TW201431279A - 高電壓電壓切換ｓ類放大器 - Google Patents

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Said E Abdelli
Peter Kiss
James F Macdonald
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Abstract

本發明揭示一種電壓切換S類放大器電路，其包含一輸出級，該輸出級經組態以接收至少一控制信號且經操作以依據該至少一控制信號產生一輸出信號。該放大器電路進一步包含耦合該輸出級之一驅動器電路。該驅動器電路經組態以接收一輸入位元串流信號且經操作以依據該輸入位元串流信號產生該控制信號，使得消除來自該控制信號之一共模分量。

Description

高電壓電壓切換S類放大器
本發明大體上係關於電路及電子電路，且更特定言之，係關於電壓切換S類功率放大器。
一電壓切換等級S(VSCS)的功率放大器提供優於其他放大器類型之一重要優點在於其展現出相對較低的輸出阻抗。然而，不幸的是，一VSCS放大器架構需要用於驅動放大器之一輸出級之一浮動電壓源，這必須進行電壓位準移位。在其中通常使用一VSCS放大器之高電壓應用中，位準移位之傳統方法大體上將破壞用於放大器之輸出級之電晶體裝置之崩潰額定電壓(例如，閘極氧化層崩潰電壓)。此外，運用位準移位之傳統方法，輸出級將不太可能足夠快速地切換以滿足高速(例如，大於十億赫)應用所需的上升及下降時間要求。
本發明之實施例提供用於達成用於消除習知方法中發現的一閘極氧化層崩潰問題之一VSCS功率放大器之一浮動高速數位驅動器之技術。
根據本發明之一實施例，一VSCS放大器電路包含一輸出級，該輸出級經組態以接收至少一控制信號且經操作以依據該至少一控制信號產生一輸出信號。該VSCS放大器電路進一步包含耦合該輸出級之一驅動器電路。該驅動器電路經組態以接收一輸入位元串流信號且經 操作以依據該輸入位元串流信號產生該控制信號，使得消除來自該控制信號之一共模分量。
根據本發明之另一實施例，搭配一高電壓VSCS放大器電路使用之一驅動器電路包含經組態以連接該放大器電路之一輸出級之一驅動器級。該驅動器級經組態以接收至少一控制信號且依據該控制信號產生用於驅動該放大器電路之該輸出級之至少一驅動信號。該驅動器電路進一步包含連接該驅動器級之一隔離電路。該隔離電路經組態以接收供應給該驅動器電路之一輸入位元串流信號，且經操作以依據該輸入位元串流信號產生該控制信號，使得消除來自該控制信號之一共模分量。
根據結合隨附圖式閱讀之本發明之詳細描述將明白本發明之實施例。
100‧‧‧輸出級
300‧‧‧電流切換S類放大器
302‧‧‧第一驅動器及位準移位器電路
304‧‧‧第二驅動器及位準移位器電路
306‧‧‧驅動器
400‧‧‧電壓切換S類放大器
401‧‧‧帶通濾波器
402‧‧‧第一驅動器及位準移位器電路
404‧‧‧第二驅動器及位準移位器電路
406‧‧‧調變電路
500‧‧‧電壓切換S類放大器
502‧‧‧輸出級/輸出電路
504‧‧‧驅動器電路
506‧‧‧第一閘極驅動器
508‧‧‧第二閘極驅動器
510‧‧‧差動位元串流產生器
512‧‧‧延遲元件
514‧‧‧隔離元件
516‧‧‧光學傳輸器
518‧‧‧光學接收器
520‧‧‧信號產生器電路
522‧‧‧橋接整流器電路
C1‧‧‧電容器
CBlock‧‧‧阻隔電容器
Cds‧‧‧汲極-源極電容
Cgd‧‧‧閘極-汲極電容
Cgs‧‧‧閘極-源極電容
D1‧‧‧第一二極體
D2‧‧‧第二二極體
D3‧‧‧第三二極體
D4‧‧‧第四二極體
GND‧‧‧接地
N1‧‧‧第一節點
N2‧‧‧第二節點
P1‧‧‧端子
P2‧‧‧端子
Q1‧‧‧第一N通道場效電晶體裝置
Q2‧‧‧第二N通道場效電晶體裝置
RIN‧‧‧串聯電阻器
RLoad‧‧‧負載電阻器
S1‧‧‧端子
S2‧‧‧端子
T1‧‧‧變壓器
T2‧‧‧變壓器
