具有增強的線性度的分離偏置射頻功率放大器的制造方法
【專利摘要】公開了具有增強的線性度的分離偏置射頻功率放大器。射頻(RF)功率放大器(PA)可包括第一晶體管和第二晶體管。第一功率單元可與第一晶體管耦合，并且第二功率單元可與第二晶體管耦合。在實施例中，第一晶體管的尺寸可被設(shè)定為以第一電流密度工作，而第二晶體管的尺寸可被設(shè)定為以第二電流密度工作。
【專利說明】具有增強的線性度的分離偏置射頻功率放大器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開的實施例一般涉及射頻(RF)功率放大器(PA)領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]對于在無線通信中使用的RF PA，線性度會是非常重要的。一般地，線性度可以是RF PA的RF信號輸出如何隨著RF輸入信號增加而成線性的度量。換言之，線性度可以指的是RF PA的增益(有時稱為AM-AM失真，其中，AM可以指的是振幅調(diào)制)和相移(有時稱為AM-PM失真，其中，PM可以指的是相位調(diào)制)，并且可能期望增益和相位在RF信號輸入或輸出的范圍內(nèi)是恒定的，以使得一個信號輸入處的RF PA的增益和相位與另一信號輸入處的RF PA的增益和相位大致相同。RF PA線性度的關(guān)鍵測量結(jié)果之一可以是ACPR(相鄰信道功率比)，其可以是總的相鄰信道功率(有時稱為互調(diào)信號)與主信道功率(有時稱為有用信號)之間的比率的度量。
[0003]現(xiàn)有的RF PA可包括被設(shè)計成對功率放大器進行偏置以改進線性度的偏置電路。偏置電路可使用諸如異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT)的雙極晶體管、諸如金屬氧化物半導體場效應晶體管(M0SFET)的場效應晶體管、金屬半導體場效應晶體管(MESFET)、偽形態(tài)高電子遷移率晶體管(PHEMT)或者上述的組合(諸如雙極場效應晶體管(BiFET)和/或雙極高電子遷移率晶體管(BiHEMT))。然而，與偏置電路無關(guān)，當RF PA的RF輸入信號增加時，現(xiàn)有的RF PA仍可在RF PA的輸出信號中呈現(xiàn)出非線性失真。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本公開的實施例提供了具有增加的RF信號線性度的RF PA的技術(shù)和配置。在實施例中，第一晶體管可與第一功率單元耦合，并且第二晶體管可與第二功率單元耦合。第一晶體管和第二晶體管的尺寸可被設(shè)定為使得第二晶體管可比第一晶體管大得多。類似地，第一功率單元和第二功率單元的尺寸可被設(shè)定為使得第二功率單元比第一功率單元大得多。通過以此方式配置RF PA，可將第二功率單元的輸出偏置升高以使得RF PA的增益和相位呈現(xiàn)出增加的線性度響應。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種功率放大器，包括:第一晶體管，尺寸被設(shè)定為以第一電流密度工作；第二晶體管，尺寸被設(shè)定為以第二電流密度工作，所述第一晶體管與所述第二晶體管耦合；第一功率單元，包括與所述第一晶體管耦合的第三晶體管，所述第一晶體管被配置成對所述第一功率單元進行偏置；以及第二功率單元，包括與所述第二晶體管耦合的多個晶體管，所述第二晶體管被配置成對所述第二功率單元進行偏置。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種方法，包括:將第一晶體管的輸入耦合到電源，所述第一晶體管是基于第一電流密度來設(shè)定尺寸的；將第二晶體管的輸入耦合到所述電源，所述第二晶體管是基于第二電流密度來設(shè)定尺寸的；將所述第一晶體管的第一端子與所述第二晶體管的第一端子耦合；將包括第三晶體管的第一功率單元的輸入與所述第一晶體管的第二端子耦合；以及將包括多個晶體管的第二功率單元的輸入與所述第二晶體管的第二端子耦合。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種系統(tǒng)，包括:電源；以及功率放大器，與所述電源稱合。該功率放大器包括:第一晶體管，尺寸被設(shè)定為以第一電流密度工作，所述第一晶體管與所述電源耦合；第二晶體管，尺寸被設(shè)定為以第二電流密度工作，所述第二晶體管與所述電源耦合；第一功率單元，包括與所述第一晶體管耦合的第三晶體管；以及第二功率單元，包括與所述第二晶體管耦合的多個晶體管。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]通過以下結(jié)合附圖的詳細描述，將容易理解實施例。為了便于該描述，相同的附圖標記指示相同的結(jié)構(gòu)元件。在附圖的各圖中作為示例而不是作為限制示出了實施例。
