專利名稱：根據(jù)發(fā)射機增益的發(fā)射機偏流調(diào)節(jié)的制作方法
背景技術(shù)：
I.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及通信電路，尤其涉及根據(jù)發(fā)射機的信號增益來調(diào)節(jié)發(fā)射機內(nèi)電路偏流的新穎并改進了的技術(shù)。
II.相關(guān)技術(shù)描述高性能發(fā)射機的設計由于各種設計考慮而成為難題。首先，許多應用都需要高性能。高性能可被定義為有源器件(例如，放大器、混頻器等)的線性以及它們的噪聲特性。其次，對于諸如蜂窩通信系統(tǒng)這樣的某些應用而言，由于蜂窩電話或遠程站的便攜式特性，因此低功耗是重要的設計目標。一般而言，高性能和低功耗是矛盾的。
除了上述設計目標之外，需要某些發(fā)射機來提供對其發(fā)射輸出功率的大范圍調(diào)節(jié)。一種需要該大范圍功率調(diào)節(jié)的應用是碼分多址(CDMA)通信系統(tǒng)。在CDMA系統(tǒng)中，來自每個用戶的信號在整個(如，1.2288MHz)系統(tǒng)帶寬上被頻譜擴展。這樣，來自每個發(fā)射用戶的發(fā)送信號成為對系統(tǒng)中其它用戶的干擾。為了提高系統(tǒng)容量，調(diào)整每個發(fā)射遠程站的輸出功率以便保持所需的性能水平(如，特定的誤碼率)而使對其它用戶的干擾最小。
來自遠程站的發(fā)送信號受到各種傳輸現(xiàn)象的影響，包括路徑損耗和衰落。這些現(xiàn)象結(jié)合控制發(fā)送功率的需求使得很難規(guī)定所需發(fā)送功率控制范圍。實際上，對于CDMA系統(tǒng)而言，要求各遠程站發(fā)射機能在大致85dB的范圍內(nèi)控制其輸出功率。
同意為CDMA系統(tǒng)指定了遠程站的線性(如，間接地通過鄰近信道功率抑制ACPR規(guī)范)。對于大多數(shù)有源電路而言，線性部分地由用于偏置電路的電流量來確定。較大的線性一般能用較大的偏流量來實現(xiàn)。同時，較大的信號電平需要較大范圍的線性，較大范圍的線性也能用較大的偏流量來實現(xiàn)。
為了在所有(包括高)輸出功率電平處達到所需線性水平，發(fā)送信號通道中的有源電路可以用大量電流來加偏。例如，有源電流可以用提供最大規(guī)定輸出功率電平處所需線性水平的偏流量來加偏。這可以確保在所有發(fā)送功率電平處提供所需線性水平。然而，即使以較低輸出功率電平傳輸時，該方案也總是消耗大量偏流，從而導致了功耗的浪費。
由此，非常期望一種在為了提供所需線性、在保存功率的同時調(diào)節(jié)發(fā)送信號通道中有源電路的偏流的技術(shù)。
發(fā)明摘要本發(fā)明提供了射機中根據(jù)發(fā)送信號通道中前面電路元件的信號增益來調(diào)節(jié)發(fā)射機中有源電路的偏流的技術(shù)。一般而言，特定有源電路的偏流影響包括線性、噪聲系數(shù)、頻率響應等各種性能。提供所需性能水平的偏流量取決于輸入信號、或提供給有源電路的功率電平、或耦合到有源電路的電路元件的輸入信號電平。輸入信號電平可以從用于控制位于發(fā)送信號通道中有源電路之前的可變增益元件的增益控制信號中估得。
本發(fā)明的實施例提供了一種用于控制發(fā)射機中有源電路的偏流的方法。按照本方法，發(fā)送信號通道中至少一個可變增益元件的至少一個增益控制信號被接收，各增益控制信號表示要由有源電路操作的信號幅度。有源電路可以位于發(fā)送信號通道中或者信號通道外部。有源電路的偏流按照所接收的增益控制信號被調(diào)節(jié)。為了確保適當?shù)碾娐沸阅?如，期望的頻率響應特征)，偏流可被限制在由上限Imax和下限Imin限定的范圍內(nèi)，其中下限Imin可被設為Imax的一定百分比(即，10％到50％)。Imax和Imin可由可編程電流源產(chǎn)生，并且也可以由于溫度和電源變化而被補償。
本發(fā)明的另一實施例提供的發(fā)射機包括至少一個可變增益元件、至少一個有源電路、增益控制電路以及至少一個偏置控制電路。有源電路耦合到可變增益元件。增益控制電路耦合到可變增益元件并且為每個可變增益元件提供增益控制信號。偏置控制電路耦合到增益控制電路并且選擇一個有源電路并為每個所選的有源電路提供一個偏置信號。偏置信號按照來自增益控制電路的增益控制信號而產(chǎn)生。每個可變增益元件可以作為可變增益放大器(VGA)、衰減器、乘法器或其它電路來實現(xiàn)。偏置控制電路可以用一對“電流調(diào)節(jié)”差分對以及一對(可編程)電流源來實現(xiàn)，每個電流源對應于每個電流調(diào)節(jié)差分對?？梢杂脦秴⒖茧娐穪硖峁╇S溫度和電源變化而穩(wěn)定的參考電流。
