专利名称：用以适应性地偏置通信系统的可适性偏置电路的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种可适性偏置电路，尤指一种用以适应性地偏置通信系统的可 适性偏置电路。
背景技术：
目前，电子装置随处可见，在任何可以想到的地方都可找到他们的踪迹，例如家 里、工作场所、汽车内、甚至我们的口袋里。另外随着科技进步，在同样价格下，电子装置变 的更加轻薄短小、更省电、却提供更多更强大的功能。部分原因是由于更小的电子组件唾手 可得，像是晶体管、芯片电容等。然而，可改善规格的新颖电路架构也是提升上述电子装置 效能的一部分原因。放大器几乎是每一电子装置中的关键组件。放大器的电子特性变化范围非常广， 像是增益、频宽、及线性度等；其应用范围也相当广泛，像是主动滤波器(active filter)、 缓冲器、模拟信号转数字信号(analog-to-digital)的转换器、及RF收发器等。目前，大部分使用在集成电路内的放大器是使用一个晶体管或多个晶体管以提供 信号放大的功能。在一些应用当中，像是用在RF收发器的功率放大器，其中提供放大功能 的晶体管的线性操作范围就是重要的设计考虑，为了要达到提供放大功能的晶体管的线性 操作范围，将偏置电路耦接至功率放大器以提供偏置电流或偏置电压给提供放大功能的晶 体管。一般来说，偏置电流或偏置电压的设计是要使提供放大功能的晶体管的线性操作范 围最大，但电流消耗最少。一种用以增加提供放大功能的晶体管的线性操作范围的技术是可适性偏置 (adaptive biasing)，不像用固定的偏置电流或偏置电压来偏置提供放大功能的晶体管， 可适性偏置电路(adaptive biasing circuit)基于输入信号的特性，像是振幅、相位、频率 等调整偏置电流或偏置电压的大小。可适性偏置电路也可结合传统偏置电路，用以提供微 调偏置电流或偏置电压的效果。请参照图1，图1是现有技术的可适性偏置电路的示意图。在图1中，该可适性偏 置电路偏置功率放大器晶体管Q1，而功率放大器晶体管Ql是通过输出匹配电路输出输出 信号。该可适性偏置电路有偏置晶体管Q2、第一偏置电阻R1、第一偏置二极管D1、及第二偏 置二极管D2。偏置晶体管Q2的集极是耦接至供应电压Vcc，偏置晶体管Q2的射极是耦接 至功率放大器晶体管Ql的基极。第一偏置电阻Rl是耦接在偏置电压Vbias和偏置晶体管 Q2的基极之间。第一偏置二极管Dl的正极是耦接至偏置晶体管Q2的基极，以及第一偏置 二极管Dl的负极是耦接至第二偏置二极管D2的正极。第二偏置二极管D2的负极是耦接 至地。当通过电容Cl接收的输入信号的功率增加时，也就是在偏置晶体管Q2的射极的 功率增加时，偏置晶体管Q2流出更多可适性偏置电流至功率放大器晶体管Ql的基极以维 持功率放大器晶体管Ql操作在线性范围，让功率放大器晶体管维持操作在线性范围的可 适性偏置电流取决于功率放大器晶体管本身的特性以及耦合至功率放大器的匹配电路。
在某些情况下，当输入功率增加时，由偏置晶体管Q2的射极所提供的可适性偏置 电流无法大到足以使放大器操作在线性范围，因此，在上述情况下，将需要一种改善过的可 适性偏置电路以提供对输入功率更敏感的可适性偏置电流。请参照图4，图4是现有技术的偏置电路40的示意图。图4所示的偏置电路40是 提供在美国专利案第6，859，103号，名称为“用以改善射频功率放大器的线性度的偏置电 路”，偏置电路40包括被两个二极管401、402以及电阻偏置的偏置晶体管412，而偏置晶体 管412提供偏置电流给功率放大器晶体管422。射频信号从功率放大器晶体管422的基极 输入，该射频信号通过电感404和偏置晶体管412的射极部份隔离。电感406、电容405串 接共振腔电路传导该射频信号的第二谐波至地。通过偏置晶体管412，偏置电路40随着输 入信号功率增加而放出更多可适性偏置电流，但是却不能提供随该输入信号功率灵敏改变 的可适性偏置电流。请参照图5，图5是现有技术的还一偏置电路50的示意图。