CN104242836A - 射频功率放大器与电子*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种射频功率放大器与电子***，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。当第一***电压大于第一电压门限值时，偏压电路产生微幅上升的第一电流。当第一***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。当第一***电压位于工作电压区间时，第一电流大于第二电流，以使得射频功率放大器的静态工作电流独立于第一***电压的变化。当第一***电压大于第三电压门限值时，第一电流等于第二电流，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。

Description

射频功率放大器与电子***

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)/***(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***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***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)/***(4G)手机***为例，第三代(3G)/***(4G)手机***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***电压，所述偏压电路用以提供偏压电流，其中当第一***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***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***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***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***电压的变化。当第一***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***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***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***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***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。

在本发明其中一个实施例中，射频补偿电路包括第四电阻、第五电阻、第六电阻、第三晶体管、第四晶体管、第七电阻、第五晶体管、第六晶体管与第八电阻。第四电阻的一端连接接地电压。第五电阻的一端连接接地电压。第六电阻的一端连接接地电压。第三晶体管的射极连接第四电阻的另一端，第三晶体管的基极连接第五电阻的另一端。第四晶体管的射极连接第六电阻的另一端，第四晶体管的基极连接第三晶体管的基极。第七电阻的一端连接第五电阻的另一端，其中第五电阻的电阻值为第七电阻的电阻值的三倍，并且第四电阻与第六电阻的电阻值小于第七电阻的电阻值。第五晶体管的射极连接第四晶体管的集极，第五晶体管的集极连接第一电阻的另一端以接收第二电流。第六晶体管的射极连接第七电阻的另一端，第六晶体管的基极连接第五晶体管的基极与第三晶体管的集极，第六晶体管的集极连接第一***电压。第八电阻的一端连接第三晶体管的集极，第八电阻的另一端连接第一***电压。通过调整第八电阻与第一电阻之间的阻值比例来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，当第一***电压大于第三电压门限值时，通过第五晶体管与第六晶体管以大幅汲取第一电流的全部以作为第二电流，借此以使偏压电流为零电流。

在本发明其中一个实施例中，当第八电阻的电阻值实质上等于第一电阻的电阻值的三倍且第一***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，以使得静态工作电流独立于第一***电压的变化。

在本发明其中一个实施例中，第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第六晶体管与输出晶体管为异质结型双极晶体管。

本发明实施例提供一种电子***，电子***包括射频功率放大器与负载。射频功率放大器接收射频输入信号且输出射频输出信号。负载电性连接射频功率放大器，所述负载接收射频输出信号。

综上所述，本发明实施例所提出的射频功率放大器与电子***，能够提供优良的温度补偿效应以使得射频功率放大器的输出功率与静态工作电流相对于温度变化时仍然保持稳定并且使得射频功率放大器的静态工作电流独立于电池电压的变化，借此维持通讯***所需的高线性度而不致让射频输出信号失真。此外，本发明实施例的射频功率放大器更能够达到过电压保护的效能，以避免过高的电池电压造成射频功率放大器或整个电子***的损害。

为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，但是此等说明与所附图式仅系用来说明本发明，而非对本发明的权利范围作任何的限制。

