CN105453420A - 功率放大器开环电流钳 - Google Patents

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Abstract

各种实现方式包括提供开环电流限制功率放大器等的电路、设备和/或方法。在一些实现方式中，开环电流钳包括：提供控制值的修整模块，以及具有相应的输入端子和输出端子的限制源。输入端子耦接到修整模块以接收控制值。输出端子耦接到第一晶体管的控制端子，以提供由限制源响应于控制值而产生的限制电气电平。限制电气电平基本上设置用于第一晶体管的操作的第一模式，使得第一晶体管的电流汲取基本上由操作的第一模式和限制电气电平确定，使得第一晶体管的输出端子处的电压对电流汲取施加减小的影响。

Description

功率放大器开环电流钳
相关申请
本申请要求2013年7月31日提交的第61/860,548号美国临时专利申请的权益，通过引用将其并入于此。
技术领域
本公开涉及电子电路，并且具体涉及被配置为控制由功率放大器汲取的电流的系统、方法和设备。
背景技术
功率放大器在各种通信网络中广泛使用，以设置由一个设备传输到另一个设备的信息承载信号的传输功率电平。例如，功率放大器用于设置由脉冲激光器在光通信网络中发出的脉冲能量。功率放大器还用在无线载波网络设备的射频(RF)前端组件--诸如基站、中继器和移动客户端设备(例如，移动电话、智能电话、平板计算机等)中--以设置经过天线传输的无线信号的功率电平。功率放大器还用在家庭和办公室的局域网中，以支持服务器、计算机、膝上型计算机以及诸如复印机和打印机之类的外围设备的有线和无线连接性。
在依赖电池的移动设备中，管理功率放大器的操作是有意义的，因为功率放大器的效率往往是RF前端的整体效率的显著因子，并且转而是移动设备的电池寿命的显著因子。另外，部分地由于相对于RF前端的其它组件，功率放大器在高功率电平操作，因此如果不防止功率放大器汲取过多电流和/或引起电压尖峰(这两者都可以达到破坏性水平)，则功率放大器可能导致设备故障。
为了设置高效操作的操作条件，功率放大器的优选电流汲取可以部分通过进行功率放大器到天线(或其它传输负载)的阻抗匹配来初始地设置，使得功率放大器在由偏置电路设置的设计静态(quiescent)范围内操作。然而，即使当功率放大器与天线阻抗匹配时，功率放大器在经历不期望的天线负载状况时也可能汲取过多电流和/或引起电压尖峰。因此，如果过多电流和/或引起电压尖峰达到破坏性水平，则电池寿命减少，并且可能出现设备故障。
附图说明
可以通过参考一些说明性实现方式的各方面来进行更详细的描述，使得本领域普通技术人员可以理解本公开，其中在附图中示出了一些说明性实现方式。
图1是根据一些实现方式的、功率放大器操作控制配置的示意图。
图2是根据一些实现方式的、被提供以控制功率放大器的操作的闭环电流钳(currentclamp)电路的示意图。
图3是根据一些实现方式的、被提供以控制功率放大器的操作的闭环电流钳电路的示意图。
图4是根据一些实现方式的、被提供以控制功率放大器的操作的开环电流钳电路的示意图。
图5是在图4的开路电流钳电路中所包括的电流修整电路的示意图。
图6是根据一些实现方式的、钳位由功率放大器汲取的电流的方法的实现方式的流程图。
图7是示出在由图4的开环电流钳电路的实现方式所施加的电流限制下功率放大器末级β相对负载角的性能图。
图8是示出在由图4的开环电流钳电路的实现方式所施加的电流限制下功率放大器末级β相对温度的性能图。
图9是示出在由图4的开环电流钳电路的实现方式所施加的电流限制下功率放大器末级集电极电流相对负载角的性能图。
图10A-10C是图4的开环电流钳电路的不同集成电路实现方式的示意图。
图11是包括图4的开环电流钳电路的模块的实现方式的示意图。
图12是包括图4的开环电流钳电路的无线设备的实现方式的示意图。
根据通常实践，图中的各种特征可能不按比例绘制，因为为了清晰可以任意地扩大或缩小各种特征的尺寸。而且，附图可能未描绘由说明书所允许的给定系统、方法或装置的所有方面和/或变型。最后，贯穿附图，相同参考编号用于表示相同特征。
发明内容
所附的权利要求范围内的电路、方法和设备的各种实现方式的每一种具有若干方面，其中的单一方面不单独地对在此描述的属性负责。不限制所附的权利要求的范围，描述了一些突出的特征。在考虑本公开之后，特别是在考虑标题为“具体实施方式”的部分之后，人们将理解各种实现方式的各方面如何使能功率放大器的开环电流限制。
一些实现方式包括一种限制第一晶体管的电流汲取的开环电流钳。在一些实现方式中，所述开环电流钳包含：提供控制值的修整模块，以及具有相应的输入端子和输出端子的限制源。输入端子耦接到修整模块以接收控制值。输出端子耦接到第一晶体管的控制端子以提供由限制源响应于控制值而产生的限制电气电平。限制电气电平实质上设置用于第一晶体管的操作的第一模式，使得第一晶体管的电流汲取实质上由操作的第一模式和限制电气电平确定，使得第一晶体管的输出端子处的电压对电流汲取施加减小的影响。
