CN102474223A - 具有多重操作模式的放大器模块 - Google Patents

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Abstract

本发明描述一种具有多重操作模式的放大器模块。在一示范性设计中，所述放大器模块包括放大器(例如，功率放大器)、开关及输出电路。在第一模式中，所述放大器接收并放大输入信号且提供经放大的信号。所述开关耦合到所述放大器的输出且在第二模式中将所述放大器旁路并提供旁路信号。所述输出电路耦合到所述放大器及所述开关。在所述第一模式中，所述输出电路为所述放大器执行输出阻抗匹配。所述输出电路还进行以下操作：(i)在所述第一模式中接收所述经放大的信号且提供输出信号，及(ii)在所述第二模式中接收所述旁路信号且提供所述输出信号。所述放大器在所述第一模式中被启用且在所述第二模式中被停用。

Description

具有多重操作模式的放大器模块
依据35U.S.C.§119主张优先权
本专利申请案主张2009年8月4日申请的题目为“避免使用串联开关的PA旁路架构(PA BYPASS ARCHITECTURE AVOIDING THE USE OF SERIES SWITCHES)”的第61/231,248号美国专利临时申请案的优先权，所述申请案已转让给本受让人，且在此以引用的方式明确地并入本文中。
技术领域
本发明大体来说涉及电子装置，且更具体来说涉及放大器模块。
背景技术
放大器通常用于各种电子装置中以提供信号放大。不同类型的放大器可用于不同用途。举例来说，例如蜂窝式电话的无线通信装置可包括用于双向通信的发射器及接收器。发射器可包括驱动器放大器(DA)及功率放大器(PA)，接收器可包括低噪声放大器(LNA)，且发射器与接收器可包括可变增益放大器(VGA)。
发射器可具有放大器模块，所述放大器模块可包括一个或一个以上放大器(例如，驱动器放大器及功率放大器)。放大器模块可支持多重操作模式。每一操作模式可对应于不同的输出功率电平、不同的总增益等。可能需要有效地实施放大器模块的多重操作模式。
发明内容
附图说明
图1展示无线通信装置的框图。
图2展示具有串联输出开关的PA模块的框图。
图3展示具有分路输出开关的PA模块的示范性设计的框图。
图4展示具有两个功率放大器及分路输出开关的PA模块的示范性设计的框图。
图5A及5B分别展示图4中的PA模块在高功率模式及旁路模式中的操作。
图6展示具有并联耦合的多个功率放大器的PA模块的示范性设计的框图。
图7展示功率放大器的示范性设计的示意图。
图8展示开关的示范性设计的示意图。
图9A及8B展示输出电路的示范性设计的框图。
图10展示执行信号放大的过程。
具体实施方式
下文中所阐述的详细描述既定作为对本发明的示范性设计的描述且既定不表示可实践本发明的仅有设计。术语“示范性”在本文中用以意味着“充当实例、例子或说明”。本文中描述为“示范性”的任一设计不必被理解为比其它设计优选或有利。所述详细描述包括特定细节以便实现提供对本发明的示范性设计的透彻理解的目的。所属领域的技术人员将显而易见，可在无这些特定细节的情况下实践本文中所描述的示范性设计。在一些例子中，以框图形式展示众所周知的结构及装置以便避免混淆本文中所呈现的示范性设计的新颖性。
本文描述了具有多重操作模式且具有改善的性能的放大器模块(例如，PA模块)的各种示范性设计。所述放大器模块可用于各种电子装置中，例如无线通信装置、蜂窝式电话、个人数字助理(PDA)、手持型装置、无线调制解调器、膝上型计算机、无绳电话、蓝牙装置、消费型电子装置等。为了清楚起见，下文描述放大器模块在无线通信装置中的使用。
图1展示无线通信系统100的示范性设计的框图。在此示范性设计中，无线装置100包括数据处理器110及收发器120。收发器120包括支持双向无线通信的发射器130及接收器150。一般来说，无线装置100可包括用于任一数目个通信系统及任一数目个频带的任一数目个发射器及任一数目个接收器。
在发射路径中，数据处理器110处理待发射的数据且将模拟输出信号提供到发射器130。在发射器130内，模拟输出信号由放大器(Amp)132放大，由低通滤波器134滤波以移除由数/模转换所产生的映像、由VGA 136放大且由混频器138从基带上变频转换到射频(RF)。经上变频转换的信号由滤波器140滤波，进一步由驱动器放大器142及功率放大器144放大，经由开关/双工器146路由并经由天线148进行发射。
在接收路径中，天线148接收来自基站及/或其它发射器台的信号并提供所接收的信号，所述所接收的信号经由开关/双工器146路由且经提供到接收器150。在接收器150内，所接收的信号由LNA 152放大，由带通滤波器154滤波且由混频器156从RF下变频转换到基带。经下变频转换的信号由VGA 158放大，由低通滤波器160滤波且由放大器162放大以获得模拟输入信号，所述模拟输入信号经提供到数据处理器110。
图1展示实施直接转换架构的发射器130及接收器150，所述直接转换架构在一个级中使信号在RF与基带之间进行频率转换。发射器130及/或接收器150还可实施超外差式架构，所述超外差式架构在多个级中使信号在RF与基带之间进行频率转换。本机振荡器(LO)产生器170产生发射LO信号及接收LO信号并将所述两者分别提供到混频器138及156。锁相回路(PLL)172接收来自数据处理器110的控制信息并将控制信号提供到LO产生器170，以在适当频率下产生发射及接收LO信号。
