CN101573864A - 高效数字功率放大器 - Google Patents
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Abstract
一种用于数字发射器(100)的数字功率放大器(或者功率开关放大器或者功率开关)(104)包括具有低阻抗预激励器(208)和低阻抗激励器(210)的低阻抗多级激励器电路(202)。激励电路(202)激励具有被配置成电流型D类推挽结构的两个功率晶体管(Q1、Q2)的功率开关级(204)。使用氮化镓(GaN)晶体管或者假晶高电子迁移率晶体管(pHEMT)(或者其组合)和与预激励器(208)相比逐步增加的激励器(210)的晶体管的尺寸(至少为3X)减少了激励电路(202)的输出阻抗和逐步增加随后级的每一级的功率激励性能。这允许在较高频率处使用功率放大器(202)而无需改变或者影响功率效率和允许为数字发射器(100)使用数字功率放大器(104)。
Description
相关申请的交叉引用
本申请根据USC 35条119(e)要求在2006年10月30日申请的美国临时专利申请No.60/863,412的优先权，其在本文中以引用方式包含。
技术领域
本发明涉及数字发射器，尤其涉及在通信中使用的数字发射器内的数字功率放大器(开关模式功率放大器)。
背景技术
在通信系统内的收发器系统(在无线移动终端/站和基站中使用)中使用数字功率放大器(DPA)是理想的，这可以提高效率、降低成本和减小尺寸。DPA一般包括两个级-激励级(driver stage)和输出级。输出级基于开关模式功率放大器上-这是一种要求高速器件的架构。
激励级接收表示调制/编码信号的脉冲数字信号。这些脉冲数字信号可以根据任何格式、标准或者规范产生，例如该格式、标准或者规范为全球移动系统(GSM)、码分多址(CDMA)、通用移动通信系统(UMTS)、全球微波互联接入(WiMAX)及其类似和本领域技术人员公知的其它格式、标准或规范。
典型的数字功率放大器输出级包括由来自激励级的脉冲波输出激励的功率开关晶体管。随着工作频率的增加，放大器的效率和响应受到影响。(在输出级内的)功率晶体管的开关速度受到寄生电容(栅极-源极电容，栅极-漏极电容和漏极-源极电容)的限制。这些电容一般与晶体管的尺寸成正比。较高功率的晶体管需要较大的尺寸，这从根本上增加了电容，从而又降低了在较高频率处的效率。因此，对于高功率、高频DPA来说，理想情况是使用具有高功率密度和低寄生电容的晶体管(从而减少由栅极电容所产生的充电/放电时间常数和经过输出电容(漏极-源极电容)的损耗)。
尽管激励功率取决于开关频率，它独立于源极阻抗。然而(输出级内的)功率晶体管的开关速度却受到它的源极阻抗(即激励器(driver)的输出阻抗)的限制。因此，在试图最优化发射器系统总体效率时，激励级的输出阻抗成为需要考虑的关键设计参数。诸如包括50欧姆阻抗激励器的各种现有技术试图在脉冲数字信号激励功率晶体管时，提高效率和与之相反地影响开关速度和电源效率。
因此，存在包含低输出阻抗激励器从而允许增加频率工作和效率的数字功率放大器的需求。
发明内容
根据本发明，提供了数字功率放大器，该数字功率放大器具有适用于接收数字调制信号和产生预激励信号的预激励器(pre-driver)和耦合到预激励器以及接收预激励信号并产生激励信号的激励器。功率放大器耦合到激励器并且具有至少一个适用于接收激励信号和产生用于通过天线来进行RF传输的功率放大数字信号的功率晶体管。预激励器、激励器和功率放大器共同工作来放大数字调制信号。
在本发明的另一个实施例中，提供了包括差分放大器的数字功率放大器，其中该差分放大器具有两个用于接收第一低电压数字调制信号和第二低电压数字调制信号的输入端和两个用于输出第一差分放大数字调制信号和第二差分放大数字调制信号的输出端。数字功率放大器还包括低阻抗预激励器电路和低阻抗激励器，其中低阻抗预激励器电路具有两个耦合到两个差分放大器输出端的输入端和四个用于输出第一预激励器输出信号、第二预激励器输出信号、第三预激励器输出信号和第四预激励器输出信号的输出端，低阻抗激励器具有分别耦合到四个预激励器输出端的输入端和两个用于输出第一激励信号和第二激励信号的输出端。还包括具有第一功率晶体管和第二功率晶体管的功率放大器(输出级)，其中该第一功率晶体管具有栅极、第一源极/漏极和耦合到第一电压源VSS的第二源极/漏极，该第二功率晶体管具有栅极、第一源极/漏极和耦合到第一电压源VSS的第二源极/漏极。第一感应元件耦合第二电压源VDD和耦合到第一功率晶体管的第一源极/漏极，第二感应元件耦合第二电压源VDD和第二功率晶体管的第一源极/漏极。第一功率晶体管的第一源极/漏极输出第一数字调制信号的放大信号，第二功率晶体管的第二源极/漏极输出第二数字调制信号的放大信号。
