電子系統(tǒng)、射頻功率放大器及其輸出功率補(bǔ)償方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電子系統(tǒng)、射頻功率放大器及其輸出功率補(bǔ)償方法，射頻功率放大器包括輸出級(jí)電路、指數(shù)型偏壓電路與電壓電流轉(zhuǎn)換電路。輸出級(jí)電路接收第一系統(tǒng)電壓且輸出一輸出電流。指數(shù)型偏壓電路接收偏壓電流，其中偏壓電流與輸出電流之間為指數(shù)關(guān)系，并且當(dāng)偏壓電流為零電流時(shí)，則輸出電流為零電流。電壓電流轉(zhuǎn)換電路將所接收的第一系統(tǒng)電壓轉(zhuǎn)換為第二電流以使偏壓電流正比于第一系統(tǒng)電壓，進(jìn)而使得輸出電流與第一系統(tǒng)電壓之間為指數(shù)關(guān)系。偏壓電流等于第一電流與第二電流總和的倍數(shù)。
【專利說明】電子系統(tǒng)、射頻功率放大器及其輸出功率補(bǔ)償方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明有關(guān)于一種射頻功率放大器，且特別是關(guān)于一種利用輸出電流來補(bǔ)償輸出功率的射頻功率放大器。
【背景技術(shù)】
[0002]在新一代的手機(jī)設(shè)計(jì)概念中，不僅要求最大輸出功率時(shí)的功率附加效率(PowerAdded Efficiency,PAE)，同時(shí)更強(qiáng)調(diào)無論在高、中或低輸出功率時(shí)也能有較高的PAE，以提供更長(zhǎng)的通話時(shí)間。經(jīng)適當(dāng)調(diào)整功率放大器(PowerAmplifier, PA)的增益、輸出功率能力及前級(jí)PA的線性度等，不僅能夠降低平均消耗電流外，同時(shí)可以延長(zhǎng)通話時(shí)間。在現(xiàn)有技術(shù)中，PA在使用直流至直流轉(zhuǎn)換器(DC-to-DC converter)后，PA不只在高輸出功率時(shí)其電流消耗較低，同時(shí)在中、低輸出功率時(shí)的電流消耗也一樣降低，以提高整段輸出功率的PAE。
[0003]傳統(tǒng)應(yīng)用于3G/4G無線系統(tǒng)中的切換式功率放大器(Switch Mode PowerAmplifier)架構(gòu)雖提供不錯(cuò)的使用效率。然而，面對(duì)消費(fèi)者希望能有更長(zhǎng)的通話時(shí)間需求，特別是希望在中、低輸出功率模式下也能達(dá)到比傳統(tǒng)切換式PA較高效率及低電流耗特性，可能成為一個(gè)待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種射頻功率放大器，射頻功率放大器包括輸出級(jí)電路、指數(shù)型偏壓電路與電壓電流轉(zhuǎn)換電路。輸出級(jí)電路接收第一系統(tǒng)電壓并且輸出一輸出電流。指數(shù)型偏壓電路耦接至輸出級(jí)電路，所述指數(shù)型偏壓電路通過耦接第二系統(tǒng)電壓以接收偏壓電流，其中偏壓電流與輸出電流之間為指數(shù)關(guān)系，并且當(dāng)偏壓電流為零電流時(shí)，則輸出電流為零電流。電壓電流轉(zhuǎn)換電路耦接指數(shù)型偏壓電路以接收第一電流，并且電壓電流轉(zhuǎn)換電路將所接收的第一系統(tǒng)電壓轉(zhuǎn)換為第二電流以使得輸出電流與第一系統(tǒng)電壓之間為指數(shù)關(guān)系。偏壓電流等于第一電流與第二電流總和的倍數(shù)。
[0005]在一實(shí)施例中，其中電壓電流轉(zhuǎn)換電路根據(jù)正溫度系數(shù)的第一電流與負(fù)溫度系數(shù)的第二電流傳送正溫度系數(shù)的第三電流至指數(shù)型偏壓電路，藉此使得偏壓電流與輸出電流等于或接近零溫度系數(shù)的電流。
[0006]在一實(shí)施例中，輸出級(jí)電路包括輸出晶體管。
[0007]在一實(shí)施例中，當(dāng)指數(shù)型偏壓電路中的第四電流等于第五電流，則偏壓電流相對(duì)于輸出電流呈現(xiàn)指數(shù)關(guān)系，并且當(dāng)偏壓電流遞增時(shí)，則輸出電流指數(shù)型上升。