下列圖式僅僅為實例目的而提出且非限制，其中遍及數個圖式中相同參考數字(在使用時)指示對應元件，且其中：圖1係描繪可經修改以併有本發明之實施例之一例示性輸出級100之至少一部分之一示意圖；圖2係圖解說明圖1中所示之輸出級之一輸出信號之一例示性切換之一圖表；圖3係描繪可經修改以併有本發明之實施例之一闡釋性電流切換S類放大器之至少一部分之一示意圖；圖4係描繪可經修改以併有本發明之實施例之一闡釋性VSCS放大器之至少一部分之一示意圖；圖5係描繪根據本發明之一實施例之一例示性VSCS放大器之至少一部分之一示意圖。應明白該等圖式中之元件係為了簡單及清楚之故而圖解。為避 免對所圖解之實施例之視圖造成妨礙，不一定展示一商業上可行實施例中可能有用或必要的常見且熟悉的元件。
本文中將在經操作以達成用於一VSCS功率放大器之一浮動高速數位驅動之闡釋性電壓產生器電路之內容脈絡下描述本發明之實施例。然而，應瞭解，本發明之實施例不限於此等或任何其他特定電壓產生器電路。而是，本發明之實施例係更廣泛地關於用於形成用於並不破壞放大器之一輸出級中之電晶體裝置之閘極氧化層崩潰額定之一VSCS放大器之浮動高速驅動信號之技術。此外，在本文中的教示下，熟習此項技術者應明白，可對所示之闡釋性實施例作出屬於本發明之範疇內之數種修改。即，不希望或不應推斷出限制本文中所示及所述之實施例。
首先，為闡明並描述本發明之實施例之目的，由於本文中使用多個術語，下表提供對某些縮寫字及其等對應定義之總結：
遍及本文中的描述，術語MISFET旨在大體上解釋且涵蓋任何類 型的金屬-絕緣體-半導體場效電晶體。例如，術語MISFET旨在涵蓋利用氧化物材料作為其等閘極介電質之半導體場效電晶體(即，金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET))以及未利用氧化物材料作為其等閘極介電質之半導體場效電晶體。此外，儘管縮寫字MISFET中涉及術語「金屬」，術語MISFET亦旨在涵蓋其中閘極由非金屬(諸如(例如)多晶矽)形成之半導體場效電晶體。
雖然可使用如可使用一互補金屬氧化物半導體(CMOS)製造製程形成之p通道MISFET(在下文中稱為「PFET」或「PMOS」裝置)及/或n通道MISFET(在下文中稱為「NFET」或「NMOS」裝置)實施本文中描述之本發明之實施例之實施方案，但是應明白本發明之實施例不限於此等電晶體裝置及/或此一製造製程，且如熟習此項技術者應瞭解，類似地可採用諸如(例如)雙極性接面電晶體(BJT)、FinFET等等之其他合適的裝置及/或製造製程(例如，雙極性、BiCMOS等等)。此外，雖然本發明之實施例通常製造於矽晶圓中，但是本發明之實施例亦可替代地製造於包括其他材料(包含(但不限於)砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)等等)之晶圓中。
圖1係描繪可經修改以實施本發明之實施例之一輸出級100之至少一部分之一示意圖。輸出級100包含一第一NFET Q1及一第二NFET Q2。NFET Q1具有連接一第一電壓供應V+(例如，28伏特)之一汲極(D)、連接形成輸出級之一輸出之一第一節點N1之一源極(S)及經調適以接收一第一控制信號Vg1之一閘極(G)。NFET Q2具有連接一第二電壓供應(在此實施例中其係接地(GND))之一源極、連接節點N1之一汲極及經調適以接收一第二控制信號Vg2之一閘極。在節點N1處產生輸出級100之一輸出信號Vout。
應明白，因為許多金屬氧化物半導體(MOS)裝置在本質上對稱且因此係雙向的，所以MOS裝置中之源極及汲極命名之指派本質上係任 意的。因此，源極及汲極在本文中可大體上分別指代第一及第二源極/汲極，其中在此內容脈絡下「源極/汲極」代表一源極或一汲極。
為導通或關斷Q1，供應給Q1之閘極之第一控制信號Vg1必須在相對於其源極約零伏特與約-3.5伏特之間切換。不幸的是，輸出信號VOUT將在零伏特與28伏特之間切換。圖2係圖解說明由圖1中所示之輸出級100產生之輸出信號Vout之一例示性切換之一圖表。為使Q1之閘極驅動本質上不受輸出電壓擺動影響，必須對控制信號Vg1採用一電壓位準移位器，這係因為Q1之源極連接至輸出節點N1。取決於電晶體類型，施加於Q1之閘極之一位準移位器裝置相對於接地之切換將導致Q1之閘極在近似0伏特與28伏特之間切換，從而導致Q1中之閘極介電質(例如，閘極氧化層)及/或導電閘極(例如，多晶矽或金屬閘極)崩潰。此外，使用更傳統的位準移位技術，輸出級100將不太可能足夠快速地切換以滿足高速(例如，大於約4GHz)下適當的操作所需的上升及下降時間要求。
