[發(fā)明專利]一種逆D類功率單元及全數(shù)字射頻發(fā)射前端集成電路結(jié)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410138677.1
• 申請日: 2014-04-08
• 公開（公告）號: CN104980173B
• 公開（公告）日: 2018-07-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 廖懷林;夏韜;郭盈;陳龍;楊帆;張興
• 申請（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號: H04B1/04
• 分類號: H04B1/04
• 代理公司: 北京君尚知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11200
• 代理人: 余長江

1.一種逆D類功率單元，其特征在于，采用I/Q正交-差分四相結(jié)構(gòu)，差分的兩條支路分別由I/Q兩路并聯(lián)而成，每一路均使用兩層或多層共源共柵晶體管；I/Q兩路在漏極直接相連，形成電流加和；所述I/Q正交-差分四相結(jié)構(gòu)中，LO信號包含四條支路LO_IP、LO_QP、LO_IN、LO_QN，其相位分別為0°,90°,180°,270°；所述差分的含義為，逆D類功率單元的有源電路部分由差分正、負兩路構(gòu)成，輸出差分信號；逆D類功率單元的有源電路部分連接關(guān)系是：輸出的“正”“負”兩端，分別連接兩條共源共柵支路的漏極；在輸出“負”端的兩條共源共柵支路中，LO_IP與I支路使能信號EN_I做“與”邏輯以后，接入其中一條支路的共源晶體管的柵極；LO_QP與Q支路使能信號EN_Q做“與”邏輯以后，接入另一條支路的共源晶體管的柵極；同樣的，在輸出“正”端的兩條共源共柵支路，由LO_IN與EN_I、LO_QN與EN_Q做“與”邏輯控制，LO_IN與I支路使能信號EN_I做“與”邏輯以后，接入其中一條支路的共源晶體管的柵極；LO_QN與Q支路使能信號EN_Q做“與”邏輯以后，接入另一條支路的共源晶體管的柵極；“正”“負”一共四條共源共柵支路的共柵晶體管柵極，均連接至電源；逆D類功率單元的有源電路部分的“正”“負”兩端連接到一個兩端口匹配網(wǎng)絡(luò)的其中一個端口的正、負極，而匹配網(wǎng)絡(luò)的另一個端口的負極接地、正極接天線。

2.如權(quán)利要求1所述的逆D類功率單元，其特征在于：所述I/Q正交-差分四相結(jié)構(gòu)采用四相二分頻器產(chǎn)生0°,90°,180°,270°四相50％占空比的LO信號，之后使用四個“與”邏輯門將50％占空比的信號相與，產(chǎn)生四相25％占空比的LO信號。

3.如權(quán)利要求1所述的逆D類功率單元，其特征在于：所述共源共柵晶體管中，共源管為薄柵氧管，共柵管為厚柵氧管。

4.一種全數(shù)字直接上變頻射頻發(fā)射機前端集成電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括四相二分頻LO信號產(chǎn)生電路，LO驅(qū)動/控制電路，以及權(quán)利要求1所述的逆D類功率單元；所述四相二分頻LO信號產(chǎn)生電路連接所述LO驅(qū)動/控制電路，所述LO驅(qū)動/控制電路連接所述逆D類功率單元；所述四相二分頻LO信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生四相LO信號，并輸入所述LO驅(qū)動/控制電路進行驅(qū)動和控制，然后輸入所述逆D類功率單元。

5.如權(quán)利要求4所述的射頻發(fā)射機前端集成電路結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述逆D類功率單元采用數(shù)字基帶信號控制，由數(shù)字基帶信號通過控制每個放大單元的LO信號開關(guān)，從而調(diào)整處于工作狀態(tài)的單元數(shù)，完成幅度調(diào)制；數(shù)字基帶信號的N位幅度位分為低M位和高(N-M)位，低位直接控制尺寸成二進制比例的單元；高位經(jīng)譯碼成為溫度計碼，控制同樣尺寸的單元。

6.如權(quán)利要求5所述的射頻發(fā)射機前端集成電路結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述數(shù)字基帶信號分為I/Q兩路，每路包含1位符號位和N位幅度位；N+1位的譯碼經(jīng)本地時鐘同步；符號位被轉(zhuǎn)換為互補的符號位，控制LO換向。

7.如權(quán)利要求4所述的射頻發(fā)射機前端集成電路結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述LO驅(qū)動/控制電路由兩個LO換向開關(guān)、多級成比例的反相器驅(qū)動級、以及集成在每個功率單元中的LO使能邏輯和末級驅(qū)動構(gòu)成；通過所述LO換向開關(guān)，使LO信號的I路和Q路分別由各自的符號位控制是否互換，從而實現(xiàn)射頻調(diào)制信號中的載波180°相位突變。

8.如權(quán)利要求7所述的射頻發(fā)射機前端集成電路結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述LO換向開關(guān)基于CMOS傳輸門實現(xiàn)，由四條傳輸門支路構(gòu)成；由互補換向信號和互補使能信號經(jīng)二輸入-互補輸出與門控制傳輸門的開合，進行換向；并可將四條支路全部斷開并拉到地，以關(guān)閉LO通路。

9.如權(quán)利要求4所述的射頻發(fā)射機前端集成電路結(jié)構(gòu)，其特征在于：還包含功率合成網(wǎng)絡(luò)，用于將多個單元產(chǎn)生的差分電流信號轉(zhuǎn)換成適合發(fā)射到終端天線上的功率信號；功率合成網(wǎng)絡(luò)包含并聯(lián)電感-電容諧振腔和平衡-非平衡轉(zhuǎn)換器，具有基頻阻抗選擇特性和二階諧波抑制特性。

10.如權(quán)利要求4所述的射頻發(fā)射機前端集成電路結(jié)構(gòu)，其特征在于：在整體版圖布局中，四相LO輸入線和差分兩相射頻輸出線均成深H-形樹形，每個功率單元的走線長度大致相等；并且，LO輸入線和射頻輸出線以夾角90°進入單元陣列，在全程互相垂直；所述深H-形樹形是指：四相LO輸入線從單元陣列的上方進入，在中心點左右分叉，再在左右兩塊區(qū)域的中心點各自左右分叉；兩相射頻輸出線從單元陣列左側(cè)進入，與LO輸入線使用同樣的方法分叉。