图5所示的偏置电路 50是提供在美国专利案第6，744，321号，名称为“用以功率放大器的偏置控制电路”，偏置 电路50包括初级偏置电路502，用以偏置功率放大器晶体管501。偏置电路50还包括额外 的偏置电路504，偏置电路504是通过控制电压Vcom开启与关闭，以及提供额外的偏置电流 给功率放大器晶体管501。偏置电路50仅顾及两种可能的功率模式较低输出功率模式和 高输出功率模式，但如果需要更多功率模式，则必需外加更多的晶体管。此外，该功率模式 是通过控制电压Vcom所决定，也就是需要额外的电路来提供控制电压Vcom，并且决定何时 切换控制电压Vcom。
发明内容
本发明提供一种用以适应性地偏置通信系统的可适性偏置电路，该可适性偏置电 路包括第一晶体管、偏置电路、第一耦合模块、第二晶体管及第二耦合模块。该第一晶体管 具有第一端，第二端耦接至供应电源，和第三端；该偏置电路耦接至该第一晶体管的第一端 和该供应电源，用以提供偏置至该第一晶体管；该第一耦合模块具有第一端耦接至该第一 晶体管的第三端，和第二端是耦接至该通信系统的电子电路的输入端，用以耦合输入信号 能量的一部分至该第一晶体管的该第三端；该第二晶体管具有第一端耦接至该第一晶体管 的第三端，第二端是耦接至该供应电源，和第三端；及该第二耦合模块具有第一端耦接至该 第二晶体管的第三端，和第二端耦接至该电子电路的输入端。根据本发明概念，本发明还提出一种用以适应性地偏置通信系统的可适性偏置电 路，该可适性偏置电路包括偏置二极管、偏置电路、第一耦合模块、第二晶体管及第二耦合 模块。该偏置二极管具有第一端和第二端；该偏置电路耦接至该偏置二极管的第一端和供 应电源，用以提供偏置给该偏置二极管；该第一耦合模块具有第一端耦接至该偏置二极管 的第二端，和第二端耦接至该通信系统的电子电路的输入端，用以耦合输入信号能量的一 部分至该偏置二极管的第二端；该第二晶体管具有第一端耦接至该偏置二极管的第二端， 第二端耦接至该供应电源，和第三端；及该第二耦合模块，具有第一端耦接至该第二晶体管 的第三端，和第二端耦接至该电子电路的输入端。
[0013
图1是现有技术的可适性偏置电路的示意图。 图2是本发明的可适性偏置电路的第一实施例的示意图, 图3是本发明的可适性偏置电路的第二实施例的示意图, 图4是现有技术的偏置电路的示意图。 图5是现有技术的还一偏置电路的示意图。 其中，附图标记说明如下
40、50、207、504 200 202
203
204
205
206
235,405, Cl
237,239
401,402
406、404
502
D
Dl
D2
Rl
Ql、422、501
Q2、412
Q3
Vbias
Vcc
Vcom
Vccl
Vcc2
Vcc3
Vcc4
偏置电路
可适性偏置电路 输入匹配电路 输出匹配电路 扼流圈
第二耦合模块 第一耦合模块 电容 电阻
二极管 电感
初级偏置电路 偏置二极管 第一偏置二极管 第二偏置二极管 第一偏置电阻 功率放大器晶体管 偏置晶体管 电流增益晶体管 偏置电压 供应电压 控制电压 第一供应电压 第二供应电压 第三供应电压 第四供应电压
具体实施例方式
请参照图2，图2是为本发明可适性偏置电路200的第一实施例的示意图。可适性 偏置电路200偏置功率放大器晶体管Ql，功率放大器晶体管Ql通过扼流圈204耦合至第一 供应电压Vccl，以及通过输出匹配电路203输出输出信号。功率放大器晶体管Ql通过输入 匹配电路202在功率放大器晶体管Ql的基极接收输入信号。功率放大器晶体管Ql的射极是耦接至参考电压。可适性偏置电路200包括偏置晶体管(第一晶体管)Q2、电流增益晶体管(第二晶 体管)Q3、偏置电路207、第一耦合模块206、以及第二耦合模块205。偏置晶体管Q2的集极 是耦接至第二供应电压Vcc2，偏置晶体管Q2的射极是耦接至电流增益晶体管Q3的基极，电 流增益晶体管Q3的集极是耦接至第四供应电压Vcc4。偏置电路207偏置偏置晶体管Q2的基极。偏置电路207是耦接至第三供应电压 Vcc3和参考电压，偏置电路207可能是镜像电源或一电压分压器(voltage divider)，两者 都是广为人知且有许多不同的变化。