專利名稱：具有寬動態(tài)范圍的整流放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有配置用于提供可變輸出功率的整流結(jié)構(gòu)的可變增益放大器。
背景技術(shù)：
無線通信系統(tǒng)中發(fā)射的信號往往在強度方面有所不同，從而需要在無線電收發(fā)信
機中使用可變增益放大器?？勺冊鲆娣糯笃鞑僮饔糜趯Πl(fā)射信號中變化的路徑損耗進行補 m
te ο理論上，可變增益放大器(VGA)在低噪聲時提供放大，幾乎不增加失真，并且耗費 極少的功率。這是很重要的，因為由發(fā)射機產(chǎn)生的任何失真將功率漏失到鄰近的通信信道 中，從而降低了系統(tǒng)容量。為了最小化失真，VGA及其他電路中的偏置電流一般很高，這對 于便攜設(shè)備來說是一個不需要的屬性。因此，具有一種失真低和功率消耗低的VGA是有利的。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通常意在用于包括可變增益放大器的極化調(diào)制器(polar modulator)中的 設(shè)備和方法，基于多個整流放大器，所述可變增益放大器基于振幅調(diào)制信號和/或功率電 平控制信號提供可調(diào)節(jié)的輸出功率電平。在一個方面中，本發(fā)明涉及一種用于極化調(diào)制器中的整流放大器設(shè)備，該設(shè)備包 括耦合到負(fù)載級的第一整流放大器級和與第一整流放大器級和負(fù)載級并聯(lián)耦合的第二 整流放大器級，其中，所述第一和所述第二整流放大器級分別被配置來提供預(yù)定義定標(biāo) (scaled)輸出，并且其中，所述整流放大器級分別被配置成響應(yīng)于開關(guān)信號有選擇地接通 或斷開。在另一方面中，本發(fā)明涉及一種用于極化調(diào)制器中的整流放大器設(shè)備，該設(shè)備包 括多個整流放大器級，其中，多個整流放大器級之一耦合到負(fù)載級，開關(guān)設(shè)備耦合到所述多 個整流放大器級之一，其中所述開關(guān)設(shè)備布置成響應(yīng)于功率控制信號接通或斷開所述多個 整流放大器級中的一個或多個。在又一個方面中，本發(fā)明涉及一種在極化調(diào)制器中提供輸出信號的方法，包括在 開關(guān)設(shè)備接收功率控制信號，基于功率控制信號生成多個開關(guān)信號并且至少部分地基于一個或多個所述開關(guān)信號接通或斷開耦合到極化調(diào)制器的輸出負(fù)載的多個整流放大器級中 的一個或多個的輸出。在下文中結(jié)合附圖來描述本發(fā)明的其他方面。
本發(fā)明的前述方面和伴生的優(yōu)勢將在參照下文具體描述并且結(jié)合附圖而變得更 加一目了然，其中圖1示出了極化發(fā)射機的簡圖；圖2是雙平衡混頻器的示意圖；圖3是可以在本發(fā)明實施中使用的整流放大器的實施例的示意圖；圖4(a)是根據(jù)本發(fā)明各方面的包括M個并勵級(shunt stages)的整流放大器的 實施例示意圖；圖4(b)是根據(jù)本發(fā)明各方面的采用開關(guān)來停用它并最小化饋通(feedthrough) 的整流放大器實施例的示意圖；圖4(c)是根據(jù)本發(fā)明各方面的包括M個并勵級，其只有低功率級活動的整流放大 器實施例的示意圖；圖5(a)是根據(jù)本發(fā)明各方面的使用交叉耦合設(shè)備來降低饋通的整流放大器級的 實施例示意圖；圖5(b)是根據(jù)本發(fā)明各方面的用施加補償電流(offset current)來使用交叉耦 合設(shè)備的整流放大器級的實施例示意圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明各方面的用來定標(biāo)整流放大器的低功率級的輸出功率電平的 R-2R梯型電阻的示意圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明各方面的具有擴展動態(tài)范圍的整流放大器的示意圖。
具體實施例方式圖1說明了一個極化調(diào)制發(fā)射機。發(fā)射機由于其設(shè)計的簡單性而有效地運行，其 由用于提供相位/頻率調(diào)制的鎖相環(huán)(PLL)和用于提供振幅/包絡(luò)調(diào)制的可調(diào)節(jié)放大器組 成。如圖2中所示，可以用一個雙平衡混頻器對射頻載波進行振幅調(diào)制。該混頻器使 用相位/頻率調(diào)制的射頻載波對由晶體管m-N4形成的差動對進行開關(guān)。這個行動將由 差動電流+IAM(t)和_IAM(t)表示的振幅調(diào)制信號轉(zhuǎn)換成發(fā)射頻率。這些設(shè)備N5-N6充當(dāng)隔 離從差動對開關(guān)和信號源擺動的輸出的共源共柵放大器級。負(fù)載由具有兩個值為1/2 的 組件的后端電阻&，平衡不平衡變換器(balurOLi和調(diào)諧電容器C1組成。這些組件將50 Ω 的端阻抗轉(zhuǎn)換成一般等于200 Ω的內(nèi)電阻。