附圖簡述通過下面提出的結(jié)合附圖的詳細描述，本發(fā)明的特征、性質(zhì)和優(yōu)點將變得更加明顯，附圖中相同的元件具有相同的標識，其中

圖1示出發(fā)射機實施例的簡化框圖；圖2示出CDMA擴頻信號以及由發(fā)送信號通道中的非線性而產(chǎn)生的失真分量的圖；圖3示出對于特定的偏流設置發(fā)送信號通道中電路的信號擺幅的曲線；圖4示出發(fā)送信號通道中特定有源電路的偏流Ibias和信號電流Isignal與電路的輸入功率電平Pin的關(guān)系曲線；圖5示出特定發(fā)射機實施例中IF和RF VGA增益和總發(fā)射機增益與IF和RF增益控制的關(guān)系曲線；圖6示出發(fā)送信號通道中特定有源電路的輸入功率電平與增益控制的關(guān)系曲線；圖7示出發(fā)送信號通道中特定有源電路的最小偏流Ibias，min和額定偏流Ibias，nom與增益控制值的關(guān)系曲線；以及圖8示出用于產(chǎn)生偏流Ibias的偏置控制電路的實施例的示意圖，該電路具有與圖7所示的雙曲函數(shù)類似的傳輸函數(shù)。
特定實施例的詳細描述圖1示出發(fā)射機100的實施例的簡化框圖。數(shù)字處理器110產(chǎn)生數(shù)據(jù)、編碼并調(diào)制數(shù)據(jù)、并將經(jīng)數(shù)字處理的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬信號。模擬信號被提供給基帶(BB)緩沖器122，它緩沖該信號并將經(jīng)緩沖的信號提供給混頻器124?；祛l器124也接收中頻(IF LO)的載波信號(如，正弦波)并用IF LO上變頻或調(diào)制經(jīng)緩沖的基帶信號以產(chǎn)生IF信號。IF信號被提供給IF可變增益放大器(IFVGA)126，它用由來自增益控制電路130的增益控制信號確定的增益放大IF信號。經(jīng)放大的IF信號被提供給濾波器132，它濾波IF信號以去除帶外噪聲和不期望的信號。濾波器132一般是帶通濾波器。
經(jīng)濾波的IF信號被提供給IF緩沖器142，它緩沖該信號并將經(jīng)緩沖的IF信號提供給混頻器144。混頻器144也接收另一個射頻(RF LO)的載波信號(如，正弦波)，并用RF LO上變頻該經(jīng)緩沖的IF信號以產(chǎn)生RF信號?；祛l器124和144各為單邊帶混頻器或雙邊帶混頻器。對于單邊帶混頻器而言，可以用一個或多個移相器來產(chǎn)生具有適當相位的載波信號。RF信號被提供給RF VGA 146，它用由來自增益控制電路130的增益控制信號148來放大RF信號。經(jīng)放大的RF信號被提供給功率放大器(PA)驅(qū)動器150，它與諸如外部濾波器(即，為了對圖像和寄生信號進行濾波)和功率放大器(兩個元件在圖1中均未示出)這樣的后續(xù)電路相連。PA提供所需的信號驅(qū)動，其輸出通過隔離器和雙工器(圖1中未示出)耦合到天線。
可以對圖1所示的發(fā)射機實施例作出各種修改。例如，較少或附加的濾波器、緩沖器和放大器級可被提供到發(fā)送信號通道中。而且，信號通道中的元件可以以不同的配置排列。此外，發(fā)送信號通道中的可變增益可由VGA(如圖1所示)、可變衰減器、乘法器、其它可變增益元件、或以上的組合來提供。在特定實施方式中，盡管可以使用離散的元件，然而從BB緩沖器122到PA驅(qū)動器150的發(fā)送信號通道(可能不包括濾波器132)在一個或多個集成電路內(nèi)實現(xiàn)。
在一個特定發(fā)射機實施例中，對來自數(shù)字處理器的同相(I)基帶信號和正交(Q)基帶信號執(zhí)行正交調(diào)制。在該設計中，一對BB緩沖器對I和Q基帶信號進行緩沖，而一對混頻器分別用同相和正交IF LO來調(diào)制經(jīng)緩沖的I和Q基帶信號。然后組合I和Q已調(diào)信號以產(chǎn)生IF信號。在另一特定發(fā)射機實施例中，在數(shù)字處理器內(nèi)數(shù)字地執(zhí)行正交調(diào)制，然后用一個或多個上變頻級將已調(diào)信號上變頻至IF或RF。
