用於無線發射機的輸出級的製作方法

2023-07-14 18:18:21 2

用於無線發射機的輸出級的製作方法
【專利摘要】在一個實施例中，一種裝置包括配置為將輸入信號分解成正分量和負分量的第一塊。該裝置還包括第二塊，該第二塊被配置為根據正分量生成混頻器正驅動分量以及根據負分量生成混頻器負驅動分量，以及將混頻器正驅動分量和負驅動分量輸入到無線發射機的混頻器。
【專利說明】用於無線發射機的輸出級
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本公開要求2011年12月21日提交的美國臨時申請N0.61/578，618，「Class ABOutput Stage for Class AB Transconductor Driving」的優先權,其全部內容通過引用合併於此。
【背景技術】
[0003]除非本文中另外指示，該部分中所描述的方法並非本申請的權利要求書的現有技術，並且並不由於包括在該部分中而被承認為現有技術。
[0004]圖1描繪了用於無線通信的發射機100的示例。模擬部分被突出顯示。現代無線標準基於在複數域中的數字調製，因此通過同相(I)和正交(Q)信號的正交組合來實現期望的信號。通過數字到模擬轉換器(DAC) 104將發射機數位訊號處理器(DSP) 102輸出饋送到模擬上變頻鏈。模擬低通濾波器LPF106(通常稱為重建濾波器)來消除不需要的DAC信號副本。Gm緩衝器108用作用於混頻器跨導器的驅動。
[0005]Gm緩衝器108從低通濾波器(LPF) 106接收I和Q信號並且驅動上變頻器跨導器級。上變頻器基於經典吉爾伯特單元，因此包括基帶電流輸入級(跨導器)112、混頻級(通常稱為四通道(quad)) 114和RF輸出部116。混頻級114使進入的基帶電流乘以本地振蕩器信號。合成器生成本地振蕩器(LO)信號。然後，分頻器/LO發生器生成LO信號的I版本(L0 I)和LO信號的Q版本(L0 Q)。該LO I和LO Q信號可以是差分的。混頻器使用LOI信號和LO Q信號來將基帶I和Q信號上變頻為差分射頻(RF)信號。
[0006]混頻器RF輸出級可以具有諧振負載。在該示例中，諧振變換器-平衡不平衡變換器(平衡-不平衡)116-將進入的差分RF信號轉換成單端信號。輸出信號被發送到集成電路(IC)外的功率放大器。此外，平衡不平衡變換器116可以是片外的或者在前置放大器(PA)的封裝中。更一般的傳送路徑可以是多模/多頻帶，並且可以通過多個無線頻帶傳送信號。無線頻帶可以對應於不同的無線標準、或者針對相同標準定義的不同操作頻帶。在這樣的環境中，多個平衡不平衡變換器116可以被提供用於不同的無線頻帶，諸如第二代(2G)高頻帶(HB)、2G低頻帶(LB)、第三/第四代(3G或4G)低頻帶和高頻帶。類似地在多標準中的無線設備輸出可以是WLAN2.4G或5G、藍牙等。平衡不平衡變換器116是基於哪個無線頻帶被使用而被選擇的。因此，發射機100提供了不包括PA緩衝器的直接上變頻並輸出(up and out)的方法。即，平衡不平衡變換器116在不通過PA緩衝器的情況下在片外直接輸出RF信號。因此，不會從PA緩衝器添加額外的噪聲和失真。
[0007]用於發射機器100的相同的架構可以被用於驅動多個無線頻帶。例如，一些頻帶可能需要差分輸出，並且一些可能需要單端輸出(平衡或不平衡輸出)。在一個實施例中，單端輸出可以通過封裝改變被轉換成多個差分輸出。即，單端輸出可以通過將接地從平衡不平衡變換器的端子改變以輸出第二信號來轉換。這從平衡不平衡變換器116的兩個端子輸出差分信號。因此，相同的架構可以被配置用於驅動平衡或不平衡的輸出。
[0008]圖2描繪了用於跨導器混頻器驅動的Gm級的示例。節點IN+和IN-被連接低通濾波器(LPF)的差分輸出。輸入電阻Rin將LPF輸出電壓信號轉換成電流。Gm級的封閉(close)配置保證了電壓-電流轉換中的低失真。Gm緩衝器108在這裡被示意性地描繪為雙級放大器；然而，兩個以上的級可以用於大的信號帶寬或高的動態範圍性能。第一級(輸入級)保證增益和低噪聲性能，而第二級(輸出級)被用於參考電流的生成。為了實現正確混頻器跨導器驅動，Gm輸出級是混頻器基帶輸入級的副本或縮放的副本(如果需要電流增益)。從行為的角度來看，Gm級用作用於混頻器跨導器的電流鏡參考(在反饋迴路中閉合)。
