CN104067513A - 具有可调谐负载匹配的多模旁路激励放大器 - Google Patents

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Abstract

公开了具有可调谐负载匹配的多模激励放大器。在一示例性设计中，一种装置包括多模激励放大器和可调谐阻抗匹配电路。该激励放大器放大输入射频RF信号并提供经放大的RF信号。可调谐阻抗匹配电路匹配激励放大器的输出阻抗。该装置可包括主发射路径(510)和旁路发射路径(512)。旁路发射路径(512)可包括激励放大器(542)和可调谐阻抗匹配电路(552)且没有功率放大器。主发射路径(510)可包括第二激励放大器(540)和功率放大器(560)。可选择主发射路径(510)用于高于阈值电平的发射功率电平，并且可选择旁路发射路径(512)用于低于阈值电平的发射功率电平。

Description

具有可调谐负载匹配的多模旁路激励放大器
背景技术
I.领域
本公开一般涉及电子器件，尤其涉及具有提高的性能的激励放大器。
II.背景
无线通信系统中的无线设备(例如，蜂窝电话或智能电话)可发射和接收数据以进行双向通信。无线设备可包括用于数据传送的发射机以及用于数据接收的接收机。对于数据传送，发射机可用数据来调制射频(RF)载波信号以获得经调制信号，放大经调制信号以获得具有恰当输出功率电平的输出RF信号，并经由天线将该输出RF信号发射到基站。对于数据接收，接收机可经由天线获得收到RF信号并且可调理和处理该收到RF信号以恢复由基站发送的数据。
发射机可支持多个操作模式(或简称为模式)。每一模式都可对应于不同的发射功率电平、不同的无线电技术、不同的频带等。发射机可包括多个发射路径以支持多个模式。每一发射路径都可支持一特定模式，并且可包括各种电路，诸如激励放大器、功率放大器、阻抗匹配电路等。发射机于是可能需要相对较大数量的放大器和电路，这会增加发射机的尺寸和成本。
附图简述
图1示出能够与不同无线通信系统通信的无线设备。
图2示出无线设备的框图。
图3示出功率放大器(PA)模块的框图。
图4示出图3中的PA模块中的阻抗匹配电路的示意图。
图5示出结合本公开的各方面的PA模块的示意图。
图6示出图5中的PA模块中的阻抗匹配电路的示意图。
图7A-7F示出可调谐阻抗匹配电路的示例性设计。
图8示出可调谐电容器的示意图。
图9A和9B示出针对输出阻抗匹配电路的不同电容值的多模激励放大器的线性度和DC偏置电流。
图10示出放大器的示意图。
图11示出用于放大信号的过程。
详细描述
以下阐述的详细描述旨在作为本公开的示例性设计的描述，而无意表示可在其中实践本公开的仅有设计。术语“示例性”在本文中用于表示“用作示例、实例或解说”。本文中描述为“示例性”的任何设计不必被解释为优于或胜过其他设计。本详细描述包括具体细节以提供对本公开的示例性设计的透彻理解。对于本领域技术人员将明显的是，没有这些具体细节也可实践本文描述的示例性设计。在一些实例中，公知的结构和器件以框图形式示出以免湮没本文中给出的示例性设计的新颖性。
本文描述了具有可调谐输出阻抗匹配且能够支持多个模式的多模激励放大器。该激励放大器可用于无线设备和其它电子设备。
图1示出能够与不同无线通信系统120和122通信的无线设备110。无线系统120和122各自可以是码分多址(CDMA)系统、全球移动通信系统(GSM)系统、长期演进(LTE)系统、无线局域网(WLAN)系统、或某一其他无线系统。CDMA系统可实现宽带CDMA(WCDMA)、cdma2000、或某一其他版本的CDMA。出于简化起见，图1示出了无线系统120包括一个基站130和一个系统控制器140，而无线系统122包括一个基站132和一个系统控制器142。一般而言，每个无线系统可包括任何数目的基站以及任何网络实体集合。
无线设备110也可被称为用户装备(UE)、移动站、终端、接入终端、订户单元、站等。无线设备110可以是蜂窝电话、智能电话、平板计算机、无线调制解调器、个人数字助理(PDA)、手持式设备、膝上型计算机、智能本、上网本、无绳电话、无线本地环路(WLL)站、蓝牙设备等。无线设备110可以能够与无线系统120和/或122通信。无线设备110可以还能够接收来自广播站(例如，广播站134)的信号。无线设备110可以还能够接收来自一个或多个全球导航卫星系统(GNSS)中的卫星(例如，卫星150)的信号。无线设备110可支持用于无线通信的一种或多种无线电技术，诸如LTE、cdma2000、WCDMA、GSM、IEEE802.11等等。
图2示出图1中的无线设备110的示例性设计的框图。在此示例性设计中，无线设备110包括数据处理器/控制器210、收发机220和天线252。收发机220包括支持双向无线通信的发射机230和接收机260。
在发射路径中，数据处理器210处理(例如，编码和调制)待发射的数据并且向发射机230提供模拟输出(out)信号。在发射机230内，发射电路232对该模拟输出信号进行放大、滤波并将其从基带上变频至RF，并且提供经调制的RF信号。发射电路232可包括放大器、滤波器、混频器、振荡器、本地振荡器(LO)发生器、锁相环(PLL)等。功率放大器(PA)模块240接收并放大经调制的RF信号并提供具有恰当的输出功率电平的输出RF信号。PA模块240可包括激励放大器、功率放大器、阻抗匹配电路等，如下所述。输出RF信号被路由通过开关/双工器250并经由天线252来发射。