[0008]在一實(shí)施例中，電壓電流轉(zhuǎn)換電路中的第五晶體管與第六晶體管構(gòu)成第二電流鏡，并且輸出電流相對(duì)于第一系統(tǒng)電壓呈現(xiàn)指數(shù)關(guān)系，當(dāng)?shù)谝幌到y(tǒng)電壓遞增時(shí)，則輸出電流指數(shù)型上升，藉此以補(bǔ)償輸出晶體管的輸出功率。
[0009]本發(fā)明實(shí)施例提出的電子系統(tǒng)、射頻功率放大器及其輸出功率補(bǔ)償方法，通過輸出電流相對(duì)于第一系統(tǒng)電壓的指數(shù)關(guān)系，使得當(dāng)?shù)谝幌到y(tǒng)電壓在適當(dāng)范圍變化下，能夠通過輸出電流的指數(shù)型上升的特性來補(bǔ)償輸出功率的動(dòng)態(tài)范圍。再者，本揭示內(nèi)容的射頻功率放大器在低輸出功率下能夠達(dá)到較佳的附加功率效率且達(dá)到低流耗的省電功能，符合消費(fèi)者希望有更長(zhǎng)的通話時(shí)間的需求。
[0010]為使能更進(jìn)一步了解本發(fā)明的特征及技術(shù)內(nèi)容，請(qǐng)參閱以下有關(guān)本發(fā)明的詳細(xì)說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅用來說明本發(fā)明，而非對(duì)本發(fā)明的權(quán)利要求范圍作任何的限制。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]上文已參考隨附圖式來詳細(xì)地說明本發(fā)明的具體實(shí)施例，藉此可對(duì)本發(fā)明更為明白，在該多個(gè)圖式中:
[0012]圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的射頻功率放大器的電路區(qū)塊圖。
[0013]圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的射頻功率放大器的具體電路圖。
[0014]圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的輸出電流與偏壓電流關(guān)系的模擬曲線圖。
[0015]圖4為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的第一系統(tǒng)電壓與輸出電流關(guān)系的模擬曲線圖。
[0016]圖5為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的第一系統(tǒng)電壓與輸出功率關(guān)系的模擬曲線圖。
[0017]圖6為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電子系統(tǒng)的區(qū)塊圖。
[0018]圖7為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的輸出功率補(bǔ)償方法的流程圖。
[0019]其中，附圖標(biāo)記說明如下:
[0020]100,200:射頻功率放大器
[0021]110:輸出級(jí)電路
[0022]120:指數(shù)型偏壓電路
[0023]130:電壓電流轉(zhuǎn)換電路
[0024]600:電子系統(tǒng)
[0025]610:射頻功率放大器
[0026]620:負(fù)載
[0027]Cl:第一電容
[0028]C2:第二電容
[0029]GND:接地電壓
[0030]Il:第一電流
[0031]12:第二電流
[0032]13:第三電流
[0033]14:第四電流
[0034]15:第五電流
[0035]IOUT:輸出電流
[0036]IBA:偏壓電流
[0037]L:電感
[0038]Ml:輸出晶體管
[0039]nl、n2:節(jié)點(diǎn)
[0040]Ql?Q6:晶體管
[0041]Rl ?R4:電阻[0042]RFIN:射頻輸入信號(hào)
[0043]RFOUT:射頻輸出信號(hào)
[0044]S710 ?S740:步驟
[0045]VB:偏壓
[0046]VBEMl:基射極電壓
[0047]VBEl:基射極電壓
[0048]VBE2:基射極電壓
