CN107078695A - 可编程稳定网络 - Google Patents

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Abstract

本公开包括可编程稳定电路和方法。在一个实施例中，无线发射器中的功率放大器包括晶体管，该晶体管包括栅极、源极和漏极。从漏极到栅极的反馈被动态地修改以在变化的操作条件下使放大器稳定。在一个实施例中，在漏极和栅极之间配置串联RC电路，并且基于不同的电源电压模式来调节RC电路值。

Description

可编程稳定网络
相关申请的交叉引用
本申请要求于2014年9月15日提交的美国申请第14/487,000号的优先权，其全部内容通过引用并入本文用于所有目的。
技术领域
本公开涉及电子电路和方法，并且特别地涉及可编程稳定电路和方法。
背景技术
无线技术和标准的激增对电子电路技术提出不断增加的要求。电路必须能够在大大不同的操作条件下操作，并且在一些情况下，当无线系统在各种操作模式之间改变时必须能够良好地执行。这种动态环境的复杂性对于无线发射器中的模拟放大器(诸如功率放大器)特别具有挑战性。例如，功率放大器可以驱动具有足够输出功率的天线以向接收系统广播信号。因此，例如，当无线发射器在传输期间改变操作条件时，功率放大器必须保持稳定性。
图1示出了在功率放大器电路100中使用的典型晶体管器件110。鲁棒放大器设计的一个挑战涉及用于放大传输路径中的信号的晶体管的结构和寄生效应。例如，一些MOS晶体管器件可以具有非常短的栅极长度，以补偿与一些器件结构相关联的高栅漏电容(Cgd)120。然而，减小栅极长度也可能导致放大器在一定条件下变得不稳定。如该示例所示，被设计为对于一些操作条件稳定的一些晶体管器件和电路可能对于其他操作条件不稳定。然而，在所有操作条件下稳定的保守设计在一些情况下可能是非常低效的，导致例如功率浪费。
发明内容
本公开包括可编程稳定电路和方法。在一个实施例中，无线发射器中的功率放大器包括晶体管，该晶体管包括栅极、源极和漏极。从漏极到栅极的反馈被动态地修改以在变化的操作条件下使放大器稳定。在一个实施例中，在漏极与栅极之间配置串联RC电路，并且基于不同的电源电压模式来调节RC电路值。
以下详细说明和附图提供对本公开的性质和优点的更好理解。
附图说明
图1示出了在功率放大器电路中使用的典型晶体管器件。
图2示出了根据一个实施例的包括功率放大器的无线发射器。
图3示出了根据另一个实施例的包括功率放大器的无线发射器。
图4示出了根据又一个实施例的包括功率放大器的无线发射器。
图5A示出了根据一个实施例的示例可编程反馈电路。
图5B示出了根据另一个实施例的示例可编程反馈电路。
图5C示出了根据又一个实施例的示例可编程反馈电路。
图6A示出了根据另一个实施例的示例可编程反馈电路。
图6B示出了根据又一个实施例的示例可编程反馈电路。
图7示出了根据另一个实施例的示例晶体管反馈电路配置。
具体实施方式
本公开涉及可编程稳定电路和方法。在下面的说明中，为了解释的目的，阐述了许多示例和具体细节，以便提供对本公开的透彻理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，如权利要求中表达的本公开可以单独地或者与下面描述的其他特征结合地包括这些示例中的一些或全部特征，并且还可以包括本文中描述的特征和概念的变型和等同物。
图2示出了根据一个实施例的包括功率放大器(PA)210的无线发射器200。无线发射器200可以是无线通信系统的可以使用RF信号发送和接收信息(接收器，未示出)的部分。无线发射器200可以包括基带控制器201，其用于接收待发射的数字信息以及用于控制发射器的操作的控制信息。例如，发射器200可以以各种模式操作，并且可以包括发射(Tx)模式控制电路202，以将发射器电路配置为以不同模式操作。例如，各种模式可以具有不同的增益设置、功率设置，或者可以涉及不同的频带和协议。
