具有可調諧負載匹配的多模旁路激勵放大器的製造方法

2023-05-25 04:09:36 3

具有可調諧負載匹配的多模旁路激勵放大器的製造方法
【專利摘要】公開了具有可調諧負載匹配的多模激勵放大器。在一示例性設計中，一種裝置包括多模激勵放大器和可調諧阻抗匹配電路。該激勵放大器放大輸入射頻RF信號並提供經放大的RF信號。可調諧阻抗匹配電路匹配激勵放大器的輸出阻抗。該裝置可包括主發射路徑(510)和旁路發射路徑(512)。旁路發射路徑(512)可包括激勵放大器(542)和可調諧阻抗匹配電路(552)且沒有功率放大器。主發射路徑(510)可包括第二激勵放大器(540)和功率放大器(560)。可選擇主發射路徑(510)用於高於閾值電平的發射功率電平，並且可選擇旁路發射路徑(512)用於低於閾值電平的發射功率電平。
【專利說明】具有可調諧負載匹配的多模旁路激勵放大器

【背景技術】
[0001] I.領域
[0002] 本公開一般涉及電子器件，尤其涉及具有提高的性能的激勵放大器。
[0003] II.背景
[0004] 無線通信系統中的無線設備（例如，蜂窩電話或智慧型電話）可發射和接收數據以 進行雙向通信。無線設備可包括用於數據傳送的發射機以及用於數據接收的接收機。對於 數據傳送，發射機可用數據來調製射頻（RF)載波信號以獲得經調製信號，放大經調製信號 以獲得具有恰當輸出功率電平的輸出RF信號，並經由天線將該輸出RF信號發射到基站。對 於數據接收，接收機可經由天線獲得收到RF信號並且可調理和處理該收到RF信號以恢復 由基站發送的數據。
[0005] 發射機可支持多個操作模式（或簡稱為模式）。每一模式都可對應於不同的發射 功率電平、不同的無線電技術、不同的頻帶等。發射機可包括多個發射路徑以支持多個模 式。每一發射路徑都可支持一特定模式，並且可包括各種電路，諸如激勵放大器、功率放大 器、阻抗匹配電路等。發射機於是可能需要相對較大數量的放大器和電路，這會增加發射機 的尺寸和成本。
[0006] 附圖簡述
[0007] 圖1示出能夠與不同無線通信系統通信的無線設備。
[0008] 圖2示出無線設備的框圖。
[0009] 圖3示出功率放大器（PA)模塊的框圖。
[0010] 圖4示出圖3中的PA模塊中的阻抗匹配電路的示意圖。
[0011] 圖5示出結合本公開的各方面的PA模塊的示意圖。
[0012] 圖6示出圖5中的PA模塊中的阻抗匹配電路的示意圖。
[0013] 圖7A-7F示出可調諧阻抗匹配電路的示例性設計。
[0014] 圖8示出可調諧電容器的示意圖。
[0015] 圖9A和9B示出針對輸出阻抗匹配電路的不同電容值的多模激勵放大器的線性度 和DC偏置電流。
[0016] 圖10示出放大器的示意圖。
[0017] 圖11示出用於放大信號的過程。
[0018] 詳細描述
[0019] 以下闡述的詳細描述旨在作為本公開的示例性設計的描述，而無意表示可在其中 實踐本公開的僅有設計。術語"示例性"在本文中用於表示"用作示例、實例或解說"。本文 中描述為"示例性"的任何設計不必被解釋為優於或勝過其他設計。本詳細描述包括具體 細節以提供對本公開的示例性設計的透徹理解。對於本領域技術人員將明顯的是，沒有這 些具體細節也可實踐本文描述的示例性設計。在一些實例中，公知的結構和器件以框圖形 式示出以免湮沒本文中給出的示例性設計的新穎性。
[0020] 本文描述了具有可調諧輸出阻抗匹配且能夠支持多個模式的多模激勵放大器。該 激勵放大器可用於無線設備和其它電子設備。
[0021] 圖1示出能夠與不同無線通信系統120和122通信的無線設備110。無線系統120 和122各自可以是碼分多址（CDMA)系統、全球移動通信系統（GSM)系統、長期演進（LTE) 系統、無線區域網（WLAN)系統、或某一其他無線系統。CDMA系統可實現寬帶CDMA(WCDMA)、 cdma2000、或某一其他版本的CDMA。出於簡化起見，圖1示出了無線系統120包括一個基站 130和一個系統控制器140,而無線系統122包括一個基站132和一個系統控制器142。一 般而言，每個無線系統可包括任何數目的基站以及任何網絡實體集合。
[0022] 無線設備110也可被稱為用戶裝備（UE)、移動站、終端、接入終端、訂戶單元、站 等。無線設備110可以是蜂窩電話、智慧型電話、平板計算機、無線數據機、個人數字助理 (PDA)、手持式設備、膝上型計算機、智能本、上網本、無繩電話、無線本地環路（WLL)站、藍 牙設備等。無線設備110可以能夠與無線系統120和/或122通信。無線設備110可以還 能夠接收來自廣播站（例如，廣播站134)的信號。無線設備110可以還能夠接收來自一個 或多個全球導航衛星系統（GNSS)中的衛星（例如，衛星150)的信號。無線設備110可支 持用於無線通信的一種或多種無線電技術，諸如LTE、cdma2000、WCDMA、GSM、IEEE802. 11等 等。
[0023] 圖2示出圖1中的無線設備110的示例性設計的框圖。在此示例性設計中，無線 設備110包括數據處理器/控制器210、收發機220和天線252。收發機220包括支持雙向 無線通信的發射機230和接收機260。