圖3及圖4係分別描繪根據本文中的教示之各自可經修改以併有本發明之實施例之一電流切換等級S(CSCS)的放大器300及一VSCS放大器400之至少部分之示意圖。參考圖3，CSCS放大器300包含一對NFET T1及T2。NFET T1及T2之源極連接至接地，T1及T2之閘極經調適以接收各自控制信號，且T1及T2之汲極透過一負載電路連接在一起。NFET T1及T2經展示具有初級線圈電容，包含閘極-源極電容Cgs、閘極-汲極電容Cgd及汲極-源極電容Cds。
負載電路包括一對阻隔電容器CBlock，各電容器具有連接一對應電晶體裝置(T1或T2)之一汲極之一第一端子且具有耦合一負載電阻器RLoad(在此實例中其係50歐姆)之各自端子之一第二端子。跨負載電阻器RLoad量測由放大器300產生之一輸出信號vOut(t)，且由放大器產生之一輸出電流iOut(t)流過負載電阻器。藉由饋送一對未經耦合之電感器 建立放大器300之輸出之一直流(DC)共模值，其中電感器理想上被視為具有一電流值IDC之電流源。然而，實務上，該對未經耦合之電感器至少部分歸因於寄生項的存在而並未表現為真正的電流源。因此，更加難以使用CSCS放大器300將功率傳送至一負載元件。在此圖解中，電感器之各者具有約3.2微亨(μH)之一電感。
繼續參考圖3，CSCS放大器300進一步包含經操作以產生供應給NFET T1及T2之閘極之各自控制信號之驅動器及位準移位器電路302及304。具體言之，一第一驅動器及位準移位器電路302包含一驅動器306，其具有經調適以接收一第一控制信號dSW(t)(在此實例中其係一28伏特方波信號)之一輸入及耦合具有約10歐姆之一值之一串聯電阻器RIN之一輸出。電阻器RIN指示驅動器306之一輸出阻抗。理想上，驅動器306在Vg=0與Vg=Vp之間操作，其中Vp係此時無源極-汲極電流流動之閘極電壓。驅動器306整合一位準移位電路，該位準移位電路產生供應給在約1伏特與約負6伏特之間切換之NFET T1之閘極之一輸出信號。驅動器及位準移位器電路304係以與驅動器及位準移位器電路302一致之方式而實施，但是接收與第一輸入控制信號dSW(t)反相180度之一第二輸入控制信號-dSW(t)。
因為CSCS放大器300中之NFET T1及T2關於接地操作(即，T1及T2之源極連接至接地)，所以驅動T1及T2之閘極相對容易達成。然而，CSCS放大器300之一固有輸出阻抗相對較高(例如，約70歐姆)，因此難以使放大器在一實際操作電壓(例如，約30伏特或更小)下將功率傳送至一標準50歐姆負載中。
現在參考圖4，VSCS放大器400包含一第一NFET T1，其具有連接放大器之一電壓供應(在此實例中係VDD)之一汲極、經調適以接收一第一控制信號vgs1(t)之一閘極及連接一第一節點N1之一源極。在此實例中，放大器400包含一第二NFET T2，其具有連接節點N1之一汲 極、經調適以接收一第二控制信號vgs2(t)之一閘極及連接至接地之一源極。NFET T1產生一第一電流ids1(t)，且NFET T2產生一第二電流ids2(t)。產生於節點N1處之一電壓vH(t)表示濾波之前放大器400之一輸出。一帶通濾波器401耦合節點N1。帶通濾波器401經操作以接收指示分別在該兩個NFET T1及T2中之電流ids1(t)與ids2(t)之間之差之一輸入電流iH(t)，且在一第二節點N2處產生一輸出電流iOut(t)，其被供應給一負載電阻器RLoad，該負載電阻器RLoad在許多應用中係約50歐姆。跨負載電阻器RLoad產生由VSCS放大器400產生之一輸出電壓vOut(t)。
放大器400進一步包含分別經操作以產生供應給NFET T1及T2之閘極之控制信號vgs1(t)及vgs2(t)之第一驅動器及位準移位器電路402及第二驅動器及位準移位器電路404。第一驅動器及位準移位器電路402經調適以接收一第一信號d(t)，且第二驅動器及位準移位器電路404經調適以接收一第二信號-d(t)，第二信號-d(t)與第一信號d(t)反相180度。驅動器及位準移位器電路402及404可分別以與圖3中所示之驅動器及位準移位器電路302及304一致之方式而實施。信號d(t)及-d(t)係由耦合驅動器及位準移位器電路402及404之輸入之一調變電路406而產生。在此實例中，調變電路406包含經操作以依據供應給放大器400之一輸入信號s(t)產生信號d(t)及-d(t)之一單位元調變器。
