DE102023109866A1 - Linearisierung eines differenziellen RF Leistungsverstärkers mittels Vorspannungssteuerung unter Verwendung von Kreuzkoppelkomponenten - Google Patents

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Abstract

Ein Verstärker kann einen ersten und einen zweiten Anschluss enthalten, um ein erstes und ein zweites Eingangssignal zu empfangen, und einen Differenzialverstärker enthalten, welcher eine differenzielle Verstärkung des ersten und des zweiten Eingangssignals bereitstellt. Der Differenzialverstärker kann eine erste Differenzialverstärkerstufe enthalten, um das erste Eingangssignal zu empfangen, und eine zweite Differenzialverstärkerstufe enthalten, um das zweite Eingangssignal zu empfangen. Der Verstärker kann ferner einen ersten Vorspannungsschaltkreis enthalten, um die erste Differenzialverstärkerstufe vorzuspannen, wobei der erste Vorspannungsschaltkreis mit dem zweiten Eingangsanschluss verbunden ist, um eine gegenphasige Vorspannungssteuerung der ersten Differenzialverstärkerstufe bereitzustellen. Der Verstärker kann ferner einen zweiten Vorspannungsschaltkreis enthalten, um die zweite Differenzialverstärkerstufe vorzuspannen, wobei der zweite Vorspannungsschaltkreis mit dem ersten Eingangsanschluss verbunden ist, um eine gegenphasige Vorspannungsteuerung der zweiten Differenzialverstärkerstufe bereitzustellen.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen Radiofrequenz (RF) Leistungsverstärker und insbesondere RF-Verstärker in Kommunikationsvorrichtungen.
  • Hintergrund
  • Fortgeschrittene mobile Kommunikationssysteme, zum Beispiel 5G, verwenden spektral effiziente komplexe Modulationsschemata, um einen hohen Datendurchsatz in begrenzten Spektrum-Ressourcen zu erzielen. Radiofrequenz (RF) Leistungsverstärker (PAs) sind kritische Komponenten solcher Kommunikationssysteme. Ferner erlegen fortgeschrittene Kommunikationssysteme den RF PAs zunehmend strikte Anforderungen auf, um technische Anforderungen zu erfüllen, zum Beispiel hohe Verhältnisse von Spitzenleistung zu durchschnittlicher Leistung (PAPRs) und ein Ultrabreitbandsignal, während eine hohe Effizienz aufrechterhalten wird. Das Aufrechterhalten der Effizienz ist bei mobilen Anwendungen besonders bedeutend, da die Effizienz die Batterielebensdauern und Wärmemanagement-Probleme direkt beeinflusst. Daher besteht ein Bedarf, Systeme und Verfahren für eine Leistungsverstärkung mit einer hohen Performance und Effizienz zu entwickeln.
  • Zusammenfassung
  • Eine Verstärkungsvorrichtung gemäß einer oder mehreren beispielhaften Ausführungsformen ist offenbart. Bei einer beispielhaften Ausführungsform enthält die Verstärkungsvorrichtung einen ersten Eingangsanschluss, um ein erstes Eingangssignal zu empfangen, und einen zweiten Eingangsanschluss, um ein zweites Eingangssignal zu empfangen.
  • Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform enthält die Verstärkungsvorrichtung einen Differenzialverstärker, welcher eine differenzielle Verstärkung des ersten und des zweiten Eingangssignals bereitstellt, wobei der Differenzialverstärker eine erste Differenzialverstärkerstufe, um das erste Eingangssignal zu empfangen, und eine zweite Differenzialverstärkerstufe enthält, um das zweite Eingangssignal zu empfangen. Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform enthält die Verstärkungsvorrichtung einen ersten Vorspannungsschaltkreis, welcher einen ersten Puffer enthält, um die erste Differenzialverstärkerstufe vorzuspannen, wobei der erste Vorspannungsschaltkreis mit dem zweiten Eingangsanschluss verbunden ist, um eine gegenphasige Vorspannungssteuerung der ersten Differenzialverstärkerstufe bereitzustellen. Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform enthält die Verstärkungsvorrichtung einen zweiten Vorspannungsschaltkreis, welcher einen zweiten Puffer enthält, um die zweite Differenzialverstärkerstufe vorzuspannen, wobei der zweite Vorspannungsschaltkreis mit dem ersten Eingangsanschluss verbunden ist, um eine gegenphasige Vorspannungssteuerung der zweiten Differenzialverstärkerstufe bereitzustellen.
  • Ein mehrstufiger Verstärker ist gemäß einer oder mehreren beispielhaften Ausführungsformen offenbart. Bei einer beispielhaften Ausführungsform enthält der mehrstufige Verstärker zwei oder mehr Verstärkerstufen, wobei mindestens eine der zwei oder mehr Verstärkerstufen einen ersten Eingangsanschluss enthält, um ein erstes Eingangssignal zu empfangen, einen zweiten Eingangsanschluss enthält, welcher konfiguriert ist, ein zweites Eingangssignal zu empfangen, und einen Differenzialverstärker enthält, welcher eine differenzielle Verstärkung des ersten und des zweiten Eingangssignals bereitstellt. Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform enthält der Differenzialverstärker eine erste Differenzialverstärkerstufe, welche einen oder mehrere Transistoren enthält und konfiguriert ist, das erste Eingangssignal zu empfangen, und eine zweite Differenzialverstärkerstufe, welche einen oder mehrere Transistoren enthält und konfiguriert ist, das zweite Eingangssignal zu empfangen. Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform enthält der Differenzialverstärker ferner einen ersten Vorspannungsschaltkreis, welcher einen ersten Puffer enthält, um die erste Differenzialverstärkerstufe vorzuspannen, wobei der erste Vorspannungsschaltkreis mit dem zweiten Eingangsanschluss verbunden ist, um eine gegenphasige Vorspannungssteuerung der ersten Differenzialverstärkerstufe bereitzustellen. Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform enthält der Differenzialverstärker ferner einen zweiten Vorspannungsschaltkreis, welcher einen zweiten Puffer enthält, um die zweite Differenzialverstärkerstufe vorzuspannen, wobei der zweite Vorspannungsschaltkreis mit dem ersten Eingangsanschluss verbunden ist, um eine gegenphasige Vorspannungssteuerung der zweiten Differenzialverstärkerstufe bereitzustellen.
  • Eine Kommunikationsvorrichtung ist gemäß einer oder mehreren beispielhaften Ausführungsformen offenbart. Bei einer beispielhaften Ausführungsform enthält die Kommunikationsvorrichtung einen Sender, um ein Eingangssendesignal zu erzeugen. Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform enthält die Kommunikationsvorrichtung einen oder mehrere Verstärker, um das Eingangssendesignal zu empfangen. Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform enthält mindestens einer des einen oder der mehreren Verstärker einen Eingangswandler, um das Eingangssendesignal zu empfangen und ein erstes Eingangssignal und ein zweites Eingangssignal zu erzeugen, einen ersten Eingangsanschluss, um das erste Eingangssignal zu empfangen, einen zweiten Eingangsanschluss, welcher konfiguriert ist, das zweite Eingangssignal zu empfangen, und einen Differenzialverstärker, welcher eine differenzielle Verstärkung des ersten und des zweiten Eingangssignals bereitstellt. Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform enthält der Differenzialverstärker eine erste Differenzialverstärkerstufe, welche einen oder mehrere Transistoren enthält und konfiguriert ist, das erste Eingangssignal zu empfangen, und eine zweite Differenzialverstärkerstufe, welche einen oder mehrere Transistoren enthält und konfiguriert ist, das zweite Eingangssignal zu empfangen. Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform enthält der Differenzialverstärker ferner einen ersten Vorspannungsschaltkreis, welcher einen ersten Puffer enthält, um die erste Differenzialverstärkerstufe vorzuspannen, wobei der erste Vorspannungsschaltkreis mit dem zweiten Eingangsanschluss verbunden ist, um eine gegenphasige Vorspannungsteuerung der ersten Differenzialverstärkerstufe bereitzustellen. Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform enthält der Differenzialverstärker ferner einen zweiten Vorspannungsschaltkreis, welcher einen zweiten Puffer enthält, um die zweite Differenzialverstärkerstufe vorzuspannen, wobei der zweite Vorspannungsschaltkreis mit dem ersten Eingangsanschluss verbunden ist, um eine gegenphasige Vorspannungssteuerung der zweiten Differenzialverstärkerstufe bereitzustellen, wobei die erste und die zweite Differenzialverstärkerstufe ein erstes und ein zweites verstärktes Ausgangssignal bereitstellen. Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform enthält die Kommunikationsvorrichtung ferner einen Ausgangswandler, welcher konfiguriert ist, das erste und das zweite verstärkte Ausgangssignal zu empfangen und ein verstärktes Sendesignal zu erzeugen. Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform enthält die Kommunikationsvorrichtung ferner eine Antenne, welche konfiguriert ist, das verstärkte Sendesignal zu übertragen.
  • Es versteht sich, dass sowohl die vorangehende allgemeine Beschreibung als auch die folgende ausführliche Beschreibung nur beispielhaft und erläuternd sind und nicht notwendigerweise einschränkend für die Erfindung wie beansprucht sind. Die beigefügten Zeichnungen, welche in der Beschreibung inkorporiert sind und einen Teil davon bilden, zeigen Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der allgemeinen Beschreibung dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erläutern.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die zahlreichen Vorteile der Offenbarung werden für den Fachmann durch eine Bezugnahme auf die beigefügten Figuren besser verständlich.
    • 1A ist ein konzeptionelles Diagramm eines kreuzgekoppelten Differenzialverstärkers gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 1B ist ein konzeptuelles Diagramm eines kreuzgekoppelten Differenzialverstärkers, welcher einen Eingangsanpassungsschaltkreis und einen Ausgangsanpassungsschaltkreis enthält, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 1C ist ein konzeptuelles Schema eines kreuzgekoppelten Differenzialverstärkers, welcher Kreuzkoppelkapazitäten zwischen Basen der Emitterfolgetransistoren und entgegengesetzten differenziellen Eingangssignalen enthält, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 1D ist ein konzeptuelles Schema eines kreuzgekoppelten Differenzialverstärkers, welcher Kreuzkoppelkapazitäten zwischen Emittern der Emitterfolgetransistoren und entgegengesetzten differenziellen Eingangssignalen enthält, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 1E ist ein konzeptuelles Schema eines kreuzgekoppelten Differenzialverstärkers mit einem Kreuzkoppelschaltkreis, welcher einen Verstärker und Phasenschieber enthält, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 1F ist ein konzeptuelles Schema eines kreuzgekoppelten Differenzialverstärkers mit Kreuzkoppelschaltkreisen, welche als externe Blöcke implementiert sind, um eine gegenphasige Injektion für eine Vorspannungssteuerung bereitzustellen.
