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CN112398449B - 射频放大器电路 - Google Patents

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CN112398449B
CN112398449B CN202010806819.2A CN202010806819A CN112398449B CN 112398449 B CN112398449 B CN 112398449B CN 202010806819 A CN202010806819 A CN 202010806819A CN 112398449 B CN112398449 B CN 112398449B
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Abstract

一种射频放大器电路。匹配电路配置于放大器的输入端或输出端的射频路径上，电感电容谐振电路与匹配电路共享匹配电路所包括的电感而产生对应的谐振频率，其中匹配电路提供匹配于射频信号中在第一频率与第二频率的两个基音的输入阻抗或输出阻抗，电感电容谐振电路提供对射频信号中第一频率与第二频率形成的频段以外的信号成分进行滤波的滤波路径。

Description

射频放大器电路
技术领域
本发明是有关于一种放大器电路，且特别是有关于一种射频放大器电路。
背景技术
为了抑制射频放大器电路中的噪声，一般可使用滤波电路来进行噪声滤除。然而，一些具有与基音(fundamental tone)相邻的频率的噪声，例如由放大器或其驱动放大器的非线性引起的三阶互调失真(IM3)噪声，难以被这种滤波电路滤除，进而造成射频放大器的输出功率的线性度下降。
发明内容
本发明提供一种射频放大器电路，可抑制与输入信号的两个基音相关联的噪声，有效提高射频放大器的输出功率的线性度。
本发明的射频放大器电路包括放大器、第一匹配电路以及第一电感电容谐振电路。放大器包括输入端以及输出端，输入端用以接收第一偏压电压的输入端。第一匹配电路耦接放大器的输入端或输出端，其中在射频路径上，放大器透过第一匹配电路于输入端接收射频信号以放大射频信号、或放大器于输出端透过第一匹配电路发射放大后的射频信号。第一电感电容谐振电路耦接第一匹配电路且连接于射频路径，第一电感电容谐振电路包括第一电感，第一电感电容谐振电路与第一匹配电路共享第一匹配电路所包括的电感而具有第一谐振频率。射频信号包括在第一频率与第二频率的两个基音，第一匹配电路提供匹配于两个基音的输入阻抗或输出阻抗，第一电感电容谐振电路提供第一滤波路径，第一滤波路径对射频信号中第一频率与第二频率形成的频段以外的信号成分进行滤波。
基于上述，本发明实施例的第一匹配电路配置于放大器的输入端或输出端的射频路径上，第一电感电容谐振电路与第一匹配电路共享第一匹配电路所包括的电感而产生对应的谐振频率，其中第一匹配电路提供匹配于射频信号中在第一频率与第二频率的两个基音的输入阻抗或输出阻抗，第一电感电容谐振电路可提供对射频信号中第一频率与第二频率形成的频段以外的信号成分进行滤波的第一滤波路径，如此可有效地抑制与射频信号的两个基音相关联的噪声，提高射频放大器的输出功率的线性度，并减小射频放大器的电路尺寸。
附图说明
图1～12是依照本发明的各实施例的射频放大器电路的示意图。
符号说明
102：放大器
104、106：匹配电路
108、110：电感电容谐振电路
P1：射频输入路径
P2：射频输出路径
SRF1、SRF2：射频信号
VB1、VB2：偏压电压
202：偏压电路
T31、T41：晶体管
R11、R41：电阻
D41、D42：二极管
C11、C12、C21、C22、C41、C42、C51：电容
Vcc、Vccb：电源电压端
Vref：参考偏压端
L11、L21、L41、L42、L51：电感
SW1：开关
具体实施方式
图1是依照本发明的实施例的一种射频放大器电路的示意图，请参照图1。射频放大器电路包括放大器102、匹配电路104、106、电感电容谐振电路108与110，其中匹配电路104耦接放大器102的输入端与谐振电路108，匹配电路106耦接放大器102的输出端与谐振电路110。
