益進行補償，以使整個功率放大器100的整體增益能維持一定，以提高功率放大器100的線性度。例如，如圖2的曲線204所示，當(dāng)輸入至第一級放大電路102的功率大于特定值Pl之后，第二級放大電路108的增益會逐漸減少，但第一級放大電路102的增益卻逐漸增加。如此，功率放大器100的整體增益維持于固定值的范圍將會提高，因而提高整個功率放大器100的線性度，如圖2的曲線206所示，功率放大器100的整體增益在輸入功率大于特定值P2以前均維持于固定值，換言之，其維持穩(wěn)定增益的功率范圍大于第二級放大電路108。為達上述效果，本發(fā)明提供一種改變第一級放大電路102的偏壓以調(diào)整其增益的方式來實現(xiàn)。在本實施例中，第一級放大電路102由多個金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管 (MOSFET)構(gòu)成，本實施例以晶體管Ql與Q2的柵極作為輸入端為例做說明。圖1中標示以 “a”的兩處是同一節(jié)點，標示以“b”的兩處亦是同一節(jié)點。由于負載電路106偏壓于第三信號S3，如前所述，晶體管Ql與Q2的柵極的直流偏壓與第三信號S3相關(guān)，使得第一級放大電路102的增益與第三信號S3相關(guān)。負載電路106可包括電阻元件或電感元件，本實施例以由電阻Rl、R2及電容組成的負載電路106做說明。電阻元件Rl與R2串聯(lián)，并且分別連接于晶體管Ql及Q2的兩個柵極之間。第三信號S3輸入至電阻Rl與R2之間的節(jié)點m。當(dāng)?shù)谌盘朣3的電壓大小改變時，晶體管Ql與Q2的柵極的直流偏壓亦會隨之改變，以改變晶體管Ql與Q2的跨導(dǎo)(transconductance) gm,因此，第一級放大電路102的增益亦將隨之改變。在本實施例中，晶體管功率放大器100還包含一匹配電路110，匹配電路110同時具有低通濾波的功能，配置于第一級放大電路102與第二級放大電路108之間。匹配電路 110包含兩個由直流電壓VDD偏壓的電感、兩個由直流電壓Vb偏壓的電阻、以及分別置于一個電阻與一個電感之間的兩個電容。第二級放大電路108亦包含多個MOSFET Q5 Q8，本實施例以晶體管Q5與Q6的柵極作為接收端，以接收經(jīng)由匹配電路110傳送而來的第二信號S2。請參照圖3，其是模擬前置失真器104的一實例的示意圖。模擬前置失真器104 包括一波包偵測器(Envelope Detector) 302和一波形整型電路(Waveform Shaping Circuit) 304o請同時參照圖4的信號S2、S2’與信號S3的波形圖。波包偵測器302偵測第二信號S2的波包，并根據(jù)第二信號S2的波包產(chǎn)生波包信號S2’。波形整型電路304接收波包信號S2’，并將大于臨界電壓Vth的第二信號S2的波包作為第三信號S3輸出，亦即是擷取波包信號S2’中大于臨界電壓Vth的部分作為第三信號S3輸出。其中，臨界電壓Vth 與圖2所示的特定值Pl相關(guān)。優(yōu)選地，以特定值Pl所對應(yīng)的電壓值作為臨界電壓Vth。在本實施例中，波形整型電路304是以二極管實現(xiàn)的。波形整型電路304所包含的二極管的導(dǎo)通電壓(cut-in voltage or diodeforward voltage drop)及所需的二極管個數(shù)，可依照臨界電壓Vth來決定。如此，當(dāng)輸出信號S2’的電壓小于此至少一二極管的整體導(dǎo)通電壓時，電流不會流過此至少一二極管，以使第三信號S3維持在一固定位準。此時， 晶體管Ql與Q2的柵極的直流偏壓將維持在固定位準，使第一級放大電路102的增益維持固定。而當(dāng)輸出信號S2’的電壓大于此至少一二極管的整體導(dǎo)通電壓時，電流會流過此至少一二極管，以使第三信號S3隨著波包信號S2’變化。此時，晶體管Ql與Q2的柵極的直流偏壓將隨著第三信號S3變化，使第一級放大電路102的增益亦隨著第三信號S3而增加， 來使功率放大器100的整體增益維持于固定值的范圍提高，以增加功率放大器100的線性度。
上述實施例僅作為一個示范例的說明，并非用以限制本發(fā)明。有些用以實現(xiàn)功率放大器的細節(jié)，此領(lǐng)域的通常知識者當(dāng)可知曉，在此不再特別說明之。第一級放大電路102 及第二級放大電路108亦可由其它類型的放大電路來實現(xiàn)，只要通過動態(tài)調(diào)整第一級放大電路102的偏壓來動態(tài)調(diào)整其增益即可，并不限于圖1所示的。第二實施例除了第一實施例所揭露的功率放大器之外，為了使功率放大器的線性度提高，亦可通過改變第二級放大電路的增益來實現(xiàn)。在一種具有動態(tài)偏壓電路的功率放大器中，一波包偵測器接收第一級放大電路的輸出信號，并對應(yīng)地產(chǎn)生輸出信號的封包信號。一匹配電路偏壓于封包信號，使得第二級放大電路的輸入端的偏壓隨著封包信號改變，以動態(tài)地調(diào)整第二級放大電路的增益。然而，由于此匹配電路具有多個電容及電阻，因而使得輸入至第二級放大電路的輸入端的信號產(chǎn)生延遲和衰減的現(xiàn)象。這樣一來，第二級放大電路的增益無法隨著封包信號快速地動態(tài)調(diào)整，而使得功率放大器的線性度受到影響。為了減少電容電阻的影響，本實施例提供以轉(zhuǎn)換器替代由多個電容及電阻組成的匹配電路的作法。請參照圖5，其示出根據(jù)本發(fā)明一第二實施例的功率放大器的電路圖。功率放大器500包括一第一級放大電路502、一波包偵測器504、一第二級放大電路508、及一轉(zhuǎn)換器 510。第一級放大電路502接收一第一信號Si”并據(jù)以輸出一第二信號S2”。波包偵測器 504用以偵測第二信號S2”的波包，并將第二信號S2”的波包作為一第三信號S3”輸出。轉(zhuǎn)換器510的一次側(cè)(primary side，初級側(cè))耦接第一級放大電路502，轉(zhuǎn)換器510的二次側(cè)(secondary side，次級側(cè))耦接第二級放大電路508。轉(zhuǎn)換器510的二次側(cè)偏壓于第三信號S3”。第二級放大電路508的增益與第三信號S3”相關(guān)。