在接收路径中，天线252接收来自基站和/或其他发射机站的信号并且提供收到RF信号，该收到RF信号被路由通过开关/双工器250并且提供给接收机260。在接收机260内，低噪声放大器(LNA)模块262放大收到的RF信号并提供经放大的RF信号。接收电路264对该经放大RF信号进行放大、滤波并将其从RF下变频到基带，并且将模拟输入(in)信号提供给数据处理器210。接收电路264可包括放大器、滤波器、混频器、振荡器、LO发生器、PLL，等等。
图2示出了收发机220的示例性设计。发射机230和/或接收机260可包括图2中未示出的不同的和/或附加的电路。例如，发射机230可包括为了简明起见未在图2中明确示出的滤波器、阻抗匹配电路等。收发机220的全部或一部分可被实现在一个或多个模拟集成电路(IC)、射频IC(RFIC)、混合信号IC等上。例如，发射电路232、PA模块240、LNA模块262和接收电路264可以实现在RFIC上。PA模块240以及可能其它电路也可被实现在分离的IC或模块上。
数据处理器/控制器210可为无线设备110执行各种功能。例如，数据处理器210可对经由发射机230发射的数据以及经由接收机260收到的数据执行处理。控制器210可以控制发射电路232、接收电路264、PA模块240、LNA模块262、开关/双工器250等的操作。存储器212可存储供数据处理器/控制器210使用的程序代码和数据。数据处理器/控制器210可实现在一个或多个专用集成电路(ASIC)和/或其他IC上。
无线设备110可支持多个模式，这些模式可涵盖不同的发射/输出功率电平、不同的无线电技术、不同的频带等。PA模块240可被设计成支持无线设备110所支持的所有模式。
期望在宽泛的发射功率电平范围(例如对于CDMA从-50dBm到+29dBm)上获得PA模块240的高功率附加效率(PAE)。功率放大器能够提供无线系统所需的高发射功率(例如，+27dBm到+33dBm)。然而，功率放大器在其打开时通常消耗大量功率和电流。由于可能在仅仅一小部分时间内需要高发射功率，因此PA模块可包括针对不同的发射功率电平范围的多个发射路径。功率放大器可能是仅仅最高发射功率电平范围所需的，并且可被包括在主发射路径中。仅仅激励放大器对于较低的发射功率电平范围可能是足够的。因此，仅仅激励放大器可被包括在涵盖较低的发射功率电平范围的旁路发射路径中。
PA模块可包括单个旁路发射路径。该单个旁路发射路径中的激励放大器可被设计成在旁路发射路径所支持的最高发射功率电平提供所需性能(例如，所需线性度)。该激励放大器然后可能在较低发射功率电平具有低效率。PA模块可包括多个旁路发射路径以提高效率。
图3示出PA模块240a的框图，该PA模块240a是图2中的PA模块240的一个示例性设计。PA模块240a包括主/全功率发射路径310以及K个旁路路径312a到312k，其中K可以是大于一的任何整数值。主发射路径310包括激励放大器340和功率放大器360。每一旁路路径312都只包括激励放大器342且不包括功率放大器。旁路发射路径中的激励放大器可被称为旁路激励放大器。
在主发射路径310内，开关320的一端耦合到PA模块240a的输入(RFin)，而另一端耦合到输入阻抗匹配电路330的输入。激励放大器(DA)340的输入耦合到匹配电路330的输出，而其输出耦合到级间阻抗匹配电路350的输入。功率放大器(PA)360的输入耦合到匹配电路350的输出，而其输出耦合到输出阻抗匹配电路370的输入。开关380的一端耦合到匹配电路370的输出，而另一端耦合到PA模块240a的输出(RFout)。
在每一旁路发射路径312内，开关322的一端耦合到PA模块240a的输入，而另一端耦合到输入阻抗匹配电路332的输入。激励放大器342的输入耦合到匹配电路332的输出，而其输出耦合到输出阻抗匹配电路352的输入。开关382的一端耦合到匹配电路352的输出，而另一端耦合到PA模块240a的输出。
在主发射路径310中，匹配电路330为激励放大器340执行输入阻抗匹配。激励放大器340为输入RF信号提供放大。匹配电路350执行激励器放大器340的输出与功率放大器360的输入之间的阻抗匹配。功率放大器360为输出RF信号提供放大和高输出功率。匹配电路370为功率放大器360执行输出阻抗匹配。在每一旁路发射路径312中，匹配电路332为激励放大器342执行输入阻抗匹配。激励放大器342为输入RF信号提供放大。匹配电路352为激励放大器342执行输出阻抗匹配。
一个或多个放大器可被包括在每一发射路径中并且可被设计成为该发射路径所支持的发射功率电平范围提供良好的效率。例如，放大器中的晶体管的数量、每一个晶体管的大小、对每一个晶体管的偏置(bias)、放大器的负载和/或放大器的其它特性可取决于该放大器所支持的发射功率电平范围并因此可基于该发射功率电平范围来选择。
