用于集成电路中的信号的功率放大的系统、方法及装置的制造方法
【专利摘要】在所描述的实例中，一组功率放大器放大用于发射的信号的功率。来自所述组功率放大器的所述信号功率耦合到一组初级绕组(710、720)，其共同耦合到次级绕组(730)，使得所述初级绕组(710、720)上的所述功率加入于所述次级绕组(730)中。针对在耦合到至少一个初级绕组(720)的功率放大器处于“断开”状态时在所述初级绕组(720)上所诱发的电流(790)的流动，提供所述初级侧上的电流路径。因此，防止所诱发的电流(790)流入到处于“接通”状态的所述功率放大器中。此外，所述电流路径使所述功率放大器彼此隔离以使所述功率放大器能够以额定效率进行操作。在一个实施例中，使用电阻器网络提供所述电流路径。
【专利说明】
用于集成电路中的信号的功率放大的系统、方法及装置
【背景技术】
[0001]本发明大体上涉及放大电信号及电子信号，且更明确来说，涉及用于信号的功率放大的系统、方法及装置。
[0002]通常放大信号的功率以满足集成电路的规范。举例来说，在无线通信系统中，实施集成电路以放大射频(RF)信号的功率以增大发射范围。通常，制造较大尺寸的晶体管/装置(例如，互补金属氧化物半导体(CMOS))以支持较大的功率增益。在一种技术中，实施较小增益的多个功率放大器以减小晶体管的尺寸。接着，组合多个功率放大器的输出以实现所要的信号功率电平。
【发明内容】
[0003]在所描述的实例中，一组功率放大器放大用于发射的信号的功率。来自一组功率放大器的信号功率耦合到一组初级绕组，其共同耦合到次级绕组，使得所述初级绕组上的所述功率加入于所述次级绕组中。针对在耦合到初级绕组的功率放大器处于“断开”状态时由所述次级绕组中流动的电流在至少一个初级绕组上所诱发的电流的流动，提供所述初级绕组侧上的电流路径。因此，防止所诱发的电流流入到处于“接通”状态的所述功率放大器中。此外，所述电流路径使所述功率放大器彼此隔离以使所述功率放大器能够以额定效率进行操作。在一个实施例中，使用电阻器网络提供所述电流路径。
【附图说明】
[0004]图1是实例环境的框图，其中实例实施例的各个方面是有用的。
[0005]图2是实例常规发射器装置的框图。
[0006]图3是实例集成电路的框图，其展示实例实施例中的功率放大器的实施方案。
[0007]图4是实例实施例中的实例功率组合器的示意图。
[0008]图5是描绘实例组合器的集成电路的布局部分。
[0009]图6是在一个实施例中使功率放大器彼此隔离的方式的框图。
[0010]图7是在一个实施例中可将逆电流路径引入于对功率放大器提供隔离的初级绕组侧上的方式的实例电路图。
[0011]图8A是在一个实施例中可被连接到组合器400以在初级绕组中提供逆电流路径的实例电阻器网络。
[0012]图8B是一个实施例中的实例组合器。
【具体实施方式】
[0013]图1展示实例环境，其中实例实施例的各个方面是有用的。图1展示发射装置110、通信网络120、及接收装置130，在下文中进一步详细描述所述装置。
[0014]发射装置110是经配置以发射信号(例如，射频信号)的电子装置/集成电路(1C)。发射装置110包含(例如)倍频器、数据编码器、功率放大器、滤波器、匹配网络及发射天线。调整发射装置110中的各种参数(例如，操作频率、调制类型、功率放大器的增益及阻抗匹配)以满足/遵循所要的发射标准。
[0015]通信网络120启用发射装置110与接收装置130之间的通信。通信网络可包含射频信道(例如，VHF、UHF、GSM、CDMA)及物理信道(例如，缆线、光缆)。
[0016]接收装置130是经配置以从通信网络120接收信号的电子装置/1C。接收器装置130可经配置以结合发射器装置110操作以接收及提取由发射器装置110所发射的信号。因此，接收器装置130可包含天线、调谐器、混合器、解码器、射频(RF)接收器、检测器及一或多个经调谐的射频放大器。接收装置130可运用电子滤波器以将所要的信号(占用频率范围)与由天线从通信网络120所接收到的其它信号分离。接收装置130可运用功率放大器以增加所接收到的信号的功率以用于进一步处理。在下文描述在常规装置中实施功率放大器及其它信号处理元件的方式。