其中，第二級放大電路508包括多個金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)。 至少一輸入端是這些晶體管中的至少一個的柵極，例如是晶體管Q9與QlO的柵極。晶體管 Q9與QlO的柵極的直流偏壓與第三信號S3”相關(guān)，使得第二級放大電路508的增益與第三信號S3”相關(guān)。由于轉(zhuǎn)換器的等效電容值與等效電阻值很小，其所對應(yīng)的RC常數(shù)夠小。如此，當(dāng)?shù)谌盘朣3”的電壓改變時，晶體管Q9與QlO的柵極亦會快速地隨之改變，而不會有延遲及失真的情形。如此，便能達到快速地動態(tài)調(diào)整第二級放大電路508的增益的目的，而使得功率放大器500的線性度可以有效地提升，以增加通信的質(zhì)量。第三實施例轉(zhuǎn)換器510亦可應(yīng)用于圖1的功率放大器100中，如圖6所示，其中圖6是示出本發(fā)明一第三實施例的功率放大器600的電路圖。轉(zhuǎn)換器610的一次側(cè)耦接第一級放大電路 602，其二次側(cè)耦接第二級放大電路608。類似地，第三實施例除了具有第一實施例的優(yōu)點之外，還可達到快速操作的功效。綜上所述，雖然本發(fā)明已以優(yōu)選實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動與潤飾。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)以所附的權(quán)利要求書所界定的范圍為準。
權(quán)利要求
1.一種功率放大器，包括 一負載電路；一第一級放大電路，耦接所述負載電路以接收一第一信號，并據(jù)以輸出一第二信號； 一模擬前置失真器，耦接所述第一級放大電路，偵測所述第二信號的波包，并根據(jù)所述波包產(chǎn)生一第三信號；以及一第二級放大電路，耦接所述第一級放大電路，用以接收所述第二信號； 其中，所述負載電路偏壓于所述第三信號，且所述第一級放大電路的增益與所述第三信號相關(guān)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率放大器，其中，所述模擬前置失真器還包括 一波包偵測器，偵測所述第二信號的波包以產(chǎn)生一波包信號；以及一波形整型電路，擷取所述波包信號中大于一臨界電壓的部分作為所述第三信號輸出ο
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率放大器，其中，所述波形整型電路包括一二極管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率放大器，其中，所述第一級放大電路包括多個金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，所述至少一輸入端是所述多個金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管中的至少一個的柵極，所述負載電路具有至少一電阻元件或電感元件，所述至少一輸入端的直流偏壓與所述第三信號相關(guān)，使得所述第一級放大電路的增益與所述第三信號相關(guān)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率放大器，其中，當(dāng)輸入至所述第二級放大電路的功率大于一特定值之后，所述第二級放大電路的增益逐漸減少，而當(dāng)輸入至所述第一級放大電路的功率大于所述特定值之后，所述第一級放大電路的增益逐漸增加。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的功率放大器，其中，所述臨界電壓與所述特定值相關(guān)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率放大器，還包含一匹配電路，所述匹配電路配置于所述第一級放大電路與所述第二級放大電路之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率放大器，還包含一轉(zhuǎn)換器，其一次側(cè)耦接所述第一級放大電路，其二次側(cè)耦接所述第二級放大電路。
9.一種功率放大器，包括一第一級放大電路，接收一第一信號并據(jù)以輸出一第二信號； 一波包偵測器，用以偵測所述第二信號的波包，并將所述第二信號的波包作為一第三信號輸出；一第二級放大電路；以及一轉(zhuǎn)換器，其一次側(cè)耦接所述第一級放大電路，其二次側(cè)耦接所述第二級放大電路，且所述轉(zhuǎn)換器的二次側(cè)偏壓于所述第三信號；其中，所述第二級放大電路的增益與所述第三信號相關(guān)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的功率放大器，其中，所述第二級放大電路包括多個金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，所述至少一輸入端是所述多個金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管中的至少一個的柵極，所述至少一輸入端的直流偏壓與所述第三信號相關(guān)，使得所述第二級放大電路的增益與所述第三信號相關(guān)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種功率放大器，其包括一負載電路、一第一級放大電路、一模擬前置失真器、及一第二級放大電路。第一級放大電路耦接負載電路以接收一第一信號，并據(jù)以輸出一第二信號。模擬前置失真器耦接第一級放大電路，偵測第二信號的波包，并根據(jù)該波包產(chǎn)生一第三信號。第二級放大電路耦接第一級放大電路，用以接收第二信號。負載電路偏壓于第三信號，且第一級放大電路的增益與第三信號相關(guān)。
文檔編號H03F1/32GK102332870SQ201010229628
公開日2012年1月25日 申請日期2010年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月13日
發(fā)明者王柏之 申請人:瑞昱半導(dǎo)體股份有限公司