[0049]VBE3:基射極電壓
[0050]VBE6:基射極電壓
[0051]VCC:第一系統(tǒng)電壓
[0052]VSS:第二系統(tǒng)電壓
【具體實(shí)施方式】
[0053]下文將參看圖式描述各種例示性實(shí)施例，本發(fā)明概念可能以不同形式來體現(xiàn)，不應(yīng)解釋為限于本文中所闡述的例示性實(shí)施例。
[0054]請(qǐng)參照?qǐng)D1，圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的射頻功率放大器的電路區(qū)塊圖。射頻功率放大器100包括輸出級(jí)電路110、指數(shù)型偏壓電路120與電壓電流轉(zhuǎn)換電路130。輸出級(jí)電路110耦接指數(shù)型偏壓電路120。指數(shù)型偏壓電路120耦接于電壓電流轉(zhuǎn)換電路130之間。電壓電流轉(zhuǎn)換電路130耦接輸出級(jí)電路110且接收第一系統(tǒng)電壓VCC。
[0055]輸出級(jí)電路110接收第一系統(tǒng)電壓VCC并且輸出一輸出電流。指數(shù)型偏壓電路120通過耦接至第二系統(tǒng)電壓VSS以接收偏壓電流IBA并且指數(shù)型偏壓電路120提供一偏壓VB至輸出級(jí)電路110，其中當(dāng)偏壓電流IBA為零電流時(shí)，則輸出電流為零電流。電壓電流轉(zhuǎn)換電路130接收第一電流II，其中第一電流Il為從指數(shù)型偏壓電路120反饋至電壓電流轉(zhuǎn)換電路130。電壓電流轉(zhuǎn)換電路130將所接收的第一系統(tǒng)電壓VCC轉(zhuǎn)換為第二電流12以使偏壓電流IBA正比于第一系統(tǒng)電壓VCC，進(jìn)而使得輸出電流與第一系統(tǒng)電壓VCC之間為指數(shù)關(guān)系來補(bǔ)償輸出功率的動(dòng)態(tài)范圍。偏壓電流IBA等于第一電流Il與第二電流12總和的倍數(shù)，使設(shè)計(jì)者能夠根據(jù)其實(shí)際應(yīng)用需求來進(jìn)一步設(shè)計(jì)。
[0056]此外，第一電流Il為正溫度系數(shù)且第二電流12為負(fù)溫度系數(shù)，而電壓電流轉(zhuǎn)換電路13根據(jù)第一電流Il與第二電流12傳送正溫度系數(shù)的第三電流13至指數(shù)型偏壓電路120，藉此使得偏壓電流IBA與輸出電流等于或接近零溫度系數(shù)的電流。
[0057]進(jìn)一步說明射頻功率放大器100的工作原理。
[0058]本揭示內(nèi)容所述的正溫度系數(shù)表示其物理量(如電壓值、電流值或電阻值)與溫度之間成正比關(guān)系，負(fù)溫度系數(shù)表示其物理量與溫度之間成反比關(guān)系，零溫度系數(shù)表示其物理量(如電壓值、電流值或電阻值)與溫度之間相互獨(dú)立，也就是當(dāng)溫度上升或下降時(shí)，其物理量并不會(huì)隨著溫度而上升或下降。
[0059]請(qǐng)繼續(xù)參照?qǐng)D1，在本實(shí)施例中，射頻功率放大器100使用一個(gè)對(duì)溫度相對(duì)穩(wěn)定的直流至直流轉(zhuǎn)換器(圖1未繪示)來提供第一系統(tǒng)電壓VCC，能夠使射頻功率放大器100的輸出功率范圍都保持一致的高效率與低電流消耗。由方程式(I)可推知，如果第一系統(tǒng)電壓VCC操作于0.5?3.5V的區(qū)間時(shí)，則第一系統(tǒng)電壓VCC能夠輸出功率的動(dòng)態(tài)范圍貢獻(xiàn)約8dB。其中P為輸出功率,I為輸出電流且V為第一系統(tǒng)電壓。由于應(yīng)用于第三代(3G)/第四代(4G)無線系統(tǒng)的射頻功率放大器的標(biāo)準(zhǔn)都要求射頻功率放大器100的輸出功率須具有30dB的動(dòng)態(tài)范圍。但是，如果要僅通過第一系統(tǒng)電壓VCC來對(duì)輸出功率的動(dòng)態(tài)范圍提供至約30dB左右，不僅不切實(shí)際而且不符合當(dāng)今對(duì)系統(tǒng)電壓的操作區(qū)間的要求。
[0060]P=IXV(I)