[0009]圖1示意性地示出了根據(jù)各個實施例的RF PA的電路圖。
[0010]圖2示意性地示出了根據(jù)各個實施例的RF PA的電路圖。
[0011]圖3示出了根據(jù)各個實施例的構(gòu)造RF PA的處理。
[0012]圖4是根據(jù)各個實施例的第一電壓相比于RF PA中的輸出功率的仿真結(jié)果。
[0013]圖5是根據(jù)各個實施例的第二電壓相比于RF PA中的輸出功率的仿真結(jié)果。
[0014]圖6是根據(jù)各個實施例的增益相比于兩個不同電路的輸出功率的仿真結(jié)果。
[0015]圖7是根據(jù)各個實施例的相鄰信道功率比(ACPR)相比于兩個不同電路的輸出功率的仿真結(jié)果。
[0016]圖8示意性地示出了根據(jù)各個實施例的包括RF PA的示例系統(tǒng)。
[0017]圖9示意性地示出了根據(jù)各個實施例的RF PA的電路圖。
[0018]圖10是根據(jù)各個實施例的相移相比于兩個不同電路的輸出功率的仿真結(jié)果。

【具體實施方式】
[0019]本公開的實施例提供了具有增加的RF信號線性度的RF PA的技術(shù)和配置。在實施例中，第一晶體管可與第一功率單元耦合，并且第二晶體管可與第二功率單元耦合。第一晶體管和第二晶體管的尺寸可被設(shè)定為使得第二晶體管可比第一晶體管大得多。類似地，第一功率單元和第二功率單元的尺寸可被設(shè)定為使得第二功率單元比第一功率單元大得多。通過以此方式配置RF PA，可將第二功率單元的輸出偏置升高以使得RF PA的增益和相位呈現(xiàn)出增加的線性度響應。
[0020]在以下詳細描述中，參照構(gòu)成詳細描述的一部分的附圖，在附圖中，相同的附圖標記始終指示相同的部分，并且作為可實踐本公開的主題的說明實施例示出了附圖。應理解，可利用其它實施例，并且在不背離本公開的范圍的情況下可進行結(jié)構(gòu)或邏輯改變。因此，以下詳細描述不應以限制性意義來理解，并且實施例的范圍由所附權(quán)利要求及其等同方案來限定。
[0021]為了本公開的目的，短語“A和/或B”表示(A)、⑶或者(A和B)。為了本公開的目的，短語“A、B和/或C”表示(A)、(B)、(C)、(A和B)、(A和C)、(B和C)或者(A、B和C)。
[0022]描述可使用短語“在一個實施例中”或者“在實施例中”，其可以指的是相同或不同實施例中的一個或多個。此外，關(guān)于本公開的實施例所使用的術(shù)語“包括(comprising)”、“including(包含)”、“具有(having) ”等是同義的。術(shù)語“耦合”可指的是直接連接、間接連接或者間接通信。
[0023]在這里可使用術(shù)語“與…耦合”以及其衍生詞?！榜詈稀笨杀硎疽韵轮械囊粋€或多個?！榜詈稀笨梢馕吨鴥蓚€或更多個元件處于直接物理接觸或電接觸。然而，“耦合”還可意味著兩個或更多個元件間接彼此接觸，但是仍彼此配合或交互，并且可意味著一個或多個其它元件耦合或者連接在被認為彼此耦合的元件之間。
[0024]如上所述，RFPA 可包括一個或多個 HBT、BiFET、BiHEMT、MOSFET、MESFET 或者PHEMT。然而，RF PA可呈現(xiàn)出非線性特性。圖1描繪了可呈現(xiàn)出增加的線性度特性的RFPA100。在實施例中，RF PA100可與RF PA100內(nèi)的電源102 (諸如電池或者可提供固定參考電壓(VDD)的某個其它電源)耦合。RF PA100可包括第一晶體管104和第二晶體管106。如圖1所示，第一晶體管104的柵極和第二晶體管106的柵極可相互耦合。在實施例中，第一晶體管104和/或第二晶體管106可以是MESFET。第一晶體管104和第二晶體管106均可具有源極端子(在圖1中以字母“S”指示)和漏極端子。如圖1所示，第一晶體管104的漏極端子和第二晶體管106的漏極端子可相互耦合。第一晶體管104的柵極和第二晶體管106的柵極可通過參考電阻器108與電源102耦合。第一晶體管104的源極端子可經(jīng)由反饋電阻器112與雙極晶體管110的基極端子耦合。類似地，第一晶體管104的柵極端子和第二晶體管106的柵極端子可與雙極晶體管的集電極端子耦合。在一些實施例中，雙極晶體管110可以是異質(zhì)結(jié)雙極晶體管。在一些實施例中，如所示出的，雙極晶體管110可以是BiFET或者BiHEMT晶體管。在圖1未示出的其它實施例中，雙極晶體管110可以不是雙極的，而是替代地可以是M0SFET、MESFET或PHEMT晶體管。如圖1所示，雙極晶體管110的發(fā)射極端子可與地耦合。