在另一个实施例中，提供了包括数字发射器和天线的无线通信装置。数字发射器包括适用于产生数字调制信号的数字向上变换器(upeonverter)和数字功率放大器。数字功率放大器具有：适用于接收数字调制信号和产生预激励信号的预激励器；耦合到预激励器并且适用于接收预激励信号和产生激励信号的激励器；耦合到激励器并且具有至少一个功率晶体管的功率放大器，其中该功率晶体管适用于接收激励信号和产生用于RF传输的功率放大数字信号。预激励器，激励器和功率放大器共同放大数字调制信号。
附图说明
结合附图并参考下面的描述来更全面地理解本发明及其优点，其中在附图中相同的数字表示相同的物体，其中：
图1是根据本公开内容的数字发射器的部分的方框图；
图2是图1所示的发射器的数字开关功率放大器的方框图；
图3是在图2所示的激励级中的差分放大器示意图；
图4是在图2所示的激励级中的预激励器电路示意图；
图5是在图2所示的激励级中的激励器电路示意图；
图6是图2所示的数字功率放大器的输出级示意图；
图7是预激励器电路和激励器电路的另一个实施例的示意图；以及
图8显示了包括具有本公开内容所描述的发射器的通信装置的示例性无线通信网络。
具体实施方式
本公开内容描述了用于通信系统中的无线通信装置内的发射器的开关功率放大器，也称之为数字功率放大器(DPA)。DPA包括两个主要的级-激励级和输出级。
为了简洁的目的省略了发射器的多个部分或方面，仅仅在本文中描述和显示了对于理解本公开内容来说是必须的或者是相关的那些元件或者装置。本文中所描述的DPA(或者开关功率放大器)可以用于不同的各种发射器结构中。一个或者多个在其中使用所描述的DPA的发射器的例子在美国专利NO.6,987,953、7,050,700和7,081,793中阐释和描述，其在本文中以引用方式包含。
参考图1，显示了在传统的数字通信系统中使用的数字发射器100的相关部分。发射器100包括输出脉冲数字信号(表示调制信号)的数字向上变换器(DUC)102。应当理解得是，省略了对沿着传送路径在DUC 102之前的元件/部件的描述和对DUC102的具体描述。本领域的技术人员会认识到发射器100的这些元件可以使用不同的结构和/或方法来实现。应当认识到发射器100中所使用的调制和/或编码配置不限制为任何具体的配置、标准或者规范。
数字向上变换器102的脉冲数字输出以差分的形式输出，包括第一脉冲数字信号和第二脉冲数字信号。第二脉冲数字信号与第一脉冲数字信号180度异相。应当理解得是已经省略了用于沿着传送信号路径产生异相信号的结构和/或方法(本领域的技术人员能够实现这个)。
数字向上变换器102的输出是数字功率放大器(DPA)104的输入。通常来说，DPA 104放大和增加用于RF传输的数字脉冲信号的功率。功率放大信号输入到用于滤波和合成的滤波器-合成器(FC)106和输入到用于传输到天线110的滤波器-双工器(filter-duplexer)108。
如上所述，DPA 104的设计和实现对于发射器100的总体效率来说是重要的。各种影响DPA 104效率的因素包括寄生电抗、跳变时间、晶体管的开启阻抗、晶体管尺寸(即栅极电容、漏极-源极电容)、源极阻抗和工作频率。为了增加在指定的工作频率处的效率(或者最小化在较高频率处的效率减少)，本公开内容描述了在高频处具有低输出阻抗的激励级和能够提供工作高频的输出级。通过使用多级激励器和/或具有特定功率开关晶体管的电流型D类推挽输出级来实现这些益处中的一些。
图1的发射器100显示为包括用于单相的数字DPA 104。但是，不同的发射器结构会对多个数字信号(即多相)使用多个DPA。例如，美国专利NO.7,053,700和7,081,793中所描述的发射器包括多个开关功率放大器或者DPA(每一个相位用一个)。
