射频功率放大器与电子系统.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 104242836 A (43)申请公布日 2014.12.24 CN 104242836 A (21)申请号 201310233233.1 (22)申请日 2013.06.13 H03F 3/189(2006.01) H03F 3/20(2006.01) H03F 1/30(2006.01) (71)申请人 日月光半导体制造股份有限公司 地址 中国台湾高雄市 (72)发明人 丁兆明 牟家宏 张欣晴 (74)专利代理机构 隆天国际知识产权代理有限 公司 72003 代理人 赵根喜 李昕巍 (54) 发明名称 射频功率放大器与电子系统 (57) 摘要 本发明公开了一种射。

2、频功率放大器与电子系 统， 所述射频功率放大器包括偏压电路、 输出级电 路与射频补偿电路。当第一系统电压大于第一电 压门限值时， 偏压电路产生微幅上升的第一电流。 当第一系统电压大于第二电压门限值时， 则射频 补偿电路接收来自偏压电路所传送的微幅上升的 第二电流。 当第一系统电压位于工作电压区间时， 第一电流大于第二电流， 以使得射频功率放大器 的静态工作电流独立于第一系统电压的变化。当 第一系统电压大于第三电压门限值时， 第一电流 等于第二电流， 以使得偏压电流为零电流， 借此以 达到过电压保护射频功率放大器。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 9 页 附图 8 页 (19。

3、)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书9页 附图8页 (10)申请公布号 CN 104242836 A CN 104242836 A 1/2 页 2 1. 一种射频功率放大器， 用以接收且放大一射频输入信号并据此输出一射频输出信 号， 其特征在于， 该射频功率放大器包括 ： 一偏压电路， 电性连接一第一系统电压， 该偏压电路用以提供一偏压电流， 其中当该第 一系统电压大于一第一电压门限值时， 该偏压电路接收微幅上升的一第一电流 ； 一输出级电路， 电性连接一第二系统电压与该偏压电路， 该输出级电路接收该偏压电 流以工作在一工作偏压点 ； 以及 一射频补偿电。

4、路， 电性连接该偏压电路， 当该第一系统电压大于一第二电压门限值时， 则该射频补偿电路接收来自该偏压电路所传送的微幅上升的一第二电流， 其中该第二电压 门限值大于该第一电压门限值， 并且当该第一系统电压位于一工作电压区间时， 该第一电 流的电流值大于该第二电流的电流值并且其微幅上升的斜率相同， 以使得该射频功率放大 器的一静态工作电流独立于该第一系统电压的变化， 其中当该第一系统电压大于一第三电压门限值时， 该第一电流的电流值等于该第二电 流的电流值， 以使得该偏压电流为零电流， 借此以达到过电压保护该射频功率放大器， 其中 该第三电压门限值大于该第二电压门限值， 其中当该第一系统电压位于该工。

5、作电压区间， 则该第一电流与该第二电流的电流值皆 随着环境温度的增加而上升， 并且其上升幅度相同， 以使得该静态工作电流为接近或等于 零温度系数的电流。 2. 如权利要求 1 所述的射频功率放大器， 其中该第一电压门限值位于 2.3 伏特至 2.5 伏特之间， 该第二电压门限值位于 2.9 伏特至 3 伏特之间， 该第三电压门限值位于 5.8 伏特 至 6 伏特之间， 并且该工作电压区间位于 3.2 伏特至 4.2 伏特之间。 3. 如权利要求 1 所述的射频功率放大器， 还包括 ： 一输入匹配电路， 电性连接该输出级电路， 该输入匹配电路用以接收该射频输入信号 以提供输入功率匹配的效能至该输。

6、出级电路 ； 以及 一输出匹配电路， 电性连接该输出级电路， 该输出匹配电路用以输出该射频输出信号 且提供输出功率匹配的效能至该输出级电路。 4. 如权利要求 3 所述的射频功率放大器， 其中该偏压电路包括 ： 一第一电阻， 其一端连接该第一系统电压 ； 一第一晶体管， 其基极连接该第一电阻的另一端， 其集极连接该第一系统电压 ； 一第二晶体管， 其集极连接该第一晶体管的基极， 其射极连接一接地电压 ； 一第二电阻， 其一端连接该第一晶体管的射极， 其另一端连接该第二晶体管的基极 ； 以 及 一第三电阻， 其一端连接该第一晶体管的射极。 5. 如权利要求 4 所述的射频功率放大器， 其中该输出。

