專利名稱：用于功率放大器的自混合自適應(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，涉及用于自適應(yīng)偏置功率放大器的系統(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。 可根據(jù)放大器的相關(guān)偏置電平和電流導(dǎo)通角來將放大器分類。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電平和最高線性，C類具有最低偏置電平和最低線性。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。 功率放大器的大多數(shù)傳統(tǒng)自適應(yīng)偏置方案的基本配置包括信號采樣器、低通濾波器、功率檢測器和偏置供給模塊。圖l顯示具有傳統(tǒng)自適應(yīng)偏置電路的傳統(tǒng)功率放大器的示意圖。圖1還顯示，假設(shè)輸入信號是兩顏色信號的在幾個點(diǎn)的信號頻譜和時域信號。對于圖1中顯示的功率放大器(PA)，信號采樣器對輸出信號進(jìn)行采樣，并由低通濾波器對采樣的信號進(jìn)行濾波。由功率檢測器對濾波后的信號功率進(jìn)行檢測，并通過偏置供給模塊將檢測后的信號供給到功率放大器。根據(jù)功率放大器的輸出功率動態(tài)地改變功率放大器的偏置。最終，自適應(yīng)偏置方案調(diào)整功率放大器以在允許的失真的情況下使效率最大化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的示例性實(shí)施例可提供一種自混合自適應(yīng)偏置電路，所述自混合自適應(yīng)偏置電路可包括混合器、低通濾波器和偏置供給塊。在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，自混合自適應(yīng)偏置電路可根據(jù)輸入信號功率級產(chǎn)生自適應(yīng)偏置信號。由于輸入功率級升高，所以自適應(yīng)偏置電路增加偏置電壓或偏置電流。此外，可使用自適應(yīng)偏置輸出信號來去除三階互調(diào)譜項(xiàng)(IM3)。這將增強(qiáng)線性作為輔助效果。 根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，存在一種自混合自適應(yīng)偏置電路。所述自混合自適應(yīng)偏置電路可包括信號采樣器，對放大器的輸出信號進(jìn)行采樣，以產(chǎn)生采用的輸出信號；混合器，將采樣的輸出信號與放大器的輸入信號混合，以產(chǎn)生混合的信號，其中，采樣的輸出信號和輸入信號具有相同的載波頻率；低通濾波器，從混合的信號中濾除高頻分量，以產(chǎn)生自適應(yīng)偏置信號；和偏置供給塊，將自適應(yīng)偏置信號提供給放大器的輸入。
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根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例，存在一種自混合自適應(yīng)偏置電路。所述自混合 自適應(yīng)偏置電路可包括信號采樣器，對放大器的輸出信號進(jìn)行采樣，以產(chǎn)生采用的輸出信 號；混合器，將采樣的輸出信號與放大器的輸入信號混合，以產(chǎn)生具有基帶信號和第二諧波 信號的混合的信號，其中，采樣的輸出信號和輸入信號具有相同的載波頻率；移相器，移動 混合的信號的基帶或第二諧波信號的相位，以實(shí)現(xiàn)去除由放大器的非線性產(chǎn)生的三階互調(diào) 譜項(xiàng)；偏置供給塊，將自適應(yīng)偏置信號提供給放大器的輸入。


因此已整體描述了本發(fā)明，現(xiàn)在將描述附圖，附圖沒有必要按比例繪制，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示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的用于功率放大器和自混合自適應(yīng)偏置電路 的示例性系統(tǒng)； 圖3示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的用于功率放大器和自混合自適應(yīng)偏置電 路的另一示例性系統(tǒng)； 圖4示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的示例性自混合自適應(yīng)偏置電路的示意圖；
