TWI623193B - 功率放大器電路 - Google Patents

Abstract

功率放大器電路，包括：一功率電晶體，接收一輸入訊號並輸出一輸出訊號；一可變阻抗電路，耦接至該功率電晶體，該可變阻抗電路之一等效阻抗值根據該輸入訊號而變化，該可變阻抗電路包括一阻抗控制電晶體與一第一濾波電容，該阻抗控制電晶體之一第一端耦接至該功率電晶體，該阻抗控制電晶體之一第二端耦接至該第一濾波電容，該阻抗控制電晶體之一第三端接收一第一控制電壓，該第一濾波電容耦接於該阻抗控制電晶體之該第二端與一接地端之間；一第一波包檢測電路，耦接至該輸入訊號與該可變阻抗電路，檢測該輸入訊號以動態控制該可變阻抗電路的該等效阻抗值；以及一第二波包檢測電路，耦接至該輸入訊號與該可變阻抗電路，檢測該輸入訊號以動態控制該可變阻抗電路的該等效阻抗值，該第二波包檢測電路包括一保護電阻與一輸入訊號放大電晶體，該輸入訊號放大電晶體之一第一端耦接至該接地端，該輸入訊號放大電晶體之一第二端耦接至該保護電阻，該輸入訊號放大電晶體之一第三端耦接至該第一濾波電容與該阻抗控制電晶體之該第二端，該保護電阻耦接於該輸入訊號與該輸 入訊號放大電晶體之該第二端之間，該第二波包檢測電路放大該輸入訊號並輸入至該阻抗控制電晶體之該第二端。

Description

功率放大器電路

本案是有關於一種功率放大器電路。

在無線通訊系統中，無線傳送端的功率放大器可將欲傳送之射頻訊號(或稱高頻訊號或微波訊號)，放大至高功率準位，以透過天線與傳輸媒介(例如空氣)傳到無線接收端。

功率放大器的應用範圍十分廣泛，例如可應用於娛樂方面(遙控車、遙控飛機、遙控空拍機等)，或者是行動通訊(全球行動通訊系統(Global System for Mobile Communications，GSM)、寬頻分碼多重進接(Wideband Code Division Multiple Access，W-CDMA)、長期演進技術(Long Term Evolution，LTE))、無線區域網路(Wireless Local Area Network，Wireless LAN，WLAN)、軍事應用與太空應用等。以耗電性來說，功率放大器在系統中的耗電量是數一數二的。以線性度來說，在無線通訊系統中，功率放大器通常是線性度較差的元件，容易失真，甚至破壞傳輸品質與正確性。

在功率放大器放大訊號的過程中，鄰近主訊號的三階失真訊號可能惡化通信訊號品質。第1圖顯示訊號失真的示意圖。如第1圖的左邊子圖所示，如果兩個使用者所用的主頻率相 距較遠的話，則彼此不會互相影響。但如第1圖的右邊子圖所示，如果此兩個使用者使用相近的頻率來傳送通訊訊號的話，則他們的三階失真訊號會相互影響，惡化原來的通信品質。

故而，為了要維持通訊訊號的品質，使接收端可以順利解調訊號，並且避免在傳送通訊訊號的過程影響到其他使用者，發射端的傳送信號的規範制訂於通訊標準之中。ACLR(Adjacent Channel Leakage Ratio，相鄰通道洩漏比)可衡量當通訊訊號失真時，對通道外使用者的頻譜干擾程度。在離中心頻率的某一頻率處，發射端的頻譜低於頻譜罩(Spectral Mask)。藉此要求發射端的功率放大器具有高線性度，降低頻譜增生(spectral regrowth)的現象，以避免干擾到相鄰通道的訊號。

根據本案一實施例，提出一種功率放大器電路，包括：一功率電晶體，接收一輸入訊號並輸出一輸出訊號；一可變阻抗電路，耦接至該功率電晶體；該可變阻抗電路包括一阻抗控制電晶體、一第一濾波電容與一補償電阻，該補償電阻之一第一端耦接至該功率電晶體，該補償電阻之一第二端耦接至該阻抗控制電晶體之一第一端，該阻抗控制電晶體之一第二端耦接至該第一濾波電容，該阻抗控制電晶體之一第三端接收一第一控制電壓，該第一濾波電容耦接於該阻抗控制電晶體之該第二端與一接地端之間；一第一波包檢測電路，耦接至該輸入訊號與該可變阻抗電路，該第一波包檢測電路包括一第二濾波電容與一濾波電感， 該第二濾波電容耦接至該輸入訊號，該濾波電感耦接於該阻抗控制電晶體之該第二端與該第二濾波電容之間；以及一第二波包檢測電路，耦接至該輸入訊號與該可變阻抗電路，該第二波包檢測電路包括一保護電阻與一輸入訊號放大電晶體，該輸入訊號放大電晶體之一第一端耦接至該接地端，該輸入訊號放大電晶體之一第二端耦接至該保護電阻，該輸入訊號放大電晶體之一第三端耦接至該阻抗控制電晶體之該第二端，該保護電阻耦接於該輸入訊號與該輸入訊號放大電晶體之該第二端之間。

根據本案一實施例，提出一種功率放大器電路，包括：一功率電晶體，接收一輸入訊號並輸出一輸出訊號；一可變阻抗電路，耦接至該功率電晶體，該可變阻抗電路之一等效阻抗值根據該輸入訊號而變化，該可變阻抗電路包括一阻抗控制電晶體與一第一濾波電容，該阻抗控制電晶體之一第一端耦接至該功率電晶體，該阻抗控制電晶體之一第二端耦接至該第一濾波電容，該阻抗控制電晶體之一第三端接收一第一控制電壓，該第一濾波電容耦接於該阻抗控制電晶體之該第二端與一接地端之間；一第一波包檢測電路，耦接至該輸入訊號與該可變阻抗電路，檢測該輸入訊號以動態控制該可變阻抗電路的該等效阻抗值；以及一第二波包檢測電路，耦接至該輸入訊號與該可變阻抗電路，檢測該輸入訊號以動態控制該可變阻抗電路的該等效阻抗值，該第二波包檢測電路包括一保護電阻與一輸入訊號放大電晶體，該輸入訊號放大電晶體之一第一端耦接至該接地端，該輸入訊號放大電晶 體之一第二端耦接至該保護電阻，該輸入訊號放大電晶體之一第三端耦接至該第一濾波電容與該阻抗控制電晶體之該第二端，該保護電阻耦接於該輸入訊號與該輸入訊號放大電晶體之該第二端之間，該第二波包檢測電路放大該輸入訊號並輸入至該阻抗控制電晶體之該第二端。

