CN105024651B - 射频功率放大器与提高功率附加效率及线性度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种射频功率放大器。射频功率放大器包括阻抗转换电路、电流单位增益放大器与输出匹配电路。阻抗转换电路接收第一输入功率信号且对应地输出第二输入功率信号，其中阻抗转换电路根据阻抗匹配参数来将电流单位增益放大器的输入阻抗转换为前级电路的输出阻抗，藉此以提升前级电路的功率附加效率。电流单位增益放大器提供线性转阻以线性传送输入电流至输出阻抗进而产生线性输出功率，藉此亦提升此电流单位增益放大器的功率附加效益，其中阻抗匹配参数根据第一系统电压、第二系统电压与预定功率增益值来决定。

Description

射频功率放大器与提高功率附加效率及线性度的方法

技术领域

本发明涉及一种射频功率放大器，特别涉及一种能够提升前级电路的功率附加效率与线性化本功率放大器的射频功率放大器架构。

背景技术

于通信系统中，由于调制信号的方式不同，因此所需要的功率发射器的规格亦不相同。近年来，无线通信网络，例如符合IEEE 802.11a/b/g规格的通信网络，其所使用的正交频分复用(Orthogonal frequency-division multiplexing,OFDM)调制信号是类似于调幅(Amplitude Modulation,AM)的调制方式，故其需要高线性度的功率放大器。一般而言，高线性度的功率放大器均是以类别A(Class A)或类别AB(Class AB)的共源极组态功率放大器来提高线性度。然而，为了提高通信品质，进一步地提高功率放大器的线性度与增进功率附加效益是有必要的。

发明内容

本发明实施例提供一种射频功率放大器，电性连接前级电路以接收第一输入功率信号。射频功率放大器包括阻抗转换电路、电流单位增益放大器与输出匹配电路。阻抗转换电路电性连接前级电路，所述阻抗转换电路接收第一输入功率信号且对应地输出第二输入功率信号，其中阻抗转换电路通过阻抗转换来进行功率匹配，藉此以提升该射频功率放大器的功率附加效率与线性度。电流单位增益放大器电性连接阻抗转换电路，所述电流单位增益放大器接收第二输入功率信号且对应地输出一输出功率信号，并且电流单位增益放大器根据阻抗参考值来决定预定功率增益值，其中通过阻抗转换电路来使得电流单位增益放大器的输入阻抗实质上等于射频功率放大器的输入阻抗。输出匹配电路电性连接电流单位增益放大器，所述输出匹配电路具有阻抗参考值并且用以将所接收的输出功率信号进行功率匹配，并且对应地输出射频输出信号。

本发明实施例另提供一种提高功率附加效率与线性度的方法，其用于一射频功率放大器。射频功率放大器电性连接前级电路以接收第一输入功率信号，并且射频功率放大器包括阻抗转换电路、电流单位增益放大器与输出匹配电路。阻抗转换电路电性连接前级电路与第一系统电压，电流单位增益放大器电性连接阻抗转换电路与第二系统电压，输出匹配电路电性连接电流单位增益放大器，其中提高功率附加效率的方法包括以下步骤：通过阻抗转换电路接收第一输入功率信号且对应地输出第二输入功率信号，其中阻抗转换电路通过阻抗转换来进行功率匹配，藉此以提升射频功率放大器的功率附加效率与线性度；通过电流单位增益放大器接收第二输入功率信号且对应地输出一输出功率信号，并且电流单位增益放大器根据阻抗参考值来决定预定功率增益值，其中通过阻抗转换电路来使得电流单位增益放大器的输入阻抗实质上等于射频功率放大器的输入阻抗；以及通过输出匹配电路用以将所接收的输出功率信号进行功率匹配，并且对应地输出射频输出信号，其中输出匹配电路具有阻抗参考值。

综上所述，本发明实施例所提出的射频功率放大器与提高功率附加效率的方法，能够通过阻抗转换电路根据阻抗匹配参数来将输入阻抗转换为输出阻抗，藉此能使在固定输入功率的情况下提升射频功率放大器的功率附加效率与线性度。

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，但是此等说明与说明书附图仅是用来说明本发明，而非对本发明的权利范围作任何的限制。

附图说明

图1为根据本发明示例性实施例所绘示的射频功率放大器的模块示意图。

图2为根据本发明示例性另一实施例所绘示的射频功率放大器的模块示意图。

图3为根据本发明示例性又一实施例所绘示的射频功率放大器的模块示意图。

图4为根据本发明示例性又一实施例所绘示的射频功率放大器的模块示意图。

图5为根据本发明示例性实施例所绘示的提高功率附加效率的方法的流程图。

附图标记说明：

100、200、300、400：射频功率放大器

101：前级电路

102：天线

110：阻抗转换电路

120：电流单位增益放大器

130：输出匹配电路

C1：第一电容

C2：第二电容

GND：接地电压

FL1：第一直流馈入电感

FL2：第二直流馈入电感

FL3：第三直流馈入电感

L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8、L9、L10：电感

MT1、MT2、MT3、MT4、MT5：晶体管

PI1：第一输入功率信号

PI2：第二输入功率信号

POUT：输出功率信号

RFOUT：射频输出信号

Rid：差动输入电阻

Vb1、Vb2：偏压电压

VDD1：第一系统电压

VDD2：第二系统电压

VRB：参考偏压电压

S510、S520、S530：步骤

具体实施方式

在下文将参看说明书附图更充分地描述各种示例性实施例，在说明书附图中展示一些示例性实施例。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示例性实施例。确切而言，提供此等示例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大小及相对大小。类似数字始终指示类似元件。