圖5示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的另一示例性自混合自適應(yīng)偏置電路的示意 圖； 圖6示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的柵地陰地功率放大器和示例性的自混合自 適應(yīng)偏置電路； 圖7示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的具有兩級自混合自適應(yīng)偏置電路的差分放 大器的示例性系統(tǒng)； 圖8示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的具有兩級自混合自適應(yīng)偏置電路的差分放 大器的示例性系統(tǒng)； 圖9示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的具有多個自混合自適應(yīng)偏置電路的示例性 多級放大器。
具體實(shí)施例方式
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)施例以使本公開將滿足可適用的法
律要求。相同的編號始終表示相同的部件。 本發(fā)明的示例性實(shí)施例可提供功率放大器的自適應(yīng)偏置。如這里所描述的，自適 應(yīng)偏置可產(chǎn)生合適的偏置，以增強(qiáng)關(guān)于功率放大器的輸入和/或輸出功率級的功率放大器 的性能。實(shí)際上，如果自適應(yīng)地控制放大器的偏置，則可實(shí)現(xiàn)比具有固定偏置條件的放大 器好的性能。例如，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，如果放大器在低功率區(qū)域被偏置為接近B 類，并且在高功率區(qū)域被偏置為接近A類，則在低功率區(qū)域滿足可接受的線性規(guī)范，并在高 功率區(qū)域滿足可接受的效率規(guī)范的同時，可在低功率區(qū)域?qū)崿F(xiàn)更好的效率，并在高功率區(qū) 域?qū)崿F(xiàn)更好的線性。盡管關(guān)于場效應(yīng)晶體管(FET)(例如，金屬氧化物半導(dǎo)體FET(MOSFET))示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施例，但應(yīng)該理解，可同樣地利用雙極結(jié)型晶體管(BJT)來代替FET。作為示例，F(xiàn)ET可具有各自的柵極、源極和漏極，而BJT可具有各自的基極、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)射極或集電極來代替。 圖2示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的用于功率放大器(PA) 201和示例性自混合自適應(yīng)偏置電路的系統(tǒng)200。功率放大器(PA)201可通常用于放大射頻(RF)輸入信號RFIN，并產(chǎn)生RF輸出信號RFOUT。根據(jù)示例性實(shí)施例，PA 201可包括一個或多個晶體管，所述一個或多個晶體管包括一個或多個金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)或雙極結(jié)型晶體管(BJT)。 自混合自適應(yīng)偏置電路可用于基于輸入(例如，RFIN)和/或輸出(例如，RFOUT)功率級產(chǎn)生用于PA 201的操作的合適的自適應(yīng)偏置信號。如圖2所示，自混合自適應(yīng)偏置電路可包括信號采樣器202、混合器203、低通濾波器204和偏置供給電路或塊205。信號采樣器202可用于對輸出信號RFOUT采樣，以產(chǎn)生采樣的輸出信號。在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，信號采樣器202可包括電容器、線耦合器或另一裝置?；旌掀?03可用于混合PA 201輸入信號和由信號采樣器202提供的采樣的輸出信號。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，混合器203可包括一個或多個晶體管，所述一個或多個晶體管包括MOSFET或BJT。低通濾波器204可用于濾除高頻分量(例如，RFIN/RFOUT的載波頻率)。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，低通濾波器204可包括至少一個電容器，可選擇地包括至少一個電阻器。偏置供給電路或塊205可用于執(zhí)行DC電平移動和將濾波后的自適應(yīng)偏置供給到PA 201輸入。作為示例，輸入RFIN可連接到晶體管柵極(或者可選的，基極)并在第一電壓(例如，O. 5V)被偏置，同時低通濾波器204的輸出連接到晶體管漏極(或者可選的，集電極)，并在高于第一電壓的第二電壓(例如，3. 3V)被偏置。由于對于偏置供給電路或塊205可不利用DC阻塞電容器，所以可由偏置供給電路或塊205執(zhí)行DC電平移動，以將第二電壓(例如，3. 3V)移動到第一電壓(例如，0.5V)。