專利名稱：用于差分功率放大器的自適應(yīng)偏置電路的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及功率放大器，更具體地講，涉及用于差分功率放大器的自適應(yīng)偏 置電路的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
放大器通常在低功率區(qū)域具有低效率和大的線性裕度(margin)，在高功率區(qū)域具 有高效率和小的線性裕度。對(duì)于線性放大器，線性被限制在最高輸出功率條件(為公知的 飽和區(qū)域)。放大器的線性和效率可受放大器的偏置條件的影響。自適應(yīng)偏置關(guān)于功率放 大器的輸入和/或輸出功率水平產(chǎn)生合適的偏置，以增強(qiáng)功率放大器的性能。
可根據(jù)放大器的相關(guān)偏置水平和電流導(dǎo)通角來(lái)將放大器分類。這些分類包括A 類、B類、AB類和C類放大器。例如，A類放大器具有最高偏置水平和最高線性，C類具有最 低偏置水平和最低線性。相反，A類放大器具有最低效率，C類放大器具有最高效率。這是 因?yàn)?，通常放大器的效率比放大器的線性更與偏置條件成反作用。 然而，如果自適應(yīng)地控制放大器的偏置，則與具有固定偏置條件的放大器相比，可 實(shí)現(xiàn)更好的性能。例如，如果放大器在低功率區(qū)域接近類B被偏置并且在高功率區(qū)域接近 類A被偏置，則在可在低功率區(qū)域滿足可接受的線性規(guī)范以及在高功率區(qū)域滿足可接受的 效率規(guī)范的同時(shí)，可在低功率區(qū)域?qū)崿F(xiàn)更好的效率以及在高功率區(qū)域?qū)崿F(xiàn)更好的線性。
大多數(shù)傳統(tǒng)的用于功率放大器的自適應(yīng)偏置方案的功能性構(gòu)造包括功率檢測(cè)器 部件、低通濾波器和偏壓或偏流產(chǎn)生部件。圖l顯示具有提供反饋信號(hào)的傳統(tǒng)自適應(yīng)偏置 電路的傳統(tǒng)功率放大器的示意圖。具有反饋信號(hào)的功率放大器具有高效線性性能。對(duì)于圖 1中所示的功率放大器12，由輸出采樣器14對(duì)輸出信號(hào)采樣，然后通過(guò)濾波器16對(duì)采樣的 信號(hào)濾波。由檢測(cè)器18對(duì)濾波后的信號(hào)功率進(jìn)行檢測(cè)，并由控制電路20來(lái)控制檢測(cè)到的 信號(hào)。該受控信號(hào)再次將功率放大器12偏置。控制電路20調(diào)整功率放大器12，以用允許 的失真使效率最大化。 圖2中顯示了具有傳統(tǒng)自適應(yīng)偏置電路的功率放大器的另一示意圖。圖2顯示具 有動(dòng)態(tài)偏置的被線性化的C類放大器。偏置電路包括采樣級(jí)、具有RF濾波器的兩個(gè)電流鏡 和電阻分壓器，以提供動(dòng)態(tài)偏置。圖2中顯示的結(jié)構(gòu)使得C類放大器與B類放大器類似地 工作，但具有增加的效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的示例性實(shí)施例可提供自適應(yīng)偏置電路，所述自適應(yīng)偏置電路可包括差分放大器、低通濾波器、共源放大器(如果利用場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)，則為共源放大器；或者可 選擇的，如果利用雙極結(jié)晶體管(BJT)，則為共發(fā)射極放大器)。在本發(fā)明的示例性實(shí)施例 中，自適應(yīng)偏置電路可根據(jù)輸入信號(hào)功率水平產(chǎn)生自適應(yīng)偏置輸出信號(hào)。隨著輸入功率水 平升高，自適應(yīng)偏置電路可增加自適應(yīng)偏置輸出信號(hào)的偏置電壓或偏置電流。如果通過(guò)FET 的柵極來(lái)接收自適應(yīng)偏置輸出信號(hào)，則所述自適應(yīng)偏置輸出信號(hào)可以是柵極偏置電壓；或 者如果通過(guò)BJT的基極來(lái)接收自適應(yīng)偏置輸出信號(hào)，則所述自適應(yīng)偏置輸出信號(hào)可以是基 極電流。 根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，存在一種用于控制放大器的操作的自適應(yīng)偏置電 路。所述自適應(yīng)偏置電路可包括差分放大器，接收差分輸入信號(hào)，并產(chǎn)生放大的差分輸入 信號(hào)；電流鏡，將放大的差分輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為單端信號(hào)；低通濾波器，濾除單端信號(hào)的一個(gè) 或多個(gè)高頻分量，以產(chǎn)生濾波后的單端信號(hào)；共源放大器或共發(fā)射極放大器，接收濾波后的 單端信號(hào)，并產(chǎn)生用于操作功率放大器的自適應(yīng)偏置信號(hào)。 根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例，存在一種功率放大系統(tǒng)。所述系統(tǒng)可包括多個(gè) 功率放大器，配置為并行，其中，所述多個(gè)功率放大器接收至少一個(gè)公共輸入信號(hào)，其中，所 述多個(gè)功率放大器中的每一個(gè)功率放大器產(chǎn)生各自的至少一個(gè)放大的輸出信號(hào)，其中，所 述各自的至少一個(gè)放大的輸出信號(hào)被組合以提供至少一個(gè)組合的放大的信號(hào)；多個(gè)自適應(yīng) 偏置電路，與所述多個(gè)功率放大器中的每一個(gè)相應(yīng)，用于向各個(gè)功率放大器提供各個(gè)自適 應(yīng)偏置信號(hào)，其中，所述多個(gè)自適應(yīng)偏置電路中的至少兩個(gè)對(duì)于提供的各個(gè)自適應(yīng)偏置信 號(hào)具有不同的偏置范圍。