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。

以下将以多种实施例配合图式来说明所述射频功率放大器，然而，下述实施例并不用以限制本发明。

〔射频功率放大器的实施例〕

请参照图1，图1为根据本发明示例性实施例所绘示的射频功率放大器的模块示意图。如图1所示，射频功率放大器100包括阻抗转换电路110、电流单位增益放大器120与输出匹配电路130。阻抗转换电路110电性连接前级电路101与第一系统电压VDD1、电流单位增益放大器120电性连接阻抗转换电路110与第二系统电压VDD2、输出匹配电路130电性连接电流单位增益放大器120，并且输出匹配电路130电性连接天线102。在本实施例中，天线102的形式并不用以限制本公开内容。

关于阻抗转换电路110，阻抗转换电路110用以接收第一输入功率信号PI1并且通过磁能转换效应(亦即互感效应)根据阻抗匹配参数来对应地输出第二输入功率信号PI2。再者，阻抗转换电路通过阻抗转换来进行功率匹配，亦即高输入阻抗被转换为低输出阻抗或者低输入阻抗被转换为高输出阻抗以达到功率匹配的效果，藉此以调整或进一步提升射频功率放大器的功率附加效率(Power Added Efficiency,PAE)与线性度(linearity)。

关于电流单位增益放大器120，电流单位增益放大器120用以接收第二输入功率信号PI2且对应地输出所述输出功率信号POUT，并且电流单位增益放大器120根据阻抗参考值来决定预定功率增益值，其中通过阻抗转换电路110来使得电流单位增益放大器120的输入阻抗实质上等于射频功率放大器100的输入阻抗。进一步来说，在本实施例中，设计者可以根据实际应用需求来对预定功率增益值来进行数值设计，并且由预定功率增益值来设计对应的阻抗参考值，其中阻抗参考值为输入匹配电路130的输入阻抗。再者，阻抗匹配参数根据第一系统电压VDD1、第二系统电压VDD2与预定功率增益值来决定。

关于输出匹配电路130，输出匹配电路130用以将所接收的输出功率信号POUT进行功率匹配以提供较佳的功率匹配效能，并且对应地输出射频输出信号RFOUT。

接下来要说明的，是进一步说明射频功率放大器100的工作原理。

由于本公开内容的电流单位增益放大器120的转阻(transimpedance)为具有高线性度,进而使其输出功率相对于输入电流的比例为线性,若前级电路101的输出电流为线性电流则可达到此一电路为高线性度功率放大器的目的,由于电流单位增益放大器120其功率增益(power gain)为一有限值，故在固定天线传输功率条件下,前级电路101的输出功率可降低,使其所消耗的功耗在整个系统中所占的比例降低,故可在不大幅增加系统功耗情况下产生线性电流供电流单位增益放大器120使用。再者，本公开内容将阻抗转换电路110电性连接至电流单位增益放大器120与前级电路101之间，藉此以经由阻抗转换电路110内的磁能转换效应来放大前级电路101所输出的电流，进而提高射频功率放大器100的功率附加效率(Power Added Efficiency,PAE)。详细来说，当阻抗转换电路110接收到前级电路101所传送的电流或第一输入功率信号PI1时，阻抗转换电路110会利用磁能转换效应来进行阻抗转换(高阻抗至低阻抗或者低阻抗到高阻抗)；亦即阻抗转换电路110会根据阻抗匹配参数来将第一输入功率信号PI1转换为第二输入功率信号PI2。值得一提的是，在本公开内容中，阻抗匹配参数可以由第一系统电压VDD1、第二系统电压VDD2与预定功率增益值来决定，其中系统电压VDD1、VDD2与预定功率增益值可以由设计者根据实际应用需求来进行设定。换句话说，阻抗匹配参数可以由设计者根据实际应用需求来进行设定，并且阻抗匹配参数直接地影响到阻抗转换电路110的转换效能，进而会影响到调整前级电路101的PAE的效能。

接下来，电流单位增益放大器120接收由阻抗转换电路110所传送的电流或第二输入功率信号PI2。由于电流单位增益放大器120对于电流的放大倍数实质上等于1，所以本公开内容从功率角度来对电流单位增益放大器120来进行分析。电流单位增益放大器120的功率增益(亦即预定功率增益值)正比于阻抗参考值(亦即输出匹配电路130的输入阻抗)，所以设计者可以设定所欲的预定功率增益值，再由预定功率增益值来获得阻抗参考值。值得一提的是，在一实施例中，设计者可以由上述的数值设定来进行最佳化设计，但本实施例并不以此作为限制。

之后，电流单位增益放大器120传送输出功率信号POUT至输出匹配电路130以进行输出端的功率匹配，并且输出匹配电路130会对应地将射频输出信号RFOUT传送到天线102以进行发射信号。

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之一来作更进一步的说明。

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。

〔射频功率放大器的另一实施例〕

请参照图2，图2为根据本发明示例性另一实施例所绘示的射频功率放大器的模块示意图。如图2所示，与上述图1实施例不同的是，在本实施例的阻抗转换电路110包括第一电感L1与第二电感L2。电流单位增益放大器120包括第一晶体管MT1与第一直流馈入电感FL1。第一电感L1的一端电性连接前级电路101以接收第一输入功率信号PI1，第一电感L1的另一端电性连接第一系统电压VDD1，其中第一电感L1具有第一电感值。第二电感L2的一端电性连接电流单位增益放大器120并且输出第二输入功率信号PI2，第二电感L2的另一端电性连接接地电压GND，其中第二电感L2具有第二电感值。第一晶体管MT1的源极电性连接第二电感L2的一端以接收第二输入功率信号PI2，第一晶体管MT1的栅极电性连接参考偏压电压VRB，亦即交流接地(AC ground)。第一直流馈入电感FL1的一端电性连接第一晶体管MT1的漏极与输出匹配电路130并且输出所述输出功率信号POUT，第一直流馈入电感FL1的另一端电性连接第二系统电压VDD2，其中第一直流馈入电感FL1具有第一直流馈入电感值。

