CN109728785A - 利用强健的am-pm失真自抑制技术的超紧凑多频带发送器 - Google Patents

利用强健的am-pm失真自抑制技术的超紧凑多频带发送器 Download PDF

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Abstract

本公开涉及利用强健的AM‑PM失真自抑制技术的超紧凑多频带发送器。一种通信设备包括功率放大器，该功率放大器其根据通信数据的一个或多个操作频带生成功率信号，并且在功率放大器的输出阶段驱动和生成幅度。最终阶段可以包括输出无源网络，抑制幅度调制到相位调制(AM‑PM)失真。在回退功率模式期间，可以调整对输出功率网络组件的电容元件的偏置，以最小化总体电容变化。输出无源网络还可以在操作的两个谐振之间生成平坦相位响应。

Description

利用强健的AM-PM失真自抑制技术的超紧凑多频带发送器
分案申请说明
本申请是申请日为2017年01月24日、申请号为201780016437.6、题为“利用强健的AM-PM失真自抑制技术的超紧凑多频带发送器”的中国发明专利申请的分案申请。
相关申请的引用
本申请要求于2016年3月11日递交的申请号为15/068,179的美国申请的优先权，该申请的全部内容通过引用结合于此。
背景技术
现代无线系统利用多频带和多模式操作来同时支持多种不同的通信标准。这些快速增长的需求对未来的射频(RF)发送器开发并且尤其是功率放大器(PA)提出了巨大的挑战。一种用于多频带PA的流行的解决方案是在芯片中或多芯片模块上直接组装多个单频带PA。然而，这种方法可能具有若干缺点，例如，较大芯片/模块面积、增加的成本、到每个PA的专用天线接口、可能需要片外开关和复杂的封装。那些可调谐无源网络也可以用于实现RFPA的多频带阻抗匹配和功率组合。那些可调谐元件通常在无源损耗和频率范围之间进行直接折衷，并且受可调谐元件(例如变容二极管和开关-电容器组)的可靠性问题的影响。
发明内容
根据本公开的一个实施例，提供了一种用于放大射频信号的移动设备的装置，包括：多个n位二进制加权差分放大器单元，被耦合到输出无源网络并且包括一对放大晶体管和一对共源共栅晶体管，其中所述一对放大晶体管包括比所述一对共源共栅晶体管更小的栅极；所述输出无源网络，包括变压器和彼此并联耦合的多个电容单元；和处理电路，被配置为基于放大设置或电压阈值来接通或断开所述一对共源共栅晶体管中的至少一个共源共栅晶体管。
根据本公开的另一实施例，提供了一种用于放大射频信号的移动设备的系统，包括：多个差分放大器单元，分别耦合到输出无源网络并且包括一对放大晶体管和一对共源共栅晶体管，其中，所述一对共源共栅晶体管包括比所述一对放大晶体管更宽的栅极；所述输出无源网络，包括变压器和多个电容单元，其中所述变压器连接到所述多个放大器单元；和处理电路，被配置为基于电压阈值操作所述一对共源共栅晶体管中的至少一个共源共栅晶体管。
根据本公开的又一实施例，提供了一种用于移动设备的方法，包括：经由耦合到输出无源网络的多个差分放大器单元，通过分别耦合到一对共源共栅晶体管的一对放大晶体管提供功率信号，其中所述一对共源共栅晶体管具有比所述一对放大晶体管更宽的栅极；以及经由耦合到所述多个差分放大器单元的处理电路，基于放大设置或电压阈值来接通或断开所述一对共源共栅晶体管中的至少一个共源共栅晶体管。
根据本公开的又一实施例，提供了一种计算机可读介质，其上存储有指令，所述指令被配置为当由移动设备的处理器执行时，使得在所述移动设备中执行以下操作：经由耦合到输出无源网络的多个差分放大器单元，通过分别耦合到一对共源共栅晶体管的一对放大晶体管提供功率信号，其中所述一对共源共栅晶体管具有比所述一对放大晶体管更宽的栅极；以及经由耦合到所述多个差分放大器单元的处理电路，基于放大设置或电压阈值来接通或断开所述一对共源共栅晶体管中的至少一个共源共栅晶体管。
附图说明
图1示出了根据所描述的各个方面的至少包括示例性功率放大器的示例性通信设备；
图2示出了根据所描述的各个方面的示例性驱动电路和功率放大器；
图3示出了根据所描述的各个方面的功率放大器组件；
图4示出了根据所描述的各个方面的补偿和输出无源网络的示例图示；
图5示出了根据所描述的各个方面的示例输出无源网络；
图6示出了根据所描述的各个方面的与示例功率放大器相关的示例仿真图示；
图7示出了根据所描述的各个方面的示例性方法的流程图；
图8示出了根据所描述的各个方面的具有功率放大器组件系统的示例性移动通信设备。
具体实施方式
现在将参照附图描述本公开，其中相同的附图标记始终用于指代相同的元件，并且其中所示出的结构和设备不一定是按比例绘制的。如本文所使用的，术语“组件”、“系统”、“接口”等旨在指代计算机相关的实体、硬件、软件(例如，执行中)和/或固件。例如，组件可以是处理器、在处理器上运行的进程、控制器、对象、可执行文件、程序、存储设备、电子电路和/或具有处理设备的计算机。举例来说，在服务器上运行的应用和服务器也可以是组件。一个或多个组件可以驻留在处理内，并且组件可以位于一个计算机上和/或分布在两个或更多个计算机之间。本文可以描述一组元件或一组其他组件，其中术语“组”可以被解释为“一个或多个”。
