放大器系统和控制主放大器的方法 |
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| 申请号 | CN201610992428.8 | 申请日 | 2016-11-11 | 公开(公告)号 | CN107040227A | 公开(公告)日 | 2017-08-11 |
| 申请人 | 联发科技股份有限公司; | 发明人 | 林来庆; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种 放大器 系统和控制主放大器的方法。该放大器系统包括主放大器、交越 电流 检测器和 控制器 ，主放大器包括作为差分对的至少第一驱动晶体管和第二驱动晶体管，其中该第一驱动晶体管和该第二驱动晶体管被设置为分别接收第一输入 信号 和第二 输入信号 ；交越电流检测器耦接到该主放大器，用于检测该主放大器的交越电流，其中该主放大器的交越电流是来自该差分对的 叠加 电流；以及控制器耦接到该主放大器和该交越电流检测器，用于至少根据该主放大器的该交越电流生成 控制信号 ，以控制该主放大器的增益。通过本发明，可以准确地检测交越电流，并且根据交越电流的信息，放大器的增益可以控制得更准确。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种放大器系统，该放大器系统包括： |
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| 说明书全文 | 放大器系统和控制主放大器的方法技术领域背景技术[0002] 在理想的差分放大器系统中两个输入信号的相位反向意味着两个差分功率晶体管不是同时导通。然而由于工艺、电压和温度(process,voltage,temperature，PVT)变化的影响两个输入信号的相位并未被精确地控制使得这两个差分功率晶体管同时导通从而生成交越电流(cross-over current)，即叠加电流(overlappedcurrent)。交越电流可以视为耗散电流能造成功率损耗。此外当反馈循环用于控制放大器的增益时交越电流可能会影响增益控制的精度。 发明内容[0003] 有鉴于此本发明提供一种放大器系统和控制主放大器的方法以解决上述问题。 [0004] 根据至少一个实施方式提供了一种放大器系统，该放大器系统包括主放大器、交越电流检测器和控制器，主放大器包括作为差分对的至少第一驱动晶体管和第二驱动晶体管，其中该第一驱动晶体管和该第二驱动晶体管被设置为分别接收第一输入信号和第二输入信号；交越电流检测器耦接到该主放大器，用于检测该主放大器的交越电流，其中该主放大器的交越电流是来自该差分对的叠加电流；以及控制器耦接到该主放大器和该交越电流检测器，用于至少根据该主放大器的该交越电流生成控制信号，以控制该主放大器的增益。 [0005] 根据至少一个实施方式提供了一种控制主放大器的方法，该主放大器包括作为差分对的至少第一驱动晶体管和第二驱动晶体管，该第一驱动晶体管和该第二驱动晶体管被设置为分别接收第一输入信号和第二输入信号，该方法包括：检测该主放大器的交越电流，其中该主放大器的交越电流是来自该差分对的叠加电流；以及至少根据该主放大器的该交越电流生成控制信号，以控制该主放大器的增益。 [0006] 通过本发明，可以准确地检测交越电流，并且根据交越电流的信息，放大器的增益可以控制得更准确。 附图说明[0008] 图1是根据本发明的一个实施方式例示放大器系统的示意图。 [0009] 图2根据本发明的一个实施方式示出了主放大器和交越电流检测器的详细结构。 [0010] 图3根据本发明的一个实施方式示出了交越电流、第一输入信号、第二输入信号、流经第一驱动晶体管的电流和流经第二驱动晶体管的电流之间的关系。 [0011] 图4根据本发明的一个实施方式示出了主放大器和控制器的详细结构。 [0012] 图5是根据本发明的另一实施方式例示放大器系统的示意图。 [0013] 图6示出了图5所示放大器系统的详细结构。 