CN110784180A - 具有转移电流路径的功率放大器电路 - Google Patents

具有转移电流路径的功率放大器电路 Download PDF

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于钟林
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Abstract

本申请涉及一种具有转移电流路径的功率放大器电路。一种功率放大器电路包含线圈电路、差分放大器和转移电流路径。所述线圈电路包含耦合到公共节点的第一线圈部分和第二线圈部分。所述差分放大器包含第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管和第二晶体管中的每一个具有第一端子、第二端子和第三端子。所述第一晶体管和所述第二晶体管的对应的第一端子耦合到所述线圈电路，并且所述第一晶体管和所述第二晶体管的对应的第三端子耦合到接地端子。所述转移电流路径耦合在所述公共节点与所述接地端子之间以转移由在所述第一晶体管和所述第二晶体管的所述第二端子处的具有时变幅度的偏置电压引起的扰动电流的部分。所述转移电流路径在所述第一晶体管和所述第二晶体管的所述第一端子与接地之间提供相对高的导纳路径，从而减少离开所述第三端子的扰动电流。

Description

具有转移电流路径的功率放大器电路
技术领域
本申请总体上涉及无线通信系统。
背景技术
无线通信系统总体上围绕旨在提供所分配频谱的有效利用的如正交频分多路复用(OFDM)和码分多址(CDMA)等各种调制方案来设计。频谱有效调制方案具有高波峰因子(例如，峰均功率比)。然而，适当的数据传输和可接受的频谱再生特性给包含功率放大器的发射链带来了线性度负担。
为了实现所需的线性度，常规系统通常需要从功率放大器中的输出晶体管的饱和中获得大量功率回退，这显著降低了效率。在如蜂窝电话等便携式设备中，效率的降低转化为更短的电池寿命和电池再充电之间操作时间的缩短。总体而言，行业趋势是增大电池再充电之间的间隔和/或减小电池的尺寸。因此，应当提高功率放大器的效率，同时仍满足线性度要求。
例如，蜂窝电话的功率放大器使用包络跟踪来提高效率，从而导致电池再充电之间的更长时间和较低的操作温度。功率放大器包含一对通常具有连接到接地的公共发射极(或公共源极)的放大晶体管。根据操作原理，晶体管的时变电压源(包络跟踪电压)响应于调制后载波如射频(RF)输入信号的幅度迅速变化。这导致在晶体管的基极-集电极电容(Cbc)中或等效地在栅极-漏极电容(Cgd)中的位移电流。当每个晶体管的位移电流的一部分离开基极(栅极)时，位移电流的剩余部分进入基极-发射极结(栅极-源极结)，从而使晶体管的操作点受到扰动。通过驱动功率放大器的时变包络跟踪电压源对晶体管操作点的时变扰动导致了非线性度，这使得满足功率放大器的频谱要求变得更加困难。而且，位移电流中的每一个的幅度依赖于包络跟踪电压的时间导数，从而导致依赖于RF输入信号的RF包络幅度的时间导数的功率放大器操作。这可能导致功率放大器的时间延迟和矢量增益的不希望的调制。
不希望的位移电流的额外源极可以是连接到所述一对放大晶体管的基极(栅极)的一对驱动器晶体管，其中包络跟踪电压进一步用于操作驱动器晶体管。来自驱动器晶体管的集电极(漏极)的额外位移电流通过耦合驱动器晶体管和放大晶体管的匹配电路的至少一部分，并且进入放大晶体管的对应的基极(栅极)。这些位移电流中的每一个的一部分也进入对应的放大晶体管的基极-发射极结(栅极-源极结)，从而使位移电流问题加剧。
发明内容
一方面，本申请提供了一种功率放大器电路，其包括：用于接收射频(RF)信号的线圈电路，其中所述线圈电路包括耦合到所述线圈电路的公共节点的第一线圈部分和第二线圈部分；差分放大器，其包括第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管和所述第二晶体管中的每一个具有第一端子、第二端子和第三端子，其中所述第一晶体管和所述第二晶体管的对应的第一端子耦合到所述线圈电路，并且所述第一晶体管和所述第二晶体管的对应的第三端子耦合到接地；以及转移电流路径，其耦合在所述线圈电路的所述公共节点与接地之间以转移由所述第一晶体管的所述第二端子处的偏置电压引起的第一扰动电流的大部分，其中：所述偏置电压根据所述RF信号的包络具有时变幅度，并且所述转移电流路径被配置成在所述第一晶体管的所述第一端子与接地之间提供相对高的导纳路径，使得所述第一扰动电流的所述大部分流过所述转移电流路径到达接地，从而减少离开所述第一晶体管的所述第三端子的所述第一扰动电流的另一部分。
另一方面，本申请提供了一种用于使用包络跟踪功率放大器电路放大射频(RF)信号的方法，所述包络跟踪功率放大器电路至少包括具有第一端子、第二端子和第三端子的第一晶体管，所述方法包括：使用线圈电路接收所述RF信号；将来自所述线圈电路的所述RF信号耦合到所述第一晶体管的所述第一端子；将所述第一晶体管的所述第三端子耦合到接地端子；以及耦合所述线圈电路的公共节点与所述接地端子之间的转移电流路径以转移由所述第一晶体管的所述第二端子处的偏置电压引起的第一扰动电流的一部分，其中：所述偏置电压具有与所述RF信号的包络相关的时变幅度，并且耦合所述转移电流路径在所述第一晶体管的所述第一端子与所述接地端子之间提供相对高的导纳路径，使得所述第一扰动电流的第一部分流过所述转移电流路径，从而减少离开所述第一晶体管的所述第三端子的所述第一扰动电流的第二部分。
