用于功率放大器的具有可调谐陷波滤波器的阻抗匹配电路的制作方法

用于功率放大器的具有可调谐陷波滤波器的阻抗匹配电路的制作方法
【专利摘要】公开了用于功率放大器的具有至少一个可调谐陷波滤波器的阻抗匹配电路。该功率放大器放大输入射频(RF)信号并提供经放大RF信号。阻抗匹配电路执行功率放大器的输出阻抗匹配并包括至少一个可调谐陷波滤波器。每个可调谐陷波滤波器具有在频率上能被变动的陷波以提供对不期望信号的更好衰减。该至少一个可调谐陷波滤波器衰减经放大RF信号中的至少一个不期望信号。该至少一个可调谐陷波滤波器可包括(i)第一可调谐陷波滤波器，用以衰减经放大RF信号的第二谐波处的第一不期望信号和/或(ii)第二可调谐陷波滤波器，用以衰减经放大RF信号处的第三谐波处的第二不期望信号。
【专利说明】用于功率放大器的具有可调谐陷波滤波器的阻抗匹配电路
[0001] 背景
[0002] 领域
[0003] 本公开一般涉及电子设备，尤其涉及用于功率放大器的阻抗匹配电路。
[0004] 背景
[0005] 无线通信系统中的无线设备（例如，蜂窝电话或智能电话）可发射和接收数据以 进行双向通信。无线设备可包括用于数据传送的发射机以及用于数据接收的接收机。对于 数据传送，发射机可用数据来调制射频（RF)载波信号以获得经调制RF信号，放大经调制RF 信号以获得具有恰当输出功率电平的输出RF信号，并经由天线将该输出RF信号发射到基 站。对于数据接收，接收机可经由天线获得收到RF信号并且可调理和处理该收到RF信号 以恢复由基站发送的数据。
[0006] 发射机可支持宽频率范围上的操作。发射机可包括许多电路（例如，放大器和滤 波器）以便符合在宽频率范围上对发射机所要求的规范。这些电路可增加发射机的大小和 成本。
[0007] 附图简述
[0008] 图1示出能够与不同无线通信系统通信的无线设备。
[0009] 图2示出图1中的无线设备的框图。
[0010] 图3示出经放大的RF信号的频谱。
[0011] 图4示出宽带功率放大器的频谱。
[0012] 图5示出功率放大器模块的框图。
[0013] 图6示出具有可调谐陷波滤波器的阻抗匹配电路的示意图。
[0014] 图7A到7C示出具有可调谐陷波滤波器的三种阻抗匹配电路的示意图。
[0015] 图8示出可调节电容器的示意图。
[0016] 图9A和9B示出对于不同的可调节电容器值而言的非期望信号的输出功率。
[0017] 图10示出功率放大器的示意图。
[0018] 详细描述
[0019] 以下阐述的详细描述旨在作为本公开的示例性设计的描述，而无意表示可在其中 实践本公开的仅有设计。术语"示例性"在本文中用于表示"用作示例、实例或解说"。本文 中描述为"示例性"的任何设计不必被解释为优于或胜过其他设计。本详细描述包括具体 细节以提供对本公开的示例性设计的透彻理解。对于本领域技术人员将明显的是，没有这 些具体细节也可实践本文描述的示例性设计。在一些实例中，公知的结构和器件以框图形 式示出以免湮没本文中给出的示例性设计的新颖性。
[0020] 本文描述了用于功率放大器的具有至少一个可调谐陷波滤波器的阻抗匹配电路。 该阻抗匹配电路可用于无线设备和其它电子设备。
[0021] 图1示出能够与不同无线通信系统120和122通信的无线设备110。无线系统120 和122各自可以是码分多址（CDMA)系统、全球移动通信系统（GSM)系统、长期演进（LTE) 系统、无线局域网（WLAN)系统、或某一其他无线系统。CDMA系统可实现宽带CDMA(WCDMA)、 cdma2000、或某一其他版本的CDMA。出于简化起见，图1示出了无线系统120包括一个基站 130和一个系统控制器140,而无线系统122包括一个基站132和一个系统控制器142。一 般而言，每个无线系统可包括任何数目的基站以及任何网络实体集合。
[0022] 无线设备110也可被称为用户装备（UE)、移动站、终端、接入终端、订户单元、站 等。无线设备110可以是蜂窝电话、智能电话、平板计算机、无线调制解调器、个人数字助理 (PDA)、手持式设备、膝上型计算机、智能本、上网本、无绳电话、无线本地环路（WLL)站、蓝 牙设备等。无线设备110可以能够与无线系统120和/或122通信。无线设备110可以还 能够接收来自广播站（例如，广播站134)的信号。无线设备110可以还能够接收来自一个 或多个全球导航卫星系统（GNSS)中的卫星（例如，卫星150)的信号。无线设备110可支 持用于无线通信的一种或多种无线电技术，诸如LTE、cdma2000、WCDMA、GSM、IEEE802. 11等 等。
[0023] 图2示出无线设备110的示例性设计的框图。在此示例性设计中，无线设备110 包括数据处理器/控制器210、收发机220和天线254。收发机220包括支持双向无线通信 的发射机230和接收机260。
[0024] 在发射路径中，数据处理器210处理（例如，编码和调制）待发射的数据并且向发 射机230提供模拟输出信号。在发射机230内，发射电路232对该模拟输出信号进行放大、 滤波并将其从基带上变频至RF，并且提供输入RF信号。发射电路232可包括放大器、滤波 器、混频器、阻抗匹配电路、振荡器、本地振荡器（L0)发生器、锁相环（PLL)等等。功率放大 器（PA) 240接收并放大输入RF信号并提供将具有恰当的输出功率电平的经放大RF信号。 阻抗匹配电路250为功率放大器240执行输出阻抗匹配。匹配电路250从功率放大器240 接收经放大RF信号并提供输出RF信号，该输出RF信号路由通过开关/双工器252并经由 天线254发射。