基带控制器201的输出耦合到模拟预处理块203的输入。例如，模拟预处理的各种实施例可以包括待发送的数据的数模转换、滤波、增益控制和/或调制(上变频)。模拟预处理203的输出耦合到功率放大器210的输入，功率放大器210用于放大输入信号Vin并产生输出信号Vout以驱动天线250。
功率放大器210可以包括一个或多个包括晶体管的增益级。在该示例中，出于说明的目的示出了一个增益级。在一些实施例中，增益级可以在功率放大器的输出处，其中增益级晶体管220的漏极耦合到天线250。在其他实施例中，增益级可以是中间级，其中漏极通过一个或多个附加增益级耦合到天线。在一些实施例中，功率放大器内部的多个增益级可以包括例如本文所述的可编程反馈。每个增益级中的晶体管通常由电源电压Vdd供电。在某些应用中，不同的操作模式可以改变由功率放大器210接收的电源电压Vdd。由于Vdd可以随时间改变，其在本文中有时被表示为Vdd(t)。影响电源电压Vdd的示例模式包括平均功率跟踪模式(“APT模式”)、包络跟踪(ET)模式(例如，其中电源电压对应于待发送的信号的包络)或低功率模式(例如，其中针对较低功率传输减小恒定的Vdd)。电源电压也可以受到当使用诸如GSM、WCDMA、CDMA2000或各种LTE技术(例如包括LTE5、LTE10和LTE20)的不同的无线传输协议时所需的发射功率的影响。
输出功率和/或电源电压的变化可以对功率放大器产生大大不同的稳定性约束。因此，本公开的特征和优点包括具有可编程反馈电路221的增益级中的晶体管器件220，可编程反馈电路221被配置在晶体管器件220的漏极和栅极之间。可编程反馈电路221具有耦合到晶体管220的漏极的输入端子、耦合到晶体管220的栅极的输出端子以及用于接收控制信号Ctrl的控制输入。可编程反馈电路221基于在控制输入上接收的控制信号来调整晶体管220的栅极和漏极之间的串联RC电路。例如，在特定实施例中，当无线发射器200被配置为向晶体管220的漏极产生第一电源电压时，可编程反馈电路221被配置为产生第一RC电路值，并且当无线发射器200被配置为向晶体管220的漏极产生不同的电源电压时，可编程反馈电路221被配置为产生另一个RC电路值以改变从晶体管220的漏极到栅极的负反馈。例如，控制信号可以基于发射器200的操作模式，使得随着不同的模式改变提供给晶体管220的漏极的电源电压，从漏极到栅极的不同的反馈配置可以被编程，以保持功率放大器的稳定性和性能。作为示例以说明本公开的优点，当无线发射器被配置为产生与输入信号的包络相对应的可变电源电压时(例如ET模式)，可编程反馈电路221可以被配置为在晶体管220的漏极和栅极之间产生第一RC电路值。然而，当无线发射器被配置为向晶体管的漏极产生恒定电源电压时(例如APT模式)，可编程反馈电路220可以被配置为产生第二RC电路值，其中(例如APT模式中的)第二RC电路值小于(例如ET模式中的)第一RC电路值，以增加从漏极到栅极的负反馈，以改善例如APT模式期间的稳定性。
图3示出了根据一个实施例的包括功率放大器的无线发射器。在该示例中，待发送的信号Si被提供给预处理器302。控制电路301(例如，基带或其他处理器)可以确定发射器的操作模式，并且可以配置预处理器302。例如，在一些操作条件下，系统可以被配置为在具有恒定电源电压的模式(例如APT模式或低功率模式)中操作。在该情况下，电源323可以被配置为产生恒定Vdd。作为另一示例，在其他操作条件下，系统可以被配置为在具有可变电源电压的模式(诸如包络跟踪(ET)模式)中操作，其中可变电源电压例如与功率放大器310的输入信号Vin的包络相对应。在该情况下，控制电路301可以配置预处理器302以产生至电源323的包络信号Ve和相应的输入电压Vin，该输入电压Vin在该示例中通过匹配网络303耦合到功率放大器310的输入。