[0017]图2是实例常规发射器装置的框图。如所展示，发射器/发射装置201包含信号处理器230及功率放大器240。
[0018]信号处理器230为使用对应制造技术实施有较小尺寸装置(晶体管、二极管、电容器)的1C。信号处理器230经配置以在较低功率(信号电平)处理信号且可包含压缩器、扩展器、限制器、编码器及调制器上变频器。将经处理的信号提供到功率放大器240。
[0019]功率放大器240为经配置以放大从信号处理器230所接收到的信号的功率的1C。功率放大器240由能够处理较大功率/电流的较大尺寸的装置(例如，晶体管)构造而成。举例来说，功率放大器240中的晶体管可实施有比信号处理器230中的晶体管大的信道宽度。因此，常规发射器201实施有使用不同制造技术所制造的两个1C。因此，常规发射器不具成本效益，此归因于多个IC/制造技术的使用。此外，可能不能大体上改变常规功率放大器中的功率放大器的增益。
[0020]下文描述可使用克服常规发射器中的至少部分缺点的较小尺寸的装置实施功率放大器的方式。
[0021]图3是展示实例实施例中的功率放大器的实施的实例集成电路的框图。如所展示，集成电路300包含信号处理器310、功率放大器单元330及天线370。在下文进一步详细描述每一块。
[0022]信号处理器310经配置而以低功率(信号电平)处理信号，且可包含压缩器、扩展器、限制器、编码器及调制器上变频器。在路径313上将经处理的信号提供到功率放大器单元330。天线370将电功率转换成电磁辐射。在一个实施例中，将天线370实施为集成电路300的部分。替代地，天线370可表示连接到功率组合器360的负载。
[0023]功率放大器单元330按所要的增益因数(增益)放大路径313上的信号的功率。将经放大的信号提供到天线370。如图3中所展示，功率放大器单元330包含功率放大器340A到340D及功率组合器360。每一功率放大器340A到340D经配置以按总所要的放大(增益)的分数来放大功率。因此，每一功率放大器340A到340D经配置以处理路径367上的总输出功率或电流的分数。在一个实施例中，将功率放大器340A到340D实施为互补金属氧化物半导体(CMOS)。因为每一功率放大器340A到340D仅处理所需总功率的分数，所以使用较小尺寸的装置实施放大器340A到340D。因此，在一个IC中使用相同的制造技术将信号处理单元310及放大器单元330实施于单个衬底上。
[0024]功率组合器360组合功率放大器340A到340D的输出功率，借此将具有所要功率的信号传递到天线370。下文进一步描述可将组合器实施于集成电路300上的方式。
[0025]图4是实例实施例中的实例功率组合器的示意图。如所展示，组合器400包含初级绕组410、420、430及440、及次级绕组490。初级绕组410、420、430及440及次级绕组490以电感方式/电磁方式经耦合(例如，在变压器的实例中)以将初级绕组410、420、430及440中的能量(电流)转移到次级绕组490。绕组经布置使得从每一初级绕组410、420、430及440所转移的能量(电流)加入于次级绕组490中。在一个实施例中，每一功率放大器340A到340D的输出相应地耦合到初级绕组410到440。因此，每一初级绕组上的电流(功率)与对应功率放大器340A到340D的输出功率成比例。因此，次级绕组490上的功率是从每一初级绕组410到440转移到次级绕组490的功率的总和(或累加)，借此在无需在功率放大器340A到340D中使用较大尺寸的晶体管的情况下获得所需功率。