一些实现方式包括一种具有开环电流钳位的第一晶体管的功率放大器。在一些实现方式中，开环电流钳包含：提供控制值的修整模块，以及具有相应的输入端子和输出端子的限制源。输入端子耦接到修整模块以接收控制值。输出端子耦接到第一晶体管的控制端子以提供由限制源响应于控制值而产生的限制电气电平。限制电气电平实质上设置用于第一晶体管的操作的第一模式，使得第一晶体管的电流汲取实质上由操作的第一模式和限制电气电平确定，使得第一晶体管的输出端子处的电压对电流汲取施加减小的影响。
一些实现方式包括一种功率放大器模块。在一些实现方式中，功率放大器模块包含：封装基板，配置为容纳多个组件；在封装基板上包含的裸芯中提供的功率放大器电路，功率放大器包含具有控制端子和输出端子的第一晶体管；修整模块，提供控制值；以及具有相应的输入端子和输出端子的限制源，所述输入端子耦接到修整模块以接收控制值，并且所述输出端子耦接到第一晶体管的控制端子以提供由限制源响应于控制值而产生的限制电气电平，限制电气电平实质上设置用于第一晶体管的操作的第一模式，使得第一晶体管的电流汲取实质上由操作的第一模式和限制电气电平确定，使得第一晶体管的输出端子处的电压对电流汲取施加减小的影响。
一些实现方式包括一种射频(RF)设备。在一些实现方式中，RF设备包含：收发器，配置为处理RF信号；与收发器通信的天线，配置为有助于放大的RF信号的传输；以及功率放大器模块，连接到收发器并且配置为生成放大的RF信号。在一些实现方式中，功率放大器模块包含：第一晶体管；提供控制值的修整模块；以及具有相应的输入端子和输出端子的限制源，所述输入端子耦接到修整模块以接收控制值，并且所述输出端子耦接到第一晶体管的控制端子以提供由限制源响应于控制值而产生的限制电气电平，限制电气电平实质上设置用于第一晶体管的操作的第一模式，使得第一晶体管的电流汲取实质上由操作的第一模式和限制电气电平确定，使得第一晶体管的输出端子处的电压对电流汲取施加减小的影响。
一些实现方式包括一种钳位第一晶体管的电流的方法。在一些实现方式中，所述方法包括：使用修整模块来产生控制值，以补偿温度和制造工艺变化中的至少一个；使用该控制值生成限制电气电平；以及将该限制电气电平施加到第一晶体管的控制端子。
具体实施方式
为了提供对附图中所示出的示例性实现方式的彻底理解，在此描述了许多细节。然而，可以实践本发明而不需许多具体细节。未毫无遗漏地详细描述公知的方法、组件和电路，以免不必要地模糊在此所描述的实现方式的更相关方面。
如上所述，为了设置高效操作的操作条件，功率放大器的优选电流汲取可以部分通过进行功率放大器到天线(或其它传输负载)的阻抗匹配来初始地设置，使得功率放大器在由偏置电路设置的设计静态(quiescent)范围内操作。本领域技术人员将明白，阻抗匹配是指将发送信号的电路的输出阻抗与接收信号的电路的输入阻抗进行匹配，以便获得高效的功率传送。当功率放大器与传输负载(例如，天线)阻抗匹配时，可以获得高效功率传送，并且可以抑制来自传输负载的反射波的生成。阻抗匹配还设置功率放大器与传输负载之间的优选电压驻波比(VSWR)。根据本公开，本领域技术人员将明白，VSWR可以被简要描述为电压驻波的最大值与电压驻波的最小值的比率。此外，本领域技术人员将明白，在功率放大器与传输负载之间的传输路径上的电压驻波是由功率放大器发出的传输信号以及从传输负载到功率放大器的反射信号的组合。
阻抗匹配往往是固定的，使得阻抗在特定范围的频率、负载角、温度、环境条件以及阻抗匹配的组件的物理属性上相匹配。然而，在操作期间，各种因素的一个或多个可能改变—诸如操作环境(温度、湿度等)的改变、由于老化而引起的恶化和/或物理损坏—转而暂时或永久地改变传输负载的有效输入阻抗。传输负载的有效阻抗的改变导致传输负载与功率放大器之间的阻抗不匹配。转而，生成了反射电压波，并且功率放大器与传输负载之间的VSWR从设计范围偏移。当VSWR移动到设计范围之外时，功率放大器可以在设计范围之外操作，并且汲取过多电流和/或引起电压尖峰。取决于VSWR改变的大小，功率放大器可能汲取过多电流和/或引起电压尖峰，这对功率放大器或位于功率放大器附近的组件具有破坏性。
换句话说，即使当功率放大器与天线阻抗匹配时，功率放大器在经历不期望的天线负载状况时也可能汲取过多电流和/或引起电压尖峰。因此，如果过多电流和/或引起电压尖峰达到破坏性水平，则电池寿命减少，并且可能出现设备故障。
图1例如是根据一些实现方式的、示例性功率放大器(PA)操作配置100的示意图。尽管示出了相关特征，但本领域技术人员从本公开将明白，为了简洁起见，未示出各种其它特征，以免模糊在此公开的示例性实现方式的更相关方面。为此，作为非限制性例子，PA操作配置100包括PA102、PA控制模块104、匹配电路108和天线110。PA控制模块104通过控制线106耦接到PA102，以便将至少一个控制信号提供给PA102。耦接PA102以通过耦合电容器103(C)来接收RF输入信号(RFin)，并且通过匹配电路108将放大的RF输出信号(RFout)提供给天线110。PA102从电压供应105汲取DC操作电流。
在一些实现方式中，电容器103被实现为例如单个电容器，以阻断来自PA102的输入节点的不期望的DC电流和/或电压，同时允许RF信号的传送。在一些实现方式中，电容器103被实现为多组件的电容网络。可替代地，虽然图1示出了电容器103，但将理解的是，也可以在不具有这样类似设置的电容的系统或设备中实现本公开的一个或多个特征。类似地，在一些实现方式中，可以将RF扼流电感器(未示出)串联地放置在电压供应105和PA102之间，以防止电压供应105和PA102之间的RF能量传送。