所述多個(gè)自適應(yīng)偏置電路的至少兩個(gè)中的每一個(gè)可包括差分放 大器，接收差分輸入信號(hào)，并產(chǎn)生放大的差分輸入信號(hào)；電流鏡，轉(zhuǎn)換放大的差分輸入信號(hào) 以產(chǎn)生單端信號(hào)；低通濾波器，濾除單端信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)高頻分量，以產(chǎn)生濾波后的單端 信號(hào)；共源放大器或共發(fā)射極放大器，接收濾波后的單端信號(hào)，并產(chǎn)生用于操作各個(gè)功率放 大器的各個(gè)自適應(yīng)偏置信號(hào)。


因此，已總體描述了本發(fā)明，現(xiàn)在將闡述附圖，所述附圖不必要按比例繪制，其 中 圖1是具有傳統(tǒng)自適應(yīng)偏置電路的功率放大器的示意圖；
圖2是具有傳統(tǒng)自適應(yīng)偏置電路的功率放大器的另一示意圖；
圖3示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的示例性自適應(yīng)偏置電路；
圖4示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的另一示例性自適應(yīng)偏置電路；
圖5示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的具有自適應(yīng)偏置電路的示例性放大器；
圖6示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的具有自適應(yīng)偏置電路的另一示例性放大器；
圖7示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的具有多個(gè)自適應(yīng)偏置電路的多個(gè)并行放大 器的示例； 圖8示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的具有多個(gè)自適應(yīng)偏置電路的多個(gè)并行放大 器的另一示例。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)在將在以下參照附圖更全面地描述本發(fā)明的實(shí)施例，在附圖中顯示了本發(fā)明的 一些實(shí)施例，而非全部實(shí)施例。實(shí)際上，可以以許多不同的形式來(lái)實(shí)施這些發(fā)明，不應(yīng)該將 發(fā)明解釋為限于這里闡述的實(shí)施例；相反，提供這些實(shí)施例以使本公開(kāi)將滿足可適用的法
律要求。相同的編號(hào)始終表示相同的部件。 本發(fā)明的實(shí)施例可旨在用于提供自適應(yīng)偏置電路的系統(tǒng)和方法，所述自適應(yīng)偏置 電路可包括一個(gè)或多個(gè)差分放大器、低通濾波器和如果利用場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)的共源放 大器(或者可選的，如果利用雙極結(jié)晶體管(BJT)，則為共發(fā)射極放大器)。自適應(yīng)偏置電 路可根據(jù)輸入信號(hào)功率水平來(lái)產(chǎn)生自適應(yīng)偏置輸出信號(hào)(例如，如果通過(guò)FET的柵極接收 的柵極偏置電壓，或者通過(guò)BJT的基極接收的基極電流)。隨著輸入功率水平升高，自適應(yīng) 偏置電路可增加自適應(yīng)偏置輸出信號(hào)的偏置電壓或偏置電流。因此，可根據(jù)自適應(yīng)偏置輸 出信號(hào)被偏置的功率放大器(例如，差分放大器)可能夠在低功率操作水平降低電流消耗。 以這種方式，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，與傳統(tǒng)的偏置技術(shù)相比，功率放大器與自適應(yīng)偏 置電路的一起使用可使得功率放大器能夠在高功率操作水平實(shí)現(xiàn)更好的線性。
盡管關(guān)于FET(例如，M0SFET)示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施例，但應(yīng)該理解，可同樣 地利用BJT來(lái)代替FET。作為示例，F(xiàn)ET可具有柵極、源極和漏極，而B(niǎo)JT可具有基極、發(fā)射 極和集電極。因此，在不脫離本發(fā)明的示例性實(shí)施例的情況下，這里公開(kāi)的FET的任何柵 極、源極或漏極可用BJT的相應(yīng)的基極、發(fā)射極或集電極來(lái)代替。 圖3示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的示例性自適應(yīng)偏置電路300的示意圖。如 圖3的示例性實(shí)施例所示，示例性的自適應(yīng)偏置電路300可包括差分放大器302、有源電流 鏡304、包括電容器317的低通濾波器、包括晶體管318的共源放大器(或者可選的，共發(fā)射 極放大器)和RC并行負(fù)載306。 差分放大器302可包括晶體管311和312。如圖3所示，晶體管311和312可以是 金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)，更具體地講，N溝道MSOFET。晶體管311和312 可分別包括MOSFET的柵極、源極和漏極。有源電流鏡304可包括晶體管315和316。如圖 3所示，晶體管315和316可以是MOSFET，更具體地講，P溝道MOSFET。