雙平衡混頻器表示直接上變頻極化發(fā)射機的部 分。為了有效地運行，射頻載波信號必須快速并完全地開關(guān)(switch)整流設(shè)備&-隊。 此舉將有助于最大化激勵器(driver)的輸出vout (t) = iM(t)RLeff其中，iM(t)是對應(yīng)振幅調(diào)制信號的差動電流，Iilrff是在射頻發(fā)射頻率時的有效負(fù)載阻抗。施加到激勵器的很大的射頻信號類似一個方波，并且在射頻載波的奇數(shù)諧波產(chǎn)生 能量，雖然強度有所降低。由于輸出網(wǎng)絡(luò)調(diào)諧到射頻載波，該輸出網(wǎng)絡(luò)在高次諧波頻率帶來 一個較低的有效負(fù)載阻抗I leff。這有助于降低在射頻載波的諧波頻率處的能量。完全開關(guān)整流設(shè)備所需的擺幅(swing)近似等于其中，max(iM)是信號的峰值，K是開關(guān)核心中的MOS設(shè)備的本征增益。實際上， 參數(shù)K與氧化物的厚度t。x成反比地變化。激勵器將信號電流Iam整流成一個方波輸出，這可以用傅里葉級數(shù)來建模
權(quán)利要求
1.一種用于極化調(diào)制器中的整流放大器設(shè)備，包括第一整流放大器級，其耦合到負(fù)載級；以及第二整流放大器級，其與所述第一整流放大器級和所述負(fù)載級并聯(lián)耦合；其中，所述第一和所述第二整流放大器級分別被配置用于提供預(yù)定義定標(biāo)輸出，并且 其中，每個所述整流放大器級被配置成響應(yīng)于開關(guān)信號有選擇地接通或斷開。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括開關(guān)設(shè)備，所述開關(guān)設(shè)備被配置成提供對所述 第一和所述第二整流放大器級的選擇性開關(guān)的控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述開關(guān)設(shè)備包括開關(guān)電路，所述開關(guān)電路被配 置用于接收與期望輸出電平相關(guān)聯(lián)的功率控制信號并且提供一個或多個開關(guān)信號以控制 所述第一和所述第二整流放大器級的開關(guān)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中，所述功率控制信號包括振幅調(diào)制信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中，所述功率控制信號包括與發(fā)射功率電平信號相 結(jié)合的振幅調(diào)制信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述第一整流放大器級包括第一對晶體管，其耦合到所述負(fù)載和提供給所述第一整流放大器級的偏置信號；以及第二對晶體管，其耦合到所述第一對晶體管，所述第二對晶體管包括耦合到提供給所 述第一整流放大器級的射頻信號的射頻開關(guān)對；其中，所述第二對晶體管還耦合到提供給所述第一整流放大器級的振幅信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中，所述振幅信號是電流信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中，所述振幅信號包括振幅調(diào)制信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中，所述振幅信號包括與發(fā)射功率電平信號相結(jié)合 的振幅調(diào)制信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述第一放大級和所述第二放大級的所述預(yù)定 義定標(biāo)輸出被相等加權(quán)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述第一放大級和所述第二放大級的所述預(yù)定 義定標(biāo)輸出被線性地加權(quán)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述第一放大級和所述第二放大級的所述預(yù)定 義定標(biāo)輸出被二進制加權(quán)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述第一放大級和所述第二放大級的所述預(yù)定 義定標(biāo)輸出被對數(shù)或指數(shù)加權(quán)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述第一整流放大器級被配置為交叉耦合差動對。