[0024] 在發射路徑中，數據處理器210處理（例如，編碼和調製）待發射的數據並且向發 射機230提供模擬輸出（out)信號。在發射機230內，發射電路232對該模擬輸出信號進行 放大、濾波並將其從基帶上變頻至RF，並且提供經調製的RF信號。發射電路232可包括放 大器、濾波器、混頻器、振蕩器、本地振蕩器（L0)發生器、鎖相環（PLL)等。功率放大器（PA) 模塊240接收並放大經調製的RF信號並提供具有恰當的輸出功率電平的輸出RF信號。PA 模塊240可包括激勵放大器、功率放大器、阻抗匹配電路等，如下所述。輸出RF信號被路由 通過開關/雙工器250並經由天線252來發射。
[0025] 在接收路徑中，天線252接收來自基站和/或其他發射機站的信號並且提供收到 RF信號，該收到RF信號被路由通過開關/雙工器250並且提供給接收機260。在接收機 260內，低噪聲放大器（LNA)模塊262放大收到的RF信號並提供經放大的RF信號。接收電 路264對該經放大RF信號進行放大、濾波並將其從RF下變頻到基帶，並且將模擬輸入（in) 信號提供給數據處理器210。接收電路264可包括放大器、濾波器、混頻器、振蕩器、L0發生 器、PLL，等等。
[0026] 圖2示出了收發機220的示例性設計。發射機230和/或接收機260可包括圖2 中未示出的不同的和/或附加的電路。例如，發射機230可包括為了簡明起見未在圖2中 明確示出的濾波器、阻抗匹配電路等。收發機220的全部或一部分可被實現在一個或多個 模擬集成電路（1C)、射頻IC (RFIC)、混合信號1C等上。例如，發射電路232、PA模塊240、 LNA模塊262和接收電路264可以實現在RFIC上。PA模塊240以及可能其它電路也可被 實現在分離的1C或模塊上。
[0027] 數據處理器/控制器210可為無線設備110執行各種功能。例如，數據處理器210 可對經由發射機230發射的數據以及經由接收機260收到的數據執行處理。控制器210可 以控制發射電路232、接收電路264、PA模塊240、LNA模塊262、開關/雙工器250等的操 作。存儲器212可存儲供數據處理器/控制器210使用的程序代碼和數據。數據處理器/ 控制器210可實現在一個或多個專用集成電路（ASIC)和/或其他1C上。
[0028] 無線設備110可支持多個模式，這些模式可涵蓋不同的發射/輸出功率電平、不同 的無線電技術、不同的頻帶等。PA模塊240可被設計成支持無線設備110所支持的所有模 式。
[0029] 期望在寬泛的發射功率電平範圍（例如對於CDMA從-50dBm到+29dBm)上獲得PA 模塊240的高功率附加效率（PAE)。功率放大器能夠提供無線系統所需的高發射功率（例 如，+27dBm到+33dBm)。然而，功率放大器在其打開時通常消耗大量功率和電流。由於可能 在僅僅一小部分時間內需要高發射功率，因此PA模塊可包括針對不同的發射功率電平範 圍的多個發射路徑。功率放大器可能是僅僅最高發射功率電平範圍所需的，並且可被包括 在主發射路徑中。僅僅激勵放大器對於較低的發射功率電平範圍可能是足夠的。因此，僅 僅激勵放大器可被包括在涵蓋較低的發射功率電平範圍的旁路發射路徑中。
[0030] PA模塊可包括單個旁路發射路徑。該單個旁路發射路徑中的激勵放大器可被設計 成在旁路發射路徑所支持的最高發射功率電平提供所需性能（例如，所需線性度）。該激勵 放大器然後可能在較低發射功率電平具有低效率。PA模塊可包括多個旁路發射路徑以提高 效率。
[0031] 圖3示出PA模塊240a的框圖，該PA模塊240a是圖2中的PA模塊240的一個示 例性設計。PA模塊240a包括主/全功率發射路徑310以及K個旁路路徑312a到312k，其 中K可以是大於一的任何整數值。主發射路徑310包括激勵放大器340和功率放大器360。 每一旁路路徑312都只包括激勵放大器342且不包括功率放大器。旁路發射路徑中的激勵 放大器可被稱為旁路激勵放大器。
[0032] 在主發射路徑310內，開關320的一端耦合到PA模塊240a的輸入（RFin)，而另一 端耦合到輸入阻抗匹配電路330的輸入。激勵放大器（DA) 340的輸入耦合到匹配電路330 的輸出，而其輸出耦合到級間阻抗匹配電路350的輸入。功率放大器（PA) 360的輸入耦合 到匹配電路350的輸出，而其輸出耦合到輸出阻抗匹配電路370的輸入。開關380的一端 耦合到匹配電路370的輸出，而另一端耦合到PA模塊240a的輸出（RFout)。
[0033] 在每一旁路發射路徑312內，開關322的一端稱合到PA模塊240a的輸入，而另一 端耦合到輸入阻抗匹配電路332的輸入。激勵放大器342的輸入耦合到匹配電路332的輸 出，而其輸出耦合到輸出阻抗匹配電路352的輸入。開關382的一端耦合到匹配電路352 的輸出，而另一端f禹合到PA模塊240a的輸出。
[0034] 在主發射路徑310中，匹配電路330為激勵放大器340執行輸入阻抗匹配。激勵 放大器340為輸入RF信號提供放大。匹配電路350執行激勵器放大器340的輸出與功率 放大器360的輸入之間的阻抗匹配。功率放大器360為輸出RF信號提供放大和高輸出功 率。匹配電路370為功率放大器360執行輸出阻抗匹配。在每一旁路發射路徑312中，匹 配電路332為激勵放大器342執行輸入阻抗匹配。激勵放大器342為輸入RF信號提供放 大。匹配電路352為激勵放大器342執行輸出阻抗匹配。
[0035] -個或多個放大器可被包括在每一發射路徑中並且可被設計成為該發射路徑所 支持的發射功率電平範圍提供良好的效率。例如，放大器中的電晶體的數量、每一個電晶體 的大小、對每一個電晶體的偏置（bias)、放大器的負載和/或放大器的其它特性可取決於 該放大器所支持的發射功率電平範圍並因此可基於該發射功率電平範圍來選擇。
