[发明专利]多频多模式功率放大电路以及其操作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种功率放大器电路及其操作方法，且特别涉及一种多频多模式的功率放大器电路及其操作方法。

背景技术

随着人们对无线通信系统传输量的渴望，高阶数字调制方式开始被大量的采用，其先天的调制特性要求功率放大器需拥有较大的高-均输出功率比率(peak to average power ratio)。以一般的系统与环境而言，传统式功率放大器大部分的时间是操作在具低效率的均输出功率区，而较大的高-均输出功率比率意味着功率放大器将面临更低的运作效率。这表示功率放大器将随着数字调制方式的高阶化而成为一个低运作效率元件。

很不幸的，功率放大器的高耗电特性往往消耗整个通信设备1/3-1/2的电量，故低的运作效率对手机等终端设备而言，将减短其待机与通话时间，对基站等局端设备而言，除了增加电信营运业者的电费，也增加其在散热与大电力设备上的成本支出。因此让功率放大器在均至高输出功率区皆能维持一定的高效率，成为近一代功率放大器的需求。

杜赫帝(Doherty)功率放大器是此需求的解决方案之一，其近年来不论在论文或专利领域皆成为一项热门的研究主题，其本身除了天生拥有前述所需要的高效率特性外，在电路的线性化与缩小化方面也获得许多研究成果的证实。而在行动通信朝向多频多模的趋势下，功率放大器不但将朝向多频，且需具有可调整的均及高输出功率点以因应多模操作的需求。然而坊间常见的杜赫帝功率放大器大多为单频单模式操作，其未来性逐渐面临挑战。虽有少数专利如美国专利US6137355提出单频双模的操作，该专利中提到藉由偏压来调整主动元件的有效面积以及操作类别(例如在晶体管操作的A、AB与B类等)，使该功率放大器在高线性与高效率两种模态中做切换，然而其并没有杜赫帝功率放大器所需的外部电路，因此未具有可调整均及高输出功率点的特性，而且其需要较多的组的偏压控制电路，因此增加设计的复杂度，而在频率方面，其仅限于单频操作。

发明内容

本发明为改善现有杜赫帝功率放大器单频且模式单调的缺点，提出一种多频多模式功率放大器。藉由多频化的匹配电路以及可调的主动元件尺寸，使其能因应不同频率的通信系统并调整其所需的均及高输出功率点。

为此，本发明提出一种多频多模式功率放大电路，包括：输入信号处理单元、载波功率放大器、峰值功率放大器以及输出信号处理单元。输入信号处理单元用以接收射频信号，并输出第一信号与第二信号。载波功率放大器的输入端耦接至输入信号处理单元，并接收第一信号，产生第一放大信号，其中更包括第一晶体管尺寸调整单元，其依据模式指示信号，调整等效晶体管尺寸。峰值功率放大器，其输入端耦接至输入信号处理单元，并接收第二信号，产生第二放大信号，其中，更包括第二晶体管尺寸调整单元，其依据模式指示信号，调整等效晶体管尺寸。输出信号处理单元接收第一与第二放大信号，使第一与第二放大信号合并，并再经输出匹配电路后，以输出一输出信号。

另外，本发明更提出一种多频多模式功率放大器，其包括载波功率放大器以及一峰值功率放大器。载波功率放大器的输入端接收一第一信号，以产生第一放大信号，其中，载波功率放大器更包括第一晶体管尺寸调整单元，其依据模式指示信号，进行晶体管尺寸调整。峰值功率放大器的输入端接收第二信号，以产生第二放大信号，其中峰值功率放大器更包括第二晶体管尺寸调整单元，其依据模式指示信号，进行晶体管尺寸调整。

在上述多频多模式功率放大器(电路)中，载波功率放大器可更包括：n个并联的晶体管，其耦接在输入端与输出端之间；以及(n-1)个开关元件，分别耦接(n-1)个晶体管与该输入端之间。峰值功率放大器可更包括：n个并联的晶体管，耦接在输入端与输出端之间；以及(n-1)个开关元件，分别耦接(n-1)个晶体管与输入端之间。其中依据模式指示信号，控制载波与峰值功率放大器的各自(n-1)开关元件的开关。

本发明更提出一种多频多模式功率放大器的操作方法。首先，接收模式指示信号，藉以产生第一与第二偏压信号以及第一与第二开关控制信号。接着，依据第一偏压信号调整载波功率放大器的效率与线性度，并且依据第一开关控制信号，控制载波功率放大器的等效晶体管面积。同理，依据第二偏压信号调整峰值功率放大器的效率与线性度，并且依据第二开关控制信号，控制峰值功率放大器的等效晶体管面积。

上述的模式指示信号是依据系统频率与系统模式来决定。例如，双频通信频率的其中之一，以及依据该选择频率下的一特定模式。另外，第一(第二)开关控制信号是对应该系统模式，使该载波(峰值)功率放大器中对应的晶体管导通或关闭，以控制该等效晶体管面积。