TW202017311A

TW202017311A - 射頻訊號放大裝置和射頻前端模組

Info

Publication number: TW202017311A
Application number: TW107137234A
Authority: TW
Inventors: 王是琦; 林政民
Original assignee: 立積電子股份有限公司
Priority date: 2018-10-22
Filing date: 2018-10-22
Publication date: 2020-05-01
Also published as: US20200127615A1; US10992268B2; TWI678068B; CN111082758A; CN111082758B; CN116232254A

Abstract

射頻訊號放大裝置包含放大電路、阻抗匹配電路、頻段偵測電路及控制電路。放大電路具有輸入端及輸出端。放大電路自輸入端接收射頻訊號後放大，並於輸出端產生放大射頻訊號。阻抗匹配電路耦接於放大電路的輸入端或輸出端。阻抗匹配電路接收射頻訊號並提供與射頻訊號相匹配之阻抗，或接收放大射頻訊號並提供與放大射頻訊號相匹配之阻抗。頻段偵測電路判斷射頻訊號所屬之頻段。控制電路根據頻段調整阻抗匹配電路之阻抗。

Description

射頻訊號放大裝置和射頻前端模組

本發明是有關於一種射頻訊號放大裝置，特別是指一種能夠偵測射頻訊號之頻段並對應調整內部參數的射頻訊號放大裝置。

隨著網路和行動裝置的普及，人們對於無線通訊的需求也越來越高，而射頻訊號放大器則可說是無線通訊系統中的關鍵元件。射頻訊號放大器可以放大特定頻率的射頻訊號，使得射頻訊號能夠穩定地被接收以解析出其中的資訊，達到無線通訊的目的。然而不同的無線通訊常會利用不同的頻段來進行傳輸，以避免互相干擾，而Wi-Fi無線傳輸也包含了2.4G赫茲及5G赫茲兩種不同的頻段。

一般來說，為了因應不同類型無線通訊的需求，射頻訊號放大器必須與不同的阻抗電路配合以接收不同頻段的射頻訊號。此外，針對不同類型的無線通訊，射頻訊號放大器的放大倍率及操作功率也可能有所差異。因此在先前技術中，電子裝置中就需要包含多個不同的射頻訊號放大器來處理不同類型的射頻訊號，使得電路面積增加。再者，隨著科技發展或應用區域的不同，無線通訊所需的頻段也可能有異，此時電子裝置中的射頻訊號放大器就需要重新設計，造成龐大的人力負擔及時間成本。

本發明之一實施例提供一種射頻訊號放大裝置。射頻訊號放大裝置包含放大電路、阻抗匹配電路、頻段偵測電路及控制電路。

放大電路具有輸入端及輸出端，放大電路自輸入端接收射頻訊號後放大，並於輸出端產生放大射頻訊號。阻抗匹配電路耦接於放大電路的輸入端或輸出端。阻抗匹配電路對應地接收射頻訊號並提供與射頻訊號相匹配之阻抗，或接收放大射頻訊號並提供與放大射頻訊號相匹配之阻抗。頻段偵測電路判斷射頻訊號所屬之頻段。控制電路根據頻段調整阻抗匹配電路之阻抗。

本發明之另一實施例提供一種射頻前端模組。射頻前端模組包含發射端、接收端、共同端、切換電路及射頻訊號放大裝置。

切換電路耦接發射端、接收端與共同端，用以使共同端選擇性地耦接發射端或接收端。射頻訊號放大裝置耦接於切換電路與發射端之間、或耦接於切換電路與接收端之間。

第1圖為本發明一實施例之射頻訊號放大裝置100的示意圖。射頻訊號放大裝置100包含放大電路110、阻抗匹配電路120A及120B、頻段偵測電路130及控制電路140。

放大電路110具有輸入端及輸出端，放大電路110可自輸入端接收射頻訊號SIG1，並在將射頻訊號SIG1放大後於輸出端產生放大射頻訊號SIG2。在本發明的有些實施例中，放大電路110可包含功率放大器(Power Amplifier，PA)或低雜訊放大器(Low Noise Amplifier，LNA)。

阻抗匹配電路120A可耦接於放大電路110的輸入端，並且可以提供與射頻訊號SIG1相匹配之阻抗，因此能夠對應地接收外部輸入的射頻訊號SIG1，並將射頻訊號SIG1導入放大電路110的輸入端。阻抗匹配電路120B耦接於放大電路110的輸出端。阻抗匹配電路120B可以提供與放大射頻訊號SIG2相匹配之阻抗，因此可對應地接收放大射頻訊號SIG2並使放大射頻訊號SIG2通過輸出。也就是說，射頻訊號放大裝置100可透過阻抗匹配電路120A及120B來確保對應頻段的射頻訊號SIG1能夠被接收導入至放大電路110，並確保放大電路110所產生的放大射頻訊號SIG2能夠順利輸出。在另一實施例中，射頻訊號放大裝置100亦可省略兩個射阻抗匹配電路120A、120B的其中之一。

在本發明的有些實施例中，為了能夠支援不同頻段的射頻訊號，射頻訊號放大裝置100還可利用頻段偵測電路130來判斷射頻訊號SIG1所屬的頻段。在本發明的有些實施例中，頻段偵測電路130可以判斷射頻訊號SIG1所屬的頻段是屬於何種主要頻段(primary band)，例如2.4G或5G的頻段，而在有些實施例中，頻段偵測電路130還可進一步判斷射頻訊號SIG1所屬的頻段是屬於主要頻段中的哪一個子通道(sub channel)。控制電路140則可根據射頻訊號SIG1所屬的頻段來調整阻抗匹配電路120A及120B之阻抗。