    • 2 ist ein Plot, welcher einen Abfall der Basisspannung eines typischen Verstärkers mit differenziellen Eingangssignalen von steigender Leistung zeigt, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 3A ist ein konzeptuelles Blockdiagramm eines Verstärkers, welcher einen herkömmlichen Koppelschaltkreis enthält, um einen Vorspannungsschaltkreis mit einem Eingangssignal zu koppeln, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen vorliegenden Offenbarung.
    • 3B ist ein konzeptuelles Blockdiagramm des Verstärkers von 3A, welcher als ein Differenzialverstärker gezeigt ist, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 4A ist ein simulierter Plot einer Grundspannungsschwankung zwischen Basis und Emitterknoten eines Emitterfolgertransistors in einem Vorspannungsschaltkreis für verschiedene Vorspannungssteuerungstechniken, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 4B ist ein simulierter Plot einer Gleichstrom (DC) Spannung zwischen Basis und Emitterknoten eines Emitterfolgertransistors in einem Vorspannungsschaltkreis für verschiedene Vorspannungssteuerungstechniken, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 5A ist ein simulierter Plot von Amplitudenmodulation-zu-Amplitudenmodulation (AMAM)-Eigenschaften von Verstärkern mit verschiedenen Vorspannungssteuerungstechniken, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 5B ist ein simulierter Plot von Amplitudenmodulation-zu-Phasenmodulation (AMPM)-Eigenschaften von Verstärkern mit verschiedenen Vorspannungssteuerungstechniken, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 6A ist eine Hüllkurvensimulation einer Basisspannung einer Differenzialverstärkerstufe als eine Funktion einer Versorgungsspannung (Vcc), gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 6B ist eine Hüllkurvensimulation einer Basisspannung einer Differenzialverstärkerstufe als eine Funktion einer Leistung eines differenziellen Ausgangssignals, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 7A ist ein konzeptuelles Diagramm eines mehrstufigen Verstärkers, welcher eine Hauptverstärkerstufe und eine Treiberverstärkerstufe enthält, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 7B ist ein konzeptuelles Diagramm eines vollständig differenziellen mehrstufigen Verstärkers, welches mehrere Differenzialverstärkerstufen zeigt, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 7C ist ein konzeptuelles Diagramm eines dreistufigen Verstärkers gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 8 ist eine Blockdiagrammansicht eines kreuzgekoppelten Differenzialverstärkers, welcher in einer Kommunikationsvorrichtung implementiert ist, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
  • Nun wird ausführlich auf den offenbarten Gegenstand Bezug genommen, welcher in den beigefügten Zeichnungen gezeigt ist. Die vorliegende Offenbarung ist mit Bezug auf bestimmte Ausführungsformen und spezifische Merkmale davon gezeigt und beschrieben. Die hier ausgeführten Ausführungsformen sind veranschaulichend statt einschränkend aufzufassen. Es sollte für den Fachmann sofort offensichtlich sein, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen in der Form und im Detail vorgenommen werden können, ohne von dem Sinn und dem Gültigkeitsbereich der Offenbarung abzuweichen.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind auf einen hochlinearen differenziellen Radiofrequenz (RF) Leistungsverstärker (PA) gerichtet, welcher eine gegenphasige Vorspannungssteuerung basierend auf kreuzgekoppelten gegenphasigen Signalen verwendet.
  • Es wird hier in Betracht gezogen, dass das Erzielen einer hocheffizienten RF-Leistungsverstärkung bei fortgeschrittenen Systemen, zum Beispiel mobile Kommunikationssysteme, jedoch nicht darauf eingeschränkt, Fortschritte im RF PA-Design erfordern, welche über bestehende Technologien hinausgehen. Zum Beispiel können bestehende Techniken, zum Beispiel Hüllkurven-Tracking (ET) mit einer digitalen Vorverzerrung (DPD) eine angemessene Effizienz und Linearität für einige weniger anspruchsvolle Anwendungen bereitstellen. Zum Beispiel kann ET eine feste DC-Versorgung mit einer dynamischen Versorgungsspannung ersetzen, und DPD kann ein Ausgangssignal linearisieren, indem ein vorverzerrtes Eingangssignal bei einem Eingang des RF PA angelegt wird. Allerdings kann die Performance solcher Techniken bei fortgeschrittenen Systemen begrenzt sein, zum Beispiel 5G Kommunikationssystemen, jedoch nicht darauf eingeschränkt, da die relativ hohen Spitzenleistung-zu-Durchschnittsleistung Verhältnisse (PAPRs) und die Ultrabreitbandsignale eine Verzerrung einer Versorgungsspannung und eine RF-Streuung verursachen können.
  • Es ist hier ferner in Betracht gezogen, dass eine gegenphasige Vorspannungsteuerung von Verstärkerstufen in einem differenziellen RF-Verstärker basierend auf kreuzgekoppelten Signalen von gegenüberliegenden Eingängen eine hochlineare Performance bereitstellt, welche für eine breite Vielzahl von anspruchsvollen Anwendungen geeignet ist, einschließlich 5G mobile Kommunikationssysteme, jedoch nicht darauf eingeschränkt. Ferner kann ein hochlinearer differenzieller RF-Verstärker wie hier offenbart eine wesentliche Flexibilität für ein Verstärkersystem-Design bereitstellen. Bei einigen Anwendungen kann ein Vertrauen auf Techniken, wie zum Beispiel ET oder DPD, verringert oder ausgeschlossen sein. Bei einigen Anwendungen können die Systeme und Verfahren, welche hier offenbart sind, eine gesteigerte Performance von Techniken, wie zum Beispiel ET oder DPD, ermöglichen, da die Bandbreiten (engl.: ranges) solcher Techniken weniger beansprucht sein können.
  • Nun bezugnehmend auf 1A bis 8 sind Systeme und Verfahren zum Bereitstellen eines hochlinearen differenziellen RF PA ausführlicher beschrieben, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
  • 1A ist ein konzeptuelles Diagramm eines kreuzgekoppelten Differenzialverstärkers 100, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Insbesondere ist der kreuzgekoppelte Differenzialverstärker 100 ein Differenzialverstärker, welcher ein gleichphasiges differenzielles Ausgangssignal 102a (z. B. ein erstes Ausgangssignal) und ein phasenverschobenes differenzielles Ausgangssignal 102b (z. B. ein zweites Ausgangssignal) (welche hier kollektiv als differenzielle Ausgangssignale 102 bezeichnet sind) bereitstellt, basierend auf einer differenziellen Verstärkung eines gleichphasigen differenziellen Eingangssignals 104a (z. B. eines ersten Eingangssignals) und eines phasenverschobenen differenziellen Eingangssignals 104b (z. B. eines zweiten Eingangssignals) (welche hier kollektiv als differenzielle Eingangssignale 104 bezeichnet sind).
  • Der kreuzgekoppelte Differenzialverstärker 100 kann mit differenziellen Eingangssignalen 104 einer beliebigen Frequenz, Frequenzbereichen, oder Frequenzbändern arbeiten. Zum Beispiel können die differenziellen Eingangssignale 104 Frequenzen in dem Bereich von MHz bis GHz haben, sind jedoch nicht darauf eingeschränkt. Bei einigen Ausführungsformen hat der kreuzgekoppelte Differenzialverstärker 100 einen Betriebsbereich, welcher Frequenzen enthält, welche für eine Kommunikation in den Spektralbändern geeignet sind, welche 5G Kommunikationen zugeordnet sind, zum Beispiel, jedoch nicht eingeschränkt auf Frequenzen, welche von 410 MHz bis 7125 MHz reichen (z. B. Frequenzbereich 1), für Frequenzen, welche von 24,25 GHz bis 52,6 GHz reichen (Frequenzbereich 2). Bei einigen Ausführungsformen hat der kreuzgekoppelte Differenzialverstärker 100 einen Betriebsbereich, welcher Frequenzen enthält, welche für eine Kommunikation in Spektralbändern geeignet sind, welche Long Term Evolution (LTE) Kommunikationen zugeordnet sind, zum Beispiel FDD oder TDD LTE Frequenzbänder, jedoch nicht darauf eingeschränkt. Allerdings versteht es sich, dass der kreuzgekoppelte Differenzialverstärker 100, welcher hier offenbart ist, nicht auf einen Betriebsbereich eingeschränkt ist, welcher mit einem bestimmten Kommunikationsstandard assoziiert ist. Stattdessen sind Bezugnahmen auf beliebige bestimmte Frequenzen, ein Frequenzband, oder einen Kommunikationsstandard nur für veranschaulichende Zwecke und sind nicht als einschränkend zu interpretieren.
  • Der kreuzgekoppelte Differenzialverstärker 100 kann eine beliebige im Stand der Technik bekannte Architektur haben, welche zum Bereitstellen einer differenziellen Verstärkung geeignet ist. Bei einigen Ausführungsformen enthält der kreuzgekoppelte Differenzialverstärker 100 eine gleichphasige Differenzialverstärkerstufe 106a (z. B. eine erste Differenzialverstärkerstufe), um das gleichphasige differenzielle Eingangssignal 104a zu empfangen, und eine phasenverschobene Differenzialverstärkerstufe 106b (z. B. eine zweite Differenzialverstärkerstufe), um das phasenverschobene differenzielle Eingangssignal 104b zu empfangen, wobei die gleichphasige Differenzialverstärkerstufe 106a und die phasenverschobene Differenzialverstärkerstufe 106b hier kollektiv als Differenzialverstärkerstufen 106 bezeichnet sind. Wie in 1A gezeigt ist, können die Differenzialverstärkerstufen 106 die differenziellen Eingangssignale 104 zum Beispiel durch serielle Kapazitäten 108 empfangen.
