專利名稱：用于射頻放大器的輔助量程數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及射頻放大器，更具體地涉及作為多級數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(MDAC)而運行的功率放大器電路。
背景技術(shù)：
如果射頻(RF)信號作為參考信號輸入并使用二進制代碼(數(shù)字字段(digital word))來控制、或調(diào)制RF輸出信號的振幅，則射頻(RF)信號可以通過單片多級數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(MDAC)而放大。這種結(jié)構(gòu)可以稱為射頻數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(RFDAC)。
圖1示出雙極性發(fā)射器(polar transmitter)100，其包括RFDAC電路110和信號處理器電路120。RFDAC電路110由數(shù)字振幅信號(am)控制，并由信號處理器電路120產(chǎn)生的相位調(diào)制RF載波信號(ap)而驅(qū)動。特別地，將輸入IQ基帶信號(a)首先施加到數(shù)字處理器10，其中該數(shù)字處理器10將模擬IQ基帶信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字(通過模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)11)，并也將該信號變換為振幅(am)和相位(ap)分量(通過矩形極性轉(zhuǎn)換器(RPC)12)。特別地，ADC 11將輸入模擬信號(a)數(shù)字化，而RPC 12將數(shù)字波形(wave)譯成極坐標(biāo)。RPC12在極坐標(biāo)中輸出數(shù)字波形，例如其表現(xiàn)為R，P(sin)和P(cos)的形式。在該實例中，坐標(biāo)R表示數(shù)字化輸入波形的振幅特性(am)。坐標(biāo)P(sin)和P(cos)表示數(shù)字化輸入波形的相位特性(ap)。
然后，通過在雙極性發(fā)射器100中的獨立路徑發(fā)射振幅(am)和相位(ap)特性。由數(shù)字信號處理器13標(biāo)度(scale)和過濾數(shù)字化輸入波形的振幅特性(am)，從而形成提供給RFDAC電路110的成形的數(shù)字脈沖，其中數(shù)字化輸入波的振幅特性包括量化為例如具有最大有效位(“MSB”)到最小有效位(“LSB”)的B0到BN位的數(shù)字字段(DW)。DW可以在各種實例中具有不同的長度?？偟膩碚f，DW越長，在RFDAC電路110的輸出上的輸入模擬波形(a)的再現(xiàn)就越精確。
在圖1所示的示例性實施例中，數(shù)字振幅信號(am)通過數(shù)字信號處理器13作為N位(例如，7位)DW傳送，其中數(shù)字信號處理器13在將數(shù)字位提供給RFDAC電路110之前標(biāo)度并過濾DW的數(shù)字位。N位DW的每一位相應(yīng)于RFDAC電路110中的獨立分量控制線am1-N(例如，am1-7)。將每個分量控制線am1-N耦接到反饋到另一個晶體管25(例如，25a-g)的單獨控制分量22(例如，開關(guān)晶體管22a-g)，單獨控制分量22的導(dǎo)通和關(guān)斷取決于控制分量線上的特定位值。例如，如果對應(yīng)于數(shù)字振幅信號(am)的DW是“1110000”，則前三個(3)晶體管(例如，25a-c)將偏置為“通”(ON)，而后四個(4)晶體管(例如，25d-g)將偏置為“斷”(OFF)。以這種方式，如以下所說明，可以有效地控制輸入模擬信號(a)的振幅。
圖5示出了RFDAC電路110的開關(guān)晶體管(晶體管22a-g)和片選晶體管(segmenttransistor)(晶體管25a-g)的示例性的實施。為了表示方便，在圖5中僅僅顯示了一個開關(guān)晶體管420和一個對應(yīng)的片選晶體管430。開關(guān)晶體管420可以對應(yīng)于在圖1中所示的開關(guān)晶體管中的一個(例如，22a)，因此片選晶體管430將對應(yīng)于匹配的片選晶體管(例如25a)。開關(guān)晶體管420可以包括P溝道金屬-氧化物硅晶體管(PMOST)，而片選晶體管430可以包括銦鎵磷化物(InGaP)異構(gòu)雙極結(jié)晶體管(HBJT)。
圖5所示的控制信號amx表示當(dāng)將RF信號apx施加到片選晶體管430的輸入端431時、施加到開關(guān)晶體管420的輸入端421的一個數(shù)字位。將輸出端432耦接到片選晶體管430的集電極端子。將該輸出端432依次耦接到構(gòu)成RFDAC的其他片選的對應(yīng)輸出端。輸入端425將電源電壓(Vcc)連接到開關(guān)晶體管420的源極端子。阻塞電容器440的直流電(DC)將RF信號apx耦接到片選晶體管430的基極端子。