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，偏置供給電路或塊205可包括一個或多個晶體管，所述一個或多個晶體管包括MOSFET或BJT。 繼續(xù)參照圖2，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，輸入信號RFIN可包含不具有任何諧波和互調(diào)的純信號。輸出信號RFOUT可包含放大的輸入信號以及由功率放大器(例如，PA201)的非線性產(chǎn)生的諧波和互調(diào)。在示例性實(shí)施例中，混合器203可混合兩個輸入-(i)PA輸入信號和(ii)由采樣器202產(chǎn)生的采樣的輸出信號?；旌掀?03的輸出可以是混合信號，所述混合信號包含大的第二諧波、大的基帶信號和由于兩個混合器輸入具有相同的諧波頻率所導(dǎo)致的小的基本信號的泄露，其中，相同頻率的混合被稱為自混合?？蓪⒂苫旌掀?03輸出的自混合信號提供給低通濾波器204，低通濾波器204濾除高頻譜項(xiàng)，以產(chǎn)生自適應(yīng)偏置信號。因此，由低通濾波器204輸出的自適應(yīng)偏置信號可包括來自載波頻率的自混合的基帶信號。通過偏置供給電路或塊205將自適應(yīng)偏置信號從低通濾波器204供給到PA201的輸入，所述自適應(yīng)偏置信號包括具有基帶信號的低通濾波后的信號。偏置供給電路或塊205可產(chǎn)生具有被應(yīng)用于從低通濾波器204接收的自適應(yīng)偏置信號的簡單DC電平移動的合適的偏置電平。由于與RFIN和RFOUT相應(yīng)的輸入和輸出功率的增加，所以混合器203輸出功率增加，混合器203輸出的混合信號隨后被低通濾波器204進(jìn)行低通濾波，并經(jīng)偏置供給電路或塊205作為自適應(yīng)偏置信號被供給到PA201的輸入。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，因?yàn)檩斎牒洼敵龉β实脑黾?，所以功率放大?01的MOSFET的柵極偏置(或者可選的，BJT的基極電流)隨著輸入信號RFIN的包絡(luò)也增加。 圖3示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的用于功率放大器和示例性自混合自適應(yīng)偏置電路的系統(tǒng)300。功率放大器(PA)306可通常用于放大射頻(RF)輸入信號RFIN，并產(chǎn)生RF輸出信號RFOUT。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，PA 306可包括一個或多個晶體管，所述一個或多個晶體管包括一個或多個金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)或雙極結(jié)型晶體管(BJT)。 自混合自適應(yīng)偏置電路可用于基于輸入和/或輸出功率級產(chǎn)生用于PA306的操作的合適的自適應(yīng)偏置信號。如圖3所示，自混合自適應(yīng)偏置電路可包括信號采樣器307、混合器308、移相器309和偏置供給電路或塊310。信號采樣器307可用于對輸出信號RFOUT采樣，以產(chǎn)生采樣的輸出信號。在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，信號采樣器307可包括電容器、線耦合器或另一裝置?；旌掀?08可用于混合PA 306輸入信號和由信號采樣器307提供的采樣的輸出信號。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，混合器308可包括一個或多個晶體管，所述一個或多個晶體管包括MOSFET或BJT。移相器309可用于將混合器308的輸出信號移相，以產(chǎn)生移相的混合信號。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，移相器309可包括電容器。偏置供給電路或塊310可用于將移相的自適應(yīng)偏置信號供給到PA 306輸入。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，偏置供給電路或塊310可包括一個或多個晶體管，所述一個或多個晶體管包括MOSFET或BJT。 繼續(xù)參照圖3，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，輸入信號RFIN可包含不具有任何諧波和互調(diào)的純信號。輸出信號RFOUT可包含放大的輸入信號以及由功率放大器(例如，PA306)的非線性產(chǎn)生的諧波和互調(diào)。在示例性實(shí)施例中，混合器308可混合兩個輸入-(i)PA輸入信號和(ii)由采樣器307產(chǎn)生的采樣的輸出信號?；旌掀?08的輸出可包含大的第二諧波、大的基帶信號和由于兩個混合器輸入具有相同的諧波頻率所導(dǎo)致的小的基本信號的泄露，其中，相同頻率的混合被稱為自混合?？