晶體管315和316 可分別包括各自的MOSFET的柵極、源極和漏極。類似地，共源放大器的晶體管318可以是 M0SFET，更具體地講，P溝道M0SFET。因此，晶體管318可包括柵極、源極和漏極。應(yīng)該理 解，在不脫離本發(fā)明的示例性實(shí)施例的情況下，圖3中的晶體管311、312、315、316和318中 的一個(gè)或多個(gè)可以用雙極結(jié)晶體管(BJT)代替MOSFET。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將明白，如 果利用BJT代替M0SFET，則BJT將包括基極、發(fā)射極和集電極來(lái)代替柵極、源極和漏極。例 如，在不脫離本發(fā)明的示例性實(shí)施例的情況下，這里描述的利用M0SFET的共源放大器可用 利用BJT的共發(fā)射極放大器來(lái)代替。 在操作期間，差分放大器302放大差分輸入信號(hào)IN+、IN-，以產(chǎn)生放大的差分輸入 信號(hào)。為此，差分放大器302以以下方式被配置晶體管311的柵極接收同相差分輸入信號(hào) IN+，而晶體管312的柵極接收反相差分輸入信號(hào)IN-。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，差分輸 入信號(hào)IN+、IN-通常具有基本相等的大小，但相反的相位。應(yīng)該理解，根據(jù)本發(fā)明的示例性 實(shí)施例，可從以下節(jié)點(diǎn)中的一個(gè)或多個(gè)接收差分輸入信號(hào)IN+、 IN- :i)差分功率放大器的 差分輸入；ii)差分功率放大器的差分輸出；iii)前一級(jí)或下一級(jí)差分功率放大器的差分 輸入；iv)前一級(jí)或下一級(jí)差分功率放大器的差分輸出。
仍參照?qǐng)D3，晶體管311的源極可電連接到晶體管312的源極，這兩個(gè)源極可被接 地(GND)。差分放大器302還可通過(guò)使用偏置電阻器313、314被自偏置。具體地講，經(jīng)晶體 管311的柵極和漏極連接偏置電阻器313。類似地，可經(jīng)晶體管312的柵極和漏極連接偏置 電阻器314。 可通過(guò)有源電流鏡304接收由差分放大器302產(chǎn)生的放大的差分信號(hào)。有源電流 鏡304可操作以將來(lái)自差分放大器302的放大的差分信號(hào)轉(zhuǎn)換成單端信號(hào)。更具體地講， 可通過(guò)將晶體管311的漏極連接到晶體管315的漏極，并通過(guò)將晶體管312的漏極連接到 晶體管316的漏極，來(lái)將放大的差分信號(hào)提供給有源電流鏡304。可將晶體管315的柵極連 接到晶體管316的柵極。另外，晶體管315的柵極還可連接到或短路到晶體管315的漏極， 從而晶體管315可被稱為二極管連接的晶體管。應(yīng)該理解，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，可 選擇的，可利用二極管來(lái)代替二極管連接的晶體管。晶體管315和316的源極可連接到最 大電壓源VREF。 可由包括電容器317的低通濾波器來(lái)對(duì)由有源電流鏡304產(chǎn)生的單端信號(hào)進(jìn)行濾 波，并且可將濾波后的單端信號(hào)提供給包括晶體管318的共源放大器(或者，可選的，共發(fā) 射極放大器)。包括電容器317的低通濾波器可與有源電流鏡304并聯(lián)。具體地講，電容器 317的第一端可連接到晶體管315、316的源極，這兩個(gè)源極共同連接到電壓源VREF和晶體 管318的源極。類似地，電容器317的第二端可連接到晶體管316、312的漏極，這兩個(gè)漏極 共同連接到偏置電阻器314的第二端和晶體管318的柵極。低通濾波器可使用電容器317 來(lái)去除有源電流鏡304產(chǎn)生的單端信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)高頻分量(例如，來(lái)自IN+、 IN-的載 波頻率信號(hào))。 當(dāng)在晶體管318的柵極接收濾波后的單端信號(hào)時(shí)，包括晶體管318的共源放大器 (或者，可選的，共發(fā)射極放大器)可基于晶體管318的柵偏置來(lái)產(chǎn)生自適應(yīng)偏置輸出信號(hào) OUT?？稍诰w管318的漏極提供自適應(yīng)偏置輸出信號(hào)OUT，晶體管318同樣連接到RC并行 負(fù)載306。 RC并行負(fù)載306可包括與電容器320并聯(lián)的電阻器319，所述電容器320可用 作低通濾波器負(fù)載。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，RC并行負(fù)載306可作為共源放大器的負(fù) 載(或者，可選的，共發(fā)射極放大器)被提供，以濾除自適應(yīng)偏置輸出信號(hào)OUT的高頻分量。 如果通過(guò)FET的柵極接收自適應(yīng)偏置輸出信號(hào)OUT，則自適應(yīng)偏置輸出信號(hào)OUT可以是柵 偏壓，否則，如果通過(guò)BJT的基極接收自適應(yīng)偏置輸出信號(hào)0UT，則自適應(yīng)偏置輸出信號(hào)OUT 是基極電流。 根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，參照?qǐng)D3的示例性自適應(yīng)偏置電路300，晶體管311、 312、315、316和318的初始偏置點(diǎn)可通過(guò)它們各自的柵極(或基極)長(zhǎng)度和各自的柵極(或 基極)寬度被確定，電壓源VREF可限定自適應(yīng)偏置輸出信號(hào)OUT的最大電壓。