CN109428556B - 功率放大器和用于射频主动电路的保护电路 - Google Patents

功率放大器和用于射频主动电路的保护电路 Download PDF

Info

Publication number
CN109428556B
CN109428556B CN201710880522.9A CN201710880522A CN109428556B CN 109428556 B CN109428556 B CN 109428556B CN 201710880522 A CN201710880522 A CN 201710880522A CN 109428556 B CN109428556 B CN 109428556B
Authority
CN
China
Prior art keywords
circuit
signal
radio frequency
bias
coupled
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710880522.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109428556A (zh
Inventor
王一峰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Richwave Technology Corp
Original Assignee
Richwave Technology Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Richwave Technology Corp filed Critical Richwave Technology Corp
Publication of CN109428556A publication Critical patent/CN109428556A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109428556B publication Critical patent/CN109428556B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F1/00Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/52Circuit arrangements for protecting such amplifiers
    • H03F1/523Circuit arrangements for protecting such amplifiers for amplifiers using field-effect devices
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/20Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers
    • H03F3/21Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers with semiconductor devices only
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/72Gated amplifiers, i.e. amplifiers which are rendered operative or inoperative by means of a control signal
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F1/00Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/52Circuit arrangements for protecting such amplifiers
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F1/00Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/56Modifications of input or output impedances, not otherwise provided for
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/189High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers
    • H03F3/19High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers with semiconductor devices only
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/189High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers
    • H03F3/19High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/195High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers with semiconductor devices only in integrated circuits
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/20Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers
    • H03F3/21Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/211Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers with semiconductor devices only using a combination of several amplifiers
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/20Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers
    • H03F3/21Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/213Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers with semiconductor devices only in integrated circuits
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/20Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers
    • H03F3/24Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers of transmitter output stages
    • H03F3/245Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers of transmitter output stages with semiconductor devices only
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F2200/00Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/105A non-specified detector of the power of a signal being used in an amplifying circuit
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F2200/00Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/21Bias resistors are added at the input of an amplifier
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F2200/00Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/408Indexing scheme relating to amplifiers the output amplifying stage of an amplifier comprising three power stages
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F2200/00Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/451Indexing scheme relating to amplifiers the amplifier being a radio frequency amplifier
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F2200/00Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/462Indexing scheme relating to amplifiers the current being sensed
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F2200/00Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/78A comparator being used in a controlling circuit of an amplifier

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Abstract

本发明公开了一种用于射频主动电路的保护电路,该用于射频主动电路的保护电路包含一信号强度侦测电路、一电流侦测电路、一逻辑电路,以及一开关单元。信号强度侦测电路耦接于射频主动电路的射频信号输入端或射频信号输出端,用以根据射频信号的信号强度来产生一第一侦测信号。电流侦测电路根据射频主动电路的驱动电流来侦测射频信号的一输出反射驻波,进而产生相对应一第二侦测信号。逻辑电路依据第一侦测信号与第二侦测信号来产生一开关控制信号。开关单元依据开关控制信号来降低射频主动电路的驱动电流。