7、级电路包括 ： 一输出晶体管， 其基极连接该第三电阻的另一端， 其射极连接该接地电压 ； 以及 一集极电阻， 其一端连接该第二系统电压， 其另一端连接该输出晶体管的集极， 其中该输出晶体管通过该输入匹配电路接收该射频输入信号并予以放大后， 通过该输 出匹配电路输出该射频输出信号， 其中当该输出晶体管的射极面积为该第二晶体管的射极面积的 N 倍时且该第二电阻 的电阻值为该第三电阻的电阻值的 N 倍时， 则该输出晶体管的静态工作电流为 N 倍的该第 权 利 要 求 书 CN 104242836 A 2 2/2 页 3 三电流， 其中 N 为大于 1 的有理数。 6. 如权利要求 5 所述的射频功率。

8、放大器， 其中该射频补偿电路包括 ： 一第四电阻， 其一端连接该接地电压 ； 一第五电阻， 其一端连接该接地电压 ； 一第六电阻， 其一端连接该接地电压 ； 一第三晶体管， 其射极连接该第四电阻的另一端， 其基极连接该第五电阻的另一端 ； 一第四晶体管， 其射极连接该第六电阻的另一端， 其基极连接该第三晶体管的基极 ； 一第七电阻， 其一端连接该第五电阻的另一端， 其中该第五电阻的电阻值为该第七电 阻的电阻值的三倍， 并且该第四电阻与该第六电阻的电阻值小于该第七电阻的电阻值 ； 一第五晶体管， 其射极连接该第四晶体管的集极， 其集极连接该第一电阻的另一端以 接收该第二电流 ； 一第六晶体管， 。

9、其射极连接该第七电阻的另一端， 其基极连接该第五晶体管的基极与 该第三晶体管的集极， 其集极连接该第一系统电压 ； 以及 一第八电阻， 其一端连接该第三晶体管的集极， 其另一端连接该第一系统电压， 其中通过调整该第八电阻与该第一电阻之间的阻值比例来使得该静态工作电流为接 近或等于零温度系数的电流。 7. 如权利要求 6 所述的射频功率放大器， 其中当该第一系统电压大于该第三电压门 限值时， 通过该第五晶体管与该第六晶体管以大幅汲取该第一电流的全部以作为该第二电 流， 借此以使该偏压电流为零电流。 8. 如权利要求 7 所述的射频功率放大器， 其中当第八电阻的电阻值等于该第一电阻的 电阻值的三倍。

10、且该第一系统电压位于该工作电压区间时， 该第一电流的电流值大于该第二 电流的电流值并且其微幅上升的斜率相同， 以使得该静态工作电流独立于该第一系统电压 的变化。 9. 如权利要求 6 所述的射频功率放大器， 其中该第一晶体管、 该第二晶体管、 该第三 晶体管、 该第四晶体管、 该第五晶体管、 该第六晶体管与该输出晶体管为异质结型双极晶体 管。 10. 一种电子系统， 其特征在于， 包括 ： 一如权利要求 1 所述的射频功率放大器， 该射频功率放大器接收一射频输入信号且输 出一射频输出信号 ； 以及 一负载， 电性连接该射频功率放大器， 该负载接收该射频输出信号。 权 利 要 求 书 CN 10。

11、4242836 A 3 1/9 页 4 射频功率放大器与电子系统 技术领域 0001 本发明关于一种射频功率放大器， 且特别是关于一种具有稳定的静态工作电流的 射频功率放大器。 背景技术 0002 随着网际网络发达之后， 人们习惯于快速大量地接受信息， 特别是在近几年来无 线通信科技的进步， 个人移动产品， 如移动电话、 个人数字助理等产品， 以相当惊人的速度 普及之后， 人们希望能够掌握即时信息外， 还希望能有即时的线上支援。因此， 结合网际网 络与无线通信的无线区域网络 (Wireless Local Area Network,WLAN) 与第三代 (3G)/ 第 四代 (4G) 网络正是。

12、满足人们这样需求的一个方案。 0003 在无线通讯手持设备中， 主要的直流功率消耗来自于射频功率放大器。因此， 使 射频功率放大器既能具有高线性度而不致让放大信号失真， 并能同时具有高效率以延长通 讯时间， 一直是射频功率放大器设计的研究重点。尤其在无线通讯系统中所广为采用的正 交频分多工 (OFDM) 数字调制技术具有明显的时变波包特性， 其峰值与平均功率比值常数 (PAPR) 远较现有的无线通讯系统为高， 换言之其波包对时间变化较为剧烈， 因此对射频功 率放大器的线性度要求也会比较高。 0004 然而， 在先前技艺下， 美国专利公开号 US2003/6556082 所提供的射频功率放大 器。