[0061]因此，本發(fā)明利用可調(diào)適的輸出電流來提供輸出功率的另一部份所需的動(dòng)態(tài)范圍。通過將第一系統(tǒng)電壓VCC反饋至電壓電流轉(zhuǎn)換電路130，以使輸出電流相對(duì)于第一系統(tǒng)電壓VCC呈現(xiàn)指數(shù)關(guān)系，因此可以使第一系統(tǒng)電壓VCC維持在合理操作區(qū)間，并且當(dāng)?shù)谝幌到y(tǒng)電壓VCC遞增的情況下，射頻功率放大器100更能夠使得輸出電流呈現(xiàn)指數(shù)型上升的特性，以提供動(dòng)態(tài)范圍的貢獻(xiàn)。其中，指數(shù)型偏壓電路120通過耦接第二系統(tǒng)電壓VSS以接收偏壓電流IBA，并且指數(shù)型偏壓電路120提供一偏壓VB至輸出級(jí)電路110，據(jù)此使得偏壓電流IBA與輸出級(jí)電路110的輸出電流之間具有一指數(shù)關(guān)系。另，當(dāng)偏壓電流IBA為零電流時(shí)，則射頻功率放大器100的輸出電流會(huì)為零電流，以降低射頻功率放大器100的功率耗損。
[0062]請(qǐng)參照?qǐng)D2，圖2為本發(fā)明另一實(shí)施例的電路圖。與上述圖1實(shí)施例不同的是，在本實(shí)施例中，輸出級(jí)電路110包括輸出晶體管Ml。指數(shù)型偏壓電路120包括第一電阻R1、第一晶體管Q1、第二晶體管Q2、第二電阻R2、第三晶體管Q3、第四晶體管Q4與第五晶體管Q5。電壓電流轉(zhuǎn)換電路130包括第三電阻R3，第四電阻R4與第六晶體管Q6。
[0063]輸出晶體管Ml的集極與射極分別接收第一系統(tǒng)電壓VCC與接地電壓GND,并且其基極接收指數(shù)型偏壓電路120所提供的一偏壓VB以接收一偏壓輸入電流(亦即基極電流)。第一電阻Rl的一 端耦接第二系統(tǒng)電壓VSS。第一晶體管Ql的集極與基極分別耦接第二系統(tǒng)電壓VSS與第一電阻Rl的另一端。第二晶體管Q2的集極、基極與射極分別耦接第二系統(tǒng)電壓VSS、第一晶體管Ql的基極與輸出晶體管Ml的基極，其中第二晶體管Q2的集極接收第四電流14且其射極提供偏壓VB至輸出晶體管Ml的基極。第二電阻R2的一端耦接第一晶體管Ql的射極，其中偏壓電流IBA為流經(jīng)第二電阻R2。第三晶體管Q3的集極、基極與射極分別耦接第一電阻Rl的另一端、第二電阻R2的另一端與接地電壓GND，其中第三晶體管Q3的集極接收第五電流15。第四晶體管Q4的集極、基極與射極分別耦接輸出晶體管Ml的基極、第二電阻R2的另一端與接地電壓GND，其中第三晶體管Q3與第四晶體管Q4構(gòu)成第一電流鏡。第五晶體管Q5的集極分別耦接第二電阻R2的另一端，且其基極耦接電流電壓轉(zhuǎn)換電路130以接收第三電流13，其中第三電流13為自第六晶體管Q6的集極流至第五晶體管Q5的基極并且第三電流13為正溫度系數(shù)的電流。第三電阻R3的一端耦接第一系統(tǒng)電壓VCC。第四電阻R4的一端耦接第一電阻Rl的另一端，其另一端耦接第三電阻R3的另一端。第六晶體管Q6的基極與集極耦接第三電阻R3的另一端、其射極耦接接地電壓GND，其中第六晶體管Q6與第五晶體管Q5構(gòu)成第二電流鏡。
[0064]進(jìn)一步說明射頻功率放大器200的工作原理。
[0065]由于第一系統(tǒng)電壓VCC在0.5V~3.5V的操作區(qū)間下，只能提供射頻功率放大器200約SdB的輸出功率動(dòng)態(tài)范圍。因此，要在合理的系統(tǒng)電壓的操作區(qū)間下，本發(fā)明實(shí)施例提供以輸出電流IOUT來提供射頻功率放大器200另一部份所需的輸出功率動(dòng)態(tài)范圍。在一實(shí)施例中，現(xiàn)今的射頻功率放大器的標(biāo)準(zhǔn)都要求射頻功率放大器200的輸出功率須具有約30dB的動(dòng)態(tài)范圍，因此輸出電流IOUT必須要提供22dB的輸出功率動(dòng)態(tài)范圍。
[0066]射頻功率放大器200利用指數(shù)型電壓電路120以將使偏壓電流IBA與輸出電流IOUT之間具有指數(shù)關(guān)系，如方程式(2)所示，其中Vt為熱電壓(thermalvoltage)且R4為第四電阻的電阻值。接著，射頻功率放大器200利用電壓電流轉(zhuǎn)換電路來將偏壓電流IBA轉(zhuǎn)換為第一系統(tǒng)電壓VCC，如方程式(3)所示，其中R3為第三電阻的電阻值。結(jié)合方程式(2)及(3)，則可得到方程式(4)，因此可以通過第一系統(tǒng)電壓VCC在操作區(qū)間(亦即0.5V~
