CN103650337B - 用于偏置功率放大器的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

公开一种用于偏置功率放大器的装置和方法。在一个实施例中，偏置功率放大器的方法包括：使用时间依赖信号发生器整形使能信号以生成控制电流；使用电流放大器放大所述控制电流以生成校正电流；以及使用主偏置电路生成用于功率放大器的偏置电流。所述主偏置电路被配置为使用校正电流以校正当使能功率放大器时功率放大器的增益的变化。

Description

用于偏置功率放大器的装置和方法
技术领域
本发明的实施例涉及一种电子系统，并且具体地，涉及一种射频（RF）电子器件。
背景技术
RF功率放大器可以用于提升具有相对低功率的RF信号的功率。其后，提升后的RF信号可以用于各种目的，包括驱动发射器的天线。
可以在移动电话中包括功率放大器以放大RF信号用于传送。例如，在使用无线局域网（WLAN）协议和/或任何适当的通信标准通信的移动电话中，功率放大器可以用于放大RF信号。管理RF信号的放大可以是重要的，因为将RF信号放大到不正确的功率电平可能使得无线设备带外传送。
存在对改进功率放大器系统的需要。此外，存在改进功率放大器偏置的需要。
发明内容
在某些实施例中，本公开涉及功率放大器系统，该功率放大器系统包括被配置为放大射频（RF）信号的功率放大器和用于偏置功率放大器的偏置块。所述偏置块包括：时间依赖信号发生器，配置为对所述功率放大器的使能信号整形以生成控制电流；电流放大器，配置为放大所述控制电流以生成校正电流；以及主偏置电路，配置为至少部分基于所述校正电流生成用于所述功率放大器的偏置电流。偏置电流被配置为校正当使能所述功率放大器时所述功率放大器的增益的变化。
在若干实施例中，时间依赖信号发生器包括电阻器-电容器（RC）网络。根据许多实施例，RC网络包括在电流放大器和被配置为接收使能信号的偏置电路的输入之间串联电连接的第一电阻器和第一电容器。在若干实施例中，RC网络还包括第二电阻器，所述第二电阻器具有电连接到电流镜的输入的第一端，以及电连接到被配置为接收使能信号的偏置电路的输入的第二端。
根据某些实施例，第二电阻器具有在大约10kΩ和大约100kΩ之间的范围内的电阻，第一电容器具有在大约10pF和大约100pF之间的范围内的电容，并且第一电阻器具有在大约10kΩ和大约100kΩ之间的范围内的电阻。
在许多实施例中，电流放大器包括电流镜。在若干实施例中，电流镜包括第一双极晶体管和第二双极晶体管，所述第一双极晶体管包括电连接到所述第二双极晶体管的发射极和电力低电压的发射极，以及电连接到所述第一双极晶体管的基极和所述第二双极晶体管的基极的集电极，所述第一双极晶体管的集电极被配置为接收所述控制电流的至少部分。在某些实施例中，电流镜还包括电阻器、第三双极晶体管和第四双极晶体管，所述第三双极晶体管包含电连接到所述第四双极晶体管的发射极和所述电力低电压的发射极，以及电连接到所述电阻器的第一端、所述第二双极晶体管的集电极、所述第三双极晶体管的基极和所述第四双极晶体管的基极的集电极，所述第四双极晶体管的集电极被配置为生成补偿电流。在若干实施例中，所述电阻器还包括被配置为接收所述使能信号的第二端。
根据某些实施例，功率放大器系统还包括用于向所述功率放大器提供RF信号的收发器。
在许多实施例中，功率放大器包括具有发射极、基极和集电极的双极晶体管，所述基极被配置为接收所述RF信号和所述偏置电流。在某些实施例中，所述发射极电连接到电力低电压，并且所述集电极被配置为生成所述RF信号的放大后的版本。
在若干实施例中，主偏置电路包括第一电阻器、第二电阻器、第一双极晶体管和第二双极晶体管，所述第一电阻器包括在被配置为接收所述校正电流的节点电连接到所述第一双极晶体管的发射极的第一端，以及在被配置为接收所述使能信号的偏置电流的节点电连接到所述第二电阻器的第一端的第二端，所述第二电阻器包括电连接到所述第一双极晶体管的集电极、所述第一双极晶体管的基极以及所述第二双极晶体管的基极的第二端。根据某些实施例，第二双极晶体管包括电连接到电池电压的集电极和被配置为生成所述偏置电流的发射极。在许多实施例中，主偏置电路还包括第三双极晶体管，所述第三双极晶体管具有电连接到所述电力低电压的发射极，以及电连接到所述第一双极晶体管的发射极的基极和集电极。
在某些实施例中，本公开涉及偏置功率放大器的方法。所述方法包括：用时间依赖信号发生器对使能信号整形以生成控制电流；使用电流放大器放大所述控制电流以生成校正电流；以及使用主偏置电路生成用于功率放大器的偏置电流，所述主偏置电路被配置为使用所述校正电流以校正当使能所述功率放大器时所述功率放大器的增益的变化。
在许多实施例中，对所述使能信号整形包括使用所述时间依赖信号发生器的电阻器-电容器（RC）网络。在某些实施例中，所述RC网络包括串联电连接的第一电阻器和第一电容器，所述RC网络被配置为接收所述使能信号并生成所述控制电流。
在若干实施例中，放大所述控制电流还包括使用所述电流放大器的电流镜放大所述控制电流。
根据许多实施例，生成所述偏置电流包括对所述偏置电流整形以补偿异质结双极晶体管（HBT）的增益变化。
在某些实施例中，本公开涉及用于偏置功率放大器的偏置电路。所述偏置电路包括：时间依赖信号发生器，配置为对所述功率放大器的使能信号整形以生成控制电流；电流放大器，配置为放大所述控制电流以生成校正电流；以及主偏置块，配置为至少部分基于所述校正电流生成用于所述功率放大器的偏置电流，所述偏置电流被配置为校正当使能所述功率放大器时所述功率放大器的增益的变化。
