使用脉宽调制的开关模式高线性度发射机的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明诸实施例一般设及通信系统，尤其设及使用正交脉宽调制技术的射频发射 机。
[0002] 相关技术背景
[0003] 与无线信号传输(例如，Wi-Fi、蜂窝、蓝牙等)相关联的功耗可能迅速耗尽移动设 备的电池。因此，期望降低移动设备中的发射机的功耗。
[0004] 图1是使用正交振幅调制(QAM)的常规直接变频发射机100的框图。发射机100包括 天线ANT、基带处理器110、^及模拟前端(4。6)120。4。6120包括用于1信号路径的数模转换 器（DAC) 121A、用于I信号路径的滤波器122A、用于I信号路径的本地振荡器化0)混频器 123A、用于Q信号路径的DAC 121B、用于Q信号路径的滤波器122B、用于Q信号路径的LO混频 器123B、组合器124、^及线性功率放大器。4)125。混频器1234和1238通过将1和9信号分别 与本地振荡器信号LO(I)和LO(Q)混频来将I和Q信号从基带直接上变频到载波频率，其中本 地振荡器信号的频率为载波频率。组合器124组合经上变频的I和Q信号，并且PA 125放大经 组合的I/Q信号W作为TX经由天线ANT传输。
[0005] 如果PA 125是运算放大器(op-amp)(或另一种类型的线性放大器），则PA 125可非 常适合于使用各种振幅调制技术(例如，OFDM)来传送信号，其中输出信号的变化应当与输 入信号的变化成比例。然而，线性放大器(例如，PA 125)消耗大量功率。
[0006] 尽管开关模式输出驱动器比线性放大器(诸如PA 125)消耗更少功率，但开关模式 输出驱动器是可能不适合于传送0抑M码元的非线性设备。例如，由于(FDM技术关联于比零 峰均比（PAR)(GMSK)或低PAR调制技术更高的PAR,因而开关模式输出驱动器可能不能够针 对OFDM技术达成足够的驱动器线性度。进一步，因为OFDM技术通常使用高频信号，因此W此 类高速率驱动开关模式输出驱动器由于开关模式输出驱动器的切换速度限制而可能是不 可行的。
[0007] 懸
[000引 ^本概述W便W简化形式介绍将在W下的详细描述中进一步描述的一些概念。 本概述并非旨在标识出要求保护的主题内容的关键特征或必要特征，亦非旨在限定要求保 护的主题内容的范围。
[0009] 公开了发射机W及操作方法，其可在生成用于传输的QAM输出信号时减小本地时 钟信号的频率和/或减小相关联驱动器电路的切换频率。该发射机可生成指示同相（I)和正 交(Q)信号分量的数个脉宽调制(PWM)信号，并且随后使用运些HVM信号的一个或多个所选 偶次谐波来生成QAM输出信号。可通过选择性地组合运些PWM信号来抑制运些PWM信号的奇 次谐波，并且可使用滤波器来抑制任何其余不想要的(例如，未选择的)偶次谐波。
[0010] 对于至少一些实施例，该发射机可包括用于生成I信号和Q信号的基带电路;具有 用于接收I信号和第一时钟信号的输入的用于生成第一 PWM信号的第一电路;具有用于接收 反相I信号和第一时钟信号的输入的用于生成第二PWM信号的第二电路;具有用于接收Q信 号和第二时钟信号的输入的用于生成第=PWM信号的第=电路;具有用于接收反相Q信号和 第二时钟信号的输入的用于生成第四PWM信号的第四电路;禪合至第一电路和第二电路的 用于响应于第一 PWM信号和第二PWM信号的一个或多个偶次谐波而生成输出I信号的第一信 号组合器;禪合至第=电路和第四电路的用于响应于第=PWM信号和第四PWM信号的一个或 多个偶次谐波而生成输出Q信号的第二信号组合器；W及用于响应于输出I信号与输出Q信 号的加总而生成QAM输出信号的加总节点。
[0011] 对于一些实施例，QAM输出信号的频率约等于第一时钟信号和第二时钟信号的频 率的N倍，其中N是大于或等于2的偶整数。
[0012] 对于一些实施例，第一信号组合器可在生成输出I信号之前抑制第一 PWM信号和第 二PWM信号的奇次谐波(包括基频分量）；并且第二信号组合器可在生成输出Q信号之前抑制 第=PWM信号和第四PWM信号的奇次谐波(包括基频分量）。可使用合适的滤波器从输出I和Q 信号中抑制不想要的偶次谐波。
[0013] 本发明诸实施例可包括用于在加总输出I和Q信号之前放大PWM信号的开关模式放 大器(例如，使用CMOS反相器电路形成的开关模式放大器）。对于至少一些实施例，开关模式 放大器可按照为QAM输出信号频率的1/N的切换频率进行切换。W此方式，使用HVM信号的N 次谐波来生成QAM输出信号可允许第一和第二时钟信号的频率为QAM输出信号的频率的1/ N，并且可允许开关模式放大器按照QAM输出信号的频率的1/N进行切换。运进而可允许较干 净的（例如，更稳定的）时钟信号（例如，相比于其中第一和第二时钟信号具有与QAM输出信 号相同的频率的发射机)W及开关模式放大器的更高效操作(例如，相比于其中开关模式放 大器的切换频率与QAM输出信号的频率相同的发射机）。
