DE102013013528A1 - Leistungsverstärkerschaltung - Google Patents

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Abstract

Eine Leistungsverstärkerschaltung, umfassend: einen Eingang zum Empfangen eines zu verstärkenden Eingangssignals; eine Stromversorgung; einen an den Eingang und die Stromversorgung gekoppelten Verstärker; und eine zwischen die Stromversorgung und den Verstärker gekoppelte Kaskodenvorrichtung. Die Schaltung ist gekennzeichnet durch: eine erste zwischen den Eingang und den Verstärker gekoppelte Stromquelle, die ausgelegt ist zum Bereitstellen eines Vorspannungsstroms, der zur absoluten Temperatur proportional ist; und eine zweite Stromquelle zum Steuern der Kaskodenvorrichtung, die ausgelegt ist zum Bereitstellen eines Stroms, der zur absoluten Temperatur komplementär ist (CTAT).

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Leistungsverstärker und insbesondere Leistungsverstärker zur Verwendung bei der Erzeugung von Hochfrequenzsignalen.
  • Hintergrund
  • Leistungsverstärkernichtlinearitäten haben eine bedeutende Auswirkung auf die Gesamtleistung moderner digitaler Kommunikationssysteme.
  • Die Schwankung der Leistungsverstärkerverstärkung mit der Temperatur spielt unter Leistungsverstärkernichtidealitäten eine wichtige Rolle. Zum Erleichtern der den übrigen Sendekettenblöcken auferlegten Erfordernisse sollte diese Schwankung so gering wie möglich gehalten werden. Es bestehen Basisbanddigitalverfahren zum Erfassen solcher Schwankungen und um ihnen entgegenzuwirken, jedoch sind ihre Wirksamkeit und Realisierbarkeit in erster Linie vom Minimieren der Verstärkungsschwankung im Analogbereich abhängig.
  • Eine weitere Nichtlinearität ist die nichtideale AM-PM-(Amplitudenmodulation-zu-Phasenmodulation)Übertragungskennlinie. Um ihre Auswirkungen zu erfassen und ihnen entgegenzuwirken, wird ein großer Aufwand in komplizierten Basisband-/Digital-Vorverzerrungsverfahren erbracht. Damit solche Verfahren jedoch wirkungsvoll und durchführbar sind, sollte an erster Stelle die Ausbreitung von AM-PM im Analogbereich minimiert werden. Ferner sollte dies idealerweise über den gesamten Betriebs-Frequenzbereich erreicht werden, besonders für Leistungsverstärker, die über einen sehr breiten Frequenzbereich arbeiten sollen.
  • Kurzfassung der Erfindung
  • Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Leistungsverstärkerschaltung vorgesehen, umfassend: einen Eingang zum Empfangen eines zu verstärkenden Eingangssignals; eine Stromversorgung; einen an den Eingang und die Stromversorgung gekoppelten Verstärker; und eine zwischen die Stromversorgung und den Verstärker gekoppelte Kaskodenvorrichtung. Die Schaltung ist gekennzeichnet durch eine erste zwischen den Eingang und den Verstärker gekoppelte Stromquelle, die ausgelegt ist zum Bereitstellen eines Vorspannungsstroms, der zur absoluten Temperatur proportional ist; und eine zweite Stromquelle zum Steuern der Kaskodenvorrichtung, die ausgelegt ist zum Bereitstellen eines Stroms, der zur absoluten Temperatur komplementär ist (CTAT).
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung und um deutlicher darzustellen, wie sie ausgeführt werden kann, wird nunmehr als Beispiel auf die folgenden Zeichnungen Bezug genommen, in denen:
  • 1 eine Leistungsverstärkerschaltung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 2 eine Schaltung zum Erzeugen der in den Leistungsverstärkerschaltungen nach Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung benutzten Vorspannungsströme zeigt;
  • 3 eine Schaltung zum Variieren des Widerstands RB in der 2 zeigt; und
  • 4 eine Schaltung zum Variieren des Vorrichtungsverhältnisses M1:M2 in 2 zeigt.
  • Ausführliche Beschreibung
  • 1 zeigt eine Leistungsverstärkerschaltung 10 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Die Leistungsverstärkerschaltung 10 umfasst eine Endstufe zum Verstärken einer Eingangsspannung und Ausgeben über eine Last, und eine (teilweise dargestellte) Treiberstufe zum Anschließen der Endstufe an eine (nicht dargestellte) Mischerschaltung.