为了针对高效的操作范围维持操作条件，可以通过进行PA102到天线110的阻抗匹配，来部分地初始地维持PA102的优选电流汲取。换句话说，匹配电路108将PA102与天线110阻抗匹配，以便PA102在设计的电流范围内操作。本领域技术人员根据本公开将明白，匹配电路通常包括电容组件和电感组件和/或传输线等的组合。在一些实现方式中，PA102没有与负载共扼匹配，如用小信号放大器来完成的那样。对于大信号PA，输出匹配将优选的负载线呈现给PA集电极，以便改善电压和电流漂移，并且因而改善传递到负载的所得到的功率。当PA102和天线110阻抗匹配时，抑制了来自天线110的反射波的生成，这促进了效率。
阻抗匹配电路108还设置了PA102和天线110之间的优选的电压驻波比(VSWR)。在一些实现方式中，将优选的驻波减小到可忽略的水平(如果不是不存在的话)。在一些实现方式中，当最小与最大电压比接近于容忍水平内的一个比率时，优选的驻波出现。本领域技术人员根据本公开将明白，VSWR一般被描述为电压驻波的最大值与电压驻波的最小值的比率。而且，本领域技术人员将明白，在PA102与天线110之间的传输路径上的电压驻波是由PA102发出的传输信号以及来自天线110的反射信号的组合。
阻抗匹配往往是固定的，使得匹配电路108在特定范围的频率、负载角、温度、环境条件以及阻抗匹配的组件的各种物理属性上匹配阻抗。然而，在操作期间，前述因素的一个或多个可能改变，其转而暂时或永久地导致组件之间的阻抗不匹配。这样的改变例如包括操作环境(温度、湿度等)的改变、由于老化而引起的退化、和/或改变天线110的有效输入阻抗Zin的对天线110的物理损坏。天线110的有效输入阻抗Zin的改变导致天线110与PA102之间的阻抗不匹配。转而，生成了反射电压波，并且PA102与天线110之间的VSWR从设计范围偏移。当VSWR移动到设计范围之外时，PA102可能在设计的静态范围之外操作，并且汲取过多电流和/或引起电压尖峰。取决于VSWR改变的大小，过多电流和/或电压尖峰可能对PA102和/或位于PA102附近的RF前端组件具有破坏性。
换句话说，即使当功率放大器与天线初始阻抗匹配时，功率放大器在经历影响阻抗匹配的不期望的天线负载状况时，可能汲取过多电流和/或引起电压尖峰。因此，如果过多电流和/或电压尖峰达到破坏性水平，则电池寿命减少，并且可能出现设备故障。所以，使用诸如图1中示出的PA控制电路104之类的控制电路来限制由功率放大器(例如，PA102)汲取的电流。
为此，图2是根据一些实现方式的、被提供以控制功率放大器的操作的闭环电流钳电路200的示意图。图2中所示的闭环电流钳电路200与图1中所示的PA操作配置100相似，并且由图1中所示的PA操作配置100改编而来。各自共同的元件包括共同的参考标号，并且为了简洁起见，在此仅描述图1和图2之间的差异。而且，虽然示出了某些具体特征，但本领域技术人员根据本公开将明白，为了简洁起见，未示出各种其它特征，以免模糊在此公开的示例性实现方式的更相关方面。
具体地，闭环电流钳电路200包括布置在具有PA100的闭合反馈环中的电流钳204。电流钳204包括电流感测电路204a和补偿电路204b。电流感测电路204a被耦接以感测由PA102从电压供应105所汲取的电流。在一些使用双极结晶体管(BJT)的实现方式中，由PA102汲取的电流通常被称为在PA102中所包括的相应BJT的集电极电流和发射极电流中的至少一个。还将电流感测电路204a耦接到补偿电路204b，以提供所感测的电流的指示。例如，在一些实现方式中，所感测的电流的指示是与所感测的电流成比例的电信号，诸如电压或电流。
补偿电路204b在控制线106上将控制信号提供给PA102。控制信号使得PA102调整从电压供应105汲取的电流。在一些实现方式中，控制信号是新的偏置电流和电压中的至少一个。另外和/或可替代地，在一些实现方式中，控制信号是将要由与PA102相关联的功率控制电路(参见图12)进行的对偏置电流和电压中的至少一个的改变的表示。
图3是根据一些实现方式的、被提供以控制功率放大器的操作的闭环电流钳电路300的示意图。图3中所示的闭环电流钳电路300与图2中所示的闭环电流钳电路200相似，并且由图2中所示的闭环电流钳电路200改编而来。各自共同的元件包括共同的参考标号，并且为了简洁起见，在此仅描述图2和图3之间的差异。而且，虽然示出了某些具体特征，但本领域技术人员根据本公开将明白，为了简洁起见，未示出各种其它特征，以免模糊在此公开的示例性实现方式的更相关方面。
具体地，闭环电流钳电路300包括在电压供应105和功率放大器302的末级之间与偏置扼流电感器314(LCC)串联的接合导线311。在一些实现方式中，接合导线311包括两个或更多个平行接合导线。作为近似，将接合导线311建模为具有寄生电感和电阻元件，在图3中被示为电感器311a(LBW)和寄生电阻器311b(RPAR)。另外和/或可替代地，在一些实现方式中，将一个或多个表面安装电阻器(未示出)串联地耦接在扼流电感器314和电压供应105之间。
