CN110784183B - 一种消除本振牵引的功率放大器及其打开和关闭方式 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种消除本振牵引的功率放大器及其打开和关闭方式，包括压控振荡器、功率放大器第一级、功率放大器第二级和天线，所述压控振荡器、功率放大器第一级、功率放大器第二级和天线依次相连，所述功率放大器第一级和功率放大器第二级采用电流源偏置控制，所述功率放大器第二级包括多个放大子单元，所述多个放大子单元采用级联方式连接。本发明不需要将本振设计在倍频处，从而减小了发射功耗，功率发射器采用两级各单元逐次打开的方式，最大程度减小功率放大器对压控振荡器的频率牵引，本发明控制灵活，调节范围大，可根据实际情况调节开启的时间，使得即使芯片发射通道隔离度做的不好也能通过后期的调试解决。

Description

一种消除本振牵引的功率放大器及其打开和关闭方式

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种消除本振牵引的功率放大器及其打开和关闭方式。

背景技术

功率放大器(PA)电路可应用在片上系统(SoC)、射频系统(RF)中。

现有的技术晶振通常将本振频率设计成发射频率的奇数次或偶数次倍频的方式，这样可以避免功率放大器发射频率对本振的牵引。但是同时，由于本振频率高，消耗了大量的电流。且如果隔离度做的不好，功率放大器的倍频处谐波功率可能还是会比较高，从而牵引到本振信号。从而导致发射信号不集中，影响到邻近信道。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种消除本振牵引的功率放大器及其打开和关闭方式，减小发射功耗以及功率放大器对压控振荡器(VCO)的本振频率牵引。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何减小发射功耗以及功率放大器对压控振荡器的本振频率牵引。

为实现上述目的，本发明提供了一种消除本振牵引的功率放大器，其特征在于，包括压控振荡器、功率放大器第一级、功率放大器第二级和天线，所述压控振荡器、功率放大器第一级、功率放大器第二级和天线依次相连，所述功率放大器第一级和功率放大器第二级采用电流源偏置控制，所述功率放大器第二级包括多个放大子单元，所述多个放大子单元采用级联方式连接。

进一步地，所述功率放大器还包括功率放大器第一级偏置电路和功率放大器第二级偏置电路，所述功率放大器第一级偏置电路与所述功率放大器第一级相连接，所述功率放大器第一级偏置电路包括功率放大器第一级偏置电流开关和功率放大器第一级偏置电流源，所述功率放大器第一级偏置电流开关用于控制功率放大器第一级偏置电流大小，所述功率放大器第二级偏置电路与所述功率放大器第二级相连接，所述功率放大器第二级偏置电路包括功率放大器第二级偏置电流开关和功率放大器第二级偏置电流源，所述功率放大器第二级偏置电流开关用于控制功率放大器第二级偏置电流大小。

进一步地，所述功率放大器还包括功率放大器第二级级联控制电路，所述功率放大器第二级级联控制电路与所述功率放大器第二级的多个放大子单元相连接，所述功率放大器第二级级联控制电路包括所述功率放大器第二级级联控制开关，用于控制所述功率放大器第二级使能的所述放大子单元的个数。

进一步地，所述功率放大器还包括功率放大器第一级使能控制端和功率放大器第二级使能控制端，所述功率放大器第一级使能控制端与所述功率放大器第一级相连接，用于控制所述功率放大器第一级使能，所述功率放大器第二级使能控制端与所述功率放大器第二级相连接，用于控制所述功率放大器第二级使能。

进一步地，所述功率放大器控制信号采用寄存器控制方式。

本发明还提供了一种消除本振牵引的功率放大器的打开和关闭方式，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1、发送使能命令，经发送设定时间后锁相环开环，功率放大器使能；