另一方面，本申请提供了一种功率放大器电路，其包括：变压器，其包括用于接收射频(RF)信号的初级绕组和具有耦合到公共节点的第一线圈部分和第二线圈部分的次级绕组；差分放大器，其包括第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管和所述第二晶体管中的每一个具有第一端子、第二端子和第三端子，其中所述第一晶体管和所述第二晶体管的对应的第一端子经由匹配网络耦合到所述次级绕组，所述第一晶体管和所述第二晶体管的对应的第二端子接收根据所述RF信号的包络具有时变幅度的偏置电压，并且所述第一晶体管和所述第二晶体管的对应的第三端子耦合到接地；以及基极偏置电路，其包括公共偏置节点、连接在所述公共偏置节点与接地之间的经优化包络跟踪电压源、连接在所述第一晶体管的所述第一端子与所述公共偏置节点之间的第一无源部件以及连接在所述第二晶体管的所述第一端子与所述公共偏置节点之间的第二无源部件，其中所述经优化跟踪电压源提供驱动电压以根据所述偏置电压的所述时变幅度驱动所述公共偏置节点，从而在所述第一晶体管和所述第二晶体管中提供补偿的非线性度。
附图说明
当结合附图阅读时，将从以下具体实施方式中最好地理解实例实施例。需要强调的是，各种特征不一定是按比例绘制的。实际上，为了讨论的清晰起见，可以任意增大或减小尺寸。在适用且切实可行时，贯穿附图，类似的附图标记指代类似的元件。
图1是示出根据代表性实施例的包含用于扰动电流的转移电流路径的功率放大器电路的简化电路图。
图2是示出根据代表性实施例的包含用于扰动电流的转移电流路径的功率放大器电路的简化电路图。
图3是示出根据代表性实施例的包含用于扰动电流的转移电流路径的功率放大器电路的一部分的简化电路图。
图4是示出根据代表性实施例的包含用于扰动电流的转移电流路径的功率放大器电路的简化电路图。
图5是示出根据代表性实施例的包含经优化的包络跟踪(ET)电压电路的功率放大器电路的简化电路图。
图6是示出根据代表性实施例的包含用于扰动电流的转移电流路径和基极偏置电路的功率放大器电路的简化电路图。
图7是示出根据代表性实施例的包含基极偏置电路的功率放大器电路的简化电路图。
图8是示出根据代表性实施例的使用包络跟踪功率放大器电路放大RF信号的方法的简化流程图。
具体实施方式
在以下详细说明中，出于解释而非限制性的目的，阐述了揭示具体细节的代表性实施例，以便提供对本发明教导的透彻理解。然而，对受益于本公开的本领域普通技术人员而言将显而易见的是，脱离本文所揭示的具体细节的根据本发明教导的其它实施例仍然在所附权利要求的范围内。此外，可以省略对众所周知的设备和方法的说明，以便不模糊对代表性实施例的说明。此些方法和设备显然在本发明教导的范围内。
总体而言，应当理解的是，除非上下文另有明确规定，否则如本说明书和所附权利要求中所使用的，术语“一个(种)(a)”、“一个(种)(an)”以及“所述(the)”既包含单数指代物也包含复数指代物。因此，例如，“部件”包含一个部件和多个部件。
如本说明书和所附权利要求中所使用的并且除了其普通含义之外，术语“基本(substantial)”或“基本上(substantially)”意指在可接受的限制或程度之内。例如，术语“基本量”意指本领域技术人员将认为所述量大于平均值，并且在使用所述术语的上下文内为所述目的所接受。作为另外的实例，“基本上移除”意指本领域技术人员将认为所述移除是可接受的。如本说明书和所附权利要求中所使用的并且除了其普通含义之外，术语“大约”意指在本领域普通技术人员可接受的限制或数量之内。例如，“大致相同”意指本领域普通技术人员将认为被比较的项是相同的。
包络跟踪可以用于提高放大器效率。总体而言，提供给功率放大器的放大晶体管(例如，输出晶体管)的集电极电源电压或偏置电压(或取决于晶体管类型的漏极电源电压)被调制成提供载波包络在每个时间点所需的电压，而不再提供其它电压。相比之下，在传统功率放大器可以始终向输出晶体管的集电极提供固定的3.3V时，包络跟踪功率放大器可以提供时变集电极电源电压的实时优化，使得集电极电源电压始终都足够但不过量。包络跟踪因此提高了效率，尤其是在载波包络低于最大值时。例如授予维斯(Vice)等人(于2017年11月21日授予)的美国专利号9,825,616提供了对包络跟踪功率放大器的讨论，所述专利的全部内容通过引用结合在此。在不脱离本发明教导的范围的情况下，实施例也可以应用于其它类型的包络跟踪功率放大器，如连续包络跟踪功率放大器。
总体而言，各种实施例涉及在对如RF输入信号等调制后载波作出响应的经受时变电压源(包络跟踪电压)的功率放大器电路的操作中改善线性度。在放大晶体管中流动的由电压源(与固定的电压源相反)的时变性质引起的电流的部分可以被称为扰动电流。扰动电流是除了例如在电压源提供固定或恒定电压时在放大晶体管中流动的正常电流或预期电流之外的电流。出于解释的目的，由变化电压源引起的(通过集电极-基极结)从集电极端子流向基极端子的电流的部分可以被称为集电极-基极扰动电流(其与上文所讨论的基极-集电极位移电流相同)或第一扰动电流。由变化电压源引起的离开基极端子的电流的部分可以被称为基极扰动电流或第二扰动电流，并且由变化电压源引起的(通过基极-发射极结)从基极端子流向发射极端子的电流的部分可以被称为基极-发射极扰动电流或第三扰动电流。