發(fā)射機100可用在許多通信應用中，譬如蜂窩通信系統(tǒng)。蜂窩通信系統(tǒng)的實例包括碼分多址(CDMA)通信系統(tǒng)、時分多址(TDMA)通信系統(tǒng)、以及模擬FM通信系統(tǒng)。CDMA系統(tǒng)一般被設計以遵從“TIA/EIA/IS-95-A Mobile Station-Base Station Compatibility Standard for Dual-Mode Wideband SpreadSpectrum Cellular System”標準，下文中被稱為IS-95-A標準。CDMA系統(tǒng)還可被設計以遵從“TIA/EIA/IS-98 Recommended Minimum Standard forDual-Mode Wideband Spread Spectrum Cellular Mobile Station”標準，下文中被稱為IS-98標準。
IS-95-A標準要求來自遠程站的輸出功率可以按指定增量(如，0.5dB)在85dB范圍內(nèi)可調(diào)。典型遠程站從大約-50dBm到+23dBm之間發(fā)射。一般而言，發(fā)送信號通道中的電路放大或衰減信號以便將適當?shù)男盘栯娖教峁┙o與天線接口的PA。在某些發(fā)射機實施例中，設計輸出PA帶有固定的增益但卻有可變的驅(qū)動能力。可變驅(qū)動可以由帶有多個(即，并行)驅(qū)動器的PA設計來提供，多個驅(qū)動器在不需要時可被選擇性地關(guān)閉。
對于某些發(fā)射機實施例、且尤其對于具有固定增益PA的發(fā)射機實施例而言，所需的功率控制調(diào)節(jié)由發(fā)送信號通道中的VGA提供。一個VGA一般不能提供全部的(如，85dB)增益調(diào)節(jié)，通常使用多個級聯(lián)的VGA?？偟乃柙鲆婵刂品秶梢允?)在IF VGA和RF VGA之間平分，2)全部由IF VGA提供，或3)全部由RF VGA提供。
在某些發(fā)射機實施例中，設計使一個VGA具有精確的增益調(diào)節(jié)(如，以0.5dB的增量)而其余的VGA具有粗的增益調(diào)節(jié)(如，以幾個dB或更多為增量)。粗增益調(diào)節(jié)VGA可具有兩種或多種增益設置(如，低、中、高增益)，各增益設置對應于特定范圍的發(fā)射機輸出功率電平。在某些其它發(fā)射機實施例中，VGA可被設計成具有可變的(即，連續(xù)的)增益調(diào)節(jié)。VGA的增益一般以提供高性能(即，改進的線性和減少的噪聲)的方式而被控制。盡管可以用共有的增益控制信號來控制多個VGA，然而各VGA一般由其自身的增益控制信號來控制。
VGA用于提供所需的增益調(diào)節(jié)。VGA和發(fā)送信號通道中的其它有源電路也用于提供所需的線性水平。大多數(shù)有源電路的線性部分由用于加偏電路的電流量來確定。較大的線性一般可以用較大的偏流量來實現(xiàn)。同樣，較大的信號電平需要較大范圍的線性，較大的信號電平也可用較大的偏流量來實現(xiàn)。
發(fā)送信號通道一般用于提供最差(即，最大)輸出功率電平情況下的所需性能(即，線性)水平。所需性能水平可以通過用高偏流對發(fā)送信號通道中的電路加偏來實現(xiàn)。然而，對于諸如CDMA遠程站內(nèi)的發(fā)射機而言，最大傳輸條件僅在有時候發(fā)生。這樣，按照本發(fā)明，發(fā)送信號通道中電路的偏流在不需要時(即，在以低于最大輸出功率電平發(fā)送時)被減少。
如圖1所示，偏置控制電路160a接收增益控制信號128并且能根據(jù)所接收的增益控制信號來調(diào)節(jié)IF緩沖器142、混頻器144和RF VGA 146的偏流。同樣，偏置控制電路160b接收增益控制信號128和148并且能根據(jù)所接收的增益控制信號來調(diào)節(jié)PA驅(qū)動器150的偏流。下面描述了根據(jù)增益控制電路對偏流的調(diào)節(jié)。
圖2示出CDMA擴頻信號以及由發(fā)送信號通道中的非線性產(chǎn)生的失真分量的圖。CDMA信號具有特定的(如，1.2288MHz)帶寬以及取決于工作模式(如，蜂窩或PCS)的中心頻率。失真分量由于發(fā)送信號通道中電路的三次或更高次非線性而從CDMA信號自身產(chǎn)生。失真分量也被稱作頻譜再生，它覆蓋CDMA信號的頻帶以及鄰近的頻帶。失真分量成為對CDMA信號以及對鄰近頻帶中的信號的干擾。
對于三次非線性而言，頻率為wa和wb的信號分量產(chǎn)生頻率為(2wa-wb)和(2wb-wa)的互調(diào)分量。這樣，帶內(nèi)信號分量能產(chǎn)生落在帶內(nèi)或頻帶附近的互調(diào)分量。這些分量會引起CDMA信號自身以及鄰近頻帶內(nèi)信號的降級。為了解決這個問題，三次互調(diào)分量的幅度由ga·gb2和ga2·gb來縮放，其中g(shù)a和gb分別是頻率為wa和wb的信號分量的增益。這樣，每次加倍CDMA信道的幅度都會使三次分量的幅度增加八倍。
