在rf驅動器放大器發射器中的增益控制線性的製作方法
2023-05-23 10:02:21 2
專利名稱：在rf驅動器放大器發射器中的增益控制線性的製作方法
技術領域：
背景技術：
放大器通常用於各種電子裝置中以提供信號放大。不同類型的放大器可用於不同用途。舉例來說，例如蜂窩式電話的無線通信裝置可包括用於雙向通信的發射器和接收器。 發射器可利用驅動器放大器(DA)和功率放大器(PA)，接收器可利用低噪聲放大器(LNA)， 且發射器和接收器可利用可變增益放大器(VGA)。為了減少成本且改進集成度，金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET)常常用於無線裝置中的射頻(RF)電路和其它應用中。具體來說，MOSFET常常用在用於無線裝置的驅動器放大器中。現今的用於無線裝置的驅動器放大器需要高質量線性性能，同時需要非常強的可靠性。遺憾的是，在目前用於無線裝置的驅動器放大器中使用的例如MOSFET的電晶體常常提供非線性性能和不充分的可靠性。因此，在此項技術中存在對具有高質量線性與可靠性兩者的放大器的需求。
發明內容
圖1展示無線通信裝置的示範性設計的框圖。圖2展示用以提供用於發射高功率的放大器增益控制線性的驅動器放大器發射器的示意圖。圖3展示用以提供用於發射低功率的放大器增益控制線性的驅動器放大器發射器的另一示意圖。圖4A為說明用於高功率模式的增益控制表的圖，所述增益控制表可與驅動器放大器發射器一起利用。圖4B為說明用於低功率模式的增益控制表的圖，所述增益控制表可與驅動器放大器發射器一起利用。
具體實施例方式詞「示範性」在本文中用以指「充當實例、例子或說明」。不必將本文中描述為「示範性」的任何實施例解釋為比其它實施例優選或有利。
下文中結合附圖所闡述的實施方式意欲作為本發明的示範性實施例的描述，且無意表示可實踐本發明的僅有實施例。整個本描述中所使用的術語「示範性」是指「充當實例、例子或說明」，且未必應被解釋為比其它示範性實施例優選或有利。所述實施方式包括用於提供對本發明的示範性實施例的透徹理解的目的的特定細節。所屬領域的技術人員將明白，可在無這些特定細節的情況下實踐本發明的示範性實施例。在一些例子中，以框圖形式展示眾所周知的結構和裝置以便避免使本文中所呈現的示範性實施例的新穎性模糊不清。本文中所描述的示範性驅動器放大器可用於各種電子裝置，例如蜂窩式電話、個人數字助理(PDA)、手持式裝置、無線數據機、膝上型計算機、無繩電話、藍牙裝置、消費型電子裝置等。為了清晰起見，下文描述示範性驅動器放大器在無線裝置中的使用，所述無線裝置可為蜂窩式電話或某一其它裝置。圖1展示無線通信裝置100的示範性設計的框圖。在此示範性設計中，無線裝置 100包括數據處理器110和收發器120。收發器120包括支持雙向無線通信的發射器130 和接收器150。一般來說，無線裝置100可包括用於任何數目個通信系統和任何數目個頻帶的任何數目個發射器和任何數目個接收器。在發射路徑中，數據處理器110處理待發射的數據，且將模擬輸出信號提供到發射器130。在發射器130內，模擬輸出信號由放大器(Amp) 132放大，由低通濾波器134濾波以移除由數字/模擬轉換引起的圖像，由VGA 136放大且由混頻器138從基帶上變頻到 RF。經上變頻的信號由濾波器140濾波以移除由上變頻引起的圖像，進一步由驅動器放大器(DA) 142和功率放大器(PA) 144放大，經由雙工器/開關146路由且經由天線148進行發射。將如圖2中的驅動器放大器200來更詳細地描述驅動器放大器142。在接收路徑中，天線148接收來自基站的信號，且提供所接收的信號，所接收的信號經由雙工器/開關146而路由且被提供到接收器150。在接收器150內，所接收的信號由 LNA 152放大，由帶通濾波器巧4濾波且由混頻器156從RF下變頻到基帶。經下變頻的信號由VGA 158放大，由低通濾波器160濾波且由放大器162放大以獲得模擬輸入信號，所述模擬輸入信號被提供到數據處理器110。圖1展示實施直接轉換架構的發射器130和接收器150，所述直接轉換架構在一個級中將信號在RF與基帶之間進行頻率轉換。