TWI411223B - 射頻調變器 - Google Patents
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Description
本發明大致上關於射頻調變器且較特別的是關於一適用於產生脈衝而導通及切斷一放大器之射頻調變器，以將一饋送至該放大器之射頻信號放大。
如先前技術中所知，射頻調變器具有廣泛之應用範圍。一種為雷達系統，其中射頻調變器適用於產生脈衝而導通及切斷一放大器，以將一饋送至該放大器之射頻信號放大。此調變器揭示於圖1中。此處一射頻信號被饋送至一用於放大之功率放大器(PA)，此時該放大器是由一調變器供電導通。調變器饋送一直流脈衝。當脈衝在「高」位準時(在本文內為+3.3伏)，脈衝被饋送通過一R-C加速網路並到達一雙極電晶體(BT)之基極，以導通一場效電晶體(FET)，藉此耦合一直流電壓(在本文內為+30伏)，以導通該功率放大器。
根據本發明，所提供之一種射頻調變器系統具有一藉由一脈衝調變器控制之射頻放大器。脈衝調變器包括一第一切換電路，其回應於一輸入脈衝，用於當射頻信號欲由射頻放大器放大時將一和一參考電位相關之直流電壓耦合至輸出電極，及用於當射頻信號欲從輸出電極解耦時將直流電壓從輸出電極解耦，其中當直流電壓耦合至輸出電極時，電荷係儲存於儲存元件中。一第二切換電路係回應於輸入脈衝，用於當直流電壓從輸出電極解耦時將儲存之電荷放電。
發明人瞭解到有必要將儲存之電荷放電及提供一分離之放電電路，亦即第二切換網路。
在一實施例中，該第一切換電路包含：一第一網路，係由輸入脈衝饋送；一第一電晶體，具有一藉由輸入脈衝通過該第一網路饋送之控制電極；一第二電晶體，具有一耦合於直流電力供給器之第一電極、一耦合於該輸出電極之第二電極、及一透過該第一網路耦合於該第一電晶體之一輸出電極的控制電極。該第二切換網路包含：一第二網路；一第三電晶體，具有一耦合於參考電位之第一電極、一藉由輸入脈衝通過該第二網路饋送之第二電極；及一第四電晶體，具有一耦合於參考電位之第一電極、一耦合於該放大器電晶體之輸出電極的第二電極、及一耦合於該第三電晶體之一第三電極的控制電極。
在一實施例中，該第一電晶體匹配於該第三電晶體。
在一實施例中，該第一網路具有和該第二網路者相同之組態。
藉由此一配置方式，該第一及第三電晶體之導通係同步化。
在一實施例中，該第一切換電路包含一第一網路及一第二網路。該第一網路係由輸入脈衝饋送。該第一電晶體具有一藉由輸入脈衝通過該第一網路饋送之控制電極。一第二電晶體具有一耦合於直流電壓之第一電極、一耦合於該輸出電極之第二電極、及一透過一電晶體推挽網路而耦合於該第一電晶體之輸出電極的控制電極。其中該第二切換網路包含：一第二網路；一第三電晶體，具有一耦合於參考電位之第一電極、一藉由輸入脈衝通過該第二網路而饋送之第二電極；及一第四電晶體，具有一耦合於參考電位之第一電極、一耦合於該放大器電晶體之輸出電極的第二電極、及一耦合於該第三電晶體之一第三電極的控制電極。
本發明之一或多個實施例之詳細內容載述於文後之附圖及說明中。本發明之其他特性、目的及優點可以從說明及附圖、以及從申請專利範圍中獲得瞭解。
請即參閱圖1，一射頻(RF)調變器系統10被揭示為具有一藉由一脈衝調變器14控制之MMIC射頻放大器12。
放大器12包括一放大器電晶體16(如圖2)(在本文內為一氮化鎵場效電晶體)，其具有一藉由一射頻信號(在本文內例如為一脈衝式射頻信號(如圖1))饋送之控制(在本文內為閘極)電極，及；能量儲存元件(在本文內為電容器)，例如旁路及阻塞或導通電容器18(如圖2)，其以圖中所示之習知方式配置。放大器電晶體16具有一輸出(在本文內為汲極)電極20(如圖1及2)，用於當終端19處之一和一參考電位(在本文內為地電位)相關的直流電壓(在本文內為+30伏)耦合至該輸出電極20時產生射頻信號放大。