對于CDMA系統(tǒng)而言，IS-95-A和IS-98標準中由鄰近信道功率抑制(ACPR)規(guī)范指定遠程站發(fā)射機的線性。ACPR規(guī)范一般應用于整個發(fā)送信號通道，包括PA。ACPR規(guī)范一般按比例被分成發(fā)送信號通道的不同部分，各部分用于滿足經(jīng)分配的規(guī)格。例如，可能要求圖1所示的發(fā)送信號通道的部分(直到并包括PA驅(qū)動器150)將每30KHz帶寬-36dBc的失真分量保持在距CDMA中心頻率為885KHz的偏移量處，將每30KHz帶寬-48dBc的失真分量保持在距CDMA中心頻率為1.98MHz的偏移量處。
圖3示出對于特定偏流設置發(fā)送信號通道中電路的信號擺幅。如圖所示，所需的偏流取決于信號擺幅并且應被設為峰到峰信號擺幅的至少一半。電路的線性一般隨著信號背離偏置點而降級，實際非線性數(shù)量取決于特定的電路設計。這樣，輸出信號的線性(如，頻譜再生數(shù)量)取決于偏流和信號擺幅。
一般而言，特定有源電路所需的偏流量取決于電路輸入信號的功率(或信號)電平。對于特定的輸入功率電平Pin而言，可以進行仿真或者可以作出實驗測量來為發(fā)送信號通道中滿足ACPR規(guī)范及其它性能標準(如，噪聲系數(shù)和帶寬)的電路確定最小偏流。例如，對于圖1所示的發(fā)射機實施例而言，當發(fā)射機以最大輸出功率電平發(fā)射時，可以單獨為緩沖器、混頻器、VGA、PA驅(qū)動器以及PA確定符合IS-95-A ACPR規(guī)范的最小偏流。在其它功率電平處可以為這些電路重復該仿真或測量。
圖4示出發(fā)送信號通道中特定有源電路(如，圖1中的PA驅(qū)動器150)的偏流(Ibias)和信號電流(Isignal)與電路的輸入功率電平(Pin)的關(guān)系曲線。這些曲線可以從上面通過仿真或?qū)嶒灉y量獲得的數(shù)據(jù)中產(chǎn)生。一般而言，信號電流Isignal隨著輸出功率電平Pin的增加而增加，并且隨著輸入功率電平的減少而減少(在零輸入功率電平處接近零信號電流)。信號電流和輸入功率電平之間的關(guān)系可能非線性，并且一般取決于特定的電路設計、所用的技術(shù)、電源、溫度、以及其它因素。
如圖4所示，有源電路的偏流Ibias一般被設為高于信號電流Isignal，其差異在較高的輸入功率電平處減少并且在較低的輸入功率電平處增加。在較高的輸入功率電平處，電路已使用了大量偏流，并且為了保存電源電流而減少“過偏”量。在較低的輸入功率電平處，電路僅需要少量的偏流，并且為了確保適當?shù)腞F性能(如，帶寬、噪聲特性)且不花費過量的電源電流而增加過偏量。
圖4示出發(fā)送信號通道中一個有源電路的曲線?？梢詾榘l(fā)送信號通道中各有源電路產(chǎn)生類似的曲線組。如下所述，來自這些曲線的數(shù)據(jù)用于調(diào)節(jié)有源電路的偏流。
如上所述，發(fā)送信號通道中各有源電路的偏流可以根據(jù)其輸入功率電平Pin、或尤其根據(jù)電路輸入端的功率電平而被調(diào)節(jié)。輸入功率電平可以用各種方法來確定，下面描述了其中的一些方法。
在指定的發(fā)射機設計中，功率檢測器耦合到發(fā)送信號通道，最好在可變增益元件之后。例如，功率檢測器可被放置在圖1中的IG VGA 126之后或者在濾波器132之后。功率檢測器檢測來自電路元件的輸出功率電平并且將該信息提供給偏置控制電路。然后，偏置控制電路根據(jù)所檢測的功率電平來調(diào)節(jié)發(fā)送信號通道中后續(xù)電路的偏流。
按照本發(fā)明的一個方面，從用于控制發(fā)送信號通道中可變增益元件(如，IF VGA 126和RF VGA 146)的增益控制信號中估得輸入功率電平。對于許多發(fā)射機設計而言，VGA的增益以提供改進的線性和噪聲特性的方法而被控制。各發(fā)射機輸出功率電平一般對應于能實現(xiàn)這些性能目標的VGA的特定的增益設置組。
圖5示出對于特定的發(fā)射機實施例IF和RF VGA增益和總發(fā)射機增益與IR和RF增益控制的關(guān)系曲線。發(fā)射機包括兩個VGA，IF頻率處的一個VGA(如，圖1中的IF VGA 126)具有大約38 dB的增益范圍，RF頻率處的另一個VGA(如，圖1中的RF VGA 146)具有大約為52dB的增益范圍。曲線都被標準化，以便最大增益被設為0dB。發(fā)送信號通道的總增益取決于兩個VGA的增益，而總增益范圍是兩個VGA的增益范圍的組合。如IS-95-A標準所要求的那樣，大約90dB的總增益范圍允許發(fā)射機提供輸出功率中85dB的調(diào)節(jié)。