附图说明

图1为根据本发明例示性实施例所绘示的射频功率放大器的区块示意图。

图2为根据本发明例示性实施例所绘示的射频功率放大器的细部电路示意图。

图3为根据本发明实施例的静态工作电流对于第一***电压的模拟曲线图。

图4为根据本发明实施例的第一与第二电流对于第一***电压的模拟曲线图。

图5为根据本发明实施例的第三电流对于第一***电压的模拟曲线图。

图6为根据本发明实施例的静态工作电流对于第一***电压的模拟曲线图。

图7为根据本发明实施例的第一及第二电流对于第一***电压的模拟曲线图。

图8为根据本发明实施例的第三电流对于第一***电压的模拟曲线图。

图9为根据本发明实施例的静态工作电流对于温度的模拟曲线图。

图10为根据本发明实施例的第一及第二电流对于温度的模拟曲线图。

图11为根据本发明实施例的第三电流对于温度的模拟曲线图。

图12为根据本发明实施例的在温度扫描下静态工作电流对于第一***电压的模拟曲线图。

图13为根据本发明实施例的电子***的区块示意图。

其中，附图标记说明如下：

100、200：射频功率放大器

110：偏压电路

120：输出级电路

130：射频补偿电路

140：输入匹配电路

150：输出匹配电路

1300：电子***

1310：射频功率放大器

1320：负载

CIN：输入电容

COUT：输出电容

CV1、CV2、CV3、CV4、CV5、CV6：曲线

R1：第一电阻

GND：接地电压

I1：第一电流

I2：第二电流

I3：第三电流

I4：第四电流

I5：第五电流

IB：偏压电流

ICQ：静态工作电流

Q1：第一晶体管

Q2：第二晶体管

Q3：第三晶体管

Q4：第四晶体管

Q5：第五晶体管

Q6：第六晶体管

QW：输出晶体管

R1：第一电阻

R2：第二电阻

R3：第三电阻

R4：第四电阻

R5：第五电阻

R6：第六电阻

R7：第七电阻

R8：第八电阻

RW：集极电阻

RFIN：射频输入信号

RFOUT：射频输出信号

VBE4、VBE6：基射极电压

VSS：第一***电压

VCC：第二***电压

具体实施方式

在下文将参看随附图式更充分地描述各种例示性实施例，在随附图式中展示一些例示性实施例。然而，本发明概念可能以许多不同形式来体现，且不应解释为限于本文中所阐述的例示性实施例。确切而言，提供此等例示性实施例使得本发明将为详尽且完整，且将向熟习此项技术者充分传达本发明概念的范畴。在诸图式中，可为了清楚而夸示层及区的大小及相对大小。类似数字始终指示类似元件。

应理解，虽然本文中可能使用术语第一、第二、第三等来描述各种元件，但此等元件不应受此等术语限制。此等术语乃用以区分一元件与另一元件。因此，下文论述的第一元件可称为第二元件而不偏离本发明概念的教示。如本文中所使用，术语“及/或”包括相关联的列出项目中的任一者及一或多者的所有组合。

〔射频功率放大器的实施例〕

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。本发明内容提出一种不受环境温度与电池电压影响的射频功率放大器，以符合通讯***中对于高线性度的需求。

请参照图1，图1为根据本发明例示性实施例所绘示的射频功率放大器的区块示意图。如图1所示，射频功率放大器100包括偏压电路110、输出级电路120、射频补偿电路130、输入匹配电路140与输出匹配电路150。偏压电路110电性连接输出级电路120并且偏压电路110电性连接第一***电压VSS(亦即电池电压)。输出级电路120电性连接至输入匹配电路140与输出匹配电路150之间，并且输出级电路120电性连接第二***电压VCC。射频补偿电路130电性连接偏压电路110。应理解，输入匹配电路140用以接收射频输入信号RFIN以提供输入功率匹配的效能至输出级电路120，输出匹配电路150用以输出射频输出信号RFOUT且提供输出功率匹配的效能至输出级电路120。

关于偏压电路110，偏压电路110用以提供偏压电流IB至输出级电路120，当具有射频功率放大器100的电子***启动后，第一***电压VSS会缓缓上升并且当第一***电压VSS开始大于第一电压门限值(其位于2.3伏特至2.5伏特之间)时，偏压电路110会开始进入正常运作状态并且接收第一电流I1(从第一***电压VSS的一端流入偏压电路110)，随着第一***电压VSS的电压值上升，第一电流I1也会微幅上升而呈现出正比关系。关于输出级电路120，输出级电路120所接收到的第二***电压VCC一般是由直流至直流转换器(DC-DC converter)或是由收发器积体电路(Transceiver IC)的通用输入输出(General Purpose Input/Output,GPIO)来提供固定的电压。再者，输出级电路120接收偏压电流IB以工作在一工作偏压点(operation bias point)。关于射频补偿电路130，用以当第一***电压VSS大于第二电压门限值(其位于2.9伏特至3伏特之间)，则射频补偿电路130会开始运作且接收来自偏压电路110所传送的第二电流I2，其中第二电流I2会随着第一***电压VSS的上升而呈现微幅上升的趋势。值得一提的是，当第一***电压VSS位于工作电压区间(例如3.2伏特至4.2伏特之间)时，则第一电流I1的电流值大于第二电流I2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100的静态工作电流独立于第一***电压VSS的变化。