图4示出PA模块240b的示意图，该PA模块240b是图3中的PA模块240a的示例性设计。图4示出图3中的输入、级间和输出阻抗匹配电路的示例性设计。
在主发射路径310内的输入阻抗匹配电路330内，电容器430耦合在匹配电路330的输入与节点A之间。电感器432耦合在节点A与匹配电路330的输出之间。电容器434耦合在节点A与电路接地之间。
在主发射路径310内的级间阻抗匹配电路350内，电感器450耦合在匹配电路350的输入与电源(Vdd)之间。电容器452耦合在匹配电路350的输入与节点B之间。电感器454耦合在节点B与匹配电路350的输出之间。电阻器456耦合在匹配电路350的输出与偏置电压之间。电容器458耦合在节点B与电路接地之间。
在主发射路径310内的输出阻抗匹配电路370内，电感器470耦合在匹配电路370的输入与Vdd电源之间。电感器472与电容器474串联耦合，并且该组合耦合在匹配电路370的输入与输出之间。电容器476耦合在匹配电路370的输入与电路接地之间。
每一旁路发射路径312中的输入阻抗匹配电路332可以按与主发射路径310中的输入阻抗匹配电路330类似的方式实现。每一旁路发射路径312中的输出阻抗匹配电路352可以按与主发射路径310中的输出阻抗匹配电路370类似的方式实现。
图4示出输入、级间和输出阻抗匹配电路的示例性设计。阻抗匹配电路还可以用其它电路拓扑来实现，如下所述。
旁路发射路径312a到312k中的激励放大器342a到342k可由于其不同的电路设计和/或不同的偏置而具有不同的输入和/或输出阻抗。激励放大器342a到342k于是可能需要不同的输入和/或输出阻抗匹配电路来在不同的发射功率电平范围上达成良好的效率。
PA模块可包括多个旁路发射路径(例如，如图3和4所示)以便在宽泛的发射功率电平范围上达成高效率。然而，可使用相对较大数量的电路组件来在不同的旁路发射路径中实现用于激励放大器的阻抗匹配电路，例如如图4所示。这会增加具有多个旁路发射路径的PA模块的复杂性、尺寸和成本。
在一方面，可使用具有可调谐输出阻抗匹配(即，可调谐负载匹配)的多模激励放大器来高效地支持多个模式。该多模激励放大器可具有可针对不同的模式而变化的一个或多个特性。例如，多模激励放大器的偏置或者可串联或并联耦合的放大器级的数量和/或多模激励放大器的其它特征可以针对不同的发射功率电平范围而变化。多模激励放大器的输出阻抗匹配也可能结合对多模激励放大器的调节来针对不同的模式(例如，不同的发射功率电平范围)而变化。具有可调谐输出阻抗匹配的多模激励放大器可以(i)在宽泛的发射功率电平范围上提供良好的效率，(ii)使得能够在PA模块中使用单个旁路发射路径，并且(iii)提供其它优点，诸如PA模块的减少的复杂性、尺寸和成本。
图5示出PA模块240c的示意图，该PA模块240c是图2中的PA模块240的又一个示例性设计。PA模块240c包括主发射路径510和多模旁路发射路径512。主发射路径510包括激励放大器540和功率放大器560。旁路路径512只包括多模激励放大器542且不包括功率放大器。在图5所示的示例性设计中，可调谐输入阻抗匹配电路520由主发射路径510和旁路发射路径512两者共享。匹配电路520的输入耦合到PA模块240c的输入(RFin)，而其输出耦合到发射路径510和512两者。
在主发射路径510内，开关530的一端耦合到输入阻抗匹配电路520的输出。激励放大器540的输入耦合到开关530的另一端，而其输出耦合到级间阻抗匹配电路550的输入。功率放大器560的输入耦合到匹配电路550的输出，而其输出耦合到输出阻抗匹配电路570的输入。开关580的一端耦合到匹配电路570的输出，而另一端耦合到PA模块240c的输出(RFout)。
在旁路发射路径512内，开关532的一端耦合到输入阻抗匹配电路520的输出。激励放大器542的输入耦合到开关532的另一端，而其输出耦合到可调谐输出阻抗匹配电路552的输入。开关582的一端耦合到匹配电路552的输出，而另一端耦合到PA模块240c的输出。
在主发射路径510中，匹配电路520为激励放大器540执行输入阻抗匹配。激励放大器540为输入RF信号提供放大。匹配电路550执行激励放大器540的输出与功率放大器560的输入之间的阻抗匹配。功率放大器560为输出RF信号提供放大和高输出功率。匹配电路570为功率放大器560执行输出阻抗匹配。在旁路发射路径512中，匹配电路520为激励放大器542执行输入阻抗匹配。激励放大器542为输入RF信号提供放大。匹配电路552为激励放大器542执行输出阻抗匹配。
图5示出具有主发射路径和多模旁路发射路径的PA模块的示例性设计，该多模旁路发射路径包括具有可调谐输出阻抗匹配的多模激励放大器。具有主发射路径和多模旁路发射路径的PA模块也可以按其它方式实现。例如，主发射路径和多模旁路发射路径可包括单独的输入阻抗匹配电路，而不是如图5所示的共享的输入阻抗匹配电路。作为另一示例，输出阻抗匹配电路(例如，功率放大器560的匹配电路570或者激励放大器542的匹配电路552)可以与发射机中的其它电路(例如，定向耦合器)相组合。