當(dāng)開關(guān)晶體管420的源極-柵極電壓小于它的導(dǎo)通電壓時，開關(guān)晶體管420為“斷”并且不導(dǎo)流，并且，由于通常RF信號電(apx)自己并不足以將片選晶體管430偏置到晶體管增益hfe處于其峰值的區(qū)域，因此片選晶體管430也是“斷”。當(dāng)開關(guān)晶體管420的源極-柵極電壓超過其導(dǎo)通電壓時，開關(guān)晶體管傳導(dǎo)與它的寬度和長度成比例的電流。該電流與RF信號apx產(chǎn)生的電流一起流入片選晶體管430的基極端子。這里，信號電流(amx和apx)的結(jié)合足以將片選晶體管430偏置到峰值hfe區(qū)域，并使其導(dǎo)通。在片選晶體管430輸出端的RF信號電流(apx)通過晶體管增益(hfe)而放大，并流出輸出端432。
回到圖1，在將數(shù)字相位信號(ap)提供給RFDAC110電路之前，數(shù)字相位信號(ap)通過數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)18和合成器20而調(diào)制成波形。合成器20優(yōu)選地包括該示例性實施例的壓控振蕩器(VCO)。合成器20提供了輸出波形(apout)，其包括來自輸入波(a)的相位信息。該輸出波形(apout)具有常量的包絡(luò)(即，不具有振幅變量，但具有原始輸入波形的相位特征)。在將輸出波形(apout)提供給在各個相位信號線ap1-7上的晶體管25a-g之前，輸出波形(apout)還可以進一步通過放大器24放大。
晶體管25a-g的規(guī)整(regulation)可以通過將DW提供給控制分量(例如，開關(guān)晶體管22a-g)而完成。每個控制分量22a-g優(yōu)選地包括作為電流源的晶體管?？刂品至?2a-g通過從數(shù)字振幅信號(am)產(chǎn)生的DW位而開關(guān)。例如，如果DW的位(例如，在線am1上的位)是邏輯“1”(例如，“高”(HIGH))，則將對應(yīng)的控制分量(例如，22a)轉(zhuǎn)換為“通”，因此電流從該控制分量流到各個晶體管段(例如，25a)。類似地，如果相同的DW位(在線am1上的位)是邏輯“0”(例如，“低”(LOW))，則將對應(yīng)的控制分量(例如，22a)轉(zhuǎn)換為“斷”，因此防止電流從控制分量流到各個晶體管段(例如，25a)。然后，將來自所有晶體管段25a-g的電流在各個晶體管輸出線26a-g上合并并將其作為輸出線27上的輸出信號(b)提供。這樣，通過控制DW值，可以使用數(shù)字振幅信號(am)來精確地控制數(shù)字相位信號(ap)的放大，從而允許在RFDAC電路110的輸出上再現(xiàn)輸入模擬信號(a)的放大版本。
雖然輸出等于輸入射頻參考信號‘a(chǎn)p’的相位部分乘以用最大值除輸入代碼值的分?jǐn)?shù)，但上述描述的RFDAC電路110的解析度通過控制代碼(即N位數(shù)字字)中所使用的位數(shù)而定義。例如，下述等式定義了RFDAC輸出信號的理想值Out＝VRF/2N*[20*D0+21*D1+22*D2+...2N-1*DN-1]，(公式1)其中Out＝RFDAC輸出(電壓或電流)，VRF＝輸入?yún)⒖茧妷盒盘?如圖1中所示的信號-’‘a(chǎn)p’)D0＝最小有效位(LSB)值(例如，0或1)D1，2，etc＝在LSB和MSB之間的位值(例如，0或1)DN-1＝最大有效位(MSB)值(例如，0或1)，和N＝在位之間的解析度這樣，如果RFDAC的解析度為3位，則輸出電壓將等于輸入?yún)⒖茧妷?例如，VRF)乘以用[D0+2*D1+4*D2]/8所定義的因子。因此，DW“010”對應(yīng)于1/4的乘數(shù)因子，或者換句話說，輸出電壓等于輸入電壓的四分之一(1/4)。
RFDAC單片微波集成電路(MMIC)使用RF兼容工藝來構(gòu)建，例如砷化鎵(GaAs)工藝，鍺化硅(SiGe)工藝，或RF互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)工藝。例如，在銦鎵磷化物(InGaP)異構(gòu)雙極工藝中，從異構(gòu)雙極結(jié)晶體管(HBJT)構(gòu)建RFDAC。用于HBJT設(shè)備的關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)為統(tǒng)一增益?zhèn)鬏旑l率(fT)。當(dāng)HBJT發(fā)射區(qū)域為設(shè)備中的集電極電流而優(yōu)化時fT最大。而且，發(fā)射區(qū)域與發(fā)射電流成比例。這樣，速度和輸出電流為兩個參數(shù)，其驅(qū)動RFDAC的設(shè)計。其他的參數(shù)，例如噪聲和失真，在設(shè)計時也要考慮。量化噪聲需要設(shè)定RFDAC所需的最小解析度(即，在n位數(shù)字字段中的位數(shù))。
在大多數(shù)的集成電路設(shè)計中，在芯片尺寸(die size)影響成本的同時速度也影響性能。RFDAC的物理區(qū)域主要通過最大輸出電流和所定義的最高輸出頻率而決定。然而，由于對于任何工藝，核心設(shè)備(與內(nèi)部連接一起)需要最小空間和斜度(pitch)值，因此解析度也影響尺寸。例如，2皮法(pF)的金屬對金屬絕緣(MIM)電容如果作為一個設(shè)備來構(gòu)建則比作為并聯(lián)的兩個(2)1pF的設(shè)備要占據(jù)更少的空間。根據(jù)這樣的推理，由于空間/斜度的需要以及由于存在更多的輸入電路，因此具有相同的滿標(biāo)度的12位RFDAC作為7位的RFDAC輸出要占用更多的區(qū)域。每個輸入需要一個基板(pad)，其增加了芯片區(qū)域。此外，更多的基板需要更多的連接線和裝配針腳。