现在参考图2，显示了DPA(或者开关功率放大器)104的方框图。DPA 104包括激励级202和输出级204。如图所示，激励级202包括差分放大器206、两个预激励器208a、208b(每个差分信号用一个)和两个激励器210a、210b(每个差分信号用一个)。输出级204包括两个在电流型D类推挽结构中的两个功率晶体管(晶体管Q1-用参考号212a表示；以及晶体管Q2-用参考号212b表示)(每个差分信号用一个)，该结构有包含两个感应元件L1和L2的RF扼流线圈(choker)214a，214b。会理解到输出级204可以以其它的不同于本文中所示出和描述的结构来实现，但是这个结构会比其它结构在高频处提供一些优点。
现在参考图3，显示了图2中所示出的差分放大器206的一个实施例的示意图。放大器206接收来自DUC 102的输入信号VINA和VINB。会理解到，这些信号是来自DUC包括调制信息的数字向上变换信号。
如图所示，信号VINA和VINB(通过电容C1和C2)分别输入到晶体管Q3和Q4的栅极。Q3和Q4的栅极分别使用电阻R1和R2分路到电压源VSS1。选择电阻R1和R2的值来匹配或相反地等于产生信号VINA和VINB的电路的源极阻抗的值。如图所示，晶体管Q3和Q4的源极耦合到晶体管Q5的漏极，晶体管Q5的源极耦合到其自身的栅极和电压源VSS2。晶体管Q3和Q4的漏极分别通过电阻R2和R4耦合到电压源VDD。
通常来说，差分放大器206接收差分数字信号VINA和VINB，对其进行放大，然后输出差分输出信号DIFFOUTA和DIFFOUTB。如图所示，会理解到差分放大器206也包括两个源极跟随器300。源极跟随器300有效地降低差分放大器级206的输出阻抗(将高输出阻抗转换为低输出阻抗)。两个源极跟随器300也可以用于调整输出电压电平(电平移动)。
如下文所述，当VINA和VINB的电压电平相对较低时，使用差分放大器级206是有益的。这个级可以用于将电压电平放大到足以开启或者关闭预激励器208中的晶体管的电平，因此，预激励器208中的晶体管的类型和尺寸以及输入信号的电压电平很可能会确定是否需要差分放大器级206。例如，如果VINA和VINB的电压摆动是0.6伏特峰峰值，那么产生的1.2伏特差分电压电平足以激励预激励器的开关。在大部分情况下，这个电平不足以激励在预激励器208中使用的大部分晶体管。
在另一个未示出的实施例中，如果信号VINA和VINB足以激励预激励器208(打开和关闭它的输入晶体管)，则可以省略差分放大器级206。
在一个具体实施例中，每个信号VINA和VINB具有0.6伏特电压摆动(例如，在大约2.7伏特和3.3伏特之间)，电阻R1和R2是50欧姆，电阻R2和R4是350欧姆，电压VDD、VSS1和VSS2分别是+1伏特、-7伏特和-8伏特，以及晶体管Q3，Q4和Q5的栅极区域在100微米(um2)级(order)上。源极跟随器300内的晶体管的栅极区域在200～300微米(um2)级上。
根据DPA 104和必须在预激励器级中将晶体管在打开和关闭状态之间切换的电压电平(或者电压摆动电平)的具体应用，使用电路元件和电压源的其它值。
会理解到，晶体管Q3，Q4和Q5可以使用任何合适的晶体管来实现具有在本文中所预期和描述的特性和功能的差分放大器。在一个实施例中，晶体管Q3，Q4和Q5为氮化镓(GaN)、假晶高电子迁移率晶体管(pHEMT)或者其组合。也可以使用其它类型的晶体管。源极跟随器300中的晶体管也可以是上述的任一种。
现在参考图4，显示了图2中所示的预激励器208的一个实施例的示意图。如图所示，预激励器208包括第一预激励器208a和第一预激励器208b。预激励器208接收来自差分放大器206的信号DIFFOUTA和DIFFOUTA作为输入。
如图所示，预激励器电路208a包括在电压源VDD1和电压源VSS3之间的第一晶体管对Q6和Q7(串联耦合)和在电压源VDD1和电压源VSS3之间的第二类似晶体管对Q8和Q9(串联耦合)。如图所示，类似地，预激励器电路208b包括在电压源VDD1之间的第一晶体管对Q10和Q11(串联耦合)和在电压源VDD1和VSS3之间的第二类似晶体管对Q12和Q13(串联耦合)。
来自差分放大器206的输出差分信号DIFFOUTA输入到晶体管Q6、Q9、Q11和Q12的栅极。来自差分放大器206的输出差分信号DIFFOUTB输入到晶体管Q7、Q8、Q10和Q13的栅极。
