CN104106213A - 具有改善效率的linc发射器 - Google Patents

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Abstract

一种射频(RF)发射器(300)包括被配置为接收第一组和第二组互补RF信号(S1(t)，S2(t))的第一和第二驱动器(302-1，302-2)。恢复电路(304-1，304-2)耦合到第一和第二驱动器，并且桥接电路(306)耦合到第一和第二恢复电路。通过具有恢复电路和桥接电路，可提供共模阻抗和差分阻抗，其中共模阻抗低于差分阻抗。

Description

具有改善效率的LINC发射器
技术领域
本发明一般涉及具有非线性部件的线性放大(LINC)发射器，并且更具体地涉及具有补偿电路以改善效率的LINC发射器。
背景技术
图1和图2示出常规LINC发射器100的示例。在操作中，输入信号S(t)(其具有变化的包络)被提供给信号发生器102，其可以表示为：
(1)  S(t)＝A(t)eiθ(t)，
其中A(t)为信号包络并且θ(t)为信号相位。然后信号发生器102能够根据信号S(t)生成信号S1(t)和S2(t)，该信号S(t)可以表示为：
其中c为图2中所示的半径并且为异相角。当组合方程(1)和(2)并对异相角求解时，其变为：
由于反余弦函数限于-1和1之间的定义域，因此：
(4)  c≥max(A(t))，
其意味着信号S1(t)和S2(t)具有总体恒定的包络。因此，高效率的非线性功率放大器(PA)可以用作PA 104-1和104-2，以生成信号O1(t)和O2(t)，然后这些信号可以用组合器106进行组合以产生具有可变包络的信号O(t)。
关于LINC发射器100的一个问题是存在效率损失(部分由于组合器106)，因此，作为替代方案，可以采用不对称多级异相(AMO)发射器200，如图3所示。在操作中，AMO调制器202(其通常包括由预失真训练器212调节的预失真)根据输入振幅信号AMP与输入相位信号生成振幅信号AMP-1和AMP-2以及相位信号和相位信号和被提供给数字射频相位转换器(DRFPC)204，该转换器为PA 208-1和PA 208-2产生通常恒定的包络信号(类似于信号发生器102)，并且振幅信号AMP-1和AMP-2被用于控制从电源206-1和206-2施加到PA 208-1和PA 208-2的功率水平，以便实现更高的效率。如图4所示，功率在概率分布函数(PDF)为最大的区域中转换。这允许AMO发射器200具有比常规LINC发射器100和多级LINC(ML-LINC)发射器更大的总效率，但具有比功率附加效率(PAE)更小的总效率。然而，由于AMO发射器200的效率仍然相对较低，因此需要具有改善效率的RF发射器。
常规电路的一些示例在以下文献中描述：Chung等人，“AsymmetricMultilevel Outphasing Architecture for Multi-standard Transmitters(用于多标准发射器的不对称多级异相架构)”，2009IEEE Radio Frequency Integrate CircuitsSymposium，237-240页；Godoy等人，“A Highly Efficient 1.95-GHz,18-WAsymmetric Multilevel Outphasing Transmitter for Wideband Applications(用于宽带应用的高效率1.95-GHz、18-W不对称多级异相发射器)”，MicrowaveSymposium Digest(MTT),2011IEEE MTT-S International,2011年6月5日-10日，1-4页；美国专利号6,366,177；以及美国专利号7,260,157。