3.5V)的遞增下，即可得到指數(shù)型上升的輸出電流10UT。
[0067]IOUT=IBA X e~ [ (IBA X R2) /Vt](2)
[0068]IBA=VCC/R3(3)
[0069]IOUT=IBA X e ~ [R2 X VCC/R3 X Vt](4)
[0070]詳細(xì)來說，由克西荷夫能量守恒定律可知，第一晶體管Ql的基射極電壓VBE1、第二電阻R 2的壓降、第三晶體管Q3的基射極電壓VBE3的總和等于第二晶體管Q2的基射極電壓VBE2與輸出晶體管Ml的基射極電壓VBEMl的總和，如方程式(5)所示。第三晶體管Q3與第四晶體管Q4構(gòu)成第一電流鏡，如果通過工藝設(shè)計(jì)使得第四電流14等于第五電流15，則方程式(5)即可推導(dǎo)得到上述方程式(2)。換句話說，本實(shí)施例的指數(shù)型偏壓電路120耦接至第二系統(tǒng)電壓VSS以接收偏壓電流IBA，并且耦接至輸出晶體管Ml的基極，據(jù)此能夠?qū)⑤敵鲭娏鱅OUT與偏壓電流IBA之間的關(guān)系形成一指數(shù)關(guān)系。
[0071]VBEl+(IBA X R2)+VBE3=VBE2+VBEMI (5)
[0072]圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的輸出電流與偏壓電流關(guān)系的模擬曲線圖。圖3為反映出方程式(2)的曲線圖，水平軸為偏壓電流IBA，其單位為微安培，并且垂直軸為輸出電流10UT,其單位為毫安培。當(dāng)偏壓電流IBA為零電流時(shí)，射頻功率放大器200能夠完全關(guān)閉掉，亦即射頻功率放大器200的輸出電流IOUT為零電流，進(jìn)而能夠減少功率消耗，符合消費(fèi)者希望能有更長(zhǎng)的通話時(shí)間的需求。
[0073]接下來，利用第三電阻R3、第四電阻R4與第六晶體管Q6來使得電壓與電流之間的關(guān)系互相轉(zhuǎn)換，亦即將方程式(2)中的偏壓電流IBA轉(zhuǎn)換為方程式(3)。電壓電流轉(zhuǎn)換電路130中的第三電阻R3接收來自輸出級(jí)電路110所反饋的第二電流12，并且第四電阻R4接收來自指數(shù)型偏壓電路120所反饋的第一電流II，其中第一電流Il為第一節(jié)點(diǎn)nl的電壓減去第二節(jié)點(diǎn)n2的電壓再除以第四電阻R4的電阻值，并且第二電流12為第一系統(tǒng)電壓VCC減去第二節(jié)點(diǎn)n2的電壓，而第一節(jié)點(diǎn)nl的電壓為第二晶體管Q2的基射極電壓VBE2與輸出晶體管Ml的基射極電壓VBEMl的總和，第二節(jié)點(diǎn)n2的電壓為第六晶體管Q6的基射極電壓VBE6。第一電流Il如方程式(6)所示，第二電流12如方程式(7)所示。
[0074]I1=(VBE2+VBEM1-VBE6)/R4(6)
[0075]I2=(VCC-VBE6)/R3(7)
[0076]接下來，假設(shè)第二晶體管Q2的基射極電壓VBE2等于輸出晶體管Ml的基射極電壓VBEM1。由方程式(6)及(7)可知，第一電流Il為正溫度系數(shù)的電流，第二電流12為負(fù)溫度系數(shù)的電流，并且第一電流11與第二電流12的總和為一正溫度系數(shù)的電流，用以補(bǔ)償?shù)诹w管Q6的基射極電壓為一隨溫度上升而退化的負(fù)溫度系數(shù)。再者，因?yàn)榈谖寰w管Q5與第六晶體管Q6的電路拓樸架構(gòu)為電流鏡，因此，當(dāng)?shù)谖寰w管Q5的射極面積為第六晶體管Q6的射極面積的N倍時(shí)，則偏壓電流IBA為第一電流Il與第二電流12的總和的N倍(IBA=N(I1+I2))。在晶體管Q5及Q6的射極面積相同的情況下，偏壓電流IBA等于第一電流Il與第二電流12的總和，如方程式(3)所示，因此偏壓電流IBA可以通過第三電阻R3與第四電阻R4的電阻值調(diào)整而成為接近或等于零溫度系數(shù)的電流，以補(bǔ)償偏壓電流IBA的溫度系數(shù)。通過方程式(4)可知，當(dāng)偏壓電流IBA為接近或等于零溫度系數(shù)的電流時(shí)，則輸出電流IOUT也會(huì)是接近或等于零溫度系數(shù)的電流，因此本揭示內(nèi)容的電壓電流轉(zhuǎn)換電路130具有溫度補(bǔ)償?shù)墓πА?br> [0077]上述中，第三電流13為正溫度系數(shù)的電流，并且因?yàn)榈谖寰w管Q5的電流增益(current gain)為負(fù)溫度系數(shù)，因此第五晶體管Q5的集極電流可以調(diào)整為接近或等于零溫度系數(shù)的電流。