Description

功率放大器和用于射频主动电路的保护电路
技术领域
本发明涉及一种功率放大器和用于射频主动电路的保护电路,尤其涉及一种能够降低突波和电压驻波比所带来负面影响的功率放大器和用于射频主动电路的保护电路。
背景技术
放大器是电子装置中常有的组件,可用来放大电子装置的特性,像是增益、带宽、及线性度等。放大器的应用范围也相当广泛,例如应用在主动滤波器、缓冲器、类比信号转数字信号的转换器、及射频收发器等。其中,在无线通信领域中,功率放大器(poweramplifier)是射频电路中一个重要的组件,通常都会被设计在天线放射器的前端,其主要的功能在于将输出信号放大至合理振幅。
射频突波为电路中潜在的快速且短时间内的电压波形峰值瞬变,可能在当电子设备(例如是功率放大器)接通电源的瞬间产生,或是由于射频阻抗不匹配造成瞬间电压波形峰值变化,而导致驱动电子设备的偏压电流瞬变。虽然射频突波信号维持的时间通常很短暂,但由于射频突波远大于***负载所能承受的规格,极容易对敏感的电子设备造成损坏。
此外,电压驻波比(voltage standing wave ratio,VSWR)是评量功率放大器性能的一个参数,其定义是反射功率与输入功率之间的比率。当射频***中某一个装置的阻抗大于或小于另一个相连装置的阻抗时,在阻抗不匹配之处会因能量被弹回辐射主体而形成能量反馈损失(return loss)与驻波,进而造成输出信号强度不稳定而产生反射的射频信号。电压驻波比的理想比例是1:1,表示没有任何反射功率产生,比值越大则反射功率越大,因此造成的反射损失也越多。在实际RF电路上电压驻波比造成的问题不只是发射信号变弱,严重时还会因为反射功率造成组件过热或烧毁。
因此,需要一种能够降低突波信号和电压驻波比所带来负面影响的功率放大器。
发明内容
本发明提供一种功率放大器,其包含一输入端,用以输入一射频信号;一输出端,用以输出放大后的该射频信号;一第一放大电路和一第二放大电路,用以放大该射频信号;一第一偏压电路,用以于一偏压输出端提供一第一偏压电流以及用以于一第一供电输入端提供一第一供电电流;一第二偏压电路,用以于一偏压输出端提供一第二偏压电流以及用以于一第二供电输入端提供一第二供电电流;以及一保护电路,耦接于该第一放大电路的该射频信号输入端。该第一放大电路包含一射频信号输入端,耦接于该功率放大器的该输入端,用以输入该射频信号;以及一射频信号输出端,耦接于该功率放大器的该输出端,用以输出放大后的该射频信号。该第二放大电路耦接于该功率放大器的该输入端与该第一放大电路的该射频信号输入端之间,其中该第一偏压电流与该第一供电电流用以驱动该第一放大电路,而该第二偏压电流与该第二供电电流用以驱动该第二放大电路。该保护电路包含一信号强度侦测电路,用以侦测该射频信号的一射频突波来产生一第一侦测信号;一电流侦测电路,耦接于该第一放大电路,其依据该第一偏压电流来产生一第二侦测信号;一逻辑电路,其用以依据该第一侦测信号与该第二侦测信号来产生一第一开关控制信号与一第二开关控制信号;一第一开关,用以依据该第一开关控制信号降低该第一偏压电流或该第一供电电流;以及一第二开关,用以依据该第二开关控制信号降低该第二偏压电流或该第二供电电流。
本发明另提供一种功率放大器,其包含一输入端,用以输入一射频信号;一输出端,用以输出放大后的该射频信号;一放大电路,用以放大该射频信号;一偏压电路,用以于一偏压输出端提供一偏压电流以及用以于一供电输入端提供一供电电流,其中该偏压电流与该供电电流用以驱动该功率放大器;以及一保护电路,耦接于该第一放大电路的该射频信号输入端或该射频信号输出端。该保护电路包含一信号强度侦测电路,用以侦测该射频信号的一射频突波来产生一侦测信号;一逻辑电路,其用以依据该侦测信号来产生一开关控制信号;以及一开关单元,用以依据该开关控制信号降低该偏压电流或该供电电流。该放大电路包含一射频信号输入端,耦接于该功率放大器的该输入端,用以输入该射频信号;以及一射频信号输出端,耦接于该功率放大器的该输出端,用以输出放大后的该射频信号。
本发明另提供一种用于射频主动电路的保护电路,该射频主动电路接收一驱动电流用以驱动该射频主动电路。该保护电路包含一第一信号强度侦测电路,耦接于该射频主动电路的一射频信号输入端或一射频信号输出端,用以根据该射频信号的信号强度来产生一第一侦测信号;一第一电流侦测电路,耦接于该射频主动电路,其用以根据该驱动电流侦测该射频信号的一输出反射驻波来产生一第二侦测信号;一第一逻辑电路,其依据该第一侦测信号与该第二侦测信号来产生一第一开关控制信号;以及一第一开关单元,用来依据该第一开关控制信号降低该驱动电流。
与现有技术相比较,本发明所具有的优点为:当***内产生突波电压/电流,或是两相连装置之间出现阻抗不匹配时,本发明的功率放大器可迅速关闭相对应装置以降低突波讯号信号和电压驻波比所带来负面影响。
附图说明
关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。
图1为本发明实施例中功率放大器的功能方块图;
图2为本发明实施例中一信号强度侦测电路的示意图;
图3为本发明实施例中电流侦测电路的示意图;
图4为本发明实施例中保护电路应用至偏压电路时的示意图;
图5为本发明实施例中保护电路运作时的示意图;
图6为本发明实施例中保护电路运作时的示意图。
主要图示说明:
10 第一保护电路
20 第二保护电路
100 功率放大器
IN 输入端
OUT 输出端
Figure BDA0001419016980000041
偏压输出端
Figure BDA0001419016980000042
信号输入端
Figure BDA0001419016980000043
信号输出端
Figure BDA0001419016980000044
第一级至第三级放大电路
Figure BDA0001419016980000045
第一级至第三级偏压电路
Figure BDA0001419016980000046
晶体管
Figure BDA0001419016980000047
电容
