TWI530088B - 關於用於射頻功率放大器之控制器之系統、電路及方法 - Google Patents

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涅森特 蓋伯葉
殷 熹
瑞薩 凱納威
翁德 奧玆
馮景航
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西凱渥資訊處理科技公司
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Description

關於用於射頻功率放大器之控制器之系統、電路及方法 【相關申請案的交叉參考】
本申請案主張於2012年8月15日申請且標題為「CLAMPING CIRCUITS AND METHODS BASED ON BETA-TRACKING TEMPERATURE-COMPENSATED BASE CURRENT」之美國臨時申請案第61/683,674號之優先權，該案之全文以引用的方式明文併入本文中。
本發明大體上係關於用於控制射頻(RF)放大器之電路及方法，且更特定言之係關於用於此等RF放大器之箝位電路及方法。
在諸如蜂巢式電話之無線裝置中，不同組件(諸如，一功率放大器(PA))自通常具有一有限容量之一電池汲取電流。此一PA在未適當控制之情況下亦可產生熱。因此，可期望使PA具有一有限電流，使得自電池汲取之電流不超出某一指定電流限制，同時保持PA之效能。
根據若干實施方案，本發明係關於一種射頻功率放大器控制電路。該控制電路包含一第一電路，該第一電路經組態以自提供至一功 率放大器(PA)之一基極電流產生一複本基極電流，其中該複本基極電流表示按一貝他參數按比例調整之PA之一集極電流。該控制電路進一步包含一第二電路，該第二電路經組態以自一溫度補償電壓及與該PA相關聯之一基極電阻產生一貝他-追蹤參考電流。該控制電路進一步包含一電流操縱電路，該電流操縱電路經組態以接收該複本基極電流及該貝他-追蹤參考電流且產生一比例電流。
在一些實施例中，溫度補償電壓可包含一溫度補償能隙電壓。
在一些實施例中，電流操縱電路可經組態以在一選定條件下基於複本基極電流及貝他-追蹤參考電流而產生比例電流。控制電路可進一步包含與該電流操縱電路通信以接收該比例電流之一PA基極驅動器。該電流操縱電路可經組態以藉由比較對應於該複本基極電流之一複本基極電壓與對應於該貝他-追蹤參考電流之一貝他-追蹤參考電壓而產生該比例電流。該複本基極電壓及該貝他-追蹤參考電壓之各者可藉由將各自電流提供至一匹配電阻中而產生。該選定條件可包含該複本基極電壓超出該貝他-追蹤參考電壓。
在一些實施例中，基極電流可藉由一手指感測器量測。該手指感測器可係經組態以基於基極電流與一斜坡電流之比較而產生一誤差電流之一控制迴路之部分。可以一電流模式執行基極電流與斜坡電流之比較。誤差電流可藉由自斜坡電流減去基極電流而獲得。控制迴路可進一步包含經組態以放大該誤差電流之一轉阻放大器。
在一些實施例中，該功率放大器可包含砷化鎵(GaAs)異質接面雙極電晶體(HBT)功率放大器。
在一些實施例中，該控制電路可進一步包含一預充電系統，該預充電系統經組態以對該控制電路之一選定節點預充電。該預充電系統可包含一感測器電路，該感測器電路經組態以基於PA之一基極電壓與經選擇低於該PA之一臨限電壓之一參考電壓之比較而產生一控 制信號。該預充電系統可進一步包含與該感測器電路通信之一致動器電路，其中該致動器電路經組態以自該感測器電路接收該控制信號。該致動器電路可進一步經組態以基於該控制信號啟用或停用用於對該控制電路之選定節點預充電之一預充電電流。
在一些實施方案中，本發明係關於一種用於控制一射頻功率放大器之方法。該方法包含自提供至一功率放大器(PA)之一基極電流產生一複本基極電流，其中該複本基極電流表示按一貝他參數按比例調整之該PA之一集極電流。該方法進一步包含自一溫度補償電壓及與該PA相關聯之一基極電阻產生一貝他-追蹤參考電流。該方法進一步包含基於該複本基極電流及該貝他-追蹤參考電流產生一比例電流。
在一些實施例中，該方法可進一步包含在一選定條件下將該比例電流提供至一PA基極驅動器之一箝位節點。
根據若干實施方案，本發明係關於一種射頻(RF)模組。該RF模組包含經組態以接納複數個組件之一封裝基板。該RF模組進一步包含佈置於該封裝基板上方之一功率放大器(PA)。該RF模組進一步包含佈置於該封裝基板上方且互連至該功率放大器之一控制電路。該控制電路包含一第一電路，該第一電路經組態以自提供至該PA之一基極電流產生一複本基極電流，其中該複本基極電流表示按一貝他參數按比例調整之該PA之一集極電流。該控制電路進一步包含一第二電路，該第二電路經組態以自一溫度補償電壓及與該PA相關聯之一基極電阻產生一貝他-追蹤參考電流。該控制電路進一步包含一電流操縱電路，該電流操縱電路經組態以基於該複本基極電流及該貝他-追蹤參考電流而產生一比例電流。該RF模組進一步包含複數個連接器，其等經組態以提供該功率放大器、該控制電路與該封裝基板之間之電連接。
在一些實施例中，該功率放大器可佈置於一第一晶粒上，且該 控制電路可佈置於一第二晶粒上，其中該第一晶粒及該第二晶粒之各者係安裝於該封裝基板上。
根據一些教示，本發明係關於一種射頻(RF)裝置。該RF裝置包含經組態以產生一RF信號之一收發器。該RF裝置進一步包含與該收發器通信之一功率放大器(PA)，其中該PA經組態以放大該RF信號。該RF裝置進一步包含與該PA通信之一控制電路。該控制電路包含一第一電路，該第一電路經組態以自提供至該PA之一基極電流產生一複本基極電流，其中該複本基極電流表示按一貝他參數按比例調整之該PA之一集極電流。該控制電路進一步包含一第二電路，該第二電路經組態以自一溫度補償電壓及與該PA相關聯之一基極電阻產生一貝他-追蹤參考電流。該控制電路進一步包含一電流操縱電路，該電流操縱電路經組態以基於該複本基極電流及該貝他-追蹤參考電流而產生一比例電流。該RF裝置進一步包含與該PA通信之一天線，其中該天線經組態以促進經放大RF信號之傳輸。
在一些實施例中，該RF裝置可包含諸如一蜂巢式電話之一無線裝置。
在若干實施方案中，本發明係關於一種射頻功率放大器控制電路。該控制電路包含一感測器，該感測器經組態以量測一功率放大器之一基極電流且產生一感測電流。該控制電路進一步包含一感測節點，該感測節點經組態以接收一參考電流且運用該感測電流執行一電流模式操作以產生一誤差電流。該控制電路進一步包含一控制迴路，該控制迴路經組態以基於該誤差電流而產生一控制信號以調整該功率放大器之一操作參數。
在一些實施例中，該功率放大器可包含砷化鎵(GaAs)異質接面雙極電晶體(HBT)功率放大器。該GaAs HBT功率放大器可經組態以依(例如)GSM/GPRS通信協定操作。
在一些實施例中，該感測器可包含一手指感測器，該手指感測器經組態以感測功率放大器之基極電流以產生感測電流。在一些實施例中，該電流模式操作可包含自參考電流減去感測電流以產生誤差電流。在一些實施例中，該功率放大器控制電路在感測器與感測節點之間可實質上無感測電阻器。在一些實施例中，該參考電流可自一外部類比控制電壓獲得。在一些實施例中，該感測節點可經組態以經調節以實質上維持追蹤一電池電壓之一電壓。在一些實施例中，該控制迴路可包含經組態以放大誤差電流之一轉阻放大器。在一些實施例中，控制迴路可包含一封閉控制迴路。在一些實施例中，該功率放大器控制電路可實質上無外部旁路電容器以藉此減小與功率放大器電路相關聯之成本及尺寸。
在一些實施例中，該控制電路可進一步包含一預充電系統，該預充電系統經組態以對該控制電路之一選定節點預充電。該預充電系統可包含一感測器電路，該感測器電路經組態以基於PA之一基極電壓與經選擇低於該PA之一臨限電壓之一參考電壓之比較而產生一控制信號。該預充電系統可進一步包含與該感測器電路通信之一致動器電路，其中該致動器電路經組態以自該感測器電路接收該控制信號。該致動器電路可進一步經組態以基於該控制信號啟用或停用用於對該控制電路之選定節點預充電之一預充電電流。
