发明内容
本发明的一方面提供一种射频(RF)发射器,包括:
增益控制级,其用于输出具有预设功率水平的RF信号;以及
可调放大级,其用于接收RF信号,该可调放大级配置为放大RF信号并输出具有输出功率水平的放大信号,其中,所述输出功率水平是可调节的且独立于所接收的RF信号的预设功率水平的任何调节。
优选地,所述可调放大级是可调驱动放大器。
优选地,所述可调放大级包括:
第一多个射地-基地级(cascode stage),每个射地-基地级具有第一端子(terminal)和第二端子,所述第一端子与第一节点连接,所述第二端子与第二节点连接;以及
第二多个射地-基地级,每个射地-基地级具有第三端子和第四端子,所述第三端子与第三节点连接,所述第四端子与第四节点连接;
其中,所述第一多个射地-基地级和第二多个射地-基地级中,相同数量的射地-基地级被偏压。
优选地,第一射地-基地级包括:
第一晶体管,其漏极连接到所述第一节点,栅极连接到偏压控制电路(bias control circuit);以及
第二晶体管,其漏极连接到所述第一晶体管的源极,其源极连接到
所述第二节点,其栅极连接到第一输入信号;以及
第二射地-基地级包括:
第三晶体管,其漏极连接到所述第三节点,其栅极连接到偏压控制电路;以及
第四晶体管,其漏极连接到所述第三晶体管的源极,其源极连接到
所述第四节点,其栅极连接到第二输入信号。
优选地,所述第一输入信号是所述RF信号的同相信号部分。
优选地,所述第二输入信号与所述第一输入信号异相90°。
根据本发明的另一方方面,提供一种驱动器放大电路,包括:
偏压控制电路;
第一多个射地-基地级,每个射地-基地级具有第一端子、第二端子和第一偏压端子,所述第一端子连接到第一节点,所述第二端子连接到第二节点,所述第一偏压端子连接到所述偏压控制电路;以及
第二多个射地-基地级,每个射地-基地级具有第三端子、第四端子和第二偏压端子,所述第三端子连接到第三节点,所述第四端子连接到第四节点,所述第二偏压端子连接到所述偏压控制电路;
其中,所述第一多个射地-基地级和第二多个射地-基地级中,相同数量的射地-基地级被所述偏压控制电路偏压,以调节所述第一和第三节点上的各自输出电流。
优选地,所述第一多个射地-基地级中的每个射地-基地级包括:
第一晶体管,其漏极连接到第一节点,其栅极连接到偏压控制电路;
以及
第二晶体管,其漏极连接到所述第一晶体管的源极,其源极连接到
第二节点,其栅极连接到第一输入信号;以及
所述第二多个射地-基地级中的每个射地-基地级包括:
第三晶体管,其漏极连接到第三节点,其栅极连接到偏压控制电路;
以及
第四晶体管,其漏极连接到所述第三晶体管的源极,其源极连接到
所述第四节点,其栅极连接到第二输入信号。
优选地,每个所述驱动器放大器级中的每个晶体管具有近似相同的大小。
优选地,每个所述驱动器放大器级的大小彼此不同。
优选地,所述偏压控制电路使用共同的偏压信号来偏压所述第一多个射地-基地级和第二多个射地-基地级。
具体实施方式
本说明书公开了结合有本发明特征的一个或多个实施例。应注意的是,本说明书中提及的“一个实施例”、“一实施例”、“示例性实施例”等等指的是所描述的实施例可能包括某特定特征、结构或特点,但是并不是每一个实施例都必定包括该特定特征、结构或特点。此外,这些短语不一定指的是同一个实施例。还有,当结合某一实施例描述某特定特征、结构或特点时,无论是否明确说明,本领域的技术人员应当知悉,这些特定特征、结构或特点也可以结合到其它实施例中。在描述特定方法和配置时,应明白这仅仅是对本发明的举例,本领域的技术人员应明白,在不脱离本发明精神和范围时,可使用其他的配置和方法。
图1示出了无线发射器100,其中包括调制器102、一对数模转换器(DAC)110A和110B、一对低通滤波器120A和120B、一对乘法器130A和130B、加法器(summer)140、可编程增益放大器或缓冲级150、功率放大驱动器(poweramplifier driver)或驱动放大器(driver-amplifier)160、变压器170、功率放大器180和天线190。
调制器102用于接收和编码原始数据信号(未示出)。在调制和编码原始数据信号之后,调制器102输出同相(I)数据信号104和正交相(Q)数据信号106。数据信号104和106可以是由中频(intermediate frequency,简称IF)均匀间隔开的信号,或者可以是基带信号。
