专利名称：具有宽动态范围的整流放大器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有配置用于提供可变输出功率的整流结构的可变增益放大器。
背景技术：
无线通信系统中发射的信号往往在强度方面有所不同，从而需要在无线电收发信
机中使用可变增益放大器。可变增益放大器操作用于对发射信号中变化的路径损耗进行补 m
te ο理论上，可变增益放大器(VGA)在低噪声时提供放大，几乎不增加失真，并且耗费 极少的功率。这是很重要的，因为由发射机产生的任何失真将功率漏失到邻近的通信信道 中，从而降低了系统容量。为了最小化失真，VGA及其他电路中的偏置电流一般很高，这对 于便携设备来说是一个不需要的属性。因此，具有一种失真低和功率消耗低的VGA是有利的。
发明内容
本发明通常意在用于包括可变增益放大器的极化调制器(polar modulator)中的 设备和方法，基于多个整流放大器，所述可变增益放大器基于振幅调制信号和/或功率电 平控制信号提供可调节的输出功率电平。在一个方面中，本发明涉及一种用于极化调制器中的整流放大器设备，该设备包 括耦合到负载级的第一整流放大器级和与第一整流放大器级和负载级并联耦合的第二 整流放大器级，其中，所述第一和所述第二整流放大器级分别被配置来提供预定义定标 (scaled)输出，并且其中，所述整流放大器级分别被配置成响应于开关信号有选择地接通 或断开。在另一方面中，本发明涉及一种用于极化调制器中的整流放大器设备，该设备包 括多个整流放大器级，其中，多个整流放大器级之一耦合到负载级，开关设备耦合到所述多 个整流放大器级之一，其中所述开关设备布置成响应于功率控制信号接通或断开所述多个 整流放大器级中的一个或多个。在又一个方面中，本发明涉及一种在极化调制器中提供输出信号的方法，包括在 开关设备接收功率控制信号，基于功率控制信号生成多个开关信号并且至少部分地基于一个或多个所述开关信号接通或断开耦合到极化调制器的输出负载的多个整流放大器级中 的一个或多个的输出。在下文中结合附图来描述本发明的其他方面。
本发明的前述方面和伴生的优势将在参照下文具体描述并且结合附图而变得更 加一目了然，其中图1示出了极化发射机的简图；图2是双平衡混频器的示意图；图3是可以在本发明实施中使用的整流放大器的实施例的示意图；图4(a)是根据本发明各方面的包括M个并励级(shunt stages)的整流放大器的 实施例示意图；图4(b)是根据本发明各方面的采用开关来停用它并最小化馈通(feedthrough) 的整流放大器实施例的示意图；图4(c)是根据本发明各方面的包括M个并励级，其只有低功率级活动的整流放大 器实施例的示意图；图5(a)是根据本发明各方面的使用交叉耦合设备来降低馈通的整流放大器级的 实施例示意图；图5(b)是根据本发明各方面的用施加补偿电流(offset current)来使用交叉耦 合设备的整流放大器级的实施例示意图；图6是根据本发明各方面的用来定标整流放大器的低功率级的输出功率电平的 R-2R梯型电阻的示意图；图7是根据本发明各方面的具有扩展动态范围的整流放大器的示意图。
具体实施例方式图1说明了一个极化调制发射机。发射机由于其设计的简单性而有效地运行，其 由用于提供相位/频率调制的锁相环(PLL)和用于提供振幅/包络调制的可调节放大器组 成。如图2中所示，可以用一个双平衡混频器对射频载波进行振幅调制。该混频器使 用相位/频率调制的射频载波对由晶体管m-N4形成的差动对进行开关。这个行动将由 差动电流+IAM(t)和_IAM(t)表示的振幅调制信号转换成发射频率。这些设备N5-N6充当隔 离从差动对开关和信号源摆动的输出的共源共栅放大器级。负载由具有两个值为1/2 的 组件的后端电阻&，平衡不平衡变换器(balurOLi和调谐电容器C1组成。这些组件将50 Ω 的端阻抗转换成一般等于200 Ω的内电阻。双平衡混频器表示直接上变频极化发射机的部 分。为了有效地运行，射频载波信号必须快速并完全地开关(switch)整流设备&-队。 此举将有助于最大化激励器(driver)的输出vout (t) = iM(t)RLeff其中，iM(t)是对应振幅调制信号的差动电流，Iilrff是在射频发射频率时的有效负载阻抗。施加到激励器的很大的射频信号类似一个方波，并且在射频载波的奇数谐波产生 能量，虽然强度有所降低。由于输出网络调谐到射频载波，该输出网络在高次谐波频率带来 一个较低的有效负载阻抗I leff。这有助于降低在射频载波的谐波频率处的能量。完全开关整流设备所需的摆幅(swing)近似等于其中，max(iM)是信号的峰值，K是开关核心中的MOS设备的本征增益。实际上， 参数K与氧化物的厚度t。x成反比地变化。激励器将信号电流Iam整流成一个方波输出，这可以用傅里叶级数来建模
权利要求