根據一些實施方案，本發明係關於一種用於控制一射頻功率放大器之方法。該方法包含量測一功率放大器之一基極電流以產生一感測電流。該方法進一步包含執行一參考電流與該感測電流之間之一電流模式操作以產生一誤差電流。該方法進一步包含基於該誤差電流產生一控制信號。該方法進一步包含基於該控制信號調整該功率放大器之一操作參數。
在一些實施方案中，本發明係關於一種射頻(RF)模組。該RF模 組包含經組態以接納複數個組件之一封裝基板。該RF模組進一步包含佈置於該封裝基板上方之一功率放大器。該RF模組進一步包含佈置於該封裝基板上方且互連至該功率放大器之一控制電路。該控制電路包含一感測器，該感測器經組態以量測該功率放大器之一基極電流且產生一感測電流。該控制電路進一步包含一感測節點，該感測節點經組態以接收一參考電流且運用該感測電流執行一電流模式操作以產生一誤差電流。該控制電路進一步包含一控制迴路，該控制迴路經組態以基於該誤差電流而產生一控制信號以調整該功率放大器之一操作參數。該RF模組進一步包含複數個連接器，其等經組態以提供該功率放大器、該控制電路與該封裝基板之間之電連接。
在一些實施例中，該功率放大器可佈置於一第一晶粒上，且該控制電路可佈置於一第二晶粒上，其中該第一晶粒及該第二晶粒之各者係安裝於該封裝基板上。
根據若干實施方案，本發明係關於一種射頻(RF)裝置。該RF裝置包含經組態以產生一RF信號之一收發器。該RF裝置進一步包含與該收發器通信之一功率放大器，其中該功率放大器經組態以放大該RF信號。該RF裝置進一步包含與該功率放大器通信之一控制電路。該控制電路包含：一感測器，其經組態以量測該功率放大器之一基極電流且產生一感測電流；一感測節點，其經組態以接收一參考電流且運用該感測電流執行一電流模式操作以產生一誤差電流；及一控制迴路，其經組態以基於該誤差電流而產生一控制信號以調整該功率放大器之一操作參數。該RF裝置進一步包含與該功率放大器通信之一天線，其中該天線經組態以促進經放大RF信號之傳輸。
在一些實施例中，該RF裝置可包含一無線裝置。此一無線裝置可經組態以操作為(例如)一GSM/GPRS通信裝置。
在一些實施方案中，本發明係關於一種用於一射頻功率放大器 控制電路之預充電系統。該預充電系統包含一感測器電路，該感測器電路經組態以基於一功率放大器(PA)之一基極電壓與經選擇低於該PA之一臨限電壓之一參考電壓之比較而產生一控制信號。該預充電系統進一步包含與該感測器電路通信之一致動器電路，其中該致動器電路經組態以自該感測器電路接收該控制信號。該致動器電路進一步經組態以基於該控制信號啟用或停用用於對該PA控制電路之一選定節點預充電之一預充電電流。
在一些實施例中，該感測器電路可包含一運算放大器比較器，該運算放大器比較器經組態以接收基極電壓及參考電壓作為輸入且產生控制信號作為一輸出。
在一些實施例中，該致動器電路可包含一開關，該開關經組態以基於控制信號而處於一接通狀態或一關斷狀態中以藉此控制預充電電流之啟用或停用。處於接通狀態中之開關可藉由將預充電電流分流至接地而停用該預充電電流。處於關斷狀態中之開關可啟用預充電電流以累積於一主極點電容中。
在一些實施例中，該功率放大器控制電路可包含一控制迴路。該控制迴路可包含經組態以產生不同主極點之一動態主極點電路，其中該動態主極點電路包含主極點電容及一可變主極點電阻。該動態主極點電路可經組態以藉由具有一第一主極點電阻及該主極點電容而產生一第一主極點，或藉由具有一第二主極點電阻及該主極點電容而產生一第二主極點。該第一主極點電阻可高於該第二主極點電阻。該第一主極點電阻可經選擇以產生促進該控制迴路中之一穩定迴路及雜訊減小之一第一時間常數，且該第二主極點電阻可經選擇以產生促進該控制迴路中之一快速鎖定之一第二時間常數。
在一些實施例中，該控制迴路可包含：一基極電流感測器，其經組態以量測PA之一基極電流；及一感測節點，其經組態以接收量 測基極電流及一參考電流且執行一電流模式操作以產生一誤差電流。該控制迴路可進一步包含一轉阻放大器，該轉阻放大器經組態以放大該誤差電流以產生提供至動態主極點電路之一放大信號。該基極電流感測器可包含經組態以感測該基極電流之一手指感測器。
根據若干實施方案，本發明係關於一種用於控制一射頻功率放大器之方法。該方法包含比較一功率放大器(PA)之一基極電壓與經選擇低於該PA之一臨限電壓之一參考電壓。該方法進一步包含基於該比較而產生一控制信號。該方法進一步包含基於該控制信號啟用或停用用於對PA控制電路之一選定節點預充電之一預充電電流。
在若干實施方案中，本發明係關於一種射頻(RF)模組。該RF模組包含經組態以接納複數個組件之一封裝基板。該RF模組進一步包含佈置於該封裝基板上方之一功率放大器(PA)。該RF模組進一步包含佈置於該封裝基板上方且互連至該PA之一PA控制電路。該PA控制電路包含一預充電系統。該預充電系統包含一感測器電路，該感測器電路經組態以基於該PA之一基極電壓與經選擇低於該PA之一臨限電壓之一參考電壓之比較而產生一控制信號。該預充電系統進一步包含與該感測器電路通信之一致動器電路，其中該致動器電路經組態以自該感測器電路接收該控制信號。該致動器電路進一步經組態以基於該控制信號啟用或停用用於對該PA控制電路之一選定節點預充電之一預充電電流。RF模組進一步包含複數個連接器，其等經組態以提供該功率放大器、該控制電路與該封裝基板之間之電連接。
在一些實施方案中，本發明係關於一種射頻(RF)裝置。該RF裝置包含經組態以產生一RF信號之一收發器。該RF裝置進一步包含與該收發器通信之一功率放大器(PA)，其中該PA經組態以放大該RF信號。該RF裝置進一步包含與該PA通信之一PA控制電路。該PA控制電路包含一預充電系統。該預充電系統包含一感測器電路，該感測器電 路經組態以基於該PA之一基極電壓與經選擇低於該PA之一臨限電壓之一參考電壓之比較而產生一控制信號。該預充電系統進一步包含與該感測器電路通信之一致動器電路，其中該致動器電路經組態以自該感測器電路接收該控制信號。該致動器電路進一步經組態以基於該控制信號啟用或停用用於對該PA控制電路之一選定節點預充電之一預充電電流。該RF裝置進一步包含與該PA通信之一天線，其中該天線經組態以促進經放大RF信號之傳輸。
在一些實施例中，該RF裝置可包含一無線裝置。此一無線裝置可經組態以操作為(例如)一GSM/GPRS通信裝置。
為概述本發明之目的，本文中已描述本發明之特定態樣、優點及新穎特徵。應瞭解，不必根據本發明之任一特定實施例達成全部此等優點。因此，可以達成或最佳化如本文中所教示之一優點或優點群組而不必達成如本文中可教示或暗示之其他優點之一方式體現或執行本發明。
100‧‧‧功率放大器(PA)控制組態/功率放大器(PA)控制架構
110‧‧‧功率放大器(PA)/功率放大器(PA)電路
110a‧‧‧功率放大器(PA)/第一功率放大器(PA)
110b‧‧‧功率放大器(PA)/第二功率放大器(PA)
120‧‧‧功率放大器(PA)控制組件/功率放大器(PA)控制器/基於手指之功率放大器控制器(FB-PAC)/功率放大器(PA)控制電路/功率放大器(PA)控制器電路/控制電路
122‧‧‧箭頭
124‧‧‧箭頭
130‧‧‧放大元件/異質接面雙極電晶體(HBT)
132‧‧‧基極電阻/基極電阻器/貝他-追蹤基極電阻
134‧‧‧感測器
150‧‧‧貝他-追蹤參考電流產生器
152‧‧‧複本基極電流產生器
154‧‧‧差動電流操縱電路
160‧‧‧電路
162‧‧‧電路/差動電流操縱電路/電流操縱電路
164‧‧‧電路
166‧‧‧路徑
168‧‧‧路徑
180‧‧‧路徑
200‧‧‧感測節點
202‧‧‧路徑
203‧‧‧路徑
204‧‧‧路徑
206‧‧‧轉阻放大器(TIA)/運算放大器
209‧‧‧路徑
210‧‧‧路徑
211‧‧‧路徑
213‧‧‧路徑
214‧‧‧節點/路徑
215‧‧‧路徑
216‧‧‧路徑
219‧‧‧路徑
220‧‧‧路徑
222‧‧‧路徑
223‧‧‧路徑
224‧‧‧路徑
225‧‧‧路徑
226‧‧‧路徑
227‧‧‧路徑
228‧‧‧路徑
230‧‧‧路徑
231‧‧‧路徑
232‧‧‧路徑
233‧‧‧路徑
234‧‧‧路徑
235‧‧‧路徑
236‧‧‧供應節點
237‧‧‧路徑
238‧‧‧匹配電路