一般来说，预激励器电路208接收放大的差分输出信号DIFFOUTA和DIFFOUTB并且提供互补开关、电平移动信号作为激励器级210的输入(从而激励这些晶体管，不论是p型或是n型)，而其还将低阻抗输出提供到激励器210，以及输出四个信号：PDOUTA1(在晶体管Q6和Q7之间的源极/漏极)、PDOUTA2(在晶体管Q8和Q9之间的源极/漏极)、PDOUTB1(在晶体管Q10和Q11之间的源极/漏极)和PDOUTB2(在晶体管Q12和Q12之间的源极/漏极)。预激励器208为电流放大器用于电平移动输入信号，使之足以激励(打开/关闭)激励器210中的晶体管，并且图示的结构也将较低的输出阻抗提供给激励器210(这减少了DUC102的典型的50欧姆输出阻抗)。晶体管尺寸的增加(与差分放大器(diff amp)晶体管相比)增加了或者“逐步增加了”功率激励(开关)性能从而甚至在激励级210中允许更大的晶体管。
在一个具体实施例中，电压VDD和VSS3分别为+1伏特和-4伏特，以及晶体管Q6到Q12的栅极区域在300微米(um2)级上。
应当理解为晶体管Q6到Q12可以使用任何合适的晶体管从而实现具有本文所预期和描述的特性和功能的预激励器电路208。在一个实施例中，晶体管Q6-Q12是氮化镓(GaN)、假晶高电子迁移率晶体管(pHEMT)或者其组合。也可以使用其它类型的晶体管。
现在转向图5，显示了图2所示的激励器210的一个实施例的示意图。如图所示，激励器208包括第一激励器210a和210b。激励器210接收来自预激励器208的信号PDOUTA1、PDOUTA2、PDOUTB1和PDOUTB2作为输入。
激励器电路210a包括两个在电压源VDD2和电压源VSS4之间的晶体管Q14和Q15(串联耦合)和在电压源VDD2和电压源VSS4之间的第二类似晶体管对Q16和Q17(串联耦合)。来自预激励器208a的输出信号PDOUTA1和PDOUTA2分别输入到晶体管Q15和Q14的栅极。类似地，来自预激励器208b的输出信号PDOUTB1和PDOUTB2分别输入到晶体管Q17和Q18的栅极。
一般来说，激励器电路210接收来自预激励器208的输出信号PDOUTA1、PDOUTA2、PDOUTB1和PDOUTB2，通过放大先前级的输出信号来提供较高的功率激励性能使之足以激励输出级204的晶体管从而实现与预激励器208类似或者相同的功能，以及输出DRIVEA信号和DRIVEB信号。DRIVEA信号和DRIVEB信号分别激励输出级204内的功率晶体管Q1和Q2。
在一个具体实施例中，电压源VDD2和VSS4分别为+1伏特和-2伏特，晶体管Q13、Q14、Q15和Q16均在1毫米(mm2)级上。
应当理解为晶体管Q13到Q16可以使用任何合适的晶体管从而实现具有本文所预期和描述的特性和功能的预激励器电路208。在一个实施例中，晶体管Q13-Q16是氮化镓(GaN)、假晶高电子迁移率晶体管(pHEMT)或者其组合。也可以使用其它类型的晶体管。
应当理解为预激励器208和激励器210的拓扑或者结构提供了具有电压切换的电流放大器。
现在转向图6，显示了图2所示的输出级204的示意图。如图所示，输出级204包括第一功率晶体管Q1、第二功率晶体管Q2以及两个RF扼流线圈L1和L2。RF扼流线圈L1耦合到VDD和功率晶体管Q1的漏极，其中功率晶体管Q1的源极耦合接地。类似地，RF扼流线圈L2耦合到VDD和功率晶体管Q2的漏极，其中功率晶体管Q2的源极耦合接地。RF扼流线圈允许这种拓扑工作在电流模式下并且使得电流保持不变(通过两个臂)。输出级204接收来自激励器210的信号DRIVEA和DRIVEB作为输入。输出级204被配置为电流型D类推挽放大器。来自激励器210a的输出信号DRIVEA输入到晶体管Q1的栅极，而来自激励器210b的输出信号DRIVEB输入到晶体管Q2的栅极。
在RF扼流线圈L1、L2及其各自的功率晶体管漏极之间的节点处产生差分(推挽)功率放大输出信号。一般来说，输出级204对用于RF传输的DRIVEA和DRIVEB信号进行功率放大。在一个实施例中，带通滤波器300为具有用于噪声的尖锐的陡坡下降的三级巴特沃思(Butterworth)。滤波器600通过基础RF频率和影响由有助于提高系统效率的输出信号所产生的电压波形(半正弦波)。然后按照传统方式传输带通滤波器的输出。
