专利名称：放大电路及其改良线性度的方法
技术领域：
本发明涉及放大电路，尤指一种可改良线性度的放大电路及其方法。
背景技术：
在某些电路中，需要高线性度的放大器。例如，无线通讯系统(例
如802.11a/b/g)中，调幅(amplitude modulation, AM)的调变方式即 需要高线性度的功率放大器，以避免发射信号时造成信号失真。然而， 放大器(如晶体管放大器)常具有非线性的输入电容，其电容值会随着 输入功率的变动而改变，造成放大器的调幅至调相失真(AM to PM distortion),而影响放大器的线性度。
发明内容
有鉴于此，本发明的一目的，在于提供一种放大电路及其改良线 性度的方法，其可校正放大器的调幅至调相(AMto PM)失真，以改良 放大器的线性度。
在本发明的一实施例中，揭露了一种放大电路，其包含 一放大 器，具有一非线性的输入电容；以及一校正单元，耦接至该放大器，
用以依据该放大器的一输入信号，产生一校正信号，并依据该校正信 号进行一调幅至调相校正(AM to PM correction),以使该放大器具有一 接近线性的等效输入电容。
在本发明的另 一 实施例中，揭露了 一种改良放大器的线性度的方 法，该放大器具有一非线性的输入电容。该方法包含依据该放大器 的一输入信号，产生一校正信号；以及依据该校正信号进行一调幅至 调相冲l正(AM to PM correction),以使该放大器具有一接近线性的等效 输入电容。
4图1是本发明的放大电路的第一实施例的方块图。
图2A是显示放大器的输入电容与输入功率的关系图。
图2B是显示放大器的输入端信号的相位与输入功率的关系图。
图2C是显示可变电容与输入功率的关系图。
图3是本发明的放大电路的第二实施例的方块图。
图4A是本发明的放大电路的第三实施例的方块图。
图4B是本发明的放大电路的第四实施例的方块图。
图5是本发明的放大电路的第五实施例的方块图。
第6A图是显示MOS晶体管的漏极电流与栅极电压的关系图。
第6B图是显示MOS晶体管的电导与栅极电压的关系图。
图7是图5的一电路实施例的示意图。
图8是图7的电路延伸用于输入信号为差动信号情形的示意图。 图9是本发明的改良放大器线性度的方法的 一 实施例的流程图。 图式的图号说明
10a、 10b、 40a、 40b、 50:方文大电^各
11:放大器 12a、 12b、 42a、 42b:校正单元
121、 421、 51:耦合器 122、 422、 52:包络检测器
1221、 4221:整流器 1222、 4222: 4氐通滤波器
123、 423:电容单元 41:差动放大器
53:隔离单元
91 93:本发明的改良放大器线性度的方法的 一 实施例流程
具体实施例方式
图1是本发明的放大电路的第一实施例的方块图，其中，放大电路10a 包含一放大器11及一校正单元12a。放大器11可为一功率放大器。放大器 11具有一非线性的输入电容Cin，其电容值会随着放大器11的输入功率的变 动而改变。校正单元12a包含一耦合器(coupler)121、 一包络检测器(envelop detector)122及一电容单元123。耦合器121可将一输入信号耦合至包络检测 器122,包络检测器122会依据该输入信号产生一包络信号以作为校正信号， 送入电容单元123。电容单元123包含电容Ci、 C2及一可变电容Cvai.。 Cvar 是一压控电容，会随着其两端电位差的变动而改变其电容值。Vdc是一直流电压，所以C，可依据该包络信号的电压值与Vdc之差，调整该可变电容C^
的电容值。Q与C2皆为大电容，d可用以隔开输入信号与Vdc,避免相互干 扰；C2则作为交流接地(ACground)之用。因此，就放大器11的输入端而言， 其所看到的等效输入电容即为Cm与C^之和。
当放大器11为一金属氧化物半导体(MOS)晶体管时，放大器11的输入 电容(即栅极电容)会随着输入功率的提高而变大，如图2A所示。所以，放 大器11的输入端(即栅极)在输入功率大时，信号的相位落后会更大，如图 2B所示，而产生调幅至调相失真。图1中，由于压控电容的电容值会随着 两端电位差变大而变小，所以CvM会随着包络信号的电压值变高而变小，亦 即会随着输入功率的提高而变小，如图2C所示。图2C的Cvar与图2A的 C,n呈互补关系，因此当电容单元123与放大器11的输入电容并联运作时，