使用词语示例性旨在以具体方式呈现概念。如在本申请中所使用的，术语“或”旨在表示包含性的“或”而非排他性的“或”。也就是说，除非另有说明或从上下文中清楚的，否则“X采用A或B”旨在表示任何自然的包含性排列。也就是说，如果X采用A；X采用B；或者X采用A和B两者，则在任何前述情况下满足“X采用A或B”。此外，如在本申请和所附权利要求中使用的冠词“一”和“一个”通常应被理解为表示“一个或多个”，除非另有说明或从上下文清楚地指向单数形式。此外，至于在具体实施方式和权利要求中使用术语“包括”、“包含”、“具有”、“有”、“含有”或其变体，这些术语旨在以类似于术语“包括”的方式是包含性的。
考虑到上述缺陷和持续目标，多频带通信设备的各个方面(例如可以是高度线性双频带混合信号极性功率放大器架构的发送器)可以在批量CMOS技术中提供完全集成单芯片解决方案，同时消除或显著减少在功率放大阶段中产生的幅度调制到相位调制失真。本文的实施例公开了一种具有用于涉及同时双频带操作、负载牵引阻抗匹配、并行功率组合和偶次谐波抑制的通信/移动设备的自抑制或自补偿偏置方案技术的功率放大器，以在没有任何可调谐无源元件或开关的情况下利用一个紧凑的片上变压器来最大化功率放大器效率。
例如，通信设备可以是移动电话或可以包括功率放大器的其他移动通信系统的发送器或收发器，其中该功率放大器自抑制作为放大调制的一部分的相位失真，其可以被称为幅度调制到相位调制(AM-PM)失真。AM-PM失真可以指根据输入幅度由电路组件(例如，功率放大器)的非线性特性引起的一种非线性相位失真形式。当输入幅度被调制时，输出的相位调制可以以非线性方式表现，并然后导致带外噪声增加以及误差矢量幅度(EVM)增加。
例如，所公开的功率放大器系统可操作来利用功率放大器的输出级(outputstage)(输出无源网络)的固有寄生电容以最小化导致相位失真的总电容变化。例如，具有多个单位功率放大器单元(unit power amplifier cell)的功率放大器可以根据正在处理的输入信号的操作频带接收驱动器信号，并且输出无源网络可以组合来自每个单位功率放大器单元的信号、将功率传送到天线或天线端口、并通过利用多谐振结构的平坦相位响应来进一步抑制AM-PM失真。
单位功率放大器单元可以包括若干并联的电容单元，它们被输出无源网络吸收并成为输出无源网络的一部分。电容器可以被集成为不同单位功率放大器单元的一部分，用于跨其中的各种晶体管端子的电容。例如，这些电容器可以跨每个单位功率放大器单元的晶体管的漏极、源极和栅极端子，并且可以响应于功率放大器的过程而被充电和放电。在功率回退(back-off)模式期间，可以利用具有在预定操作模式下操作的晶体管的抑制组件来操纵某些电容单元以进行激活或去激活。因此，可以通过利用输出无源网络减轻功率放大器输出处的AM-PM失真来进一步控制所生成的寄生电容，以便实现用于抑制导致相位失真的固有寄生电容的自抑制方案。
此外，功率放大器的输出无源网络可以作为多谐振网络被耦合到功率放大器或与功率放大器相集成，以利用单个变压器覆盖区(footprint)来跨较宽频率范围(一个倍频程)执行阻抗匹配、功率组合、偶次谐波抑制和差分到单端转换。下面参考附图进一步描述本公开的其他方面和细节。
参考图1，图1示出了根据所描述的各个方面的包括功率放大器的示例性通信或移动设备100。通信设备100可以包括例如移动或无线设备，并且还可以包括数字基带处理器102、RF前端104和用于连接到天线106的天线端口108。设备100可以包括示例性功率放大器110作为数字基带处理器102或RF前端104的一部分。数字基带处理器102或RF前端104可包括这样的功率放大器110或并行操作或耦合的多个功率放大器。RF前端104可以被耦合到数字基带处理器102以及可以利用天线106来配置的天线端口108。
在一个方面，功率放大器110可操作来沿着发送器路径提供功率信号，以用于根据各种操作频带的传输。功率放大器110可以在多频带或多模式操作中操作以同时支持具有各种操作频带的多个通信标准。快速增长的需求对未来的射频(RF)发送器的开发尤其是功率放大器提出了挑战。一种用于多频带功率放大器的解决方案可以是直接在芯片中或多芯片模块上直接组装多个单频带PA。然而，这可能引起较大芯片/模块面积、增加的成本、到每个功率放大器的专用天线接口、可能需要片外开关和复杂的封装。此外，可调谐无源网络也可以用于实现用于RF功率放大器的多频带阻抗匹配和功率组合。然而，这些解决方案受到在无源损耗和调谐范围之间进行直接折衷以及可靠性问题的影响。为了解决这些问题中的至少一些问题，功率放大器110可以包括高度线性双频带混合信号极性功率放大器架构，其根据所描述的各个方面或实施例在批量CMOS技术中提供了完全集成的单芯片解决方案。
在一个示例中，功率放大器110可以包括多个功率放大器组件或单位功率放大器单元，他们分别被配置为基于根据一个或多个操作频带或频率接收的驱动器信号来沿着发送器路径(例如，到天线端口108的路径)提供功率信号。功率放大器110可以被进一步集成到输出无源网络，该输出无源网络可以是匹配网络组件。该输出级可以组合从功率放大器110的不同单位功率放大器单元/组件处理的功率信号。例如，功率放大器110的该输出无源网络可以进一步操作以基于或根据功率放大器110在回退功率模式下或饱和功率模式下操作来抑制输出处的AM-PM失真或相位失真。以此，功率放大器组件110的输出无源网络可以利用跨较宽频率范围的平坦相位响应来实现针对功率放大器的非线性输出电容变化的强健相位响应。例如，功率放大器组件110可操作来调整功率放大器110的任何数目的单位功率放大器单元组件的偏置，以最小化沿着操作的完整操作功率范围或操作的操作频率范围的总漏极电容变化。以此，功率放大器110的输出无源网络可以操作为多谐振网络，以利用单个变压器覆盖区来跨较宽频率范围(一个倍频程)执行阻抗匹配、功率组合、偶次谐波抑制和差分到单端转换。功率放大器组件110的输出无源网络(匹配谐振网络组件)还可以跨较宽带宽提供平坦相位响应，使得输出电容的变化导致最小信号相位变化。因此，功率放大器110可以跨较宽带宽产生出色的AM-PM性能。