舉例來說，在第1圖的實施例中，阻抗匹配電路120A可將低頻的雜訊濾除，因此阻抗匹配電路120A可包含高通濾波(high pass filter)電路122A，而阻抗匹配電路120B則可進一步將放大射頻訊號SIG2所屬頻段以外的雜訊濾除以利射頻訊號放大裝置100輸出放大射頻訊號SIG2，因此阻抗匹配電路120B可包含帶通濾波(band pass filtering)電路122B。

第2圖為本發明一實施例之高通濾波電路122A的示意圖，而第3圖為本發明一實施例之帶通濾波電路122B的示意圖。在第2圖中，高通濾波電路122A包含電容VC1A、VC2A及VC3A，以及電感L1A。電容VC1A、VC2A及VC3A例如為可變電容，電容VC1A可具有第一端及第二端。電容VC2A具有第一端及第二端，容VC2A的第一端可耦接於電容VC1A之第二端。電感L1A具有第一端及第二端，電感L1A的第一端可耦接於電容VC1A之第二端，而電感L1A的第二端可耦接於第一系統電壓端NV1，第一系統電壓端NV1可接收系統中的基準電壓，例如但不限於為地電壓。電容VC3A則可與電感L1A並聯。在此情況下，控制電路140就可以透過調整電容VC1A、VC2A及VC3A的電容值來改變高通濾波電路122A的阻抗，使得阻抗匹配電路120A能夠提供對應於射頻訊號SIG1所需的阻抗。在本發明另一實施例中，電容VC1A、VC2A及VC3A的至少其中之一為可變電容。在本發明一實施例中，可變電容例如可包含彼此串聯的開關與電容，亦可更包括與串聯的開關與電容並聯的另一電容。

在第3圖中，帶通濾波電路122B包含電感L1B及L2B，以及電容VC1B、VC2B、VC3B、VC4B及VC5B。電感L1B具有第一端及第二端。電容VC1B、VC2B、VC3B、VC4B及VC5B例如為可變電容，電容VC1B具有第一端及第二端，電容VC1B的第一端可耦接於電感L1B之第二端。電容VC2B具有第一端及第二端，電容VC2B的第一端可耦接於電容VC1B之第二端，而電容VC2B的第二端可耦接於第一系統電壓端NV1。電感L2B具有第一端及第二端，且電感L2B的第一端可耦接於電容VC1B之第二端。電容VC3B具有第一端及第二端，且電容VC3B的第一端可耦接於電感L2B之第二端。電容VC4B具有第一端及第二端，電容VC4B的第一端可耦接於電容VC3B之第二端，電容VC4B的第二端可耦接於第一系統電壓端NV1。電容VC5B具有第一端及第二端，電容VC5B的第一端可耦接於電容VC3B之第二端。在此情況下，控制電路140就可以透過調整電容VC1B、VC2B、VC3B、VC4B及VC5B的電容值來改變帶通濾波電路122B的阻抗，使得阻抗匹配電路120B能夠提供對應於放大射頻訊號SIG2所需的阻抗。在本發明另一實施例中，電容VC1B、VC2B、VC3B、VC4B及VC5B的至少其中之一為可變電容。

然而本發明並不限定阻抗匹配電路120A及120B須包含第2圖及第3圖中的高通濾波電路122A及帶通濾波電路122B。在本發明的有些實施例中，阻抗匹配電路120A及120B也可能利用其他結構的電路來實作。舉例來說，第4圖為本發明一實施例之阻抗匹配電路120的示意圖，而第5圖為本發明一實施例之阻抗匹配電路120’的示意圖。在操作條件允許的情況下，阻抗匹配電路120A及120B可以由第4圖中的阻抗匹配電路120或第5圖中的阻抗匹配電路120’來實作。

在第4圖中，阻抗匹配電路120包含輸入端、輸出端及可變電容VC1。可變電容VC1具有第一端及第二端，可變電容VC1的第一端耦接於阻抗匹配電路120的輸入端及輸出端，而可變電容VC2的第二端耦接於第一系統電壓端NV1。在此情況下，控制電路140便可根據射頻訊號SIG1所屬的頻段來調整可變電容VC1以改變阻抗匹配電路120的阻抗。

在第5圖中，阻抗匹配電路120’包含輸入端、輸出端及可變電容VC1’。可變電容VC1’具有第一端及第二端，可變電容VC1的第一端耦接於阻抗匹配電路120’的輸入端，而可變電容VC2的第二端耦接於阻抗匹配電路120’之輸出端。在此情況下，控制電路140便可根據射頻訊號SIG1所屬的頻段來調整可變電容VC1’以改變阻抗匹配電路120’的阻抗。

在本發明的有些實施例中，控制電路140除了可以根據射頻訊號SIG1所屬的頻段來調整射頻訊號放大裝置100的阻抗匹配之外，還可以進一步調整射頻訊號放大裝置100的增益(gain)、諧波(harmonic)濾波頻率、雜訊(noise)濾波頻率或前述各項的任意組合。

舉例來說，在第1圖的實施例中，射頻訊號放大裝置100的放大電路110可包含複數個放大器，而控制電路140即可根據射頻訊號SIG1所屬的頻段及/或射頻訊號放大裝置100的操作模式(例如但不限於為低功率模式或高功率模式)，將放大電路110中預定數量的放大器致能。也就是說，控制電路140可以根據射頻訊號SIG1所屬的頻段及/或射頻訊號放大裝置100的操作模式來調整放大電路110中被致能的放大器數量，進而調整射頻訊號放大裝置100的操作功率及增益。