图1展示示范性收发器设计。一般来说，可由放大器、滤波器、混频器等的一个或一个以上级来执行对在发射器130及接收器150中的信号的调节。这些电路可以不同于图1所展示的配置的方式布置。此外，还可在发射器及接收器中使用图1未展示的其它电路。举例来说，匹配电路可用以匹配图1中的各种有源电路。也可省略图1中的一些电路。收发器120可实施于一个或一个以上模拟集成电路(IC)、RF IC(RFIC)、混合信号IC等上。举例来说，发射器130中的放大器132到功率放大器144可实施于RFIC上。驱动器放大器142及功率放大器144也可实施于在RFIC外部的另一IC上。
数据处理器110可为无线装置100执行各种功能，例如，对所发射的数据与所接收的数据的处理。存储器112可为数据处理器110存储程序代码及数据。数据处理器110可实施于一个或一个以上专用集成电路(ASIC)及/或其它IC上。
如图1所展示，发射器及接收器可包括各种放大器。处于RF的每一放大器可具有输入阻抗匹配及输出阻抗匹配，为了简单起见而未将所述输入阻抗匹配及所述输出阻抗匹配展示于图1中。
图2展示具有串联输出开关的PA模块200的框图。PA模块200可用于图1中的驱动器放大器142及功率放大器144。在PA模块200内，输入匹配电路210接收输入RF信号(RFin)且其输出耦合到驱动器放大器220的输入。驱动器放大器220的输出耦合到开关222及224的一端。开关222的另一端耦合到级间匹配电路230的输入。功率放大器240的输入耦合到级间匹配电路230的输出且其输出耦合到输出匹配电路260的输入。输出匹配电路260包括串联耦合的第一级262、开关266及第二级264。开关224的另一端耦合到第二级264的输入。输出匹配电路260提供输出RF信号(RFout)。
PA模块200支持高功率模式与旁路模式。在高功率模式中，开关222与266闭合，开关224断开，且驱动器放大器220与功率放大器240皆被启用。放大器220及240为RFout信号提供信号放大及高输出功率。匹配电路210为驱动器放大器220执行输入阻抗匹配。匹配电路230执行驱动器放大器220的输出与功率放大器240的输入之间的阻抗匹配。第一级262及第二级264为功率放大器240执行输出阻抗匹配。在旁路模式中，开关222及266断开，开关224闭合，驱动器放大器220被启用且功率放大器240被停用。驱动器放大器220为RFout信号提供信号放大及低到中输出功率。来自驱动器放大器220的经放大的信号经由第二级264路由且提供为RFout信号。第二级264为驱动器放大器220执行输出阻抗匹配。
PA模块200可支持多重操作模式。可选择高功率模式以获得高输出功率，且可选择旁路模式以获得低输出功率或中输出功率。在高功率模式中，功率放大器240被启用且经由阻抗匹配级262及264以及开关266提供其输出。开关266为输出开关，其串联耦合于功率放大器240之后的输出路径中。开关266在接通时具有一些电阻，且此导通电阻在输出路径中造成一些信号/插入损失。此信号损失可为不合需要的，尤其在高输出功率下。
图3展示具有分路输出开关的PA模块300的示范性设计的框图。PA模块300还可用于图1中的驱动器放大器142及功率放大器144。在PA模块300内，输入匹配电路310接收RFin信号且其输出耦合到驱动器放大器320的输入。驱动器放大器320的输出耦合到开关322及324的一端。开关322及324的另一端分别耦合到匹配电路330及332的输入。功率放大器340的输入耦合到匹配电路330的输出且其输出耦合到输出电路360的输入。输出电路360提供RFout信号。开关350的一端耦合到功率放大器340的输出且其另一端耦合到匹配电路332的输出。
可基于通/断控制信号来启用或停用功率放大器340。举例来说，开/关信号可在功率放大器340被启用时接通功率放大器340内的一个或一个以上晶体管，且可在功率放大器340停用时断开所述晶体管。
PA模块300支持高功率模式与旁路模式。在高功率模式中，开关322闭合，开关324及350断开，且驱动器放大器320与功率放大器340皆被启用。放大器320及340为RFout信号提供信号放大及高输出功率。匹配电路310为驱动器放大器320执行输入阻抗匹配。匹配电路330执行驱动器放大器320的输出(Zout_DA)与功率放大器340的输入(Zin_PA)之间的阻抗匹配。输出电路360为功率放大器340执行输出阻抗匹配且可使功率放大器340的低输出阻抗(Zout_PA)与目标输出阻抗(Zout)匹配。举例来说，Zout_PA可为2到4欧姆，且Zout可为50欧姆。
在旁路模式中，开关322断开，开关324及350闭合，驱动器放大器320被启用，且功率放大器340被停用。驱动器放大器320为RFout信号提供信号放大及低到中输出功率。来自驱动器放大器320的经放大的信号经由匹配电路332、开关350及输出电路360路由且提供为RFout信号。匹配电路332执行驱动器放大器320的输出与输出电路360的输入之间的阻抗匹配。输出电路360可经设计以为功率放大器340执行输出阻抗匹配且可具有低输入阻抗。匹配电路332可使驱动器放大器320的中等输出阻抗(例如，20到30欧姆)与输出电路360的低输入阻抗匹配。