  • Die gleichphasige Differenzialverstärkerstufe 106a und die phasenverschobene Differenzialverstärkerstufe 106b können eine beliebige Kombination oder ein Design von Komponenten enthalten, welche zum Bilden eines differenziellen kreuzgekoppelten Differenzialverstärkers 100 in Kombination geeignet sind. Zum Beispiel können die gleichphasige Differenzialverstärkerstufe 106a und/oder die phasenverschobene Differenzialverstärkerstufe 106b einen oder mehrere Transistoren enthalten (z. B. bipolare Übergangstransistoren, Heteroübergang-Bipolartransistoren (HBTs), Feldeffekttransistoren (FETs), oder einen beliebigen anderen geeigneten Transistortyp). Als Veranschaulichung können die gleichphasige Differenzialverstärkerstufe 106a und/oder die phasenverschobene Differenzialverstärkerstufe 106b zwei Transistoren in einer Kaskodenkonfiguration enthalten. Bei einem anderen Beispiel können die gleichphasige Differenzialverstärkerstufe 106a und/oder die phasenverschobene Differenzialverstärkerstufe 106b einen oder mehrere Betriebsverstärker enthalten.
  • Es versteht sich, dass die Begriffe „gleichphasig“ und „phasenverschoben“, welche mit Bezug auf verschiedene Aspekte des kreuzgekoppelten Differenzialverstärkers 100 verwendet sind, nur für veranschaulichende Zwecke sind und nicht einschränkend für die vorliegende Offenbarung sind. Zum Beispiel können das gleichphasige differenzielle Eingangssignal 104a und das phasenverschobene differenzielle Eingangssignal 104b im Allgemeinen als beliebiges erstes und zweites Eingangssignal verstanden werden. Bei einigen Ausführungsformen kann eines der differenziellen Eingangssignale 104 mit Masse verbunden oder in anderer Weise auf Masse bezogen sein. Auf diese Weise kann ein einziges Eingangssignal als eine Eingabe zu dem Verstärker bereitgestellt sein. Auf ähnliche Weise können die gleichphasige Differenzialverstärkerstufe 106a und die phasenverschobene Differenzialverstärkerstufe 106b im Allgemeinen als erste und zweite Differenzialverstärkerstufen 106 aufgefasst werden, und das gleichphasige differenzielle Ausgangssignal 102a und das phasenverschobene differenzielle Ausgangssignal 102b können im Allgemeinen als erstes und zweites Ausgangssignal aufgefasst werden.
  • Der kreuzgekoppelte Differenzialverstärker 100 kann ferner enthalten oder gekoppelt sein mit einem Impedanzanpassungsschaltkreis zum Eingangs- oder Ausgangsanpassen zu zusätzlichen Komponenten. Zum Beispiel kann eine Impedanzanpassungsschaltung eine beliebige Kombination von aktiven oder passiven im Stand der Technik bekannten Elementen enthalten, welche zur Impedanzanpassung geeignet sind, einschließlich, jedoch nicht eingeschränkt auf Widerstände, Kapazitäten, Induktivitäten, Transistoren, oder Wandler.
  • 1B ist ein konzeptuelles Diagramm des kreuzgekoppelten Differenzialverstärkers 100, welcher einen Eingangsanpassungsschaltkreis 110a und einen Ausgangsanpassungsschaltkreis 110b enthält, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Insbesondere enthalten der Eingangs- und der Ausgangsanpassungsschaltkreis 110 Wandler (z. B. einen Eingangswandler und einen Ausgangswandler). 1B zeigt ferner eine Konfiguration, in welcher der kreuzgekoppelte Differenzialverstärker 100 ein einziges Eingangssignal 112 und ein einziges Ausgangssignal 114 enthält, beide auf Masse bezogen.
  • Gegenphasige Vorspannungsteuerung eines kreuzgekoppelten Differenzialverstärkers 100 unter Verwendung kreuzgekoppelter differenzieller Eingangssignale 104 ist nun ausführlicher beschrieben, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
  • Es ist hier in Betracht gezogen, dass eine Basisspannung eines kreuzgekoppelten Differenzialverstärkers 100 sich ändern kann, da die Leistung der differenziellen Eingangssignale 104 aufgrund eines erhöhten Stromverbrauchs, thermischer Probleme, oder ähnlichem steigt. 2 ist ein Plot, welcher eine Abnahme der Basisspannung eines typischen Verstärkers (oder Verstärkerstufe) mit differenziellen Eingangssignalen 104 abnehmender Leistung zeigt, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Als Folge kann es wünschenswert sein, den Vorspannungspegel eines kreuzgekoppelten Differenzialverstärkers 100 zu steuern, um einen linearen Betrieb beim Vorhandensein von Leistungsänderungen zu erleichtern.
  • Wieder bezugnehmend auf die 1A und 1B enthält der kreuzgekoppelte Differenzialverstärker 100 Vorspannungsschaltkreise 116 zum Vorspannen der Differenzialverstärkerstufen 106. Zum Beispiel kann der kreuzgekoppelte Differenzialverstärker 100 einen gleichphasigen Vorspannungsschaltkreis 116a (z. B. einen ersten Vorspannungsschaltkreis 116a) zum Vorspannen der gleichphasigen Differenzialverstärkerstufe 106a und einen phasenverschobenen Vorspannungsschaltkreis 116b (z. B. einen zweiten Vorspannungsschaltkreis 116b) zum Vorspannen der phasenverschobenen Differenzialverstärkerstufe 106b enthalten.
  • Die Vorspannungsschaltkreise 116 können eine beliebige Kombination oder ein Design von Komponenten enthalten, welche zum Steuern der Vorspannungsbedingungen der gleichphasigen Differenzialverstärkerstufe 106a und/oder der phasenverschobenen Differenzialverstärkerstufe 106b geeignet sind (z. B. Betriebspunkte von konstituierenden Transistoren, oder Ähnliches). Bei einigen Ausführungsformen enthält ein Vorspannungsschaltkreis 116 (z. B. der gleichphasige Vorspannungsschaltkreis 116a oder der phasenverschobene Vorspannungsschaltkreis 116b) einen Puffer (z. B. einen Pufferverstärker), um ausgewählte Spannungs- und Strombedingungen zu der korrespondierenden Differenzialverstärkerstufe 106 (z. B. der gleichphasigen Differenzialverstärkerstufe 106a oder der phasenverschobenen Vorspannungsschaltung 116b) bereitzustellen. Ein solcher Puffer kann unter Verwendung eines beliebigen Designs mit einer beliebigen Kombination von im Stand der Technik bekannten Komponenten gebildet sein, zum Beispiel, jedoch nicht eingeschränkt auf Betriebsverstärker oder Transistoren.
  • Zum Beispiel kann ein Vorspannungsschaltkreis 116 einen Puffer enthalten, welcher aus einem oder mehreren Transistoren in einer Spannungsfolgerkonfiguration (z. B. einer Konfiguration, welche einen Verstärkungsfaktor eins (engl.: unity gain) bereitstellt) gebildet ist, mit einer ausgewählten Spannung, welche einem Eingang des Puffers bereitgestellt wird, um den Betriebspunkt der jeweiligen Differenzialverstärkerstufe 106 zu steuern. Als eine Veranschaulichung kann ein Spannungsfolger als ein BJT in einer gemeinsamer-Kollektor-Konfiguration (z. B. eine Emitterfolgerkonfiguration), zwei in Kaskade angeordnete BJTs in gemeinsamer-Kollektor-Konfigurationen, welche ein Darlington-Paar bilden, mehrere in Kaskade angeordnete BJTs, oder Ähnliches gebildet sein. Allerdings versteht es sich, dass ein Vorspannungsschaltkreis 116 einen beliebigen Typ von Transistor enthalten kann, einschließlich, jedoch nicht eingeschränkt auf einen bipolaren Übergangstransistor (BJT), einen Heteroübergang-Bipolartransistor (HBT), einen Feldeffekttransistor (FET), einen Metalloxid-Halbleiter Feldeffekttransistor (MOSFET), oder einen pseudomorphen hohe-Elektronenmobilität-Transistor (PHEMT). Auf diese Weise sind alle Beispiele, welche hier als ein bestimmter Transistortyp abgebildet sind, rein veranschaulichend, so dass solche Beispiele auf andere Transistortypen erweitert werden können. Zum Beispiel kann ein Spannungsfolger mit einem oder mehreren FETs in einer gemeinsamer-Drain-Konfiguration gebildet sein.
  • Bei einigen Ausführungsformen injizieren die Vorspannungsschaltkreise 116 ferner gegenphasige Signale von gegensätzlichen differenziellen Eingangssignalen 104, um eine gegenphasige Vorspannungssteuerung der Differenzialverstärkerstufen 106 bereitzustellen. Auf diese Weise kann eine Vorspannungssteuerungsspannung für eine bestimmte Differenzialverstärkerstufe 106 basierend auf Änderungen eines gegensätzlichen differenziellen Eingangssignals 104 fluktuieren. Es wird hier in Betracht gezogen, dass eine solche Konfiguration eine hochlineare und robuste Vorspannungssteuerung über einen breiten Leistungsbereich (z. B. assoziiert mit dem hohen PAPR von 5G mobilen Kommunikationen, oder Ähnlichem) bereitstellen kann. Zum Beispiel kann der gleichphasige Vorspannungsschaltkreis 116a für die gleichphasige Differenzialverstärkerstufe 106a einen kreuzgekoppelten Eingang von dem phasenverschobenen differenziellen Eingangssignal 104b verwenden, während der phasenverschobene Vorspannungsschaltkreis 116b für die phasenverschobene Differenzialverstärkerstufe 106b einen kreuzgekoppelten Eingang von dem gleichphasigen differenziellen Eingangssignal 104a verwenden kann.