接下来要描述的，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，由于第一晶体管MT1为共栅极(Common Gate,CG)组态，所以第一晶体管MT1的转阻(transimpedance)为线性并且功率增益(power gain)为有限值。因此，本实施例将具有第一电感L1与第二电感L2的阻抗转换电路110电性连接至前级电路101与第一晶体管MT1之间，藉此以通过第一电感L1与第二电感L2的磁能转换效应来放大前级电路101所输出的电流，进而提高前级电路101的功率附加效率(PAE)。详细来说，当第一电感L1接收到前级电路101所传送的电流或第一输入功率信号PI1时，第一电感L1会将能量通过磁能转换效应(互感效应)传送到第二电感L2，其中流经第二电感L2的电流与流经第一电感L1的电流之间的比值为阻抗匹配参数。须注意的是，阻抗匹配参数定义为第一电感值与第二电感值之间的比值，并且当阻抗匹配参数根据第一系统电压VDD1、第二系统电压VDD2与预定功率增益值被决定时，则设计者可以通过阻抗匹配参数来决定第一电感值与第二电感值之间的比值，藉此以调整前级电路101的功率附加效率(PAE)。

接下来，第二电感L2会将电流或第二输入功率信号PI2传送到第一晶体管MT1，其中第一电感L1与第二电感L2会根据阻抗匹配参数来将第一输入功率信号PI1转换为第二输入功率信号PI2。由于第一晶体管MT1(共栅极组态)对于电流的放大倍数实质上等于1，所以本公开内容从功率角度来对第一晶体管MT1来进行分析。第一晶体管MT1的功率增益(亦即预定功率增益值)等于输入匹配电路130的输入电阻的阻值与晶体管MT1的转导(transconductance)值的乘积，所以设计者可以设定所欲的预定天线的输出功率,进而由第二系统电压VDD2求得输入匹配电路130的输入电阻的阻值,再由设计者所欲的预定功率增益值来获得晶体管MT1的转导。而阻抗转换电路110的阻抗匹配参数则由第一系统电压VDD1,晶体管MT1的转导以及前级电路101所需提供的输出功率(天线传送功率扣除晶体管MT1的功率增益,以dB为单位)来决定。同样地，设计者可以由上述的数值设定来进行最佳化设计，但本实施例并不以此作为限制。

为了更详细地说明本发明所述的射频功率放大器200的运作流程，以下将举多个实施例中至少之一来作更进一步的说明。

在接下来的多个实施例中，将描述不同于上述图2实施例的部分，且其余省略部分与上述图2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。

〔射频功率放大器的再一实施例〕

请参照图3，图3为根据本发明示例性再一实施例所绘示的射频功率放大器的模块示意图。如图3所示，与上述图2实施例不同的是，阻抗转换电路110包括第三电感L3、第四电感L4、第五电感L5与第六电感L6。电流单位增益放大器120包括第二晶体管MT2、第三晶体管MT3、第二直流馈入电感FL2、第四晶体管MT4、第五晶体管MT5与第三直流馈入电感FL3。

第三电感L3的一端电性连接前级电路101以接收第一输入功率信号PI1，第三电感L3的另一端电性连接第一系统电压VDD1，其中第三电感L3具有第三电感值。第四电感L4的一端电性连接电流单位增益放大器120并且输出第二输入功率信号PI2，第四电感L4的另一端电性连接接地电压GND，并且第四电感L4具有第四电感值，其中第三电感值与第四电感值之间的比值定义为第一上桥阻抗匹配参数。第五电感L5的一端电性连接前级电路101以接收第一输入功率信号PI1，第五电感L5的另一端电性连接第一系统电压VDD1，其中第五电感L5具有第五电感值。第六电感L6的一端电性连接电流单位增益放大器120以输出第二输入功率信号PI2，第六电感L6的另一端电性连接接地电压GND，并且第六电感L6具有第六电感值，其中第五电感值与第六电感值之间的比值定义为第一下桥阻抗匹配参数。第二晶体管MT2的源极电性连接第四电感L4的一端以接收第二输入功率信号PI2，第二晶体管MT2的栅极接收第一偏压电压Vb1。第三晶体管MT3的源极电性连接第二晶体管MT2的漏极，并且第三晶体管MT3的栅极接收第二偏压电压Vb2，其中第三晶体管MT3为高压元件。第二直流馈入电感FL2的一端电性连接第三晶体管MT3的漏极与输出匹配电路130并且输出所述输出功率信号POUT，第二直流馈入电感FL2的另一端电性连接第二系统电压VDD2。第四晶体管MT4的源极电性连接第六电感L6的另一端以接收第二输入功率信号PI2，第四晶体管MT4的栅极接收第一偏压电压Vb1。第五晶体管MT5的源极电性连接第四晶体管的漏极，并且第五晶体管MT5的栅极接收第二偏压电压Vb2，其中第五晶体管MT5为高压元件。第三直流馈入电感FL3的一端电性连接第五晶体管MT5的漏极与输出匹配电路130并且输出所述输出功率信号POUT，并且第三直流馈入电感FL3的另一端电性连接第二系统电压VDD2。