[0025] 在接收路径中，天线254从基站和/或其他发射机站接收信号并提供接收到的RF 信号，该接收到的RF信号路由通过开关/双工器252并提供给接收机260。在接收机260 内，阻抗匹配电路262执行关于低噪声放大器（LNA) 264的输入阻抗匹配。LNA264放大来 自匹配电路262的收到RF信号并提供经放大信号。接收电路266对该经放大信号进行放 大、滤波并将其从RF下变频到基带，并且将模拟输入信号提供给数据处理器210。接收电路 266可包括放大器、滤波器、混频器、阻抗匹配电路、振荡器和L0发生器、PLL等等。
[0026] 图2示出了发射机230和接收机260的示例性设计。发射机230和/或接收机 260可包括图2中未示出的不同的和/或附加的电路。例如，发射机230在功率放大器240 之前可包括激励放大器。收发机220的全部或一部分可被实现在一个或多个模拟集成电路 (1C)、射频IC(RFIC)、混合信号1C等上。例如，发射电路232、功率放大器240、LNA264、接 收电路266及阻抗匹配电路250和262可以实现在RFIC上。功率放大器240以及可能还 有其它电路也可被实现在分离的1C或模块上。匹配电路250和/或262以及可能还有其 它电路也可实现在分离的1C或模块上。
[0027] 数据处理器/控制器210可为无线设备110执行各种功能。例如，数据处理器210 可对经由发射机230发射的数据以及经由接收机260收到的数据执行处理。控制器210可 以控制发射电路232、接收电路266、功率放大器240、匹配电路250和/或262、开关/双工 器252等的操作。存储器212可存储供数据处理器/控制器210使用的程序代码和数据。 数据处理器/控制器210可实现在一个或多个专用集成电路（ASIC)和/或其他1C上。
[0028] 功率放大器240可具有以下传递函数：
[0029] y (x) = a1*x+a2*x2+a3*x3+...式（1)
[0030] 其中x表示提供给功率放大器240的输入RF信号，
[0031] ap a2和a3是定义功率放大器240的线性性的系数，并且
[0032] y (X)表示来自功率放大器240的经放大RF信号。
[0033] 为了简单化，式（1)中未示出三阶以上的更高阶的项。
[0034] 在式⑴中，a#x是线性项，其中ai是功率放大器240的增益。功率放大器240 的二阶非线性性由项a 2*x2给出，并且功率放大器240的三阶非线性性由项a3*x3给出。系 数a 2和a3分别决定二阶和三阶非线性性的量。对于理想功率放大器，是非零值，且a2和 a3等于零。然而，功率放大器240本身是非理想和非线性的，并且将因此具有带有非零值的 %和&3的非线性传递函数。式（1)中的系数可能具有取决于频率、发射功率电平和/或其 它因素的值。
[0035] 图3示出来自图2中的功率放大器240的经放大RF信号的频谱。由于功率放大 器240的非线性性，经放大RF信号包括工作频率f s (其是输入RF信号的频率）处的期望 信号以及第二谐波频率2fs处的不期望信号、第三谐波频率3f s处的另一不期望信号等。第 二谐波频率处的不期望信号的幅值取决于式（1)中的系数&2。第三谐波频率处的不期望信 号的幅值取决于式（1)中的系数a 3。
[0036] 诸如图2中的功率放大器240之类的放大器是固有非线性电路。因此，来自功率 放大器240的经放大RF信号包括输入RF信号的经放大副本以及输入RF信号的谐波频率 处的不期望信号，如图3中所示。不期望信号的幅值通常要求在由频谱框罩要求给出的规 定电平以下。低通滤波器可被耦合至功率放大器240的输出并且可被用于衰减诸谐波频率 处的不期望信号而同时使期望信号的衰减最小化。
[0037] 一些无线系统，诸如GSM系统，可对谐波频率处放射的可允许输出功率施加严格 的放射要求。在这些无线系统中，高阶低通滤波器可被用于充分衰减谐波频率处的不期望 信号以满足这些严格的放射要求。然而，高阶低通滤波器可能包括许多电路组件（例如，许 多电感器和电容器）并且很有可能在工作频带内具有更多因电路组件的有限品质因数（Q) 导致的插入损耗。较高的插入损耗可使功率放大器240的功率附加效率（PAE)降级。因 此，高阶低通滤波器通常因较高成本、较大电路面积、较大带内插入损耗和较低PAE而不被 用于衰减谐波频率处的不期望信号。陷波滤波器可被用于衰减谐波频率处的不期望信号。 陷波滤波器能提供围绕特定频率（其被称为陷波频率）的尖锐得多的转换（或陷波）。陷 波滤波器通常可在窄频率范围上提供高衰减，其中衰减量和陷波带宽取决于用于实现该陷 波滤波器的电路组件的Q。陷波滤波器可将其陷波置于输入RF信号的谐波之一处，并且可 随后被称为谐波陷阱。
[0038] 如图3中所示，第一陷波滤波器可将其陷波置于2fs的第二谐波频率处，并且可被 用于衰减第二谐波频率处的不期望信号。第二陷波滤波器可将其陷波置于3f s的第三谐波 频率处，并且可被用于衰减第三谐波频率处的不期望信号。陷波滤波器可具有通带和阻带 之间的陡峭转换。因为这一尖锐转换，陷波滤波器的衰减可在输入RF信号的频率从陷波频 率处移开时快速降低。因此，因为其尖锐转换本质，陷波滤波器应被仔细调谐以将其陷波频 率与谐波频率对齐。对于用分立的电路组件实现的固定陷波滤波器，仔细调谐可通过改变 组件值或者稍微改动在其上实现该陷波滤波器的印刷电路板来达成。然而，在全集成电路 设计中，上述技术可能并不可用。
[0039] 功率放大器240可被设计成支持宽的总体工作频带，其可能覆盖多个频带。功率 放大器240的总体工作频带可以是诸如是该功率放大器的中心频率的10%到15%。对于 此种宽带功率放大器，谐波陷阱因该谐波陷阱的尖锐转换而可提供在总体工作频带的仅一 小部分上的期望衰减（其可取决于特定应用）。