  • Die Vorspannungsschaltkreise 116 für die Differenzialverstärkerstufen 106 können mit gegensätzlichen differenziellen Eingangssignalen 104 unter Verwendung einer beliebigen Kombination von aktiven oder passiven Elementen verbunden sein, welche zum Bereitstellen einer gegenphasigen Injektion zur Vorspannungssteuerung geeignet sind, welche hier als Kreuzkoppelschaltkreise 118 bezeichnet sind. Zum Beispiel können die Kreuzkoppelschaltkreise 118 enthalten, sind jedoch nicht eingeschränkt auf einee oder mehrere Kapazitäten, einen oder mehreren Phasenschieber, einen oder mehrere Transistoren, oder einen oder mehrere Verstärker (z. B. zusätzliche Verstärker für den Zweck, eine Verstärkung von gegensätzlichen differenziellen Eingangssignalen 104 für Vorspannungssteuerungszwecke bereitzustellen). Ferner können die Vorspannungsschaltkreise 116 und die Kreuzkoppelschaltkreise 118 in einer beliebigen geeigneten Konfiguration zum Bereitstellen der gegenphasigen Injektion für eine gegenphasige Vorspannungssteuerung verbunden sein. Zum Beispiel kann eine gegenphasige Vorspannungssteuerung erzielt werden, indem die Vorspannungsschaltkreise 116 mit gegensätzlichen differenziellen Eingangssignalen 104 unter Verwendung eines oder mehrerer Transistoren in verschiedenen Spannungsfolgerkonfigurationen, zum Beispiel, jedoch nicht eingeschränkt auf eine gemeinsamer-Kollektor-Konfiguration, eine gemeinsame-Source-Konfiguration, eine gemeinsame-Basis-Konfiguration, oder eine gemeinsames-Gate-Konfiguration, kreuzgekoppelt werden. Auf diese Weise können die gegensätzlichen differenziellen Eingangssignale 104 als Eingaben zu den Spannungsfolgern in den Vorspannungsschaltkreis in 116 bereitgestellt werden. Bei einigen Anwendungen können die Vorspannungsschaltkreise 116 ferner eine DC-Spannung zu den Eingängen der Spannungsfolgern bereitstellen, so dass eine Vorspannungssteuerung der Differenzialverstärkerstufen 106 durch die Kombination einer DC-Spannung und der gegenphasigen Signale bereitgestellt ist.
  • Bei einigen Ausführungsformen sind die Vorspannungsschaltkreise 116 für die Differenzialverstärkerstufen 106 über eine oder mehrere Kapazitäten als die Kreuzkoppelschaltkreise 118 mit entgegengesetzten differenziellen Eingangssignalen 104 verbunden. 1C und 1D zeigen zwei nicht einschränkende Beispiele für die Verwendung von Kreuzkoppelkapazitäten 120.
  • In 1C und 1D sind die Vorspannungsschaltkreise 116 jeweils als ein BJT-Transistor 122 in einer Spannungsfolgerkonfiguration gezeigt (z. B. ein Spannungsfolgertransistor 122), welcher mit der korrespondierenden Differenzialverstärkerstufe 106 durch einen Widerstand 124 gekoppelt ist. Auf diese Weise ist jeder Spannungsfolgertransistor 122 in einer Emitterfolgerkonfiguration. 1C und 1D zeigen ferner Vorspannungsantriebselemente 126, welche mit den Eingängen des Spannungsfolgertransistor 122 gekoppelt sind. In dieser bestimmten Darstellung ist die Basis des Spannungsfolgertransistors 122 über eine oder mehrere Dioden 128 und eine mit Masse verbundene Entkoppelkapazität 130 verbunden, welche durch einen Widerstand 134 mit einer Source 132 verbunden sind. Allerdings versteht es sich, dass mit 1C und 1D die verknüpften Beschreibungen nur für veranschaulichende Zwecke bereitgestellt sind und nicht als einschränkend zu interpretieren sind. Stattdessen können die hier offenbarten Konzepte auf jedes geeignete Design eines Vorspannungsschaltkreises 116 erweitert werden, einschließlich, jedoch nicht eingeschränkt auf verschiedene Transistortypen oder verschiedene Puffer-Designs.
  • 1C ist ein konzeptuelles Schema eines kreuzgekoppelten Differenzialverstärkers 100, welcher Kreuzkoppelkapazitäten 120 zwischen Basen der Spannungsfolgertransistoren 122 (z. B. im Allgemeinen Eingänge eines Puffers) und entgegengesetzten differenziellen Eingangssignalen 104 enthält, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Zum Beispiel zeigt 1C eine Kreuzkoppelkapazität 120a, welche zwischen die Basis des Spannungsfolgertransistors 122a des gleichphasigen Vorspannungsschaltkreises 116a und einen phasenverschobenen Eingangsanschluss geschaltet ist, welcher das phasenverschobene differenzielle Eingangssignal 104b bereitstellt. Auf ähnliche Weise zeigt 1C eine Kreuzkoppelkapazität 120b, welche zwischen die Basis des Spannungsfolgertransistors 122b des phasenverschobenen Vorspannungsschaltkreises 116b und einen gleichphasigen Eingangsanschluss geschaltet ist, welcher das gleichphasige differenzielle Eingangssignal 104a bereitstellt. Auf diese Weise werden gegenphasige Signale in die Basis jedes Spannungsfolgertransistors 122 injiziert, wie in der Einfügung 136 gezeigt ist. Insbesondere zeigt die Einfügung 136 die Fluktuationen bei dem Emitter des Spannungsfolgertransistors 122a (z. B. VE) basierend auf Fluktuationen in dem gleichphasigen differenziellen Eingangssignal 104a, und gegenphasige Fluktuationen an der Basis des Spannungsfolgertransistors 122a (z. B. VB) basierend auf Fluktuationen in dem phasenverschobenen differenziellen Eingangssignal 104b. Als Ergebnis stellt die gegenphasige Injektion eine Grundspannungsschwankung über der Basis und dem Emitter des Spannungsfolgertransistors 122a (VBE) bereit, welche mit ansteigender Leistung ansteigt, was eine konsistente lineare Performance über einen breiten Leistungsbereich ermöglicht.
  • Es ist hier in Betracht gezogen, dass die bestimmten Werte der Kreuzkoppelkapazitäten 120 und der Elemente der Vorspannungsschaltkreise 116 (z. B. der Entkoppelkapazitäten 120) ausgewählt werden können, um die Performance des kreuzgekoppelten Differenzialverstärkers 100 einzustellen. In dieser Konfiguration bildet jede der kreuzgekoppelten Kreuzkoppelkapazitäten 120 einen kapazitiven Teiler mit der korrespondierenden Entkoppelkapazität 130 über die Dioden 128. Falls die Werte der Kreuzkoppelkapazitäten 120 steigen und die Werte der Entkoppelkapazitäten 120 sinken, steigt daher der Umfang der gegenphasigen Injektion, welche mit den Vorspannungsschaltkreisen 116 zu koppeln ist. Allerdings sollte der Umfang der gegenphasigen Injektion mit einer Verzögerung ausgeglichen werden, welche zwischen einem Wechselstrom (AC) Signalpfad der differenziellen Eingangssignale 104 und einem Gleichstrom (DC) Signalpfad in den Vorspannungsschaltkreisen 116 eingeführt wird. Ferner teilen die Entkoppelkapazitäten 120 die gegenphasigen Signale durch die Kreuzkoppelkapazitäten 120, und Gleichrichten die DC-Basisspannungen der Spannungsfolgertransistoren 122. Als Ergebnis können die Werte der Kreuzkoppelkapazitäten 120, der Entkoppelkapazitäten 120, und die Größen der Spannungsfolgertransistoren 122 so ausgewählt sein, dass sie eine Grundspannungsschwankung zwischen Basis und Emitterknoten der Spannungsfolgertransistoren 122 maximieren (oder eine Grundspannungsschwankung innerhalb einer ausgewählten Toleranz bereitstellen), während auch eine akzeptable Verzögerung zwischen dem AC Signalpfad der differenziellen Eingangssignale 104 und dem DC-Pfad in den Vorspannungsschaltkreisen 116 bereitgestellt wird.
  • 1D ist ein konzeptuelles Schema eines kreuzgekoppelten Differenzialverstärkers 100, welcher Kreuzkoppelkapazitäten 120 zwischen Emittern der Spannungsfolgertransistoren 122 und gegensätzlichen differenziellen Eingangssignalen 104 enthält, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Das Design, welches in 1D gezeigt ist, kann vorteilhaft für Anwendungen sein, bei welchen es vorteilhaft ist, reduzierte DC-Spannungen zu haben, welche mit den Differenzialverstärkerstufen 106 verknüpft sind, ist jedoch nicht darauf eingeschränkt. Zum Beispiel können geeignete DC-Spannungspegel durch verschiedene Faktoren diktiert sein, wie zum Beispiel, jedoch nicht eingeschränkt auf ein RF-Systemdesign oder HBT-Prozesse.
  • Bei einigen Ausführungsformen enthält ein kreuzgekoppelter Differenzialverstärker 100 Multielement-Kreuzkoppelschaltkreise 118 zwischen den Vorspannungsschaltkreisen 116 für die Differenzialverstärkerstufen 106 und den gegensätzlichen differenziellen Eingangssignalen 104. Solche Multielement-Kreuzkoppelschaltkreise 118 können eine verstärkte Steuerung über den Umfang der gegenphasigen Injektion zu den Vorspannungsschaltkreisen 116 und eine beliebige Verzögerung zwischen dem AC-Signalpfad der differenziellen Eingangssignale 104 und dem DC-Pfad in den Vorspannungsschaltkreisen 116 bereitstellen.
  • Zum Beispiel können die Kreuzkoppelschaltkreise 118 zwischen den Vorspannungsschaltkreisen 116 für die Differenzialverstärkerstufen 106 und die entgegengesetzten differenziellen Eingangssignale 104 geschaltet sein, um eine gegenphasige Vorspannungssteuerung durch die Injektion der entgegengesetzten differenziellen Eingangssignale 104 bereitzustellen. Als ein anderes Beispiel können die Kreuzkoppelschaltkreise 118 einen oder mehrere Phasenschieber (z. B. AC-Phasenverzögerungen) enthalten, um Phasenverzögerungen zwischen der Verzögerung zwischen dem AC-Signalpfad der differenziellen Eingangssignale 104 und dem DC-Pfad in den Vorspannungsschaltkreisen 116 zu steuern.
