[发明专利]放大器电路及其控制方法

说明书

技术领域

本发明关于一种放大器电路及其控制方法。

背景技术

随着无线通讯系统由第二代(second generation，2G)网络、第三代(third generation，3G)网络发展到即将来临的第四代(fourth generation，4G)网络，可携式系统设计工程师所面临的最大挑战是系统需要能支持现有的多种移动通讯标准，包括移动通讯全球系统(Global System forMobile Communications，GSM)、一般封包式无线电服务(General PacketRadio Service，GPRS)、全球演进增强型数据传输率(Enhanced Data Ratesfor Global Evolution，EDGE)、分码多重存取(Code Division MultipleAccess，CDMA)、宽带分码多重存取(Wideband CDMA，WCDMA)和无线保真度(Wireless Fidelity，Wi-Fi)，例如美国电机电子工程师协会(IEEE)802.11及其衍生标准。同时，4G的无线通讯系统需具有多频和多模的能力且能支持多入多出的天线结构。然而，可携式系统一般的电力来源为电池，因此，在电路设计日趋复杂和组件日益增多的发展趋势下，整合系统中的模块至单一芯片和增加电池的使用寿命已成为可携式系统设计的两大重要课题。

在可携式的无线通讯系统中，目前基频处理器和射频收发器可通过CMOS工艺而整合至单一芯片，然而功率消耗最大的射频功率放大器(Power Amplifier，PA)传统上是以成本较高但特性较佳的砷化镓(gallium-arsenide，GaAs)材料来实现，因此无法整合至单一芯片。砷化镓材料由于具有半绝缘性质，其可大幅地降低寄生的基底阻值，因此很适合高频电路的应用。然而砷化镓技术的工艺良好率较低且制造成本高。同时，该技术无法实现系统单芯片设计，因此，近年来，随着CMOS工艺的进步，有越来越多的芯片设计业者尝试使用CMOS工艺来设计射频功率放大器。

射频功率放大器在设计上的主要考虑因素为线性度和功率效率。一般而言，当射频功率放大器运行在饱和区或接近饱和区时，其功率效率值最大。然而，为了调变具有非恒定包络的射频信号，射频功率放大器一般会工作在距峰值功率或1dB压缩点的数个分贝的回退点(back off)上，藉以保证其运行在线性区内。然而，运行在线性区的射频功率放大器其功率效率低，因此操作时会缩短可携式系统的电池寿命。

造成射频功率放大器的非线性度的主要因素为偶次谐波和奇次谐波，其中偶次谐波包含一二次谐波，其通常为总失真谐波中的最大者。图1显示了现有技术的被配置用以消除二次谐波的放大器10的电路示意图。参照图1，来自输入节点11的输入信号通过输入变压器12分离为两个具有相同功率和彼此相位差为180度的信号S₁和S₂。信号S₁和S₂分别传送至第一和第二输入匹配网络13和14以达到阻抗匹配，再传送至第一和第二放大器15和16。接着，第一和第二放大器15和16的输出信号传送至第一和第二输出匹配网络17和18以达到阻抗匹配，再传送至输出变压器19。通过输出变压器19，分离的信号S₁和S₂在相位上进行结合并输出至输出节点20。参照图1，使用该现有技术架构以消除偶次谐波需要两个变压器12和19以分离和结合信号。

美国专利第2006/0049876号揭示了一种使用多闸级晶体管(Multiple gated transistor)以改善线性度的主动电路22。主动电路22以共栅极组态表示。参照图2，主动电路22包括主要电路24和辅助电路26。主要电路24包括晶体管M₁和电容C_A，而辅助电路26包括晶体管M₂和电容C_B。通过辅助电路26可消除主动电路22的三次谐波，然而主动电路22的二次谐波需要一额外的变压器方能抑制。

一般现有技术的变压器在实现上需要很大的芯片面积，且变压器上的功率损耗会使得芯片整体的效率下降。因此，需要研发一种可改善线性度的放大器电路，并提高该放大器电路的功率效率并且增加电池的使用寿命。

发明内容

本发明揭示了一种放大器电路及其线性度的调整方法。