根據本案另一實施例，提出一種功率放大器電路，包括：一功率電晶體，接收一輸入訊號並輸出一輸出訊號；一可變阻抗電路，耦接至該功率電晶體，該可變阻抗電路之一等效阻抗值根據該輸入訊號而變化，該可變阻抗電路包括一阻抗控制電晶體與一第一濾波電容，該阻抗控制電晶體之一第一端耦接至該功率電晶體，該阻抗控制電晶體之一第二端耦接至該第一濾波電容，該阻抗控制電晶體之一第三端接收一第一控制電壓，該第一濾波電容耦接於該阻抗控制電晶體之該第二端與一接地端之間；一第一波包檢測電路，耦接至該輸入訊號與該可變阻抗電路，檢測該輸入訊號以動態控制該可變阻抗電路的該等效阻抗值，該第一波包檢測電路包括一濾波單元，以擷取該輸入訊號並提供給該可變阻抗電路的該阻抗控制電晶體的該第二端；一第二波包檢測電路，耦接至該輸入訊號與該可變阻抗電路，檢測該輸入訊號以動態控制該可變阻抗電路的該等效阻抗值，該第二波包檢測電路放大該輸入訊號並輸入至該阻抗控制電晶體之該第二端；以及一控制電路，耦接至該可變阻抗電路，控制該可變阻抗電路提供給該功率電晶體的一電流。

為了對本案之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

200‧‧‧功率放大器電路

210‧‧‧可變阻抗電路

220‧‧‧第一波包檢測電路

230‧‧‧第二波包檢測電路

240‧‧‧控制電路

Q1‧‧‧功率電晶體

260‧‧‧輸入匹配電路

270‧‧‧輸出匹配電路

V1-V3‧‧‧控制電壓

200A‧‧‧功率放大器電路

210A‧‧‧可變阻抗電路

220A、230A‧‧‧波包檢測電路

240A‧‧‧控制電路

R1-R3‧‧‧電阻

M1-M3‧‧‧電晶體

CF1-CF2‧‧‧濾波電容

CB1-CB3‧‧‧旁通電容

L1-L2‧‧‧電感

410‧‧‧功率偵測電路

200B‧‧‧功率放大器電路

240B‧‧‧控制電路

200C1、200C2‧‧‧功率放大器電路

210C‧‧‧可變阻抗電路

240C1、240C2‧‧‧控制電路

200D1、200D2‧‧‧功率放大器電路

240D1、240D2‧‧‧控制電路

200E‧‧‧功率放大器電路

240E‧‧‧控制電路

1010‧‧‧反相器

1020‧‧‧比較器

1030‧‧‧電壓轉換器

200F‧‧‧功率放大器電路

240F‧‧‧控制電路

1110‧‧‧比較器

1120‧‧‧有限狀態機

200G、200H、200I‧‧‧功率放大器電路

210H、210I‧‧‧可變阻抗電路

第1圖顯示訊號失真的示意圖。

第2圖顯示根據本案實施例的功率放大器電路的功能方塊圖。

第3A圖與第3B圖，分別顯示本案一實施例的功率放大器電路處於小訊號與大訊號下的示意圖。

第4圖顯示根據本案一實施例的功率放大器電路的電路方塊圖。

第5圖顯示根據本案一實施例的功率放大器電路的電路方塊圖。

第6圖顯示本案二實施例(第4圖與第5圖)與未使用本案技術的效能比較圖。

第7圖，其顯示根據本案一實施例的電晶體的電壓、電流與電流的曲線圖。

第8A圖與第8B圖顯示根據本案兩實施例的功率放大器電路的電路方塊圖。

第9A圖與第9B圖顯示根據本案兩實施例的功率放大器電路的電路方塊圖。

第10圖顯示根據本案一實施例的功率放大器電路的電路方塊圖。

第11圖顯示根據本案一實施例的功率放大器電路的電路方塊圖。

第12圖顯示根據本案一實施例的功率放大器電路的電路方塊圖。

第13圖顯示根據本案一實施例的功率放大器電路的電路方塊圖。

第14圖顯示根據本案一實施例的功率放大器電路的電路方塊圖。

本說明書的技術用語係參照本技術領域之習慣用語，如本說明書對部分用語有加以說明或定義，該部分用語之解釋係以本說明書之說明或定義為準。本揭露之各個實施例分別具有一或多個技術特徵。在可能實施的前提下，本技術領域具有通常知識者可選擇性地實施任一實施例中部分或全部的技術特徵，或者選擇性地將這些實施例中部分或全部的技術特徵加以組合。

現請參照第2圖，其顯示根據本案實施例的功率放大器電路的功能方塊圖。如第2圖所示，根據本案實施例的功率放大器電路200包括：可變阻抗電路210、第一波包檢測(envelope detecting)電路220、第二波包檢測電路230、控制電路240與功率電晶體Q1。此外，根據本案實施例的功率放大器電路200可更選擇性包括輸入匹配電路260與輸出匹配電路270。可變阻抗電路210、第一與第二波包檢測電路220與230，與控制電路240 可形成動態偏壓電路。

可變阻抗電路210可根據輸入訊號IN的功率增加來增加其等效阻抗值。當輸入訊號IN的功率小時，可變阻抗電路210的阻抗值較低。當輸入訊號IN的功率大時，可變阻抗電路210的阻抗值較高。可變阻抗電路210的細節將在底下另外描述之。可變阻抗電路210可讓本案實施例的動態偏壓電路具有增益放大(gain expansion)與相位壓縮(phase compression)的特性，以補償功率電晶體的增益壓縮(gain compression)與相位放大(phase expansion)，並增加功率放大器電路的線性度。