  • Als eine Veranschaulichung ist 1E ein konzeptuelles Schema eines kreuzgekoppelten Differenzialverstärkers 100 mit einem Kreuzkoppelschaltkreis 118, welcher einen Verstärker und Phasenschieber enthält, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Der Kreuzkoppelschaltkreis 118 in 1E enthält einen Verstärker 138 (z. B. einen Verstärker mit endlicher Verstärkung (engl.: finite gain amplifier) für Vorspannungssteuerungszwecke) mit einem positiven Source-Anschluss 140a, welcher mit dem gleichphasigen Vorspannungsschaltkreis 116a verbunden ist, und einem negativen Source-Anschluss 140b, welcher mit dem phasenverschobenen Vorspannungsschaltkreis 116b verbunden ist.
  • Zum Beispiel kann der positive Source-Anschluss 140a, muss jedoch nicht, mit der Basis oder dem Emitter des Spannungsfolgertransistors 122 in dem gleichphasigen Vorspannungsschaltkreis 116a verbunden sein. Auf ähnliche Weise kann der negative Source-Anschluss 140b, muss jedoch nicht, mit der Basis oder dem Emitter des Spannungsfolgertransistors 122 in dem phasenverschobenen Vorspannungsschaltkreis 116b verbunden sein.
  • Der Kreuzkoppelschaltkreis 118 in 1E enthält ferner einen Phasenschieber 142a, welcher zwischen einen positiven Eingangsanschluss 144a des Verstärkers 138 und den gleichphasigen Eingangsanschluss geschaltet ist, welcher das gleichphasige differenzielle Eingangssignal 104a bereitstellt, und einen Phasenschieber 142b, welcher zwischen einen negativen Eingangsanschluss 144b und den phasenverschobenen Eingangsanschluss geschaltet ist, welcher das phasenverschobene differenzielle Eingangssignal 104b bereitstellt. Auf diese Weise kann der Kreuzkoppelschaltkreis 118 kreuzgekoppelte gegenphasige Signale zu den Vorspannungsschaltkreisen 116 bereitstellen. Ferner ermöglicht ein solches Design die Auswahl einer Amplitude der gegenphasigen Signale, welche zu den Vorspannungsschaltkreisen 116 bereitgestellt sind, wohingegen die Phasenschieber 142 die Auswahl der Phase der gegenphasigen Signale ermöglichen.
  • Im Allgemeinen bezugnehmend auf 1C - 1E versteht es sich, dass 1C - 1E und die zugehörigen Beschreibungen nur für veranschaulichende Zwecke bereitgestellt sind und nicht als einschränkend zu interpretieren sind. Zum Beispiel kann der kreuzgekoppelte Differenzialverstärker 100 Vorspannungsschaltkreise 116 enthalten, welche ein beliebiges geeignetes Design haben, so dass die gestimmten Implementierungen in 1C - 1E nicht einschränkende Veranschaulichungen sind. Ferner können die Kreuzkoppelschaltkreise 118 mit den Vorspannungsschaltkreisen 116 in einer beliebigen Weise verbunden sein, welche zum Bereitstellen von gegenphasigen Signalen von entgegengesetzten differenziellen Eingangssignalen 104 für die gegenphasige Vorspannungssteuerung geeignet ist. Der kreuzgekoppelte Differenzialverstärker 100 kann im Allgemeinen einen oder mehrere Kreuzkoppelschaltkreise 118 enthalten, welche eine beliebige Kombination aus aktiven oder passiven Elementen enthalten, so dass die bestimmten Implementierungen in 1C - 1E nicht einschränkende Veranschaulichungen sind.
  • 1F ist ein konzeptuelles Schema eines kreuzgekoppelten Differenzialverstärkers 100 mit Kreuzkoppelschaltkreisen 118, welche als externe Blöcke (z. B. externe Schaltkreise oder Ähnliches) implementiert sind, um eine gegenphasige Injektion für eine Vorspannungssteuerung bereitzustellen. Auf diese Weise können die Kreuzkoppelschaltkreise 118 einen beliebigen Grad an Ausgereiftheit oder Herstellungstechniken bereitstellen, welche zum Bereitstellen einer gegenphasigen Injektion zur Vorspannungssteuerung geeignet sind.
  • Nun bezugnehmend auf 3A - 6B ist die Performance eines kreuzgekoppelten Differenzialverstärkers 100 ausführlicher beschrieben.
  • Ein herkömmlicher Ansatz, um die Linearität eines Verstärkers mit zunehmender Leistung des Eingangssignals zu verbessern, ist das Bereitstellen einer Kopplung zwischen dem Eingangssignal und einer Vorspannungsschaltung für eine verknüpfte Verstärkerstufe. 3A ist ein konzeptuelles Blockdiagramm eines Verstärkers 302, welcher einen herkömmlichen Koppelschaltkreis 304 enthält, um einen Vorspannungsschaltkreis 116 mit einem Eingangssignal 112 zu koppeln, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
  • 3B ist ein konzeptuelles Blockdiagramm des Verstärkers 302 in 3A, welcher als ein Differenzialverstärker gezeigt ist, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Insbesondere ist die Architektur des Verstärkers 302 in 3B ähnlich wie die Architektur des kreuzgekoppelten Differenzialverstärkers 100 in 3A, außer dem Koppeln einer Schaltung zur Vorspannungssteuerung. Auf diese Weise kann der Einfluss der Kopplungstechnik für die Vorspannungssteuerung klarer gezeigt werden.
  • In 3B ist der gleichphasige Vorspannungsschaltkreis 116a, welcher mit der gleichphasigen Differenzialverstärkerstufe 106a verknüpft ist, über eine Kapazität 306a mit dem gleichphasigen Eingangsanschluss verbunden, welcher das gleichphasige differenzielle Eingangssignal 104a bereitstellt. Ferner ist der phasenverschobene Vorspannungsschaltkreis 116b, welcher mit der phasenverschobenen Differenzialverstärkerstufe 106b verknüpft ist, über eine Kapazität 306b mit dem phasenverschobenen Eingangsanschluss verbunden, welcher das phasenverschobene differenzielle Eingangssignal 104b bereitstellt. Auf diese Weise bilden die Kapazität 306a und die Kapazität 306b den Kopplungsschaltkreis 304 ohne eine Kreuzkopplung.
  • Diese herkömmliche Vorspannungssteuerungstechnik kann einen Mechanismus zum Einstellen des Vorspannungsstroms zu der gleichphasigen Differenzialverstärkerstufe 106a basierend auf einem Leistungspegel des gleichphasigen differenziellen Eingangssignals 104a und zum Einstellen des Vorspannungsstroms zu der phasenverschobenen Differenzialverstärkerstufe 106b basierend auf einem Leistungspegel des phasenverschobenen differenziellen Eingangssignals 104b bereitstellen. Zum Beispiel kann dies einen relativ niedrigen Vorspannungsstrom bei einem relativ niedrigen Leistungspegel bereitstellen und einen relativ höheren Vorspannungsstrom bereitstellen, wenn der Leistungspegel ansteigt. Diese Konfiguration kann ferner eine konstante Basisspannung und eine fluktuierende Emitterspannung beim Vorhandensein von Fluktuationen von differenziellen Eingangssignalen 104 bereitstellen, wie in der Einfügung 308 gezeigt ist.
  • Ein anderer Ansatz (nicht gezeigt), um die Linearität eines Verstärkerschaltkreises zu verbessern, kann es sein, eine Kreuzkopplung zwischen differenziellen Ausgangssignalen 102 und entgegengesetzten differenziellen Eingangssignalen 104 bereitzustellen. Zum Beispiel ist eine Kreuzkopplung zwischen Ausgangs- und Eingangssignalen eines Verstärkers im Allgemeinen in U.S. Patent Nr. 7,687,915 beschrieben, veröffentlicht am 13. April 2010, welches hier mittels Bezugnahme vollständig inkorporiert ist.
  • Allerdings ist hier in Betracht gezogen, dass eine Vorspannungssteuerung basierend auf herkömmlichen Vorspannungssteuerungstechniken ohne eine Kreuzkopplung oder basierend auf einer Kreuzkopplung zwischen Ausgangs- und Eingangssignalen eine unzureichende Linearität für anspruchsvolle Anwendungen bereitstellen mag, wie zum Beispiel, jedoch nicht eingeschränkt auf 5G Kommunikationssysteme. Zum Beispiel ist eine Vorspannungssteuerung basierend auf einer Kreuzkopplung zwischen Ausgangs- und Eingangssignalen eine Form einer positiven Rückkopplung, welche Verstärkungsspitzenwerte (engl.: gain peaking) beeinflussen kann und einen Verstärker abhängig von einer Ausgangslastimpedanz macht. Es ist hier ferner in Betracht gezogen, dass die Systeme und Verfahren, welche hier offenbart sind, eine einfache und dennoch robuste Vorspannungssteuerung bereitstellen.
  • 4A - 6B zeigen verschiedene Plots von Performanceeigenschaften von Verstärkerschaltungen mit verschiedenen Vorspannungssteuerungsschemata. Insbesondere zeigen 4A - 6B die Performance eines kreuzgekoppelten Differenzialverstärkers 100, welcher in 1C gezeigt ist (als 402 gekennzeichnet), eines Verstärkers 302, wie er in 3B gezeigt ist (z. B. ohne Kreuzkopplung) (als 404 gekennzeichnet), und eines Verstärkers mit einer ähnlichen Architektur, jedoch ohne einen Kopplungsschaltkreis zwischen den Vorspannungsschaltkreisen 116 und den differenziellen Eingangssignalen 104 (als 406 gekennzeichnet).
