信号产生装置 |
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| 申请号 | CN201410163131.1 | 申请日 | 2014-04-22 | 公开(公告)号 | CN104426525A | 公开(公告)日 | 2015-03-18 |
| 申请人 | 联发科技股份有限公司; | 发明人 | 张文华; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种 信号 产生装置。该信号产生装置包含 数模转换 器、偏置级和AB类输出级。 数模转换器 被设置为输出 电流 来作为 输入信号 ；偏置级耦接至该数模转换器并被设置为依据至少该输入信号来产生偏置信号；以及AB类输出级耦接至该偏置级，并被设置为依据该偏置信号来在该信号产生装置的输出 节点 产生 输出信号 ，其中该输出信号包含第一信号分量和第二信号分量，该第一信号分量和该第二信号分量两者对应于该输入信号，以及在该输出信号和该输入信号之间存在线性关系。本发明可实现高线性度的输出信号。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种信号产生装置，其特征在于，包含： |
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| 说明书全文 | 信号产生装置【技术领域】 [0001] 本发明关于信号产生装置，尤其关于一种能够输出高线性度AB类信号的信号产生装置。【背景技术】 [0002] 具有AB类操作的发射器是一个很好的高功率效率设计候选。电流模式发射器相比其对应的电压模式具有高速操作的优点。为了在传统的电流模式发射器实现AB类操作，AB类电流驱动器中需要漏极(sink)和源极(source)驱动装置。AB类电流驱动器的输出电流是源电流和漏电流的叠加，其分别对应于p沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(PMOS)数模转换器(DAC)和n沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(NMOS)数模转换器。由于漏电流和源电流之间的时序偏差(timing skew)和增益误差，AB类电流驱动器中输出电流的线性度被降低了。 [0004] 有鉴于此，本发明提供一种信号产生装置，能够输出高线性度的AB类信号，以解决上述问题。 [0005] 依据本发明的第一方面，提出一种示范性信号产生装置，包含输入级、偏置级和输出级。输入级被设置为产生输入信号；偏置级耦接至该输入级，并被设置为依据该输入信号和反馈信号来产生偏置信号；以及输出级包含放大器电路和反馈方块。放大器电路耦接至该偏置级并被设置为依据该偏置信号来产生辅助信号。反馈方块包含第一反馈电路和第二反馈电路。第一反馈电路耦接于该信号产生装置的输出节点与该放大器电路之间，并被设置为依据该辅助信号来产生特定信号，其中该输出节点的输出信号从该特定信号获得；以及第二反馈电路耦接于该第一反馈电路与该偏置级之间，并被设置为依据该特定信号来产生该反馈信号。 [0006] 依据本发明的第二方面，提供一种示范性信号产生装置，包含数模转换器、偏置级和AB类输出级。数模转换器被设置为输出电流来作为输入信号；偏置级耦接至该数模转换器并被设置为依据至少该输入信号来产生偏置信号；以及AB类输出级耦接至该偏置级，并被设置为依据该偏置信号来在该信号产生装置的输出节点产生输出信号，其中该输出信号包含第一信号分量和第二信号分量，该第一信号分量和该第二信号分量两者对应于该输入信号，以及在该输出信号和该输入信号之间存在线性关系。 [0008] 图1为根据本发明第一实施例的示例性信号产生装置100的示意图。 [0009] 图2为根据本发明第二实施例的示例性信号产生装置200的示意图。 [0010] 图3为根据本发明第一实施例的示例性AB类信号产生装置300的方框图。 [0011] 图4为根据本发明第二实施例的示范性AB类信号产生装置400的方框图。 [0012] 图5为根据本发明第三实施例的示例性信号产生装置500的示意图。【具体实施方式】 [0013] 在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定的元件。本领域中技术人员应可理解，电子装置制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为开放式的用语，故应解释成“包含但不限定于”。以外，“耦接”一词在此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耦接到第二装置，则代表该第一装置可直接电气连接于该第二装置，或通过其他装置或连接手段间接地电气连接至该第二装置。 [0014] 为了减少/消除不同信号分量之间的时序偏差和增益误差以获得高线性度的输出信号(不同信号分量的叠加)，所提出的信号产生方案采用单一信号产生电路以产生输入信号，这意味着不同的信号分量从所述信号产生电路所产生的相同输入信号获得。因此，由不同的输入信号产生的不同的信号分量之间的幅度和相位失配可以得到改善。此外，可以采用反馈电路以确保输入信号和输出信号之间的线性关系(即，输出信号是线性输出)。为了便于理解本发明，所提出的信号产生方案参照AB类电流产生装置来描述。但应当理解的是，本发明并不限定于AB类电流的产生。任何使用所提出的信号产生方案的信号产生装置均落入本发明的范围之内。 [0015] 请参考图1，其为根据本发明第一实施例的示例性信号产生装置100的示意图。如图1所示，信号产生装置100包含输入级110、偏置级120和输出级130。输入级110被设置为产生输入信号S_I到偏置级120。在本实施例中，信号产生装置100可以被实现为AB类电流产生装置，以及在输入级110可包含数模转换器(DAC)112(例如，电流DAC)。DAC112被设置为输出电流Idac来作为输入信号S_I。偏置级120耦接至输入级110，并被设置为根据输入信号S_I以及从输出级130产生的反馈信号S_F来产生偏置信号(包含偏置电压V_G1和偏置电压V_G2)到输出级130。输出级130可根据所述偏置信号在信号产生装置100的输出节点N_OUT输出输出输出电流I_OUT。 [0016] 偏置级120可以包含放大器122和偏置电路124。放大器122具有输入端口P_I和输出端口P_O，其中所述输入端口P_I被耦接至输入级110(或DAC112)，以及输出端口P_O被耦接至偏置电路124。偏置电路124被配置为根据放大器122的输出信号来产生所述偏置信号。输出级130可包含放大器电路132和反馈方块134。放大器电路132可以包含(但不限于)晶体管Msp和晶体管Msn。晶体管Msp的控制节点N_Csp、连接节点N_Asp和连接节点N_Bsp分别被耦接至偏置电路124、参考电压VDD和反馈方块134。晶体管Msn的控制节点N_Csn、连接节点N_Asn和连接节点N_Bsn分别被耦接至偏置电路124、接地电压GND和反馈方块134。晶体管Msp被设置为根据所述偏置电压V_G1来产生电流I_Msp，以及晶体管Msn被设置为根据所述偏置电压V_G2来产生电流I_Msn。在本实施例中，由偏置电路124产生的偏置电压V_G1和V_G2可以使放大器电路132工作在AB类模式。 [0017] 反馈方块134可包含第一反馈电路136和第二反馈电路139，其中所述第一反馈电路136耦接于放大器电路132和输出节点N_OUT之间，以及第二反馈电路139耦接于第一反馈电路136和偏置级120之间。在本实施例中，第一反馈电路136可以包含第一反馈单元137和第二反馈单元138，其中所述第一反馈单元137耦接于连接节点N_Bsp和输出节点N_OUT之间，以及第二反馈单元138耦接于连接节点N_Bsn和输出节点N_OUT之间。