第6圖為本發明一實施例之放大電路110的示意圖。在第6圖中，放大電路110包含複數個放大器1121至112N及複數個偏壓電路1141至114N。偏壓電路1141至114N可以根據複數個參考電壓Vref1至VrefN提供放大器1121至112N所需之對應的複數個偏壓Vb1至VbN，而控制電路140則可透過是否提供偏壓電路1141至114N所需之參考電壓Vref1至VrefN來控制是否將對應的放大器致能。舉例來說，控制電路140可以將參考電壓Vref1至Vref2提供給偏壓電路1141至1142，而對於其他的偏壓電路則不提供參考電壓。在此情況下，由於只有偏壓電路1141及1142能夠對應的產生偏壓Vb1及Vb2，因此只有放大器1121及1122會被致能，其他的放大器則不會被致能。如此一來，控制電路140就可以透過是否對偏壓電路1141至114N提供所需之參考電壓Vref1至VrefN來將對應的放大器1121至112N致能。

在有些實施例中，控制電路140所提供的參考電壓Vref1至VrefN可具有相同的電壓值，然而本發明並不以此為限。控制電路140還可根據射頻訊號SIG1所屬的頻段及/或射頻訊號放大裝置100之操作模式調整偏壓電路1141至114N所接收之參考電壓Vref1至VrefN的電壓值。一般來說，當放大器1121至112N所接收到的偏壓Vb1至VbN大小不同時，放大器1121至112N的線性程度及效率也可能會不同。舉例來說，當接收到較低的偏壓時，放大器1121至112N的線性度可能會較差而輸出效率較佳，反之，當接收到較高的偏壓時，放大器1121至112N的線性度可能會較佳而輸出效率較差。因此，透過調整參考電壓Vref1至VrefN的電壓值，就能夠對應調整偏壓電路1141至114N所產生的偏壓Vb1至VbN，進而控制放大器被致能時的操作狀態。

在有些實施例中，控制電路140可以提供相同的參考電壓給部分的偏壓電路1141至114N，以使對應的部份放大器被致能。然而本發明並不限定須以提供相同電壓值的參考電壓來致能對應的放大器，在有些實施例中，例如當放大電路110需同時利用不同類型的放大器來工作時，偏壓電路1141至114N中的部分偏壓電路就可能會接收到相異的參考電壓。舉例來說，偏壓電路1141及1142所接收到的參考電壓Vref1及Vref2可能會具有相異的電壓值，在此情況下，放大器1121及1122便會被不同的偏壓Vb1及Vb2所致能，並在不同的狀態下操作。

在第6圖中，放大電路110還可包含射頻振流線圈(Radio Frequency Choke，RFC)116。射頻振流線圈116具有第一端及第二端，射頻振流線圈116的第一端可耦接於電源訊號端NVC，電源訊號端NVC可例如接收系統中的操作電壓。此外，每一放大器1121至112N具有輸入端及輸出端，且每一放大器1121至112N的輸入端可耦接至阻抗匹配電路120A，而每一放大器1121至112N的輸出端可耦接至阻抗匹配電路120B及射頻振流線圈116之第二端。

此外，在第6圖中，每一放大器1121至112N可具有相同的結構，以放大器1121為例，放大器1121可包含電晶體M1，電晶體M1具有第一端、第二端及控制端，電晶體M1的第一端可耦接於放大器1121之輸出端，電晶體M1的第二端耦接於第一系統電壓端NV1，而電晶體M1的控制端可耦接於放大器1121之輸入端。

再者，每一偏壓電路1141至114N也可具有相同的結構，以偏壓電路1141為例，偏壓電路1141可包含二極體D1及D2、電阻R1及電晶體M2。二極體D1具有第一端及第二端，二極體D1的第二端可耦接於第一系統電壓端NV1。二極體D2具有第一端及第二端，二極體D2的第二端可耦接於二極體D1之第一端。電阻R1具有第一端及第二端，電阻R1的第一端可耦接於參考電壓端，而電阻R1的第二端可耦接於二極體D2之第一端。參考電壓端可根據控制電路140的控制而在對應的時段接收參考電壓Vref1。電晶體M2具有第一端、第二端及控制端，電晶體M2的第一端可耦接於第二系統電壓端NV2以接收系統中的另一操作電壓，電晶體M2的第二端可輸出偏壓Vb1，而電晶體M2的控制端可耦接於二極體D2之第一端。也就是說，參考電壓Vref1在透過二極體D1、D2及電阻R1的分壓之後，就能夠將電晶體M2操作在穩定的狀態下並輸出所需的偏壓Vb1。

然而，本發明並不限定偏壓電路1141至114N須以第6圖所示的結構來實作，在本發明的有些實施例中，偏壓電路1141至114N也可能以其他方式實作。舉例來說，在本發明的有些實施例中，電晶體M2的第一端也可不耦接至第二系統電壓端NV2，而改成接到參考電壓端並接收參考電壓Vref1。

在第6圖的實施例中，放大電路110可包含複數個放大器1121至112N，並且可以根據射頻訊號SIG1所屬的頻段來選擇放大器1121至112N中需致能之放大器的數量以及調整放大器1121至112N所接收到的偏壓來配合所需的模式操作。然而本發明並不限於透過選擇致能放大器的數量以及改變偏壓的方式來控制放大電路的操作狀態，在本發明的有些實施例中，放大電路110也可單純選擇致能放大器112的數量而不另外調整放大器112在致能時的偏壓，在此情況下，仍然可以控制放大電路110的操作狀態。相對地，在本發明的有些實施例中，放大電路也可以包含單一個放大器，而透過改變致能時的偏壓來控制放大電路的操作狀態。