在一个具体实施例中，耦合到输出级204的RF扼流线圈L1、L2的电压VDD为+15伏特，功率晶体管Q1和Q2的栅极区域在2毫米(mm2)级上。
应当理解为晶体管Q1和Q2可以使用任何合适的晶体管从而实现具有本文所预期和描述的特性和功能的输出级204。在一个实施例中，晶体管Q1和Q2是氮化镓(GaN)、假晶高电子迁移率晶体管(pHEMT)或者其组合。也可以使用其它类型的晶体管。
使用预激励器206和激励器208来励功率输出级204(D类推挽功率放大器)，从而提供了输出级204源极阻抗的减少或者下降。也就是说，与用于典型的或者传统的数字发射器中激励器电路相比，激励输出级204的功率晶体管Q1和Q2的激励器202具有较低的输出阻抗。因此，预激励器208和激励器210的拓扑将低输出阻抗提供给输出级204。
激励级202的结构通过使用差分信号(和差分放大器204)和使用低输出阻抗激励器(预激励器208和激励器210)来提高效率。另外，一个实施例使用GaN晶体管预激励器208和激励器210。类似地，在差分放大器206中也可以使用GaN晶体管。其它实施例可以使用pHEMT晶体管和/或GaN与pHEMT晶体管的组合。对于低功率应用来说，可以使用pHEMT晶体管，而高功率应用则使用GaN晶体管。
另外，对于较低频率当使用本文所描述的预激励器和激励器拓扑时，也可以使用LDMOS或者耗尽型晶体管。
通过使用不同尺寸的晶体管来获取激励级202的较低输出级阻抗。应理解得是，在一个实施例中，晶体管的尺寸逐步地从差分放大器206到预激励器208和激励器210增加从而逐步地提供增加的必须激励下一级(具有较大的晶体管)的功率激励性能。在所描述的具体实施例中，在差分放大器中的晶体管Q3、Q4和Q5具有在100um2级上的栅极区域，以及晶体管Q14到Q16具有在1mm2级上的栅极区域。在一个实施例中，输出级功率晶体管Q1和Q2具有在2mm2级上的栅极区域。如果在差分放大器206中使用源极跟随器300，那么这些晶体管会具有在200-300um2级上的栅极区域。因此，预激励器208内的晶体管尺寸是差分放大器206内的晶体管尺寸的3倍或者更大，而激励器210内的晶体管尺寸是预激励器208内的晶体管尺寸的3倍或者更大。同样地，输出级204内的功率晶体管的尺寸是激励器210内的晶体管的尺寸的2倍或者更大。这种(在激励级202内)沿着信号路径逐步增加晶体管尺寸提供了增加的功率激励性能，还提供了用于输出级204的低源极阻抗。当使用如上所述的尺寸和拓扑，激励器210的输出阻抗大约为5欧姆或者更小。
现在转向图7，显示了预激励器708和激励器710的可选实施例的示意图。图7示出了用于差分信号的一个信号的预激励器和激励器。同样地，类似的电路也可以用于另一条信号路径。
预激励器708(只显示了信号A路径)可以接收从差分放大器206输出的信号DIFFOUTA作为其输入，或者可选地省略差分放大器206以及将信号VINA作为输入信号(例如当输入信号电压电平足以激励预激励器708中的晶体管)。如图所示，信号DIFFOUTA(或者VINA)输入到晶体管Q20和Q21的栅极。晶体管Q20的漏极通过电阻R12耦合到电压源VDD1以及耦合到晶体管Q22的栅极。晶体管Q22的漏极耦合到电压源VDD1。晶体管Q22的源极耦合到晶体管Q21的漏极。如图所示，晶体管Q21的源极耦合到晶体管Q20的源极和电压源VSS1。
在一个具体实施例中，电压VDD1和VSS1分别为+2.5伏特和-6伏特。晶体管R12是53.4欧姆，晶体管Q20的栅极区域在100微米(um2)级上同时晶体管Q21和Q22的栅极区域在300微米(um2)级上。
应当理解为晶体管Q20、Q21和Q22可以使用任何合适的晶体管从而实现具有本文所预期和描述的特性和功能的预激励器电路708。在一个实施例中，晶体管Q20-Q22是氮化镓(GaN)、假晶高电子迁移率晶体管(pHEMT)或者其组合。也可以使用其它类型的晶体管。
如图所示，激励器710(只显示了信号A路径)接收来自预激励器708的输出信号(PDOUTA)作为其到晶体管Q23和Q24的栅极的输入。晶体管Q23的漏极通过电阻R13耦合到电压源VDD2并且耦合到晶体管Q25的栅极。晶体管Q25的漏极耦合到电压源VDD2。晶体管Q25的源极耦合到晶体管Q24的漏极。如图所示，晶体管Q24的源极耦合到晶体管Q23的源极和电压源VSS2。这种晶体管结构类似于预激励器结构。