發射器130和/或接收器150還可實施超外差式架構，所述超外差式架構在多個級中將信號在RF與基帶之間進行頻率轉換。本機振蕩器(LO)產生器170產生發射和接收LO信號且分別將其提供到混頻器138和156。鎖相環路(PLL) 172接收來自數據處理器110的控制信息，且將控制信號提供到LO產生器170以在適當頻率下產生發射和接收LO信號。圖1展示示範性收發器設計。一般來說，發射器130和接收器150中的信號的調節可由放大器、濾波器、混頻器等中的一個或一個以上級執行。這些電路塊可以與圖1中所展示的配置不同的配置來布置。此外，圖1中未展示的其它電路塊還可用以調節發射器和接收器中的信號。還可省略圖1中的一些電路塊。收發器120的全部或一部分可實施於模擬集成電路(IC)、RF IC(RFIC)、混頻信號IC等上。舉例來說，發射器130中的放大器132 到驅動器放大器142可實施於RFIC上，而功率放大器144可實施於RFIC外部。數據處理器110可執行用於無線裝置100的各種功能，例如，用於所發射和所接收的數據的處理。存儲器112可存儲用於數據處理器110的程序代碼和數據。數據處理器110可實施於一個或一個以上專用集成電路(ASIC)和/或其它IC上。如圖1中所展示，發射器和接收器可包括各种放大器。每一放大器可用各種設計來實施。每一放大器可具有與線性和/或其它參數有關的特定要求。圖2展示用以提供放大器增益控制線性的驅動器放大器發射器200的示意圖。放大器200可用於如先前參看圖1所描述的驅動器放大器142。放大器200供應改進的驅動器放大器線性，同時維持裝置可靠性。放大器200包括多個電壓-電流變換器202以將輸入信號電壓205轉換成多個輸入信號電流210。共源共柵級220耦合到電壓-電流變換器202以提供放大器增益控制。共源共柵級220包括薄柵極氧化物電晶體222以及第一厚氧化物柵極電晶體2 和第二厚氧化物柵極電晶體228。應了解，可在共源共柵級中利用任何數目個厚柵極氧化物電晶體，且此僅為一個實例。在一示範性實施例中，多個電壓-電流變換器202為電晶體。舉例來說，所述多個電晶體可為MOSFET(Ml、M2和M3)230、232和234。另外，共源共柵級220的薄氧化物柵極電晶體222以及厚柵極氧化物電晶體2 和2 還可為MOSFET (M5、M6和M7)。薄柵極 MOSFET 222可為共源共柵級220的最有效(MS)電晶體。MOSFET 230、232和234將其柵極處所施加的輸入信號電壓205轉換到其漏極處的等效電流210。MOSFET 230、232和234的漏極電流210隨後被饋送到共源共柵級220的共源共柵MOSFET 222、226和228的源。通過將共源共柵裝置(M5、M6、M7) 222、226、228的柵極電壓拉到供應電壓(Vs) 240 以接通MOSFET或通過將柵極電壓拉到接地M2以斷開MOSFET來實施驅動器放大器 (DA) 200增益控制。在一示範性實施例中，MOSFET 222,226和228中的每一者包括多個開關260和 262以控制共源共柵級220的相關聯的MOSFET的斷開或接通。舉例來說，如下文將更詳細地描述，在一個示範性實施例中，可利用數字增益控制表來控制所述多個開關。通常，與厚柵極氧化物MOSFET相比，薄柵極氧化物MOSFET具有優越的線性性能， 但在高功率水平下可能具有可靠性問題。另一方面，厚柵極氧化物MOSFET通常具有較不良的線性性能，但提供優越的可靠性。在本發明的一個示範性實施例中，為了實現可靠性與線性性能之間的良好折衷， 當驅動器放大器200處於高功率時，接通最有效(MS)MOSFET電晶體222(例如，將開關沈2 接通到Vs 240)。另外，在高功率下，還可接通厚柵極氧化物MOSFET (例如，將開關262接通到Vs) 且將MOSFET 2 和2 用於增益控制。以此方式，將輸出信號電流280施加到系統的其餘部分(展示為匹配觀5)，在一示範性實施例中，匹配285與功率放大器144、雙工器開關 146和天線148(參見圖1)有關。