脈衝調變器14回應於一輸入直流脈衝(在本文內為一饋送至輸入終端13之+3.3伏脈衝)，及在其輸出端產生較高之電壓脈衝(在本文內為在輸出終端15之+30伏脈衝)，如圖2中所示，此較高之電壓脈衝被饋送至電晶體16之輸出電極20，如圖2中所示。
較特別的是，請參閱圖2，一和接地端相關的直流電壓(在本文內為+30伏)饋送至終端19，以供電於調變器14。當一脈衝(在本文內為+3.3伏之脈衝)被饋送至線13時，脈衝係透過一第一網路28(如圖3中所詳示)而耦合於一電晶體Q1，藉此將終端19處之+30伏耦合於放大器12，以導通放大器12，並將饋送至放大器12之射頻信號放大。請注意，當終端19處之+30伏直流電壓耦合於放大器電晶體16之輸出電極20時(如圖2)，電荷係儲存於儲存元件18中。
當+3.3伏電壓脈衝從線13去除時，亦即，線13上之電壓從+3.3伏趨近於地電位，第一網路28將電晶體Q2切斷，藉此將終端19處之+30伏直流電壓從輸出電極20解耦，及一第二網路32(如圖3中所詳示)將一先前已切斷之電晶體Q5導通，以將儲存元件18上之儲存電荷放電(如圖2)。
請亦參閱圖3，脈衝調變器14(如圖1)包括一第一切換電路22，係回應於終端13處之+3.3伏輸入脈衝，用於當射頻信號欲由射頻放大器12放大時(如圖1及2)，將和終端19處之一參考電位相關的+30伏直流電壓耦合於輸出終端15，以及放大器電晶體16之輸出電極20(如圖2)，及用於當射頻信號欲從放大器電晶體16之輸出電極20解耦時(如圖2)，將終端19處之+30伏直流電壓從輸出電極20解耦，其中當終端19處之+30伏直流電壓耦合至放大器電晶體16之輸出電極20時(如圖2)，電荷係儲存於儲存元件18中(如圖2)。一第二切換電路24(如圖3)回應於終端13處之輸入脈衝(如圖1、2及3)，用於當終端19處之+30伏直流電壓從放大器電晶體16之輸出電極20解耦時(如圖2)，將儲存之電荷放電。
第一切換電路22(如圖3)包括第一網路28，係由線13上之輸入脈衝饋送；一第一電晶體Q1，具有一藉由線13上之輸入脈衝通過第一網路28饋送之控制(在本文內為基極)電極；第二電晶體Q2，具有一耦合於終端19處之直流電力供給器之第一電極(在本文內為源極)、一透過線15耦合於輸出電極Q16(如圖2)之第二電極(在本文內為汲極)、及一耦合於第一電晶體Q1之一輸出(在本文內為集極)電極的控制(在本文內為閘極)電極，如圖中所示。
第二切換網路24包括第二網路32；一第三電晶體Q6，具有一耦合於參考電位(接地端)之第一(在本文內為射極)電極、一藉由線13上之輸入脈衝通過第二網路32饋送之控制(在本文內為基極)電極；及一第四電晶體Q5，具有一耦合於參考電位(接地端)之第一電極(在本文內為射極)、一耦合於放大器電晶體Q16之輸出電極20(如圖2)的第二(在本文內為集極)電極、及一耦合於第三電晶體Q6之一第三(在本文內為集極)電極的控制(在本文內為基極)電極。
較特別的是，第一網路28係由終端13處之輸入脈衝饋送；第一電晶體Q1(在本文內為一NPN電晶體)具有一藉由輸入脈衝通過第一切換電路22而饋送之控制(在本文內為基極)電極；第二電晶體Q2(在本文內為一PMOS場效電晶體)具有一耦合於終端19處之+30伏直流電壓的第一電極(在本文內為源極)、一耦合於輸出終端15與放大器電晶體Q16之輸出電極20(如圖2)的第二(在本文內為汲極)電極、及一透過一推挽組態26而耦合於第一電晶體Q1之一輸出電極的控制(在本文內為閘極)電極，該推挽組態具有電晶體Q3及Q4，用於設定所需之PMOS場效電晶體閘極電壓，如圖所示。
第二切換網路24包含：第二網路32；及第五電晶體Q5(在本文內為一NPN電晶體)具有一耦合於參考電位(接地端)之第一(在本文內為射極)電極、一耦合於放大器電晶體16之輸出電極20(如圖2)的第二(在本文內為集極)電極。第二切換網路24包括第六電晶體Q6，具有一藉由線13上之輸入脈衝通過第二網路32而饋送之控制電極、一耦合於參考電位(接地端)之第一電極、及一耦合於第五電晶體Q5之控制電極的第三電極，如圖所示。