在若干实施例中，时间依赖信号发生器包括电阻器-电容器（RC）网络。在许多实施例中，RC网络包括串联电连接在所述电流放大器和被配置为接收所述使能信号的所述偏置电流的输入之间的第一电阻器和第一电容器。
根据某些实施例，所述电流放大器包括电流镜。
在若干实施例中，所述主偏置块包括第一电阻器、第二电阻器、第一双极晶体管和第二双极晶体管，所述第一电阻器包括在被配置为接收所述校正电流的节点电连接到所述第一双极晶体管的发射极的第一端，以及在被配置为接收所述使能信号的偏置电流的节点电连接到所述第二电阻器的第一端的第二端，所述第二电阻器包括电连接到所述第一双极晶体管的集电极、所述第一双极晶体管的基极和所述第二双极晶体管的基极的第二端。在许多实施例中，所述第二双极晶体管包括电连接到电池电压的集电极和被配置为生成所述偏置电流的发射极。
附图说明
图1是用于放大射频（RF）信号的功率放大器模块的示意图。
图2是可以包括图1的功率放大器中的一个或多个的示例无线设备的示意框图。
图3A是功率放大器系统的一个示例的示意框图。
图3B是功率放大器系统的另一示例的示意框图。
图4是根据一个实施例的包括功率放大器偏置块的功率放大器系统的一个示例的示意框图。
图5是根据一个实施例的功率放大器偏置块的电流图。
图6是集电极电流相对于时间的一个示例的曲线图。
图7A是动态误差向量幅度（EVM）相对于输出功率的一个示例的曲线图
图7B是动态EVM相对于输出功率的另一示例的曲线图。
图8是图示根据一个实施例的用于偏置功率放大器的方法的流程图。
图9是根据一个实施例的时间依赖信号发生器的电流图。
图10A是封装的功率放大器模块的一个示例的示意图。
图10B是沿线10B-10B做出的图10A的封装的功率放大器模块的横截面的示意图。
具体实施方式
这里提供的标题（如果有的话）仅为了方便而不一定影响要求保护的发明的范围或含义。
这里公开一种偏置功率放大器的装置和方法。在某些实现方式中，提供功率放大器和功率放大器偏置块。所述功率放大器可以用于放大射频（RF）信号用于传送，并且所述功率放大器偏置块可以用于偏置功率放大器。功率放大器偏置块可以接收可以用于使能或禁用功率放大器的使能信号，以脉冲地传送功率放大器的输出。
在某些实现方式中，功率放大器偏置块包括主偏置电路以及包括时间依赖信号发生器和电流放大器的增益校正块。时间依赖信号发生器或控制块可以用于将使能信号整形以生成控制电流，可以由电流放大器放大所述控制电流以生成校正电流。功率放大器偏置块可以使用主偏置电路和校正电流生成用于功率放大器的偏置电流。校正电流可以用于调整偏置电流的大小，以补偿当功率放大器从禁用状态转变为使能状态时功率放大器的增益随时间的变化。例如，在使能功率放大器之后不久，由于热效应，在没有补偿的情况下主偏置电路的电流可能缓慢上升，并且功率放大器的增益可能为低。通过包括时间依赖信号发生器和电流放大器，可以向功率放大器提供电流提升（boost）以向功率放大器提供相对于时间基本上平坦的增益响应。校正功率放大器的增益变化可以改进功率放大器的性能，例如，包括功率放大器的动态误差向量幅度（EVM）。
功率放大器系统的概述
图1是用于放大射频（RF）信号的功率放大器模块10的示意图。图示的功率放大器模块（PAM）10可以被配置为放大RF信号RF_IN以生成放大的RF信号RF_OUT。如这里描述的，功率放大器模块10可以包括一个或多个功率放大器，例如，包括多级功率放大器。
图2是可以包括图1的功率放大器模块中的一个或多个的示例无线或移动设备11的示意框图。无线设备11可以包括实现本公开的一个或多个特征的功率放大器偏置电路。
图2中描绘的示例无线设备11可以表示诸如多频带/多模式移动电话的多频带和/或多模式设备。在某些实施例中，无线设备11可以包括开关12、收发器13、天线14、功率放大器17、控制组件18、计算机可读介质19、处理器20和电池21。
收发器13可以生成用于经由天线14传送的RF信号。此外，收发器13可以接收来自天线14的到来RF信号。
将理解，可以由在图2中共同表示为收发器13的一个或多个组件实现与RF信号的传送和接收相关联的各种功能。例如单个组件可以被配置为提供传送和接收功能。在另一示例中，可以由分开的组件提供传送和接收功能。
类似地，将理解，可以由在图2中共同表示为天线14的一个或多个组件实现与RF信号的传送和接收相关联的各种天线功能。例如，单个天线可以被配置为提供传送和接收功能两者。在另一示例中，可以由分开的天线提供传送和接收功能。在再一示例中，可以向与无线设备11相关联的不同频带提供不同天线。
图2中，来自收发器13的一个或多个输出信号被描绘为经由一个或多个传送路径15向天线14提供。在所示示例中，不同传送路径15可以表示与不同频带和/或不同功率输出相关联的输出路径。例如，所示两个示例功率放大器17可以表示与不同功率输出配置（例如，低功率输出和高功率输出）相关联的放大，和/或与不同频带相关联的放大。虽然图2图示了使用两个传送路径15的配置，但是无线设备11可以被适配为包括更多或更少的传送路径15。
功率放大器17可以用于放大各种RF信号。例如，功率放大器17中的一个或多个可以接收可以用于脉冲地传送功率放大器的输出以帮助传送无线局域网（WLAN）信号或任何其他适当的脉冲信号的使能信号。功率放大器17中的每一个不需要放大相同类型的信号。例如，一个功率放大器可以放大WLAN信号，而另一功率放大器可以放大例如全球移动通信系统（GSM）信号、码分多址（CDMA）信号、W-CDMA信号、长期演进（LTE）信号或EDGE信号。
本公开的一个或多个特征可以在上述示例模式和/或频带中以及在其他通信标准中实现。