  • Zwei Eingänge 12, 14 stellen ein Eingangssignal aus der Mischerschaltung für die Treiberstufe bereit. Die Eingänge 12, 14 sind an eine Induktivität 16 gekoppelt, sodass ein dem Eingangssignal entsprechendes elektrisches Signal in der Induktivität 16 induziert wird. Ein erstes Ende der Induktivität 16 ist an ein Eingangsgatter eines ersten Verstärkungsgliedes M11 gekoppelt und ein zweites Ende der Induktivität 16 ist an das Eingangsgatter eines zweiten Verstärkungsgliedes M12 gekoppelt. Zwischen die zwei Enden der Induktivität 16 und zwischen die Eingangsgatter der zwei Verstärkungsglieder M11 und M12 ist ein Kondensator 18 gekoppelt.
  • Zum Einstellen des Gleichspannungspegels an den Eingangsgattern der Verstärkungsglieder M11 und M12 wird von einer Stromquelle 20 ein zwischen eine Versorgungsspannung VDD und den Drain-Anschluss eines Transistors 22 gekoppelter Vorspannungsstrom IBIAS bereitgestellt. Der Drain-Anschluss des Transistors 22 ist auch mit dem Gate-Anschluss des Transistors 22 verbunden und der Source-Anschluss ist an Erde gekoppelt. Ein Knoten zwischen der Stromquelle 20 und dem Drain-Anschluss des Transistors 22 ist an die Induktivität 16 ein Stück des Weges entlang ihrer Länge gekoppelt. In einer Ausführungsform ist der Knoten an den Mittelpunkt der Induktivität 16 gekoppelt. Auf diese Weise wird durch den durch die Stromquelle 20 zugeführten Strom IBIAS der Gleichstrompegel am Eingang jedes Verstärkungsgliedes M11 und M12 eingestellt. Die Funktionsweise der Stromquelle 20 wird ausführlicher unten beschrieben.
  • Die Endstufe der Verstärkerschaltung 10 umfasst Hauptverstärkungsglieder M11 und M12, die in der dargestellten Ausführungsform Transistoren sind. Der Gate-Anschluss jedes Transistors ist wie oben beschrieben zum Empfangen des zu verstärkenden Signals an ein jeweiliges Ende der Induktivität 16 gekoppelt. Der Source-Anschluss jedes Transistors ist an eine Referenzspannung (im dargestellten Beispiel Erde) gekoppelt und der Drain-Anschluss jedes Transistors ist indirekt an eine Versorgungsspannung VDD gekoppelt. Eine Induktivität L11 ist in Reihe zwischen den Drain-Anschluss des Transistors M11 und die Versorgungsspannung VDD gekoppelt, das heißt ein erstes Ende der Induktivität L11 ist an den Drain-Anschluss des Transistors M11 gekoppelt, während ein zweites Ende der Induktivität L11 an die Versorgungsspannung VDD gekoppelt ist. Eine weitere Induktivität L12 ist in Reihe zwischen den Drain-Anschluss des Transistors M12 und die Versorgungsspannung VDD gekoppelt; das heißt ein erstes Ende der Induktivität L12 ist an den Drain-Anschluss des Transistors M12 gekoppelt, während ein zweites Ende der Induktivität L12 an die Versorgungsspannung VDD gekoppelt ist. Ferner sind die jeweiligen zweiten Enden der Induktivitäten L11 und L12 aneinander gekoppelt. Zwischen die jeweiligen ersten Enden der Induktivitäten L11 und L12 ist ein Kondensator C1 gekoppelt.
  • Die Induktivitäten L11 und L12 bilden Teil eines Transformators und sind magnetisch (durch einen Kopplungsfaktor k) an eine Induktivität L2 gekoppelt. Die Induktivität L2 ist parallel an einen zweiten Kondensator C2 und eine Last RL gekoppelt. In einer Ausführungsform ist die Last RL eine Antenne. Eine Referenzspannung (in der dargestellten Ausführungsform Erde) ist an einen jeweiligen Anschluss der Induktivität L2, des Kondensators C2 und der Last RL gekoppelt.