发明内容
描述一种实施例，其包括被配置为接收第一组互补射频(RF)信号的第一驱动器；被配置为接收第二组互补RF信号的第二驱动器；耦合到第一驱动器的第一恢复电路；耦合到第二驱动器的第二恢复电路；耦合到第一和第二恢复电路的桥接电路；以及耦合到第一和第二恢复电路的输出电路，其中第一恢复电路、第二恢复电路和桥接电路提供共模阻抗和差分阻抗，其中共模阻抗低于差分阻抗。
在一些实施方式中，第一和第二恢复电路进一步包括第一和第二电感器-电容器(LC)电路。
在一些实施方式中，该设备进一步包括：耦合到第一驱动器的第一消除电路；以及耦合到第二驱动器的第二消除电路，其中第一和第二消除电路提高峰值效率。
在一些实施方式中，在来自第一组RF脉冲的连续脉冲之间和来自第二组RF脉冲的连续脉冲之间存在自由飞间隔，并且其中第一和第二消除电路中的至少一个被配置为在每个自由飞间隔期间提供谐波恢复。
在一些实施方式中，第一和第二消除电路进一步包括第三和第四LC电路。
在一些实施方式中，输出电路进一步包括组合器。
在一种形式中，该设备包括：信号发生器，其被配置为接收输入信号并且被配置为生成多组互补RF信号；多个驱动器，其耦合到信号发生器，其中每个驱动器被配置为接收多组互补RF信号中的至少一个；多个恢复电路，其中每个恢复电路耦合到驱动器中的至少一个；桥接电路，其耦合到每个恢复电路；以及输出电路，其耦合到每个恢复网络，其中多个恢复电路和桥接电路提供共模阻抗和差分阻抗，其中共模阻抗低于差分阻抗。
在一些实施方式中，每个恢复电路进一步包括LC电路。
在一些实施方式中，该设备进一步包括多个消除电路，其中每个消除电路耦合到至少一个驱动器，并且其中多个消除电路提高峰值效率。
在一些实施方式中，桥接电路进一步包括耦合在多个恢复电路之间的电感器。
在另一种形式中，该设备包括：信号发生器，其被配置为接收输入信号并且被配置为生成第一、第二、第三和第四RF信号，其中输入信号具有可变包络，并且其中第一和第二RF信号互补，并且其中第三和第四RF信号互补，并且其中在第一、第二、第三和第四RF信号的连续脉冲之间存在自由飞间隔；第一驱动器，其具有：具有第一无源电极、第二无源电极和控制电极的第一晶体管，其中第一晶体管的控制电极耦合到信号发生器以便接收第一RF信号；以及具有第一无源电极、第二无源电极和控制电极的第二晶体管，其中第二晶体管的控制电极耦合到信号发生器以便接收第二RF信号，并且其中第二晶体管的第一无源电极在第一节点处耦合到第一晶体管的第二无源电极；第二驱动器，其具有：具有第一无源电极、第二无源电极和控制电极的第三晶体管，其中第三晶体管的控制电极耦合到信号发生器以便接收第三RF信号；以及具有第一无源电极、第二无源电极和控制电极的第四晶体管，其中第四晶体管的控制电极耦合到信号发生器以便接收第四RF信号，并且其中第四晶体管的第一无源电极在第二节点耦合到第三晶体管的第二无源电极；第一恢复电路，其耦合到第一节点；第二恢复电路，其耦合到第二节点；输出电路，其在第三和第四节点处分别耦合到第一和第二恢复电路；以及桥接电路，其耦合到第三和第四节点，其中第一恢复电路、第二恢复电路和桥接电路提供共模阻抗和差分阻抗，其中共模阻抗低于差分阻抗。
在一些实施方式中，第一和第三晶体管进一步分别包括第一和第二PMOS晶体管，并且其中第二和第四晶体管进一步分别包括第一和第二NMOS晶体管。
在一些实施方式中，桥接电路进一步包括耦合到第三和第四节点的电感器。
在一些实施方式中，该电感器进一步包括第一电感器，并且其中第一恢复电路进一步包括：耦合在第一和第三节点之间的第二电感器；以及耦合在第一和第三节点之间的第一电容器；并且其中第二恢复电路进一步包括：耦合在第二和第四节点之间的第三电感器；以及耦合在第二和第四节点之间的第二电容器。