第7圖為本發明一實施例之放大電路210的示意圖。放大電路210包含放大器212及偏壓電路214。放大電路210與放大電路110具有相似的結構，並且可以根據相似的原理操作。在有些實施例中，放大電路210可以取代放大電路110並應用在射頻訊號放大裝置100。然而，由於放大電路210僅包含單一個放大器212，因此放大電路210主要是根據射頻訊號SIG1所屬的頻段或射頻訊號放大裝置100的操作模式來調整偏壓電路214所接收之參考電壓Vref的電壓值以達到調整放大電路210之操作狀態的功能。

第8圖為本發明一實施例之頻段偵測電路130的示意圖。頻段偵測電路130包含複數個帶通濾波電路1321至132K、複數個訊號能量感測器1341至134K及複數個比較器1361至136K，其中K為大於1的正整數。帶通濾波電路1321至132K可接收射頻訊號SIG1，並使特定頻帶的訊號通過。每一訊號能量感測器1341至134K的輸入端可耦接於帶通濾波電路1321至132K中對應的帶通濾波電路以接收通過對應之帶通濾波電路之待測訊號。舉例來說，訊號能量感測器1341的輸入端可耦接至帶通濾波電路1321以接收通過帶通濾波電路1321之待測訊號SIGT1，而訊號能量感測器134K的輸入端可耦接至帶通濾波電路132K以接收通過帶通濾波電路132K之待測訊號SIGTK。訊號能量感測器1341至134K可根據待測訊號的強度輸出感測電壓。

每一比較器1361至136K可耦接於訊號能量感測器1341至134K中對應的訊號能量感測器，並且可以比較對應之訊號能量感測器所輸出的感測電壓及基準電壓以輸出判別訊號。舉例來說，訊號能量感測器1341根據待測訊號SIGT1的強度輸出感測電壓VS1之後，比較器1361便可接收訊號能量感測器1341所產生的感測電壓VS1，並將感測電壓VS1與基準電壓相比較；相似地，訊號能量感測器134K根據待測訊號SIGTK的強度輸出感測電壓VSK之後，比較器136K則可接收訊號能量感測器134K所產生的感測電壓VSK，並將感測電壓VSK與基準電壓相比較。在此情況下，倘若感測電壓VS1明顯大於基準電壓，表示訊號能量感測器1341所接收到的待測訊號SIGT1強度較大，也就是說，相較於其他的帶通濾波電路，帶通濾波電路1321的中心頻帶可能與射頻訊號SIG1所屬頻段更為接近，此時頻段偵測電路130就可以將帶通濾波電路1321的中心頻帶視為射頻訊號SIG1所屬頻段，並輸出對應於射頻訊號SIG1所屬頻段的頻率訊號至控制電路140。

在第8圖的實施例中，訊號能量感測器1341至134K可具有相同的結構，以訊號能量感測器1341為例，訊號能量感測器1341可包含二極體D3、電阻R2及電容C1。二極體D3具有第一端及第二端，二極體D3的第一端可耦接於訊號能量感測器1341之輸入端。電阻R2具有第一端及第二端，電阻R2的第一端耦接於二極體D3之第二端，而電阻R2的第二端可耦接於第一系統電壓端NV1。電容C1具有第一端及第二端，電容C1的第一端耦接於二極體D3之第二端並輸出感測電壓，而電容C1的第二端可耦接於第一系統電壓端NV1。二極體D3可以對待測訊號SIGT1進行整流，使得電容C1根據待測訊號SIGT1的強度而被充電，進而輸出感測電壓VS1。然而，本發明並不限定訊號能量感測器1341至134K須以第8圖中訊號能量感測器1341的結構來實作，在本發明的其他實施例中，設計者也可根據需求利用其他的電路元件來實作訊號能量感測器1341至134K。

在本發明的有些實施例中，頻段偵測電路130可以透過耦合元件來接收射頻訊號SIG1以避免頻段偵測電路130干擾到射頻訊號SIG1的放大操作。

此外，雖然在第8圖的實施例中，頻段偵測電路130可以透過K組帶通濾波電路、訊號能量感測器及比較器來同時比較K種不同頻段的訊號強度，然而本發明並不以此為限，在本發明的有些實施例中，頻段偵測電路130也可以分時比較不同頻段的訊號以減少所需的元件數量。第9圖為本發明一實施例之頻段偵測電路230的示意圖。在本發明的有些實施例中，頻段偵測電路230可以應用在射頻訊號放大裝置100中並可取代頻段偵測電路130的功能。

頻段偵測電路230包含可變帶通濾波電路232、訊號能量感測器234及比較器236。可變帶通濾波電路232可接收射頻訊號SIG1並對射頻訊號SIG1在複數個帶波頻段進行濾波，舉例來說，可變帶通濾波電路232可以在K個相異的時段以相異的中心頻帶來進行濾波並分別輸出待測訊號SIGT1至SIGTK。訊號能量感測器234的輸入端可耦接於可變帶通濾波電路232以接收通過可變帶通濾波電路232之對應的待測訊號SIGT1至SIGTK，訊號能量感測器234可根據待測訊號SIGT1至SIGTK的強度輸出對應之感測電壓VS1至VSK。比較器236可耦接於訊號能量感測器234，並可具有暫存器以儲存感測電壓VS1至VSK後，再比較感測電壓VS1至VSK以輸出判別訊號。舉例來說，當比較器236判斷出感測電壓VSK明顯高於其他的感測電壓時，表示射頻訊號SIG1所屬的頻段與可變帶通濾波電路232在第K個時段所對應的中心頻帶相近，如此便可判斷出射頻訊號SIG1所屬的頻段，並輸出對應於射頻訊號SIG1所屬頻段的頻率訊號至控制電路140。

雖然頻段偵測電路130及230都是透過帶波濾波的方式來判斷射頻訊號SIG1所屬的頻段，然而本發明並不以此為限，在本發明的有些實施例中，頻段偵測電路也可以利用鎖相偵測器來判斷射頻訊號SIG1所屬的頻段。