此外，在过电压保护方面，本发明内容的射频功率放大器100在当第一***电压VSS大于第三电压门限值(其位于5.8伏特至6伏特之间)时，则第一电流I1的电流值等于第二电流I2的电流值，以使得偏压电流IB为零电流进而关闭掉输出级电路120，借此以达到过电压保护射频功率放大器100的效果，其中第三电压门限值大于第二电压门限值。

另外，在温度补偿效应方面，当第一***电压VSS位于工作电压区间，则第一电流I1与第二电流I2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，从而以使得静态工作电流(亦即输出级电路120的输出电流)为接近或等于零温度系数的电流，也就是说，静态工作电流不会随着环境温度的变化而变迁。简单来说，在本发明内容中的射频补偿电路能够使得整个射频功率放大器独立于环境温度的变化，电池电压(第一***电压VSS)的变化，并且在当电池电压过高时，射频补偿电路130会汲取走全部的第一电流I1(亦即第二电流I2的电流值等于第一电流I1的电流值)以关闭掉输出级电路120，进而保护射频功率放大器100。据此，射频补偿电路130能够使射频功率放大器100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。

须说明的是，本发明内容所述的正温度系数指示其物理量(如电压值、电流值或电阻值)与温度之间成正比关系，也就是说，当温度上升或下降时，其物理量会随着温度而上升或下降；本发明内容所述的负温度系数指示其物理量与温度之间成反比关系，也就是说，当温度上升或下降时，其物理量会随着温度而下降或上升。本发明内容所述的零温度系数指示其物理量(如电压值、电流值或电阻值)与温度之间为相互独立的关系，也就是说，当温度上升或下降时，其物理量并不会随着温度而上升或下降。

为了更详细地说明本发明所述的射频功率放大器100的运作流程，以下将举多个实施例中至少的一来作更进一步的说明。

在接下来的多个实施例中，将描述不同于上述图1实施例的部分，且其余省略部分与上述图1实施例的部分相同。此外，为说明便利起见，相似的参考数字或标号指示相似的元件。

〔射频功率放大器的另一实施例〕

请参照图2，图2为根据本发明例示性实施例所绘示的射频功率放大器的细部电路示意图。与上述图1实施例不同的是，在图2实施例的射频功率放大器200中，偏压电路110包括第一电阻R1、第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第二电阻R2与第三电阻R3。输出级电路120包括输出晶体管QW。射频补偿电路130包括第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第三晶体管Q3、第四晶体管Q4、第五晶体管Q5、第六晶体管Q6。第一电阻R1的一端连接第一***电压VSS。第一晶体管Q1的基极连接第一电阻R1的另一端，第一晶体管Q1的集极连接第一***电压VSS。第二晶体管Q2的集极连接第一晶体管Q1的基极，第二晶体管Q2的射极连接接地电压GND。第二电阻R2的一端连接第一晶体管Q1的射极，第二电阻R2的另一端连接第二晶体管Q2的基极。第三电阻R3的一端连接第一晶体管Q1的射极。输出晶体管QW的基极连接第三电阻R3的另一端，输出晶体管QW的射极连接接地电压GND。本实施例的射频功率放大器200还包括一集极电阻RW，其中集极电阻RW的一端连接第二***电压VCC，集极电阻RW的另一端连接输出晶体管QW的集极。输出晶体管QW通过输入匹配电路140接收射频输入信号RFIN并予以放大后，通过输出匹配电路150输出射频输出信号RFOUT。当输出晶体管QW的射极面积为第二晶体管Q2的射极面积的N倍时且第二电阻R2的电阻值为第三电阻R3的电阻值的N倍时，则输出晶体管QW的静态工作电流ICQ为N倍的第三电流I3，其中N为大于1的有理数。在本实施例中，第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3、第四晶体管Q4、第五晶体管Q5、第六晶体管Q6与输出晶体管QW为异质结型双极晶体管，因此可以不需要其他类型的晶体管(如假型高速电子移动晶体管)的工艺，进而能够节省通讯***中射频前端电路的制造成本。