闭环电流钳电路300还包括电流钳304。电流钳304包括在电压供应105和地之间串联地连接的参考电阻器310(RREF)和参考电流源307(IREF)。电流钳304还包括运算放大器304a，该运算放大器304a被布置以将跨参考电阻器310的电压降VREF与跨接合导线311的电压降VSNS进行比较。为此，运算放大器304a的一个输入端子耦接到参考电阻器310和参考电流源307之间的节点308，并且运算放大器304a的另一输入端子耦接到接合导线311和扼流电感器314之间的节点306。运算放大器304a的输出端子耦接到偏置补偿电路304b，其转而经由控制线106耦接到PA末级302以传递新的偏置电压和/或电流。运算放大器304a和偏置补偿电路304b因而形成具有PA末级302的闭环积分器。
在操作中，由PA末级302汲取的电流IPA的指示是与电流IPA和参考电流IREF之间的差值成比例的电压误差信号。更具体地，跨接合导线311(和/或电阻器)形成与由PA末级302汲取的电流IPA成比例的DC电压VSNS。换句话说，DC电压VSNS充当用于调整由PA末级302汲取的电流的代理。
使用运算放大器304a将电压VSNS与跨参考电阻器310的参考电压VREF连续地进行比较，所述运算放大器304a生成电压误差并将其提供给偏置补偿电路304b。在高电流条件下，接合导线电压VSNS超过参考电压VREF，并且PA驱动器集电极电压减小，降低了至PA末级302的RF驱动并且降低了末级集电极电流IPA。这个过程继续，直到由运算放大器304a生成的闭环积分器电压误差被驱动到零为止，此时末级集电极电流近似等于由积分器参考电压VREF确定的所期望的电流极限阈值。
换句话说，在闭环积分器进行反应以将汲取的电流减小回可接受范围内之前，初始地允许由PA末级302汲取的电流从优选的设计范围偏离。在一些实现方式中，将电流减小回可接受范围内所花费的时间可能导致性能风险。例如，因为由PA末级汲取的电流被允许实质上偏离，所以在一些实例中，在闭环积分器减小电流IPA之前，电流IPA可能潜在地达到破坏性水平。此外，用这种方法，在一些实现方式中，使用两个感测PCB迹线和附加的RF去耦组件的精确布线来避免偏置控制器RF整流，这可能导致功率和频率的钳阈值变化。
与此相反，图4是根据一些实现方式的、被提供以控制功率放大器的操作的开环电流钳电路400的示意图。简要地说，开环电流钳400包括预钳位电流源，该预钳位电流源实质上降低功率放大器从电压供应汲取过多电流的能力，并且实质地去除对控制电流汲取的反应机制的需要。在一些实现方式中，开环电流钳包括预钳位电流源和电流修整模块。预钳位电流源的电流输出被限制到由电流修整模块设置的可编程电流电平。为此，图4的开环电流钳电路400包括电压供应405、参考电流源403(IREF)、限流源404(Ib_clamp，即，预钳位源)、修整模块420和PA末级402示例性有源负载。
PA末级402包括第一晶体管416(Q1)。在一些实现方式中，第一晶体管416(Q1)是单个晶体管。另外和/或可替代地，在一些实现方式中，第一晶体管416(Q1)包括可以由Q1示意性表示的晶体管阵列。在各种实现方式中，Q1是双极结晶体管(BJT)和异质结双极晶体管(HBT)之一。仅仅为了示例而不失一般性，此后将第一晶体管416(Q1)描述为BJT。在电压供应405和第一晶体管416(Q1)之间串联地放置RF扼流电感器415，以防止电压供应405和第一晶体管416(Q1)之间的RF能量传递。将DC阻断电容器412(C2)耦接到第一晶体管416(Q1)的基极，以阻断来自第一晶体管416(Q1)的基极的不期望的DC电流和/或电压，同时允许来自PA驱动级(未示出)的RF信号的传送。
第一晶体管416(Q1)的静态DC偏置由电流镜以及限流源404和电流修整模块420的组合提供。电流镜包括第二晶体管411(Q2)、β辅助器(betahelper)410(M1)和上述参考电流源403。第二晶体管411(Q2)的集电极(即，输入端子)耦接到参考电流源403的输出。第二晶体管411(Q2)的基极耦接到第一晶体管416(Q1)的基极。BJT的基极可以用来控制BJT的操作。因此，如在此所使用的，基极被称为控制端子。因而，继续参考图4，换句话说，第二晶体管411(Q2)的控制端子耦接到第一晶体管416(Q1)的控制端子。电流镜包括在第二晶体管411(Q2)的输入端子和控制端子之间串联的电阻器413(R1)和电容器414(C1)，以提供稳定性。
在一些实现方式中，第一晶体管416(Q1)和第二晶体管411(Q2)一起由器件面积比来表征。器件面积比用于部分地确定相对于参考电流源403的输出的、由第一晶体管(Q1)所汲取的电流。
β辅助器410(M1)包括具有第一、第二和第三端子的MESFET晶体管。虽然示出了MESFET晶体管，但是在一些实现方式中，β辅助器410(M1)是MOS或JFET晶体管。β辅助器410(M1)的第一端子(即，栅极)耦接到参考电流源403的输出。β辅助器410(M1)的第二端子(例如，漏极)耦接到限流源404的输出。β辅助器410(M1)的第三端子(即，源极)耦接到第一晶体管416(Q1)的控制端子(即，基极)。
在操作中，可以根据等式(1)近似第一晶体管416(Q1)的静态集电极电流：
ICQ1＝A*IREF(1)
其中A是第一和第二晶体管Q1和Q2之间的器件面积比(Q2/Q1)。