图2中，来自天线14的一个或多个检测到的信号被描绘为经由一个或多个接收路径16向收发器13提供。在所示示例中，不同接收路径16可以表示与不同频带相关联的路径。虽然图2图示使用四个接收路径16的配置，但是无线设备11可以被适配为包括更多或更少的接收路径16。
为了有助于在接收和传送路径之间切换，开关12可以被配置为将天线14电连接到所选择的传送或接收路径。因此，开关12可以提供与无线设备11的操作相关联的多个切换功能。在某些实施例中，开关12可以包括多个开关，其被配置为提供例如与不同频带之间的切换、不同功率模式之间的切换、传送和接收模式之间的切换或其某些组合相关联的功能。开关12还可以被配置为提供额外功能，包括信号的滤波和/或双工工作。
图2示出在某些实施例中，可以提供控制组件18用于控制与开关12、功率放大器17和/或一个或多个其他操作组件的操作相关联的各种控制功能。这里更详细地描述控制组件18的非限制性示例。
在某些实施例中，处理器20可以被配置为有利于这里描述的各种处理的实现。为了描述的目的，还可以参考方法、装置（系统）和计算机程序产品的流程图图示和/或框图描述本公开的实施例。将理解，可以由计算机程序指令实现流程图图示和/或框图的每个方框以及流程图图示和/或框图中的方框的组合。可以向通用计算机、专用计算机、或其他可编程数据处理装置的处理器提供这些计算机程序指令以产生机器，使得经由计算机或其他可编程数据处理装置的处理器执行的指令创建用于实现在流程图和/或框图的一个或多个方框中指定的动作的装置。
在某些实施例中，这些计算机程序指令还可以在可以指引计算机或其他可编程数据处理装置以特定方式操作的计算机可读存储器19中存储，使得在计算机可读存储器中存储的指令产生包括实现在流程图和/或框图的一个或多个方框中指定的动作的指令装置的制造品。计算机程序指令还可以被载入到计算机或其他可编程数据处理装置上，以使得要在计算机或其他可编程装置上执行的一系列操作产生计算机实现的处理，使得在计算机或其他可编程装置上执行的指令提供用于实现在流程图和/或框图的一个或多个方框中指定的动作的步骤。
电池21可以是任何适合于在无线设备11中使用的电池，例如，包括锂离子电池。
图3A是功率放大器系统26的一个示例的示意框图。图示的功率放大器系统26包括开关12、天线14、电池21、定向耦合器24、功率放大器偏置块30、功率放大器32和收发器33。图示的收发器33包括基带处理器34、I/Q调制器37、混频器38和模拟到数字转换器（ADC）39。
基带信号处理器34可以用于生成I信号和Q信号，其可以用于表示希望的幅度、频率和相位的正弦波或信号。例如，I信号可以用于表示正弦波的同相分量，并且Q信号可以用于表示正弦波的正交分量，其可以是正弦波的等价表示。在某些实现方式中，可以以数字格式向I/Q调制器37提供I和Q信号。基带处理器34可以是被配置为处理基带信号的任何适当的处理器。例如，基带处理器34可以包括数字信号处理器、微处理器、可编程核、或其任何组合。此外，在某些实现方式中，两个或更多基带处理器34可以包括在功率放大器系统26中。
I/Q调制器37可以被配置为从基带处理器34接收I和Q信号并且处理I和Q信号以生成RF信号。例如，I/Q调制器37可以包括被配置为将I和Q信号转换为模拟格式的DAC，用于将I和Q信号上变换为射频的混频器，以及用于将上变换后的I和Q信号组合为适于由功率放大器32放大的RF信号的信号组合器。在某些实现方式中，I/Q调制器37可以包括被配置为对在其中处理的信号的频谱进行滤波的一个或多个滤波器。
功率放大器偏置块30可以从基带处理器34接收使能信号ENABLE，以及从电池21接收电池或电力高电压VCC，并且可以使用所述使能信号ENABLE生成用于功率放大器32的偏置电流IBIAS。虽然图3A图示电池21直接生成电力高电压VCC，但是在某些实现方式中，电力高电压VCC可以是由使用电池21供电的调节器生成的调整后的电压。功率放大器32可以从收发器33的I/Q调制器37接收RF信号，并且可以通过开关12向天线14提供放大后的RF信号。
定向耦接器24可以位于功率放大器32的输出和开关12的输入之间，从而允许不包括开关12的插入损耗的功率放大器32的输出功率测量。可以向混频器38提供来自定向耦合器24的感测的输出信号，所述混频器38可以将感测的输出信号与受控频率的基准信号相乘，以降低感测的输出信号的频谱以生成降低后的信号。可以向ADC39提供降低后的信号，所述ADC39可以将降低后的信号转换为适合于由基带处理器34处理的数字格式。通过在功率放大器32的输出和基带处理器34之间包括反馈路径，基带处理器34可以被配置为动态地调整I和Q信号以最优化功率放大器系统26的操作。例如，以该方式配置功率放大器系统26可以帮助控制功率放大器32的功率附加效率（PAE）和/或线性。
图3B是功率放大器系统60的另一示例的示意框图。图示的功率放大器系统60包括功率放大器偏置块40、电池21、功率放大器32、电感器62、第一电容器63、第二电容器42、阻抗匹配块64、开关12和天线14。
图示的功率放大器32包括具有发射极、基极和集电极的双极晶体管61。双极晶体管61的发射极可以电连接到第一或电力低电压V1，其例如可以是地，并且可以通过第一电容器42向双极晶体管61的基极提供射频输入信号RF_IN。双极晶体管61可以放大RF输入信号RF_IN并在集电极提供放大后的RF信号。双极晶体管61可以是任何适当的器件。在一个实现方式中，双极晶体管61是异质结双极晶体管（HBT）。