[0078]圖4為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的第一系統(tǒng)電壓與輸出電流關(guān)系的模擬曲線圖。再者，圖4為反映方程式(4)的曲線圖，水平軸為第一系統(tǒng)電壓VCC，其單位為伏特，并且垂直軸為輸出電流10UT，其單位為毫安培。當(dāng)?shù)谝幌到y(tǒng)電壓VCC在0.5V?3.5V的操作區(qū)間遞增時(shí)，輸出電流IOUT會(huì)呈現(xiàn)指數(shù)型上升的特性，因此本實(shí)施例的輸出電流IOUT能夠?qū)ι漕l功率放大器200的輸出功率的動(dòng)態(tài)范圍提供主要的貢獻(xiàn)。第一系統(tǒng)電壓VCC在0.5V?3.5V的操作區(qū)間提供8dB動(dòng)態(tài)范圍的貢獻(xiàn)，而輸出電流IOUT能夠提供將近22dB動(dòng)態(tài)范圍的貢獻(xiàn)，藉此以補(bǔ)償射頻功率放大器200的輸出功率。在實(shí)施應(yīng)用上，設(shè)計(jì)者能夠依據(jù)其應(yīng)用需求，通過調(diào)整電阻R2及R3的電阻值來將調(diào)整輸出電流IOUT的大小，進(jìn)而調(diào)整整體射頻功率放大器200的輸出功率所欲達(dá)到動(dòng)態(tài)范圍。
[0079]圖5為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的第一系統(tǒng)電壓與輸出功率關(guān)系的模擬曲線圖，水平軸為第一系統(tǒng)電壓，其單位為伏特，并且垂直軸為輸出功率，其單位為dBm。由圖5可知，于第一系統(tǒng)電壓VCC在0.5V?3.5V的操作區(qū)間中，輸出功率最高能夠達(dá)到約30dB的動(dòng)態(tài)范圍。因此設(shè)計(jì)者通過本揭示內(nèi)容的射頻功率放大器200的偏壓電路的設(shè)計(jì)，能夠在低、中與高功率的情況下，使得射頻功率放大器200能夠達(dá)到較優(yōu)良的輸出功率范圍與較佳的功率附加效率(Power Added Efficiency, PAE),以符合消費(fèi)者希望能有更長(zhǎng)的通話時(shí)間的需求。
[0080]實(shí)務(wù)上，輸出級(jí)電路110可更具有第一電感L、第一電容Cl與第二電容C2。第一電容Cl的一端耦接輸出晶體管Ml的基極，第一電容Cl的另一端耦接射頻輸入信號(hào)RFIN。第一電感L耦接第一系統(tǒng)電壓VCC與輸出晶體管Ml的集極之間。第二電容C2的一端耦接至輸出晶體管Ml的集極，第二電容C2的另一端輸出射頻輸出信號(hào)RF0UT。
[0081]當(dāng)射頻功率放大器200尚未開始接收射頻輸入信號(hào)RFIN時(shí)，電感L會(huì)對(duì)直流信號(hào)呈現(xiàn)低阻抗?fàn)顟B(tài)，例如短路，而電容Cl、C2則會(huì)對(duì)直流信號(hào)呈現(xiàn)高阻抗?fàn)顟B(tài)，例如斷路。當(dāng)射頻功率放大器200開始接收射頻輸入信號(hào)RFIN時(shí)，電感L會(huì)對(duì)高頻信號(hào)呈現(xiàn)高阻抗?fàn)顟B(tài)，例如斷路，而電容C1、C2則會(huì)對(duì)高頻信號(hào)呈現(xiàn)低阻抗?fàn)顟B(tài)，例如短路。據(jù)此，射頻功率放大器200能夠在直流工作模式與交流工作模式順利的運(yùn)作。