可以根据等式(2)近似集电极电流ICQ1和基极电流IBQ1：
ICQ1＝β(温度，工艺)*IBQ1(2)
其中β是第一晶体管416(Q1)的电流增益，其作为温度和制造工艺特性的函数而变化。
在一些实现方式中，通过使用限流源404和电流修整模块420的组合固定第一晶体管416(Q1)的基极电流IBQ1来钳位第一晶体管416(Q1)的集电极电流ICQ1。更具体地，电流修整模块420将控制值提供给限流源404。响应于接收到该控制值，限流源转而产生限制电气电平，电流Ib_clamp。当电流Ib_clamp被提供给第一晶体管416(Q1)的基极时，该电流Ib_clamp确保第一晶体管416(Q1)保持在操作的激活模式下，该模式对于BJT而言，集电极电流实质上由基极电流确定并且实质上独立于集电极处的电压。即，由第一晶体管416(Q1)汲取的电流比较不容易受到第一晶体管416(Q1)的输出端子处的电压改变的影响。更一般地，限制电气电平实质上为第一晶体管设置操作的第一模式(例如，BJT的激活模式)，使得由第一晶体管汲取的电流实质上由操作的第一模式和限制电气电平确定，使得第一晶体管的输出端子处的电压对所汲取的电流施加减小的影响。
与此相反，在没有限流源404和电流修整模块420的组合的情况下，标准的电流镜(未示出)更容易受到输出晶体管的集电极(或漏极)处的电压变化的影响。这样，通常需要耦接到输出晶体管的负载(例如，天线)，以确保输出晶体管操作在BJT的激活模式下。如上面所提到的，可以使用阻抗匹配将输出晶体管的阻抗的输出与负载的输入阻抗相匹配，以便设置初始操作条件。然而，如上面还提到的，阻抗匹配往往是固定的，因而不能独自地在器件的整个寿命中确保所期望的操作条件。在输出晶体管的输出端子处的VSWR的可观变化可以改变输出晶体管的电流汲取，并且转而改变电流镜的其它部分。
继续参考图4，以补偿温度以及部件间的工艺变化，并且满足总体+/-5％的电流钳阈值变化规格，在生产测试时使用可编程电阻熔丝来修整参考电压。图5是包括在图4中的限流源404和电流修整模块420的组合的示意图。
限流源404包括可调电流镜。可调电流镜包括第一PMOS晶体管512(M3)。第一PMOS晶体管512(M3)的源极耦接到电压供应405，并且漏极耦接到节点544。可调电流镜还包括多个晶体管511a、511b、511c、511d。多个晶体管511a、511b、511c、511d各自的源极中的每一个耦接到电压供应405。各自的漏极的每一个耦接到另一个，并且最终耦接到图4的第一晶体管416(Q1)的基极，以供应限制电流电平，IBQ1或Ib_clamp。晶体管511a的栅极耦接到第一PMOS晶体管512(M3)的栅极，以便提供可调电流镜的基础。晶体管511b的栅极利用开关513a选择性地可连接到第一PMOS晶体管(M3)的栅极，以便提供电流镜的参考电流的两倍(2x)增加。类似地，晶体管511c的栅极使用开关513b选择性地可连接到第一PMOS晶体管512(M3)的栅极，以便提供电流镜的参考电流的四倍(4x)增加。类似地，晶体管511d的栅极利用开关513c选择性地可连接到第一PMOS晶体管512(M3)的栅极，以便提供电流镜的参考电流的八倍(8x)增加。在操作中，可调电流镜允许在修整熔丝电阻器已经通过开关513a、513b、513c的操作设置之后动态调整限制电流。
在一些实现方式中，限流源404包括非可调电流源，该非可调电流源包括一对栅极耦接的PMOS晶体管，每个POMS晶体管各自的源极端子耦接到电压供应405，并且其中的一个POMS晶体管的漏极耦接到图4的第一晶体管的416(Q1)的基极，以供应限制电流电平，IBQ1或Ib_clamp。
电流修整模块420包括电压参考源520、可调负载540和充当控制值生成器的运算放大器530。可调负载540被耦接以从M3的漏极接收电流。运算放大器530的输出端子耦接到M2和M3的栅极，以设置限制电流电平IBQ1。换句话说，运算放大器530的输出是施加到限流源404的控制值。在一些实现方式中，控制值是参考电压和跨可调电阻负载的电压降的函数。在一些实现方式中，控制值是参考电压与跨电阻负载的电压降之间的差的函数。
在一些实现方式中，可调负载540包括可选择性地连接到公共节点544的多个并联电阻器542a、542b、542c、542d(即，RW1、RW2、RW3、RW4)。可调负载还包括多个开关(或熔丝)543a、543b、543c、543d(即，F1、F2、F3、F4)，所述多个开关耦接以选择性地将各个电阻器中的一个或多个连接到公共节点544，以便改变可调电阻负载540的有效电阻。为此，可调负载540还包括耦接到多个开关以提供各个控制信号的控制总线541。在一些实现方式中，多个电阻器中的每一个具有相对于多个电阻器中的至少另外一个的加权值。在一些实现方式中，与固定电阻器513(R5)并联地布置可调电阻负载540。在操作中，将电阻器选择性地耦接到公共节点544，以修整(trim)由限流源404所提供的电流。
图6是钳位由功率放大器汲取的电流的方法600的实现方式的流程图。在一些实现方式中，由功率管理系统和/或与功率放大器相关联的控制器执行方法600。简要地说，方法600包括设置和应用限制电气电平到第一晶体管的控制端子，以便设置第一晶体管的工作模式。为此，如由方框6-1所表示的，方法600包括产生控制值以补偿温度和制造工艺变化。例如，如由方框6-1a所表示的，并且进一步参考图5，可以使用可调电阻负载产生控制值。