蓪⒂苫旌掀?08輸出的自混合信號提供給移相器309，移相器309移動混合器308輸出的混合信號的相位，以產(chǎn)生自適應(yīng)偏置信號?？赏ㄟ^偏置供給電路或塊310將包括移相信號的自適應(yīng)偏置信號從移相器309供給到功率放大器306的輸入，如上所述，偏置供給電路或塊310可將簡單的DC電平移動應(yīng)用于自適應(yīng)偏置信號。移相的基帶信號和第二諧波信號或基帶信號和移相的第二諧波信號可產(chǎn)生另外的三階互調(diào)譜項(xiàng)。在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，另外的三階互調(diào)譜項(xiàng)可以與由放大器(例如，PA 306)的非線性產(chǎn)生的原始三階互調(diào)譜項(xiàng)異相，但大小相等，所以輸出三階互調(diào)可被取消?？捎靡葡嗥?09來控制三階互調(diào)譜項(xiàng)的相位，可由混合器308控制三階互調(diào)譜項(xiàng)的插入損耗(或增益)。因?yàn)榕cRFIN和RF0UT相應(yīng)的輸入和輸出功率的增加，所以混合器308輸出功率增加，由混合器308輸出的結(jié)果混合信號被移相，并被供給到放大器306的輸入。因此，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，由于輸入和輸出功率的增加，所以PA 306的MOSFET的柵極偏置(或者可選的，BJT的基極電流)隨著具有移相的基帶和第二諧波譜項(xiàng)的輸入信號RFIN的包絡(luò)也增加。 圖4示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的功率放大器(PA) 402和示例性自混合自適應(yīng)偏置電路404的示意圖400。應(yīng)該理解，圖4的示意圖400可表現(xiàn)參照圖2或圖3描述的示例性功率放大器和自混合自適應(yīng)偏置電路的示例性實(shí)現(xiàn)。
如圖4所示，功率放大器(PA)402可用于放大輸入信號RFIN，并產(chǎn)生輸出信號 RFOUT。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，PA 402可包括至少一個晶體管411，所述至少一個晶 體管411可以是FET，更具體地講，N溝道MOSFET。晶體管411可包括柵極、源極和漏極。晶 體管411的源極可接地(GND)。晶體管411的柵極可連接到輸入信號RFIN和自適應(yīng)偏置電 路404。晶體管411的漏極可提供輸出信號RFOUT。晶體管411的漏極還可連接到自適應(yīng) 偏置電路404以及扼流電感器412的第一端。扼流電感器412的第二端可連接到電源電壓 ■。 自混合自適應(yīng)偏置電路404可包括信號采樣器406、混合器408、濾波器或移相器 409以及偏置供給電路或塊409。信號采樣器406可包括電容器415，電容器415的第一端 電連接到PA 402的漏極用于接收輸出信號RF0UT，電容器415的第二端連接到混合器408 的晶體管413的柵極?？蛇x的，信號采樣器可以是不是被電連接到而是被磁耦合到輸出信 號RF0UT的線耦合器。信號采樣器406可用于對輸出信號RF0UT采樣，并將采樣的輸出信 號提供給混合器408。 混合器408可包括晶體管413。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，晶體管413可以是 FET，更具體地講，N溝道MOSFET。晶體管413可具有柵極、源極和漏極。可分別通過偏置電 阻器416、417和418在相同的DC電平(參考電壓VREF)偏置晶體管413的柵極、漏極和源 極。然而，晶體管413可不消耗DC電流。晶體管413可通過晶體管413的柵極(例如，混 合器408的第一輸入端)從信號采樣器406接收采樣的輸出信號。另外，晶體管413還可 通過晶體管413的源極(例如，混合器408的第二輸入端)接收PA 402輸入信號，所述晶 體管413的源極連接到DC阻塞電容器414的第一端。如在這里進(jìn)一步詳細(xì)描述的，DC阻 塞電容器414的第二端連接到晶體管402的柵極以及偏置供給電路或塊409。應(yīng)該理解，因 為晶體管413可以是在其柵極需要高壓擺動以用作無源混合器408的FET (例如，MOSFET)， 晶體管411的漏極比所述柵極具有更高的電壓擺動，所以晶體管413的源極通過DC阻塞電 容器414與PA 402的柵極連接。 包括晶體管413的混合器408可混合PA402輸入信號和采樣的輸出信號，以產(chǎn)生 通過晶體管413的漏極(例如，混合器408的輸出端)輸出的混合信號。移相器或低通濾 波器408可從晶體管413接收混合信號。移相器或低通濾波器408可用于移動相位，或從 接收的混合信號濾除高頻分量，以產(chǎn)生自適應(yīng)偏置信號。移相器或低通濾波器408可包括 電容器419。