在本实施例中，射频路径可包括射频输入路径P1、放大器102与射频输出路径P2，放大器102可透过配置于射频输入路径P1上的匹配电路104接收射频信号SRF1，其中射频信号SRF1可包括在第一频率与第二频率的两个基音，匹配电路104可提供匹配于此两个基音的输入阻抗，亦即提供匹配于放大器102的输入阻抗。放大器102的输入端与输出端可分别接收偏压电压VB1与VB2，偏压电压VB1与VB2可使放大器102工作在线性区，以对射频信号SRF1进行放大操作。电感电容谐振电路108耦接匹配电路104且连接于射频输入路径P1，电感电容谐振电路108可与匹配电路104共享匹配电路104所包括的电感，而产生对应的谐振频率。
电感电容谐振电路108可提供滤波路径，以对射频信号SRF1中第一频率与第二频率形成的频段以外的信号成分进行滤波，例如可对第一频率与第二频率的差值相关的频率进行滤波。进一步来说，电感电容谐振电路108提供的滤波路径对具有与第一频率与第二频率的差值相关的频率的信号来说为低阻抗路径，而对第一频率与第二频率形成的频段内的信号为高阻抗路径，因此可将具有与第一频率与第二频率的差值相关的频率的信号导引至电感电容谐振电路108提供的滤波路径，而达到滤波的效果。
类似地，电感电容谐振电路110所提供的滤波路径也可对放大后的射频信号SRF2中第一频率与第二频率形成的频段以外的信号成分进行滤波，也就是说，电感电容谐振电路110可连接于射频输出路径P2，电感电容谐振电路110提供的滤波路径对具有与第一频率与第二频率的差值相关的频率的信号来说为低阻抗路径，而对第一频率与第二频率形成的频段内的信号为高阻抗路径，此外，上述的偏压电压VB2可由电感电容谐振电路110提供。匹配电路106可提供匹配于在第一频率与第二频率的两个基音的输出阻抗，亦即提供匹配于放大器102的输出阻抗。在射频输出路径P2上，放大器102于输出端透过匹配电路106发射放大后的射频信号SRF2。
如此藉由电感电容谐振电路108与110提供滤波路径来滤除射频信号SRF1中第一频率与第二频率形成的频段以外的信号成分可有效地抑制与射频信号的两个基音相关联的噪声，而提高射频放大器的输出功率的线性度，此外，藉由共享电感电容谐振电路108所包括的电感与匹配电路104所包括的电感，还可有效减小射频放大器的电路尺寸。
图2是依照本发明另一实施例的一种射频放大器电路的示意图，请参照图2。在本实施例中，射频放大器电路可更包括偏压电路202，偏压电路202可提供偏压电压VB1。偏压电路202可包括晶体管T41、电阻R41、二极管电路(D41、D42)以及电容C41，其中晶体管T41例如是BJT晶体管，在本实施例中可为NPN晶体管，晶体管T41的第二端(例如为发射极)耦接放大器102的输入端，晶体管T41的第一端(例如为集电极)耦接电源电压Vccb，电阻R41耦接于晶体管T41的控制端(例如为基极)与参考偏压端Vref之间。二极管电路耦接于NPN晶体管T41的控制端与参考电压端(例如共同电压端或接地端，然不以此为限)之间，可包括二极管D41、D42或串接的二极管D41与D42。电容C41耦接于晶体管T41的控制端与参考电压端之间。晶体管T41可于第二端提供偏压电压VB1，电容C41与二极管电路可有助于晶体管T41提供稳定的偏压电压VB1。
在本实施例中，匹配电路104包括电容C11与电感L11，电容C11的一端用以接收射频信号SRF1，另一端耦接电感L11的一端，电感L11的另一端耦接放大器102。连接于射频输入路径P1的电感电容谐振电路108包括电容C41与电感L41，电感L41耦接于电容C41与电容C11与电感L11的共同接点之间，电容C41耦接于电感L41与参考电压端之间。电容C11与电感L11可形成射频输入路径P1，并使匹配电路104提供匹配于放大器102的输入阻抗。匹配电路104提供的输入阻抗可由电容C11和C41以及电感L11和L41决定，藉由共享电感电容谐振电路108的电容C41和电感L41，电容C11所需的电容值和电感L11所需的电感值可以更小，而有助于减小射频放大器电路的尺寸。