第一與第二波包檢測電路220與230可檢測輸入訊號IN的相位與振幅，來動態控制可變阻抗電路210的阻抗值。當輸入訊號IN為小訊號時，第二波包檢測電路230可放大輸入訊號IN並提供給可變阻抗電路210，以讓可變阻抗電路210提供足夠的電流給功率電晶體Q1。當輸入訊號IN為大訊號時，單靠第二波包檢測電路230的操作可能較難讓可變阻抗電路210提供足夠的電流給功率電晶體Q1。故而，當輸入訊號IN為大訊號時，第一波包檢測電路220擷取輸入訊號IN並提供給可變阻抗電路210，以讓可變阻抗電路210提供足夠的電流給功率電晶體Q1。第一與第二波包檢測電路220與230的細節將在底下另外描述之。透過第一與第二波包檢測電路220與230，可讓本案實施例的功率放大器電路200更靈敏於輸入訊號IN的功率準位。

控制電路240可控制可變阻抗電路210提供給功率 電晶體Q1的電流。當本案實施例的功率放大器電路200處於高功率模式下時，控制電路240可控制可變阻抗電路210提供給較高的電流給功率電晶體Q1。當本案實施例的功率放大器電路200處於低功率模式下時，控制電路240可控制可變阻抗電路210提供較低的電流給功率電晶體Q1。故而，可減少本案實施例的功率放大器電路200的靜態電流及功率消耗。

功率電晶體Q1例如是BJT(bipolar junction transistor)電晶體。功率電晶體Q1具有三端點。其中一端點(例如是基極(base))耦接至輸入訊號IN，以及可變阻抗電路210，另一端點(例如是射極(emitter))耦接至接地端，另一端點(例如是集極(collector))耦接至輸出訊號OUT(例如直接或是透過輸出匹配電路270)。如果本案實施例的功率放大器電路200操作於低功率模式的話，控制電路240可控制可變阻抗電路210以提供低但足夠的電流至功率電晶體Q1的基極，以使功率電晶體Q1有足夠的線性度，如此可以減少功率放大器電路200的功率消耗。在另一實施例中，功率電晶體Q1也可以是場效電晶體(FET，field-effect transistor)，例如是金氧半導體場效電晶體(MOSFET，Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)。

輸入匹配電路260用以匹配輸入訊號IN。輸出匹配電路270用以匹配輸出訊號OUT。輸入匹配電路260與輸出匹配電路270之架構及其操作細節在此可省略。

另外，在本案另一可能實施例中，控制電路240也 可以是選擇性元件。少了控制電路的功率放大器電路仍可以達到高線性度以及靈敏於輸入訊號IN的功率準位。

現請參考第3A圖與第3B圖，分別顯示本案一實施例的功率放大器電路200處於小訊號與大訊號下的示意圖。如第3A圖所示，當輸入訊號IN為小訊號時，大部份的輸入訊號IN饋入至可變阻抗電路210，小部份的輸入訊號IN饋入至功率電晶體Q1，所以，功率放大器電路200的增益較小。如第3B圖所示，當輸入訊號IN為大訊號時，小部份的輸入訊號IN饋入至可變阻抗電路210，大部份的輸入訊號IN饋入至功率電晶體Q1，所以，功率放大器電路200的增益較大。

現請參照第4圖，其顯示根據本案一實施例的功率放大器電路200A的電路方塊圖。如第4圖所示，可變阻抗電路210A包括電阻R1(亦可稱為補償電阻)、電晶體M1(亦可稱為阻抗控制電晶體)、第一濾波電容CF1與第一旁通電容CB1。第一波包檢測電路220A包括：電感L1(亦可稱為濾波電感)與第二濾波電容CF2。第二波包檢測電路230A包括電晶體M3(亦可稱為輸入訊號放大電晶體)與電阻R2(亦可稱為保護電阻)。控制電路240A包括電晶體M2(亦可稱為回授控制電晶體)、第二旁通(bypass)電容CB2與第三旁通電容CB3、電阻R3(亦可稱為回授電阻)與功率偵測電路410。電感L1與電容CB1-CB3為選擇性元件。電晶體M1-M3例如是BJT或FET。

電阻R1耦接於功率電晶體Q1與電晶體M1之間。 電阻R1可對功率電晶體Q1進行熱效應補償(所以，電阻R1亦可稱為補償電阻)。

電晶體M1的基極耦接至波包檢測電路220A與230A，以及控制電路240A，射極耦接至電阻R1，集極耦接至第一旁通電容CB1與控制電壓V1。第一濾波電容CF1耦接於電晶體M1的基極與接地端之間，第一濾波電容CF1可用於濾波電晶體M1的基極電流。第一旁通電容CB1耦接於電晶體M1的集極與接地端之間。

電感L1耦接於電晶體M1的基極與第二濾波電容CF2之間。第二濾波電容CF2耦接於輸入端(例如直接連接或透過輸入匹配電路260)與電感L1之間。電感L1與第二濾波電容CF2可形成濾波單元，第二濾波電容CF2可濾波輸入訊號IN。舉例但不受限於，電感L1與第二濾波電容CF2的設計可適當擷取輸入訊號IN的振幅訊息及相位訊息，並將所擷取的輸入訊號IN的振幅訊息及相位訊息饋入至可變阻抗電路210A。

電晶體M3的基極耦接至輸入端(例如直接連接或透過電阻R2及/或輸入匹配電路260)，射極耦接至接地端，集極耦接至電晶體M1的基極。

電阻R2耦接於輸入端(例如直接連接或透過輸入匹配電路260)與電晶體M3的基極之間。電阻R2可保護電晶體M3(所以，電阻R2亦可稱為保護電阻)，避免大電流燒毀電晶體M3。

