CN116054851B - 射频芯片 - Google Patents

Abstract

本发明涉及射频芯片。该射频芯片包括：射频信号发射通道，所述射频信号发射通道具有至少一级功放单元；加热补偿单元，所述加热补偿单元位于所述射频信号发射通道的最后一级功放单元的旁边，能够在通电状态下产生热量，用于向所述最后一级功放单元加热；控制单元，所述控制单元能够控制所述加热补偿单元先开启预设时间后关断，之后开启所述最后一级功放单元。本发明可以有效优化射频发射的动态EVM，使得其接近静态EVM性能，提高射频信号发射通道的性能。

Description

射频芯片

技术领域

本发明涉及射频芯片。

背景技术

误差矢量幅度（error vector magnitude，EVM）是用于评估射频芯片的射频发射信号调制精度和射频信号发射通道性能的一个常用的直接指标，其定义为信号星座图中测量信号和理想无误差点矢量之间的误差。在射频信号发射通道的各个模块中，对EVM影响最大的模块是位于射频信号发射通道的最后一级的功率放大器（power amplifier，PA）单元或简称为功放单元。

EVM分为静态EVM和动态EVM。动态EVM比静态EVM要差，因为PA单元的开启关断都需要一定时间，PA单元打开后也需要一段时间自加热来达到功率稳定状态从而输出最大电平。这段时间内PA单元的线性度会比较差，发射信号的动态EVM就会比较差。

现有技术没有对动态EVM进行补偿的手段。

发明内容

本发明的目的在于提供射频芯片，可以有效优化射频发射的动态EVM，使得其接近静态EVM性能，提高射频信号发射通道的性能。

本发明公开了一种射频芯片，包括：

射频信号发射通道，所述射频信号发射通道具有至少一级功放单元；

加热补偿单元，所述加热补偿单元位于所述射频信号发射通道的最后一级功放单元的旁边，能够在通电状态下产生热量，用于向所述最后一级功放单元加热；

控制单元，所述控制单元能够控制所述加热补偿单元先开启预设时间后关断，之后开启所述最后一级功放单元。

可选地，所述加热补偿单元包括补偿加热电路和补偿偏置电路；

所述补偿加热电路能够在通电状态下产生热量；

所述补偿偏置电路与所述补偿加热电路电连接，向所述补偿加热电路提供偏置信号使其能够工作。

可选地，所述补偿加热电路采用电阻形式和晶体管形式中的一个或者它们的组合。

可选地，所述补偿加热电路包括晶体管，所述晶体管的类型、数量与所述最后一级功放单元中的晶体管的类型、数量相同，所述补偿加热电路的每一晶体管紧邻所述最后一级功放单元的相对应的晶体管。

可选地，所述补偿偏置电路包括电流镜偏置电路。

可选地，所述控制单元包括信号处理单元和延时单元；

所述延时单元与所述最后一级功放单元电连接，用于接收第一使能信号，对所述第一使能信号进行延时处理以在所述预设时间后向所述最后一级功放单元输出第二使能信号，使所述最后一级功放单元工作；

所述信号处理单元与所述延时单元和所述加热补偿单元电连接，用于接收所述第一使能信号和所述第二使能信号，对所述第一使能信号和所述第二使能信号进行处理以产生第三使能信号，使所述加热补偿单元工作。

可选地，所述信号处理单元包括两个反相器和与非门。

可选地，所述延时单元包括RC延时电路和级联的两个反相器。

可选地，所述最后一级功放单元包括功放电路和功放偏置电路；

所述功放电路包括晶体管；

所述功放偏置电路与所述功放电路电连接，向所述功放电路提供偏置信号使其能够工作。

可选地，还包括信号产生单元；

所述信号产生单元与所述控制单元电连接，用于产生第一使能信号并向所述控制单元输出所述第一使能信号，使所述加热补偿单元先开启预设时间后关断，之后开启所述最后一级功放单元。

本发明与现有技术相比，主要区别及其效果在于：

本发明通过在射频信号发射通道的最后一级功放单元的旁边增加加热补偿单元，控制加热补偿单元先开启预设时间后关断，之后开启最后一级功放单元，从而对最后一级功放单元进行预加热，可以有效优化射频发射的动态EVM，使得其接近静态EVM性能，提高射频信号发射通道的性能。