  • Im Betrieb der Leistungsverstärkungsschaltung 10 wird ein Signal über die Eingänge 12, 14 eingegeben und ein entsprechendes Signal wird in der Induktivität 16 induziert, die durch den in der Stromquelle 20 entwickelten Strom IBIAS vorgespannt ist. Zu verstärkende Signale werden daher in die Verstärkungsglieder M11 und M12 eingegeben und entsprechende verstärkte Signale in den Induktivitäten L11 und L12 erzeugt. Ein weiteres Signal wird in der Induktivität L2 induziert und schließlich an die Last RL ausgegeben.
  • Nach Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird die Gleichspannung an den Drains der Verstärkungstransistoren M11 und M12 ferner durch Kopplungs-Kaskodenvorrichtungen M21 und M22 zwischen den Drain-Anschlüssen der Vorrichtungen und der Induktivitäten L11 und L12 gesteuert. Das heißt eine erste Kaskodenvorrichtung M21 (in der dargestellten Ausführungsform ein Transistor) ist mit ihrem mit dem Drain-Anschluss des Verstärkungsgliedes M11 verbundenen Source-Anschluss und ihrem mit dem ersten Ende der Induktivität L11 (und auch einem ersten Anschluss des Kondensators C1) verbundenen Drain-Anschluss konfiguriert; eine zweite Kaskodenvorrichtung M22 (in der dargestellten Ausführungsform ein Transistor) ist mit ihrem mit dem Drain-Anschluss des Verstärkungsgliedes M12 verbundenen Source-Anschluss und ihrem mit dem ersten Ende der Induktivität L12 (und auch einem zweiten Anschluss des Kondensators C1) verbundenen Drain-Anschluss konfiguriert. Die Gate-Anschlüsse beider Kaskodenvorrichtungen M21 und M22 sind durch eine Vorspannungsschaltung umfassend eine zwischen eine Versorgungsspannung VDD und einen ersten Anschluss eines Widerstandes 26 gekoppelte, Strom γICTAT erzeugende Stromquelle 24 (wobei γ eine Skalierkonstante ist) gesteuert. Der zweite Anschluss des Widerstandes 26 ist an eine Referenzspannung (in der dargestellten Ausführungsform Erde) gekoppelt. Die Gate-Anschlüsse der Kaskodenvorrichtungen M21 und M22 sind mit einem Knoten zwischen der Stromquelle 24 und dem Widerstand 26 verbunden.
  • Wie oben beschrieben, ist ein mit Leistungsverstärkerschaltungen verbundenes übliches Problem die Schwankung der Leistungsverstärkerverstärkung mit Temperatur. Im Idealfall sollte eine derartige Schwankung so gering wie möglich gehalten werden. Nach Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird Schwankung der Verstärkerverstärkung mit Temperatur durch Vorspannen der Eingangsanschlüsse der Verstärkungsglieder mit einem Strom verringert, der zu der absoluten Temperatur proportional ist, und durch Ansteuern der Ausgangsanschlüsse der Verstärkungsglieder mit Kaskodenvorrichtungen, die selbst mit einem Strom vorgespannt sind, der zur absoluten Temperatur komplementär ist. In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist der zum Vorspannen der Eingangsanschlüsse der Verstärkungsglieder benutzte Strom proportional zur absoluten Temperatur (d. h. direkt proportional, I ∝ T) mit einer Konstante, die positiv ist; der zum Vorspannen der Gate-Anschlüsse der Kaskodenvorrichtungen benutzte Strom ist proportional zur absoluten Temperatur (d. h. direkt proportional, I ∝ T), mit einer Konstante, die negativ ist. Die zwei Konstanten weisen allgemein nicht die gleiche Größe bzw. Größenordnung auf.
  • In einer Ausführungsform erzeugt die Stromquelle 20 einen Strom IBIAS, der zur absoluten Temperatur proportional ist, mit einer Proportionalitätskonstante gleich (1 + β), wobei β eine positive reelle Zahl ist. Von der Stromquelle 24 wird ein Strom γICTAT erzeugt, der zur absoluten Temperatur komplementär ist, wobei γ eine Skalierkonstante ist.
  • Der Fachmann wird erkennen, dass die Stromquellen 20, 24 unterschiedliche Teile der gleichen Schaltung bilden können. Das heißt die gleiche Schaltung kann zum Erzeugen von sowohl IBIAS als auch ICTAT benutzt werden. 2 zeigt eine Schaltung 100 nach Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die zum Erzeugen beider Ströme benutzt werden kann.