接下来要描述的，是进一步说明射频功率放大器300的工作原理。

在本实施例中，当电流单位增益放大器120接收到交流信号时，偏压电压Vb1与Vb2会被交流接地(AC ground)；亦即晶体管MT2、MT3、MT4与MT5的栅极可视为电性连接至接地电压。由于，晶体管MT2、MT3、MT4与MT5为共栅极组态，所以晶体管MT2、MT3、MT4与MT5的转阻为线性并且功率增益(power gain)为有限值，其中晶体管MT2与晶体管MT4实质上相同并且晶体管MT3与晶体管MT5实质上相同。因此，在本实施例中，将具有电感L3、L4、L5与L6的阻抗转换电路110电性连接至前级电路101与电流单位增益电路120之间，藉此以通过电感L3、L4、L5与L6的磁能转换效应来转换前级电路101所输出的电流，进而提高前级电路101的功率附加效率(PAE)，其中电感L3与电感L5实质上相同，并且电感L4与电感L6实质上相同。在进行下述说明前，须先说明的是，前级电路101所输出的信号为差动输入信号(Differential input signal)，因此射频功率放大器300的内部电路为使用差动电路架构来接收差动输入信号。再者，图3所示的输出匹配电路130的输入阻抗为一差动输入电阻Rid。详细来说，当第三电感L3接收到前级电路101所传送的电流或第一输入功率信号PI1时，第三电感L3会将能量通过磁能转换效应传送到第四电感L4，其中流经第四电感L4的电流与流经第三电感L3的电流之间的比值为第一上桥阻抗匹配参数，并且第一上桥阻抗匹配参数定义为第三电感值与第四电感值之间的比值。值得一提的是，第三电感L3与第四电感L4根据第一上桥阻抗匹配参数来将输入阻抗转换为输出阻抗并且当第一上桥阻抗匹配参数根据第一系统电压VDD1、第二系统电压VDD2与第一上桥预定功率增益值被决定时，则设计者可以通过第一上桥阻抗匹配参数来决定第三电感值与第四电感值之间的比值，藉此以提高射频功率放大器300的功率附加效率(PAE)。

接下来，第四电感L4会将差动电流或第二输入功率信号PI2传送到晶体管MT2与MT3，其中第三电感L3与第四电感L4会根据第一上桥阻抗匹配参数来将第一输入功率信号PI1转换为第二输入功率信号PI2。由于晶体管MT2与MT3(共栅极组态)对于电流的放大倍数实质上等于1，所以本公开内容从功率角度来对晶体管MT2与MT3来进行分析。第二晶体管MT2与第三晶体管MT3的功率增益(亦即第一上桥预定功率增益值)等于差动输入电阻Rid之一半阻值与晶体管MT2的转导(transconductance)值的乘积，所以设计者可以设定所欲的预定天线的输出功率,进而由第二系统电压VDD2求得差动输入电阻Rid的阻值,再由设计者所欲的预定功率增益值来获得晶体管MT2的转导。阻抗转换电路110的第一上桥阻抗匹配参数则由第一系统电压VDD1,晶体管MT2的转导以及前级电路101所需提供的输出功率(天线传送功率减去射频功率放大器300的功率增益)来决定。同样地，设计者可以由上述的数值设定来进行最佳化设计，但本实施例并不以此作为限制。换句话说，第二晶体管MT2与第三晶体管MT3根据差动输入电阻Rid之一半阻值来决定第一上桥预定功率增益值，并且晶体管MT2与MT3的功率增益(亦即第一上桥预定功率增益值)正比于差动输入电阻Rid的阻值，所以设计者可以设定所欲的第一上桥预定功率增益值，再由第一上桥预定功率增益值来获得差动输入电阻Rid的阻值。当第一上桥阻抗匹配参数根据第一系统电压VDD1、第二系统电压VDD2与第一上桥预定功率增益值被决定时，则通过第一上桥阻抗匹配参数来决定第三电感值与第四电感值之间的比值。

之后，同样地，第三晶体管MT3会传送输出功率信号POUT至输出匹配电路130以进行输出端的功率匹配，并且输出匹配电路130会对应地将射频输出信号RFOUT传送到天线102以进行发射信号。

另一方面，当第五电感L5接收到前级电路101所传送的电流或第一输入功率信号PI1时，第五电感L5会将能量通过磁能转换效应传送到第六电感L6，其中流经第六电感L6的电流与流经第五电感L5的电流之间的比值为第一下桥阻抗匹配参数，并且第一下桥阻抗匹配参数定义为第五电感值与第六电感值之间的比值。值得一提的是，第五电感L5与第六电感L6根据第一下桥阻抗匹配参数来将输入阻抗转换为输出阻抗并且当第一下桥阻抗匹配参数根据第一系统电压VDD1、第二系统电压VDD2与第一下桥预定功率增益值被决定时，则设计者可以通过第一下桥阻抗匹配参数来决定第五电感值与第六电感值之间的比值，藉此以提高射频功率放大器300的功率附加效率(PAE)。