[0025]在實施例中，第一晶體管104的源極端子可經(jīng)由第一線路116與第一功率單元114耦合。如圖1所示，第一功率單元114可由虛線來表示。在實施例中，如圖1所示，第一功率單元114可包括第一功率單元結(jié)構(gòu)，該第一功率單元結(jié)構(gòu)包括與第一雙極晶體管122的基極端子稱合的第一電阻器118和第一電容器120。在一些實施例中，第一雙極晶體管122可以是異質(zhì)結(jié)雙極晶體管。在一些實施例中，第一雙極晶體管122可以是BiFET或者BiHEMT。
[0026]第二晶體管106的源極端子可經(jīng)由第二線路126與第二功率單元124耦合。第二功率單元124可由圖1中的虛線來表示。在實施例中，第二功率單元124可包括與第一功率單元114的功率單元結(jié)構(gòu)類似的多個功率單元結(jié)構(gòu)。具體地，第二功率單元124可包括第二功率單元結(jié)構(gòu)128，該第二功率單元結(jié)構(gòu)128包括第二電阻器130、第二電容器132和第二雙極晶體管134。第二功率單元124可另外包括諸如第三功率單元結(jié)構(gòu)136的一個或多個其它功率單元結(jié)構(gòu)。在一些實施例中，第二功率單元124可具有如圖1中的虛線所示的多達十五個功率單元結(jié)構(gòu)和十五個功率單元結(jié)構(gòu)138。在一些實施例中，第二雙極晶體管134可以是異質(zhì)結(jié)雙極晶體管。在一些實施例中，第二雙極晶體管134可以是BiFET或者BiHEMT。在一些實施例中，第一功率單元114可具有數(shù)量增加的功率單元結(jié)構(gòu)。在一些實施例中，第二功率單元124可具有多于或少于十五個的功率單元結(jié)構(gòu)。
[0027]在實施例中，第二功率單元124中的功率單元結(jié)構(gòu)128、136和138中的每一個的電阻器可經(jīng)由第二線路126與第二晶體管106的源極端子耦合。在實施例中，第二功率單元124中的每個雙極晶體管(例如，第二雙極晶體管134)的發(fā)射極可彼此耦合并且經(jīng)由發(fā)射極-地線140耦合到地。如所示出的，第一功率單元114中的第一雙極晶體管122的發(fā)射極可同樣地與地耦合。
[0028]第二功率單元124中的每個雙極晶體管(例如，第二雙極晶體管134)的集電極可相互耦合并且經(jīng)由第一集電極線142與第一功率單元114中的第一雙極晶體管122的集電極耦合。類似地，每個功率單元結(jié)構(gòu)的電容器(例如，第一功率單元114的第一電容器120和第二功率單元124的第二電容器132)可經(jīng)由第三電力線144相互耦合。
[0029]第三電力線144可與被配置成將輸入電壓或功率提供到RF PA100的RF輸入146耦合。第一集電極線142可與被配置成將操作電壓提供到RF PA100的操作功率或電壓輸入148耦合。在實施例中，操作功率輸入148可與電感器150耦合。在一些實施例中，第一集電極線還可與RF輸出功率152耦合。在一些實施例中，RF輸出功率152可與匹配網(wǎng)絡(luò)(未不出)f禹合。
[0030]圖1所示的RF PA100相對于其他的現(xiàn)有RF PA呈現(xiàn)出增加的線性度。具體地，第一晶體管104和第二晶體管106兩者的使用可被認為是將現(xiàn)有RF PA的MOSFET、MESFET、PHEMT、BiFET或BiHEMT分離成兩個晶體管。第一晶體管104的器件尺寸可小于第二晶體管106。例如，在一個實施例中，第一晶體管104的器件尺寸可為大約40 μ m2，并且第二晶體管106的器件尺寸可為大約1200μπι2。該差別的結(jié)果可以是，第一晶體管104的尺寸可被設(shè)定為以相對高的電流密度工作，而第二晶體管106的尺寸可被設(shè)定為以相對低的電流密度工作。電流密度可被定義為根據(jù)該晶體管的器件尺寸劃分的通過晶體管的電流。
[0031]在實施例中，將第一晶體管104和第二晶體管106的尺寸設(shè)定為以不同電流密度工作可涉及:選擇第一晶體管104和第二晶體管106的器件尺寸的比率以及第一功率單元114和第二功率單元124的功率單元尺寸的比率。如果第一晶體管104和第二晶體管106的器件尺寸的比率不同于第一功率單元114和第二功率單元124的功率單元尺寸的比率，則第一晶體管104和第二晶體管106可被認為以不同電流密度工作。
[0032]另外，現(xiàn)有RF ΡΑ的RF功率單元可被分離為兩個部分，第一功率單元114和第二功率單元124。從圖1可以看出，第一功率單元114可比第二功率單元124小。例如，第一功率單元114可僅包含單個功率單元結(jié)構(gòu)，而第二功率單元124可包含多個功率單元結(jié)構(gòu)。如所指出的，在一些實施例中，第二功率單元124可包含多達十五個功率單元結(jié)構(gòu)，而在其它實施例中，第二功率單元124可包括更多或更少的功率單元結(jié)構(gòu)。
[0033]在實施例中，參考電阻器108可用來為雙極晶體管110的集電極設(shè)置參考電流。另夕卜，反饋電阻器112可感測第一線路116中的電壓改變。第一線路116的電壓可被描述為Vblo第二線路126的電壓可被描述為Vb2。
