具有低动态误差向量量值的射频功率放大器

申请号 CN201310102309.7 申请日 2013-03-27 公开(公告)号 CN103368508A 公开(公告)日 2013-10-23
申请人 特里奎恩特半导体公司; 发明人 于浩洋; 斯蒂芬·J·纳什;
摘要 本公开提供了具有低动态误差向量量值的射频功率 放大器 。低动态误差向量量值(EVM)的多级射频(RF) 功率放大器 (PA)的第一级可以包括配置为接收使能 信号 并且响应于该使能信号来开启从而激活第一级的第一有源装置。该RF PA还包括与第一有源装置 串联 耦接并且配置为接收主电源 电压 的第二有源装置。第二有源装置可以在第一有源装置的两端提供小于主 电源电压 并且与主电源电压无关的第一电源电压。第一有源装置或者第二有源装置中的一个可以配置为接收RF 输入信号 并且将放大的RF 输出信号 传送到RF PA 电路 的第二级。
权利要求

1.一种电路,包括:
配置为接收使能信号的使能端子
配置为接收主电源电压的主电源端子;以及
与所述使能端子和所述电源端子耦接的第一射频功率放大级,所述第一射频功率放大级包括:
第一有源装置,所述该第一有源装置配置为接收所述使能信号并且响应于所述使能信号来开启,以激活所述第一射频功率放大级;
第二有源装置,所述第二有源装置与所述第一有源装置串联并且配置为接收所述主电源电压并且配置为在所述第一有源装置两端提供小于所述主电源电压且与所述主电源电压无关的第一电源电压;以及
旁路电容器,所述旁路电容器与所述第一有源装置和所述第二有源装置之间的节点耦接以在该节点处将射频信号转移;
其中所述第一有源装置或者所述第二有源装置中的一个可以配置为接收射频输入信号并且将放大的射频输出信号传送到第二射频功率放大级。
2.如权利要求1所述的电路,其中所述第一有源装置配置为接收所述射频输入信号并且将所述放大的射频输出信号传送到所述第二射频功率放大级。
3.如权利要求2所述的电路,其中所述第二有源装置配置为在所述第一有源装置和所述主电源端子之间提供有源负载。
4.如权利要求1所述的电路,其中所述第二有源装置配置为接收所述射频输入信号并且将所述放大的射频输出信号传送到所述第二射频功率放大级。
5.如权利要求1所述的电路,还包括耦接在所述使能端子和所述第一有源装置之间以偏置所述第一有源装置的偏置控制模
6.如权利要求1所述的电路,其中所述第二射频功率放大级包括配置为放大所述第一射频功率放大级的射频输出信号的第三有源装置,所述第三有源装置配置为接收等于所述主电源电压的第二电源电压。
7.如权利要求6所述的电路,其中所述射频功率放大器还包括第三射频功率放大级,所述第三射频功率放大级包括配置为放大所述第二射频功率放大级的射频输出信号的第四有源装置,其中所述第四有源装置配置为接收等于所述主电源电压的第三电源电压。
8.如权利要求1所述的电路,其中所述第二射频功率放大级包括配置为放大所述第一射频功率放大级的射频输出信号的第三有源装置,其中所述第三有源装置配置为接收小于所述主电源电压的第二电源电压,并且所述电路还包括具有配置为放大所述第二级的射频输出信号的第四有源装置的第三射频功率放大级,其中所述第四有源装置配置为接收等于所述主电源电压的第三电源电压。
9.如权利要求1所述的电路,其中所述电路具有3%或更小的动态误差向量量值。
10.如权利要求1所述的电路,其中所述第一有源装置包括第一异质结双极晶体管,并且所述第二有源装置包括第二异质结双极晶体管
11.一种射频功率放大器,包括:
配置为接收主电源电压的主电源端子;
配置为接收使能电压以开启所述射频功率放大器的使能端子;
具有与所述使能端子耦接的基极端、与接地端耦接的发射极端和集电极端的第一晶体管;以及
具有与所述主电源端子耦接的集电极端和与所述第一晶体管的集电极端耦接的发射极端的第二晶体管;