参考图2，图2示出了根据各个方面或实施例的具有功率放大器(PA)110’的示例通信系统。PA 110’(例如，CMOS功率放大器或其他PA)可以包括驱动器级组件202、(一个或多个)单位PA单元组件204、以及用于生成用于同时利用不同通信标准(例如，LTE、3GPP等)的多频带(例如，上行链路和下行链路频率操作频带)和多模式操作中所涉及的传输的功率信号的输出无源网络或阻抗匹配网络206。PA 110’可以产生AM-PM自抑制以输出信号，其利用固有的PA输出功率级寄生电容来补偿非线性电容变化。输出无源网络206还可以用作多谐振匹配网络，其中也使用平坦相位响应来最小化PA 110’在回退操作模式和饱和操作模式下的整个操作中的残余AM-PM失真。例如，PA 110’可操作来生成由于一个或多个单位PA单元的非线性电容而产生的最小化AM-PM失真或相位失真，例如通过减轻耦合到每个激活的单位PA单元204的一个或多个晶体管(例如，M1-4，如PMOS、NMOS或另一晶体管类型)的一个或多个寄生电容。
驱动器级202包括沿着一个或多个单个或差分驱动路径的一个或多个驱动器阶段组件X1-X2n-1，用于生成用于PA 110’处的功率放大的驱动信号。驱动器级组件X1-X2n-1处理电子信号(例如，射频(RF)电压信号，VRF -、VRF +等)，并向该单位PA单元组件204提供经调节的驱动信号。(一个或多个)驱动器级组件202各自可以包括分别与差分驱动路径相关联的一个或多个比较器或放大器208和210。驱动器级202可操作来通过例如根据不同的操作模式(例如，饱和模式、回退功率模式)并根据基于PA 110’的应用正在处理的一个或多个不同操作频带向晶体管(例如，M1和M2)的栅极提供偏置信号或驱动器信号以及向厚氧化物晶体管M3和M4的栅极提供电压偏置(Vbias)，来调节或控制单位PA单元组件204。因此，驱动信号可以根据单位PA单元组件204的不同特性来维护PA 110’的后续阶段的操作。
在一个示例中，单位PA单元组件204供电/驱动来自驱动器级组件202的信号，以在回退模式和饱和模式下操作一个或多个晶体管M3和M4。回退模式在此可以指代在单位PA单元组件204或任何晶体管组(例如M3和M4一起)处被供应或提供的功率的减小。饱和模式可以指代其中PA组件(例如，每个单位PA单元组件204、PA组件204、晶体管M3或晶体管M4)被全面操作或供电时功率的增加，例如高于针对厚氧化物晶体管M3和M4、或晶体管M1和M4的阈值电压。尽管PA 110’被示出为具有差分路径，但如本领域普通技术人员可以理解的，也可以设想单个传输路径。
PA 110’可能由于幅度变化以及单位PA单元组件204的各种电容的波动(例如来自电容Cgs、Cgd和Cdb)而产生AM-PM失真或相位失真。电容器Cgs提供跨源极端子和栅极端子的电容，其接收驱动器信号以驱动晶体管M3和M4或为之供电。单位PA单元组件204的电容器Cgd提供晶体管M3和M4的栅极端子和漏极端子之间的电容。
晶体管M3和M4可以包括厚氧化物晶体管，其具有比包括薄氧化物晶体管(其具有较小或较薄氧化物层)的晶体管M1和M2更厚的氧化物层。对于如图2所示的PA 110’共源共栅拓扑，厚氧化物晶体管M3和M4的电容器Cgd可以是PA110’的AM-PM失真的主要贡献者，因为电容器Cgd相对于功率/电压摆幅水平可以更加非线性并且在PA 110’的输出无源网络206处被进一步直接加载。加载到PA 110’的输出无源网络206的该非线性电容Cgd可以改变PA 110’的输出无源网络206的谐振频率(谐振频率通常可以被调整到最大功率电平)，这导致根据输出功率电平的相位失真(如在AM-PM失真中)。电容器Cgd的电容可以与晶体管器件(例如，M3、M4)的宽度(W)和长度(L)、每单位宽度的栅极-漏极重叠电容(Cov)和总栅极电容(Cgg)相关。
解决从功率放大器组件110’产生的AM-PM相位失真的一种方式是基于查找表使用变容二极管或电容器组来补偿驱动器级202处的单位PA单元204的相位失真。然而，可以使用额外的存储器和处理器功率，这增加了成本并降低了整体功率效率，对于宽带调制信号(>20MHz)尤其如此。因此，单位PA单元组件204或输出功率级204包括相对于非线性电容变化的自补偿功能(例如，抑制组件)，而不引入额外的组件：随着功率降低，处于关断状态(回退模式)的单位PA单元204的偏置可以被调节以最小化总体漏极电容变化。
在一个实施例中，随着M3和M4的漏极节点处的电压摆幅增加(PA功率增加)，共源共栅晶体管(M3和M4)或厚氧化物晶体管在三极管区域或操作模式中操作更长时间，其中，每个电容器Cgd呈现比在饱和区域或操作模式下操作的每个Cgd的电容(WxCov)更大的电容(WxCov+WxLxCgg/2)。换句话说，当PA 110’输出功率减小(回退操作模式)时，PA 110’在共源共栅晶体管(M3和M4)的漏极处的有效电容(Cdev)减小。
在一个实施例中，通过经由包括晶体管M1和M2的抑制组件220利用共源共栅晶体管(M3和M4)的寄生电容Cds，输出功率网络204可以自补偿PA 110’在功率回退模式下针对有效电容减小的相位失真，而无需额外的组件。单位PA单元组件204可以利用其自己的组件来自补偿或减轻相位失真，而不是例如通过使用变容二极管或电容器组以及查找表在驱动器阶段补偿PA 110’的相位失真。抑制组件利用功率放大器组件220的固有寄生电容来自补偿输出处的非线性电容变化。