DAC110A被设置为接收信号104并将其转换成模拟信号112,该模拟信号112将被提供给低通滤波器120A。滤波器120A去除信号112中不想要的频率部分。接着,经由滤波器120A的信号将作为信号122被传送至乘法器130A。
乘法器130A的主要功能是上变换信号122,通过将信号122和本地振荡器的信号相乘,就实现了上变换(up-conversion)。一旦完成了上变换,乘法器130A将上变换后的信号132传送给加法器140。DAC 110B、低通滤波器120B和乘法器130B的功能与DAC 110A、低通滤波器120A和乘法器130A的功能类似,它们之间的主要不同之处是后者处理Q信号,而不是I信号。
如图1所示,加法器140连接到乘法器130A和130B。加法器140配置为接收乘法器130A和130B的信号。加法器130合并信号132和134并生成信号142,信号142被传送给可编程增益放大器(PGA)150。
缓冲级或PGA 150具有两个主要功能。其中一个主要功能是作为PGA 150左侧所有电路元件(加法器140、乘法器130A-B、滤波器120A-B、DAC 110A-B)与功率放大驱动器(PAD)160之间的阻抗可调绝缘体(impedance variationsisolator)。另一个功能是提供合适的信号放大量,以使PAD 160和功率放大器180产生所需的输出功率量。
发射器100还包括PAD 160,用于放大PGA/缓冲器150的输出。PAD 160以特定功率额度提供预放大信号162,使功率放大器180能够输出具有预定功率额度的放大信号182。在发射器100中,变压器170匹配PAD 160的输出阻抗和功率放大器180的输入阻抗。变压器170还将PAD 160输出的差分信号162转换成单端信号(single-ended signal)164。一旦功率放大器180将信号164放大,天线190就发射该放大信号。
如图1所示,线165示出了发射器100中片载部分和非片载部分。功率放大器180通常不是片载的。但是,发射器100也可以配置成让功率放大器180是片载形式。
发射器100可配置为与各种多路系统一起工作,例如时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)和正交频分复用(OFDM)。在OFDM应用的一个实施例中,功率放大驱动器160通常以6dBm左右输出。作为一种设计经验,功率放大驱动器160的1-dB压缩点应该超出运行输出水平10dBm。就是说,OFDM系统中的功率放大驱动器160应该具有16dBm的1-dB压缩点。
在1-dB压缩点上,功率放大驱动器160开始进入压缩模式。图2A示出了输入功率和输出功率的关系,单位为dBm。线202是理想放大器的功率增益线。线204是典型放大器如功率放大器180的功率增益线。如图2A所示,点220示出了功率放大驱动器160的1-dB压缩点的起点。对点220左边的任何基准点,功率放大驱动器160保持在线性运行区。对于点220右边的基准点,功率放大驱动器160是非线性的。通过找到理想放大器和非理想放大器的输出功率相差1dB时的输入功率值,来确定1-dB压缩点。在该实施例中,点210比点220高大约1dB。
图2B示出了各个放大阶段的时域信号。信号260是未放大的信号。信号270是在线性区运行的功率放大器将信号260放大后的信号。信号280是以压缩状态运行的功率放大器将信号260放大后的信号。如图2B所示,信号280的振幅波峰附近有削波部分285。数字信号的放大过程中出现削波,将会丢失数据或者影响数据。
图3示出了功率放大器180在运行区的增益图。点320表示1-dB压缩点。对于OFDM应用,选择1-dB压缩点大约为16dBm的功率放大器。点330是6dBm点,为功率放大驱动器160的期望功率输出。点320和点330之间的10dB缓冲用于防止数据丢失,这对于802.11a、802.11b、802.11g和OFDM信号尤其有用。
