用于放大器的偏置电流监视器及控制机制的制作方法
【专利说明】
[000。 分秦申请的相关信息
[000引本申请是申请号为PCT/US2010/044033,申请日为2010年7月30日，优先权日为 2009年7月30日，发明名称为"用于放大器的偏置电流监视器及控制机制"的PCT申请进 入国家阶段后申请号为201080033302. 9的中国发明专利申请的分案申请。
[0003] 依据35U. S. C. § 119丰化优先权
[0004] 本专利申请案主张2009年7月30日申请的标题为"功率放大器偏置电流监视器 和控制机制（PO肥R AMPLIFI邸 BIAS CURRENT MONITOR AND CONTROL MECHANISM)"的第 61/230, 089号美国临时申请案的优先权，所述美国临时申请案已转让给本受让人且W引用 的方式明确地并入本文中。
技术领域
[0005] 本发明大体上设及电子设备，且更具体来说，设及用于放大器的偏置电路。
【背景技术】
[0006] 放大器通常用于各种电子装置中W提供信号放大。不同类型的放大器可用于不同 用途。举例来说，例如蜂窝式电话的无线通信装置可包括用于双向通信的发射器及接收器。 发射器可包括驱动器放大器值A)及功率放大器（PA)，接收器可包括低噪声放大器（LNA)， 且发射器及接收器可包括可变增益放大器（VGA)。
[0007] 放大器可经设计成W目标偏置电流进行操作，目标偏置电流可基于放大器的所要 性能加W选择。可通过将合适的偏置电压施加到放大器而获得目标偏置电流。此偏置电压 可为固定的，且可接着导致可随着放大器的老化、温度及其它现象而改变的偏置电流。因 此，偏置电流可偏离目标偏置电流，且所述偏离可不利地影响放大器的性能。举例来说，较 低或较高偏置电流可导致放大器的输出功率移位，此可为不良的。
【发明内容】
【附图说明】
[000引图1展示无线通信装置的框图。
[0009] 图2展示使用电流镜的用于功率放大器的偏置调整的示范性设计。
[0010] 图3展示基于功率放大器中的电感器上的电压的偏置调整的示范性设计。
[0011] 图4展示基于功率放大器中的晶体管的栅极到源极电压的偏置调整的示范性设 计。
[0012] 图5展示基于功率放大器及复制品电路中的晶体管的栅极到源极电压的偏置调 整的示范性设计。
[0013] 图6展示利用反馈回路的偏置调整的示范性设计。
[0014] 图7及8展示使用切换模式电源W使供应电压隔离的偏置调整的两个示范性设 计。
[0015] 图9展示漏极电流与漏极到源极电压的一族曲线。
[0016] 图10展示用于调整偏置电流的过程的示范性设计。
【具体实施方式】
[0017] 下文所陈述的详细描述既定作为对本发明的示范性设计的描述，且既定不表示可 实践本发明的仅有设计。术语"示范性"在本文中用W意味着"充当实例、例子或说明"。在 本文中描述为"示范性"的任一设计未必应被解释为比其它设计优选或有利。所述详细描 述包括特定细节W实现提供对本发明的示范性设计的详尽理解的目的。对于所属领域的技 术人员将显而易见，可在无该些特定细节的情况下实践本文中所描述的示范性设计。在一 些例子中，W框图形式展示众所周知的结构及装置，W避免使本文中所呈现的示范性设计 的新颖性模糊不清。
[0018] 本文中描述用于监视及控制放大器的偏置电流的技术。所述技术可用于各种电子 装置，例如无线通信装置、蜂窝式电话、个人数字助理（PDA)、手持型装置、无线调制解调器、 膝上型计算机、无绳电话、藍牙装置、消费型电子装置，等等。为了清楚起见，下文描述所述 技术针对无线通信装置的使用。
[0019] 图1展示无线通信装置100的示范性设计的框图。在此示范性设计中，无线装置 100包括数据处理器110及收发器120。收发器120包括支持双向无线通信的发射器130 及接收器150。一般来说，无线装置100可包括用于任一数目个通信系统及任一数目个频带 的任一数目个发射器及任一数目个接收器。
[0020] 在发射路径中，数据处理器110处理待发射的数据且将模拟输出信号提供给发射 器130。在发射器130内，模拟输出信号由放大器（Amp) 132放大、由低通滤波器134滤波 W移除由数/模转换导致的映像、由VGA 136放大，且通过混频器138从基带上变频转换到 射频（RF)。经上变频转换信号由滤波器140滤波、由驱动器放大器值A) 142及功率放大器 (PA) 144进一步放大、被路由通过开关/双工器146,且经由天线148而发射。
[0021] 在接收路径中，天线148从基站及/或其它发射器台接收信号且提供经接收信号， 所述经接收信号被路由通过开关/双工器146且提供给接收器150。在接收器150内，经接 收信号由LNA 152放大、由带通滤波器154滤波，且通过混频器156从射频下变频转换到基 带。经下变频转换信号由VGA 158放大、由低通滤波器160滤波，且由放大器162放大W获 得模拟输入信号，模拟输入信号被提供给数据处理器110。
[0022] 图1展示实施直接转换架构的发射器130及接收器150,直接转换架构在一个级中 在RF与基带之间对信号进行频率转换。发射器130及/或接收器150也可实施超外差式 架构，超外差式架构在多个级中在RF与基带之间对信号进行频率转换。本机振荡器（LO) 产生器170产生发射LO信号及接收LO信号且将其分别提供给混频器138及156。锁相回 路（P化)172从数据处理器110接收控制信息且将控制信号提供给LO产生器170, W产生在 适当频率下的发射LO信号及接收LO信号。