就能产生较为稳定而接近线性的等效输入电容值(=Cin + Cvar),以校正调幅 至调相失真，改良放大器ll的线性度。
请注意，放大器11并不限于MOS晶体管，电容单元123也不限于图1 的设计。只要放大器11具有随着输入功率改变的非线性输入电容，皆可利 用如图1的架构设计出互补于输入电容的电容单元123,以产生接近线性的 等效输入电容，来校正调幅至调相失真。
一实施例，请参阅图1,包络检测器122包含一整流器(rectifler)1221及 一低通滤波器1222。整流器1221会对耦合器121所耦合的输入信号进行整 流，以输出一整流信号。低通滤波器122接着对该整流信号进行低通滤波， 以产生包络信号。在本发明中，产生包络信号的方式并不限于图l的包络检 测器122,其他产生包络信号的电路实施例亦可应用于本发明，所以亦在本 发明的范围内。
图3是本发明的放大电路的第二实施例的方块图。与图l相较，请注意 图3中低通滤波器的实施方式。放大电路10b中，校正单元12b中的低通滤 波器由一电阻R与电容单元123的可变电容Cvar組成，以节省电路元件。
图1的架构亦可延伸用于输入信号为差动(differential)信号的情形。图 4A是本发明的放大电路的第三实施例的方块图，其中，放大电路40a包含 一差动放大器41及一校正单元42a。差动放大器11的两输入端各具有非线 性的输入电容Cm,其电容值会随着差动放大器41的输入功率的变动而改变。 校正单元42a包含一耦合器421、 一包络检测器422及一电容单元423。耦合器421可将一差动输入信号耦合至包络检测器422,包络检测器422会依 据该差动输入信号产生一包络信号以作为校正信号，送入电容单元423。电 容单元423包含两个信号路径，分别连接至差动放大器41的两输入端。各 信号路径上的电容运作方式类似于图1的电容单元123,惟因电容单元423 中的P点相当于交流信号的接地点，所以各信号路径不需另外耦接大电容以 作为交流接地。因此，就差动放大器41的各输入端而言，其所看到的等效 输入电容即为Ch与C^之和。
图4B是本发明的放大电路的第四实施例的方块图。与图4A相较，请 注意图4B中低通滤波器的实施方式。放大电路40b中，校正单元42b中的 低通滤波器由电阻R与电容单元423的C卿组成，以节省电路元件。
图1与3中，亦可利用包络信号作为放大器11的偏压信号，以产生动 态偏压的效果。图5是本发明的放大电路的第五实施例的方块图，其中，校 正单元12b亦可以图1的校正单元12a取代。图5中，藉由耦合器51与包 络检测器52，可依据输入信号来产生包络信号，并送入放大器ll作为偏压 之用。另外，隔离单元53则用于将包络信号与输入信号隔开，避免相互干 扰。使用此种动态偏压的技术， 一方面不会影响放大器11的调幅至调幅(AM toAM)线性度，另一方面又可以提高放大器11的功率效益(powere伍ciency)。 例如，请参看图6A与6B,其显示放大器11为MOS晶体管的情形，此时包 络信号被直接送入栅极作为偏压信号。图6A与6B中，若包络信号(即栅极
电压Vgate)小则降低偏压电流(即漏极电流Id,),如A点所示，以节省功率；
若包络信号大则增加偏压电流，如A，点所示，以维持良好的调幅至调幅线性 度(即MOS晶体管的电导Gm维持稳定)。关于MOS晶体管的动态偏压技术， 请参见Saleh, A.A.M, and D.C.Cox, "Improving the power-added efficiency of FET amplifiers operating with varying envelope signals," Z￡"￡E !Tram1 Oz M'cra丽ve 77zeor_y rec/zw—e , Vol.31, No.l January 1983, pp.51-56。