功率放大器32可以被配置为向开关12提供放大后的RF信号。阻抗匹配块64可以用于帮助终止功率放大器32和开关12之间的电连接。例如，阻抗匹配块64可以用于增加功率转移和/或减少放大后的RF信号的反射。
可以包括电感器62以有助于利用来自电池21的电力高电压VCC向功率放大器32供电，同时堵塞或阻塞高频RF信号分量。电感器62可以包括电连接到电力高电压VCC的第一端，以及电连接到双极晶体管61的集电极的第二端。第一或去耦电容器63电连接在电力高电压VCC和电力低电压V1之间，并且可以向高频信号提供低阻抗路径，从而减少电力高电压VCC的噪声，改善功率放大器稳定性，和/或改善作为RF扼流圈的电感器62的性能。
功率放大器偏置块40被配置为接收使能信号ENABLE和电池或电力高电压VCC。功率放大器偏置块40可以使用使能信号ENABLE和电池电压VCC生成用于偏置功率放大器32的偏置电流IBIAS。例如，如图3B中所示，功率放大器偏置块40可以用于生成可以用于偏置功率放大器32的双极晶体管61的基极的偏置电流IBIAS。功率放大器偏置块40可以使用使能信号ENABLE以控制或改变偏置电流IBIAS的大小，以使能或禁用功率放大器，并由此脉冲地传送功率放大器的输出。例如，当使能信号ENABLE指示应激活功率放大器32时，功率放大器偏置块40可以改变偏置电流IBIAS的幅度，以实现功率放大器32的期望增益。类似地，当使能信号ENABLE指示应使功率放大器32无效时，功率放大器偏置块40可以减少偏置电流IBIAS，使得功率放大器32的增益约等于0。
虽然图3B图示功率放大器32的一个实现方式，但是本领域技术人员将理解这里描述的教导可以应用于各种功率放大器结构，包括例如多级功率放大器结构和/或采用其他晶体管结构的功率放大器。
功率放大器偏置电路的概述
在这里描述的某些实现方式中，功率放大器偏置块包括主偏置电路和包括时间依赖信号发生器和电流放大器的增益校正块。时间依赖信号发生器可以用于将功率放大器的使能信号整形以生成控制电流，所述控制电流可以由电流放大器放大以生成校正电流。主偏置电路可以使用校正电流以校正在使能功率放大器之后不久可能发生的功率放大器的增益的变化。补偿功率放大器的增益变化可以改善功率放大器的性能，包括例如功率放大器的动态误差向量幅度（EVM）。
包括电流放大器和时间依赖信号发生器两者可以允许功率放大器偏置块与功率放大器一起包括在晶片上。例如，通过放大由时间依赖信号发生器生成的控制电流，时间依赖信号发生器的组件的尺寸可以减小为适合于芯片上集成的大小。在某些实现方式中，时间依赖信号发生器可以包括电阻器-电容器（RC）网络，并且电流放大器可以用于放大控制电流以减小生成适当的校正电流所需的电阻器和/或电容器的尺寸，从而允许时间依赖信号发生器与功率放大器集成在芯片上。
图4是根据一个实施例的包括功率放大器偏置块50的功率放大器系统70的一个示例的示意框图。图示的功率放大器系统70包括功率放大器偏置块50、电池21和功率放大器32。功率放大器32可以是单级或多级功率放大器，并且在某些实现方式中，可以与上面参考图3B描述的功率放大器32类似。电池21可以是诸如锂离子电池的任何适当的电池，并且用于向功率放大器偏置块50以及向功率放大器32提供电池或电力高电压VCC。功率放大器偏置块50和功率放大器32可以与一个或多个其他组件一起集成在单个晶片上，以形成封装的功率放大器模块，其可以例如安装到与图2的无线设备11相关联的RF电路板。
功率放大器偏置块50包括增益校正块71和主偏置电路74。增益校正块71包括时间依赖信号发生器或控制块72和电流放大器73。功率放大器偏置块50可以接收使能信号ENABLE，并使用使能信号ENABLE以使用在电池21上存储的电荷来生成偏置电流IBIAS。例如，如前面描述的，可以向功率放大器32的双极晶体管的基极提供偏置电流IBIAS。
使能信号ENABLE可以用于控制功率放大器32以脉冲地传送功率放大器32的输出。例如，当功率放大器32被配置为传送WLAN信号时，可以选择性地控制使能信号ENABLE，以脉冲地传送功率放大器32的输出。
功率放大器32可以被配置为在相对嘈杂的环境中操作。例如，可以在包括其他电子组件的电子系统中提供包括功率放大器32和功率放大器偏置块50的晶片，所述其他电子组件包括其他功率放大器，诸如放大GSM和/或EDGE信号的功率放大器。这些电子组件可以引起电力高电压VCC上的噪声。此外，功率放大器32还可以暴露于其他非理想操作环境。例如，功率放大器32和功率放大器偏置块50可以暴露于热梯度，并且从而可以处于不同操作温度。此外，电力高电压VCC的电平可以根据在其中使用功率放大器32和功率放大器偏置块50的设备的电荷而变化。功率放大器偏置块50可以用于补偿从这些来源以及从其他来源产生的功率放大器32的增益变化。
功率放大器偏置块50包括时间依赖信号发生器72，当使能信号ENABLE从禁用状态转变为使能状态时，所述时间依赖信号发生器72可以用于生成控制电流ICONTROL。可以向电流放大器73提供控制电流ICONTROL，所述电流放大器73可以放大控制电流ICONTROL以生成校正电流ICORRECTION。可以由主偏置电路74使用校正电流ICORRECTION以校正在使能功率放大器32之后不久可能发生的增益随时间的变化。例如，在使能功率放大器32之后不久，由于热效应在没有补偿的情况下主偏置电路74的电流可以缓慢上升，并且功率放大器32的增益可以为低。通过使用时间依赖信号发生器72和电流放大器73以在使能功率放大器32之后向其提供瞬时电流提升，功率放大器可以被配置为具有基本上随时间恒定的增益。