[0040] 图4示出了宽带功率放大器240的频谱。功率放大器240可支持以频率f。为中 心的宽的总体工作频带。提供给功率放大器240的输入RF信号可以频率f s为中心，其可 落在总体工作频带内的任何地方。宽的总体工作频带可与以频率2f。为中心的宽的第二谐 波频带相关联。来自功率放大器240的不期望信号可以频率2f s为中心，其可落在宽的第 二谐波频带内的任何地方。
[0041] 如图4中所示，一组K个谐波陷阱可被用于减轻每个谐波陷阱的受限带宽，其中K 可以是大于一的任何整数值。这K个谐波陷阱可将其陷波频率跨第二谐波频带错开，如图 4中所示。可通过K个谐波陷阱的陷波频率的合适放置来在较宽频率范围上达成对不期望 信号的期望量的衰减。替换地或附加地，可通过在特定频率处或紧靠这一特定频率放置多 个陷波频率来达成对这一特定频率处的不期望信号的更大衰减。尽管出于简化未在图4中 示出，但多组的陷波滤波器可被用于不同的谐波频率，其中对每个谐波频率有一组陷波滤 波器。
[0042] 如图3和4中所示，使陷波滤波器成为用于滤除谐波频率处的不期望信号的良好 候选的尖锐转换本质在输入RF信号（并且因此其谐波）可能跨频率显著变动时同样可能 代表着挑战。多个谐波陷阱可被用于在宽谐波频带上提供期望量的衰减，如图4中所示。然 而，可能需要许多谐波陷阱才能提供期望量的衰减并且可导致较高成本、较大电路面积和 较大的电路复杂性，所有这些可能都是不期望的。
[0043] 在一方面，可将具有至少一个可调谐陷波滤波器的阻抗匹配电路耦合至功率放大 器的输出并且可将其用于衰减至少一个谐波频率处的至少一个不期望信号。阻抗匹配电路 可被用于将功率放大器的输出阻抗匹配至负载（例如，天线）。该阻抗匹配电路可被实现为 包括至少一个可调谐陷波滤波器。每个可调谐陷波滤波器可具有能跨频率变动的陷波。每 个可调谐陷波滤波器的陷波频率可被变动（例如，以与不期望信号的频率相符）以提供对 不期望信号的更好衰减。该调谐能力可允许可调谐陷波滤波器覆盖较宽的频率范围，这在 给定了陷波滤波器的尖锐转换本质的前提下是有优势的。该调谐能力可帮助校正因电路设 计建模中的不准确性、电路组件值中的变动等引起的对陷波频率的潜在误调谐。
[0044] 图5示出了带有具有至少一个可调谐陷波滤波器的阻抗匹配电路550的PA模块 500的示例性设计的框图。PA模块500包括耦合至阻抗匹配电路550的功率放大器540。 匹配电路550执行功率放大器540的输出阻抗与负载554的阻抗之间的阻抗匹配。匹配电 路550还包括至少一个可调谐陷波滤波器以衰减来自功率放大器540的至少一个不期望信 号。功率放大器540可对应于图2中的功率放大器240,而匹配电路550可对应于图2中的 匹配电路250。负载554可对应于图2中的双工器252和/或天线254。通过集成阻抗匹 配电路550内的至少一个可调谐陷波滤波器，仅一些附加电路组件就可足以实现该至少一 个可调谐陷波滤波器。此外，匹配电路550可被设计成展现低通滤波器响应以提供对谐波 频率处的不期望信号的附加衰减。
[0045] 图6示出了具有四个可调谐陷波滤波器的阻抗匹配电路550a的示意图，其是图5 中的阻抗匹配电路550的示例性设计。在这一示例性设计中，匹配电路550a包括串联耦合 的两个L区段650a和650b。L区段包括耦合至分流电路组件的串联电路组件。电路组件 可以是电感器、电容器、电阻器等。串联电路组件是耦合在两个节点之间的电路组件，而分 流电路组件是耦合在节点和电路接地之间的电路组件。
[0046] 在匹配电路550a的第一 L区段650a内，电感器652和可调节电容器662并联耦 合，并且耦合在匹配电路550a的输入和节点A之间。电感器654和可调节电容器664串联 耦合，并且该组合耦合在节点A与电路接地之间。在匹配电路550a的第二L区段650b内， 电感器656和可调节电容器666并联耦合，并且耦合在节点A与匹配电路550a的输出之间。 电感器658和可调节电容器668串联耦合，并且该组合耦合在匹配电路550a的输出与电路 接地之间。
[0047] 如图6中所示，陷波滤波器可由并联耦合在两个节点之间的串联电感器和串联电 容器（例如，电感器652和电容器662)形成。陷波滤波器还可由串联耦合在节点和电路接 地之间的分流电感器和分流电容器（例如，电感器654和电容器664)形成。电感器652和 电容器662形成第一可调谐陷波滤波器。电感器654和电容器664形成第二可调谐陷波滤 波器。电感器656和电容器666形成第三可调谐陷波滤波器。电感器658和电容器668形 成第四可调谐陷波滤波器。可调谐陷波滤波器可以具有可调节电感器和/或可调节电容器 以对该可调谐陷波滤波器的陷波频率进行调谐。实现可调节电容器比实现可调节电感器可 能更容易。因此，图6示出了针对四个可调谐陷波滤波器的四个可调节电容器662、664、666 和 668。
[0048] 阻抗匹配电路可用两个L区段来实现并且可包括串联电感器、分流电容器、另一 串联电感器以及另一分流电容器。可调谐陷波滤波器可通过添加与串联电感器（例如电感 器652)并联的可调节电容器（例如电容器662)来形成。可调谐陷波滤波器还可通过添加 与分流电容器（例如电容器664)串联的电感器（例如电感器654)并使得所述电容器可调 节来形成。阻抗匹配电路可因此容易地用至少一个可调谐陷波滤波器来设计以衰减至少一 个不期望信号。