在一个具体实施例中，电阻R12是20欧姆、电压VDD2和VSS2分别是+0.5伏特和-3伏特、晶体管Q23的栅极区域在300微米(um2)级上、晶体管Q24和Q25的栅极区域在1毫米级(mm2)上。
应当理解为晶体管Q23、Q24和Q25可以使用任何合适的晶体管从而实现具有本文所预期和描述的特性和功能的预激励器电路710。在一个实施例中，晶体管Q23-Q25是氮化镓(GaN)、假晶高电子迁移率晶体管(pHEMT)或者其组合。也可以使用其它类型的晶体管。当使用增强型FET或者BJT晶体管时，这种结构会提供有益之处。
会理解到，在激励器710的输出级内的晶体管的尺寸是在预激励器708的输出级内的晶体管尺寸的3倍或者更大，这提供了增加的激励/开关性能。
尽管本文所描述的DPA 104的实施例显示使用差分数字信号，但是本领域的技术人员能够在单端应用(single-ended implementation)中使用本文所描述的教导和概念。另外，如果是多相应用，则在数字发射器100中使用多个DPA 102。
差分放大器206、预激励器208、708和激励器210、710的晶体管(或者是晶体管和一些或者所有电路元件)可以使用离散的元件来实现，或者可以集成在诸如单片微波集成电路(MMIC)的单个集成半导体电路中。另外，输出级204的功率晶体管Q1和Q2也可以用离散元件来实现或者和其它上述元件一起包括在诸如MMIC的单个集成半导体电路中。
RF通信网络
现在转向图8，描述了示例性无线通信网络1120的方块图。无线通信网络1120包括第一无线通信装置1100和第二无线通信装置1104。第一无线通信装置1100显示包括如上所述和根据本发明的发射器100。类似地，第二无线通信装置1104也包括如上所述和根据本发明的发射器100。应当理解为装置1100和1104不是必须均包括发射器100-可以一个或者两个包括发射器100。
如图所示，两个通信装置1100和1104分别利用天线1102和天线1106通过RF信号进行通信。
示例性的无线通信网络1120会根据一个或者多个无线协议或者技术来工作，例如CDMA、TDMA、FDMA、UMTS等等(及其版本)。另外，网络1120会支持电路交换、和包交换或者包数据通信。
在图8的实施例中，尽管没有限制为本实施例，第一通信装置1100被描述为诸如无线手机的移动站或者移动终端(或者可能为固定的)，同时第二通信装置1104被描述为基站。装置1100、1104可以是任何具有无线通信能力的装置。如图所示，基站1104包括具有发射器100的基收发器子系统(BTS)1108。BTS 1108连接到基站控制器(BSC)1110。共同地，BTS 1108和BSC 1110逻辑上被称为“基站”1104。有时多个BTS 1108共享一个BSC 1110。BSC 1110管理在多个BTS之间的资源分配。更广泛地来说，术语“基站”和“存取网络”指与用于通信会晤(例如电路交换或者包交换)的移动站进行无线通信的任何实体(或者实体的集合)。基站1104耦合到公共交换电话网络(PSTN)或者其它数据或者交换网络。这个路径可以包括诸如耦合到BSC 1110的移动交换中心(MSC)(未示出)的其它元件。
在一些实施例中，一个或者多个装置的一些或者所有功能和方法可以由计算机程序实现或者支持，其中该计算机程序以计算机可读程序代码形式形成和嵌入在计算机可读媒介内。词语“计算机可读程序代码”包括任何类型的计算机代码，包括源代码、目标代码和可执行代码。词语“计算机可读媒介”包括可由计算机存取的任何类型的媒介，例如只读存储器(ROM)、随机存储器(RAM)、硬盘驱动、光盘(CD)、数字化视频盘(DVD)、或者任何其它类型的存储器。
对于本专利文献通篇所用的某些词语和词组进行解释也许是有好处的。术语“包括”和“包含”及其派生词均指没有限制的包括。术语“或”有包含之意，指和/或。词组“与...相关”和“与其相关”及其派生词组指包括、被包括在...内、与...相互连接、含有、被含在...内、连接到或者与...连接、耦合到或者与...耦合、与...通信、与...合作、插入、并列、接近于、受限于或以...限定、具有、具有...特性等。
虽然本公开内容已经描述了某些实施例和通常的相关的方法，但是这些实施例和方法的变换和置换对于本领域的技术人员来说是显然的。因此，上述示例性实施例的描述没有定义或者约束本公开内容。在不脱离下面的权利要求书所定义的本公开内容的精神和范围内的其它改变、置换和变更也是可能的。