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中，所述交叉耦合的差動對包括第一對晶體管，包括第一晶體管和第二晶體管，所述第一對晶體管耦合到所述負(fù)載和 提供給所述第一整流放大器級的偏置信號；第二對晶體管，包括第一射頻開關(guān)對，所述第二對晶體管耦合到所述第一對晶體管，提 供給所述第一整流放大器級的射頻信號，以及提供給所述第一整流放大器級的振幅信號； 以及第三對晶體管，包括第二射頻開關(guān)對，所述第三對晶體管耦合到所述第一對晶體管和所述射頻信號；其中，所述第一射頻開關(guān)對和所述第二射頻開關(guān)對被交叉耦合以取消通過反饋路徑耦 合到所述輸出的信號。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中，所述振幅信號是電流信號。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中，所述振幅信號包括振幅調(diào)制信號。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中，所述振幅信號包括與發(fā)射功率電平信號相結(jié) 合的振幅調(diào)制信號。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，還包括偏置電路，所述偏置電路被配置用于向所述 第一第二射頻開關(guān)對和所述第二射頻開關(guān)對施加補償電流以減少失真。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中，所述偏置電路包括第一電路，用于結(jié)合所述 補償電流與所述振幅信號；以及第二電路，用于將所述補償電流耦合到所述第二射頻開關(guān) 對。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括耦合到所述第一整流放大器級的R-2R梯型電 路，其中，所述R-2R梯型電路被配置用于提供額外的輸出電平控制解答。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其中，所述R-2R梯型電路耦合到所述整流放大器級 的最低功率電平。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的整流放大器設(shè)備，其中，所述負(fù)載級包括第一負(fù)載電阻；第二負(fù)載電阻；調(diào)諧電容器；以及平衡-不平衡變換器(balim)。
24.一種用于極化調(diào)制器中的整流放大器設(shè)備，包括多個整流放大器級，其中，多個整流放大器級之一耦合到負(fù)載級；以及開關(guān)設(shè)備，其耦合到所述多個整流放大器級之一，其中，所述開關(guān)設(shè)備被布置成響應(yīng)功 率控制信號來接通或斷開所述多個整流放大器級中的一個或多個。
25.根據(jù)權(quán)利要求M所述的設(shè)備，其中，所述多個整流放大器級之一被配置用于提供 預(yù)定義定標(biāo)輸出。
26.根據(jù)權(quán)利要求M所述的設(shè)備，其中，所述開關(guān)設(shè)備包括開關(guān)電路，所述開關(guān)電路被 配置用于接收所述功率控制信號并且用于提供多個開關(guān)信號以控制所述多個整流放大器 級中的一個或多個的開關(guān)，其中，所述功率控制信號與期望的輸出功率電平相關(guān)聯(lián)。
27.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的設(shè)備，其中，所述功率控制信號包括振幅調(diào)制信號。
28.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的設(shè)備，其中，所述功率控制信號包括與發(fā)射功率電平信號 相結(jié)合的振幅調(diào)制信號。
29.根據(jù)權(quán)利要求M所述的設(shè)備，其中所述多個整流放大器級中的一個或多個包括第一對晶體管，其耦合到所述負(fù)載和提供給所述整流放大器級的偏置信號；以及第二對晶體管，其耦合到所述第一對晶體管，所述第二對晶體管包括耦合到提供給所 述整流放大器級的射頻信號的射頻開關(guān)對；其中，所述第二對晶體管還耦合到提供給所述整流放大器級的振幅信號。
30.根據(jù)權(quán)利要求M所述的設(shè)備，其中，所述振幅信號是電流信號。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的設(shè)備，其中，所述振幅信號包括振幅調(diào)制信號。
32.根據(jù)權(quán)利要求30所述的設(shè)備，其中，所述振幅信號包括與發(fā)射功率電平信號相結(jié)合的振幅調(diào)制信號。