VSCS放大器400展現出尤其與圖3中所示之CSCS放大器300相比較實質上為低之一輸出阻抗，且因此充分適用於在一實際操作電壓下將功率傳送至一標準50歐姆負載。然而，上部NFET T1之閘極電壓具有與其相關聯之一共模分量vout(t)，這使得難以驅動T1。因此，根據本發明之實施例，有利地消除來自驅動信號之共模分量，藉此使得更易於驅動一VSCS放大器中之一輸出級。
圖5係描繪根據本發明之一實施例之一例示性VSCS放大器500之至少一部分之一示意圖。放大器500包含一輸出級502及耦合輸出級之 一驅動器電路504。有利的是，如下文將進一步詳細描述，VSCS放大器500經組態使得消除來自一閘極驅動信號之一共模分量。
VSCS放大器500之輸出級502包括一對NFET裝置Q1及Q2，但是本發明之實施例不限於NFET。例如，可使用一絕緣閘極雙極性電晶體(IGBT)、橫向擴散MOSFET(LDMOS)、基於氮化鎵之高電子遷移率電晶體(HEMT)裝置等等實施Q1及/或Q2。Q1之一汲極經調適以連接一第一電壓供應(在此實施例中係V+(例如，約28伏特))，Q1之一源極在一輸出節點N1處連接放大器500之Q2之一汲極，且Q2之一源極經調適以連接一第二電壓供應，在此實施例中第二電壓供應係接地(例如，約零伏特)。應明白，本發明之實施例不限於用於第一電壓供應及第二電壓供應之任何特定電壓位準。Q1之一閘極經調適以接收一第一控制信號Vg1，且Q2之一閘極經調適以接收一第二控制信號Vg2。控制信號Vg1及Vg2係由驅動器電路504產生。
圖5中顯而易見的是，驅動器電路504經組態使得由驅動器電路產生之一閘極信號與一輸入信號產生器源電隔離。以此方式，有利地消除來自閘極驅動信號之一共模分量。更特定言之，驅動器電路504包含一第一閘極驅動器506及一第二閘極驅動器508。在此實施例中，使用具有一相對較低崩潰電壓(例如，等效於截止電流之全汲極電流之電壓；在一空乏模式裝置之情況下，電壓為約0伏特DC至約3.5伏特DC)且能夠進行高速切換(例如，大於每秒約十億位元(Gb))之一電晶體分別實施第一閘極驅動器506及第二閘極驅動器508之各者。驅動器506及508不一定必須包括主動組件/電路；此等方塊在概念上描繪如何將驅動功率施加於輸出電路502。僅僅藉由圖解方式且非限制，可使用(例如)在高達約6GHz之速度下操作之CMOS或矽-鍺(Si-Ge)Bi-CMOS驅動器裝置實施閘極驅動器506及508之一者或二者。根據本發明之實施例，基於Si-Ge裝置或一類似高速製造製程之閘極驅動器已 表明達成足夠大的驅動速度及功率容量。在本文中的教示下，熟習此項技術者應明白可採用在本發明之實施例之範疇內之其他閘極驅動器裝置及/或驅動器電路實施方案。
第一閘極驅動器506經操作以接收一第一信號In1(其實質上與信號In2相同，但未參照接地)，且依據第一信號In1產生第一控制信號Vg1。在此實施例中，介於一第一電壓VEE2與一第二電壓VSS2之間參照第一控制信號Vg1。電壓VSS2連接至Q1之源極，使得相對於Q1之源極及閘極參照控制信號Vg1。VSS2本質上獨立於接地(即，浮動)。應瞭解，本發明之實施例不限於VEE2及VSS2之任何特定電壓位準。類似地，第二閘極驅動器508經操作以接收一第二信號In2，且依據第二信號In2產生第二控制信號Vg2。在此實施例中，介於一第三電壓VEE1與一第四電壓VSS1之間參照第二控制信號Vg2，但是本發明之實施例不限於VEE1及VSS1之任何特定電壓位準。電壓VSS1連接至Q2之源極，使得相對於Q2之源極及閘極參照控制信號Vg2。在一實施例中，電壓VEE1與VSS1之間及電壓VEE2與VSS2之間之差係在約5伏特之範圍中。
驅動器電路504進一步包含經操作以產生差動信號bs1及bs2(包括在電壓位準VSS1與VEE1之間切換之脈衝)之一差動位元串流產生器510。在替代性實施例中，位元串流產生器510可駐留在驅動器電路504外部。由位元串流產生器510產生之信號bs1及bs2在邏輯上彼此相對互補(即，反相180度)。透過具有與其相關聯之一規定延遲d之一延遲元件512饋送位元串流信號bs2。延遲元件512經操作以接收位元串流信號bs2作為一輸入且產生第二信號In2作為位元串流信號bs2之一延遲版本(即，In2=bs2．d)。延遲元件512之延遲值d在理想上等於與耦合於位元串流信號bs1之一信號路徑中之一隔離元件514相關聯之一固有延遲，使得透過該兩個位元串流信號路徑進行的各自延遲實質上 相同。在一實施例中，電壓VSS1等於或小於接地。以此方式，可完全關斷輸出級502中之電晶體Q2，這係因為一空乏模式裝置在相對於其源極為一負閘極電位下操作。然而，應明白，一給定裝置之閘極驅動要求將依據裝置類型而變化，且因此本發明之實施例不限於小於接地電位之一電壓VSS1。