Figure BDA0001419016980000048
电阻
PD1 第一信号强度侦测电路
PD2 第二信号强度侦测电路
Comp1 第一逻辑电路
Comp2 第二逻辑电路
SW1 第一开关单元
SW2 第二开关单元
CD 电流侦测电路
Figure BDA0001419016980000049
Figure BDA00014190169800000410
开关
Figure BDA00014190169800000411
开关控制信号
RF1、RF2、RFIN、RFOUT 射频信号
IB1、IB2、IB3 偏压电流
IC1、IC2、IC3 供电电流
Figure BDA00014190169800000412
供电输入端
VREF1、VREF2、VREF3、VREF4 第一至第四参考电位
VPD1、VPD2、Vid、VS 侦测信号
具体实施方式
图1为本发明实施例中功率放大器100的功能方块图。功率放大器100包含一输入端IN、一输出端OUT、第一级至第三级放大电路
Figure BDA0001419016980000051
第一级至第三级偏压电路
Figure BDA0001419016980000052
一第一保护电路10,以及一第二保护电路20。功率放大器 100的输入端IN用以输入一射频信号RFIN,功率放大器100的输出端OUT用以输出一射频信号RFOUT(放大后的射频信号RFIN)。第一级放大电路ST1的射频信号输入端耦接于输入端IN以接收射频信号RFIN,用以放大射频信号RFIN以产生射频信号 RF1,并于其射频信号输出端输出放大射频信号RFIN后的射频信号RF1。第二级放大电路ST2的射频信号输入端耦接于第一级放大电路ST1的射频信号输出端以接收射频信号RF1,用以放大射频信号RF1以产生射频信号RF2,并于其射频信号输出端输出放大射频信号RF1后的射频信号RF2。第三级放大电路ST3的射频信号输入端耦接于第二级放大电路ST2的射频信号输出端以接收射频信号RF2,用以放大射频信号RF2以产生射频信号RFOUT,第三级放大电路ST3的射频信号输出端耦接于输出端OUT以输出放大射频信号RF2后的射频信号RFOUT
在本发明功率放大器100中,第一级偏压电路BC1用以提供一偏压电流IB1和一供电电流IC1以驱动第一级放大电路ST1,第二级偏压电路BC2用以提供一偏压电流IB2和一供电电流IC2以驱动第二级放大电路ST2,第三级偏压电路BC3用以提供一偏压电流IB3和一供电电流IC3以驱动第三级放大电路ST3。
第一保护电路10耦接于第一级放大电路ST1的射频信号输出端和第二级放大电路ST2的射频信号输入端之间、或是功率放大器100的中间级,其包含一第一信号强度侦测电路PD1、一第一逻辑电路Comp1,以及一第一开关单元SW1。第一信号强度侦测电路PD1可侦测射频信号RF1的射频突波来产生一侦测信号VPD1,例如第一信号强度侦测电路PD1用以根据射频信号RF1的峰值强度或功率,侦测射频突波。第一逻辑电路Comp1可依据侦测信号VPD1和一第一参考电位VREF1之间的大小关系来产生开关控制信号
Figure BDA0001419016980000053
第一开关单元SW1包含开关SW1A、SW1B和 SW1C,可分别依据开关控制信号
Figure BDA0001419016980000061
来控制第二级偏压电路BC2的输出。
第二保护电路20耦接于第二级放大电路ST2的射频信号输出端和第三级放大电路ST3的射频信号输入端之间、或是功率放大器100的中间级,其包含一第二信号强度侦测电路PD2、一电流侦测电路CD、一第二逻辑电路Comp2,以及一第二开关单元SW2。第二信号强度侦测电路PD2可侦测射频信号RF2的射频突波来产生一侦测信号VPD2,例如第二信号强度侦测电路PD2用以根据射频信号RF2的峰值强度或功率,侦测射频突波。电流侦测电路CD耦接于第三级放大电路ST3,可依据第三级放大电路ST3的偏压电流IB3来产生一侦测信号Vid。第二逻辑电路 Comp2可依据侦测信号VS和一第二参考电位VREF2之间的大小关系来产生开关控制信号
Figure BDA0001419016980000062
Figure BDA0001419016980000063
其中侦测信号VS相关于侦测信号VPD2和侦测信号Vid的值。第二开关单元SW2包含开关
Figure BDA0001419016980000064
Figure BDA0001419016980000065
可分别依据开关控制信号
Figure BDA0001419016980000068
Figure BDA0001419016980000067
Figure BDA0001419016980000066
来控制第一级偏压电路BC1和第三级偏压电路BC3的输出。
图2为本发明实施例中一信号强度侦测电路PD的示意图。信号强度侦测电路 PD包含晶体管
Figure BDA0001419016980000069
电容
Figure BDA00014190169800000610
以及电阻
Figure BDA00014190169800000611
可用来实作本发明功率放大器100中的第一信号强度侦测电路PD1或第二信号强度侦测电路PD2。当用来实作第一信号强度侦测电路PD1时,信号强度侦测电路PD的输入端耦接于第一级放大电路ST1的射频信号输出端和第二级放大电路ST2的射频信号输入端之间、或是功率放大器100的中间级,可侦测射频信号RF1的射频突波来产生侦测信号 VPD1,其中侦测信号VPD1的值相关于第一级放大电路ST1输出端的射频信号RF1(亦即相关于RFIN)和来自第二级放大电路ST2的VSWR信号。当用来实作第二信号强度侦测电路PD2时,信号强度侦测电路PD的输入端耦接于第二级放大电路ST2的射频信号输出端和第三级放大电路ST3的射频信号输入端之间、或是功率放大器 100的中间级,可侦测射频信号RF2的射频突波来产生侦测信号VPD2,其中侦测信号VPD2的值相关于第二级放大电路ST2输出端的射频信号RF2(亦即相关于RFIN)和来自第三级放大电路ST3的VSWR信号。电阻R1可作为流限器,电阻R2可提供第二级放大电路ST2/第三级放大电路ST3工作偏压,电阻R3/R4可分别提供晶体管 Q2/Q1工作偏压。
