[發(fā)明專利]用于生成射頻脈寬調(diào)制信號的系統(tǒng)和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210350967.3
• 申請日: 2012-09-19
• 公開（公告）號: CN103117715A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 弗朗茨·迪爾拉切爾;馬丁·馬塔爾;克里斯蒂安·舒貝爾特;彼得·辛格爾
• 申請（專利權(quán)）人: 英飛凌科技股份有限公司
• 主分類號: H03F1/56
• 分類號: H03F1/56;H04B14/04
• 代理公司: 北京康信知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11240
• 代理人: 余剛;吳孟秋

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體來說涉及半導(dǎo)體電路和方法，更具體地，涉及用于生成射頻脈寬調(diào)制信號的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

脈寬調(diào)制系統(tǒng)被用于在廣泛地從低功耗音頻設(shè)備（諸如MP3播放器）到高功率數(shù)據(jù)發(fā)送電路（諸如基站發(fā)射器）不等的應(yīng)用中提供高效率放大和傳輸。通過使由于放大器輸出級內(nèi)的偏置電流導(dǎo)致的功率損失最小化來實現(xiàn)高效率。例如，在音頻應(yīng)用中，D類放大器被用于以高于所需輸出信號帶寬的頻率在兩個供電電壓之間切換揚聲器的端子。這里，利用負載電路的特性（例如揚聲器的電感）來對高頻切換能量濾波。類似地，在RF應(yīng)用中，功率放大器（PA）由具有高于感興趣的帶寬的脈沖頻率的脈寬調(diào)制信號來驅(qū)動。隨后，使用RF帶通濾波器（諸如針對低功率應(yīng)用的SAW濾波器或針對高功率應(yīng)用的腔體濾波器）來對帶外能量（out-of-band?energy）濾波。由于存在跨以切換方式工作的裝置的輸出級的最小IR降，且其可以是使用PWM信號的情況，所以能使跨裝置輸出級的耗散功率最小化，并提高了效率。

然而，高動態(tài)范圍PWM信號的生成在高頻和射頻（RF）處加入了許多挑戰(zhàn)。隨著寬帶系統(tǒng)的帶寬增加，用于驅(qū)動向上轉(zhuǎn)換器（upconverter）的PWM信號的切換速率也有相應(yīng)增加。然而，這些高切換速率處的寄生損失可能降低PWM系統(tǒng)的總效率。

用于降低PWM系統(tǒng)中的切換速率的一種方法是使用多個并行PWM信號級來驅(qū)動并聯(lián)RF功率放大器。盡管可降低總切換速率，但也會出現(xiàn)其他低效，諸如由于多級加載而導(dǎo)致的功率損失和由于帶通濾波器處的反射功率而導(dǎo)致的損失。

發(fā)明內(nèi)容

在一種實施方式中，產(chǎn)生多級RF信號的方法包括基于輸入信號產(chǎn)生多個脈寬調(diào)制信號。該方法還包括通過當相應(yīng)脈寬調(diào)制信號處于有效（active）狀態(tài)時設(shè)置并聯(lián)放大器具有第一輸出阻抗以及當相應(yīng)脈寬處于無效（inactive）狀態(tài)時設(shè)置并聯(lián)放大器具有第二輸出阻抗，采用多個脈寬調(diào)制信號來驅(qū)動相應(yīng)的多個并聯(lián)放大器。該方法還包括相移多個并聯(lián)放大器的輸出，其中，該相移將第二輸出阻抗轉(zhuǎn)換為高于第二輸出阻抗的第三阻抗；以及合成相移后的輸出。

在附圖和以下描述中描述了本發(fā)明的一個或多個實施方式的細節(jié)。根據(jù)該描述和附圖以及權(quán)力要求，本發(fā)明的其他特征、目標和優(yōu)勢將變得顯而易見。

附圖說明

為更全面地理解本發(fā)明及其優(yōu)勢，現(xiàn)結(jié)合附圖來說明以下描述，其中：

圖1示出了常規(guī)多級PWM發(fā)生器；

圖2示出了實施方式的多級RF發(fā)射器；

圖3示出了有關(guān)實施方式的PWM發(fā)生器的編碼效率的曲線圖；

圖4示出了實施方式的調(diào)制PWM輸出頻譜；

圖5示出了使用相移基準函數(shù)的實施方式的多級PWM發(fā)生器；

圖6a至圖6c示出了實施方式的PWM發(fā)生器的波形；

圖7a和圖7b示出了根據(jù)其他實施方式的多級RF發(fā)射系統(tǒng)；

圖8示出了實施方式的多級RF發(fā)射系統(tǒng)的波形圖；

圖9示出了表示有關(guān)實施方式的多級RF發(fā)射系統(tǒng)的輸出功率和效率對占空比的曲線圖；

圖10示出了實施方式的PWM調(diào)制器；以及

圖11示出了實施方式的PWM調(diào)制器的實施。

具體實施方式

以下將詳細討論本文優(yōu)選實施方式的制造和使用。然而，應(yīng)當理解，本發(fā)明提供了許多適用的可在寬泛的各種具體環(huán)境中實施的發(fā)明概念。所討論的具體實施方式僅是用于制造和使用本發(fā)明的說明性的具體方法，且并不限定本發(fā)明的范圍。

將參照具體環(huán)境中的優(yōu)選實施方式（即，脈寬調(diào)制器和使用基帶的輸出級以及RF發(fā)射系統(tǒng)）來描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明還可被用于其他類型的電路和系統(tǒng)，諸如音頻系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和其他使用脈寬調(diào)制信號的電子或光學(xué)系統(tǒng)。

在一種實施方式中，通過計算有限數(shù)量的表示輸出PWM信號的基函數(shù)（basis?function）來建立離散時間的脈寬調(diào)制信號。這些基函數(shù)的限帶特性（band?limited?nature）防止了由于信號的離散時間特性而導(dǎo)致的混疊（aliasing），從而允許高動態(tài)范圍和低帶外本底噪聲。在于2011年4月7日提交的題為“用于生成脈寬調(diào)制信號的系統(tǒng)和方法”的美國專利申請第13/081,628號中描述了使用基函數(shù)生成脈寬調(diào)制信號來有效驅(qū)動放大器（PA），其應(yīng)用整體通過引用結(jié)合于此。