具体实施方式[0014] 在说明书及后续的权利要求当中使用了某些词汇来指称特定的组件。本领域一般技术人员应可理解电子设备制造商可能会用不同的名词来称呼同一组件。本说明书及后续的权利要求并不以名称的差异来作为区别组件的方式而是以组件在功能上的差异来作为区别的基准。在通篇说明书及后续的权利要求当中所提及的“包含”是开放式的用语故应解释成“包含但不限定于”。此外“耦接”一词在此是包含任何直接及间接的电气连接手段。因此若文中描述第一装置电性连接于第二装置则代表该第一装置可直接连接于该第二装置或通过其他装置或连接手段间接地连接至该第二装置。 [0015] 请参考图1，图1是根据本发明的一个实施方式例示放大器系统100的示意图。如图1所示放大器系统100包括主放大器110、交越电流检测器120和控制器130，其中控制器130包括电流感测电路132、负载电路RL和运算放大器134。主放大器110被配置为放大射频(radio signal，RF)输入信号Vin，生成射频输出信号Vout。交越电流检测器120被配置为检测主放大器110的交越电流Icoc。控制器130配置为根据功率指示信号Vramp、主放大器110的总输出电流Iout和主放大器110的交越电流Icoc生成控制信号Vc，来控制主放大器110的增益。在此实施方式中，放大器系统100可用于发射器，通过使用耦接到主放大器110的天线广播输出信号Vout。 [0016] 在这个实施方式中，由于交越电流Icoc可以视为耗散电流并且造成功率损耗，因此电流感测电路132提供与输出电流Iout和交越电流Icoc之间的差值相关的感测电流IRL，即，感测电流IRL与主放大器110的有效电流相关。运算放大器134根据功率指示信号Vramp和以及基于感测电流IRL和负载电路RL在节点NFB生成的反馈电压VFB(VFB＝IRL*RL)，生成控制信号Vc。 [0017] 图2根据本发明的一个实施方式示出了主放大器110和交越电流检测器120的详细结构。如图2所示，主放大器110包括共源共栅结构(in cascode)连接的第一驱动晶体管MD1和第一控制晶体管MC1、共源共栅结构连接的第二驱动晶体管MD2和第二控制晶体管MC2、以及变压器(transformer)，其中变压器包括图2所示的两个线圈。第一驱动晶体管MD1和第二驱动晶体管MD2作为差分对，并设置为分别接收第一输入信号Vin_p和第二输入信号Vin_n，以生成输出信号Vout。第一控制晶体管MC1用于根据控制信号Vc控制第一驱动晶体管MD1的电流/增益，第二控制晶体管MC2用于根据控制信号Vc控制第二驱动晶体管MD2的电流/增益。此外，交越电流检测器120包含五个晶体管M1至M5，其中晶体管M1由控制信号Vc控制，晶体管M2和M3以共源共栅结构连接，晶体管M4和M5以共源共栅结构连接，晶体管M2和M5由第一输入信号Vin_p控制，晶体管M3和M4由第二输入信号Vin_n控制。 [0018] 在理想情况下，第一输入信号Vin_p和第二输入信号Vin_n是反向信号，意味着，第一输入信号Vin_p和第二输入信号Vin_n之间的相位差应当是180度。然而由于PVT变化的影响，第一输入信号Vin_p和第二输入信号Vin_n的相位并未被精确地控制，使得第一驱动晶体管MD1和第二驱动晶体管MD2同时导通从而生成交越电流(即，叠加电流)Icoc。图2的右侧示出了当第一输入信号Vin_p和第二输入信号Vin_n的电压电平都大于第一驱动晶体管MD1和第二驱动晶体管MD2的阈值电压Vth(假设晶体管MD1和MD2具有相同的阈值电压Vth)时，生成交越电流Icoc。 [0019] 在图2所示的交越电流检测器120中，因为共源共栅结构连接的晶体管M2和M3分别由第一输入信号Vin_p和第二输入信号Vin_n控制，共源共栅结构连接的晶体管M4和M5分别由第二输入信号控制Vin_n和第一输入信号Vin_p控制，因而，仅当第一输入信号Vin_p和第二输入信号Vin_n的电压电平都大于晶体管M2至M5的阈值电压Vth时，晶体管M1才有电流。