如先前陳述，為自驅動信號Vg1移除一共模分量，一閘極驅動信號路徑與其輸入信號源電隔離，且介於電壓VEE2與VSS2之間參照驅動器506。在此實施例中，一初級共模分量係用以將電壓VEE2及VSS2供應給第一閘極驅動器506(其進一步細節在下文中提供)及隔離元件514之一信號產生器電路520中之一變壓器T1相對於方塊502中之接地節點之一寄生電容。寄生項為小使得跨變壓器T1及隔離元件514出現的共模電壓並未顯著影響閘極驅動器波形，亦不破壞閘極-源極崩潰要求。此外，應注意，此實施例中的VSS1連接至接地。
因為位元串流產生器510產生介於VEE1與VSS1之間參照的差動輸出信號bs1及bs2，所以隔離元件514將一電壓位準移位器功能性併入位元串流產生器與驅動器506之間之一信號路徑中。隔離元件514之電壓位準移位器功能性經調適以使信號In1與信號bs1電隔離。在此實施例中，隔離元件514包括呈一光學隔離器之形式之一光學元件，亦被稱為一光隔離器、光學耦合器、光耦合器、光電耦合器等等。一光學隔離器係具有一輸入之一裝置，該輸入與該裝置之輸出電隔離且經設計以反而藉由利用光波在該裝置之輸入與輸出之間傳送電信號，藉此防止高電壓或快速地改變一電路之一側上之電壓損壞組件或使電路之另一側上之傳輸變形。應瞭解，本發明之實施例不限於用於在隔離元件514中執行電隔離功能之光學構件。
在此實施例中，隔離元件514之一輸入級包括參照電壓供應VEE1及VSS1之一光學傳輸器516，且隔離元件之一輸出級包括參照電壓供 應VEE2及VSS2之一光學接收器518。本質上，光學隔離器連接輸入級及輸出級與由輸入電流調變之一光束。該光學隔離器將輸入信號bs1變換為光，跨一介電質通道發送光，捕獲輸出側上之光，且將所傳輸的光再次變換為電信號In1。然而，不同於在損失低的情況下在兩個方向上傳遞能量之變壓器，光學隔離器大體上係單向性且不能傳輸功率。隔離元件514之一切換能力經設計以支援規定切換速度(例如，大於約1Gb/s)。
繼續參考圖5，供應給第一閘極驅動器506及隔離元件514之電壓VEE2及VSS2係由如先前陳述之信號產生器電路520產生。信號產生器電路520經展示整合於VSCS放大器500中，但是在其他實施例中信號產生器電路可能在放大器外部。圖5中顯而易見的是，信號產生器電路520實施為一全波整流器，其包含變壓器T1，變壓器T1具有：一初級繞組，其具備經調適以接收一輸入信號V1(在此實施例中係一時脈信號)之端子P1及P2；及一次級繞組，其具備連接一橋接整流器電路522之端子S1及S2。具體言之，橋接整流器電路522包含一第一二極體D1、一第二二極體D2、一第三二極體D3及一第四二極體D4。第一二極體D1之一陽極連接第四二極體D4之一陽極且形成信號產生器電路520之一負輸出(-)以用於產生電壓VSS2。第一二極體D1之一陰極連接第二二極體D2之一陽極及變壓器T1之次級繞組之端子S1。第二二極體D2之一陰極連接第三二極體D3之一陰極且形成信號產生器電路520之一正輸出(+)以用於產生電壓VEE2。第三二極體D3之一陽極連接第四二極體D4之一陰極及變壓器T1之次級繞組之端子S2。跨信號產生器電路520之正輸出及負輸出耦合一電容器C1以濾波輸出電壓中之漣波。
與所有變壓器相同，變壓器T1具有與其相關聯之相對於接地之一寄生繞組間電容，該寄生繞組間電容出現在NFET Q1閘極及源極 上。因此，變壓器T1應展現出極低的繞組間電容(例如，小於約2皮法拉)以防止過量負載影響放大器之一效能。此外，在一放大器切換頻率下，變壓器T1之一共模拒斥應足夠高(例如，高於約40dB)以防損失輸出功率。例如，搭配闡釋性信號產生器電路520使用之一合適的變壓器係Sumida公司市售之一Sumida 4181B或4181C。然而，應瞭解，本發明之實施例不限於所示之特定信號產生器電路520。而是，在本文中的教示下，熟習此項技術者將能夠預期用於信號產生器電路520之替代性電路實施例。