例如，单位PA单元204中的每一个可以包括相应的单位PA单元Y1-Y2n-1，他们可以根据变化在通电和断电模式下操作。这样，在操作期间，具有晶体管M3和M4的单位PA单元Y1-Y2n-1可以在通电阶段或操作模式和断电阶段或操作模式期间的功率增加之间波动。通电模式可以包括饱和模式，例如，其中PA和输出功率级204的任何数目的输出功率网络Y1-Y2n-1被完全供电。
此外，断电阶段或模式可以是回退模式，其中功率降低或者单位PA单元组件204的输出功率网络被断电或关闭。伴随该操作，仍然产生寄生电容，但该寄生电容不影响输出，因为由于薄氧化物晶体管M1和M2都被关闭，在回退操作模式期间电容器Cds可以有效地浮动。
抑制组件220可以包括例如晶体管M1和M2。抑制组件220可操作来调整晶体管M1、M2、M3和M4的偏置。跨Y1-Y2n-1的每个单位PA单元组件204的厚氧化物晶体管M3和M4的漏极和源极的电容器或电容单元Cds被操纵以最小化回退功率模式中的总电容变化。PA 110’或一个或多个单位PA单元204的寄生电容可以具有相对于功率水平的非线性行为，其中有效寄生电容随着功率减小而减小。因此，寄生电容在回退模式和饱和操作模式的不同操作模式之间变化。由抑制组件产生的自抑制或自补偿偏置方案可以线性化PA 110’的非线性寄生电容行为。因此，抑制组件220实现持续基线操作并且最小化总电容变化，以减少由于常规操作的不同模式之间的寄生电容的变化而产生的相位失真。下面参考图3示出和描述抑制组件220的操作的附加细节。
在另一实施例中，输出无源网络206(如阻抗匹配网络)可以用单个变压器来实现。用于输出无源网络206的单个变压器包括两个电感器(一个用于磁化电感并且另一个用于泄漏电感、寄生电容器)，并且吸收功率放大器输出电容器以沿着宽带宽(例如，约2.4GHz到约5.5GHz、或其他宽带)向PA110’提供实际阻抗变换或平坦相位响应。例如，输出无源网络206可以操作为多谐振网络，以利用单个变压器覆盖区跨较宽频率范围(一个倍频程)执行阻抗匹配、功率组合、偶次谐波抑制和差分到单端转换。输出无源网络206还可以跨宽带宽或至少两个不同的操作频带(例如，约2GHz和5.5GHz)产生或提供平坦相位响应，使得由于功率放大器的非线性电容而产生的输出电容的变化引起最小的信号相位变化。由输出无源网络206产生的平坦相位响应可以有效地抑制AM-PM失真。这使得跨宽带宽范围实现出色的AM-PM性能。
PA 110’的一个优势是它利用PA晶体管(例如，M3和M4)的固有寄生电容来自补偿或线性化非线性电容变化，这在PA回退操作模式下或者在回退和饱和模式之间反复时提供了高效且紧凑的方案。与使用单独的输出匹配网络的多频带PA相比，所提出的多频带PA输出级仅利用一个紧凑型无源变压器作为匹配谐振网络组件206，其可以跨宽带宽提供并行输出功率组合、输出阻抗匹配、偶次谐波抑制和差分到单端转换，而不需要任何有损可调谐无源元件或开关。另一优势是PA 110’可以将发送器面积显著地减小2倍或更多倍并最大化PA效率。此外，例如，所提出的PA 110’架构实现了出色的AM-PM特性(<3°)、约30～40％的功率附加效率(PAE)、具有2.05％的误差向量幅度(EVM)和256正交幅度调制QAM，并且可以以超紧凑区域覆盖较宽频率范围(1:2范围)，这是CMOS PA中的先进性能。
参考图3，图3示出了根据所描述的各个方面或实施例的用于PA的单位PA单元组件204的另一示例。此外，本文讨论的PA组件204或PA110’不限于数字PA，也可以与模拟PA、或数字PA和模拟PA的组合一起使用。示例单位PA单元组件204描绘了可以在PA 110或200的操作的不同功率水平期间改变或交替操作的两个不同功率级中的输出功率网络Y1-Y2n-1的操作。
在一个实施例中，单位PA单元组件204’可操作来产生对由不同的通电和断电模式(回退或饱和模式)所产生的寄生电容产生的非线性的自补偿或自抑制。例如，第一功率级包括饱和(有源)操作模式302，其中单位PA单元组件204的输出功率网络Y1-Y2n-1以高于阈值电压的全部或完全功率进行操作，使得网络Y1-Y2n-1中的任何一个网络的晶体管M3和M4是可操作的，并且已经针对电流创建了通道。这允许电流在漏极和源极之间流动。由于漏极电压高于源极电压，因此电子的电流扩散，并且传导不是通过较窄通道而是通过较宽的通道，二维或三维电流分布延伸远离接口(interface)并且在衬底中更深。
相反，当功率正常降低并且电源被回退以使得晶体管M3和M4截止或处于亚阈值模式时，发生操作的回退模式304。尽管当晶体管用作关断开关时漏极和源极之间的电流理想地应为零，但可能存在弱反转电流，有时称为亚阈值泄漏(subthreshold leakage)。亚阈值I-V曲线可以指数方式取决于阈值电压，从而引入对影响阈值电压的任何制造变化(例如：氧化物厚度、结深度或体掺杂的变化，其改变了漏极引入的势垒降低的程度)的强烈依赖性。由此产生的对制造变化的敏感性可能使得对泄漏和性能的优化变得复杂。