為了簡化并且如從圖5所示曲線中推知，兩個VGA由公共的增益控制信號或者大致互相跟蹤的兩個增益控制信號來控制。在特定的增益控制值(如，10V)處，總增益被確定為IF和RF VGA在該控制值處增益的組合(如，-10dB+-17dB＝-27dB)。然而，這種簡化并非要求的條件，VGA可以各自通過獨立的增益控制信號來控制。例如，在另一VGA的增益被調(diào)節(jié)之前，一個VGA的增益可以被調(diào)節(jié)為最大增益。
由于IS-95-A標準所規(guī)定的嚴格的功率控制設置，因此發(fā)射機輸出功率有時在工廠被校準。這種校準可以通過用已知(即，數(shù)字的)控制值來編程增益控制信號以及測量來自發(fā)射機的輸出功率而實現(xiàn)。于是產(chǎn)生一張表格，它將各輸出功率電平映射為一組(數(shù)字的)控制值。此后，為了在特定的功率電平處設置發(fā)送功率而訪問該表，檢索對應于特定功率電平的一組控制值，經(jīng)檢索的控制值被提供給增益控制電路，然后根據(jù)控制值產(chǎn)生增益控制信號，并且用增益控制信號來調(diào)節(jié)VGA的增益。對于這種發(fā)射機實現(xiàn)方法，可以從增益控制信號中準確地推斷出沿發(fā)送信號通道中各不同位置處發(fā)射機的輸出功率電平和輸入功率電平。然而，即使沒有工廠校準，通常也可以足夠準確地從增益控制信號估計出輸入功率電平。
圖6示出對于指定的發(fā)射機設計發(fā)送信號通道中特定有源電路(如，圖1中的PA驅(qū)動器150)的輸入功率電平與增益控制的關(guān)系曲線。對于這張圖而言，輸入功率范圍取決于位于電路之前的VGA的增益范圍。參考圖1，來自各IF緩沖器142和混頻器144的輸入功率電平改變了與IF VGA 126的增益范圍有關(guān)的一定量、或者對于圖5表示的實施例改變大約38dB。PA驅(qū)動器150的輸入功率電平改變了與IF VGA 126和RF VGA 146的增益范圍有關(guān)的一定量、或者大約90dB。這樣，輸入功率電平與增益控制的關(guān)系曲線對于發(fā)送信號通道中的每個有源電路都可以是唯一的。
如圖6所示，有源電路的輸入功率電平與發(fā)送信號通道中位于有源電路之前的可變增益元件的信號增益有關(guān)。用了上述簡化之后，其中VGA 126和146用公共增益控制信號或相關(guān)增益控制信號來調(diào)節(jié)，可以繪出PA驅(qū)動器150的輸入功率電平與單獨一組增益控制值的關(guān)系曲線。在高增益控制值處，VGA增益為高并且PA驅(qū)動器輸入功率電平也為高。相反，在低增益控制值處，VGA增益為低且輸入功率電平也為低。
圖7示出發(fā)送信號通道中特定有源電路(如，IF緩沖器142、混頻器144)的最小偏流Ibias，min與增益控制的關(guān)系曲線。該曲線可以從偏流Ibias與輸入功率電平處Pin的關(guān)系曲線(見圖4)以及輸入功率電平Pin與增益控制的關(guān)系曲線(見圖6)而產(chǎn)生。圖7中，標準化最小偏流Ibias，min使得最大偏置量被設為1.0，這也被成為滿標度偏值。在低輸入功率電平處，所需偏流接近零。
對于許多發(fā)射機設計而言，不可能以最小偏流Ibias，min來操作電路。這可能由于許多因素，譬如電路性能(如，帶寬和增益)隨操作條件(如，時間、溫度和電源電壓)的變化。而且，由于組件容差，因此各單元的電路性能一般不同。這樣，為了考慮到這些因素，電路的實際或額定偏流被設為高于最小偏流。
圖7也示出電路的額定偏流Ibias，nom與增益控制的關(guān)系曲線。如圖7所示，額定偏流被設為高于最小偏流。附加偏流也被稱為過偏電流，它考慮到了諸如電路的實際輸入功率電平的估計誤差等各種因素。附加偏流確保電路對于正確的操作而被足夠加偏，并且在操作條件和組件變化上提供所需的線性水平?？梢赃x擇附加偏流量使得犧牲棄潛在的電流節(jié)約而保持性能。在實施例中，附加偏流量取決于輸入功率電平，過偏量在較大偏流電平處較小(即，百分比方式)。
在圖7所示的實施例中，額定偏流Ibias，nom達到點702上方的漸進上限值Imax和點704下方的漸進下限值Imin。在特定實施例中，Imax被設為高于滿標度偏值大約五個百分比，即標準化值大約為1.05。由于高偏流已經(jīng)準備好被提供給電路，因此在高輸入功率電平處過偏量被選擇為小。在特定實施例中，Imin被設為或滿標度偏值或Imax值的特定百分比(如，10％到50％)。偏流一般影響頻率響應和帶寬、以及電路的線性。這樣，將偏流設為Imin或更高確保電路總是具有所需的性能(如，所需的信號帶寬)。
圖7中的額定偏流曲線在最大值Imax和最低值Imin之間類似雙曲函數(shù)。在一個實施例中，Imax和Imin是可編程的電流值。