13、， 虽不受环境温度的影响， 但对于电池电压的改变， 仍旧会影响到射频功率放大器的静态 工作电流的输出。以第三代 (3G)/ 第四代 (4G) 手机系统为例， 第三代 (3G)/ 第四代 (4G) 手机系统对于射频输出功率的精准度有着极为严格的要求。 因为手机电池的电压值会有相 当大的变化， 其可能从3.2伏特到4.2伏特不等， 因此会影响射频功率放大器的输出功率的 精准度。 发明内容 0005 本发明实施例提供一种射频功率放大器， 用以接收且放大射频输入信号并据此输 出射频输出信号， 所述射频功率放大器包括偏压电路、 输出级电路与射频补偿电路。 偏压电 路电性连接第一系统电压， 所述偏压电路用。

14、以提供偏压电流， 其中当第一系统电压大于第 一电压门限值时， 所述偏压电路接收微幅上升的第一电流。输出级电路电性连接第二系统 电压与偏压电路， 所述输出级电路接收偏压电流以工作在工作偏压点。射频补偿电路电性 连接偏压电路， 当第一系统电压大于第二电压门限值时， 则射频补偿电路接收来自偏压电 路所传送的微幅上升的第二电流， 其中第二电压门限值大于第一电压门限值， 并且当第一 系统电压位于工作电压区间时， 第一电流的电流值大于第二电流的电流值并且其微幅上升 的斜率实质上相同， 以使得射频功率放大器的静态工作电流独立于第一系统电压的变化。 当第一系统电压大于第三电压门限值时， 第一电流的电流值等于第。

15、二电流的电流值， 以使 得偏压电流为零电流， 借此以达到过电压保护射频功率放大器， 其中第三电压门限值大于 第二电压门限值。当第一系统电压位于工作电压区间， 则第一电流与第二电流的电流值皆 说 明 书 CN 104242836 A 4 2/9 页 5 随着环境温度的增加而上升， 并且其上升幅度实质上相同， 以使得静态工作电流为接近或 等于零温度系数的电流。 0006 在本发明其中一个实施例中， 第一电压门限值位于2.3伏特至2.5伏特之间， 第二 电压门限值位于 2.9 伏特至 3 伏特之间， 第三电压门限值位于 5.8 伏特至 6 伏特之间， 并且 工作电压区间位于 3.2 伏特至 4.2 。

16、伏特之间。 0007 在本发明其中一个实施例中， 射频功率放大器还包括输入匹配电路与输出匹配电 路。输入匹配电路电性连接输出级电路， 所述输入匹配电路用以接收射频输入信号以提供 输入功率匹配的效能至输出级电路。输出匹配电路电性连接输出级电路， 所述输出匹配电 路用以输出射频输出信号且提供输出功率匹配的效能至输出级电路。 0008 在本发明其中一个实施例中， 偏压电路包括第一电阻、 第一晶体管、 第二晶体管、 第二电阻与第三电阻。第一电阻的一端连接第一系统电压。第一晶体管的基极连接第一电 阻的另一端， 第一晶体管的集极连接第一系统电压。第二晶体管的集极连接第一晶体管的 基极， 第二晶体管的射极连。

17、接接地电压。 第二电阻的一端连接第一晶体管的射极， 第二电阻 的另一端连接第二晶体管的基极。第三电阻的一端连接第一晶体管的射极。 0009 在本发明其中一个实施例中， 输出级电路包括输出晶体管与集极电阻。输出晶体 管的基极连接第三电阻的另一端， 输出晶体管的射极连接接地电压。集极电阻的一端连接 第二系统电压， 集极电阻的另一端连接输出晶体管的集极。输出晶体管通过输入匹配电路 接收射频输入信号并予以放大后， 通过输出匹配电路输出射频输出信号。当输出晶体管的 射极面积为第二晶体管的射极面积的 N 倍时且第二电阻的电阻值为第三电阻的电阻值的 N 倍时， 则输出晶体管的静态工作电流为 N 倍的第三电流。

18、， 其中 N 为大于 1 的有理数。 0010 在本发明其中一个实施例中， 射频补偿电路包括第四电阻、 第五电阻、 第六电阻、 第三晶体管、 第四晶体管、 第七电阻、 第五晶体管、 第六晶体管与第八电阻。 第四电阻的一端 连接接地电压。第五电阻的一端连接接地电压。第六电阻的一端连接接地电压。第三晶体 管的射极连接第四电阻的另一端， 第三晶体管的基极连接第五电阻的另一端。第四晶体管 的射极连接第六电阻的另一端， 第四晶体管的基极连接第三晶体管的基极。第七电阻的一 端连接第五电阻的另一端， 其中第五电阻的电阻值为第七电阻的电阻值的三倍， 并且第四 电阻与第六电阻的电阻值小于第七电阻的电阻值。 第五。