放大器102可以晶体管T31来实施，例如是BJT晶体管，在本实施例中可为NPN晶体管，然不以此为限，例如在其他实施例中也可例如以MOS晶体管、高电子迁移率晶体管(HighElectron Mobility Transistor，HEMT)或其他晶体管来实施。晶体管T31的控制端(例如是基极)耦接电感L11，晶体管T31的第二端(例如是发射极)耦接参考电压端，晶体管T31的第一端(例如是集电极)则耦接匹配电路106与谐振电路110。电感电容谐振电路108可与匹配电路104共享电感L11，电感电容谐振电路108的谐振频率可由电容C41以及电感L11和L41决定，因此电感L41所需的电感值减小，而有助于减小射频放大器电路的尺寸。电感电容谐振电路108可在与第一频率与第二频率的差值相关的频率处提供低阻抗路径，并在第一频率与第二频率处提供高阻抗(其阻抗远大于放大器102的输入阻抗)，而可有效滤除具有与第一频率与第二频率的差值相关的频率的信号。值得注意的是，在部分实施例中，电容C41与电感L41的位置可互换，而不限于图2的耦接方式。值得注意的是，在部分实施例中，电容C41可为可变电容，如此可依据射频放大器电路的工作条件(例如操作带宽或操作频率)调整电容C41的电容值，以进行阻抗的调整。
在本实施例中，匹配电路106包括电感L21、电容C21与C22，电感电容谐振电路110包括电感L51与电容C51。电感L21的一端耦接晶体管T31的第一端，另一端耦接电容C22，电容C22耦接于电感L21与匹配电路106的输出端之间，电容C21耦接于电感L21与电容C22的共同接点与参考电压端之间。电感L51耦接于晶体管T31的第一端与电源电压端Vcc之间，并于晶体管T31的第一端提供偏压电压VB2，电容C51耦接于电源电压端Vcc与参考电压端之间。电感L21与电容C22形成射频输出路径P2，电感L21与电容C21用以提供与放大器102的输出阻抗匹配的阻抗。电感L51可例如以扼流圈来实施，其可例如为具有射频信号SRF1的1/4波长的传输线、金属线(bonding wire)、表面贴装器件(Surface Mounted Devices，SMD)、印制电路板(Printed Circuit Board，PCB)的导线(trace)或螺旋电感(spiral inductor)等。电感L51与电容C51可在与第一频率与第二频率的差值相关的频率处提供低阻抗路径，并在第一频率与第二频率处提供高阻抗(其阻抗远大于放大器102的输出阻抗)，而可有效滤除具有与第一频率与第二频率的差值相关的频率的信号。
此外，匹配电路104的实施方式不以图2实施例为限，例如在图3实施例中，匹配电路104可更包括电容C12，其耦接于电容C11与电感L11的共同接点与参考电压端之间。此外，在部分实施例中，电容C41也可为可变电容。
图4是依照本发明另一实施例的一种射频放大器电路的示意图，请参照图4。与图2实施例相比，本实施例的电感电容谐振电路108还可包括电容C42与电感L42，电容C42与电感L42串接于电容C11与电感L11的共同接点与参考电压端之间。电容C42与电感L42可提供另一低阻抗路径，而增大电感电容谐振电路108的操作带宽，使电感电容谐振电路108可进一步有效滤除具有与第一频率与第二频率的差值相关的频率fR的信号。例如电容C41与电感L41可在频率fR+X处提供一低阻抗路径，电容C42与电感L42并可在频率fR-X处提供另一低阻抗路径。
图5是依照本发明另一实施例的一种射频放大器电路的示意图，请参照图5。与图2实施例相比，本实施例的电感电容谐振电路108包括开关SW1，开关SW1耦接于电感L41与电容C11和电感L11的共同接点之间。其中当射频信号SRF1的功率低于默认值时，开关SW1可受控于控制电路而进入断开状态，以减少射频信号SRF1的损失，而当射频信号SRF1的功率高于或等于默认值时，开关SW1才受控于控制电路而进入导通状态，以进行滤波处理。
图6是依照本发明另一实施例的一种射频放大器电路的示意图，请参照图6。与图2实施例相比，本实施例的电感电容谐振电路108还包括电阻R41，电阻R41耦接于电容C41与电感L41之间，如此可增大电感电容谐振电路108的操作带宽，使电感电容谐振电路108可进一步有效滤除具有与第一频率与第二频率的差值相关的频率的信号。