因此，當(dāng)前對RFDAC的設(shè)計需要占用較少的芯片空間，但是仍需多位的解析度(例如，10位數(shù)字字段或更大)。

發(fā)明內(nèi)容
通過包括基于數(shù)字控制字段提供放大信號的第一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器和第二數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的電路而提供一種解決方案，其中將表示數(shù)字控制字段的第一部分的第一多個位(a first plurality of bits)提供給第一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，而將表示數(shù)字控制字段的第二部分的第二多個位(a second plurality of bits)提供給第二數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，并且其中第二數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器將第二多個位的一個模擬表示提供給第一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器。
用于放大信號的方法提供一種解決方案，其包括以下步驟基于信號產(chǎn)生第一多個位值，基于該信號產(chǎn)生第二多個位值，合并第一和第二多個位值以形成數(shù)字控制字段，以及通過數(shù)字控制字段的應(yīng)用來調(diào)制信號的振幅。
包括將數(shù)字處理電路耦接到輸入端子以將模擬信號轉(zhuǎn)換成至少兩個數(shù)字信號的電路提供另一種解決方案，所述的數(shù)字信號的至少一個包括振幅信號，并且所述的數(shù)字信號的至少一個包括相位信號和用來提供N位數(shù)字字段給相位信號的數(shù)字模擬電路，所述數(shù)字模擬電路包括第一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器和第二數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，其中將表示N位數(shù)字字段的第一部分的第一多個位提供給第一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，而將表示N位數(shù)字字段的第二部分的第二多個位提供給第二數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，并且其中第二數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器提供N位數(shù)字字段的第二多個位的模擬表示給第一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器。
由包括第一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器以及第二數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的電路提供又一種解決方案，所述第一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器由最大有效數(shù)字字段控制，所述第二數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器由最小有效數(shù)字字段控制，其中第二數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的輸出與從第一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器來的最大有效數(shù)字字段合并以形成復(fù)合的輸出數(shù)字字段。
由包括第一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器以及第二數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的電路提供又一種解決方案，所述第一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器由最大有效數(shù)字字段控制，所述第二數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器由最小有效數(shù)字字段控制，其中將第二數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的輸出施加到第一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的最小有效位輸入，以便第一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的輸出能由最小有效數(shù)字字段微(finely)控制和由最大有效數(shù)字字段粗(coarsely)控制。