第四电阻R4的一端连接接地电压GND。第五电阻R5的一端连接接地电压GND。第六电阻R6的一端连接接地电压GND。第三晶体管Q3的射极连接第四电阻R4的另一端，第三晶体管Q3的基极连接第五电阻R5的另一端。第四晶体管Q4的射极连接第六电阻R6的另一端，第四晶体管Q4的基极连接第三晶体管Q3的基极。第七电阻R7的一端连接第五电阻R5的另一端。值得一提的是，第五电阻R5的电阻值为第七电阻R7的电阻值的三倍，这个电阻值是经过设计而决定的，并且第四电阻R4与第六电阻R6的电阻值远小于第七电阻R7的电阻值。第五晶体管Q5的射极连接第四晶体管Q4的集极，第五晶体管Q5的集极连接第一电阻R1的另一端以接收第二电流I2。第六晶体管Q6的射极连接第七电阻R7的另一端，第六晶体管Q6的基极连接第五晶体管Q5的基极与第三晶体管Q3的集极，第六晶体管Q6的集极连接第一***电压VSS。第八电阻R8的一端连接第三晶体管Q3的集极，第八电阻R8的另一端连接第一***电压VSS。通过调整第八电阻R8与第一电阻R1之间的阻值比例来使得静态工作电流ICQ为接近或等于零温度系数的电流。

接下来要教示的，是进一步说明射频功率放大器200的工作原理。在本实施例中，以第一电压门限值为2.4伏特，第二电压门限值为2.9伏特与第三电压门限值为6伏特为一范例来作详细说明。

当具有射频功率放大器200的电子***启动后，第一***电压VSS会缓缓上升以进入工作电压区间(3.2伏特至4.2伏特之间)，当电池电压(亦即第一***电压VSS)开始大于第一电压门限值(如2.4伏特)时，则会有第一电流I1产生并流经第一电阻R1。然而，2.4伏特的电池电压还不足以启动整个射频补偿电路130，因此第三电流I3会完全等于第一电流I1。当第一***电压VSS持续上升且大于第二电压门限值(如2.9伏特)时，如此的电池电压值足以启动晶体管Q3～Q4，因此射频补偿电路130会开始汲取第一电流I1的部分电流，亦即通过第五晶体管Q5与第四晶体管Q4与第六电阻R6来汲取电流。进一步来说，在温度补偿效应方面，设计者可在合理的假设下，第一电流如式(1)所示，其中符号VBE为表示第一晶体管Q1与第二晶体管的基射极电压并假设其两者等值，且式(1)中已合理忽略掉第二电阻R2的电压降。再者，在此先合理忽略第三晶体管Q3与第四晶体管Q4的基极电流，并且忽略第六电阻的效应，因此可得知第五电流I5为如式(2)所示。故，第六晶体管Q6的射极电压为第五电流I5的电流值乘上第五电阻R5与第七电阻R7的电阻值，进而可推导出流经第八电阻R8的第四电流I4，如式(3)所示，其中符号VBE4与VBE6为第四晶体管Q4与第六晶体管Q6的基射极电压。在本实施例中，进一步将第四电阻R4设计为第六电阻R6的三倍(如式(4)所示)，故第二电流I2会等于K倍的第四电流I4(因为电流镜映射的关系)，其可将第四电流I4视为第二电流I2的映射。接着，由于第三电流I3等于第一电流I1减去第二电流I2，其推导如式(5)所示。由于，静态工作电流ICQ为第三电流I3通过电流镜放大所映射的电流，亦即当输出晶体管QW的射极面积为第二晶体管Q2的射极面积的N倍时并且第二电阻R2的电阻值为第三电阻R3的电阻值的N倍时，则输出晶体管QW的静态工作电流ICQ为N倍的第三电流I3，其中N为大于1的有理数。因此，将静态工作电流ICQ进行对温度变数的微分运算后，可知道通过第八电阻R8与第一电阻R1之间的电阻值比例与适当地设计晶体管尺寸，即可以使射频功率放大器200在工作电压区间(如3.2伏特至4.2伏特)所输出的静态工作电流ICQ为接近或等于零温度系数的电流，故本发明内容的射频功率放大器200具有极佳的温度补偿效应，以独立于环境温度的影响。其中须注意的是，在本实施例中，第五电阻R5的电阻值约为第七电阻R7的电阻值的三倍，第四电阻R4的电阻值为第六电阻R6的电阻值的三倍，并且第五电阻R5与第七电阻R7都远大于第六电阻R6与第四电阻R4。

