[發明專利]動態偏置放大器

有效

• 申請號: 200980147165.9
• 申請日: 2009-11-24
• 公開（公告）號: CN102224675A
• 公開（公告）日: 2011-10-19
• 發明（設計）人: 延斯·約爾延·戈德·亨里克森
• 申請（專利權）人: 音頻專用集成電路公司
• 主分類號: H03F1/30
• 分類號: H03F1/30
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 余剛;吳孟秋

技術領域

本發明涉及包括具有動態偏置布置的輸入級和輸出級的放大器，其中，在相反方向上調整提供至輸入級和輸出級的各DC偏置電流的電平。

背景技術

在從次聲頻率到用于高級無線通信系統的GHz范圍的范圍內廣泛應用對電壓或電流信號進行放大的放大器。在需要檢測、放大及以其他方式處理表示物理量或諸如聲壓、加速度、溫度、壓力等變量的電信號的情況下，換能器放大器是放大器的一種重要類型。在用于移動終端以及諸如移動電話、耳機以及助聽儀器的其他便攜通信裝置的微型麥克風以及揚聲器中使用換能器放大器。便攜裝置通常以可充電電池運行，并且包括大量的功耗電子部件。這使得將換能器放大器的功耗降低至與規定或給定性能要求兼容的最低可能電平變得極其重要。在許多情況下，對于換能器放大器，可能存在可用功率的固定量、或者功率預算。

上述性能要求通常對具體換能器放大器所需的功率或電流量施加一定約束。例如，一旦選擇了電路布局和半導體技術，則對一定輸入噪聲電壓的要求就導致對換能器放大器輸入級的最小偏置電流的要求。類似地，一旦選擇了電路布局(例如A類、AB類或B類)以及半導體技術，則對換能器放大器的輸出級的一定負載處理能力的要求就導致對換能器放大器的輸出級的最小偏置電流要求。

然而，根據本發明，響應于輸入級處的輸入信號電平，相對于提供至放大器的輸出級的DC偏置電流的電平來動態地調整提供至輸入級的DC偏置電流的電平。在有利的實施方式中，換能器放大器的總功耗保持在基本恒定水平，以符合固定功率預算。DC偏置的動態調整提供了換能器放大器的性能改善，原因在于可以在大換能器信號的條件下降低輸入級中的DC偏置電流，而由于感知掩蔽并沒有經放大的換能器信號的音頻噪聲劣化。同時，增大DC偏置電流并因此在大信號條件下增大輸出級的功耗改善了為負載提供適當輸出電壓和電流所需的負載處理能力。

現有技術

US?6,175,279公開了一種用于RF信號的、具有可調偏置電流源的低噪聲放大器(LNA)。可以連續或以不連續階段調整偏置電流。執行偏置電流調整，以使LNA的噪聲性能和線性度適應實際RF接收條件。在惡劣RF環境(例如，具有高電平的亂真RF信號)下設定高偏置電流，在良好RF環境下設定低偏置電流。

GB239305公開了一種用于RF信號的、具有可調偏置電流源的低噪聲放大器(LNA)。LNA的偏置電流響應于控制信號以“提供與適當動態范圍一致的最小功耗所需的最優DC偏置電流”。由輸入RF信號的信號質量測量得到控制信號。

發明內容

根據本發明的第一方面，提供了一種放大器，包括適于接收并放大或緩沖輸入信號并偏置有第一DC偏置電流的輸入級。該放大器的輸出級適于將輸出信號提供至放大器負載并偏置有第二DC偏置電流。可調偏置電流生成器，其操作地耦接至輸入級和輸出級，以分別向輸入級和輸出級提供第一DC偏置電流和第二DC偏置電流。電平檢測器，其操作地耦接至輸入信號以及可調偏置電流生成器，以獨立于輸入信號的電平來控制第一DC偏置電流和第二DC偏置電流的電平。可調偏置電流生成器以相反方向來調整第一DC偏置電流和第二DC偏置電流的各電平。

放大器可以包括連接在輸入級與輸出級中間的一個或多個中間放大、緩沖或頻率整形級。這些中間放大、緩沖或頻率整形級可以連同基本固定的DC偏置電流(其與輸入信號的電平無關)來操作。在本發明的實施方式中，輸入級和輸出級可以通過適當的電配線直接互連。

第一DC偏置電流和第二DC偏置電流的動態調整提供了放大器的性能改善，這是因為，在大輸入信號的條件下可以降低提供至輸入級的第一DC偏置電流的電平，而由于輸入級增大的熱噪聲的感知掩蔽并沒有使經放大的輸入信號的音頻劣化。同時，通過增大第二DC偏置電流的電平改善輸出級的負載處理能力，以在大信號的條件下為放大器負載提供足夠的輸出電壓和電流電平。

在本發明的有利實施方式中，第一DC偏置電流和第二DC偏置電流之和保持基本恒定，而與輸入信號的電平無關。這允許放大器利用先前提到的有關動態調整第一DC偏置電流和第二DC偏置電流的優點，同時將放大器的功耗或總DC偏置電流保持在基本恒定的電平，而與輸入信號的電平無關，從而符合固定功率預算。根據本發明的該實施方式，對于放大器的操作范圍內的所有輸入信號電平來說，第一DC偏置電流和第二DC偏置電流的變化低于+/-10％，或者更優選地，低于+/-5％，諸如低于+/-2％。