19、晶体管的射极连接第四晶体管的集 极， 第五晶体管的集极连接第一电阻的另一端以接收第二电流。第六晶体管的射极连接第 七电阻的另一端， 第六晶体管的基极连接第五晶体管的基极与第三晶体管的集极， 第六晶 体管的集极连接第一系统电压。第八电阻的一端连接第三晶体管的集极， 第八电阻的另一 端连接第一系统电压。 通过调整第八电阻与第一电阻之间的阻值比例来使得静态工作电流 为接近或等于零温度系数的电流。 0011 在本发明其中一个实施例中， 当第一系统电压大于第三电压门限值时， 通过第五 晶体管与第六晶体管以大幅汲取第一电流的全部以作为第二电流， 借此以使偏压电流为零 电流。 0012 在本发明其中一个实施。

20、例中， 当第八电阻的电阻值实质上等于第一电阻的电阻值 的三倍且第一系统电压位于工作电压区间时， 第一电流的电流值大于第二电流的电流值并 且其微幅上升的斜率实质上相同， 以使得静态工作电流独立于第一系统电压的变化。 0013 在本发明其中一个实施例中， 第一晶体管、 第二晶体管、 第三晶体管、 第四晶体管、 说 明 书 CN 104242836 A 5 3/9 页 6 第五晶体管、 第六晶体管与输出晶体管为异质结型双极晶体管。 0014 本发明实施例提供一种电子系统， 电子系统包括射频功率放大器与负载。射频功 率放大器接收射频输入信号且输出射频输出信号。负载电性连接射频功率放大器， 所述负 载接。

21、收射频输出信号。 0015 综上所述， 本发明实施例所提出的射频功率放大器与电子系统， 能够提供优良的 温度补偿效应以使得射频功率放大器的输出功率与静态工作电流相对于温度变化时仍然 保持稳定并且使得射频功率放大器的静态工作电流独立于电池电压的变化， 借此维持通讯 系统所需的高线性度而不致让射频输出信号失真。此外， 本发明实施例的射频功率放大器 更能够达到过电压保护的效能， 以避免过高的电池电压造成射频功率放大器或整个电子系 统的损害。 0016 为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容， 请参阅以下有关本发明的详细说 明与附图， 但是此等说明与所附图式仅系用来说明本发明， 而非对本发明的权利范。

22、围作任 何的限制。 附图说明 0017 图 1 为根据本发明例示性实施例所绘示的射频功率放大器的区块示意图。 0018 图 2 为根据本发明例示性实施例所绘示的射频功率放大器的细部电路示意图。 0019 图 3 为根据本发明实施例的静态工作电流对于第一系统电压的模拟曲线图。 0020 图 4 为根据本发明实施例的第一与第二电流对于第一系统电压的模拟曲线图。 0021 图 5 为根据本发明实施例的第三电流对于第一系统电压的模拟曲线图。 0022 图 6 为根据本发明实施例的静态工作电流对于第一系统电压的模拟曲线图。 0023 图 7 为根据本发明实施例的第一及第二电流对于第一系统电压的模拟曲线图。

23、。 0024 图 8 为根据本发明实施例的第三电流对于第一系统电压的模拟曲线图。 0025 图 9 为根据本发明实施例的静态工作电流对于温度的模拟曲线图。 0026 图 10 为根据本发明实施例的第一及第二电流对于温度的模拟曲线图。 0027 图 11 为根据本发明实施例的第三电流对于温度的模拟曲线图。 0028 图 12 为根据本发明实施例的在温度扫描下静态工作电流对于第一系统电压的模 拟曲线图。 0029 图 13 为根据本发明实施例的电子系统的区块示意图。 0030 其中， 附图标记说明如下 ： 0031 100、 200 ： 射频功率放大器 0032 110 ： 偏压电路 0033 1。

24、20 ： 输出级电路 0034 130 ： 射频补偿电路 0035 140 ： 输入匹配电路 0036 150 ： 输出匹配电路 0037 1300 ： 电子系统 0038 1310 ： 射频功率放大器 0039 1320 ： 负载 说 明 书 CN 104242836 A 6 4/9 页 7 0040 CIN ： 输入电容 0041 COUT ： 输出电容 0042 CV1、 CV2、 CV3、 CV4、 CV5、 CV6 ： 曲线 0043 R1 ： 第一电阻 0044 GND ： 接地电压 0045 I1 ： 第一电流 0046 I2 ： 第二电流 0047 I3 ： 第三电流 0048。

25、 I4 ： 第四电流 0049 I5 ： 第五电流 0050 IB ： 偏压电流 0051 ICQ ： 静态工作电流 0052 Q1 ： 第一晶体管 0053 Q2 ： 第二晶体管 0054 Q3 ： 第三晶体管 0055 Q4 ： 第四晶体管 0056 Q5 ： 第五晶体管 0057 Q6 ： 第六晶体管 0058 QW ： 输出晶体管 0059 R1 ： 第一电阻 0060 R2 ： 第二电阻 0061 R3 ： 第三电阻 0062 R4 ： 第四电阻 0063 R5 ： 第五电阻 0064 R6 ： 第六电阻 0065 R7 ： 第七电阻 0066 R8 ： 第八电阻 0067 RW ：。