图6示出PA模块240d的示意图，该PA模块240d是图5中的PA模块240c的示例性设计。图6示出图5中的可调谐阻抗匹配电路520和552的示例性设计。在可调谐输入阻抗匹配电路520内，电容器620耦合在匹配电路520的输入与节点D之间。电感器622耦合在节点D与匹配电路520的输出之间。可调谐电容器624耦合在节点D与电路接地之间。在旁路发射路径512中的可调谐输出阻抗匹配电路552内，电感器652耦合在匹配电路552的输入与Vdd电源之间。可调谐电容器654耦合在匹配电路552的输入和输出之间。
在图6所示的示例性设计中，输出阻抗匹配电路552包括可调谐串联电容器654以便以不同的发射功率电平达成所需负载阻抗。输入阻抗匹配电路520包括可调谐分流电容器624以调节输入阻抗匹配。
图6示出可调谐阻抗匹配电路520和552的示例性设计。可调谐阻抗匹配电路还可基于各种其它设计来实现，以下描述其中一些。
图7A示出基于L拓扑的可调谐阻抗匹配电路710的示例性设计。该L拓扑包括耦合至分流电路组件的串联电路组件。串联电路组件是连接在两个节点之间的电路组件，而分流电路组件是连接在节点和电路接地之间的电路组件。电路组件可以是电感器、电容器、电阻器等。匹配电路710包括(i)耦合在匹配电路710的输入与输出之间的串联电感器712以及(ii)耦合在匹配电路710的输出与电路接地之间的可调谐分流电容器714。
图7B示出基于L拓扑的可调谐阻抗匹配电路720的示例性设计。匹配电路720包括(i)耦合在匹配电路720的输入与输出之间的可调谐串联电容器722以及(ii)耦合在匹配电路720的输出与电路接地之间的分流电感器724。
图7C示出基于R拓扑的可调谐阻抗匹配电路730的示例性设计。R拓扑包括耦合至串联电路组件的分流电路组件。匹配电路730包括(i)耦合在匹配电路730的输入与电路接地之间的可调谐分流电容器732以及(ii)耦合在匹配电路730的输入与输出之间的串联电感器734。
图7D示出基于π拓扑的可调谐阻抗匹配电路740的示例性设计。π拓扑包括耦合至串联电路组件的分流电路组件，该串联电路组件耦合至分流电路组件。匹配电路740包括(i)耦合在匹配电路740的输入与电路接地之间的分流电容器742、(ii)耦合在匹配电路740的输入与输出之间的串联电感器744以及(iii)耦合在匹配电路740的输出与电路接地之间的可调谐分流电容器746。
图7E示出具有两个R部分的可调谐阻抗匹配电路750的示例性设计。匹配电路750包括(i)耦合在匹配电路750的输入与Vdd电源之间的分流电感器752、(ii)耦合在匹配电路750的输入与节点E之间的串联电容器754、(iii)耦合在节点E与电路接地之间的可调谐分流电容器756以及(iv)耦合在节点E与匹配电路750的输出之间的串联电感器758。
图7F示出基于π拓扑的可调谐阻抗匹配电路760的示例性设计。匹配电路760包括(i)耦合在匹配电路760的输入与Vdd电源之间的分流电感器762、(ii)耦合在匹配电路760的输入与输出之间的串联电容器764、(iii)耦合在匹配电路760的输出与电路接地之间的可调谐分流电容器766以及(iv)耦合在匹配电路760的输出与电路接地之间的分流电感器768。
可调谐阻抗匹配电路的一些示例性设计在上文中已经在图6到7F中描述。一般而言，可调谐阻抗匹配电路可包括任何数目的匹配电路级。更多级可用于增加带宽，提供阻抗匹配中的更多灵活性，通过减少每一级的阻抗变压比来降低损耗，和/或提供以更多电路组件为代价的其它益处。每一级可基于L拓扑、R拓扑、π拓扑、T拓扑等来实现。T拓扑包括耦合至分流电路组件以及还耦合至另一串联电路组件的串联电路组件，例如如在图6中针对匹配电路520所示。不同的电路拓扑可以更适合于放大器的不同标称输入或输出阻抗。例如，一些电路拓扑在输入或输出阻抗呈现电感性时可能更为适合，而其它电路拓扑在输入或输出阻抗呈现电容性时可能更为适合。
一般而言，任何合适的可调谐阻抗匹配电路都可用于多模激励放大器。该调谐使得单个多模激励放大器能够满足线性度要求并在宽泛的发射功率电平范围上达成良好的效率。该多模激励放大器也可具有可调谐输入阻抗以提高性能。
一般而言，可调谐阻抗匹配电路可包括任何数目的可调谐电路组件。可调谐电路组件可以是可调谐串联电容器(例如，图6中的匹配电路552中的电容器654)、可调谐分流电容器(例如，图6中的匹配电路520中的电容器624)、可调谐串联电感器、可调谐分流电感器等。实现可调谐电容器可能比实现可调谐电感器更容易。可调谐电容器可用具有可基于模拟控制电压来调节的电容的可变电容器(可变电抗器)来实现。可调谐电容器也可以用可个体地被选择或不选择以改变电容的一组电容器来实现。在任何情况下，可调谐阻抗匹配电路中的可调谐电容器可以变化以改进阻抗匹配并获得良好性能。