然而，應了解，在於高功率模式下的增益控制期間，可斷開 MOSFET 226 和 228 中的一些 MOSFETo利用本發明的此示範性實施例，將低阻抗路徑應用於輸入信號電壓205，以使得可以極佳的線性性能在高功率下將輸出信號電流280施加到天線(歸因於最有效(MS)薄柵極MOSFET 222)，而通過厚柵極氧化物MOSFET 2 和2 施加可靠的增益控制。具體來說，厚柵極氧化物MOSFET 226和2 在高功率下不具有可靠性問題且提供適當增益控制。因此，在一個示範性實施例中，在高功率下，最有效(MS)MOSFET 222始終接通。以此方式，薄柵極氧化物MOSFET 222施加極佳的線性性能。而厚柵極氧化物M0SFET2^和 228提供適當增益控制與良好可靠性。驅動器放大器(DA)系統200允許針對高功率輸出信號電流觀0的優越的線性性能，例如，用於全球移動通信系統(GSM)的小區頻帶(例如，在大約13daii輸出功率下)，以及碼分多址(CDMA)、寬帶CDMA和長期演進(LTE)小區頻帶(例如，在大約7dBm輸出功率下)。圖3展示用以提供在低功率模式下的放大器增益控制線性的驅動器放大器發射器200的另一示意圖。在低功率模式下，驅動器放大器發射器200可提供高阻抗且防止輸入信號電壓205變為到放大器的輸出信號電流觀0。當在低功率模式下時，可通過將所有 MOSFET 222,226和2 接地而將其設定到斷開，且將其僅用於增益控制以將輸出功率減小到OdBm或另一相關聯的低功率水平。然而，應了解，可接通MOSFET 222、2沈和228中的一些MOSFET以用於在低功率模式下的增益控制。應了解，視設計考慮而定，可將任何數目個厚柵極氧化物MOSFET用於增益控制。如先前所描述，在一個示範性實施例中，可利用數字控制表來控制所述多個開關， 以將共源共柵裝置222、2沈和2 接通和斷開來實施增益控制。圖4A為說明用於高功率模式的增益控制表400的圖，增益控制表400可與驅動器放大器發射器200 —起利用。如圖4A中所展示，最有效(MQ共源共柵裝置1222展示於列 401中，共源共柵裝置22 展示於列402中，且共源共柵裝置32 展示於列403中。作為實例，展示第一增益控制設定(增益1)，在所述第一增益控制設定(增益1)中，所有共源共柵裝置接通(行400。作為另一實例，在行410中，展示第二增益設定(增益幻，在所述第二增益設定(增益2)中，MS共源共柵裝置1 222接通、共源共柵裝置2 2 斷開且共源共柵裝置3 2 接通。在另一實例中，對於第三增益控制設定(增益幻，MS共源共柵裝置 1 222接通、共源共柵裝置2 2 接通且共源共柵裝置3 2 斷開(行41 。在增益控制設定(增益N)的又一實例中，MS共源共柵裝置1 222接通且將共源共柵裝置2 2 和共源共柵裝置3 228被設定到斷開(行420)。應了解，可將任何數目個不同的增益控制設定與驅動放大器發射器200中的任何數目個共源共柵裝置一起實施，且僅作為一個實例給出對三個共源共柵裝置與先前所描述的增益控制表的利用。另外，如先前所描述，當將共源共柵裝置切換到接通時，開關262經設定到電壓源(Vs) M0，且當將共源共柵裝置設定到斷開時，開關260經設定到接地M2。如應注意，在高功率模式下，MS共源共柵裝置1始終經設定到接通。圖4B為說明用於低功率模式的增益控制表450的圖，增益控制表450可與驅動器放大器發射器200 —起利用。如圖4B中所展示，最有效(MQ共源共柵裝置1 222展示於列451中，共源共柵裝置2 2 展示於列452中，且共源共柵裝置3 2 展示於列453中。 作為實例，展示第一增益控制設定(增益1)，在所述第一增益控制設定(增益1)中，所有共源共柵裝置接通(行45 。作為另一實例，在行460中，展示第二增益設定(增益幻，在所述第二增益設定(增益幻中，MS共源共柵裝置1 222接通、共源共柵裝置2 2 斷開且共源共柵裝置3 2 接通。在另一實例中，對於第三增益控制設定(增益幻，MS共源共柵裝置1 222接通、共源共柵裝置2 2 接通且共源共柵裝置3 2 斷開(行46 。在增益控制設定(增益M)的又一實例中，MS共源共柵裝置1 222接通且將共源共柵裝置2 2 和共源共柵裝置3 228設定到斷開(行480)。