步骤2、功率放大器使能后，打开功率放大器第一级偏置电流控制、功率放大器第二级偏置电流控制和功率放大器第二级级联控制；

步骤3、功率放大器使能后，经斜坡上升设定时间，开始发送数据；

步骤4、发送数据结束后，关闭功率放大器第一级偏置电流控制、功率放大器第二级偏置电流控制和功率放大器第二级级联控制；

步骤5、发送数据结束后，经斜坡下降设定时间后，关闭发送使能。

进一步地，所述步骤3中所述斜坡上升设定时间大于步骤2中所述打开功率放大器第一级偏置电流控制、功率放大器第二级偏置电流控制和功率放大器第二级级联控制时间的最大值。

进一步地，所述步骤5中所述斜坡下降设定时间大于步骤4中所述关闭功率放大器第一级偏置电流控制、功率放大器第二级偏置电流控制和功率放大器第二级级联控制时间的最大值。

进一步地，所述步骤2中所述打开功率放大器第一级偏置电流控制、功率放大器第二级偏置电流控制和功率放大器第二级级联控制具体包括以下步骤：

步骤2.1、打开功率放大器第一级偏置电流控制：经斜坡上升第一延迟时间后，按时序控制逐次使能各功率放大器第一级偏置电流开关，递增达到设定的功率放大器第一级偏置电流；

步骤2.2、打开功率放大器第二级级联控制：经斜坡上升第二延迟时间后，按时序控制逐次使能各功率放大器第二级偏置电流开关，递增达到设定的功率放大器第二级偏置电流；

步骤2.3、打开功率放大器第二级偏置电流控制：经斜坡上升第三延迟时间后，按时序控制逐次使能各功率放大器第二级级联控制开关，递增达到设定的功率放大器第二级使能的所述放大子单元的个数。

进一步地，所述步骤4中所述关闭功率放大器第一级偏置电流控制、功率放大器第二级偏置电流控制和功率放大器第二级级联控制具体包括以下步骤：

步骤4.1、关闭功率放大器第一级偏置电流控制：经斜坡下降第一延迟时间后，按时序控制逐次使能各功率放大器第一级偏置电流开关，将功率放大器第一级偏置电流递减到零；

步骤4.2、关闭功率放大器第二级级联控制：经斜坡下降第二延迟时间后，按时序控制逐次使能各功率放大器第二级偏置电流开关，将功率放大器第二级偏置电流递减到零；

步骤4.3、关闭功率放大器第二级偏置电流控制：经斜坡下降第三延迟时间后，按时序控制逐次使能各功率放大器第二级级联控制开关，功率放大器第二级使能的所述放大子单元的个数递减到零。

本发明的有益效果：

1、本发明不需要将本振设计在倍频处，从而减小了发射功耗。

2、本发明功率发射器采用两级各单元逐次打开的方式，最大程度减小功率放大器对压控振荡器的频率牵引。

3、本发明控制灵活，调节范围大，可根据实际情况调节开启的时间，使得即使芯片发射通道隔离度做的不好也能通过后期的调试解决。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的发射通路示意图；

图2是本发明的一个较佳实施例的控制单元电路示意图；

图3是本发明的一个较佳实施例的功率放大器的总时序图；

图4是本发明的一个较佳实施例的PA_1ST_RAMP子单元控制时序图；

图5是本发明的一个较佳实施例的PA_2RD_RAMP子单元控制时序图；

图6是本发明的一个较佳实施例的PA_2RD_GC子单元控制时序图。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

实施例一

本申请实施例一提供了一种消除本振牵引的功率放大器。其发射通路示意图如图1所示，其中VCO为压控振荡器，功率放大器分为两级：功率放大器第一级PA_1ST和功率放大器第二级PA_2ND，后面接天线。各控制信号的含义：EN_TX_SYN为VCO使能控制端，EN_PA_1ST为PA第一级使能总控制端，PA_1ST_RAMP<3:0>为PA第一级偏置电流开关，EN_PA_2ND为PA第二级使能总控制端，PA_2ND_RAMP<2:0>为PA第二级各放大子单元偏置电流开关，PA_2ND_GC<3:0>为PA第二级各放大子单元的使能控制端，PA_1ST_CTM<2:0>为PA第一级的增益最大点(即谐振点)位置调节，PA_2ND_CTM<2:0>为PA第二级的增益最大点(即谐振点)位置调节。

控制单元电路示意图如图2所示，控制单元具体包括压控振荡器VCO，功率放大器第一级PA_1ST，功率放大器第二级PA_2RD，PA第一级偏置电路PA_1ST_BIAS，PA第二级偏置电路PA_2RD_BIAS，以及天线(Antenna)。PA_1ST_RAMP<3:0>为PA第一级偏置电流开关，PA_2ND_RAMP<2:0>为PA第二级各放大子单元偏置电流开关，PA_2ND_GC<3:0>为PA第二级各放大子单元的使能控制端。