  • 4A ist ein simulierter Plot einer Grundspannungsschwankung zwischen Basis und Emitterknoten eines Spannungsfolgertransistors 122 in einem Vorspannungsschaltkreis 116 für verschiedene Vorspannungssteuerungstechniken, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. 4B ist ein simulierter Plot einer DC-Spannung zwischen Basis und Emitterknoten eines Spannungsfolgertransistors 122 in einer Vorspannungsschaltung 116 für verschiedene Vorspannungssteuerungstechniken, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Wie in 4A und 4B gezeigt ist, stellt eine herkömmliche Kopplung zwischen den Vorspannungsschaltkreisen 116 für Differenzialverstärkerstufen 106 und verknüpfte differenzielle Eingangssignale 104 (siehe z. B. 3B) eine bessere Performance über verschiedene Leistungspegel bereit als ein einfacher Verstärker ohne eine Kopplung. Allerdings stellt eine gegenphasige Vorspannungssteuerung basierend auf einer Kreuzkopplung zwischen den Vorspannungsschaltkreisen 116 für eine Differenzialverstärkerstufe 106 und entgegengesetzten differenziellen Eingangssignalen 104 wie hier offenbart (siehe z. B. 1C) eine überlegene Performance über den breiten Bereich von Leistungspegeln bereit. Zum Beispiel stellt die gegenphasige Injektion eine relativ große Grundspannungsschwankung zwischen der Basis und dem Emitter des Spannungsfolgertransistors 122 (VBE) bereit und erhält eine konsistentere DC-Spannung bei einer ansteigenden Leistung aufrecht. Auf diese Weise kompensiert die gegenphasige Injektion Spannungsabfälle in den Differenzialverstärkerstufen 106 aufgrund eines hohen Stromverbrauchs, thermischer Probleme, oder Ähnlichem, besser.
  • 5A ist ein simulierter Plot von Amplitudenmodulation-zu-Amplitudenmodulation (AMAM) Eigenschaften von Verstärkern mit verschiedenen Vorspannungssteuerungstechniken, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. 5B ist ein simulierter Plot von Amplitudenmodulation-zu-Phasenmodulation (AMPM) Eigenschaften von Verstärkern mit verschiedenen Vorspannungssteuerungstechniken, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
  • Es ist hier in Betracht gezogen, dass AMAM- und AMPM-Eigenschaften, welche in den 5A und 5B gezeigt sind, einige der primären Faktoren sind, welche die Linearität eines Verstärkers bestimmen, wobei ein linearer Betrieb erzielt wird, wenn diese Eigenschaften flach (oder zumindest im Wesentlichen flach mit einer gegebenen Toleranz) sind. Ferner sind diese Eigenschaften eng bezogen auf eine Spannung, welche an einem Basisknoten eines Spannungsfolgertransistors 122 angelegt wird, beispielsweise einen HBT, jedoch nicht darauf eingeschränkt.
  • Wie in den 5A und 5B gezeigt ist, stellt eine gegenphasige Vorspannungssteuerung basierend auf einer kreuzgekoppelten Injektion von gegensätzlichen differenziellen Eingangssignalen 104 zu den Vorspannungsschaltkreisen 116 für die Differenzialverstärkerstufen 106 exzellente AMAM- und AMPM-Eigenschaften mit einer relativ flachen Performance über einen breiten Bereich von Leistungspegeln bereit. Insbesondere zeigt 5B eine wesentliche Verbesserung basierend auf den offenbarten Techniken relativ zu einer herkömmlichen Vorspannungssteuerung ohne eine gegenphasige Injektion durch eine Kreuzkopplung, welche bei relativ höheren Leistungen am ausgeprägtesten ist, wie mit dem wesentlich reduzierten Peak nahe 30dBm gezeigt ist. Diese Ergebnisse zeigen, dass eine Vorspannungssteuerung über eine gegenphasige Injektion durch eine Kreuzkopplung, wie hier offenbart, die Basisspannung des kreuzgekoppelten Differenzialverstärkers 100 effektiver aufrechterhält als die herkömmlichen Techniken.
  • Nun bezugnehmend auf 6A und 6B, sind Hüllkurvensimulationen eines tatsächlichen Betriebs eines Spannungsfolgertransistors 122 in einem Vorspannungsschaltkreis 116 gezeigt. 6A ist eine Hüllkurvensimulation einer Basisspannung einer Differenzialverstärkerstufe 106 als eine Funktion einer Versorgungsspannung (VCC), gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. 6B ist eine Hüllkurvensimulation einer Basisspannung einer Differenzialverstärkerstufe 106 als eine Funktion einer Leistung eines differenziellen Ausgangssignals 102, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Diese Simulationsergebnisse zeigen, wie eine gegenphasige Vorspannungssteuerung basierend auf einer Kreuzkopplung zwischen den Vorspannungsschaltkreisen 116 der Differenzialverstärkerstufen 106 und entgegengesetzten differenziellen Eingangssignalen 104, wie hier offenbart (siehe z. B. 1C) die Basisspannung der Differenzialverstärkerstufen 106 effektiver aufrechterhält und somit eine bessere Linearität bereitstellt als herkömmliche Vorspannungssteuerungstechniken.
  • Nun bezugnehmend auf die 7A - 7C sind verschiedene nicht einschränkende Beispiele der Verwendung von RF-Verstärkern 100 in mehrstufigen Verstärkungssystemen beschrieben, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Es ist hier in Betracht gezogen, dass viele fortschrittliche RF-Verstärkungssysteme eine mehrstufige Verstärkung verwenden, und es ist hier ferner in Betracht gezogen, dass ein kreuzgekoppelter Differenzialverstärker 100, wie hier offenbart, als ein beliebiger Typ einer Verstärkerstufe implementiert werden kann.
  • 7A ist ein konzeptuelles Diagramm eines mehrstufigen Verstärkers 702, welcher eine Hauptverstärkerstufe 704 und eine Treiberverstärkerstufe 706 enthält, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. 7B ist ein konzeptuelles Diagramm eines vollständig differenziellen mehrstufigen Verstärkers 702, welches mehrere Differenzialverstärkerstufen 106 zeigt, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Im allgemeinen Sinne kann ein mehrstufiger Verstärker 702 mehrere Verstärkerstufen haben. Als eine Veranschaulichung ist 7C ein konzeptuelles Diagramm eines dreistufigen Verstärkers 702, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Zum Beispiel enthält der dreistufige Verstärker 702 eine Hauptverstärkerstufe 704 und zwei Treiberverstärkerstufen 706 (z. B. eine Vortreiberstufe und eine Treiberstufe).
  • Wie in 7A - 7C gezeigt ist, kann ein mehrstufiger Verstärker 702 eine Anpassungsschaltung zwischen den verschiedenen Verstärkerstufen und an den Eingangs- und Ausgangsenden enthalten, um eine Impedanzanpassung sowohl in dem mehrstufigen Verstärker 702 als auch zwischen dem mehrstufigen Verstärker 702 und externen Vorrichtungen bereitzustellen. Zum Beispiel zeigen 7A - 7C Zwischenstufen-Anpassungsschaltkreise 708, einen Eingangsanpassungsschaltkreis 710, und einen Ausgangsanpassungsschaltkreis 712. 7B - 7C zeigen zusätzlich einen Eingangswandler 714 und einen Ausgangswandler 716, welche die Impedanzanpassung mit externen Komponenten weiter vereinfachen können. Zusätzlich ist sowohl ein Anschluss des Eingangswandlers 714 als auch des Ausgangswandlers 716 mit Masse verbunden. In dieser Konfiguration kann der mehrstufige Verstärker 702 ein einziges Eingangssignal 718 empfangen und ein einziges Ausgangssignal 720 bereitstellen, allerdings kann jede der Verstärkerstufen auf verschiedene Eingangssignale 104 wirken.
  • Es ist hier in Betracht gezogen, dass eine Hauptverstärkerstufe 704 typischerweise einen höheren Strom beziehen kann als eine Treiberverstärkerstufe 706, so dass eine Basisspannung der Hauptverstärkerstufe 704 sich schneller ändern kann als für die Treiberverstärkerstufen 706. Ferner kann die Basisspannung der Hauptverstärkerstufe 704 mit steigender Leistung des Eingangssignals 202 sinken, was zumindest teilweise auf thermische Probleme zurückgeht. Als Ergebnis kann es besonders vorteilhaft sein, die Hauptverstärkerstufe 704 als einen kreuzgekoppelten Differenzialverstärker 100 wie hier offenbart zu implementieren. Allerdings kann jede Verstärkerstufe eines mehrstufigen Verstärkers 702 als ein kreuzgekoppelter Differenzialverstärker 100 implementiert sein. Zum Beispiel können eine oder mehrere der Treiberverstärkerstufen 706 ausreichend Strom verbrauchen, um einen Abfall der Basisspannung bei höheren Leistungspegeln zu verursachen. Entsprechend kann das Implementieren eines mehrstufigen Verstärkers 702, in welchem mehrere Verstärkerstufen als kreuzgekoppelte Differenzialverstärker 100 implementiert sind, mit einer Vorspannungssteuerung basierend auf einer gegenphasigen Injektion unter Verwendung von Kreuzkopplung wie hier offenbart, eine äußerst lineare Performance über einen breiten Leistungsbereich ermöglichen.
  • Nun bezugnehmend auf 8, ist 8 eine Blockdiagrammansicht eines kreuzgekoppelten Differenzialverstärkers 100, welcher in einer Kommunikationsvorrichtung 802 implementiert ist, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Es ist hier in Betracht gezogen, dass ein kreuzgekoppelter Differenzialverstärker 100 in einer beliebigen Kommunikationsvorrichtung 802 verwendet werden kann, einschließlich, jedoch nicht eingeschränkt auf ein Mobiltelefon, einen Laptop Computer, oder ein Tablet.
  • Bei einigen Ausführungsformen enthält eine Kommunikationsvorrichtung 802 eine Antenne 804, welche mit einem oder mehreren Sendern 806 und Empfängern 808 gekoppelt ist, um das Senden und/oder den Empfang von RF-Signalen 810 zu erleichtern. Die RF-Signale 810 können eine beliebige Frequenz oder Frequenzbereiche haben, wie zum Beispiel, jedoch nicht eingeschränkt auf MHz bis GHz-Frequenzen. Ferner können die RF-Signale 810 innerhalb beliebiger zugeordneter Frequenzbänder sein, wie zum Beispiel, jedoch nicht eingeschränkt auf 5G-Bänder oder LTE-Bänder.
  • Bei einigen Ausführungsformen enthält die Kommunikationsvorrichtung 802 ferner einen oder mehrere kreuzgekoppelte Differenzialverstärker 100, welche mit der Antenne 104 gekoppelt sind, um eine Verstärkung der RF-Signale 810 bereitzustellen. Zum Beispiel kann die Kommunikationsvorrichtung 802 einen oder mehrere kreuzgekoppelte Differenzialverstärker 100 enthalten, um die RF-Signale 810 von den Sendern 806 vor einem Senden mittels der Antenne 804 zu verstärken.
