射頻信號功率放大電路的制作方法
【專利摘要】本申請涉及射頻信號功率放大電路。提供一種RF放大器，包括支路，所述支路具有在第一供電節(jié)點和第二供電節(jié)點之間與電容器串聯連接的電感器，在電感器和電容器之間的連接點形成輸出節(jié)點。另一支路包括在輸出節(jié)點和第二供電節(jié)點之間與開關串聯連接的MOS晶體管。開關具有被耦合以接收第一輸入信號的控制節(jié)點。MOS晶體管具有被耦合以接收第二輸入信號的柵極。當施加經頻率/相位調制的信號作為第一輸入信號時，控制電路施加供電電壓作為第二輸入信號。當施加恒定頻率、相位和幅度的射頻信號作為第一輸入信號時，控制電路還施加可變信號作為第二輸入信號，并且在這種模式中，MOS晶體管被限制成作為電流源操作。
【專利說明】射頻信號功率放大電路
[0001]相關串請的交叉引用
[0002]本申請要求2015年4月14日提交的法國專利申請N0.15/53236的優(yōu)先權利益，其內容按照其整體上能夠由法律所允許的最大范圍通過引用的方式被并入本文。
技術領域
[0003]本公開內容涉及無線通信領域，并且更具體地涉及傳輸射頻信號的裝置。本公開內容更具體地涉及其中傳輸的射頻信號的功率放大。
【背景技術】
[0004]射頻信號傳輸裝置傳統上包括:用于產生將被傳輸的射頻信號的數字和/或模擬電路；用于對射頻信號進行放大的功率模擬電路；以及通常經由阻抗匹配和/或諧波濾波電路耦合至功率放大器的輸出的天線。
[0005]由這種裝置傳輸的射頻信號可以是經頻率調制的信號或經相位調制的信號，也就是恒定幅度的交流(AC)信號，將被傳輸的數據可以通過信號頻率或信號相位的變化來編碼。
[0006]作為一種變化形式，所傳輸的射頻信號可以是經幅度調制的信號，也就是恒定頻率的AC信號，將被傳輸的數據通過信號幅度的變化來編碼。
[0007]在傳輸經頻率調制的信號或經相位調制的信號的裝置中，功率放大器可以是所謂的E類放大器。這種類型的放大器實際上具有對恒定幅度的射頻信號的放大的高效率。
[0008]然而，E類放大器不具有線性工作狀態(tài)，并且因此不適于對經幅度調制的射頻信號進行放大。
[0009]在特定的應用中，希望交替地傳輸經頻率調制的射頻信號或經相位調制的射頻信號、或經幅度調制的射頻信號。
[0010]為了實現該目的，可能的解決方案是提供兩種不同的功率放大器，一種功率放大器適于對經頻率調制的信號或經相位調制的信號進行放大，而另一種功率放大器適于對經幅度調制的信號進行放大。然而，這會引起成本、體積和/或電力消耗方面的問題。

【發(fā)明內容】

[0011]因此，實施方式提供了一種射頻信號放大器，包括:第一支路，所述第一支路包括在施加直流(DC)供電電壓的第一節(jié)點和第二節(jié)點之間與第一電容器串聯連接的電感器，電感器和第一電容器的連接點形成用于耦合至負載的放大器的輸出節(jié)點；第二支路，所述第二支路包括在輸出節(jié)點和第二供電節(jié)點之間與第一開關串聯連接的第一 MOS晶體管，第一開關具有與施加輸入信號的第一節(jié)點耦合的控制節(jié)點，而第一 MOS晶體管的柵極耦合至施加輸入信號的第二節(jié)點；以及用于傳送二進制信號的電路，所述二進制信號表示在第一晶體管的漏源電壓和第一晶體管的柵源電壓與閾值電壓之差之間的差的符號。
[0012]根據一種實施方式，第一晶體管能夠作為經由第二輸入節(jié)點可控的電流源進行操作。
[0013]根據一種實施方式，第一開關是能夠作為開關進行操作的MOS晶體管，該MOS晶體管的柵極被耦合至第一輸入節(jié)點。
[0014]根據一種實施方式，第一 MOS晶體管的柵極氧化物比構成第一開關的MOS晶體管的柵極氧化物厚。
[0015]根據一種實施方式，所述電路包括:第二電容器和第二開關，所述第二電容器和第二開關能夠對電壓進行采樣，所述電壓表示當第一開關處于接通狀態(tài)時在輸出節(jié)點上保持的電壓；以及與第一 MOS晶體管類型相同的第二 MOS晶體管，其被以二極管方式安裝并且被偏置到其導通閾值，以二極管方式安裝的第二晶體管的漏極被耦合至第一晶體管的柵極。
[0016]根據一種實施方式，第二電容器具有耦合至第二供電節(jié)點的第一電極、以及通過第二開關被連接至輸出節(jié)點的第二電極；而且，以二極管方式安裝的第二晶體管的源極通過電流源被連接至第二供電節(jié)點，放大器還包括比較器，所述比較器具有與第二電容器的第二電極連接的第一輸入端，并且具有與以二極管方式安裝的第二晶體管的源極連接的第二輸入端。
[0017]根據一種實施方式，第二電容器具有與第二供電節(jié)點耦合的第一電極、以及與第一分壓橋的中點耦合的第二電極，所述第一分壓橋將輸出節(jié)點耦合至第二供電節(jié)點；并且，以二極管方式安裝的第二晶體管的源極通過第二分壓橋被耦合至第二供電節(jié)點，所述放大器還包括比較器，所述比較器具有與第二電容器的第二電極耦合的第一輸入端，并且具有與第二分壓橋的中點耦合的第二輸入端。
[0018]根據一種實施方式，所述二進制信號是所述比較器的輸出信號。