图8示出了用可开关电容器来实现的可调谐电容器810的示例性设计的示意图。在图8所示的示例性设计中，可调谐电容器810用固定电容器820以及N个可开关电容器830a到830n的集合来实现，其中N可以是任何整数值。电容器820耦合在可调谐电容器810的第一端子812和第二端子814之间。每一个可开关电容器830都与相关联的开关832串联地耦合。每一个可开关电容器830的一端耦合到可调谐电容器810的第一端子812，而另一端耦合到相关联的开关832的一端。开关832的另一端耦合到可调谐电容器810的第二端子814。开关832a到832n接收N个控制信号，这些信号为了简明起见未在图8中示出。每一开关832可基于其相关联的控制信号来断开或闭合。
在一个示例性设计中，N个可开关电容器830a到830n可具有相同的电容值。在另一示例性设计中，这N个可开关电容器830a到830n可具有不同的电容值，例如C、2C、4C等，其中C是基本电容单位。
可调谐电路组件可被设计成具有合适的调谐范围，即电路组件的合适的值范围。在一示例性设计中，可调谐电容器可被设计成具有大约C到4C的调谐范围，其中2C是该可调谐电容器的标称电容值。这一4:1调谐范围可能比阻抗匹配电路中的可调谐电容器的典型调谐范围大得多。该较大的调谐范围可导致更多的插入损耗，这一般是不合乎需要的。该较大插入损耗在全功率模式中可能是不可接受的，但在旁路模式中可能是可接受的。在其它示例性设计中，可调谐电容器可被设计成具有大于4:1或小于4:1的调谐范围。
可调谐阻抗匹配电路可以按各种方式来控制。在一个示例性设计中，可调谐阻抗匹配电路可基于该匹配电路的预表征来调节。例如，无线设备110的性能可针对可调谐阻抗匹配电路中的一个或多个可调谐电容器在给定发射功率电平的不同可能设置来表征(例如，在电路设计阶段或制造阶段期间)。能够在给定发射功率电平提供最佳性能的设置可被存储在查找表中(例如，图2中的存储器212中)。该表征可以针对感兴趣的不同发射功率电平来执行，并且在每一发射功率电平能够提供最佳性能的设置可被存储在查找表中。该表征可通过计算机仿真、实验室测量、工厂测量、现场测量等来执行。之后，能够在感兴趣的发射功率电平提供最佳性能的设置可以从查找表中检索到并应用于可调谐阻抗匹配电路。
在另一示例性设计中，可调谐阻抗匹配电路可被动态调节(例如，在操作期间)。例如，可针对可调谐电容器的不同可能设置来测量一个或多个参数，诸如递送功率、测得的阻抗、回波损耗、插入损耗、反射系数、电压驻波比(VSWR)、失配损耗等。可选择使用能提供(如由一个或多个参数所测量的)最佳性能的设置。
在又一示例性设计中，可基于匹配电路的预表征与动态调节的组合来调节可调谐阻抗匹配电路。例如，可调谐阻抗匹配电路的性能可被预表征，并且能在感兴趣的发射功率电平提供良好性能的设置可从查找表中检索到并应用于可调谐阻抗匹配电路。可调谐阻抗匹配电路可随后在操作期间被动态调节(例如，在围绕对应于选定设置的标称值的更窄范围内)。
可调谐阻抗匹配电路也可以按其它方式来调节。在任何情形中，可调谐阻抗匹配电路可包括针对不同发射功率电平的多个设置。每一个设置都可对应于匹配电路中的所有可调谐电路组件的一组不同的值(例如，图6中的电容器652的不同电容值)。例如，电容器652可针对低发射功率电平被设为第一值(C1)，针对中等发射功率电平被设为第二值(C2)，或者针对高发射功率电平被设为第三值(C3)。可调谐阻抗匹配电路可使得多模激励放大器能够在宽泛的发射功率电平范围上达成良好的性能(例如，在线性度和效率方面)。
图9A示出图5和6中的多模激励放大器542相对于发射/输出功率电平的PAE和线性度。在图9A中，横轴表示发射功率并且是以dBm为单位给出的。左纵轴表示PAE并且是以百分比(％)为单位给出的。右纵轴表示毗邻信道泄漏比(ACLR)并且是以载波下分贝(dBc)为单位给出的。ACLR是线性度的度量，且较低(即更负)的ACLR对应于更好的线性度。在图9A所示的示例性设计中，对于小于3dBm的低发射功率电平为电容器654选择小电容值(例如C)，对于3到9dBm之间的中等发射功率电平为电容器654选择标称电容器(例如2C)，而对于高于9dBm的高发射功率电平为电容器654选择大电容值(例如4C)。
在图9A中，标绘912针对图6中的输出阻抗匹配电路552中的电容器654的小电容值C的情况示出了相对于发射功率的PAE。标绘914针对电容器654的标称电容值2C的情况示出了相对于发射功率的PAE。标绘916针对电容器654的大电容值4C的情况示出了相对于发射功率的PAE。
在图9A中，标绘922针对图6中的输出阻抗匹配电路552中的电容器654的小电容值C的情况示出了相对于发射功率的ACLR。标绘924针对电容器654的标称电容值2C的情况示出了相对于发射功率的ACLR。标绘926针对电容器654的大电容值4C的情况示出了相对于发射功率的ACLR。
图9B示出了相对于发射/输出功率电平的多模激励放大器542的直流(DC)偏置电流。在图9B中，横轴表示发射功率并且是以dBm为单位来给出的。纵轴表示DC偏置电流并且是以毫安(mA)为单位给出的。在图9B中，标绘932针对电容器654的小电容值C的情况示出了相对于发射功率的DC偏置电流。标绘934针对电容器654的标称电容值2C的情况示出了相对于发射功率的DC偏置电流。标绘936针对电容器654的大电容值4C的情况示出了相对于发射功率的DC偏置电流。