在一些实施方式中，该设备进一步包括：耦合到第一节点的第一消除电路；以及耦合到第二节点的第二消除电路。
在一些实施方式中，第一消除电路进一步包括彼此串联耦合的第三电容器和第四电感器，并且其中第二消除电路进一步包括彼此串联耦合的第四电容器和第五电感器。
附图说明
图1是常规LINC发射器的示例的图示；
图2是图1的LINC发射器的矢量图；
图3是常规AMO发射器的示例的图示；
图4是示出图1的LINC发射器和图3的AMO发射器的效率的图示；
图5是根据本发明的LINC发射器的示例的图示；
图6是图5的LINC发射器的更详细示例；以及
图7是描绘与图1的LINC发射器相比较的图6的LINC发射器的效率的图示。
具体实施方式
可见图5示出根据本发明的LINC发射器300的示例。LINC发射器300具有类似于LINC发射器100的操作，表现为其采用信号发生器102以从信号S(t)(其具有可变包络)产生信号S1(t)和S2(t)(其具有通常恒定的包络)。然后LINC发射器300的这些信号S1(t)和S2(t)被施加到驱动器302-1和302-2，以便从输出网络310(其可包括例如图6中具有电容器CM1和CM2与电感器LM的电感器-电容器网络)生成信号O(t)。然后该输出信号O(t)可以被施加到射频负载(即，图6的电阻器RL)，例如天线。为了与其他常规发射器相比改善LINC发射器300的性能，采用了消除电路308-1和308-2、恢复电路304-1和304-2以及桥接电路306。
图6示出LINC发射器300的更详细示例，其可以帮助示出消除电路308-1和308-2可如何改善性能。如图所示，驱动器302-1和302-2分别包含具有寄生电容CP1-1、CP2-1、CP1-2和CP2-2的晶体管Q1-1、Q2-1、Q1-2和Q2-2(其中晶体管Q1-1和Q1-2被显示为PMOS晶体管且其中晶体管Q2-1和Q2-2被显示为NMOS晶体管)。这些晶体管Q1-1、Q2-1、Q1-2和Q2-2分别由RF输入信号对RFINU-1/RFIND-1和RFINU-2/RFIND-2(其通常对应于信号S1(t)和S2(t))驱动。该信号对RFINU-1/RFIND-1和RFINU-2/RFIND-2通常为能够激活晶体管Q1-1/Q2-1和Q1-2/Q2-2的互补脉宽调制(PWM)输入信号，但对于发射器300，这些信号彼此不“相邻”，这意味着这些信号从定时的角度真正互补。在信号对RFINU-1/RFIND-1和RFINU-2/RFIND-2的连续脉冲之间存在自由飞(free-fly)或停滞时间间隔，这意味着在驱动器302-1中的晶体管Q1-1和Q2-1的连续激活之间和驱动器302-2中的晶体管Q1-2和Q2-2的连续激活之间存在间隔。作为使用该自由飞间隔的结果，消除电路308-1和308-2(其通常包含电感器-电容器电路CC-1/LC-1和CC-2/LC-2)可以随后通过提供消除电路来控制驱动器302-1和302-2的输出端的谐波含量，该消除电路在题为“CLASS D POWER AMPLIFIER”的共同待决的美国专利申请序列号13/106,611中描述，该美国专利申请通过引用合并于此。本质上，消除电路308-1和308-2可以提供谐波恢复以确保允许峰值效率提高的消除电流。
通过恢复电路304-1和304-2与桥接电路306，这些电路可以改变发射器300的阻抗以便提高回退(back-off)效率。如图所示，恢复电路304-1和304-2通常包括电容器CHR1和CHR2以及电感器LHR1和LHR2，并且恢复电路304-1和304-2通常被调谐(即，电容器CHR1和CHR2与电感器LHR1和LHR2被适当地确定大小)以隔离第三谐波(尽管也可能调谐到其他谐波)，以便通常充当谐波抑制滤波器。如图所示，桥接电路306通常包含电感器LBC，其被调谐或确定大小以便“解谐(tune-out)”在第一谐波(尽管可选择其他谐波)的寄生电容器CP1-1、CP2-1、CP1-2和CP2-2的影响。