可在一積體電路中實施本發明之實施例之至少一部分。在形成積體電路時，通常在一半導體晶圓之一表面上以一重複圖案製造相同晶粒。各晶粒包含本文中描述之一裝置，且可包含其他結構及/或電路。個別晶粒係由晶圓切割或切片而成，接著封裝為一積體電路。熟習此項技術者將瞭解如何切片晶圓及封裝晶粒以產生積體電路。隨附圖式中圖解說明之例示性電路之任一者或該等例示性電路之部分可為一積體電路之部分。如此製成之積體電路被視為本發明之部分。
根據本發明之實施例之一積體電路本質上可用於其中利用高速驅動器之任何應用及/或電子系統中。用於實施本發明之實施例之合適的系統可包含(但不限於)無線通信系統、信號產生器、功率放大器(例如，SWPA)、傳輸器、接收器、信號產生器通信網路等等。併有此等積體電路之系統被視為本發明之部分。在本文中提供之本發明之實施例之教示下，一般技術者將能夠預期本發明之實施例之其他實施方案及應用。
本文中描述之本發明之實施例之圖解旨在提供對各種實施例之結構之一般理解，且其等不旨在用作所有元件及可充分利用本文中描述之結構之設備及系統之特徵之完整描述。在本文中的教示下，熟習此項技術者將明白許多其他實施例；亦利用並由許多其他實施例導出 其他實施例，使得在不脫離本發明之範疇之情況下可作出結構及邏輯替代及變化。該等圖式亦僅僅係表示性且未按比例繪製。因此，本說明書及該等圖式被視為一闡釋性意義而非一限制性意義。
在本文中僅僅為方便起見個別地及/或共同地藉由術語「實施例」指代本發明之實施例且在實際上展示一個以上實施例或發明概念的情況下不旨在將本申請案之範疇限於任何單個實施例或發明概念。因此，雖然本文中已圖解說明並描述特定實施例，但是應瞭解達成相同目的之一配置可替代為所示之特定實施例；即，本發明旨在涵蓋各種實施例之任何及所有調適或變動。在本文中的教示下，熟習此項技術者將明白上述實施例與本文中並未具體描述之其他實施例之組合。
提供符合37 C.F.R.§ 1.72(b)之「發明摘要」，這要求「發明摘要」將會容許讀者快速地確認技術發明之本質。應瞭解，37 C.F.R.§ 1.72(b)將不會被用來解譯或限制申請專利範圍之範疇或意義。此外，在前述「實施方式」中可知，為簡化本發明將各種圖式一起分組在單個實施例中。此發明方法並未被解譯為反映所陳述之實施例需要的特徵多於各申請專利範圍中明確敘述的特徵之意圖。相反地，如隨附申請專利範圍反映，發明標的係位在小於單個實施例之全部特徵之範圍中。因此藉此將下列申請專利範圍併入「實施方式」，各申請專利範圍均可獨立作為所陳述之標的。
在本文中提供之本發明之實施例的教示下，一般技術者將能夠預期本發明之實施例之技術之其他實施方案及應用。雖然本文中已參考隨附圖式描述本發明之闡釋性實施例，但是應瞭解本發明之實施例不限於該等精確實施例，且在不脫離隨附申請專利範圍之範疇的情況下由熟習此項技術者在其中作出各種其他變化及修改。
500‧‧‧電壓切換S類放大器
502‧‧‧輸出級/輸出電路
504‧‧‧驅動器電路
506‧‧‧第一閘極驅動器
508‧‧‧第二閘極驅動器
510‧‧‧差動位元串流產生器
512‧‧‧延遲元件
514‧‧‧隔離元件
516‧‧‧光學傳輸器
518‧‧‧光學接收器
520‧‧‧信號產生器電路
522‧‧‧橋接整流器電路
C1‧‧‧電容器
D1‧‧‧第一二極體
D2‧‧‧第二二極體
D3‧‧‧第三二極體
D4‧‧‧第四二極體
P1‧‧‧端子
P2‧‧‧端子
Q1‧‧‧N通道場效電晶體裝置
Q2‧‧‧N通道場效電晶體裝置
S1‧‧‧端子
S2‧‧‧端子
T1‧‧‧變壓器

Claims (20)

  1. 一種電壓切換S類放大器電路，其包括：一輸出級，其經組態以接收至少一控制信號且經操作以依據該至少一控制信號產生一輸出信號；及一驅動器電路，其耦合該輸出級，該驅動器電路經組態以接收一輸入位元串流信號且經操作以依據該輸入位元串流信號產生該至少一控制信號，使得消除來自該至少控制信號之一共模分量。
  2. 如請求項1之放大器電路，其中該驅動器電路包括連接在該輸出級與該輸入位元串流信號之間之一信號路徑中之一隔離電路，該隔離電路經操作以使該輸入位元串流信號與該至少一控制信號電隔離。
  3. 如請求項2之放大器電路，其中該隔離電路包括一電壓位準移位器電路，其包含參照一第一電壓供應之一第一級及參照一第二電壓供應之一第二級，該電壓位準移位器電路包含彼此電隔離之該第一級與該第二級之間之一信號路徑。
  4. 如請求項3之放大器電路，其進一步包括一信號產生器電路，其經操作以接收供應給該放大器電路之一輸入信號且依據該輸入信號產生該第二電壓供應。
