TWI361562B - Dual power mode transmitter - Google Patents

Description

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% % 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及雙功率模式的魏1 (transmitteO,更具體地 說，涉及關以正常功率模式和低功率模式工作的發射器。 【先前技術】 電池體積是限制小型移動設備的製造的一個主要約束。圍 繞這種限制並將移動設備做得更小的一觀計方式是，使用小 型電池’同時提高移動設備的功率效_ (power effieiency)。 在裝配有躲通信舰的移動設财，例如移動電話、個人數 位助理（PDA)和膝上型電腦中，該系統的放大級是其中一個 消耗大部分功率的主要電路元件。 通常’移動設傷包括放大級，放大級包括可編程增益放大 益或緩衝器、神放大驅動器或驅動放大器以及功率放大哭。 放大級通常被配置爲提供特定功率輸出，該輸出被優化爲適合 移動.又備的用途。。但是，這種辨輸出優化是恒定的。因此， 田移動-又備進入低功率模式時，放大級仍然消耗與其處於正常 或者高功率模式時相同數量的電能。 因此，期待-種具有多種功率操作模式的放大級，例如正 常功率模式和低功率模式。還期待—種在低纖式 少電能的放大級。 【發明内容】 本發明的-方面提供—飾頻⑽）發射器，包括 5 1361562 優選地’所述偏壓控制電路使用共同的偏壓信號來偏壓所 述笫一多個射地-基地級和第二多個射地_基地級。 【實施方式】 本說明書公開了結合有本發明特徵的一個或多個實施 例。應注意的是，本說明書中提及的“一個實施例”、“一實 鈀例、示例性實施例等等指的是所描述的實施例可能包 括某特定特徵、結構或特點，但是並不是每—個實施例都必定 包括該特定特徵、結構或特點。此外，這些短語不一定指的是 同一個實施例。還有，當結合某一實施例描述某特定特徵、結 構或特點時’無論是否明確說明，本領域的技術人員應當知 悉，些特定特徵、結構或特點也可以結合到其他實施例中。 在描述特定方法和配置時，細自這健是對本發_舉例， 本領域的技術人員綱^ ’在猶離本發明精神和範圍時，可 使用其他的配置和方法。 圖1不出了無線發射器100，其中包括調製器1〇2、一對 數模轉換器（DAC)隐和腦、—對低通渡波器和 12〇B、一對乘法器130八和1遍、加法器（summer) 140、 可編程增益放大器或緩衝級15〇、功率放大驅動器（p〇wer amplify driver)或驅動放大器（dri勝崎版）16◦、變壓 器17〇、功率放大器180和天線190。 調製器102祕接收和編碼原始資料信號.（未示出）。在 9 1361562 調製和編碼原始資料信號之後，調製器102輸出同相（1)資 料信號104和正交相（Q)資料信號106。資料信號1〇4和1〇6 可以是由中頻（intermediate frequency ,簡稱Π〇均勻間隔門 的信號’或者可以是基帶信號。 DAC 110Α被設置爲接收信號1〇4並將其轉換成類比作穿 112，該類比信號112將被提供給低通濾波器12〇α。濾波哭 120Α去除信號112中不想要的頻率部分。接著，經由濾波器 120Α的信號將作爲信號122被傳送至乘法器ι3〇α。 乘法器130Α的主要功能是上變換信號122，通過將信號 122和本地振蕩器的信號相乘，就實現了上變換 (up-conversion)。一旦完成了上變換，乘法器請八將上變換 後的信號132傳送給加法器MOoDAC 110B、低通濾波器12〇b 和乘法器130B的功能與DAC 110A、低通濾、波器12〇a和乘 法器130A的功能類似，它們之間的主要不同之處是後者處理 Q信號，而不是I信號。 如圖1所示’加法器140連接到乘法器13〇八和13阳。加 法器140配置爲接收乘法器130入和13〇B的信號。加法器13〇 合併信號132和134並生成信號142，信號142被傳送給可編 程增益放大器（PGA) 150。 緩衝級或PGA 150具有兩個主要功能。