在该说明性示例中，功率放大器310包括晶体管320，晶体管320具有被配置为接收输入电压Vin的栅极、耦合到地的源极以及被耦合为通过RF扼流圈(RFC)322接收电源电压Vdd(t)的漏极。放大器的输出(例如在该实例中在漏极处)产生输出电压Vout，其通过匹配网络304耦合到天线350。仅为了说明目的，功率放大器310被示出为仅具有单MOS晶体管级。应当理解，本公开的实施例可以包括多个晶体管级，并且在一些实施例中，各级可以包括以级联(例如堆叠)或其他典型功率放大器配置而布置的输出。本公开的特征和技术适用于宽范围的放大器拓扑。
在该示例中，可编程反馈电路321具有直接耦合到晶体管320的漏极的输入和直接耦合到晶体管320的栅极的输出。在该情况下，可编程反馈电路321接收控制信号Ctrl，其是逻辑信号。在其他实施例中，Ctrl可以是例如连续信号。这里，可编程反馈电路321可以由控制电路301配置，控制电路301可以是例如基带电路、处理器或其他逻辑电路，其可以确定无线发射器的操作模式并产生逻辑信号Ctrl，以用于配置可编程反馈电路321。作为一个示例，当无线发射器处于ET模式时，稳定性可能不那么关键，因为对于小信号，电源电压降低时，增益可能减小。因此，例如，控制电路301可以通过增加晶体管320的漏极和栅极之间的反馈电阻来配置可编程反馈电路321以产生较低的负反馈。然而，当无线发射器处于APT模式时，由放大器处理的小信号可能需要额外的反馈以保持稳定性。因此，例如，控制电路301可以通过减小晶体管320的漏极和栅极之间的反馈电阻来配置可编程反馈电路321以产生较高的负反馈。因此，如上所述，APT模式中的RC电路值可以小于ET模式中的RC电路值，以增加从漏极到栅极的负反馈。在下面描述的一个示例实现中，在APT模式中减小从漏极到栅极的高通滤波器的转角频率以增加负反馈并使器件稳定。例如，控制电路301可以向可编程反馈电路321发送控制信号，以改变漏极和栅极之间的反馈，从而针对宽范围的其他操作模式产生晶体管320的优化的稳定性。因此，上述APT和ET模式仅仅是说明性的。
图4示出了根据又一个实施例的包括功率放大器的无线发射器。类似于图3中的示例，控制电路401可以针对ET模式配置预处理器402，以产生包络信号Ve和通过匹配电路403(以及可能在信号路径中的附加级和电路系统)至晶体管420的栅极的输入电压Vin。在该示例中，电源423产生电源电压Vdd(t)，其耦合到晶体管420的漏极(通过RFC 422)和可编程反馈电路421的控制输入二者。因此，在一些实施例中，例如，可以基于电源电压Vdd(t)来调节从晶体管420的漏极到栅极的反馈。如下面更详细的示例中所示，电源电压的变化可以产生从晶体管420的漏极到栅极的反馈的变化，以改善功率放大器在具有相应不同的电源电压要求的变化的操作条件下的稳定性。
图5A示出了根据一个实施例的示例可编程反馈电路。在该示例中，可编程反馈电路包括串联配置的电容器C 500和可变(或可编程)电阻Rp 501。电容器500的第一端子耦合到晶体管的漏极(D)，并且电容器500的第二端子耦合到Rp 501的端子。Rp 501的第二端子耦合到晶体管的栅极(G)。在该示例中的可编程反馈形成具有由电阻和电容的乘积(Rp*C)设置的值的串联RC电路。从晶体管的栅极传递到漏极的信号将产生反转，因此反馈是负的以提高稳定性。电容器C从反馈路径去除DC。反馈由电阻控制。随着电阻增加，反馈电流减小，从而减小负反馈。随着电阻减小，反馈电流增加，从而增加负反馈，降低增益并稳定电路。