[0019]根據一種實施方式，第二開關具有與第一開關的控制節(jié)點耦合的控制節(jié)點。
[0020]另一個實施方式提供一種射頻信號傳輸裝置，所述射頻信號傳輸裝置包括上面所描述的類型的放大器，該裝置能夠將所述放大器交替地控制到第一操作模式和第二操作模式:當第一晶體管的柵極被耦合至第一供電節(jié)點時將所述放大器控制到第一操作模式，并且，其中經頻率調制的射頻信號或經相位調制的射頻信號被施加到第一輸入節(jié)點；以及當向第一輸入節(jié)點施加恒定頻率、相位和幅度的射頻信號的情況下將所述放大器控制到第二操作模式，其中向第二輸入節(jié)點施加用于控制由第二晶體管傳送的電流的可變信號。
【附圖說明】
[0021]在下面結合附圖的各個【具體實施方式】的非限制性的描述中，將詳細討論前面描述的以及其它的特征和優(yōu)點，其中:
[0022]圖1是能夠傳輸經頻率調制的信號或經相位調制的信號的射頻傳輸裝置的示例的電路圖；
[0023]圖2A、圖2B和圖2C是說明圖1中的裝置的操作的時序圖；
[0024]圖3是能夠傳輸經頻率調制的信號或經相位調制的信號以及經幅度調制的信號的射頻傳輸裝置的示例的簡化電路圖；
[0025]圖4A、圖4B和圖4C是說明圖3中的裝置的操作的時序圖；
[0026]圖5是圖3中的裝置的實施方式的更詳細的電路圖；
[0027]圖6是說明MOS晶體管的操作的示意圖；
[0028]圖7是能夠傳輸經頻率調制的信號或經相位調制的信號以及經幅度調制的信號的射頻傳輸裝置的實施方式的簡化電路圖；以及
[0029]圖8是圖7中的裝置的可替代的實施方式的電路圖。
【具體實施方式】
[0030]在不同附圖中用相同的參考標記標示相同的元件，而且各個附圖也不是按比例繪制。為了清楚起見，僅僅示出并且詳細說明了對于理解所描述的實施方式有用的那些元件。特別是，當示出和描述射頻信號傳輸裝置時，僅僅具體說明了用于對射頻信號的功率進行放大的電路。沒有詳細說明布置在功率放大器的上游和下游的電路，所描述的實施方式與布置在射頻信號功率放大器的上游和下游的常用電路相兼容。在本文中，射頻信號是具有在從3kHz至300GHz的范圍內的頻率的信號，例如，具有在從10MHz至10GHz的范圍內的頻率的信號。而且，在本文中，術語“連接”被用來指代例如借助于一條或多條導電跡線的直接電連接，而沒有中間電子部件，而術語“耦合”或術語“鏈接”被用來指代直接電連接(此時是指“連接”)或經由一個或多個中間部件(電阻器、電容器、晶體管等)進行連接。除非另外指明，否則表述“近似”、“基本上”、以及“在…的量級”是指處于10%的范圍之內，優(yōu)選地處于5%的范圍之內。
[0031]圖1是能夠傳輸經頻率調制的信號或經相位調制的信號的射頻傳輸裝置的示例的電路圖。
[0032]圖1中的裝置包括能夠產生已經經頻率調制或相位調制的射頻信號s的電路(未示出)。信號s是交流(AC)信號，其具有恒定的包絡，其中頻率或相位的變化對將被傳輸的數據進行編碼。例如，輸入信號s是方波電壓。
[0033]圖1中的裝置還包括功率放大器100，功率放大器100包括用于接收信號s的輸入節(jié)點IN以及提供信號S的輸出節(jié)點0UT，信號S是信號s的放大鏡像。功率放大器100是所謂的E類放大器。放大器100包括在施加直流(DC)電壓的節(jié)點VBAT和節(jié)點GND之間與電容器Csw串聯的電感器L，放大器的輸出節(jié)點OUT被耦合至電感器L和電容器Csw的連接點。在所示出的示例中，節(jié)點VBAT用于接收供電電壓的高電位，而節(jié)點GND用于接收供電電壓的低電位(例如，對應于接地)。電感器L耦合節(jié)點VBAT和節(jié)點0UT，而電容器Csw耦合節(jié)點OUT和節(jié)點GND。放大器100還包括與電容器Csw并聯的開關SW，例如，該開關是MOS晶體管，其將節(jié)點OUT耦合至節(jié)點GND。開關SW的控制節(jié)點被耦合至放大器的輸入節(jié)點IN。
[0034]圖1中的裝置還包括與放大器100的輸出節(jié)點OUT耦合的天線110。可以在節(jié)點OUT和天線110之間提供阻抗匹配和/或諧波濾波電路112。
[0035]現在將結合圖2A、圖2B和圖2C對圖1中的射頻傳輸裝置的操作進行描述，而且特別是對放大器100的操作進行描述。
[0036]圖2A、圖2B和圖2C是分別示出了施加在放大器100的輸入端上的信號s的時間變化、流經開關SW的電流Isw的時間變化、以及電容器Csw兩端的電壓Vesw的時間變化的時序圖。
[0037]在該示例中，信號s是方波電壓，例如，其以放大器100的低供電節(jié)點GND為參考。當信號s處于低狀態(tài)時，開關SW為非導通，并且電流Isw基本上為零。當信號s處于高狀態(tài)時，開關SW接通，并且電壓Vesw基本上為零。當信號S從高狀態(tài)切換至低狀態(tài)時，電壓Vsw增大到最大值，并且隨后減小直到它抵消。當信號s從低狀態(tài)切換至高狀態(tài)時，電流1一曽大到最大值并且隨后減小。