[0034]從圖1可以看出，第一功率單元114、反饋電阻器112、雙極晶體管110和第一電阻器104可形成以閉環(huán)偏置電路作為電流反射鏡的PA。換言之，晶體管112的靜態(tài)電流可根據(jù)晶體管110的集電極處的參考電流來設(shè)置，其可以與通過電阻器108的電流相同。相比之下，第二功率單元124和第二晶體管106可形成具有開環(huán)偏置電路的PA。換言之，功率單元124中的晶體管的靜態(tài)電流可不直接根據(jù)晶體管110的集電極處的參考電流來設(shè)置。相反，功率單元124中的晶體管的靜態(tài)電流可直接根據(jù)通過晶體管106的電流來設(shè)置。由于晶體管104和106各自的柵極可耦合，因此晶體管106的柵極電壓可以是與晶體管104的柵極電壓相同的電壓，其可通過上述的閉環(huán)電流反射鏡偏置來設(shè)置。晶體管106的源極端子電壓可接近功率單元124中的晶體管(例如，晶體管134)的基極發(fā)射極結(jié)電壓Vbe。另夕卜，由于晶體管134和晶體管122可以是具有相同工藝的相同類型的雙極晶體管，因此功率單元124的基極發(fā)射極結(jié)電壓Vbe可非常接近功率單元114中的晶體管122的基極發(fā)射極結(jié)電壓Vbe。由于晶體管104的柵極電壓和晶體管106的柵極電壓可以是相同的，并且晶體管104的源極電壓和晶體管106的源極電壓可以是相同的或者非常接近，因此如果不考慮晶體管106的源極端子電壓隨著通過其的電流的改變，則通過晶體管106的電流與通過晶體管104的電流的比率可以與晶體管106和晶體管104的器件尺寸接近成比例。因此，在該情況下，晶體管104和晶體管106的電流密度可以是相同的。
[0035]然而，當設(shè)定晶體管104和晶體管106的尺寸以及功率單元124和功率單元114的尺寸時，通過晶體管106的電流可在晶體管106處引起與晶體管104相比不同的源極端子電壓。進而，晶體管106的不同源極端子電壓可改變通過晶體管106的電流以及晶體管106的電流密度。
[0036]例如，由于晶體管104和晶體管106的源極端子電壓可接近彼此，因此如果晶體管104和晶體管106的器件尺寸比率是大約1:30，則通過晶體管106的電流可以是通過晶體管104的電流的大約30倍。另外，如果功率單元124的尺寸被設(shè)定為功率單元114的尺寸的大約15倍，則通過功率單元124的每個晶體管的基極的電流可以是通過功率單元114的晶體管的基極的電流的大約兩倍。
[0037]另外，在每個晶體管的基極處可存在具有相同值的基極鎮(zhèn)流電阻器(例如，電阻器118和電阻器130)。因此，功率單元124的基極鎮(zhèn)流電阻器兩端的電壓降可以是功率單元114的基極鎮(zhèn)流電阻器兩端的電壓降的大約兩倍。如上所述，由于相同類型的晶體管的相同工藝，因此功率單元114和功率單元124的晶體管的基極發(fā)射極結(jié)電壓Vbe可以是相同的。功率單元124的基極鎮(zhèn)流電阻器上的較高電壓降可使得晶體管106的源極端子電壓比晶體管104的源極端子電壓高。當柵極電壓和晶體管類型相同時，如上所討論的，雖然晶體管106的尺寸仍可以是晶體管104的尺寸的兩倍，但是較高的源極端子電壓可使得通過晶體管106的實際電流小于通過晶體管106的電流的兩倍。
[0038]因此，在該示例中，晶體管106可具有比晶體管104低的電流密度。在其它示例中，晶體管104與晶體管106的不同比率可導致具有不同電流密度的通過晶體管106的不同電流。一般地，當設(shè)定晶體管104和晶體管106的器件尺寸以及設(shè)定功率單元114和功率單元124的器件尺寸時，可控制晶體管104和晶體管106的電流密度。
[0039]在操作中，隨著RF輸入146提供的RF輸入信號增加，第一線路116的電壓可下降。一般地，第二線路126的電壓可具有也下降的趨勢。第一線路116和第二線路126的電壓降可使得第一功率單元114和第二功率單元124的偏置點隨著RF輸入146處的輸入功率增加而下降。然而，當?shù)谝痪€路116的電壓下降時，到雙極晶體管110的基極的電流也可下降。到雙極晶體管110的基極的電流的下降可使得雙極晶體管110的集電極端子的電流也下降。如可以看出的，雙極晶體管110的集電極端子處的電流可與通過參考電阻器108的電流相同，因此參考電阻器108兩端的電壓降可減小。
[0040]如先前所指出的，電源102可提供固定參考電壓VDD。在實施例中，可認為VDD是在RF PA100的外部生成的。如上所指出的，RF輸入146提供的RF輸入信號的增加可導致參考電阻器108兩端的電壓降減小。由于VDD是固定電壓，因此參考電阻器108兩端的電壓降的減小可導致第一晶體管104和第二晶體管106的柵極端子處的電壓增大。