輸出信號(hào) OUT的初始輸出電壓(或電流)可基于晶體管318和負(fù)載電阻器319的選擇。晶體管318 的飽和區(qū)域的自適應(yīng)偏置輸出信號(hào)OUT的輸出電壓可接近通過(guò)電壓源VREF限定的最大電 壓。 在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，隨輸入差分信號(hào)IN+、 IN-的增加，自適應(yīng)偏置電路 300可產(chǎn)生從初始輸出電壓到VREF的(輸出信號(hào)OUT的)自適應(yīng)偏置。隨輸入差分信號(hào) IN+、IN-的增加，通過(guò)差分放大器302(包括晶體管311和312)的平均電流可增加。結(jié)果， 晶體管311和312的漏極電壓可下降，可通過(guò)包括電容器317的低通濾波器來(lái)濾除高頻分
8量。隨著晶體管318的柵極電壓的下降，通過(guò)晶體管318的電流可增加，因此，自適應(yīng)偏置 輸出信號(hào)OUT的輸出電壓可增加。 圖4示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的圖3的示例性自適應(yīng)偏置電路的變形。具 體地講，除了接合線421、422和423的示例性說(shuō)明之外，圖4的示例性自適應(yīng)偏置電路可與 圖3的示例性偏置電路300類似。可提供接合線421、422和423用于封裝。作為示例，除了 地(GND)之外的自適應(yīng)偏置電路400的所有部件、電壓源VREF和RC并行負(fù)載306可被封 裝在一起，可能封裝在單個(gè)芯片中。然后可使用結(jié)合線421將晶體管311和312的源極連 接到外部地(GND)。同樣，可使用結(jié)合線422將晶體管315、316的源極、電容器317的第一 端和晶體管318的源極連接到外部電壓源VREF。類似地，可使用結(jié)合線423將晶體管318 的漏極連接到外部RC并行負(fù)載306。在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，RC并行負(fù)載306可用片 外部件來(lái)實(shí)現(xiàn)，以調(diào)諧。應(yīng)該理解，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，接合線421、422和423可 不僅僅包括導(dǎo)線。例如，接合線421、422和423還可包括傳輸線、焊盤或焊接塊或焊接球、 或根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的其他連接手段。 圖5示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的具有自適應(yīng)偏置電路的示例性差分放大器 的示意圖，其中，自適應(yīng)偏置電路的輸入和輸出被連接到示例性差分放大器的輸入。如圖5 的示例性實(shí)施例所示，具有自適應(yīng)偏置電路的示例性放大器可包括差分放大器502、自適應(yīng) 偏置電路531、偏置電阻器或扼流電感器(choke inductor) 536和537以及輸入DC阻塞電 容器534和535，其中，所述差分放大器502包括晶體管532和533。 根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，如圖5所配置，差分放大器502可包括晶體管532和 533，晶體管532和533中的每一個(gè)可以是M0SFET，具體地講，N溝道M0SFET。然而，應(yīng)該理 解，在不脫離本發(fā)明的示例性實(shí)施例的情況下，可利用BJT或FET來(lái)代替M0SFET。晶體管 532和533中的每一個(gè)可包括各自的柵極、源極和漏極。晶體管532的源極可連接到晶體 管533的源極，這兩個(gè)源極可接地(GND)。晶體管532和533的漏極可經(jīng)各結(jié)合線539和 540連接到電壓源VDD。在示例性實(shí)施例中，差分放大器502可放大輸入差分信號(hào)RFIN+和 RFIN-，通常由差分放大器502通過(guò)晶體管532和533的各個(gè)柵極接收所述輸入差分信號(hào) RFIN+和RFIN-。差分放大器502可經(jīng)晶體管532和533的各個(gè)漏極提供放大的差分信號(hào) RF0UT-和RF0UT+。 應(yīng)該理解，圖5的自適應(yīng)偏置電路可被實(shí)現(xiàn)為圖3的自適應(yīng)偏置電路300或圖4 的自適應(yīng)偏置電路400中的一個(gè)或其變形。如圖5所示，自適應(yīng)偏置電路531可接收輸入 差分信號(hào)RFIN+和RFIN-作為自適應(yīng)偏置電路531的各個(gè)輸入IN+和IN-。然后，自適應(yīng) 偏置電路531可產(chǎn)生自適應(yīng)偏置輸出信號(hào)OUT用于差分放大器502的晶體管532和533的 輸入(例如，如果通過(guò)FET的柵極接收，則為電壓偏置信號(hào)；如果通過(guò)BJT的基極接收，則為 電流偏置信號(hào))。為此，自適應(yīng)偏置電路531可在輸入DC阻塞電容器534和535之前檢測(cè) 差分輸入信號(hào)RFIN+和RFIN-的功率，并可將產(chǎn)生的自適應(yīng)偏置輸出信號(hào)OUT提供通過(guò)偏 置電阻器(或扼流電感器)536和537的差分放大器輸入的虛擬地538。接收產(chǎn)生的輸出 信號(hào)OUT的虛擬地538可連接到偏置電阻器(或扼流電感器)536和537的各自的第一端。 偏置電阻器(或扼流電感器)536的第二端可連接到晶體管532的柵極(或者，可選的，基 極)以及電容器534的第一端。