[0009]傳統的方法是如圖2中描述的A類Gm輸出級。為了覆蓋輸入級動態範圍，輸出級偏置電流(Ibias)應當大於進入的輸入信號的峰值。現代通信標準正朝著高數據速率調製方案發展。得到的傳輸信號呈現出在均方根和瞬時峰值之間的非常高的比率(稱為峰均比或PAR)。對於A類塊，高PAR信號處理是非常低效的(偏置電流應當基於信號峰值而被調整大小)，造成了電力浪費。

【發明內容】

[0010]在一個實施例中，一種裝置包括被配置為將輸入信號分解成正分量和負分量的第一塊。該裝置還包括第二塊，該第二塊被配置為根據正分量生成混頻器正驅動分量以及根據負分量生成混頻器負驅動分量，以及將混頻器正驅動分量和負驅動分量輸入到無線發射機的混頻器。
[0011]在一個實施例中，一種方法包括:接收輸入信號；將輸入信號分解成正的量和負分量；以及根據正分量生成混頻器正驅動分量以及根據負分量生成混頻器負驅動分量；將混頻器正驅動分量和負驅動分量輸入到無線發射機的混頻器。
[0012]在一個實施例中，一種裝置包括:第一輸出分支，包括第一類型的第一電晶體和第二類型的第二電晶體；第二輸出分支，包括第一類型的第三電晶體和第二類型的第四電晶體，其中，第一電流通過第一電晶體和第三電晶體，並且第二電流通過第二電晶體和第四電晶體，並且其中第一輸出分支和第二輸出分支將差分信號輸出到無線發射機的混頻器，該差分信號是第一電流和第二電流的差；第一類型的第一驅動電晶體和第一類型的第二驅動器電晶體；以及第二類型的驅動電晶體的交叉耦合對，驅動電晶體的交叉耦合對包括第三驅動電晶體和第四驅動器電晶體，其中，第一電流通過第一驅動電晶體和第三驅動電晶體，並且第二電流通過第二驅動電晶體和第三驅動電晶體。
[0013]下面的詳細描述和附圖提供了對本發明的性質和優點的更好理解。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1描繪了根據一個實施例的發射機的示例。
[0015]圖2描繪了用於發射機的A類輸出級的示例。
[0016]圖3A示出了根據一個實施例的發射機的示例。
[0017]圖3B描繪了根據一個實施例的Gm級的示例。
[0018]圖4描繪了根據一個實施例的Gm級的更具體的示例。
[0019]圖5和圖6分別描述了在施加正或負信號時的電路行為。
[0020]圖6描繪了根據一個實施例的用於鏡像電流的方法的簡化流程圖。【具體實施方式】
[0021]本文描述了用於無線發射機的技術。在下面的描述中，為了解釋的目的，闡述了許多示例和具體細節，以便於提供對本發明的實施例的全面理解。如權利要求所定義的具體實施例可以僅包括這些示例中的一些或全部特徵，或者與下述其他特徵組合，並且還可以包括這裡描述的特徵和原理的修改和等同物。
[0022]圖3A不出了根據一個實施例的發射機301的不例。同相(I)信號和正交(Q)信號中的差可以通過單獨信道來處理。I和Q信道將被一起描述，但是遵循如圖3A所示的路徑。數字到模擬轉換器(DAC)304a/304b將數字I和Q信號轉換為模擬的。然後，模擬I和Q信號被輸入到低通濾波器(LPF) 306a/306b。平衡不平衡變換器316被示出；然而，多個平衡不平衡變換器可以被提供用於不同的無線頻帶，如第二代(2G)高頻帶(HB)、2G低頻帶(LB)、第三代(1G)HB、1GHB/LB 和 1GB。
[0023]輸出級300被包括以將輸入到輸出級300的電流從低通濾波器306a/306b鏡像到混頻器314a/314b。輸出級300包括Gm緩衝器302以及Gm電晶體對312a/312b。
[0024]圖3B描繪了根據一個實施例的Gm級302的示例。第一塊350 (信號形成器)通過將輸入信號分解成其正(Vdrive+)和負(Vdrive-)分量來處理輸入信號(VIN_diff)。然後，得到的信號被用於生成混頻器驅動電流(Idrive+和Idrive-)。在一個實施例中，混頻器驅動可以被實現為標準電流鏡或改進的鏡像版本。該信號處理使用於驅動級352 (圖3B中的參考電流二極體)和混頻器輸入級312 二者所需要的靜態電流消耗為零。