如上所述,对于正常操作,功率放大驱动器160设置为输出6dBm左右。但是,对于某些较低功率应用,功率放大驱动器160仅仅需要输出0dBm,即大约1毫瓦。在另一较低功率应用中,功率放大驱动器160仅仅需要输出-5dBm。在这些低功率情况中,因为会使用外部功率放大器将信号的功率水平放大到期望水平,所以不需要高功率输出。
图4示出了一般如何获得低功率。点430是6dBm运行点,而点420为1-dB压缩点420,点440为0dBm运行点。一般地,可通过减少功率放大驱动器160的输入端的输入信号来降低功率放大驱动器160的功率输出。虽然可以减小功率放大驱动器160的输入端的信号振幅或者强度(intensity),但是功率放大驱动器160的电流能耗是保持一样的。因此,对于正常功率模式和低功率模式,功率放大驱动器160的功耗是相同的。
图5A示出了根据本发明一实施例的无线发射器500。发射器500包括调制器502、一对数字模拟转换器(DAC)510A和510B、一对低通滤波器520A和520B、一对乘法器530A和530B、加法器540、可编程增益放大器或或缓冲级550、可调功率放大驱动器或可调驱动放大器560、变压器570、功率放大器580以及天线590。
调制器502用于接收和编码原始数据信号(未示出)。在调制和编码原始数据信号之后,调制器502输出同相(I)数据信号504和正交相(Q)数据信号506。数据信号502和504可以是由中频(IF)均匀间隔开的信号,或者可以是基带信号。
DAC 501A被设置为接收信号504并将信号504转换成模拟信号512,该信号512将被提供给低通滤波器520A。滤波器520A用于去除信号512中不想要的频率部分。随后,经由滤波器520A的信号作为信号522被传送到乘法器530A。
乘法器530A的主要功能是上转换信号522。通过将混频信号522和本地振荡器(未示出)的信号相乘,就实现了上变换。一旦完成了上转换,乘法器530A将上变换后的信号532传送给加法器540。DAC 510B、低通滤波器520B和乘法器530B的功能与DAC 510A、滤波器520A、乘法器530A的功能类似。它们之间的主要不同之处是后者处理正交相(Q)信号,而不是同相(I)信号。
加法器540连接到乘法器530A和530B。加法器530用于接收来自乘法器530A和530B的信号。加法器合并信号532和信号534并生成信号542,信号542被传送到可编程增益放大器(PGA)550。
缓冲级或PGA 550具有两个主要功能。其中一个主要功能是作为PGA 550左侧所有电路元件(加法器540、乘法器530A-B、滤波器520A-B、DAC 510A-B)与功率放大驱动器(PAD)560之间的阻抗可调绝缘体。另一个功能是提供合适的信号放大量,以使PAD 560产生所需要的输出功率量。
发射器500还包括具有可选功率输出的可调PAD 560。在低功率模式下,通过内部开关方式重新配置可调PAD 560电路,以在从电池获得较小电流时提供较低功率的预放大信号。上述重新配置可在使用PAD 560时实时进行或者在制造PAD 560完成后进行。相反,不管发射器100是正常功率模式还是低功率模式,PAD 160都使用相同的电流量。
图5B示出了以典型的正常功率模式(非低功率模式)应用中的发射器550,其中不需要外部功率放大器。如图5B所示,PAD 560的输出信号没有被放大。当发射器500处于正常功率模式时,它是以高线性运行的。在某些当预定接收器处于较近范围时的应用中,由于该应用中未使用外部功率放大器,所以需要PAD 560具有高度线性,以确保信号强度能达到足够强以到达该接收器。
图6示出了在发射器100的PAD 160中使用的典型差分输入级600。差分输入级600是射地-基地输入级,其被优化以使PAD 160的输出大约为6dBm。在低功率模式下,PAD 160的输出被下调为0dBm,差分输入级600输出较低功率的信号,但输入级600的电流用量保持相同。
差分输入级600包括晶体管610、620、630和640。偏压晶体管630和640的栅极一般由偏压源(未示出)偏压。晶体管610和620的栅极连接到可编程增益放大器150的差分输入信号152。差分输入级600根据差分输入信号552产生差分电流对,每个差分电流的大小取决于晶体管对610、630和620、640的相对大小。通常,所选择的晶体管对610、630和620、640的大小,可让功率放大驱动器160获得期望功率输出。因此,不管发射器100是处于正常功率模式还是低功率模式,这两个晶体管对的电流消耗均保持恒定。