應了解，可將任何數目個不同的增益控制設定與驅動放大器發射器200中的任何數目個共源共柵裝置一起實施，且僅作為一個實例給出對三個共源共柵裝置與先前所描述的增益控制表的利用。另外，如先前所描述，當將共源共柵裝置切換到接通時，開關262經設定到電壓源(Vs)MO,且當將共源共柵裝置設定到斷開時，開關260經設定到接地M2。應進一步了解，在低功率模式下，可設定最大輸出功率值，以使得當MS薄柵極氧化物裝置222斷開時，不違反對其的可靠性要求。另外，可視用於MS薄柵極氧化物裝置的可靠性條件而設定低功率操作模式與高功率操作模式之間的界線，且因此界線可為過程相依的。根據本發明的示範性實施例，通過利用薄氧化物柵極MOSFET作為在高功率模式下永久接通的最有效(MQ裝置，提供極佳的線性性能，而共源共柵裝置的其餘部分為確保最小可靠性問題的用於增益控制的厚柵極氧化物M0SFET。另一方面，當在低功率模式下時， 可將所有MOSFET裝置用於增益控制。因此，在不犧牲可靠性的情況下提供優越的線性性能。所屬領域的技術人員將理解，可使用多種不同技術和技藝中的任一者來表示信息和信號。舉例來說，可能在整個上述描述中引用的數據、指令、命令、信息、信號、位、符號和碼片可由電壓、電流、電磁波、磁場或磁粒子、光場或光粒子或者其任何組合來表示。所屬領域的技術人員將進一步了解，結合本文中所揭示的實施例而描述的各種說明性邏輯塊、模塊、電路和算法步驟可實施為電子硬體、計算機軟體或兩者的組合。為了清楚地說明硬體與軟體的此可互換性，上文已大體上在功能性方面描述了各種說明性組件、 塊、模塊、電路和步驟。將此功能性實施為硬體還是軟體視特定應用和強加於整個系統上的設計約束而定。熟練的技術人員可針對每一特定應用以不同方式實施所描述的功能性，但是這些實施方案決策不應被解釋為會導致偏離本發明的示範性實施例的範圍。可使用通用處理器、數位訊號處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、現場可編程門陣列(FPGA)或其它可編程邏輯裝置、離散門或電晶體邏輯、離散硬體組件或其經設計以執行本文中所描述的功能的任何組合來實施或執行結合本文中所揭示的實施例而描述的各種說明性邏輯塊、模塊和電路。通用處理器可為微處理器，但在替代方案中，處理器可為任何常規處理器、控制器、微控制器或狀態機。處理器還可實施為計算裝置的組合，例如，DSP 與微處理器的組合、多個微處理器、結合DSP核心的一個或一個以上微處理器或者任何其它此類配置。結合本文中所揭示的實施例而描述的方法或算法的步驟可直接體現於硬體中、由處理器執行的軟體模塊中或兩者的組合中。軟體模塊可駐留於隨機存取存儲器(RAM)、快閃記憶體、只讀存儲器(ROM)、電可編程ROM(EPROM)、電可擦除可編程ROM(EEPROM)、寄存器、 硬碟、可裝卸磁碟、CD-ROM或此項技術中已知的任何其它形式的存儲媒體中。將示範性存儲媒體耦合到處理器，以使得處理器可從存儲媒體讀取信息以及將信息寫入到存儲媒體。在替代方案中，存儲媒體可與處理器成一體式。處理器和存儲媒體可駐留於ASIC中。ASIC可駐留於用戶終端中。在替代方案中，處理器和存儲媒體可作為離散組件駐留於用戶終端中。
在一個或一個以上示範性實施例中，所描述的功能可實施於硬體、軟體、固件或其任何組合中。如果實施於軟體中，則可將所述功能作為一個或一個以上指令或代碼而存儲於計算機可讀媒體上或經由計算機可讀媒體進行傳輸。計算機可讀媒體包括計算機存儲媒體與兩者，通信媒體包括促進將電腦程式從一處傳遞到另一處的任何媒體。存儲媒體可為可由計算機存取的任何可用媒體。舉例來說且並非限制，此些計算機可讀媒體可包含 RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光碟存儲裝置、磁碟存儲裝置或其它磁性存儲裝置，或可用以載運或存儲呈指令或數據結構的形式的所要程序代碼且可由計算機存取的任何其它媒體。而且，適當地將任何連接稱為計算機可讀媒體。舉例來說，如果使用同軸纜線、光纖纜線、雙絞線、數字訂戶線(DSL)或無線技術(例如，紅外線、無線電和微波)從網站、伺服器或其它遠程源傳輸軟體，則同軸纜線、光纖纜線、雙絞線、DSL或無線技術(例如，紅外線、無線電和微波)包括於媒體的定義中。