[0025]圖4描繪了根據一個實施例的Gm級302的更具體的示例。輸入信號節點IN+和IN-被連接到LPF差分輸出，並且串聯電阻Rin將電壓信號轉換成電流。塊閉環配置保證了在電壓至電流轉換中的低失真。
[0026]Gm級302是根據一個實施例的雙級放大器。雖然示出了兩個級，但是能夠採用兩個以上級用於大信號帶寬或高動態範圍性能。第一級(輸入級)保證增益和低噪聲性能，而第二級(信號形成和輸出級)具有雙重任務:首先將進入的信號分解成其正和負分量，並且然後它驅動混頻器輸入級312。混頻器驅動節點被報告為編號的點I和2。
[0027]為了實現正確的混頻器314跨導器驅動，輸出級設備(MN1-MN2-MN3-MN4)是混頻器基帶輸入級的副本或縮放的副本(如果需要電流增益)。從行為的角度來看，該塊用作信號形成器350 (其分解輸入信號電流)，並且用作在混頻器跨導器的反饋迴路中閉合的電流鏡參考。
[0028]輸入級可以是增益級。為了描述輸出級行為，所有PMOS器件的尺寸相等(寬度和長度)，並且NMOS器件也可以是相同大小的。然而，該假設不必是成立的，因為可以定義任意器件比率以優化級間電流消耗。對於混頻器接口，如果不要求電流增益或特定量的電流增益，則與混頻器輸入設備相比，NMOS器件分別是相同的，或者是被縮放的。
[0029]在靜態條件下，沒有輸入信號被饋送到輸入級。理論上，輸出級可以具有最小的偏置電流，僅需要保持公共環路活動。信號形成器352可以將進入的信號分解成其正和負分量。圖5和圖6分別描述了當施加正或負信號時的電路行為。圖5示出了正輸入信號Vsign。輸入電阻Rin將電壓信號變換成電流信號Isign。為了吸收進入的信號，差分迴路作用於電晶體麗I的柵極，產生了等於電流信號Isign的電晶體麗I的漏極電流。電晶體MNl和MN2共享相同的柵極控制，使得其電流應當是相等的。電晶體MN2的電流經由電晶體MP2被鏡像到電晶體MP4。電晶體MP4的漏極電流與電晶體麗I相同，並且因此電晶體MP4源發Isign。混頻器跨導電流是電晶體麗I和麗2以及電晶體麗3和MN4的副本。結果，上變頻器的差分輸入電流是信號電流的完美副本。電晶體MN1-2-3-4和混頻器輸入級之間的縮放比例可以被使用以增加電流增益。
[0030]圖6示出了濾波器輸出處的負信號的雙重條件。在該情況下，在電晶體麗3-4和電晶體MP1-3閉合信號電流迴路時，電晶體麗1-2和電晶體的MP3-4電流不存在。
[0031]圖7描繪了用於根據一個實施例的鏡像電流的方法的簡化流程圖700。在702，該方法接收輸入信號。在704,輸入信號被分解成正分量和負分量。在706,根據正分量生成混頻器正驅動分量以及根據負分量生成混頻器負驅動分量。在708，該方法將混頻器正驅動分量和負驅動分量輸入到無線發射機的混頻器。
[0032]如本文的描述和下述整個權利要求中所使用的，「一」「一個」和「所述」包括複數引用，除非上下文另有明確規定。而且，如在本文的描述和下面的整個權利要求中所使用的，「在...中」的含義包括「在...中」和「在...上」，除非上下文另有明確規定。
[0033]上面的描述說明了本發明的各種實施例，以及本發明的各方面可以被如何實現的示例。上述示例和實施例不應當被認為是唯一的實施例，並且被呈現用於說明如下面的權利要求所限定的本發明的靈活性和優點。基於上述公開內容和下面的權利要求，可以在不背離如權利要求所定義的本發明的範圍的情況下採用其他布置、實施例，實現方式和等同物。
【權利要求】
1.一種裝置，包括: 第一塊，所述第一塊被配置為將輸入信號分解成正分量和負分量；以及第二塊，所述第二塊被配置為根據所述正分量生成混頻器正驅動分量，以及根據所述負分量生成混頻器負驅動分量，並且將所述混頻器正驅動分量和所述負驅動分量輸入到無線發射機的混頻器。
2.根據權利要求1所述的裝置，進一步包括緩衝器，所述緩衝器包括用於接收所述輸入信號的輸入端。
3.根據權利要求2所述的裝置，其中所述緩衝器包括用於接收所述輸入信號中的正電流的第一輸入端以及用於接收所述輸入信號中的負電流的第二輸入端。
4.根據權利要求1所述的裝置，其中所述第一塊和所述第二塊包括第一類型和第二類型的電晶體。