第一反馈单元137可以包含(但不限于)放大器Ap、晶体管M1以及电阻元件Rfp和Rsp。放大器Ap的输入端口P_Ip被耦接至连接节点N_Bsp，以及放大器Ap的输出端口P_Op被耦接至晶体管M1的控制节点N_C1。电阻元件Rfp耦接于输入端口P_Ip和晶体管M1的连接节点N_A1之间，电阻元件Rsp耦接于参考电压VDD和晶体管M1的连接节点N_A1之间，以及连接节点N_B1耦接至输出节点N_OUT。类似地，第二反馈单元138可以包含(但不限于)放大器An、晶体管M2以及电阻元件Rfn和Rsn。放大器An的输入端口P_In耦接于连接节点N_Bsn，并且放大器An的输出端口P_On耦接于晶体管M2的控制节点N_C2。电阻元件Rfn耦接于输入端口P_In和晶体管M2的连接节点N_A2之间，电阻元件Rsn耦接于接地电压GND和晶体管M2的连接节点N_A2之间，以及连接节点N_B2耦接至出节点N_OUT。 [0018] 如图1所示，第一反馈单元137形成一个闭环电路，因此，连接节点N_Bsp可被视为虚拟地(virtual ground)(即其上的电压变化是相对较小的)。晶体管Msp根据偏置电压V_G1产生电流I_Msp到第一反馈单元137之后，电流I_Msp可流入电阻元件Rfp而不是放大器Ap，以及连接节点N_A1的电压Vp可以被表示为I_Msp×Rfp。此外，放大器Ap可以通过输出偏置电压至控制节点N_C1来导通(turn on)晶体管M1，从而产生电流Isp流经电阻元件Rsp。电流Isp可以被表示为Vp/Rsp(即I_Msp×Rfp/Rsp)，以及流经晶体管M1的电流Ip可以被表示为： [0019] Ip＝I_Msp+I_Msp×Rfp/Rsp. [0020] 第二反馈单元138也形成一个闭环电路，晶体管Msn根据偏置电压V_G2产生电流I_Msn到第二反馈单元138之后，电流I_Msn可流入电阻元件Rfn而不是放大器An，以及连接节点N_A2的电压Vn可以被表示为I_Msn×Rfn。此外，流经晶体管M2的电流In还可包含流经电阻元件Rsn的电流Isn，其可以被表示为Vn/Rsn(即I_Msn×Rfn/Rsn)。流经晶体管M2的电流In可以被表示为： [0021] In＝I_Msn+I_Msn×Rfn/Rsn. [0022] 据此，流经晶体管M1的电流分量具有与电流I_Msp的线性关系，以及流经晶体管M2的电流分量具有与电流I_Msn的线性关系。当电流I_Msp和I_Msn是AB类电流时，从输出节点N_OUT输出的输出电流I_OUT(电流Ip和In的叠加)也可以是一个AB类电流。为了确保输出电流I_OUT是AB类电流，第二反馈电路139可用于根据电压Vp与Vn来产生反馈信号S_F，使得偏置级120可相应产生具有AB类特征的电流I_Msp和I_Msn。 [0023] 在本实施例中，第二反馈电路139可以包含电阻元件Rip和电阻元件Rin。电阻元件Rip耦接于第一反馈单元137(或连接节点N_A1)与偏置级120(或输入端口P_I)之间，以及第二电阻元件Rin耦接于第二反馈单元138(或连接节点N_A2)与偏置级120(或输入端口P_I)之间。由于第二反馈电路139是耦接于偏置级120和输出级130之间的负反馈电路，因此输入端口P_I可被视为虚拟接地(即其电压变化是相对较小的)。因此，流经电阻元件Rip的电流Iip可表示为Vp/Rip(即I_Msp×Rfp/Rip)，以及流经电阻元件Rin的电流Iin可表示为Vn/Rin(即I_Msn×Rfn/Rin)。此外，从DAC112输出的输入信号S_I(即电流Idac)可由电流Iip和电流Iin抵消： [0024] Idac＝I_Msp×Rfp/Rip+I_Msn×Rfn/Rin. [0025] 换句话说，电流I_Msp/I_Msn和电流Idac之间存在线性关系。当DAC112产生的电流Idac是正弦信号时，电流I_Msp和I_Msn两者可具有AB类特性。