PA模块300可支持多重操作模式。可选择高功率模式以获得高输出功率，且可选择旁路模式以获得低输出功率或中输出功率。在高功率模式中，功率放大器340被启用且经由输出电路360提供其输出。在功率放大器340之后的输出路径中不存在串联开关。此情形避免了在输出路径中归因于串联开关的信号损失。串联开关322存在于从驱动器放大器320到功率放大器340的信号路径中。然而，驱动器放大器320的输出处的信号电平可能小于功率放大器340的输出处的信号电平。因此，可忽略归因于开关322的信号损失。分路开关350在高功率模式中断开且使匹配电路332与功率放大器340的输出隔离。
在旁路模式中，驱动器放大器320经由匹配电路332及输出电路360提供其输出。匹配电路332可执行阻抗匹配，使得驱动器放大器320可在高功率模式与旁路模式两者中观测到类似输出阻抗。此外，当再使用输出电路360时匹配电路332允许在旁路模式中进行独立阻抗匹配，所述输出电路360可专为高功率模式设计。分路开关350在旁路模式中闭合且应足够大以便减少旁路模式中的降级。
图4展示具有分路输出开关的PA模块302的示范性设计的框图。PA模块302包括如上文关于图3中的PA模块300所描述般耦合的驱动器放大器320、功率放大器340、匹配电路310、330及332以及开关322及324。PA模块302进一步包括功率放大器342、分路开关350及352以及输出电路362(其替代图3中的输出电路360)。功率放大器342的输入耦合到匹配电路332的输出且其输出耦合到输出电路362的输入。开关350的一端耦合到功率放大器340的输出且其另一端耦合到匹配电路332的输出。类似的，开关352的一端耦合到功率放大器342的输出且其另一端耦合到匹配电路332的输出。输出电路362的两个输入耦合到功率放大器340及342的输出且其输出提供RFout信号。
PA模块302支持高功率模式与旁路模式。在图4所展示的示范性设计中，在高功率模式中通过共同的通/断控制信号使功率放大器340及342皆被启用，且在旁路模式中通过通/断控制信号使功率放大器340及342皆被停用。
图5A展示PA模块302在高功率模式中的操作。在此模式中，开关322闭合，开关324、350及352断开，且驱动器放大器320与功率放大器340及342皆被启用。放大器320、340及342为RFout信号提供信号放大及高输出功率。匹配电路310为驱动器放大器320执行输入阻抗匹配。匹配电路330执行驱动器放大器320的输出与功率放大器340及342的输入之间的阻抗匹配。举例来说，匹配电路330可使驱动器放大器320的中等输出阻抗(例如，20到30欧姆)与功率放大器340及342的低输入阻抗(Zin_PA)匹配。输入阻抗可表达为：
Zin _ PAs = ( Zin _ PA 1 | | Zin _ PA 2 ) = Zin _ PA 1 × Zin _ PA 2 Zin _ PA 1 + Zin _ PA 2 , 等式(1)
其中Zin_PA1为功率放大器340的输入阻抗，
Zin_PA2为功率放大器342的输入阻抗，且
“||”表示并联组合。
输出电路362为功率放大器340及342执行输出阻抗匹配及信号组合。输出电路362为每一功率放大器提供目标输出阻抗(Zout_PAn)，组合所述两个功率放大器的输出，且提供目标输出阻抗(Zout)。输出电路362可如下文所描述实施。
如图5A所展示，在功率放大器340及342之后的输出路径中不存在串联开关。此情形避免了在输出路径中归因于串联开关的信号损失。分路开关350及352在高功率模式中断开且使匹配电路332与功率放大器340及342的输出隔离。
图5B展示PA模块302在旁路模式中的操作。在此模式中，开关322断开，开关324、350及352闭合，驱动器放大器320被启用，且功率放大器340及342被停用。驱动器放大器320为RFout信号提供信号放大及低到中输出功率。来自驱动器放大器320的经放大的信号经由匹配电路332及输出电路362路由且提供为RFout信号。匹配电路332执行驱动器放大器320的输出与输出电路362的两个输入之间的阻抗匹配。输出电路362可经设计以为功率放大器340及342执行输出阻抗匹配且可在两个输入中的每一者处具有低输入阻抗。匹配电路332可使驱动器放大器320的中等输出阻抗(例如，20到30欧姆)与输出电路362的低输入阻抗匹配。尽管为了简单起见而未在图5B中展示，但输出电路362的输入阻抗可取决于功率放大器340及342的负载电感器，即使这些功率放大器在旁路模式中被停用也是如此。
匹配电路332可执行阻抗匹配以使得驱动器放大器320可在高功率模式与旁路模式两者中观测到类似输出阻抗。此外，当再使用输出电路362时匹配电路332允许在旁路模式中进行独立阻抗匹配，所述输出电路362可专为高功率模式设计。分路开关350及352在旁路模式中闭合且应足够大以便减少旁路模式中的降级。