如由方框6-2所表示的，方法600包括使用控制值生成限制电气电平。在一些实现方式中，如由方框6-2a所表示的，该方法包括生成限制电流电平。如由方框6-3所表示的，方法600包括将限制电气电平应用于第一晶体管的控制端子。在一些实现方式中，如由方框6-3a所表示的，该方法包括将限制电流水平应用于BJT的基极。
图7是示出在由图4的开环电流钳电路的实现方式所施加的电流限制下PA末级β相对于负载角的性能图。具体地，图7示出在对于温度、供应和负载角的电流限制下的PA末级β。在高电流负载角处，β维持高标称值，这是期望的，以减小对于图4的钳电流源404的面积要求。在此操作区域中，β的温度特性对于温度是一致的并且线性的，这降低了温度补偿电路的复杂性。
图8是示出在由图4的开环电流钳电路的实现方式所施加的电流限制下功率放大器末级β相对温度的性能图。特别有意义的是，图8示出了具有负温度斜率。在一些实现方式中，为了温度补偿β，使用具有等于β的温度系数的大小的正温度系数来线性地描述Ib_clamp。在标称和低电流条件下，末级的基极电流需求小于Ib_clamp。电流镜迫使Ib_clamp钳电流源404进入三极管操作。β辅助器晶体管410(M1)沟道电阻增大，导致漏极电压(Vd)增大到略低于相应的供应电压。此外，图9示出了在如上所述的条件下图4的电流钳404的性能。
图10A-10C是图4的开环电流钳电路420的不同集成电路实现方式的示意图。虽然示出了一些示例性特征，但本领域技术人员根据本公开将明白，为了简洁起见，未示出各种其它特征，以免模糊在此公开的示例性实现方式的更相关方面。为此，例如，图10A示出了在一些实现方式中，电流钳电路420的一些或所有部分可以是半导体裸芯1000的部分。通过举例的方式，可以在裸芯1000的基板1002上形成电流钳电路420。还可以在基板1002上形成多个连接垫1004，以有助于与电流钳电路420的一些或所有部分相关联的功能。
图10B示出了在一些实现方式中，具有基板1002的半导体裸芯1000可以包括图4的电流源404的一些或所有部分以及电流钳电路420的一些或所有部分。还可以在基板1002上形成多个连接垫1004，以有助于与图4的电流源404的一些或所有部分以及电流钳电路420的一些或所有部分相关联的功能。
图10C示出了在一些实现方式中，具有基板1002的半导体裸芯1000可以包括图4的PA电路102的一些或所有部分、电流源404的一些或所有部分以及电流钳电路420的一些或所有部分。还可以在基板1002上形成多个连接垫1004，以有助于与PA电路102、电流源404以及电流钳电路420的一些或所有部分相关联的功能。
在一些实现方式中，可以将在此描述的一个或多个特征包括在一个模块中。图11是包括图4的开环电流钳电路420的模块1100的实现方式的示意图。虽然示出了一些示例性特征，但本领域技术人员根据本公开将明白，为了简洁起见，未示出各种其它特征，以免模糊在此公开的示例性实现方式的更相关方面。模块1100包括封装基板1152、连接垫1156、CMOS(互补金属氧化物半导体)裸芯1000、HBT(异质结双极晶体管)裸芯1110、匹配网络108以及一个或多个表面安装器件1160。
CMOS裸芯1000包括基板1002，该基板1002包括图4的电流源404的一些或所有部分以及电流钳电路420的一些或所有部分。在基板1002上形成多个连接垫1004，以有助于与图4的电流源404的一些或所有部分以及电流钳电路420的一些或所有部分相关联的功能。类似地，HBT裸芯1110包括基板1002，该基板1002包括PA102的一些或所有部分以及被提供以设置PA102的静态条件的偏置电路的一些或所有部分。HBT裸芯1110还包括在基板1102上形成的多个连接垫1004，以有助于与PA102的一些或所有部分以及偏置电路1103的一些或所有部分相关联的功能。
封装基板1152上的连接垫1156有助于到达和来自每个CMOS裸芯1000和HBT裸芯1100的电气连接。例如，连接垫1156有助于用于将各种信号和供应电流和/或电压传到CMOS裸芯1000和HBT裸芯1100中的每一个的接合导线1154的使用。
在一些实现方式中，在封装基板1152上安装的组件或在封装基板1152上或封装基板1152中形成的组件可以进一步包括例如一个或多个表面安装器件(SMD)(例如，1160)和一个或多个匹配网络(例如，108)。在一些实现方式中，封装基板1152可以包括层叠基板。
在一些实现方式中，模块1100还可以包括一个或多个封装结构，以例如提供保护并且有助于模块1100的更容易的处理。这样的封装结构可以包括在封装基板1152上形成的并且尺寸形成为基本上封装在其上的各种电路和组件的包覆膜(overmold)。
将理解的是，虽然在基于导线接合的电气连接的上下文中描述模块1150，但也可以在包括倒装芯片配置的其它封装配置中实现本公开的一个或多个特征。