[0026]图5是描绘实例组合器的集成电路的布局部分。如所展示，方形轨道510、520、530及540为蚀刻于金属层中的一者上(例如，金属层6上)的导电轨道。方形轨道510、520、530及540表示初级绕组410、420、430及440。每一方形轨道510、520、530及540具有经配置以接收功率放大器输出的开口(标记为“+”及“-”)。方形轨道590为蚀刻于由方形轨道510、520、530及540所形成的外围上的导电轨道。方形轨道590表示次级绕组490。可将方形轨道590蚀刻于ICT的再分布层(RDL)上。在一个实施例中，方形轨道590可操作为RF天线及辐射信号。初级及次级方形轨道以电感/电磁方式彼此耦合，且在电流在初级方形轨道510、520、530及540中流动时转移能量。举例来说，每一初级绕组诱发次级绕组590中与由相应功率放大器所注入的电流相等的电流。可调整初级方形轨道510到540及次级方形轨道590的长度以匹配功率放大器340A到340D的阻抗电平。在实施例中，次级绕组590可用作天线且可将其匹配到50欧姆阻抗。
[0027]在一个实施例中，可通过断开(或接通)所要数目的功率放大器来控制转移到次级绕组490的总能量。举例来说，如果功率放大器单元330经配置以在所有功率放大器都接通时提供功率P，那么可通过断开(或将功率放大器从初级绕组断开)功率放大器单元330中的一半数目的功率放大器(在特定实例中，可断开两个功率放大器)，将传递到天线的功率(或作为单元330的输出功率)减小0.5*P。
[0028]然而，将一些功率放大器转变到“断开”状态可能加载处于“接通”状态的功率放大器。处于“接通”状态的功率放大器的此类加载可能使希望传递到初级的功率受相应“接通”状态功率放大器的影响。替代地，“接通”状态功率放大器可以低得多的效率进行操作，借此传递比原本可实现的峰值功率小得多的功率。举例来说，如果每一功率放大器经配置以传递总功率(P)的四分之一(1/4)，那么当功率放大器中的一者断开时，每一放大器可归因于加载而传递小于所希望的四分之一(1/4)P的功率。此外，由处于“接通”状态的每一功率放大器所传递的功率可诱发断开的功率放大器的初级绕组上的非所要的较高EMF(电磁场)，借此不能使功率放大器彼此隔离。因此，在一个实施例中，组合器经配置以提供隔离以使初级处的功率放大器彼此隔离，且借此在一些功率放大器断开或未连接时将大体上所希望的功率传递到对应初级。
[0029]图6是在一个实施例中使功率放大器彼此隔离的方式的框图。在框610中，功率组合器360将来自一组功率放大器的功率耦合到对应组的初级绕组。功率组合器360可从功率放大器340A到340D接收呈经放大的输出电流或电压形式的功率。
[0030]在框620处，功率组合器360将所述组的初级绕组上的功率耦合到次级绕组，使得初级绕组上的功率加入于次级绕组中。组合器360可运用适当的绕组比例。在一个实施例中，将比例维持于I: I，使得将每一初级绕组上的大体上相同功率转移到次级。举例来说，流动通过初级绕组410到440中的每一者的电流诱发次级绕组490中的相同电流。所诱发的电流在次级绕组490中加总，且在次级绕组490的输出端子处产生所要高输出功率。
[0031]在框630处，功率组合器360在所述组的初级绕组侧上提供电流路径以用于由次级绕组(例如410到440)中流动的电流所诱发的在至少一个初级绕组上的电流的流动。举例来说，在对应功率放大器处于“断开”状态时诱发初级中的电流。在一个实施例中，(逆)电流路径减小所诱发的逆电流流动到连接到初级绕组的功率放大器中。替代地，大体上使零电流流动到断开的功率放大器中。类似地，没有(逆)电流流动到处于“接通”状态的功率放大器中。因此，功率放大器与彼此隔离。在下文进一步详细描述可提供替代电流路径的方式。