通过包括电流放大器73以放大由时间依赖信号发生器72生成的控制电流ICONTROL，可以减小时间依赖信号发生器72的组件的尺寸。例如，电流放大器73可以用于放大控制电流ICONTROL以减小生成具有校正时间常数的校正电流所需的时间依赖信号发生器72的组件的大小，从而允许时间依赖信号发生器与功率放大器32一起集成在芯片上。
主偏置电路74可以被配置为生成相对恒定的偏置电流输出，该偏置电流输出可以由校正电流ICORRECTION调整以校正在使能功率放大器32之后不久可能发生的功率放大器32的增益变化。在某些实现方式中，主偏置电路74可以是修改后的传统偏置电流，以便于基于校正电流ICORRECTION的幅度调整偏置电路的输出。主偏置电路74的额外细节可以如后面所描述的。
图5是根据一个实施例的功率放大器偏置块80的电路图。功率放大器偏置块80包括电阻器-电容器（RC）网络82、电流镜83和主偏置电路84。RC网络82作为时间依赖信号发生器操作，并且电流镜83作为电流放大器操作。功率放大器偏置块80被配置为接收使能信号ENABLE和电池或电力高电压VCC，并且生成偏置电流IBIAS。
RC网络82包括第一电阻器91、第二电阻器92和电容器90。第一电阻器91包括第一端，该第一端在被配置为接收使能信号ENABLE的RC网络82的输入电连接到电容器90的第一端。第一电阻器91还包括第二端，该第二端在被配置为向电流镜83提供控制电流ICONTROL的RC网络82的输出电连接到第二电阻器92的第一端。第二电阻器92还包括电连接到电容器90的第二端的第二端。
RC网络82可以用于对使能信号ENABLE整形以生成控制电流ICONTROL。例如，电容器90和第二电阻器92可以具有选择以实现控制电流ICONTROL的期望形状的RC时间常数。可以基于在其中使用功率放大器偏置块80的电子系统的系统参数选择RC时间常数，包括例如使能信号ENABLE的转变时间。在某些实现方式中，第二电阻器92和电容器90的时间常数处于大约0.1μs到大约10μs的范围内，例如，大约1μs。
在某些实现方式中，电容器90具有在大约10pF到大约50pF之间的范围的电容，例如，大约25pF。第二电阻器92可以具有任何适当的电阻，例如，包括在大约10kΩ到大约100kΩ的范围内的电阻，例如，大约50kΩ。虽然图示了电容器90和第二电阻器92的一个实现方式，但是其他配置是可能的。例如，在第二电阻器92和电容器90串联结合中第二电阻器92和电容器90的顺序可以颠倒。第一电阻器91可以具有任何适当的值，例如，包括在大约1kΩ到大约20kΩ的范围内的电阻，例如，大约10kΩ。在诸如图9中所示的实现方式的某些实现方式中，可以省略第一电阻器91。
为了帮助减小RC网络82的面积，电流镜83可以用于放大控制电流ICONTROL以生成校正电流ICORRECTION。因此，放大器83可以用于获得适当的大小的校正电流ICORRECTION，同时相对于省略电流放大器的方案减小RC网络82的组件的大小。通过以该方式放大控制电流ICONTROL，功率放大器偏置块80可以与功率放大器一起集成在芯片上，而不必使用相对大的电阻器，所述电阻器不能提供足够的电流变化以提供适当的增益补偿。
图示的电流镜83包括第一NPN双极晶体管85、第二NPN双极晶体管86、第三NPN双极晶体管87、第四NPN双极晶体管88和电阻器89。第一NPN双极晶体管85包括电连接到第一或电力低电压V1的发射极，例如，所述第一或电力低电压V1可以是地，并且基极和集电极在被配置为接收控制电流ICONTROL的电流镜83的输入电连接到第二NPN双极晶体管86的基极。第二NPN双极晶体管86还包括电连接到电力低电压V1的发射极，以及电连接到电阻器89的第一端、第四NPN双极晶体管88的基极及第三NPN双极晶体管87的基极和集电极的集电极。第三双极晶体管87和第四NPN双极晶体管88中的每个包括电连接到电力低电压V1的发射极。电阻器89包括被配置为接收使能信号ENABLE的第二端。第四NPN双极晶体管88还包括被配置为生成校正电流ICORRECTION的集电极。
电阻器89可以具有任何适当的电阻，包括例如基于功率放大器使能信号ENABLE的电压电平和/或系统需求选择的电阻。在某些实现方式中，电阻器89具有在大约10kΩ到大约50kΩ之间的范围内的电阻，例如，大约20kΩ。通过将电阻器89的第二端电连接到使能信号ENABLE，当使能信号ENABLE为低时，可以减少功率放大器偏置块80的功率消耗。然而，在其他实现方式中，可以以其他方式配置电流镜83。
电流镜83可以具有任何适当的增益。在一个实现方式中，电流镜83被配置为将控制电流ICONTROL放大在大约5到大约50之间的范围内的因子，例如，大约10。如在这里使用的，术语电流镜可以指代包括结合（例如，级联）以实现目标增益的多个电流镜的电流放大电路。
主偏置电路84可以用于生成用于诸如图4的功率放大器32的功率放大器的偏置电流IBIAS。图示的主偏置电路84包括第一电阻器96、第二电阻器97、第一NPN双极晶体管93、第二NPN双极晶体管94和第三NPN双极晶体管95。第一电阻器96包括在被配置为接收使能信号ENABLE的主偏置电路84的输入电连接到第二电阻器97的第一端的第一端。第一电阻器96还包括第二端，该第二端在被配置为接收校正电流ICORRECTION的主偏置电路84的输入电连接到第二NPN双极晶体管94的发射极以及第一NPN双极晶体管93的基极和集电极。第一NPN双极晶体管93还包括电连接到电力低电压V1的发射极。第二电阻器97还包括电连接到第二NPN双极晶体管94的基极和集电极以及第三NPN双极晶体管95的基极的第二端。第三NPN双极晶体管95还包括电连接到电力高电压VCC的集电极，以及被配置为生成偏置电流IBIAS的发射极。