當輸入訊號IN為小訊號時，輸入訊號IN的一部份流向第二波包檢測電路230A的電晶體M3與電阻R2，並導通電晶體M3。亦即，第二波包檢測電路230A的電晶體M3放大輸入訊號IN(所以，電晶體M3亦可稱為輸入訊號放大電晶體)，並饋入至電晶體M1的基極，以讓電晶體M1能提供足夠的電流給功率電晶體Q1。電晶體M1操作於非線性區(Non-linear region)。

當輸入訊號IN為大訊號時，除了電晶體M3提供放大的輸入訊號IN給電晶體M1之外，具有既定頻率的輸入訊號IN可以通過第一波包檢測電路220A的電感L1與第二濾波電容CF2而饋入至電晶體M1的基極，以更提高電晶體M1的基極電壓，來提供更多的電流給功率電晶體Q1。

電晶體M2的基極耦接至電阻R3，射極耦接至電晶體M1的基極，集極耦接至第二旁通電容電容CB2與控制電壓V2。第二旁通電容CB2耦接於電晶體M2的集極與接地端之間。第三旁通電容CB3耦接於電晶體M2的基極與接地端之間。電阻R3耦接於電晶體M2的基極與功率偵測電路410之間。

在第4圖中，利用可變阻抗電路210A、第一與第二波包檢測電路220A與230A，以及控制電路240A來回授控制電晶體M2的基極電壓，以讓功率電晶體Q1輸出高線性功率，以及適應性控制功率電晶體Q1的電流。在此例中，適當選取控制電壓V1、V2，並利用功率偵測電路410來回授控制電晶體M2的基極電壓，以讓電晶體M1和M2操作在非線性區。另外，利 用第二濾波電容CF2串聯電感L1(第一波包檢測電路220A)以及電阻R2串聯電晶體M3(第二波包檢測電路230A)，來動態感測輸入至功率電晶體Q1的輸入訊號IN。更甚者，在此例中，適應性抑制流經電晶體M3的電流，以藉此改善功率電晶體Q1在高輸出功率時的相鄰通道功率比(Adjacent Channel Power Ratio，ACPR)。

當電晶體M2操作在非線性區時，電晶體M2可操作成開關電路。功率偵測電路410偵測功率電晶體Q1的輸出功率後，電晶體M2的基極電壓可被動態回授控制，以使得功率放大器電路對於輸入至功率電晶體Q1的輸入訊號IN更為敏感。當功率電晶體Q1操作在低功率區時，電晶體M1提供低的靜態電流；當功率電晶體Q1操作在高功率區時，電晶體M1提供足夠的動態電流。

另外，在第4圖，經由適當設計電感L1的電感值，可以改善本案實施例的功率放大器電路的記憶效應(memory effect)。所謂的記憶效應是指，在主訊號相鄰兩旁的兩個三階失真訊號彼此之間的對稱程度。記憶效應愈低，代表兩個三階失真訊號彼此之間更為對稱。

現請參照第5圖，其顯示根據本案一實施例的功率放大器電路200B的電路方塊圖。不同於第4圖，第5圖的功率放大器電路200B的控制電路240B沒有包括功率偵測電路。控制電路240B中，電阻R3的另一端耦接至控制電壓V3。

第5圖的操作相似於第4圖，故其細節在此省略。

現請參照第6圖，其顯示本案二實施例(第4圖與第5圖)與未使用本案技術的效能比較圖。如第6圖所示，在高功率區且相同線性度的前提下，未使用本案技術的電流消耗高於本案二實施例(第四圖與第五圖)的電流消耗；而在低功率區，本案第5圖實施例(200B)的靜態電流低於未使用本案技術的靜態電流，但本案第4圖實施例(200A)的靜態電流更低於本案第5圖實施例(200B)的靜態電流。由第6圖可看出，本案二實施例的確可以在相同線性度的前提下，改善在高功率區的電流消耗，且利用功率偵測電路的回授控制(如本案第4圖實施例)，可以更進一步減少低功率區的靜態電流。

現請參照第7圖，其顯示根據本案一實施例的電晶體M1的電壓V_CE、電流I_C與電流I_B的曲線圖，其中，電壓V_CE代表集極-射極間的電壓差，電流I_C代表集極電流，電流I_B代表基極電流。由第7圖可看出，本案實施例的電晶體M1可操作於非線性區，使得電晶體M1的等效阻抗隨輸入訊號IN改變(變大)而改變(變大)。

現請參照第8A圖，其顯示根據本案一實施例的功率放大器電路200C1的電路方塊圖。如第8A圖所示，可變阻抗電路210C包括電阻R1、電晶體M1，以及第一濾波電容CF1；控制電路240C1包括電阻R3與功率偵測電路410。其中，電阻R3耦接於電晶體M1的基極與功率偵測電路410之間。第8A圖 的操作簡述如下。

功率偵測電路410偵測功率電晶體Q1的輸出功率，以輸出電流至電阻R3，來回授控制電晶體M1的基極。至於其他元件的操作細節可參考上述實施例，於此不重述。

在本案另一可能實施例中，可去除第8A圖的控制電路的功率偵測電路，如第8B圖所示。亦即，在第8B圖的功率放大器電路200C2中，控制電路240C2包括電阻R3，電阻R3耦接於控制電壓V3與電晶體M1的基極之間。此實施例的操作細節可參照上述實施例，於此不重述。

現請參照第9A圖，其顯示根據本案一實施例的功率放大器電路200D1的電路方塊圖。如第9A圖所示，控制電路240D1包括電感L2(亦可稱為回授電感)與功率偵測電路410，其中，電感L2耦接於電晶體M1的基極與功率偵測電路410之間。第9A圖的操作簡述如下。

功率偵測電路410偵測功率電晶體Q1的輸出功率，以輸出電流至電感L2，來回授控制電晶體M1的基極。至於其他元件的操作細節可參考上述實施例，於此不重述。

在本案另一可能實施例中，可去除第9A圖的控制電路的功率偵測電路，如第9B圖所示。亦即，在第9B圖的功率放大器電路200D2中，控制電路240D2包括電感L2，電感L2耦接於控制電壓V3與電晶體M1的基極之間。此實施例的操作細節可參照上述實施例，於此不重述。