接下来，第六电感L4会将差动电流或第二输入功率信号PI2传送到晶体管MT4与MT5，其中第五电感L5与第六电感L6会根据第一下桥阻抗匹配参数来将第一输入功率信号PI1转换为第二输入功率信号PI2。同样地，由于晶体管MT4与MT5(共栅极组态)对于电流的放大倍数实质上等于1，所以本公开内容从功率角度来对晶体管MT4与MT5来进行分析。第四晶体管MT4与第五晶体管MT5的功率增益(亦即第一下桥预定功率增益值)等于差动输入电阻Rid之一半阻值与晶体管MT4的转导(transconductance)值的乘积，所以设计者可以设定所欲的预定天线的输出功率,进而由第二系统电压VDD2求得差动输入电阻Rid的阻值,再由设计者所欲的预定功率增益值来获得晶体管MT4的转导。阻抗转换电路110的第一下桥阻抗匹配参数则由第一系统电压VDD1,晶体管MT2的转导以及前级电路101所需提供的输出功率(天线传送功率减去射频功率放大器300的功率增益)来决定.同样地，设计者可以由上述的数值设定来进行最佳化设计，但本实施例并不以此作为限制。换句话说，第四晶体管MT4与第五晶体管MT5根据差动输入电阻Rid的一半阻值来决定第一下桥预定功率增益值，并且晶体管MT4与MT5的功率增益(亦即第一下桥预定功率增益值)正比于差动输入电阻Rid的阻值，所以设计者可以设定所欲的第一下桥预定功率增益值，再由第一下桥预定功率增益值来获得差动输入电阻Rid的阻值。当第一下桥阻抗匹配参数根据第一系统电压VDD1、第二系统电压VDD2与第一下桥预定功率增益值被决定时，则通过第一下桥阻抗匹配参数来决定第五电感值与第六电感值之间的比值。

为了更详细地说明本发明所述的射频功率放大器300的运作流程，以下将举多个实施例中至少之一来作更进一步的说明。

在接下来的多个实施例中，将描述不同于上述图3实施例的部分，且其余省略部分与上述图3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。

〔射频功率放大器的更一实施例〕

请参照图4，图4为根据本发明示例性更一实施例所绘示的射频功率放大器的模块示意图。如图4所示，与上述图3实施例不同的是，阻抗转换电路110包括第七电感L7、第八电感L8、第九电感L9、第十电感L10、第一电容C1与第二电容C2。第七电感L7的一端电性连接前级电路101以接收第一输入功率信号PI1，第七电感L7的另一端电性连接第一系统电压VDD1，第七电感L7具有第七电感值。第一电容C1的一端电性连接第七电感L7的一端。第八电感L8的一端电性连接第一电容C1的另一端并且输出第二输入功率信号PI2，第八电感L8的另一端电性连接接地电压GND，第八电感L8具有第八电感值，其中第七电感值与第八电感值之间的比值定义为第二上桥阻抗匹配参数。第九电感L9的一端电性连接前级电路101以接收第一输入功率信号PI2，第九电感L9的另一端电性连接第一系统电压VDD1，第九电感L9具有第九电感值。第二电容C2的一端电性连接第九电感L9的一端。第十电感L10的一端电性连接第二电容C2的另一端以输出第二输入功率信号PI2，第十电感L10的另一端电性连接接地电压GND，所述第十电感L10具有第十电感值，其中第九电感值与第十电感值之间的比值定义为第二下桥阻抗匹配参数。

当第三电感L3接收到前级电路101所传送的电流或第一输入功率信号PI1时，第三电感L3会将能量通过磁能转换效应传送到第四电感L4，其中流经第四电感L4的电流与流经第三电感L3的电流之间的比值为第一上桥阻抗匹配参数，并且第一上桥阻抗匹配参数定义为第三电感值与第四电感值之间的比值。值得一提的是，第三电感L3与第四电感L4根据第一上桥阻抗匹配参数来将输入阻抗转换为输出阻抗并且当第一上桥阻抗匹配参数根据第一系统电压VDD1、第二系统电压VDD2与第一上桥预定功率增益值被决定时，则设计者可以通过第一上桥阻抗匹配参数来决定第三电感值与第四电感值之间的比值，藉此以提高射频功率放大器300的功率附加效率(PAE)。

接下来，当第七电感L7接收到前级电路101所传送的电流或第一输入功率信号PI1时，第七电感L7会将能量通过第一电容C1传送到第八电感L8，其中流经第八电感L8的电流与流经第七电感L3的电流之间的比值为第二上桥阻抗匹配参数，并且第二上桥阻抗匹配参数定义为第七电感值与第八电感值之间的比值。值得一提的是，第七电感L8与第八电感L8根据第二上桥阻抗匹配参数来将输入阻抗转换为输出阻抗并且当第二上桥阻抗匹配参数根据第一系统电压VDD1、第二系统电压VDD2与第二上桥预定功率增益值被决定时，则设计者可以通过第二上桥阻抗匹配参数来决定第三电感值与第四电感值之间的比值，藉此以提高射频功率放大器400的功率附加效率(PAE)。另一方面，当第九电感L9接收到前级电路101所传送的电流或第一输入功率信号PI1时，第九电感L9会将能量通过第二电容C2传送到第十电感L10，其中流经第十电感L10的电流与流经第九电感L9的电流之间的比值为第二下桥阻抗匹配参数，并且第二下桥阻抗匹配参数定义为第九电感值与第十电感值之间的比值。值得一提的是，第九电感L9与第十电感L10根据第二下桥阻抗匹配参数来将输入阻抗转换为输出阻抗并且当第二下桥阻抗匹配参数根据第一系统电压VDD1、第二系统电压VDD2与第二下桥预定功率增益值被决定时，则设计者可以通过第二下桥阻抗匹配参数来决定第三电感值与第四电感值之间的比值，藉此以提高射频功率放大器400的功率附加效率(PAE)。其余工作机制与上述图3实施例相同，在此不再赘述。