239‧‧‧天線
241‧‧‧路徑
242‧‧‧路徑
243‧‧‧路徑
245‧‧‧路徑
246‧‧‧共同路徑
247‧‧‧共同路徑
248‧‧‧路徑
249‧‧‧路徑
250‧‧‧路徑
251‧‧‧路徑
253‧‧‧路徑
254‧‧‧路徑
255‧‧‧路徑
256‧‧‧路徑
258‧‧‧路徑
259‧‧‧路徑
260‧‧‧路徑
266‧‧‧節點/箝位節點
267‧‧‧供應節點/參考節點(圖3)
269‧‧‧電路
270‧‧‧路徑
271‧‧‧路徑
273‧‧‧運算放大器
274‧‧‧路徑
275‧‧‧路徑
279‧‧‧路徑
300‧‧‧模組/封裝模組/前端模組(FEM)
302‧‧‧功率放大器(PA)晶粒
304‧‧‧輸入連接
306‧‧‧匹配電路/匹配組件
308‧‧‧匹配電路/匹配組件
310‧‧‧輸出連接
314‧‧‧輸入連接
316‧‧‧匹配電路/匹配組件
318‧‧‧匹配組件/匹配組件
320‧‧‧輸出連接
330‧‧‧連接路徑
332‧‧‧連接路徑
334‧‧‧連接路徑
336‧‧‧連接路徑
338‧‧‧連接路徑
350‧‧‧基板/封裝基板
352‧‧‧電接觸墊
354‧‧‧電連接
356‧‧‧接觸墊
360‧‧‧晶粒
362‧‧‧電接觸墊
364‧‧‧電連接
366‧‧‧接觸墊
370‧‧‧匹配電路
380‧‧‧SMD
400‧‧‧無線裝置
402‧‧‧使用者介面
404‧‧‧記憶體
406‧‧‧功率管理組件
408‧‧‧基頻帶子系統
410‧‧‧收發器
412a‧‧‧雙工器
412b‧‧‧雙工器
412c‧‧‧雙工器
412d‧‧‧雙工器
414‧‧‧開關電路/頻帶選擇開關
416‧‧‧天線
420a‧‧‧匹配電路
420b‧‧‧匹配電路
420c‧‧‧匹配電路
420d‧‧‧匹配電路
500‧‧‧感測節點
508‧‧‧路徑
510‧‧‧路徑
512‧‧‧路徑
514‧‧‧路徑
516‧‧‧路徑
530‧‧‧輸出陣列
532‧‧‧感測手指
534‧‧‧路徑
600‧‧‧控制系統
604‧‧‧比較器
608‧‧‧開關/濾波器(圖13)
612‧‧‧開關
614‧‧‧運算放大器比較器
616‧‧‧路徑
618‧‧‧濾波器
620‧‧‧預充電系統
622‧‧‧感測器電路
624‧‧‧致動器電路
626‧‧‧節點
640‧‧‧上邊界
642‧‧‧下邊界
644‧‧‧曲線
646‧‧‧曲線
648‧‧‧預充電曲線
700‧‧‧程序
702‧‧‧方塊
704‧‧‧方塊
706‧‧‧方塊
708‧‧‧方塊
710‧‧‧程序
712‧‧‧方塊
714‧‧‧方塊
716‧‧‧方塊
718‧‧‧方塊
C1‧‧‧電容
I1‧‧‧參考電流
I2‧‧‧箝位電流
Ibase‧‧‧基極電流
Ierror‧‧‧誤差電流
Ifinger‧‧‧感測手指電流
Iprchrg‧‧‧預充電電流
Iramp‧‧‧斜坡電流/參考電流(圖5)
Isense‧‧‧輸出
L‧‧‧扼流電感
L2‧‧‧電感
M0‧‧‧FET/電晶體/第一電晶體
M0/60‧‧‧第二電晶體/按比例調整電晶體
M1‧‧‧電晶體
M2‧‧‧電晶體
M3‧‧‧電晶體
M4‧‧‧電晶體
M5‧‧‧電晶體
R1‧‧‧電阻
R2‧‧‧電阻
R3‧‧‧電阻
R4‧‧‧電阻
R5‧‧‧電阻
Rclamp‧‧‧箝位電阻
Rdom‧‧‧電阻
Rgain‧‧‧電阻
RL‧‧‧負載電阻
Rload‧‧‧負載電阻
Vbase‧‧‧基極偏壓電壓/基極電壓
Vint‧‧‧電壓
VRAMP‧‧‧斜坡電壓
Vref‧‧‧溫度補償參考電壓
VREF1‧‧‧參考電壓
VREF2‧‧‧選定參考電壓
圖1示意性展示藉由一控制器控制之一功率放大器(PA)。
圖2展示圖1之PA控制組態之一更詳細實例。
圖3展示圖2之控制器之一些組件之額外細節。
圖4展示至少部分藉由圖2之控制器控制之一箝位電路之額外細節。
圖5展示在一些實施例中圖2之控制器可經組態以依一電流模式操作。
圖6展示具有一預充電系統之一PA控制系統之一實例。
圖7展示圖6之預充電系統如何可提供與圖6之PA控制系統相關聯之一迴路鎖定獲取之改良效能之一實例。
圖8展示可經實施以控制一PA之一程序。
圖9展示可經實施以控制一PA之另一程序。
圖10展示可藉由本發明之一或多個特徵獲得之效能改良之實例。
圖11展示在一些實施例中本發明之一或多個特徵可實施於一模組中。
圖12展示在一些實施例中圖11之模組可係一封裝模組。
圖13展示在一些實施例中圖9之模組可實施為一積體前端模組。
圖14展示在一些實施例中本發明之一或多個特徵可實施於諸如一蜂巢式電話之一無線裝置中。
本文中所提供之標題(若存在)僅用於方便且未必影響本發明之範疇或意義。
在諸如無線功率放大器(PA)之射頻(RF)應用中，通常監測或箝制自諸如一電池之一電源汲取之一電流，以便使其不超出一指定值以(例如)確保裝置可靠性、防止過度熱產生及延長電池壽命。可期望具有一種電流限制技術，其經實施以確保自電池汲取之電流不超出指定電流限制(例如，最大電流限制)，而同時不限制其他效能度量(諸如，總輻射功率(TRP))或使該等其他效能度量降級且不切換正常操作中之暫態要求(例如，3：1之電壓駐波比(VSWR))。
在一些PA架構中，可直接感測與一PA相關聯之集極電流以促進此箝位功能性。在此等PA架構中，可藉由感測通過一小電阻(例如，一小電阻器)之集極電流及實施藉由感測電流值而得以觸發之一箝位電路來促進箝位。利用集極電流之直接感測的另一設計包含使用與PA之末級串聯之雙結合線及經組態以基於跨結合線之感測電流而觸發之一箝位電路。
可存在與作為限制由一PA汲取之最大電流之一方式之直接感測 相關聯的缺點。例如，當一電阻性感測元件需經插入而與PA陣列串聯時，可發生效率之降級。亦可發生控制器之潛在RF訛誤。在另一實例中，因為感測元件通常需要係一精密電阻性元件，所以直接的感測解決方案亦可增加成本。當不採用一精密感測元件時，箝位技術的精確度通常不足以滿足嚴格箝位要求。
在未直接地感測一PA之集極電流的PA架構中，於極端條件下實施一電流限制組態以確保自電池汲取的電流不超出一指定量可成問題。在一些此等PA架構中，於未知實際電流之情況下，可箝制PA之基極偏壓電壓以使其不超出一指定值。在操作期間未知實際電流值可使基於基極偏壓電壓之箝位的設計變複雜，且(更重要的是)在全部條件下不可有效地將電流限制於指定值。基於基極偏壓電壓之箝位解決方案之一重要弱點可起因於未將(PA之)電晶體(例如，雙極接面電晶體(BJT))裝置隨程序及/或溫度之貝他變動納入考量的事實。據此，大體上證明此一箝位設計並非在全部條件下有效地限制電流。
本文中揭示關於控制射頻(RF)功率放大器(PA)之電路、系統、裝置及方法。圖1展示一PA控制組態100，其中一PA 110與一PA控制組件120通信(例如，箭頭122、124)。在一些實施方案中，此通信可包含一回饋迴路，其中感測與PA 110相關聯之一或多個操作參數，且基於此感測產生一PA控制信號以改良PA 110之效能。如本文中所描述，PA控制組態100可包含可解決一些或全部前述問題之箝位功能性。
針對本文中描述之目的，一貝他參數β可包含集極電流Icollector與基極電流Ibase之間之一比率，使得β=Icollector/Ibase (1)
已運用實驗資料展示方程式1中之前述關係以使其即使在包含極端負載失配(例如，VSWR 12：1)之極端條件及諸如溫度及供應電壓之其他操作條件下亦大體上適用。
在一些實施方案中，一電流箝位架構可經組態以藉由利用前述貝他參數關係間接感測藉由一PA汲取之電流。在一些實施方案中，此一間接感測技術結合產生貝他-追蹤及溫度補償參考電流之一技術可提供一種在一些或全部操作條件下監測藉由該PA汲取之最大電流及/或將該最大電流限制於一指定值之方式。
如本文中所描述，可利用包含以下之一些或全部之一組合而以一有效及精確方式箝制一基極偏壓電壓：(i)如方程式1中所給定之一PA之DC集極電流與基極電流之間之關係；(ii)在PA之基極處之基極電流之一複本；及(iii)追蹤隨程序及/或溫度之貝他變動之一參考電流。