例如，偏置电路207可通过耦接串联三个接成二极管 形式的晶体管(diode-connected transistor)及电阻建立偏置电压Vbias来实现。或是 可通过串联二个接成二极管形式的晶体管，或可通过串联二个接成二极管形式的晶体管以 及电阻来实现偏置电路207。第一耦合模块206的第一端是耦接至偏置晶体管Q2的射极，以及第一耦合模块206 的第二端耦接至功率放大器晶体管Ql的基极。如图2所示，第一耦合模块206是由一电容 235串联电阻237组成，并耦接至偏置晶体管Q2的射极。电容235和电阻237的串联顺序并 不局限于图2。另外，电阻237是非必须的，也可由短路取代，在有串联电阻237的情况下，第 一耦合模块206可包括并联电阻从电容235的第一端耦接至电阻237的第二端；或是在没有 串联电阻237的情况下，第一耦合模块206可包括并联电阻从电容235的第一端耦接至电容 235的第二端。除此之外，二极管电路，例如二极管或接成二极管形式的晶体管也可耦接在偏 置晶体管Q2的射极和功率放大器晶体管Ql的基极之间作为第一耦合模块206。第二耦合模块205的第一端是耦接至电流增益晶体管Q3的射极以及第二耦合模 块205的第二端是耦接至功率放大器晶体管Ql的基极。第二耦合模块205包括电阻239， 电阻239的第一端是耦接至电流增益晶体管Q3的射极以及电阻239的第二端是耦接至功 率放大器晶体管Ql的基极。第二耦合模块205可还包括并联电容，其并联耦接电阻239，该 并联电容的第一端是耦接至电流增益晶体管Q3的射极，以及该并联电容的第二端是耦接 至功率放大器晶体管Ql的基极。另外亦可通过电感、电感串联耦接电阻、或短路实现第二 耦合模块205。请参照图3，图3是为说明可适性偏置电路200的第二实施例的示意图。该第二实 施例类似于图2的第一实施例，所以以下仅说明在两实施例之间的差异。相较于图2的第 一实施例，在该第二实施例中，偏置晶体管Q2由耦接在偏置电压Vbias和电流增益晶体管 Q3的基极之间的偏置二极管D所取代。偏置二极管D可以是接成二极管形式的晶体管。在图2的第一实施例的操作中，当输入信号的功率增加时，偏置晶体管Q2通过第 一耦合模块206接收更多功率，以及产生更多可适性电流(adaptivecurrent)馈送至电流 增益晶体管Q3的基极。然后通过电流增益晶体管Q3的电流增益放大可适性电流，并通过 第二耦合模块205馈送至功率放大器晶体管Ql。同样地，在该第二实施例的操作中，当输入 信号的功率增加时，偏置二极管D通过第一耦合模块206接收更多功率，以及产生更多可适 性电流馈送至电流增益晶体管Q3的基极。然后通过电流增益晶体管Q3的电流增益放大可 适性电流，并通过第二耦合模块205馈送至功率放大器晶体管Ql。上述实施例也可应用在低噪声放大器(low noise amplifier)或混频器(mixer)。 功率放大器晶体管Q1、偏置晶体管Q2、以及电流增益晶体管Q3可由金氧半场效晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)、金属半导体场效晶体管 (metal-semiconductor field-effect transistor)、双极晶体管(bipolar junction transistor)、或异质结双极晶体管(heterojunction bipolartransistor)实现。电容可由 金属_绝缘体_金属电容(metal-insulator-metalcapacitor)、金属-氧化物-金属电容 (metal-oxide-metal capacitor)、金氧半晶体管 _ 电容(MOSFET-capacitor)、叉指式电容 (interdigital capacitor)、或结电容(junction capacitor)实现。二极管可由接成二极 管形式的晶体管实现。另外，第一供应电源Vccl、第二供应电源Vcc2、第三供应电源Vcc3、 以及第四供应电源Vcc4可以独立设计，也可视需要结合至一或多个供应电源。