图6展示具有并联耦合的多个(N个)功率放大器的PA模块600的示范性设计，其中N可为任一整数值。PA模块600包括输入匹配电路610、耦合到匹配电路610的输出的驱动器放大器620、一端耦合到驱动器放大器620的输出的开关622及624，以及分别耦合到开关622及624的另一端的匹配电路630及632。N个功率放大器640a到640n的输入耦合到匹配电路630的输出且其输出耦合到输出电路662的N个输入。N个分路开关650a到650n分别用于N个功率放大器640a到640n。每一分路开关650耦合于相关联功率放大器640的输出与匹配电路632的输出之间。匹配电路630执行驱动器放大器620的输出与N个功率放大器640a到640n的输入之间的阻抗匹配。N个功率放大器640的输入阻抗可给定为Zin_PA＝(Zin_PA1||Zin_PA2||...||Zin_PAN)，其中Zin_PAn为第n个功率放大器640的输入阻抗，其中n＝1、……、N。输出电路662为每一功率放大器640执行输出阻抗匹配，组合所述N个功率放大器的输出且提供目标输出阻抗(Zout)。匹配电路632执行驱动器放大器620的输出与输出电路662的N个输入之间的阻抗匹配。
在不需要高输出功率时，图3、4及6中的PA模块允许将功率放大器旁路。可在每一功率放大器的输出处在输出阻抗匹配之前将其旁路。在高功率模式中在功率放大器之后的输出路径中不使用串联开关，所述情形可接着避免归因于开关的导通电阻的信号损失。在无串联开关的情况下，在高功率模式中可实现功率放大器的改善效率。由于最大输出功率下的效率为功率放大器的重要性能量度，故此状况合乎需要。
图7展示功率放大器700的示范性设计的示意图，所述功率放大器700可用于图3、4及6中的功率放大器中的任一者。功率放大器700包括以堆叠耦合的K个N沟道金属氧化物半导体(NMOS)晶体管710a到710k，其中K可为任一整数值。最下面的NMOS晶体管710a的源极耦合到电路接地且其栅极经由AC耦合电容器722接收输入信号(PAin)。堆叠中的每一更高的NMOS晶体管710的源极耦合到堆叠中其下方的另一NMOS晶体管的漏极。最上面的NMOS晶体管710k的漏极提供输出信号(PAout)。负载电感器712耦合于电源(Vdd)与最上面的NMOS晶体管710k的漏极之间且为功率放大器700提供DC偏置电流。负载电感器712可为耦合到功率放大器700的输出电路的部分。NMOS晶体管710a到710k的栅极分别经由K个电阻器720a到720k接收K个偏置电压Vbias1到VbiasK。
偏置产生器730接收通/断控制信号且产生用于NMOS晶体管710a到710k的K个偏置电压。当通/断信号处于第一逻辑电平(例如，‘1’)时，偏置产生器730提供标称偏置电压以接通功率放大器700。当通/断信号处于第二逻辑电平(例如，‘0’)时，偏置产生器730提供低偏置电压以断开功率放大器700。
PAout信号可具有可能超出每一NMOS晶体管710的击穿电压的大电压摆动。可在K个NMOS晶体管710a到710k上大致平均地分割或分散PAout信号的大电压摆动。每一NMOS晶体管710可接着仅观测到一小部分电压摆动，其应小于每一NMOS晶体管的击穿电压以实现高可靠性。通过以深亚微米IC工艺制造且具有低击穿电压的晶体管实施的高频功率放大器可尤为需要使用堆叠晶体管。可选择K个偏置电压Vbias1到VbiasK以提供PAout信号的所要电压分割，(例如)使得每一NMOS晶体管观测到电压摆动的约1/K。
图7展示功率放大器的示范性设计，所述功率放大器还可以其它方式实施。举例来说，功率放大器可通过其它类型的晶体管或其它电路拓扑等来实施。图7所展示的示范性设计还可用于图3、4及6中的驱动器放大器中的任一者。对于驱动器放大器与功率放大器来说，堆叠NMOS晶体管的数量、晶体管大小、负载电感器、偏置电压及/或其它电路特性可不同。
图8展示开关800的示意图，所述开关800可用于图3、4及6中的分路开关中的任一者。在开关800内，M个NMOS晶体管810a到810m以堆叠耦合，其中M可为任一整数值。每一NMOS晶体管810(除了最下面的NMOS晶体管810a以外)的源极耦合到堆叠中的下一NMOS晶体管的漏极。最上面的NMOS晶体管810m的漏极接收输入信号(Vin)，且最下面的NMOS晶体管810a的源极提供输出信号(Vout)。每一NMOS晶体管810可以对称结构实施，且每一NMOS晶体管的源极与漏极可为可互换的。M个电阻器820a到820k的一端耦合到节点A且其另一端分别耦合到NMOS晶体管810a到810k的栅极。模式控制信号(Mode)经提供到节点A。
电阻器820a到820m可具有相对较大的电阻(例如，处于千欧姆范围中)。当NMOS晶体管810接通时，电阻器820可通过在经由每一NMOS晶体管的栅极到源极电容与栅极到漏极电容的泄漏路径中向Vin信号呈现大电阻来减少信号损失。当NMOS晶体管810断开时，电阻器820可有助于在堆叠中的M个NMOS晶体管810上大致均匀地分散Vin信号的电压摆动。NMOS晶体管810可经设计成具有足够大的大小，以便在开关800接通时减小导通电阻。
图8展示开关的示范性设计，所述开关还可以其它方式实施。举例来说，开关可通过其它类型的晶体管或以其它电路拓扑等来实施。开关还可通过微机电系统(MEMS)来实施。