[0041]如上所指出的，第一晶體管104和第二晶體管106的尺寸可被設(shè)定為以不同電流密度工作。具體地，當選擇靜態(tài)工作點時，第一晶體管104的尺寸可被設(shè)定為以較高電流密度工作，而第二晶體管106的尺寸被設(shè)定為以較低電流密度工作。由于電流密度差，跨越第一晶體管104的柵極端子和源極端子的電壓可大于跨越第二晶體管106的柵極端子和源極端子的電壓。由于第一晶體管104的柵極和第二晶體管106的柵極是電耦合的，因此該電壓差可將第二線路126的電壓拉至高于第一線路116的電壓。將第二線路126的電壓拉至高于第一線路116的電壓可消除第二線路126的電壓下降的上述趨勢。
[0042]可通過適當?shù)卣{(diào)整第一晶體管104或第二晶體管106的器件尺寸來控制或調(diào)節(jié)第二線路126的該增加電壓。類似地，調(diào)整第一功率單元的部件(例如，第一雙極晶體管122)的尺度或尺寸或者第二功率單元的部件(例如，第二雙極晶體管134)的尺度或尺寸可同樣地影響第二線路126的增加電壓。另外，調(diào)整第一功率單元114或第二功率單元124中的功率單元結(jié)構(gòu)的數(shù)量的比率可同樣地影響第二線路126的增加電壓。在實施例中，可選擇第一晶體管104、第二晶體管106、第一功率單元114和/或第二功率單元124來向第二線路126的期望電壓改變提供來自RF輸入146的RF輸入信號功率增加。在實施例中，提供第二線路126的期望電壓改變可使得第二線路126的電壓保持大致相同，而與來自RF輸入146的RF輸入信號功率的增加無關(guān)。在其它實施例中，提供第二線路126的期望電壓改變可使得第二線路126的電壓隨著來自RF輸入146的RF輸入信號功率增加而增加，這可稱為“偏置升壓”。如以下關(guān)于圖4和圖5描述的，當?shù)诙€路126的電壓隨著來自RF輸入146的RF輸入信號功率增加而略微增加時，可發(fā)生第二線路126的期望電壓改變。
[0043]如這里所使用的，信號功率或功率可指的是以瓦特、毫瓦、dBm為單位的測量結(jié)果或者某種其它功率測量結(jié)果。信號功率的改變可指的是以毫瓦或某種其它單位的改變。在其它實施例中，信號功率的改變可指的是電壓和/或電流的改變。
[0044]一般地，可看出，第二線路126可為第二功率單元124提供偏置電流，該第二功率單元124可顯著大于如上所述的第一功率單元114。由于第二功率單元124可顯著大于第一功率單元114,因此第二功率單元124可放大RF PA100的RF輸入信號的大部分。因此，即使第一線路116的電壓可隨著RF輸入信號功率增加而減小，由于對第二線路126的偏置升壓影響，因此可改進RF PA100的總體線性度。
[0045]圖2示出了可與圖1的RF PA100類似的RF PA200。圖1的RF PA100與圖2的RF PA200之間的主要差別可以是，第一晶體管204可以是雙極晶體管而非MESFET型晶體管。類似地，圖2的RF PA200的第二晶體管206可以是雙極晶體管。在其它實施例中，RFPA的第一晶體管(例如，第一晶體管104或204)可以是MESFET型晶體管，而RF PA的第二晶體管(例如，第二晶體管106或206)可以是雙極型晶體管(或者反之亦然)。在其它實施例中，RF PA的第一晶體管和第二晶體管中的一個或兩個可以是金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)或者某種其它類型的場效應晶體管(FET)或者某種其它類型的雙極晶體管。
[0046]如圖2所示，第一晶體管204的發(fā)射極端子可與第一線路216耦合，進而可與第一功率單元214耦合。類似地，第二晶體管206的發(fā)射極端子可與第二線路226耦合，進而可與第二功率單元224耦合。
[0047]圖9示出了可與圖1的RF PA100或圖2的RF PA200類似的RF PA900。然而，在RF PA900中，第一功率單元914和第二功率單元924的晶體管可以不是雙極晶體管，而是可以是不同類型的晶體管，諸如MOSFET、MESFET、PHEMT或者某種其它類型的晶體管。具體地，第一晶體管922和第二晶體管934可以是非雙極晶體管，并且可以替代地是MOSFET、MESFET或者PHEMT。類似地，第三功率單元結(jié)構(gòu)936至第十五功率單元結(jié)構(gòu)938的晶體管可以不是雙極晶體管。如圖9所示，第一晶體管904、第二晶體管906和參考晶體管910可以不是雙極晶體管，而是可以是不同類型的晶體管，諸如MOSFET、MESFET、PHEMT或者某種其它類型的晶體管。
[0048]應理解，RF PA100.200以及900是不同實施例的示例，并且在其它實施例中，不同的晶體管可以是雙極晶體管或者非雙極晶體管。例如，在一些實施例中，第一功率單元和第二功率單元的晶體管可以是雙極晶體管，而第一晶體管和第二晶體管是非雙極晶體管。在一些實施例中，參考晶體管可以是雙極的(例如，雙極晶體管110)或者非雙極的(例如，參考晶體管910)。