各控制单元对应的控制信号寄存器描述如表1。

表1

实施例二

本申请实施例二提供了一种消除本振牵引的功率放大器及其打开和关闭方式。

各级放大器逐次打开关闭时序图如图3所示。其中：

1.发送使能控制端EN_TX与PA第一级使能总控制端EN_PA_1ST的打开时间默认为1μs，(数字现在设计为间隔128μs，测试时需调节至1μs，将EN_TX和EN_PA_1ST同时打开)。

2.RAMP_UP_DELAY1<4:0>*16μs:是EN_PA(PA_1ST_RAMP<3:0>＝0000)至PA_1ST_RAMP<3:0>＝0001的时间段；

3.RAMP_UP_DELAY2<4:0>*16μs:是EN_PA(PA_2ND_RAMP<2:0>＝000)至PA_2ND_RAMP<2:0>＝001的时间段；

4.RAMP_UP_DELAY3<4:0>*16μs:是EN_PA(PA_2ND_GC<3:0>＝0000)至PA_2ND_GC<3:0>＝0001的时间段；

5.PA_1ST_RAMP_<N>_DLY<3:0>*4μs是PA_1ST_RAMP<N>至PA_1ST_RAMP<N+1>拉高的时间间隔，同时也是RAMP_DOWN阶段的关闭时间间隔；

6.PA_2ND_RAMP_<N>_DLY<3:0>*4μs是PA_2ND_RAMP<N>至PA_2ND_RAMP<N+1>拉高的时间间隔，同时也是RAMP_DOWN阶段的关闭时间间隔；

7.PA_2ND_GC_<N>_DLY<3:0>*4μs是PA_2ND_GC<N>至PA_2ND_GC<N+1>拉高的时间间隔，同时也是RAMP_DOWN阶段的关闭时间间隔。

各子单元的控制时序如图4、图5和图6所示。图4为PA_1ST_RAMP子单元控制时序图，图5为PA_2RD_RAMP子单元控制时序图，图6为PA_2RD_GC子单元控制时序图。PA_1ST_RAMP<0>为PA第一级第0位ramp，PA_1ST_RAMP<1>为PA第一级第1位ramp，PA_1ST_RAMP<2>为PA第一级第2位ramp，PA_1ST_RAMP<3>为PA第一级第3位ramp，PA_2RD_RAMP<？>和PA_2ND_GC<？>以此类推。

各寄存器对应的说明如表2。

表2

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实施例三

在实施例二的基础上，还增加了REG_RAMP_DN_TICK控制位：

1.当REG_RAMP_DN_TICK＝1时，RAMP_DOWN_DELAY1，RAMP_DOWN_DELAY2，RAMP_DOWN_DELAY3，PA_1ST_RAMP_<N>DLY，PA_2ND_RAMP_<N>DLY，PA_2ND_GC_<N>DLY等计时基数降为8μs和2μs。

2.当REG_RAMP_DN_TICK＝0时，RAMP_DOWN_DELAY1，RAMP_DOWN_DELAY2，RAMP_DOWN_DELAY3，PA_1ST_RAMP_<N>DLY，PA_2ND_RAMP_<N>DLY，PA_2ND_GC_<N>DLY等计时基数降为16μs和4μs。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种消除本振牵引的功率放大器，其特征在于，包括压控振荡器、功率放大器第一级、功率放大器第二级和天线，所述压控振荡器、功率放大器第一级、功率放大器第二级和天线依次相连，所述功率放大器第一级和功率放大器第二级采用电流源偏置控制，所述功率放大器第二级包括多个放大子单元，所述多个放大子单元采用级联方式连接，所述功率放大器还包括功率放大器第一级偏置电路和功率放大器第二级偏置电路，所述功率放大器第一级偏置电路与所述功率放大器第一级相连接，所述功率放大器第一级偏置电路包括功率放大器第一级偏置电流开关和功率放大器第一级偏置电流源，所述功率放大器第一级偏置电流开关用于控制功率放大器第一级偏置电流大小，所述功率放大器第二级偏置电路与所述功率放大器第二级相连接，所述功率放大器第二级偏置电路包括功率放大器第二级偏置电流开关和功率放大器第二级偏置电流源，所述功率放大器第二级偏置电流开关用于控制功率放大器第二级偏置电流大小，所述功率放大器还包括功率放大器第二级级联控制电路，所述功率放大器第二级级联控制电路与所述功率放大器第二级的多个放大子单元相连接，所述功率放大器第二级级联控制电路包括所述功率放大器第二级级联控制开关，用于控制所述功率放大器第二级使能的所述放大子单元的个数。