[0036] 圖4示出PA模塊240b的示意圖，該PA模塊240b是圖3中的PA模塊240a的示 例性設計。圖4示出圖3中的輸入、級間和輸出阻抗匹配電路的示例性設計。
[0037] 在主發射路徑310內的輸入阻抗匹配電路330內，電容器430耦合在匹配電路330 的輸入與節點A之間。電感器432耦合在節點A與匹配電路330的輸出之間。電容器434 耦合在節點A與電路接地之間。
[0038] 在主發射路徑310內的級間阻抗匹配電路350內，電感器450耦合在匹配電路350 的輸入與電源（Vdd)之間。電容器452耦合在匹配電路350的輸入與節點B之間。電感器 454耦合在節點B與匹配電路350的輸出之間。電阻器456耦合在匹配電路350的輸出與 偏置電壓之間。電容器458耦合在節點B與電路接地之間。
[0039] 在主發射路徑310內的輸出阻抗匹配電路370內，電感器470耦合在匹配電路370 的輸入與Vdd電源之間。電感器472與電容器474串聯耦合，並且該組合耦合在匹配電路 370的輸入與輸出之間。電容器476耦合在匹配電路370的輸入與電路接地之間。
[0040] 每一旁路發射路徑312中的輸入阻抗匹配電路332可以按與主發射路徑310中的 輸入阻抗匹配電路330類似的方式實現。每一旁路發射路徑312中的輸出阻抗匹配電路 352可以按與主發射路徑310中的輸出阻抗匹配電路370類似的方式實現。
[0041] 圖4示出輸入、級間和輸出阻抗匹配電路的示例性設計。阻抗匹配電路還可以用 其它電路拓撲來實現，如下所述。
[0042] 旁路發射路徑312a到312k中的激勵放大器342a到342k可由於其不同的電路設 計和/或不同的偏置而具有不同的輸入和/或輸出阻抗。激勵放大器342a到342k於是可 能需要不同的輸入和/或輸出阻抗匹配電路來在不同的發射功率電平範圍上達成良好的 效率。
[0043] PA模塊可包括多個旁路發射路徑（例如，如圖3和4所示）以便在寬泛的發射功 率電平範圍上達成高效率。然而，可使用相對較大數量的電路組件來在不同的旁路發射路 徑中實現用於激勵放大器的阻抗匹配電路，例如如圖4所示。這會增加具有多個旁路發射 路徑的PA模塊的複雜性、尺寸和成本。
[0044] 在一方面，可使用具有可調諧輸出阻抗匹配（S卩，可調諧負載匹配）的多模激勵放 大器來高效地支持多個模式。該多模激勵放大器可具有可針對不同的模式而變化的一個或 多個特性。例如，多模激勵放大器的偏置或者可串聯或並聯耦合的放大器級的數量和/或 多模激勵放大器的其它特徵可以針對不同的發射功率電平範圍而變化。多模激勵放大器的 輸出阻抗匹配也可能結合對多模激勵放大器的調節來針對不同的模式（例如，不同的發射 功率電平範圍）而變化。具有可調諧輸出阻抗匹配的多模激勵放大器可以（i)在寬泛的發 射功率電平範圍上提供良好的效率，（ii)使得能夠在PA模塊中使用單個旁路發射路徑，並 且（iii)提供其它優點，諸如PA模塊的減少的複雜性、尺寸和成本。
[0045] 圖5示出PA模塊240c的示意圖，該PA模塊240c是圖2中的PA模塊240的又一 個示例性設計。PA模塊240c包括主發射路徑510和多模旁路發射路徑512。主發射路徑 510包括激勵放大器540和功率放大器560。旁路路徑512隻包括多模激勵放大器542且 不包括功率放大器。在圖5所示的示例性設計中，可調諧輸入阻抗匹配電路520由主發射 路徑510和旁路發射路徑512兩者共享。匹配電路520的輸入耦合到PA模塊240c的輸入 (RFin)，而其輸出耦合到發射路徑510和512兩者。
[0046] 在主發射路徑510內，開關530的一端耦合到輸入阻抗匹配電路520的輸出。激勵 放大器540的輸入稱合到開關530的另一端，而其輸出稱合到級間阻抗匹配電路550的輸 入。功率放大器560的輸入f禹合到匹配電路550的輸出，而其輸出f禹合到輸出阻抗匹配電 路570的輸入。開關580的一端耦合到匹配電路570的輸出，而另一端耦合到PA模塊240c 的輸出（RFout)。
[0047] 在旁路發射路徑512內，開關532的一端耦合到輸入阻抗匹配電路520的輸出。激 勵放大器542的輸入耦合到開關532的另一端，而其輸出耦合到可調諧輸出阻抗匹配電路 552的輸入。開關582的一端稱合到匹配電路552的輸出，而另一端稱合到PA模塊240c的 輸出。
[0048] 在主發射路徑510中，匹配電路520為激勵放大器540執行輸入阻抗匹配。激勵 放大器540為輸入RF信號提供放大。匹配電路550執行激勵放大器540的輸出與功率放 大器560的輸入之間的阻抗匹配。功率放大器560為輸出RF信號提供放大和高輸出功率。 匹配電路570為功率放大器560執行輸出阻抗匹配。在旁路發射路徑512中，匹配電路520 為激勵放大器542執行輸入阻抗匹配。激勵放大器542為輸入RF信號提供放大。匹配電 路552為激勵放大器542執行輸出阻抗匹配。
[0049] 圖5示出具有主發射路徑和多模旁路發射路徑的PA模塊的示例性設計，該多模旁 路發射路徑包括具有可調諧輸出阻抗匹配的多模激勵放大器。具有主發射路徑和多模旁路 發射路徑的PA模塊也可以按其它方式實現。例如，主發射路徑和多模旁路發射路徑可包括 單獨的輸入阻抗匹配電路，而不是如圖5所示的共享的輸入阻抗匹配電路。作為另一示例， 輸出阻抗匹配電路（例如，功率放大器560的匹配電路570或者激勵放大器542的匹配電 路552)可以與發射機中的其它電路（例如，定向耦合器）相組合。