現(xiàn)在將通過結(jié)合附圖的實例來描述本發(fā)明，其中圖1示出了傳統(tǒng)的包括有RFDAC電路的雙極性發(fā)射器；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的輔助量程RFDAC電路的結(jié)構(gòu)圖；圖3示出了輔助量程RFDAC的輸出電壓與輸入代碼之間繪；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的輔助量程RFDAC電路的示意圖；和圖5示出了RFDAC電路的開關(guān)晶體管和片選晶體管的示例性的實施。
具體實施例方式
如果RFDAC構(gòu)建為“輔助量程”的多級數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(MDAC)，而不是“全集成”的MDAC，則可以使單片射頻數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(RFDAC)的芯片尺寸最小化。具體地，如果將RFDAC劃分成兩個或更多的Sub-DAC，每個Sub-DAC僅僅建立所需的N位數(shù)字字段的一部分，則芯片尺寸就可以由于Sub-DAC可以比“全集成”的DAC占用較小區(qū)域這一因素而減小。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施例的使用輔助量程數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)的RFDAC電路200。該RFDAC電路200包括兩個DAC，一個是RFDAC 250，其使用N位數(shù)字字段的最大有效位(MSB)提供粗輸出信號，而另一個是“Sub-DAC”270，其使用N位數(shù)字字段的最小有效位(LSB)提供了細輸出信號。換句話說，主RFDAC 250轉(zhuǎn)換第一組輸入位以提供N位數(shù)字字段的第一部分(例如，最大有效部分)，而Sub-DAC 270轉(zhuǎn)換第二組輸入位以提供N位數(shù)字字段的第二部分(例如，最小有效部分)，以便RFDAC 250和Sub-DAC 270一起提供整個N位數(shù)字字段。
RFDAC 250加上Sub-DAC 270一起提供N位數(shù)字字段，其有效的解析度等于它們各個解析度的總和并減去一(1)位。例如，7位的RFDAC 250加上6位的Sub-DAC 270為十二(12)位的有效解析度。
RFDAC 250接收數(shù)字相位信號(ap)，其通過N位數(shù)字字段來調(diào)制以在輸出端口218形成輸出信號(RF輸出)。將表示N位數(shù)字字段的最大有效位的數(shù)字信號在第一輸入端口251直接提供給RFDAC250。在RFDAC250的第二輸入端口255提供N位數(shù)字字段的最小有效位的模擬等效信號。具體地，將表示N位數(shù)字字段的最小有效位的數(shù)字信號在第一輸入端口271直接提供給Sub-DAC 270，相反地，在第一輸入端口273提供表示最小有效位的模擬信號。將Sub-DAC 270的第一輸出端口273連接到RFDAC 250的第二輸入端口255，以便最小有效位有效地與最大有效位(在第一輸入251處提供)合并以形成N位數(shù)字字段。轉(zhuǎn)換的N位數(shù)字字段實際上用來調(diào)制數(shù)字相位信號(ap)，并產(chǎn)生輸出信號(RF輸出)。
精確地產(chǎn)生輸出信號(RF輸出)的能力部分地由每個DAC(例如，RFDAC 250和Sub-DAC 270)的全部“加權(quán)”來決定。在上述的示例性實施例中，Sub-DAC 270的滿標(biāo)度加權(quán)等于RFDAC 250的最小有效位(LSB)的加權(quán)的兩倍。Sub-DAC 270的有效LSB加權(quán)應(yīng)當(dāng)?shù)扔诮M合RFDAC電路200的滿標(biāo)度量程(“FSR”)除以由所需的位中的整個解析度所確定的因子(例如，整數(shù)2的升冪等于位N的全部數(shù)量)。FSR優(yōu)選地等于在組合RFDAC電路200的輸出處的RF信號的滿標(biāo)度量程(電壓或電流)。在上述的示例性實施例中，F(xiàn)SR定義了RFDAC電路200(即，RFDAC 250/Sub-DAC270組合)在代碼000...0到111...1閉區(qū)間之間的最大輸出電壓量程。
RFDAC 250具有所提供的由RFDAC 250和Sub-DAC 270分別標(biāo)度的RF輸入電壓(例如，VRF)以給定FSR輸出電壓的量程。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)注意的是，所有的DAC實際上都具有比它們的FSR要小一(1)個LSB的最大輸出，這是由于FSR的范圍包括了零輸出。
可以通過以下的公式來定義Sub-DAC 270的有效LSB加權(quán)LSBSub-DAC＝FSR/2N(公式2)其中，N為所需的組合系統(tǒng)(即，RFDAC電路200)的解析度(即，位數(shù))而FSR為組合系統(tǒng)(例如，RFDAC 250加Sub-DAC 270)的滿標(biāo)度量程。