其中所述第一晶体管或者所述第二晶体管中的一个被配置为接收射频输入信号并且产生放大的射频输出信号。
12.如权利要求11所述的射频功率放大器,其中所述第一晶体管和所述第二晶体管包含在所述射频功率放大器的第一级内,并且其中所述射频功率放大器还包括具有配置为放大所述第一级的射频输出信号的第三晶体管的第二级,所述第三晶体管具有与所述使能端子耦接的基极端、与所述主电源端子耦接的集电极端和与所述接地端耦接的发射极端。
13.如权利要求11所述的射频功率放大器,还包括耦接在所述使能端子和所述第一晶体管的基极端之间的偏置控制模块
14.如权利要求11所述的射频功率放大器,其中所述第一晶体管配置为接收所述射频输入信号并且产生放大的射频输出信号。
15.如权利要求11所述的射频功率放大器,其中所述第二晶体管配置为接收所述射频输入信号并且产生放大的射频输出信号。
16.如权利要求11所述的射频功率放大器,还包括耦接在所述第二晶体管的所述发射极端和接地端之间的旁路电容器。
17.一种系统,包括:
配置为产生要在无线通信网络上传输的射频输入信号的发射器;
耦接到所述发射器并且配置为放大所述射频输入信号的射频功率放大器,所述射频功率放大器配置为接收主电源电压,并且所述射频功率放大器包括:
第一级,所述第一级具有:
配置为接收所述射频输入信号并且产生放大的射频输出信号的第一晶体管;
与所述第一晶体管串联耦接以使得所述第一晶体管两端的第一电源电压小于所述主电源电压的第二晶体管;以及
与所述第一晶体管和所述第二晶体管之间的第一节点耦接的旁路电容器;以及配置为放大所述第一级的射频输出信号的第二级,所述第二级具有配置为接收第二电源电压的第三晶体管,其中所述第二电源电压大于所述第一电源电压。
18.如权利要求17所述的系统,其中所述第一晶体管与使能端子耦接并且配置为接收使能信号以开启所述第一晶体管。
19.如权利要求17所述的系统,其中所述第二晶体管与使能端子耦接并且配置为接收使能信号以开启所述第二晶体管。
20.如权利要求17所述的系统,其中所述无线通信网络使用频分双工,并且其中所述使能信号是方波。

说明书全文

具有低动态误差向量量值的射频功率放大器

技术领域

[0001] 本公开的实施例总的来说涉及电路的领域,尤其是涉及具有低动态误差向量量值的射频功率放大器

背景技术

[0002] 诸如无线局域网(wireless local area networks,WLAN)和无线城域网(wireless metropolitan area networks,WMAN)等许多无线通信系统使用正交频分多路复用(orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)调制以实现高数据速率。误差向量量值(Error vector magnitude,EVM)是测量OFDM信号的信号线性度(尤其是对于更高的数据速率)的重要参数。许多OFDM系统使用时分双工(Time Division Duplexing,TDD)。因此,传输链路中的射频功率放大器在工作期间需要被脉冲调制为开启和断开。在这些条件下所测量的EVM被称为动态EVM。理论上,动态EVM与静态EVM相同。然而,瞬态效应通常使动态EVM高于静态EVM。附图说明
[0003] 在附图中,以示例而不是限制的方式示出了实施例,其中相同的附图标记表示相似的元件,并且附图中:
[0004] 图1示出了根据各个实施例的射频功率放大器的电路图。
[0005] 图2示出了根据各个实施例的射频功率放大器的替换配置。
[0006] 图3是根据各个实施例的示例性无线通信装置的框图

具体实施方式