[0050] 圖6示出PA模塊240d的示意圖，該PA模塊240d是圖5中的PA模塊240c的示 例性設計。圖6示出圖5中的可調諧阻抗匹配電路520和552的示例性設計。在可調諧輸 入阻抗匹配電路520內，電容器620耦合在匹配電路520的輸入與節點D之間。電感器622 耦合在節點D與匹配電路520的輸出之間。可調諧電容器624耦合在節點D與電路接地之 間。在旁路發射路徑512中的可調諧輸出阻抗匹配電路552內，電感器652耦合在匹配電路 552的輸入與Vdd電源之間。可調諧電容器654稱合在匹配電路552的輸入和輸出之間。
[0051] 在圖6所示的示例性設計中，輸出阻抗匹配電路552包括可調諧串聯電容器654 以便以不同的發射功率電平達成所需負載阻抗。輸入阻抗匹配電路520包括可調諧分流電 容器624以調節輸入阻抗匹配。
[0052] 圖6示出可調諧阻抗匹配電路520和552的示例性設計。可調諧阻抗匹配電路還 可基於各種其它設計來實現，以下描述其中一些。
[0053] 圖7A示出基於L拓撲的可調諧阻抗匹配電路710的示例性設計。該L拓撲包括 耦合至分流電路組件的串聯電路組件。串聯電路組件是連接在兩個節點之間的電路組件， 而分流電路組件是連接在節點和電路接地之間的電路組件。電路組件可以是電感器、電容 器、電阻器等。匹配電路710包括（i)耦合在匹配電路710的輸入與輸出之間的串聯電感 器712以及（ii)耦合在匹配電路710的輸出與電路接地之間的可調諧分流電容器714。
[0054] 圖7B示出基於L拓撲的可調諧阻抗匹配電路720的示例性設計。匹配電路720 包括（i)耦合在匹配電路720的輸入與輸出之間的可調諧串聯電容器722以及（ii)耦合 在匹配電路720的輸出與電路接地之間的分流電感器724。
[0055] 圖7C示出基於R拓撲的可調諧阻抗匹配電路730的示例性設計。R拓撲包括耦合 至串聯電路組件的分流電路組件。匹配電路730包括（i)耦合在匹配電路730的輸入與電 路接地之間的可調諧分流電容器732以及（ii)耦合在匹配電路730的輸入與輸出之間的 串聯電感器734。
[0056] 圖7D示出基於π拓撲的可調諧阻抗匹配電路740的示例性設計。π拓撲包括耦 合至串聯電路組件的分流電路組件，該串聯電路組件耦合至分流電路組件。匹配電路740 包括（i)耦合在匹配電路740的輸入與電路接地之間的分流電容器742、（ii)耦合在匹配 電路740的輸入與輸出之間的串聯電感器744以及（iii)耦合在匹配電路740的輸出與電 路接地之間的可調諧分流電容器746。
[0057] 圖7E示出具有兩個R部分的可調諧阻抗匹配電路750的示例性設計。匹配電路 750包括（i)耦合在匹配電路750的輸入與Vdd電源之間的分流電感器752、（ii)耦合在 匹配電路750的輸入與節點E之間的串聯電容器754、（iii)耦合在節點E與電路接地之間 的可調諧分流電容器756以及（iv)耦合在節點E與匹配電路750的輸出之間的串聯電感 器 758。
[0058] 圖7F示出基於π拓撲的可調諧阻抗匹配電路760的示例性設計。匹配電路760 包括（i)耦合在匹配電路760的輸入與Vdd電源之間的分流電感器762、（ii)耦合在匹配 電路760的輸入與輸出之間的串聯電容器764、（iii)耦合在匹配電路760的輸出與電路接 地之間的可調諧分流電容器766以及（iv)耦合在匹配電路760的輸出與電路接地之間的 分流電感器768。
[0059] 可調諧阻抗匹配電路的一些示例性設計在上文中已經在圖6到7F中描述。一般 而言，可調諧阻抗匹配電路可包括任何數目的匹配電路級。更多級可用於增加帶寬，提供阻 抗匹配中的更多靈活性，通過減少每一級的阻抗變壓比來降低損耗，和/或提供以更多電 路組件為代價的其它益處。每一級可基於L拓撲、R拓撲、π拓撲、T拓撲等來實現。T拓 撲包括耦合至分流電路組件以及還耦合至另一串聯電路組件的串聯電路組件，例如如在圖 6中針對匹配電路520所示。不同的電路拓撲可以更適合於放大器的不同標稱輸入或輸出 阻抗。例如，一些電路拓撲在輸入或輸出阻抗呈現電感性時可能更為適合，而其它電路拓撲 在輸入或輸出阻抗呈現電容性時可能更為適合。
[0060] 一般而言，任何合適的可調諧阻抗匹配電路都可用於多模激勵放大器。該調諧使 得單個多模激勵放大器能夠滿足線性度要求並在寬泛的發射功率電平範圍上達成良好的 效率。該多模激勵放大器也可具有可調諧輸入阻抗以提高性能。
[0061] 一般而言，可調諧阻抗匹配電路可包括任何數目的可調諧電路組件。可調諧電路 組件可以是可調諧串聯電容器（例如，圖6中的匹配電路552中的電容器654)、可調諧分流 電容器（例如，圖6中的匹配電路520中的電容器624)、可調諧串聯電感器、可調諧分流電 感器等。實現可調諧電容器可能比實現可調諧電感器更容易。可調諧電容器可用具有可基 於模擬控制電壓來調節的電容的可變電容器（可變電抗器）來實現。可調諧電容器也可以 用可個體地被選擇或不選擇以改變電容的一組電容器來實現。在任何情況下，可調諧阻抗 匹配電路中的可調諧電容器可以變化以改進阻抗匹配並獲得良好性能。