在各个实施例中，可以在功率放大器电路的虚拟接地处提供转移电流路径以将来自功率放大器电路中的每个放大晶体管的集电极-基极结的集电极-基极扰动电流的一部分转移到接地。当集电极-基极扰动电流的转移后部分增加(即基极扰动电流增加)时，可用于进入放大晶体管的基极-发射极结的集电极-基极扰动电流的剩余部分减少(即基极-发射极扰动电流减少)。当较少的基极-发射极扰动电流离开发射极端子到达接地时，线性度得到改善。也就是说，转移电流路径必须以位移电流的频率提供足够高的导纳(足够低的阻抗)，从而导致基极-发射极扰动电流大幅度减少。例如，根据各个实施例，基极-发射极扰动电流可以约为没有转移电流路径的情况下的一半或更少。在另一实例中，功率放大器电路的转移电流路径可以包含根据包络跟踪电压提供驱动电压以驱动虚拟接地的经优化跟踪电压源。驱动电压被优化成使得集电极-基极扰动电流到虚拟接地的路径具有比通过基极-发射极结的路径更高的有效导纳，从而将集电极-基极扰动电流的大部分转移到虚拟接地(作为基极扰动电流)并且改善功率放大器电路的线性度。
根据代表性实施例，功率放大器电路包含用于接收射频(RF)信号的线圈电路、差分放大器和转移电流路径。线圈电路包含耦合到所述线圈电路的公共节点的第一线圈部分和第二线圈部分。所述差分放大器包含第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管和所述第二晶体管中的每一个具有第一端子、第二端子和第三端子，其中所述第一晶体管和所述第二晶体管的对应的第一端子耦合到所述线圈电路，并且所述第一晶体管和所述第二晶体管的对应的第三端子耦合到公共接地。所述转移电流路径耦合在所述线圈电路的所述公共节点与所述接地端子之间以转移由所述第一晶体管的第二端子处的偏置电压引起的第一扰动电流的大部分。所述转移电流路径同样转移由所述第二晶体管的所述第二端子处的所述偏置电压引起的第二扰动电流的大部分。所述偏置电压根据所述RF信号的包络具有时变幅度，并且所述转移电流路径被配置成在所述第一晶体管的所述第一端子与所述接地端子之间提供相对高的导纳路径，使得所述第一扰动电流的所述大部分流过所述转移电流路径到达所述接地端子，从而减少离开所述第一晶体管的所述第三端子的所述第一扰动电流的另一部分。
图1是示出根据代表性实施例的包含用于扰动电流的转移电流路径的功率放大器电路的一部分的电路图。
参考图1，功率放大器电路100包含含有连接在公共接地端子101处的第一晶体管110和第二晶体管120的差分放大器105。第一晶体管110和第二晶体管120可以被称为放大晶体管。在所描绘的实施例中，第一晶体管110和第二晶体管120中的每一个都是双极结型晶体管(BJT)。值得注意的是，为了便于解释，本文所讨论的各个实施例将参考BJT和相应的端子(基极、集电极、发射极)，尽管应当理解的是，可以不脱离本发明教导的范围的情况下结合其它类型的晶体管，如场效应晶体管(FET)和相应的端子(栅极、漏极、源极)。例如，可以使用的附加类型的晶体管包含砷化镓FET(GaAs FET)、金属氧化物半导体FET(MOSFET)、异质结构FET(HFET)、高电子迁移率晶体管(HEMT)和假晶HEMT(pHEMT)。
第一晶体管110包含基极111(第一端子)、集电极112(第二端子)和发射极113(第三端子)，并且第二晶体管120包含基极121(第一端子)、集电极122(第二端子)和发射极123(第三端子)。如下文所讨论的，第一晶体管110的基极111和第二晶体管120的基极121耦合到线圈电路130。如下文所讨论的，第一晶体管110的集电极112和第二晶体管120的集电极122耦合到输出变压器160。第一晶体管110的发射极113和第二晶体管120的发射极123直接耦合到接地端子101。
差分放大器105通过线圈电路130接收RF输入信号。在所描绘的实施例中，线圈电路130包含第一线圈部分131和第二线圈部分132，所述第一线圈部分和所述第二线圈部分通过公共节点(例如，中心抽头)139串联电连接。也就是说，第一线圈部分131连接在第一输入节点133与位于第一线圈部分131与第二线圈部分132之间的公共节点139之间，并且第二线圈部分132连接在第二输入节点134与公共节点139之间。第一线圈部分131和第二线圈部分132可以分别包含第一电感和第二电感，所述第一电感和所述第二电感可以基本上类似，使得公共节点139对应于线圈电路130的中心。因此，例如，可以通过中心分接单个电感器(在常规功率放大器中使用)来提供第一线圈部分131和第二线圈部分132。通过对称性，公共节点139可以是功率放大器电路100的虚拟接地。也就是说，第一线圈部分131的第一电感和第二线圈部分132的第二电感在公共节点139处为RF输入信号提供虚拟接地电压。在各种配置中，第一线圈部分131和/或第二线圈部分132可以包括例如一或多个电感器。线圈电路130的第一输入节点133和第二输入节点134可以对应于差分放大器105的差分输入端口以接收RF输入信号。而且，例如，如下文参考图4所讨论的，线圈电路130可以是输入变压器的次级绕组。