附图说明

图1是PA单元的输出功率随开启时间变化的曲线示意图；

图2是根据本发明实施例的射频芯片的功能框示意图；

图3A是根据本发明对比例的未进行预加热情况下PA单元的结温随时间变化的曲线示意图；

图3B是根据本发明实施例的进行预加热情况下PA单元的结温随时间变化的曲线示意图；

图4是根据本发明实施例的射频芯片的电路示意图；

图5是根据本发明实施例的第一至第三使能信号的使能时序示意图；

图6是根据本发明实施例的经优化的动态EVM与未优化的动态EVM和静态EVM随输出功率变化的曲线示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的实施例涉及射频芯片。首先对本发明的使用场景进行描述。

射频芯片用于接收和发射射频信号，通常包括射频信号接收通道和射频信号发射通道，射频信号接收通道接收射频信号，并且射频信号发射通道发射需要传输的射频信号。

EVM是用于评估射频芯片的射频发射信号调制精度和射频信号发射通道性能的一个常用的直接指标，其定义为信号星座图中测量信号和理想无误差点矢量之间的误差。EVM衡量的是“实际信号与理想信号的误差”，这个量度可以有效地表达发射信号的“质量”，即，实际信号的点距离理想信号越远，误差就越大，EVM的模值就越大。在射频信号发射通道的各个模块中，对EVM影响最大的模块是位于射频信号发射通道的最后一级的PA单元，PA单元对射频芯片的EVM起到决定性的作用，因此优化PA单元的性能对提升射频芯片的EVM效果比较显著。

EVM测试需要用到信号源和频谱仪，信号源提供调制信号到射频信号发射通道，射频信号发射通道将信号处理后再传输到频谱仪，利用频谱仪进行EVM的测量。上述测试过程中，PA单元会一直打开，此时测试的EVM数据为静态EVM。在实际射频芯片的应用场景中，PA单元通常不会一直打开处于工作状态，而是用脉冲控制信号来进行PA单元的开启和关闭。这种情况下需要用动态EVM来评估射频信号发射通道性能。

动态EVM比静态EVM要差，因为PA单元的开启关断都需要一定时间，PA单元打开后也需要一段时间自加热来达到功率稳定状态从而输出最大电平。图1是PA单元的输出功率随开启时间变化的曲线示意图。如图1所示，PA单元打开后需要经过t1时间才能够达到稳态。因此，这段时间内PA单元的线性度会比较差，发射信号的动态EVM就会比较差。

现有技术没有对动态EVM进行补偿的手段，而本发明提供了一种射频芯片，通过对PA单元进行预加热，使得PA单元在开启前结温就升高到稳态时的温度，从而优化动态EVM。

图2是根据本发明实施例的射频芯片的功能框示意图。如图2所示，射频芯片200包括射频信号发射通道，该射频信号发射通道具有至少一级功放单元，例如，最后一级功放单元201。

射频芯片200还包括加热补偿单元202，该加热补偿单元202位于射频信号发射通道的最后一级功放单元201的旁边，能够在通电状态下产生热量，用于向最后一级功放单元201加热。

射频芯片200还包括控制单元203，该控制单元203能够控制加热补偿单元202先开启预设时间后关断，之后开启最后一级功放单元201。

进一步，射频芯片200还包括信号产生单元204，该信号产生单元204与控制单元203电连接，用于产生第一使能信号EN并向控制单元203输出第一使能信号EN，使得加热补偿单元202先开启预设时间后关断，之后开启最后一级功放单元201。

具体地，来自射频芯片200外部的数字信号输入射频芯片200内部，信号产生单元204接收该数字信号并且采用译码等信号处理形式而产生第一使能信号EN，第一使能信号EN经过控制单元203变为两路使能信号，即，第二使能信号EN_PA和第三使能信号EN_H，用于分别输入最后一级功放单元201和加热补偿单元202，使得加热补偿单元202先开启预设时间后关断，之后开启最后一级功放单元201。