參考圖1，濾波器132一般用離散濾波器來實現(xiàn)。濾波器的插入損耗隨著單元不同而不同，并且隨著發(fā)射機設計的不同而不同。因此，存在某些與來自濾波器的信號的實際幅度相關(guān)的不確定性。如上所述，在某些發(fā)射機實現(xiàn)方式中，發(fā)送信號通道由工廠執(zhí)行的實驗測量來檢定，并且考慮到濾波器的插入損耗。然而，即使不執(zhí)行校準時，濾波器插入損耗中的變化一般也很小并且可以忽略不計。為了所提供的附加安全儲備，跟在濾波器后的發(fā)送信號通道中電路的偏流可被設得略高來彌補插入損耗中的不確定性。
圖8示出用于產(chǎn)生偏流Ibias的偏置控制電路800的實施例示意圖，該電路的傳遞函數(shù)類似圖7所示的雙曲函數(shù)。由偏置控制電路800產(chǎn)生的偏流可被用于發(fā)送信號通道中的一個電路，譬如圖1中的IF VGA 126、IF緩沖器142、混頻器144、RF VGA 146或PA驅(qū)動器150。
在偏置電路800內(nèi)，由晶體管812a和812b組成的第一差分對分別接收差分增益控制信號VC+和VC-。差分控制信號VC-和VC+可以對應于圖1中的增益控制信號128或148。第一差分對的射極耦合到設置最大偏流Imax的電流源814。由晶體管822a和822b組成的第二差分對分別接收差分增益控制信號VC-和VC+。第二差分對的射極耦合到設置最小偏流Imin的電流源824。晶體管812a和822a的集電極耦合在一起以形成偏流Ibias的信號通道。同樣，晶體管812b和822b的集電極耦合在一起以形成補償偏流的信號通道。
如圖8所示，電流源814和824各可被設計得可調(diào)或可編程來允許Imax和Imin的調(diào)節(jié)。在特定實施例中，每個可編程電流源都用一排晶體管來實現(xiàn)，它們根據(jù)一組數(shù)字控制值選擇性地被啟用。由電流源提供的電流量隨著更多的晶體管被啟用而增加。電流源內(nèi)的電流可以用電流鏡象準確地設置，電流鏡象中的參考電流由帶隙參考電路和精確的(如，離散的、外部的)電阻器來設置。該方式中帶隙參考電路和電流鏡像的使用是本領(lǐng)域已知的，并且再次不再詳細描述。
在特定實施例中，各可編程電流源可由數(shù)字到模擬電路(DAC)來控制。DAC根據(jù)一組數(shù)字控制值來提供控制信號。控制信號然后確定由電流源提供到電流量。
對于發(fā)送信號通道中特定的有源電路(如，圖1中的PA驅(qū)動器150)，其中電路的偏流可取決于兩個或多個增益控制信號，可以為每個控制信號復制圖8所示的偏置控制電路。所有偏置控制電路的Ibias信號通道被耦合在一起，所有偏置控制電路的補償Ibias信號通道也被耦合在一起。可以根據(jù)如上述為增益控制信號確定的輸入功率相對增益控制的傳遞函數(shù)來設置相應于每個增益控制信號的Imax和Imin電流。
圖8表示偏流可以按增益控制信號連續(xù)地被調(diào)節(jié)。在某些發(fā)射機實施例中，其中一個或多個VGA被粗增量被調(diào)節(jié)，于是可以根據(jù)粗增益設置來調(diào)節(jié)發(fā)送信號通道中電路(包括PA驅(qū)動器)的偏流。在一般對應于高VGA增益的高輸入功率電平處，較大的信號擺幅需要更多的偏流。發(fā)射機認識到當VGA增益被設為高增益設置時需要更多的偏流，并且用該信息來增加電路的偏流。該設計通過在輸入功率電平為低時減少電路中的偏流而節(jié)約(電池)功率。
回過頭參考圖1，IF VGA 126的增益影響了發(fā)送信號通道中后續(xù)電路(VGA126之后)輸入端的功率電平，這些電路包括IF緩沖器142、混頻器144、RF VGA126和PA驅(qū)動器150。這樣，可以按照設置IF VGA 126增益的增益控制信號128來調(diào)節(jié)這些電路的偏流。同樣，VGA 126和146的增益影響了發(fā)送信號通道中后續(xù)電路(VGA 146之后)輸入端的功率電平，這些電路包括VGA 146和PA驅(qū)動器150。這樣，可以按照增益控制信號128和148來調(diào)節(jié)這些電路的偏流。一般而言，發(fā)送信號通道中任何特定有源電路的偏流都可以根據(jù)該電路前的可變增益元件的增益控制信號來調(diào)節(jié)。由于偏置控制和增益控制變化趨向一致，因此這可以實現(xiàn)。設置偏流時可以忽略一個或多個可變增益元件。例如，PA驅(qū)動器150的偏流可以僅根據(jù)VGA 146的增益、或僅根據(jù)VGA 126的增益、或兩個VGA 126和146組合增益而被調(diào)節(jié)。