[0007] 将利用本领域技术人员通常使用的术语来描述例示性实施例的各方面,以将他们工作的主旨传达给其它的本领域技术人员。然而,对于本领域技术人员而言显然的是,具有仅仅一些所描述的方面的替换实施例可以被实施。为了便于说明,特定的装置和结构被提出,以便提供对说明性的实施例的全面的理解。然而,对于本领域技术人员显然的是,没有特定的细节的替换实施例可以被实施。在其它示例中,众所周知的特征被省去或者精简,以使说明性的实施例清楚。
[0008] 此外,各种操作将作为多个分离的操作,进而以最有利于理解本公开的方式来描述;然而,描述的顺序不应该被理解为意味着这些操作必然是顺序相关的。尤其是,这些操作不需要以描述的顺序来执行。
[0009] 表述“在一个实施例中”被重复地使用。该表述通常不涉及相同的实施例;然而,它也可以涉及相同实施例。除非上下文另外地指明,术语“包括”、“具有”和“包含”是同义的。
[0010] 对可用于关联各个实施例的语言提供一些澄清的背景,词组“A/B”和“A和/或B”意思是(A)、(B)或者(A和B);并且词组“A、B和/或C”意思是(A)、(B)、(C)、(A和B)、(A和C)、(B和C)或者(A、B和C)。
[0011] 术语“与...耦接”以及它的派生词可以在本文使用。“耦接”可以表示一个或更多个以下的含义。“耦接”可以表示两个或更多个元件直接物理接触或者电接触。然而,“耦接”也可以表示两个或更多个元件间接地相互接触,但是仍相互配合或者交互,并且可以表示一个或更多个其它元件耦接或者连接在被认为相互耦接的元件之间。
[0012] 各个实施例可以提供包括配置为接收使能信号的使能端子和配置为接收主电源电压的主电源端子的射频(radio frequency,RF)功率放大器(power amplifier,PA)电路。该RF PA电路还可以包括具有第一级的多个放大级。该第一级可以包括配置为接收使能信号和响应于该使能信号来开启从而激活第一级的第一有源装置。该RF PA电路还可以包括与第一有源装置串联耦接并且配置为接收主电源电压的第二有源装置。第二有源装置可以在第一有源装置的两端提供小于主电源电压的第一电源电压。旁路电容器可以与第一有源装置和第二有源装置之间的节点耦接以在该节点处转移RF信号。第一有源装置或者第二有源装置中的一个可以配置为接收RF输入信号并且将放大的RF输出信号传送到RF PA电路的第二级。在各个实施例中,第一有源装置和/或第二有源装置可以包括一个或更多个诸如双极结(例如异质结双极)晶体管和/或场效应晶体管等晶体管。
[0013] 图1示出了根据各个实施例的RF PA电路100。RF PA100可以接收RF输入信号RFin并且产生放大的RF输出信号RFout。例如,RF PA100可以用于放大RFin,以便在无线通信网络上传输。在各个实施例中,RF PA100可以包括诸如第一级104、第二级108和第三级112等多个放大级。RF PA100的其它实施例可以包括比图1中示出的更多或者更少的级数。RF PA100还可以包括使能端子116和主电源端子120。主电源端子120可以接收主电源电压VCC。使能端子116可以接收使能信号以使RF PA100开启和/或关断。
[0014] 第一级104可以包括第一有源装置124(例如晶体管Q1)和第二有源装置128(例如晶体管Q2)。尽管第一有源装置124和第二有源装置128被示出为包括一个晶体管,在其它实施例中,第一有源装置124和/或第二有源装置128可以包括多个晶体管。另外,尽管Q1和Q2被示出为异质结双极晶体管(heterojunction bipolar transistor,HBT),在其它实施例中,Q1和/或Q2可以是诸如另一类型的双极结晶体管和/或场效应晶体管等任何合适类型的晶体管。
