專利名稱：用于doherty放大器偏置的方法與裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明主要涉及放大電路的領域，更具體地，涉及放大器的自動偏置。
背景技術：
在功率放大器中，直流(DC)或者靜態(tài)電流偏置點是關鍵的設計參數。靜態(tài)電流對于性能特性具有重要的影響，例如，放大器的線性度、信號失真、功率效率等。放大器中晶體管的優(yōu)化DC偏置點取決于放大器的應用和晶體管的特性，放大器的應用和晶體管的特性受到周圍環(huán)境的影響，例如溫度變化、工藝變化等。
一種功率放大器的示例是Doherty放大器。Doherty結構廣泛地用于復雜的和高功率的應用。通常，Doherty放大器包括多個峰化放大器(peaking amplifier)，每一峰化放大器需要不同的偏置電平。然而，這些峰化放大器的靜態(tài)條件并不容易測量。進一步地，放大器件公知具有變化的特性，這使得難于將所有級預設為預定值。
用于偏置這些峰化放大器的當前方法使用片外偏置(off-chipbias)，片外偏置是每一峰化放大器的廠家設置(factory set)。類似地，對于諸如Doherty放大器配置中射頻集成電路(RFIC)的配置，需要兩個集成電路來偏置載波放大器和峰化放大器件。在此配置中，集成電路的至少一個是片外的廠家偏置設置。然而，對于具有多個輸出級的放大器結構，此方法是低效和昂貴的。
上述缺陷并未包含全部，它們往往損害針對放大器結構進行偏置的已知方法的有效性；然而，此處所述的缺陷足以表明，本領域出現的方法都不令人滿意，并且存在對于此公開中說明和要求權利的技術的迫切需求。


可以包括伴隨并形成本說明書一部分的附圖來描述本發(fā)明的某些方面。參考一個或多個附圖并參考此處提供的說明可更好地理解本發(fā)明。相同或類似的元件使用相同的元件標號。應當注意，圖中所示的特征并不一定按照比例繪制。
圖1A是根據本發(fā)明實施例的管芯的框圖，包括偏置電路以及峰化放大器。
圖1B是根據本發(fā)明實施例的耦合至峰化放大器的片上偏置電路的電路圖。
圖2是根據本發(fā)明實施例的用于RFIC放大器的片上偏置電路的電路圖。
圖3是表示根據本發(fā)明實施例的Doherty放大器增益相對于輸入功率的曲線圖。
圖4是表示根據本發(fā)明實施例的Doherty放大器相位相對于輸入功率的曲線圖。
具體實施例方式
本公開的技術克服了常規(guī)放大器結構偏置的缺點。具體地，此公開的技術提供耦合至放大器的片上自動偏置電路。當與目前的片外廠家偏置方法相比較時，具有多個并行輸出級放大器并利用本公開技術的放大器結構更加有效、更加穩(wěn)定，并且節(jié)約成本。
一般地，本發(fā)明提供一種用于功率放大器的片上自動自偏置方案。在本發(fā)明的一個實施例中，半導體管芯可包括至少一個放大器、耦合至該至少一個放大器的偏置電路、耦合至該偏置電路的電壓偏移電路，其中偏置電路和電壓偏移電路適于偏置至少一個放大器。
根據本發(fā)明的一個實施例，一種偏置放大器的方法包括提供一種半導體，包括放大器，用于跟蹤該放大器的器件參數的偏置電路以及電壓偏移電路，該電壓偏移電路用于確定放大器操作于何處，并且用于根據器件參數計算偏置電壓。
根據本發(fā)明的另一實施例，一種方法包括提供半導體管芯，具有第一與第二放大器，用于向第二放大器提供參考電壓的偏置電路，以及電壓偏移電路，該電壓偏移電路用于向第一放大器提供參考電壓并且用于與第二放大器成比例地偏置第一放大器。
當結合下面的說明以及附圖考慮時，可以更好地明白并理解本發(fā)明實施例的這些和其它特征。然而應當理解，當表示本發(fā)明各種實施例及其大量具體細節(jié)時，作為解釋而不是限制給出下面的說明。可以在本發(fā)明的范圍之內進行各種替換、修改、添加和/或重新構造，而不脫離本發(fā)明的精神，并且本發(fā)明包括所有這樣的替換、修改、添加和/或重新構造。