图9A展示输出电路900的示范性设计的框图，所述输出电路900可用于图4中的输出电路362或图6中的输出电路662。在图9A所展示的示范性设计中，输出电路900包括N个输入级910a到910n及一输出级920，其中N可为任一整数值。每一输入级910的输入接收来自相关联功率放大器的PAout信号且其输出耦合到节点B。输出级920的输入耦合到节点B且其输出提供RFout信号。
在一示范性设计中，每一输入级910执行相关联功率放大器的输出阻抗(Zout_PAn)与目标输出阻抗(Zout)之间的阻抗匹配。节点B处的目标中间阻抗(Zint)可接着表达为Zint＝Zout/N。输入级910a到910n可取决于耦合到输入级的功率放大器的目标输出阻抗而具有相同或不同的输入阻抗。输出级920执行节点B处的目标中间阻抗与目标输出阻抗之间的阻抗匹配。
图9B展示输出电路950的示范性设计的框图，所述输出电路950还可用于图4中的输出电路362或图6中的输出电路662。在图9B所展示的示范性设计中，输出电路950包括N个匹配电路960a到960n。每一匹配电路960的输入接收来自相关联功率放大器的PAout信号且其输出耦合到节点C。节点C提供RFout信号。
在一示范性设计中，每一匹配电路960执行相关联功率放大器的输出阻抗(Zout_PAn)与高输出阻抗Zo＝N×Zout之间的阻抗匹配。匹配电路960a到960n可取决于耦合到匹配电路960的功率放大器的目标输出阻抗而具有相同或不同的输入阻抗。由于匹配电路960并联耦合，因此目标输出阻抗可给定为Zout＝Zo/N。
匹配电路或匹配级可通过各种拓扑来实施。举例来说，匹配电路或匹配级可通过以下各项来实施：(i)在输入与电路接地之间的分路电容器及在输入与输出之间的串联电感器，(ii)在输入与电路接地之间的分路电感器及在输入与输出之间的串联电容器，(iii)在输入与输出之间的串联电感器及在输出与电路接地之间的分路电容器，(iv)在输入与电路接地之间的分路电容器、在输入与输出之间的串联电感器及在输出与电路接地之间的另一分路电容器，或(v)某一其它电路拓扑。匹配电路或匹配级还可通过任一数目个区段来实施，且每一区段可如上文所描述实施。匹配电路或匹配级可为固定的且可具有标称输入阻抗及标称输出阻抗。匹配电路或匹配级还可为可调谐的，且可包括至少一个电抗组件(例如，电容器)，其可经改变以调整阻抗匹配。
在一示范性设计中，一设备可包含第一放大器、第一开关及输出电路，例如，如图3中所展示。在第一模式(例如，高功率模式)中，第一放大器(例如，功率放大器340)可接收并放大输入信号且提供经放大的信号。第一开关(例如，开关350)可耦合到第一放大器的输出且可在第二模式(例如，旁路模式)中将所述第一放大器旁路并提供旁路信号。输出电路(例如，输出电路360)可耦合到第一放大器及第一开关。在第一模式中，输出电路可为第一放大器执行输出阻抗匹配。输出电路还可进行以下操作：(i)在第一模式中接收经放大的信号且提供输出信号，及(ii)在第二模式中接收旁路信号且提供输出信号。第一放大器可包含可在第一模式中被启用且在第二模式中被停用的功率放大器。
在一示范性设计中，所述设备可进一步包含第一及第二匹配电路，例如，如图3中所展示。第一匹配电路(例如，匹配电路330)可耦合到第一放大器的输入且可在第一模式中为所述第一放大器执行输入阻抗匹配。第二匹配电路(例如，匹配电路332)可耦合到第一开关且可在第二模式中执行阻抗匹配。在一示范性设计中，所述设备可进一步包含第二放大器以及第二及第三开关，例如，如图3中还展示。第二放大器(例如，驱动器放大器320)可接收并放大第二输入信号且提供第二经放大的信号。第二开关可耦合于第二放大器与第一匹配电路之间且可在第一模式中将第二经放大的信号路由到所述第一匹配电路。第三开关可耦合于第二放大器与第二匹配电路之间且可在第二模式中将第二经放大的信号路由到所述第二匹配电路。第二放大器可在第一模式中从第一匹配电路观测到目标输出阻抗且在第二模式中从第二匹配电路观测到目标输出阻抗。在第一模式中，第一及第二放大器可被启用。在第二模式中，第一放大器可被停用且第二放大器可被启用。
在一示范性设计中，所述设备可进一步包含第二放大器及第二开关，例如，如图4中所展示。在第一模式中，第二放大器(例如，功率放大器342)可接收并放大输入信号且提供第二经放大的信号。第二开关(例如，开关352)可耦合到第二放大器的输出且可在第二模式中将所述第二放大器旁路并提供旁路信号。输出电路(例如，输出电路362)可进一步耦合到第二放大器及第二开关。在第一模式中，输出电路可为第一及第二放大器执行输出阻抗匹配及信号组合。在第一模式中，输出电路可接收两个经放大的信号且提供输出信号。在第二模式中，输出电路可接收旁路信号且提供输出信号。第一及第二放大器可在第一模式中被启用且可在第二模式中被停用。
在一示范性设计中，所述设备可进一步包含第一及第二匹配电路，例如，如图4中所展示。第一匹配电路(例如，匹配电路330)可耦合到第一及第二放大器的输入且可在第一模式中为所述第一及所述第二放大器执行输入阻抗匹配。第二匹配电路(例如，匹配电路332)可耦合到第一及第二开关且可在第二模式中执行阻抗匹配。所述设备可进一步包含第三放大器以及第三及第四开关，例如，如图4中还展示。第三放大器(例如，驱动器放大器320)可接收并放大第二输入信号且提供第三经放大的信号。第三开关(例如，开关322)可耦合于第三放大器与第一匹配电路之间且可在第一模式中将第三经放大的信号路由到所述第一匹配电路。第四开关(例如，开关324)可耦合于第三放大器与第二匹配电路之间且可在第二模式中将第三经放大的信号路由到所述第二匹配电路。
