[发明专利]射频功率放大器与电子系统

说明书

技术领域

本发明关于一种射频功率放大器，且特别是关于一种具有稳定的静态工作电流的射频功率放大器。

背景技术

随着网际网络发达之后，人们习惯于快速大量地接受信息，特别是在近几年来无线通信科技的进步，个人移动产品，如移动电话、个人数字助理等产品，以相当惊人的速度普及之后，人们希望能够掌握即时信息外，还希望能有即时的线上支援。因此，结合网际网络与无线通信的无线区域网络(Wireless Local Area Network,WLAN)与第三代(3G)/第四代(4G)网络正是满足人们这样需求的一个方案。

在无线通讯手持设备中，主要的直流功率消耗来自于射频功率放大器。因此，使射频功率放大器既能具有高线性度而不致让放大信号失真，并能同时具有高效率以延长通讯时间，一直是射频功率放大器设计的研究重点。尤其在无线通讯系统中所广为采用的正交频分多工(OFDM)数字调制技术具有明显的时变波包特性，其峰值与平均功率比值常数(PAPR)远较现有的无线通讯系统为高，换言之其波包对时间变化较为剧烈，因此对射频功率放大器的线性度要求也会比较高。

然而，在先前技艺下，美国专利公开号US2003/6556082所提供的射频功率放大器，虽不受环境温度的影响，但对于电池电压的改变，仍旧会影响到射频功率放大器的静态工作电流的输出。以第三代(3G)/第四代(4G)手机系统为例，第三代(3G)/第四代(4G)手机系统对于射频输出功率的精准度有着极为严格的要求。因为手机电池的电压值会有相当大的变化，其可能从3.2伏特到4.2伏特不等，因此会影响射频功率放大器的输出功率的精准度。

发明内容

本发明实施例提供一种射频功率放大器，用以接收且放大射频输入信号并据此输出射频输出信号，所述射频功率放大器包括偏压电路、输出级电路与射频补偿电路。偏压电路电性连接第一系统电压，所述偏压电路用以提供偏压电流，其中当第一系统电压大于第一电压门限值时，所述偏压电路接收微幅上升的第一电流。输出级电路电性连接第二系统电压与偏压电路，所述输出级电路接收偏压电流以工作在工作偏压点。射频补偿电路电性连接偏压电路，当第一系统电压大于第二电压门限值时，则射频补偿电路接收来自偏压电路所传送的微幅上升的第二电流，其中第二电压门限值大于第一电压门限值，并且当第一系统电压位于工作电压区间时，第一电流的电流值大于第二电流的电流值并且其微幅上升的斜率实质上相同，以使得射频功率放大器的静态工作电流独立于第一系统电压的变化。当第一系统电压大于第三电压门限值时，第一电流的电流值等于第二电流的电流值，以使得偏压电流为零电流，借此以达到过电压保护射频功率放大器，其中第三电压门限值大于第二电压门限值。当第一系统电压位于工作电压区间，则第一电流与第二电流的电流值皆随着环境温度的增加而上升，并且其上升幅度实质上相同，以使得静态工作电流为接近或等于零温度系数的电流。

在本发明其中一个实施例中，第一电压门限值位于2.3伏特至2.5伏特之间，第二电压门限值位于2.9伏特至3伏特之间，第三电压门限值位于5.8伏特至6伏特之间，并且工作电压区间位于3.2伏特至4.2伏特之间。

在本发明其中一个实施例中，射频功率放大器还包括输入匹配电路与输出匹配电路。输入匹配电路电性连接输出级电路，所述输入匹配电路用以接收射频输入信号以提供输入功率匹配的效能至输出级电路。输出匹配电路电性连接输出级电路，所述输出匹配电路用以输出射频输出信号且提供输出功率匹配的效能至输出级电路。

在本发明其中一个实施例中，偏压电路包括第一电阻、第一晶体管、第二晶体管、第二电阻与第三电阻。第一电阻的一端连接第一系统电压。第一晶体管的基极连接第一电阻的另一端，第一晶体管的集极连接第一系统电压。第二晶体管的集极连接第一晶体管的基极，第二晶体管的射极连接接地电压。第二电阻的一端连接第一晶体管的射极，第二电阻的另一端连接第二晶体管的基极。第三电阻的一端连接第一晶体管的射极。

在本发明其中一个实施例中，输出级电路包括输出晶体管与集极电阻。输出晶体管的基极连接第三电阻的另一端，输出晶体管的射极连接接地电压。集极电阻的一端连接第二系统电压，集极电阻的另一端连接输出晶体管的集极。输出晶体管通过输入匹配电路接收射频输入信号并予以放大后，通过输出匹配电路输出射频输出信号。当输出晶体管的射极面积为第二晶体管的射极面积的N倍时且第二电阻的电阻值为第三电阻的电阻值的N倍时，则输出晶体管的静态工作电流为N倍的第三电流，其中N为大于1的有理数。