[0049]圖3示出了用于構(gòu)造諸如RF PA100.200或900的RF PA的示例處理300。在實施例中，可在302將第一晶體管(例如，第一晶體管104、204或904)與電流/電壓源(例如，電源102、202或902)耦合。然后，可在304將第二晶體管(例如，第二晶體管106、206或906)與電流/電壓源耦合。然后，可在306將第一晶體管與第二晶體管耦合。例如，如圖1、圖2或圖9所示，第一晶體管和第二晶體管的柵極或基極可相互耦合。替選地，集電極端子和/或漏極端子可相互耦合。
[0050]然后，可在308將第一晶體管與第一功率單元(例如，第一功率單元114、214或914)耦合。類似地，可在310將第二晶體管與第二功率單元(例如，第二功率單元124、224或924)耦合。
[0051]各種操作以對理解要求保護的主題最有用的方式而依次被描述為多個離散操作。然而，描述的順序不應被解釋為暗示這些操作必須是依賴于順序的。特別地，這些操作可不以描述的順序來執(zhí)行。所描述的操作可以以不同于所描述的實施例的順序來執(zhí)行。在另外的實施例中，可執(zhí)行各種另外的操作和/或可省略所描述的操作。
[0052]圖4和圖5示出了由于RF PA (諸如RF PA100)的RF輸入信號功率增加而增加RF輸出信號功率的仿真結(jié)果。具體地，圖4示出了當例如通過增加RF輸入146處的RF輸入信號功率并且使用RF PA100對其進行放大而增大RF輸出信號功率時第一線路116處的仿真電壓。相比之下，圖5示出了當RF輸出信號功率增大時信號線126處的仿真電壓。如從圖4可以看出，第一線路的電壓可保持相對水平直到輸出信號功率在25dBm與30dBm(有時稱為dBmW)之間，在30dBm處，第一線路的電壓可開始顯著減小。相比之下，如從圖5可以看出，第二線路的電壓可隨著輸出信號功率增加而略微增大，直到輸出信號功率達到大致33dBm，此時，第二線路的電壓可顯著增加。第一或第二線路的電壓開始更顯著地改變的這些拐點可基于與第一晶體管104、第二晶體管106、第一功率單元114和/或第二功率單元124相關(guān)聯(lián)的特定值或尺度中的一個或多個。在圖5中還可看出，第二線路的電壓可隨著輸出信號功率增加而略微增加，直到輸出信號功率在大約33dBm達到拐點。第二線路的該電壓增加可基于以上關(guān)于圖1描述的偏置升壓效果。如所指出的，圖4和圖5的仿真結(jié)果僅是示例，并且在其它實施例中，由于第一晶體管104、第二晶體管106、第一功率單元114和/或第二功率單元124中的一個或多個的差別，所使用的值可以是不同的。
[0053]圖6可示出增加RF PA中的RF輸出信號功率的仿真結(jié)果。具體地，圖6可示出RFPA中的信號增益相對于現(xiàn)有電路和RF PA(諸如RF PA100)的輸出信號功率的仿真比較。第一條線600可示出與現(xiàn)有RF PA的以dBm為單位的輸出信號功率相比的、現(xiàn)有RF PA的輸出信號增益。相比之下，第二條線605可示出與RF PA (諸如RF PA100)的以dBm為單位的輸出信號功率相比的、RF PA(諸如RF PA100)的輸出信號增益。在圖6中，當輸出信號功率在從17dBm至21dBm(在該點處，現(xiàn)有的RF PA可開始呈現(xiàn)出非線性特性)之間時，現(xiàn)有的RF PA可具有相對線性的信號增益。具體地，在大約21dBm的輸出信號功率之后，信號增益可隨著輸出信號功率增加而變化。非線性信號增益特性可隨著輸出信號功率增加到大約31dBm(在該點處，RF PA可呈現(xiàn)出顯著的非線性信號增益特性)而增加。S卩，信號增益可隨著輸出信號功率增加而顯著變化。
[0054]相比之下，本公開的RF PA(例如，RF PA100)可隨著輸出信號功率從17dBm增加至25dBm而呈現(xiàn)出強線性增益特性，S卩，第一輸出信號功率的信號增益可與另一輸出信號功率的信號增益大致類似。當輸出信號功率達到并且超過大約25dBm時，諸如RF PA100的RFPA可開始呈現(xiàn)出稍微非線性的信號增益特性。因此，如從圖6可以看出，本公開的RF PA可呈現(xiàn)出顯著增加的線性特性。