[0062] 圖8示出了用可開關電容器來實現的可調諧電容器810的示例性設計的示意圖。 在圖8所示的示例性設計中，可調諧電容器810用固定電容器820以及N個可開關電容器 830a到830η的集合來實現，其中N可以是任何整數值。電容器820耦合在可調諧電容器 810的第一端子812和第二端子814之間。每一個可開關電容器830都與相關聯的開關832 串聯地耦合。每一個可開關電容器830的一端耦合到可調諧電容器810的第一端子812,而 另一端稱合到相關聯的開關832的一端。開關832的另一端稱合到可調諧電容器810的第 二端子814。開關832a到832η接收Ν個控制信號，這些信號為了簡明起見未在圖8中示 出。每一開關832可基於其相關聯的控制信號來斷開或閉合。
[0063] 在一個示例性設計中，Ν個可開關電容器830a到830η可具有相同的電容值。在 另一示例性設計中，這Ν個可開關電容器830a到830η可具有不同的電容值，例如C、2C、4C 等，其中C是基本電容單位。
[0064] 可調諧電路組件可被設計成具有合適的調諧範圍，即電路組件的合適的值範圍。 在一示例性設計中，可調諧電容器可被設計成具有大約C到4C的調諧範圍，其中2C是該可 調諧電容器的標稱電容值。這一 4:1調諧範圍可能比阻抗匹配電路中的可調諧電容器的典 型調諧範圍大得多。該較大的調諧範圍可導致更多的插入損耗，這一般是不合乎需要的。該 較大插入損耗在全功率模式中可能是不可接受的，但在旁路模式中可能是可接受的。在其 它示例性設計中，可調諧電容器可被設計成具有大於4:1或小於4:1的調諧範圍。
[0065] 可調諧阻抗匹配電路可以按各種方式來控制。在一個示例性設計中，可調諧阻抗 匹配電路可基於該匹配電路的預表徵來調節。例如，無線設備110的性能可針對可調諧 阻抗匹配電路中的一個或多個可調諧電容器在給定發射功率電平的不同可能設置來表徵 (例如，在電路設計階段或製造階段期間）。能夠在給定發射功率電平提供最佳性能的設置 可被存儲在查找表中（例如，圖2中的存儲器212中）。該表徵可以針對感興趣的不同發 射功率電平來執行，並且在每一發射功率電平能夠提供最佳性能的設置可被存儲在查找表 中。該表徵可通過計算機仿真、實驗室測量、工廠測量、現場測量等來執行。之後，能夠在感 興趣的發射功率電平提供最佳性能的設置可以從查找表中檢索到並應用於可調諧阻抗匹 配電路。
[0066] 在另一示例性設計中，可調諧阻抗匹配電路可被動態調節（例如，在操作期間）。 例如，可針對可調諧電容器的不同可能設置來測量一個或多個參數，諸如遞送功率、測得的 阻抗、回波損耗、插入損耗、反射係數、電壓駐波比（VSWR)、失配損耗等。可選擇使用能提供 (如由一個或多個參數所測量的）最佳性能的設置。
[0067] 在又一示例性設計中，可基於匹配電路的預表徵與動態調節的組合來調節可調諧 阻抗匹配電路。例如，可調諧阻抗匹配電路的性能可被預表徵，並且能在感興趣的發射功率 電平提供良好性能的設置可從查找表中檢索到並應用於可調諧阻抗匹配電路。可調諧阻抗 匹配電路可隨後在操作期間被動態調節（例如，在圍繞對應於選定設置的標稱值的更窄範 圍內）。
[0068] 可調諧阻抗匹配電路也可以按其它方式來調節。在任何情形中，可調諧阻抗匹配 電路可包括針對不同發射功率電平的多個設置。每一個設置都可對應於匹配電路中的所 有可調諧電路組件的一組不同的值（例如，圖6中的電容器652的不同電容值）。例如，電 容器652可針對低發射功率電平被設為第一值（Cl)，針對中等發射功率電平被設為第二值 (C2)，或者針對高發射功率電平被設為第三值（C3)。可調諧阻抗匹配電路可使得多模激勵 放大器能夠在寬泛的發射功率電平範圍上達成良好的性能（例如，在線性度和效率方面）。
[0069] 圖9A不出圖5和6中的多模激勵放大器542相對於發射/輸出功率電平的PAE 和線性度。在圖9A中，橫軸表示發射功率並且是以dBm為單位給出的。左縱軸表示PAE並 且是以百分比（％)為單位給出的。右縱軸表示毗鄰信道洩漏比（ACLR)並且是以載波下分 貝（dBc)為單位給出的。ACLR是線性度的度量，且較低（即更負）的ACLR對應於更好的線 性度。在圖9A所示的示例性設計中，對於小於3dBm的低發射功率電平為電容器654選擇 小電容值（例如C)，對於3到9dBm之間的中等發射功率電平為電容器654選擇標稱電容器 (例如2C)，而對於高於9dBm的高發射功率電平為電容器654選擇大電容值（例如4C)。
[0070] 在圖9A中，標繪912針對圖6中的輸出阻抗匹配電路552中的電容器654的小電 容值C的情況示出了相對於發射功率的PAE。標繪914針對電容器654的標稱電容值2C的 情況示出了相對於發射功率的PAE。標繪916針對電容器654的大電容值4C的情況示出了 相對於發射功率的PAE。
[0071] 在圖9A中，標繪922針對圖6中的輸出阻抗匹配電路552中的電容器654的小電 容值C的情況示出了相對於發射功率的ACLR。標繪924針對電容器654的標稱電容值2C 的情況示出了相對於發射功率的ACLR。標繪926針對電容器654的大電容值4C的情況示 出了相對於發射功率的ACLR。
[0072] 圖9B示出了相對於發射/輸出功率電平的多模激勵放大器542的直流（DC)偏置 電流。在圖9B中，橫軸表示發射功率並且是以dBm為單位來給出的。縱軸表示DC偏置電 流並且是以毫安（mA)為單位給出的。在圖9B中，標繪932針對電容器654的小電容值C 的情況示出了相對於發射功率的DC偏置電流。標繪934針對電容器654的標稱電容值2C 的情況示出了相對於發射功率的DC偏置電流。標繪936針對電容器654的大電容值4C的 情況示出了相對於發射功率的DC偏置電流。