匹配网络140包含在差分放大器105与线圈电路130之间，使得第一晶体管110和第二晶体管120通过匹配网络140耦合到线圈电路130。匹配网络140被配置成匹配差分放大器105和线圈电路130的阻抗。在所描绘的实施例中，匹配网络140包含连接在第一晶体管110的基极111与线圈电路130的第一输入节点133之间的第一电容器141以及连接在第二晶体管120的基极121与线圈电路130的第二输入节点134之间的第二电容器142。还可以将线圈电路130的第一线圈部分131和第二线圈部分132作为匹配网络140的部分加以考虑。在不脱离本发明教导的情况下，匹配网络140可以包含替代性部件或额外部件以实现线圈电路130与差分放大器105之间的阻抗匹配。
功率放大器电路100进一步包含输出变压器160，所述输出变压器具有初级绕组161和提供功率放大器电路100的输出的次级绕组162。初级绕组161可以包含多个线圈电路，如第一线圈电路163和第二线圈电路164。第一线圈电路163连接在第一输出节点165与公共节点(中心抽头)169之间，并且第二线圈电路164连接在第二输出节点166与公共节点169之间。在所描绘的实施例中，次级绕组162是连接在信号输出端口167与信号输出端口168之间的单个线圈电路，尽管不脱离本发明教导的范围的情况下，次级绕组162可以包含串联的多个线圈电路。功率放大器电路100被配置成放大通过信号输入端口(未示出)和线圈电路130的第一输入节点133和第二输入节点134接收的RF输入信号，并且被配置成从信号输出端口167和信号输出端口168输出经放大的RF输出信号。
包络跟踪(ET)电压源170连接在接地与次级绕组162的公共节点169之间。ET电压源170提供作为用于分别偏置第一晶体管110和第二晶体管120的集电极112和集电极122的偏置电压的跟踪电压。跟踪电压具有根据RF输入信号的包络而变化的时变幅度。
关于第一晶体管110，偏置电压的正时间导数导致被称为第一集电极-基极扰动电流ip11的电流进入集电极112处的集电极-基极结。第一集电极-基极扰动电流尖端12的一部分作为第一基极扰动电流ip12离开基极111并通过第一电容器141流到线圈电路130。第一集电极-基极位移电流尖端13的剩余部分作为第一基极-发射极扰动电流ip13进入第一晶体管110的基极-发射极结并离开发射极113到达接地端子101。类似地，关于第二晶体管120，偏置电压的正时间导数导致被称为第二集电极-基极扰动电流ip21的电流进入集电极122处的集电极-基极结。第二集电极-基极位移电流尖端22的一部分作为第二基极扰动电流ip22离开基极121并通过第二电容器142流到线圈电路130。第二集电极-基极位移电流尖端23的剩余部分作为第二基极-发射极扰动电流ip23进入第二晶体管120的基极-发射极结并离开发射极123到达接地端子101。
如上文所指示的，第一基极-发射极扰动电流和第二基极-发射极扰动电流总体上分别扰动第一晶体管110和第二晶体管120的操作点，从而导致不希望的增益扰动。晶体管操作点的时变扰动导致非线性度，从而使得满足功率放大器电路100的频谱要求变得更加困难。因此，使第一基极-发射极扰动电流ip13和第二基极-发射极扰动电流ip23最小化是有利的。这可以通过将尽可能多的第一集电极-基极扰动电流ip11和第二集电极-基极扰动电流ip21转移离开基极111和基极121来实现。换句话说，应当增加第一基极扰动电流ip12和第二基极扰动电流ip22，同时应当减少第一基极-发射极扰动电流ip13和第二基极-发射极扰动电流ip23。
为了相对于第一基极-发射极扰动电流ip13和第二基极-发射极扰动电流ip23增加第一基极扰动电流ip12和第二基极扰动电流ip22，转移电流路径150耦合在线圈电路130的公共节点139(例如，虚拟接地)与接地端子101之间。转移电流路径150被配置成将转移后的电流idiv从公共节点139传导到接地端子101，其中转移后的电流idiv包括第一基极扰动电流ip12和第二基极扰动电流ip22中的每一个的至少一部分。转移电流路径150可以包含例如无源部件，所述无源部件在所描绘的实施例中是电感155。不脱离本发明教导的范围的情况下，额外的无源部件可以包含在包含一个或多个额外电感器的转移电流路径150中，或者转移电流路径150可以是如在各种实施方式或应用中适当的或适合的短路。
例如，与介于第一晶体管110和第二晶体管120的基极-发射极结之间的导纳相比，转移电流路径150的导纳相对较高，使得公共节点139提供基本上共模的接地。也就是说，转移电流路径150的相对较高的导纳接近短路的导纳(例如，具有约为零的相应阻抗)。例如，转移电流路径150可以在包含功率放大器电路100的电信系统中以与RF信号所关注的基带频率相关的预定频率提供相对较高的导纳路径。因此，第一集电极-基极扰动电流ip11和第二集电极-基极扰动电流ip21的大部分分别作为第一基极扰动电流ip12和第二基极扰动电流ip22从基极111和基极121流动，并且作为转移后的电流idiv流过转移电流路径150到达接地端子101。第一集电极-基极扰动电流ip11和第二集电极-基极扰动电流ip21中的每一个的大部分可以指代例如被转移的第一集电极-基极扰动电流ip11和第二集电极-基极扰动电流ip21中的每一个的至少一半。第一集电极-基极扰动电流ip11和第二集电极-基极扰动电流ip21中的每一个的大部分可以指代多于基本上一半以上，从而进一步改善功率放大器电路100的线性度。