[0038]通過對從放大器的輸出節(jié)點OUT觀察到的電荷阻抗R1 (例如，對應于天線110的阻抗)、以及開關SW的平均開關頻率的考慮，來選擇電感器L和電容器Csw的值，使得在開關SW從斷開狀態(tài)切換至接通狀態(tài)時電壓Vesw基本上為零。放大器100隨后像通過開關SW同步的RLC諧振器(&、L、Csw) 一樣操作。對于給定的電感器L、電容器Csw、以及供電電壓VBAT，由放大器傳送的功率的包絡是恒定的。因此，放大器100將很好地適應經頻率調制的射頻信號或經相位調制的射頻信號(具有恒定功率包絡)的傳輸，但是卻不能實現對經幅度調制的射頻信號(具有可變功率包絡)進行放大。
[0039]圖3是能夠傳輸經頻率調制的信號或經相位調制的信號以及經幅度調制的信號的射頻傳輸裝置的示例的簡化電路圖。
[0040]圖3的裝置包括功率放大器300，功率放大器300包括兩個輸入節(jié)點INl和IN2，它們用于分別接收由電路(未示出)傳送的信號Si和信號s2，從而產生將被傳輸的射頻信號。放大器300包括用于傳送將被傳輸的經過放大的射頻信號S的節(jié)點OUT。如在圖1中的示例中示出的，圖3的裝置包括例如經由阻抗匹配和/或諧波濾波電路112而與放大器的輸出節(jié)點OUT耦合的天線110。
[0041]如圖1的示例中那樣，圖3中的裝置的放大器300包括在施加D.C.供電電壓的節(jié)點VBAT和節(jié)點GND之間與電容器Csw串聯的電感器L，電感器L將節(jié)點VBAT耦合至節(jié)點0UT，而電容器Csw將節(jié)點OUT耦合至節(jié)點GND。放大器300還包括與電容器C sw并聯的開關
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[0042]圖3中的放大器300實質上與圖1中的放大器100的不同之處在于，其包括與節(jié)點OUT和節(jié)點GND之間的開關SW串聯的可控電流源302，例如MOS晶體管。在所示出的示例中，電流源302將節(jié)點OUT連接至開關SW，而開關SW將電流源302連接至節(jié)點GND。開關SW的控制節(jié)點被連接至放大器的輸入節(jié)點INl，而電流源302的控制節(jié)點被耦合至放大器的輸入節(jié)點IN2。
[0043]圖3中的傳輸裝置能夠交替操作在第一操作模式和第二操作模式中，其中在第一操作模式中裝置傳輸經頻率調制的射頻信號或經相位調制的射頻信號(具有恒定包絡)，而在第二操作模式中裝置傳輸經幅度調制的射頻信號(具有可變包絡)。
[0044]在第一操作模式中(傳輸經頻率調制的信號或經相位調制的信號)，經由射頻信號產生電路傳送并且被施加到放大器的輸入節(jié)點INl的信號Si對應于將被傳輸的信號。例如，信號Si是恒定幅度的方波電壓，其頻率和/或相位根據將被傳輸的數據而變化。信號s2是恒定的信號，用于控制電流源302的激活。在這種操作模式中，電流源302作為低值的電阻器或作為導線進行操作。流經開關SW的電流因此不受電流源302的限制，并且放大器300基本上以與圖1中的放大器100相同的方式進行操作。
[0045]在第二操作模式中(傳輸經幅度調制的信號)，被施加到放大器300的輸入端INl的信號Si是具有恒定頻率、相位和幅度的周期信號，例如，周期性方波AC電壓。經由放大器的輸入端IN2來施加射頻信號的幅度調制。更具體地，施加到節(jié)點IN2的信號s2是將被傳輸的已調制信號的包絡的鏡像。當開關處于接通狀態(tài)時(信號Si處于高狀態(tài))，開關SW中的電流由電流源302產生，所產生的電流的值根據與施加到節(jié)點IN2的包絡信號s2相同的方式而變化。放大器300的輸出信號S的功率因此根據與包絡信號s2相同的方式而變化。因此，裝置傳輸經幅度調制的射頻信號。
[0046]圖4A、圖4B和圖4C是更加詳細地說明圖3中的裝置的第二操作模式(傳輸幅度調制信號)的時序圖。更具體地，圖4A、圖4B和圖4C分別示出了施加在放大器300的輸入端INl的信號Si的時間變化、流經開關SW的電流Isw的時間變化、以及電容器Csw兩端的電壓Vcsw的時間變化。在圖4B和圖4C中，實線形式的曲線示出了對電流源302進行控制(經由信號s2)以傳送電流Ilreakl的情況，而虛線形式的曲線示出了對電流源302進行控制以傳送比電流I_k/j、的電流I _k2的情況。
[0047]在這個示例中，信號Si是方波電壓，例如，其以放大器300的低供電節(jié)點GND為參考。當信號Si處于低狀態(tài)時，開關SW為非導通，且電流Isw基本上為零。當信號Si切換至高狀態(tài)時，開關SW接通。電流Isw隨后迅速地增大到由電流源302所傳送的最大值，并且隨后保持在這個值，直到開關SW的下一次切換。電容器Csw兩端的電壓Vesw按照信號Si的頻率、周期性地在基本上等于供電電壓VBAT的平均值附近變化，其變化幅度正比于電流源302所產生的電流值。
[0048]因此，圖3中的裝置有利地實現了借助于同一個功率放大器來根據應用需要傳輸經頻率調制的射頻信號或經相位調制的射頻信號或者經幅度調制的射頻信號。