〔提高功率附加效率的方法的一实施例〕

请参照图5，图5为根据本发明示例性实施例所绘示的提高功率附加效率的方法的流程图。本实施例所述的例示步骤流程可利用如图1、2、3及4所示的射频功率放大器100、200、300与400实施,故请一并参照图1、2、3及4以便说明及理解。提高功率附加效率与线性度的方法包括以下步骤：通过阻抗转换电路接收第一输入功率信号且对应地输出第二输入功率信号，其中阻抗转换电路通过阻抗转换来进行功率匹配，藉此以提升射频功率放大器的功率附加效率与线性度(步骤S510)；通过电流单位增益放大器接收第二输入功率信号且对应地输出一输出功率信号，并且电流单位增益放大器根据阻抗参考值来决定预定功率增益值，其中通过阻抗转换电路来使得电流单位增益放大器的输入阻抗实质上等于射频功率放大器的输入阻抗(步骤S520)；以及通过输出匹配电路用以将所接收的输出功率信号进行功率匹配，并且对应地输出射频输出信号，其中输出匹配电路具有阻抗参考值(步骤S530)。

关于射频功率放大器的提高功率附加效率的方法的各步骤的相关细节在上述图1～图4实施例已详细说明，在此恕不赘述。在此须说明的是，图5实施例的各步骤仅为方便对其进行说明，本发明实施例并不以各步骤彼此间的顺序作为实施本发明各个实施例的限制条件。

〔实施例的可能功效〕

综上所述，本发明实施例所提出的射频功率放大器与提高功率附加效率的方法，能够通过电流单位增益放大器来提供线性转阻以线性传送输入电流至输出阻抗进而产生线性输出功率，藉此也提升了此电流单位增益放大器的功率附加效益，藉此能使在固定输入功率的情况下提升射频功率放大器的功率附加效率。

本发明可在任何适合的形式中实施，包括硬体、软件、固件或以上这些的任意结合。本发明也可部分地以在一或多个资料处理器及/或数位信号处理器上执行的计算器软件实施。本发明实施例的单元及组件，可以实体地、功能地及逻辑地以任何适合的方式实施。事实上，某功能可在单一的单元、复数个单元、或其它功能单元的一部分内实施。就本发明本身而论，可在单一的单元上实施，或实体地及功能地分布于不同单元及处理器间。

以上所述仅为本发明的实施例，其并非用以局限本发明的专利范围。

Claims (14)

1.一种射频功率放大器，电性连接一前级电路以接收一第一输入功率信号，该射频功率放大器包括：

一阻抗转换电路，电性连接该前级电路，该阻抗转换电路接收该第一输入功率信号且对应地输出一第二输入功率信号，其中该阻抗转换电路通过阻抗转换来进行功率匹配，藉此以提升该射频功率放大器的一功率附加效率与一线性度；

一电流单位增益放大器，电性连接该阻抗转换电路，该电流单位增益放大器接收该第二输入功率信号且对应地输出一输出功率信号，并且该电流单位增益放大器根据一阻抗参考值来决定一预定功率增益值，其中通过该阻抗转换电路来使得该电流单位增益放大器的输入阻抗实质上等于该射频功率放大器的输入阻抗；以及

一输出匹配电路，电性连接该电流单位增益放大器，该输出匹配电路具有该阻抗参考值并且用以将所接收的该输出功率信号进行功率匹配，并且对应地输出一射频输出信号。

2.如权利要求1所述的射频功率放大器，其中该阻抗转换电路包括：

一第一电感，其一端电性连接该前级电路以接收该第一输入功率信号，其另一端电性连接一第一系统电压，该第一电感具有一第一电感值；以及

一第二电感，其一端电性连接该电流单位增益放大器并且输出该第二输入功率信号，其另一端电性连接一接地电压，该第二电感具有一第二电感值，

其中一阻抗匹配参数定义为该第一电感值与该第二电感值之间的比值，并且当该阻抗匹配参数根据该第一系统电压、一第二系统电压与该预定功率增益值被决定时，则通过该阻抗匹配参数来决定该第一电感值与该第二电感值之间的比值，以调整该射频功率放大器的该功率附加效率与该线性度。

3.如权利要求2所述的射频功率放大器，其中该电流单位增益放大器包括：

一第一晶体管，其源极电性连接该第二电感的一端以接收该第二输入功率信号，其栅极电性连接一参考偏压电压；以及

一第一直流馈入电感，其一端电性连接该第一晶体管的漏极与该输出匹配电路并且输出该输出功率信号，其另一端电性连接该第二系统电压。

4.如权利要求2所述的射频功率放大器，其中该阻抗转换电路包括：

一第三电感，其一端电性连接该前级电路以接收该第一输入功率信号，其另一端电性连接一第一系统电压，该第三电感具有一第三电感值；

一第四电感，其一端电性连接该电流单位增益放大器并且输出该第二输入功率信号，其另一端电性连接一接地电压，该第四电感具有一第四电感值，其中该第三电感值与该第四电感值之间的比值定义为一第一上桥阻抗匹配参数；

一第五电感，其一端电性连接该前级电路以接收该第一输入功率信号，其另一端电性连接该第一系统电压，该第五电感具有一第五电感值；以及

一第六电感，其一端电性连接该电流单位增益放大器以输出该第二输入功率信号，其另一端电性连接该接地电压，该第六电感具有一第六电感值，其中该第五电感值与该第六电感值之间的比值定义为一第一下桥阻抗匹配参数，

