[發明專利]數字RF發射機的輸出級,數字RF發射機中提供RF輸出信號的方法和數字RF發射機

有效

• 申請號: 200980108176.6
• 申請日: 2009-03-09
• 公開（公告）號: CN102007699A
• 公開（公告）日: 2011-04-06
• 發明（設計）人: 何新;曼納爾·科拉多斯阿森西沃;內納德·帕夫洛維克;簡·范信德瑞
• 申請（專利權）人: NXP股份有限公司
• 主分類號: H04B1/04
• 分類號: H04B1/04
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 李敬文

技術領域

本發明涉及數字RF發射機的輸出級、數字RF發射機中提供RF輸出信號的方法和數字RF發射機。更一般地，本發明涉及無線數據轉換領域。更具體地，本發明涉及數字RF發射機領域，數字RF發射機例如可以用于無線通信系統中發送數據。

背景技術

近年來，更高數據速率的無線通信的需求不斷增長。這種需求帶來了非恒定包絡調制的廣泛應用，非恒定包絡調制為數據傳輸提供更高的譜效率。采用非恒定包絡調制的常規系統需要使用線性功率放大器(PA)。然而，相比于非線性功率放大器，線性功率放大器的功率效率仍然較低。因此，在移動應用中，這縮短了電池壽命。為了提高放大器效率并且降低成本，同時達到要求的線性水平，已開發了多種線性化技術。這些技術包括例如笛卡兒環架構、預失真和前饋技術。然而，由于使用線性功率放大器，這些技術的效率仍然有限。

鑒于上述情況，為提高功率效率的更有挑戰性的方法是使用極性環技術或LINC(通過非線性部件的線性放大)，其中采用非線性功率放大器，從而可以達到更高功率效率。然而，對于這種技術，也會發生下述問題。

例如，極性發射機包括獨立地處理相位信號和幅度信號的兩條路徑。此外，為處理幅度信號，可以發現兩種類型的幅度調制(AM)，即，i)電源調制和ii)直接包絡調制。下面，描述關于這兩種不同類型的幅度調制而發生的問題。

i)具有電源調制的極性環可以形成例如如圖1所示。在相位路徑中，由相位信號調制的VCO(壓控振蕩器)饋送非線性功率放大器(非線性PA)的輸入。在幅度路徑中，同時地，使用DC-DC轉換器，由幅度信號來調制非線性功率放大器的電源。在這種布置中，相位和幅度信息是獨立地處理的，但是數字地同步的。因此，能夠發送兩個信號，而不會犧牲性能參數。然而，實際中，幅度路徑中的DC-DC轉換器的帶寬是有限的。此外，在幅度調制路徑中，發生譜再生長(spectrum?re-growth)，這導致了比所需的RF輸出信號的帶寬大得多的帶寬。由于這些原因，這種使用DC-DC轉換器的布置只適合帶寬非常窄的數據發送標準，例如GSM和EDGE標準。處理該問題的可能方法是使用線性調節器來代替DC-DC轉換器，或者使用DC-DC轉換器和線性調節器的組合。但是，這會導致功率效率降低。

ii)另一方面，具有直接包絡調制的極性發射機可以例如形成如圖2所示。這種極性發射機已被公開在van?Zeij1和Colados的“AMulti-Standard?Digital?Envelope?Modulator?for?Polar?Transmitters?in?90nm?CMOS”，RFIC?Symposium，2007(參考文獻[1])中。圖2的極性發射機包括二元加權晶體管陣列，該陣列具有下行晶體管和上行共發共基晶體管。各個晶體管的二元加權由數字(1，2，4，8，...)指示。在本示例中，下行晶體管中晶體管的柵極由相位調制信號RF輸入來驅動。各個晶體管的柵極的偏置確定了流經各個單元的電流。上行中的共發共基晶體管由信號b0到b7控制。依據信號b0到b7，共發共基晶體管對來自下行晶體管的相位調制電流進行進行導通/截止。結果，在RF輸出處將包絡信息和相位信息組合。可以找到采用不同單元元件配置的類似方法。這種直接數字包絡調制的極性發射機克服了以上針對電源調制技術所述的帶寬限制。因此，這種極性發射機適合軟件定義的無線電(SDR)。然而，在真正實施中，出現的問題是二元加權陣列無法保證單調的輸出電流。這是由于不可避免的所采用的晶體管的失配。

為了克服該問題，針對直接數字包絡調制的極性發射機，已提出了采用溫度計解碼的單元矩陣，其中，每個單元元件具有相同配置，并且通過對二元數據解碼，來導通和截止每個單元元件。這也在vanZeij1和Colados的上述參考文獻[1]公開了。

在這種情況下，應該注意，數字包絡調制極性RF放大器本質上是數字到RF功率轉換器。這種離散時間到連續時間轉換引入了采樣時鐘及其更高階諧波的偏移處的譜圖像。這可能違反關于帶外發射的譜掩蔽和約束。存在兩個原理，能夠用來抑制這些不希望的毛刺噪聲；一方面，可以提高采樣頻率，并對輸入進行插值，另一方面，可以對放大器的輸出進行濾波。然而，對輸出進行濾波需要額外的LC組和頻率調諧。因此，這對于片上集成是不利的，因為造成較大芯片面積和復雜電路。

由于上述原因，結合了過采樣的N重線性插值更加優選。在參考文獻[1]中，通過將輸出級分裂成由4個正交相位采樣時鐘順序地開關的4個并行單元陣列，為溫度計解碼的包絡調制極性放大器建立了4重線性插值。