第一電晶體Q1匹配於第六電晶體Q6。
第一網路28具有和該第二網路32者相同之組態。較特別的是，第一網路28包括一電阻器R1，係並聯於和電阻器R2串聯之電容器C1，及第二網路32包括電阻器R3，係並聯於和電阻器R4串聯之電容器C2。在本文內電阻器R1-R4各為2000歐姆，而電容器C1及C2為200pf。
第一切換電路22包括如圖中所示配置方式之偏壓電阻器R5-R9。第一切換電路22包括一低等效串聯電阻(ESR)電容器34(在圖3中係以其等效型式(1μF，0.3Ω，0.1nH)揭示且設置鄰近於電晶體Q2之源極)、及PMOS場效電晶體Q2，用於減少從輸入終端19到電晶體Q2之源極的任何電感。
在操作上，當終端13處之輸入脈衝高時，亦即本文內之+3.3伏，電晶體Q1藉由電容器C1之加速作用協助而迅速導通，藉此導通電晶體Q2且切斷電晶體Q5。因此，電晶體Q2之閘極現在的所需電壓導通電晶體Q2，藉此將終端19處之+30伏通過電晶體Q2而耦合於輸出終端15以及放大器電晶體16之輸出終端20(如圖2)。電晶體16之汲極之+30伏導通電晶體16，藉此將射頻輸入耦合於輸出電極20。首先應該注意的是當終端13處之輸入脈衝高時，亦即本文內之+3.3伏，電晶體Q6藉由電容器C2之加速作用協助而迅速導通，藉此切斷電晶體Q5。同時要注意的是儲存元件18(如圖2)以及儲存於PMOS電晶體Q2中之寄生電荷原本即建立。可以想見，當PMOS電晶體Q2隨後切斷時，電晶體Q6即切斷，而將電晶體Q5導通，造成電荷通過第二切換電路24而被移除。
當終端13處之輸入脈衝中斷且因此為地電位時，電晶體Q1切斷、電晶體Q4切斷及電晶體Q3導通而將電晶體Q2切斷，使+30伏從電晶體16之汲極或輸出電極20移除，並藉此切斷電晶體16及令輸出電極20處之放大射頻終止，以產生射頻脈衝之後緣。如上所述，當PMOS電晶體Q2隨後切斷時，電晶體Q6即切斷，而將電晶體Q5導通，造成電荷通過第二切換電路24而被移除。
應該注意的是，由於下列原因，電晶體Q6之基極並未直接連接於電晶體Q1之基極：
1.電晶體Q1及Q6之貝他(β)值並非必定相同，因此其中一電晶體多次導通，而非另一電晶體也導通...，亦即可以僅一電晶體導通而另一電晶體幾乎不導通。這會使第二切換電路24無作用，或者明顯比第一切換電路22慢，因此其未能依設計動作；及
2.在電阻分壓器電阻分壓器R1、R2及電阻分壓器電阻分壓器R3、R4中無相同之加速電容器C1、C2，Q2之導通及Q5之切斷(反之亦然)就不會同步。第二切換電路24之電晶體Q5早於在第一切換電路22之電晶體Q2之前導通或切斷，將使二電路22、24發生問題。
應該進一步瞭解的是圖2中之圖式係經簡化，因此未包括四分之一波長傳輸線，其用於轉變在旁路電容器前從短路至開斷電路之主射頻線阻抗。這就是為什麼旁路電容器不會將射頻輸出短路至接地端。圖2中之簡化圖式目的在以直流觀點揭示脈衝「導通」時間期間之放大器12，所有電容器皆充電。當+30伏從放大器12移除時，剩餘電壓需用一些時間放電，因為主動裝置(即電晶體16(如圖2))切換至一極高阻抗狀態(低或無漏失)。為了從這些電容器及主動元件快速去除電壓，因而設置第二切換電路24(如圖3)。
本發明之多數個實施例已揭述於上，然而，應該瞭解的是在不脫離本發明之精神及範疇下，尚可達成多種變換。據此，諸此實施例也應在文後申請專利範圍之範疇內。
10‧‧‧射頻調變器系統
12‧‧‧射頻放大器
13‧‧‧輸入終端
14‧‧‧脈衝調變器
15‧‧‧輸出終端
16‧‧‧放大器電晶體
18‧‧‧儲存元件((外)旁路電容器、阻塞或導通電容器)
19‧‧‧終端
20‧‧‧輸出電極
22‧‧‧第一切換電路