第一NPN双极晶体管93可以帮助对第二NPN双极晶体管94的发射极的电压进行电平移动（level-shift），其转而可以影响第三NPN双极晶体管95的发射极电压。因此，包括第一NPN双极晶体管93可以帮助建立功率放大器偏置块80的适当的DC操作电压电平。
可以调节第一电阻器96和第二电阻器97以当使能信号ENABLE被激活时控制偏置电流IBIAS的稳定状态幅度。例如，可以使用第一和第二电阻器96、97建立通过第二NPN双极晶体管94的电流，并且可以使用第三NPN双极晶体管95反射所述电流以生成偏置电流IBIAS。
在使能信号ENABLE变为激活时，RC网络82可以生成可以由电流镜83放大以生成校正电流ICORRECTION的控制电流ICONTROL。如图5中所示，校正电流ICORRECTION可以用于使通过第二NPN双极晶体管94的电流变化或改变。例如，当校正电流ICORRECTION减小时，通过第二NPN双极晶体管94的电流可以增大，这转而增大使用第三NPN双极晶体管95生成的偏置电流IBIAS。第二NPN双极晶体管94还可以帮助颠倒校正电流ICORRECTION的方向，使得其适于向第五NPN双极晶体管95的基极提供。虽然图示了主偏置电路的一种变化，但是可以使用其他实现方式。
图6是集电极电流相对于时间的一个示例的曲线图100。曲线图100在与使能功率放大器相关联的时间零开始。曲线图100包括第一曲线101、第二曲线102、第三曲线103、第四曲线104和第五曲线105，其对应于不同电池电压值。具体地，第一、第二、第三、第四和第五曲线101-105分别对应于大约3.2V、大约3.4V、大约3.6V、大约3.8V、大约4.0V的电池电压值。
在这里描述的某些实现方式中，时间依赖信号发生器用于生成可以用于在使能功率放大器之后大约8μs内的时间段期间调整功率放大器的偏置电流的信号。其后，功率放大器的偏置电流可以基本上恒定，直到功率放大器的使能信号无效为止。在某些实现方式中，在校正电流用于调整功率放大器的偏置电流的初始时间段期间，功率放大器的偏置电流可以改变超过约50%。
图7A是动态误差向量幅度（EVM）相对于输出功率的一个示例的曲线图110。曲线图110针对不包括时间依赖信号发生器和电流放大器的功率放大器偏置块的一个示例。曲线图110包括EVM对各种不同电池电压电平的输出功率的曲线。例如，曲线图110包括曲线111-119，其对应于在大约3.2V和大约4.2V之间的范围内的电池电压。
图7B是动态EVM相对于输出功率的另一示例的曲线图120。曲线图120针对包括时间依赖信号发生器和电流放大器的功率放大器偏置块的一个实现方式。曲线图120包括对于各种不同电池电压电平EVM相对于输出功率的曲线。例如，曲线图120包括曲线121-129，其对应于大约3.2V和大约4.2V之间的电池电压。曲线图120示出可以通过包括时间依赖信号发生器和电流放大器而改善的功率放大器系统的EVM。
图8是图示根据一个实施例的用于偏置功率放大器的方法150的流程图。将理解，如果需要，方法150可以包括更多或更少的操作并且可以以任何顺序执行所述操作。
方法150在方框151开始，其中使用时间依赖信号发生器对功率放大器的使能信号整形以生成控制电流。功率放大器可以是任何适当的功率放大器，诸如被配置为放大WLAN信号的功率放大器。在某些实现方式中，时间依赖信号发生器包括电阻器-电容器（RC）网络，其被配置为生成在功率放大器的使能信号激活之后开始的瞬时控制电流。在某些实现方式中，瞬时控制电流在使能信号激活之后的大约8μs内达到稳态值。在某些实现方式中，瞬时控制电流的稳态值可以是大约0mA。
在随后的方框152中，使用电流放大器放大控制电流以生成校正电流。在某些实现方式中，电流放大器将校正电流放大在大约5到大约50之间的范围内的因子。电流放大器可以通过减小实现与增益补偿相关联的期望时间常数所需的时间依赖信号发生器的电路组件的大小而帮助时间依赖信号发生器对使能信号整形。
方法150在方框153继续，其中使用主偏置电路生成用于功率放大器的偏置电流。主偏置电路被配置为使用校正电流生成用于功率放大器的偏置电流以校正当使能功率放大器时功率放大器的增益的变化。例如，主偏置电路可以被配置为基于校正电流调整偏置电流的幅度，诸如通过将校正电流加到标称偏置电流值。
图9是根据一个实施例的时间依赖信号发生器170的电路图。时间依赖信号发生器170包括电阻器92和电容器90，其可以与图5的时间依赖信号发生器82的电阻器92和电容器90类似。然而，与图5的时间依赖信号发生器82相比，图9的时间依赖信号发生器170不包括图4的电阻器91。在某些实现方式中，电阻器92和电容器90的时间常数处于大约0.1μs到大约10μs的范围内，例如，大约1μs。
图10A是封装的功率放大器模块300的一个示例的示意图。图10B是沿线10B-10B做出的图10A的封装的功率放大器300的横截面的示意图。
封装的功率放大器模块300包括IC或晶片301、表面安装组件303、焊线308、封装基板320和包装340。封装基板320包括从在其中布置的导体形成的焊垫306。此外，晶片301包括焊垫304，并且焊线308已被用于将晶片301的焊垫304电连接到封装基板301的焊垫306。