  • Von der Schaltung 100 wird zuerst ein Strom erzeugt, der zur absoluten Temperatur IPTAT proportional ist, und dann werden die weiteren Ströme ICTAT und IBIAS durch Manipulieren von IPTAT in Kombination mit verschiedenen Referenzströmen erzeugt. Zwischen einer Referenzspannung (in der dargestellten Ausführungsform Erde) und dem Source-Anschluss eines Transistors M2 ist ein Vorspannungswiderstand RB gekoppelt. Der Drain-Anschluss der Vorrichtung M2 ist (über einen Stromspiegel CM1) an eine Versorgungsspannung VDD gekoppelt. Ein weiterer Transistor M1 ist mit seinem Drain-Anschluss ebenfalls über den Stromspiegel CM1 an die Versorgungsspannung VDD gekoppelt und mit seinem Source-Anschluss an eine Referenzspannung (in der dargestellten Ausführungsform Erde) gekoppelt konfiguriert. Die Gate- und Drain-Anschlüsse der Vorrichtung M1 sind miteinander verbunden und die Gate-Anschlüsse der Vorrichtungen M1 und M2 sind ebenfalls miteinander verbunden. Die Vorrichtungen M1 und M2 bilden daher einen Stromspiegel.
  • Die Differenz der Gate-Source-Spannungen (ΔVGS) der zwei Vorrichtungen M1 und M2 verändert sich im Verhältnis zur absoluten Temperatur und so wird ein in den Drain-Anschluss des Transistors M2 fließender Strom IPTAT erzeugt, der sich ebenfalls im Verhältnis zur absoluten Temperatur gemäß der folgenden Beziehung verändert:
    Figure DE102013013528A1_0002
    wobei μ, Cox und W / L die Mobilität, Oxidkapazität bzw. das Seitenverhältnis (engl. aspect ratio) der Vorrichtungen sind. N ist das Vorrichtungsverhältnis M1/M2, d. h. 1:N = M1:M2. Die Mobilität μ verändert sich invers zur absoluten Temperatur und so verändert sich IPTAT im Verhältnis zur absoluten Temperatur.
  • Der Wert von IPTAT kann durch Verändern von RB und/oder N gesteuert werden. Verfahren zum Verändern dieser Größen sind in 3 bzw. 4 dargestellt.
  • 3 zeigt einen Teil einer Schaltung 200 zum Verändern des Vorspannungswiderstandes RB und umfasst einen ersten Widerstand 202 mit Widerstand R. Ein oder mehrere weitere Widerstände 204 sind in Reihe mit dem ersten Widerstand 202 verbunden (in 3 sind vier weitere Widerstände 204a–d) dargestellt und ein Kurzschlussweg ist um jeden weiteren Widerstand 204 vorgesehen. Auf jedem Kurzschlussweg sind Schalter 206 vorgesehen und können gezielt zum Einkoppeln der weiteren Widerstände 204 in den Leitweg zum gezielten Erhöhen des Widerstandes der Kombination aller Widerstände 202, 204 benutzt werden. Durch den Gesamtwiderstand aller Widerstände auf dem Leitweg wird RB bereitgestellt. Die Widerstände 202, 204 können einzeln denselben oder unterschiedliche Widerstände aufweisen. Ein Vorteil der Bereitstellung unterschiedlicher Widerstände besteht darin, dass aufgrund der größeren Anzahl möglicher unterschiedlicher Kombinationen mehr Variation des Wertes von RB zulässig ist. Der Fachmann wird erkennen, dass zum Ändern des Wertes von RB alternative Verfahren vorgesehen sein können. Beispielsweise können die Widerstände 202, 204 anstatt in Reihe parallel verbunden sein, ohne die Funktionsweise der Schaltung wesentlich zu beeinflussen.
  • 4 zeigt eine Schaltung 300 zum Verändern des Wertes von N, dem Vorrichtungsverhältnis zwischen M1 und M2. Die Schaltung 300 zeigt den Transistor M1 mit seinem an einen ersten Zwischenknoten 302 gekoppelten Drain-Anschluss, seinem mit seinem Drain-Anschluss verbundenen Gate-Anschluss und seinem mit einer Referenzspannung (in der dargestellten Ausführungsformen Erde) verbundenen Source-Anschluss. Der zweite M2 umfasst eigentlich eine Vielzahl von parallel zueinander gekoppelten Transistorgliedern 304. Das heißt die Gate-Anschlüsse jedes Transistorgliedes 304 sind mit dem Gate-Anschluss des Transistors M1 verbunden, die Drain-Anschlüsse sind alle mit einem zweiten Zwischenknoten 306 verbunden und die Source-Anschlüsse sind alle mit der Referenzspannung (d. h. Erde) verbunden. In der dargestellten Ausführungsform gibt es fünf Transistorglieder 304, aber es kann eine beliebige Anzahl vorgesehen sein. Schalter 308 sind auf dem Leitweg für jedes Transistorglied 304 außer einem vorgesehen und durch gezieltes Ein- und Ausschalten der Transistorglieder 304 in den und aus dem Leitweg vom zweiten Zwischenknoten 306 zur Referenzspannung lässt sich das effektive Seitenverhältnis der Vorrichtung M2 (und daher N) verändern.