本發(fā)明的偏置控制機制也可用于調(diào)節(jié)發(fā)射機內(nèi)外部電路的偏流，譬如本地振蕩器的緩沖器(如，用于提供圖1中的IF LO和RF LO的緩沖器)。特定外部電路的偏流可以根據(jù)電路對其操作(雖然間接地)的信號的幅度被調(diào)節(jié)。功率電平可以從被提供給位于信號通道中“上游”的可變增益元件的增益控制信號中估得。例如，可以使用于RF LO的緩沖器的偏流取決于增益控制信號128。
表1列出特定發(fā)射機實施例的發(fā)送信號通道中電路的總偏流。其它發(fā)射機實施例也是可行的并且在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。對于該特定實施例，在睡眠模式下，通過切斷發(fā)送信號通道中大多數(shù)電路的偏流來關(guān)閉發(fā)射機。在空閑模式下，電路加偏準備工作，但不發(fā)生任何傳輸。蜂窩和PCS模式工作在兩個頻帶上，并且可以用不同LO頻率和不同PA的使用來表征。
表1
圖1中，被提供給VGA的(模擬)增益控制信號也被提供給偏置控制電路。在某些發(fā)射機實施例中，各增益控制信號由DAC根據(jù)輸入數(shù)字控制值產(chǎn)生。也可以設計發(fā)射機使得偏置控制電路從增益控制電路接收數(shù)字控制值，而非(模擬)增益控制信號。
如圖1所示，增益控制電路130以及偏置控制電路160a和160b作為單獨電路而實現(xiàn)。然而，這些電路也可以在單個電路內(nèi)實現(xiàn)、或被集成在其它諸如數(shù)字處理器110這樣的其它電路內(nèi)。控制電路也可被集成在實現(xiàn)發(fā)送信號通道中電路的集成電路內(nèi)。
上述優(yōu)選實施例的描述使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能制造或使用本發(fā)明。這些實施例的各種修改對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的，這里定義的一般原理可以被應用于其它實施例中而不使用創(chuàng)造能力。因此，本發(fā)明并不限于這里示出的實施例，而要符合與這里揭示的原理和新穎特征一致的最寬泛的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于控制發(fā)射機內(nèi)有源電路的偏流的方法，其特征在于包括為發(fā)送信號通道中的至少一個可變增益元件接收至少一個增益控制信號，其中每個增益控制信號表示要由有源電路操作的信號幅度；以及按照所接收的至少一個增益控制信號調(diào)節(jié)有源電路的偏流。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述有源電路位于發(fā)送信號通道中。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述調(diào)節(jié)以所接收的至少一個增益控制信號的增量值定義的增量被執(zhí)行。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述所接收的至少一個增益控制信號之一以IS-95-A標準定義的增量被調(diào)節(jié)。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于還包括將偏流限制在由上限偏流和下限偏流限定的范圍內(nèi)。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述下限偏流被設為上限偏流的0％到50％。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述偏流大致跟蹤信號幅度相對于所接收的至少一個增益控制信號的變化。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述信號幅度相對于所接收的至少一個增益控制信號的變化大致符合雙曲線正切傳遞函數(shù)。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述偏流被調(diào)節(jié)以達到符合IS-95-A標準定義的鄰近信道功率抑制ACPR規(guī)范的線性水平。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述偏流對溫度和電源變化進行補償。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述偏流根據(jù)位于發(fā)送信號通道中有源電路之前的所有可變增益元件的增益控制信號而被調(diào)節(jié)。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于還包括表征有源電路的輸入功率電平相對于發(fā)送信號通道中至少一個可變增益元件的增益；以及產(chǎn)生控制值的表格，控制值對于指定的輸入功率電平定義了至少一個可變增益元件的增益，其中至少一個可變增益控制信號按照來自表格的控制值而產(chǎn)生。
