带有输入功率保护电路的功率放大器的制造方法
【专利说明】带有输入功率保护电路的功率放大器
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请涉及2013年7月9日提交的名称为“POWERAMPLIFIER ARCHITECTURES WITHINPUT POWER PROTECT1N CIRCUITS”的美国临时申请第61/844,232号并且要求其优先权，该在先申请公开的内容以引用的方式全部并入本文。
[0003]与以下事项相关的声明:联邦政府资助的研究/开发
[0004]不适合此种情况
技术领域
[0005]本发明总体上涉及射频(RF)电路，具体地，涉及带有输入功率保护电路的功率放大器构造。
【背景技术】
[0006]无线通信系统在牵涉到长距离或短距离信息传递之类的众多情景中得到了应用，并且存在着适合于满足长或短距离信息传递各自的特殊需求的各种各样的形态。就普及和推广程度而言，这些系统中占首要地位的是手机或蜂窝电话，并且据估计全世界有超过46亿用户。
[0007]—般来说，无线通信涉及以各种不同方式被调制以代表数据的射频(RF)载波信号，并且信号的调制、传输、接收和解调符合为了使它们协调一致而制定的一组标准。存在很多不同的移动通信技术或空中接口，包括GSM(全球数字移动电话系统)、EDGE(增强型数据速率GSM演进)和UMTS(通用移动电信系统)。这些技术存在多个不同代次并且是分阶段推行的，其中一种常见的被称为UMTS-FDD(频分双工)的与第三代(3G)UMTS相关的模态是W-CDMA(宽带码分多址)。最近，正在推广4G(第四代)技术，比如基于较早的GSM和UMTS标准的LTE(长期演进)技术。除了诸如这些的移动通信形态之外，各种各样的通信装置吸收了局域数据网络形态，比如无线LAN(WLAN)/WiF1、ZigBee等等。按照这些思路，还正在实施最后一公里无线宽带接入技术，比如WiMAX(微波接入全球互联)。
[0008]任何无线通信系统的基本组成部分都是收发器，S卩，组合在一起的发送器和接收器电路。收发器将数据编码为基带信号并且将其调制到RF载波信号上。在接收时，收发器对RF信号进行下变频、解调出基带信号并且解码出由基带信号代表的数据。与发送器相连的天线将电信号转换为电磁波，并且与接收器相连的天线将电磁波转换回电信号。取决于通信形态的具体情况，可以使用单个或多个天线。
[0009]传统的收发器一般不会产生足够的功率或者具有充足的灵敏度来独立实现可靠通信。这样，需要对RF信号进行额外的调整。收发器与天线之间提供这一功能的电路称为前端电路，前端电路被理解为是由用于增大发射功率的功率放大器和/或用于增大接收灵敏度的低噪声放大器组成的。通信系统的各个频带或操作频率具有专门调谐到该操作频率的专用功率放大器和低噪声放大器。
[0010]对于WiFi应用中使用的典型功率放大器，发送模式下的增益要求是处于25dB到30dB的范围内。WiFi通常指的是命名为IEEE 802.11的局域网组网标准的多代版本，每一代都具有不同的操作参数。例如，在操作频率为2.5GHz的802.1lg模式下，最大线性输出功率大约为18dBm到22dBm。该最大线性输出功率在操作频率为5GHz的802.1la模式下可以是17dBm到21dBm。考虑到这些放大器增益参数和输出功率要求，收发器输出功率一般不超过-3 dBm ο
[0011]不过，在校准模式下，WiFi收发器可以将输出功率增加到高达lOdBm。功率放大器的长期可靠性在功率放大器接收这样的输入功率电平的情况下会受到损害，因为在其晶体管上有可能存在过大的电压载荷。发射链路最后一级中的晶体管承受最尚电压载荷，因为先前的各级将输入信号放大到了高得足以造成损害的程度。这在CMOS(互补金属氧化物半导体)晶体管中尤其成问题，CMOS晶体管与传统的BiCMOS和GaAs(砷化镓)技术相比，击穿电压额定值更低。