[0082]圖6為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電子系統(tǒng)的區(qū)塊圖。電子系統(tǒng)600包括射頻功率放大器610與負(fù)載620。射頻功率放大器610接收射頻輸入信號(hào)RFIN且輸出射頻輸出信號(hào)RFOUT至負(fù)載620，亦即射頻功率放大器610在耦接第一及第二系統(tǒng)電壓后，會(huì)提供一穩(wěn)定的輸出功率至負(fù)載620。射頻功率放大器610可以是上述圖1?圖2實(shí)施例中的射頻功率放大器100與200的其中之一,且用以提供穩(wěn)定的輸出功率給負(fù)載620。電子系統(tǒng)600可以是各種類型的電子裝置內(nèi)的系統(tǒng)，電子裝置可以是例如手持裝置或行動(dòng)裝置等。[0083]圖7為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的輸出功率補(bǔ)償方法。本例所述方法可以在圖1?圖2所示的射頻功率放大器執(zhí)行，因此請(qǐng)一并照?qǐng)D1?圖2以利理解。
[0084]此方法包括以下步驟:接收第一系統(tǒng)電壓并且輸出輸出電流(步驟S710)。接收第二系統(tǒng)電壓且接收偏壓電流(步驟S720)。通過指數(shù)型偏壓電路，使得偏壓電流與輸出電流之間呈現(xiàn)指數(shù)關(guān)系(步驟S730)。通過電壓電流轉(zhuǎn)換電路，將第一系統(tǒng)電壓轉(zhuǎn)換為第二電流，以使輸出電流與第一系統(tǒng)電壓之間呈現(xiàn)指數(shù)關(guān)系(步驟S740)。
[0085]關(guān)于射頻功率放大器的輸出功率補(bǔ)償方法的各步驟的相關(guān)細(xì)節(jié)在上述圖1?圖5實(shí)施例已詳細(xì)說明，在此恕不贅述。在此須說明的是，圖7實(shí)施例的各步驟僅為方便說明的需要，不以各步驟的順序作為限制條件。
[0086]綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例所提出的電子系統(tǒng)、射頻功率放大器及其輸出功率補(bǔ)償方法，通過輸出電流相對(duì)于第一系統(tǒng)電壓的指數(shù)關(guān)系，使得當(dāng)?shù)谝幌到y(tǒng)電壓在適當(dāng)范圍變化下，能夠通過輸出電流的指數(shù)型上升的特性來補(bǔ)償輸出功率的動(dòng)態(tài)范圍。
[0087]以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，其并非用以局限本發(fā)明的專利權(quán)利要求范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種射頻功率放大器，其特征在于，該射頻功率放大器包括: 輸出級(jí)電路，接收第一系統(tǒng)電壓并且輸出輸出電流； 指數(shù)型偏壓電路，耦接至該輸出級(jí)電路，該指數(shù)型偏壓電路通過耦接第二系統(tǒng)電壓以接收偏壓電流，其中該偏壓電流與該輸出電流之間為指數(shù)關(guān)系，并且當(dāng)該偏壓電流為零電流時(shí)，則該輸出電流為零電流；以及 電壓電流轉(zhuǎn)換電路，耦接該指數(shù)型偏壓電路以接收第一電流，并且該電壓電流轉(zhuǎn)換電路將所接收的該第一系統(tǒng)電壓轉(zhuǎn)換為第二電流以使該偏壓電流正比于該第一系統(tǒng)電壓，進(jìn)而使得該輸出電流與該第一系統(tǒng)電壓之間為指數(shù)關(guān)系， 其中該偏壓電流等于該第一電流與該第二電流總和的倍數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的射頻功率放大器，其特征在于，該電壓電流轉(zhuǎn)換電路根據(jù)該第一電流與該第二電流傳送正溫度系數(shù)的第三電流至該指數(shù)型偏壓電路，藉此使得該偏壓電流與該輸出電流等于或接近零溫度系數(shù)的電流。
3.如權(quán)利要求2所述的射頻功率放大器，其特征在于，輸出級(jí)電路包括: 輸出晶體管，其集極耦接該第一系統(tǒng)電壓，其射極耦接接地電壓，其基極接收該指數(shù)型偏壓電路所提供的偏壓。