如图9A和9B所示，在更高的发射功率(例如，从9到16dBm)可以用电容器654的更大电容值来达成良好的线性度和更低的ACLR。然而，电容器654的更大电容值将导致消耗更多的DC偏置电流。因此，在更高的发射功率可以为电容器654选择更大的电容值以获得所需线性度，而在更低的发射功率可以为电容器654选择更小的电容值以降低功耗。例如，在3.5dBm的发射功率电平可以为电容器654选择低电容值C以满足-35dBc的ACLR要求，并达成大约5.4mA的低DC偏置电流。如图9A和9B所示，大约5mA的低DC偏置电流可以在大约3dBm的低发射功率电平处使用。更高的DC偏置电流可用于在15dBm的高发射功率电平处达成大约37％的良好PAE以及大约-38dBc的良好ACLR。由此可以跨宽泛的发射功率电平范围达成良好的总体性能。作为对比，如果对电容器654使用具有小值的固定电容器(而不是可调节电容器)，则ACLR在高于3dBm的发射功率电平处可能是较差的并且可能不合规范。如果对电容器654使用具有大值的固定电容器，则在低发射功率电平(例如小于3dBm)处，DC偏置电流将会是高的，并且PAE将会是低的。
激励放大器和功率放大器可以各种方式来实现，例如，用不同类型的晶体管并且基于各种电路设计。以下描述放大器的示例性设计。
图10示出了可以是功率放大器或激励放大器的放大器1000的示例性设计的示意图。放大器1000包括以叠层形式耦合的M个N沟道金属氧化物半导体(NMOS)晶体管1010a至1010m，其中M可以是任何整数值。最底下的NMOS晶体管1010a的源极耦合至电路接地，并且其栅极经由交流(AC)耦合电容器1022来接收输入信号(Vin)。堆栈中的每个更高的NMOS晶体管1010的源极耦合至堆栈中下面的另一NMOS晶体管的漏极。最上面的NMOS晶体管1010m的漏极提供输出信号(Vout)。负载电感器1012耦合在Vdd电源与最上面的NMOS晶体管1010m的漏极之间，并且为放大器1000提供DC偏置电流。负载电感器1012可以是输出或级间阻抗匹配电路的一部分。例如，负载电感器1012可对应于图6中的输出阻抗匹配电路552中的分流电感器652。NMOS晶体管1010a到1010m的栅极分别经由M个电阻器1020a到1020m接收M个偏置电压Vbias1到VbiasM。这些偏置电压可被生成为在放大器1000被启用时开启放大器1000，并且在放大器1000被禁用时关闭放大器1000。
Vout信号可具有大电压摆幅，尤其是在放大器1000被用作功率放大器的情况下。该大电压摆幅可超出每一个NMOS晶体管1010的击穿电压。Vout信号的大电压摆幅可跨这M个NMOS晶体管1010a到1010m大致相等地拆分或分布。每个NMOS晶体管1010可随后仅观察到该电压摆幅的一小部分，该小部分可以小于每个NMOS晶体管的击穿电压以达成高可靠性。M个偏置电压Vbias1至VbiasM可被选择成提供Vout信号的期望电压拆分，例如，使得每个NMOS晶体管1010观察到该电压摆幅的约1/M。
图10示出了放大器的示例性设计，该放大器也可按照其他方式来实现。例如，放大器可用其他类型的晶体管或其他电路设计等来实现。图10所示的示例性设计可用于图3到6中的任一个激励放大器和任一个功率放大器。对于激励放大器和功率放大器，叠层式晶体管的数目、晶体管尺寸、负载电感器、偏置电流、偏置电压和/或其它电路特性可以是不同的。
放大器1000可用于图5和6中的多模激励放大器542。在这种情况下，放大器1000可包括针对不同的发射功率电平的多个设置。放大器1000的每一个设置都可以与NMOS晶体管1010a到1010m的一组特定的偏置电压和/或放大器1000的特定DC偏置电流相关联。例如，Vbias1到VbiasM电压可以(i)针对更高的发射功率电平被设置得更高以获得期望的激励和线性度或者(ii)针对更低的发射功率电平被设置得更低以减少功耗。在一示例性设计中，放大器1000的性能可针对感兴趣的每一发射功率电平的不同可能设置来表征。每一发射功率电平的最佳设置可被存储在查找表中。在操作期间，可以从查找表中检索针对当前发射功率电平的设置并将其应用于放大器1000。放大器1000也可以按其它方式设置或调节。
在示例性设计中，一种装置(例如，无线设备、IC、电路模块等)可包括激励放大器和可调谐阻抗匹配电路，例如如图5和6中所示。激励放大器(例如，图5和6中的激励放大器542)可放大输入RF信号，并且提供经放大的RF信号。可调谐阻抗匹配电路(例如，图5和6中的匹配电路552)可以耦合到激励放大器并且可以匹配激励放大器的输出阻抗。
在示例性设计中，激励放大器可包括针对多种模式的多个设置。该多种模式可以与多个发射功率电平、多个频带或多种无线电技术中的至少一者相关联。激励放大器的多个设置可以与激励放大器的不同偏置电压和/或不同偏置电流相关联。在示例性设计中，查找表可存储激励放大器的多个设置。查找表可接收所选模式(例如，所选发射功率电平)并且可提供多个设置中的对应于所选模式的一个设置。