其中一個主要功 能是作爲PGA 150左側所有電路元件（加法器14〇、乘法器 10 3〇A-B、；t波n 12()A_B、DAC 11GA_B)與功率放大驅動器 )160之間的阻抗可調絕緣體（impedance variati〇ns 1S〇Iat〇〇°另—個功能是提供合適的信號放大量，以使PAD 160 和功率放大器18G産生所需的輸出功率量。 發射器100還包括PAD 160，用於放大PGA/缓衝器15〇 的輪出。PAD 160以特定功率額度提供預放大信號162，使功 率放大盗180此夠輸出具有預定功率額度的放大信號。在 天射如100中’♦塵S 170匹配PAD 輸出阻抗和功率放 大器180的輸入阻抗。變壓器170還將PAD 160輸出的差分信. 唬162轉換成單端信號（娜⑽細以卿〇 。一旦功率 放大器將信號164放大，天線⑽就發射該放大信號。 如圖1所示’、線165示出了發射器100中片載部分和非片 載部分。辨放大^ _通料以載的。但是，發射器100 也可以配置成讓功率放大器180是片載形式。 發射器100可配置爲與各種多路系統一起工作，例如時分 多址（TDMA)、碼分多址（CDMA)和正交頻分複用（〇聰）。 在OFDM應用的-個實施例中，功率放大驅動器16〇通常以6 dBm左右輸出。作爲-種設計姆，神放大驅動器⑽的 Ι-dB壓縮點應該超出運行輸出水平1〇咖。就是說，〇fdm 系統中的功率放大驅動1 16〇應該具有16 dBm#㈣屢縮 1361562 、在i-dm缩點上，功率放大驅動器16㈣始進入塵縮模. 式。圖2A示出了輸入功率和輸出功率的關係，單位爲伽。 線2〇2是理想放大器的功率增益線。線綱是典型放大器如功 率放大斋180的功率增益線。如圖2A所示，點22〇示出了功 率放大驅動器160的！-dB 1缩點的起點。對點22〇左邊的任 何基準點’功率放大驅動！！ 16〇簡在線性運行區。對於點 220右邊的基準點，功率放大驅動器16〇是非線性的。通過找 • 到理想放大器和非理想放大器的輸出功率相差1 dB時的輸入〇 功率值，來禮定[dB麗縮點。在該實施例.中，點21〇比點22〇 高大約1 dB 〇 圖2B示出了各個放大階段的時域信號。信號mo是未放 大的信號。信號270是在、線性區運行的功率放大器將信號26〇 放大後的信號。信號280是以壓縮狀態運行的功率放大器將信 號260放大後的信號。如圖2B所示，信號28〇的振幅波峰附 籲 近有舰部分285 °触健的放大過程巾現财，將會丢 〇 失資料或者影響資料。 圖3示出了功率放大器180在運行區的增益圖。點320表 示Ι-dB壓縮點。對於〇FDM應用，選擇mb壓縮點大約爲 16 dBm的功率放大器。點33〇是6偷點，爲功率放大驅動 器160的期望功率輸出.。點320和點330之間的1〇 dB缓衝用 於防止資料丟失，這對於8〇2 Ua 、802.11b、802.1 lg 和 12 信號尤其有用。 如上所述，對於正常操作，功率放大驅動器160設置爲輸 ^Bm左右。但是’對於某些較低功率應用，功率放大驅 動器⑽健需要輸“槪，即大約丨毫瓦。在另一較低 率應用+ ϊ力率放大驅動器16〇僅僅需要輸出4犯瓜。在這 些低功率情況中，因爲會使用外部功率放大器將信號的功率水 平放大到賊斜，所叫需要高功率輸出。 圖4不出了 -般如何獲得低功率。點獨是6 dBm運行 點，而點420爲g _點42〇，點爲〇㈣運行點。 一般地’可通贼少神放切絲_的以端的輸人信號 來降低功雜大购H 的解輸出^軸可喊小功率放 大驅動器160的輸入端的信號振幅或者強度㈤哪办），但是 ;功率放大驅動器160的電流能耗是保持一樣的。，對於正 常功率模式和低功率模式’功率放大驅動器16〇的功耗是相同 的。 圖5A示出了根據本發明一實施例的無線發射器。發 射器500包括調製器502、-對數位類比轉換器（Dac) 51〇a 和510B、一對低通濾波器520a和52〇B、一對乘法器53〇a 和530B、加法器540、可編程增益放大器或或缓衝級55〇、可 調功率放大驅動器或可調驅動放大器56〇、變壓器57〇、功率 放大器580以及天線590。 13 1361562 . 調製器502用於接收和編碼原始資料信號（未示出）。在 .' 