根據本公開的一個實施例，提供偏置電路來偏置峰化放大器，其中該偏置電路與該峰化放大器制造在相同的管芯上，如圖1A所示。管芯100可包括耦合至峰化放大器晶體管116的參考FET 112。在管芯100上的放大器的操作期間，諸如管芯溫度的變化可引起峰化放大器晶體管116的器件特性發(fā)生變化。已經與晶體管116制造在相同管芯上的參考FET 112自動跟蹤器件參數中的變化，例如峰化放大器晶體管116的閾值電壓(Vth)或者跨導(gm)。因此，在本發(fā)明的一個實施例中，根據參考FET 112的靜態(tài)條件偏置峰化放大器晶體管。進一步地，該方法包括根據溫度、工藝變化或者負載條件動態(tài)調整偏移電壓電路114。
具體地，根據參考FET 112的柵極電壓設置峰化放大器晶體管116的柵極電壓。偏置電路110耦合至參考FET 112的柵極端子，使得參考FET 112被偏置至希望的電流密度。例如，參考FET 112響應于大于閾值電壓Vth的柵極電壓Vg而操作在ON模式。參考FET 112的柵極電壓還耦合至電壓偏移電路114。電壓偏移電路114適于確定將峰化放大器晶體管變?yōu)镺N模式并且操作在Doherty模式的驅動電平。這樣，電壓偏移電路114耦合至峰化放大器晶體管116的柵極端子。在一個實施例中，電壓偏移電路114利用參考FET 112的柵極電壓減偏移電壓118來確定峰化放大器晶體管116的操作模式。偏移電壓118被設置為預定值，該值對應于使峰化放大器晶體管116以預定輸入電壓驅動電壓操作于ON模式的柵極電壓?；蛘撸€可以調整偏移電壓118，以考慮到不同的操作條件(例如，單載波或者多載波應用)。
如圖1A所示，偏置電路110、參考FET 112、電壓偏移電路114以及峰化放大器晶體管116都集成在相同的半導體管芯100上。
不同的電路實現方式適于提供峰化放大器晶體管的自動片上偏置。根據本發(fā)明的一個實施例，偏置電路120可包括但不限于適于將參考FET 122偏置至特定電流密度的電流鏡，如圖1B所示。參考FET122的柵極電壓用于確定峰化放大器晶體管126的柵極電壓。因此，電壓偏移電路124包括耦合至緩沖器的兩個并聯電阻，以利用偏移電壓128和參考FET 122的Vg確定峰化放大器晶體管126的柵極電壓。在一個實施例中，使用分壓器計算并確定峰化放大器晶體管126的柵極電壓。此外，電壓偏移電路可包括反饋放大器130來選擇峰化放大器晶體管126的柵極電壓。在一個實施例中，如果峰化放大器晶體管的器件參數已經改變，那么該峰化放大器晶體管操作于ON模式所需的柵極電壓需要改變。因此，放大器126被提供有通過參考FET 122和電壓偏移電路124確定的偏置電壓。類似地，如果峰化放大器晶體管126正操作于正確的模式，那么管芯100上的反饋放大器130繼續(xù)向峰化放大器晶體管126提供相同的柵極電壓，如通向該放大器的反饋環(huán)路所示。
再一次地如圖1B所示，偏置電路120、參考FET 122、電壓偏移電路124以及峰化放大器晶體管126都集成在相同的半導體管芯100上。
此外，可使用其它電路元件實現峰化放大器晶體管的片上自偏置。在一個實施例中，參考FET 112包括偏置FET。在另一實施例中，參考FET 112包括但不限于載波放大器。該載波放大器可以是放大器電路的一部分，例如多芯片組合線性功率放大器(CLPA)多輸出放大器。示例下面進一步通過非限定示例說明本發(fā)明的具體實施例，這些示例用于解釋各個詳細的方面。包括下面的示例，以便于理解實施本發(fā)明的方法。應當明白，下面的示例代表在本發(fā)明的實施中運轉良好的實施例，并從而可考慮構成實施本發(fā)明的優(yōu)選模式。然而應當明白，在公開的實施例中可進行很多變化，但是仍然獲得相同或者類似的結果，而不脫離本發(fā)明的精神與范圍。因此，這些示例不應解釋為限制本發(fā)明。