因此，对于第一集电极-基极扰动电流ip11和第二集电极-基极扰动电流ip21，存在到达接地端子101的替代性电流路径，其中第一集电极-基极扰动电流ip11和第二集电极-基极扰动电流ip21的导纳因为转移电流路径150(例如，电感155)的存在而增加。结果是第一基极扰动电流ip12和第二基极扰动电流ip22的幅度增加(并且因此转移后电流idiv的幅度增加)，并且第一基极-发射极扰动电流ip13和第二基极-发射极扰动电流ip23的幅度相应减小。因此，功率放大器电路100在包含转移电流路径150时将比在没有转移电流路径150时更加线性地工作，所有其它条件相同。
图2是示出根据代表性实施例的包含用于扰动电流的转移电流路径的功率放大器电路的简化电路图。参考图2，功率放大器电路200与上文所讨论的功率放大器电路100基本上相同，除了转移电流路径250中的无源部件包含与电感155相反的单个电容器255之外。在不脱离本发明教导的范围的情况下，在各种实施方式或应用中视需要或视情况，在转移电流路径250中可以包含额外的无源部件，包含一个或多个额外电感器。同样，例如，与介于第一晶体管110和第二晶体管120的基极-发射极结之间的导纳相比，转移电流路径250的导纳相对较高，使得公共节点139提供基本上共模的接地。因此，第一基极扰动电流ip12和第二基极扰动电流ip22的幅度增大，同时第一基极-发射极扰动电流ip13和第二基极-发射极扰动电流ip23的幅度减小。
在替代性实施例中，图2中的电容器255和/或图1中的电感155可以用如一或多个电阻器等其它无源部件替代，或者用无源部件的组合替代，以为任何特定情况提供独特的益处或满足如对本领域技术人员而言显而易见的各种实施方式的应用特定的设计要求。在仍其它实施例中，图2中的电容器255和/或图1中的电感155可以用接地端子101的直接短路替代。提供电流转移功能的部件和/或网络的选择取决于电路容差。例如，公共节点139与接地端子101之间的直接短路可能导致如功率放大器电路中的稳定性劣化等不希望的二阶效应。在这种情况下，少量的电感或串联连接的电感和电阻(L-R)可以足以恢复功率放大器电路的原始性能，同时提供转移电流路径。
图3是示出根据代表性实施例的包含用于扰动电流的转移电流路径的功率放大器电路的一部分的简化电路图。参考图3，除了匹配电路的放置之外，功率放大器电路300与上文所讨论的功率放大器电路200基本上相同。也就是说，匹配网络140由远离差分放大器105定位在线圈电路130的相对侧上的匹配网络340替代。匹配网络340包含连接在线圈电路130的第一输入节点133与第一输入端口333之间的第一电容器341以及连接在线圈电路130的第二输入节点134与第二输入端口334之间的第二电容器342。第一线圈部分131和第二线圈部分132也可以作为匹配网络340的部分加以考虑。仍然，如上文所讨论的，例如，与介于第一晶体管110和第二晶体管120的基极-发射极结之间的导纳相比，转移电流路径250的导纳相对较高，使得公共节点139提供基本上共模的接地。因此，第一基极扰动电流ip12和第二基极扰动电流ip22的幅度增大，同时第一基极-发射极扰动电流ip13和第二基极-发射极扰动电流ip23的幅度减小。
在替代性配置中，匹配网络340可以替代如图1所示的功率放大器电路100的匹配网络140，其中转移电流路径150包含电感155。而且，在不脱离本发明教导的范围的情况下，匹配网络340可以包含替代性部件或额外部件以实现线圈电路130与差分放大器105之间的阻抗匹配。
图4是示出根据代表性实施例的包含用于扰动电流的转移电流路径的功率放大器电路的简化电路图。参考图4，除了线圈电路130被具体地示出为输入变压器460的次级绕组之外，功率放大器电路400与上文图1中讨论的功率放大器电路100基本上相同。输入变压器460因此包含初级绕组461和由线圈电路130实施的次级绕组，从而为差分放大器105提供输入。初级绕组461可以包含连接在信号输入端口467与信号输入端口468之间的单个线圈电路，尽管在不脱离本发明教导的范围的情况下，初级绕组461可以包含多个串联的线圈电路。功率放大器电路400被配置成放大通过初级绕组461的信号输入端口467和信号输入端口468接收的RF输入信号。
如上文所讨论的，线圈电路130包含连接在第一输入节点133与公共节点139之间的第一线圈部分131以及连接在第二输入节点134与公共节点139之间的第二线圈部分132。第一线圈部分131的第一电感和第二线圈部分132的第二电感在公共节点139处为RF输入信号提供虚拟接地电压。当然，例如，在不脱离本发明教导的范围的情况下，第一线圈部分131和第二线圈部分132中的一个或两个可以包括一或多个电感器。
图5是示出根据代表性实施例的包含经优化的ET电压电路的功率放大器电路的简化电路图。参考图5，除了转移电流路径550是包含连接在接地与次级绕组(线圈电路130)的公共节点139之间的经优化的ET电压源555的经优化的ET电压电路之外，功率放大器电路500与上文图4中所讨论的功率放大器电路400基本上相同。转移电流路径550以RF信号的基带频率增加用于第一基极扰动电流ip12和第二基极扰动电流ip22的有效导纳，超过所述导纳将通过在公共节点139处放置接地电压或缩短到接地的公共节点139来提供。可以通过在公共节点139处提供电压来减小与第一线圈部分131和第二线圈部分132串联的匹配网络140的阻抗，所述电压是α和Vet1的乘积，例如，其中α是经优化的复数并且Vet1是由ET电压源170提供的跟踪电压。
