专利名称：功率放大器及控制功率放大器的方法
技术领域：
本发明涉及一种功率放大器,尤指一种级联功率放大器(cascode amplifier)以及控制级联功率放大器的方法。
背景技术：
由于在不同的通讯系统中具有不同调变信号的方式，因此所需要的功率发射器的规格也不相同，近年来由于无线网络802. lla、802. lib,802. Ilg所使用的正交分频多任务(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)调变信号具有高的峰值因子(Peak-to-Average Power Ratio，PAPR)，故需要高线性度的功率放大器。此外，高峰值因子的信号也会对功率放大器中的晶体管造成热载子效应以及氧化层击穿等伤害，因而降低晶体管的生命周期并造成晶体管元件的永久破坏，因此，一般均会使用级联结构(cascode)来实现功率放大器，以降低电压对晶体管元件的伤害。 请参考图1，图I为公知级联功率放大器100的示意图。如图I所示，级联功率放大器100用来放大一输入信号Vin并输出一输出信号Vout，且包含有晶体管Ml、M2、一作为负载的电感L以及一电容C，其中为了确保晶体管M1、M2会操作于饱和区，一般而言晶体管M2的栅极会连接至供应电压VDD。此外，晶体管Ml通常为一核心元件(core device)以使得级联功率放大器100具有较佳的高频响应，且晶体管M2通常为一输出/输入元件(I/
Odevice)以承受较高的输出电压Vout。然而，因为核心元件能够承受的直流电压比较小(例如I. 2V)，因此，当级联功率放大器100具有较大的供应电压Vdd时，可能会使得晶体管Ml的漏极(也即图I所示的节点NI)电压超过晶体管Ml的耐受电压值(例如I. 2V)，造成晶体管Ml的栅极漏极间电容Cgd以及漏极源极间电容Cds发生损毁而影响到晶体管Ml的可靠度。此外，为了解决上述节点NI的电压过高而影响到晶体管Ml可靠度的问题，一般作法是缩减晶体管M2的沟道宽度(width)以降低节点NI的电压，然而，缩减晶体管M2的沟道宽度也会造成晶体管M2的跨导(transconductance)降低,如此一来,便会加重晶体管Ml的米勒效应(miller effect),而降低级联功率放大器100的增益。此外，因为晶体管M2的栅极连接至供应电压VDD，因此，级联功率放大器100会限制其输出电压Vout的电压摆幅要小于晶体管M2的阈值电压(threshold voltage) Vth2,当输出电压Vout的电压摆幅大于阈值电压Vth2时，晶体管M2的操作会进入三级管区(trioderegion)而造成输出电压Vout的失真。再者，晶体管M2的基极连接到接地电压GND也可能使功率放大器100操作时造成漏极基极接面的破坏。
发明内容
因此，本发明的目的之一在于提供一功率放大器以及控制功率放大器的方法，使得功率放大器于操作时具有较高的线性度，且其中的晶体管也具有较高的可靠度，以解决上述的问题。
依据本发明的一实施例，一功率放大器包含有一第一晶体管、一第二晶体管以及一偏压产生器，其中该第一晶体管具有一栅极、一第一电极以及一第二电极，且该栅极I禹接于该功率放大器的一信号输入端点；该第二晶体管具有一栅极、一第一电极以及一第二电极，且该第二晶体管的该第二电极连接于该第一晶体管的该第一电极，且该第二晶体管的该第一电极耦接于该功率放大器的一信号输出端点。该偏压产生器耦接于该第二晶体管，用来产生一偏压值以使得该第二晶体管的该栅极被偏压至该偏压值，其中该偏压值小于该功率放大器的一供应电压。依据本发明的另一实施例，一控制一功率放大器的方法包含有提供一第一晶体管，其中该第一晶体管包含有一栅极、一第一电极以及一第二电极，且该栅极稱接于该功率放大器的一信号输入端点；提供一第二晶体管，其中该第二晶体管包含有一栅极、一第一电极以及一第二电极，该第二晶体管的该第二电极连接于该第一晶体管的该第一电极，且该第二晶体管的该第一电极耦接于该功率放大器的一信号输出端点；以及产生一偏压值以使得该第二晶体管的该栅极被偏压至该偏压值，其中该偏压值小于该功率放大器的一供应电压。
图I为公知级联功率放大器的示意图。图2为依据本发明一实施例的功率放大器的示意图。图3为依据本发明一实施例的第一偏压产生器的示意图。图4为依据本发明另一实施例的第一偏压产生器的示意图。图5为依据本发明一实施例的控制一功率放大器的方法的流程图。主要元件符号说明100级联功率放大器200功率放大器410放大器210第一偏压产生器220检测电路222波幅检测器224第二偏压产生器230匹配电路Ml、M2晶体管Nin信号输入端点Nout信号输出端点R、RO Rn电阻C电容L电感Sffl SWn 开关