  • IPTAT kann damit nach Erfordernis durch Verändern von N und/oder RB verändert werden.
  • Um auf 2 zurückzukommen: ein weiterer Transistor M3 ist mit seinem an die Gate-Anschlüsse von M1 und M2 gekoppelten Gate-Anschluss, seinem an eine Referenzspannung (in der dargestellten Ausführungsform Erde) gekoppelten Source-Anschluss und seinem an eine Versorgungsspannung VDD gekoppelten Drain-Anschluss konfiguriert. Das Vorrichtungsverhältnis M2:M3 ist gleich 1:1 und so ist der Strom in den Drain-Anschluss der Vorrichtung M3 gleich IPTAT. Zwischen die Versorgungsspannung und den Drain-Anschluss der Vorrichtung M3 ist eine Stromquelle 27 gekoppelt und stellt einen konstanten Referenzstrom bereit. In einer Ausführungsform wird der Referenzstrom mittels einer Bandlückenspannung VBG über einem Widerstand R erzeugt. Ein zwischen den Drain-Anschluss der Vorrichtung M3 und die Stromquelle 27 gekoppelter Knoten kann damit einen Strom gleich
    Figure DE102013013528A1_0003
    entziehen.
  • ICTAT und IPTAT lassen sich dann kombinieren, um die zum Vorspannen der Verstärkungsglieder M11 und M12 und der Kaskodenvorrichtung M21 und M22 benutzten Ströme zu schaffen. Die Schaltung 100 umfasst zwei Stromspiegel CM1 und CM2. Der erste Stromspiegel CM1 weist vier Verbindungen auf, zwei zu den Drain-Anschlüssen der Vorrichtungen M1 und M2, einen zur Versorgungsspannung VDD und eine weitere Verbindung zu einem ersten Ausgangsknoten 28 der Schaltung 100. Der zum ersten Ausgangsknoten 28 vom Stromspiegel CM1 fließende Strom kann zum Spiegeln von in den Drain-Anschluss der Vorrichtung M2 fließenden IPTAT veranlasst werden. Durch Handhabung der Vorrichtungsverhältnisse im Stromspiegel CM1 kann der zum Ausgangsknoten 28 von CM1 fließende Strom um einen Faktor β skaliert proportional zu IPTAT gemacht werden. In einer Ausführungsform kann β, wie unten gezeigt wird, veränderlich gemacht werden.
  • Der zweite Stromspiegel CM2 weist ebenfalls vier Verbindungen auf und ist zwischen den oben bezeichneten ICTAT entziehenden Knoten, einer Referenzspannung (in der dargestellten Ausführungsform Erde), den ersten Ausgangsknoten 28 und einen zweiten Ausgangsknoten 30 gekoppelt. Durch Handhabung der Vorrichtungsverhältnisse im Stromspiegel CM2 kann wiederum der zum ersten Ausgangsknoten 28 fließende Strom gleich ICTAT gemacht werden, und der zum zweiten Ausgangsknoten 30 fließende Strom gleich γICTAT gemacht werden, wobei γ eine Skalierkonstante ist.
  • Der erste Ausgangsknoten 28 liefert IBIAS und ist daher der in 1 gezeigten Stromquelle 20 gleichwertig. Der zweite Ausgangsknoten 30 liefert γICTAT und ist der in 1 gezeigten Stromquelle 24 gleichwertig. Die Skalierkonstante γ erlaubt eine weitere Direktsteuerung des Vorspannungsstroms wie auch Kontrolle über die Wahl von Widerstandswert für den Widerstand 26 (siehe 1).