图3为本发明实施例中电流侦测电路CD的示意图。电流侦测电路CD包含晶体管
Figure BDA0001419016980000071
电容C4,以及电阻
Figure BDA0001419016980000072
电流侦测电路CD的输入端耦接于第三级放大电路ST3,可侦测第三级放大电路ST3的偏压电流IB3来产生侦测信号Vid,其中侦测信号Vid的值相关于第三级放大电路ST3输出端的射频信号RFOUT和来自第三级放大电路ST3的VSWR信号。电阻R5可作为流限器,电阻R8可提供第三级放大电路ST3工作偏压,电阻R6/R7可分别提供晶体管Q5/Q6工作偏压。
图4为本发明实施例中保护电路应用至偏压电路时的示意图。为了说明方便,图4仅显示了第一级至第三级偏压电路
Figure BDA0001419016980000075
和保护电路中的开关单元。每一级偏压电路各包含晶体管
Figure BDA0001419016980000073
电阻
Figure BDA0001419016980000074
以及一电容C5。第一级至第三级偏压电路
Figure BDA00014190169800000711
另各包含信号输入端
Figure BDA0001419016980000076
信号输出端
Figure BDA0001419016980000077
Figure BDA0001419016980000078
偏压输出端
Figure BDA0001419016980000079
和供电输入端
Figure BDA00014190169800000710
其中偏压输出端N1~N3 耦接于对应的放大电路ST1~ST3的射频信号输入端,以分别提供偏压电流IB1~ IB3至相对应的放大电路ST1~ST3;供电输入端VCC1~VCC3耦接于对应的放大电路ST1~ST3的射频信号输出端,以分别提供供电电流
Figure BDA00014190169800000712
至相对应的放大电路
Figure BDA00014190169800000713
在每一级偏压电路中,晶体管Q9和Q10组成一偏压组件,而晶体管 Q11为输出晶体管。电阻R9耦接于输出晶体管Q11的输出端和相对应的放大电路
Figure BDA00014190169800000714
之间;电阻R10耦接于输出晶体管Q11的输入端和第三参考电位VREF3之间;由晶体管Q9和Q10组成的偏压组件,耦接于输出晶体管Q11的输入端和第四参考电位VREF4之间。在一实施例中,第一级偏压电路BC1所包含的输出晶体管Q11 的输出端即为偏压输出端N1;第二级偏压电路BC2所包含的输出晶体管Q11的输出端即为偏压输出端N2;第三级偏压电路BC3所包含的输出晶体管Q11的输出端即为偏压输出端N3,因此第一级至第三级偏压电路BC1~BC3所分别包含的输出晶体管Q11可用来输出偏压电流IB1~IB3至相对应的放大电路ST1~ST3。在一实施例中,供电输入端
Figure BDA0001419016980000081
是耦接于外部的供应电压源,该供应电压源提供稳定的电压。在一实施例中,上述第一级至第三级偏压电路
Figure BDA0001419016980000084
所分别包含的晶体管
Figure BDA0001419016980000083
电阻
Figure BDA0001419016980000082
以及电容C5,可以为不同。例如第一级偏压电路BC1所包含的晶体管Q9可以与第二级偏压电路BC2所包含的晶体管Q9、以及第三级偏压电路BC3所包含的晶体管Q9,三者的尺寸或类型不同;第一级偏压电路BC1所包含的电阻R9可以与第二级偏压电路BC2所包含的电阻R9、以及第三级偏压电路BC3所包含的电阻R9,三者的电阻值不同;依此类推。
保护电路10的第一开关单元SW1包含开关
Figure BDA0001419016980000085
开关SW1A和SW1B分别依据开关控制信号S1A和S1B来选择性地将第二级偏压电路BC2中输出晶体管Q11的输入端和输出端耦接至第四参考电位VREF4(例如是共同电位或接地电位),而开关SW1C依据开关控制信号S1C来选择性地导通或截断供电输入端VCC2至第二级放大电路 ST2的路径,亦即开关SW1C依据开关控制信号S1C来将供电输入端VCC2选择性地耦接至第二级放大电路ST2。保护电路20的第二开关单元SW2包含开关
Figure BDA0001419016980000086
Figure BDA0001419016980000087
开关SW2A、SW2B、SW3A和SW3B分别依据开关控制信号S2A、S2B、S3A和S3B来选择性地将第一级偏压电路BC1和第三级偏压电路BC3中输出晶体管Q11的输入端和输出端耦接至第四参考电位VREF4,开关SW2C依据开关控制信号S2C来选择性地导通或截断供电输入端VCC1至第一级放大电路ST1的路径,而开关SW3C依据开关控制信号S3C来选择性地导通或截断供电输入端VCC3至第三级放大电路ST3的路径,亦即开关SW2C依据开关控制信号S2C来将供电输入端VCC1选择性地耦接至第一级放大电路ST1,而开关SW3C依据开关控制信号S3C来将供电输入端VCC3选择性地耦接至第三级放大电路ST3。
在本发明中,晶体管
Figure BDA0001419016980000088
可为双极结型晶体管(bipolar junctiontransistor,BJT)、金属氧化物半导体场效应晶体管 (metal-oxide-semiconductorfield-effect transistor,MOSFET),或其它具备类似开关功能的组件。在一实施例中,第一级至第三级放大电路
Figure BDA0001419016980000089
分别包括一双极结型晶体管,晶体管的集极分别耦接于第一级至第三级放大电路