单位PA单元204可以包括具有差分共源共栅放大器拓扑的n位二进制加权功率单元。图3示出了数字开关PA方案，其可操作来接通/断开二进制加权单位功率放大器单元Y1-Y2n-1以控制幅度。例如，当单位PA单元(Y1)在饱和/功率模式302下接通时，共源共栅晶体管(M3和M4)可以被偏置在高电压(高于阈值电压或饱和功率水平)并且薄栅极晶体管(M1和M2)可以被差分地驱动(图2的驱动器级202的差分脉冲306和308)。当单位PA单元(Y1)在低于阈值电压或回退模式304中断开时，共源共栅晶体管(M3和M4)可以被偏置在低电压(低于阈值电压，如LOW<VTH)。然而，响应于薄栅极晶体管(M1和M2)被关断以及AM-PM失真可能存在。
在一个实施例中，抑制组件220可操作来在单位PA单元204断开时(或在回退模式下功率减小)时考虑共源共栅晶体管(M3和M4)的Cds。在回退操作模式期间，仅Cds的一小部分被加载在漏极处，因为薄栅极晶体管被完全断开并且Cgd的一个端子有效地浮动。当功率单元断开或处于回退模式304时，共源共栅晶体管(M3和M4)可以被偏置在低于阈值电压(<Vth)的较低电压以进行逐周导通(weekly conducting)，而薄栅极晶体管(M1和M2)作为抑制组件220现在被完全接通或完全供电。因此，Cds完全加载于共源共栅晶体管(M3和M4)的漏极，从而使得可以增加关断状态电容。因此，共源共栅晶体管(M3和M4)仍然被偏置在亚阈值区域(<Vth)以最小化关断状态304下的泄漏。
因此，抑制组件220可以提供额外的电容，其可以在PA的功率回退时补偿Cgd的电容减小，而不需要功率单元关闭时(当PA功率减小并且有效电容Cdev减小时)的用于自抑制或补偿方案的额外的控制位。换句话说，导致AM-PM失真的总电容变化减小，并且单位PA单元通过在断电或回退操作阶段期间将Cds耦接到地以增加寄生电容来补偿或抑制非线性。可以在不添加额外电容器或电容器组件的情况下执行该补偿方案。
在另一方面，抑制组件220可以包括检测组件310和312，其可以包括一组开关或逆变器312和314，被配置为基于第一多个晶体管的功率水平来从饱和功率操作模式检测回退功率操作模式。基于对功率水平的检测，逆变器312或314可以操作抑制组件220以减轻PA组件204’的非线性行为，其中有效寄生电容随着功率减小而减小，并且自补偿偏置操作线性化PA组件204’的非线性寄生电容。
参考图4，图4示出了根据所描述的各个方面的仿真自补偿方案以及输出无源网络的示例结果。可以从仿真图400中看出PA 110’电容的行为的特性。曲线402示出了在通过抑制组件220利用自抑制或补偿方案处理传输时，PA 110’在单位PA单元关闭、低功耗或回退时的操作期间的总电容之间的差异。曲线404示出了在未通过抑制组件220利用自抑制或补偿方案处理传输时，PA 110’在单位PA单元关闭或回退时的操作期间的总电容之间的差异。这样，图4示出了共源共栅晶体管(M3和M4)的漏极处的模拟PA 110’有效电容(Cdev)随着抑制组件220自补偿方案的变化而减小到约0.4pF，而在没有PA方案的情况下，约1.31pF的变化可能产生从10mW到640mWm的输出功率范围，这是AM-PM失真的来源或原因。因此，通过抑制组件220减小电容总变化能自补偿非线性电容，并且将操作模式之间的总电容变化以其他方式基本上减少接近在回退模式期间的总电容的一半。例如，跨2.4GHz至6GHz的频率范围(其可以覆盖大多数商业标准频带)，AM-PM失真可以被进一步最小化至3°以下。
参考图5，图5示出了根据连同图6一起描述的各个方面的输出无源网络206’的示例，其中图6示出了具有示出输出无源网络206’的操作的效果的曲线的输出仿真600。输出无源网络206’可以操作为提供平坦相位响应的多阶谐振网络，其中相位响应的斜率在较宽/宽广的频率范围内大约为零(≈0)。
输出无源网络206’可以包括多个电感器和电容器，其被配置为在宽广/较宽的带宽上向PA 110’或单位PA单元Y1-Y2n-1组合提供实际阻抗或平坦相位响应。平坦相位响应被示出为模拟600的第二阶段(2)。例如，输出无源网络206’可以包括二阶谐振网络，该二阶谐振网络可以在两个(或更多个)不同频率(例如，2GHz和5.8GHz)处谐振。由于输出无源网络206’的双(或多)谐振，跨至少两个谐振频率内的频率范围实现平坦相位响应。图6的平坦相位区域(2)指示相对于加载电容变化(Cdev)的最小相位变化。如此，图5和图6示出了我们所提出的双谐振(例如，在2GHz和5.8GHz处谐振)网络的示意性和仿真结果，清楚地示出了在约2GHz和5.8GHz之间的平坦相位响应。如本领域普通技术人员可以理解的，还可以设想其他范围。
例如，输出无源网络206’的不同电感器Lpx(1-k2)和Lpxk2可以形成或被实现为用于高阶LC匹配网络的单个变压器500，其对PA 110’的非线性电容产生强健的相位响应或平坦相位响应。例如，通过利用物理变压器的寄生组件以及PA组件204的非线性寄生电容，输出无源网络的电感器和电容器可以由单个变压器500实现。
例如，单个变压器500可以进一步操作来有效地组合来自图2的PA组件204的单位PA单元Y1-Y2n-1的功率。如此，例如，可以将功率高效地传递到天线106或负载，并且同时通过输出无源网络206’来抑制AM-PM失真。例如，由于PA 110’在不同功率水平下提供不同的电容，因此PA 110’的输出无源网络206’可操作来通过利用较宽操作频带上的多谐振操作使得输出无源网络对于电容变化的相位响应是强健的。