第10圖為本發明一實施例之頻段偵測電路330的示意圖。在本發明的有些實施例中，頻段偵測電路330可以應用在射頻訊號放大裝置100中並可取代頻段偵測電路130的功能。

頻段偵測電路330包含鎖相偵測器332。鎖相偵測器332可以根據射頻訊號SIG1的頻率輸出對應的鎖相電壓VP，也就是說，鎖相電壓VP會對應於射頻訊號SIG1所屬之頻段。在第10圖的實施例中，為了方便判斷鎖相電壓VP所對應的頻段，頻段偵測電路330還可包含類比數位轉換器334，類比數位轉換器334可根據鎖相電壓VP的大小輸出對應的數位訊號，以利其他電路(例如是控制電路140)的後續操作。然而本發明並不限定頻段偵測電路330需包含類比數位轉換器334來將鎖相電壓VP轉為數位訊號。在本發明的其他實施例中，倘若其他的電路可直接根據鎖相電壓VP做動，則頻段偵測電路330也可將類比數位轉換器334省略，直接以鎖相電壓VP作為頻率訊號FS並輸出至控制電路140。

此外，鎖相偵測器332可包含除頻器332A、相位比較器332B、積分器332C、震盪器332D及降頻電路332E。除頻器332A可將射頻訊號SIG1除頻以產生除頻訊號SIGD。相位比較器332B可比較除頻訊號SIGD及比較訊號SIGC的相位以輸出調整訊號SIGA。積分器332C可以根據調整訊號SIGA輸出調整電壓VA，而震盪器332D則可根據調整電壓VA輸出震盪訊號SIGV。降頻電路332E則可將震盪訊號SIGV降頻以產生比較訊號SIGC。也就是說，鎖相偵測器332會根據射頻訊號SIG1的除頻訊號SIGD產生逐漸逼近的比較訊號SIGC，並可將進入穩態後的調整電壓VA作為鎖相電壓VP來輸出。在另一實施例中，亦可選擇調整訊號SIGA、震盪訊號SIGV或比較訊號SIGC作為鎖相電壓VP來輸出。

在本發明的有些實施例中，為了確保輸出鎖相電壓VP時，鎖相偵測器332已經能夠產生與射頻訊號SIG1的除頻訊號SIGD逼近的比較訊號SIGC，亦即為確保調整電壓VA已進入穩態，頻段偵測電路330還可包含訊號能量感測器336及延遲單元338。訊號能量感測器336的輸入端可接收射頻訊號SIG1，且訊號能量感測器336可以根據射頻訊號SIG1的強度輸出感測電壓VS。延遲單元338耦接於訊號能量感測器336及類比數位轉換器334。當感測電壓VS大於預定值時，延遲單元338可以在延遲一預定時間後，亦即等待調整電壓VA進入穩態之後，才根據鎖相電壓VP輸出對應於射頻訊號SIG1所屬之頻段的頻率訊號FS，例如是觸發類比數位轉換器334將鎖相電壓VP轉換為對應的數位訊號作為頻率訊號FS並輸出至控制電路140。

在第1圖的實施例中，射頻訊號放大裝置100主要是透過單一級的放大電路110來放大射頻訊號SIG1，然而本發明並不以此為限。在本發明的其他實施例中射頻訊號放大裝置100也可以包含更多級的放大電路來放大射頻訊號SIG1。

第11圖本發明一實施例之射頻訊號放大裝置400的示意圖。射頻訊號放大裝置400與射頻訊號放大裝置100具有相似的結構並可根據相似的原理操作。然而射頻訊號放大裝置400可包含放大電路410A及410B、阻抗匹配電路420A、420B及420C、頻段偵測電路430及控制電路440。

放大電路410A具有輸入端及輸出端，放大電路410A可自輸入端接收射頻訊號SIG1，並在將射頻訊號SIG1放大後於輸出端產生放大射頻訊號SIG2。阻抗匹配電路420A可耦接於放大電路410A的輸入端，並且可以提供與射頻訊號SIG1相匹配之阻抗，因此能夠對應地接收外部輸入的射頻訊號SIG1，並將射頻訊號SIG1導入放大電路410A的輸入端。阻抗匹配電路420B耦接於放大電路410A的輸出端。阻抗匹配電路420B可以提供與放大射頻訊號SIG2相匹配之阻抗，因此可對應地接收放大射頻訊號SIG2並使放大射頻訊號SIG2通過輸出。放大電路410B可耦接於阻抗匹配電路420B以接收放大射頻訊號SIG2，並放大放大射頻訊號SIG2以產生放大射頻訊號SIG3。阻抗匹配電路420C可以接收放大射頻訊號SIG3，並提供與放大射頻訊號SIG3相匹配之阻抗。

在第11圖的實施例中，阻抗匹配電路420A及420B皆可包含高通濾波電路，例如但不限於第2圖所示的高通濾波器122A。阻抗匹配電路420C則可包含帶通濾波電路，例如但不限於第3圖所示的帶通濾波器122B。在此情況下，控制電路440可以根據射頻訊號SIG1所屬的頻段來調整阻抗匹配電路420A、420B及420C之阻抗，使得射頻訊號放大裝置400能夠配合射頻訊號SIG1所屬的頻段，順利地接收射頻訊號SIG1，並將放大後的放大射頻訊號SIG3輸出。