经优化的ET电压源555提供驱动电压以驱动公共节点139处的虚拟接地，从而增加用于第一基极扰动电流ip12和第二基极扰动电流ip22的到接地的有效导纳。驱动电压是ET电压源170的跟踪电压的函数。例如，由经优化的ET电压源555提供的驱动电压可以是由ET电压源170提供的跟踪电压和其时间导数的线性组合。可以在不脱离本发明教导的范围的情况下结合驱动电压与跟踪电压的其它函数关系。
然后将驱动电压在公共节点139处耦合到虚拟接地，并且例如凭经验优化驱动电压的精确值以便当在包络跟踪模式下操作时改善功率放大器电路500的线性度。通过减小如在前面的实施例中的第一基极-发射极扰动电流ip13和第二基极-发射极扰动电流ip23的幅度来改善线性度。优化驱动电压为第一集电极-基极扰动电流ip11和第二集电极-基极扰动电流ip21中的每一个的一部分提供到接地的路径(例如，通过匹配网络140)，其中所述路径具有比第一晶体管110和第二晶体管120的基极-发射极结更高的导纳。因此，第一集电极-基极扰动电流ip11和第二集电极-基极扰动电流ip21的大部转移到接地(与发射极113、123相反)，从而改善功率放大器电路500的线性度。可以替代图1到3中描绘的在公共节点139处具有虚拟接地的拓扑中的任一个中的转移电流路径150或250实施转移电流路径550。
图6是示出根据代表性实施例的包含除转移电流路径之外的基极偏置电路的功率放大器电路的简化电路图。参考图6，在添加基极偏置电路650的情况下，功率放大器电路600与上文图4中所讨论的功率放大器电路400基本上相同。在所描绘的实施例中，基极偏置电路650包含经优化的ET电压源655、连接在第一晶体管110的基极111与经优化的ET电压源655之间的第一电阻、以及连接在第二晶体管120的基极121与经优化的ET电压源655之间的第二电阻652。在替代性配置中，第一电阻651和第二电阻651可以由电容或电感替代。经优化的ET电压源655连接在接地与基极偏置电路650的公共偏置节点653之间。
经优化的ET电压源655提供驱动电压以驱动公共偏置节点653。驱动电压是ET电压源170的跟踪电压的函数。例如，由经优化的ET电压源655提供的驱动电压可以是由ET电压源170提供的跟踪电压和其时间导数的线性组合。可以在不脱离本发明教导的范围的情况下结合驱动电压与跟踪电压的其它函数关系。
例如凭经验优化驱动电压的精确值以便当通过将驱动电压耦合到第一晶体管110和第二晶体管120的基极111和基极121以包络跟踪模式操作时改善功率放大器电路600和/或第一晶体管110和第二晶体管120的线性度。由进入第一晶体管110和第二晶体管120的基极-发射极结的集电极-基极扰动电流ip11、ip21的部分引起的非线性度可以通过改善由基极偏置电路650引入的线性度部分地抵消。例如，当被优化时，驱动电流有效地使基极偏置电路650通过以偏置扰动的形式施加补偿的非线性度来补偿基极-发射极结中的残余的扰动电流。可以在图1到4中所描绘的拓扑中的任一拓扑中实施基极偏置电路650。
基极偏置电路650结合耦合在公共节点139与接地端子101之间的转移电流路径150发挥作用，所述转移电流路径继续使转移后的电流idiv能够从公共节点139流到接地端子101，其中转移后的电流idiv包含第一基极扰动电流ip12和第二基极扰动电流ip22中的每一个的至少一部分。如上文所讨论的，转移后的电流idiv减少了通过第一晶体管110和第二晶体管120的基极-发射极结的集电极-基极扰动电流ip11、ip21的部分，从而减少了对应的基极-发射极扰动电流ip13、ip23并且进一步减少了非线性度。
图7是示出根据代表性实施例的包含基极偏置电路的功率放大器电路的简化电路图。参考图7，功率放大器电路700与上文图6中所讨论的功率放大器电路600基本上相同，而转移电流路径150(和电感155)没有耦合在公共节点139与接地端子101之间。因此，从公共节点139到接地端子101没有包含第一基极扰动电流ip12和第二基极扰动电流ip22中的每一个的至少一部分的转移后的电流idiv。无论如何，基极偏置电路650仍然改善了功率放大器电路700的线性度。也就是说，经优化的ET电压源655提供驱动电压以驱动公共偏置节点653，所述经优化的ET电压源是ET电压源170的跟踪电压的函数。例如可以凭经验优化驱动电压的值以便当在包络跟踪模式下操作时改善功率放大器电路600的线性度。
图8是示出根据代表性实施例的使用包络跟踪功率放大器电路放大RF信号的方法的简化流程图。功率放大器电路至少包含具有第一端子、第二端子和第三端子的第一晶体管。参考图8，提供了一种用于使用如上文所讨论的功率放大器电路100到600中的任一个等包络跟踪功率放大器电路放大RF信号的方法。功率放大器电路包含用于接收RF信号的线圈电路和放大器。线圈电路包含公共节点以及耦合到公共节点的第一线圈部分和第二线圈部分。放大器可以是至少包含第一晶体管和第二晶体管的差分放大器，所述第一晶体管和所述第二晶体管中的每一个具有第一端子(例如，基极)、第二端子(例如，集电极)和第三端子(例如，发射极)。