[0073] 如圖9A和9B所示，在更高的發射功率（例如，從9到16dBm)可以用電容器654的 更大電容值來達成良好的線性度和更低的ACLR。然而，電容器654的更大電容值將導致消 耗更多的DC偏置電流。因此，在更高的發射功率可以為電容器654選擇更大的電容值以獲 得所需線性度，而在更低的發射功率可以為電容器654選擇更小的電容值以降低功耗。例 如，在3. 5dBm的發射功率電平可以為電容器654選擇低電容值C以滿足-35dBc的ACLR要 求，並達成大約5. 4mA的低DC偏置電流。如圖9A和9B所示，大約5mA的低DC偏置電流可 以在大約3dBm的低發射功率電平處使用。更高的DC偏置電流可用於在15dBm的高發射功 率電平處達成大約37%的良好PAE以及大約-38dBc的良好ACLR。由此可以跨寬泛的發射 功率電平範圍達成良好的總體性能。作為對比，如果對電容器654使用具有小值的固定電 容器（而不是可調節電容器），則ACLR在高於3dBm的發射功率電平處可能是較差的並且可 能不合規範。如果對電容器654使用具有大值的固定電容器，則在低發射功率電平（例如 小於3dBm)處，DC偏置電流將會是高的，並且PAE將會是低的。
[0074] 激勵放大器和功率放大器可以各種方式來實現，例如，用不同類型的電晶體並且 基於各種電路設計。以下描述放大器的示例性設計。
[0075] 圖10示出了可以是功率放大器或激勵放大器的放大器1000的示例性設計的示意 圖。放大器1000包括以疊層形式耦合的Μ個N溝道金屬氧化物半導體（NMOS)電晶體1010a 至1010m，其中Μ可以是任何整數值。最底下的NM0S電晶體1010a的源極耦合至電路接地， 並且其柵極經由交流（AC)耦合電容器1022來接收輸入信號（Vin)。堆棧中的每個更高的 NM0S電晶體1010的源極耦合至堆棧中下面的另一 NM0S電晶體的漏極。最上面的NM0S晶體 管1010m的漏極提供輸出信號（Vout)。負載電感器1012耦合在Vdd電源與最上面的NM0S 電晶體l〇l〇m的漏極之間，並且為放大器1000提供DC偏置電流。負載電感器1012可以是 輸出或級間阻抗匹配電路的一部分。例如，負載電感器1012可對應於圖6中的輸出阻抗匹 配電路552中的分流電感器652。NM0S電晶體1010a到1010m的柵極分別經由Μ個電阻器 1020a到1020m接收Μ個偏置電壓Vbiasl到VbiasM。這些偏置電壓可被生成為在放大器 1000被啟用時開啟放大器1000,並且在放大器1000被禁用時關閉放大器1000。
[0076] Vout信號可具有大電壓擺幅，尤其是在放大器1000被用作功率放大器的情況下。 該大電壓擺幅可超出每一個NM0S電晶體1010的擊穿電壓。Vout信號的大電壓擺幅可跨 這Μ個NM0S電晶體1010a到1010m大致相等地拆分或分布。每個NM0S電晶體1010可隨 後僅觀察到該電壓擺幅的一小部分，該小部分可以小於每個匪0S電晶體的擊穿電壓以達 成高可靠性。Μ個偏置電壓Vbiasl至VbiasM可被選擇成提供Vout信號的期望電壓拆分， 例如，使得每個NM0S電晶體1010觀察到該電壓擺幅的約1/M。
[0077] 圖10示出了放大器的示例性設計，該放大器也可按照其他方式來實現。例如，放 大器可用其他類型的電晶體或其他電路設計等來實現。圖10所示的示例性設計可用於圖3 到6中的任一個激勵放大器和任一個功率放大器。對於激勵放大器和功率放大器，疊層式 電晶體的數目、電晶體尺寸、負載電感器、偏置電流、偏置電壓和/或其它電路特性可以是 不同的。
[0078] 放大器1000可用於圖5和6中的多模激勵放大器542。在這種情況下，放大器1000 可包括針對不同的發射功率電平的多個設置。放大器1000的每一個設置都可以與NM0S晶 體管1010a到1010m的一組特定的偏置電壓和/或放大器1000的特定DC偏置電流相關聯。 例如，Vbiasl到VbiasM電壓可以（i)針對更高的發射功率電平被設置得更高以獲得期望 的激勵和線性度或者（ii)針對更低的發射功率電平被設置得更低以減少功耗。在一示例 性設計中，放大器1000的性能可針對感興趣的每一發射功率電平的不同可能設置來表徵。 每一發射功率電平的最佳設置可被存儲在查找表中。在操作期間，可以從查找表中檢索針 對當前發射功率電平的設置並將其應用於放大器1000。放大器1000也可以按其它方式設 置或調節。
[0079] 在示例性設計中，一種裝置（例如，無線設備、1C、電路模塊等）可包括激勵放大器 和可調諧阻抗匹配電路，例如如圖5和6中所示。激勵放大器（例如，圖5和6中的激勵放 大器542)可放大輸入RF信號，並且提供經放大的RF信號。可調諧阻抗匹配電路（例如， 圖5和6中的匹配電路552)可以耦合到激勵放大器並且可以匹配激勵放大器的輸出阻抗。
[0080] 在示例性設計中，激勵放大器可包括針對多種模式的多個設置。該多種模式可以 與多個發射功率電平、多個頻帶或多種無線電技術中的至少一者相關聯。激勵放大器的多 個設置可以與激勵放大器的不同偏置電壓和/或不同偏置電流相關聯。在示例性設計中， 查找表可存儲激勵放大器的多個設置。查找表可接收所選模式（例如，所選發射功率電平） 並且可提供多個設置中的對應於所選模式的一個設置。