图7A示出了在可调PAD 506一实施例中使用的差分射地-基地输入级700。差分输入级700包括并行连接的多个射地-基地输入级。差分输入级700包括晶体管710A-D、720A-D、730A-D以及740A-D。晶体管720A和740A一起形成输入级。类似地,晶体管710A和730A形成另一个输入级。晶体管710A-D的栅极接收一部分差分预放大信号552(例如,正交部分)。类似地,晶体管720A-D的栅极接收另一部分的差分预放大信号552(例如,同相部分)。晶体管730A-D和740A-D的栅极由偏压控制电路750A和750B偏压。虽然图7中所示的偏压控制电路750A和750B为两个独立的电路,但是偏压控制电路750A-B可以在单个电路中实现。
在差分输入级700中,偏压控制电路750成对地偏压晶体管730A-B和740A-B,以在每个差分分支上偏压相同数量的晶体管。例如,如果晶体管730A的栅极被偏压,那么晶体管740A的栅极也被偏压。在另一实施例中,如果晶体管730A-B的栅极被偏压,那么晶体管740A-B的栅极也被偏压。这样,差分输入级700能够输出两个大致相等的差分电流,即每个差分分支一个电流。也可以根据本说明的说明使用其他的偏压设置。
差分输入级700的多种射地-基地输入级配置允许可调PAD 560根据需要选择开启或者关闭一个或多个射地-基地放大级。如上所述,在放大器的每个差分分支上,必须选择相同数量的射地-基地放大级使其处于活动状态。这种配置允许可调PAD 560开启所需要的射地-基地分支,以满足特定功率输出量。例如,如果需要最大功率输出,则PAD 560输出6dBm,接着可调PAD 560将选择所有射地-基地分支。通过偏压控制电路750来完成射地-基地分支的选择。被选择处于活动状态的射地-基地分支将被偏压;没有被偏压的射地-基地将被关闭。换一种说法,将晶体管730A-D和740A-D中的相应晶体管对偏压/关闭,以提供期望的增益和输出功率。
当发射器500处于低功率模式时,偏压控制电流750A-B将选择0dBm输出所期望的若干射地-基地分支。射地-基地分支中每个晶体管的大小将决定所开启的分支量。例如,射地-基地分支765A-B可被优化以允许功率放大器580输出0dBm左右。在这种情况之下,偏压控制电路750A-B将分别偏压晶体管740A和730A的栅极。这种情况发生时,晶体管710A的栅极上的差分信号输入将驱动晶体管710A和730A,并引起电流通过输出节点760A。类似地,晶体管720A的栅极上的差分信号输入将驱动晶体管720A和740A,并引起电流通过输出节点760B。另外,通过限制当前被偏压的晶体管数量,可调PAD 560可有效地控制从电源导出的电流量。在这种方式之下,通过在低功率模式下降低电流用量可实现节能。
在另一替换实施例中,差分输入级700具有多层射地-基地级,如图7B所示的差分输入级790。差分输入级790具有两层射地-基地级792和794,而不是一层的并行连接的射地-基地级。在这种方式下,通过开启或者关闭任一层中的若干数量的射地-基地分支,或者通过开启或关闭一层或多层中的所有射地-基地分支,可以更精确地控制差分输入级790的功率输出。
图8示出了功率放大器580的增益曲线。线804示出了功率放大器580
处于正常功率模式或者高功率模式下的增益曲线,其中点830为6dBm点。
线806示出了功率放大器580处于低功率模式下的增益曲线,其中点840为0dBm点。这转化为一种总体低功率放大级,而不是图4中放大级所实现的利用较小强度来驱动更强的放大级。
虽然本发明是结合NPN(负极-正极-负极)晶体管来描述的,但是本领域技术人员应知晓,其它类型的晶体管也可用于实现本发明。
总之,尽管上文对本发明各实施例进行说明,但应明白,这仅仅是为了举例,而不是限制。本领域技术人员知悉,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,可以在形式和细节上进行各种改变。因此,本发明并不限于在此公开的特定实施例,而包括所有落入到权利要求保护范围的实施例。