[0049] 一般来说，阻抗匹配电路可包括任何数目的可调谐陷波滤波器。可调谐陷波滤波 器可以将其陷波置于不同的谐波频率和/或特定谐波频率的宽谐波频带上的不同频率处。 在一个示例性设计中，由图4中的电感器654和电容器664形成的可调谐陷波滤波器可被 调谐至第二谐波频率，并且由电感器658和电容器668形成的可调谐陷波滤波器也可被调 谐至第二谐波频率。由电感器652和电容器662形成的可调谐陷波滤波器可被调谐至第三 谐波频率，并且由电感器656和电容器666形成的可调谐陷波滤波器也可被调谐至第三谐 波频率。
[0050] 图6示出了具有可调谐陷波滤波器的阻抗匹配电路550a的示例性设计。具有可 调谐陷波滤波器的阻抗匹配电路还可基于其它电路设计来实现，以下描述其中一些。
[0051] 图7A示出了具有可调谐陷波滤波器的阻抗匹配电路550b的示意图，其是图5中 的阻抗匹配电路550的另一示例性设计。匹配电路550b包括（i)耦合在匹配电路550b的 输入和输出之间的串联电感器712,（ii)与电感器712并联耦合的可调节电容器714,以及 (iii)耦合在匹配电路550b的输出与电路接地之间的可调节分流电容器716。可调谐陷波 滤波器由电感器712和电容器714来形成。
[0052] 图7B示出了具有两个可调谐陷波滤波器的阻抗匹配电路550c的示意图，其是图5 中的阻抗匹配电路550的又一示例性设计。匹配电路550c包括（i)耦合在匹配电路550c 的输入与B节点之间的串联电感器722,（ii)与电感器722并联耦合的可调节电容器724， (iii)耦合在B节点与电路接地之间的可调节分流电容器726,（iv)耦合在B节点与匹配 电路550c的输出之间的串联电感器728,以及（v)与电感器728并联耦合的可调节电容器 730。第一可调谐陷波滤波器由电感器722和电容器724来形成。第二可调谐陷波滤波器 由电感器728和电容器730来形成。
[0053] 图7C示出了具有两个可调谐陷波滤波器的阻抗匹配电路550d的示意图，其是图5 中的阻抗匹配电路550的又一示例性设计。匹配电路550d包括（i)耦合至匹配电路550d 的输入的分流电感器742,（ii)与电感器742串联耦合并进一步耦合至电路接地的可调节 电容器744,（iii)耦合在匹配电路550d的输入和输出之间的串联电容器746,（iv)耦合在 匹配电路550d的输出与电路接地之间的分流电容器748,（v)耦合至匹配电路550d的输出 的分流电感器750,以及（vi)与电感器750串联耦合并进一步耦合至电路接地的可调节电 容器752。第一可调谐陷波滤波器由电感器742和电容器744来形成。第二可调谐陷波滤 波器由电感器750和电容器752来形成。
[0054] 以上在图6到7C中描述了具有至少一个可调谐陷波滤波器的阻抗匹配电路的一 些示例性设计。一般来说，阻抗匹配电路可包括任何数目的级。更多级可被用于增加带宽， 提供阻抗匹配中更多的灵活性，通过减少每一级的阻抗变换比来降低损耗，和/或提供以 更多电路组件为代价的其它益处。每一级可基于L拓扑、R拓扑、T拓扑、π拓扑等实现。 L拓扑包括稱合至分流电路组件的串联电路组件，例如如图7Α中所示。R拓扑包括稱合至 串联电路组件的分流电路组件。Τ拓扑包括耦合至分流电路组件以及还耦合至另一串联电 路组件的串联电路组件。η拓扑包括耦合至串联电路组件的分流电路组件，该串联电路组 件耦合至另一分流电路组件。不同的电路拓扑可以更适合于功率放大器的不同标称输出阻 抗。例如，一些电路拓扑在输出阻抗呈现感性时可能更为适合，而其它电路拓扑在输出阻抗 呈现容性时可能更为适合。
[0055] -般来说，具有至少一个可调谐陷波滤波器的适合阻抗匹配电路可被用于功率放 大器。阻抗匹配电路可包括任何数目的可调谐陷波滤波器。每个可调谐陷波滤波器可用电 感器和可调节电容器来实现，如图6到7C所示。这至少一个可调谐陷波滤波器可实现在宽 频率范围上对在每个感兴趣的谐波频率处的不期望信号进行衰减以满足杂散放射要求。
[0056] 可调谐陷波滤波器中的可调节电容器可以各种方式来实现。在示例性设计中，可 调节电容器可用具有可基于模拟控制电压来调节的电容的可变电容器（变抗器）来实现。 在另一示例性设计中，可调节电容器可用电容器排来实现，该排电容器可被选择或不被选 择以改变电容。在任何情形中，可变动可调谐陷波滤波器中的可调节电容器以调节陷波频 率并改善对不期望信号的衰减。
[0057] 图8示出了用可开关电容器来实现的可调节电容器810的示例性设计的示意图。 可调节电容器810可被用于图6到7C中的任何可调节电容器。在图8中示出的示例性设 计中，可调节电容器810用N对可开关电容器来实现，其中N可以是任何整数值。每对可开 关电容器包括与相关联的商功率开关840串联f禹合的电容器830和832。商功率开关840 用以堆栈形式耦合的多个N沟道金属氧化物半导体（NMOS)晶体管842来实现。NMOS晶体 管的堆栈可分摊经放大RF信号的大信号摆幅，从而每个NMOS晶体管可仅观察到该大信号 摆幅的一小部分。电阻器844耦合在堆栈中连贯NMOS晶体管的栅极之间。电阻器846具 有耦合至堆栈中最下面的NMOS晶体管的栅极的一端以及接收用于相关联的开关840的控 制信号的另一端。
[0058] 在图8中示出的示例性设计中，N个可开关电容器830a到830η具有耦合至第一端 子812的一端以及分别耦合至开关840a到840η的一端的另一端。Ν个可开关电容器832a 到832η具有耦合至第二端子814的一端以及分别耦合至开关840a到840η的另一端的另一 端。开关840a到840η分别接收Ν个控制信号S1到SN。每个开关840可基于其相关联的 控制信号来断开或闭合，该控制信号可应用于用于该开关的NM0S晶体管堆栈的低电压端， 如图8中所示。