在示例性设计中，可调谐阻抗匹配电路可包括针对多个模式(例如，多个发射功率电平)的多个设置。在示例性设计中，可调谐阻抗匹配电路可包括具有可调节电容值的可调谐电容器。可调谐阻抗匹配电路的多个设置可以与可调谐电容器的不同电容值相关联。可调谐电容器可具有至少二比一的调谐范围(例如，大约四比一的调谐范围)。可调谐电容器可具有与多个模式相关联的多个电容值。在示例性设计中，可调谐电容器可包括耦合到至少一个开关的至少一个电容器，例如如图8所示。该至少一个电容器中的每一个都可基于相关联的开关来被选择或不被选择。在另一示例性设计中，可调谐电容器可以用可变电抗器或某种其它类型的可调谐电容器来实现。
在示例性设计中，可调谐阻抗匹配电路(例如，匹配电路552)可包括可调谐电容器和电感器，例如如图6所示。可调谐电容器(例如，电容器654)可以耦合在可调谐阻抗匹配电路的输入与输出之间。电感器(例如，电感器652)可以耦合在可调谐阻抗匹配电路的输入与电源(如图6所示)或电路接地之间。可调谐阻抗匹配电路还可以按其它方式实现，例如基于图7A到7F中的电路设计中的任一个。
该装置还可包括第二可调谐阻抗匹配电路(例如，图5和6中的匹配电路520)，其耦合到激励放大器并且被配置成为激励放大器执行输入阻抗匹配。在一示例性设计中，第二可调谐阻抗匹配电路可包括第一电容器、电感器和可调谐电容器。第一电容器(例如，图6中的电容器620)可以耦合在第二可调谐阻抗匹配电路的输入与中间节点之间。电感器可以耦合在中间节点与第二可调谐阻抗匹配电路的输出之间。可调谐电容器可以耦合在中间节点与电路接地之间。第二可调谐阻抗匹配电路还可以按其它方式实现，例如基于图7A到7F中的电路设计中的任一个。
在一示例性设计中，该装置可包括主发射路径和旁路发射路径。旁路发射路径(例如，图5和6中的旁路发射路径512)可包括激励放大器、可调谐阻抗匹配电路且不包括功率放大器。主发射路径(例如，图5和6中的主发射路径510)可包括第二激励放大器和功率放大器。在一示例性设计中，可选择主发射路径用于高于阈值电平的发射功率电平，并且可选择旁路发射路径用于低于阈值电平的发射功率电平。主发射路径和旁路发射路径还可基于不同的阈值电平来选择，以提供迟滞并缓解两个发射路径之间的连续切换。
在一示例性设计中，第二可调谐阻抗匹配电路可耦合至主发射路径和旁路发射路径(并由这两个发射路径共享)，并且可以匹配激励放大器或第二激励放大器的输入阻抗。在另一示例性设计中，单独的可调谐输入阻抗匹配电路可以耦合到主发射路径和旁路发射路径。每一个可调谐输入阻抗匹配电路都可以匹配其发射路径中的激励放大器的输入阻抗。
图11示出由无线设备执行的过程1100的示例性设计。可用激励放大器来放大输入RF信号以获得经放大的RF信号(框1112)。可以用耦合到激励放大器的可调谐阻抗匹配电路来匹配激励放大器的输出阻抗(框1114)。可以用耦合激励放大器的第二可调谐阻抗匹配电路来匹配激励放大器的输入阻抗(框1116)。可将激励放大器设为与多个模式(例如，多个发射功率电平)相关联的多个设置之一(框1118)。激励放大器的多个设置可以与不同偏置电压和/或不同偏置电流相关联。还可将可调谐阻抗匹配电路设为与多个模式相关联的多个设置之一(框1120)。可调谐阻抗匹配电路的多个设置可以与不同的电容值等相关联。
本文描述的具有可调谐输出阻抗匹配的多模激励放大器可被实现在IC、模拟IC、RFIC、混合信号IC、ASIC、印刷电路板(PCB)、电子设备等之上。该多模激励放大器还可用各种IC工艺技术来制造，诸如互补金属氧化物半导体(CMOS)、N沟道MOS(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)、异质结双极型晶体管(HBT)、高电子移动性晶体管(HEMT)、绝缘体上覆硅(SOI)等。
实现本文描述的具有可调谐输出阻抗匹配的多模激励放大器的装置可以是自立设备或可以是较大设备的一部分。设备可以是(i)自立的IC，(ii)一个或多个IC的集合，其可包括用于存储数据和/或指令的存储器IC，(iii)RFIC，诸如RF接收机(RFR)或RF发射机/接收机(RTR)，(iv)ASIC，诸如移动站调制解调器(MSM)，(v)可嵌入在其他设备内的模块，(vi)接收机、蜂窝电话、无线设备、手持机、或者移动单元，(vii)其他等等。
在一个或多个示例性设计中，所描述的功能可以在硬件、软件、固件、或其任何组合中实现。如果在软件中实现，则各功能可以作为一条或多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，包括促成计算机程序从一地向另一地转移的任何介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或能被用来携带或存储指令或数据结构形式的期望程序代码且能被计算机访问的任何其它介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(CD)、激光碟、光碟、数字多用碟(DVD)、软盘和蓝光碟，其中盘(disk)往往以磁的方式再现数据，而碟(disc)用激光以光学方式再现数据。上述的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。