在以上的實例中，有效的Sub-DAC LSB應(yīng)當(dāng)?shù)扔贔SR/212(FSR/4096)。RFDAC250的LSB具有Sub-DAC 270的有效LSB的2F倍的加權(quán)，其中F為Sub-DAC 270的解析度(例如，在以上的例子中，26＝64)。具體地，以上描述的Sub-DAC 270具有六十四(64)個可能的輸出值，其中最小的值等于零(0)，而最大的值為63*FSR/4096。在另一種方式中，Sub-DAC 270具有等于64*FSR/4096或FSR/64的滿標(biāo)度量程，其中FSR為RFDAC電路200(即，RFDAC 250+Sub-DAC 270)的滿標(biāo)度量程。
Sub-DAC 270的輸出在以上的公式1中替換D0項以便取代D0的0或1的值，D0的新值可以等于在0和1(標(biāo)準(zhǔn))之間的任意值并具有等于Sub-DAC LSB(例如，在以上的例子中為FSRSub-DAC/26)的解析度。換句話說，D0的新值可以表示多個位，而不僅僅是一位。通常，F(xiàn)SRSub-DAC(Sub-DAC 270獨自的FSR)等于RFDAC 250的兩個(2)LSB。Sub-DAC 270的輸出為包含DW(可以是一位或多位)的LSB部分的單個的多級信號，并結(jié)合數(shù)字字段中的其它Dx項一起工作(參見公式1)。
Sub-DAC 270的FSRSub-DAC也應(yīng)當(dāng)考慮RFDAC 250LSB輸入的任何輸入處理電路(在圖2中未示出)的標(biāo)度屬性。例如，如果RFDAC 250的輸入處理電路導(dǎo)致其位輸入衰減因子“k”，則Sub-DAC 270的FSRSub-DAC必須使k作為因子。與具有在位輸入處理電路中的衰減因子k關(guān)聯(lián)的好處是Sub-DAC 270的FSRSub-DAC量程可以通過因子k而變得更大，從而使得制造非理想性(與電路的尺寸成反比)通過位輸入處理電路而降低了。換句話說，減少了Sub-DAC 270的誤差，并使得整個RFDAC電路200的輸出更加線性化。
輔助量程RFDAC電路200的另一個優(yōu)點是能夠通過兩個低解析度的DAC而構(gòu)建一個高解析度的MDAC(例如，10位或更高)。具體地，通過使用表示在單個位線上的多個位的Sub-DAC 270，能將低解析度的DAC用于Sub-DAC。其另一個益處是Sub-DAC 270能與MSB驅(qū)動電路和任何的數(shù)字信號處理功能一起，構(gòu)建于一個與RFDAC 250不同的基板上。
這樣，包括主RFDAC 250和Sub-DAC 270的N位RFDAC電路200可以使用具有更少輸入處理電路、輸入板、和結(jié)合線的InGaP HBT工藝來構(gòu)建，致使比構(gòu)建滿標(biāo)度N位RFDAC更少的實現(xiàn)成本。
以下的公式用于設(shè)定以上描述的RFDAC電路200的輸出電壓(Vout)Vout＝(VRF*CC)/2C+(VRF*CF)/2(C+F-1)， (公式3)其中Vout＝輸出電壓VRF＝輸入?yún)⒖茧妷?由在圖2中用數(shù)字相位信號(aP)表示)，CC＝輸入給RFDAC 250的最大有效位(MSB)二進制代碼，C＝RFDAC 250的最大有效位(MSB)解析度，
CF＝輸入給Sub-DAC 270的最小有效位(LSB)二進制代碼，和F＝Sub-DAC 270的最小有效位(LSB)解析度。
例如，考慮一個具有7位RFDAC(250)和6位Sub-DAC(270)的12位系統(tǒng)，其中峰到峰VRF＝1伏特(V)，CC＝0-7EH(十六進制)，C＝7位，CF＝0-3FH(十六進制)，F(xiàn)＝6位。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)注意的是，用于輸入給RFDAC(250)的最大有效位(MSB)的范圍上限為7EH(二進制111 1110)，而不是二進制111 1111。這是由于RFDAC代碼的最小有效位(LSB)是由Sub-DAC 270提供的緣故。
例如，對于“滿標(biāo)度”(最大)輸出，用于RFDAC(250)和Sub-DAC(270)的代碼遵從如下RFDAC MSB代碼(7位)1111110Sub-DACLSB代碼(6位) 111111總共(12位)111111111111可以將用于基于公式1而定義組合RFDAC電路200的電壓輸出的可選公式表述如下，其中LSB值(D0)由實際的LSB二進制代碼輸入(CF)取代V1out＝VRF/2N*[20*CF+21*D1+22*D2+...2N-1*DN-1]，(公式4)其中V1out＝輸出電壓，VRF＝參考電壓，CF＝輸入給Sub-DAC 270的最小有效位(LSB)二進制代碼，D1，2，etc＝在LSB和MSB之間的位值(例如，0或1)，DN-1＝最大有效位(MSB)值(例如，0或1)，和N＝位中的解析度。
圖3是示出使用4位RFDAC和3位Sub-DAC而實現(xiàn)6位輔助量程RFDAC的傳送功能的示意圖。圖3的X軸示出了RFDAC 250和Sub-DAC 270二者的代碼。以比Sub-DAC 270代碼更大的類型示出RFDAC 250代碼，其顯示從000...0到111...1的量程。0000，0010等表示了通過整數(shù)0，2，4，6等遞增的RFDAC 250代碼。對于每個RFDAC 250代碼值，都存在一個量程的可能Sub-DAC 270代碼加入到RFDAC狀碼值。