圖2展示一例示性PA控制組態100，其可經組態以包含具有本文中所描述之一或多個特徵之一箝位架構。儘管在基於異質接面雙極電晶體(HBT)之PA之例示性背景內容中描述，然將瞭解本發明之一或多個特徵亦可實施於基於其他類型之電晶體之PA中。再者，儘管在基於手指之功率放大器控制器(FB-PAC)之例示性背景內容中描述，然將瞭解本發明之一或多個特徵亦可實施於其他類型之PA控制器中。
例示性組態100經展示以包含耦合至一PA控制器120之一PA 110。PA控制器120可包含一複本基極電流產生器152(圖2中之「Ibase_複本產生器」)，該複本基極電流產生器152經組態以產生(透過路徑225)提供至PA 110且藉由PA 110消耗之基極電流之一按比例調整或未按比例調整版本。此複本基極電流可採用為按其貝他按比例調整之PA集極電流。
PA控制器120可進一步包含一貝他-追蹤參考電流產生器150(圖2中之「貝他-追蹤Iref產生器」)，該貝他-追蹤參考電流產生器150經組態以藉由(透過路徑228)將一溫度補償能隙電壓提供至PA 110上之一基極電阻(例如，一基極電阻器)132上而產生一貝他-追蹤參考電流。基極電阻器132可經組態以追蹤用於PA設計中之BJT程序之貝他。在一 些實施例中，基極電阻器132可自與一HBT堆疊之基極層相同之層製造，且可具有與BJT裝置之基極類似之特性。
在一些實施例中，基極電阻器132可經組態以大體上隨溫度反追蹤貝他。因此，提供至基極電阻器132之電壓可以可使得所得參考電流隨程序及溫度追蹤貝他之方式進行溫度補償。
可分別利用前述實例中所產生之複本基極電流及貝他-追蹤參考電流以產生一複本基極電壓及貝他-追蹤參考電壓。例如，可分別將複本基極電流及貝他-追蹤參考電流提供至一匹配電阻(例如，一匹配電阻器)以產生複本基極電壓及貝他-追蹤參考電壓。
一差動電流操縱電路154(圖2中之「Ibase_箝位」)可經組態以(透過路徑226、227)接收並(例如，實質上連續地)比較複本基極電壓與貝他-追蹤溫度補償參考電壓，且將一比例電流操縱至接地或一PA基極驅動器之一箝位節點。在一些實施方案中，可將一箝位電流操縱至PA基極驅動器之箝位節點中以在複本基極電壓超出貝他-追蹤參考電壓之情況下箝制PA基極偏壓電壓。本文中更詳細描述關於差動電流操縱電路154之額外實例。
在圖2中，例示性PA 110經展示以包含透過路徑225、230及231自PA控制器120接收基極電流Ibase之一放大元件130(例如，一HBT)。HBT 130之基極亦可(透過路徑279)接收待放大之一RF信號。放大之RF信號經展示以透過路徑235(例如，透過集極)自HBT 130輸出。接著，可(透過路徑237)將放大之RF信號提供至一匹配電路238、一切換電路(未展示)，且接著提供至一天線239以用於傳輸。
在例示性PA 110中，自一供應節點236提供至HBT 130之集極之供應電流(Icollector)可通過(例如)一扼流圈電感L。
圖2展示在一些實施例中將基極電流Ibase自PA控制器120提供至PA 110之路徑225、230可係一控制迴路之部分。例如，亦可透過路徑 232將提供至HBT 130之基極之基極電流Ibase提供至諸如一手指感測器之一感測器134。本文中更詳細描述此一感測器之實例。
感測器134(在路徑233、203處)呈一電流形式之一輸出(Isense)經展示以與一斜坡電流(在路徑202處之Iramp)組合，且可藉由(例如)一轉阻放大器(TIA)206放大仍呈一電流形式之該組合(例如，藉由自Iramp直接減去Isense)。可選擇跨TIA 206之一電阻R1以設定涉及感測器134之前述控制迴路之一增益。本文中更詳細描述關於感測電流Isense之前述電流域操作以及維持感測節點處(Iramp及Isense相交處)之一參考電壓(Vref)之實例。
TIA 206之輸出經展示以提供至路徑209且(透過路徑210、電阻R2、路徑211、124、215)與差動電流操縱電路154耦合。可將與差動電流操縱電路154之輸出組合之節點214處之所得電壓(透過路徑216)提供至一FET(例如，一MOSFET)M0以用於產生一複本基極電流。在路徑216處之相同電壓亦經展示以透過路徑234提供至複本基極電流產生器152。TIA 206之輸出亦經展示以在R2之後之一節點處透過路徑210、電容C1及路徑213耦合至接地。應注意，從控制器角度來看，節點處(路徑214、215及216相交處)之所關注信號係轉譯至驅動PA之基極電壓之一電壓。然而，從電流箝位角度來看，電流操縱電路將電流推入TIA輸出(209)中且推至此節點，此導致逐漸產生更動控制器電壓之電壓且因此導致將PA之基極電壓保持在一「箝位」電壓。
電晶體M0經展示以在其閘極(透過路徑216)接收比較器-輸出電壓。M0之源極經展示以(透過路徑219)連接至一供應節點267，且M0之汲極經展示以(透過路徑220)連接至一負載電阻RL，該負載電阻RL繼而(透過路徑222)接地。M0之汲極亦經展示以透過路徑220、223及224耦合至複本基極電流產生器152。
如本文中所描述，可直接感測PA之集極電流，且可比較該集極 電流與一貝他-追蹤溫度補償參考電流。基於此一比較，PA基極偏壓電壓可經箝制使得自一電池汲取之總電流在各種環境及裝置操作條件下不超出一指定值。
圖3展示如何可組態關於圖2描述之差動電流操縱電路154之一實例。整體指示為160之一電路可提供與圖2之貝他-追蹤參考電流產生器150相關聯之一些或全部功能性。例如，追蹤貝他參數且經溫度補償之一參考電流經展示以由電路160產生。更特定言之，(透過路徑258)來自一參考節點267之一參考電流經展示以通過一電晶體(例如，一MOSFET)M4以在路徑259中產生提供至PA 110之基極電阻132之一電流。因為基極電阻132可追蹤HBT 130之貝他，所以路徑228中之參考電流可係一貝他-追蹤參考電流。
如圖3中所展示，可組合一溫度補償特徵及前述貝他-追蹤特徵以產生一溫度補償貝他-追蹤參考電壓。例如，來自一能隙電路之一與絕對溫度成比例(PTAT)電流可用以在電路160之一輸入處產生一溫度補償參考電壓(Vref)。接著，可使此溫度補償參考電壓跨PA 110之貝他-追蹤基極電阻132降低。因此，如藉由(Vref(temp)/Rb(beta,temp))給定，Vref(其係溫度及基極電阻(Rb，其係溫度及貝他兩者之一函數)之一函數)可用以產生參考電流。因此，此一參考電流係溫度補償及貝他-追蹤兩者。
電路160之輸出經展示以(透過路徑260)提供至一電晶體(例如，一MOSFET)M3以便控制(透過路徑254)來自參考節點267之參考電流之流動。M3及M4可實質上類似地組態，使得路徑255中離開M3之電流係路徑228中之溫度補償貝他-追蹤參考電流之一複本。如本文中所描述，可藉由整體指示為162之電路比較此一參考電流與一複本基極電流。
在圖3中，可藉由整體指示為164之電路將前述複本基極電流提 供至路徑242。例示性電路164經展示以實施為一按比例調整電流鏡組態，其中來自參考節點267之一參考電流通過一第一電晶體(例如，一MOSFET)M0及一第二電晶體(例如，一MOSFET)M0/60之各者。將一電壓Vint(節點266處)提供給M0及M0/60之閘極之各者，該電壓Vint可係路徑216(圖2)處之一手指感測器補償參考電壓。在例示性按比例調整電流鏡中，第二MOSFET M0/60經組態以在路徑242處產生自路徑166中之電流按60之一因數按比例調整之一複本電流。將瞭解，亦可利用其他比例因數值。
如圖3中所展示，來自M0之參考電壓經展示以透過路徑166及168、電阻R3及路徑231提供至PA 110之一HBT 130之基極。
在圖3中，整體指示為162之一電路可提供與圖2之差動電流操縱電路154相關聯之一些或全部功能性。例示性操縱電路154經展示以包含電晶體(例如，MOSFET)M1及M2，其中其等源極(透過共同路徑246、247及用於M1之路徑248及用於M2之路徑250)自參考節點267接收參考電流I1。M1之汲極經展示以(透過路徑249)耦合至接地；且M2之汲極經展示以(透過路徑251、215)將一箝位電流I2提供至一箝位節點。在一些實施例中，M1及M2可實質上類似，以便容許基於對應於路徑255中之貝他-追蹤溫度補償參考電流與路徑242中之複本基極電流之電壓之比較而操縱參考電流I1。