图6的曲线602可以表示虚拟值或电容曲线。曲线604可以表示实际值或电感曲线。例如，曲线606可以表示在较宽带频率操作范围内的部分(2)中具有平坦响应的相位响应曲线。通常，基于1阶L-C谐振的输出无源网络可以被广泛用于窄频带功率放大器。然而，1阶谐振网络的相位响应可能易受加载电容变化(Cdev)的影响，因为它直接改变谐振频率，从而导致不希望的相移/失真。因此，相位响应的斜率将取决于所加载的Q以及由于Cdev变化而引起的相位失真，并且在这种情况下，可以与相位响应的斜率成正比。相反，输出无源网络206’跨不同操作频带的信号的不同谐振频率中的至少两个谐振频率内的频率范围产生平坦相位响应。这提供了针对PA 110’的非线性电容变化的强健的相位响应。
虽然本公开中所描述的方法在本文被示出和并描述为一系列动作或事件，但将理解，这些动作或事件的所示顺序不应以限制意义来解释。例如，一些动作可以以不同的顺序发生和/或与除了本文示出和/或描述的动作或事件之外的其他动作或事件同时发生。此外，可能不需要所有所示出的动作来实现本文描述的一个或多个方面或实施例。此外，本文描绘的一个或多个动作可以在一个或多个单独的动作和/或阶段中执行。
参考图7，图7示出了用于通过通信设备(例如，移动设备或用户设备)的输出无源网络来利用具有AM-PM失真补偿的PA电路的示例方法。方法700在702处开始，经由功率放大器沿发送器路径提供功率信号。
在704处，该方法包括经由输出无源网络组合功率信号，并基于功率放大器是在回退功率模式还是饱和功率模式下操作来抑制幅度调制到相位调制(am-pm)失真。通过输出无源网络组合功率信号包括组合来自单位功率放大器单元的功率信号，并通过单个变压器以较宽带宽来向功率放大器提供最佳阻抗。
该方法还可以包括调整功率放大器的单位功率放大器单元中的电容单元的偏置，以通过利用功率放大器组件的固有寄生电容来自补偿输出处的非线性电容变化以最小化回退功率模式中的总电容变化。
该方法可以包括输出无源网络206跨输出无源网络的不同谐振频率中的至少两个谐振频率内的频率范围产生平坦相位响应。
沿发送器路径提供功率信号可以进一步包括交替地或顺序地在回退功率模式和饱和功率模式下操作，并且在回退功率模式下增加相应的漏极端子处的第一多个晶体管的电容，而在饱和功率模式下减小该电容(例如，有效或差分电容)。可以提供具有比第一多个晶体管更小的栅极的第二多个晶体管并且将其耦合在第一多个晶体管的漏极处，而第一多个晶体管在低于阈值的电压区域中操作。
为了提供所公开主题的各个方面的另外的背景，图8示出了与访问可以实现和/或利用所公开方面的特征或方面的网络(例如，基站、无线接入点、毫微微小区接入点等)相关的接入设备、用户设备(例如，移动设备、通信设备、个人数字助理等)或软件800。
用户设备或移动通信设备800可以与根据本文的各个方面所描述的转换器系统或设备的一个或多个方面一起使用。移动通信设备800例如包括可以被耦合到数据存储装置或存储器803的数字基带处理器802、前端804(例如，RF前端、声学前端或其他类似前端)、以及用于连接到多个天线8061到806k(k是正整数)的多个天线端口807。天线8061到806k可以从一个或多个无线设备(例如，接入点、接入终端、无线端口、路由器等)接收信号或者向它们发送信号，这些无线设备可以在无线电接入网络或经由网络设备(未示出)生成的其他通信网络内操作。用户设备800可以是用于传送射频(RF)信号的RF设备、用于传送声学信号的声学设备、或任何其他信号传送设备，例如，计算机、个人数字助理、移动电话或智能电话、平板PC、调制解调器、笔记本电脑、路由器、交换机、中继器、PC、网络设备、基站或可操作来根据一个或多个不同的通信协议或标准与网络或其他设备进行通信的类似设备。
前端804可以包括具有电子组件和相关电路的通信平台，这些电子组件和相关电路提供对经由一个或多个接收器或发送器808、复用/解复用组件812、调制和解调组件814所发送或接收的信号的处理、操纵或整形。前端804例如被耦合到数字基带处理器802和该组天线端口807，其中该组天线8061到806k可以是前端的一部分。在一个方面，移动通信设备800可以包括根据本文描述的实施例/方面的PA组件/系统810。
用户设备800还可以包括处理器802或控制器，其可操作来提供或控制移动设备800的一个或多个组件。例如，根据本公开的方面，处理器802可以至少部分地向移动通信设备800内的基本上任何电子组件赋予功能。作为示例，处理器可以被配置为至少部分地执行控制PA组件/系统810(例如，系统110、200、110、110’、或204)的各种模式或组件的可执行文件。
处理器802可操作来使得移动通信设备800能够处理用于利用复用/解复用组件812进行复用/解复用、或经由调制/解调组件814的调制/解调的数据(例如，符号、位或码片)，例如实现直接和反向快速傅立叶变换、选择调制速率、选择数据分组格式、分组间时间等。存储器803可以存储数据结构(例如，元数据)、(一个或多个)代码结构(例如，模块、对象、类、过程等)或指令、网络或设备信息(例如策略和规范)、附件协议、用于加扰的代码序列、扩展和导频(例如，(一个或多个)参考信号)传输、频率偏移、小区ID、以及用于在功率生成期间检测和标识与RF输入信号、功率输出或其他信号分量有关的各种特性的其他数据。
处理器802被功能地和/或通信地耦合(例如，通过存储器总线)到存储器803，以便存储或取回操作所需的信息，并且至少部分地将功能赋予通信平台或前端804、PA组件/系统810、以及本文描述的基本上任何其他操作方面。
本文的示例可以包括以下主题：方法、用于执行该方法的动作或块的装置、包括可执行指令的至少一个机器可读介质，该可执行指令当由机器(例如，具有存储器等的处理器)执行时，使得机器执行用于根据所描述的实施例和示例的使用多个通信技术的并发通信的方法或装置或系统的动作。