2.如权利要求1所述的消除本振牵引的功率放大器，其特征在于，所述功率放大器还包括功率放大器第一级使能控制端和功率放大器第二级使能控制端，所述功率放大器第一级使能控制端与所述功率放大器第一级相连接，用于控制所述功率放大器第一级使能，所述功率放大器第二级使能控制端与所述功率放大器第二级相连接，用于控制所述功率放大器第二级使能。

3.如权利要求1或2所述的消除本振牵引的功率放大器，其特征在于，所述功率放大器控制信号采用寄存器控制方式。

4.一种如权利要求1所述的消除本振牵引的功率放大器的打开和关闭方式，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、发送使能命令，经发送设定时间后锁相环开环，功率放大器使能；

步骤2、功率放大器使能后，打开功率放大器第一级偏置电流控制、功率放大器第二级偏置电流控制和功率放大器第二级级联控制；

步骤3、功率放大器使能后，经斜坡上升设定时间，开始发送数据；

步骤4、发送数据结束后，关闭功率放大器第一级偏置电流控制、功率放大器第二级偏置电流控制和功率放大器第二级级联控制；

步骤5、发送数据结束后，经斜坡下降设定时间后，关闭发送使能。

5.如权利要求4所述的消除本振牵引的功率放大器的打开和关闭方式，其特征在于，所述步骤3中所述斜坡上升设定时间大于步骤2中所述打开功率放大器第一级偏置电流控制、功率放大器第二级偏置电流控制和功率放大器第二级级联控制时间的最大值。

6.如权利要求4所述的消除本振牵引的功率放大器的打开和关闭方式，其特征在于，所述步骤5中所述斜坡下降设定时间大于步骤4中所述关闭功率放大器第一级偏置电流控制、功率放大器第二级偏置电流控制和功率放大器第二级级联控制时间的最大值。

7.如权利要求4所述的消除本振牵引的功率放大器的打开和关闭方式，其特征在于，所述步骤2中所述打开功率放大器第一级偏置电流控制、功率放大器第二级偏置电流控制和功率放大器第二级级联控制具体包括以下步骤：

步骤2.1、打开功率放大器第一级偏置电流控制：经斜坡上升第一延迟时间后，按时序控制逐次使能各功率放大器第一级偏置电流开关，递增达到设定的功率放大器第一级偏置电流；

步骤2.2、打开功率放大器第二级级联控制：经斜坡上升第二延迟时间后，按时序控制逐次使能各功率放大器第二级偏置电流开关，递增达到设定的功率放大器第二级偏置电流；

步骤2.3、打开功率放大器第二级偏置电流控制：经斜坡上升第三延迟时间后，按时序控制逐次使能各功率放大器第二级级联控制开关，递增达到设定的功率放大器第二级使能的所述放大子单元的个数。

8.如权利要求4所述的消除本振牵引的功率放大器的打开和关闭方式，其特征在于，所述步骤4中所述关闭功率放大器第一级偏置电流控制、功率放大器第二级偏置电流控制和功率放大器第二级级联控制具体包括以下步骤：

步骤4.1、关闭功率放大器第一级偏置电流控制：经斜坡下降第一延迟时间后，按时序控制逐次使能各功率放大器第一级偏置电流开关，将功率放大器第一级偏置电流递减到零；

步骤4.2、关闭功率放大器第二级级联控制：经斜坡下降第二延迟时间后，按时序控制逐次使能各功率放大器第二级偏置电流开关，将功率放大器第二级偏置电流递减到零；

步骤4.3、关闭功率放大器第二级偏置电流控制：经斜坡下降第三延迟时间后，按时序控制逐次使能各功率放大器第二级级联控制开关，功率放大器第二级使能的所述放大子单元的个数递减到零。

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