示例1圖2表示利用RFIC的Doherty放大器配置的一部分。具體地，管芯200包括與其集成的自偏置FET 202，具有輸入204和205。管芯200還包括具有輸入電路212的載波放大器晶體管206，該晶體管與輸入電源210匹配并耦合至輸出207。進一步地，管芯200可包括具有輸入電路216的峰化放大器晶體管208，該晶體管與輸入電源214匹配并耦合至輸出209。在一個實施例中，輸出207和209耦合至各自放大器206和208的負載，其中負載處于管芯200的外部。在Doherty放大器的集成放大器配置中，峰化放大器晶體管和載波放大器晶體管的特性通常將類似。這樣，峰化放大器晶體管208的偏置與載波放大器晶體管206的偏置成比例。自偏置FET 202的柵極電壓耦合至載波放大器晶體管206的柵極端子。為了確保峰化放大器晶體管208的偏置與載波放大器晶體管206的偏置成比例，載波放大器晶體管的柵極電壓耦合至電阻分壓器，該電阻分壓器網絡包括電阻218和220。來自網絡分壓器的電壓被提供至峰化放大器晶體管208的柵極端子。
如圖2所示，自偏置FET 202、載波放大器晶體管206、峰化放大器208、輸入電路212和216以及包括電阻218和220的電阻分壓網絡都集成在相同的半導體管芯200上。
示例2圖3和圖4表示Doherty放大器配置中峰化放大器晶體管自動偏置的結果，其中參考FET與放大器處于相同的管芯上。具體地，圖3表示相對于輸入功率(dBm)的Doherty放大器增益(dB)以及針對該放大器操作期間器件參數變化的相應補償。對于曲線302，約在23dBm處觀察到最高的增益，對于峰化放大器晶體管的2.5伏特(V)柵極電壓，該增益約為18.7dB。在2V的柵極電壓，在約24dBm的輸入功率處觀察到最大增益，如曲線306所示。對于2.3V的柵極輸入電壓，在22dBm的輸入功率處觀察到峰化放大器晶體管的最大增益，如曲線304所示。
類似地，圖4表示相對于輸入功率的Doherty放大器相位(度)以及針對該放大器操作期間器件參數變化的相應補償。曲線402表示向峰化放大器晶體管的柵極端子施加2.5V柵極電壓。曲線406表示向峰化放大器晶體管的柵極端子施加2V柵極電壓，并且曲線404表示向峰化放大器晶體管的柵極端子施加2.3V柵極電壓。
根據本公開，可以無需過多的試驗即可制造并使用此處公開的本發(fā)明的全部公開實施例。顯然，可以對本發(fā)明的特征進行各種替換、修改、添加和/或重新構造，而不脫離潛在發(fā)明思路的精神和/或范圍。潛在發(fā)明思路的精神和/或范圍被認為由涵蓋了所有這樣的替換、修改、添加和/或重新構造的所附權利要求及其等效來定義。
權利要求
1.一種放大器電路，包括半導體管芯(100)；集成至所述半導體管芯上的Doherty放大器，該Doherty放大器包括峰化放大器(116)以及耦合至該峰化放大器的載波放大器(112)集成至所述半導體管芯上并且耦合至所述Doherty放大器的偏置電路(110)；以及集成至所述半導體管芯上并且耦合至所述偏置電路和所述Doherty放大器的電壓偏移電路(114)，所述電壓偏移電路以及所述偏置電路共同偏置所述Doherty放大器。
2.權利要求1所述的放大器電路，所述偏置電路(110)包括場效應晶體管。
3.權利要求1所述的放大器電路，所述電壓偏移電路(114)確定將所述峰化放大器變?yōu)镺N模式的驅動電平。
4.權利要求1所述的放大器電路，進一步包括集成至所述半導體管芯(200)上并且耦合至所述載波放大器(206)的電阻分壓網絡(218、220)，該電阻分壓網絡偏置所述峰化放大器(208)。