在一些实现方式中，具有在此描述的一个或多个特征的设备和/或电路可以被包括在诸如无线设备的RF设备中。可以在无线设备、在此描述的模块化形式或者其一些组合中直接实现这样的设备和/或电路。在一些实现方式中，这样的无线设备可以例如包括蜂窝电话、智能电话、具有或不具有电话功能的手持式无线设备、无线平板、无线路由器、无线接入点、无线基站等。也就是说，本领域技术人员根据本公开还将明白，在各种实现方式中，功率放大器开环电流钳可以被包括在各种设备中，所述各种设备诸如计算机、膝上型计算机、平板设备、上网本、上网亭、个人数字助理、光学调制解调器、基站、中继器、无线路由器、移动电话、智能电话、游戏设备、计算机服务器或任何其它计算设备。在各种实现方式中，这样的设备包括一个或多个处理器、一个或多个类型的存储器、显示器和/或诸如键盘、触摸屏显示器、鼠标、跟踪垫、数码相机和/或任何数量的添加功能的补充设备的其它用户接口组件。
图12是包括诸如图4的开环电流钳电路的在此所描述的一个或多个特征的无线设备的实现方式的示意图。虽然示出了一些示例性特征，但本领域技术人员根据本公开将明白，为了简洁起见，未示出各种其它特征，以免模糊在此公开的示例性实现方式的更相关方面。
由相应的偏置电路(未示出)来偏置在此描述的一个或多个PA1216，并且由相应的补偿电路(未示出)来补偿所述一个或多个PA1216。在一些实现方式中，将PA1216封装到包括匹配电路100的模块。PA1216可以从收发器1214接收相应的RF信号，可以以公知的方式配置和操作以生成将要被放大和发送的RF信号并处理所接收的信号。收发器1214被示为与基带子系统1210进行交互，该基带子系统1210被配置为在适合于用户的数据和/语音信号与适合于收发器1214的RF信号之间提供转换。收发器1214还被示为连接到功率管理组件1206，该功率管理组件1206被配置为管理无线设备1200的操作的功率。这样的功率管理还可以控制基带子系统1210的操作、耦合到PA1216的电流钳1208的操作，以及对电池1209的访问。
基带子系统1210被示出为连接到用户接口1202，以有助于被提供给用户以及从用户接收的语音和/或数据的各种输入和输出。还可以将基带子系统1210连接到存储器1204，该存储器1204被配置为存储数据和/或指令，以有助于无线设备的操作并且为用户提供信息的存储。
在示例无线设备1200中，PA1216的输出被示为经由相应的双工器1220和频带选择开关1222匹配并且路由到天线1224。频带选择开关1222可以例如包括单刀多掷(例如，SP4T)开关，以允许选择操作频带(例如，频带2)。在一些实现方式中，每个双工器1220可以使用公共天线(例如，1224)来允许同时执行发送和接收操作。在图17中，所接收的信号被示为将要路由到可以例如包括低噪声放大器(LNA)的“Rx”路径(未示出)。
若干其它无线设备配置可以利用在此所描述的一个或更多特征。例如，无线设备不必是多频带设备。在另一例子中，无线设备可以包括诸如分集式天线的附加天线，并且包括诸如Wi-Fi、蓝牙和GPS的附加连接性特征。
虽然上面描述了在所附的权利要求的范围内的实现方式的各个方面，但应当显而易见的是，可以以各种各样的形式来体现上面所描述的实现方式的各个特征，并且上面所描述的任何具体结构和/或功能仅是说明性的。基于本公开，本领域技术人员应当明白，可以独立于任何其它方面地实现在此描述的一方面，并且可以以各种方式组合这些方面的两个或更多个方面。例如，可以使用在此所提出的任何数量的方面来实现一种装置和/或实践一种方法。此外，可以使用除了在此所提出的一个或多个方面之外的或者与其不同的其它结构和/或功能来实现这样的装置和/或实践这样的方法。
还将理解的是，虽然在此可能使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件，但是这些元件不应当受限于这些术语。这些术语仅用于将元件彼此区分。例如，第一触点可以被称为第二触点，并且类似地，第二触点可以被称为第一触点，这改变了说明的含义，只要“第一触点”的所有出现一致地重命名，并且第二触点的所有出现一致地重命名即可。第一触点和第二触点均是触点，但它们不是相同的触点。
在此所使用的术语仅为了描述特定实施例的目的，并非旨在限制权利要求。如在实施例的描述和所附的权利要求中所使用的，单数形式“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文明确地指示相反情况。还将理解的是，在此所使用的术语“和/或”是指并且涵盖一个或多个相关联的所列项目的任何和所有可能的组合。将进一步理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”指明所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/组件的存在，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组合。
如在此所使用的，术语“如果”可以解释为意味着“当……时”或“在……时”或“响应于确定”或“依据确定”或“响应于检测到”所陈述的在先条件是真的，这取决于上下文。同样，短语“如果确定[所陈述的在先条件是真的]”或“如果[所陈述的在先条件是真的]”或“当[所陈述的在先条件是真的]时”可以解释为意味着“在确定……时”或“响应于确定”或“依据确定”或“在检测到……时”或“响应于检测到”所陈述的在先条件是真的，这取决于上下文。