[0015] Q1的基极端可以通过偏置控制模132a与使能端子116耦接。偏置控制模块132a可以将使能信号传送到Q1并且在有源模式中将Q1偏置。在一些实施例中,偏置控制模块132a可以包括电流反射镜。
[0016] 在各个实施例中,使能信号可以是直流(direct current,DC)信号。如果使能信号具有第一逻辑状态(例如逻辑1),则晶体管Q1可以被接通,并且如果使能信号具有第二逻辑状态(例如逻辑0),则晶体管Q1可以被断开。如果Q1处于接通,Q1可以放大RFin并且将放大的信号传送到第二级108。第二级108可以包括放大Q1的RF输出信号并且将其传送到第三级112的第三有源装置136(例如晶体管Q3)。第三级112可以包括放大Q3的RF输出信号以产生RF PA100的RFout信号的第四有源装置140(例如晶体管Q4)。匹配电路144a-d可以在每个级的输入和输出处给出匹配阻抗(例如,以使功率传输最大化和/或使信号反射最小化)。晶体管Q3和Q4可以(例如,在有源模式下)分别通过偏置控制模块132b和132c被偏置。
[0017] 在一些实施例中,例如在使用时分双工的通信系统中,RF PA100可以在工作期间被脉冲调制为开启和关断。在这些实施例中,使能信号可以类似方波,以使RF PA100重复地开启和关断。RF PA100可以在高频下(例如采用使用正交频分多路复用(OFDM)的通信系统)被脉冲调制为开启和关断。
[0018] 在各个实施例中,Q1两端的第一电源电压(从Q1的集电极节点到发射极节点的压降)可以小于Q3两端的第二电源电压和/或Q4两端的第三电源电压。例如,第二电源电压和/或第三电源电压可以等于主电源电压,并且第一电源电压可以小于主电源电压。在各个实施例中,第一电源电压可以与主电源电压无关(例如,第一电源电压的值可以不依赖于主电源电压的值)。
[0019] 在各个实施例中,第一电源电压可以通过Q2与VCC隔离。晶体管Q2可以与Q1串联耦接并且可以与主电源端子120耦接以(例如在Q2的集电极节点处)接收主电源电压。因此,Q2可以在主电源端子和Q1之间提供有源负载,使得第一电源电压小于主电源电压并且与主电源电压无关。偏置电路148可以耦接到Q2的基极以(例如在有源模式下)使Q2偏置。偏置电路148可以接收输入电压Vin。输入电压可以被调节,并且可以不随VCC而改变。输入电压可以通过可切换调节的电压电源提供。例如,偏置电路148可以与使能端子
116耦接以接收经调节的使能信号,作为输入电压。在这些实施例中,如果使能信号开启RF PA100,则Q2可以接通。在其它实施例中,偏置电路148可以与诸如主电源端子120等另一个电压电源耦接。
[0020] 阻塞电感器152可以耦接在Q1和Q2之间以防止RF信号传送到Q2。另外,旁路电容器156可以耦接到Q1和Q2之间的节点160以在该节点处将RF信号转移,从而使Q2与RF路径隔离。由于Q2不在RF PA100的RF路径中,因此在Q2处于RF PA100中的情形下,匹配电路144a和144b不需要被改变(例如,匹配电路144a和144b可以与不包括Q2的RF PA100的设计相同)。
[0021] 在一些实施例中,主电源电压可以是大约3伏(V)到5V。如上所述,Q1两端的第一电源电压可以取决于由偏置电路148接收的输入电压。输入至偏置电路148的经调节的输入电压可以保持在相对窄的范围内,诸如大约0.1V的范围内。在一些实施例中,第一电源电压可以是大约0.2V到大约2V。
[0022] 较低的电源电压可以提高Q1的瞬态响应,从而当Q1被接通和/或断开时,提供快速的瞬态响应。因此,由Q1提供的增益也可以显示出快速的瞬态响应,从而使RF PA100的第一级104具有低的动态误差向量量值。另外,Q2可以充当Q1的电流源。Q2的较低电压和快速电流瞬态响应使Q1能够显示出快速增益瞬态响应。这个对于以下将讨论的第一级104具有高增益的实施例尤其重要。