相较于现有技术，在图2和图3中的可适性偏置电路200，因为偏置晶体管Q2或偏 置二极管D的可适性电流可通过电流增益晶体管Q3的电流增益而放大，所以可产生随输入 功率增加而较灵敏的偏置电流。因此，功率放大器晶体管Ql的偏置点可随输入功率增加而 较灵敏的从AB类放大器移至A类放大器。以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修 饰，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
1.一种用以适应性地偏置通信系统的可适性偏置电路，包括第一晶体管，具有第一端，第二端耦接至供应电源，和第三端；偏置电路，耦接至该第一晶体管的第一端和该供应电源，用以提供偏置至该第一晶体 管；及该可适性偏置电路的特征在于还包括第一耦合模块，具有第一端耦接至该第一晶体管的第三端，和第二端是耦接至该通信 系统的电子电路的输入端，用以耦合输入信号能量的一部分至该第一晶体管的该第三端；第二晶体管，具有第一端耦接至该第一晶体管的第三端，第二端是耦接至该供应电源， 和第三端；及第二耦合模块，具有第一端耦接至该第二晶体管的第三端，和第二端耦接至该电子电 路的输入端。
2.如权利要求1所述的可适性偏置电路，其特征在于，该第一耦合模块包括电容，具有第一端是耦接至该第一晶体管的第三端，和第二端耦接至该电子电路的输 入端。
3.如权利要求2所述的可适性偏置电路，其特征在于，该第一耦合模块还包括并联电 阻，从该电容的第一端耦接至该电容的第二端。
4.如权利要求1所述的可适性偏置电路，其特征在于，该第一耦合模块包括电容，具有第一端耦接至该第一晶体管的第三端，和第二端；及串联电阻，具有第一端耦接至该电容的第二端，和第二端是耦接至该电子电路的输入端。
5.如权利要求4所述的可适性偏置电路，其特征在于，该第一耦合模块还包括并联电 阻，从该电容的第一端耦接至该电阻的第二端。
6.如权利要求1所述的可适性偏置电路，其特征在于，该第一耦合模块包括二极管，该 二极管具有阴极耦接至该第一晶体管的第三端，和正极耦接至该电子电路的输入端。
7.如权利要求1所述的可适性偏置电路，其特征在于，该第二耦合模块包括电阻，具有 第一端耦接至该第二晶体管的第三端，和第二端耦接至该电子电路的输入端。
8.如权利要求7所述的可适性偏置电路，其特征在于，该第二耦合模块还包括电容，具 有第一端耦接至该第二晶体管的第三端，和第二端耦接至该电子电路的输入端。
9.如权利要求1所述的可适性偏置电路，其特征在于，该第二耦合模块包括电感，具有 第一端耦接至该第二晶体管的第三端，和第二端耦接至该电子电路的输入端。
10.如权利要求1所述的可适性偏置电路，其特征在于，该第二耦合模块包括电感，具有第一端是耦接至该第二晶体管的第三端，和第二端；及串联电阻，具有第一端和第二端，该串联电阻的第一端是耦接至该电感的第二端，该串 联电阻的第二端是耦接至该电子电路的输入端。
11.如权利要求1所述的可适性偏置电路，其特征在于，该第二耦合模块包括短路，耦 接在该第二晶体管的第三端和该电子电路的输入端之间。
12.如权利要求1所述的可适性偏置电路，其特征在于，该偏置电路包括镜像电源。
13.如权利要求1所述的可适性偏置电路，其特征在于，该偏置电路包括电压分压器电
14.如权利要求1所述的可适性偏置电路，其特征在于，该电压分压器电路包括 电阻，具有第一端耦接至偏置供应电源，和第二端耦接至该第一晶体管的第一端用以提供偏置给该第一晶体管的第一端；第三晶体管，具有第一端耦接至该电阻的第二端，第二端耦接至该电阻的第二端，和第三端第四晶体管，具有第一端耦接至该第三晶体管的第三端，第二端耦接至该第三晶体管 的第三端，和第三端；及第五晶体管，具有第一端耦接至该第四晶体管的第三端，第二端耦接至该第四晶体管 的第三端，和第三端。
15.如权利要求1所述的可适性偏置电路，其特征在于，该第一晶体管和该第二晶体管 是金氧半场效晶体管、金属半导体场效晶体管、异质接面双载子晶体管、或双极晶体管。