图7是依照本发明另一实施例的一种射频放大器电路的示意图，请参照图7。与图2实施例相比，本实施例的匹配电路104还包括电阻R11，电阻R11与电容C11并联，如此可有效提高射频放大器电路的稳定性。在部分实施例中，电容C41可为可变电容。
图8是依照本发明另一实施例的一种射频放大器电路的示意图，请参照图8。与图2实施例相比，本实施例的电感电容谐振电路108可耦接于放大器102的输入端，而电感电容谐振电路110则可耦接电感L21与电容C22的共同接点。如此，电感电容谐振电路110的谐振频率可由电感L51与电容C51和匹配电路106的电感L21决定，而匹配电路106提供的输出阻抗可由电感L21、L51与电容C21、C22、C51决定，藉由共享匹配电路106与电感电容谐振电路110的电感与电容可有效减小射频放大器电路的尺寸。此外，匹配电路104、106可提供匹配于放大器102的输入、输出阻抗以及电感电容谐振电路108、110可滤除具有与第一频率与第二频率的差值相关的频率的信号的实施细节与上述实施例类似，因此在此不再赘述。
值得注意的是，在部分实施例中，射频放大器电路可仅包括一个电感电容谐振电路，举例来说，在图9实施例中，射频放大器电路可省略电感电容谐振电路110，而在图10实施例中，射频放大器电路可省略电感电容谐振电路108。此外，在射频放大器电路包括串接的多级放大器的情形下，上述实施例所述的放大器102可为多级放大器中的第一级放大器或最后一级放大器。举例来说，在图11实施例中，放大器102为多级放大器中的最后一级放大器，在图12实施例中，放大器102为多级放大器中的第一级放大器。由于图9～12中的匹配电路104、106与电感电容谐振电路108、110的实施方式与上述实施例的匹配电路104、106与电感电容谐振电路108、110的实施方式类似，本领域具通常知识者应可依据上述实施例推知其实施细节，因此在此不再赘述。
综上所述，本发明实施例的匹配电路可配置于放大器的输入端或输出端的射频路径上，电感电容谐振电路与匹配电路可共享匹配电路所包括的电感而产生对应的谐振频率，其中匹配电路可提供匹配于射频信号中在第一频率与第二频率的两个基音的输入阻抗或输出阻抗，电感电容谐振电路可提供对射频信号中第一频率与第二频率形成的频段以外的信号成分进行滤波的滤波路径，如此可有效地抑制与射频信号的两个基音相关联的噪声，提高射频放大器的输出功率的线性度，并减小射频放大器的电路尺寸。

Claims (20)

1.一种射频放大器电路，其特征在于，包括：
一放大器，包括一输入端用以接收一第一偏压电压，以及一输出端；
一第一匹配电路，耦接该放大器的该输入端或该输出端，其中在一射频路径上，该放大器透过该第一匹配电路于该输入端接收一射频信号以放大该射频信号、或该放大器于该输出端透过该第一匹配电路发射一放大后的该射频信号；以及
一第一电感电容谐振电路，耦接该第一匹配电路且连接于该射频路径，该第一电感电容谐振电路包括一第一电感，该第一电感电容谐振电路与该第一匹配电路共享该第一匹配电路所包括的电感而具有一第一谐振频率，其中该第一匹配电路所包括的该电感直接耦接于该第一电感电容谐振电路的该第一电感；
其中该射频信号包括在第一频率与第二频率的两个基音，该第一匹配电路提供匹配于该两个基音的输入阻抗或输出阻抗，该第一电感电容谐振电路提供一第一滤波路径，该第一滤波路径对该射频信号中该第一频率与该第二频率形成的频段以外的信号成分进行滤波。
2.如权利要求1所述的射频放大器电路，其特征在于，其中
该第一匹配电路耦接该放大器的输入端，用以提供匹配于该两个基音的输入阻抗，且在该射频路径上，该放大器透过该第一匹配电路于该输入端接收该射频信号，该射频放大器电路还包括：
一第二匹配电路，耦接该放大器的输出端，用以提供匹配于该两个基音的输出阻抗，且在该射频路径上，该放大器于该输出端透过该第二匹配电路发射该放大后的该射频信号。
3.如权利要求2所述的射频放大器电路，其特征在于，其中，该射频放大器电路还包括：