26、 集极电阻 0068 RFIN ： 射频输入信号 0069 RFOUT ： 射频输出信号 0070 VBE4、 VBE6 ： 基射极电压 0071 VSS ： 第一系统电压 0072 VCC ： 第二系统电压 具体实施方式 0073 在下文将参看随附图式更充分地描述各种例示性实施例， 在随附图式中展示一些 例示性实施例。 然而， 本发明概念可能以许多不同形式来体现， 且不应解释为限于本文中所 阐述的例示性实施例。 确切而言， 提供此等例示性实施例使得本发明将为详尽且完整， 且将 向熟习此项技术者充分传达本发明概念的范畴。在诸图式中， 可为了清楚而夸示层及区的 说 明 书 CN 10424283。

27、6 A 7 5/9 页 8 大小及相对大小。类似数字始终指示类似元件。 0074 应理解， 虽然本文中可能使用术语第一、 第二、 第三等来描述各种元件， 但此等元 件不应受此等术语限制。此等术语乃用以区分一元件与另一元件。因此， 下文论述的第一 元件可称为第二元件而不偏离本发明概念的教示。如本文中所使用， 术语 “及 / 或” 包括相 关联的列出项目中的任一者及一或多者的所有组合。 0075 射频功率放大器的实施例 0076 在无线通讯手持设备中， 主要的直流功率消耗来自于射频功率放大器。 因此， 使射 频功率放大器既能具有高线性度而不致让放大信号失真， 并能同时具有高效率以延长通讯 时间， 。

28、一直是射频功率放大器设计的研究重点。本发明内容提出一种不受环境温度与电池 电压影响的射频功率放大器， 以符合通讯系统中对于高线性度的需求。 0077 请参照图 1， 图 1 为根据本发明例示性实施例所绘示的射频功率放大器的区块示 意图。如图 1 所示， 射频功率放大器 100 包括偏压电路 110、 输出级电路 120、 射频补偿电路 130、 输入匹配电路 140 与输出匹配电路 150。偏压电路 110 电性连接输出级电路 120 并且 偏压电路 110 电性连接第一系统电压 VSS( 亦即电池电压 )。输出级电路 120 电性连接至 输入匹配电路 140 与输出匹配电路 150 之间， 。

29、并且输出级电路 120 电性连接第二系统电压 VCC。射频补偿电路 130 电性连接偏压电路 110。应理解， 输入匹配电路 140 用以接收射频 输入信号 RFIN 以提供输入功率匹配的效能至输出级电路 120， 输出匹配电路 150 用以输出 射频输出信号 RFOUT 且提供输出功率匹配的效能至输出级电路 120。 0078 关于偏压电路 110， 偏压电路 110 用以提供偏压电流 IB 至输出级电路 120， 当具 有射频功率放大器 100 的电子系统启动后， 第一系统电压 VSS 会缓缓上升并且当第一系统 电压 VSS 开始大于第一电压门限值 ( 其位于 2.3 伏特至 2.5 伏特。

30、之间 ) 时， 偏压电路 110 会开始进入正常运作状态并且接收第一电流 I1( 从第一系统电压 VSS 的一端流入偏压电 路 110)， 随着第一系统电压 VSS 的电压值上升， 第一电流 I1 也会微幅上升而呈现出正比关 系。关于输出级电路 120， 输出级电路 120 所接收到的第二系统电压 VCC 一般是由直流至 直流转换器 (DC-DC converter) 或是由收发器积体电路 (Transceiver IC) 的通用输入输 出 (General Purpose Input/Output,GPIO) 来提供固定的电压。再者， 输出级电路 120 接 收偏压电流 IB 以工作在一工作。

31、偏压点 (operation bias point)。关于射频补偿电路 130， 用以当第一系统电压 VSS 大于第二电压门限值 ( 其位于 2.9 伏特至 3 伏特之间 )， 则射频 补偿电路 130 会开始运作且接收来自偏压电路 110 所传送的第二电流 I2， 其中第二电流 I2 会随着第一系统电压 VSS 的上升而呈现微幅上升的趋势。值得一提的是， 当第一系统电压 VSS 位于工作电压区间 ( 例如 3.2 伏特至 4.2 伏特之间 ) 时， 则第一电流 I1 的电流值大于 第二电流I2的电流值并且其微幅上升的斜率实质上相同， 以使得射频功率放大器100的静 态工作电流独立于第一系统电。