33.根據(jù)權(quán)利要求M所述的設(shè)備，其中，所述整流放大器級中的一個或多個被配置為 交叉耦合的差動對。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的設(shè)備，其中，所述交叉耦合的差動對包括第一對晶體管，包括第一晶體管和第二晶體管，所述第一對晶體管耦合到所述負(fù)載和 提供給所述整流放大器級的偏置信號；第二對晶體管，包括第一射頻開關(guān)對，所述第二對晶體管耦合到所述第一對晶體管，提 供給所述整流放大器級的射頻信號，以及提供給所述整流放大器級的振幅信號；以及第三對晶體管，包括第二射頻開關(guān)對，所述第三對晶體管耦合到所述第一對晶體管和 所述射頻信號；其中，所述第一射頻開關(guān)對和所述第二射頻開關(guān)對被交叉耦合以取消通過反饋路徑耦 合到所述輸出的信號。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的設(shè)備，還包括偏置電路，所述偏置電路被配置用于向所述 第一第二射頻開關(guān)對和所述第二射頻開關(guān)對施加補償電流以減少失真。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的設(shè)備，其中，所述偏置電路包括第一電路，用于結(jié)合所述 補償電流與所述振幅信號；以及第二電路，用于將所述補償電流耦合到所述第二射頻開關(guān) 對。
37.根據(jù)權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其中，多個所述整流放大器級的所述預(yù)定義定標(biāo)輸 出被相等加權(quán)。
38.根據(jù)權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其中，多個所述整流放大器級的所述預(yù)定義定標(biāo)輸 出被線性加權(quán)。
39.根據(jù)權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其中，多個所述整流放大器級的所述預(yù)定義定標(biāo)輸 出被二進制加權(quán)。
40.根據(jù)權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其中，多個所述整流放大器級的所述預(yù)定義定標(biāo)輸 出被指數(shù)或?qū)?shù)加權(quán)。
41.根據(jù)權(quán)利要求M所述的設(shè)備，還包括耦合到所述多個整流放大器級中的一個或多 個的R-2R梯型電路，其中，所述R-2R梯型電路被配置用于提供額外的輸出電平控制解答 (resolution)。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的設(shè)備，其中，所述R-2R梯型電路耦合到所述一個或多個整 流放大器級的最低功率電平。
43.一種在極化調(diào)制器中提供輸出信號的方法，包括在開關(guān)設(shè)備處接收功率控制信號；基于所述功率控制信號生成多個開關(guān)信號；以及至少部分地基于所述開關(guān)信號中的一個或多個，接通或斷開耦合到所述極化調(diào)制器的 輸出負(fù)載的多個整流放大器級中的一個或多個的輸出。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法，其中，所述多個整流放大器級被配置用于提供預(yù)定 義定標(biāo)輸出。
45.根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法，其中，所述功率控制信號包括振幅調(diào)制信號。
46.根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法，其中，所述功率控制信號包括與發(fā)射功率電平信號相結(jié)合的振幅調(diào)制信號。
47.根據(jù)權(quán)利要求44所述的方法，其中，多個所述整流放大器級的所述預(yù)定義定標(biāo)輸 出被相等加權(quán)。
48.根據(jù)權(quán)利要求44所述的方法，其中，多個所述整流放大器級的所述預(yù)定義定標(biāo)輸 出被線性加權(quán)。
49.根據(jù)權(quán)利要求44所述的方法，其中，多個所述整流放大器級的所述預(yù)定義定標(biāo)輸 出被二進制加權(quán)。
50.根據(jù)權(quán)利要求44所述的方法，其中，所述多個整流放大器級的所述預(yù)定義定標(biāo)輸 出被對數(shù)或指數(shù)加權(quán)。
全文摘要
描述了一種用于極化調(diào)制器中的可變增益整流放大器設(shè)備及方法。所述設(shè)備可以包括兩個或多個配置成基于期望振幅和/或發(fā)射功率電平切換到輸出負(fù)載的整流放大器級。所述放大器級可以包括交叉耦合的差動對(differential pair)來消除射頻載波饋通?？梢蕴峁┹o助的R-2R梯型電路以通過降低最低輸出級處的輸出功率而進一步擴展動態(tài)范圍。
文檔編號H03F3/45GK102106082SQ200980101988
公開日2011年6月22日 申請日期2009年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月9日
發(fā)明者E·夏皮羅, J·葛羅, M·法里亞斯 申請人:昆天公司