  • Als eine Veranschaulichung kann die Kommunikationsvorrichtung 802 einen Sender 806 enthalten, um ein RF-Signal 810 zum Senden (z. B. eines Eingangssendesignals) zu erzeugen, und einen oder mehrere kreuzgekoppelte Differenzialverstärker 100 enthalten, um das Eingangssendesignal zu empfangen und zu verstärken. Zum Beispiel kann die Kommunikationsvorrichtung 802 einen kreuzgekoppelten Differenzialverstärker 100 mit einem Eingangswandler (z. B. wie in den 1B, 7B und 7C gezeigt) enthalten, um das Eingangssendesignal zu empfangen und differenzielle Eingangssignale 104 (z. B. ein erstes und ein zweites Eingangssignal) zu erzeugen. Der kreuzgekoppelte Differenzialverstärker 100 kann dann eine Verstärkung dieser differenziellen Eingangssignale 104 bereitstellen, welche auf einer gegenphasigen Vorspannungssteuerung wie hier offenbart basiert, um differenzielle Ausgangssignale 102 (z. B. ein erstes und ein zweites verstärktes Ausgangssignal) zu erzeugen. Die Kommunikationsvorrichtung 802 kann dann einen Ausgangswandler (z. B. wie in den 1B - 1F, 7B und 7C gezeigt) enthalten, um ein verstärktes Sendesignal zum Übertragen mittels der Antenne 804 bereitzustellen.
  • Als ein anderes Beispiel kann die Kommunikationsvorrichtung 802 mehrere kreuzgekoppelte Differenzialverstärker 100 enthalten, welche dazu eingerichtet sind, RF-Signale 810 von verschiedenen Frequenzen oder Frequenzbändern zu verstärken. Es ist hier in Betracht gezogen, dass die kreuzgekoppelten Differenzialverstärker 100 wie hier offenbart einen hochlinearen Betrieb über einen breiten Bereich von Leistungspegeln bereitstellen können und somit für fortgeschrittene Kommunikationssysteme geeignet sein können.
  • Es ist hier zusätzlich in Betracht gezogen, dass kreuzgekoppelte Differenzialverstärker 100 nicht auf mobile Kommunikationsanwendungen eingeschränkt sind und im Allgemeinen in beliebigen Kommunikationssystem verwendet werden können. Entsprechend sind Bezugnahmen auf mobile Kommunikationssysteme hier rein für veranschaulichende Zwecke und sind nicht einschränkend für die vorliegende Offenbarung.
  • Der hier beschriebene Gegenstand veranschaulicht in einigen Fällen verschiedene Komponenten, welche in anderen Komponenten enthalten sind oder damit verbunden sind. Es versteht sich, dass derartig dargestellte Architekturen nur beispielhaft sind und dass tatsächlich viele andere Architekturen implementiert sein können, welche die gleiche Funktionalität erzielen. In einem konzeptuellen Sinn ist jede Anordnung von Komponenten zum Erzielen der gleichen Funktionalität effektiv „verknüpft“, so dass die gewünschte Funktionalität erzielt wird. Folglich können zwei beliebige Komponenten, welche hier kombiniert sind, um eine bestimmte Funktionalität zu erzielen, als „miteinander verknüpft“ betrachtet werden, so dass die gewünschte Funktionalität erzielt wird, ungeachtet von Architekturen oder Zwischenkomponenten. In ähnlicher Weise können zwei beliebige derartig verknüpfte Komponenten als miteinander „verbunden“ oder „gekoppelt“ betrachtet werden, um die gewünschte Funktionalität zu erzielen, und zwei beliebige Komponenten, welche fähig sind, derartig verknüpft zu werden, können als miteinander „koppelbar“ betrachtet werden, um die gewünschte Funktionalität zu erzielen. Spezifische Beispiele für koppelbar enthalten, sind jedoch nicht eingeschränkt auf physisch wechselwirkbare und/oder physisch wechselwirkende Komponenten und/oder drahtlos wechselwirkbare und/oder drahtlos wechselwirkende Komponenten und/oder logisch wechselwirkbare und/oder logisch wechselwirkende Komponenten.
  • Es wird davon ausgegangen, dass die vorliegende Offenbarung und viele ihrer begleitenden Vorteile durch die vorangehende Beschreibung verständlich werden, und dass offensichtlich ist, dass verschiedene Änderungen der Form, der Konstruktion, und der Anordnung der Komponenten vorgenommen werden können, ohne von dem offenbarten Gegenstand abzuweichen, oder ohne all seine wesentlichen Vorteile zu opfern. Die beschriebene Form ist nur erläuternd, und es ist die Intention der folgenden Ansprüche, derartige Änderungen zu umfassen und zu enthalten. Ferner versteht es sich, dass die Erfindung mittels der beigefügten Ansprüche definiert ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 7687915 [0045]

Claims (20)

  1. Ein Verstärker aufweisend: einen ersten Eingangsanschluss, welcher konfiguriert ist, ein erstes Eingangssignal zu empfangen; einen zweiten Eingangsanschluss, welcher konfiguriert ist, ein zweites Eingangssignal zu empfangen; einen Differenzialverstärker, welcher eine differenzielle Verstärkung des ersten und des zweiten Eingangssignals bereitstellt, wobei der Differenzialverstärker aufweist: eine erste Differenzialverstärkerstufe, um das erste Eingangssignal zu empfangen; und eine zweite Differenzialverstärkerstufe, um das zweite Eingangssignal zu empfangen; einen ersten Vorspannungsschaltkreis, welcher einen ersten Puffer enthält, um die erste Differenzialverstärkerstufe vorzuspannen, wobei der erste Vorspannungsschaltkreis mit dem zweiten Eingangsanschluss verbunden ist, um eine gegenphasige Vorspannungssteuerung der ersten Differenzialverstärkerstufe basierend auf dem zweiten Eingangssignal bereitzustellen; und einen zweiten Vorspannungsschaltkreis, welcher einen zweiten Puffer enthält, um die zweite Differenzialverstärkerstufe vorzuspannen, wobei der zweite Vorspannungsschaltkreis mit dem ersten Eingangsanschluss verbunden ist, um eine gegenphasige Vorspannungssteuerung der zweiten Differenzialverstärkerstufe basierend auf dem ersten Eingangssignal bereitzustellen.
  2. Der Verstärker gemäß Anspruch 1, wobei mindestens einer des ersten Puffers des ersten Vorspannungsschaltkreises oder des zweiten Puffers des zweiten Vorspannungsschaltkreises aufweist: einen oder mehrere Transistoren in einer Spannungsfolgerkonfiguration.
  3. Der Verstärker gemäß Anspruch 2, wobei der eine oder die mehreren Transistoren aufweisen: mindestens einen von einem Heteroübergang-Bipolartransistor (HBT), einem Bipolartransistor, einem Feldeffekttransistor (FET), einem Metalloxid-Halbleiter Feldeffekttransistor (MOSFET), oder einem pseudomorphen Transistor mit hoher Elektronenmobilität (PHETM).
  4. Der Verstärker gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei der erste Vorspannungsschaltkreis mit dem zweiten Eingangsanschluss in mindestens einer von einer Konfiguration mit einem gemeinsamen Kollektor, einer Konfiguration mit einem gemeinsamen Drain, einer Konfiguration mit einer gemeinsamen Basis, oder einer Konfiguration mit einem gemeinsamen Gate verbunden ist, um eine gegenphasige Vorspannungssteuerung der ersten Differenzialverstärkerstufe bereitzustellen, wobei der zweite Vorspannungsschaltkreis mit dem ersten Eingangsanschluss in mindestens einer von einer Konfiguration mit einem gemeinsamen Kollektor, einer Konfiguration mit einem gemeinsamen Drain, einer Konfiguration mit einer gemeinsamen Basis, oder einer Konfiguration mit einem gemeinsamen Gate verbunden ist, um eine gegenphasige Vorspannungssteuerung der zweiten Differenzialverstärkerstufe bereitzustellen.
  5. Der Verstärker gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der erste Vorspannungsschaltkreis mit dem zweiten Eingangsanschluss via eine oder mehrere erste Kapazitäten verbunden ist, um die gegenphasige Vorspannungssteuerung der ersten Differenzialverstärkerstufe bereitzustellen, wobei der zweite Vorspannungsschaltkreis mit dem ersten Eingangsanschluss via eine oder mehrere zweite Kapazitäten verbunden ist, um die gegenphasige Vorspannungsteuerung der zweiten Differenzialverstärkerstufe bereitzustellen.
  6. Der Verstärker gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der erste Vorspannungsschaltkreis mit dem zweiten Eingangsanschluss über mindestens einen von einem ersten zusätzlichen Verstärker oder einem ersten Phasenschieber verbunden ist, um die gegenphasige Vorspannungssteuerung der ersten Differenzialverstärkerstufe bereitzustellen, wobei der zweite Vorspannungsschaltkreis mit dem ersten Eingangsanschluss über mindestens einen von einem zweiten zusätzlichen Verstärker oder einem zweiten Phasenschieber verbunden ist, um die gegenphasige Vorspannungsteuerung der zweiten Differenzialverstärkerstufe bereitzustellen.
  7. Ein mehrstufiger Verstärker aufweisend: zwei oder mehr Verstärkerstufen, wobei mindestens eine der zwei oder mehr Verstärkerstufen aufweist: einen ersten Eingangsanschluss, welcher konfiguriert ist, ein erstes Eingangssignal zu empfangen; einen zweiten Eingangsanschluss, welcher konfiguriert ist, ein zweites Eingangssignal zu empfangen; einen Differenzialverstärker, welcher eine differenzielle Verstärkung des ersten und des zweiten Eingangssignals bereitstellt, wobei der Differenzialverstärker aufweist: eine erste Differenzialverstärkerstufe, welche einen oder mehrere Transistoren enthält und konfiguriert ist, das erste Eingangssignal zu empfangen; und eine zweite Differenzialverstärkerstufe, welche einen oder mehrere Transistoren enthält und konfiguriert ist, das zweite Eingangssignal zu empfangen; einen ersten Vorspannungsschaltkreis, welcher einen ersten Puffer enthält, um die erste Differenzialverstärkerstufe vorzuspannen, wobei der erste Vorspannungsschaltkreis mit dem zweiten Eingangsanschluss verbunden ist, um eine gegenphasige Vorspannungssteuerung der ersten Differenzialverstärkerstufe bereitzustellen; und einen zweiten Vorspannungsschaltkreis, welcher einen zweiten Puffer enthält, um die zweite Differenzialverstärkerstufe vorzuspannen, wobei der zweite Vorspannungsschaltkreis mit dem ersten Eingangsanschluss verbunden ist, um eine gegenphasige Vorspannungsteuerung der zweiten Differenzialverstärkerstufe bereitzustellen.