[0014] 附图简述
[0015] 本发明各实施例是作为示例来解说的，且不旨在受附图中各图的限制。相似的附 图标记贯穿附图和说明书指代相似的元素。
[0016] 图1是常规QAM发射机的框图。
[0017] 图2A是根据一些实施例的QAM发射机的框图。
[001引图2B是图2A的功率组合器的一个实施例的框图。
[0019] 图3A描绘了创建与响应于输入数据信号和时钟信号而生成PWM信号相关联的一次 到八次谐波。
[0020] 图3B描绘了根据一些实施例的从PWM信号中消除奇次谐波。
[0021] 图3C描绘了根据一些实施例的创建与响应于输入数据信号和时钟信号而生成PWM 信号相关联的一次和二次谐波。
[0022] 图4A-4B描绘了解说根据一些实施例的用于生成QAM输出信号的示例性方法的流 程图。
[0023] 图5是根据一些实施例的通信设备的框图。
[0024] 详细描述
[0025] 仅为了简化起见，W下在处理具有示例性频率值的信号的上下文中讨论本发明诸 实施例。应当理解，本发明诸实施例等同地适用于处理各种合适频率和/或频率范围的信 号、W及使用任何合适的编码和/或调制技术来处理信号。
[0026] 在W下描述中，阐述了众多具体细节(诸如具体组件、电路、和过程的示例），W提 供对本公开的透彻理解。而且，在W下描述中并且出于解释目的，阐述了具体的命名W提供 对本公开各实施例的透彻理解。然而，对于本领域技术人员将明显的是，可W不需要运些具 体细节就能实践本发明各实施例。在其他实例中，W框图形式示出公知的电路和设备W避 免混淆本公开。如本文所使用的，术语"禪合"意指直接连接到、或通过一个或多个居间组件 或电路来连接。本文所描述的各种总线上所提供的任何信号可W与其他信号进行时间复用 并且在一条或多条共用总线上提供。另外，各电路元件或软件块之间的互连可被示为总线 或单信号线。每条总线可替换地是单信号线，而每条单信号线可替换地是总线，并且单线或 总线可表示用于各组件之间的通信的大量物理或逻辑机制中的任一个或多个。本发明各实 施例不应被解释为限于本文描述的具体示例，而是在其范围内包括由所附权利要求所限定 的所有实施例。
[0027] 如本文所使用的，谐波是信号的分量频率，其为信号基频的整数倍(例如，如果信 号的基频被标示为f，则谐波具有等于2f、3f、4f、5f等的频率）。因此，如本文所使用的，一次 谐波是指在基频处的信号分量，二次谐波是指在两倍基频处的信号分量，=次谐波是指在 =倍基频处的信号分量，W此类推。
[0028] 图2A是根据本发明诸实施例的可使用正交振幅调制(QAM)的发射机200的框图。发 射机200可被包括在通信设备(例如，图5的通信设备500)内。发射机200在图2A中被示为包 括基带处理器210、模拟前端(AFE)220W及天线ANT。禪合至AFE 220的基带处理器210可W 生成将从发射机200经由天线ANT传送的同相（I)和正交(Q)信号。对于一些实施例，I和Q信 号可W表示将使用QAM技术从发射机200传送的不同数据。
[00巧]AFE 220包括两个DAC 221A-221B、四个占空比控制器222A1-222A2和222B1-222B2、四个驱动器电路223A1-223A2和223B1-223B2、W及功率组合器225dDAC 221A、占空 比控制器222A1-222A2和驱动器电路223A1-223A2(它们可被统称为I信号处理路径)将处理 I信号。DAC 221B、占空比控制器222B1-222B2和驱动器电路223B1-223B2(它们可被统称为Q 信号处理路径)将处理Q信号。功率组合器225将组合I信号分量和Q信号分量W生成将从天 线ANT传送的QAM输出信号TX。尽管图2A中仅示出了一个天线ANT，但是应该理解，发射机200 可包括任何合适数目的天线。类似地，尽管图2A中仅示出了一个基带处理器210和A阳220， 但是应该理解，发射机200可包括任何合适数目的基带处理器和/或A阳。
[0030] 注意，本文参照图2A描述的组件仅是示例性的。在各种实施例中，可省略、组合、或 修改所描述的组件中的一个或多个组件，并且可包括附加组件。例如，I路径和Q路径可包括 其他各种元件，诸如本地振荡器(例如，用于生成本地时钟信号，如W下所讨论的）、附加放 大器、滤波器、和/或其他合适组件。
[0031] 对于I路径，第一DAC 221A将数字基带I信号（如从基带处理器210接收的数字基带 I信号）转换成模拟I信号。第一DAC 221A还包括反相输出端子W用于生成反相模拟I信号 (/)(例如，其中I信号和引言号是互补模拟信号）。模拟I信号被提供作为第一占空比控制器 222A1的输