調製和編碼原始資料信號之後，調製器502輸出同相資 ， 料信號504和正交相（Q)資料信號506。資料信號5〇2和5〇4 可以疋由中頻（Π7)均勻間隔開的信號，或者可以是基帶信號。 DAC 501A被設置爲接收信號504並將信號5〇4轉換成類 比#號512，該^§號512將被提供給低通濾、波器52〇a。減波 器520A用於去除信號512中不想要的頻率部分。隨後，經由 濾波态520A的信號作爲信號522被傳送到乘法器53〇a。 〇 乘法器530A的主要功能是上轉換信號522。通過將混頻 信號522和本地振蕩器（未示出）的信號相乘，就實現了上變 換。一旦完成了上轉換，乘法器530A將上變換後的信號532 傳送給加法器540。DAC 510B、低通濾波器52〇B和乘法器. 530B的功能與DAC 510A、濾波器52〇A、乘法器53〇a的功 能類似。它們之間的主要不同之處是後者處理正交相（Q)信 5虎’而不是同相（I)信號。 〇 加法器540連接到乘法器530A和53〇B。加法器53〇用於 接收來自乘法器530A和530B的信號。加法器合併信號532 和信號534並生成信號542，錢542被傳送到可編程增益放 大器（PGA) 550。 緩衝級或PGA 550具有兩個主要功能。其中一個主要功 能是作爲PGA 550左侧所有電路元件（加法器54〇、乘法器 14 1361562 . - 53嶋、紐11 52()Α·Β、DAC 51_)與辨放大驅動器 - (PAD) 56G之間的阻抗可规緣體。另-個功缺提供合適 的信號放大量，以使PAD 560産生所需要的輸出功率量。 發射器500還包括具有可選功率輸出的可調pAD 56〇。在 低功率模式下，通過内部開關方式重新配置可調pAD 電 路’以在從電池獲得較小電流時提供較低功率的預放大信 號。上述重新配置可在使用PAD 56〇時即時進行或者在製^ .PAD 560 S成後進行。相反’不管發射器100是正常功率模式 還疋低功率模式，PAD 160都使用相同的電流量。 • 目犯示出了以典型的正常功率模式（非低功率模式）應 时的發射器550 ’其中不需要外部功率放大器。如圖5b所 不’PAD 560的輸出信號沒有被放大。當發射器5〇〇處於正常 功率模式時，它是以高雜運行的。在某些#預定接收器處於 較近範圍時的應用中，由於該應用中未使用外部功率放大器， 所以需要PAD 具有高度雜’以確健號強度能達到足夠 強以到達該接收器。 圖6示出了在發射器1〇〇的PAD 16〇中使用的典型差分輪 入級600。差分輸入級6〇〇是射地_基地輸入級，其被優化以使 PAD 160的輸出大約爲6dBm。在低功率模式下，PAD 160的 輸出被下調爲0 dBm ’差分輸入級6〇〇輸出較低功率的信號， 但輸入級600的電流用量保持相同。 15 1361562 . 利用較小強度來驅動更強的放大級。 雖然本發明是結合NPN (負極-正極-負極）電晶體來描述 的，但是本領域技術人員應知曉，其他類型的電晶體也可用于 實現本發明。 總之，儘管上文對本發明各實施例進行說明，但應明白， 這僅僅是爲了舉例，而不是限制。本領域技術人員知悉，在不 脫離本發明的精神和範圍的情況下，可以在形式和細節上進行 各種改變。因此，本發明並不限於在此公開的特定實施例，而 包括所有落入到權利要求保護範圍的實施例。 【圖式簡單說明】 圖1是發射器的電路圖； 圖2A不出了放大器的輸入功率和輸出功率之間的關係； 圖2B示出了放大器在各種操作模式下的頻率幅度和時間 之間的關係； ‘ 圖3示出了放大器的輸入功率和輸出功率之間的關係； 圖4示出了在各種模式下運行的放大器的輸入功率和輸 出功率之間的關係； 圖5A是根據本發明一實施例的發射器的電路圖； 圖5B是圖5A的發射器在典型應用環境中的電路圖； 圖6是圖1所示的發射器使用的差分放大器； 圖7A是根據本發明一實施例的差分輸人級的電路圖； 19 1361562 . 圖7B是根據本發明的另—實施例的差分輸入級的電路 圖； 圖8示出了圖5A所示的發射器中的放大器的輸入功率和 輸出功率之間的關係。 【主要元件符號說明】 無線發射器100 調製器102 同相（I)資料信號104 正交相（Q)資料信號106