[0081] 在示例性設計中，可調諧阻抗匹配電路可包括針對多個模式（例如，多個發射功 率電平）的多個設置。在示例性設計中，可調諧阻抗匹配電路可包括具有可調節電容值的 可調諧電容器。可調諧阻抗匹配電路的多個設置可以與可調諧電容器的不同電容值相關 聯。可調諧電容器可具有至少二比一的調諧範圍（例如，大約四比一的調諧範圍）。可調諧 電容器可具有與多個模式相關聯的多個電容值。在示例性設計中，可調諧電容器可包括耦 合到至少一個開關的至少一個電容器，例如如圖8所示。該至少一個電容器中的每一個都 可基於相關聯的開關來被選擇或不被選擇。在另一示例性設計中，可調諧電容器可以用可 變電抗器或某種其它類型的可調諧電容器來實現。
[0082] 在示例性設計中，可調諧阻抗匹配電路（例如，匹配電路552)可包括可調諧電容 器和電感器，例如如圖6所示。可調諧電容器（例如，電容器654)可以耦合在可調諧阻抗 匹配電路的輸入與輸出之間。電感器（例如，電感器652)可以耦合在可調諧阻抗匹配電路 的輸入與電源（如圖6所示）或電路接地之間。可調諧阻抗匹配電路還可以按其它方式實 現，例如基於圖7A到7F中的電路設計中的任一個。
[0083] 該裝置還可包括第二可調諧阻抗匹配電路（例如，圖5和6中的匹配電路520)， 其耦合到激勵放大器並且被配置成為激勵放大器執行輸入阻抗匹配。在一示例性設計中， 第二可調諧阻抗匹配電路可包括第一電容器、電感器和可調諧電容器。第一電容器（例如， 圖6中的電容器620)可以耦合在第二可調諧阻抗匹配電路的輸入與中間節點之間。電感 器可以耦合在中間節點與第二可調諧阻抗匹配電路的輸出之間。可調諧電容器可以耦合在 中間節點與電路接地之間。第二可調諧阻抗匹配電路還可以按其它方式實現，例如基於圖 7A到7F中的電路設計中的任一個。
[0084] 在一示例性設計中，該裝置可包括主發射路徑和旁路發射路徑。旁路發射路徑 (例如，圖5和6中的旁路發射路徑512)可包括激勵放大器、可調諧阻抗匹配電路且不包括 功率放大器。主發射路徑（例如，圖5和6中的主發射路徑510)可包括第二激勵放大器和 功率放大器。在一示例性設計中，可選擇主發射路徑用於高於閾值電平的發射功率電平，並 且可選擇旁路發射路徑用於低於閾值電平的發射功率電平。主發射路徑和旁路發射路徑還 可基於不同的閾值電平來選擇，以提供遲滯並緩解兩個發射路徑之間的連續切換。
[0085] 在一示例性設計中，第二可調諧阻抗匹配電路可耦合至主發射路徑和旁路發射路 徑（並由這兩個發射路徑共享），並且可以匹配激勵放大器或第二激勵放大器的輸入阻抗。 在另一示例性設計中，單獨的可調諧輸入阻抗匹配電路可以耦合到主發射路徑和旁路發射 路徑。每一個可調諧輸入阻抗匹配電路都可以匹配其發射路徑中的激勵放大器的輸入阻 抗。
[0086] 圖11示出由無線設備執行的過程1100的示例性設計。可用激勵放大器來放大 輸入RF信號以獲得經放大的RF信號（框1112)。可以用耦合到激勵放大器的可調諧阻抗 匹配電路來匹配激勵放大器的輸出阻抗（框1114)。可以用耦合激勵放大器的第二可調諧 阻抗匹配電路來匹配激勵放大器的輸入阻抗（框1116)。可將激勵放大器設為與多個模式 (例如，多個發射功率電平）相關聯的多個設置之一（框1118)。激勵放大器的多個設置可 以與不同偏置電壓和/或不同偏置電流相關聯。還可將可調諧阻抗匹配電路設為與多個模 式相關聯的多個設置之一（框1120)。可調諧阻抗匹配電路的多個設置可以與不同的電容 值等相關聯。
[0087] 本文描述的具有可調諧輸出阻抗匹配的多模激勵放大器可被實現在1C、模擬1C、 RFIC、混合信號1C、ASIC、印刷電路板（PCB)、電子設備等之上。該多模激勵放大器還可用 各種1C工藝技術來製造，諸如互補金屬氧化物半導體（CMOS)、N溝道MOS (NM0S)、P溝道 MOS(PMOS)、雙極結型電晶體（BJT)、雙極CMOS(BiCMOS)、矽鍺（SiGe)、砷化鎵（GaAs)、異質 結雙極型電晶體（HBT)、高電子移動性電晶體（HEMT)、絕緣體上覆矽（SOI)等。
[0088] 實現本文描述的具有可調諧輸出阻抗匹配的多模激勵放大器的裝置可以是自立 設備或可以是較大設備的一部分。設備可以是（i)自立的IC，（ii) 一個或多個1C的集合， 其可包括用於存儲數據和/或指令的存儲器IC，（iii)RFIC，諸如RF接收機（RFR)或RF發 射機/接收機（RTR)，（iv)ASIC，諸如移動站數據機（MSM)，（v)可嵌入在其他設備內的 模塊，（vi)接收機、蜂窩電話、無線設備、手持機、或者移動單元，（vii)其他等等。
[0089] 在一個或多個示例性設計中，所描述的功能可以在硬體、軟體、固件、或其任何組 合中實現。如果在軟體中實現，則各功能可以作為一條或多條指令或代碼存儲在計算機可 讀介質上或藉其進行傳送。計算機可讀介質包括計算機存儲介質和通信介質兩者，包括促 成電腦程式從一地向另一地轉移的任何介質。存儲介質可以是能被計算機訪問的任何可 用介質。作為示例而非限定，這樣的計算機可讀介質可包括RAM、ROM、EEPR0M、CD-ROM或其 它光碟存儲、磁碟存儲或其它磁存儲設備、或能被用來攜帶或存儲指令或數據結構形式的 期望程序代碼且能被計算機訪問的任何其它介質。任何連接也被正當地稱為計算機可讀介 質。例如，如果軟體是使用同軸電纜、光纖電纜、雙絞線、數字訂戶線（DSL)、或諸如紅外、無 線電、以及微波之類的無線技術從web網站、伺服器、或其它遠程源傳送而來，則該同軸電 纜、光纖電纜、雙絞線、DSL、或諸如紅外、無線電、以及微波之類的無線技術就被包括在介質 的定義之中。如本文中所使用的盤（disk)和碟（disc)包括壓縮碟（CD)、雷射碟、光碟、數 字多用碟（DVD)、軟盤和藍光碟，其中盤（disk)往往以磁的方式再現數據，而碟（disc)用激 光以光學方式再現數據。上述的組合也應被包括在計算機可讀介質的範圍內。