根据本发明实施例的射频芯片，在射频信号发射通道的最后一级功放单元的旁边增加加热补偿单元，该加热补偿单元能够在通电状态下产生热量，用于向最后一级功放单元加热，实现良好的预加热效果，使得最后一级功放单元在开启前结温就升高到稳态时的温度，从而优化动态EVM，并且在预设时间后关断加热补偿单元，减少功耗。

图3A是根据本发明对比例的未进行预加热情况下PA单元的结温随时间变化的曲线示意图，并且图3B是根据本发明实施例的进行预加热情况下PA单元的结温随时间变化的曲线示意图。如图3A所示，在未由加热补偿单元对最后一级功放单元进行预加热的情况下，最后一级功放单元经过t0时间开启，此时其结温由于自加热随时间开始升高直至稳态时的温度，即，最后一级功放单元的结温在最后一级功放单元开启前远低于稳态时的温度。而如图3B所示，在由加热补偿单元对最后一级功放单元进行预加热的情况下，最后一级功放单元的结温在最后一级功放单元开启前就已经升高到稳态时的温度，从而最后一级功放单元无需再通过自加热来达到稳态，因此提高了动态EVM。

图4是根据本发明实施例的射频芯片的电路示意图。如图4所示，由信号产生单元产生的第一使能信号EN具有周期性交替变化的高电平和低电平，诸如周期性的方波电压控制信号等。该第一使能信号EN一方面被输入到控制单元的延时单元401，另一方面被输入到控制单元的信号处理单元402。

控制单元的延时单元401与最后一级功放单元电连接，用于接收第一使能信号EN，对第一使能信号EN进行延时处理以在预设时间后向最后一级功放单元输出第二使能信号EN_PA，使最后一级功放单元工作。

具体地，延时单元401包括RC延时电路和用于整合波形的级联的两个反相器D1,D2，RC延时电路包括电阻R和电容C，其中，电阻R的一端用于接收第一使能信号EN，电阻R的另一端与反相器D1的输入端电连接，反相器D1的输出端与反相器D2的输入端电连接，并且电容C的一端连接在电阻R和反相器D1之间，电容C的另一端接地。第一使能信号EN依次经过RC延时电路和级联的两个反相器D1, D2，第一使能信号EN由延时单元401进行延时处理以生成第二使能信号EN_PA，其中，第二使能信号EN_PA相对于第一使能信号EN具有预设时间的延时。该第二使能信号EN_PA一方面被输入到最后一级功放单元的功放偏置电路405，另一方面被输入到控制单元的信号处理单元402。

控制单元的信号处理单元402与延时单元401和加热补偿单元电连接，用于接收第一使能信号EN和第二使能信号EN_PA，对第一使能信号EN和第二使能信号EN_PA进行处理以产生第三使能信号EN_H，使加热补偿单元工作。

具体地，信号处理单元402包括两个反相器D3, D4和与非门G，其中，反相器D3的输入端与反相器D2的输出端电连接，反相器D3的输出端与与非门G的一个输入端电连接，与非门G的另一个输入端用于接收第一使能信号EN，与非门G的输出端与反相器D4的输入端电连接，并且反相器D4的输出端与加热补偿单元电连接。第一使能信号EN直接输入与非门G的输入侧，第二使能信号EN_PA经过反相器D3也输入与非门G的输入侧，并且与非门G的输出侧连接反相器D4以输出第三使能信号EN_H，第一使能信号EN和第二使能信号EN_PA由信号处理单元402进行数字逻辑处理以生成第三使能信号EN_H，其中，在第一使能信号EN为高电平且第二使能信号EN_PA为低电平的情况下，第三使能信号EN_H为高电平，并且在其它情况下，第三使能信号EN_H为低电平。该第三使能信号EN_H被输入到加热补偿单元的补偿偏置电路403。

可以理解的是，延时单元401的电路设计可以不限于上面描述的RC延时电路和两个反相器D1, D2，而是可以根据实际需要进行调整，只要能够对第一使能信号EN进行延时以生成上面描述的第二使能信号EN_PA即可，并且信号处理单元402的电路设计也可以不限于上面描述的两个反相器D3, D4和与非门G，而是可以根据实际需要进行调整，只要能够对第一使能信号EN和第二使能信号EN_PA进行数字逻辑处理以生成上面描述的第三使能信号EN_H即可。