電容器534的第二端可連接到差分輸入信號(hào)RFIN+。類似 地，偏置電阻器537的第二端可連接到晶體管533的柵極以及電容器535的第一端。電容器535的第二端可連接到差分輸入信號(hào)RFIN-。 應(yīng)該理解，偏置電阻器(或扼流電感器)536和537可阻止射頻(RF)輸入信號(hào) (RFIN+、 RFIN-)，并通過(guò)它們本身供給來(lái)自自適應(yīng)偏置電路531的自適應(yīng)偏置輸出信號(hào) 0UT。此外，輸入DC阻塞電容器534和535可阻止自適應(yīng)偏置電路531輸入偏置(例如，來(lái) 自RFIN+和RFIN-、前一級(jí)輸出)的DC電壓。 圖6示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的具有自適應(yīng)偏置電路的差分放大器的另一 示意圖，其中，自適應(yīng)偏置電路的輸入和輸出分別被連接到差分放大器的輸出和輸入。如圖 6的示例性實(shí)施例所示，具有自適應(yīng)偏置電路的示例性放大器可包括差分放大器602、自適 應(yīng)偏置電路651、偏置電阻器或扼流電感器656和657以及輸入DC阻塞電容器654和655， 其中，所述差分放大器602包括晶體管652和653。 根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，如圖6所配置，差分放大器602可包括晶體管652和 653，晶體管652和653中每一個(gè)可以是M0SFET，具體地講，N溝道M0SFET。然而，應(yīng)該理解， 在不脫離本發(fā)明的示例性實(shí)施例的情況下，可利用BJT或其他FET來(lái)代替MOSFET。晶體管 652和653中的每一個(gè)可包括各自的柵極、源極和漏極。晶體管652的源極可連接到晶體管 653的源極，這兩個(gè)源極可被接地(GND)。晶體管652和653的漏極可經(jīng)各個(gè)結(jié)合線659和 660連接到電壓源VDD。在示例性實(shí)施例中，差分放大器602可放大輸入差分信號(hào)RFIN+和 RFIN-，通常由差分放大器602通過(guò)晶體管652和653的各個(gè)柵極來(lái)接收所述輸入差分信號(hào) RFIN+和RFIN-。差分放大器602可經(jīng)晶體管652和653的各個(gè)漏極提供放大的差分輸出 信號(hào)RFOUT-和RF0UT+。 應(yīng)該理解，圖6的自適應(yīng)偏置電路651可被實(shí)現(xiàn)分別為圖3的自適應(yīng)偏置電路300 或圖4的自適應(yīng)偏置電路400。如圖6所示，自適應(yīng)偏置電路651可接收在DC阻塞電容器 661和662之后的差分輸出信號(hào)RF0UT+和RFOUT-作為自適應(yīng)偏置電路651的各個(gè)輸入 IN-和IN+。然后，自適應(yīng)偏置電路651可產(chǎn)生自適應(yīng)偏置輸出信號(hào)OUT用于差分放大器602 的晶體管652和653的輸入(例如，如果通過(guò)FET的柵極接收，則為電壓偏置信號(hào)；或者如 果通過(guò)BJT的基極接收，則為電流偏置信號(hào))。為此，自適應(yīng)偏置電路651可檢測(cè)差分輸出 信號(hào)RF0UT+和RF0UT-的功率，并可將產(chǎn)生的自適應(yīng)偏置輸出信號(hào)OUT提供給通過(guò)偏置電 阻器(或扼流電感器)656和657的差分放大器602輸入的虛擬地658。更具體地講，接收 產(chǎn)生的輸出信號(hào)OUT的虛擬地658可被連接到偏置電阻器(或扼流電感器)656和657各 自的第一端。偏置電阻器(或扼流電感器)656的第二端可連接到晶體管652的柵極以及 DC阻塞電容器654的第一端。DC阻塞電容器654的第二端可連接到差分輸入信號(hào)RFIN+。 類似地，偏置電阻器657的第二端可連接到晶體管653的柵極(或者，可選的，基極)以及 DC阻塞電容器655的第一端。DC阻塞電容器655的第二端可連接到差分輸入信號(hào)RFIN-。
應(yīng)該理解，偏置電阻器(或扼流電感器)656和657可阻止RF輸入信號(hào)(RFIN+、 RFIN-)，并通過(guò)它們自身供給來(lái)自自適應(yīng)偏置電路651的自適應(yīng)偏置電壓輸出信號(hào)0UT。此 外，DC阻塞電容器654和655可阻止前一級(jí)DC電壓，DC阻塞電容器661和662可對(duì)輸出的 DC電壓(例如，來(lái)自RF0UT-和RF0UT+)進(jìn)行阻止。 圖7和圖8總體示出利用具有多個(gè)自適應(yīng)偏置電路的多個(gè)并行功率組合放大器的 示例性功率放大系統(tǒng)，其中，自適應(yīng)偏置電路中的至少兩個(gè)可具有不同的偏置范圍。如將 在下面進(jìn)一步詳細(xì)描述的，此類系統(tǒng)可包括并行配置的多個(gè)功率放大器(例如，差分放大器)，其中，所述多個(gè)功率放大器可接收至少一個(gè)公共輸入信號(hào)，所述多個(gè)功率放大器中的 每一個(gè)可產(chǎn)生各自的至少一個(gè)放大的輸出信號(hào)，各自的至少一個(gè)放大的輸出信號(hào)被組合以 提供至少一個(gè)組合的放大信號(hào)。所述系統(tǒng)還可利用與所述多個(gè)功率放大器中的每一個(gè)相應(yīng) 的多個(gè)自適應(yīng)偏置電路來(lái)向各個(gè)功率放大器提供各個(gè)自適應(yīng)偏置信號(hào)，所述多個(gè)自適應(yīng)偏 置電路中的至少兩個(gè)對(duì)于提供的各個(gè)自適應(yīng)偏置信號(hào)可具有不同的偏置范圍。