  • Der am ersten Ausgangsknoten 28 erzeugte Vorspannungsstrom ist damit gleich:
    Figure DE102013013528A1_0004
  • Aus Gleichung (2) ist erkennbar, dass sich IBIAS im Verhältnis zur absoluten Temperatur verändert (da IPTAT sich im Verhältnis zur absoluten Temperatur verändert) und dass Veränderung durch Verändern des Wertes von β gesteuert werden kann. Wie aus der obigen Beschreibung erkennbar ist, wird der Wert von β durch das Vorrichtungsverhältnis im Stromspiegel CM1 bestimmt. Der Fachmann wird erkennen, dass dies durch Verwendung eines Verfahrens wie in 4 dargestellt verändert werden kann, wodurch der Wert von N durch gezieltes Ein- und Ausschalten von Transistorgliedern in einen oder aus einem Leitweg im Stromspiegel CM1 verändert wird. Ebenso kann der Wert von γ durch gezieltes Ein- und Ausschalten von Transistorgliedern in einen oder aus einem Leitweg im Stromspiegel CM2 verändert werden.
  • Damit umfasst die Leistungsverstärkerschaltung 10 einen Verstärker, dessen Eingabe (Gleichspannungspegel) unter Verwendung eines Stroms vorgespannt wird, der sich auf eine Weise verändert, die zur absoluten Temperatur proportional ist. Die Ausgabe (der Gleichspannungspegel) des Verstärkers wird indirekt über eine oder mehrere Kaskodenvorrichtungen gesteuert, deren Gate-Anschlüsse mit einem Strom vorgespannt sind, der sich auf eine zur absoluten Temperatur komplementäre Weise verändert. Die Erfinder haben festgestellt, dass die beste Leistung erreicht wird, wenn die Temperaturschwankung des den Eingang vorspannenden Stroms im Allgemeinen größer (d. h. von einer steileren Steigung) ist als die Temperaturschwankung des Stroms, der die Gatter der Kaskodenvorrichtung(en) vorspannt. Auf diese Weise kann die Verstärkungsveränderung mit Temperatur von mehr als 2 dB auf weniger als 1 dB über einen typischen Arbeitstemperaturbereich (z. B. –40°C bis 120°C) ohne irgendeine Einbuße im Großsignalverhalten der Schaltung (d. h. AM-AM und Kompressionspunkt) verringert werden.
  • Der Fachmann wird erkennen, dass an den oben beschriebenen Ausführungsformen verschiedene Abänderungen und Änderungen durchgeführt werden können, ohne vom Schutzbereich der Erfindung, wie in den beiliegenden Ansprüchen definiert, abzuweichen.

Claims (15)

  1. Leistungsverstärkerschaltung, umfassend: einen Eingang zum Empfangen eines zu verstärkenden Eingangssignals; eine Stromversorgung, einen an den Eingang und die Stromversorgung gekoppelten Verstärker; und eine zwischen die Stromversorgung und den Verstärker gekoppelte Kaskodenvorrichtung; gekennzeichnet durch: eine erste zwischen den Eingang und den Verstärker gekoppelte Stromquelle, die ausgelegt ist zum Bereitstellen eines Vorspannungsstroms, der zur absoluten Temperatur proportional ist; und eine zweite Stromquelle zum Steuern der Kaskodenvorrichtung, die ausgelegt ist zum Bereitstellen eines Stroms, der zur absoluten Temperatur komplementär ist (CTAT).
  2. Leistungsverstärkerschaltung nach Anspruch 1, wobei der Vorspannungsstrom proportional zur absoluten Temperatur ist, mit einer Proportionalitätskonstante gleich (1 + β), wobei β eine positive Zahl ist, und wobei der CTAT-Strom zur absoluten Temperatur komplementär ist.
  3. Leistungsverstärkerschaltung nach Anspruch 2, wobei β variabel ist.
  4. Leistungsverstärkerschaltung nach Anspruch 2 oder 3, ferner umfassend eine dritte Stromquelle zum Erzeugen eines Stroms, der zur absoluten Temperatur proportional ist (PTAT).
  5. Leistungsverstärkerschaltung nach Anspruch 4, wobei die erste Stromquelle zum Erzeugen des Vorspannungsstroms durch Erzeugen eines Stroms gleich β·IPTAT und Subtrahieren des CTAT-Stroms ausgelegt ist.