[0055]圖10可示出增加根據(jù)本公開的RF PA中的RF輸出信號功率的仿真結(jié)果。具體地，圖10可示出RF PA中的信號相移相對于現(xiàn)有電路(線1000)和諸如RF PA100.200或900的RF PA(線1005)的輸出信號功率的仿真比較。如圖10所示，根據(jù)本公開的RF PA的相位(線1005)可顯著小于如線1000所示的現(xiàn)有RF PA的相位。圖7示出了現(xiàn)有電路和RFPA(諸如RF PA100)的ACPR與各個電路的輸出信號功率的仿真比較。具體地，第一條線700可表示與現(xiàn)有電路的輸出信號功率相比的該電路的ACPR。第二條線705可表示相對于RFPA (諸如RF PA100)的輸出信號功率的該RF PA的ACPR。在實施例中，期望ACPR隨著輸出信號功率增加而保持低。特別地，例如，在EDGE通信標準中，期望ACPR隨著輸出信號功率增加至29dBm與30dBm之間的PA的輸出功率(由圖7中的垂直虛線表示)而保持一般低于-57dBc(由圖7中的水平虛線來表示)。由于ACPR低可導致對相鄰信道的用戶的較少干擾，因此該相對低的ACPR會是所期望的。如在圖7中可以看出，現(xiàn)有電路的ACPR可高于29dBm與30dBm之間的輸出信號功率處的期望ACPR。相比之下，諸如RF PA100的RF PA的ACPR可保持低于-57dBc的ACPR閾值，直至RF PA的輸出信號功率達到大約31.5dBm。應理解，這些示例是針對RF PA(諸如RF PA100和現(xiàn)有RF PA)的一個實施例的仿真結(jié)果。在其它實施例中，線700或705的不同的ACRP斜率或截距可以是不同的。另外，在其它實施例中，對于ACPR的大約-57dBc的閾值和對于輸出功率的29.7dBm的閾值可以是不同的。
[0056]這里描述的RF PA(例如，RF PA100或200)的實施例以及包括這樣的RF PA的設(shè)備可被合并到各種其它設(shè)備和系統(tǒng)中。在圖8中不出了不例系統(tǒng)800的框圖。如所不出的，系統(tǒng)800包括PA模塊802，在一些實施例中PA模塊802可以是RF PA模塊。系統(tǒng)800可包括與如所示出的PA模塊802耦合的收發(fā)器804。PA模塊802可包括這里描述的一個或多個 RF PA (例如，RF PA100 或 200)。
[0057]PA模塊802可從收發(fā)器804接收RF輸入信號RFin。PA模塊802可對RF輸入信號RFin進行放大以提供RF輸出信號RFout。RF輸入信號RFin和RF輸出信號RFout均可以是傳送鏈的一部分，其在圖8中分別由TX-RFin和TX-RFout來標注。
[0058]放大后的RF輸出信號RFout可被提供到天線開關(guān)模塊(ASM) 806，該天線開關(guān)模塊806經(jīng)由天線結(jié)構(gòu)808而實現(xiàn)RF輸出信號RFout的空中(0ΤΑ)傳送。ASM806還可經(jīng)由天線結(jié)構(gòu)808接收RF信號以及沿著接收鏈將所接收到的RF信號Rx耦合到收發(fā)器804。
[0059]在各個實施例中，天線結(jié)構(gòu)808可包括一個或多個定向和/或全向天線，包括例如偶極天線、單極天線、貼片天線、環(huán)路天線、微帶天線或者適合于RF信號的0ΤΑ傳送/接收的任何其它類型的天線。
[0060]系統(tǒng)800可以是包括功率放大的任何系統(tǒng)。RF PA(例如，RF PA100或200)可提供可包括功率調(diào)節(jié)應用的功率開關(guān)應用的有效開關(guān)裝置，諸如，例如交流(AC)-直流(DC)轉(zhuǎn)換器、DC-DC轉(zhuǎn)換器、DC-AC轉(zhuǎn)換器等。在各個實施例中，系統(tǒng)800可具體用于以高射頻功率和頻率進行功率放大。例如，系統(tǒng)800可適用于地面和衛(wèi)星通信、雷達系統(tǒng)中的任意一個或多個以及可能地適用在各種工業(yè)和醫(yī)療應用中。更具體地，在各個實施例中，系統(tǒng)800可以是在雷達裝置、衛(wèi)星通信裝置、移動手機、蜂窩電話基站、廣播無線電或電視放大器系統(tǒng)中所選擇的一個。
[0061]盡管這里出于描述目的而示出和描述了某些實施例，但是在不背離本公開的范圍的情況下，被設(shè)想為實現(xiàn)相同目的的各種替選和/或等同實施例或?qū)嵤┓绞娇商鎿Q所示出和描述的實施例。該申請旨在覆蓋這里討論的實施例的任何修改或變化。因此，這里描述的實施例明確地旨在僅由權(quán)利要求及其等同方案來限制。
【權(quán)利要求】
1.一種功率放大器，包括: 第一晶體管，尺寸被設(shè)定為以第一電流密度工作； 第二晶體管，尺寸被設(shè)定為以第二電流密度工作，所述第一晶體管與所述第二晶體管率禹合; 第一功率單元，包括與所述第一晶體管耦合的第三晶體管，所述第一晶體管被配置成對所述第一功率單元進行偏置；以及 第二功率單元，包括與所述第二晶體管耦合的多個晶體管，所述第二晶體管被配置成對所述第二功率單元進行偏置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率放大器，其中，所述第一晶體管是雙極晶體管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率放大器，其中，所述第一晶體管包括第一基極；以及 其中，所述第二晶體管是包括與所述第一基極耦合的第二基極的雙極晶體管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率放大器，其中，所述第一晶體管是場效應晶體管。