[0049]如在圖4A至圖4C中所示出的，當圖3中的裝置傳輸經幅度調制的信號時，由電感器L、電容器Csw和從放大器觀察到的電荷阻抗R丨構成的諧振器RLC不再與開關SW同步。諧振器RLC作為受電流控制的復阻抗進行操作。特別是，電流IS#P電流C sw的相位不再相反，這導致了相對于第一操作模式(傳輸經頻率調制的射頻信號或經相位調制的射頻信號)的效率上的降低。
[0050]圖5是圖3中的裝置的實施方式的更詳細的電路圖。特別是，圖5更加詳細地示出了圖3中的放大器300，并且示意性地和部分地示出了用于產生對放大器300的電流源302進行控制的信號s2的電路501的實施方式。
[0051]在圖5的示例中，電流源302是N溝道MOS晶體管，其漏極連接至節(jié)點0UT，并且其源極經由開關SW耦合至節(jié)點GND。在這個示例中，開關SW是N溝道MOS晶體管，其源極連接至節(jié)點GND，并且其漏極連接至晶體管302的源極。晶體管SW的柵極被連接至放大器300的輸入節(jié)點IN1，而晶體管302的柵極被連接至放大器300的輸入節(jié)點IN2。用于在切換模式中進行操作的晶體管SW，優(yōu)選地是快速晶體管。例如，晶體管SW是具有比晶體管302薄的柵極氧化物的晶體管，旨在于在線性模式中進行操作。
[0052]電路501包括數模轉換器DAC。在這個示例中，轉換器DAC是電流輸出轉換器。轉換器DAC包括能夠接收m比特的控制信號的數字輸入端IN.，其中的m是大于I的整數，并且還包括能夠傳送與施加在輸入端IN.上的數字代碼成正比的電流I ■的模擬輸出OUT DAC。
[0053]電路501包括MOS晶體管503，其在轉換器DAC的輸出節(jié)點OUT.和節(jié)點GND之間與MOS晶體管505串聯。晶體管503與放大器300的晶體管302類型相同，具體而言，也就是說，它具有與晶體管302相同的導電類型(在所示出的示例中為N溝道)、以及與晶體管302相同的柵極氧化物厚度和相同的溝道長度。晶體管505與晶體管SW類型相同，具體而言，也就是說，它具有與晶體管SW相同的導電類型、以及與晶體管SW相同的柵極氧化物厚度和相同的溝道長度。優(yōu)選地，晶體管503、505、302、以及SW的尺寸(size)被確定為，使得晶體管302的溝道寬度和晶體管503的溝道寬度之間以及晶體管SW的溝道寬度和晶體管505的溝道寬度之間存在相同的比率n，優(yōu)選地，該比率η大于I。在所示出的示例中，晶體管503的漏極連接至節(jié)點OUT.，并且其源極連接至晶體管505的漏極；而晶體管505的源極連接至節(jié)點GND。晶體管503被以二極管方式安裝，也就是說，其漏極連接至其柵極。晶體管503的柵極還通過電阻器Rl被耦合至放大器300的輸入節(jié)點IN2。而且，電容器Cl將節(jié)點IN2耦合至節(jié)點GND。
[0054]電路501還包括開關Kl，例如MOS晶體管，其將節(jié)點IN2耦合至節(jié)點VBAT。
[0055]圖5中的裝置300進行如下操作。
[0056]在第一操作模式(傳輸經頻率調制的信號或經相位調制的信號)中，通過對其控制節(jié)點施加適當的信號將開關Kl維持在接通狀態(tài)。因此，在晶體管302在其柵極上觀察到的電位基本上等于裝置的高供電電位。晶體管302隨后處于低電阻狀態(tài)，并且在線性狀態(tài)操作，也就是說，電流源302被去激活。放大器300隨后可以作為結合圖1所討論的E類放大器的形式進行操作，將被放大的射頻信號被施加在放大器的輸入節(jié)點INl上。具體地，所傳輸的信號的功率水平不依賴于數模轉換器DAC的輸出電流I.。
[0057]在第二操作模式(傳輸經幅度調制的信號)中，開關Kl被保持在斷開狀態(tài)。晶體管302隨后作為由電路501根據施加在數模轉換器DAC的輸入端IN.上的數字代碼控制的電流源進行操作。更具體地，晶體管503和302形成了電流鏡，使得當開關SW處于接通狀態(tài)時(?目號si處于尚狀態(tài))，由晶體管302在開關SW中所廣生的電流Isw基本上等于n*I DAC,I.是轉換器DAC的輸出電流，而η —方面是晶體管302和晶體管503之間的尺寸比率，另一方面也是晶體管SW和晶體管505之間的尺寸比率。隨后的操作類似于或等同于已經結合圖3所描述的那些操作，也就是說，向轉換器的節(jié)點INl上施加恒定頻率、相位和幅度的周期性的射頻信號，射頻信號的幅度調制經由模數轉換器DAC被數字控制并且經由電流源302的控制節(jié)點ΙΝ2被施加。應該注意的是，當裝置在傳輸經幅度調制的信號中操作時，晶體管505可以通過在其柵極上施加適當的控制信號被永久保持在接通狀態(tài)。晶體管505是晶體管SW的縮放的鏡像，從而在晶體管503和晶體管302之間獲取電流的完美復制，當晶體管505被控制為處于接通狀態(tài)時晶體管505的柵極電位優(yōu)選地基本上等于當晶體管SW導通時晶體管SW的柵極電位，也就是說，基本上等于信號Si的高電位slH，例如在1.2V的量級上。當裝置在經頻率調制的信號傳輸或經相位調制的信號傳輸中進行操作時，晶體管505可以被控制為關斷狀態(tài)。電阻器Rl和電容器Cl構成RC濾波器，限制了由于晶體管SW的開關造成的寄生尚頻電流的汲取。