[0012]最后一个放大级中的晶体管在输出不与50欧姆负载完美匹配的时候，除了与较大输入信号本身相关的载荷外，还会承受额外的载荷。这常常是收发器/前端电路与生产线上的自动测试仪器相连时的情形。这可能会导致晶体管端子上的电压电平远超过可靠操作的水平。由此，本领域中存在着对用来保护功率放大器不受输入功率过大载荷影响的改进构造的需求。
【发明内容】
[0013]本发明意图缓解RF功率放大器中使用的晶体管的电压和电流过载。总的来说，该电路构造使得能够将输入功率电平控制为限制在能够维持可靠操作的程度。此外，也预想到了针对天线VSWR变化的保护。披露了为此目的而设计的功率放大器电路和输入功率限幅器电路的各种不同实施例。
[0014]按照一种实施例，RF功率放大器电路具有发射信号输入端和发射信号输出端，此外还有输入匹配网络。此外，还可以有功率检测器，其生成与输入信号的功率电平成比例的电压输出。该电路可以包括定向親合器，其具有与发射信号输入端相连的第一端口、与输入匹配网络相连的第二端口和与功率检测器相连的第三端口。可以有第一功率放大器级，其具有与输入匹配网络相连的输入端和与发射信号输出端相连的输出端。该电路还可以包括与功率检测器相连的控制电路。可以由控制电路基于来自功率检测器的电压输出与输入信号的特定功率电平所对应的预定电压电平的比较结果来生成增益降低信号。RF功率放大器电路的总增益可以基于增益降低信号而降低。
[0015]另一个实施例考虑了用于具有输入匹配网络和输出匹配网络的功率放大器的输入功率限幅器电路。该电路可以包括多个链接的各自由偏置电路控制的放大器级。链接的放大器级中的第一个可以与输入匹配网络相连。链接的放大器级中的最后一个可以与输出匹配网络相连。此外，该电路可以包括定向耦合器，该定向耦合器与发射信号输入端和输入匹配网络相连。该电路还可以具有可编程衰减器和输入功率检测器，该可编程衰减器与定向耦合器相连，输入功率检测器与可编程衰减器相连。可以有比较器块，该比较器块与输入功率检测器相连并且与链接的放大器级的偏置电路中的每一个相连。这些偏置电路可以响应于输入功率检测器触发高输入功率指示器来降低各个链接的放大器级的静态电流。
[0016]在另一个实施例中，有用于功率放大器的输入功率限幅器电路。该电路可以包括输入定向耦合器，该输入定向耦合器与发射信号输入端相连。还可以有第一功率放大器级，该第一功率放大器级与输入定向耦合器相连。级间匹配网络可以与第一功率放大器级相连，并且第二功率放大器级可以与该级间匹配网络相连。该电路还可以有输入功率检测器，其生成与输入信号的功率电平成比例的电压输出。此外，该电路可以引入开关晶体管，该开关晶体管与级间匹配网络相连并且由导通状态和截止状态定义。级间匹配网络可以利用处于截止状态的开关晶体管定义第一阻抗并且利用处于导通状态的开关晶体管定义第二阻抗。该电路可以具有与输入功率检测器相连的控制电路。开关晶体管可以被控制电路至少部分地基于来自输入功率检测器的电压输出的评估结果来设置为导通状态和截止状态。可以利用定义了第二阻抗的级间匹配网络来降低第一功率放大器级和第二功率放大器级的总增益。
[0017]本发明的再一个实施例涉及用于功率放大器的输入功率限幅器电路。该电路可以具有输入定向耦合器，该输入定向耦合器与发射信号输入端相连。此外，还可以有第一功率放大器级，该第一功率放大器级与输入定向耦合器相连。该电路可以具有可调衰减器，该可调衰减器与输入定向耦合器和第一功率放大器级相连，同时还有可以生成与输入信号的功率电平成比例的电压输出的输入功率检测器。可以有控制电路，该控制电路与输入功率检测器和可调衰减器相连。其衰减系数可以至少部分基于来自输入功率检测器的电压输出超过预定阈值的评估结果而被增大。第一功率放大器级的增益可响应于衰减系数的增大而被降低。
[0018]参照下面的【具体实施方式】部分，同时结合附图进行阅读，本公开文本