圖4示出了基于圖2所示的RFDAC電路200的通用結(jié)構(gòu)的具體示例RFDAC電路300，且相同的參考符號對應(yīng)于相同的元件。具體地，RFDAC電路300包括6位的輔助量程RFDAC電路，該輔助量程RFDAC電路包括有4位的主RFDAC 350和3位的Sub-DAC 370。4位主RFDAC 350和3位的Sub-DAC 370都提供有由數(shù)字信號處理器310所產(chǎn)生的輸入數(shù)字字段(DW)的位。數(shù)字信號處理器310將模擬基帶信號(a)轉(zhuǎn)換成模擬信號的數(shù)字表示，并還將輸入的模擬信號(a)分成振幅(am)和相位(ap)分量。具體地，數(shù)字信號處理器310包括模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)311，其將輸入的模擬信號(a)數(shù)字化；和矩形極性轉(zhuǎn)換器(RPC)312，其將數(shù)字波形轉(zhuǎn)換成極坐標(biāo)。例如，RPC_312在極坐標(biāo)中輸出以R，P(sin)和P(cos)表現(xiàn)的數(shù)字波形。在該實例中，R坐標(biāo)以數(shù)字形式(6位DW)表示輸入波形的振幅特性(am)。P(sin)和P(cos)坐標(biāo)表示數(shù)字化輸入波形的相位特性(ap)。
4位的REFAC 350接收由數(shù)字信號處理器310產(chǎn)生的輸入DW的最大有效位(MSB)，而3位的Sub-DAC接收輸入DW的最小有效位(LSB)。例如，對于輸入DW＝“010100”，4位RFDAC 350接收位“010”，而3位Sub-DAC 370接收位“100”。
Sub-DAC 370實質(zhì)上包括用來將表示輸入DW的LSB的模擬信號提供給主RFDAC 350的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)。Sub-DAC 370包括LSB的輸入端口371，用來接收表示輸入DW的LSB的位(例如，DW“010100”的位“100”)。Sub-DAC 370還可以包括用來接收模擬參考信號的參考輸入端口372、和輸出端口373。輸出端口373提供了表示在LSB輸入端口371(例如，“100”)處所提供的輸入DW的LSB的模擬信號，其與參考信號相乘。Sub-DAC_370的輸出端口373耦接到主RFDAC 350的Sub-DAC/LSB輸入端口355。
主RFDAC_350包括MSB輸入端口351、Sub-DAC/LSB輸入端口355、以及相位信號(ap)輸入端口352。MSB輸入端口351接收表示輸入DW的MSB的位(例如，DW“010100”的位“010”)。Sub-DAC/LSB輸入端口355接收由相應(yīng)于DW的LSB位的Sub-DAC 370所產(chǎn)生的模擬信號，并提供這樣的模擬信號給在主RFDAC 350中的信號處理器360。DW的MSB數(shù)字位和Sub-DAC 370的模擬輸出信號由信號處理器360標(biāo)度并過濾以便在位線a’m1-4上的最終輸出具有適當(dāng)?shù)恼穹?br> 例如，DW的MSB部分(例如，“010”)提供在位線a’m1-3上的信號處理器360的輸出，而DW的LSB部分(例如，“100”)提供在位線a’m4上的信號處理器360的輸出。因此a’m1-3的每個表示DW的一位(例如，“010”的位“0”，“1”，和“0”)。然而，位線a’m4表示以模擬形式提供在Sub-DAC LSB輸入端口355處的DW的LSB部分的所有的位(例如，“100”的位“1，“0”，和“0”)。因此，將組合的等效6位數(shù)字字段(DW)提供在位線a’m1-4上。相位信號輸入端口352接收數(shù)字相位信號(ap)，其由DW調(diào)制以在輸出端口318產(chǎn)生振幅調(diào)制的輸出信號，正如以下所要說明的。
在示例的4位主RFDAC_350中，將DW(am)的各個位加載在位線am1-3/am4上，并通過多個控制分量322a-d耦接到各個晶體管325a-d的多個上。具體地，晶體管325a-c的導(dǎo)通或關(guān)斷取決于在每個位線am1-3上的位值，而晶體管325d的輸出根據(jù)a’m4上的LSB信號振幅而改變。例如，如果DW(am)在位線am1-6上加載了位流“111000”，則前面的三(3)個晶體管(例如，325a-c)將偏置為“通”，而最后一個(1)晶體管(例如，325d)則偏置為“斷”。
同時還將晶體管325a-d連接到各個相位信號線ap1-4上，其耦接到在相位信號輸入端口352處提供的數(shù)字相位信號(ap)。數(shù)字相位信號(ap)由DW(am)的各個位所調(diào)制以在輸出端口318產(chǎn)生振幅調(diào)制的輸出信號。
數(shù)字相位信號(ap)通過數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)319和合成器320調(diào)制成為波形。合成器320在示例實施例中優(yōu)選地包括壓控振蕩器(VCO)。該合成器320通過提供包括了相位信息的輸出波形(apout)的放大器324而緩沖。該輸出波形(apout)具有一個常量包絡(luò)(即，其沒有振幅變量，但具有原始輸入波形的相位特性)。將輸出波形(apout)提供給各個信號線ap1-4上的多個晶體管325a-d。