32、压 VSS 的变化。 0079 此外， 在过电压保护方面， 本发明内容的射频功率放大器 100 在当第一系统电压 VSS 大于第三电压门限值 ( 其位于 5.8 伏特至 6 伏特之间 ) 时， 则第一电流 I1 的电流值等 于第二电流 I2 的电流值， 以使得偏压电流 IB 为零电流进而关闭掉输出级电路 120， 借此以 达到过电压保护射频功率放大器 100 的效果， 其中第三电压门限值大于第二电压门限值。 0080 另外， 在温度补偿效应方面， 当第一系统电压 VSS 位于工作电压区间， 则第一电流 I1 与第二电流 I2 的电流值皆随着环境温度的增加而上升， 并且其上升幅度实质上相同， 从。

33、 说 明 书 CN 104242836 A 8 6/9 页 9 而以使得静态工作电流 ( 亦即输出级电路 120 的输出电流 ) 为接近或等于零温度系数的电 流， 也就是说， 静态工作电流不会随着环境温度的变化而变迁。简单来说， 在本发明内容中 的射频补偿电路能够使得整个射频功率放大器独立于环境温度的变化， 电池电压 ( 第一系 统电压 VSS) 的变化， 并且在当电池电压过高时， 射频补偿电路 130 会汲取走全部的第一电 流I1(亦即第二电流I2的电流值等于第一电流I1的电流值)以关闭掉输出级电路120， 进 而保护射频功率放大器100。 据此， 射频补偿电路130能够使射频功率放大器10。

34、0既能具有 高线性度而不致让放大信号失真， 并能同时具有高效率以延长通讯时间。 0081 须说明的是， 本发明内容所述的正温度系数指示其物理量 ( 如电压值、 电流值或 电阻值 ) 与温度之间成正比关系， 也就是说， 当温度上升或下降时， 其物理量会随着温度而 上升或下降 ； 本发明内容所述的负温度系数指示其物理量与温度之间成反比关系， 也就是 说， 当温度上升或下降时， 其物理量会随着温度而下降或上升。 本发明内容所述的零温度系 数指示其物理量 ( 如电压值、 电流值或电阻值 ) 与温度之间为相互独立的关系， 也就是说， 当温度上升或下降时， 其物理量并不会随着温度而上升或下降。 0082 。

35、为了更详细地说明本发明所述的射频功率放大器 100 的运作流程， 以下将举多个 实施例中至少的一来作更进一步的说明。 0083 在接下来的多个实施例中， 将描述不同于上述图 1 实施例的部分， 且其余省略部 分与上述图 1 实施例的部分相同。此外， 为说明便利起见， 相似的参考数字或标号指示相似 的元件。 0084 射频功率放大器的另一实施例 0085 请参照图 2， 图 2 为根据本发明例示性实施例所绘示的射频功率放大器的细部电 路示意图。与上述图 1 实施例不同的是， 在图 2 实施例的射频功率放大器 200 中， 偏压电路 110 包括第一电阻 R1、 第一晶体管 Q1、 第二晶体管 Q。

36、2、 第二电阻 R2 与第三电阻 R3。输出级 电路 120 包括输出晶体管 QW。射频补偿电路 130 包括第四电阻 R4、 第五电阻 R5、 第六电阻 R6、 第七电阻 R7、 第八电阻 R8、 第三晶体管 Q3、 第四晶体管 Q4、 第五晶体管 Q5、 第六晶体管 Q6。第一电阻 R1 的一端连接第一系统电压 VSS。第一晶体管 Q1 的基极连接第一电阻 R1 的 另一端， 第一晶体管Q1的集极连接第一系统电压VSS。 第二晶体管Q2的集极连接第一晶体 管 Q1 的基极， 第二晶体管 Q2 的射极连接接地电压 GND。第二电阻 R2 的一端连接第一晶体 管 Q1 的射极， 第二电阻 R2。

37、 的另一端连接第二晶体管 Q2 的基极。第三电阻 R3 的一端连接 第一晶体管 Q1 的射极。输出晶体管 QW 的基极连接第三电阻 R3 的另一端， 输出晶体管 QW 的射极连接接地电压 GND。本实施例的射频功率放大器 200 还包括一集极电阻 RW， 其中集 极电阻RW的一端连接第二系统电压VCC， 集极电阻RW的另一端连接输出晶体管QW的集极。 输出晶体管 QW 通过输入匹配电路 140 接收射频输入信号 RFIN 并予以放大后， 通过输出匹 配电路 150 输出射频输出信号 RFOUT。当输出晶体管 QW 的射极面积为第二晶体管 Q2 的射 极面积的 N 倍时且第二电阻 R2 的电阻值。