如图10A和10B中所示，晶片301包括在其中形成的功率放大器32和功率放大器偏置块50。功率放大器偏置块50包括时间依赖信号发生器72、电流放大器73和主偏置电路74。在某些实现方式中，时间依赖信号发生器72可以包括电阻器-电容器（RC）网络，并且电流放大器73可以用于放大来自RC网络的控制电流以生成校正电流，所述校正电流可以由主偏置电路74使用以生成用于功率放大器32的偏置电流，其校正与功率放大器从禁用状态转变为使能状态相关联的功率放大器32的增益变化。使用电流放大器73放大来自时间依赖信号发生器72的控制电流可以减小生成适当的校正电流所需的电阻器和/或电容器的尺寸，从而如图10A中所示允许时间依赖信号发生器72与功率放大器32一起集成在芯片上。
封装基板320可以被配置为接收多个组件，诸如晶片301和表面安装组件303，所述表面安装组件303可以包括例如表面安装电容器和/或电感器。
如图10B中所示，封装的功率放大器模块300被示出为包括布置在与用于安装晶片301的一侧相对的封装的功率放大器模块300的一侧上的多个触垫332。以该方式配置封装的功率放大器模块300可以帮助将封装的功率放大器模块300连接到电路板，诸如无线设备的电话板。示例触垫332可以被配置为向晶片301和/或表面安装组件303提供RF信号、偏置信号、一个或多个电力低电压和/或一个或多个电力高电压。如图10B中所示，通过经由封装基板320的连接333可以有助于触垫332和晶片301之间的电连接。连接333可以表示通过封装基板320形成的电路径，诸如与多层层压封装基板的通孔和导体相关联的连接。
在某些实施例中，封装的功率放大器模块300还可以包括一个或多个封装结构以例如提供保护和/或有助于处理封装的功率放大器模块300。这样的封装结构可以包括在封装基板320以及在其上布置的组件和一个或多个晶片上形成的外膜或包装340。
将理解，虽然在基于焊线的电连接的背景中描述封装的功率放大器模块300，但是本公开的一个或多个特征也可以在例如包括示例倒装芯片配置的其他封装配置中实现。
应用
上面描述的一些实施例已提供与移动电话相结合的示例。然而，本实施例的原理和优点可以用于需要功率放大器系统的任何其他系统或装置。
可以在各种电子设备中实现这种功率放大器系统。电子设备的示例可以包括，但不限于，消费电子产品、消费电子产品的部件、电子测试设备等。电子设备的示例还可以包括，但不限于，存储器芯片、存储器模块、光网络或其他通信网络的电路以及盘驱动器电路。消费电子产品可以包括，但不限于，移动电话、电话、电视、计算机监视器、计算机、手持计算机、个人数字助理（PDA）、微波炉、冰箱、汽车、立体声系统、盒式磁带录音机或播放器、DVD播放器、CD播放器、VCR、MP3播放器、收音机、便携式摄像机、相机、数字相机、便携式存储器芯片、洗衣机、烘干机、洗衣/烘干机、复印机、传真机、扫描仪、多功能外围设备、腕表、时钟等。此外，电子设备可以包括未完成的产品。
结论
除非上下文清楚地另外要求，贯穿整个说明书和权利要求，词语“包括”和“包含”等应解释为包含性的含义，而非排他性或穷举性的含义；也就是说，解释为“包括，但不限于”的含义。如这里通常使用的，词语“耦接”指代两个或多个元件可以直接连接或通过一个或多个中间元件连接。此外，如这里通常使用的，词语“连接”指代两个或多个元件可以直接连接或通过一个或多个中间元件连接。此外，当在本申请中使用时，词语“这里”、“上面”、“下面”和类似意思的词语应指代本申请整体，而非本申请的任何特定部分。如上下文允许，上面的具体实施方式中的、使用单数或复数的词语也可以分别包括复数或单数。词语“或”参考两个或多个项的列表时，该词语覆盖该词语的全部下列解释：列表中的任何项，列表中的全部项以及列表中的项的任何组合。
此外，除非另有具体说明，或如使用的在上下文内另有理解，这里使用的条件语言，例如尤其是“可以”、“能够”、“可能”、“会”、“等”、“例如”和“诸如”等通常意图传达某些实施例包括而其他实施例不包括某些特征、元件和/或状态。因此，不论是否有作者输入或提示，这种条件语言通常不意图意指特征、元件和/或状态以任何方式为一个或多个实施例所需，或一个或多个实施例必须包括用于决定这些特征、元件和/或状态是否包括在任何特定实施例中或要在任何特定实施例中进行的逻辑。
本发明的实施例的上面的详细描述不意图是穷举性的或将本发明限制为上面公开的精确形式。如相关领域技术人员将理解的，虽然为了说明的目的在上面描述了本发明的具体实施例和示例，在本发明的范围内各种等效修改是可能的。例如，虽然以给定顺序呈现处理或方框，替换实施例可以进行具有不同顺序的步骤的例程，或采用具有不同顺序的方框的系统，并且可以删除、移动、添加、细分、组合和/或修改一些处理或方框。可以以各种不同方式实现这些处理或方框中的每一个。此外，虽然处理或方框有时被示出为串行进行，可替换地，这些处理或方框可以并行进行，或可以在不同时间进行。
这里提供的本发明的教导可以应用于其他系统，不一定是上面描述的系统。可以结合上面描述的各种实施例的元件和动作以提供进一步的实施例。
虽然已描述了本发明的某些实施例，但是这些实施例仅通过示例呈现，并且不意图限制本公开的范围。实际上，这里描述的新方法和系统可以以各种其他形式实施；此外，可以做出以这里描述的方法和系统的形式的各种省略、替代和改变，而不背离本公开的精神。所附权利要求及其等效物意图覆盖将落入本公开的范围和精神内的这种形式或修改。

Claims (25)

1.一种功率放大器系统，包括：
功率放大器，配置为放大射频RF信号；以及
用于偏置所述功率放大器的偏置块，所述偏置块包含：时间依赖信号发生器，配置为对所述功率放大器的使能信号整形以生成控制电流；电流放大器，配置为放大所述控制电流以生成校正电流，该电流放大器包含电流镜；以及主偏置电路，配置为至少部分基于所述校正电流生成用于所述功率放大器的偏置电流，所述偏置电流被配置为校正当使能所述功率放大器时所述功率放大器的增益的变化。