電容器419可具有連接到晶體管413的漏極以及偏置供給電路或塊409的晶 體管420的柵極的第一端和接地(GND)的第二端。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，應(yīng)該理解， 電容器419可用作低通濾波器或移相器。如果電容器419大的足以拒絕第二諧波，則可認(rèn) 為電容器419是低通濾波器。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，如果電容器419太小不足以拒 絕第二諧波，但足以移動信號的相位，則可認(rèn)為電容器419是移相器。實(shí)際上，移相器可包 括電容器419(例如，并聯(lián)電容器(shunt c即acitor))連同混合器408的串聯(lián)電阻(例如， 來自晶體管413的漏極或集電極的電阻)。 可將自適應(yīng)偏置信號提供給偏置供給電路或塊409，所述自適應(yīng)偏置信號可包括 從濾波器或移相器408濾波的或移相的混合信號。偏置供給電路或塊409可施加合適的DC 電平移動，并可通過晶體管411的柵極將移相的或?yàn)V波的自適應(yīng)偏置信號供給到PA 402。 偏置供給電路或塊409可包括第一晶體管420、電阻器422和第二晶體管421。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，晶體管420和421可以是FET，更具體地講，N溝道M0SFET。
根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，第一晶體管420可被構(gòu)造為源極跟隨器(或者，可選的，如果利用BJT來代替FET，則為發(fā)射極跟隨器)。源極跟隨器(經(jīng)晶體管413的漏極)將混合器408輸出的電壓電平移動到PA 402的晶體管411的柵極。為此，第一晶體管420的柵極可連接到(濾波器或移相器408)電容器419的第一端和(混合器408的)晶體管413的柵極。第一晶體管420的漏極可連接到電壓電源VREF。應(yīng)該理解，參考電壓VREF不僅通過偏置電阻器416、417和418來偏置無源晶體管413，還將電流提供給包括第一晶體管420的源極跟隨器。第一晶體管420的源極連接到PA 402的晶體管411的柵極。因此，電平移動混合器408輸出信號可作為輸入提供給PA 402。 第一晶體管420的源極還可連接到電阻器422的第一端，電阻器422的第二端連接到二極管連接的晶體管421的漏極。為了獲得二極管連接的晶體管421，晶體管421的柵極可連接到晶體管421的漏極。二極管連接的晶體管421的源極可接地(GND)。因此，二極管連接的晶體管421和電阻器422可以是一用于包括第一晶體管420的源極跟隨器的電流路徑。電阻器422可防止通過二極管連接的晶體管421的RF信號泄露。應(yīng)該理解，在本發(fā)明的可選實(shí)施例中，可利用二極管來代替二極管連接的晶體管421。 可根據(jù)參考電壓VREF、電阻器422和二極管連接的晶體管421來確定自混合自適應(yīng)偏置電路或塊409的初始電壓。因?yàn)檩斎牒洼敵龉β实脑黾樱曰旌掀?08輸出功率增加?；旌掀?08輸出信號被低通濾波或移相，以產(chǎn)生自適應(yīng)偏置信號。低通濾波或移相的混合信號的DC電平被包括晶體管420的源極跟隨器進(jìn)行電平移動，電平移動的自適應(yīng)偏置信號被供給到PA 402的晶體管411的柵極。因此，因?yàn)檩斎牒洼敵龉β实脑黾?，所以PA402的柵極偏置(如果PA 402利用BJT代替FET，則為基極電流)隨著輸入的包絡(luò)也增加。
圖5示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的功率放大器(PA)402和示例性自混合自適應(yīng)偏置電路504的示意圖500。應(yīng)該理解，圖5的自混合自適應(yīng)偏置電路504與圖4的自混合自適應(yīng)偏置電路404類似，除了用作源極跟隨器或發(fā)射極跟隨器的晶體管420的漏極連接到電源電壓VDD而不是參考電壓VREF。因此，可獨(dú)立于參考電壓VREF來使用電源電壓VDD，以偏置源極跟隨器或發(fā)射極跟隨器。根據(jù)電源電壓VDD的源極跟隨器或發(fā)射極跟隨器的偏置可初始化自適應(yīng)偏置輸出信號，以被放大器402接收。另外，使用參考電壓VREF分別通過偏置電阻器416、417、418偏置(混合器408的)晶體管413的柵極、漏極和源極。然而，由于參考電壓VREF不需要將電流流入混合器408，因此用簡單的分壓結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)VREF產(chǎn)生塊。在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，示例性的分壓結(jié)構(gòu)可在電源電壓VDD和地之間包括兩個串聯(lián)電阻器，可從兩個串聯(lián)電阻器的中間節(jié)點(diǎn)來獲得分壓。