38、为第三电阻 R3 的电阻值的 N 倍时， 则输出晶体管 QW 的静态工作电流 ICQ 为 N 倍的第三电流 I3， 其中 N 为大于 1 的有理数。在本实施例中， 第一晶体管 Q1、 第二晶体管 Q2、 第三晶体管 Q3、 第四晶体管 Q4、 第五晶体管 Q5、 第六晶体管 Q6与输出晶体管QW为异质结型双极晶体管， 因此可以不需要其他类型的晶体管(如假型高 速电子移动晶体管 ) 的工艺， 进而能够节省通讯系统中射频前端电路的制造成本。 0086 第四电阻 R4 的一端连接接地电压 GND。第五电阻 R5 的一端连接接地电压 GND。 说 明 书 CN 104242836 A 9 7/9 页 。

39、10 第六电阻 R6 的一端连接接地电压 GND。第三晶体管 Q3 的射极连接第四电阻 R4 的另一端， 第三晶体管 Q3 的基极连接第五电阻 R5 的另一端。第四晶体管 Q4 的射极连接第六电阻 R6 的另一端， 第四晶体管 Q4 的基极连接第三晶体管 Q3 的基极。第七电阻 R7 的一端连接第五 电阻 R5 的另一端。值得一提的是， 第五电阻 R5 的电阻值为第七电阻 R7 的电阻值的三倍， 这个电阻值是经过设计而决定的， 并且第四电阻 R4 与第六电阻 R6 的电阻值远小于第七电 阻 R7 的电阻值。第五晶体管 Q5 的射极连接第四晶体管 Q4 的集极， 第五晶体管 Q5 的集极 连接第。

40、一电阻 R1 的另一端以接收第二电流 I2。第六晶体管 Q6 的射极连接第七电阻 R7 的 另一端， 第六晶体管 Q6 的基极连接第五晶体管 Q5 的基极与第三晶体管 Q3 的集极， 第六晶 体管 Q6 的集极连接第一系统电压 VSS。第八电阻 R8 的一端连接第三晶体管 Q3 的集极， 第 八电阻 R8 的另一端连接第一系统电压 VSS。通过调整第八电阻 R8 与第一电阻 R1 之间的阻 值比例来使得静态工作电流 ICQ 为接近或等于零温度系数的电流。 0087 接下来要教示的， 是进一步说明射频功率放大器 200 的工作原理。在本实施例中， 以第一电压门限值为 2.4 伏特， 第二电压门限。

41、值为 2.9 伏特与第三电压门限值为 6 伏特为 一范例来作详细说明。 0088 当具有射频功率放大器 200 的电子系统启动后， 第一系统电压 VSS 会缓缓上升以 进入工作电压区间(3.2伏特至4.2伏特之间)， 当电池电压(亦即第一系统电压VSS)开始 大于第一电压门限值(如2.4伏特)时， 则会有第一电流I1产生并流经第一电阻R1。 然而， 2.4 伏特的电池电压还不足以启动整个射频补偿电路 130， 因此第三电流 I3 会完全等于第 一电流 I1。当第一系统电压 VSS 持续上升且大于第二电压门限值 ( 如 2.9 伏特 ) 时， 如此 的电池电压值足以启动晶体管 Q3 Q4， 因此。

42、射频补偿电路 130 会开始汲取第一电流 I1 的 部分电流， 亦即通过第五晶体管 Q5 与第四晶体管 Q4 与第六电阻 R6 来汲取电流。进一步来 说， 在温度补偿效应方面， 设计者可在合理的假设下， 第一电流如式 (1) 所示， 其中符号 VBE 为表示第一晶体管Q1与第二晶体管的基射极电压并假设其两者等值， 且式(1)中已合理忽 略掉第二电阻 R2 的电压降。再者， 在此先合理忽略第三晶体管 Q3 与第四晶体管 Q4 的基极 电流， 并且忽略第六电阻的效应， 因此可得知第五电流 I5 为如式 (2) 所示。故， 第六晶体管 Q6的射极电压为第五电流I5的电流值乘上第五电阻R5与第七电阻R。

43、7的电阻值， 进而可推 导出流经第八电阻 R8 的第四电流 I4， 如式 (3) 所示， 其中符号 VBE4 与 VBE6 为第四晶体管 Q4 与第六晶体管 Q6 的基射极电压。在本实施例中， 进一步将第四电阻 R4 设计为第六电阻 R6 的三倍 ( 如式 (4) 所示 )， 故第二电流 I2 会等于 K 倍的第四电流 I4( 因为电流镜映射的 关系 )， 其可将第四电流 I4 视为第二电流 I2 的映射。接着， 由于第三电流 I3 等于第一电流 I1 减去第二电流 I2， 其推导如式 (5) 所示。由于， 静态工作电流 ICQ 为第三电流 I3 通过电 流镜放大所映射的电流， 亦即当输出晶体。