如本文中所使用，磁碟和光碟包括壓縮光碟(CD)、雷射光碟、光學光碟、數字多那個中多功能光碟(DVD)、軟盤和藍光光碟，其中磁碟通常以磁性方式再現數據，而光碟用雷射以光學方式再現數據。以上各者的組合也應包括於計算機可讀媒體的範圍內。提供所揭示的示範性實施例的先前描述，以使得所屬領域的技術人員能夠製作或使用本發明。所屬領域的技術人員將容易明白對這些示範性實施例的各種修改，且在不偏離本發明的精神或範圍的情況下，可將本文中所界定的一般原理應用於其它實施例。因此， 本發明無意限於本文中所展示的實施例，而是將賦予本發明與本文中所揭示的原理和新穎特徵相一致的最廣範圍。
權利要求
1.一種設備，其包含多個電壓-電流變換器，其將輸入信號電壓轉換成多個輸入信號電流；以及共源共柵級，其耦合到所述電壓-電流變換器以提供放大器增益控制，所述共源共柵級包含薄柵極氧化物電晶體和厚柵極氧化物電晶體。
2.根據權利要求1所述的設備，其中所述多個電壓-電流變換器包含多個電晶體。
3.根據權利要求2所述的設備，其中所述多個電晶體包含M0SFET。
4.根據權利要求1所述的設備，其中所述共源共柵級的所述薄氧化物柵極電晶體包含 MOSFET。
5.根據權利要求1所述的設備，其中所述共源共柵級的所述厚柵極氧化物電晶體包含 MOSFET。
6.根據權利要求1所述的設備，其中所述薄柵極氧化物電晶體包含所述共源共柵級的最有效MS電晶體。
7.根據權利要求6所述的設備，其進一步包含多個開關，所述多個開關控制所述共源共柵級的所述薄柵極氧化物電晶體和厚柵極氧化物電晶體的斷開或接通。
8.根據權利要求7所述的設備，其進一步包含數字增益控制表，所述數字增益控制表用以控制所述多個開關。
9.一種方法，其包含將輸入信號電壓轉換成多個輸入信號電流；以及通過將所述多個輸入信號電流耦合到共源共柵級來提供放大器增益控制，所述共源共柵級包含薄柵極氧化物電晶體和厚柵極氧化物電晶體。
10.根據權利要求9所述的方法，其中所述共源共柵級的所述薄氧化物柵極電晶體包含 MOSFET。
11.根據權利要求9所述的方法，其中所述共源共柵級的所述厚柵極氧化物電晶體包含 MOSFET。
12.根據權利要求9所述的方法，其中所述薄柵極氧化物電晶體包含所述共源共柵級的最有效MS電晶體。
13.根據權利要求12所述的方法，其進一步包含用多個開關控制所述薄柵極氧化物電晶體和厚柵極氧化物電晶體的斷開或接通。
14.根據權利要求13所述的方法，其中使用數字增益控制表來控制所述多個開關。
15.一種設備，其包含用於將輸入信號電壓轉換成多個輸入信號電流的裝置；以及用於向所述多個輸入信號電流提供放大器增益控制的裝置，所述用於提供放大器增益控制的裝置包含薄柵極氧化物電晶體和厚柵極氧化物電晶體。
16.根據權利要求15所述的設備，其中所述用於將所述輸入信號電壓轉換成所述多個輸入信號電流的裝置包含多個電晶體。
17.根據權利要求16所述的設備，其中所述多個電晶體為M0SFET。
18.根據權利要求15所述的設備，其中所述用於向所述多個輸入信號電流提供放大器增益控制的裝置包含共源共柵級。
19.根據權利要求18所述的設備，其中所述共源共柵級的所述薄氧化物柵極電晶體包含 MOSFET。
20.根據權利要求18所述的設備，其中所述共源共柵級的所述厚柵極氧化物電晶體包含 MOSFET。
21.根據權利要求18所述的設備，其中所述薄柵極氧化物電晶體包含所述共源共柵級的最有效MS電晶體。
22.根據權利要求21所述的設備，其進一步包含用於控制所述共源共柵級的所述薄柵極氧化物電晶體和厚柵極氧化物電晶體的斷開或接通的裝置。
全文摘要
本發明揭示一種示範性設備，其包含用以將輸入信號電壓轉換成多個輸入信號電流的多個電壓-電流變換器和一共源共柵級。所述共源共柵級耦合到所述電壓-電流變換器以提供放大器增益控制。所述共源共柵級包含薄柵極氧化物電晶體和厚柵極氧化物電晶體。
文檔編號H03G1/00GK102460965SQ201080029004
公開日2012年5月16日 申請日期2010年6月30日 優先權日2009年6月30日
發明者德沃拉塔·V·戈德博爾 申請人:高通股份有限公司