Claims (20)
1.一种数字功率放大器，包括：
预激励器，适用于接收数字调制信号和产生预激励信号；
激励器，耦合到所述预激励器并且适用于接收所述预激励信号和产生激励信号；
功率放大器，耦合到所述激励器并且具有至少一个功率晶体管，该功率晶体管适用于接收所述激励信号和产生用于通过天线进行RF传输的功率放大数字信号；以及
其中所述预激励器、激励器和功率放大器共同放大所述数字调制信号。
2.如权利要求1所述的数字功率放大器，还包括适用于接收和放大第一数字调制信号和第二数字调制信号的差分放大器，所述第二数字调制信号与所述第一数字调制信号180度异相。
3.如权利要求1所述的数字功率放大器，其中所述激励器具有大约5欧姆或者更少的输出阻抗。
4.如权利要求1所述的数字功率放大器，其中所述预激励器包括至少一个晶体管，该晶体管具有指定输出功率激励能力，并且所述激励器包括至少一个晶体管，该晶体管具有大于所述预激励器的所述输出功率激励能力的指定输出功率激励能力。
5.如权利要求4所述的数字功率放大器，其中所述的预激励器的所述至少一个晶体管和所述激励器的所述至少一个晶体管是氮化镓(GaN)晶体管。
6.如权利要求4所述的数字功率放大器，其中所述的预激励器的所述至少一个晶体管和所述激励器的所述至少一个晶体管是假晶高电子迁移率晶体管(pHEMT)。
7.如权利要求1所述的数字功率放大器，其中所述预激励器包括多个具有指定输出功率激励能力的晶体管并且所述激励器包括多个具有比所述预激励器的所述输出功率激励能力大的指定功率激励能力的晶体管。
8.如权利要求7所述的数字功率放大器，其中所述的多个预激励器晶体管和所述的激励器晶体管是氮化镓(GaN)晶体管。
9.如权利要求7所述的数字功率放大器，其中所述的多个预激励器晶体管和所述的激励器晶体管是假晶高电子迁移率晶体管(pHEMT)。
10.如权利要求7所述的数字功率放大器，其中所述功率放大器被配置为电流型D类推挽放大器。
11.一种数字功率放大器，包括：
差分放大器，具有两个用于接收第一低电压数字调制信号和第二低电压数字调制信号的输入端和具有两个用于输出第一差分放大数字调制信号和第二差分放大数字调制信号的输出端；
低阻抗预激励器电路，具有两个耦合到所述两个差分放大器输出端的输入端和具有四个用于输出第一预激励器输出信号、第二预激励器输出信号、第三预激励器输出信号和第四预激励器输出信号的输出端；
低阻抗激励器，具有四个分别耦合到所述四个预激励器输出端的输入端和具有两个用于输出第一激励信号和第二激励信号的输出端；
功率放大器包括：
第一功率晶体管，具有栅极、第一源极/漏极和第二源极/漏极，并且所述第二源极/漏极耦合到第一电压源VSS；
第二功率晶体管，具有栅极、第一源极/漏极和第二源极/漏极，并且所述第二源极/漏极耦合到第一电压源VSS；
第一感应元件，耦合到第二电压源VDD和耦合到所述第一功率晶体管的所述第一源极/漏极；以及
第二感应元件，耦合到所述第二电压源VDD和耦合到所述第二功率晶体管的所述第一源极/漏极；以及
其中所述第一功率晶体管的所述第一源极/漏极输出所述第一数字调制信号的放大信号并且所述第二功率晶体管的所述第二源极/漏极输出所述第二数字调制信号的放大信号。
12.如权利要求11所述的数字放大器，其中所述功率放大器被配置为电流型D类推挽放大器。
13.如权利要求12所述的数字功率放大器，其中所述激励器具有大约5欧姆或者更少的输出阻抗。
14.如权利要求13所述的数字功率放大器，其中所述预激励器包括多个具有栅极尺寸X的晶体管并且所述激励器包括多个具有至少大约3X的栅极尺寸的晶体管。
15.如权利要求14所述的数字功率放大器，其中所述的多个预激励器晶体管和所述多个激励器晶体管是氮化镓(GaN)晶体管。
16.如权利要求14所述的数字功率放大器，其中所述的多个预激励器晶体管和所述多个激励器晶体管是假晶高电子迁移率晶体管(pHEMT)。
17.一种无线通信装置，包括：
数字发射器，包括：
适用于产生数字调制信号的数字向上变换器，和
数字功率放大器，包括：
适用于接收数字调制信号和产生预激励信号的预激励器，
耦合到所述预激励器以及适用于接收所述预激励信号并产生激励信号的激励器，