I1=(VSS－2VBE)/R1        式(1)

I5=VBE4/R5      式(2)

I4=(VSS－(VBE4×((R7+R5)/R5)+VBE6)/R4)    式(3)

R4=3×R6    式(4)

I3=I1–I2=I1–k×I4

=((VSS-2VBE)/R1)－k×(VSS-(VBE4×((R7+R5)/R5)+VBE6)/R4)式(5)

此外，如果将式(5)中的第三电流I3进行对第一***电压VSS微分运算后，可得知在将第八电阻R8设计为第一电阻R1的三倍时且当第一***电压位于工作电压区间时，则第一电流I1的电流值大于第二电流I2的电流值并且两电流微幅上升的斜率相同，因此射频功率放大器200所输出的静态工作电流ICQ不仅不会随着环境温度的改变而迁移，并且更能够独立于第一***电压VSS的变化，本发明内容的射频功率放大器200具有极佳的稳定性与高线性度。

再者，本发明内容的射频功率放大器200更可通过射频补偿电路130来达到过电压保护的功能，亦即当电池电压因为不明异常因素(如电压突波)而不断上升且大于第三电压门限值(如6伏特)时，则射频功率放大器200会通过射频补偿电路130内的第五晶体管Q5与第六晶体管Q6以大幅汲取第一电流I1的全部以作为第二电流I2，进而使第三电流为零电流。由于当第三电流I3成为零电流时，则偏压电流IB与静态工作电流ICQ都会同时为零电流，因此这会相当于关闭掉射频功率放大器200的输出级电路120。

为了更清楚了解本发明内容的功效，以下将列举模拟曲线图来进一步验证图2实施例中的射频功率放大器200。请同时参照图2～图5，图3为根据本发明实施例的静态工作电流对于第一***电压的模拟曲线图。图4为根据本发明实施例的第一与第二电流对于第一***电压的模拟曲线图。图5为根据本发明实施例的第三电流对于第一***电压的模拟曲线图。如图3所示，横轴为第一***电压(单位为伏特)，纵轴为静态工作电流ICQ(单位为毫安培)，在电池电压于3.2伏特至4.2伏特之间变动时，可知道静态工作电流ICQ的变化相当地小，其静态工作电流相对于电池电压变化的稳定度符合目前的通讯***的需求。详细来说，如图4所示，其中曲线CV1为第一电流I1并且曲线CV2为第二电流I2，横轴为第一***电压(单位为伏特)，纵轴为电流(单位为毫安培)，在电池电压于3.2伏特至4.2伏特之间变动时，可知道第一电流I1与第二电流I2的电流值都会随着电池电压的增加而微幅上升，并且其上升的斜率实质上相等。因为第三电流I3等于第一电流I1减去第二电流I2，所以如图5所示，横轴为第一***电压(单位为伏特)，纵轴为第三电流(单位为毫安培)，在电池电压于3.2伏特至4.2伏特之间变动时，第三电流I3的变化幅度约等于50微安培，因此这在射频功率放大器200中可视为相当稳定的电流源电流。

在过电压保护方面，请参照图6～图8，图6为根据本发明实施例的静态工作电流对于第一***电压的模拟曲线图。图7为根据本发明实施例的第一及第二电流对于第一***电压的模拟曲线图。图8为根据本发明实施例的第三电流对于第一***电压的模拟曲线图。在图7中，曲线CV3表示第一电流I1并且曲线CV4表示第二电流I2，由图7可知，在本实施例中，当第一***电压VSS增加至第一电压门限值时，如2.4伏特，第一电流I1会开始微幅上升并且此时第二电流I2产生。接下来，当第一***电压VSS增加至第二电压门限值时，如2.9伏特时，第二电流I2会开始微幅上升。值得注意的是，在电池电压于3.2伏特至4.2伏特之间时，曲线CV3与CV4微幅上升的斜率实质上相同。接着，由于射频补偿电路130内的第五晶体管Q5与第四晶体管Q4组态为迭接关系，因此在电池电压大于4.2伏特时，曲线CV4(第二电流I2)上升的斜率也慢慢的变大。故，当电池电压增加至第三电压门限值时，如5.8伏特，曲线CV4开始与曲线CV3重叠，其代表着第二电流I2的电流值等于第一电流I1的电流值，亦即射频补偿电路130会汲取全部的第一电流I1以作为第二电流I2。接下来，从图8可知，第三电流I3在电池电压位于5.8伏特左右时呈现零电流的现象，而这会进而使得射频功率放大器200的偏压电流IB与静态工作电流ICQ都会下降至零电流(如图6所示)。