所述方法包含：在框S811处，通过线圈电路接收RF信号；以及在框S812处，将来自线圈电路的RF信号耦合到第一晶体管的第一端子。在框S813处，将第一晶体管的第三端子耦合到接地端子；以及在框S814处，将转移电流路径耦合在线圈电路的公共节点与接地端子之间。转移电流路径的耦合例如在第一晶体管的集电极-基极结处转移由第一晶体管的第二端子处的偏置电压引起的第一扰动电流的第一部分。类似地，所述方法可以基本上同时进一步包含：在框S815处，将来自线圈电路的RF信号耦合到第二晶体管的第一端子；以及在框S816处，将第二晶体管的第三端子耦合到接地端子。耦合在线圈电路的公共节点与接地端子之间的转移电流路径例如在第二晶体管的集电极-基极结处还转移由第二晶体管的第二端子处的偏置电压引起的第二扰动电流的第一部分。偏置电压具有与RF信号的包络相关的时变幅度。
耦合线圈电路的公共节点与接地端子之间的转移电流路径在第一晶体管和第二晶体管的第一端子中的每一个与接地端子之间提供相对高的导纳路径。因此，第一扰动电流和第二扰动电流的第一部分流过转移电流路径，从而分别减少离开第一晶体管和第二晶体管的第三端子的第一扰动电流和第二扰动电流的第二部分。耦合转移电流路径可以包含将一个或多个无源部件(例如，电感器、电容器和/或电阻器)的第一端电耦合到线圈电路的公共节点，并且将无源部件的第二端电耦合到接地端子。
如上文所提及的，出于讨论的目的，通常对应于如发射极、集电极和基极等BJT的术语在本文中用于描述图1到8。然而，应当理解的是，这些术语不旨在是限制性的，并且那些对应于如漏极、源极和栅极等FET的术语将适用于各种替代性配置中的其它类型的晶体管。
例如，经优化的ET电压源555和655的驱动电压值可以由包括计算机处理器和存储器的控制器(未示出)设置、优化和/或监测。在各种实施例中，处理器可以使用软件、固件、硬连线逻辑电路或其组合由计算机处理器、微处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、为此目的配置的其它形式的电路系统或其组合来实施。具体地说，计算机处理器可以由硬件、固件或软件架构的任何组合构成，并且可以包含用于存储允许其执行各种功能的可执行软件/固件可执行代码的存储器(例如，易失性存储器和/或非易失性存储器)。
各种部件、材料、结构和参数仅以说明和实例的方式包含在内，而非任何限制意义的。鉴于本公开，本领域技术人员可以在确定他们自己的应用和实施这些应用所需的部件、材料、结构和设备时实施本发明教导，同时保持在所附权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种功率放大器电路，其包括：
用于接收射频RF信号的线圈电路，其中所述线圈电路包括耦合到所述线圈电路的公共节点的第一线圈部分和第二线圈部分；
差分放大器，其包括第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管和所述第二晶体管中的每一个具有第一端子、第二端子和第三端子，其中所述第一晶体管和所述第二晶体管的对应的第一端子耦合到所述线圈电路，并且所述第一晶体管和所述第二晶体管的对应的第三端子耦合到接地；以及
转移电流路径，其耦合在所述线圈电路的所述公共节点与接地之间以转移由所述第一晶体管的所述第二端子处的偏置电压引起的第一扰动电流的大部分，其中：
所述偏置电压根据所述RF信号的包络具有时变幅度，并且
所述转移电流路径被配置成在所述第一晶体管的所述第一端子与接地之间提供相对高的导纳路径，使得所述第一扰动电流的所述大部分流过所述转移电流路径到达接地，从而减少离开所述第一晶体管的所述第三端子的所述第一扰动电流的另一部分。
2.根据权利要求1所述的功率放大器电路，其中所述转移电流路径包括耦合在所述线圈电路的所述公共节点与接地之间的无源部件电路。
3.根据权利要求1所述的功率放大器电路，其中所述转移电流路径包括包含电感器、电容器、电阻器或其组合的无源部件电路，使得所述转移电流路径在电信系统中以与所关注的基带频率相关的预定频率提供所述相对高的导纳路径。
4.根据权利要求1所述的功率放大器电路，其中所述转移电流路径直接将所述线圈电路的所述公共节点连接到接地。
5.根据权利要求1所述的功率放大器电路，其中所述第一线圈部分包括第一电感，并且所述第二线圈部分包括第二电感，并且其中所述第一电感和所述第二电感在所述公共节点处为所述RF信号提供虚拟接地电压。
6.根据权利要求5所述的功率放大器电路，其中所述第一线圈部分和所述第二线圈部分形成变压器的一部分。
7.根据权利要求1所述的功率放大器电路，其进一步包括：
变压器，其包括用于接收RF信号输入信号的初级绕组和包括所述线圈电路的次级绕组，
其中所述转移电流路径包括连接在所述线圈电路的所述公共节点与接地之间的经优化包络跟踪电压源，所述经优化包络跟踪电压源提供驱动电压以驱动所述公共节点处的虚拟接地，以便在所述RF信号的基带频率下增加所述第一晶体管的至少所述第一端子与接地之间的有效导纳。
8.根据权利要求1所述的功率放大器电路，其进一步包括在所述差分放大器与所述线圈电路之间的匹配网络，其中所述转移电流路径和所述匹配网络被配置成根据所述第一晶体管的所述第二端子处的所述偏置电压的变化向所述第一晶体管的所述第一端子提供第一电压。