示例1是一种通信系统，包括：功率放大器，包括多个单位功率放大器单元，被配置为沿着发送器路径提供功率信号；以及输出无源网络组件，被配置为组合来自多个单位功率放大器单元的功率信号，并抑制幅度调制到相位调制(AM-PM)失真。
示例2包括示例1的主题，还包括：检测组件，被配置为基于输出的功率水平从饱和功率模式检测回退功率模式。
示例3包括示例1-2中任一示例的主题，包括或省略任何元件，还包括：抑制组件，被配置为调整功率放大器的单位功率放大器单元的偏置以最小化完整操作功率范围中的总体电容变化。
示例4包括示例1-3中任一示例的主题，包括或省略任何元件，其中，抑制组件还被配置为利用功率放大器的固有寄生电容来自补偿输出处的非线性电容变化。
示例5包括示例1-4中任一示例的主题，包括或省略任何元件，其中，输出无源网络组件包括匹配网络，该匹配网络被配置为通过使用单个变压器的寄生组件来利用单个变压器生成输出阻抗匹配操作，以生成宽带阻抗变换并抑制AM-PM失真。
示例6包括示例1-5中任一示例的主题，包括或省略任何元件，其中，输出无源网络组件包括多个电容器以及电感器，被配置为沿宽带宽向功率放大器提供具有平坦相位响应的实际阻抗以抑制AM-PM失真。
示例7包括示例1-6中任一示例的主题，包括或省略任何元件，其中，输出无源网络组件的多个电容器和电感器通过利用单个变压器的寄生组件和功率放大器的非线性寄生电容来由单个变压器实现。
示例8包括示例1-7中任一示例的主题，包括或省略任何元件，其中，匹配网络还被配置为跨匹配网络的不同谐振频率中的至少两个谐振频率内的频率范围产生平坦相位响应，其中，匹配网络包括对功率放大器的非线性电容变化的强健的相位响应。
示例9是一种移动通信设备，包括：功率放大器，包括多个单位功率放大器单元，被配置为向信号处理路径提供功率信号，包括输出功率级；并且输出功率级的输出无源网络被配置为组合功率信号并抑制在回退功率操作模式下来自饱和功率操作模式的幅度调制-相位调制(AM-PM)失真。
示例10包括示例9的主题，包括或省略任何元件，其中，多个单位功率放大器单元向输出无源网络提供针对期望功率的功率信号，其中，功率放大器包括具有相对于功率水平的非线性行为的寄生电容，其中，寄生电容随着功率减小而减小，并且抑制组件被配置为提供线性化功率放大器的寄生电容的自补偿偏置方案。
示例11包括示例9-10中任一示例的主题，包括或省略任何元件，还包括：抑制组件，被配置为调整多个单位功率放大器单元中的单位功率放大器单元中的电容单元的偏置，以线性化单位功率放大器单元的寄生电容的非线性行为。
示例12包括示例9-11中任一示例的主题，包括或省略任何元件，其中，抑制组件还被配置为经由被耦合到第一多个晶体管的漏极端子的第二多个晶体管通过使用第一多个晶体管的寄生电容，来补偿功率放大器在回退功率操作模式下的有效电容减小。
示例13包括示例9-12中任一示例的主题，包括或省略任何元件，其中，在回退功率操作模式下，功率放大器的第一多个晶体管被配置为包括较低电压，并且在饱和功率工作模式下，第一多个晶体管包括饱和电压。
示例14包括示例9-13中任一示例的主题，包括或省略任何元件，还包括：抑制组件，包括被耦合到第一多个晶体管的第二多个晶体管，该第二多个晶体管被配置为在回退功率操作模式下被完全供电；以及检测组件，包括一组开关，所述一组开关被配置为基于第一多个晶体管的功率水平从饱和功率操作模式中检测回退功率操作模式。
示例15包括示例9-14中任一示例的主题，包括或省略任何元件，其中，抑制组件被配置为偏置输出功率级的第一多个晶体管，而在回退功率操作模式期间在操作电压阈值以下进行操作。
示例16包括示例9-15中任一示例的主题，包括或省略任何元件，其中，输出无源网络组件包括匹配网络，该匹配网络被配置为通过使用单个变压器的寄生组件来利用单个变压器生成阻抗匹配操作，以生成宽带阻抗变换并抑制AM-PM失真，。
示例17包括示例9-16中任一示例的主题，包括或省略任何元件，其中，匹配网络还被配置为在不同的谐振频率下谐振并跨不同的谐振频率中的至少两个谐振频率内的频率范围产生平坦相位响应。
示例18包括示例9-17中任一示例的主题，包括或省略任何元件，其中，功率放大器包括多个单位功率放大器单元，其被配置为根据不同的操作频带来沿着信号处理路径提供功率信号。
示例19是一种用于通信系统的方法，包括：经由功率放大器沿发送器路径提供功率信号；并且经由输出无源网络组合功率信号，并基于功率放大器是在回退功率模式还是饱和功率模式下操作来抑制幅度调制到相位调制(AM-PM)失真。
示例20包括示例19的主题，包括或省略任何元件，还包括：调整对功率放大器的单位功率放大器单元中的电容单元的偏置，以通过利用功率放大器组件的固有寄生电容自补偿输出处的非线性电容变化来最小化回退功率模式中的总体电容变化。
示例21包括示例19-20中任一示例的主题，包括或省略任何元件，其中，经由输出无源网络组合功率信号包括组合来自单位功率放大器单元的功率信号并经由单个变压器以较宽带宽向功率放大器提供最佳阻抗。
示例22包括示例19-21中任一示例的主题，包括或省略任何元件，还包括：跨输出无源网络的不同谐振频率中的至少两个谐振频率内的频率范围产生平坦相位响应。
示例23包括示例19-22中任一示例的主题，包括或省略任何元件，其中，沿发送器路径提供功率信号包括交替地在回退功率模式和饱和功率模式下操作，并且在回退功率模式下，增加相应的漏极端子处的第一多个晶体管的电容，并在饱和功率模式下减小电容。