在温度补偿效应方面，请参照图9～图12，图9为根据本发明实施例的静态工作电流对于温度的模拟曲线图。图10为根据本发明实施例的第一及第二电流对于温度的模拟曲线图。图11为根据本发明实施例的第三电流对于温度的模拟曲线图。图12为根据本发明实施例的在温度扫描下静态工作电流对于第一***电压的模拟曲线图。首先，在图10中，曲线CV5代表第一电流I1并且曲线CV6代表第二电流I2，环境温度在摄氏负55度至摄氏125度之间的模拟下，可知道第一电流I1与第二电流I2都会微幅上升并且其上升的斜率实质上相同。因此，第三电流I3(如图11所示)在摄氏负55度至摄氏125度的变化量小于5微安培，因此如图9所示，静态工作电流ICQ在环境温度的变化下具有相当高的稳定性。接下来，在同时考量电池电压与环境温度的变化下，在图12中，为将第一***电压VSS设定在3.2伏特至4.2伏特之间并且将环境温度设定在摄氏负55度至摄氏125度之间，射频功率放大器200的静态工作电流ICQ在面对电池电压与环境温度的同时变化下，仍然能够呈现出高稳定性，非常符合于现今的通讯***对稳定性的需求。

〔电子***的一实施例〕

请参照图13，图13为根据本发明实施例的电子***的区块示意图。电子***1300包括射频功率放大器1310与负载1320。射频功率放大器1310接收射频输入信号RFIN且输出射频输出信号RFOUT至负载1320，亦即射频功率放大器1310在耦接***电压后，会提供一稳定的输出功率至负载1320。射频功率放大器1310可以是上述图1与图2实施例中的射频功率放大器100与200的其中之一，且用以提供稳定的输出功率给负载。电子***1300可以是各种类型的电子装置内的***，电子装置可以是例如手持装置或移动装置等。

〔实施例的可能功效〕

综上所述，本发明实施例所提出的射频功率放大器与电子***，能够提供优良的温度补偿效应以使得射频功率放大器的输出功率与静态工作电流相对于温度变化时仍然保持稳定并且使得射频功率放大器的静态工作电流独立于电池电压的变化，借此维持通讯***所需的高线性度而不致让射频输出信号失真。

在本发明内容多个实施例中至少一实施例，射频功率放大器更能够达到过电压保护的效能，以避免过高的电池电压造成射频功率放大器或整个电子***的损害。

以上所述仅为本发明的实施例，其并非用以局限本发明的专利范围。

Claims (10)

1.一种射频功率放大器，用以接收且放大一射频输入信号并据此输出一射频输出信号，其特征在于，该射频功率放大器包括：

一偏压电路，电性连接一第一***电压，该偏压电路用以提供一偏压电流，其中当该第一***电压大于一第一电压门限值时，该偏压电路接收微幅上升的一第一电流；

一输出级电路，电性连接一第二***电压与该偏压电路，该输出级电路接收该偏压电流以工作在一工作偏压点；以及

一射频补偿电路，电性连接该偏压电路，当该第一***电压大于一第二电压门限值时，则该射频补偿电路接收来自该偏压电路所传送的微幅上升的一第二电流，其中该第二电压门限值大于该第一电压门限值，并且当该第一***电压位于一工作电压区间时，该第一电流的电流值大于该第二电流的电流值并且其微幅上升的斜率相同，以使得该射频功率放大器的一静态工作电流独立于该第一***电压的变化，

其中当该第一***电压大于一第三电压门限值时，该第一电流的电流值等于该第二电流的电流值，以使得该偏压电流为零电流，借此以达到过电压保护该射频功率放大器，其中该第三电压门限值大于该第二电压门限值，