因此，VREF產(chǎn)生塊可容易地與單個半導(dǎo)體芯片中的其他塊集成。 圖6示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的柵地陰地功率放大器602和示例性的自混合自適應(yīng)偏置電路604。如圖6所示，柵地陰地功率放大器602可包括共源放大器(CS)650和共柵放大器(CG)651，共源放大器(CS)650和共柵放大器(CG) 651可放大輸入信號RFIN，并產(chǎn)生輸出信號RFOUT。自混合自適應(yīng)偏置電路604可包括信號采樣器606，在柵地陰地功率放大器602的兩個晶體管650和651之間的節(jié)點(diǎn)處對信號進(jìn)行采樣；混合器608，將柵地陰地PA 602的輸入信號和來自兩個晶體管650和650之間的節(jié)點(diǎn)的采樣信號混合；低通濾波器或移相器619 ;和偏置供給電路或塊609，可將濾波的或移相的自適應(yīng)偏置供給到柵地陰地PA 652的輸入。 仍參照圖6，柵地陰地功率放大器602在晶體管650的柵極接收輸入信號RFIN，并 在晶體管651的漏極產(chǎn)生放大的輸出信號RFOUT?；旌掀?08可包括晶體管653(例如，場 效應(yīng)晶體管(FET))，晶體管653具有分別通過偏置電阻器656、657、658在參考電壓VREF被 偏置的柵極、漏極和源極?；旌掀?08的晶體管653的柵極通過信號采樣器606與柵地陰 地功率放大器602的兩個晶體管650和651之間的節(jié)點(diǎn)連接，所述信號采樣器606可包括 DC阻塞電容器655?？梢岳斫?，因?yàn)榛旌掀?08可包括用于晶體管653的FET，在其柵極需 要高電壓擺動用作無源混合器，并且在兩個晶體管650和651之間的節(jié)點(diǎn)具有比所述柵極 更高的電壓擺動，所以混合器608的晶體管653的源極可通過DC阻塞電容器654與柵地陰 地功率放大器602的輸入連接。另外，因?yàn)闁诺仃幍毓β史糯笃?02的輸出節(jié)點(diǎn)RFOUT不 與自混合自適應(yīng)偏置電路604直接連接，所以上述連接可降低自混合自適應(yīng)偏置電路604 的輸出功率損失。 偏置供給電路或塊609的晶體管660可被配置為源極跟隨器，所述源極跟隨器經(jīng) 晶體管650的柵極將混合器653輸出的電壓電平移動到柵地陰地功率放大器602的輸入。 二極管連接的晶體管661和電阻器662還形成偏置供給電路或塊609的一部分，并可提供 被配置為源極跟隨器(或者，可選的，當(dāng)對于晶體管660利用BJT代替FET時，是發(fā)射極跟隨 器)的晶體管660的電流路徑。電阻器662可防止通過二極管連接的晶體管661 (其柵極 連接到漏極)的RF信號泄露。晶體管660的源極可經(jīng)晶體管650的柵極與柵地陰地功率 放大器602的輸入連接。因此，經(jīng)晶體管650的柵極將電平移動混合器608的輸出信號提 供給柵地陰地功率放大器602的輸入。電容器619可用作(1)低通濾波器或(2)移相器。 如果電容器619大的足以拒絕第二諧波，則可認(rèn)為電容器619是低通濾波器。如果電容器 619太小不足以拒絕第二諧波，但足以移動信號的相位，則可認(rèn)為電容器619是移相器。晶 體管660的漏極與電壓VDD連接?？筛鶕?jù)參考電壓VREF、電阻器662和二極管連接的晶體 管661來確定自混合自適應(yīng)偏置電路604的初始偏置電壓。因?yàn)閰⒖茧妷篤REF不需要將 電流流到混合器608，所以可用簡單的分壓結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)VREF產(chǎn)生塊。因此，VREF產(chǎn)生塊可 與其他塊容易地集成。因?yàn)檩斎牒洼敵龉β实脑黾樱曰旌掀?08的輸出功率增加。由 低通濾波器或移相器608將混合器608輸出信號低通濾波或移相，以產(chǎn)生自適應(yīng)偏置信號。 用包括晶體管660的源極跟隨器(或者，可選的，發(fā)射極跟隨器)來移動自適應(yīng)偏置信號的 DC電平，并可經(jīng)晶體管650的柵極將電平移動后的信號供給到柵地陰地功率放大器602的 輸入。因此，由于輸入和輸出功率的增加，所以柵地陰地放大器602的晶體管650的柵極偏 置(或者，可選的，雙極結(jié)型晶體管(BJT)的基極電流)隨著輸入的包絡(luò)也增加。