貝他-追蹤溫度補償參考電壓可藉由透過路徑256將貝他-追蹤溫度補償參考電流提供至一箝位電阻(Rclamp)而產生。類似地，複本基極電壓可藉由透過路徑243將複本基極電流提供至一箝位電阻(Rclamp)而產生。在一些實施例中，其等各自路徑256及243處之箝位電阻可實質上類似，以便容許前述電壓比較。
前述貝他-追蹤溫度補償參考電壓經展示以(透過路徑245)提供至M2之閘極。類似地，前述複本基極電壓經展示以(透過路徑253)提供 至M1之閘極。基於此一組態，差動電流操縱電路162可比較前述電壓且將比例電流操縱至接地或一PA基極驅動器之箝位節點。
圖4展示可實施為一基於手指之功率放大器控制器(FB-PAC)120之一部分之前述基極驅動器之一實例。(透過路徑215)自電流操縱電路162提供至箝位節點之電流經展示以促進藉由FB-PAC 120產生基極偏壓電壓Vbase，且透過指示為180之一路徑提供至PA。例如，可組合藉由電流操縱電路162(透過路徑215)提供之電流與通過電阻R2之運算放大器206之輸出以在箝位節點266處產生電壓Vint。可如本文中關於圖2所描述般實施與運算放大器206及相關組件相關聯之電路。
在圖4中，整體指示為269之一電路展示如何可自按比例調整電晶體M0/60之汲極產生複本基極電流之一實例。如本文中所描述，M0/60之源極可(透過路徑241)耦合至供應節點267，且可將箝位節點266之Vint提供給M0/60之閘極以便控制參考電流之流動。來自M0/60之汲極之電流可通過一電晶體(例如，一MOSFET)M5。可(透過路徑274)將(透過路徑271)放大M0/60之輸出之一運算放大器273之一輸出提供給M5之閘極。運算放大器273亦經展示以供應有基極偏壓電壓Vbase。可(透過路徑270)藉由60xRL之一電阻將提供至運算放大器273之M0/60之輸出轉換成一電壓。在路徑275處之M5之汲極處之所得電流經展示以用作為如本文中所描述之複本基極電流。
在用於諸如GSM/GPRS之蜂巢式應用之一些PA控制組態中，可需要一大型調節器；且此一調節器可係昂貴的，且可影響附加功率效率(PAE)。一些PA控制系統可經組態以消除對此一大型調節器之需要，以藉此減小成本且改良PAE。然而，對RF訛誤及DC偏移之敏感度可仍提出挑戰。此外，亦可遭受電壓駐波比(VSWR)中切換暫態(SWT)及功率對時間(PvT)之降級及總輻射功率(TRP)效能之缺乏。
解決前述問題之一些解決方案可涉及高成本，此防止廣泛採用 於一般GSM/GPRS市場。再者，在GaAs程序之例示性背景內容中，一些GaAs PA控制可受與(例如)GaAs HBT(異質接面雙極電晶體)程序相關聯之限制阻礙。例如，此等限制可包含缺乏修整能力(在一些PA控制電路中通常需要修整能力)。
與PA相關聯之一些期望特徵可包含由架構實現之較低成本、包含PAE及TRP之優越效能、改良之穩健性及容易使用(例如，一架構可期望地應解決對RF訛誤及DC偏移之敏感度，且達成VSWR中之穩健SWT/PvT操作)及小模組尺寸。此等期望特徵可應用於GSM/GPRS及其他通信協定。在例示性GSM/GPRS協定之背景內容中，一PA之功率控制架構可發揮重要作用。此一架構可對成本、效能、穩健性及模組尺寸具有深遠影響。在一些情境中，該架構可係商業GSM/GPRS PA產品中最重要的區分因數之一者。本文中描述可提供一功率控制架構之一或多個特徵，該功率控制架構提供成本、效能、穩健性、尺寸或其任一組合方面之優點。在一些實施方案中，全部此等有利特徵可藉由具有本文中所描述之一或多個特徵之一功率控制架構實行。
在一些實施方案中，一功率控制架構可包含三個組件：功率偵測、在一控制器中處理偵測信號及致動藉由該控制器產生之一控制信號。用於功率偵測之方法可包含(例如)直接偵測及間接偵測。直接偵測通常涉及一RF耦合器及RF偵測器。間接偵測可利用一給定PA之RF功率與DC特性之間之一關係。許多現代GSM/GPRS PA利用間接偵測以減小成本及尺寸。
上文提及之功率致動通常包含集極電壓控制及基極電流控制。一些架構使用一輸出級之集極電壓作為PA之功率之一量度。此一架構可藉由(例如)透過一大低壓降(LDO)調節集極電壓而控制PA功率。在許多情境中，歸因於LDO壓降，大LDO不僅增加成本，而且可使PAE降級。
在一些PA控制架構(諸如，一整合式PA控制(IPAC))中，可消除對一大LDO之需要，藉此減小成本且改良PAE。此外，一PA實質上可始終在電流飽和中操作，從而導致在不同功率位準之改良電流消耗。在此一IPAC架構中，一偵測DC電流透過一高精度感測電阻器直接轉換成電壓。感測電阻器之值通常需要係小的，以便最小化跨電阻器之電壓降。儘管小電壓信號最小化PAE降級，然歸因於誤差放大器對RF訛誤及DC偏移之敏感度，可在控制器中信號之後續處理中提出挑戰。為解決此等問題，一些IPAC組態可包含顯著RF旁通及修整電路。
在一些實施例中，上文所提及之功率偵測可包含其中藉由一感測手指達成一輸出陣列電流之感測之方法。此一感測手指可經組態以緊密追蹤輸出陣列。接著，透過一感測電阻器將此一組態中之手指電流轉換成小電壓。接著，藉由控制器處理電壓信號。在標題為「Closed Loop Power Amplifier Control」之美國專利第6,734,729中可找到關於例示性感測手指之額外細節，該案之全文以引用的方式明文併入本申請案之說明書中且應視為本申請案之說明書之部分。
在一些實施方案中，本發明係關於一種包含與電流模式控制操作相關聯之一或多個特徵之PA控制架構。如本文中所描述，可結合前述手指感測組態實施此一電流模式PA控制。儘管以此一例示性感測組態進行描述，然將瞭解本發明之一或多個特徵亦可實施於其他感測組態中。亦將瞭解，本發明之一或多個特徵可實施於其他類型之PA中(例如，除HBT外之PA及/或除基於GaAs程序技術之PA外之PA)。
圖5展示在一些實施方案中一PA控制架構100可基於前述基於手指之IPAC功率偵測方法。此一架構可類似於本文中關於圖2及圖4所描述之控制架構實例或可係其等之一替代。
如本文中所描述，可實施一PA電路110(例如，一HBT PA)中之一感測手指532(例如，1x)以改良依DC電流追蹤一輸出陣列530(例如， 70x)之精確度。此一感測組態可包含共用一共同DC鎮流電阻器之手指532及輸出陣列530。亦可將手指532放置於改良熱追蹤之一佈局位置處。手指532之一負載電阻(Rload)可經選擇而具有提供輸出功率(Pout)對電池電壓(Vbat)之相依性之補償之一值，藉此改良跨Vbat之功率控制精確度。
圖5展示在一些實施例中未將一手指電流(Ifinger)轉換成電壓。代替性地，代替性地，一PA控制電路120中之手指電流之類比信號處理可保持於電流域中。PA控制電路120經展示以包含經組態以促進此一電流模式操作之一感測節點500。可直接自路徑508中之一參考電流(Iramp)減去路徑510中之感測手指電流(Ifinger)(源自感測手指532之輸出通過路徑534、電阻Rload及電感L2)。在關於圖2及圖4描述之實例中，路徑510可類似於路徑203，且路徑508可類似於路徑202。
在一些實施例中，參考電流Iramp可自一外部類比控制電壓(例如，一GSM/EDGE系統中之一Vramp信號)導出。可透過路徑508將參考電流Iramp注入至感測節點200。感測節點200可經調節以實質上維持在追蹤Vbat之一電壓(Vsense)(例如，Vsense=Vbat-0.4V)。
如圖5中進一步展示，自感測節點500產生之一誤差電流(Ierror)可(透過路徑512)提供至一轉阻放大器(TIA)206且藉由該轉阻放大器(TIA)206放大。在一些實施例中，路徑512及TIA 206可類似於圖2及圖4中之路徑204及運算放大器206。可選擇跨TIA 206之一電阻(Rgain，其可類似於圖2及圖4中之R1)以設定圖5中之例示性控制迴路之一增益。TIA 206之一輸出電壓可透過路徑514提供至一RF濾波器(例如，Rdom及Cdom)，且接著透過路徑516提供至一基極驅動器。該基極驅動器可包含可類似於圖2及圖4中之M0之一電晶體M0。如本文中所描述，可將該驅動器之輸出連接至PA之基極，藉此封閉控制迴路。