現請參照第10圖，其顯示根據本案一實施例的功率放大器電路200E的電路方塊圖。如第10圖所示，控制電路240E包括電阻R3、電晶體M2、功率偵測電路410、反相器1010、比較器1020與電壓轉換器1030。第10圖的操作如下。

功率偵測電路410耦接至功率電晶體Q1，偵測功率電晶體Q1的輸出功率，以輸出偵測訊號至反相器1010。反相器1010耦接至功率偵測電路410，將功率偵測電路410的偵測訊號反相後，輸出給比較器1020。比較器1020耦接至反相器1010，將反相後偵測訊號相比於參考電壓Vref，以得到一比較結果給電壓轉換器1030。電壓轉換器1030耦接至比較器1020與電阻R3，將比較結果轉換成一電壓訊號，此電壓訊號透過電阻R3而饋入至電晶體M2的基極，以更進一步回授控制饋入至電晶體M1的基極電流。

電晶體M2的基極耦接至電阻R3，射極耦接至第二波包檢測電路230A，集極耦接至控制電壓V2。

當輸入訊號IN為小訊號時，功率偵測電路410偵測功率電晶體Q1的小輸出功率，以輸出小偵測電壓訊號至反相器1010。反相器1010將功率偵測電路410的小偵測電壓訊號進行反相，輸出給比較器1020。比較器1020將反相後的偵測電壓訊號相比於參考電壓Vref，以得到一比較結果(低電壓準位訊號)給電壓轉換器1030。電壓轉換器1030將比較結果(低電壓準位訊號)轉換，以輸入至電晶體M2的基極，控制電晶體M2的開關程度。 當電晶體M2趨近於關閉時，饋入電晶體M1的基極電流亦降低，此時提供功率電晶體Q1所需要的低電流。故而，可以減少在小功率區的靜態電流消耗。

相反地，當輸入訊號IN為大訊號時，功率偵測電路410偵測功率電晶體Q1的大輸出功率，以輸出大偵測電壓訊號至反相器1010。反相器1010將功率偵測電路410的大偵測電壓訊號進行反相，輸出給比較器1020。比較器1020將反相後的偵測電壓訊號相比於參考電壓Vref，以得到一比較結果(高電壓準位訊號)給電壓轉換器1030。電壓轉換器1030將比較結果(高電壓準位訊號)轉換，以回授控制饋入至電晶體M1的基極電流。如此一來，饋入電晶體M1的基極電流可較高，以提供功率電晶體Q1所需要的高電流。故而，可以提高在大功率區的線性度。

至於其他元件的操作細節可參考上述實施例，於此不重述。

現請參照第11圖，其顯示根據本案一實施例的功率放大器電路200F的電路方塊圖。如第1圖所示，控制電路240F包括功率偵測電路410、比較器1110與有限狀態機(Finite Stage Machine,FSM)1120。第11圖的操作簡述如下。

功率偵測電路410耦接至功率電晶體Q1，偵測功率電晶體Q1的輸出功率，以輸出偵測訊號至比較器1110。比較器1110耦接至功率偵測電路410，將偵測訊號相比於參考電壓Vref，以得到一比較結果給有限狀態機1120。有限狀態機1120耦接至 比較器1110，根據比較結果來回授控制電晶體M1的基極電壓。

詳細地說，當輸入訊號IN為小訊號時，功率偵測電路410偵測功率電晶體Q1的小輸出功率，以輸出偵測訊號(例如是邏輯低)至比較器1110。比較器1110將偵測訊號相比於參考電壓Vref，以得到比較結果(例如是邏輯高)給有限狀態機1120。有限狀態機1120根據比較結果(例如是邏輯高)來回授控制電晶體M1的基極電壓/基極電流，提供功率電晶體Q1所需要的小電流。故而，可以減少在小功率區的靜態電流消耗。

相反地，當輸入訊號IN為大訊號時，功率偵測電路410偵測功率電晶體Q1的大輸出功率，以輸出偵測訊號(例如是邏輯高)至比較器1110。比較器1110將偵測訊號相比於參考電壓Vref，以得到比較結果(例如是邏輯低)給有限狀態機1120。有限狀態機1120根據比較結果(例如是邏輯低)來回授控制電晶體M1的基極電壓/基極電流，如此一來，電晶體M1的基極電壓可較高，以提供功率電晶體Q1所需要的大電流。故而，可以提高在大功率區的線性度。

至於其他元件的操作細節可參考上述實施例，於此不重述。

在本案其他可能實施例中，有限狀態機1120的輸出可以有更多階，以控制電晶體M1的基極電壓/基極電流於不同階，達到更精密的控制效果。

此外，在第8A圖至第11圖的實施例中，可變阻抗 電路可以更包括第一旁通電容CB1(如同第4圖與第5圖般)，此亦在本案精神範圍內。

第12圖顯示根據本案一實施例的功率放大器電路200G的電路方塊圖。功率放大器電路200G包括：一功率電晶體Q1，接收輸入訊號IN並輸出輸出訊號OUT；可變阻抗電路210C，耦接至功率電晶體Q1，可變阻抗電路210C包括阻抗控制電晶體M1、第一濾波電容CF1與補償電阻R1，補償電阻R1之第一端耦接至功率電晶體Q1，補償電阻R1之一第二端耦接至阻抗控制電晶體M1之第一端，阻抗控制電晶體M1之第二端耦接至第一濾波電容CF1，阻抗控制電晶體M1之一第三端接收第一控制電壓V1，第一濾波電容CF1耦接於阻抗控制電晶體M1之第二端與接地端之間，其操作與架構可由上述說明而了解；第一波包檢測電路220A，耦接至輸入訊號IN與可變阻抗電路210C，第一波包檢測電路220A包括第二濾波電容CF2與濾波電感L1，第二濾波電容CF2耦接至輸入訊號IN，濾波電感L1耦接於阻抗控制電晶體M1之第二端與第二濾波電容CF2之間，其操作與架構可由上述說明而了解；及第二波包檢測電路230A，耦接至輸入訊號IN與可變阻抗電路210C，第二波包檢測電路230A包括保護電阻R2與輸入訊號放大電晶體M3，輸入訊號放大電晶體M3之第一端耦接至接地端，輸入訊號放大電晶體M3之第二端耦接至保護電阻R2，輸入訊號放大電晶體M3之第三端耦接至阻抗控制電晶體M1之該第二端，保護電阻R2耦接於該輸入訊號IN與輸入訊號 放大電晶體M3之第二端之間，其操作與架構可由上述說明而了解。功率放大器電路200G可選擇性的包括例如上述實施例之輸入匹配電路、輸出匹配電路、控制電路、第一旁通電容及/或其他元件，功率放大器電路200G之操作細節可由上述實施例之描述而了解，其細節在此省略。