具体实施例方式请参考图2，图2为依据本发明一实施例的功率放大器200的示意图。如图2所示，功率放大器200是用来放大自输入信号端点Nin所输入的一输入信号Vin,并于一信号输出端点Nout产生一输出信号Vout,且包含有一第一偏压产生器210、一检测电路220、一匹配电路230、晶体管Ml以及M2、一电阻R以及一电容C，其中检测电路220包含有一波幅检测器222以及一第二偏压产生器224。第一偏压产生器210是用来产生一偏压值Vbi以使得晶体管M2的栅极被偏压至偏压值Vbi，其中偏压值Vbi小于供应电压Vdd ;检测电路220是用来产生一偏压值Vb2以使得晶体管Ml的栅极被偏压至偏压值Vb2。此外，通过先进工艺中深阱(Deep-Well)的技术，可将晶体管Ml与晶体管M2设计为具有深阱(De印-Well)的元件，再将晶体管M2的基极与源极彼此相连接，还可改善漏极至基极的界面击穿漏电流(junctionbreak down leakage)的问题发生。此外，在本发明的一实施例中晶体管Ml可以为一核心元件(core device)以使得功率放大器200具有较佳的高频响应，且晶体管M2可以为一输出/输入元件(I/O device)以承受较闻的输出电压Vout。此外，在本发明的另一实施例中，偏压值Vbi可以设计为小于晶体管M2的漏极的电压值。在功率放大器200的操作上，因为晶体管M2的栅极被偏压至偏压值Vbi，因此，节点NI (也即晶体管Ml的漏极或是晶体管M2的源极)的电压值Vm为
权利要求
1.一种功率放大器，包含 一第一晶体管，其具有一栅极、一第一电极以及一第二电极，其中，所述栅极耦接于所述功率放大器的一信号输入端点； 一第二晶体管，其具有一栅极、一第一电极以及一第二电极，其中，所述第二晶体管的第二电极连接于所述第一晶体管的第一电极，且所述第二晶体管的第一电极耦接于所述功率放大器的一信号输出端点；以及 一第一偏压产生器，耦接于所述第二晶体管，用来产生一第一偏压值以使得所述第二晶体管的栅极被偏压至所述第一偏压值，其中，所述第一偏压值小于所述功率放大器的一供应电压。
2.根据权利要求I所述的功率放大器，其中，所述第二晶体管的一基极耦接于所述第二电极。
3.根据权利要求I所述的功率放大器，其中，所述第一偏压产生器将所述供应电压进行分压操作以产生所述第一偏压值。
4.根据权利要求I所述的功率放大器，还包含有 一检测电路，耦接于所述第一晶体管的栅极，用来检测所述功率放大器的所述信号输入端点所接收的一输入信号，以产生一第二偏压值以使得所述第一晶体管的栅极被偏压至所述第二偏压值。
5.根据权利要求4所述的功率放大器，其中，所述检测电路包含有 一波幅检测器，用来检测所述输入信号的一波幅强度以产生一波幅强度信号；以及 一第二偏压产生器，用来依据所述波幅强度信号以产生所述第二偏压值。
6.根据权利要求5所述的功率放大器，其中，所述波幅强度信号与所述第二偏压值为正相关。
7.根据权利要求I所述的功率放大器，其中，所述第一晶体管与所述第二晶体管具有一深讲(Deep-Well)。
8.—种控制一功率放大器的方法,包含 提供一第一晶体管，其中，所述第一晶体管包含有一栅极、一第一电极以及一第二电极，且所述栅极耦接于所述功率放大器的一信号输入端点； 提供一第二晶体管，其中，所述第二晶体管包含有一栅极、一第一电极以及一第二电极，所述第二晶体管的第二电极连接于所述第一晶体管的第一电极，且所述第二晶体管的第一电极耦接于所述功率放大器的一信号输出端点；以及 产生一第一偏压值以使得所述第二晶体管的栅极被偏压至所述第一偏压值，其中，所述第一偏压值小于所述功率放大器的一供应电压。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第一偏压值小于所述第二晶体管的第一电极的电压值。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，产生所述第一偏压值的步骤包含有 将所述供应电压进行分压操作以产生所述第一偏压值。
11.根据权利要求8所述的方法，还包含有 检测所述功率放大器的所述信号输入端点所接收的一输入信号，以产生一第二偏压值以使得所述第一晶体管的栅极被偏压至所述第二偏压值。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，检测所述功率放大器的所述信号输入端点所接收的所述输入信号，以产生所述第二偏压值的步骤包含有 检测所述输入信号的一波幅强度以产生一波幅强度信号；以及 依据所述波幅强度信号以产生所述第二偏压值。
全文摘要
一种功率放大器及控制功率放大器的方法，该功率放大器包含有一第一晶体管、一第二晶体管以及一偏压产生器，其中该第一晶体管具有一栅极、一第一电极以及一第二电极，且该栅极耦接于该功率放大器的一信号输入端点；该第二晶体管具有一栅极、一第一电极以及一第二电极，且该第二晶体管的该第二电极连接于该第一晶体管的该第一电极，且该第二晶体管的该第一电极耦接于该功率放大器的一信号输出端点。该偏压产生器耦接于该第二晶体管，用来产生一偏压值以使得该第二晶体管的该栅极被偏压至该偏压值，其中该偏压值小于该功率放大器的一供应电压。
文档编号H03F3/20GK102904534SQ20111021213
公开日2013年1月30日 申请日期2011年7月27日 优先权日2011年7月27日
发明者王柏之 申请人:瑞昱半导体股份有限公司