如在前述實例中所描述，藉由在電流域中處理感測信號(例如，手指感測信號)，PA控制架構不必依靠需要修整之一高精度感測電阻器及/或一高精度誤差放大器。此外，電流模式信號處理對RF訛誤可更具穩健性，藉此放寬對RF旁通之要求。例如，一基於非電流模式之IPAC或基於手指之IPAC可包含3個至6個外部旁路電容器以促進功率偵測及功率控制功能性。比較而言，例示性基於電流感測及控制組態無需任何外部旁路電容器。在其中需要或期望一旁路電容器之情境中，可將此一電容器整合於一控制器晶粒中。
在一些實施方案中，如本文中所描述之電流模式處理技術可提供若干優點。此一技術可消除對一高精度感測電阻器及/或一高精度誤差放大器的需要，此繼而可消除對修整的需要，且容許使用相對於更昂貴程序(例如，一BiCMOS程序)之較低成本的程序(例如，一CMOS程序)。此外，電流模式信號處理可顯著改良對RF訛誤之穩健性，藉此放寬對RF旁通之要求。據此，無需諸如外部旁路電容器之組件可能導致一PA控制模組之成本及尺寸的減小。
在一些無線應用(例如，GSM/GPRS)中，可藉由一外部電壓參考來設定一功率放大器之一輸出功率。一旦施加此一參考電壓，通常可期望限制可基於諸如頻率、輸入功率、供應電壓及溫度之因數而發生的輸出功率變動。
為完成輸出功率變動之此限制，可利用一控制系統。此一控制系統可基於(例如)類比振幅控制迴路。此等迴路可涉及若干因數。例如，一迴路之穩定性通常為一重要因數。為獲得一穩定控制迴路，可在迴路內建立遠低於RF頻率之一主極點。亦可利用此一主極點以防止來自控制電路之過度的頻帶外雜訊比重。
在其他設計考量中，通常期望組態一控制迴路以在斜坡開始之前相對快速安定，以便符合(例如)功率對時間(PVT)遮罩及/或切換暫 態頻譜(SWT)規範。簡而言之，通常期望使控制迴路達成快速鎖定，且接著在叢發期間漸增至其最終值。
為了鎖定迴路，可施加一初始恆定外部參考電壓。通常，此一參考電壓具有足夠低功率，使得其不違反一給定PVT遮罩。此一電壓有時稱作為「基座(pedestal)」電壓，且對應功率稱作為「基座」功率。類似地，藉由使用此一基座電壓達成之一控制迴路鎖定時間通常稱作為基座獲取時間或鎖定獲取時間。
在一些實施方案中，可利用具有一大時間常數之一相對較小的主極點以建立一穩定迴路，且移除或減小與控制電路相關聯之雜訊。另一方面，一快速迴路鎖定獲取通常運用具有一小時間常數之一相對較大主極點來達成。為解決此等衝突設計考量，可採用一振幅鎖定獲取以滿足迴路穩定性及快速迴路獲取設計目標。
在利用此等技術之系統中，可採用一動態主極點及預充電方法以加速迴路獲取。在其中藉由使用預充電及動態極點加速迴路獲取之此等系統中，預充電控制可發揮重要作用。
在一些技術中，可運用一開放迴路控制一預充電系統。在此一系統中，可將該迴路預充電至不違反設計參數(諸如，PVT遮罩及前向絕緣)之一足夠低值。相應地，未充分利用此一預充電；且可能無法獲得一理想或所要迴路獲取時間。本文中更詳細描述預充電持續時間、PVT遮罩違例與迴路獲取時間之間之折衷之實例。
圖6展示一例示性控制系統600，其包含可經組態以提供如本文中所描述之一或多個特徵之一預充電系統620。預充電系統620可組態有一回饋，該回饋在啟動期間將一PA控制迴路之一所要節點(例如，Vbase)充電至恰低於PA接通臨限值之一點(VREF2)，使得避免或減小前向絕緣問題及PVT違例。因此，可顯著加速迴路獲取。
如圖6中所展示，例示性預充電系統620可包含一感測器電路622 及一致動器電路624。感測器電路622可經組態以(透過路徑616)(例如，連續地)監測PA 110之基極電壓(Vbase)，且比較其與低於PA臨限電壓之一選定參考電壓(VREF2)。在一些實施例中，此一比較可藉由(例如)一運算放大器比較器614達成。基於所監測Vbase與VREF2之比較，感測器電路622可在節點626處產生一控制信號。
在一些實施例中，致動器電路624可透過節點626與感測器電路622通信以便接收藉由感測器電路622產生之控制信號。基於該控制信號，致動器電路624可啟用或停用可用以對PA控制迴路之(若干)選定節點充電之一預充電電流(Iprchrg)。在一些實施例中，此啟用或停用預充電電流(Iprchrg)可藉由(例如)一開關612達成，該開關612經組態以基於來自感測器電路622之控制信號而閉合或斷開。例如，當開關612閉合時，可停用預充電電流。當開關612斷開時，可啟用預充電電流。
如圖6中所展示，例示性預充電系統620可藉由調整源自Rdom及Cdom之RC值而進一步包含一動態極點能力。例如，與一動態主極點相關聯之一電阻(Rdom)可包含電阻R4及R5；且當期望改變RC值時，可(例如，藉由一開關608)旁通R4及R5之一者。在低功率下，可閉合開關608以使R4短路，可對Cdom預充電以建立良好偏壓點以加速快速鎖定迴路。當斷開開關608時，可增加Rdom以增加RC值；且時間常數之此一增加可促進一穩定迴路且移除或減小與控制電路相關聯之雜訊。
在圖6之實例中，開關608可藉由比較一參考電壓(VREF1)與一斜坡電壓(VRAMP)之一比較器604之輸出進行操作。再者，在圖6之實例中，可以類似於本文中關於圖2至圖5所描述之方式組態PA控制迴路之其他部分(例如，電流模式感測節點500、TIA 206、M0(M_DRIVE)及PA 110之手指感測器)。儘管在此一例示性控制迴路組 態之背景內容中描述，然將瞭解，與預充電系統620相關聯之一或多個特徵可實施於其他類型之控制系統中。
可操作前述預充電系統620以(例如)運用適量電壓(例如，恰低於PA接通臨限值之一量)對Vbase充電以藉此更佳地利用預充電功能性。運用前述基於回饋之預充電組態，針對PA控制迴路非常快速地獲得迴路鎖定獲取，而不阻礙其他效能度量。
圖7展示藉由模擬獲得之各種曲線圖(作為時間之函數)，其等證實預充電系統620如何可顯著加速迴路獲取而不使PVT效能降級。在圖7中，藉由一上邊界640及一下邊界642指示一例示性PVT遮罩規範。藉由曲線644描繪之一預充電實例涉及暫時超出上邊界640藉此違反PCT遮罩規範之一過度預充電(例如，嘗試加速迴路獲取)。如藉由曲線646所展示，為避免此PVT違例，可施加較小預充電。然而，預充電之此一減小延長迴路獲取時間，此可不符合設計規範。
圖7進一步展示可藉由使用圖6之預充電系統620獲得之一預充電曲線648。可見藉由此一預充電曲線符合PVT遮罩及迴路鎖定獲取時間規範兩者。如本文中所展示及描述，此一有利特徵可源自預充電適量Vbase達適量時間。
圖8展示可經實施以控制一功率放大器(PA)之一程序700。在方塊702中，可產生一複本基極電流，其中該複本基極電流表示按一貝他參數按比例調整之PA之一集極電流。可自藉由PA消耗之一基極電流產生此一電流。在方塊704中，可自一溫度補償電壓(例如，能隙電壓)及PA上之一基極電阻器產生一貝他-追蹤參考電流。在方塊706中，可基於複本基極電流及貝他-追蹤參考電流而產生一比例電流。在方塊708中，可在一選定條件下(例如，在複本基極電流超出貝他-追蹤參考電流之情況下)將該比例電流提供至一PA基極驅動器之一箝位節點。
圖9展示可經實施以控制一功率放大器(PA)之一程序710。在方塊712中，可量測PA之一基極電流以產生一感測電流。在方塊714中，可在一參考電流與感測電流之間執行一電流模式操作以產生一誤差電流。例如，可自參考電流減去感測電流以產生誤差電流。在方塊716中，可基於誤差電流產生一控制信號。在方塊718中，可基於該控制信號調整PA之一操作參數。例如，可基於該控制信號調整基極電流。
圖10展示可藉由如上文中所描述之一箝位技術達成之效能之一實例。該實例展示在不同溫度及Vdd下且在可視為極端條件(例如，20：1之VSWR、最大Vramp(例如，2.1V))之條件下透過差動電流操縱電路154(圖2中之「Ibase_clamp」)自一電池汲取之最大電流(Ibatt)之曲線圖。將各種曲線繪製為相位之函數。