第12圖本發明一實施例之射頻前端模組(Front-End Module, FEM)500的示意圖。射頻前端模組500包含發送端TX、接收端RX、共同端RFC、切換電路550、射頻訊號放大裝置500A與射頻訊號放大裝置500B。切換電路550耦接發送端TX、接收端RX與共同端RFC，用以使共同端RFC選擇性地耦接發送端TX或接收端RX。射頻訊號放大裝置500A耦接於切換電路550與發送端TX之間，且射頻訊號放大裝置500B耦接於切換電路550與接收端RX之間。

在另一實施例中，射頻前端模組500亦可省略兩個射頻訊號放大裝置的其中之一，例如耦接於切換電路550與發送端TX之間的射頻訊號放大裝置500A，或耦接於切換電路550與接收端RX之間的射頻訊號放大裝置500B。在另一實施例中，亦可用放大電路取代兩個射頻訊號放大裝置的其中之一，例如用放大電路510A或510B取代耦接於切換電路550與發送端TX之間的射頻訊號放大裝置500A，或用放大電路560A或560B取代耦接於切換電路550與接收端RX之間的射頻訊號放大裝置500B。在另一實施例中，射頻訊號放大裝置500A或500B可與射頻訊號放大裝置100具有相似的結構並根據相似的原理操作。

在本實施例中，射頻訊號放大裝置500A或500B亦可與射頻訊號放大裝置400具有相似的結構並根據相似的原理操作。射頻訊號放大裝置500A包含放大電路510A及510B、阻抗匹配電路520A、520B及520C、頻段偵測電路530及控制電路540。放大電路510A的輸入端透過阻抗匹配電路520A耦接於發送端TX，且放大電路510A的輸出端透過阻抗匹配電路520B、放大電路510B及阻抗匹配電路520C耦接於切換電路550。射頻訊號放大裝置500B包含放大電路560A及560B、阻抗匹配電路570A、570B及570C、頻段偵測電路580及控制電路590。放大電路560A的輸入端透過阻抗匹配電路570耦接於切換電路550，且放大電路560A的輸出端透過阻抗匹配電路570B、放大電路560B及阻抗匹配電路570C耦接於接收端RX。

在第12圖中，射頻前端模組500可利用切換電路550來切換射頻訊號的傳輸方向，使得射頻訊號的發送端TX及接收端RX可以透過共同端RFC共用相同的天線模組。控制電路540可根據射頻訊號SIG1控制切換電路550，使共同端RFC選擇性地透過放大電路510A的輸出端耦接至發送端TX、或透過放大電路560A的輸入端耦接至接收端RX。切換電路550可為單刀雙擲(Single-Pole Double-Throw, SP2T)的開關(switch)。

舉例來說，放大電路510A及510B可為功率放大器，且射頻訊號SIG1輸入至發送端TX。在此情況下，放大電路510A會將射頻訊號SIG1放大而產生放大射頻訊號SIG2，而放大電路510B則進一步根據放大射頻訊號SIG2產生放大射頻訊號SIG3，接著再透過切換電路550傳送至共同端RFC來對外發送至天線模組。

相對地，放大電路560A及560B可為低雜訊放大器，且射頻訊號SIG6由接收端RX輸出。在此情況下，切換電路550可將從天線模組經由共同端RFC接收到的射頻訊號SIG4傳送至射頻訊號放大裝置500B。此時頻段偵測電路580會判斷射頻訊號SIG4所屬的頻段，而控制電路590則會根據射頻訊號SIG4所屬的頻段調整阻抗匹配電路570A、570B及570C所對應的阻抗，使得放大電路560A能夠順利接收射頻訊號SIG4並產生放大射頻訊號SIG5，並使得放大電路560B能夠順利接收射頻訊號SIG5並產生放大射頻訊號SIG6以供後續電路接收並分析射頻訊號中的資訊。

在第12圖的實施例中，切換電路550可由控制電路540來控制。舉例來說，當頻段偵測電路530偵測到有射頻訊號SIG1輸入時、或是判斷射頻訊號SIG1所屬的頻段屬於一預設頻段時，控制電路540便可對應地控制切換電路550使得放大射頻訊號SIG3能夠通過切換電路550傳送至共同端RFC，此時射頻訊號放大裝置500便可執行發送端的操作。

反之，當頻段偵測電路530並未偵測到有射頻訊號SIG1輸入時、或是判斷射頻訊號SIG1所屬的頻段不屬於一預設頻段時，控制電路540便可控制切換電路550以截止阻抗匹配電路520C與共同端RFC之間的電性連接，並導通阻抗匹配電路570A與共同端RFC之間的電性連接，此時放大電路560A便可接收共同端RFC所傳來的射頻訊號SIG4，而射頻訊號放大裝置500便可執行接收端的操作。

綜上所述，本發明之實施例所提供的射頻訊號放大裝置與射頻前端模組可以透過頻段偵測電路偵測出射頻訊號所屬的頻段，並根據射頻訊號所屬的頻段來調整阻抗匹配電路的阻抗，使得射頻訊號放大裝置能夠更加彈性地支援不同頻段的射頻訊號，並且可以減少所需的硬體元件，同時也可以簡少重複設計的流程。此外，在本發明的有些實施例中，射頻訊號放大裝置與射頻前端模組還可以進一步根據射頻訊號所屬的頻段來調整放大電路中致能放大器的數量或調整放大器的偏壓，使得放大電路能夠符合應用所需的功率及線性度。以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