其中该第三电感与该第四电感根据该第一上桥阻抗匹配参数来将输入阻抗转换为输出阻抗并且用以提升该射频功率放大器的该功率附加效率与线性度，并且该第五电感与该第六电感根据该第一下桥阻抗匹配参数来将输入阻抗转换为输出阻抗并且用以提升该射频功率放大器的该功率附加效率与该线性度，

其中该阻抗匹配参数包括该第一上桥阻抗匹配参数与该第一下桥阻抗匹配参数。

5.如权利要求4所述的射频功率放大器，其中该电流单位增益放大器包括：

一第二晶体管，其源极电性连接该第四电感的一端以接收该第二输入功率信号，其栅极接收一第一偏压电压；

一第三晶体管，其源极电性连接该第二晶体管的漏极，其栅极接收一第二偏压电压；

一第二直流馈入电感，其一端电性连接该第三晶体管的漏极与该输出匹配电路并且输出该输出功率信号，其另一端电性连接一第二系统电压；

一第四晶体管，其源极电性连接该第六电感的另一端以接收该第二输入功率信号，其栅极接收该第一偏压电压；

一第五晶体管，其源极电性连接该第四晶体管的漏极，其栅极接收该第二偏压电压；以及

一第三直流馈入电感，其一端电性连接该第五晶体管的漏极与该输出匹配电路并且输出该输出功率信号，其另一端电性连接该第二系统电压，

其中该输出匹配电路具有一差动输入电阻，并且该第二晶体管与该第三晶体管根据该差动输入电阻的一半阻值来决定一第一上桥预定功率增益值，并且该第四晶体管与该第五晶体管根据该差动输入电阻的该半阻值来决定一第一下桥预定功率增益值，

其中该预定功率增益值包括该第一上桥预定功率增益值与该第一下桥预定功率增益值。

6.如权利要求5所述的射频功率放大器，其中当该第一上桥阻抗匹配参数根据该第一系统电压、该第二系统电压与该第一上桥预定功率增益值被决定时，则通过该第一上桥阻抗匹配参数来决定该第一电感值与该第二电感值之间的比值，并且当该第一下桥阻抗匹配参数根据该第一系统电压、该第二系统电压与该第一下桥预定功率增益值被决定时，则通过该第一下桥阻抗匹配参数来决定该第五电感值与该第六电感值之间的比值。

7.如权利要求1所述的射频功率放大器，其中该阻抗转换电路包括：

一第七电感，其一端电性连接该前级电路以接收该第一输入功率信号，其另一端电性连接一第一系统电压，该第七电感具有一第七电感值；

一第一电容，其一端电性连接该第七电感的一端；

一第八电感，其一端电性连接该第一电容的另一端并且输出该第二输入功率信号，其另一端电性连接一接地电压，该第八电感具有一第八电感值，其中该第七电感值与该第八电感值之间的比值定义为一第二上桥阻抗匹配参数；

一第九电感，其一端电性连接该前级电路以接收该第一输入功率信号，其另一端电性连接该第一系统电压，该第九电感具有一第九电感值；

一第二电容，其一端电性连接该第九电感的一端；以及

一第十电感，其一端电性连接该第二电容的另一端以输出该第二输入功率信号，其另一端电性连接该接地电压，该第十电感具有一第十电感值，其中该第九电感值与该第十电感值之间的比值定义为一第二下桥阻抗匹配参数，

其中该第七电感与该第八电感根据该第二上桥阻抗匹配参数来将输入阻抗转换为输出阻抗并且用以提升该射频功率放大器的该功率附加效率与该线性度，并且该第九电感与该第十电感根据该第二下桥阻抗匹配参数来将输入阻抗转换为输出阻抗并且用以提升该射频功率放大器的该功率附加效率与该线性度，

其中该阻抗匹配参数包括该第二上桥阻抗匹配参数与该第二下桥阻抗匹配参数。

8.一种提高功率附加效率与线性度的方法，用于一射频功率放大器，该射频功率放大器电性连接一前级电路以接收一第一输入功率信号，并且该射频功率放大器包括一阻抗转换电路、一电流单位增益放大器与一输出匹配电路，该阻抗转换电路电性连接该前级电路与一第一系统电压，该电流单位增益放大器电性连接该阻抗转换电路与一第二系统电压，该输出匹配电路电性连接该电流单位增益放大器，其中该提高功率附加效率与线性度的方法包括：

通过该阻抗转换电路接收该第一输入功率信号且对应地输出一第二输入功率信号，其中该阻抗转换电路通过阻抗转换来进行功率匹配，藉此以提升该射频功率放大器的一功率附加效率与一线性度；

通过该电流单位增益放大器接收该第二输入功率信号且对应地输出一输出功率信号，并且该电流单位增益放大器根据一阻抗参考值来决定一预定功率增益值，其中通过该阻抗转换电路来使得该电流单位增益放大器的输入阻抗实质上等于该射频功率放大器的输入阻抗；以及

通过该输出匹配电路用以将所接收的该输出功率信号进行功率匹配，并且对应地输出一射频输出信号，其中该输出匹配电路具有该阻抗参考值。

9.如权利要求8所述的提高功率附加效率与线性度的方法，其中该阻抗转换电路包括：

一第一电感，其一端电性连接该前级电路以接收该第一输入功率信号，其另一端电性连接一第一系统电压，该第一电感具有一第一电感值；以及

一第二电感，其一端电性连接该电流单位增益放大器并且输出该第二输入功率信号，其另一端电性连接一接地电压，该第二电感具有一第二电感值，

其中一阻抗匹配参数定义为该第一电感值与该第二电感值之间的比值，并且当该阻抗匹配参数根据该第一系统电压、一第二系统电压与该预定功率增益值被决定时，则通过该阻抗匹配参数来决定该第一电感值与该第二电感值之间的比值，以调整该射频功率放大器的该功率附加效率与线性度。