Figure BDA0001419016980000091
的射频信号输出端,晶体管的基极分别耦接于第一级至第三级放大电路
Figure BDA0001419016980000092
的射频信号输入端,晶体管的射极分别耦接于第四参考电位VREF4,而偏压电流
Figure BDA0001419016980000094
被提供至相对应的放大电路
Figure BDA0001419016980000093
的晶体管的基极,供电电流
Figure BDA0001419016980000095
被提供至相对应的放大电路
Figure BDA0001419016980000096
的晶体管的集极。为了说明目的,图2至图4显示了BJT的实施例,其中晶体管
Figure BDA0001419016980000097
的输入端为基极而晶体管的输出端为射极,但第一级至第三级放大电路
Figure BDA0001419016980000098
的晶体管以及晶体管
Figure BDA0001419016980000099
Figure BDA00014190169800000910
的种类并不限定本发明的范畴,且为了简化说明,上述图式未绘出等效阻抗匹配电路。
图5为本发明实施例中保护电路10运作时的示意图。为了说明目的,假设射频信号RF1为正交频分复用(orthogonal frequency-division multiplexing, OFDM)信号,亦即使用多个差异很大且容易分辨的正交载波来乘载数字信号。侦测信号VPD1则对应至射频信号RF1的峰值强度或功率。当保护电路10的第一逻辑电路Comp1侦测到射频信号RF1的峰值强度或功率超过第一参考电位VREF1时,会输出致能(enable)电位的开关控制信号S1A和S1B(实线)以开启(使短路)开关SW1A和 SW1B,并输出失能(disable)电位的开关控制信号S1C(虚线)以关闭(使开路)开关 SW1C。如此一来,第二级偏压电路BC2中晶体管Q11的输入端和输出端会耦接至第四参考电位VREF4,而供电输入端VCC2会和第二级放大电路ST2电性分离,进而关闭第二级偏压电路BC2中的晶体管Q11,以降低流经晶体管Q11的电流、降低偏压电流IB2和供电电流IC2(例如截断流向第二级放大电路ST2的供电电流IC2)的值。因此,当输入射频信号RFIN因故出现突波时,本发明的保护电路10可迅速关闭第二级偏压电路BC2,进而关闭第二级放大电路ST2避免瞬间突波信号损伤内部组件。在一实施例中,若射频信号RF1的峰值强度或功率超过第一参考电位VREF1时,亦可只输出致能电位的开关控制信号S1A和S1B的其中之一以开启(使短路)开关SW1A和SW1B的其中之一,或输出失能电位的开关控制信号S1C以关闭(使开路)开关SW1C,或同时结合上述手段中的数个,亦能避免瞬间突波信号损伤内部组件。
图6为本发明实施例中保护电路20运作时的示意图。为了说明目的,假设射频信号RF2为OFDM信号,亦即使用多个差异很大且容易分辨的正交载波来乘载数字信号。侦测信号VPD2则对应至射频信号RF2的峰值强度或功率,侦测信号Vid则对应至第三级放大电路ST3的偏压电流IB3,而侦测信号VS则为同时考虑侦测信号 VPD2和侦测信号Vid后的结果。当保护电路20的第二逻辑电路Comp2侦测到侦测信号VS超过第二参考电位VREF2时,代表此时射频信号RF2的峰值强度/功率或第三级放大电路ST3的偏压电流IB3的值过高,因此会输出致能电位的开关控制信号S2A和S2B(实线)以开启(使短路)开关SW2A和SW2B,输出致能电位的开关控制信号S3A和 S3B(实线)以开启(使短路)开关SW3A和SW3B,输出失能电位的开关控制信号S2C(虚线)以关闭(使开路)开关SW2C,并输出失能电位的开关控制信号S3C(虚线)以关闭 (使开路)开关SW3C。如此一来,第一级偏压电路BC1和第三级偏压电路BC3中晶体管Q11的输入端和输出端会耦接至第四参考电位VREF4,第一级偏压电路BC1的供电输入端VCC1会和第一级放大电路ST1电性分离,而第三级偏压电路BC3的供电输入端VCC3会和第三级放大电路ST3电性分离,进而关闭第一级偏压电路BC1和第三级偏压电路BC3中的晶体管Q11,以降低流经晶体管Q11的电流、降低偏压电流 IB1、供电电流IC1(例如截断流向第一级放大电路ST1的供电电流IC1)、偏压电流IB3和供电电流IC3(例如截断流向第三级放大电路ST3的供电电流IC3)的值。因此,当输入射频信号RFIN因故出现突波时,或是第二级放大电路ST2和第三级放大电路ST3之间阻抗不匹配,或是第三级放大电路ST3和天线端之间阻抗不匹配时,本发明的保护电路20可迅速关闭第一级偏压电路BC1和第三级偏压电路BC3,进而关闭第一级放大电路ST1和第三级放大电路ST3避免瞬间突波信号或反射驻波损伤内部组件。在一实施例中,若射频信号RF2的峰值强度/功率或第三级放大电路ST3的偏压电流IB3的值过高,亦可只输出致能电位的开关控制信号S2A和S2B的其中之一以开启(使短路)开关SW2A和SW2B的其中之一,或输出致能电位的开关控制信号S3A和S3B的其中之一以开启(使短路)开关SW3A和SW3B的其中之一,或输出失能电位的开关控制信号S2C以关闭(使开路)开关SW2C,或输出失能电位的开关控制信号S3C以关闭(使开路)开关SW3C,或同时结合上述手段中的数个,亦能避免瞬间突波信号或反射驻波损伤内部组件。在一实施例中,上述保护电路10、20可应用于射频主动电路(例如放大电路),上述偏压电流可为 用以驱动射频主动电路的驱动电流。
综上所述,当***内产生突波电压/电流,或是两相连装置之间出现阻抗不匹配时,本发明的功率放大器可迅速关闭相对应装置以降低突波信号和电压驻波比所带来负面影响。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,凡依本发明权利要求书所做的等同变化与修饰,皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (24)