4.如權(quán)利要求3所述的射頻功率放大器，其特征在于，該指數(shù)型偏壓電路包括: 第一電阻，其一端耦接該第二系統(tǒng)電壓； 第一晶體管，其集極耦接該第二系統(tǒng)電壓，其基極耦接該第一電阻的另一端； 第二晶體管，其集極耦接該`第二系統(tǒng)電壓且接收第四電流，其基極耦接該第一晶體管的基極，其射極提供該偏壓至該輸出晶體管的基極； 第二電阻，其一端耦接該第一晶體管的射極，其中該偏壓電流流經(jīng)該第二電阻； 第三晶體管，其集極耦接該第一電阻的另一端且接收第五電流，其基極耦接該第二電阻的另一端，其射極耦接該接地電壓； 第四晶體管，其集極耦接該輸出晶體管的基極，其基極耦接該第二電阻的另一端，其射極耦接該接地電壓，其中該第三晶體管與該第四晶體管構(gòu)成第一電流鏡；以及 第五晶體管，其集極耦接該第二電阻的另一端，其基極耦接該電流電壓轉(zhuǎn)換電路以接收該第三電流， 其中當(dāng)該第四電流等于該第五電流，則該偏壓電流相對(duì)于該輸出電流呈現(xiàn)指數(shù)關(guān)系，并且當(dāng)偏壓電流遞增時(shí)，則輸出電流指數(shù)型上升。
5.如權(quán)利要求4所述的射頻功率放大器，其特征在于，該電壓電流轉(zhuǎn)換電路包括: 第三電阻，其一端耦接該第一系統(tǒng)電壓且接收該第二電流，其中該第三電阻用以將該第一系統(tǒng)電壓轉(zhuǎn)換為該第二電流； 第四電阻，其一端耦接該第一電阻的另一端且接收該第一電流，其另一端耦接該第三電阻的另一端；以及 第六晶體管，其基極與集極耦接該第三電阻的另一端，其射極耦接該接地電壓， 其中該第五晶體管與該第六晶體管構(gòu)成第二電流鏡，并且該輸出電流相對(duì)于該第一系統(tǒng)電壓呈現(xiàn)指數(shù)關(guān)系，當(dāng)該第一系統(tǒng)電壓遞增時(shí)，則該輸出電流指數(shù)型上升，藉此以補(bǔ)償該輸出晶體管的輸出功率。
6.如權(quán)利要求5所述的射頻功率放大器，其特征在于，該第一電流為第一節(jié)點(diǎn)電壓減去第二節(jié)點(diǎn)電壓再除以該第四電阻的電阻值，并且該第二電流為該第一系統(tǒng)電壓減去該第二節(jié)點(diǎn)電壓再除以該第三電阻的電阻值， 其中該第一節(jié)點(diǎn)電壓為該第二晶體管的基射極電壓與該輸出晶體管的基射極電壓的總和，并且該第二節(jié)點(diǎn)的電壓為第六晶體管的基射極電壓。
7.一種電子系統(tǒng)，用于射頻通信，其特征在于，該電子系統(tǒng)包括: 如權(quán)利要求1所述的射頻功率放大器，該射頻功率放大器接收射頻輸入信號(hào)且輸出射頻輸出信號(hào)；以及 負(fù)載，耦接該射頻功率放大器，該負(fù)載接收該射頻輸出信號(hào)。
8.如權(quán)利要求7所述的電子系統(tǒng)，其特征在于，該電壓電流轉(zhuǎn)換電路根據(jù)該第一電流與該第二電流傳送正溫度系數(shù)的第三電流至該指數(shù)型偏壓電路，藉此使得該偏壓電流與該輸出電流等于或接近零溫度系數(shù)的電流。
9.一種輸出功率補(bǔ)償方法，其特征在于，該輸出功率補(bǔ)償方法包括: 接收第一系統(tǒng)電壓并且輸出輸出電流； 接收第二系統(tǒng)電壓且接收偏壓電流； 通過指數(shù)型偏壓電路，使得該偏壓電流與該輸出電流之間呈現(xiàn)指數(shù)關(guān)系；以及 通過電壓電流轉(zhuǎn)換電路，將該第一系統(tǒng)電壓轉(zhuǎn)換為第二電流，以使該輸出電流與該第一系統(tǒng)電壓之間呈現(xiàn)指數(shù)關(guān)系。
10.如權(quán)利要求9所述的輸出功率補(bǔ)償方法，其特征在于，當(dāng)該偏壓電流為零電流時(shí)，則該輸出電流為零電流，，其中該偏`壓電流等于該第一電流與該第二電流總和的倍數(shù)，且該偏壓電流正比于該第一系統(tǒng)電壓。
【文檔編號(hào)】H03F3/189GK103872992SQ201210527852
【公開日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2012年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月10日
【發(fā)明者】丁兆明, 李威弦 申請(qǐng)人:環(huán)旭電子股份有限公司, 環(huán)鴻科技股份有限公司