〇 數模轉換器（DAC) 110A、110B 類比信號112 低通濾波器120A、120B 信號122 乘法器130A、130B 信號132 加法器（summer) 140 信號142 可編程增益放大器或緩衝級150

0 功率放大驅動器（power amplifier driver )或驅動放大器 (driver-amplifier ) 160 差分信號162 單端信號（single-endedsignal) 164 線165 變壓器170, 功率放大器180 放大信號182 天線 190 線 202、204 點 210、220 信號 260、270、280 削波部分285 點320、330 20 1361562 點 420、430、440 調製器502 正交相（Q)資料信號506 線發射器500 同相（I)資料信號504 數位類比轉換器（DAC) 510A、510B 低通濾波器520A、520B 乘法器530A、530B 加法器540

類比信號512 信號522 信號 532、534 信號542 . 可編程增益放大器或或緩衝級550 可調功率放大驅動器或可調驅動放大器56〇 變壓器570 . 功率放大器580 天線590 差分輸入級600 電晶體610、620、630、640差分射地-基地輸入級700

電晶體 710A-D、720A-D、730A_D、y40A_D 偏壓控制電路750A、750B ' 射地-基地分支765A-B 差分輸入級790 線 804 、 806 輸出節點760A、760B 射地-基地級792、794 點 830 、 840 21

Claims (1)

1. f。啤》取1日修正替換貝 十、申請專利範圍： ~一~~== 1、 一種射頻發射器，其特徵在於，包括： 增益控制級，翻於輸出具有·辨水平的RF信號； 以及 σ 可調放大級’其輕合到所述增益控制級，並用於接收RF 信號，該可調放大級配置爲放大RF信號並輸出具有輸出功率 水平的放大信號’其中，所述輸出轉水平是可調節的且獨 立於所接收的RF信號的預設功率水平的任何調節。 2、 如申請專利範圍第i項所述的射頻發射器，其中，所述可調 放大級是可調驅動放大器。 3、 如申請專利範圍第1項所述的射頻發射器，其中，所述可調 放大級包括： 複數個第-射地-基地級，每個第一射地_基地級具有第 一端子和第二端子’所述第一端子與第一節點連接，所述第 二端子與第二節點連接；以及 複數個第二多個射地-基地級，每個第二射地—基地級具 有第二端子和第四端子，所述第三端子與第三節點連接，所 述第四端子與第四節點連接； 其中，所述複數個第一射地_基地級和複數個第二射地一 基地級中’相同數量的射地-基地級被偏壓。 、如申請專利範圍第3項所述的射頻發射器，其中， 每個第一射地~基地級包括： 22 ★ I丨。年1月修正替為頁I 第一電晶體’其汲極連接到所逑第一節 接到第一偏>1控制電路；以及 即點其閘極連 第二電晶體，其沒極連接 其源極連接到所述第m第一電0曰體的源極， 號；以及 第—㈣’其_連接到第-輸入信 母個第一射地-基地級包括： 第三電晶體，其祕連铜所述第三 接到第二偏壓控制電路 節點，其閘極連 ;以及 四電晶體，其祕連接到所述第三電晶體的源極， ”源極連接到所述第四節點，其間極連接到第二輪入信號。 、如申請專利範圍第4項所述的射頻發射器，其中，所述第一 輸入信號是所述RF錄的同相信號部分。 、如申請補_第4衡述騎紐射器，其巾，所述第二 輸入信號與所述第一輸入信號異相9{Γ。 、一種驅動器放大電路，其特徵在於，包括： 偏壓控制電路； 複數個第-射地-基地級，每個第一射地—基地級具有第 -端子、第二端子和第—偏壓端子，所述第—端子連接到第 一節點’所述第二端子連接到第二節點，所述第—偏壓端子 連接到所述偏壓控制電路；以及 複數個第一射地-基地級，每個第二射地-基地級具有第 23 1361562 V * . 參 ......------ - ______ 月2¾修正替換頁 一^子、第四端子和第二偏壓端子，所述第三端子連接到第 二節點，所述第四端子連接到第四節點，所述第二偏壓端子 連接到所述偏壓控制電路； 其中，所述複數個第一射地-基地級和複數個第二射地_ 基地級中，相同數量的射地-基地級被所述偏壓控制電路偏 壓’以調節所述第-和第三節點上的各自輸出電流。 8、如申請專利範圍第7項所述的驅動器放大電路，其中， 籲 戶斤述複數個第一射地—基地級中的每個第-射地-基地級包 括： f 體’其>及極連接到第—節點，其閘極連接到 第一偏壓控制電路；以及 第二電晶體，其汲極連接到所述第—電晶體的源極， 其源極連接到第二節點’其閘極連接到第一輸入信號；以 及 鲁 所述複數個第二射地一基地級中的每個第二射地-基地級包 括·· 第三電晶體，其沒極連接到第三節點，其閉極連接到 第二偏壓控制電路；以及 第四電晶體，其沒極連接到所述第三電晶體的源極， 其源極連接到所述第四節點，其閉極連接到第二輸入信號。 9、如申請專利範圍第8項所述的驅動器放大電路其中每個 24 1361562 碎7月叫修正替換頁丨 L_^__| 所述驅動器放大器級中的每個電晶體具有相同的大小。 10、如申請專利範圍第7項所述的驅動器放大電路，其中，每個 所述驅動器放大器級的大小彼此不同。