在一示范性设计中，输出电路可包含第一及第二输入级以及一输出级，例如，如图9A中所展示。第一输入级(例如，输入级910a)可耦合到第一放大器的输出且可为所述第一放大器执行输出阻抗匹配。第二输入级(例如，输入级910n)可耦合到第二放大器的输出且可为所述第二放大器执行输出阻抗匹配。输出级(例如，输出级920)可耦合到第一及第二输入级且可执行从目标中间阻抗(Zint)到目标输出阻抗(Zout)的阻抗匹配。目标中间阻抗可等于目标输出阻抗除以N，其中N可为耦合到输出电路的放大器的数目。
在一示范性设计中，第一放大器可包含以堆叠耦合的多个MOS晶体管，例如，如图7中所展示。所述MOS晶体管中的一者可接收输入信号，且所述MOS晶体管中的另一者可提供经放大的信号。
在一示范性设计中，第一开关可包含以堆叠耦合的多个MOS晶体管，例如，如图8中所展示。多个电阻器可耦合到所述多个MOS晶体管且可接收控制信号以断开或闭合开关。
在另一示范性设计中，集成电路可包含功率放大器、第一开关及输出电路，例如，如图3中所展示。在第一模式中，功率放大器(例如，功率放大器340)可接收并放大输入信号且提供经放大的信号。第一开关(例如，开关350)可耦合到功率放大器的输出且可在第二模式中将功率放大器旁路并提供旁路信号。输出电路(例如，输出电路360)可耦合到功率放大器及第一开关。在第一模式中，输出电路可为功率放大器执行输出阻抗匹配。输出电路可进行以下操作：(i)在第一模式中接收经放大的信号且提供输出信号，及(ii)在第二模式中接收旁路信号且提供输出信号。
在一示范性设计中，集成电路可进一步包含第一及第二匹配电路，例如，如图3中所展示。第一匹配电路(例如，匹配电路330)可耦合到功率放大器的输入且可在第一模式中为所述功率放大器执行输入阻抗匹配。第二匹配电路可耦合到第一开关且可在第二模式中执行阻抗匹配。集成电路可进一步包含驱动器放大器以及第二及第三开关。驱动器放大器(例如，驱动器放大器320)可接收并放大第二输入信号且提供第二经放大的信号。第二开关(例如，开关322)可耦合于驱动器放大器与第一匹配电路之间且可在第一模式中将第二经放大的信号路由到所述第一匹配电路。第三开关(例如，开关324)可耦合于驱动器放大器与第二匹配电路之间且可在第二模式中将第二经放大的信号路由到所述第二匹配电路。
在一示范性设计中，集成电路可进一步包含第二功率放大器及第二开关，例如，如图4中所展示。在第一模式中，第二功率放大器(例如，功率放大器342)可接收并放大输入信号且提供第二经放大的信号。第二开关(例如，开关352)可耦合到第二功率放大器的输出且可在第二模式中将所述第二功率放大器旁路并提供旁路信号。输出电路(例如，输出电路362)可进一步耦合到第二功率放大器及第二开关。在第一模式中，输出电路可为两个功率放大器执行输出阻抗匹配及信号组合。输出电路可进行以下操作：(i)在第一模式中接收两个经放大的信号且提供输出信号及(ii)在第二模式中接收旁路信号且提供输出信号。
在一示范性设计中，输出电路可包含第一及第二输入级以及一输出级，例如，如图9A中所展示。第一输入级(例如，输入级910a)可耦合到功率放大器的输出且可为所述功率放大器执行输出阻抗匹配。第二输入级(例如，输入级910n)可耦合到第二功率放大器的输出且可为所述第二功率放大器执行输出阻抗匹配。输出级(例如，输出级920)可耦合到第一及第二输入级且可执行从目标中间阻抗(Zint)到目标输出阻抗(Zout)的阻抗匹配。
图10展示执行信号放大的过程1000的示范性设计。可在第一模式中通过放大器(例如，功率放大器)放大输入信号以获得经放大的信号(框1012)。可在第二模式中通过耦合到放大器的输出的开关将所述放大器旁路，且可经由所述开关提供旁路信号(框1014)。可在第一模式中通过输出电路为所述放大器执行输出阻抗匹配(框1016)。输出电路可在第一模式中基于经放大的信号且在第二模式中基于旁路信号来提供输出信号(框1018)。
在一示范性设计中，可在第一模式中通过第一匹配电路为所述放大器执行输入阻抗匹配。还可在第二模式中通过耦合到开关的第二匹配电路来执行阻抗匹配。在一示范性设计中，可通过第二放大器(例如，驱动器放大器)放大第二输入信号以获得第二经放大的信号。第二经放大的信号可在第一模式中经路由到第一匹配电路且在第二模式中经路由到第二匹配电路。
在一示范性设计中，可在第一模式中通过第二放大器(例如，另一功率放大器)放大所述输入信号以获得第二经放大的信号。在第二模式中可通过耦合到第二放大器的输出的第二开关将所述第二放大器旁路，且可经由所述第二开关提供旁路信号。可在第一模式中通过输出电路为第二放大器执行输出阻抗匹配。输出电路可在第一模式中基于两个经放大的信号来提供输出信号。
本文中所描述的放大器模块可实施于IC、模拟IC、RFIC、混合信号IC、ASIC、印刷电路板(PCB)、电子装置等上。放大器模块还可用例如以下各项的各种IC工艺技术来制造：互补金属氧化物半导体(CMOS)、NMOS、P沟道MOS(PMOS)、双极结型晶体管(BJT)、双极CMOS(BiCMOS)、硅锗(SiGe)、砷化镓(GaAs)、异质结型双极晶体管(HBT)、高电子迁移率晶体管(HEMT)、绝缘体上硅(SOI)等。