示例24包括示例19-23中任一示例的主题，包括或省略任何元件，还包括：对第二多个晶体管供电，该第二多个晶体管具有比第一多个晶体管更小的栅极并且被耦合在第一多个晶体管的漏极处，而第一多个晶体管在低于阈值的电压区域中操作。
本主题公开的所示实施例的以上描述(包括摘要中所描述的内容)并不旨在是穷举的或将所公开的实施例限制于所公开的精确形式。尽管出于说明性目的在本文中描述了具体实施例和示例，但如相关领域的技术人员可以认识到的，可以在各种实施例和示例的范围内进行各种修改。
在这方面，虽然已经结合各种实施例和相应的附图描述了所公开的主题，但在适当的情况下，应该理解，可以使用其他类似的实施例，或者可以对所描述的实施例进行修改和添加以执行所公开的主题的相同、相似、或替代功能，而不从其背离。因此，所公开的主题不应限于本文所述的任何单个实施例，而应在根据下面所附权利要求的宽度和范围内进行解释。
特别是关于由上述组件或结构(组件、设备、电路、系统等)执行的各种功能，除非另有说明，否则用于描述这些组件的术语(包括对“装置”的引用)旨在对应于执行所描述的组件的指定功能的任何组件或结构(例如，功能上等同的)，即使在结构上不等同于执行本发明的所示出的示例性实施方式中的功能的所公开的结构。此外，尽管可能仅针对若干实现方式中的一个公开了特定特征，但这样的特征可以与其他实现方式的一个或多个其他特征相组合，如对于任何给定或特定应用可能期望和有利的。

Claims (18)

1.一种用于放大射频信号的移动设备的装置，包括：
多个n位二进制加权差分放大器单元，被耦合到输出无源网络并且包括一对放大晶体管和一对共源共栅晶体管，其中所述一对放大晶体管包括比所述一对共源共栅晶体管更小的栅极；
所述输出无源网络，包括变压器和彼此并联耦合的多个电容单元；和
处理电路，被配置为基于放大设置或电压阈值来接通或断开所述一对共源共栅晶体管中的至少一个共源共栅晶体管。
2.如权利要求1所述的装置，其中，所述一对共源共栅晶体管分别连接到所述一对放大晶体管的漏极端子。
3.如权利要求1所述的装置，其中，所述输出无源网络包括至少两个电感器。
4.如权利要求1所述的装置，其中，所述一对放大晶体管包括薄氧化物晶体管，并且所述一对共源共栅晶体管包括厚氧化物晶体管，所述薄氧化物晶体管具有比所述厚氧化物晶体管更小或更薄的氧化物层。
5.如权利要求1所述的装置，其中，所述输出无源网络的变压器包括直接连接到所述多个n位二进制加权差分放大器单元的单个变压器。
6.如权利要求1所述的装置，还包括：
一组开关或逆变器，被耦合到所述一对放大晶体管，被配置为选择性地启用所述一对放大晶体管的功率电平。
7.如权利要求1所述的装置，其中，所述输出无源网络被配置为作为多谐振匹配网络实现双频带操作，以基于被直接并联连接到所述多个n位二进制加权差分放大器单元的单个变压器来实现对所述移动设备的两个不同操作频带的响应。
8.一种用于放大射频信号的移动设备的系统，包括：
多个差分放大器单元，分别耦合到输出无源网络并且包括一对放大晶体管和一对共源共栅晶体管，其中，所述一对共源共栅晶体管包括比所述一对放大晶体管更宽的栅极；
所述输出无源网络，包括变压器和多个电容单元，其中所述变压器连接到所述多个放大器单元；和
处理电路，被配置为基于电压阈值操作所述一对共源共栅晶体管中的至少一个共源共栅晶体管。
9.如权利要求8所述的系统，其中，所述一对放大晶体管分别连接到所述一对共源共栅晶体管的源极端子。
10.如权利要求8所述的系统，其中，所述输出无源网络包括形成所述变压器的两个电感器。
11.如权利要求8所述的系统，其中，所述变压器并联耦合到所述多个差分放大器单元。
12.如权利要求8所述的系统，还包括：
一组开关，连接到所述多个差分放大器单元并且被配置为允许电压输入到如下各项中的至少一项中：所述一对放大晶体管或所述一对共源共栅晶体管。
13.一种用于移动设备的方法，包括：
经由耦合到输出无源网络的多个差分放大器单元，通过分别耦合到一对共源共栅晶体管的一对放大晶体管提供功率信号，其中所述一对共源共栅晶体管具有比所述一对放大晶体管更宽的栅极；以及
经由耦合到所述多个差分放大器单元的处理电路，基于放大设置或电压阈值来接通或断开所述一对共源共栅晶体管中的至少一个共源共栅晶体管。
14.如权利要求13所述的方法，其中，所述一对放大晶体管的功率电平通过耦合到所述一对放大晶体管的一组开关或逆变器被选择性地启用。
15.如权利要求13所述的方法，其中，所述输出无源网络被配置为作为多谐振匹配网络实现双频带操作，以基于被直接并联连接到所述多个差分放大器单元的单个变压器来实现对所述移动设备的两个不同操作频带的响应。
16.一种计算机可读介质，其上存储有指令，所述指令被配置为当由移动设备的处理器执行时，使得在所述移动设备中执行以下操作：
经由耦合到输出无源网络的多个差分放大器单元，通过分别耦合到一对共源共栅晶体管的一对放大晶体管提供功率信号，其中所述一对共源共栅晶体管具有比所述一对放大晶体管更宽的栅极；以及
经由耦合到所述多个差分放大器单元的处理电路，基于放大设置或电压阈值来接通或断开所述一对共源共栅晶体管中的至少一个共源共栅晶体管。
17.如权利要求16所述的计算机可读介质，其中，所述一对放大晶体管的功率电平通过耦合到所述一对放大晶体管的一组开关或逆变器被选择性地启用。
18.如权利要求16所述的计算机可读介质，其中，所述输出无源网络被配置为作为多谐振匹配网络实现双频带操作，以基于被直接并联连接到所述多个差分放大器单元的单个变压器来实现对所述移动设备的两个不同操作频带的响应。
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