其中当该第一***电压位于该工作电压区间，则该第一电流与该第二电流的电流值皆随着环境温度的增加而上升，并且其上升幅度相同，以使得该静态工作电流为接近或等于零温度系数的电流。

2.如权利要求1所述的射频功率放大器，其中该第一电压门限值位于2.3伏特至2.5伏特之间，该第二电压门限值位于2.9伏特至3伏特之间，该第三电压门限值位于5.8伏特至6伏特之间，并且该工作电压区间位于3.2伏特至4.2伏特之间。

3.如权利要求1所述的射频功率放大器，还包括：

一输入匹配电路，电性连接该输出级电路，该输入匹配电路用以接收该射频输入信号以提供输入功率匹配的效能至该输出级电路；以及

一输出匹配电路，电性连接该输出级电路，该输出匹配电路用以输出该射频输出信号且提供输出功率匹配的效能至该输出级电路。

4.如权利要求3所述的射频功率放大器，其中该偏压电路包括：

一第一电阻，其一端连接该第一***电压；

一第一晶体管，其基极连接该第一电阻的另一端，其集极连接该第一***电压；

一第二晶体管，其集极连接该第一晶体管的基极，其射极连接一接地电压；

一第二电阻，其一端连接该第一晶体管的射极，其另一端连接该第二晶体管的基极；以及

一第三电阻，其一端连接该第一晶体管的射极。

5.如权利要求4所述的射频功率放大器，其中该输出级电路包括：

一输出晶体管，其基极连接该第三电阻的另一端，其射极连接该接地电压；以及

一集极电阻，其一端连接该第二***电压，其另一端连接该输出晶体管的集极，

其中该输出晶体管通过该输入匹配电路接收该射频输入信号并予以放大后，通过该输出匹配电路输出该射频输出信号，

其中当该输出晶体管的射极面积为该第二晶体管的射极面积的N倍时且该第二电阻的电阻值为该第三电阻的电阻值的N倍时，则该输出晶体管的静态工作电流为N倍的该第三电流，其中N为大于1的有理数。

6.如权利要求5所述的射频功率放大器，其中该射频补偿电路包括：

一第四电阻，其一端连接该接地电压；

一第五电阻，其一端连接该接地电压；

一第六电阻，其一端连接该接地电压；

一第三晶体管，其射极连接该第四电阻的另一端，其基极连接该第五电阻的另一端；

一第四晶体管，其射极连接该第六电阻的另一端，其基极连接该第三晶体管的基极；

一第七电阻，其一端连接该第五电阻的另一端，其中该第五电阻的电阻值为该第七电阻的电阻值的三倍，并且该第四电阻与该第六电阻的电阻值小于该第七电阻的电阻值；

一第五晶体管，其射极连接该第四晶体管的集极，其集极连接该第一电阻的另一端以接收该第二电流；

一第六晶体管，其射极连接该第七电阻的另一端，其基极连接该第五晶体管的基极与该第三晶体管的集极，其集极连接该第一***电压；以及

一第八电阻，其一端连接该第三晶体管的集极，其另一端连接该第一***电压，

其中通过调整该第八电阻与该第一电阻之间的阻值比例来使得该静态工作电流为接近或等于零温度系数的电流。

7.如权利要求6所述的射频功率放大器，其中当该第一***电压大于该第三电压门限值时，通过该第五晶体管与该第六晶体管以大幅汲取该第一电流的全部以作为该第二电流，借此以使该偏压电流为零电流。

8.如权利要求7所述的射频功率放大器，其中当第八电阻的电阻值等于该第一电阻的电阻值的三倍且该第一***电压位于该工作电压区间时，该第一电流的电流值大于该第二电流的电流值并且其微幅上升的斜率相同，以使得该静态工作电流独立于该第一***电压的变化。

9.如权利要求6所述的射频功率放大器，其中该第一晶体管、该第二晶体管、该第三晶体管、该第四晶体管、该第五晶体管、该第六晶体管与该输出晶体管为异质结型双极晶体管。

10.一种电子***，其特征在于，包括：

一如权利要求1所述的射频功率放大器，该射频功率放大器接收一射频输入信号且输出一射频输出信号；以及

一负载，电性连接该射频功率放大器，该负载接收该射频输出信号。