100、400、500A、500B:射頻訊號放大裝置 110、210、410A、410B、510A、510B、560A、560B:放大電路 120A、120B、120、120’、420A、420B、420C、520A、520B、520C、570A、570B、570C:阻抗匹配電路 122A:高通濾波電路 122B、1321至132K:帶通濾波電路 130、230、330、430、530、580:頻段偵測電路 140、440、540、590:控制電路 SIG1、SIG4:射頻訊號 SIG2、SIG3、SIG5、SIG6:放大射頻訊號 VC1A、VC2A、VC3A、VC1B、VC2B、VC3B、VC4B、VC5B、VC1、VC1’、C1:電容 L1A、L1B、L2B:電感 NV1、NV2:系統電壓端 1121至112N、212:放大器 1141至114N、214:偏壓電路 Vref1至VrefN:參考電壓 Vb1至VbN:偏壓 M1、M2:電晶體 R1、R2:電阻 D1、D2、D3:二極體 116:射頻振流線圈NVC"電源訊號端 1341至134K、234、336"訊號能量感測器 1361至136K、236:比較器 SIGT1至SIGTK:待測訊號 VS1至VSK:感測電壓 232:可變帶通濾波電路 332:鎖相偵測器 332A:除頻器 332B:相位比較器 332C:積分器 332D:震盪器 332E:降頻電路 334:類比數位轉換器 338:延遲單元 SIGD:除頻訊號 SIGC:比較訊號 SIGA:調整訊號 SIGV:震盪訊號 VA:調整電壓 VP:鎖相電壓 FS:頻率訊號 500:射頻前端模組 550:切換電路 TX:發送端 RX:接收端 RFC:共同端

第1圖為本發明一實施例之射頻訊號放大裝置的示意圖。第2圖為本發明一實施例之高通濾波電路的示意圖。第3圖為本發明一實施例之帶通濾波電路的示意圖。第4圖為本發明一實施例之阻抗匹配電路的示意圖。第5圖為本發明一實施例之阻抗匹配電路的示意圖。第6圖為本發明一實施例之放大電路的示意圖。第7圖為本發明一實施例之放大電路的示意圖。第8圖為本發明一實施例之頻段偵測電路的示意圖。第9圖為本發明一實施例之頻段偵測電路的示意圖。第10圖為本發明一實施例之頻段偵測電路的示意圖。第11圖本發明一實施例之射頻訊號放大裝置的示意圖。第12圖本發明一實施例之射頻前端模組的示意圖。