回到发射器100的图2中的矢量图(其可能类似于发射器300的矢量图)，表示信号S1(t)和S2(t)中的每一个的矢量具有异相分量和同相分量，这两者组合起来形成表示信号S(t)的矢量。为了实现更高的总效率，需要具有异相分量的更高阻抗(其可被称为差分阻抗)，这是因为更高阻抗降低所汲取的电流。还需要具有同相分量的更低阻抗(其可被称为共模阻抗)，这是因为存在发射器300的切换损失的减少。通过将恢复电路304-1和304-2调谐到(例如)第三谐波并且将桥接电路306调谐到(例如)第一谐波，可能存在高差分阻抗和低共模阻抗，从而允许更低功耗并提高效率。
通过发射器300中的消除电路308-1和308-2、恢复电路304-1和304-2与桥接电路306的组合使用，在图7中可以看出与发射器100比较的效率提高。如图所示，在低功率下存在将近50％的效率提高并且在高功率下存在大约10％的提高。这种改善也可以用无源部件(即，电阻器、电容器和电感器)实现，从而避免与其他有源系统(如AMO发射器200)关联的成本和损失。另外，还可以消除巨大组合器(如与发射器100一起使用的巨大组合器)。
本发明相关领域的技术人员应当理解的是，在所要求保护的发明的范围内可以对所描述的实施例作出修改，并且许多其他实施例是可能的。

Claims (20)

1.一种设备，其包括：
第一驱动器，其被配置为接收第一组互补射频信号即RF信号；
第二驱动器，其被配置为接收第二组互补RF信号；
第一恢复电路，其耦合到所述第一驱动器；
桥接电路，其耦合到所述第一恢复电路和所述第二恢复电路；
第二恢复电路，其耦合到所述第二驱动器；以及
输出电路，其耦合到所述第一恢复电路和所述第二恢复电路，其中所述第一恢复电路、所述第二恢复电路和所述桥接电路提供共模阻抗和差分阻抗，其中所述共模阻抗低于所述差分阻抗。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一恢复电路和所述第二恢复电路进一步包括第一电感器-电容器电路即LC电路和第二LC电路。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述设备进一步包括：
第一消除电路，其耦合到所述第一驱动器；以及
第二消除电路，其耦合到所述第二驱动器，其中所述第一消除电路和所述第二消除电路提高峰值效率。
4.根据权利要求3所述的设备，其中所述桥接电路包括耦合在所述第一恢复电路和所述第二恢复电路之间的电感器。
5.根据权利要求4所述的设备，其中在来自所述第一组RF脉冲的连续脉冲之间和来自所述第二组RF脉冲的连续脉冲之间存在自由飞间隔，并且其中所述第一消除电路和所述第二消除电路中的至少一个被配置为在每个自由飞间隔期间提供谐波恢复。
6.根据权利要求5所述的设备，其中所述第一消除电路和所述第二消除电路进一步包括第三LC电路和第四LC电路。
7.根据权利要求6所述的设备，其中所述输出电路进一步包括组合器。
8.一种设备，其包括：
信号发生器，其被配置为接收输入信号并且被配置为生成多组互补RF信号；
多个驱动器，其耦合到所述信号发生器，其中每个驱动器被配置为接收所述多组互补RF信号中的至少一个；
多个恢复电路，其中每个恢复电路耦合到所述驱动器中的至少一个；
桥接电路，其耦合到每个所述恢复电路；以及
输出电路，其耦合到每个恢复网络，其中所述多个恢复电路和所述桥接电路提供共模阻抗和差分阻抗，其中所述共模阻抗低于所述差分阻抗。