5.根據權利要求4所述的裝置，其中所述第二塊包括: 第一輸出分支，所述第一輸出分支包括所述第一類型的第一電晶體和所述第二類型的第二電晶體；以及 第二輸出分支，所述第二輸出分支包括所述第一類型的第三電晶體和所述第二類型的第四電晶體， 其中第一電流通過所述第一電晶體和所述第三電晶體，並且第二電流通過所述第二電晶體和所述第四電晶體。
6.根據權利要求5所述的裝置，其中: 所述第一輸出分支被耦合到所述混頻器的第一輸入端，以及 所述第二輸出分支被耦合到所述混頻器的第二輸入端。
7.根據權利要求5所述的裝置，其中: 所述第一電晶體的柵極被耦合到第五電晶體的柵極， 所述第三電晶體的柵極被耦合到第六電晶體的柵極，並且 所述第五電晶體和所述第六電晶體被耦合到所述混頻器。
8.根據權利要求5所述的裝置，其中所述第一塊包括: 所述第一類型的第一驅動電晶體和所述第一類型的第二驅動電晶體；以及所述第二類型的驅動電晶體的交叉耦合對，驅動電晶體的所述交叉耦合對包括第三驅動電晶體和第四驅動電晶體， 其中所述第一電流通過所述第一驅動電晶體和所述第三驅動電晶體，並且所述第二電流通過所述第二驅動電晶體和所述第三驅動電晶體。
9.根據權利要求8所述的裝置，其中: 所述第三驅動電晶體的柵極被耦合到所述第二電晶體的柵極，並且 所述第四驅動電晶體的柵極被耦合到所述第三電晶體的柵極。
10.根據權利要求1所述的裝置，其中輸出到所述混頻器的所述混頻器正驅動分量和所述混頻器負驅動分量包括所述第一電流和所述第二電流的差。
11.根據權利要求1所述的裝置，進一步包括: 多個平衡不平衡變換器，其中所述平衡不平衡變換器中的一個被配置為被選擇用於基於所述混頻器正驅動分量和所述負驅動分量來傳送無線信號。
12.—種方法,包括: 接收輸入信號； 將所述輸入信號分解成正分量和負分量；以及 根據所述正分量生成混頻器正驅動分量，並且根據所述負分量生成混頻器負驅動分量， 將所述混頻器正驅動分量和所述負驅動分量輸入到無線發射機的混頻器。
13.根據權利要求12所述的方法， 其中接收所述輸入信號包括接收所述輸入信號中的正電流以及接收所述輸入信號中的負電流。
14.根據權利要求12所述的方法，進一步包括:基於所述混頻器正驅動分量和所述負驅動分量來傳送無線信號。
15.一種裝置,包括: 第一輸出分支，所述第一輸出分支包括第一類型的第一電晶體和第二類型的第二電晶體； 第二輸出分支，所述第二輸出分支包括所述第一類型的第三電晶體和所述第二類型的第四電晶體，其中第一電流通過所述第一電晶體和所述第三電晶體，並且第二電流通過所述第二電晶體和所述第四電晶體，並且其中所述第一輸出分支和所述第二輸出分支向無線發射機的混頻器輸出差分信號，所述差分信號是所述第一電流和所述第二電流的差；所述第一類型的第一驅動電晶體和所述第一類型的第二驅動電晶體；以及所述第二類型的驅動電晶體的交叉耦合對，驅動電晶體的所述交叉耦合對包括第三驅動電晶體和第四驅動電晶體，其中所述第一電流通過所述第一驅動電晶體和所述第三驅動電晶體，並且所述第二電流通過所述第二驅動電晶體和所述第三驅動電晶體。
16.根據權利要求15所述的裝置，其中: 所述第一輸出分支被耦合到所述混頻器的第一輸入端，並且 所述第二輸出分支被耦合到所述混頻器的第二輸入端。
17.根據權利要求15所述的裝置，其中: 所述第一電晶體的柵極被耦合到第五電晶體的柵極， 所述第三電晶體的柵極被耦合到第六電晶體的柵極，並且 所述第五電晶體和所述第六電晶體被耦合到所述混頻器。
18.根據權利要求15所述的裝置，其中: 所述第三驅動電晶體的柵極被耦合到所述第二電晶體的柵極，並且 所述第四驅動電晶體的柵極被耦合到所述第三電晶體的柵極。
19.根據權利要求15所述的裝置，進一步包括緩衝器，所述緩衝器包括用於接收所述差分信號的輸入端，其中在所述輸入端處被接收的所述差分信號被鏡像到所述混頻器。
20.根據權利要求15所述的裝置，其中所述第一類型包括N型電晶體，並且所述第二類型包括P型電晶體。
【文檔編號】H03F3/45GK104040885SQ201280062350
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2012年12月18日 優先權日:2011年12月21日
【發明者】P·羅西, E·薩奇, R·卡斯楚 申請人:馬維爾國際貿易有限公司