[發(fā)明專利]補償功率放大器中的非線性電容效應

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200980111890.0
• 申請日: 2009-03-09
• 公開（公告）號: CN101999207A
• 公開（公告）日: 2011-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: D·E·博克爾曼;V·斯里尼瓦桑
• 申請（專利權(quán)）人: 賈弗林半導體公司
• 主分類號: H03F1/32
• 分類號: H03F1/32;H03F3/20
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李娜;蔣駿

背景技術(shù)

在各種電路中，一般使用放大器來將進入的信號的振幅提高至期望水平。例如，在給定系統(tǒng)中可能存在各種放大器以提高進入的信號的信號強度以使其處于期望水平，以便進行進一步處理。

在諸如蜂窩式手機、移動因特網(wǎng)設(shè)備、無線個人數(shù)字系統(tǒng)(PDA)等無線系統(tǒng)中，通常存在功率放大器(PA)以接收根據(jù)需要針對給定通信協(xié)議調(diào)制的射頻(RF)信號并將此信號放大以經(jīng)由設(shè)備的天線進行傳輸。通常，功率放大器可以將進入的信號的電流和電壓兩者放大以提供處于期望水平的信號。

在不同的通信協(xié)議中存在不同的要求。許多通信系統(tǒng)具有對手機的各種要求以便實現(xiàn)有關(guān)變化的信號水平內(nèi)的功率、效率、和線性。例如，包括用于GSM演進(EDGE)的增強型數(shù)據(jù)速率、長期演進(LTE/4G)、依照IEEE?802.11標準的WiFi、微波存取全球互通(WiMax)、碼分多址(CDMA)、和寬帶碼分多址(W-CDMA)的多種通信系統(tǒng)全部具有要求線性信號路徑的調(diào)制方案。

在此類PA的放大級中，如果通過該級的相移是輸入信號的振幅的函數(shù)，則該放大器具有相位失真(也稱為調(diào)幅至調(diào)相(AM至PM)失真)。AM至PM失真是降低放大器的總線性的非線性過程。AM至PM失真可以在有或沒有振幅(也稱為AM至AM)失真的情況下存在。這兩個非線性過程一起表征理想地線性的通信電路中的相關(guān)的非線性行為。這些非線性過程引起從期望信道到附近信道的信號能量的泄漏或頻譜散射(spectral?splatter)。在許多系統(tǒng)中，通過相鄰信道功率比(ACPR)或相鄰信道泄漏比(ACLR)來測量此頻譜散射。

通常使用具有不遭受顯著的AM至PM失真的雙極型器件的砷化鎵(GaAs)工藝來形成當前PA。然而，在效率很高的互補金屬氧化物半導體(CMOS)功率放大器的情況下，AM至PM失真能夠引起顯著的線性問題。對于CMOS器件而言，存在AM至AM線性化技術(shù)，但是此類技術(shù)未解決AM至PM失真，或者，由于AM至PM失真而使其不那么有效。結(jié)果，諸如使用CMOS器件形成的功率放大器等放大器可能具有線性問題。或者，可以使得CMOS功率放大器在改善總體線性但降低效率的不同模式(也稱為A類)下工作。

發(fā)明內(nèi)容

在一方面，本發(fā)明提供了一種補償由于到增益器件的輸入信號的相應變化而發(fā)生的電容變化的技術(shù)。根據(jù)一種實現(xiàn)方案，電路包括諸如存在于功率放大器中的接收輸入信號并輸出放大信號的增益級增益器件。為了提供對輸入信號變化的電容補償，補償器件被耦合到所述增益器件。更具體而言，可以是所述增益器件的互補器件的此補償器件用于補償由于輸入信號變化而發(fā)生的增益器件的電容變化。可以由偏置發(fā)生器來控制所述補償器件，所述偏置發(fā)生器提供偏壓以使得補償器件的電容能夠基本上與基本上在增益器件的閾值電壓周圍的相應增益器件的電容變化相等且相反。

本發(fā)明的另一方面意在一種包括增益級和多個補償級的功率放大器。所述增益級可以包括一對互補放大器以接收差動輸入信號并輸出差動放大信號。每個補償級又具有每個被耦合到所述互補放大器中的一個的放大器的第一和第二補償器件。這樣，每個補償器件可以在差動輸入信號處于輸入范圍的預定過渡(transition)區(qū)中時補償相應放大器的電容變化。此類功率放大器可以在無線系統(tǒng)中實現(xiàn)以將由收發(fā)機或其它此類電路提供的信號放大至適當?shù)乃揭员憬?jīng)由天線或其它輻射裝置傳輸。

本發(fā)明的另一方面意在一種用于對增益級的電容變化進行開環(huán)或閉環(huán)補償?shù)姆椒āＴ陂]環(huán)實現(xiàn)方案中，所述方法可以包括檢測到增益級的輸入信號振幅、響應于所檢測的振幅確定將被耦合到增益級的電容以補償該增益級對輸入信號的非線性相位響應、以及控制可控元件以將所確定的電容量耦合到所述增益級。

附圖說明

圖1是電容變化對比柵極-源極電壓的圖形說明。

圖2A是CMOS增益級的小信號模型。

圖2B是在中心頻率下操作的CMOS增益級的小信號模型。

圖3A是依照本發(fā)明的一個實施例的補償電路的示意圖。

圖3B是用于圖3A的電路的電容變化的圖形說明。

圖3C是依照本發(fā)明的另一實施例的補償電路的示意圖。

圖3D是圖3C的補償電路的對偶電路的示意圖。

圖3E是依照本發(fā)明的一個實施例的互補補償電路的示意圖。

圖4A是依照本發(fā)明的另一實施例的補償電路的示意圖。

圖4B是用于圖4A的電路的電容變化的圖形說明。

圖5是依照本發(fā)明的另一實施例的補償電路的概念示意圖。

圖6A是依照本發(fā)明的實施例的沒有補償?shù)碾娙葑兓膱D形說明。