晶體管325a-d的規(guī)整可以通過將數(shù)字字段(DW)經(jīng)過Sub-DAC 370和信號處理器360而提供給控制分量(例如，開關(guān)晶體管322a-d)而實現(xiàn)。控制分量322a-d的每個優(yōu)選地包括作為電流源的晶體管。控制分量322a-d根據(jù)從數(shù)字振幅信號(am)產(chǎn)生的DW位而開關(guān)。例如，如果DW位(例如，在線am1上的位)為邏輯“1”(例如，“高”)，則對應(yīng)的控制分量(例如，322a)轉(zhuǎn)換為“通”，因此電流從該控制分量流到各個晶體管段(例如，325a)。類似地，如果DW的相同位(例如，在線am1上的位)為邏輯“0”(例如，“低”)，則對應(yīng)的控制分量(例如，322a)轉(zhuǎn)換為“斷”，因此防止電流通過該控制分量而流到各個晶體管段(例如，325a)。然后，來自所有晶體管段325a-d的電流在各個晶體管輸出線326a-d上合并，并且作為輸出信號(b)提供在輸出端口318。這樣，通過控制DW的值，數(shù)字相位信號(ap)的放大可以通過使用數(shù)字振幅信號(am)而精確控制，從而允許產(chǎn)生所需的信號。
雖然結(jié)合一個(1)主RFDAC(250)和一個(1)Sub-DAC(270)而描述本發(fā)明，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)意識到可以將這里所論述的原理施加到包括任意數(shù)量的主RFDAC和任意數(shù)量的Sub-DAC的系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種電路(200)，包括第一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(250)，用來基于數(shù)字控制字段而提供信號放大；以及第二數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(270)，其中，將表示數(shù)字控制字段的第一部分的第一多個位提供給第一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(250)，而將表示數(shù)字控制字段的第二部分的第二多個位提供給第二數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(270)，和其中，第二數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(270)將第二多個位的模擬表示提供給第一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(250)。
2.如權(quán)利要求1所述的電路(200)，其中第一多個位表示數(shù)字字段的最大有效位。
3.如權(quán)利要求1所述的電路(200)，其中第二多個位表示數(shù)字字段的最小有效位。
4.如權(quán)利要求1所述的電路(200)，其中第一多個位和第二多個位在第一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(250)中合并以形成數(shù)字控制字段。
5.如權(quán)利要求1的電路(200)，其中電路的輸出電壓是由以下的公式定義Vout＝(VRF*CC)/2C+(VRF*CF)/2(C+F-1)其中，Vout＝輸出電壓，VRF＝要放大的信號電壓，CC＝輸入給第一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(250)的最大有效位(MSB)二進制代碼，C＝第一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(250)的最大有效位(MSB)解析度，CF＝輸入給第二數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(270)的最小有效位(LSB)二進制代碼，和F＝第二數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(270)的最小有效位(LSB)解析度。
6.如權(quán)利要求1所述的電路(200)，其中第一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(250)包括用來接收第一多個位、以及第二個多個位的模擬表示的信號處理器(360)。
7.如權(quán)利要求6所述的電路(200)，其中信號處理器(360)包括M個輸出位線，以便將第一多個位的每個位分別提供在輸出位線的M-1個上，并且將表示第二多個位的合成信號提供在剩余的一個輸出位線上。