9.根据权利要求8所述的功率放大器电路，其中所述转移电流路径和所述匹配网络被进一步被配置成根据所述第二晶体管的所述第二端子处的所述偏置电压的变化向所述第二晶体管的所述第一端子提供第二电压。
10.根据权利要求9所述的功率放大器电路，其中所述匹配网络包括对应地耦合在所述第一晶体管的所述第一端子和所述第二晶体管的所述第一端子与所述线圈电路之间的第一无源部件和第二无源部件。
11.根据权利要求1所述的功率放大器电路，其中：
所述偏置电压进一步在所述第二晶体管的所述第二端子处引起第二扰动电流；并且
所述转移电流路径被配置成进一步在所述第二晶体管的所述第一端子与接地之间提供相对高的导纳路径，使得所述第二扰动电流的大部分流过所述转移电流路径到达接地，从而减少离开所述第二晶体管的所述第三端子的所述第二扰动电流的另一部分。
12.根据权利要求11所述的功率放大器电路，其进一步包括：
基极偏置电路，其包括公共偏置节点、连接在所述公共偏置节点与接地之间的经优化包络跟踪电压源、连接在所述第一晶体管的所述第一端子与所述公共偏置节点之间的第一无源部件以及连接在所述第二晶体管的所述第一端子与所述公共偏置节点之间的第二无源部件，
其中所述经优化跟踪电压源提供驱动电压以根据所述偏置电压的所述时变幅度驱动所述公共偏置节点，从而在所述第一晶体管和所述第二晶体管中提供补偿的非线性度。
13.根据权利要求12所述的功率放大器电路，其进一步包括：变压器，其具有用于接收RF输入信号的初级绕组和次级绕组，其中所述次级绕组包括所述线圈电路。
14.一种用于使用包络跟踪功率放大器电路放大射频RF信号的方法，所述包络跟踪功率放大器电路至少包括具有第一端子、第二端子和第三端子的第一晶体管，所述方法包括：
使用线圈电路接收所述RF信号；
将来自所述线圈电路的所述RF信号耦合到所述第一晶体管的所述第一端子；
将所述第一晶体管的所述第三端子耦合到接地端子；以及
耦合所述线圈电路的公共节点与所述接地端子之间的转移电流路径以转移由所述第一晶体管的所述第二端子处的偏置电压引起的第一扰动电流的一部分，其中：
所述偏置电压具有与所述RF信号的包络相关的时变幅度，并且
耦合所述转移电流路径在所述第一晶体管的所述第一端子与所述接地端子之间提供相对高的导纳路径，使得所述第一扰动电流的第一部分流过所述转移电流路径，从而减少离开所述第一晶体管的所述第三端子的所述第一扰动电流的第二部分。
15.根据权利要求14所述的方法，其中耦合所述转移电流路径包括将电感器的第一端电耦合到所述线圈电路的所述公共节点并且将所述电感器的第二端电耦合到所述接地端子。
16.根据权利要求14所述的方法，其中所述线圈电路包括通过所述线圈电路的所述公共节点串联电连接的第一线圈部分和第二线圈部分，并且
其中所述第一线圈部分具有第一电感，并且所述第二线圈部分具有与所述第一电感基本上类似的第二电感，使得所述线圈电路的所述公共节点对应于所述线圈电路的中心。
17.根据权利要求14所述的方法，其中所述转移电流路径包括电感器、电容器和电阻器中的至少一个，使得所述转移电流路径以所述RF信号的预定基带频率提供所述相对高的导纳路径。
18.根据权利要求14所述的方法，其进一步包括：
将来自所述线圈电路的所述RF信号耦合到第二晶体管的第一端子；
将所述第二晶体管的第三端子耦合到所述接地端子；以及
通过所述转移电流路径转移由所述第二晶体管的第二端子处的所述偏置电压引起的第二扰动电流，其中所述转移电流路径在所述第二晶体管的所述第一端子与所述接地端子之间提供相对高的导纳路径，使得所述第二扰动电流的第一部分流过所述转移电流路径，从而减少离开所述第二晶体管的所述第三端子的所述第二扰动电流的第二部分。
19.一种功率放大器电路，其包括：
变压器，其包括用于接收射频RF信号的初级绕组和具有耦合到公共节点的第一线圈部分和第二线圈部分的次级绕组；
差分放大器，其包括第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管和所述第二晶体管中的每一个具有第一端子、第二端子和第三端子，其中所述第一晶体管和所述第二晶体管的对应的第一端子经由匹配网络耦合到所述次级绕组，所述第一晶体管和所述第二晶体管的对应的第二端子接收根据所述RF信号的包络具有时变幅度的偏置电压，并且所述第一晶体管和所述第二晶体管的对应的第三端子耦合到接地；以及
基极偏置电路，其包括公共偏置节点、连接在所述公共偏置节点与接地之间的经优化包络跟踪电压源、连接在所述第一晶体管的所述第一端子与所述公共偏置节点之间的第一无源部件以及连接在所述第二晶体管的所述第一端子与所述公共偏置节点之间的第二无源部件，
其中所述经优化跟踪电压源提供驱动电压以根据所述偏置电压的所述时变幅度驱动所述公共偏置节点，从而在所述第一晶体管和所述第二晶体管中提供补偿的非线性度。
20.根据权利要求19所述的功率放大器电路，其进一步包括：
转移电流路径，其耦合在所述变压器的所述公共节点与接地之间、转移由所述第一晶体管的所述第二端子处的所述偏置电压引起的第一扰动电流的第一部分并且转移由所述第二晶体管的所述第二端子处的所述偏置电压引起的第二扰动电流的第一部分。
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