在圖10中，展示2.4A之最大容許規範之一實例。各種Ibatt曲線遠低於此指定值，其中最高值為約2.25A。因此，可見如本文中所描述之技術可在廣泛範圍之條件下提供一有效箝位功能性。
在一些實施方案中，具有本文中所描述之一或多個特徵之一裝置及/或一電路可包含於一模組中。圖11示意性描繪一例示性模組300，且圖12展示其中可將此一模組實施為一封裝模組之一實例。
在圖11中，例示性模組300經展示以包含一PA晶粒302，該PA晶粒302包含複數個PA(例如，HBT PA)110。在一些實施例中，此等PA可包含如本文中所描述用於促進箝制基極偏壓電壓之基極電阻器。PA 110經展示以與一PA控制器120互連(箭頭122、124)。此等互連可包含如本文中所描述之控制迴路之一或多個特徵。在一些實施例中，PA控制器120可實施於與PA晶粒302分離之一晶粒中。在一些實施例中，PA控制器120可實施於與PA晶粒302相同之晶粒中。
模組300可包含連接路徑332、334、336，其等可促進PA控制器 120之各種操作。該等連接路徑332、334、336可包含(例如)用於提供如本文中所描述之各種電流及/或電壓之連接。模組300亦可包含其他連接路徑330、338以促進(例如)接地及其他功率及/或信號。
在例示性模組300中，PA晶粒302經展示以包含兩個例示性PA 110a、110b。然而，將瞭解，可實施其他數目個PA通道。在兩個PA通道之背景內容中，第一PA 110a經展示以透過一輸入連接304提供有一輸入信號。此一輸入可通過一匹配電路306，且PA 110a之一輸出亦可通過一匹配電路308。可透過一輸出連接310自該模組輸出經匹配輸出信號。類似地，第二PA 110b經展示以透過一輸入連接314提供有一輸入信號。此一輸入可通過一匹配電路316，且PA 110b之一輸出亦可通過一匹配電路318。可透過一輸出連接320自該模組輸出經匹配輸出信號。
在圖12之例示性封裝模組300中，具有如本文中所描述之一功率放大器電路110之一晶粒302經展示以安裝於一基板350上。可使用包含本文中所描述之實例之若干半導體程序技術製造此一晶粒。晶粒302可包含複數個電接觸墊352，其等經組態以容許在晶粒302與形成於封裝基板350上之接觸墊356之間形成諸如線結合之電連接354。
具有如本文中所描述之一PA控制器電路120之一個別晶粒360經展示以安裝於基板350上。可使用包含本文中所描述之實例之若干半導體程序技術製造此一晶粒。晶粒360可包含複數個電接觸墊362，其等經組態以容許在晶粒360與形成於封裝基板350上之接觸墊366之間形成諸如線結合之電連接364。
封裝基板350可經組態以接納諸如晶粒302、360之複數個組件及一或多個SMD(例如，380)。在一些實施例中，封裝基板350可包含一疊層基板。
在例示性封裝模組300中，一匹配電路370可實施於基板350上或 基板350內。此一匹配電路370可包含關於圖11描述之一些或全部匹配組件306、308、316、318。
在一些實施例中，模組300亦可包含一或多個封裝結構以(例如)提供保護且促進更容易處置模組300。此一封裝結構可包含形成於封裝基板350上方且經設定尺寸以實質上囊封該封裝基板350上之各種電路及組件之一包覆模製件。
將瞭解，儘管在基於線結合之電連接之背景內容中描述模組300，然本發明之一或多個特徵亦可實施於其他封裝組態中，包含覆晶組態。
圖13展示在一些實施例中本發明之一或多個特徵可實施於經組態以促進傳輸及接收功能性之一前端模組(FEM)300中。例示性FEM 300係描繪為提供用於高及低頻帶之傳輸路徑TX_HB及TX_LB。與高頻帶相關聯之一RF信號可接收於一輸入接針TX_HB_IN處且提供至一DC區塊電容，且接著提供至一第一PA 110a之複數個級。類似地，與低頻帶相關聯之一RF信號可接收於一輸入接針TX_LB_IN處且提供至一DC區塊電容，且接著提供至一第二PA 110b之複數個級。第一Pa 110a及第二Pa 110b經展示以與具有如上文中所描述之一或多個特徵之一控制電路120通信。控制電路120經展示以與複數個接針通信以用於接收如本文中所描述之功率(例如，Vbatt、Vramp)以及與該控制電路之各種操作相關聯之信號。
在圖13中，控制電路120進一步經展示以將一控制信號提供至一開關電路414，該開關電路414經組態以提供各種切換功能性。例如，可藉由開關電路414提供TX/RX及頻帶選擇切換功能性。
在圖13中，來自第一PA 110a之放大RF信號經展示以透過(例如)一輸出匹配電路308、一DC區塊電容及一濾波器608路由至開關電路414。類似地，來自第二PA 110b之放大RF信號經展示以透過(例如)一 輸出匹配電路318、一DC區塊電容及一濾波器618路由至開關電路414。
在一些實施例中，諸如圖13之實例之一前端模組可經組態以針對能夠操作於(例如)GSM850/GSM900及DCS1800/PCS1900頻帶中之四頻帶蜂巢式手機提供以一低輪廓緊緻外觀尺寸實施之整合式功率放大器控制。此一模組可經組態以提供一實質上完全傳輸VCO至天線功能性及天線至接收SAW濾波器功能性。圖13之例示性FEM亦可經組態以支援12級通用封包無線電服務(GPRS)多時槽操作及EDGE下行連路。
在一些實施方案中，具有本文中所描述之一或多個特徵之一裝置及/或一電路可包含於諸如一無線裝置之一RF裝置中。此一裝置及/或此一電路可直接以本文中所描述之一模組化形式或以其之一些組合實施於無線裝置中。在一些實施例中，此一無線裝置可包含(例如)一蜂巢式電話、一智慧型電話、具有或不具有電話功能性之一手持式無線裝置、一無線平板電腦等。
圖14示意性描繪具有本文中所描述之一或多個特徵之一例示性無線裝置400。在用於一PA之一控制電路之背景內容中，如本文中所描述之一或多個PA 110經展示以藉由一PA控制電路120予以控制。此等PA及控制器可促進(例如)無線裝置400之多頻帶操作。在其中將PA及其等匹配電路封裝至一模組中之實施例中，此一模組可藉由一虛線框300表示。
PA 110可自一收發器410接收其等各自RF信號，該收發器410可以已知方式組態及操作以產生待放大及傳輸之RF信號且處理接收之信號。收發器410經展示以與一基頻帶子系統408互動，該基頻帶子系統408經組態以提供適用於一使用者之資料及/或語音信號與適用於該收發器410之RF信號之間之轉換。收發器410亦經展示以連接至一功 率管理組件406，該功率管理組件406經組態以管理用於操作無線裝置之功率。此功率管理亦可控制基頻帶子系統408及模組300之操作。
基頻帶子系統408經展示以連接至一使用者介面402以促進語音及/或資料之各種輸入及輸出提供至使用者及自該使用者接收該等輸入及輸出。基頻帶子系統408亦可連接至經組態以儲存資料及/或指令之一記憶體404以促進無線裝置之操作及/或提供用於使用者之資訊之儲存。
在例示性無線裝置400中，PA 110之輸出經展示以(經由匹配電路420)匹配且經由其等各自雙工器412a至412d及一頻帶選擇開關414路由至一天線416。頻帶選擇開關414可包含(例如)一單極多投(例如，SP4T)開關以容許選擇一操作頻帶(例如，頻帶2)。在一些實施例中，各雙工器412可容許使用一共同天線(例如，416)同時執行傳輸及接收操作。在圖14中，接收之信號經展示以路由至可包含(例如)一低雜訊放大器(LNA)之「Rx」路徑(未展示)。
若干其他無線裝置組態可利用本發明所描述之一或多個特徵。例如，一無線裝置不必係一多頻帶裝置。在另一實例中，一無線裝置可包含額外天線(諸如，分集式天線)及額外連接能力特徵(諸如，Wi-Fi、藍芽及GPS)。
除非上下文明確另有要求，否則貫穿描述及申請專利範圍，字詞「包括」、「包含」及類似物應理解為包含意義，而非理解為排他性或詳盡性意義；即，應理解成「包含，但不限於」之意義。如本文中普遍使用之字詞「耦合」指代可直接連接或藉由一或多個中間元件連接之兩個或兩個以上元件。此外，字詞「本文」、「上文」、「下文」及類似意思之字詞在用於本申請案中時應指代作為本申請案之整體，且並非指代本申請案之任何特定部分。在上下文允許之情況下，在上文描述中使用單數或複數之字詞亦可分別包含複數或單數。字詞「或」 係關於兩個或兩個以上項目之一清單，該字詞涵蓋字詞之全部以下解釋：清單中之任一項目、清單中之全部項目及清單中之項目之任一組合。