  5. 如請求項4之放大器電路，其中該信號產生器電路包括一全波整流器電路，該全波整流器電路包括：一橋接整流器；及一變壓器，其包含經調適以接收該輸入信號之一初級繞組及連接該橋接整流器之第一端子及第二端子之一次級繞組，該第二電壓供應係跨該橋接整流器之第三端子及第四端子產生。
  6. 如請求項5之放大器電路，其中該變壓器展現出小於約2皮法拉之一繞組間電容。
  7. 如請求項4之放大器電路，其中該輸入信號係一時脈信號。
  8. 如請求項2之放大器電路，其中該隔離電路包括一光學隔離器。
  9. 如請求項1之放大器電路，其中該輸出級包括經組態以接收該第一控制信號及至少一第二控制信號之一差動輸出級，且其中該驅動器電路包括經調適以接收一差動位元串流且依據該差動位元串流產生該第一控制信號及該第二控制信號之一差動驅動器電路，該差動驅動器電路包括：一隔離電路，其連接在該差動輸出級與該差動位元串流之一第一輸入位元串流信號之間之一第一信號路徑中，該隔離電路經操作以使該第一輸入位元串流信號與該第一控制信號電隔離且自該第一控制信號移除該共模分量；及一延遲電路，其連接在該差動輸出級與該差動位元串流之一第二輸入位元串流信號之間之一第二信號路徑中，該延遲電路經操作以產生該第二控制信號作為該第二輸入位元串流信號之一延遲版本。
  10. 如請求項9之放大器電路，其中該驅動器電路進一步包括一差動位元串流產生器，其經操作以產生該第一輸入位元串流信號及該第二輸入位元串流信號。
  11. 如請求項9之放大器電路，其中該延遲電路具有與其相關聯之一第一延遲，該第一延遲經組態以匹配與該隔離電路相關聯之一第二延遲。
  12. 如請求項1之放大器電路，其中該驅動器電路包括一位元串流產生器，其經操作以產生該輸入位元串流信號。
  13. 如請求項12之放大器電路，其中該位元串流產生器包括經操作 以產生一差動輸入位元串流信號之一差動位元串流產生器，該差動輸入位元串流信號包括彼此邏輯互補之第一輸入位元串流信號及第二輸入位元串流信號。
  14. 如請求項1之放大器電路，其中該輸出級經組態以接收至少第一及第二控制信號，該輸出級包括至少第一及第二n通道場效電晶體，該第一n通道場效電晶體之一第一源極/汲極與一第一電壓供應相連接，該第一n通道場效電晶體一第二源極/汲極與該第二n通道場效電晶體之一第一源極/汲極相連接，該第二n通道場效電晶體之一第二源極/汲極與一第二電壓供應相連接，該第一n通道場效電晶體之一閘極經組態以接收該第一控制信號，該第二n通道場效電晶體之一閘極經組態以接收該第二控制信號。
  15. 如請求項1之放大器電路，其中該放大器電路之至少一部分係製造於至少一積體電路中。
  16. 一種搭配一高電壓電壓切換S類放大器電路使用之驅動器電路，該驅動器電路包括：一驅動器級，其經組態以連接該放大器電路之一輸出級，該驅動器級經組態以接收至少一控制信號且依據該至少一控制信號產生用於驅動該放大器電路之該輸出級之至少一驅動信號；及一隔離電路，其連接該驅動器級，該隔離電路經組態以接收一輸入位元串流信號且經操作以依據該輸入位元串流信號產生該至少一控制信號，使得消除來自該至少一控制信號之一共模分量。
  17. 如請求項16之驅動器電路，其中該驅動器級包括一差動驅動器級，其經調適以接收一差動位元串流且依據該差動位元串流產生該第一控制信號及該第二控制信號，該差動驅動器級包括： 該隔離電路，其連接在連接該驅動器電路之一差動輸出級與該差動位元串流之一第一輸入位元串流信號之間之一第一信號路徑中，該隔離電路經操作以使該第一輸入位元串流信號與該第一控制信號電隔離且自該第一控制信號移除該共模分量；及一延遲電路，其連接在該差動輸出級與該差動位元串流之一第二輸入位元串流信號之間之一第二信號路徑中，該延遲電路經操作以產生該第二控制信號作為該第二輸入位元串流信號之一延遲版本。
  18. 如請求項17之驅動器電路，其中該延遲電路具有與其相關聯之一第一延遲，該第一延遲經組態以匹配與該隔離電路相關聯之一第二延遲。
  19. 如請求項16之驅動器電路，其中該隔離電路包括一電壓位準移位器電路，其包含參照一第一電壓供應之一第一級及參照一第二電壓供應之一第二級，該電壓位準移位器電路包含彼此電隔離之該第一級與該第二級之間之一信號路徑。