9.根据权利要求8所述的设备，其中每个恢复电路进一步包括LC电路。
10.根据权利要求2所述的设备，其中所述设备进一步包括多个消除电路，其中每个消除电路耦合到至少一个所述驱动器，并且其中所述多个消除电路提高峰值效率。
11.根据权利要求10所述的设备，其中所述桥接电路进一步包括耦合在所述多个恢复电路之间的电感器。
12.根据权利要求11所述的设备，其中在来自每组RF脉冲的连续脉冲之间存在自由飞间隔，并且其中所述多个消除电路中的至少一个被配置为在每个自由飞间隔期间提供谐波恢复。
13.根据权利要求12所述的设备，其中所述输出电路进一步包括组合器。
14.一种设备，其包括：
信号发生器，其被配置为接收输入信号并且被配置为生成第一RF信号、第二RF信号、第三RF信号和第四RF信号，其中所述输入信号具有可变包络，并且其中所述第一RF信号和所述第二RF信号互补，并且其中所述第三RF信号和所述第四RF信号互补，并且其中在所述第一RF信号、所述第二RF信号、所述第三RF信号和所述第四RF信号的连续脉冲之间存在自由飞间隔；
第一驱动器，其具有：
第一晶体管，其具有第一无源电极、第二无源电极和控制电极，其中所述第一晶体管的所述控制电极耦合到所述信号发生器以便接收所述第一RF信号；以及
第二晶体管，其具有第一无源电极、第二无源电极和控制电极，其中所述第二晶体管的所述控制电极耦合到所述信号发生器以便接收所述第二RF信号，并且其中所述第二晶体管的所述第一无源电极在第一节点处耦合到所述第一晶体管的所述第二无源电极；
第二驱动器，其具有：
第三晶体管，其具有第一无源电极、第二无源电极和控制电极，其中所述第三晶体管的所述控制电极耦合到所述信号发生器以便接收所述第三RF信号；以及
第四晶体管，其具有第一无源电极、第二无源电极和控制电极，其中所述第四晶体管的所述控制电极耦合到所述信号发生器以便接收所述第四RF信号，并且其中所述第四晶体管的所述第一无源电极在第二节点处耦合到所述第三晶体管的所述第二无源电极；
第一恢复电路，其耦合到所述第一节点；
第二恢复电路，其耦合到所述第二节点；
输出电路，其分别在第三节点和第四节点处耦合到所述第一恢复电路和所述第二恢复电路；以及
桥接电路，其耦合到所述第三节点和所述第四节点，其中所述第一恢复电路、所述第二恢复电路和所述桥接电路提供共模阻抗和差分阻抗，其中所述共模阻抗低于所述差分阻抗。
15.根据权利要求14所述的设备，其中所述第一晶体管和所述第三晶体管进一步分别包括第一PMOS晶体管和第二PMOS晶体管，并且其中所述第二晶体管和所述第四晶体管进一步分别包括第一NMOS晶体管和第二NMOS晶体管。
16.根据权利要求15所述的设备，其中所述桥接电路进一步包括耦合到所述第三节点和所述第四节点的电感器。
17.根据权利要求16所述的设备，
其中所述电感器进一步包括第一电感器，
其中所述第一恢复电路进一步包括：
第二电感器，其耦合在所述第一节点和所述第三节点之间；以及
第一电容器，其耦合在所述第一节点和第三节点之间；以及
其中所述第二恢复电路进一步包括：
第三电感器，其耦合在所述第二节点和所述第四节点之间；以及
第二电容器，其耦合在所述第二节点和所述第四节点之间。
18.根据权利要求17所述的设备，其中所述设备进一步包括耦合到所述第一节点的第一消除电路；以及耦合到所述第二节点的第二消除电路。
19.根据权利要求18所述的设备，其中所述第一消除电路进一步包括彼此串联耦合的第三电容器和第四电感器，并且其中所述第二消除电路进一步包括彼此串联耦合的第四电容器和第五电感器。
20.根据权利要求19所述的设备，其中所述输出电路进一步包括组合器。
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