实施本文所描述的放大器模块的设备可为独立装置或可为较大装置的部分。装置可为(i)独立IC、(ii)可包括用于存储数据及/或指令的存储器IC的一个或一个以上IC的集合、(iii)例如RF接收器(RFR)或RF发射器/接收器(RTR)的RFIC、(iv)例如移动台调制解调器(MSM)的ASIC、(v)可嵌入于其它装置内的模块、(vi)接收器、蜂窝式电话、无线装置、手持机或移动单元、(vii)等。
在一个或一个以上示范性设计中，可在硬件、软件、固件或其任一组合中实施所描述的功能。如果在软件中加以实施，则可将所述功能作为一个或一个以上指令或代码存储于计算机可读媒体上或经由计算机可读媒体进行传输。计算机可读媒体包括计算机存储媒体及通信媒体两者，通信媒体包括促进计算机程序从一处传送到另一处的任一媒体。存储媒体可为可由计算机存取的任一可用媒体。通过实例而非限制，这些计算机可读媒体可包含RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储装置、磁盘存储装置或其它磁性存储装置，或可用以载运或存储呈指令或数据结构形式的所要程序代码且可由计算机存取的任一其它媒体。又，将任一连接适当地称为计算机可读媒体。举例来说，如果使用同轴电缆、光纤缆线、双绞线、数字订户线(DSL)或无线技术(例如，红外线、无线电及微波)而从网站、服务器或其它远程源传输软件，则同轴电缆、光缆、双绞线、DSL或无线技术(例如，红外线、无线电及微波)包括于媒体的定义中。如本文中所使用，磁盘及光盘包括压缩光盘(CD)、激光光盘、光学光盘、数字通用光盘(DVD)、软性磁盘及蓝光光盘，其中磁盘通常以磁性方式再现数据，而光盘通过激光以光学方式再现数据。以上各者的组合也应包括于计算机可读媒体的范围内。
提供本发明的先前描述以使任一所属领域的技术人员能够制造或使用本发明。对本发明的各种修改对于所属领域的技术人员将显而易见，且在不脱离本发明的范围的情况下，本文中所定义的一般原理可应用于其它变体。因此，本发明既定不限于本文中所描述的实例及设计，而应被赋予与本文所揭示的原理及新颖特征一致的最广范围。

Claims (25)

1.一种设备，其包含：
放大器，其用以在第一模式中接收并放大输入信号且提供经放大的信号；
开关，其耦合到所述放大器的输出且用以在第二模式中将所述放大器旁路并提供旁路信号；及
输出电路，其耦合到所述放大器及所述开关，所述输出电路在所述第一模式中为所述放大器执行输出阻抗匹配，在所述第一模式中接收所述经放大的信号并提供输出信号，且在所述第二模式中接收所述旁路信号并提供所述输出信号。
2.根据权利要求1所述的设备，所述放大器包含功率放大器，所述功率放大器在所述第一模式中被启用且在所述第二模式中被停用。
3.根据权利要求1所述的设备，其进一步包含：
第一匹配电路，其耦合到所述放大器的输入且用以在所述第一模式中为所述放大器执行输入阻抗匹配；及
第二匹配电路，其耦合到所述开关且用以在所述第二模式中执行阻抗匹配。
4.根据权利要求3所述的设备，其进一步包含：
第二放大器，其用以接收并放大第二输入信号且提供第二经放大的信号；
第二开关，其耦合于所述第二放大器与所述第一匹配电路之间，所述第二开关在所述第一模式中将所述第二经放大的信号路由到所述第一匹配电路；及
第三开关，其耦合于所述第二放大器与所述第二匹配电路之间，所述第三开关在所述第二模式中将所述第二经放大的信号路由到所述第二匹配电路。
5.根据权利要求4所述的设备，在所述第一模式中所述放大器及所述第二放大器被启用，且在所述第二模式中所述放大器被停用且所述第二放大器被启用。
6.根据权利要求4所述的设备，所述第二放大器在所述第一模式中从所述第一匹配电路观测到目标输出阻抗且在所述第二模式中从所述第二匹配电路观测到所述目标输出阻抗。
7.根据权利要求1所述的设备，其进一步包含：
第二放大器，其用以在所述第一模式中接收并放大所述输入信号且提供第二经放大的信号；及
第二开关，其耦合到所述第二放大器的输出且用以在所述第二模式中将所述第二放大器旁路并提供所述旁路信号，且
所述输出电路进一步耦合到所述第二放大器及所述第二开关，所述输出电路在所述第一模式中为所述放大器及所述第二放大器执行输出阻抗匹配及信号组合，在所述第一模式中接收所述经放大的信号及所述第二经放大的信号并提供所述输出信号，且在所述第二模式中接收所述旁路信号并提供所述输出信号。
8.根据权利要求7所述的设备，所述放大器及所述第二放大器在所述第一模式中被启用且在所述第二模式中被停用。
9.根据权利要求7所述的设备，所述输出电路包含
第一输入级，其耦合到所述放大器的所述输出，
第二输入级，其耦合到所述第二放大器的所述输出，及
输出级，其耦合到所述第一输入级及所述第二输入级。
10.根据权利要求9所述的设备，所述第一输入级为所述放大器执行输出阻抗匹配，所述第二输入级为所述第二放大器执行输出阻抗匹配，且所述输出级执行从目标中间阻抗到目标输出阻抗的阻抗匹配。
11.根据权利要求10所述的设备，所述目标中间阻抗等于所述目标输出阻抗除以N，其中N为耦合到所述输出电路的放大器的数目。