提供对本公开的先前描述是为了使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对于本领域技术人员将是显而易见的，并且本文中定义的普适原理可被应用于其他变形而不会脱离本公开的范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

Claims (20)

1.一种装置，包括：
激励放大器，其被配置成放大输入射频(RF)信号并提供经放大的RF信号；以及
可调谐阻抗匹配电路，其耦合到所述激励放大器并且被配置成匹配所述激励放大器的输出阻抗。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述激励放大器包括针对多个模式的多个设置。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述多个模式与多个发射功率电平、多个频带或多种无线电技术中的至少一者相关联。
4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述激励放大器的多个设置与所述激励放大器的不同偏置电压或不同偏置电流中的至少一者相关联。
5.如权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括：
查找表，其被配置成存储所述激励放大器的多个设置，接收所选模式，并提供所述多个设置中对应于所选模式的一个设置。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述可调谐阻抗匹配电路包括针对多个模式的多个设置。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述可调谐阻抗匹配电路包括具有可调节电容值的可调谐电容器。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述可调谐电容器包括耦合到至少一个开关的至少一个电容器，所述至少一个电容器中的每一个基于相关联的开关来被选择或不被选择。
9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述可调谐阻抗匹配电路包括：
耦合在所述可调谐阻抗匹配电路的输入与输出之间的可调谐电容器；以及
耦合在所述可调谐阻抗匹配电路的输入与电源或电路接地之间的电感器。
10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：
第二可调谐阻抗匹配电路，其耦合到所述激励放大器并且被配置成为所述激励放大器执行输入阻抗匹配。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述第二可调谐阻抗匹配电路包括：
耦合在所述第二可调谐阻抗匹配电路的输入与中间节点之间的第一电容器；
耦合在所述中间节点与所述第二可调谐阻抗匹配电路的输出之间的电感器；以及
耦合在所述中间节点与电路接地之间的可调谐电容器。
12.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：
旁路发射路径，其包括所述激励放大器、所述可调谐阻抗匹配电路且不包括功率放大器；以及
主发射路径，其包括第二激励放大器和功率放大器。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述主发射路径被选择用于高于阈值电平的发射功率电平，并且其中所述旁路发射路径被选择用于低于所述阈值电平的发射功率电平。
14.如权利要求12所述的装置，其特征在于，还包括：
第二可调谐阻抗匹配电路，其耦合到所述主发射路径和所述旁路发射路径并被配置成为所述激励放大器或所述第二激励放大器执行输入阻抗匹配。
15.一种方法，包括：
用激励放大器来放大输入射频(RF)信号以获得经放大的RF信号；以及
用耦合到所述激励放大器的可调谐阻抗匹配电路来匹配所述激励放大器的输出阻抗。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括：
用耦合到所述激励放大器的第二可调谐阻抗匹配电路来匹配所述激励放大器的输入阻抗。
17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括：
将所述激励放大器设为与多个模式相关联的多个设置之一。
18.如权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括：
将所述可调谐阻抗匹配电路设为与多个模式相关联的多个设置之一。
19.一种设备，包括：
用于放大输入射频(RF)信号以获得经放大的RF信号的装置；
用于匹配所述用于放大的装置的输出阻抗的装置，所述用于匹配输出阻抗的装置是可调谐的。
20.如权利要求19所述的设备，其特征在于，还包括：
用于匹配所述用于放大的装置的输入阻抗的装置，所述用于执行输入阻抗匹配的装置是可调谐的。
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