因此，输出电流I_OUT和电流Idac之间也存在线性关系。可以实现具有高线性度输出电流的AB类电流产生装置。 [0026] 上述信号产生方案可归纳如下。放大器电路132可以根据从偏置级120所产生的偏置信号(例如，偏置电压V_G1/V_G2)来产生辅助信号(例如电流I_Msp/I_Msn)；第一反馈电路136可以根据所述辅助信号来产生特定信号(例如电压Vp/Vn)；接下来，第二反馈电路139可以根据特定信号来产生反馈信号S_F(如电流Iip/Iin)，以及偏置级120可根据输入信号S_I和反馈信号S_F再次产生偏置信号；最后，输出级130可根据特定信号来产生输出信号S_O(例如，输出电流I_OUT)。此外，为了确保输入信号S_I和输出信号S_O之间的线性关系，所提出的信号产生装置可以被适当地设计以使特定信号与所述辅助信号具有线性关系，使反馈信号S_F与特定信号具有线性关系，以及使反馈信号S_F等于输入信号S_I。 [0027] 应当指出的是，上述电路拓扑仅用于说明性目的，并不意味着是对本发明的限制。在一个实施方式中，只要第一反馈单元137/第二反馈单元138可根据辅助信号产生特定信号，以使特定信号与辅助信号具有线性关系，第一反馈单元137/第二反馈单元138的电路架构可不同于图1所示。此外，第一反馈单元137的电路架构可以与第二反馈单元138的电路架构不同。在另一个实施方式中，只要第二反馈电路139可以根据特定信号产生反馈信号S_F(等于输入信号S_I)，第二反馈电路139的电路结构可以与图1中所示不同。 [0028] 请参考图2，其为根据本发明第二实施例的示例性信号产生装置200的示意图。信号产生装置200的电路结构是基于图1所示的信号产生装置100的电路架构。信号产生装置200可包含图1所示的输入级110、偏置级220和输出级230，其中图1所示的偏置级120可以由偏置级220来实现，以及图1所示的输出级130可以由偏置级230来实现。更具体地，图1所示的放大器122可以由晶体管M7来实现，以及偏置电路124可以由电流源Is3、电流源Is4、晶体管M5和晶体管M6来实现。在本实施例中，晶体管M5和晶体管M6是由浮动栅极偏置Vbn和Vbp来控制以实现推挽电路(push-pull circuit)，且晶体管Msp和晶体管Msn将在AB类模式中进行工作。本领域的技术人员应该明白，浮动栅极偏置能够使下一级工作在AB类模式，进一步描述在这里不再赘述。 [0029] 输出级230可包含图1所示的放大器电路132和反馈方块234，其中反馈方块234包含第一反馈电路236和图1中所示的第二反馈电路139。在本实施例中，第一反馈电路236包含第一反馈单元237和第二反馈单元238。第一反馈单元237可包含图1所示的晶体管M1、电阻元件Rfp和电阻元件Rsp、晶体管M3和电流源Is2。图1所示的放大器Ap可以由晶体管M3和电流源Is2来实现。第二反馈单元238可包含图1所示的晶体管M2、电阻元件Rfn和电阻元件Rsn、晶体管M4和电流源Is1。图1中所示的放大器An可以由晶体管M4和电流源Is1来实现。 [0030] 晶体管Msp和Msn可以分别根据偏压V_G1和V_G2来产生电流I_Msp和I_Msn。第一反馈单元237可以首先将电流I_Msp转换为电压Vp，然后将电压Vp转换为电流Ip。 由于第一反馈单元237是高增益闭环电路，电流I_Msp、电压Vp和电流Ip之间存在线性关系。类似地，第二反馈单元238可以首先将电流I_Msn转换为电压Vn，然后再将电压Vn转换为电流In，其中电流I_Msn、电压Vn和电流In为线性相关的。从DAC112产生的输出电流Idac可由从第二反馈电路139产生的电流Iip和Iin来抵消。换句话说，正弦输入电流Idac可通过两条路径被提供给输出级230，由此实现具有AB类特性的输出电流I_OUT。本领域技术人员在阅读图1相关段落后应当理解图2所示的信号产生装置200的操作，进一步说明在此不再赘述。 [0031] 请注意，上述线性变换电路是用于说明性目的，并且不意味着是对本发明的限制。例如，其它类型的线性变换电路(代替反馈电路)可被用于将电流I_Msp/I_Msn转换为图 2所示的电压Vp/Vn。请一起参考图1、图2和图3。图3为根据本发明第一实施例的示例性AB类信号产生装置300的方框图。信号产生装置300可包含图1所示的DAC112、偏置级 320和AB类输出级330。偏置级320耦接至DAC112，并且被设置为根据接收到的输入信号(即，输入电流Idac)和反馈信号S_F来产生偏置信号S_B。AB类输出级330耦接至偏置级320，并被设置为根据偏置信号S_B产生反馈信号S_F，并根据偏置信号S_B在信号产生装置300的输出节点N_OUT产生输出信号S_OUT(例如AB类输出电流)。输出信号S_OUT包含第一信号分量S_C1(例如源电流)和第二信号分量S_C2(例如，漏电流)，其中所述第一信号分量S_C1和所述第二信号分量S_C2两者对应于输入电流Idac，反馈信号S_F等于输入电流Idac，并且在输出信号S_OUT和输入电流Idac之间存在线性关系。 [0032] 偏置级320可以采用图1/图2中所示的电路结构，以产生偏置信号S_B。AB类输出级330可以采用图1/图2中所示的电路结构，以根据偏置信号(例如，偏置电压V_G1和V_G2)产生电压Vp/Vn，并相应地产生反馈信号S_F(例如电流Iip和Iin)和输出信号S_OUT(例如，输出电流I_OUT)。在一个实施方式中，AB类输出级330可以使用其它类型的线性变换电路以产生电压Vp与Vn，并且相应地产生反馈信号S_F(例如电流Iip和Iin)和输出信号S_OUT(如输出电流I_OUT)。 [0033] 如上所述，图1/图2所示的第二反馈电路139可被用来确保电流I_Msp和I_Msn的AB类特性。换句话说，当电流I_Msp和I_Msn已经有AB类特性时，不需要产生反馈信号S_F。请参考图4，其为根据本发明第二实施例的示范性AB类信号产生装置400的方框图。信号产生装置400的电路结构是基于图3中所示的信号产生置300的电路结构，其中不同的是，AB类输出级430不产生反馈信号至偏置级420。例如，当包含在AB类输出级430中的放大电路(在图4中未示出)可以根据偏置信号S_B产生AB类电流信号时，AB类输出级430不需要产生反馈信号至偏置级420。 [0034] 请结合图2参考图5。图5为根据本发明第三实施例的示范性信号产生装置500的示意图。如图5所示，信号产生装置500以图2所示的信号产生装置200的差分拓扑来实施。信号产生装置500的右边部分可以由信号产生装置200来实现，以及信号产生装置500的左边部分可以包含下列元素：多个晶体管Msp’、Msn’和M1’-M7’、多个电流源Is1’-Is4’、以及多个电阻元件Rfp’、Rsp’、Rip’、Rfn’、Rsn’和Rin’。请注意，由于只有单个DAC512被使用，输出信号的线性度可以大大地提高。本领域技术人员在阅读图1至图2相关段落后应当理解图5所示的信号产生装置500的操作，进一步说明在此不再赘述。 [0035] 综上所述，所提出的信号产生装置只需单个DAC，故而输出信号的不同信号分量(例如AB类电流的源电流和漏电流)之间的相位延迟和幅度失配就不会发生。此外，所提出的信号产生装置可以利用反馈电路来调整(align)输出信号的不同信号分量，从而实现了高线性度的输出信号。 [0036] 本发明虽以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明的范围，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当以权利要求所界定者为准。 |
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