16.一种用以适应性地偏置通信系统的可适性偏置电路，包括偏置二极管，具有第一端和第二端；及偏置电路，耦接至该偏置二极管的第一端和供应电源，用以提供偏置给该偏置二极管；该可适性偏置电路的特征在于还包括第一耦合模块，具有第一端耦接至该偏置二极管的第二端，和第二端耦接至该通信系 统的电子电路的输入端，用以耦合输入信号能量的一部分至该偏置二极管的第二端；第二晶体管，具有第一端耦接至该偏置二极管的第二端，第二端耦接至该供应电源，和 第三端；及第二耦合模块，具有第一端耦接至该第二晶体管的第三端，和第二端耦接至该电子电 路的输入端。
17.如权利要求16所述的可适性偏置电路，其特征在于，该第一耦合模块包括电容，具有第一端耦接至该偏置二极管的第二端，和第二端耦接至该电子电路的输入端。
18.如权利要求17所述的可适性偏置电路，其特征在于，该第一耦合模块还包括并联 电阻，从该电容的第一端耦接至该电容的第二端。
19.如权利要求16所述的可适性偏置电路，其特征在于，该第一耦合模块包括电容， 具有第一端耦接至该偏置二极管的第二端，和第二端；及电阻，具有第一端耦接至该电容的 第二端，和第二端耦接至该电子电路的输入端。
20.如权利要求19所述的可适性偏置电路，其特征在于，该第一耦合模块还包括并联 电阻，从该电容的第一端耦接至该电容的第二端。
21.如权利要求16所述的可适性偏置电路，其特征在于，该第一耦合模块包括二极管， 具有阴极是耦接至该偏置二极管的第二端，和正极耦接至该电子电路的输入端。
22.如权利要求16所述的可适性偏置电路，其特征在于，该第二耦合模块包括电阻，具 有第一端是耦接至该第二晶体管的第三端，和第二端耦接至该电子电路的输入端。
23.如权利要求22所述的可适性偏置电路，其特征在于，该第二耦合模块还包括电容， 具有第一端耦接至该第二晶体管的第三端，和第二端耦接至该电子电路的输入端。
24.如权利要求16所述的可适性偏置电路，其特征在于，该第二耦合模块包括电感，具有第一端耦接至该第二晶体管的第三端，和第二端耦接至该电子电路的输入端。
25.如权利要求16所述的可适性偏置电路，其特征在于，该第二耦合模块包括短路，耦 接在该第二晶体管的第三端和该电子电路的输入端之间。
26.如权利要求16所述的可适性偏置电路，其特征在于，该偏置电路包括镜像电源。
27.如权利要求16所述的可适性偏置电路，其特征在于，该偏置电路包括电压分压器 电路。
28.如权利要求16所述的可适性偏置电路，其特征在于，该电压分压器电路包括 电阻，具有第一端耦接至偏置供应电源，和第二端耦接至该第一晶体管的第一端，用以提供偏置给该第一晶体管的第一端；第三晶体管，具有第一端耦接至该电阻的第二端，第二端耦接至该电阻的第二端，和第三端；第四晶体管，具有第一端耦接至该第三晶体管的第三端，第二端耦接至该第三晶体管 的第三端，和第三端；及第五晶体管，具有第一端耦接至该第四晶体管的第三端，第二端耦接至该第四晶体管 的第三端，和第三端。
29.如权利要求16所述的可适性偏置电路，其特征在于，该偏置二极管是接成二极管 形式的晶体管。
30.如权利要求16所述的可适性偏置电路，其特征在于，该第一晶体管和该第二晶体 管是金氧半场效晶体管、金属半导体场效晶体管、异质接面双载子晶体管、或双极晶体管。
全文摘要
本发明提供一种可适性偏置电路，用以提供对输入功率更灵敏的可适性偏置电流给电子电路，可适性偏置电路包括第一晶体管耦接至供应电源，电压偏置电路耦接至该第一晶体管和该供应电源用以偏置该第一晶体管，和第一耦合模块耦接至该第一晶体管和该电子电路用以耦合输入信号能量的一部分至该第一晶体管。第二晶体管是耦接至该第一晶体管和该供应电源以增加该可适性偏置电路的电流增益，和第二耦合模块是耦接至该第二晶体管和该电子电路以提供可适性偏置电流至该电子电路。
文档编号H03F1/02GK101997495SQ20101016991
公开日2011年3月30日 申请日期2010年5月12日 优先权日2009年8月21日
发明者王是琦, 赵传珍, 陈志纬 申请人:立积电子股份有限公司