第13圖顯示根據本案一實施例的功率放大器電路200H的電路方塊圖。功率放大器電路200H包括：功率電晶體Q1，接收輸入訊號IN並輸出輸出訊號OUT；可變阻抗電路210H，耦接至功率電晶體Q1，該可變阻抗電路包括阻抗控制電晶體M1與第一濾波電容CF1，阻抗控制電晶體M1之一第一端耦接至功率電晶體Q1，阻抗控制電晶體M1之一第二端耦接至第一濾波電容CF1，輸入訊號放大電晶體M3之一第三端接收第一控制電壓V1，第一濾波電容CF1耦接於阻抗控制電晶體M1之該第二端與一接地端之間；第一波包檢測電路220，耦接至輸入訊號IN與可變阻抗電路210H，檢測輸入訊號IN以動態控制可變阻抗電路210H的等效阻抗值，其操作與架構可由上述說明而了解；以及第二波包檢測電路230A，耦接至輸入訊號IN與可變阻抗電路210H，第二波包檢測電路230A檢測輸入訊號IN以動態控制可變阻抗電路210H的等效阻抗值，第二波包檢測電路230A包括保護電阻R2與輸入訊號放大電晶體M3，輸入訊號放大電晶體M3之第一端耦接至接地端，輸入訊號放大電晶體M3之第二端耦接至保護電阻R2，輸入訊號放大電晶體M3之第三端耦接至第一濾波電容 CF1與阻抗控制電晶體M1之第二端，保護電阻R2耦接於輸入訊號IN與輸入訊號放大電晶體M3之第二端之間，第二波包檢測電路230A放大輸入訊號IN並輸入至阻抗控制電晶體M1之第二端，第二波包檢測電路230A操作與架構可由上述說明而了解。功率放大器電路200H可選擇性的包括例如上述實施例之輸入匹配電路、輸出匹配電路、控制電路、第一旁通電容及/或其他元件，功率放大器電路200H之操作細節可由上述實施例之描述而了解，其細節在此省略。

第14圖顯示根據本案一實施例的功率放大器電路200I的電路方塊圖。功率放大器電路200I包括：功率電晶體Q1，接收輸入訊號IN並輸出輸出訊號OUT；可變阻抗電路210I，其架構與操作可相同或相似於可變阻抗電路210H；第一波包檢測電路220，耦接至輸入訊號IN與可變阻抗電路210I，檢測輸入訊號IN以動態控制可變阻抗電路210I的該等效阻抗值；第二波包檢測電路230，耦接至輸入訊號IN與可變阻抗電路210I，檢測輸入訊號IN以動態控制可變阻抗電路210I的該等效阻抗值；以及控制電路240，耦接該可變阻抗電路210I，控制該可變阻抗電路提供給該功率電晶體的一電流。功率放大器電路200H可選擇性的包括例如上述實施例之輸入匹配電路、輸出匹配電路、第一旁通電容及/或其他元件，功率放大器電路200I之操作細節可由上述實施例之描述而了解，其細節在此省略。

由上述可知，本案上述實施例的功率放大器電路可 以使功率電晶體兼顧效率與線性度。

本案上述實施例的功率放大器電路可降低功率電晶體在低功率區中的靜態電流的消耗。

本案上述實施例的功率放大器電路可抑制三階項失真訊號，避免惡化通信訊號品質。

綜上所述，雖然本案已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本案。本案所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本案之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本案之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (23)