  20. 一種電子系統，其包括至少一電壓切換S類放大器電路，該至少一電壓切換S類放大器電路包括：一輸出級，其經組態以接收至少一控制信號且經操作以依據該至少一控制信號產生一輸出信號；及一驅動器電路，其耦合該輸出級，該驅動器電路經組態以接收一輸入位元串流信號且經操作以依據該輸入位元串流信號產生該至少一控制信號，使得消除來自該至少一控制信號之一共模分量。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ITMI20131283A1 (it) * 2013-07-31 2015-02-01 St Microelectronics Srl Dispositivo elettronico di potenza con caratteristiche di efficienza e radiazione elettromagnetica migliorate.
US9520843B2 (en) * 2015-01-05 2016-12-13 Music Group Ip Ltd Power amplifiers coupled in series
US10032775B2 (en) * 2015-05-29 2018-07-24 Rohde & Schwarz Gmbh & Co. Kg Switching device for switching radio frequency signals
US9806678B2 (en) * 2015-06-29 2017-10-31 Eridan Communications, Inc. Bootstrap class-D wideband RF power amplifier
US11990898B2 (en) * 2022-02-23 2024-05-21 Hamilton Sundstrand Corporation Parasitic immune isolated drive

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5838193A (en) * 1996-11-26 1998-11-17 Motorola, Inc. Time-delay compensating wideband class-s modulator and method therefor
US5907538A (en) 1997-02-18 1999-05-25 White; Donald R. Full duplex communication circuit with a transducer for simultaneously generating audio output and receiving audio input
JP3499225B2 (ja) 2001-06-19 2004-02-23 株式会社フライングモール ディジタル電力増幅器
GB2398648B (en) * 2003-02-19 2005-11-09 Nujira Ltd Power supply stage for an amplifier
US7649958B2 (en) 2004-06-25 2010-01-19 Sige Semiconductor (Europe) Limited Transmit signal generator and method
US7355470B2 (en) * 2006-04-24 2008-04-08 Parkervision, Inc. Systems and methods of RF power transmission, modulation, and amplification, including embodiments for amplifier class transitioning
KR20090045337A (ko) * 2006-08-15 2009-05-07 엔엑스피 비 브이 전자 장치 및 이의 설계 방법, 클래스 ｄ 시스템 동작 방법
US8843098B2 (en) * 2011-06-10 2014-09-23 Alcatel Lucent Reconstruction filter with built-in balun

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