图5B示出了根据另一个实施例的示例可编程反馈电路。可编程反馈电路的实施例可以包括多个电阻器、多个开关(例如，被配置为开关的MOS晶体管)以及被配置在晶体管的漏极和栅极之间的电容器。类似于图5A，电容器500的第一端子耦合到晶体管的漏极，并且第二端子耦合到电阻器和开关的并联配置。例如，电容器500的第二端子耦合到标记为510至512的N个开关SW1至SWN的端子。每个开关510至512的另一端子耦合到特定电阻器R1至RN502至504的端子。每个电阻器502至504的第二端子耦合到晶体管的栅极。因此，串联电阻器和开关的并联配置可以被编程为改变与电容器500串联的电阻。例如，当所有开关SW1至SWN都断开时，没有从漏极到栅极的反馈。当SW1闭合并且其他开关断开时，R1 502与电容器500串联以产生第一RC电路值。当附加开关闭合时，电阻器的并联配置用于减小与电容器500串联的总电阻，从而降低RC电路值。例如，开关可以由来自上述控制电路的逻辑信号断开和闭合。例如，该特定示例可编程反馈电路的实施例可以包括具有相同值或不同值的电阻器R1至RN，以根据特定设计的需要调谐反馈。
图5C示出了根据又一个实施例的示例可编程反馈电路。在该示例中，电容器500的端子耦合到晶体管的漏极，并且电容器500的另一端子耦合到电阻器R2 506的第一端子和开关SW2 514的第一端子。电阻器R2 506的第二端子耦合到开关SW2 514的第二端子，使得SW2与R2并联配置，以在SW2闭合时在R2周围产生短路，从而从反馈电路移除R2。R2的第二端子和SW2的第二端子耦合到开关SW1 513的第一端子。SW1 513的第二端子耦合到电阻器R1505的第一端子。电阻器505的第二端子耦合到晶体管的栅极。因此，当SW1断开时，没有从漏极到栅极的反馈。当SW1闭合并且SW2断开时，形成具有由R1和R2之和乘以C(即，(R1+R2)*C)设置的RC电路值的串联RC电路。此配置设置具有从漏极到栅极的最高反馈电阻和最小负反馈量的最高RC电路值。可以通过闭合SW2和短路R2来增加负反馈，从而减小从晶体管的漏极到栅极的反馈路径中的电阻。这样得到的RC电路值小于当SW2断开时的RC电路值，并且负反馈被增加以增加用于该特定操作模式的电路的稳定性。应当理解，例如，根据其他实施例的各种可编程反馈电路可以具有许多离散反馈电阻(或甚至连续范围)，其可用于与各种各样不同的操作模式或传输条件相对应的编程。
图6A示出了根据另一个实施例的示例可编程反馈电路。在该示例中，电源电压用作控制输入信号，以改变功率放大器电路中晶体管的漏极和栅极之间的反馈路径中的电阻，从而动态地调整电路的稳定性。在该示例中，整形器电路623接收电源电压Vdd(t)以控制可变电阻621的值。可变电阻621被配置为在晶体管620的漏极和晶体管620的栅极之间与电容器622串联。整形器电路623可以例如通过接收Vdd(t)并且产生作为Vdd(t)的函数的控制输入信号而在Vdd(t)和电阻之间产生多种函数关系。例如，在一些实施例中，整形器电路的输出可以与Vdd的n次方(例如，Vddn(t)，诸如1<n<2)相关，使得电阻是Vddn(t)的函数。应当理解，整形器电路可以使用Vdd的任何其他合适的函数(例如，指数函数)。
图6B示出了根据又一个实施例的示例可编程反馈电路。该示例示出了使用电源电压作为控制输入信号以改变功率放大器电路中的晶体管的漏极和栅极之间的反馈路径中的电阻的一个特定实现示例。例如，晶体管620可以通过栅极上的DC耦合电容器C1 650来接收输入信号Vin，并且例如通过漏极产生输出信号Vout。电源电压通过RF扼流圈(RFC)610耦合到晶体管620的漏极。该示例中的可编程反馈电路包括具有耦合到晶体管620的漏极的第一端子的电容器622。电容器622的第二端子耦合到电阻器614的第一端子。电阻器614的第二端子耦合到电阻器613的第一端子，并且电阻器613的第二端子耦合到晶体管620的栅极。在该示例中，使用与电阻器614并联配置的晶体管612来改变反馈电阻。晶体管612的第一端子耦合到电阻器614的第一端子，并且晶体管612的第二端子耦合到电阻器614的第二端子。电源电压Vdd通过增益级611耦合到晶体管612的控制端子，增益级611可以将Vdd值的范围转换为用于控制晶体管612的值的对应范围。