功率放大器，耦合到所述激励器并且具有至少一个功率放大器，该功率放大器适用于接收所述激励信号和产生用于RF传输的功率放大数字信号，以及
其中所述预激励器、激励器和功率放大器共同放大所述数字调制信号；以及
耦合到所述数字功率放大器的天线，用于传输所述功率放大数字信号。
18.如权利要求17所述的无线通信装置，其中所述数字调制信号还包括第一数字调制信号和第二数字调制信号，所述第二数字调制信号与所述第一数字调制信号180度异相，以及其中所述数字功率放大器还包括用于产生差分预激励信号的差分放大器。
19.如权利要求18所述的无线通信装置，其中所述预激励器包括多个具有X栅极尺寸的晶体管并且所述激励器包括多个具有至少3X栅极尺寸的晶体管。
20.如权利要求19所述的无线通信装置，其中所述多个预激励器晶体管中的每一个和所述多个激励器晶体管中的每一个是氮化镓(GaN)晶体管和假晶高电子迁移率晶体管(pHEMT)中的一个。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
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Families Citing this family (9)
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| US20170019069A1 (en) * | 2015-07-16 | 2017-01-19 | Eridan Communications, Inc. | High-Speed, High-Voltage GaN-Based Operational Amplifier |
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| US7068097B2 (en) * | 2003-12-18 | 2006-06-27 | The Boeing Company | High frequency high power H-bridge power amplifier |
| US7068104B2 (en) * | 2004-07-08 | 2006-06-27 | Amalfi Semiconductor, Inc. | Power amplifier utilizing high breakdown voltage circuit topology |
| US7116168B2 (en) * | 2004-12-01 | 2006-10-03 | Creative Technology Ltd | Power multiplier system and method |
| US7312654B2 (en) * | 2005-12-20 | 2007-12-25 | Freescale Semiconductor, Inc. | Quiet power up and power down of a digital audio amplifier |
| US7456685B2 (en) * | 2006-03-07 | 2008-11-25 | Monolithic Power Systems, Inc. | Class D audio amplifier with PWM and feedback |
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104935278A (zh) * | 2015-07-01 | 2015-09-23 | 东南大学 | 氮化镓基低漏电流固支梁开关乙类推挽功率放大器及制备 |
| CN104935278B (zh) * | 2015-07-01 | 2017-09-15 | 东南大学 | 氮化镓基低漏电流固支梁开关乙类推挽功率放大器及制备 |
| CN113810023A (zh) * | 2021-08-31 | 2021-12-17 | 电子科技大学 | 一种数字功率发射芯片的阻抗调制系统及方法 |
| CN113810023B (zh) * | 2021-08-31 | 2023-05-09 | 电子科技大学 | 一种数字功率发射芯片的阻抗调制系统及方法 |
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