更具體地講，圖7示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的具有多個(gè)自適應(yīng)偏置電路的多 個(gè)差分放大器的示意圖，其中，參考電壓可彼此不同。如圖7的示例性實(shí)施例所示，具有多 個(gè)自適應(yīng)偏置電路的示例性多個(gè)并行放大器可包括多個(gè)并行放大器部分750、760和770。 在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，多個(gè)并行放大器中每一個(gè)可與其他放大器相同或具有類似結(jié) 構(gòu)但具有不同的器件大小。還應(yīng)該理解，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，并行放大器部分750、 760和770中的每一部分的結(jié)構(gòu)可基本與關(guān)于圖5討論的放大器的結(jié)構(gòu)類似。
仍參照?qǐng)D7中所示的示例性實(shí)施例，多個(gè)并行放大器部分的放大器部分750可包 括具有晶體管702和703的差分放大器、自適應(yīng)偏置電路701、偏置電阻器或扼流電感器 706和707以及輸入DC阻塞電容器704和705。包括晶體管702和703的差分放大器可放 大輸入差分信號(hào)RFIN+和RFIN-。自適應(yīng)偏置電路701可根據(jù)使用結(jié)合線709、 710選擇性提 供的參考電壓VREF1產(chǎn)生用于差分放大器的晶體管702和703的柵極的自適應(yīng)偏置電壓。 偏置電阻器或扼流電感器706和707可阻止RF輸入信號(hào)，并通過(guò)它們自身供給自適應(yīng)偏置 電壓。此外，輸入DC阻塞電容器704和705可阻止自適應(yīng)偏置電路701的輸入偏置。在本 發(fā)明的示例性實(shí)施例中，自適應(yīng)偏置電路701檢測(cè)在輸入DC阻塞電容器704和705之前的 輸入功率RFIN+和RFIN-，并在通過(guò)偏置電阻器706和707的差分放大器輸入的虛擬地708 供給產(chǎn)生的自適應(yīng)偏置。在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，其他放大器部分760和770可包括 與放大器部分750相同的結(jié)構(gòu)，但具有不同的器件大小或不同的參考電壓。例如，根據(jù)本發(fā) 明的示例性實(shí)施例，參考電壓VREF1、VREF2和VREF3可能沒(méi)有必要是相同的電壓。因此，并 行放大器部分750、760和770的每個(gè)自適應(yīng)偏置電路701對(duì)于自適應(yīng)偏置輸出信號(hào)可具有 不同的偏置范圍。 圖8示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的具有多個(gè)自適應(yīng)偏置電路的多個(gè)差分放大 器的另一示意圖，其中，參考電壓可以彼此不同。如圖8的示例性實(shí)施例所示，具有多個(gè)自 適應(yīng)偏置電路的示例性的多個(gè)并行放大器可包括多個(gè)并行放大器部分850、860和870。在 本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，每個(gè)并行放大器與其他放大器可相同，或可具有類似結(jié)構(gòu)但具 有不同的器件大小。還應(yīng)該理解，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，并行放大器部分850、860和 870中的每一個(gè)的結(jié)構(gòu)可與參照?qǐng)D6討論的放大器的結(jié)構(gòu)基本相似。 仍參照?qǐng)D8的示例性實(shí)施例，多個(gè)并行放大器部分的放大器部分850可包括具有 晶體管802和803的差分放大器、自適應(yīng)偏置電路801 、偏置電阻器或扼流電感器806和807 以及輸入DC阻塞電容器804、805。包括晶體管802和803的差分放大器可放大輸入差分信 號(hào)RFIN+和RFIN-。自適應(yīng)偏置電路801可根據(jù)參考電壓VREF1產(chǎn)生用于差分放大器的晶 體管802和803的柵極的自適應(yīng)偏置電壓。偏置電阻器或扼流電感器806和807可阻止RF 輸入信號(hào)，并通過(guò)它們自身供給自適應(yīng)偏置電壓。此外，輸入DC阻塞電容器804和805可 阻止前一級(jí)DC電壓，輸出DC阻塞電容器812和813可阻止輸出的DC電壓。在本發(fā)明的示 例性實(shí)施例中，自適應(yīng)偏置電路801檢測(cè)輸出功率RFOUT+和RFOUT-，并在通過(guò)偏置電阻器
11806和807的差分放大器輸入的虛擬地808供給產(chǎn)生的自適應(yīng)偏置。在本發(fā)明的示例性實(shí) 施例中，其他放大器860和870可包括具有不同器件大小或不同參考電壓的相同結(jié)構(gòu)。例 如，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，參考電壓VREF1 、 VREF2和VREF3可能沒(méi)有必要是相同的 值。因此，并行放大器部分850、860和870的每個(gè)自適應(yīng)偏置電路801對(duì)于自適應(yīng)偏置輸 出信號(hào)可具有不同的偏置范圍。 本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，這里闡述的本發(fā)明的許多修改和其他實(shí)施 例具有前面說(shuō)明書(shū)和附圖中呈現(xiàn)的教導(dǎo)的利益。因此，應(yīng)該理解，本發(fā)明不限于公開(kāi)的特定 實(shí)施例，修改和其他實(shí)施例意在包括在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。盡管這里采用了特定術(shù)語(yǔ)，但僅 僅為了普通和描述目的而不是為了限制的目的使用這些術(shù)語(yǔ)。