100:射頻訊號放大裝置

110:放大電路

120A、120B:阻抗匹配電路

122A:高通濾波電路

122B:帶通濾波電路

130:頻段偵測電路

140:控制電路

SIG1:射頻訊號

SIG2:放大射頻訊號

Claims

一種射頻訊號放大裝置，包含：一第一放大電路，具有一輸入端及一輸出端，用以自該輸入端接收一射頻訊號後放大，並於該輸出端產生一第一放大射頻訊號；一第一阻抗匹配電路，耦接於該第一放大電路的該輸入端或該輸出端，用以對應地接收該射頻訊號並提供與該射頻訊號相匹配之一阻抗，或接收該第一放大射頻訊號並提供與該第一放大射頻訊號相匹配之一阻抗；一頻段偵測電路，用以判斷該射頻訊號所屬之一頻段；及一控制電路，用以根據該頻段調整該第一阻抗匹配電路之該阻抗。
如請求項1所述之射頻訊號放大裝置，其中：該第一放大電路包含複數個放大器；及該控制電路另用以根據該頻段及/或該射頻訊號放大裝置之一操作模式，將該第一放大電路之該些放大器中一預定數量的放大器致能。
如請求項1所述之射頻訊號放大裝置，其中該第一放大電路包含：複數個放大器；及複數個偏壓電路，用以根據複數個參考電壓提供該些放大器所需之對應的複數個偏壓；其中該控制電路係透過提供該些偏壓電路所需之該些參考電壓以致能該些放大器，且另用以根據該頻段及/或該射頻訊號放大裝置之該操作模式調整該些偏壓電路所接收之該些參考電壓的電壓值。
如請求項3所述之射頻訊號放大裝置，其中該些偏壓電路中有至少兩偏壓電路接收到相異之兩個參考電壓，以使對應的該些放大器中的兩個放大器被致能。
如請求項1所述之射頻訊號放大裝置，其中該第一放大電路包含：至少一放大器；及至少一偏壓電路，用以根據至少一參考電壓提供該至少一放大器所需之至少一偏壓；其中該控制電路另用以根據該頻段或該射頻訊號放大裝置之一操作模式調整該至少一偏壓電路所接收之該至少一參考電壓的電壓值。
如請求項1所述之射頻訊號放大裝置，其中該第一阻抗匹配電路耦接於該第一放大電路的該輸入端，用以接收該射頻訊號並提供與該射頻訊號相匹配之一阻抗，該射頻訊號放大裝置更包含：一第二阻抗匹配電路，耦接於該第一放大電路的該輸出端，用以接收該第一放大射頻訊號，並提供與該第一放大射頻訊號相匹配之一阻抗；其中該控制電路更用以根據該頻段調整該第二阻抗匹配電路之該阻抗。
如請求項6所述之射頻訊號放大裝置，其中該第一阻抗匹配電路包含一高通濾波電路，且該第二阻抗匹配電路包含一帶通濾波電路。
如請求項6所述之射頻訊號放大裝置，另包含：一第二放大電路，耦接於該第二阻抗匹配電路以接收該第一放大射頻訊號，並用以放大該第一放大射頻訊號以產生一第二放大射頻訊號；及一第三阻抗匹配電路，用以接收該第二放大射頻訊號，並提供與該第二放大射頻訊號相匹配之一阻抗；其中該控制電路係根據該頻段調整該第一阻抗匹配電路之該阻抗、該第二阻抗匹配電路之該阻抗及該第三阻抗匹配電路之該阻抗。
如請求項8所述之射頻訊號放大裝置，其中該第一阻抗匹配電路包含一第一高通濾波電路，該第二阻抗匹配電路包含一第二高通濾波電路，且該第三阻抗匹配電路包含一帶通濾波電路。
如請求項1所述之射頻訊號放大裝置，其中該第一阻抗匹配電路包含：一輸入端；一輸出端；及一第一可變電容，具有一第一端耦接於該第一阻抗匹配電路之該輸入端與該第一阻抗匹配電路之該輸出端之間，及一第二端耦接於一第一系統電壓端；其中，該控制電路更用以根據該頻段調整該第一可變電容。
如請求項1所述之射頻訊號放大裝置，其中該第一阻抗匹配電路包含：一輸入端；一輸出端；一第一可變電容，具有一第一端耦接於該第一阻抗匹配電路之該輸入端，及一第二端耦接於該第一阻抗匹配電路之該輸出端；其中，該控制電路更用以根據該頻段調整該第一可變電容。
如請求項1所述之射頻訊號放大裝置，其中該頻段偵測電路包含：複數個帶通濾波電路，用以接收該射頻訊號；複數個訊號能量感測器，每一訊號能量感測器具有一輸入端耦接於該些帶通濾波電路中的一對應帶通濾波電路以接收通過該對應之帶通濾波電路之一待測訊號，該訊號能量感測器用以根據該待測訊號的強度輸出一感測電壓；及複數個比較器，每一比較器耦接於該些訊號能量感測器中的一對應訊號能量感測器，用以比較該對應訊號能量感測器所輸出的一感測電壓及一基準電壓以輸出一判別訊號。
如請求項1所述之射頻訊號放大裝置，其中該頻段偵測電路包含：一可變帶通濾波電路，用以接收該射頻訊號並對該射頻訊號在複數個帶波頻段進行濾波；一訊號能量感測器，具有一輸入端耦接於該可變帶通濾波電路以接收通過該可變帶通濾波電路之對應的複數個待測訊號，該訊號能量感測器用以根據該些待測訊號的強度輸出對應之複數個感測電壓；及一比較器，耦接於該訊號能量感測器，用以比較該些感測電壓以輸出一判別訊號。
如請求項1所述之射頻訊號放大裝置，其中該頻段偵測電路包含：一鎖相偵測器，用以根據該射頻訊號之一頻率輸出一鎖相電壓，其中該鎖相電壓對應於該射頻訊號所屬之一頻段。
如請求項14所述之射頻訊號放大裝置，其中該鎖相偵測器包含：一除頻器，用以將該射頻訊號除頻以產生一除頻訊號；一相位比較器，用以比較該除頻訊號及一比較訊號的相位以輸出一調整訊號；一積分器，用以根據該調整訊號輸出一調整電壓；一震盪器，用以根據該調整電壓輸出一震盪訊號；及一降頻電路，用以將該震盪訊號降頻以產生該比較訊號。
如請求項15所述之射頻訊號放大裝置，其中該鎖相偵測器輸出該調整電壓作為該鎖相電壓。
如請求項14所述之射頻訊號放大裝置，其中該頻段偵測電路另包含：一訊號能量感測器，具有一輸入端用以接收該射頻訊號，該訊號能量感測器用以根據該射頻訊號的強度輸出一感測電壓；及一延遲單元，耦接於該訊號能量感測器，用以當該感測電壓大於一預定值時，在延遲一預定時間後，根據該鎖相電壓輸出一頻率訊號，其中該頻率訊號對應於該射頻訊號所屬之該頻段。
如請求項13所述之射頻訊號放大裝置，其中該訊號能量感測器包含：一二極體，具有一第一端耦接於該訊號能量感測器之該輸入端，及一第二端；一電阻，具有一第一端耦接於該二極體之該第二端，及一第二端耦接於一第一系統電壓端；及一電容，具有一第一端耦接於該二極體之該第二端並輸出該感測電壓，及一第二端耦接於該第一系統電壓端。
如請求項1所述之射頻訊號放大裝置，其中該控制電路更用以根據該頻段調整該射頻訊號放大裝置之一增益(gain)、諧波(harmonic)濾波頻率、或一雜訊(noise)濾波頻率。
一種射頻前端模組，包含：一發送端；一接收端；一共同端；一切換電路，耦接該發送端、該接收端與該共同端，用以使該共同端選擇性地耦接該發送端或該接收端；以及一第一射頻訊號放大裝置，耦接於該切換電路與該發送端之間、或耦接於該切換電路與該接收端之間；其中該第一射頻訊號放大裝置包含：一第一放大電路，具有一第一輸入端及一第一輸出端，用以自該第一輸入端接收一第一射頻訊號後放大，並於該第一輸出端產生一第一放大射頻訊號；一第一阻抗匹配電路，耦接於該第一放大電路的該第一輸入端或該第一輸出端，用以對應地接收該第一射頻訊號並提供與該第一射頻訊號相匹配之一第一阻抗，或接收該第一放大射頻訊號並提供與該第一放大射頻訊號相匹配之一第一阻抗；一第一頻段偵測電路，用以判斷該第一射頻訊號所屬之一第一頻段；及一第一控制電路，用以根據該第一頻段調整該第一阻抗匹配電路之該第一阻抗。
如請求項20所述之射頻前端模組，其中：該第一射頻訊號放大裝置耦接於該切換電路與該發送端之間；該第一放大電路的該第一輸入端耦接於該發送端，且該第一放大電路的該第一輸出端耦接於該切換電路；以及該第一控制電路更用以根據該第一射頻訊號控制該切換電路，使該共同端選擇性地耦接該第一輸出端或該接收端。
如請求項20所述之射頻前端模組，其中：該第一射頻訊號放大裝置耦接於該切換電路與該接收端之間；以及該第一放大電路的該第一輸入端耦接於該切換電路，且該第一放大電路的該第一輸出端耦接於該接收端。