12.根据权利要求7所述的设备，其进一步包含：
第一匹配电路，其耦合到所述放大器及所述第二放大器的输入且用以在所述第一模式中为所述放大器及所述第二放大器执行输入阻抗匹配；及
第二匹配电路，其耦合到所述开关及所述第二开关且用以在所述第二模式中执行阻抗匹配。
13.根据权利要求12所述的设备，其进一步包含：
第三放大器，其用以接收并放大第二输入信号且提供第三经放大的信号；
第三开关，其耦合于所述第三放大器与所述第一匹配电路之间，所述第三开关在所述第一模式中将所述第三经放大的信号路由到所述第一匹配电路；及
第四开关，其耦合于所述第三放大器与所述第二匹配电路之间，所述第四开关在所述第二模式中将所述第三经放大的信号路由到所述第二匹配电路。
14.根据权利要求1所述的设备，所述放大器包含
多个金属氧化物半导体MOS晶体管，所述多个MOS晶体管以堆叠耦合，所述多个MOS晶体管中的一者接收所述输入信号且所述多个MOS晶体管中的另一者提供所述经放大的信号。
15.根据权利要求1所述的设备，所述开关包含
多个金属氧化物半导体MOS晶体管，所述多个MOS晶体管以堆叠耦合，及
多个电阻器，其耦合到所述多个MOS晶体管且用以接收控制信号以断开或闭合所述开关。
16.一种集成电路，其包含：
功率放大器，其用以在第一模式中接收并放大输入信号且提供经放大的信号；
开关，其耦合到所述功率放大器的输出且用以在第二模式中将所述功率放大器旁路并提供旁路信号；及
输出电路，其耦合到所述功率放大器及所述开关，所述输出电路在所述第一模式中为所述功率放大器执行输出阻抗匹配，在所述第一模式中接收所述经放大的信号并提供输出信号，且在所述第二模式中接收所述旁路信号并提供所述输出信号。
17.根据权利要求16所述的集成电路，其进一步包含：
第一匹配电路，其耦合到所述功率放大器的输入且用以在所述第一模式中为所述功率放大器执行输入阻抗匹配；及
第二匹配电路，其耦合到所述开关且用以在所述第二模式中执行阻抗匹配。
18.根据权利要求17所述的集成电路，其进一步包含：
驱动器放大器，其用以接收并放大第二输入信号且提供第二经放大的信号；
第二开关，其耦合于所述驱动器放大器与所述第一匹配电路之间，所述第二开关在所述第一模式中将所述第二经放大的信号路由到所述第一匹配电路；及
第三开关，其耦合于所述驱动器放大器与所述第二匹配电路之间，所述第三开关在所述第二模式中将所述第二经放大的信号路由到所述第二匹配电路。
19.根据权利要求16所述的集成电路，其进一步包含：
第二功率放大器，其用以在所述第一模式中接收并放大所述输入信号且提供第二经放大的信号；及
第二开关，其耦合到所述第二功率放大器的输出且用以在所述第二模式中将所述第二功率放大器旁路并提供所述旁路信号，且
所述输出电路进一步耦合到所述第二功率放大器及所述第二开关，所述输出电路在所述第一模式中为所述功率放大器及所述第二功率放大器执行输出阻抗匹配及信号组合，在所述第一模式中接收所述经放大的信号及所述第二经放大的信号并提供所述输出信号，且在所述第二模式中接收所述旁路信号并提供所述输出信号。
20.根据权利要求19所述的集成电路，所述输出电路包含
第一输入级，其耦合到所述功率放大器的所述输出且用以为所述功率放大器执行输出阻抗匹配，
第二输入级，其耦合到所述第二功率放大器的所述输出且用以为所述第二功率放大器执行输出阻抗匹配，及
输出级，其耦合到所述第一输入级及所述第二输入级且用以执行从目标中间阻抗到目标输出阻抗的阻抗匹配。
21.一种执行信号放大的方法，其包含：
在第一模式中，通过放大器放大输入信号以获得经放大的信号；
在第二模式中，通过耦合到所述放大器的输出的开关将所述放大器旁路且经由所述开关提供旁路信号；
在所述第一模式中，通过输出电路为所述放大器执行输出阻抗匹配；及
在所述第一模式中基于所述经放大的信号且在所述第二模式中基于所述旁路信号来提供输出信号。
22.根据权利要求21所述的方法，其进一步包含：
在所述第一模式中，通过第一匹配电路为所述放大器执行输入阻抗匹配；及
在所述第二模式中，通过耦合到所述开关的第二匹配电路执行阻抗匹配。
23.根据权利要求22所述的方法，其进一步包含：
通过第二放大器放大第二输入信号以获得第二经放大的信号；及
在所述第一模式中将所述第二经放大的信号路由到所述第一匹配电路且在所述第二模式中将所述第二经放大的信号路由到所述第二匹配电路。
24.根据权利要求21所述的方法，其进一步包含：
在所述第一模式中，通过第二放大器放大所述输入信号以获得第二经放大的信号；
在所述第二模式中，通过耦合到所述第二放大器的输出的第二开关将所述第二放大器旁路且经由所述第二开关提供所述旁路信号；
在所述第一模式中，通过所述输出电路为所述第二放大器执行输出阻抗匹配；及
在所述第一模式中，基于所述经放大的信号及所述第二经放大的信号提供所述输出信号。
25.一种设备，其包含：
用于在第一模式中放大输入信号以获得经放大的信号的装置；
用于在第二模式中将所述用于放大的装置旁路且提供旁路信号的装置；
用于在所述第一模式中为所述用于放大的装置执行输出阻抗匹配的装置；及
用于在所述第一模式中基于所述经放大的信号且在所述第二模式中基于所述旁路信号来提供输出信号的装置。
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