[0032]图7是在一个实施例中可将(逆)电流路径引入于初级绕组侧上以对功率放大器提供隔离的方式的实例电路图。电路图包含两个初级绕组710及720、及次级绕组730。隔离电阻器740(相应地)连接于初级绕组710的端子711与初级绕组720的端子721之间。类似地，隔离电阻器750(相应地)连接于初级绕组710的端子712与初级绕组720的端子722之间。在一个实施例中，端子712及722(正端子)经配置以从两个功率放大器接收电流。端子711及712(负端子)经配置以将电流返回路径提供到相应功率放大器。
[0033]在一个实施例中，断开连接到初级绕组720的功率放大器。因此，如图7中所展示，端子712上所接收到的电流780流动通过初级绕组710。流动通过初级绕组710的电流诱发次级绕组730中的电流770。次级绕组730中的电流770诱发跨越初级绕组720的电压或EMF(电磁场)。
[0034]在一个实施例中，如图7中所展示，电阻器740及750提供使电流790能够流动通过电阻器740及750的路径，借此不影响连接到功率放大器的路径711、712、721及722上的电流，且借此对功率放大器提供隔离。
[0035]在不存在电阻器740及750的情况下，连接到初级绕组710的功率放大器可能经受增强的负载，从而导致功率放大器可能以减小的效率进行操作。
[0036]下文进一步描述在初级绕组的数目为两个以上时可使用电阻器网络提供替代逆电流路径的方式。
[0037]图8A为一个实施例中可被连接到组合器400以在初级绕组中提供逆电流路径的实例电阻器网络。图8A包含电阻器网络810(其包含电阻器811到814)及电阻器网络820(其包含电阻器821到824)。在电阻器网络810中，将每一电阻器811到814的一个端连接到共同端子801。在电阻器网络820中，将每一电阻器821到824中的一个端连接到共同端子802。将电阻器811到814的其它端(标记为+)连接到初级绕组的对应者的正端子。类似地，将电阻器821到824的其它端(标记为-)连接到初级绕组的对应者的负端子。在图8B中进一步展示电阻器网络801及802的实例连接。
[0038]图SB是一个实施例中的实例组合器。如所展示，组合器包含耦合到次级绕组780的初级绕组840、850、860及870。初级绕组840、850、860及870经配置以连接到功率放大器(例如，340A到340D)输出的对应者，借此组合次级880处的功率。
[0039]将包含电阻器811到814的电阻器网络801连接到每一初级绕组的+端子。类似地，将包含电阻器821到824的电阻器网络802连接到每一初级绕组的-端子。因此，提供替代路径以用于初级上的电流(从次级所诱发的)的流动。因此，大体上没有电流(从次级绕组所诱发的初级绕组上的)流动到连接到对应初级绕组的功率放大器中。
[0040]在所描述的实施例中，修改为可能的，且在权利要求书的范围内，其它实施例为可能的。
【主权项】
1.一种集成电路，其包括: 第一功率放大器及第二功率放大器； 第一初级绕组，其经配置以从所述第一功率放大器接收第一功率，及第二初级绕组，其经配置以从所述第二功率放大器接收第二功率，其中所述第一初级绕组与所述第二初级绕组两者共同耦合到次级绕组，使得从所述第一初级绕组及所述第二初级绕组转移的所述功率加入于所述次级绕组上;及 电流路径，其被连接到所述第一初级绕组及第二初级绕组，从而在第一功率放大器及第二功率放大器中的一者处于“断开”状态时启用第一初级绕组及第二初级绕组中的至少一者上所诱发的第一电流流动。2.根据权利要求1所述的集成电路，其中所述第一电流由所述次级绕组中流动的电流诱发，且所述电流路径在所述第一及第二功率放大器外。3.根据权利要求2所述的集成电路，其中所述电流路径包含第一电阻器及第二电阻器，其中所述第一电阻器耦合于所述第一及第二初级绕组的正端子之间，且其中所述第二电阻器耦合于所述第一及第二初级绕组的负端子之间。4.根据权利要求2所述的集成电路，其中所述第一功率放大器及所述第二功率放大器经配置以放大用于在通信信道上发射的信号。