圖7示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的差分功率放大器701和示例性自混合自適應(yīng) 偏置電路的示例性系統(tǒng)700。差分功率放大器701可通常用于放大差分信號RFIN+、RFIN-， 并產(chǎn)生差分輸出信號RFOUT+和RFOUT-。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，差分放大器可包括諸 如FET或BJT的晶體管。 自混合自適應(yīng)偏置電路可用于基于輸入和/或輸出功率級產(chǎn)生用于PA701的操作 的合適的偏置信號。如圖7所示，自適應(yīng)偏置電路可包括兩個信號采樣器702和703，分 別對輸出信號RFOUT+、 RFOUT-采樣；兩個混合器704和705，混合PA 701的差分側(cè)的每個 路徑的輸入信號和采樣輸出信號；兩個低通濾波器706和707，可濾除PA 701的差分側(cè)的
10每個路徑的高頻分量；兩個偏置供給塊708和709，可施加DC電平移動，并分別將濾波后的信號供給到PA 701的差分輸入。 圖8示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的差分功率放大器821和示例性自混合自適應(yīng)偏置電路的示例性系統(tǒng)800。差分功率放大器(PA) 821可通常用于放大差分信號RFIN+、RFIN-，并產(chǎn)生差分輸出信號RF0UT+和RF0UT-。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，差分放大器可包括諸如FET或BJT的晶體管。 自混合自適應(yīng)偏置電路可用于基于輸入和/或輸出功率級產(chǎn)生用于PA821的操作的合適的偏置信號。如圖8所示，自適應(yīng)偏置電路可包括兩個信號采樣器822和823，分別對輸出信號RF0UT+、 RFOUT-采樣；兩個混合器824和825，混合差分PA 821的每個各個側(cè)的輸入信號和采樣的輸出信號；兩個移相器826和827，可移動PA 821的差分側(cè)的每個路徑上的混合器的輸出信號的相位；兩個偏置供給塊828和829，可分別將濾波后的信號供給到PA 821的差分輸入。 應(yīng)該理解，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，可在多級放大器中的一級或多級中設(shè)置自混合自適應(yīng)電路。例如，如圖9所示，可存在第一級930和第二級950。第一級930接收RFIN，并提供輸出，該輸出被接收為第二級950的輸入。第二級950的輸出是RF0UT。第一級930可包括具有第一 自混合自適應(yīng)偏置電路的驅(qū)動器放大器901。同樣如這里所描述的，第一 自適應(yīng)偏置電路可包括信號采樣器902、混合器903、低通濾波器或移相器904和偏置供給電路或塊905。第二級950可包括具有第二自混合自適應(yīng)偏置電路的功率放大器950。同樣如這里所描述的，第二自適應(yīng)偏置電路可包括信號采樣器912、混合器913、低通濾波器或移相器914和偏置供給電路或塊905。另外，可在多個并行放大器各自的一級或多級中設(shè)置多個自混合自適應(yīng)偏置電路。在該情節(jié)中，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，每個自混合自適應(yīng)偏置電路可具有不同的各自的初始偏置和不同的自適應(yīng)偏置范圍。
本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，本發(fā)明的許多修改和其他實(shí)施例也可行，并具有在前描述和附圖中呈現(xiàn)的教導(dǎo)的利益。因此，應(yīng)該理解，本發(fā)明不限于這里公開的特定實(shí)施例，其他實(shí)施例意在被包括在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。盡管這里采用了特定術(shù)語，但僅僅為了一般和描述的目的而不是為了限制的目的來使用這些術(shù)語。
1權(quán)利要求
一種自混合自適應(yīng)偏置電路，包括信號采樣器，對放大器的輸出信號進(jìn)行采樣，以產(chǎn)生采樣的輸出信號；混合器，將采樣的輸出信號與放大器的輸入信號混合，以產(chǎn)生混合的信號，其中，采樣的輸出信號和輸入信號具有相同的載波頻率；低通濾波器，從混合的信號中濾除高頻分量，以產(chǎn)生自適應(yīng)偏置信號；和偏置供給塊，將自適應(yīng)偏置信號提供給放大器的輸入。
2. 如權(quán)利要求l所述的自混合自適應(yīng)偏置電路，其中，自適應(yīng)偏置信號包括在放大器的輸入接收的柵極電壓或基極電流。
3. 如權(quán)利要求1所述的自混合自適應(yīng)偏置電路，其中，高頻分量包括相同載波頻率的
4. 如權(quán)利要求1所述的自混合自適應(yīng)偏置電路，其中，信號采樣器電連接到或磁耦合到放大器的輸出。
5. 如權(quán)利要求4所述的自混合自適應(yīng)偏置電路，其中，信號采樣器是(i)電連接到輸出的電容器或(ii)用于磁耦合到輸出的線耦合器。
6. 如權(quán)利要求1所述的自混合自適應(yīng)偏置電路，其中，混合器包括無源混合器，所述無源混合器包括場效應(yīng)晶體管。