10.如权利要求9所述的提高功率附加效率与线性度的方法，其中该电流单位增益放大器包括：

一第一晶体管，其源极电性连接该第二电感的一端以接收该第二输入功率信号，其栅极电性连接一参考偏压电压；以及

一第一直流馈入电感，其一端电性连接该第一晶体管的漏极与该输出匹配电路并且输出该输出功率信号，其另一端电性连接该第二系统电压。

11.如权利要求9所述的提高功率附加效率与线性度的方法，其中该阻抗转换电路包括：

一第三电感，其一端电性连接该前级电路以接收该第一输入功率信号，其另一端电性连接一第一系统电压，该第三电感具有一第三电感值；

一第四电感，其一端电性连接该电流单位增益放大器并且输出该第二输入功率信号，其另一端电性连接一接地电压，该第四电感具有一第四电感值，其中该第三电感值与该第四电感值之间的比值定义为一第一上桥阻抗匹配参数；

一第五电感，其一端电性连接该前级电路以接收该第一输入功率信号，其另一端电性连接该第一系统电压，该第五电感具有一第五电感值；以及

一第六电感，其一端电性连接该电流单位增益放大器以输出该第二输入功率信号，其另一端电性连接该接地电压，该第六电感具有一第六电感值，其中该第五电感值与该第六电感值之间的比值定义为一第一下桥阻抗匹配参数，

其中该第三电感与该第四电感根据该第一上桥阻抗匹配参数来将输入阻抗转换为输出阻抗并且用以提升该射频功率放大器的该功率附加效率与该线性度，并且该第五电感与该第六电感根据该第一下桥阻抗匹配参数来将输入阻抗转换为输出阻抗并且用以提升该射频功率放大器的该功率附加效率与该线性度，

其中该阻抗匹配参数包括该第一上桥阻抗匹配参数与该第一下桥阻抗匹配参数。

12.如权利要求11所述的提高功率附加效率与线性度的方法，其中该电流单位增益放大器包括：

一第二晶体管，其源极电性连接该第四电感的一端以接收该第二输入功率信号，其栅极接收一第一偏压电压；

一第三晶体管，其源极电性连接该第二晶体管的漏极，其栅极接收一第二偏压电压；

一第二直流馈入电感，其一端电性连接该第三晶体管的漏极与该输出匹配电路并且输出该输出功率信号，其另一端电性连接一第二系统电压；

一第四晶体管，其源极电性连接该第六电感的另一端以接收该第二输入功率信号，其栅极接收该第一偏压电压；

一第五晶体管，其源极电性连接该第四晶体管的漏极，其栅极接收该第二偏压电压；以及

一第三直流馈入电感，其一端电性连接该第五晶体管的漏极与该输出匹配电路并且输出该输出功率信号，其另一端电性连接该第二系统电压，

其中该输出匹配电路具有一差动输入电阻，并且该第二晶体管与该第三晶体管根据该差动输入电阻的一半阻值来决定一第一上桥预定功率增益值，并且该第四晶体管与该第五晶体管根据该差动输入电阻的该半阻值来决定一第一下桥预定功率增益值，

其中该预定功率增益值包括该第一上桥预定功率增益值与该第一下桥预定功率增益值。

13.如权利要求12所述的提高功率附加效率与线性度的方法，其中当该第一上桥阻抗匹配参数根据该第一系统电压、该第二系统电压与该第一上桥预定功率增益值被决定时，则通过该第一上桥阻抗匹配参数来决定该第一电感值与该第二电感值之间的比值，并且当该第一下桥阻抗匹配参数根据该第一系统电压、该第二系统电压与该第一下桥预定功率增益值被决定时，则通过该第一下桥阻抗匹配参数来决定该第五电感值与该第六电感值之间的比值。

14.如权利要求8所述的提高功率附加效率与线性度的方法，其中该阻抗转换电路包括：

一第七电感，其一端电性连接该前级电路以接收该第一输入功率信号，其另一端电性连接一第一系统电压，该第七电感具有一第七电感值；

一第一电容，其一端电性连接该第七电感的一端；

一第八电感，其一端电性连接该第一电容的另一端并且输出该第二输入功率信号，其另一端电性连接一接地电压，该第八电感具有一第八电感值，其中该第七电感值与该第八电感值之间的比值定义为一第二上桥阻抗匹配参数；

一第九电感，其一端电性连接该前级电路以接收该第一输入功率信号，其另一端电性连接该第一系统电压，该第九电感具有一第九电感值；

一第二电容，其一端电性连接该第九电感的一端；以及

一第十电感，其一端电性连接该第二电容的另一端以输出该第二输入功率信号，其另一端电性连接该接地电压，该第十电感具有一第十电感值，其中该第九电感值与该第十电感值之间的比值定义为一第二下桥阻抗匹配参数，

其中该第七电感与该第八电感根据该第二上桥阻抗匹配参数来将输入阻抗转换为输出阻抗并且用以提升该射频功率放大器的该功率附加效率与该线性度，并且该第九电感与该第十电感根据该第二下桥阻抗匹配参数来将输入阻抗转换为输出阻抗并且用以提升该射频功率放大器的该功率附加效率与该线性度，

其中该阻抗匹配参数包括该第二上桥阻抗匹配参数与该第二下桥阻抗匹配参数。