2.根据权利要求1所述的功率放大器系统，其中所述时间依赖信号发生器包含电阻器-电容器网络。
3.根据权利要求2所述的功率放大器系统，其中所述电阻器-电容器网络包含在所述电流放大器和被配置为接收所述使能信号的偏置电路的输入之间串联电连接的第一电阻器和第一电容器。
4.根据权利要求3所述的功率放大器系统，其中所述电阻器-电容器网络还包含第二电阻器，所述第二电阻器具有电连接到电流镜的输入的第一端，以及电连接到被配置为接收所述使能信号的所述偏置电路的输入的第二端。
5.根据权利要求4所述的功率放大器系统，其中所述第二电阻器具有在大约10kΩ和大约100kΩ之间的范围内的电阻。
6.根据权利要求3所述的功率放大器系统，其中所述第一电容器具有在大约10pF和大约100pF之间的范围内的电容。
7.根据权利要求6所述的功率放大器系统，其中所述第一电阻器具有在大约10kΩ和大约100kΩ之间的范围内的电阻。
8.根据权利要求1所述的功率放大器系统，其中所述电流镜包含第一双极晶体管和第二双极晶体管，所述第一双极晶体管包含电连接到所述第二双极晶体管的发射极和电力低电压的发射极、以及电连接到所述第一双极晶体管的基极和所述第二双极晶体管的基极的集电极，所述第一双极晶体管的集电极被配置为接收至少部分所述控制电流。
9.根据权利要求8所述的功率放大器系统，其中所述电流镜还包含电阻器、第三双极晶体管和第四双极晶体管，所述第三双极晶体管包含电连接到所述第四双极晶体管的发射极和所述电力低电压的发射极，以及电连接到所述电阻器的第一端、所述第二双极晶体管的集电极、所述第三双极晶体管的基极和所述第四双极晶体管的基极的集电极，所述第四双极晶体管的集电极被配置为生成补偿电流。
10.根据权利要求9所述的功率放大器系统，其中所述电阻器还包含被配置为接收所述使能信号的第二端。
11.根据权利要求1所述的功率放大器系统，还包含用于向所述功率放大器提供RF信号的收发器。
12.根据权利要求1所述的功率放大器系统，其中所述功率放大器包含具有发射极、基极和集电极的双极晶体管，所述基极被配置为接收所述RF信号和所述偏置电流。
13.根据权利要求12所述的功率放大器系统，其中所述发射极电连接到电力低电压，并且所述集电极被配置为生成所述RF信号的放大后的版本。
14.根据权利要求1所述的功率放大器系统，其中所述主偏置电路包含第一电阻器、第二电阻器、第一双极晶体管和第二双极晶体管，所述第一电阻器包含在被配置为接收所述校正电流的节点电连接到所述第一双极晶体管的发射极的第一端，以及在被配置为接收所述使能信号的偏置电路的节点电连接到所述第二电阻器的第一端的第二端，所述第二电阻器包含电连接到所述第一双极晶体管的集电极、所述第一双极晶体管的基极以及所述第二双极晶体管的基极的第二端。
15.根据权利要求14所述的功率放大器系统，其中所述第二双极晶体管包含电连接到电池电压的集电极和被配置为生成所述偏置电流的发射极。
16.根据权利要求15所述的功率放大器系统，其中所述主偏置电路还包含第三双极晶体管，所述第三双极晶体管具有电连接到电力低电压的发射极以及电连接到所述第一双极晶体管的发射极的基极和集电极。
17.一种偏置功率放大器的方法，所述方法包括：
使用时间依赖信号发生器对使能信号整形以生成控制电流；
使用电流放大器的电流镜放大所述控制电流以生成校正电流；以及
使用主偏置电路生成用于功率放大器的偏置电流，所述主偏置电路被配置为使用所述校正电流以校正当使能所述功率放大器时所述功率放大器的增益的变化。
18.如权利要求17所述的方法，其中对所述使能信号整形包含使用所述时间依赖信号发生器的电阻器-电容器网络。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述电阻器-电容器网络包含串联电连接的第一电阻器和第一电容器，所述电阻器-电容器网络被配置为接收所述使能信号并生成所述控制电流。
20.如权利要求17所述的方法，其中生成所述偏置电流包含对所述偏置电流整形以补偿异质结双极晶体管的增益变化。
21.一种用于偏置功率放大器的偏置电路，所述偏置电路包括：
时间依赖信号发生器，配置为对所述功率放大器的使能信号整形以生成控制电流；
电流放大器，配置为放大所述控制电流以生成校正电流，该电流放大器包含电流镜；以及
主偏置块，配置为至少部分基于所述校正电流生成用于所述功率放大器的偏置电流，所述偏置电流被配置为校正当使能所述功率放大器时所述功率放大器的增益的变化。
22.如权利要求21所述的偏置电路，其中所述时间依赖信号发生器包含电阻器-电容器网络。
23.如权利要求22所述的偏置电路，其中所述电阻器-电容器网络包含串联电连接在所述电流放大器和被配置为接收所述使能信号的所述偏置电路的输入之间的第一电阻器和第一电容器。
24.如权利要求21所述的偏置电路，其中所述主偏置块包含第一电阻器、第二电阻器、第一双极晶体管和第二双极晶体管，所述第一电阻器包含在被配置为接收所述校正电流的节点电连接到所述第一双极晶体管的发射极的第一端，以及在被配置为接收所述使能信号的偏置电流的节点电连接到所述第二电阻器的第一端的第二端，所述第二电阻器包含电连接到所述第一双极晶体管的集电极、所述第一双极晶体管的基极和所述第二双极晶体管的基极的第二端。
25.如权利要求24所述的偏置电路，其中所述第二双极晶体管包含电连接到电池电压的集电极，以及被配置为生成所述偏置电流的发射极。
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