一第二电感电容谐振电路，耦接该放大器的输出端且连接于该射频路径，该第二电感电容谐振电路具有一第二谐振频率，其中该第二电感电容谐振电路提供一第二滤波路径，该第二滤波路径对该放大后的射频信号中该第一频率与该第二频率形成的频段以外的信号成分进行滤波，且该第二电感电容谐振电路于该放大器的输出端提供一第二偏压电压。
4.如权利要求1所述的射频放大器电路，其特征在于，其中该第一电感电容谐振电路包括：
一第一电容，其第一端耦接参考电压端；以及
一第一电感，其第一端耦接该第一电容的第二端，该第一电感的第二端耦接该第一匹配电路。
5.如权利要求4所述的射频放大器电路，其特征在于，其中该第一匹配电路包括：
一第二电容，耦接于该第一匹配电路的输入端与该第一电感电容谐振电路之间；以及
一第二电感，耦接于该第一电感电容谐振电路与该放大器的输入端之间。
6.如权利要求5所述的射频放大器电路，其特征在于，其中该第一匹配电路还包括：
一第三电容，耦接于该第二电容与该第二电感的共同接点与该参考电压端之间。
7.如权利要求4或6所述的射频放大器电路，其特征在于，其中该第一电容为可变电容。
8.如权利要求5所述的射频放大器电路，其特征在于，其中该第一电感电容谐振电路还包括：
一第一电阻，耦接于该第一电容与该第一电感之间。
9.如权利要求5所述的射频放大器电路，其特征在于，其中该第一匹配电路还包括：
一第二电阻，与该第二电容并联于该第一匹配电路的输入端与该第一电感电容谐振电路之间。
10.如权利要求9所述的射频放大器电路，其特征在于，其中该第一电容为可变电容。
11.如权利要求4所述的射频放大器电路，其特征在于，其中该第一电感电容谐振电路还包括：
一第四电容；以及
一第三电感，与该第四电容串接于该第一电感的第二端与该参考电压端之间。
12.如权利要求3所述的射频放大器电路，其特征在于，其中该第二电感电容谐振电路包括：
一第五电容；以及
一第四电感，与该第五电容耦接于该放大器的输出端与参考电压端之间，该第五电容与该第四电感的共同接点耦接一电源电压，而于该放大器的输出端提供该第二偏压电压。
13.如权利要求1所述的射频放大器电路，其特征在于，其中该第一匹配电路耦接该放大器的输出端，用以提供匹配于该两个基音的输出阻抗，且在该射频路径上，该放大器于该输出端透过该第一匹配电路发射该放大后的该射频信号，且该第一电感电容谐振电路于该放大器的该输出端提供一第二偏压电压。
14.如权利要求1所述的射频放大器电路，其特征在于，其中：
该第一电感电容谐振电路还包括一第一开关，耦接于该第一匹配电路且连接于该射频路径。
15.如权利要求1所述的射频放大器电路，其特征在于，其中该射频放大器电路包括串接的多级放大器，该放大器为该些放大器中的第一级放大器或最后一级放大器。
16.如权利要求3所述的射频放大器电路，其特征在于，其中该第二匹配电路包括：
一第六电容；
一第五电感，与该第六电容串接于该放大器的输出端与该第二匹配电路的输出端之间；以及
一第七电容，耦接于该第六电容与该第五电感的共同接点与参考电压端之间。
17.如权利要求16所述的射频放大器电路，其特征在于，其中该第二电感电容谐振电路耦接该第二匹配电路，该第二电感电容谐振电路包括：
一第六电感；以及
一第八电容，与该第六电感串接于该第六电容与该第五电感的共同接点与该参考电压端之间，该第六电感与该第八电容的共同接点耦接一电源电压，而于该第六电容与该第五电感的共同接点提供一第三偏压电压。
18.如权利要求1所述的射频放大器电路，其特征在于，其中该放大器包括：
一第一晶体管，其控制端耦接该第一匹配电路，该第一晶体管的第一端耦接一第二匹配电路，该第一晶体管的第二端耦接参考电压端。
19.如权利要求18所述的射频放大器电路，其特征在于，还包括：
一偏压电路，耦接该放大器的输入端，提供该第一偏压电压。
20.如权利要求19所述的射频放大器电路，其特征在于，其中该偏压电路包括：
一第二晶体管，其第二端耦接该第一晶体管的控制端，该第二晶体管的第一端耦接一电源电压端；
一第三电阻，耦接于该第二晶体管的控制端与一参考偏压端之间；
一二极管电路，其耦接该第二晶体管的控制端与该参考电压端之间；以及
一第九电容，耦接于该第二晶体管的控制端与该参考电压端之间。
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