[0059] 图8示出了示例性设计，其中可调节电容器810包括N个分支，每个分支包括与一 个开关840串联耦合的两个可开关电容器830和832。分支还可包括与开关串联耦合的单 个电容器（例如，仅电容器830或仅电容器832)。
[0060] 在一种示例性设计中，N个电容器830a到830η(并且还有N个电容器832a到 832η)可具有不同的电容，例如C、2C、4C等，其中C是电容的基本单位。在另一种示例性设 计中，N个电容器830a到830η (并且还有N个电容器832a到832η)可具有相同的电容C。
[0061] 用于实现耦合至可开关电容器830和832的开关840的NM0S晶体管842可被设 计成具有合适的晶体管大小以提供针对所有电容器的目标Q或更好Q。在图8中示出的示 例性设计中，NM0S晶体管842具有与其相关联的电容器830和832的大小成比例的大小。 因此，用于开关840a的NM0S晶体管842a (其被耦合至各自具有电容C的电容器830a和 832a)可各自具有W/L的晶体管大小，其中W是NM0S晶体管的宽度而L是长度。用于开关 840b的NM0S晶体管842b (其被耦合至各自具有电容2C的电容器830b和832b)可各自具 有2W/L的晶体管大小。用于保持开关840的NM0S晶体管842可类似地具有基于其相关联 的电容器830的电容来确定的大小以获得关于各电容器的目标Q或更好Q。
[0062] 可调节电容器可被设计成具有适合调谐范围的电容值。在图8中N = 4的示例性 设计中，可调节电容器810可被设计成具有大约C到15C的调谐范围。这一调谐范围可能 比阻抗匹配电路中的可调节电容器的典型调谐范围大得多。该较大调谐范围可使陷波频率 能在更宽范围上被调谐。一般来说，可调谐陷波滤波器中的可调节电容器的调谐范围可以 取决于使用该可调谐滤波器的应用。可要求可调谐陷波滤波器仅覆盖一个频带，并且15% 到20%的调谐范围可能是足够的。还可要求可调谐陷波滤波器覆盖宽的频率范围（例如， 包括第二或第三谐波），并且调谐范围可以大得多。可调节电容器的较宽调谐范围可使可调 谐陷波滤波器在较宽频率范围上变动但可导致可调节电容器的较低Q。
[0063] 在示例性设计中，可针对可调谐陷波滤波器使用固定电感器，如以上图6到7C中 所描述和示出的。在另一示例性设计中，可调节电感器可被用于可调谐陷波滤波器。可调 节电感器可以粗步长来变动，例如，通过连接或断开电感器的不同区段。电感器的粗调谐可 用于在频段之间切换和/或用于其它目的。
[0064] 具有至少一个可调谐陷波滤波器的阻抗匹配电路可以各种方式来控制。在一种示 例性设计中，可调谐陷波滤波器可基于陷波滤波器的预表征来调节。例如，可针对可调谐陷 波滤波器中的可调节电容器的不同可能设置来表征（例如，在电路设计阶段或制造阶段期 间）陷波频率。该陷波滤波器的这些陷波频率及其相关联的设置可被存储在查找表中（例 如，图2中的存储器212中）。该表征可针对阻抗匹配电路中的每个可调谐陷波滤波器来执 行。该表征可通过计算机仿真、实验室测量、工厂测量、现场测量等来执行。其后，可从该查 找表中检索每个可调谐陷波滤波器的能为当前工作频率提供期望衰减的设置并将其应用 于阻抗匹配电路。
[0065] 在另一示例性设计中，具有至少一个可调谐陷波滤波器的阻抗匹配电路可被动态 调节，例如在操作期间。例如，可针对可调谐陷波滤波器不同的可能设置来测量一个或多个 参数，诸如信号功率。可选择使用能提供最佳性能的设置，如由这一个或多个参数所衡量 的。
[0066] 在又一示例性设计中，可基于匹配电路的预表征与动态调节的组合来调节具有至 少一个可调谐陷波滤波器的阻抗匹配电路。例如，阻抗匹配电路的性能可以被预表征，并且 可从查找表中检索能在感兴趣频率处提供良好性能的设置并将其应用于阻抗匹配电路。阻 抗匹配电路可随后在操作期间被动态调节（例如，在围绕对应于选定设置的标称值的更窄 范围内）。
[0067] 还可以其它方式来调节具有至少一个可调谐陷波滤波器的阻抗匹配电路。在任何 情形中，阻抗匹配电路可包括多个设置。每个设置可对应于针对阻抗匹配电路中的所有可 调节电容器的不同的值集。阻抗匹配电路可使功率放大器能达成宽工作频带上的良好性能 (例如，就对在谐波频率处的不期望信号的拒斥而言）。
[0068] 图9A示出了针对由图6中的电感器654和电容器664形成的可调谐陷波滤波器 中的可调节电容器664的不同值而言在第二谐波频率处的不期望信号的输出功率。在图9A 中，横轴表示频率并且是以千兆赫兹（GHz)为单位来给出的。坚轴表示第二谐波频率处的 不期望信号的输出功率并且是以dBm为单位来给出的。标绘912示出对于图6中的电容器 664的最大值（Cmax)而言第二谐波频率处的不期望信号的输出功率对频率的标绘。标绘 914到922示出针对电容器664的逐渐变小值而言不期望信号的输出功率。
[0069] 图9B示出了针对由图6中的电感器658和电容器668形成的可调谐陷波滤波器 中的可调节电容器668的不同值而言在第二谐波频率处的不期望信号的输出功率。在图9B 中，横轴表示频率，并且坚轴表示第二谐波频率处的不期望信号的输出功率。标绘932示出 对于图6中的电容器668的最低值（Cmin)而言在第二谐波频率处的不期望信号的输出功 率对频率的标绘。标绘934到940示出针对电容器668的逐渐变大值的不期望信号的输出 功率。
[0070] 功率放大器可以各种方式来实现，例如，用各种类型的晶体管并且基于各种电路 设计。以下描述功率放大器的示例性设计。