因此，如果晶体管M2至M5的设计与第一驱动晶体管MD1和第二驱动晶体管MD2基本上相同或相似(即阈值电压基本上相同)的话，流经晶体管M1的电流可以视为发生在主放大器110上的交越电流Icoc。此外，图3根据本发明的一个实施方式示出了交越电流Icoc、第一输入信号Vin_p、第二输入信号Vin_n、流经第一驱动晶体管MD1的电流IP和流经第二驱动晶体管MD2的电流IN之间的关系。 [0020] 图4根据本发明的一个实施方式示出了主放大器110和控制器130的详细结构。为了简单起见，图4只示出了主放大器110的一半。如图4所示，电流感测电路132包括晶体管M6至M8、电阻器Rs和RF、电容器CF和控制放大器402，电流感测电路132被配置为提供流经主放大器110的电流IP与感测电流IRL之间的关系。在一个实施方式中，中间电流ID可以设置为比例值(1/N)乘以流经主放大器110的电流IP(即，ID＝IP/N)，流经晶体管M8的电流可以设置为比例值(1/M)乘以中间电流ID，M＝Rs/RF，其中方便起见，N和M可以设计成任意的正整数，也可以不是整数。通过使用电流等于(Icoc/(M*N))的电流源404，流经反馈节点NFB和负载电路RL的感测电流IRL与主放大器110的有效电流成正比，即IRL＝(IP-Icoc)/(M*N)。接着，根据感测电流IRL和负载电路RL，生成的反馈电压VFB，运算放大器134比较功率指示信号Vramp与反馈电压VFB，生成控制信号Vc来控制主放大器110的电流/增益。注意到，图4所示的主放大器110和电流感测电路132仅用于例示，只要电流感测电路132可以提供与输出电流Iout和交越电流Icoc之间的差值相关的感测电流IRL，电流感测电路132可以通过任何其他电路设计实现。 [0021] 根据上述内容，由于反馈电压VFB是根据主放大器110的有效输出电流(即，根据输出电流Iout和交越电流Icoc之间的差)而生成的，放大器系统100的增益控制将会更准确。 [0022] 此外，除了上述反馈控制之外，交越电流Icoc也可以用来控制放大器的偏置电压，以来提高功率放大器的效率。请参阅图5，图5是根据本发明的另一实施方式例示放大器系统500的示意图。如图5所示，放大器系统500包括主放大器510、交越电流检测器520和控制器530。主放大器510被配置为放大射频输入信号Vin以生成射频输出信号Vout。交越电流检测器520被配置为检测主放大器510的交越电流。控制器530配置为至少根据主放大器510的交越电流至少生成控制信号Vc，来控制主放大器510的增益。在这个实施方式中，放大器系统500应用于发射器，通过使用耦接到主放大器510的天线广播输出信号Vout。 [0023] 图6示出了图5所示放大器系统500的详细结构。在图6中，主放大器510与图2所示的主放大器110可以具有相同的电路结构，但为简单起见，图6所示的主放大器510只显示了一半电路，也就是说，主放大器510包括由以共源共栅结构连接的两个晶体管MD3和MC3，晶体管MD3和MC3经由电感器由电源电压VDD供电。交越电流检测器520的操作与图1所示的交越电流检测器120相同。控制器530作为偏置驱动电路，并且控制器530被设置为提供两个控制信号(即，两个偏置电压)Vc1和Vc2分别至晶体管MC3和MD3的栅电极。 [0024] 在图6所示的实施方式中，控制器530根据交越电流检测器520检测的交越电流的信息，控制输出电流IP或主放大器510的增益。详细地，一旦检测到交越电流或交越电流大于阈值，控制器530就可以降低偏置电压Vc1或降低偏置电压Vc2，以减少主放大器510的输出电流IP，从而提高主放大器510的效率。 [0025] 简要总结，在本发明的放大器系统中，可以准确地检测交越电流，并且交越电流的信息可以用来控制放大器的增益。通过本发明的实施方式，主放大器的功率控制可以更准确和/或主放大器的效率可以提高。 |
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