因此，图5的实施例一方面可节省功率且维持良好的调幅至调幅线性度， 另一方面还可校正调幅至调相失真，如此放大器11可同时具有良好的调幅 至调幅以及调幅至调相线性度，且其功率效益还能获得提升。
图7是显示图5的一电路实施例，其中，放大器11为NMOS晶体管， 耦合器12与51各由电容C4与C5组成，包络检测器52包含一整流器(由二
极体组成)及一低通滤波器(由电阻R与输入电容Cin组成，以节省元件)，隔离单元53则包含大电容C3。
图8是显示图7的电路延伸用于输入信号为差动信号的情形，其中Vip
与Vin为差动输入信号。
图9是本发明的改良放大器线性度的方法的一实施例的流程图，其中放 大器具有非线性的输入电容。由于其相关步骤已于上述内容提及，本领域人 士可轻易明了，所以省略其描述。
以上所述利用较佳实施例详细说明本发明，而非限制本发明的范围。大 凡熟知此类技艺人士皆能明了，适当而作些微的改变及调整，仍将不失本发 明的要义所在，亦不脱离本发明的精神和范围。
权利要求
1. 一种放大电路，包含一放大器，具有一输入电容；以及一校正单元，耦接至该放大器，用以依据该放大器的一输入信号，产生一校正信号，并依据该校正信号进行一调幅至调相校正，以提高该放大器的该输入电容的线性度。
2. 如权利要求1所述的放大电路，其中该校正单元包含 一电容单元，耦接至该放大器的一输入端，该电容单元依据该校正信号调整其电容值，以提高该放大器的该输入电容的线性度。
3. 如权利要求2所述的放大电路，其中该校正信号是一电压信号，该电 容单元包含一压控电容。
4. 如权利要求1所述的放大电路，其中该校正单元包含 一包络检测器，用以依据该输入信号以产生一包络信号，该包络信号与该冲交正信号相对应。
5. 如权利要求4所述的放大电路，其中该包络信号作为该放大器的一偏 压信号。
6. 如权利要求4所述的放大电路，其中该包络检测器包含 一整流器，对该输入信号进行整流，以输出一整流信号；以及 一低通滤波器，对该整流信号进行低通滤波，以产生该包络信号。
7. 如权利要求1所述的放大电路，其中该放大器包含一金属氧化物半导 体MOS晶体管。
8. 如权利要求7所述的放大电路，其中该电容单元与该MOS晶体管的 一栅极电容并联运作。
9. 如权利要求1所述的放大电路，其中该放大器是一差动放大器，该输 入信号是一差动输入信号。
10. —种改良一放大器的线性度的方法，该放大器具有一输入电容，该方 法包含依据该放大器的一输入信号，产生一校正信号；以及 依据该校正信号进行一调幅至调相校正，以提高该放大器的该输入电容的线性度。
11. 如权利要求10所述的方法，其中，进行该调幅至调相校正的步骤包含依据该校正信号调整一可变电容的电容值，其中该可变电容耦接该放大 器的一输入端。
12. 如权利要求11所述的方法，其中该校正信号是一电压信号，该可变 电容是一压控电容。
13. 如权利要求IO所述的方法，其中产生该校正信号的步骤包含 对该输入信号进行整流，以输出一整流信号；以及 对该整流信号进行低通滤波以产生一包络信号，该包络信号与该校正信号相对应。
14. 如权利要求13所述的方法，其中该包络信号作为该放大器的一偏压信号。
15. 如权利要求IO所述的方法，其中该放大器包含一金属氧化物半导体 MOS晶体管。
16. 如权利要求15所述的方法，其中该可变电容与该MOS晶体管的一 栅极电容并联运作。
17.如权利要求io所述的方法，其中该放大器是一差动放大器，该输入 信号是一差动输入信号。
全文摘要
一种放大电路及其改良线性度的方法，其可校正放大器的调幅至调相失真，以改良放大器的线性度。该放大电路包含一放大器及一校正单元。放大器具有非线性的输入电容。校正单元依据放大器的输入信号，产生校正信号，并依据校正信号进行调幅至调相校正(AM to PM correction)，以使放大器具有接近线性的等效输入电容。
文档编号H03F3/21GK101442294SQ20071019363
公开日2009年5月27日 申请日期2007年11月23日 优先权日2007年11月23日
发明者王柏之 申请人:瑞昱半导体股份有限公司