[0058]在圖5的組件中存在的問題是，當裝置被控制為第二操作模式(傳輸經幅度調制的射頻信號)時，應該確定晶體管302有效地作為電流源進行操作，也就是說，其總是有效保持在其飽和操作模式(或恒定電流范圍)，并且不進入其線性操作范圍。
[0059]在圖6中說明了該問題，圖6示意性地示出了 MOS晶體管中針對施加到晶體管上的三個不同的柵源電壓VGSUVGS2和VGS3的、漏源電流Ids根據漏源電壓V DS變化的曲線。如在圖6中示出的，對于施加到晶體管上的給定柵源電壓Vtis,晶體管具有所謂的第一線性操作范圍(框圖的左側部分)，其中電流IdsE比于漏源電壓Vds，并且具有所謂的第二飽和操作區(qū)域(框圖的右側部分)，其中電流1:?近似恒定，并且實質上取決于施加到晶體管上的柵源電壓Vtis。
[0060]在圖5中的裝置的幅度調制操作模式時，如果晶體管302進入了其線性操作范圍，那么流經晶體管302的電流不再由控制電路501設置，而是具體地隨著電容器Csw兩端的電壓Vsw而變化。因此，所傳輸的射頻信號的幅度調制不再由電路501進行控制。同時也產生了由放大器傳送的射頻信號的相位旋轉。那么所傳輸的信號不僅經過了幅度調制，而且還包括寄生的相位調制，該寄生的相位調制會污染由傳輸裝置所使用的頻段附近的頻段。
[0061]在實踐中，晶體管302進入其線性操作范圍的風險一直很高，這是因為電流源302所要求的電流很大，并且因為電容器Csw兩端的電壓Vesw的偏移的峰峰幅度很大。然而，對于由電流源302所傳送的給定電流密度，電容器Csw兩端的電壓Vesw的偏移取決于從放大器300的輸出節(jié)點OUT觀察到的負載阻抗R1，而該負載阻抗R1本身非常依賴于天線110的環(huán)境。因此，在晶體管302進入線性操作范圍之前可以向數模轉換器DAC的輸入端上施加的最大數字控制代碼取決于傳輸裝置的環(huán)境。
[0062]如在圖6中所示，當MOS晶體管的漏源電壓Vds變?yōu)樾∮谄鋿旁措妷篤 與其閾值電壓Vt之間的差時，MOS晶體管進入其線性操作范圍。
[0063]根據實施方式的一個方面，放大器300包括能夠對晶體管302的漏源電壓Vds和該晶體管的柵源電壓Vtis與該晶體管的閾值電壓V t之間的差進行比較的電路，該電路能夠確定晶體管302是處于其線性操作范圍還是處于其飽和操作范圍。
[0064]圖7是能夠傳輸經頻率調制的信號或經相位調制的信號以及經幅度調制的信號的射頻傳輸裝置的實施方式的簡化電路圖。
[0065]圖7中的裝置包括與圖5中的裝置相同的元件，而且以基本上相同的方式進行布置。圖7中的裝置與圖5中的裝置的不同在于，在圖7中的裝置中，放大器300還包括能夠對晶體管302的漏源電壓Vds和該晶體管的柵源電壓V 與該晶體管的閾值電壓V t之間的差進行比較的電路701。更具體地，電路701包括能夠傳送表示差Δ = (Vgs - Vt) -Vds的符號的二進制信號S(A)的輸出節(jié)點。
[0066]值Δ = (Vgs - Vt) - Vds可以被表示如下:Λ = (V G - Vs - Vt) - (Vd-Vs) = Vg - Vt -WpVs和Vd分別是晶體管302的柵極電壓、源極電壓和漏極電壓。在這個示例中，晶體管302的漏極被連接至放大器300的輸出節(jié)點0UT，電壓Vd對應于放大器300的輸出電壓。而且，晶體管302的柵極被連接至放大器300的輸入節(jié)點IN2，電壓Vs對應于放大器的輸入節(jié)點IN2的電壓。
[0067]圖7中的裝置中的電路701包括采樣電容器C2，該采樣電容器C2具有經由諸如MOS晶體管的開關K2耦合至節(jié)點OUT的電極，并且其另一電極耦合至節(jié)點GND。開關K2的控制節(jié)點被耦合至放大器300的輸入節(jié)點IN1。電路701還包括與晶體管302同一類型的參考晶體管703，具體而言，也就是說，它具有與晶體管302相同的導電類型(在所示出的示例中為N溝道)并且具有與晶體管302相同的柵極氧化物厚度和相同的溝道長度。在所示出的示例中，晶體管703的漏極被連接至節(jié)點IN2，而晶體管703的源極經由諸如電阻器的電流源705被耦合至節(jié)點GND。晶體管703以二極管方式進行安裝，即，其漏極被連接至其柵極。電路701還包括比較器707，該比較器707具有第一輸入端，例如，所述第一輸入端是被耦合至晶體管703的源極的正輸入端(+);并且還具有第二輸入端，例如，所述第二輸入端是被耦合至電容器C2的與節(jié)點GND相對的電極的負輸入端(_) (S卩，通過開關K2被耦合至節(jié)點OUT的電極)。比較器707的輸出是用于傳送電路701的二進制輸出信號S(A)的節(jié)點。
[0068]電路701操作如下。