24‧‧‧第二切換網路
26‧‧‧推挽組態
28‧‧‧第一網路
32‧‧‧第二網路
34‧‧‧低等效串聯電阻(ESR)電容器
圖1係先前技術之一射頻調變器系統之方塊圖。
圖2係本發明之一射頻調變器系統之概略圖。
圖3係本發明圖2之射頻調變器系統中所用之一脈衝調變器之概略圖。
圖中相同參考編號表示相同元件。
12‧‧‧射頻放大器
13‧‧‧輸入終端
14‧‧‧脈衝調變器
15‧‧‧輸出終端
18‧‧‧儲存元件((外)旁路電容器、阻塞或導通電容器)
19‧‧‧終端
20‧‧‧輸出電極
22‧‧‧第一切換電路
24‧‧‧第二切換網路
28‧‧‧第一網路
32‧‧‧第二網路
Claims (5)
- 一種射頻調變器系統，包含：一射頻放大器，具有：一放大器電晶體，具有一藉由一射頻信號饋送之控制電極，及一能量儲存元件，連接於該射頻放大器電晶體；其中該放大器電晶體具有一輸出電極，用於當一和一參考電位相關之直流電壓耦合至該輸出電極時產生該射頻信號的放大；一脈衝調變器，包含：一第一切換電路，回應於一輸入脈衝，用於當該射頻信號欲由該射頻放大器放大時將該直流電壓耦合至該輸出電極，及用於當該射頻信號欲從該輸出電極解耦時將該直流電壓從該輸出電極解耦，其中當該直流電壓耦合至該輸出電極時，電荷係儲存於該儲存元件中；及一第二切換電路，回應於該輸入脈衝，用於當該直流電壓從該輸出電極解耦時將儲存之該電荷放電；其中該第一切換電路包含：一第一網路，係由該輸入脈衝饋送；一第一電晶體，具有一藉由該輸入脈衝通過該第一網路而饋送之控制電極；一第二電晶體，具有一耦合於直流電力供給器之第一電極、一耦合於該輸出電極之第二電極、及一通過該第一網路耦合於該第一電晶體之一輸出電極的控制電極；及 其中該第二切換電路包含：一第二網路；一第三電晶體，具有一耦合於該參考電位之第一電極、一藉由該輸入脈衝通過該第二網路而饋送之第二電極；及一第四電晶體，具有一耦合於該參考電位之第一電極、一耦合於該放大器電晶體之輸出電極的第二電極、及一耦合於該第三電晶體之一第三電極的控制電極。
- 如申請專利範圍第1項之射頻調變器系統，其中該第一電晶體匹配於該第三電晶體。
- 如申請專利範圍第2項之射頻調變器系統，其中該第一網路具有和該第二網路者相同之組態。
- 如申請專利範圍第1項之射頻調變器系統，其中該第一電晶體匹配於該第三電晶體。
- 一種射頻調變器系統，包含：一射頻放大器，具有：一放大器電晶體，具有一藉由一射頻信號饋送之控制電極，及一能量儲存元件，連接於該射頻放大器電晶體；其中該放大器電晶體具有一輸出電極，用於當一和一參考電位相關之直流電壓耦合至該輸出電極時產生該射頻信號的放大；一脈衝調變器，包含：一第一切換電路，回應於一輸入脈衝，用於當該射頻 信號欲由該射頻放大器放大時將該直流電壓耦合至該輸出電極，及用於當該射頻信號欲從該輸出電極解耦時將該直流電壓從該輸出電極解耦，其中當該直流電壓耦合至該輸出電極時，電荷係儲存於該儲存元件中；及一第二切換電路，回應於該輸入脈衝，用於當該直流電壓從該輸出電極解耦時將儲存之該電荷放電；其中該第一切換電路包含：一第一網路，係由該輸入脈衝饋送；一第一電晶體，具有一藉由該輸入脈衝通過該第一網路饋送之控制電極；一推挽網路；及一第二電晶體，具有一耦合於該直流電壓之第一電極、一耦合於該輸出電極之第二電極、及一通過該推挽網路而耦合於該第一電晶體之輸出電極的控制電極；及其中該第二切換電路包含：一第二網路；及一第三電晶體，具有一耦合於該參考電位之第一電極、一藉由該輸入脈衝通過該第二網路饋送之第二電極；一第四電晶體，具有一耦合於該參考電位之第一電極、一耦合於該放大器電晶體之輸出電極的第二電極、及一耦合於該第三電晶體之一第三電極的控制電極；及其中該第一網路具有和該第二網路者相同之組態。
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