8.一種用于放大信號的方法，包括以下步驟基于信號產(chǎn)生第一個多個位；基于該信號產(chǎn)生第二個多個位；合并第一個和第二個多個位以形成數(shù)字控制字段；和通過數(shù)字控制字段的應(yīng)用來調(diào)制信號的振幅。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中數(shù)字控制字段包括N位，其中N等于在第一多個位的位數(shù)量加上第二多個位的位數(shù)量。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，第二多個位在與第一多個位合并之前被轉(zhuǎn)換成模以形式。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中從第二多個位形成的模擬信號表示數(shù)字字段的單個位。
12.一種電路包括耦接到輸入端子的數(shù)字處理電路(310)，用來將模擬信號轉(zhuǎn)換成至少兩個數(shù)字信號，所述數(shù)字信號中的至少一個包括振幅信號，所述數(shù)字信號中的至少一個包括相位信號；和數(shù)字模擬電路(300)，用來將N位數(shù)字字段施加到相位信號，所述數(shù)字模擬電路(300)包括第一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(350)和第二數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(370)，其中將表示N位數(shù)字字段的第一部分的第一多個位提供給第一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(350)，并且其中將表示N位數(shù)字字的第二部分的第二多個位提供給第二數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(370)，且其中第二數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(370)把N位數(shù)字字段的第二多個位的模擬表示提供給第一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(350)。
13.一種電路(200)包括第一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(250)，所述第一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器由最大有效數(shù)字字段控制；和第二數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(270)，所述第二數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器由最小有效數(shù)字字段控制，其中，第二數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(270)的輸出與最大有效數(shù)字字段合并以形成合成的輸出數(shù)字字段。
14.一種電路(200)，包括第一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(250)，所述第一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(250)由最大有效數(shù)字字段控制；和第二數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(270)，所述第二數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(270)由最小有效數(shù)字字段控制，其中，將所述第二數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(270)的輸出施加到第一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(250)的最小有效位輸入，以便第一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(250)的輸出能由最小有效數(shù)字字段微控制而由最大有效數(shù)字字段粗控制。
全文摘要
一種用來使用主數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(RFDAC)(250)和輔助數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(Sub－DAC)(270)來放大射頻信號的裝置和方法。主RFDAC(250)提供N位數(shù)字輸出的第一部分，其指定射頻信號的放大級別，而Sub－DAC(270)提供N位數(shù)字字段的第二部分。主RFDAC(250)和Sub－DAC(270)一起轉(zhuǎn)換完整的N位數(shù)字字段，其中N指定輸出的射頻信號的解析度。
文檔編號H03M1/66GK1770625SQ200510128329
公開日2006年5月10日 申請日期2005年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月8日
發(fā)明者杰拉爾德·T·奎利甘, 皮爾斯·J·內(nèi)格爾, 尤金·P·希尼 申請人:M/A－Com尤羅泰克公司