[0069]當圖7中的裝置在經幅度調制的射頻信號的傳輸中操作時(開關Kl斷開)，開關K2與開關SW—樣，由相同的信號Si進行控制，并且以與開關SW相同的頻率進行開關。隨后，在電流流經晶體管302的各個階段期間(即，當開關SW處于接通狀態(tài)時)，節(jié)點OUT的電壓通過電容器C2進行采樣。實際上應該注意的是，為了確定晶體管302的操作范圍，將要與電壓Vtis -Vt?行比較的電壓Vds是晶體管302處于導通狀態(tài)時的電壓V DS。因此，電容器C2被充電至基本上等于晶體管302的漏極電壓Vd的電壓。而且，電流源705通過在晶體管302中產生小的電流流動，例如，I μ A量級的電流，將參考晶體管703偏置為導通狀態(tài)。那么，晶體管703的漏極和源極之間的電壓基本上等于該晶體管的閾值電壓，該閾值電壓與晶體管302的閾值電壓Vt相等(晶體管302和晶體管703本質相同)。那么，晶體管703的源極節(jié)點上的電壓基本上等于節(jié)點ΙΝ2上的電壓減去晶體管703的閾值電壓Vt，即，值為Vs - Vt。
[0070]因此，比較器707在其負輸入端上可見晶體管302的漏極電壓VD，并且在其正輸入端上可見晶體管302的柵極電壓Vti和閾值電壓V t之間的差。如果比較器707的輸出信號S(A)為高狀態(tài)，即，電壓Vd小于電壓Vt1-Vt,就可以推斷晶體管302在線性狀態(tài)操作。如果比較器707的輸出信號S(A)為低狀態(tài)，S卩，電壓Vd大于電壓H就可以推斷晶體管302實際上作為電流源進行操作。
[0071]例如，可以在校準階段期間提供，以確定可以向數模轉換器DAC的輸入端施加的最大數字控制代碼，而無需晶體管302進入線性操作模式。為了實現這一目的，例如，可以使施加在DAC轉換器的輸入端上的控制代碼以逐漸遞增的形式被提供，直到電路701的輸出切換狀態(tài)為止。作為一種變體，可以通過二分法或者任何其它適合的查找方法來執(zhí)行對最大可用控制代碼的查找。一旦確定了最大可用數字控制代碼，就可以通過控制電路(未示出)存儲該最大可用數字控制代碼。用于產生將被傳輸的射頻信號的電路隨后可以被配置成從不超出該代碼。例如，可以規(guī)律地重復傳輸裝置的校準，以適應裝置環(huán)境的可能的各種變化。
[0072]可以可選地提供對電路701進行去激活的工具，這些工具并未被示出。例如，這些工具可以被專門提供為，在校準的各個階段之外和/或當裝置在經頻率調制的射頻信號傳輸或經相位調制的射頻信號傳輸中操作時，對電路701進行去激活。
[0073]圖8是示出了圖7中的裝置的可替代的實施方式的電路圖。圖8中的裝置包括與圖7中的裝置共同的元件。在此將不對這些元件再次進行詳細說明。
[0074]圖8中的裝置能夠消除對圖7中的開關K2的依賴的限制，該開關K2應該能夠承受可能要比供電電壓VBAT高數倍的電壓。
[0075]圖8中的裝置與圖7中的裝置的本質上的不同在于，圖7中的電路701被替換成電路801，該電路801同樣能夠確定表征晶體管302的操作狀態(tài)的差Δ = (Vgs - Vt) - ^的符號，但是卻具有與圖7中的電路701不同的架構。
[0076]圖8中的電路801包括與圖7中的電路701共同的元件。在下文中，將僅對電路801和電路701之間的差異進行詳細描述。
[0077]圖8的裝置中的電路801包括電阻性和電容性的分壓橋，其中包括:第一支路，所述第一支路包括在節(jié)點OUT和節(jié)點GND之間與電阻器Rll串聯的電阻器RlO ;以及第二支路，該第二支路與所述第一支路并聯，并且包括在節(jié)點OUT和節(jié)點GND之間與電容器Cll串聯的電容器C10，第一支路的電阻器RlO和Rll的連接點M連接至第二支路的電容器ClO和Cll的連接點。電阻器RlO和電容器ClO被連接至節(jié)點0UT，而電阻器Rl I和電容器Cl I被連接至節(jié)點GND。例如，第一支路的各電阻器值的比率R10/R11與第二支路的各電容值的比率C11/C10基本上相等。因此，節(jié)點M的電壓是節(jié)點OUT的電壓例如以10的數量級的因子縮放的鏡像。
[0078]因此，該分壓器實現了將圖7中的開關K2替換成更小尺寸的開關K2，例如，簡單的薄氧化物MOS晶體管，例如，其與晶體管SW為同一類型，能夠由例如1.2V量級上的低電壓電平信號進行控制。
[0079]圖8中的電路801與圖7中的電路701之間的差異在于，在電路801中，與節(jié)點GND相對的采樣電容器C2的電極，不是如圖7的示例中所示出的、經由開關K2被耦合至節(jié)點0UT，而是被連接至節(jié)點M。
[0080]而且，在圖8的電路801中，電流源705被替換為將晶體管703的源極耦合至節(jié)點GND的兩個處于串聯關系的電阻器R12和R13。電阻器12被連接至晶體管703的源極，而電阻器13被連接至節(jié)點GND。電阻器Rl2和Rl3被選擇為使得比率R12/R13基本上等于比率R10/R11。因而，電阻器R12和R13的連接點M’上的電壓是晶體管703的源極電壓的縮放的鏡像，晶體管703的源極電壓和節(jié)點M’上的電壓之間的比例系數基本上與節(jié)點OUT上的電壓與節(jié)點M上的電壓之間的比例系數相同。