[0090] 提供對本公開的先前描述是為了使得本領域任何技術人員皆能夠製作或使用本 公開。對本公開的各種修改對於本領域技術人員將是顯而易見的，並且本文中定義的普適 原理可被應用於其他變形而不會脫離本公開的範圍。由此，本公開並非旨在被限定於本文 中所描述的示例和設計，而是應被授予與本文中所公開的原理和新穎性特徵相一致的最廣 範圍。
【權利要求】
1. 一種裝置，包括： 激勵放大器，其被配置成放大輸入射頻（RF)信號並提供經放大的RF信號；以及 可調諧阻抗匹配電路，其耦合到所述激勵放大器並且被配置成匹配所述激勵放大器的 輸出阻抗。
2. 如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述激勵放大器包括針對多個模式的多個 設置。
3. 如權利要求2所述的裝置，其特徵在於，所述多個模式與多個發射功率電平、多個頻 帶或多種無線電技術中的至少一者相關聯。
4. 如權利要求2所述的裝置，其特徵在於，所述激勵放大器的多個設置與所述激勵放 大器的不同偏置電壓或不同偏置電流中的至少一者相關聯。
5. 如權利要求2所述的裝置，其特徵在於，還包括： 查找表，其被配置成存儲所述激勵放大器的多個設置，接收所選模式，並提供所述多個 設置中對應於所選模式的一個設置。
6. 如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述可調諧阻抗匹配電路包括針對多個模 式的多個設置。
7. 如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述可調諧阻抗匹配電路包括具有可調節 電容值的可調諧電容器。
8. 如權利要求7所述的裝置，其特徵在於，所述可調諧電容器包括耦合到至少一個開 關的至少一個電容器，所述至少一個電容器中的每一個基於相關聯的開關來被選擇或不被 選擇。
9. 如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述可調諧阻抗匹配電路包括： 耦合在所述可調諧阻抗匹配電路的輸入與輸出之間的可調諧電容器；以及 耦合在所述可調諧阻抗匹配電路的輸入與電源或電路接地之間的電感器。
10. 如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，還包括： 第二可調諧阻抗匹配電路，其耦合到所述激勵放大器並且被配置成為所述激勵放大器 執行輸入阻抗匹配。
11. 如權利要求10所述的裝置，其特徵在於，所述第二可調諧阻抗匹配電路包括： 耦合在所述第二可調諧阻抗匹配電路的輸入與中間節點之間的第一電容器； 耦合在所述中間節點與所述第二可調諧阻抗匹配電路的輸出之間的電感器；以及 耦合在所述中間節點與電路接地之間的可調諧電容器。
12. 如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，還包括： 旁路發射路徑，其包括所述激勵放大器、所述可調諧阻抗匹配電路且不包括功率放大 器；以及 主發射路徑，其包括第二激勵放大器和功率放大器。
13. 如權利要求12所述的裝置，其特徵在於，所述主發射路徑被選擇用於高於閾值電 平的發射功率電平，並且其中所述旁路發射路徑被選擇用於低於所述閾值電平的發射功率 電平。
14. 如權利要求12所述的裝置，其特徵在於，還包括： 第二可調諧阻抗匹配電路，其耦合到所述主發射路徑和所述旁路發射路徑並被配置成 為所述激勵放大器或所述第二激勵放大器執行輸入阻抗匹配。
15. -種方法，包括： 用激勵放大器來放大輸入射頻（RF)信號以獲得經放大的RF信號；以及 用耦合到所述激勵放大器的可調諧阻抗匹配電路來匹配所述激勵放大器的輸出阻抗。
16. 如權利要求15所述的方法，其特徵在於，還包括： 用耦合到所述激勵放大器的第二可調諧阻抗匹配電路來匹配所述激勵放大器的輸入 阻抗。
17. 如權利要求15所述的方法，其特徵在於，還包括： 將所述激勵放大器設為與多個模式相關聯的多個設置之一。
18. 如權利要求15所述的方法，其特徵在於，還包括： 將所述可調諧阻抗匹配電路設為與多個模式相關聯的多個設置之一。
19. 一種設備，包括： 用於放大輸入射頻（RF)信號以獲得經放大的RF信號的裝置； 用於匹配所述用於放大的裝置的輸出阻抗的裝置，所述用於匹配輸出阻抗的裝置是可 調諧的。
20. 如權利要求19所述的設備，其特徵在於，還包括： 用於匹配所述用於放大的裝置的輸入阻抗的裝置，所述用於執行輸入阻抗匹配的裝置 是可調諧的。
【文檔編號】H03F1/02GK104067513SQ201380006463
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2013年1月23日 優先權日:2012年1月23日
【發明者】Y·趙, N·M·普萊徹 申請人:高通股份有限公司