權(quán)利要求
一種用于控制放大器的操作的自適應(yīng)偏置電路，包括差分放大器，接收差分輸入信號(hào)，并產(chǎn)生放大的差分輸入信號(hào)；電流鏡，將放大的差分輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為單端信號(hào)；低通濾波器，濾除單端信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)高頻分量，以產(chǎn)生濾波后的單端信號(hào)；共源放大器或共發(fā)射極放大器，接收濾波后的單端信號(hào)，并產(chǎn)生用于操作功率放大器的自適應(yīng)偏置信號(hào)。
2. 如權(quán)利要求l所述的自適應(yīng)偏置電路，其中，自適應(yīng)偏置信號(hào)包括自適應(yīng)電壓信號(hào)或自適應(yīng)電流信號(hào)。
3. 如權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)偏置電路，其中，功率放大器包括至少一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管或雙極結(jié)晶體管，其中，如果通過(guò)功率放大器的至少一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極接收自適應(yīng)偏置信號(hào)，則所述偏置信號(hào)是自適應(yīng)電壓信號(hào)；如果通過(guò)功率放大器的至少一個(gè)雙極結(jié)晶體管的基極接收自適應(yīng)偏置信號(hào)，則所述自適應(yīng)偏置信號(hào)是自適應(yīng)電流信號(hào)。
4. 如權(quán)利要求l所述的自適應(yīng)偏置電路，其中，單端信號(hào)的濾除的一個(gè)或多個(gè)高頻分量包括載波信號(hào)，所述載波信號(hào)與差分輸入信號(hào)相關(guān)。
5. 如權(quán)利要求l所述的自適應(yīng)偏置電路，其中，差分放大器包括具有第一漏極或集電極的第一晶體管和具有第二漏極或集電極的第二晶體管，其中，電流鏡包括具有第三漏極或集電極的第三晶體管和具有第四漏極或集電極的第四晶體管，其中，第一漏極或集電極連接到第三漏極或集電極，第二漏極或集電極連接到第四漏極或集電極，以將來(lái)自差分放大器的放大的差分輸入信號(hào)提供給電流鏡。
6. 如權(quán)利要求5所述的自適應(yīng)偏置電路，其中，第三晶體管還包括第三柵極或基極，其中，第四晶體管還包括第四柵極或基極，其中，第三柵極或基極連接到第四柵極或基極，第三柵極或基極還連接到第三漏極或集電極，因此第三晶體管是二極管連接的晶體管。
7. 如權(quán)利要求5所述的自適應(yīng)偏置電路，其中，第三晶體管還包括第三源極或發(fā)射極，第四晶體管還包括第四源極或發(fā)射極，其中，低通濾波器包括具有第一端和第二端的電容器，其中，共源放大器或共發(fā)射極放大器包括具有第五柵極或基極、第五源極或發(fā)射極和第五漏極或集電極的第五晶體管，其中，第三源極或發(fā)射極、第四源極或發(fā)射極、電容器的第一端和第五源極或發(fā)射極連接在一起，其中，第四漏極或集電極、電容器的第二端和第五柵極或基極連接在一起，其中，產(chǎn)生的自適應(yīng)偏置信號(hào)提供在第五漏極或集電極。
8. 如權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)偏置電路，還包括負(fù)載，具有與電容器并聯(lián)的至少一個(gè)電阻器，負(fù)載連接到共源放大器或共發(fā)射極放大器，其中，負(fù)載用于濾除產(chǎn)生的自適應(yīng)偏置信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)高頻分量。
9. 如權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)偏置電路，其中，從下面節(jié)點(diǎn)之一通過(guò)差分放大器接收差分輸入信號(hào)(i)第二差分功率放大器的差分輸入；(ii)第二差分功率放大器的差分輸出；(iii)前一級(jí)或下一級(jí)第二差分功率放大器的差分輸入；(iv)前一級(jí)或下一級(jí)第二差分功率放大器的差分輸出。
10. 如權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)偏置電路，其中，差分放大器是第一差分差分放大器，其中，功率放大器是具有至少兩個(gè)晶體管的第二差分放大器，所述至少兩個(gè)晶體管具有各自的柵極或基極，其中，所述至少兩個(gè)晶體管各自的柵極或基極接收產(chǎn)生的自適應(yīng)偏置信號(hào)。
11. 一種功率放大系統(tǒng)，包括多個(gè)功率放大器，配置為并行，其中，所述多個(gè)功率放大器接收至少一個(gè)公共輸入信號(hào)，其中，所述多個(gè)功率放大器中的每一個(gè)功率放大器產(chǎn)生各自的至少一個(gè)放大的輸出信號(hào)，其中，所述各自的至少一個(gè)放大的輸出信號(hào)被組合以提供至少一個(gè)組合的放大的信號(hào)；和多個(gè)自適應(yīng)偏置電路，與所述多個(gè)功率放大器中的每一個(gè)相應(yīng)，用于向各個(gè)功率放大器提供各個(gè)自適應(yīng)偏置信號(hào)，其中，所述多個(gè)自適應(yīng)偏置電路中的至少兩個(gè)對(duì)于提供的各個(gè)自適應(yīng)偏置信號(hào)具有不同的偏置范圍。