本發明之實施例之上文詳細描述不旨在詳盡或將本發明限制於上文所揭示之精確形式。雖然上文為闡釋之目的描述本發明之特定實施例及實例，但是如熟習相關技術者所認知，各種等效修改在本發明之範疇內亦係可行的。舉例而言，雖然程序或方塊以給定順序呈現，但是替代實施例可以不同順序執行具有步驟之常式或採用具有方塊之系統，且一些程序或方塊可刪除、移動、添加、細分、組合及/或修改。此等程序或方塊之各者可以多種不同方式實施。再者，雖然程序或方塊有時係展示為串列執行，但是可代替性地並列執行或可在不同時間執行此等程序或方塊。
本文中提供之本發明之教示可應用於其他系統，不一定係上文所描述之系統。可組合上文所描述之各種實施例之元件及動作以提供進一步實施例。
儘管已描述本發明之一些實施例，然此等實施例僅藉由實例呈現且並非旨在限制本發明之範疇。實際上，本文中所描述之新穎方法及系統可以各種其他形式體現；此外，在不脫離本發明之精神之情況下，可作出呈本文中所描述之方法及系統之形式之各種省略、替代及改變。隨附申請專利範圍及其等效物旨在涵蓋如將落於本發明之範疇及精神內之此等形式或修改。
100‧‧‧功率放大器(PA)控制組態/功率放大器(PA)控制架構
110‧‧‧功率放大器(PA)/功率放大器(PA)電路
120‧‧‧功率放大器(PA)控制組件/功率放大器(PA)控制器/基於手指之功率放大器控制器(FB-PAC)/功率放大器(PA)控制電路/功率放大器(PA)控制器電路/控制電路
130‧‧‧放大元件/異質接面雙極電晶體(HBT)
132‧‧‧基極電阻/基極電阻器/貝他-追蹤基極電阻
134‧‧‧感測器
150‧‧‧貝他-追蹤參考電流產生器
152‧‧‧複本基極電流產生器
154‧‧‧差動電流操縱電路
200‧‧‧感測節點
202‧‧‧路徑
203‧‧‧路徑
204‧‧‧路徑
206‧‧‧轉阻放大器(TIA)/運算放大器
209‧‧‧路徑
210‧‧‧路徑
211‧‧‧路徑
213‧‧‧路徑
214‧‧‧節點/路徑
215‧‧‧路徑
216‧‧‧路徑
219‧‧‧路徑
220‧‧‧路徑
222‧‧‧路徑
223‧‧‧路徑
224‧‧‧路徑
225‧‧‧路徑
226‧‧‧路徑
227‧‧‧路徑
228‧‧‧路徑
230‧‧‧路徑
231‧‧‧路徑
232‧‧‧路徑
233‧‧‧路徑
234‧‧‧路徑
235‧‧‧路徑
236‧‧‧供應節點
237‧‧‧路徑
238‧‧‧匹配電路
239‧‧‧天線
267‧‧‧供應節點/參考節點(圖3)
279‧‧‧路徑
C1‧‧‧電容
Ibase‧‧‧基極電流
Iramp‧‧‧斜坡電流
Isense‧‧‧輸出
L‧‧‧扼流電感
M0‧‧‧FET/電晶體/第一電晶體
R1‧‧‧電阻
R2‧‧‧電阻
RL‧‧‧負載電阻
Vref‧‧‧溫度補償參考電壓

Claims (20)

  1. 一種射頻功率放大器控制電路，其包括：一第一電路，其經組態以自提供至一功率放大器(PA)之一基極電流產生一複本基極電流，該複本基極電流表示按一貝他參數依比例調整之該PA之一集極電流；一第二電路，其經組態以自一溫度補償電壓及與該PA相關聯之一基極電阻產生一貝他-追蹤參考電流；及一電流操縱電路，其經組態以接收該複本基極電流及該貝他-追蹤參考電流且產生一比例電流。
  2. 如請求項1之射頻功率放大器控制電路，其中該溫度補償電壓包含一溫度補償能隙電壓。
  3. 如請求項1之射頻功率放大器控制電路，其中該電流操縱電路經組態以在一選定條件下基於該複本基極電流及該貝他-追蹤參考電流而產生該比例電流。
  4. 如請求項3之射頻功率放大器控制電路，進一步包括與該電流操縱電路通信以接收該比例電流之一PA基極驅動器。
  5. 如請求項3之射頻功率放大器控制電路，其中該電流操縱電路經組態以藉由比較對應於該複本基極電流之一複本基極電壓與對應於該貝他-追蹤參考電流之一貝他-追蹤參考電壓來產生該比例電流。
  6. 如請求項5之射頻功率放大器控制電路，其中該複本基極電壓及該貝他-追蹤參考電壓之各者係藉由將各自電流提供至一匹配電阻器中而產生。
  7. 如請求項5之射頻功率放大器控制電路，其中該選定條件包含該複本基極電壓超出該貝他-追蹤參考電壓。
  8. 如請求項1之射頻功率放大器控制電路，其中該基極電流係由一手指感測器量測。
  9. 如請求項8之射頻功率放大器控制電路，其中該手指感測器係經組態以基於該基極電流與一斜坡電流之比較而產生一誤差電流之一控制迴路的部分。
  10. 如請求項9之射頻功率放大器控制電路，其中以一電流模式執行該基極電流與該斜坡電流之該比較。
  11. 如請求項10之射頻功率放大器控制電路，其中藉由自該斜坡電流減去該基極電流而獲得該誤差電流。
  12. 如請求項10之射頻功率放大器控制電路，其中該控制迴路進一步包含經組態以放大該誤差電流之一轉阻放大器。
  13. 如請求項1之射頻功率放大器控制電路，其中該功率放大器包含砷化鎵(GaAs)異質接面雙極電晶體(HBT)功率放大器。
  14. 如請求項1之射頻功率放大器控制電路，進一步包括經組態以預充電該控制電路之一選定節點之一預充電系統。
  15. 如請求項14之射頻功率放大器控制電路，其中該預充電系統包含一感測器電路，該感測器電路經組態以基於該PA之一基極電壓與經選擇低於該PA之一臨限電壓之一參考電壓之比較而產生一控制信號，該預充電系統進一步包含與該感測器系統通信之一致動器電路，該致動器電路經組態以自該感測器電路接收該控制信號，該致動器電路進一步經組態以基於該控制信號來啟用或停用用於對該控制電路之該選定節點預充電之一預充電電流。
  16. 一種用於控制一射頻功率放大器之方法，該方法包括：自提供至一功率放大器(PA)之一基極電流產生一複本基極電流，該複本基極電流表示按一貝他參數按比例調整之該PA之一 集極電流；自一溫度補償電壓及與該PA相關聯之一基極電阻產生一貝他-追蹤參考電流；及基於該複本基極電流及該貝他-追蹤參考電流產生一比例電流。
  17. 如請求項16之方法，進一步包括在一選定條件下將該比例電流提供至一PA基極驅動器之一箝位節點。
  18. 一種射頻(RF)模組，其包括：一封裝基板，其經組態以接納複數個組件；一功率放大器(PA)，其佈置於該封裝基板上方；一控制電路，其佈置於該封裝基板上方且互連至該功率放大器，該控制電路包含一第一電路，該第一電路經組態以自提供至該PA之一基極電流產生一複本基極電流，該複本基極電流表示按一貝他參數依比例調整之該PA之一集極電流，該控制電路進一步包含一第二電路，該第二電路經組態以自一溫度補償電壓及與該PA相關聯之一基極電阻產生一貝他-追蹤參考電流，該控制電路進一步包含一電流操縱電路，該電流操縱電路經組態以基於該複本基極電流及該貝他-追蹤參考電流而產生一比例電流；及複數個連接器，其等經組態以提供該功率放大器、該控制電路與該封裝基板之間之電連接。
  19. 如請求項18之RF模組，其中該功率放大器佈置於一第一晶粒上且該控制電路佈置於一第二晶粒上，該第一晶粒及該第二晶粒之各者係安裝於該封裝基板上。
  20. 一種無線裝置，其包括：一收發器，其經組態以產生一RF信號； 一功率放大器(PA)，其與該收發器通信，該PA經組態以放大該RF信號；一控制電路，其與該PA通信，該控制電路包含一第一電路，該第一電路經組態以自提供至該PA之一基極電流產生一複本基極電流，該複本基極電流表示按一貝他參數依比例調整之該PA之一集極電流，該控制電路進一步包含一第二電路，該第二電路經組態以自一溫度補償電壓及與該PA相關聯之一基極電阻產生一貝他-追蹤參考電流，該控制電路進一步包含一電流操縱電路，該電流操縱電路經組態以基於該複本基極電流及該貝他-追蹤參考電流而產生一比例電流；及一天線，其與該PA通信，該天線經組態以促進該放大RF信號之傳輸。
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