[0071] 图10示出功率放大器1000的示意图，其是图2中的功率放大器240以及图5和 6中的功率放大器540的一种不例性设计。功率放大器1000包括以堆栈形式稱合的Μ个 NM0S晶体管1010a到1010m，其中Μ可以是任何整数值。最下面的NM0S晶体管1010a的 源极耦合至电路接地，并且其栅极经由交流（AC)耦合电容器1022来接收输入信号（Vin)。 堆栈中的每个更高的NMOS晶体管1010的源极耦合至堆栈中在其下面的另一 NMOS晶体管 的漏极。最上面的NM0S晶体管1010m的漏极提供经放大的RF信号（Vout)。负载电感器 1012耦合在电源电压（Vdd)与最上面的NMOS晶体管1010m的漏极之间，并且为功率放大器 1000提供DC偏置电流。负载电感器1012可以是功率放大器1000的阻抗匹配电路的一部 分。NMOS晶体管1010a到1010m的栅极分别经由Μ个电阻器1020a到1020m接收Μ个偏置 电压Vbiasl到VbiasM。这些偏置电压可被生成为在功率放大器1000被启用时导通功率放 大器1000,并且在功率放大器1000被禁用时关断功率放大器1000。
[0072] 来自功率放大器1000的经放大RF信号可具有大电压摆幅，该大电压摆幅可能超 过每个NM0S晶体管1010的击穿电压。经放大RF信号的大电压摆幅可跨这Μ个NM0S晶体 管1010a到1010m大致相等地拆分或分摊。每个NM0S晶体管1010可随后仅观察到该电压 摆幅的一小部分，该小部分可以小于每个NM0S晶体管的击穿电压以达成高可靠性。Μ个偏 置电压Vbiasl至VbiasM可被选择成提供经放大RF信号的期望电压拆分，例如，使得每个 NM0S晶体管1010观察到该电压摆幅的约1/M。
[0073] 图10示出了功率放大器的示例性设计，该功率放大器也可按照其他方式来实现。 例如，功率放大器可用其他类型的晶体管或其他电路设计等来实现。堆栈式晶体管的数目、 晶体管尺寸、负载电感器、偏置电流、偏置电压和/或其它电路特性可基于功率放大器的要 求来选择。
[0074] 在示例性设计中，一装置（例如，无线设备、1C、电路模块等）可包括功率放大器和 阻抗匹配电路，例如如图5中所示。功率放大器（例如，图5中的功率放大器540)可放大 输入RF信号，并且提供经放大RF信号。阻抗匹配电路（例如，图5中的阻抗匹配电路550) 可为功率放大器执行输出阻抗匹配。阻抗匹配电路可包括至少一个可调谐陷波滤波器以衰 减经放大RF信号中的至少一个不期望信号。
[0075] 在一种示例性设计中，阻抗匹配电路可包括由电感器和可调节电容器形成的串联 耦合的可调谐陷波滤波器。电感器（例如，图6中的电感器652或656)可串联耦合在阻抗 匹配电路的输入与输出之间的信号路径中。可调节电容器（例如，图6中的电容器662或 666)可与该电感器并联f禹合。
[0076] 在另一种示例性设计中，阻抗匹配电路可包括由电感器和可调节电容器形成的分 流耦合的可调谐陷波滤波器。电感器（例如，图6中的电感器654或658)可耦合至阻抗匹 配电路的节点。可调节电容器（例如，图6中的电容器664或668)可与该电感器串联耦合。 电感器和可调节电容器的组合可被耦合在节点与电路接地之间。
[0077] 在另一种示例性设计中，阻抗匹配电路可包括串联耦合和分流耦合的可调谐陷波 滤波器两者。阻抗匹配电路可包括由并联耦合的第一电感器和第一可调节电容器形成的第 一可调谐陷波滤波器。阻抗匹配电路可进一步包括由串联耦合的第二电感器和第二可调节 电容器形成的第二可调谐陷波滤波器。
[0078] 在示例性设计中，该至少一个可调谐陷波滤波器可包括被调谐至经放大RF信号 的第二谐波频率的可调谐陷波滤波器。这一可调谐陷波滤波器可衰减第二谐波频率处的不 期望信号。在另一示例性设计中，该至少一个可调谐陷波滤波器可包括被调谐至经放大RF 信号的第三谐波频率的可调谐陷波滤波器。这一可调谐陷波滤波器可衰减第三谐波频率处 的不期望信号。
[0079] 在又一示例性设计中，该至少一个可调谐陷波滤波器可包括（i)第一可调谐陷波 滤波器，用以衰减经放大RF信号的第二谐波处的第一不期望信号以及（ii)第二可调谐陷 波滤波器，用以衰减经放大RF信号处的第三谐波处的第二不期望信号。一般而言，阻抗匹 配电路可包括任何数目的可调谐陷波滤波器，其可覆盖任何数目的谐波和经放大RF信号 的任何谐波。
[0080] 在示例性设计中，功率放大器可在多个频带上工作。例如，功率放大器可在覆盖该 功率放大器的中心频率的百分之十或更多的宽工作频带上工作。该至少一个可调谐陷波滤 波器可在对应于这多个频带的频率范围上是可调谐的。
[0081] 在示例性设计中，该至少一个可调谐陷波滤波器可包括至少一个可调节电容器， 例如如图6到7C中所示。每个可调节电容器可包括基于该可调节电容器的相应控制信号 来被选择或不选择的至少一个可开关电容器。
[0082] 在示例性设计中，该至少一个可调谐陷波滤波器可包括可调节电容器，其包括第 一和第二可开关电容器以及第一和第二组晶体管。第一可开关晶体管（例如，图8中的电 容器830a)可以具有第一电容器大小，而第二可开关晶体管（例如，图8中的电容器830b) 可以具有第二电容器大小。第一组晶体管（例如，图8中的NM0S晶体管842a)可作为第一 可开关电容器的开关来工作，可耦合至第一可开关电容器，并且可具有第一晶体管大小。第 二组晶体管（例如，图8中的NM0S晶体管842b)可作为第二可开关电容器的开关来工作， 可耦合至第二可开关电容器，并且可具有第二晶体管大小。在示例性设计中，第二电容器大 小可以是第一电容器大小的两倍，并且第二晶体管大小可以是第一晶体管大小的两倍，例 如如图8中所示。在示例性设计中，第一和第二晶体管大小可基于第一和第二电容器大小 来确定以维持第一和第二电容器大致恒定的Q。可调节电容器还可包括附加可开关电容器 和作为这些附加可开关电容器的开关工作的附加晶体管组。