44、管 QW 的射极面积为第二晶体管 Q2 的射极面积的 N 倍时并且第二电阻 R2 的电阻值为第三电阻 R3 的电阻值的 N 倍时， 则输出晶体管 QW 的静 态工作电流 ICQ 为 N 倍的第三电流 I3， 其中 N 为大于 1 的有理数。因此， 将静态工作电流 ICQ进行对温度变数的微分运算后， 可知道通过第八电阻R8与第一电阻R1之间的电阻值比 例与适当地设计晶体管尺寸， 即可以使射频功率放大器 200 在工作电压区间 ( 如 3.2 伏特 至 4.2 伏特 ) 所输出的静态工作电流 ICQ 为接近或等于零温度系数的电流， 故本发明内容 的射频功率放大器 200 具有极佳的温度补偿效应， 。

45、以独立于环境温度的影响。其中须注意 的是， 在本实施例中， 第五电阻 R5 的电阻值约为第七电阻 R7 的电阻值的三倍， 第四电阻 R4 说 明 书 CN 104242836 A 10 8/9 页 11 的电阻值为第六电阻 R6 的电阻值的三倍， 并且第五电阻 R5 与第七电阻 R7 都远大于第六电 阻 R6 与第四电阻 R4。 0089 I1=(VSS 2VBE)/R1 式 (1) 0090 I5=VBE4/R5 式 (2) 0091 I4=(VSS (VBE4(R7+R5)/R5)+VBE6)/R4) 式 (3) 0092 R4=3R6 式 (4) 0093 I3=I1I2=I1kI4 0。

46、094 =(VSS-2VBE)/R1) k(VSS-(VBE4(R7+R5)/R5)+VBE6)/R4) 式 (5) 0095 此外， 如果将式 (5) 中的第三电流 I3 进行对第一系统电压 VSS 微分运算后， 可得 知在将第八电阻 R8 设计为第一电阻 R1 的三倍时且当第一系统电压位于工作电压区间时， 则第一电流 I1 的电流值大于第二电流 I2 的电流值并且两电流微幅上升的斜率相同， 因此 射频功率放大器 200 所输出的静态工作电流 ICQ 不仅不会随着环境温度的改变而迁移， 并 且更能够独立于第一系统电压 VSS 的变化， 本发明内容的射频功率放大器 200 具有极佳的 稳定性与。

47、高线性度。 0096 再者， 本发明内容的射频功率放大器 200 更可通过射频补偿电路 130 来达到过电 压保护的功能， 亦即当电池电压因为不明异常因素 ( 如电压突波 ) 而不断上升且大于第三 电压门限值 ( 如 6 伏特 ) 时， 则射频功率放大器 200 会通过射频补偿电路 130 内的第五晶 体管Q5与第六晶体管Q6以大幅汲取第一电流I1的全部以作为第二电流I2， 进而使第三电 流为零电流。由于当第三电流 I3 成为零电流时， 则偏压电流 IB 与静态工作电流 ICQ 都会 同时为零电流， 因此这会相当于关闭掉射频功率放大器 200 的输出级电路 120。 0097 为了更清楚了解本。

48、发明内容的功效， 以下将列举模拟曲线图来进一步验证图 2 实 施例中的射频功率放大器 200。请同时参照图 2 图 5， 图 3 为根据本发明实施例的静态工 作电流对于第一系统电压的模拟曲线图。图 4 为根据本发明实施例的第一与第二电流对于 第一系统电压的模拟曲线图。图 5 为根据本发明实施例的第三电流对于第一系统电压的模 拟曲线图。如图 3 所示， 横轴为第一系统电压 ( 单位为伏特 )， 纵轴为静态工作电流 ICQ( 单 位为毫安培 )， 在电池电压于 3.2 伏特至 4.2 伏特之间变动时， 可知道静态工作电流 ICQ 的 变化相当地小， 其静态工作电流相对于电池电压变化的稳定度符合目前。

49、的通讯系统的需 求。详细来说， 如图 4 所示， 其中曲线 CV1 为第一电流 I1 并且曲线 CV2 为第二电流 I2， 横 轴为第一系统电压 ( 单位为伏特 )， 纵轴为电流 ( 单位为毫安培 )， 在电池电压于 3.2 伏特 至 4.2 伏特之间变动时， 可知道第一电流 I1 与第二电流 I2 的电流值都会随着电池电压的 增加而微幅上升， 并且其上升的斜率实质上相等。因为第三电流 I3 等于第一电流 I1 减去 第二电流 I2， 所以如图 5 所示， 横轴为第一系统电压 ( 单位为伏特 )， 纵轴为第三电流 ( 单 位为毫安培)， 在电池电压于3.2伏特至4.2伏特之间变动时， 第三电流I3的变化幅度约等 于 50 微安培， 因此这在射频功率放大器 200 中可视为相当稳定的电流源电流。 0098 在过电压保护方面， 请参照图 6 。