1.一种功率放大器,其特征在于,该功率放大器包含:
一输入端,用以输入一射频信号;
一输出端,用以输出放大后的该射频信号;
一第一放大电路,用以放大该射频信号,其包含:
一射频信号输入端,耦接于该功率放大器的该输入端,用以输入该射频信号;以及
一射频信号输出端,耦接于该功率放大器的该输出端,用以输出放大后的该射频信号;
一第二放大电路,用以放大该射频信号,该第二放大电路耦接于该功率放大器的该输入端与该第一放大电路的该射频信号输入端之间;
一第一偏压电路,用以于一偏压输出端提供一第一偏压电流以及用以于一第一供电输入端提供一第一供电电流;
一第二偏压电路,用以于一偏压输出端提供一第二偏压电流以及用以于一第二供电输入端提供一第二供电电流,其中,该第一偏压电流与该第一供电电流用以驱动该第一放大电路、该第二偏压电流与该第二供电电流用以驱动该第二放大电路;以及
一第一保护电路,耦接于该第一放大电路的该射频信号输入端,其包含:
一第一信号强度侦测电路,用以侦测该射频信号的一射频突波来产生一第一侦测信号;
一第一电流侦测电路,耦接于该第一放大电路,其依据该第一偏压电流来产生一第二侦测信号;
一第一逻辑电路,其用以依据该第一侦测信号与该第二侦测信号来产生一第一开关控制信号与一第二开关控制信号;
一第一开关,用以依据该第一开关控制信号降低该第一偏压电流或该第一供电电流;以及
一第二开关,用以依据该第二开关控制信号降低该第二偏压电流或该第二供电电流。
2.如权利要求1所述的功率放大器,其特征在于,该功率放大器更包含:
一第三放大电路,用以放大该射频信号,耦接于该第一放大电路与该第二放大电路之间且包含:
一射频信号输入端,耦接于该第二放大电路,用以输入该射频信号;以及
一射频信号输出端,耦接于该第一放大电路,用以输出放大后的该射频信号;
一第三偏压电路,用以于一偏压输出端提供一第三偏压电流以及用以于一第三供电输入端提供一第三供电电流,其中该第三偏压电流与该第三供电电流用以驱动该第三放大电路;
一第二保护电路,耦接于该第三放大电路的该射频信号输入端,其包含:
一第二信号强度侦测电路,用以侦测该射频信号的该射频突波来产生一第三侦测信号;
一第二逻辑电路,其用以依据该第三侦测信号来产生一第三开关控制信号;以及
一第三开关,用以依据该第三开关控制信号降低该第三偏压电流或该第三供电电流。
3.一种功率放大器,其特征在于,该功率放大器包含:
一输入端,用以输入一射频信号;
一输出端,用以输出放大后的该射频信号;以及
一第一放大电路,用以放大该射频信号,其包含:
一射频信号输入端,耦接于该功率放大器的该输入端,用以输入该射频信号;以及
一射频信号输出端,耦接于该功率放大器的该输出端,用以输出放大后的该射频信号;
一第一偏压电路,用以于一偏压输出端提供一第一偏压电流以及用以于一第一供电输入端提供一第一供电电流,其中该第一偏压电流与该第一供电电流用以驱动该功率放大器;以及
一第一保护电路,耦接于该第一放大电路的该射频信号输入端或该射频信号输出端,其包含:
一第一信号强度侦测电路,用以侦测该射频信号的一射频突波来产生一第一侦测信号;
一第一逻辑电路,其用以依据该第一侦测信号来产生一第一开关控制信号;以及
一第一开关单元,用以依据该第一开关控制信号降低该第一偏压电流或该第一供电电流。
4.如权利要求3所述的功率放大器,其特征在于,其中该第一信号强度侦测电路用以根据该射频信号的峰值强度或功率,侦测该射频突波。
5.如权利要求3所述的功率放大器,其特征在于,其中该第一偏压电流与该第一供电电流用以驱动该第一放大电路。
6.如权利要求5所述的功率放大器,其特征在于,其中该第一偏压电路的该第一供电输入端耦接于该第一放大电路的该射频信号输出端,且该第一偏压电路的该偏压输出端耦接于该第一放大电路的该射频信号输入端。
7.如权利要求6所述的功率放大器,其特征在于,其中该第一开关单元用来依据该第一开关控制信号来将该第一偏压电路的该偏压输出端选择性地耦接至一第一参考电位。
8.如权利要求7所述的功率放大器,其特征在于,其中:
该第一偏压电路包括一输出晶体管,用来输出该第一偏压电流;且
该第一开关单元包括一第一开关,用以将该输出晶体管的一输出端选择性地耦接至该第一参考电位,进而降低流向该第一放大电路的该第一偏压电流以关闭该第一放大电路。
9.如权利要求8所述的功率放大器,其特征在于,其中:
该第一开关单元包括一第二开关,用以将该输出晶体管的一输入端选择性地耦接至该第一参考电位,进而关闭该输出晶体管以降低流经该输出晶体管的电流。
10.如权利要求9所述的功率放大器,其特征在于,其中该第一偏压电路另包括:
一第一电阻,耦接于该输出晶体管的该输出端和该第一放大电路之间;
一第二电阻,耦接于该输出晶体管的该输入端和一第二参考电位之间;以及
一偏压组件,耦接于该输出晶体管的该输入端和该第一参考电位之间。
11.如权利要求6所述的功率放大器,其特征在于,其中该第一开关单元用来依据该第一开关控制信号来将该第一供电输入端选择性地耦接至该第一放大电路。
12.如权利要求11所述的功率放大器,其特征在于,其中:
该第一开关单元包括一第三开关,耦接于该第一供电输入端与该第一放大电路之间,用来依据该第一开关控制信号来将选择性地截断流向该第一放大电路的该第一供电电流以关闭该第一放大电路。