[0023] 在一些实施例中,RF PA100的动态EVM可以是大约3%或更小,例如大约2%或更小。低的动态EVM可以例如以高数据速率来提供改善的RF PA信号线性度。
[0024] 第一电源电压的低数值提供了许多益处,其可以促进第一级104的低动态EVM。例如,在偏置控制模块132a包括电流反射镜的实施例中,电流反射镜的反射镜晶体管可以被偏置为具有相对低的集电极电压。第一电源电压的低数值(例如,匹配反射镜晶体管的集电极电压)可以提高Q1的瞬态响应。另外,第一电源电压的低数值可以使Q1被脉冲调制为开启和/或断开时具有少量的热变化,从而提高瞬态响应。此外,在一些晶体管(例如场效应晶体管)中,对于更高的电源电压,栅迟滞效应更明显,这可以归因为EVM。因此,第一电源电压的低数值可以提高Q1的栅迟滞效应(例如,在Q1是场效应晶体管的实施例中),从而提高Q1的瞬态响应。
[0025] 另外,在现有RF PA设计中,Q1两端的第一电源电压取决于VCC,RF PA在高的VCC电压下显示出高的EVM。在RF PA100中,Q2可以将Q1与VCC隔离并且在Q1的两端提供相对低的第一电源电压。Q1的瞬态响应可以不受VCC电压影响。因此,RF PA100的EVM在高的VCC电压下不会降低。
[0026] 在各个实施例中,第一级104的增益可以分别比第二级108和/或第三级112的增益更高。因此,第一级104的瞬态响应对RF PA100的总瞬态响应可以比第二级108和/或第三级112对RF PA100的总瞬态响应更大。相反,第三级112可以传送比第一级104或者第二级108更高的输出功率,并且从而需要更高的电源电压(例如第三电源电压)。因此,第三电源电压可以等于主电源电压。如图1所示,在一些实施例中,第二电源电压可以等于主电源电压。在其它实施例中,第二电源电压可以小于主电源电压。例如,第二电源电压可以大体上等于第一电源电压或者可以具有大于第一电源电压并且小于电源电压的值。在这些实施例中,可以在Q3和主电源端子120之间提供有源负载以降低第二电源电压。
[0027] 图2示出了具有第一级204的RF PA200的替换实施例,在第一级204中,第一有源装置208(例如晶体管Q1)配置为接收使能信号,并且第二有源装置212(例如晶体管Q2)是RF放大器(例如配置为放大RFin)。晶体管Q1与Q2串联耦接并且与使能端子216耦接,以(例如通过偏置控制电路220在Q1的基极端处)接收使能信号。Q1可以充当DC晶体管以响应于使能信号来激活第一级204。Q1可以通过耦接到Q1和Q2之间的节点228的旁路电容器224来与射频路径隔离。Q2可以与配置为接收主电源电压的主电源端子232耦接。Q2可以使Q1两端的第一电源电压比主电源电压小。Q1两端的更低的电源电压可以使Q1具有快速的瞬态响应。由于Q1与Q2串联耦接(例如,Q2的发射极端与Q1集电极端连接),Q2可以具有大体上与Q1相同的直流电。因此,Q2也可以具有与电源电压VCC无关的快速瞬态响应。
[0028] 在各个实施例中,Q2可以(例如在Q2的基极端处)接收RF输入信号RFin并且将放大的RF输出信号传送到RF PA200的第二级236。第二级236可以放大第一级204的输出信号并且将放大的RF信号传送到第三级240。第三级240还可以放大RF信号以产生RFout。
[0029] 在各个实施例中,Q1也可以被称为激活装置(例如,该装置配置为接收使能信号)。在RF PA200中,Q2是放大装置(例如,该装置配置为放大RFin),而在(图1中示出的)RF PA100中,Q1是放大装置(也是激活装置)。