1.一种用于极化调制器中的整流放大器设备，包括第一整流放大器级，其耦合到负载级；以及第二整流放大器级，其与所述第一整流放大器级和所述负载级并联耦合；其中，所述第一和所述第二整流放大器级分别被配置用于提供预定义定标输出，并且 其中，每个所述整流放大器级被配置成响应于开关信号有选择地接通或断开。
2.根据权利要求1所述的设备，还包括开关设备，所述开关设备被配置成提供对所述 第一和所述第二整流放大器级的选择性开关的控制。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述开关设备包括开关电路，所述开关电路被配 置用于接收与期望输出电平相关联的功率控制信号并且提供一个或多个开关信号以控制 所述第一和所述第二整流放大器级的开关。
4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述功率控制信号包括振幅调制信号。
5.根据权利要求3所述的设备，其中，所述功率控制信号包括与发射功率电平信号相 结合的振幅调制信号。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一整流放大器级包括第一对晶体管，其耦合到所述负载和提供给所述第一整流放大器级的偏置信号；以及第二对晶体管，其耦合到所述第一对晶体管，所述第二对晶体管包括耦合到提供给所 述第一整流放大器级的射频信号的射频开关对；其中，所述第二对晶体管还耦合到提供给所述第一整流放大器级的振幅信号。
7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述振幅信号是电流信号。
8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述振幅信号包括振幅调制信号。
9.根据权利要求7所述的设备，其中，所述振幅信号包括与发射功率电平信号相结合 的振幅调制信号。
10.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一放大级和所述第二放大级的所述预定 义定标输出被相等加权。
11.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一放大级和所述第二放大级的所述预定 义定标输出被线性地加权。
12.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一放大级和所述第二放大级的所述预定 义定标输出被二进制加权。
13.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一放大级和所述第二放大级的所述预定 义定标输出被对数或指数加权。
14.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一整流放大器级被配置为交叉耦合差动对。
15.根据权利要求14所述的设备，其中，所述交叉耦合的差动对包括第一对晶体管，包括第一晶体管和第二晶体管，所述第一对晶体管耦合到所述负载和 提供给所述第一整流放大器级的偏置信号；第二对晶体管，包括第一射频开关对，所述第二对晶体管耦合到所述第一对晶体管，提 供给所述第一整流放大器级的射频信号，以及提供给所述第一整流放大器级的振幅信号； 以及第三对晶体管，包括第二射频开关对，所述第三对晶体管耦合到所述第一对晶体管和所述射频信号；其中，所述第一射频开关对和所述第二射频开关对被交叉耦合以取消通过反馈路径耦 合到所述输出的信号。
16.根据权利要求15所述的设备，其中，所述振幅信号是电流信号。
17.根据权利要求16所述的设备，其中，所述振幅信号包括振幅调制信号。
18.根据权利要求16所述的设备，其中，所述振幅信号包括与发射功率电平信号相结 合的振幅调制信号。
19.根据权利要求15所述的设备，还包括偏置电路，所述偏置电路被配置用于向所述 第一第二射频开关对和所述第二射频开关对施加补偿电流以减少失真。
20.根据权利要求19所述的设备，其中，所述偏置电路包括第一电路，用于结合所述 补偿电流与所述振幅信号；以及第二电路，用于将所述补偿电流耦合到所述第二射频开关 对。
21.根据权利要求1所述的设备，还包括耦合到所述第一整流放大器级的R-2R梯型电 路，其中，所述R-2R梯型电路被配置用于提供额外的输出电平控制解答。
22.根据权利要求21所述的设备，其中，所述R-2R梯型电路耦合到所述整流放大器级 的最低功率电平。
23.根据权利要求1所述的整流放大器设备，其中，所述负载级包括第一负载电阻；第二负载电阻；调谐电容器；以及平衡-不平衡变换器(balim)。
24.一种用于极化调制器中的整流放大器设备，包括多个整流放大器级，其中，多个整流放大器级之一耦合到负载级；以及开关设备，其耦合到所述多个整流放大器级之一，其中，所述开关设备被布置成响应功 率控制信号来接通或断开所述多个整流放大器级中的一个或多个。