12. 如權(quán)利要求11所述的功率放大系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)自適應(yīng)偏置電路的至少兩個(gè)中的每一個(gè)包括差分放大器，接收差分輸入信號(hào)，并產(chǎn)生放大的差分輸入信號(hào)；電流鏡，轉(zhuǎn)換放大的差分輸入信號(hào)以產(chǎn)生單端信號(hào)；低通濾波器，濾除單端信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)高頻分量，以產(chǎn)生濾波后的單端信號(hào)；共源放大器或共發(fā)射極放大器，接收濾波后的單端信號(hào)，并產(chǎn)生用于操作各個(gè)功率放大器的各個(gè)自適應(yīng)偏置信號(hào)。
13. 如權(quán)利要求12所述的功率放大系統(tǒng)，其中，差分輸入信號(hào)是基于由各個(gè)功率放大器產(chǎn)生的至少一個(gè)放大的輸出信號(hào)或至少一個(gè)公共輸入信號(hào)。
14. 如權(quán)利要求12所述的功率放大系統(tǒng)，其中，單端信號(hào)的濾除的一個(gè)或多個(gè)高頻分量包括載波信號(hào)，所述載波信號(hào)與差分輸入信號(hào)相關(guān)。
15. 如權(quán)利要求12所述的功率放大系統(tǒng)，其中，差分放大器包括具有第一漏極或集電極的第一晶體管和具有第二漏極或集電極的第二晶體管，其中，電流鏡包括具有第三漏極或集電極的第三晶體管和具有第四漏極或集電極的第四晶體管，其中，第一漏極或集電極連接到第三漏極或集電極，第二漏極或集電極連接到第四漏極或集電極，以將來(lái)自差分放大器的放大的差分輸入信號(hào)提供給電流鏡。
16. 如權(quán)利要求15所述的功率放大系統(tǒng)，其中，第三晶體管還包括第三柵極或基極，其中，第四晶體管還包括第四柵極或基極，其中，第三柵極或基極連接到第四柵極或基極，其中，第三柵極或基極還連接到第三漏極或集電極，因此第三晶體管是二極管連接的晶體管。
17. 如權(quán)利要求15所述的功率放大系統(tǒng)，其中，第三晶體管還包括第三源極或發(fā)射極，其中，第四晶體管還包括第四源極或發(fā)射極，其中，低通濾波器包括具有第一端和第二端的電容器，其中，共源放大器或共發(fā)射極放大器包括具有第五柵極或基極、第五源極或發(fā)射極和第五漏極或集電極的第五晶體管，其中，第三源極或發(fā)射極、第四源極或發(fā)射極、電容器的第一端和第五源極或發(fā)射極連接在一起，其中，第四漏極或集電極、電容器的第二端和第五柵極或基極連接在一起，其中，產(chǎn)生的自適應(yīng)偏置信號(hào)提供在第五漏極或集電極。
18. 如權(quán)利要求11所述的功率放大系統(tǒng)，所述多個(gè)自適應(yīng)偏置電路的至少兩個(gè)中的每一個(gè)還包括負(fù)載，具有與電容器并聯(lián)的至少一個(gè)電阻器，負(fù)載連接到共源放大器或共發(fā)射極放大 器，其中，負(fù)載用于濾除產(chǎn)生的自適應(yīng)偏置信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)高頻分量。
19. 如權(quán)利要求11所述的功率放大系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)功率放大器中的每一個(gè)包括 至少一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管或雙極結(jié)晶體管，其中，如果通過(guò)功率放大器的至少一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶 體管的柵極接收各個(gè)自適應(yīng)偏置信號(hào)，則所述多個(gè)偏置信號(hào)是自適應(yīng)電壓信號(hào)；其中，如果 通過(guò)功率放大器的至少一個(gè)雙極結(jié)晶體管的基極接收自適應(yīng)偏置信號(hào)，則所述自適應(yīng)偏置 信號(hào)是自適應(yīng)電流信號(hào)。
20. 如權(quán)利要求ll所述的功率放大系統(tǒng)，其中，各個(gè)自適應(yīng)偏置信號(hào)包括自適應(yīng)電壓 信號(hào)或自適應(yīng)電流信號(hào)。
全文摘要
提供了用于差分功率放大器的自適應(yīng)偏置電路的系統(tǒng)和方法。所述自適應(yīng)偏置電路可包括差分放大器、低通濾波器、共源放大器或共發(fā)射極放大器。自適應(yīng)偏置電路可根據(jù)輸入信號(hào)功率水平產(chǎn)生自適應(yīng)偏置輸出信號(hào)。隨著輸入功率水平升高，自適應(yīng)偏置電路可增加自適應(yīng)偏置輸出信號(hào)的偏置電壓或偏置電流。可根據(jù)自適應(yīng)偏置輸出信號(hào)來(lái)偏置功率放大器(例如，差分放大器)，以降低在低功率操作水平的電流消耗。
文檔編號(hào)H03F3/45GK101764580SQ200910253968
公開(kāi)日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2009年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月11日
發(fā)明者喬伊·拉斯卡爾, 安奎煥, 李彰浩, 李洞護(hù), 韓正侯 申請(qǐng)人:三星電機(jī)株式會(huì)社;佐治亞科技研究公司