5.一種放大器電路，包括半導體管芯(200)；集成至所述半導體管芯上的至少一個放大器(202、206、208)；集成至所述半導體管芯上并且耦合至所述至少一個放大器的偏置電路(212)；以及集成至所述半導體管芯上并且耦合至所述偏置電路和所述至少一個放大器的電壓偏移電路(216)，所述電壓偏移電路和所述偏置電路共同偏置所述至少一個放大器。
6.權利要求5所述的放大器電路，所述至少一個放大器包括峰化放大器(208)。
7.權利要求6所述的放大器電路，所述至少一個放大器包括耦合至所述峰化放大器(208)的載波放大器(206)。
8.權利要求5所述的放大器電路，所述偏置電路(212)包括場效應晶體管。
9.權利要求5所述的放大器電路，所述電壓偏移電路(216)確定將所述至少一個放大器變?yōu)镺N模式的驅動電平。
10.權利要求9所述的放大器電路，所述ON模式包括以Doherty放大器配置進行操作。
11.權利要求5所述的放大器電路，所述至少一個放大器包括通過所述電壓偏移電路(216)耦合至載波放大器(206)的峰化放大器(208)。
12.權利要求11所述的放大器電路，所述偏置電路(212)耦合至所述載波放大器(206)。
13.權利要求11所述的放大器電路，進一步包括集成至所述半導體管芯上并且耦合至所述載波放大器(206)的電阻分壓網絡(218、220)，該電阻分壓網絡用于偏置所述峰化放大器(208)。
14.權利要求5所述的放大器電路，所述至少一個放大器包括Doherty放大器。
15.一種方法，包括提供半導體管芯(100)，該半導體管芯具有集成至該半導體管芯上的放大器(116)、集成至該半導體管芯上的偏置電路(110)以及集成至該半導體管芯上的電壓偏移電路(114)；操作所述偏置電路以跟蹤所述放大器的器件參數；以及操作所述偏置電路和所述電壓偏移電路，以根據跟蹤的所述放大器的器件參數變化來偏置所述放大器。
16.權利要求15所述的方法，所述放大器(116)包括峰化放大器。
17.權利要求15所述的方法，所述放大器包括載波放大器(112)。
18.權利要求15所述的方法，所述偏置電路包括場效應晶體管。
19.權利要求15所述的方法，所述跟蹤器件參數的步驟包括跟蹤所述放大器的閾值電壓以及跨導。
20.權利要求15所述的方法，還包括將所述電壓偏移電路設置為固定電壓。
21.權利要求15所述的方法，還包括根據管芯溫度、工藝變化或者所述至少一個放大器上的負載條件來動態(tài)調整所述偏移電壓電路。
22.一種方法，包括提供半導體管芯(100)，該半導體管芯具有集成至該半導體管芯上的第一和第二放大器、集成至該半導體管芯上的偏置電路(120)以及集成至該半導體管芯上的電壓偏移電路(124)；操作所述偏置電路(120)，以向所述第二放大器(122)提供參考電壓；以及操作所述電壓偏移電路(124)，以與所述第二放大器(122)的參考電壓成比例地自動偏置所述第一放大器(126)。
23.權利要求22所述的方法，所述第一放大器(126)包括峰化放大器，而所述第二放大器(122)包括載波放大器。
24.權利要求22所述的方法，所述電壓偏移電路(124)包括電阻分壓網絡。
全文摘要
描述了一種用于偏置具有多個輸出的放大器的裝置和方法。半導體管芯(100)可包括集成至該半導體管芯上并且耦合至放大器(116)的場效應晶體管(FET)(112)，其中該放大器(116)集成至該半導體管芯上。電壓偏移電路(114)還可集成至該半導體管芯(100)上，用于確定操作該放大器(116)所需的電壓。
文檔編號H03F1/30GK1965472SQ200580009120
公開日2007年5月16日 申請日期2005年1月26日 優(yōu)先權日2004年3月24日
發(fā)明者恩維爾·克爾瓦瓦茨, 詹姆斯·E·米茨拉夫, 馬克·I·馮霍恩 申請人:飛思卡爾半導體公司