图5是根据本发明实施例的第一至第三使能信号的使能时序示意图。如图5所示，第一使能信号EN具有周期性交替变化的高电平和低电平，第二使能信号EN_PA相对于第一使能信号EN具有一定的延时，在第一使能信号EN为高电平且第二使能信号EN_PA为低电平的情况下，第三使能信号EN_H为高电平，并且在其它情况下，第三使能信号EN_H为低电平。

如此，当第一使能信号EN切换到高电平时，第三使能信号EN_H首先切换到高电平，此时加热补偿单元开启以进行预加热，而最后一级功放单元暂未开启。当第二使能信号EN_PA经过延时也切换到高电平时，第三使能信号EN_H切换到低电平，此时最后一级功放单元开启，而加热补偿单元关闭以减少功耗。直到第一使能信号EN再次切换到高电平时，第三使能信号EN_H再次切换到高电平，此时加热补偿单元再次开启以进行预加热，而最后一级功放单元暂未开启，如此循环往复。

继续参考图4，在第三使能信号EN_H被输入到加热补偿单元的补偿偏置电路403之后，在第三使能信号EN_H为高电平的情况下，补偿偏置电路403向补偿加热电路404提供偏置信号，使得补偿加热电路404开启且在通电状态下产生热量，并且在第三使能信号EN_H为低电平的情况下，第一偏置单元403不向补偿加热电路404提供偏置信号，使得补偿加热电路404关闭。

可选地，补偿偏置电路403包括电流镜偏置电路，该电流镜偏置电路包括电流源I1、开关S1和晶体管M1，其中，晶体管M1为NMOS管，其漏极与电流源I1电连接并且与栅极电连接，栅极还与补偿加热电路404电连接，源极接地，并且开关S1的一端与电流源I1电连接，另一端接地。在向开关S1输入的第三使能信号EN_H为高电平的情况下，开关S1断开，电流镜正常工作建立偏置电压，使得补偿加热电路404能够工作，并且在向开关S1输入的第三使能信号EN_H为低电平的情况下，开关S1导通到地，使得补偿加热电路404关断。

类似地，在第二使能信号EN_PA被输入到最后一级功放单元的功放偏置电路405之后，在第二使能信号EN_PA为高电平的情况下，功放偏置电路405向功放电路406提供偏置信号，使得功放电路406开启，并且在第二使能信号EN_PA为低电平的情况下，功放偏置电路405不向功放电路406提供偏置信号，使得功放电路406关闭。

可选地，功放偏置电路405包括电流镜偏置电路，该电流镜偏置电路包括电流源I2、开关S2和晶体管M2，其中，晶体管M2为NMOS管，其漏极与电流源I2电连接并且与栅极电连接，栅极还与功放电路406电连接，源极接地，并且开关S2的一端与电流源I2电连接，另一端接地。在向开关S2输入的第二使能信号EN_PA为高电平的情况下，开关S2断开，电流镜正常工作建立偏置电压，使得功放电路406能够工作，并且在向开关S2输入的第二使能信号EN_PA为低电平的情况下，开关S2导通到地，使得功放电路406关断。

可以理解的是，补偿偏置电路403可以包括其它形式的偏置电路，只要能够向补偿加热电路404提供偏置信号使其能够工作即可，并且功放偏置电路405也可以包括其它形式的偏置电路，只要能够向功放电路406提供偏置信号使其能够工作即可。

可选地，如图4所示，功放电路406采用晶体管形式，包括两个晶体管M3, M4，其中，晶体管M3, M4为NMOS管，晶体管M3的漏极与晶体管M4的源极电连接，栅极与晶体管M2的栅极电连接并且用于接收输入信号IN，源极接地，并且晶体管M4的漏极悬空并且用于输出输出信号OUT，栅极用于接收电压VB。并且可选地，如图4所示，补偿加热电路404采用晶体管形式，包括两个晶体管M5, M6，其中，晶体管M5,M6为NMOS管，晶体管M5的漏极与晶体管M6的源极电连接，栅极与晶体管M1的栅极电连接，源极接地，并且晶体管M6的漏极悬空，栅极用于接收电压VB1。补偿加热电路404的晶体管的类型、数量与功放电路406的晶体管的类型、数量相同，补偿加热电路404的每一晶体管紧邻功放电路406的相对应的晶体管。如此，在版图上两者可以靠在一起，既能优化电路匹配，又能优化加热效果。