例如，当Vdd为高时，晶体管612的控制端子处的电压可以使晶体管612一直导通，从而短路电阻器614。因此，当Vdd为高时，与电容器622串联的电阻低，并且RC电路值低，增加了从漏极到栅极的负反馈，以提高稳定性。然而，随着Vdd减小，晶体管612形成与电阻器614并联的越来越大的电阻路径。随着与电阻器614并联的电阻增加，RC电路的串联电阻增加，并且负反馈减小。当Vdd达到某一低阈值时，晶体管612关断，并且获得最大反馈电阻，其中RC电路值等于电阻器613和电阻器614之和乘以电容622，从而针对功率放大器增益级来设置从漏极到栅极的最小负反馈。
图7示出了根据另一个实施例的示例晶体管反馈电路配置。本公开的实施例可以对增益级中的晶体管进行分段，并且如图所示在不同的段周围提供单独的RC反馈电路。例如，特定晶体管可以被分段成晶体管段720A、720B和720C(“段”)。每个段可以具有耦合在该段的漏极和该段的栅极之间的可编程RC反馈电路。例如，段720A包括例如串联配置在段720A的漏极和段720A的栅极之间的电阻器R1 711A和电容器C1 710A。类似地，段720B包括串联配置在段720B的漏极和段720B的栅极之间的电阻器R2 711B和电容器C2 710B。类似地，段720C包括串联配置在段720C的漏极和段720C的栅极之间的电阻器R3 711C和电容器C3 710C。段720A至720C具有耦合在一起以形成单个晶体管器件的栅极、漏极和源极。例如，用于特定段的各个可编程反馈电路可以改善功率放大器级中的晶体管上的均匀性。
以上说明示出了本公开的各种实施例以及如何实现特定实施例的各方面的示例。上述示例不应被认为是仅有的实施例，并且被呈现以说明由所附权利要求限定的特定实施例的灵活性和优点。基于上述公开和所附权利要求，在不脱离由权利要求限定的本公开的范围的情况下，可以采用其他布置、实施例、实施方式和等同物。

Claims (18)

1.一种无线发射器，包括：
晶体管，其包括源极、栅极和漏极，其中所述栅极耦合到待传输的输入信号，并且其中所述漏极耦合到电源电压并且耦合到天线，其中所述晶体管被配置为放大所述输入信号并产生输出信号；
可编程反馈电路，其具有耦合到所述漏极的输入端子、耦合到所述栅极的输出端子以及控制输入，其中所述可编程反馈电路基于在所述控制输入上接收到的控制信号来调整所述晶体管的栅极和漏极之间的串联RC电路，
其中所述可编程反馈电路被配置为在所述无线发射器被配置为向所述晶体管的漏极产生第一电源电压时，产生第一RC电路值，并且其中所述可编程反馈电路被配置为在所述无线发射器被配置为向所述晶体管的漏极产生第二电源电压时，产生第二RC电路值以改变从所述漏极到所述栅极的负反馈。
2.根据权利要求1所述的无线发射器，其中当所述无线发射器被配置为产生与所述输入信号的包络相对应的可变电源电压时，所述第一RC电路值被产生，并且其中当所述无线发射器被配置为向所述晶体管的漏极产生恒定电源电压时，所述第二RC电路值被产生，并且其中所述第二RC电路值小于所述第一RC电路值以增加从所述漏极到所述栅极的负反馈。
3.根据权利要求1所述的无线发射器，其中所述控制信号是逻辑信号。
4.根据权利要求1所述的无线发射器，其中所述控制信号是连续信号。
5.根据权利要求1所述的无线发射器，其中所述控制信号是所述电源电压。
6.根据权利要求5所述的无线发射器，其中所述可编程反馈电路包括电压整形电路，其具有耦合为接收所述电源电压的输入以及产生与所述电源电压具有函数关系的反馈电阻的输出。
7.根据权利要求5所述的无线发射器，其中所述晶体管是第一晶体管，并且其中可编程反馈电路包括：
电容器，其具有耦合到所述第一晶体管的漏极的第一端子以及第二端子；
第一电阻器，其具有耦合到所述电容器的第二端子的第一端子以及第二端子；
第二电阻器，其具有耦合到所述第一电阻器的第二端子的第一端子以及耦合到所述第一晶体管的栅极的第二端子；以及