7. 如權(quán)利要求6所述的自混合自適應(yīng)偏置電路，其中，混合器的場效應(yīng)晶體管包括柵極、源極和漏極，其中，柵極和源極被用作采樣的輸出信號和輸入信號各自的輸入端口 ，其中，漏極被用作產(chǎn)生的混合信號的輸出端口，其中，通過各個偏置電阻器按相同的DC電平偏置柵極、源極和漏極。
8. 如權(quán)利要求1所述的自混合自適應(yīng)偏置電路，其中，低通濾波器包括電容器。
9. 如權(quán)利要求1所述的自混合自適應(yīng)偏置電路，其中，偏置供給塊包括源極跟隨器或發(fā)射極跟隨器，所述源極跟隨器或發(fā)射極跟隨器用于在放大器的輸入進(jìn)行接收之前對自適應(yīng)偏置信號提供DC電平移動。
10. 如權(quán)利要求9所述的自混合自適應(yīng)偏置電路，其中，偏置供給塊還包括用于為源極跟隨器或發(fā)射極跟隨器提供電流路徑的電阻器和二極管連接的晶體管。
11. 如權(quán)利要求l所述的自混合自適應(yīng)偏置電路，其中，放大器是柵地陰地放大器，所述柵地陰地放大器包括第一晶體管和第二晶體管，其中，信號采樣器對來自第一晶體管和第二晶體管之間的節(jié)點(diǎn)的輸出信號進(jìn)行采樣。
12. 如權(quán)利要求l所述的自混合自適應(yīng)偏置電路，其中，放大器是差分放大器，所述差分放大器具有與第一差分輸出信號相應(yīng)的第一差分輸入信號和與第二差分輸出信號相應(yīng)的第二差分輸入信號，其中，信號采樣器對第一差分輸出信號進(jìn)行采樣，其中，混合器將采樣的輸出信號與第一差分輸入信號進(jìn)行混合，以產(chǎn)生混合的信號。
13. —種自混合自適應(yīng)偏置電路，包括信號采樣器，對放大器的輸出信號進(jìn)行采樣，以產(chǎn)生采樣的輸出信號；混合器，將采樣的輸出信號與放大器的輸入信號混合，以產(chǎn)生具有基帶信號和第二諧波信號的混合的信號，其中，采樣的輸出信號和輸入信號具有相同的載波頻率；移相器，移動混合的信號的基帶或第二諧波信號的相位，以實(shí)現(xiàn)去除由放大器的非線性產(chǎn)生的三階互調(diào)譜項(xiàng)；偏置供給塊，將自適應(yīng)偏置信號提供給放大器的輸入。
14. 如權(quán)利要求13所述的自混合自適應(yīng)偏置電路，其中，自適應(yīng)偏置信號包括在放大器的輸入接收的柵極電壓或基極電流。
15. 如權(quán)利要求13所述的自混合自適應(yīng)偏置電路，其中，信號采樣器電連接到或磁耦 合到放大器的輸出。
16. 如權(quán)利要求13所述的自混合自適應(yīng)偏置電路，其中，混合器包括無源混合器，所述 無源混合器包括場效應(yīng)晶體管。
17. 如權(quán)利要求13所述的自混合自適應(yīng)偏置電路，其中，移相器包括并聯(lián)電容器和來 自混合器的串聯(lián)電阻。
18. 如權(quán)利要求13所述的自混合自適應(yīng)偏置電路，其中，偏置供給塊包括源極跟隨器 或發(fā)射極跟隨器，所述源極跟隨器或發(fā)射極跟隨器用于在放大器的輸入進(jìn)行接收之前對自 適應(yīng)偏置信號提供DC電平移動。
19. 如權(quán)利要求18所述的自混合自適應(yīng)偏置電路，其中，偏置供給塊還包括用于為源 極跟隨器或發(fā)射極跟隨器提供電流路徑的電阻器和二極管連接的晶體管。
20. 如權(quán)利要求13所述的自混合自適應(yīng)偏置電路，其中，放大器是差分放大器，所述差分放大器具有與第一差分輸出信號相應(yīng)的第一差 分輸入信號和與第二差分輸出信號相應(yīng)的第二差分輸入信號，其中，信號采樣器對第一差分輸出信號進(jìn)行采樣，其中，混合器將采樣的輸出信號與第 一差分輸入信號進(jìn)行混合，以產(chǎn)生混合的信號。
全文摘要
提供了一種用于功率放大器的自混合自適應(yīng)偏置電路的系統(tǒng)和方法。所述自混合自適應(yīng)偏置電路包括混合器、低通濾波器或移相器、偏置供給塊。自混合自適應(yīng)偏置電路可根據(jù)輸入信號功率級產(chǎn)生自適應(yīng)偏置信號。由于輸入功率級升高，所以自適應(yīng)偏置電路增加偏置電壓或偏置電流，以使功率放大器與傳統(tǒng)的偏置技術(shù)相比在低功率操作水平節(jié)省電流消耗，并在高功率操作水平獲得更好的線性。此外，可使用自適應(yīng)偏置輸出信號來去除三階互調(diào)譜項(xiàng)(IM3)，以進(jìn)一步增強(qiáng)線性作為輔助效果。
文檔編號H03F1/02GK101764582SQ20091026107
公開日2010年6月30日 申請日期2009年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月24日
發(fā)明者喬伊·拉斯卡爾, 安奎煥, 李彰浩, 李洞護(hù) 申請人:三星電機(jī)株式會社;佐治亞科技研究公司