  8. Der mehrstufige Verstärker gemäß Anspruch 7, wobei mindestens einer des ersten Puffers des ersten Vorspannungsschaltkreises oder des zweiten Puffers des zweiten Vorspannungsschaltkreises aufweist: einen oder mehrere Transistoren in einer Spannungsfolgerkonfiguration.
  9. Der mehrstufige Verstärker gemäß Anspruch 8, wobei der eine oder die mehreren Transistoren aufweisen: mindestens einen von einem Heteroübergang-Bipolartransistor (HBT), einem Bipolartransistor, einem Feldeffekttransistor (FET), einem Metalloxid-Halbleiter Feldeffekttransistor (MOSFET), oder einem pseudomorphen Transistor mit hoher Elektronmobilität (PHEMT).
  10. Der mehrstufige Verstärker gemäß Anspruch 8 oder 9, wobei der erste Vorspannungsschaltkreis mit dem zweiten Eingangsanschluss in mindestens einer von einer Konfiguration mit einem gemeinsamen Kollektor, einer Konfiguration mit einem gemeinsamen Drain, einer Konfiguration mit einer gemeinsamen Basis, oder einer Konfiguration mit einem gemeinsamen Gate verbunden ist, um eine gegenphasige Vorspannungssteuerung der ersten Differenzialverstärkerstufe bereitzustellen, wobei der zweite Vorspannungsschaltkreis mit dem ersten Eingangsanschluss in mindestens einer von einer Konfiguration mit einem gemeinsamen Kollektor, einer Konfiguration mit einem gemeinsamen Drain, einer Konfiguration mit einer gemeinsamen Basis, oder einer Konfiguration mit einem gemeinsamen Gate verbunden ist, um eine gegenphasige Vorspannungsteuerung der zweiten Differenzialverstärkerstufe bereitzustellen.
  11. Der mehrstufige Verstärker gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei der erste Vorspannungsschaltkreis mit dem zweiten Eingangsanschluss über eine oder mehrere erste Kapazitäten verbunden ist, um die gegenphasige Vorspannungsteuerung der ersten Differenzialverstärkerstufe bereitzustellen, wobei der zweite Vorspannungsschaltkreis mit dem ersten Eingangsanschluss über eine oder mehrere zweite Kapazitäten verbunden ist, um die gegenphasige Vorspannungssteuerung der zweiten Differenzialverstärkerstufe bereitzustellen.
  12. Der mehrstufige Verstärker gemäß einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei der erste Vorspannungsschaltkreis mit dem zweiten Eingangsanschluss über mindestens einen von einem ersten zusätzlichen Verstärker oder einem ersten Phasenschieber verbunden ist, um die gegenphasige Vorspannungsteuerung der ersten Differenzialverstärkerstufe bereitzustellen, wobei der zweite Vorspannungsschaltkreis mit dem ersten Eingangsanschluss über mindestens einen von einem zweiten zusätzlichen Verstärker oder einem zweiten Phasenschieber verbunden ist, um die gegenphasige Vorspannungsteuerung der zweiten Differenzialverstärkerstufe bereitzustellen.
  13. Der mehrstufige Verstärker gemäß einem der Ansprüche 7 bis 12, ferner aufweisend: einen oder mehrere Anpassungsschaltkreise zwischen mindestens zwei der zwei oder mehr Verstärkerstufen.
  14. Eine Kommunikationsvorrichtung aufweisend: einen Sender, um ein Eingangssendesignal zu erzeugen; einen oder mehrere Verstärker, welche konfiguriert sind, das Eingangssendesignal zu empfangen, wobei mindestens einer des einen oder der mehreren Verstärker aufweist: einen Eingangswandler, um das Eingangssendesignal zu empfangen und ein erstes Eingangssignal und ein zweites Eingangssignal zu erzeugen; einen ersten Eingangsanschluss, welcher konfiguriert ist, das erste Eingangssignal zu empfangen; einen zweiten Eingangsanschluss, welcher konfiguriert ist, das zweite Eingangssignal zu empfangen; einen Differenzialverstärker, welcher eine differenzielle Verstärkung des ersten und des zweiten Eingangssignals bereitstellt, wobei der Differenzialverstärker aufweist: eine erste Differenzialverstärkerstufe, welche einen oder mehrere Transistoren enthält und konfiguriert ist, das erste Eingangssignal zu empfangen; und eine zweite Differenzialverstärkerstufe, welche einen oder mehrere Transistoren enthält und konfiguriert ist, das zweite Eingangssignal zu empfangen; einen ersten Vorspannungsschaltkreis, welcher einen ersten Puffer enthält, um die erste Differenzialverstärkerstufe vorzuspannen, wobei der erste Vorspannungsschaltkreis mit dem zweiten Eingangsanschluss verbunden ist, um eine gegenphasige Vorspannungssteuerung der ersten Differenzialverstärkerstufe bereitzustellen; und einen zweiten Vorspannungsschaltkreis, welcher einen zweiten Puffer enthält, um die zweite Differenzialverstärkerstufe vorzuspannen, wobei der zweite Vorspannungsschaltkreis mit dem ersten Eingangsanschluss verbunden ist, um eine gegenphasige Vorspannungssteuerung der zweiten Differenzialverstärkerstufe bereitzustellen, wobei die erste und die zweite Differenzialverstärkerstufe ein erstes und ein zweites verstärktes Ausgangssignal bereitstellen; einen Ausgangswandler, welcher konfiguriert ist, das erste und das zweite verstärkte Ausgangssignal zu empfangen und ein verstärktes Sendesignal zu erzeugen; und eine Antenne, welche konfiguriert ist, das verstärkte Sendesignal zu übertragen.
  15. Die Kommunikationsvorrichtung gemäß Anspruch 14, wobei mindestens einer des ersten Puffers des ersten Vorspannungsschaltkreises oder des zweiten Puffers des zweiten Vorspannungsschaltkreises aufweist: einen oder mehrere Transistoren in einer Spannungsfolgerkonfiguration.
  16. Die Kommunikationsvorrichtung gemäß Anspruch 15, wobei der eine oder die mehreren Transistoren aufweist: mindestens einen von einem Heteroübergang-Bipolartransistor (HBT), einem Bipolartransistor, einem Feldeffekttransistor (FET), einem Metalloxid-Halbleiter Feldeffekttransistor (MOSFET), oder einem pseudomorphen Transistor mit hoher Elektronenmobilität (PHETM).
  17. Die Kommunikationsvorrichtung gemäß Anspruch 15 oder 16, wobei der erste Vorspannungsschaltkreis mit dem zweiten Eingangsanschluss in mindestens einer von einer Konfiguration mit einem gemeinsamen Kollektor, einer Konfiguration mit einem gemeinsamen Drain, einer Konfiguration mit einer gemeinsamen Basis, oder einer Konfiguration mit einem gemeinsamen Gate verbunden ist, um eine gegenphasige Vorspannungssteuerung der ersten Differenzialverstärkerstufe bereitzustellen, wobei der zweite Vorspannungsschaltkreis mit dem ersten Eingangsanschluss in mindestens einer von einer Konfiguration mit einem gemeinsamen Kollektor, einer Konfiguration mit einem gemeinsamen Drain, einer Konfiguration mit einer gemeinsamen Basis, oder einer Konfiguration mit einem gemeinsamen Gate verbunden ist, um eine gegenphasige Vorspannungssteuerung der zweiten Differenzialverstärkerstufe bereitzustellen.
  18. Die Kommunikationsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei der erste Vorspannungsschaltkreis mit dem zweiten Eingangsanschluss über eine oder mehrere erste Kapazitäten verbunden ist, um die gegenphasige Vorspannungssteuerung der ersten Differenzialverstärkerstufe bereitzustellen, wobei der zweite Vorspannungsschaltkreis mit dem ersten Eingangsanschluss über eine oder mehrere zweite Kapazitäten verbunden ist, um die gegenphasige Vorspannungssteuerung der zweiten Differenzialverstärkerstufe bereitzustellen.
  19. Die Kommunikationsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 14 bis 18, wobei der erste Vorspannungsschaltkreis mit dem zweiten Eingangsanschluss über mindestens einen von einem ersten zusätzlichen Verstärker oder einem ersten Phasenschieber verbunden ist, um die gegenphasige Vorspannungsteuerung der ersten Differenzialverstärkerstufe bereitzustellen, wobei der zweite Vorspannungsschaltkreis mit dem ersten Eingangsanschluss via mindestens einen von einem zweiten zusätzlichen Verstärker oder einem zweiten Phasenschieber verbunden ist, um die gegenphasige Vorspannungssteuerung der zweiten Differenzialverstärkerstufe bereitzustellen.
  20. Die Kommunikationsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 14 bis 19, wobei der eine oder die mehreren Verstärker aufweisen: zwei oder mehr Verstärker, welche für verschiedene Frequenzen konfiguriert sind, welche mit dem Eingangssendesignal verknüpft sind.
DE102023109866.7A 2022-04-29 2023-04-19 Linearisierung eines differenziellen RF Leistungsverstärkers mittels Vorspannungssteuerung unter Verwendung von Kreuzkoppelkomponenten Pending DE102023109866A1 (de)

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US17/733,605 US20230353095A1 (en) 2022-04-29 2022-04-29 Linearization of differential rf power amplifier by bias control using cross-coupling components
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US7687915B2 (en) 2007-10-15 2010-03-30 Samsung Electronics Co., Ltd. Semiconductor device having crack stop structure

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US7687915B2 (en) 2007-10-15 2010-03-30 Samsung Electronics Co., Ltd. Semiconductor device having crack stop structure

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