5.根据权利要求4所述的集成电路，其中所述次级绕组经配置以以大体上与由所述第一及所述第二初级绕组所耦合的所述第一功率与所述第二功率的总和相等的发射功率发射所述信号。6.根据权利要求5所述的集成电路，其中通过将所述第一功率放大器转变到所述“断开”状态以使所述第一功率等于零来减小所述发射功率。7.根据权利要求2所述的集成电路，其中将所述第一初级绕组及所述第二初级绕组蚀刻于金属层上，且所述次级绕组形成于所述集成电路的再分布层上。8.根据权利要求7所述的集成电路，其中所述第一初级绕组及所述第二初级绕组以电磁方式耦合到所述次级绕组。9.根据权利要求7所述的集成电路，其进一步包括信号处理单元，其中运用相同制造技术制造第一功率放大器、第二功率放大器及所述信号处理单元的组件。10.一种方法，其包括: 将来自一组功率放大器的功率耦合到对应组的初级绕组； 将所述组的初级绕组上的功率耦合到次级绕组，使得所述初级绕组上的所述功率加入于所述次级绕组中；及 将电流路径提供于所述组的初级绕组上以用于在耦合到至少一个初级绕组的功率放大器处于“断开”状态时所述初级绕组上所诱发的第一电流的流动。11.根据权利要求10所述的方法，其中在连接到所述初级绕组的功率放大器处于所述“断开”状态时，由所述次级绕组中流动的电流诱发初级绕组上的所诱发的电流。12.根据权利要求11所述的方法，其中所述电流路径包含第一电阻网络及第二电阻网络，其中所述第一电阻网络连接于第一共同端子与所述组的初级绕组的一组正端子之间，且其中所述第二电阻网络连接于第二共同端子与所述组的初级绕组上的一组负端子之间。13.根据权利要求10所述的方法，其中所述组的功率放大器经配置以放大用于在通信信道上发射的信号。14.根据权利要求13所述的方法，其中所述次级绕组经配置以以大体上与从所述组的初级绕组所接收到的所述功率的总和相等的发射功率发射所述信号。15.根据权利要求14所述的方法，其进一步包括通过改变第一组功率放大器中的“接通”状态及“断开”状态功率放大器的比例改变所述发射功率，其中所述“断开”状态功率放大器将零功率耦合到所述对应初级绕组。16.根据权利要求15所述的方法，其中每一功率放大器经配置以将所述信号功率放大到最大发射功率的分数。17.根据权利要求16所述的方法，其中所述组的初级绕组被蚀刻于金属层上，且所述次级绕组形成于集成电路的再分布层上。18.—种发射器，其包括: 一组功率放大器，其经配置以放大用于在通信信道上发射的信号，其中所述组的功率放大器中的每一功率放大器经配置以在以其它方式以“接通”状态及零功率操作时将所述信号的功率放大到发射功率的分数； 一组初级绕组，其中每一初级绕组包含耦合到所述组的功率放大器中的所述功率放大器的对应一者的正及负端子，其中所述组的初级绕组耦合到次级绕组，使得每一初级绕组上所接收到的功率加性地转移到所述次级绕组； 第一组元件，其耦合到所述组的初级绕组的所述正端子及第一共同端子，及第二组元件，其耦合到所述组的初级绕组的所述负端子及第二共同端子，其中第一网络元件及第二网络元件在所述组的功率放大器外形成电流路径； 其中在耦合到所述对应初级绕组的功率放大器处于“断开”状态时，至少一个初级绕组上所诱发的第一电流流动通过所述电流路径。19.根据权利要求18所述的发射器，其中所述第一组元件及第二组元件包含第一电阻器网络及第二电阻器网络。20.根据权利要求19所述的发射器，其中所述组的初级绕组形成于金属层上，且所述次级绕组形成于集成电路的再分布层上。
【文档编号】H03F3/913GK106031029SQ201580009878
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2015年1月27日
【发明人】阿普·西瓦达斯, 阿洛克·乔希, 克里希纳斯瓦米·程加拉吉安, 拉凯什·库马尔
【申请人】德州仪器公司