第二晶体管，其具有耦合到所述第一电阻器的第一端子的第一端子、耦合到所述第一电阻器的第二端子的第二端子以及耦合到基于所述电源电压的控制电压的控制端子，其中所述控制电压在所述电源电压增加时导通所述第二晶体管，以减小所述第二晶体管的漏极和栅极之间的串联电阻，并且据此来增加从所述第一晶体管的漏极到栅极的负反馈。
8.根据权利要求1所述的无线发射器，其中所述可编程反馈电路包括多个电阻器、多个开关以及电容器。
9.根据权利要求8所述的无线发射器，其中所述多个电阻器中的每一个电阻器与所述多个开关中的一个开关串联，并且其中所述多个电阻器被配置为彼此并联并且与所述电容器串联。
10.根据权利要求8所述的无线发射器，所述多个电阻器和所述多个开关包括：
第一电阻器，其具有耦合到所述电容器的第一端子的第一端子以及第二端子；
第一开关，其具有耦合到所述第一电阻器的第二端子的第一端子以及耦合到所述第一电阻器的第一端子的第二端子；
第二开关，其具有耦合到所述第一电阻器的第二端子的第一端子以及第二端子；
第二电阻器，其具有耦合到所述第二开关的第二端子的第一端子以及耦合到所述晶体管的栅极的第二端子，
其中所述电容器的第二端子耦合到所述晶体管的漏极。
11.根据权利要求1所述的无线发射器，其中所述晶体管包括多个段，每个段包括源极、栅极和漏极，其中每个段包括在该段的漏极和栅极之间串联配置的电阻器和电容器。
12.根据权利要求1所述的无线发射器，其中所述漏极通过一个或多个附加增益级耦合到所述天线。
13.一种方法，包括：
在晶体管的栅极上接收输入信号，所述晶体管包括源极、栅极和漏极，其中所述漏极耦合到电源电压并且耦合到天线，其中所述晶体管被配置为放大所述输入信号并产生输出信号；
通过可编程反馈电路将所述输出信号的一部分从所述晶体管的漏极动态地耦合到所述晶体管的栅极，所述可编程反馈电路具有耦合到所述漏极的输入端子、耦合到所述栅极的输出端子以及控制输入，其中所述可编程反馈电路基于在所述控制输入上接收到的控制信号来调整所述晶体管的栅极和漏极之间的串联RC电路，
其中所述可编程反馈电路被配置为在所述无线发射器被配置为向所述晶体管的漏极产生第一电源电压时，产生第一RC电路值，并且其中所述可编程反馈电路被配置为在所述无线发射器被配置为向所述晶体管的漏极产生第二电源电压时，产生第二RC电路值以改变从所述漏极到所述栅极的负反馈。
14.根据权利要求13所述的方法，其中当所述无线发射器被配置为产生与所述输入信号的包络相对应的可变电源电压时，所述第一RC电路值被产生，并且其中当所述无线发射器被配置为向所述晶体管的漏极产生恒定电源电压时，所述第二RC电路值被产生，并且其中所述第二RC电路值小于所述第一RC电路值以增加从所述漏极到所述栅极的负反馈。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述控制信号是逻辑信号。
16.根据权利要求13所述的方法，其中所述控制信号是连续信号。
17.根据权利要求13所述的方法，其中所述控制信号是所述电源电压。
18.一种无线发射器，包括：
晶体管，其包括源极、栅极和漏极，其中所述栅极耦合到待传输的输入信号，并且其中所述漏极耦合到电源电压并且耦合到天线，其中所述晶体管被配置为放大所述输入信号并在所述漏极上产生输出信号；
用于基于控制信号调整从所述晶体管的所述漏极到所述栅极的负反馈的装置，
其中用于调整负反馈的所述装置被配置为在所述无线发射器被配置为向所述晶体管的漏极产生与所述输入信号的包络相对应的可变电源电压时产生第一RC电路值，并且其中用于调整负反馈的所述装置被配置为在所述无线发射器被配置为向所述晶体管的漏极产生恒定电源电压时产生小于所述第一RC电路值的第二RC电路值，以增加从所述漏极到所述栅极的负反馈。
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