13.蜂窩發(fā)射機中一種用于控制發(fā)送信號通道中有源電路的偏流的方法，其特征在于包括為發(fā)送信號通道中至少一個可變增益元件接收至少一個增益控制信號，其中每個增益控制信號表示要被有源電路操作的信號幅度；按照所接收的至少一個增益控制信號調(diào)節(jié)有源電路的偏流，其中偏流被調(diào)節(jié)以達到符合IS-95-A標準定義的鄰近信道功率抑制ACPR規(guī)范的線性水平；以及將偏流限制在由上限偏流和下限偏流限定的范圍內(nèi)，其中下限偏流被設為上限偏流的一個百分比。
14.一種發(fā)射機，其特征在于包括至少一個可變增益元件；耦合到至少一個可變增益元件的至少一個有源電路；耦合到至少一個可變增益元件的增益控制電路，該增益控制電路提供用于每個可變增益元件的增益控制信號；以及耦合到增益控制電路以及所選的至少一個有源電路之一的至少一個偏置控制電路，該偏置控制電路提供用于每個所選的有源電路的偏置信號，其中用于特定有源電路的偏置信號按照位于特定有源電路之前的一個或多個可變增益元件的一個或多個增益控制信號而產(chǎn)生。
15.如權(quán)利要求14所述的發(fā)射機，其特征在于，所述每個可變增益元件用可變增益放大器(VGA)、衰減器或乘法器來實現(xiàn)。
16.如權(quán)利要求14所述的發(fā)射機，其特征在于，所述至少一個有源電路包括混頻器。
17.如權(quán)利要求14所述的發(fā)射機，其特征在于，所述至少一個有源電路包括功率放大器。
18.如權(quán)利要求14所述的發(fā)射機，其特征在于，所述每個偏置控制電路包括一對電流源，一個電流源用于提供第一偏流而另一個電流源用于提供第二偏流，其中由偏置控制電路提供的偏置信號被限制為第一和第二偏流之間的值。
19.如權(quán)利要求18所述的發(fā)射機，其特征在于，所述每個偏置控制電路還包括一對差分對，每個都耦合到各電流源。
20.如權(quán)利要求18所述的發(fā)射機，其特征在于，所述電流源是可編程的。
21.如權(quán)利要求14所述的發(fā)射機，其特征在于還包括耦合到至少一個偏置控制電路的帶隙參考源。
22.如權(quán)利要求14所述的發(fā)射機，其特征在于，所述至少一個可變增益元件和至少一個有源電路在單片集成電路內(nèi)實現(xiàn)。
23.如權(quán)利要求14所述的發(fā)射機，其特征在于，所述至少一個可變增益元件和至少一個有源電路用離散元件來實現(xiàn)。
24.一種蜂窩電話內(nèi)的發(fā)射機，其特征在于包括至少一個可變增益元件；耦合到至少一個可變增益元件的至少一個有源電路；耦合到至少一個可變增益元件的增益控制電路，該增益控制電路提供用于每個可變增益元件的增益控制信號；以及耦合到增益控制電路以及所選的至少一個有源電路之一的至少一個偏置控制電路，該偏置控制電路提供用于每個所選的有源電路的偏置信號，其中用于特定有源電路的偏置信號按照位于特定有源電路之前的一個或多個可變增益元件的一個或多個增益控制信號而產(chǎn)生，并且其中每個偏置控制電路包括一對電流源，一個電流源用于提供第一偏流而另一個電流源用于提供第二偏流，其中由偏置控制電路提供的偏置信號被限制為第一和第二偏流之間的值，以及一對差分對，每個都耦合到各電流源。
全文摘要
發(fā)射機中用于根據(jù)發(fā)射機的信號增益來調(diào)節(jié)有源電路偏流的技術(shù)。偏流影響包括線性、噪聲系數(shù)、頻率響應等各種性能。提供所需性能水平的偏流量取決于可以從用于控制發(fā)送信號通道中可變增益元件的增益控制信號推知的功率電平。最初，發(fā)送信號通道中至少一個可變增益元件的至少一個增益控制信號被接收，各增益控制信號表示要由有源電路操作的信號幅度。然后，按照所接收的增益控制信號調(diào)節(jié)有源電路的偏流。為了確保適當?shù)碾娐沸阅?，偏流可被限制在由上限值I
文檔編號H03G3/10GK1502165SQ00820099
公開日2004年6月2日 申請日期2000年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月3日
發(fā)明者B·C·沃克, K·G·薩霍塔, B C 沃克, 薩霍塔 申請人:高通股份有限公司