13.如权利要求3所述的功率放大器,其特征在于,更包含一第二放大电路,用以放大该射频信号,该第二放大电路耦接于该第一放大电路,其中该第一偏压电流与该第一供电电流用以驱动该第二放大电路。
14.如权利要求13所述的功率放大器,其特征在于,其中该第二放大电路包含:
一射频信号输入端,耦接于该功率放大器的该输入端,用以输入该射频信号;以及
一射频信号输出端,耦接于该功率放大器的该输出端,用以输出放大后的该射频信号;
其中该第一供电输入端耦接于该第二放大电路的该射频信号输出端,且该第一偏压电路的该偏压输出端耦接于该第二放大电路的该射频信号输入端。
15.如权利要求14所述的功率放大器,其特征在于,其中该第一开关单元用来依据该第一开关控制信号来将该第一偏压电路的该偏压输出端选择性地耦接至一第一参考电位。
16.如权利要求14所述的功率放大器,其特征在于,其中该第一开关单元用来依据该第一开关控制信号来将该第一供电输入端选择性地耦接至该第二放大电路。
17.如权利要求5所述的功率放大器,其特征在于,其中:
该第一保护电路耦接于该第一放大电路的该射频信号输入端,该第一保护电路更包含一第一电流侦测电路,耦接于该第一放大电路,其依据该第一偏压电流来产生一第二侦测信号;且
该第一逻辑电路另依据该第二侦测信号来产生该第一开关控制信号。
18.如权利要求5所述的功率放大器,其特征在于,其中该第一保护电路耦接于该第一放大电路的该射频信号输入端,且该功率放大器更包含:
一第二放大电路,耦接于该功率放大器的该输入端与该第一放大电路之间,用以放大该射频信号,其包含:
一射频信号输入端,耦接于该功率放大器的该输入端,用以输入该射频信号;以及
一射频信号输出端,耦接于该第一放大电路的该射频信号输入端,用以输出放大后的该射频信号;
一第二偏压电路,用以于一偏压输出端提供一第二偏压电流以及用以于一第二供电输入端提供一第二供电电流,其中该第二偏压电流与该第二供电电流用以驱动该第二放大电路;以及
一第二保护电路,耦接于该第二放大电路的该射频信号输入端,其包含:
一第二信号强度侦测电路,用以侦测该射频信号的该射频突波来产生一第二侦测信号;
一第二逻辑电路,其用以依据该第二侦测信号来产生一第二开关控制信号;以及
一第二开关单元,用以依据该第二开关控制信号降低该第二偏压电流或该第二供电电流。
19.如权利要求5所述的功率放大器,其特征在于,其中:
该第一保护电路耦接于该第一放大电路的该射频信号输入端;
该功率放大器更包含:
一第三放大电路,用以放大该射频信号,耦接于该功率放大器的该输入端与该第一放大电路之间且包含:
一射频信号输入端,耦接于该功率放大器的该输入端,用以输入该射频信号;以及
一射频信号输出端,耦接于该第一放大电路的该射频信号输入端,用以输出放大后的该射频信号;
一第三偏压电路,用以于一偏压输出端提供一第三偏压电流以及用以于一第三供电输入端提供一第三供电电流,其中该第三偏压电流与该第三供电电流用以驱动该第三放大电路;而
该第一保护电路更包含一第三开关单元,用以依据该第一开关控制信号降低该第三偏压电流或该第三供电电流。
20.一种用于射频主动电路的保护电路,其特征在于,该射频主动电路接收一驱动电流用以驱动该射频主动电路,该保护电路包含:
一第一信号强度侦测电路,耦接于该射频主动电路的一射频信号输入端或一射频信号输出端,用以根据该射频信号的信号强度来产生一第一侦测信号;
一第一电流侦测电路,耦接于该射频主动电路,用以根据该驱动电流侦测该射频信号的一输出反射驻波来产生一第二侦测信号;
一第一逻辑电路,其依据该第一侦测信号与该第二侦测信号来产生一第一开关控制信号;以及
一第一开关单元,用来依据该第一开关控制信号降低该驱动电流。
21.如权利要求20所述的保护电路,其特征在于,其中:
该驱动电流是由包含一输出晶体管的一偏压电路所提供;且
该第一开关单元包括一第一开关,用以将该输出晶体管的一输出端选择性地耦接至一第一参考电位,进而降低流向该射频主动电路的电流。
22.如权利要求21所述的保护电路,其特征在于,其中:
该第一开关单元另包括一第二开关,用以将该输出晶体管的一输入端选择性地耦接至该第一参考电位,进而关闭该输出晶体管以降低流经该输出晶体管的电流。
23.如权利要求22所述的保护电路,其特征在于,其中该偏压电路包括:
一偏压组件耦接于该输出晶体管的该输入端和该第一参考电位之间;
一第一电阻,耦接于该输出晶体管的该输出端和该射频主动电路之间;以及
一第二电阻,耦接于该输出晶体管的该输入端和一第二参考电位之间。
24.如权利要求20所述的保护电路,其特征在于,其中该第一信号强度侦测电路依据该射频信号的峰值强度来产生该第一侦测信号。
CN201710880522.9A 2017-08-22 2017-09-26 功率放大器和用于射频主动电路的保护电路 Active CN109428556B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW106128409A TWI649961B (zh) 2017-08-22 2017-08-22 功率放大器和用於射頻主動電路之保護電路
TW106128409 2017-08-22