25.根据权利要求M所述的设备，其中，所述多个整流放大器级之一被配置用于提供 预定义定标输出。
26.根据权利要求M所述的设备，其中，所述开关设备包括开关电路，所述开关电路被 配置用于接收所述功率控制信号并且用于提供多个开关信号以控制所述多个整流放大器 级中的一个或多个的开关，其中，所述功率控制信号与期望的输出功率电平相关联。
27.根据权利要求沈所述的设备，其中，所述功率控制信号包括振幅调制信号。
28.根据权利要求沈所述的设备，其中，所述功率控制信号包括与发射功率电平信号 相结合的振幅调制信号。
29.根据权利要求M所述的设备，其中所述多个整流放大器级中的一个或多个包括第一对晶体管，其耦合到所述负载和提供给所述整流放大器级的偏置信号；以及第二对晶体管，其耦合到所述第一对晶体管，所述第二对晶体管包括耦合到提供给所 述整流放大器级的射频信号的射频开关对；其中，所述第二对晶体管还耦合到提供给所述整流放大器级的振幅信号。
30.根据权利要求M所述的设备，其中，所述振幅信号是电流信号。
31.根据权利要求30所述的设备，其中，所述振幅信号包括振幅调制信号。
32.根据权利要求30所述的设备，其中，所述振幅信号包括与发射功率电平信号相结合的振幅调制信号。
33.根据权利要求M所述的设备，其中，所述整流放大器级中的一个或多个被配置为 交叉耦合的差动对。
34.根据权利要求33所述的设备，其中，所述交叉耦合的差动对包括第一对晶体管，包括第一晶体管和第二晶体管，所述第一对晶体管耦合到所述负载和 提供给所述整流放大器级的偏置信号；第二对晶体管，包括第一射频开关对，所述第二对晶体管耦合到所述第一对晶体管，提 供给所述整流放大器级的射频信号，以及提供给所述整流放大器级的振幅信号；以及第三对晶体管，包括第二射频开关对，所述第三对晶体管耦合到所述第一对晶体管和 所述射频信号；其中，所述第一射频开关对和所述第二射频开关对被交叉耦合以取消通过反馈路径耦 合到所述输出的信号。
35.根据权利要求34所述的设备，还包括偏置电路，所述偏置电路被配置用于向所述 第一第二射频开关对和所述第二射频开关对施加补偿电流以减少失真。
36.根据权利要求35所述的设备，其中，所述偏置电路包括第一电路，用于结合所述 补偿电流与所述振幅信号；以及第二电路，用于将所述补偿电流耦合到所述第二射频开关 对。
37.根据权利要求25所述的设备，其中，多个所述整流放大器级的所述预定义定标输 出被相等加权。
38.根据权利要求25所述的设备，其中，多个所述整流放大器级的所述预定义定标输 出被线性加权。
39.根据权利要求25所述的设备，其中，多个所述整流放大器级的所述预定义定标输 出被二进制加权。
40.根据权利要求25所述的设备，其中，多个所述整流放大器级的所述预定义定标输 出被指数或对数加权。
41.根据权利要求M所述的设备，还包括耦合到所述多个整流放大器级中的一个或多 个的R-2R梯型电路，其中，所述R-2R梯型电路被配置用于提供额外的输出电平控制解答 (resolution)。
42.根据权利要求41所述的设备，其中，所述R-2R梯型电路耦合到所述一个或多个整 流放大器级的最低功率电平。
43.一种在极化调制器中提供输出信号的方法，包括在开关设备处接收功率控制信号；基于所述功率控制信号生成多个开关信号；以及至少部分地基于所述开关信号中的一个或多个，接通或断开耦合到所述极化调制器的 输出负载的多个整流放大器级中的一个或多个的输出。
44.根据权利要求43所述的方法，其中，所述多个整流放大器级被配置用于提供预定 义定标输出。
45.根据权利要求43所述的方法，其中，所述功率控制信号包括振幅调制信号。
46.根据权利要求43所述的方法，其中，所述功率控制信号包括与发射功率电平信号相结合的振幅调制信号。
47.根据权利要求44所述的方法，其中，多个所述整流放大器级的所述预定义定标输 出被相等加权。
48.根据权利要求44所述的方法，其中，多个所述整流放大器级的所述预定义定标输 出被线性加权。
49.根据权利要求44所述的方法，其中，多个所述整流放大器级的所述预定义定标输 出被二进制加权。
50.根据权利要求44所述的方法，其中，所述多个整流放大器级的所述预定义定标输 出被对数或指数加权。
全文摘要
描述了一种用于极化调制器中的可变增益整流放大器设备及方法。所述设备可以包括两个或多个配置成基于期望振幅和/或发射功率电平切换到输出负载的整流放大器级。所述放大器级可以包括交叉耦合的差动对(differential pair)来消除射频载波馈通。可以提供辅助的R-2R梯型电路以通过降低最低输出级处的输出功率而进一步扩展动态范围。
文档编号H03F3/45GK102106082SQ200980101988
公开日2011年6月22日 申请日期2009年1月9日 优先权日2008年1月9日
发明者E·夏皮罗, J·葛罗, M·法里亚斯 申请人:昆天公司