[0081]在電路801中，比較器707的正輸入端不是被連接至晶體管703的源極(如圖7中的示例所示)，而是被連接至節(jié)點M’。
[0082]因此，圖8中的電路801與圖7中的電路701的差異在于，在電路801中，比較器707不是直接比較電壓Vd和如圖7中的示例所示)，而是比較這些電壓的縮放的鏡像。這便于實現電壓采樣和比較操作。
[0083]作為非限制性的示例，電阻器R1、R10、R11、R12、R13和電容器Cl、C2、C10、Cll所采用的值分別位于從 IkQ 至 2kQ、9kQ、lkQ、900kQ、100kQ、100pF、lpF、50fF 和 450fF的范圍。
[0084]電路801的開關K2的控制信號可以可選地相對于開關SW的控制信號被延遲Λ t的延遲時間，例如，延遲時間A t的范圍從10皮秒到100皮秒，以對節(jié)點M’上的電壓和該電壓的采樣窗口之間可能的中心偏離進行補償。
[0085]已經描述了具體的實施方式。但是本領域的技術人員將想到各種變化、修改及改進。特別是，所描述的實施方式不限于結合圖7和圖8所描述的電路的各個示例，這些電路能夠確定表征晶體管302的操作狀態(tài)的差Δ = (Vgs - Vt) _^的符號。
[0086]而且，雖然僅僅給出了其中射頻信號傳輸裝置的MOS晶體管是N溝道晶體管的實施方式，但是本領域的技術人員將能夠通過將所有或部分N溝道MOS晶體管替換為P溝道MOS晶體管來獲取期望的操作。
[0087]這些變化、修改及改進旨在作為本公開的一部分，并且旨在落入本發(fā)明的精神和范圍之內。因此，前述描述僅僅是示例，而不是旨在進行限制。本發(fā)明僅僅由隨附的權利要求及其等同方案限定。
【主權項】
1.一種射頻信號功率放大器，包括: 第一支路，所述第一支路包括在施加直流(DC)供電電壓的第一節(jié)點和第二節(jié)點之間與第一電容器串聯連接的電感器，其中，所述電感器和所述第一電容器的連接點形成被配置成耦合至負載的所述放大器的輸出節(jié)點； 第二支路，所述第二支路包括在所述輸出節(jié)點和所述第二節(jié)點之間與第一開關串聯連接的第一 MOS晶體管，所述第一開關具有耦合至被配置成接收第一輸入信號的第一輸入節(jié)點的控制節(jié)點，所述第一 MOS晶體管具有耦合至被配置成接收第二輸入信號的第二輸入節(jié)點的柵極；以及 電路，所述電路被配置成產生二進制信號，所述二進制信號表示在所述第一晶體管的漏源電壓和所述第一晶體管的柵源電壓與閾值電壓之差之間的差的符號。2.根據權利要求1所述的放大器，其中，所述第一MOS晶體管被配置成作為響應于在所述第二輸入節(jié)點處的所述第二輸入信號的可控電流源進行操作。3.根據權利要求1所述的放大器，其中，所述第一開關是第二MOS晶體管，所述第二MOS晶體管被配置成作為響應于施加到所述第二 MOS晶體管的柵極上的、在所述第一輸入節(jié)點處的所述第一輸入信號的開關元件進行操作。4.根據權利要求3所述的放大器，其中，所述第一MOS晶體管的柵極氧化物比所述第二MOS晶體管的柵極氧化物厚。5.根據權利要求1所述的放大器，其中，所述電路包括: 第二電容器和第二開關，所述第二電容器和所述第二開關被配置成對電壓進行采樣，所述電壓表示當所述第一開關處于接通狀態(tài)時在所述輸出節(jié)點處的電壓；以及 第二MOS晶體管，所述第二MOS晶體管與所述第一MOS晶體管類型相同，并且被以二極管方式安裝且被偏置到導通閾值，所述第二 MOS晶體管的漏極被耦合至所述第一 MOS晶體管的柵極。6.根據權利要求5所述的放大器，其中: 所述第二電容器具有被耦合至第二供電節(jié)點的第一電極、以及通過所述第二開關被耦合至所述輸出節(jié)點的第二電極；而且 所述第二 MOS晶體管的源極通過電流源被耦合至所述第二供電節(jié)點；而且 所述放大器還包括比較器，所述比較器具有被耦合至所述第二電容器的所述第二電極的第一輸入端以及被耦合至所述第二 MOS晶體管的所述源極的第二輸入端。7.根據權利要求6所述的放大器，其中，所述二進制信號是所述比較器的輸出信號。8.根據權利要求5所述的放大器，其中: 所述第二電容器具有被耦合至第二供電節(jié)點的第一電極以及被耦合至第一分壓橋電路的中點的第二電極，所述第一分壓橋電路將所述輸出節(jié)點耦合至所述第二供電節(jié)點；并且 所述第二 MOS晶體管的源極通過分壓橋電路被耦合至所述第二供電節(jié)點；并且 所述放大器還包括比較器，所述比較器具有被耦合至所述第二電容器的所述第二電極的第一輸入端以及被耦合至所述中點的第二輸入端。9.根據權利要求8所述的放大器，其中，所述二進制信號是所述比較器的輸出信號。10.根據權利要求4所述的放大器，其中，所述第二開關具有被耦合至所述第一開關的所述控制節(jié)點的控制節(jié)點。11.