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的功率放大器，其中，所述第一晶體管包括第一柵極；以及 其中，所述第二晶體管是包括與所述第一柵極耦合的第二柵極的場效應晶體管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率放大器，其中，所述多個晶體管包括十五個晶體管。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率放大器，其中，所述第三晶體管包括第一集電極，以及所述多個晶體管中的各個晶體管包括各自的集電極，并且所述第一集電極與所述各自的集電極率禹合。
8.一種方法，包括: 將第一晶體管的輸入耦合到電源，所述第一晶體管是基于第一電流密度來設(shè)定尺寸的； 將第二晶體管的輸入耦合到所述電源，所述第二晶體管是基于第二電流密度來設(shè)定尺寸的； 將所述第一晶體管的第一端子與所述第二晶體管的第一端子耦合； 將包括第三晶體管的第一功率單元的輸入與所述第一晶體管的第二端子耦合；以及 將包括多個晶體管的第二功率單元的輸入與所述第二晶體管的第二端子耦合。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述第一晶體管是雙極晶體管。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述第一晶體管的輸入是第一基極； 其中，所述第二晶體管是雙極晶體管；以及 其中，所述第二晶體管的輸入是第二基極。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述第一晶體管是場效應晶體管。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述第一晶體管的輸入是第一柵極； 其中，所述第二晶體管是場效應晶體管；以及 其中，所述第二晶體管的輸入是第二柵極。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述多個晶體管包括十五個晶體管。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述第三晶體管包括第一集電極，以及所述多個晶體管中的每個晶體管分別包括各自的集電極，并且所述方法還包括將所述第一集電極與所述各自的集電極耦合。
15.—種系統(tǒng),包括: 電源；以及 功率放大器，與所述電源耦合，所述功率放大器包括: 第一晶體管，尺寸被設(shè)定為以第一電流密度工作，所述第一晶體管與所述電源耦合； 第二晶體管，尺寸被設(shè)定為以第二電流密度工作，所述第二晶體管與所述電源耦合； 第一功率單元，包括與所述第一晶體管耦合的第三晶體管；以及 第二功率單元，包括與所述第二晶體管耦合的多個晶體管。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中，所述第一晶體管是雙極晶體管。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中，所述第一晶體管包括第一基極，以及其中，所述第二晶體管是包括與所述第一基極耦合的第二基極的雙極晶體管。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中，所述第一晶體管是場效應晶體管。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中，所述第一晶體管包括第一柵極，以及其中，所述第二晶體管是包括與所述第一柵極耦合的第二柵極的場效應晶體管。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中，所述多個晶體管包括十五個晶體管。
21.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中，所述第三晶體管包括第一集電極，以及所述多個晶體管中的每個晶體管分別包括各自的集電極，并且所述第一集電極與所述各自的集電極率禹合。
22.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，還包括與所述功率放大器耦合的收發(fā)器。
【文檔編號】H03F3/189GK104348424SQ201410381607
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年8月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月5日
【發(fā)明者】韓海林, 埃齊奧·佩龍 申請人:特里奎恩特半導體公司