1. 一種功率放大器電路，包括：一功率電晶體，接收一輸入訊號並輸出一輸出訊號；一可變阻抗電路，耦接至該功率電晶體，該可變阻抗電路包括一阻抗控制電晶體、一第一濾波電容與一補償電阻，該補償電阻之一第一端耦接至該功率電晶體，該補償電阻之一第二端耦接至該阻抗控制電晶體之一第一端，該阻抗控制電晶體之一第二端耦接至該第一濾波電容，該阻抗控制電晶體之一第三端接收一第一控制電壓，該第一濾波電容耦接於該阻抗控制電晶體之該第二端與一接地端之間；一第一波包檢測電路，耦接至該輸入訊號與該可變阻抗電路，該第一波包檢測電路包括一第二濾波電容與一濾波電感，該第二濾波電容耦接至該輸入訊號，該濾波電感耦接於該阻抗控制電晶體之該第二端與該第二濾波電容之間；以及一第二波包檢測電路，耦接至該輸入訊號與該可變阻抗電路，該第二波包檢測電路包括一保護電阻與一輸入訊號放大電晶體，該輸入訊號放大電晶體之一第一端耦接至該接地端，該輸入訊號放大電晶體之一第二端耦接至該保護電阻，該輸入訊號放大電晶體之一第三端耦接至該阻抗控制電晶體之該第二端，該保護電阻耦接於該輸入訊號與該輸入訊號放大電晶體之該第二端之間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之功率放大器電路，其中，該可變阻抗電路更包括一第一旁通電容，耦接於該阻抗控制電晶體 之該第三端與該接地端之間，該功率放大器電路更包括一控制電路，耦接至該可變阻抗電路，該控制電路包括：一回授控制電晶體，具有一第一端、一第二端與一第三端，該回授控制電晶體之該第一端耦接至該阻抗控制電晶體之該第二端，該回授控制電晶體之該第三端耦接至一第二控制電壓；一第二旁通電容，耦接於該回授控制電晶體之該第三端與該接地端之間；一第三旁通電容，耦接於該回授控制電晶體之該第二端與該接地端之間；一回授電阻，耦接至該回授控制電晶體之該第二端；以及一功率偵測電路，耦接於該功率電晶體與該回授電阻之間，該功率偵測電路偵測該功率電晶體的該輸出訊號的一輸出功率。
3. 如申請專利範圍第1項所述之功率放大器電路，其中，該可變阻抗電路更包括一第一旁通電容，耦接於該阻抗控制電晶體之該第三端與該接地端之間，該功率放大器電路更包括一控制電路，耦接至該可變阻抗電路，該控制電路包括：一回授控制電晶體，具有一第一端、一第二端與一第三端，該回授控制電晶體之該第一端耦接至該阻抗控制電晶體之該 第二端，該回授控制電晶體之該第三端耦接至一第二控制電壓；一第二旁通電容，耦接於該回授控制電晶體之該第三端與該接地端之間；一第三旁通電容，耦接於該回授控制電晶體之該第二端與該接地端之間；以及一回授電阻，耦接於該回授控制電晶體之該第二端與一第三控制電壓之間。
4. 如申請專利範圍第1項所述之功率放大器電路，更包括：一控制電路，耦接至該可變阻抗電路，該控制電路包括：一回授電阻，耦接至該阻抗控制電晶體之該第二端；以及一功率偵測電路，耦接於該功率電晶體與該回授電阻之間，該功率偵測電路偵測該功率電晶體的該輸出訊號的一輸出功率。
5. 如申請專利範圍第1項所述之功率放大器電路，更包括：一控制電路，耦接至該可變阻抗電路，該控制電路包括：一回授電阻，耦接於該阻抗控制電晶體之該第二端與一第三控制電壓之間。
6. 如申請專利範圍第1項所述之功率放大器電路，更包括：一控制電路，耦接至該可變阻抗電路，該控制電路包括：一回授電感，耦接至該阻抗控制電晶體之該第二端；以及一功率偵測電路，耦接於該功率電晶體與該回授電感之間， 該功率偵測電路偵測該功率電晶體的該輸出訊號的一輸出功率。
7. 如申請專利範圍第1項所述之功率放大器電路，更包括：一控制電路，耦接至該可變阻抗電路，該控制電路包括：一回授電感，耦接於該阻抗控制電晶體之該第二端與一第三控制電壓之間。
8. 如申請專利範圍第1項所述之功率放大器電路，更包括：一控制電路，耦接至該可變阻抗電路，該控制電路包括：一功率偵測電路，耦接至該功率電晶體，偵測該功率電晶體的該輸出訊號的一輸出功率，以輸出一偵測電壓訊號；一反相器，耦接至該功率偵測電路，反相該功率偵測電路的該偵測電壓訊號成為一反相後偵測電壓訊號；一比較器，耦接至該反相器，將該反相後偵測電壓訊號相比於一參考電壓，以得到一比較結果；一電壓轉換器，耦接至該比較器，轉換該比較結果為一轉換後訊號；一回授電阻，耦接至該電壓轉換器；以及一回授控制電晶體，具有一第一端耦接至該第二波包檢測電路，一第二端耦接至該回授電阻，一第三端耦接至一第二控制電壓，該轉換後訊號透過該回授電阻饋入至該回授控制電晶體的該第二端。
9. 如申請專利範圍第1項所述之功率放大器電路，更包括： 一輸入匹配電路，耦接至該功率電晶體，用以匹配該輸入訊號；以及一輸出匹配電路，耦接至該功率電晶體，用以匹配該輸出訊號。
10. 一種功率放大器電路，包括：一功率電晶體，接收一輸入訊號並輸出一輸出訊號；一可變阻抗電路，耦接至該功率電晶體，該可變阻抗電路之一等效阻抗值根據該輸入訊號而變化，該可變阻抗電路包括一阻抗控制電晶體與一第一濾波電容，該阻抗控制電晶體之一第一端耦接至該功率電晶體，該阻抗控制電晶體之一第二端耦接至該第一濾波電容，該阻抗控制電晶體之一第三端接收一第一控制電壓，該第一濾波電容耦接於該阻抗控制電晶體之該第二端與一接地端之間；一第一波包檢測電路，耦接至該輸入訊號與該可變阻抗電路，檢測該輸入訊號以動態控制該可變阻抗電路的該等效阻抗值；以及一第二波包檢測電路，耦接至該輸入訊號與該可變阻抗電路，檢測該輸入訊號以動態控制該可變阻抗電路的該等效阻抗值，該第二波包檢測電路包括一保護電阻與一輸入訊號放大電晶體，該輸入訊號放大電晶體之一第一端耦接至該接地端，該輸入訊號放大電晶體之一第二端耦接至該保護電阻，該輸入訊號放大電晶體之一第三端耦接至該第一濾波電容與該阻抗控制電晶體之該第 二端，該保護電阻耦接於該輸入訊號與該輸入訊號放大電晶體之該第二端之間，該第二波包檢測電路放大該輸入訊號並輸入至該阻抗控制電晶體之該第二端。