[0030] 与图1中示出的RF PA100比较,RF PA200的布置可以在保持快速瞬态响应(例如低动态EVM)的同时允许在放大装置两端的压降更大。例如,在Q2两端降低的电压比在Q1两端降低的电压大。Q1两端的低电压可以提供快速瞬态响应,而Q2两端的较高电压可以提供更高的功率传输。例如,Q2两端的压降可以是大约VCC-2V到VCC-0.2V,并且Q1两端的第一电源电压可以是大约0.2V到大约2V。
[0031] RF PA200可以包括未包括在RF PA100内的第二旁路电容器244。第二旁路电容器244可以与主电源端子232耦接,以将主电源端子与RF路径隔离。阻塞电感器248可以耦接在主电源端子232和Q2之间。
[0032] 在图3中示出了根据一些实施例的示例性无线通信装置300的框图。无线通信装置300可以具有包括一个或更多个RF PA308的RF PA模块304,该RF PA模块304可与RF PA100和/或200类似。除RF PA模块304之外,无线通信装置300可以具有如所示出的至少相互耦接的天线结构314、Tx/Rx开关318、收发器322、主处理器326和存储器330。虽然无线通信装置300被示出为具有发送与接收能,但是其它实施例可以包括仅具有发送能力或者仅具有接收能力的装置。
[0033] 在各个实施例中,无线通信装置300可以是,但不限于移动电话、调页装置、个人数字助理、文本消息接发装置、便携式计算机、台式计算机、基站、用户服务站、接入点、雷达、卫星通信装置或者能够无线地发送/接收RF信号的其它任何装置。
[0034] 主处理器326可以执行存储在存储器330中的基本操作系统程序,以便控制无线通信装置300的整体操作。例如,主处理器326可以通过收发器322来控制信号的接收和信号的发送。主处理器326能够执行其它处理和存储在存储器330中的程序并且可以根据执行处理的需要来将数据移入或者移出存储器330。
[0035] 收发器322可以从主处理器326接收输出数据(例如声音数据、网络数据、电子邮件、信令数据等),可以产生RFin信号以表示该输出数据,并且将RFin信号提供给RF PA模块。收发器322还可以控制RF PA模块304以在所选择的频带中且在全功率或者补偿(back-off)功率模式下操作。在一些实施例中,收发器322可以使用OFDM调制来产生RFin信号。
[0036] RF PA模块304可以放大RFin信号以提供如本文所描述的RFout信号。RFout信号可以被转送到Tx/Rx开关318并且然后转送到天线结构314,以便于无线(over-the-air,OTA)传输。在一些实施例中,Tx/Rx开关318可以包括双工器。
[0037] 以类似方式,收发器322可以通过Tx/Rx开关318来从天线结构314接收进入的OTA信号。收发器322可以处理进入的信号并且将该进入的信号发送到主处理器326,以便进一步处理。
[0038] 在各个实施例中,天线结构314可以包括一个或更多个方向和/或全方向的天线(例如,包括偶极天线、单极天线、块状天线、环形天线、微带天线或者适合于RF信号的OTA发送/接收的其它任何类型的天线)。
[0039] 本领域技术人员将理解,通过示例来给出无线通信装置300,并且为了简便和清楚,仅仅示出和说明了对理解实施例所必需的无线通信装置的结构和操作。各个实施例根据特定的需求设想了执行与无线通信装置300有关的任何合适工作的任何合适部件或者部件组合。此外,要理解的是,无线通信装置300不应该解释为限制可以实施实施例的装置的类型。
[0040] 尽管已经根据上述实施例说明了本公开,但本领域技术人员将理解的是,在不脱离本公开的范围下,适于实现相同目的的多种替换和/或等效的实施可以代替所示出和说明的特定实施例。本领域技术人员容易理解的是,本公开的教示可以在各式各样的实施例中被实施。本说明将被认为是说明性的而不是限制性的。
QQ群二维码
意见反馈