  6. Leistungsverstärkerschaltung nach Anspruch 5, wobei die erste Stromquelle einen Stromspiegel mit wenigstens zwei Transistoren umfasst, wobei wenigstens einer dieser Transistoren ein variables Seitenverhältnis zum Verändern eines Vorrichtungsverhältnisses zum Verändern von β aufweist.
  7. Leistungsverstärkerschaltung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei der CTAT-Strom durch Subtrahieren des PTAT-Stroms von einem Referenzstrom erzeugt wird.
  8. Leistungsverstärkerschaltung nach Anspruch 7, ferner umfassend eine Bandlückenspannungsschaltung zum Erzeugen des Referenzstroms.
  9. Leistungsverstärkerschaltung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei die dritte Stromquelle einen ΔVGS-Spannungsabfall über einen Widerstand (RB) umfasst.
  10. Leistungsverstärkerschaltung nach Anspruch 9, wobei der Widerstand eine Vielzahl von Widerstandsgliedern und einen oder mehrere Schalter zum Kurzschließen eines oder mehrerer der Widerstandsglieder umfasst.
  11. Leistungsverstärkerschaltung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, wobei die dritte Stromquelle einen Stromspiegel mit wenigstens zwei Transistoren umfasst, wobei wenigstens einer der Transistoren ein veränderliches Seitenverhältnis zum Verändern eines Vorrichtungsverhältnisses und damit Verändern des PTAT-Stroms aufweist.
  12. Leistungsverstärkerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verstärker einen Transistor umfasst.
  13. Leistungsverstärkerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Stromquelle an einen Gate-Anschluss der Kaskodenvorrichtung gekoppelt ist.
  14. Leistungsverstärkerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verstärker einen ersten und einen zweiten Transistor umfasst und wobei die Schaltung ferner eine zweite, ebenfalls durch die zweite Stromquelle gesteuerte Kaskodenvorrichtung umfasst, wobei die erste Kaskodenvorrichtung zwischen den ersten Transistor und die Stromversorgung gekoppelt ist und die zweite Kaskodenvorrichtung zwischen den zweiten Transistor und die Stromversorgung gekoppelt ist.
  15. Sender, umfassend eine Leistungsverstärkerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche und eine an die Leistungsverstärkerschaltung gekoppelte Antenne.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10222817B1 (en) 2017-09-29 2019-03-05 Cavium, Llc Method and circuit for low voltage current-mode bandgap
CN113396536A (zh) * 2019-03-26 2021-09-14 华为技术有限公司 一种推挽型驱动电路

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6292050B1 (en) * 1997-01-29 2001-09-18 Cardiac Pacemakers, Inc. Current and temperature compensated voltage reference having improved power supply rejection
US6335661B1 (en) * 2000-05-11 2002-01-01 Maxim Integrated Products, Inc. Balanced input for temperature sensor
US6310519B1 (en) * 2000-06-08 2001-10-30 Mitsubishi Electric & Electronics U.S.A., Inc. Method and apparatus for amplifier output biasing for improved overall temperature stability
US6492874B1 (en) * 2001-07-30 2002-12-10 Motorola, Inc. Active bias circuit
US7129785B1 (en) * 2003-04-18 2006-10-31 Broadcom Corporation Methods and systems for biasing a power amplifier
US7199646B1 (en) * 2003-09-23 2007-04-03 Cypress Semiconductor Corp. High PSRR, high accuracy, low power supply bandgap circuit
US7119620B2 (en) * 2004-11-30 2006-10-10 Broadcom Corporation Method and system for constant or proportional to absolute temperature biasing for minimizing transmitter output power variation
US7710190B2 (en) * 2006-08-10 2010-05-04 Texas Instruments Incorporated Apparatus and method for compensating change in a temperature associated with a host device
ES2391231T3 (es) * 2007-07-03 2012-11-22 St-Ericsson Sa Dispositivo electrónico y un método para polarizar un transistor MOS en un circuito integrado
US7911279B2 (en) * 2008-11-26 2011-03-22 Avago Technologies Wireless Ip (Singapore) Pte. Ltd. Amplifier with bias circuit providing improved linearity
JP5107272B2 (ja) * 2009-01-15 2012-12-26 株式会社東芝 温度補償回路
US8433265B2 (en) * 2009-10-14 2013-04-30 Javelin Semiconductor, Inc. Providing a temperature dependent bias for a device
JP5607963B2 (ja) * 2010-03-19 2014-10-15 スパンション エルエルシー 基準電圧回路および半導体集積回路

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