11. 如申請專利範圍第10項所述之功率放大器電路，更包括：一控制電路，耦接至該可變阻抗電路，控制該可變阻抗電路提供給該功率電晶體的一電流。
12. 如申請專利範圍第10項所述之功率放大器電路，其中，該可變阻抗電路更包括：一補償電阻，耦接於該功率電晶體與該阻抗控制電晶體之該第一端之間；以及一第一旁通電容，耦接於該阻抗控制電晶體之該第三端與該接地端之間。
13. 如申請專利範圍第10項所述之功率放大器電路，其中，該第一波包檢測電路包括：一第二濾波電容，耦接至該輸入訊號；以及一濾波電感，耦接於該阻抗控制電晶體之該第二端與該第二濾波電容之間。
14. 如申請專利範圍第10項所述之功率放大器電路，更包括：一輸入匹配電路，耦接至該功率電晶體，用以匹配該輸入訊號；以及 一輸出匹配電路，耦接至該功率電晶體，用以匹配該輸出訊號。
15. 一種功率放大器電路，包括：一功率電晶體，接收一輸入訊號並輸出一輸出訊號；一可變阻抗電路，耦接至該功率電晶體，該可變阻抗電路之一等效阻抗值根據該輸入訊號而變化，該可變阻抗電路包括一阻抗控制電晶體與一第一濾波電容，該阻抗控制電晶體之一第一端耦接至該功率電晶體，該阻抗控制電晶體之一第二端耦接至該第一濾波電容，該阻抗控制電晶體之一第三端接收一第一控制電壓，該第一濾波電容耦接於該阻抗控制電晶體之該第二端與一接地端之間；一第一波包檢測電路，耦接至該輸入訊號與該可變阻抗電路，檢測該輸入訊號以動態控制該可變阻抗電路的該等效阻抗值，該第一波包檢測電路包括一濾波單元，以擷取該輸入訊號並提供給該可變阻抗電路的該阻抗控制電晶體的該第二端；一第二波包檢測電路，耦接至該輸入訊號與該可變阻抗電路，檢測該輸入訊號以動態控制該可變阻抗電路的該等效阻抗值，該第二波包檢測電路放大該輸入訊號並輸入至該阻抗控制電晶體之該第二端；以及一控制電路，耦接至該可變阻抗電路，控制該可變阻抗電路提供給該功率電晶體的一電流。
16. 如申請專利範圍第15項所述之功率放大器電路，其中， 該可變阻抗電路更包括一第一旁通電容，耦接於該阻抗控制電晶體之該第三端與該接地端之間，該功率放大器電路更包括一控制電路，耦接至該可變阻抗電路，該控制電路包括：一回授控制電晶體，具有一第一端、一第二端與一第三端，該回授控制電晶體之該第一端耦接至該阻抗控制電晶體之該第二端，該回授控制電晶體之該第三端耦接至一第二控制電壓；一第二旁通電容，耦接於該回授控制電晶體之該第三端與該接地端之間；一第三旁通電容，耦接於該回授控制電晶體之該第二端與該接地端之間；一回授電阻，耦接至該回授控制電晶體之該第二端；以及一功率偵測電路，耦接於該功率電晶體與該回授電阻之間，該功率偵測電路偵測該功率電晶體的該輸出訊號的一輸出功率。
17. 如申請專利範圍第15項所述之功率放大器電路，其中，該可變阻抗電路更包括一第一旁通電容，耦接於該阻抗控制電晶體之該第三端與該接地端之間，該功率放大器電路更包括一控制電路，耦接至該可變阻抗電路，該控制電路包括：一回授控制電晶體，具有一第一端、一第二端與一第三端， 該回授控制電晶體之該第一端耦接至該阻抗控制電晶體之該第二端，該回授控制電晶體之該第三端耦接至一第二控制電壓；一第二旁通電容，耦接於該回授控制電晶體之該第三端與該接地端之間；一第三旁通電容，耦接於該回授控制電晶體之該第二端與該接地端之間；以及一回授電阻，耦接於該回授控制電晶體之該第二端與一第三控制電壓之間。
18. 如申請專利範圍第15項所述之功率放大器電路，更包括：一控制電路，耦接至該可變阻抗電路，該控制電路包括：一回授電阻，耦接至該阻抗控制電晶體之該第二端；以及一功率偵測電路，耦接於該功率電晶體與該回授電阻之間，該功率偵測電路偵測該功率電晶體的該輸出訊號的一輸出功率。
19. 如申請專利範圍第15項所述之功率放大器電路，更包括：一控制電路，耦接至該可變阻抗電路，該控制電路包括：一回授電阻，耦接於該阻抗控制電晶體之該第二端與一第三控制電壓之間。
20. 如申請專利範圍第15項所述之功率放大器電路，更包 括：一控制電路，耦接至該可變阻抗電路，該控制電路包括：一回授電感，耦接至該阻抗控制電晶體之該第二端；以及一功率偵測電路，耦接於該功率電晶體與該回授電感之間，該功率偵測電路偵測該功率電晶體的該輸出訊號的一輸出功率。
21. 如申請專利範圍第15項所述之功率放大器電路，更包括：一控制電路，耦接至該可變阻抗電路，該控制電路包括：一回授電感，耦接於該阻抗控制電晶體之該第二端與一第三控制電壓之間。
22. 如申請專利範圍第15項所述之功率放大器電路，更包括：一控制電路，耦接至該可變阻抗電路，該控制電路包括：一功率偵測電路，耦接至該功率電晶體，偵測該功率電晶體的該輸出訊號的一輸出功率，以輸出一偵測電壓訊號；一反相器，耦接至該功率偵測電路，反相該功率偵測電路的該偵測電壓訊號成為一反相後偵測電壓訊號；一比較器，耦接至該反相器，將該反相後偵測電壓訊號相比於一參考電壓，以得到一比較結果；一電壓轉換器，耦接至該比較器，轉換該比較結果為一轉換後訊號； 一回授電阻，耦接至該電壓轉換器；以及一回授控制電晶體，具有一第一端耦接至該第二波包檢測電路，一第二端耦接至該回授電阻，一第三端耦接至一第二控制電壓，該轉換後訊號透過該回授電阻饋入至該回授控制電晶體的該第二端。
23. 如申請專利範圍第15項所述之功率放大器電路，其中，該第二波包檢測電路包括一保護電阻與一輸入訊號放大電晶體，該輸入訊號放大電晶體之一第一端耦接至該接地端，該輸入訊號放大電晶體之一第二端耦接至該保護電阻，該輸入訊號放大電晶體之一第三端耦接至該第一濾波電容與該阻抗控制電晶體之該第二端，該保護電阻耦接於該輸入訊號與該輸入訊號放大電晶體之該第二端之間。