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109428556A CN109428556A (zh) 2019-03-05
CN109428556B true CN109428556B (zh) 2022-10-21

Family

ID=63047202

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710880522.9A Active CN109428556B (zh) 2017-08-22 2017-09-26 功率放大器和用于射频主动电路的保护电路

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10348254B2 (zh)
EP (1) EP3447912B1 (zh)
CN (1) CN109428556B (zh)
TW (1) TWI649961B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI716988B (zh) * 2019-08-30 2021-01-21 立積電子股份有限公司 對數功率偵測器
GB2609361A (en) * 2020-04-13 2023-02-01 Skyworks Solutions Inc Amplifier having input power protection
US20230387867A1 (en) * 2022-05-26 2023-11-30 Qorvo Us, Inc. Power protection loop for amplifier chain elements

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4150101B2 (ja) * 1998-04-10 2008-09-17 富士通株式会社 無線受信装置
US6407689B1 (en) * 2000-11-01 2002-06-18 Qualcomm, Incorporated Method and apparatus for controlling stages of a multi-stage circuit
US6614309B1 (en) * 2002-02-21 2003-09-02 Ericsson Inc. Dynamic bias controller for power amplifier circuits
US7102442B2 (en) * 2004-04-28 2006-09-05 Sony Ericsson Mobile Communications Ab Wireless terminals, methods and computer program products with transmit power amplifier input power regulation
US7427897B2 (en) * 2006-02-08 2008-09-23 Fairchild Semiconductor Corporation Power amplifier with close-loop adaptive voltage supply
CN101438505B (zh) * 2006-05-08 2013-04-03 日立金属株式会社 高频电路、高频部件及通信装置
JP2008271517A (ja) * 2007-03-23 2008-11-06 Matsushita Electric Ind Co Ltd 高周波電力増幅器、半導体装置、および高周波電力増幅方法
US9559639B2 (en) 2009-08-19 2017-01-31 Qualcomm Incorporated Protection circuit for power amplifier
US8319549B2 (en) * 2009-12-09 2012-11-27 California Institute Of Technology Self-healing power amplifier: methods and apparatus
US8487705B2 (en) 2010-05-26 2013-07-16 Triquint Semiconductor, Inc. Protection circuit for radio frequency power amplifier
US9294045B2 (en) * 2013-03-15 2016-03-22 Rf Micro Devices, Inc. Gain and phase calibration for closed loop feedback linearized amplifiers
TWI508432B (zh) * 2013-06-13 2015-11-11 Advanced Semiconductor Eng 射頻功率放大器與電子系統
JP5854289B2 (ja) * 2013-11-11 2016-02-09 株式会社村田製作所 電力増幅モジュール
US10284153B2 (en) * 2014-10-03 2019-05-07 Skyworks Solutions, Inc. Peak voltage limiting circuits and methods for power amplifiers

Also Published As

Publication number Publication date
US20190068137A1 (en) 2019-02-28
EP3447912A1 (en) 2019-02-27
TWI649961B (zh) 2019-02-01
EP3447912B1 (en) 2023-04-12
TW201914210A (zh) 2019-04-01
CN109428556A (zh) 2019-03-05
US10348254B2 (en) 2019-07-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102027799B1 (ko) 전력 증폭 회로
TWI378638B (en) Amplifier, attenuating module and method for attenuating an rf signal
CN102075148B (zh) 射频功率放大器的过温保护电路
CN109428556B (zh) 功率放大器和用于射频主动电路的保护电路
JP2010124433A (ja) 高周波電力増幅器
TW201223133A (en) Protection circuit for radio frequency power amplifier
CN107332520B (zh) 一种偏置电路及功率放大电路
US20170163226A1 (en) Fast switching power amplifier, low noise amplifier, and radio frequency switch circuits
CN110504930B (zh) 功率放大装置
JP2008294977A (ja) 高周波電力増幅器
US11444582B2 (en) Power amplifier circuit
US7847599B2 (en) Start signal detection circuit
CN107493083A (zh) 一种带有驻波自动保护功能的射频功率放大器电路
JP2006074074A (ja) 高周波電力増幅器
US20170026008A1 (en) Protection circuit of power amplification circuit and power amplification circuit using the same
WO2005109627A1 (en) Amplifier bias enhancement technique
CN107257233B (zh) 射频功率放大器
KR20200096729A (ko) 전류 제어 회로 및 전력 증폭 회로
US20220311395A1 (en) Power amplification circuit, radio-frequency circuit, and communication device
KR20240108204A (ko) 과전류 보호 회로 및 이를 포함하는 전력 증폭기
JP2013055475A (ja) リミッター回路
CN117394800A (zh) 功率放大器及其偏置电路、射频前端模组
Karoui et al. An adaptive protection circuit for power amplifier ruggedness improvement
Ma et al. A Compact Over-Voltage Protection Circuit for HBT Power Amplifiers

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant