TWI749865B

TWI749865B - 發射電路及其發射訊號強度調整方法

Info

Publication number: TWI749865B
Application number: TW109139586A
Authority: TW
Inventors: 陳邦萌; 黃建融; 呂宜樺
Original assignee: 瑞昱半導體股份有限公司
Priority date: 2020-11-12
Filing date: 2020-11-12
Publication date: 2021-12-11
Also published as: US20220149798A1; TW202220390A; US11558020B2

Abstract

一種發射電路，包括一功率放大器、一功率放大器前級電路以及一訊號強度調整電路。該功率放大器用以放大一輸入訊號，以輸出一輸出訊號。該功率放大器前級電路用以輸出該輸入訊號。該訊號強度調整電路包括一轉換電路、一判斷電路、一處理電路以及一儲存單元，其中，該判斷電路耦接於該功率放大器的輸入端與該處理電路，該轉換電路用以將該輸出訊號的電壓轉換為一運算值，該處理電路用以根據該運算值以及該儲存單元所儲存的一目標索引值進行運算以得到一差值，並根據該差值調整該輸入訊號，使該輸出訊號的功率維持在一目標功率值。

Description

發射電路及其發射訊號強度調整方法

本揭示內容係有關於一種發射電路及其發射訊號強度調整方法，特別是指一種能夠應先避免功率放大器受損的發射電路及其發射訊號強度調整方法。

在高階製程中，傳統發射電路中的功率放大器中的電晶體（例如：金氧半導體（MOS））具有較薄的氧化層。因此，當功率放大器接收到大電壓的輸入訊號時，電晶體中的氧化層容易被擊穿，造成功率放大器損壞，進而使整個發射電路失效。

本揭示內容的一態樣為一發射電路。該發射電路包括一功率放大器、一功率放大器前級電路以及一訊號強度調整電路。該功率放大器用以放大一輸入訊號，以輸出一輸出訊號。該功率放大器前級電路用以輸出該輸入訊號至該功率放大器。該訊號強度調整電路包括一轉換電路、一判斷電路、一處理電路以及一儲存單元，其中，該轉換電路耦接於該功率放大器的輸出端，該判斷電路耦接於該功率放大器的輸入端，該處理電路耦接於該功率放大器前級電路、該轉換電路、該判斷電路以及該儲存單元，其中，該轉換電路用以將該輸出訊號的電壓轉換為一運算值，該處理電路用以根據該運算值以及該儲存單元所儲存的複數個索引值中的一目標索引值進行運算以得到一差值，並根據該差值調整該功率放大器前級電路所輸出的該輸入訊號，使該輸出訊號的功率維持在一目標功率值。

本揭示內容的另一態樣為一發射訊號強度調整方法，包括以下步驟：將一功率放大器所輸出的一輸出訊號的電壓轉換為一運算值；根據該運算值以及一儲存單元所儲存的複數個索引值中的一目標索引值進行運算，以得到一差值；根據該差值調整該功率放大器所接收的一輸入訊號，使該輸出訊號維持在一目標功率值；比對該輸入訊號的電壓以及一預設電壓值，以得到一比對結果；根據該比對結果輸出一判斷訊號；以及根據該判斷訊號的準位以及一暫存值，決定修正或不修正該目標功率值。

綜上，藉由本揭示內容的發射電路以及發射訊號強度調整方法，一方面可以因應環境因素的變化來來增強或減弱功率放大器所接收的輸入訊號，使功率放大器的輸出訊號的功率維持在目標功率值。另一方面，還可以在輸入訊號被過度增強的時候減弱輸入訊號，以避免功率放大器受損。換言之，本揭示內容的發射電路以及發射訊號強度調整方法可在功率放大器有可能被損壞之前，優先啟動保護功率放大器的機制。

下文係舉實施例配合所附圖式作詳細說明，但所描述的具體實施例僅用以解釋本案，並不用來限定本案，而結構操作之描述非用以限制其執行之順序，任何由元件重新組合之結構，所產生具有均等功效的裝置，皆為本揭示內容所涵蓋的範圍。

在全篇說明書與申請專利範圍所使用之用詞(terms)，除有特別註明外，通常具有每個用詞使用在此領域中、在此揭示之內容中與特殊內容中的平常意義。

另外，關於本文中所使用之「耦接」或「連接」，均可指二或多個元件相互直接作實體或電性接觸，或是相互間接作實體或電性接觸，亦可指二或多個元件相互操作或動作。

請參閱第1圖，本揭示內容的其中一實施例係關於一發射電路100。發射電路100包括一功率放大器110、一功率放大器前級電路120以及一訊號強度調整電路130。其中，功率放大器110接收來自功率放大器前級電路120的一輸入訊號Sin，以輸出一輸出訊號Sout至一天線140。訊號強度調整電路130根據輸入訊號Sin的電壓Vin以及輸出訊號Sout的電壓Vout調整功率放大器前級電路120所輸出的輸入訊號Sin的功率。

結構上，功率放大器前級電路120耦接於功率放大器110的輸入端，訊號強度調整電路130耦接於功率放大器110的輸出端、功率放大器110的輸入端以及功率放大器前級電路120。

請參閱第2圖，具體而言，訊號強度調整電路130包括一轉換電路310、一判斷電路320、一處理電路330、一儲存單元340以及一調整值暫存器350。其中，轉換電路310耦接於功率放大器110的輸出端。判斷電路320耦接於功率放大器110的輸入端。處理電路330耦接於功率放大器前級電路120、判斷電路320、轉換電路310、儲存單元340以及調整值暫存器350。

於本實施例中，功率放大器前級電路120包括一基頻訊號源122。轉換電路310包括一峰值檢測器312、一類比數位轉換器（ADC）314以及一標準化電路316。峰值檢測器312耦接於功率放大器110的輸出端，類比數位轉換器314耦接於峰值檢測器312，標準化電路316耦接於類比數位轉換器314以及處理電路330，並包括一環境校正單元F以及一偏差校正單元DE。判斷電路320可以峰值檢測器（圖中未示）或比較器（圖中未示）來據以實現。

請參閱第3圖，儲存單元340用以儲存複數個索引值I1~In以及與索引值I1~In相對應的複數個功率值A1~An。值得注意的是，處理電路330可根據來自使用者的一命令（圖中未示）將功率值A1~An中的其中一個指定為一目標功率值（例如：功率值At），並將與功率值At相對應的索引值Pt指定為一目標索引值。

操作時，功率放大器前級電路120輸出輸入訊號Sin至功率放大器110，功率放大器110接收並放大輸入訊號Sin，以輸出輸出訊號Sout至天線140。可以理解的是，輸出訊號Sout的功率常常因為一些環境因素（例如：阻抗、溫度）的變化而改變。此時，為了讓輸出訊號Sout維持在目標功率值At，發射電路100會藉由功率放大器110的輸出端的回授路徑來調整輸入訊號Sin的功率。

於功率放大器110的輸出端的回授路徑上，轉換電路310偵測輸出訊號Sout的電壓Vout。如第2圖所示，峰值檢測器312檢測輸出訊號Sout的電壓Vout的峰值。類比數位轉換器314將輸出訊號Sout的電壓Vout的峰值由類比形式轉為數位形式，以輸出一數位峰值（圖中未示）。標準化電路316藉由環境校正單元F與偏差校正單元DE將數位峰值標準化，以輸出一運算值No。換言之，轉換電路310將輸出訊號Sout的電壓Vout轉換為運算值No，並將運算值No輸出至處理電路330。

於本實施例中，轉換電路310所輸出的運算值No將與索引值I1~In中的其中一個相同。舉例來說，索引值I1為0，索引值I2為1，索引值I3為2，…，索引值In為127。這時，運算值No可能為0~127中的任一個數值。

若輸出訊號Sout的功率不是位在目標功率值At，則運算值No不會與目標索引值It相同。假設運算值No與索引值I76相同，處理電路330根據運算值No讀取索引值I76以得到與索引值I76相對應的功率值A76，並根據功率值A76以及目標功率值At來計算出一差值（圖中未示）。得到差值後，處理電路330可根據差值來更改功率放大器前級電路120中的基頻訊號源122的參數設定，以調整輸入訊號Sin的功率。藉由重複上述操作，輸出訊號Sout便能維持在目標功率值At。

假設功率放大器110的增益為10dBm，輸入訊號Sin的功率為16dBm，功率值A76為26dBm，目標功率值At為30dBm，處理電路330將功率值A76與目標功率值At相減，以得到差值為4dBm的結果。為了讓輸出訊號Sout的功率由26dBm增加至30dBm，處理電路330根據差值調整功率放大器前級電路120，使得輸入訊號Sin的功率由16dBm增加至20dBm。

若轉換電路310所輸出的運算值No與目標索引值It相同，代表輸出訊號Sout的功率已經位在目標功率值At。因此，處理單元330不需調整輸入訊號Sin。

此外，為了避免功率放大器110因為輸入訊號Sin的功率過大而損壞，發射電路100會藉由功率放大器110的輸入端的回授路徑來調整輸入訊號Sin的功率。

於功率放大器110的輸入端的回授路徑上，判斷電路320偵測輸入訊號Sin的電壓Vin。又如第2圖所示，判斷電路320比對輸入訊號Sin的電壓Vin以及一預設電壓值（圖中未示），以得到一比對結果，並根據比對結果輸出一判斷訊號Sd至處理電路330。

具體而言，請參閱第4圖，在期間P1，判斷電路320判斷輸入訊號Sin的電壓Vin小於預設電壓值，從而輸出一第一準位（例如：低準位）的判斷訊號Sd，且調整值暫存器350輸出的一暫存值為0（相當於調整值暫存器350未儲存任何數值）。處理電路330根據第一準位的判斷訊號Sd（代表輸入訊號Sin的功率不會造成功率放大器110損壞）以及等於0的暫存值（代表目標功率值At還未被修正過）持續執行前述操作，以讓輸出訊號Sout維持在目標功率值At。

在時間點T1，假設輸入訊號Sin的功率因為環境因素的變化而被提高，且判斷電路320判斷輸入訊號Sin的電壓Vin大於預設電壓值。此時，判斷電路320輸出一第二準位（例如：高準位）的判斷訊號Sd。處理電路330根據第二準位的判斷訊號Sd（代表輸入訊號Sin的功率有可能造成功率放大器110損壞）以及等於0的暫存值，以預設的一第一調整值（例如：7dBm）來修正儲存單元340所儲存的目標功率值At（例如：由30dBm降低至23dBm）。如此一來，輸入訊號Sin的功率得以降低，進而避免造成功率放大器110損壞。隨後，處理電路330更根據第一調整值更新調整值暫存器350所儲存的暫存值（例如：由0更新為-7）。隨著處理電路330持續執行前述操作，輸入訊號Sin的功率將減少（例如：由20dBm減少至13dBm），以避免功率放大器110損壞。

在期間P2的初期，由於輸入訊號Sin的功率已經降低，判斷電路320判斷輸入訊號Sin的電壓Vin小於預設電壓值，從而輸出第一準位的判斷訊號Sd。處理電路330根據第一準位的判斷訊號Sd以及小於0的暫存值（代表目標功率值At已被修正過），以預設的一第二調整值（例如：1dBm）來再次修正目標功率值At（例如：由23dBm增加至24dBm）。隨後，處理電路330更根據第二調整值更新調整值暫存器350所儲存的暫存值（例如：由-7更新為-6）。隨著處理電路330持續執行前述操作，輸入訊號Sin的功率將增加（例如：由13dBm增加至14dBm）。

在期間P2，由於環境因素的變化消失，處理電路330根據第一準位的判斷訊號Sd以及小於0的暫存值，重複以第二調整值來修正目標功率值At，直到回到修正前的目標功率值At為止（例如：自24dBm開始，一次增加1dBm，直到回到30dBm為止）。類似地，處理電路330同時也根據第二調整值重複更新調整值暫存器350所儲存的暫存值，直到暫存值變為0為止（例如：自-6開始，一次增加1，直到變為0為止）。隨著處理電路330持續執行前述操作，輸入訊號Sin的功率也將慢慢增加（例如：由14dBm增加至20dBm）。

在期間P3，判斷電路320輸出第一準位的判斷訊號Sd（因為環境因素的變化消失）。處理電路330根據第一準位的判斷訊號Sd以及等於0的暫存值持續執行前述操作，以讓輸出訊號Sout維持在修正前的目標功率值At。

請參閱第5圖，於另一實施例中，在期間P2’，處理電路330仍根據第一準位的判斷訊號Sd以及小於0的暫存值，重複以第二調整值來修正目標功率值At（例如：自23dBm開始，一次增加1dBm，並在接近時間點T2’時達到27dBm）。然而，在時間點T2’，由於環境因素的變化並未消失，判斷電路320再次判斷輸入訊號Sin的電壓Vin大於預設電壓值，並輸出第二準位的判斷訊號Sd。

在期間P3’，處理電路330根據第二準位的判斷訊號Sd以及小於0的暫存值（例如：-3），以預設的一第三調整值（例如：1dBm）來修正目標功率值At（例如：由27dBm降低至26dBm），以再次降低輸入訊號Sin的功率。隨後，由於判斷電路320判斷輸入訊號Sin的電壓Vin小於預設電壓值，處理電路330再次根據第一準位的判斷訊號Sd以及小於0的暫存值（例如：-4），以預設的第二調整值（例如：1dBm）來修正目標功率值At（例如：由26dBm增加至27dBm）。在期間P3’，由於環境因素的變化並未消失，處理電路330將輪流增加與減少目標功率值At。

請參閱第6圖，本揭示內容同時提供一種發射訊號強度調整方法200。發射訊號強度調整方法200可以在如第1圖所示的發射電路100上執行。

於步驟S201中，將功率放大器110所輸出的輸出訊號Sout的電壓Vout轉換為運算值No。於步驟S202中，根據運算值No以及儲存單元340所儲存的索引值I1~In中的目標索引值It進行運算，以得到差值。於步驟S203中，根據差值調整功率放大器110所接收的輸入訊號Sin，使輸出訊號Sout維持在目標功率值At。

於步驟S204中，比對輸入訊號Sin的電壓Vin以及預設電壓值。當輸入訊號Sin的電壓Vin小於預設電壓值時，進入步驟S205，輸出第一準位（例如：低準位）的判斷訊號Sd。於步驟S206中，判斷調整值暫存器350所儲存的暫存值是否為0。當暫存值為0（如第4圖所示的期間P1或P3），則進入步驟S207，不修正目標功率值At，並回到步驟S210。當暫存值不為0（如第4圖所示的期間P2），則進入步驟S208，以第二調整值（例如：1dBm）增加目標功率值At，更新暫存值，並回到步驟S210。

於步驟S204中，當輸入訊號Sin的電壓Vin大於預設電壓值時，進入步驟S209，輸出第二準位（例如：高準位）的判斷訊號Sd。於步驟S210中，判斷調整值暫存器350所儲存的暫存值是否為0。當暫存值為0（如第4圖所示的時間點T1），則進入步驟S211，以第一調整值（例如：7dBm）降低目標功率值At，更新暫存值，並回到步驟S210。當暫存值不為0（如第5圖所示的時間點T2’），則進入步驟S212，以第三調整值（例如：1dBm）降低目標功率值At，更新暫存值，並回到步驟S210。

於前述實施例中，第二調整值與第三調整值相同，且第一調整值分別大於第二調整值與第三調整值。這是為了在功率放大器110初次遇到危險（即，判斷訊號Sd為第二準位且暫存值為0）時，馬上讓處理電路330大幅度地減弱輸入訊號Sin到一個安全範圍內。在後續功率放大器110又遇到危險（即，判斷訊號Sd為第二準位且暫存值不為0）時，由於輸入訊號Sin已經在安全範圍內，處理電路330可小幅度地增強或減弱輸入訊號Sin，以在保護功率放大器110的同時盡可能地提高輸出訊號Sout的功率。然而，本揭示內容並不限於此。於另一實施例中，第二調整值與第三調整值可不相同，但第一調整值仍分別大於第二調整值與第三調整值。

綜上，藉由本揭示內容的發射電路100以及發射訊號強度調整方法200，一方面可以因應環境因素的變化來來增強或減弱功率放大器110所接收的輸入訊號Sin，使功率放大器110的輸出訊號Sout的功率維持在目標功率值Pt。另一方面，還可以在輸入訊號Sin被過度增強的時候減弱輸入訊號Sin，以避免功率放大器110受損。換言之，本揭示內容的發射電路100以及發射訊號強度調整方法200可在功率放大器110有可能被損壞之前，優先啟動保護功率放大器110的機制。

雖然本揭示內容已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本揭示內容，所屬技術領域具有通常知識者在不脫離本揭示內容之精神和範圍內，當可作各種更動與潤飾，因此本揭示內容之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100:發射電路 110:功率放大器 120:功率放大器前級電路 122:基頻訊號源 130:訊號強度調整電路 140:天線 200:發射訊號強度調整方法 310:轉換電路 312:峰值檢測器 314:類比數位轉換器 316:標準化電路 320:判斷電路 330:處理電路 340:儲存單元 350:調整值暫存器 P1,P2,P2’,P3,P3’:期間 T1,T2’:時間點 A1~An:功率值 At:目標功率值 I1~In:索引值 It:目標索引值 No:運算值 Sd:判斷訊號 Vin,Vout:電壓 Sin:輸入訊號 Sout:輸出訊號 S201~S212:步驟

第1圖係根據本揭示內容之部分實施例繪示一種發射電路的方塊圖。第2圖係根據本揭示內容之部分實施例繪示一種發射電路的示意圖。第3圖係根據本揭示內容之部分實施例繪示一種發射電路中的儲存單元的示意圖。第4圖係根據本揭示內容之部分實施例繪示一種發射電路中的輸出訊號的功率的波形示意圖。第5圖係根據本揭示內容之部分實施例繪示一種發射電路中的輸出訊號的功率的另一波形示意圖。第6圖係根據本揭示內容之部分實施例繪示一種發射訊號強度調整方法的流程圖。

100:發射電路

110:功率放大器

120:功率放大器前級電路

130:訊號強度調整電路

140:天線

Vin,Vout:電壓

Sin:輸入訊號

Sout:輸出訊號

Claims

一種發射電路，包括：一功率放大器，用以放大一輸入訊號，以輸出一輸出訊號；一功率放大器前級電路，耦接於該功率放大器的輸入端，用以輸出該輸入訊號至該功率放大器；以及一訊號強度調整電路，包括一轉換電路、一判斷電路、一處理電路以及一儲存單元，其中，該轉換電路耦接於該功率放大器的輸出端，該判斷電路耦接於該功率放大器的輸入端，該處理電路耦接於該功率放大器前級電路、該轉換電路、該判斷電路以及該儲存單元，其中，該轉換電路用以將該輸出訊號的電壓轉換為一運算值，該處理電路用以根據該運算值以及該儲存單元所儲存的複數個索引值中的一目標索引值進行運算以得到一差值，並根據該差值調整該功率放大器前級電路所輸出的該輸入訊號，使該輸出訊號的功率維持在一目標功率值，該判斷電路用以比對該輸入訊號的電壓以及一預設電壓值，以得到一比對結果，並根據該比對結果輸出一判斷訊號至該處理電路，該處理電路更用以根據該判斷訊號的準位以及一暫存值，決定修正或不修正該目標功率值。
如請求項1所述之發射電路，其中該轉換電路包括一峰值檢測器、一類比數位轉換器以及一標準化電路，該峰值檢測器耦接於該功率放大器的輸出端，並用以檢測該輸出訊號的電壓的峰值，該類比數位轉換器耦接於該峰值檢測器，並用以將該輸出訊號的電壓的峰值由類比形式轉為數位形式，以輸出一數位峰值，該標準化電路耦接於該類比數位轉換器，並用以將該數位峰值標準化，以輸出該運算值。
如請求項2所述之發射電路，其中該儲存單元更儲存與該些索引值相對應的複數個功率值，該目標功率值相對應於該目標索引值，該運算值與該些索引值中的一第一索引值相同，該處理電路根據該運算值讀取該第一索引值，以得到與該第一索引值相對應的一第一功率值，並根據該第一功率值以及該目標功率值來計算出該差值。
如請求項2所述之發射電路，其中當該輸入訊號的電壓小於該預設電壓值，該判斷電路輸出具有一第一準位的該判斷訊號，當該輸入訊號的電壓大於該預設電壓值，輸出具有一第二準位的該判斷訊號，其中該第二準位與該第一準位不同。
如請求項4所述之發射電路，其更包括一調整值暫存器，耦接於該處理電路，並用以儲存該暫存值。
如請求項5所述之發射電路，其中當該判斷訊號具有該第一準位且該暫存值為0時，不修正該目標功率值。
如請求項5所述之發射電路，其中當該判斷訊號具有該第一準位且該暫存值不為0時，以一第二調整值修正該目標功率值，並更新該暫存值。
如請求項5所述之發射電路，其中當該判斷訊號具有該第二準位且該暫存值為0時，以一第一調整值修正該目標功率值，並更新該暫存值。
一種發射訊號強度調整方法，包括：將一功率放大器所輸出的一輸出訊號的電壓轉換為一運算值；根據該運算值以及一儲存單元所儲存的複數個索引值中的一目標索引值進行運算，以得到一差值；根據該差值調整該功率放大器所接收的一輸入訊號，使該輸出訊號維持在一目標功率值；比對該輸入訊號的電壓以及一預設電壓值，以得到一比對結果；根據該比對結果輸出一判斷訊號；以及根據該判斷訊號的準位以及一暫存值，決定修正或不修正該目標功率值。