根據權利要求1所述的放大器，還包括: 數模轉換器電路，被配置成將數字信號轉換成提供給所述第二 MOS晶體管的所述柵極的模擬電流； 其中，所述數字信號具有響應于所述二進制信號而設置的值，使得將所述第二 MOS晶體管限制成作為電流源進行操作。12.—種射頻信號傳輸裝置，包括: 放大器，所述放大器包括: 第一支路，所述第一支路包括在施加直流(DC)供電電壓的第一節(jié)點和第二節(jié)點之間與第一電容器串聯連接的電感器，其中，所述電感器和所述第一電容器的連接點形成被配置成耦合至負載的所述放大器的輸出節(jié)點； 第二支路，所述第二支路包括在所述輸出節(jié)點和所述第二節(jié)點之間與第一開關串聯連接的第一 MOS晶體管，所述第一開關具有耦合至被配置成接收第一輸入信號的第一輸入節(jié)點的控制節(jié)點，所述第一 MOS晶體管具有耦合至被配置成接收第二輸入信號的第二輸入節(jié)點的柵極；以及 電路，所述電路被配置成產生二進制信號，所述二進制信號表示在所述第一晶體管的漏源電壓和所述第一晶體管的柵源電壓與閾值電壓之差之間的差的符號； 控制電路，被配置成交替控制所述放大器處于下列操作模式: 第一操作模式，其中所述第一 MOS晶體管的所述柵極被耦合至所述第一供電節(jié)點，并且其中經頻率調制的射頻信號或經相位調制的射頻信號被施加到所述第一輸入節(jié)點；以及第二操作模式，其中向所述第一輸入節(jié)點施加恒定頻率、相位和幅度的射頻信號，且向所述第二輸入節(jié)點施加用于控制由所述第一 MOS晶體管傳送的電流的可變信號。13.根據權利要求12所述的射頻信號傳輸裝置，其中，所述電路包括: 第二電容器和第二開關，所述第二電容器和所述第二開關被配置成對電壓進行采樣，所述電壓表示當所述第一開關處于接通狀態(tài)時在所述輸出節(jié)點處的電壓；以及 第二MOS晶體管，所述第二MOS晶體管與所述第一MOS晶體管類型相同，并且被以二極管方式安裝且被偏置到導通閾值，所述第二 MOS晶體管的漏極被耦合至所述第一 MOS晶體管的柵極。14.根據權利要求13所述的射頻信號傳輸裝置，其中: 所述第二電容器具有耦合至所述第二供電節(jié)點的第一電極以及通過所述第二開關被耦合至所述輸出節(jié)點的第二電極；而且 所述第二 MOS晶體管的源極通過電流源被耦合至所述第二供電節(jié)點；而且所述放大器還包括比較器，所述比較器具有被耦合至所述第二電容器的所述第二電極的第一輸入端以及被耦合至所述第二 MOS晶體管的所述源極的第二輸入端。15.根據權利要求14所述的射頻信號傳輸裝置，其中，所述二進制信號是所述比較器的輸出信號。16.根據權利要求13所述的射頻信號傳輸裝置，其中: 所述第二電容器具有被耦合至第二供電節(jié)點的第一電極以及被耦合至第一分壓橋電路的中點的第二電極，所述第一分壓橋電路將所述輸出節(jié)點耦合至所述第二供電節(jié)點；并且 所述第二 MOS晶體管的源極通過分壓橋電路被耦合至所述第二供電節(jié)點，并且所述放大器還包括比較器，所述比較器具有被耦合至所述第二電容器的所述第二電極的第一輸入端以及被耦合至所述中點的第二輸入端。17.根據權利要求16所述的射頻信號傳輸裝置，其中，所述二進制信號是所述比較器的輸出信號。18.一種射頻信號功率放大器，包括: 電感器，被耦合在第一供電節(jié)點和輸出節(jié)點之間； 第一電容器，被耦合在所述輸出節(jié)點和第二供電節(jié)點之間； 第一 MOS晶體管，被耦合在第一中間節(jié)點和所述第二供電節(jié)點之間； 其中，所述第一 MOS晶體管具有被配置成接收第一輸入信號的柵極； 第二 MOS晶體管，被耦合在所述輸出節(jié)點和所述第一中間節(jié)點之間； 其中，所述第二 MOS晶體管具有被配置成接收第二輸入信號的柵極； 控制電路，被配置成在所述射頻信號功率放大器操作時在所述第一供電節(jié)點處施加電壓作為所述第二輸入信號，以對作為所述第一輸入信號施加的、經頻率調制的射頻信號或經相位調制的射頻信號進行放大；并且 所述控制電路還被配置成在施加恒定頻率、相位和幅度的射頻信號作為所述第一輸入信號的情況下，在所述射頻信號功率放大器操作時施加可變信號作為所述第二輸入信號。19.根據權利要求18所述的射頻信號功率放大器，還包括被配置成產生二進制信號的電路，所述二進制信號表示在所述第一晶體管的漏源電壓和所述第一晶體管的柵源電壓與閾值電壓之差之間的差的符號。20.根據權利要求19所述的射頻信號功率放大器，還包括: 數模轉換器電路，被配置成將數字信號轉換成提供給所述第二 MOS晶體管的所述柵極的模擬電流； 其中，所述數字信號具有響應于所述二進制信號而設置的值，使得在所述控制電路施加所述可變信號作為所述第二輸入信號的同時，將所述第二 MOS晶體管限制成作為電流源進行操作。
【文檔編號】H03F1/30GK106059506SQ201510850195
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2015年11月27日
【發(fā)明人】M·艾羅
【申請人】意法半導體(格勒諾布爾2)公司