可以理解的是，功放电路406可以包括其它晶体管形式的功放电路，只要能够对输入信号IN进行放大并且输出输出信号OUT即可。在这种情况下，只要确保补偿加热电路404的晶体管的类型、数量与功放电路406的晶体管的类型、数量相同，补偿加热电路404的每一晶体管紧邻功放电路406的相对应的晶体管即可。

替代地，补偿加热电路404采用电阻形式，采用电阻形式和晶体管形式的组合或者采用任何可以产生热量的形式。

图6是根据本发明实施例的经优化的动态EVM与未优化的动态EVM和静态EVM随输出功率变化的曲线示意图。如图6所示，相比于未优化的动态EVM，本发明实施例通过在射频信号发射通道的最后一级功放单元的旁边增加加热补偿单元，在最后一级功放单元开启之前对最后一级功放单元进行预加热，可以有效优化射频发射的动态EVM，使得其接近静态EVM性能，提高射频信号发射通道的性能。

需要说明的是，在本专利的权利要求和说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (9)

1.一种射频芯片，其特征在于，包括：

射频信号发射通道，所述射频信号发射通道具有至少一级功放单元；

加热补偿单元，所述加热补偿单元位于所述射频信号发射通道的最后一级功放单元的旁边且不与所述最后一级功放单元直接电连接，能够在通电状态下产生热量，用于向所述最后一级功放单元加热；

控制单元，所述控制单元能够控制所述加热补偿单元先开启预设时间后关断，之后开启所述最后一级功放单元；

其中，所述控制单元包括信号处理单元和延时单元；

所述延时单元与所述最后一级功放单元电连接，用于接收第一使能信号，对所述第一使能信号进行延时处理以在所述预设时间后向所述最后一级功放单元输出第二使能信号，使所述最后一级功放单元工作；

所述信号处理单元与所述延时单元和所述加热补偿单元电连接，用于接收所述第一使能信号和所述第二使能信号，对所述第一使能信号和所述第二使能信号进行处理以产生第三使能信号，使所述加热补偿单元工作。

2.如权利要求1所述的射频芯片，其特征在于，所述加热补偿单元包括补偿加热电路和补偿偏置电路；

所述补偿加热电路能够在通电状态下产生热量；

所述补偿偏置电路与所述补偿加热电路电连接，向所述补偿加热电路提供偏置信号使其能够工作。

3.如权利要求2所述的射频芯片，其特征在于，所述补偿加热电路采用电阻形式和晶体管形式中的一个或者它们的组合。

4.如权利要求2所述的射频芯片，其特征在于，所述补偿加热电路包括晶体管，所述晶体管的类型、数量与所述最后一级功放单元中的晶体管的类型、数量相同，所述补偿加热电路的每一晶体管紧邻所述最后一级功放单元的相对应的晶体管。

5.如权利要求2所述的射频芯片，其特征在于，所述补偿偏置电路包括电流镜偏置电路。

6.如权利要求1所述的射频芯片，其特征在于，所述信号处理单元包括两个反相器和与非门。

7.如权利要求1所述的射频芯片，其特征在于，所述延时单元包括RC延时电路和级联的两个反相器。

8.如权利要求1所述的射频芯片，其特征在于，所述最后一级功放单元包括功放电路和功放偏置电路；

所述功放电路包括晶体管；

所述功放偏置电路与所述功放电路电连接，向所述功放电路提供偏置信号使其能够工作。

9.如权利要求1所述的射频芯片，其特征在于，还包括信号产生单元；

所述信号产生单元与所述控制单元电连接，用于产生第一使能信号并向所述控制单元输出所述第一使能信号，使所述加热补偿单元先开启预设时间后关断，之后开启所述最后一级功放单元。

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