[0083] 在示例性设计中，该装置可进一步包括查找表以存储该至少一个可调谐陷波滤波 器中的每一个可调谐陷波滤波器的多种设置。该查找表可接收当前工作频率的指示并且可 提供对应于每个可调谐陷波滤波器的当前工作频率的多种设置之一。
[0084] 图11示出由无线设备执行的过程1100的示例性设计。输入RF信号可用功率放 大器来放大以获得经放大RF信号（框1112)。可用包含至少一个可调谐陷波滤波器的阻抗 匹配电路来为功率放大器执行阻抗匹配（框1114)。经放大RF信号中的至少一个不期望信 号可用该至少一个可调谐陷波滤波器来衰减（框1116)。
[0085] 在框1116的示例性设计中，经放大RF信号的第二谐波处的第一不期望信号可用 该至少一个可调谐陷波滤波器中的第一可调谐陷波滤波器来衰减。在示例性设计中，经放 大RF信号的第三谐波处的第二不期望信号可用该至少一个可调谐陷波滤波器中的第二可 调谐陷波滤波器来衰减。经放大RF信号的第二、第三和/或其它谐波处的不期望信号可用 附加可调谐陷波滤波器来衰减。
[0086] 本文描述的用于功率放大器的具有至少一个可调谐陷波滤波器的阻抗匹配 电路可实现在1C、模拟1C、RFIC、混合信号1C、ASIC、印刷电路板（PCB)、电子设备等之 上。该功率放大器和阻抗匹配电路还可用各种1C工艺技术来制造，诸如互补金属氧化 物半导体（CMOS)、N沟道MOS (N-M0S)、P沟道MOS (P-M0S)、双极结型晶体管（B JT)、双极 CMOS(BiCMOS)、硅锗（SiGe)、砷化镓（GaAs)、异质结双极型晶体管（HBT)、高电子迁移率晶 体管（HEMT)、绝缘体上覆硅（SOI)等。
[0087] 实现具有至少一个可调谐陷波滤波器的阻抗匹配电路的装置可以是自立设备或 可以是更大设备的一部分。设备可以是（i)自立的IC，（ii)具有一个或多个1C的集合，其 可包括用于存储数据和/或指令的存储器IC，（iii)RFIC，诸如RF接收机（RFR)或RF发射 机/接收机（RTR)，（iv)ASIC，诸如移动站调制解调器（MSM)，（v)可嵌入在其他设备内的模 块，（vi)接收机、蜂窝电话、无线设备、手持机、或者移动单元，（vii)其他等等。
[0088] 在一个或多个示例性设计中，所描述的功能可以在硬件、软件、固件、或其任何组 合中实现。如果在软件中实现，则各功能可以作为一条或多条指令或代码存储在计算机可 读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，包括促 成计算机程序从一地向另一地转移的任何介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可 用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其 它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或能被用来携带或存储指令或数据结构形式的 期望程序代码且能被计算机访问的任何其它介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介 质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线（DSL)、或诸如红外、无 线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电 缆、光纤电缆、双绞线、DSL、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在介质 的定义之中。如本文中所使用的，盘（disk)和碟（disc)包括压缩碟（CD)、激光碟、光碟、数 字多用碟（DVD)、软盘和蓝光碟，其中盘（disk)往往以磁的方式再现数据，而碟（disc)用激 光以光学方式再现数据。上述组合应当也被包括在计算机可读介质的范围内。
[〇〇89] 提供对本公开的先前描述是为了使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本 公开。对本公开的各种修改对于本领域技术人员将是显而易见的，并且本文中定义的普适 原理可被应用于其他变形而不会脱离本公开的范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文 中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广 范围。
【权利要求】
1. 一种装置，包括： 功率放大器，其被配置成放大输入射频（RF)信号并提供经放大RF信号；以及 耦合至所述功率放大器并被配置成匹配所述功率放大器的输出阻抗的阻抗匹配电路， 所述阻抗匹配电路包括至少一个可调谐陷波滤波器，其被配置成衰减所述经放大RF信号 中的至少一个不期望信号。
2. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阻抗匹配电路包括： 电感器，其串联耦合在所述阻抗匹配电路的输入与输出之间的信号路径中：以及 与所述电感器并联耦合的可调节电容器，所述电感器和所述可调节电容器形成所述至 少一个可调谐陷波滤波器之一。
3. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阻抗匹配电路包括： 电感器，耦合至所述阻抗匹配电路的节点；以及 与所述电感器串联耦合的可调节电容器，所述电感器和所述可调节电容器耦合在所述 节点与电路接地之间并形成所述至少一个可调谐陷波滤波器之一。
4. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阻抗匹配电路包括： 第一可调谐陷波滤波器，其由并联耦合的第一电感器和第一可调节电容器形成；以及 第二可调谐陷波滤波器，其由串联耦合的第二电感器和第二可调节电容器形成。
5. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个可调谐陷波滤波器包括被调 谐至所述经放大RF信号的第二谐波频率并被配置成衰减所述第二谐波频率处的不期望信 号的可调谐陷波滤波器。
6. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个可调谐陷波滤波器包括被调 谐至所述经放大RF信号的第三谐波频率并被配置成衰减所述第三谐波频率处的不期望信 号的可调谐陷波滤波器。
7. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个可调谐陷波滤波器包括： 第一可调谐陷波滤波器，其被配置成衰减所述经放大RF信号的第二谐波处的第一不 期望信号；以及 第二可调谐陷波滤波器，其被配置成衰减所述经放大RF信号的第三谐波处的第二不 期望信号。
8. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述功率放大器被配置成工作在多个频带 上，并且其中所述至少一个可调谐陷波滤波器在与所述多个频带对应的频率范围上是可调 谐的。
9. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个可调谐陷波滤波器包括至少 一个可调节电容器，每个可调节电容器包括基于对所述可调节电容器的控制信号来被选择 或不选择的至少一个可开关电容器。
10. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个可调谐陷波滤波器包括可调 节电容器。
11. 如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述可调节电容器包括： 第一可开关电容器，其具有第一电容器大小； 第一组晶体管，其耦合至所述第一可开关电容器并具有第一晶体管大小； 第二可开关电容器，其具有第二电容器大小；以及 第二组晶体管，其耦合至所述第二可开关电容器并具有第二晶体管大小。
12. 如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述第二电容器大小是所述第一电容器 大小的两倍，并且其中所述第二晶体管大小是所述第一晶体管大小的两倍。
13. 如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述第一和第二晶体管大小是基于所述 第一和第二电容器大小来确定的，以便为所述第一和第二电容器获得目标品质因数（Q)或 更好Q。
14. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括： 查找表，其被配置成存储所述至少一个可调谐陷波滤波器中的每一个可调谐陷波滤波 器的多种设置，接收当前工作频率的指示，以及为所述至少一个可调谐陷波滤波器中的每 一个可调谐陷波滤波器提供所述多种设置中与所述当前工作频率对应的一种设置。
15. -种方法，包括： 用功率放大器来放大输入射频（RF)信号以获得经放大RF信号； 用包括至少一个可调谐陷波滤波器的阻抗匹配电路来对功率放大器进行阻抗匹配；以 及 用所述至少一个可调谐陷波滤波器来衰减所述经放大RF信号中的至少一个不期望信 号。
16. 如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述衰减至少一个不期望信号包括用所 述至少一个可调谐陷波滤波器中的第一可调谐陷波滤波器来衰减所述经放大RF信号的第 二谐波处的第一不期望信号。
17. 如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述衰减至少一个不期望信号进一步包 括用所述至少一个可调谐陷波滤波器中的第二可调谐陷波滤波器来衰减所述经放大RF信 号的第三谐波处的第二不期望信号。
18. -种设备，包括： 用于放大输入射频（RF)信号以获得经放大RF信号的装置； 用于对所述用于放大的装置进行阻抗匹配的装置，所述用于放大的装置包括至少一个 可调谐陷波；以及 用于用所述至少一个可调谐陷波来衰减所述经放大RF信号中的至少一个不期望信号 的装置。
19. 如权利要求18所述的设备，其特征在于，所述用于衰减至少一个不期望信号的装 置包括用于用所述至少一个可调谐陷波中的第一可调谐陷波来衰减所述经放大RF信号的 第二谐波处的第一不期望信号的装置。
20. 如权利要求19所述的设备，其特征在于，所述用于衰减至少一个不期望信号的装 置进一步包括用于用所述至少一个可调谐陷波中的第二可调谐陷波来衰减所述经放大RF 信号的第三谐波处的第二不期望信号的装置。
【文档编号】H03H7/40GK104067514SQ201380006278
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2013年1月23日 优先权日:2012年1月23日
【发明者】J·卡班尼拉斯, C·D·普莱斯蒂, B·内杰蒂, G·凯尔门茨 申请人:高通股份有限公司