Claims (20)

1.一种限制第一晶体管的电流汲取的开环电流钳，所述开环电流钳包括：
修整模块，提供控制值；以及
限制源，具有相应的输入端子和输出端子，输入端子耦接到修整模块以接收控制值，并且输出端子耦接到第一晶体管的控制端子以提供由限制源响应于控制值而产生的限制电气电平，使得限制电气电平实质上设置用于第一晶体管的操作的第一模式，使得第一晶体管的电流汲取实质上由操作的第一模式和限制电气电平确定，使得第一晶体管的输出端子处的电压对电流汲取施加减小的影响。
2.如权利要求1所述的开环电流钳，还包括电流镜，所述电流镜包含第二晶体管，该第二晶体管具有控制端子和输入端子，该第二晶体管的控制端子耦接到所述第一晶体管的控制端子，并且所述电流镜还包含电流源，该电流源耦接到第二晶体管的输入端子以形成电流镜的输入部分，该电流源被提供以设置由电流镜的输入部分汲取的标称DC电流，并且所述电流镜的输出部分包含所述第一晶体管。
3.如权利要求2所述的开环电流钳，还包括：在第二晶体管的输入端子和控制端子之间串联的电阻器和电容器。
4.如权利要求2所述的开环电流钳，其中，所述第一晶体管和第二晶体管一起由器件面积比来表征，该器件面积比用于部分地确定相对于耦接到第二晶体管的电流源的输出的、由第一晶体管汲取的电流。
5.如权利要求2所述的开环电流钳，还包括具有第一端子、第二端子和第三端子的增益辅助器，其中所述第一端子耦接到电流源的输出，所述第二端子耦接到限制源的输出，并且所述第三端子耦接到第一晶体管的控制端子。
6.如权利要求5所述的开环电流钳，其中，所述增益辅助器是晶体管。
7.如权利要求6所述的开环电流钳，其中，所述第一晶体管和第二晶体管是双极结晶体管，所述增益辅助器是金属氧化物半导体晶体管，并且所述增益被定义为双极结晶体管的电流增益。
8.如权利要求1所述的开环电流钳，其中，所述第一晶体管包括双极结晶体管，所述限制源包括电流源，并且所述限制电气电平是被提供到双极结晶体管的基极的电流。
9.如权利要求8所述的开环电流钳，其中，所述修整模块包括：
电压源，具有输出端子以提供参考电压；
可调电阻负载，耦接为从限制源接收电流；以及
控制值生成器，配置为产生作为参考电压和跨可调电阻负载的电压降的函数的控制值。
10.如权利要求9所述的开环电流钳，其中，所述控制值是参考电压与跨电阻负载的电压降之间的差值的函数。
11.如权利要求9所述的开环电流钳，其中，所述可调电阻负载包括：
多个并联的电阻器，其选择性地可连接到公共节点；
多个开关，耦接为选择性地将一个或多个相应的电阻器连接到公共节点，以便改变可调电阻负载的有效电阻；以及
控制总线，耦接到所述多个开关，以提供相应的控制信号。
12.如权利要求1所述的开环电流钳，其中，所述第一晶体管是双极结晶体管。
13.如权利要求1所述的开环电流钳，其中，所述第一晶体管是异质结双极晶体管。
14.如权利要求1所述的开环电流钳，其中，所述限制源和修整模块包含在第一裸芯上，该第一裸芯与包含第一晶体管的第二裸芯分离。
15.如权利要求1所述的开环电流钳，其中，所述限制源和修整模块与第一晶体管包含在同一裸芯上。
16.如权利要求1所述的开环电流钳，其中，所述限制源包含可调电流镜，所述可调电流镜包括：
多个并联的晶体管，选择性地可连接到公共节点；
多个开关，耦接为选择性地将一个或多个相应的晶体管连接到公共节点，以便设置可调电流镜的参考电流；以及
控制总线，耦接到多个开关，以提供相应的控制信号。
17.一种功率放大器模块，包括：
封装基板，配置为容纳多个组件；
在所述封装基板上包含的裸芯中提供的功率放大器电路，功率放大器包含具有控制端子和输出端子的第一晶体管；
修整模块，提供控制值；以及
限制源，具有相应的输入端子和输出端子，所述输入端子耦接到所述修整模块以接收控制值，并且所述输出端子耦接到所述第一晶体管的控制端子以提供由限制源响应于控制值而产生的限制电气电平，使得限制电气电平实质上设置用于第一晶体管的操作的第一模式，使得第一晶体管的电流汲取实质上由操作的第一模式和限制电气电平确定，使得第一晶体管的输出端子处的电压对电流汲取施加减小的影响。
18.如权利要求17所述的功率放大器模块，其中，修整模块和限制源之一的至少一部分与功率放大器提供在相同的裸芯上。
19.如权利要求17所述的功率放大器模块，其中，所述裸芯是异质结双极结晶体管裸芯。
20.一种射频(RF)设备，包括：
收发器，配置为处理RF信号；
与收发器通信的天线，配置为有助于放大的RF信号的传输；以及
功率放大器模块，连接到所述收发器并且配置为生成放大的RF信号，该功率放大器模块包含：第一晶体管；提供控制值的修整模块；以及具有相应的输入端子和输出端子的限制源，所述输入端子耦接到修整模块以接收控制值，并且所述输出端子耦接到第一晶体管的控制端子以提供由限制源响应于控制值而产生的限制电气电平，使得限制电气电平实质上设置用于第一晶体管的操作的第一模式，使得第一晶体管的电流汲取实质上由操作的第一模式和限制电气电平确定，使得第一晶体管的输出端子处的电压对电流汲取施加减小的影响。
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