[0023] 图1展示示范性收发器设计。一般来说，可通过放大器、滤波器、混频器等等的一 个或一个W上级执行发射器130及接收器150中的信号的调节。该些电路可不同于图1所 示的配置加W布置。此外，也可使用图1中未图示的其它电路来调节发射器及接收器中的 信号。也可省略图1中的一些电路。收发器120的全部或一部分可实施于一个或一个W上 模拟集成电路（1C)、RF IC(RFIC)、混频信号1C等等上。举例来说，发射器130中的放大器 132到功率放大器144可实施于RFIC上。驱动器放大器142及功率放大器144也可实施于 在RFIC外部的另一 1C上。
[0024] 数据处理器110可执行用于无线装置100的各种功能，例如，用于经发射数据及经 接收数据的处理。存储器112可存储用于数据处理器110的程序代码及数据。数据处理器 110可实施于一个或一个W上专用集成电路（ASIC)及/或其它1C上。
[0025] 本文中所描述的用于监视及控制偏置电流的技术可用于各种类型的放大器，例如 图1所示的放大器。为了清楚起见，W下描述的大部分涵盖监视及控制功率放大器（例如， 图1中的功率放大器144)的偏置电流。所述技术可测量功率放大器的偏置电流，且可调整 偏置电流W补偿归因于老化W及1C工艺的改变、电源电压的改变、温度的改变及/或其它 现象的偏置变化。
[0026] 图2展示使用电流镜的偏置调整的示范性设计的示意图。在图2所示的示范性设 计中，利用禪合到电感器214的N沟道金属氧化物半导体（NMO巧晶体管212实施功率放大 器210。NMOS晶体管212使其栅极接收输入RF脚in)信号、使其源极禪合到电路接地，且 使其漏极提供输出RF(RFout)信号。电感器214使一个末端禪合到上部电源Vdd，且使另一 末端禪合到NM0S晶体管212的漏极。电阻器216使一个末端禪合到NM0S晶体管212的栅 极，且使另一末端从偏置电路220接收偏置电压Vbias。
[0027] NMOS晶体管212提供RFin信号的信号放大。电感器214充当NMOS晶体管212的 无源负载。电感器214也充当减小从Vdd供应到RFout信号的噪声禪合的RF扼流器。电 感器214也可为用于功率放大器210的输出匹配电路的部分。电阻器216充当可将Vbias 电压递送到NMOS晶体管212同时将高阻抗路径提供给RFin信号的RF扼流器。
[002引在偏置电路220内，NMOS晶体管222使其源极禪合到电路接地且使其栅极禪合到 电阻器216。电流源230使一个末端禪合到NMOS晶体管222的漏极且使另一末端禪合到 Vdd。电流源230可为可提供可变电流Ics的可编程电流源。NMOS晶体管224使其源极禪 合到NMOS晶体管222的栅极、使其栅极禪合到NMOS晶体管222的漏极，且使其漏极禪合到 Vdd。电阻器226禪合于NMOS晶体管222的栅极与电路接地之间。
[0029] 功率放大器210具有偏置电流Ibias，其流动通过电感器214及NMOS晶体管212。 可选择Ibias电流W提供功率放大器210的所要性能。Ibias电流取决于提供给NMOS晶体 管212的栅极的Vbias电压。可通过将Vbias电压设定为合适值而获得所要/目标Ibias 电流。然而，归因于例如NMOS晶体管212的老化、温度改变、电源电压改变及1C工艺改变 等等的各种因素，可能需要不同Vbias电压来获得目标Ibias电流。
[0030] 偏置电路220与功率放大器210经禪合W作为电流镜。将相同Vbias电压施加到 NMOS晶体管212及222两者的栅极。因此，通过NMOS晶体管212的Ibias电流与通过NMOS 晶体管222的Ics电流相关，且可表达为：
[0031] Ibias = K*Ics,方程式（1)
[0032] 其中K为NMOS晶体管212的大小对NMOS晶体管222的大小的比率。K可大于1， 使得Ibias电流的仅一分率用于偏置电路220,此可接着减小功率消耗。
[0033] 图2所示的示范性设计依赖于功率放大器210中的NMOS晶体管212与偏置电路 220中的NMOS晶体管222之间的匹配来获得方程式（1)所示的Ibias与Ics之间的关系。 为了获得目标Ibias电流，可将对应目标Ics电流计算为Ics = Ibias/K。可接着调整电流 源230 W提供目标Ics电流。
[0034] 尽管图2中未图示，但也可测量Ics电流，且可控制电流源230 W获得目标Ics电 流。此可确保将目标Ibias电流提供给功率放大器210。由于Ibias电流为Ics电流的按 比例缩放版本，因此可经由电流镜有效地测量Ibias电流。此将避免为了测量Ibias电流 而添加与电感器214串联的电阻器的需要，此又将避免Vdd与NM0S晶体管212之间的电压 降。
[0035] 在一个示范性设计中，可基于Vbias电压与经测量Ics电流的查找表来执行偏置 调整。可通过经由计算机仿真、经验测量等对功率放大器210进行特性化来确定此查找表。 可将经测量Ics电流提供给查找表，查找表可接着为NM0S晶体管212提供Vbias电压。在 另一示范性设计中，可反复地执行偏置调整。对于每一反复，可对照目标Ics电流来比较经 测量Ics电流。如果经测量Ics电流不在目标Ics电流的可接受范围内，则可调整Vbias 电压，使得经测量Ics电流更接近地移向目标Ics电流。当经测量Ics电流在目标Ics电 流的可接受范围内时，偏置调整可终止。
[0036] 图3展示通过测量电感器214上的电压的偏置调整的示范性设计的示意图。在 图3所示的示范性设计中，偏置调整电路240包括运算放大器（op-amp) 252、模/数转换器 (ADC) 258、处理器260及偏置电路270。运算放大器252