用于无线发射机的输出级的制作方法

用于无线发射机的输出级的制作方法
【专利摘要】在一个实施例中，一种装置包括配置为将输入信号分解成正分量和负分量的第一块。该装置还包括第二块，该第二块被配置为根据正分量生成混频器正驱动分量以及根据负分量生成混频器负驱动分量，以及将混频器正驱动分量和负驱动分量输入到无线发射机的混频器。
【专利说明】用于无线发射机的输出级
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本公开要求2011年12月21日提交的美国临时申请N0.61/578，618，“Class ABOutput Stage for Class AB Transconductor Driving”的优先权,其全部内容通过引用合并于此。
【背景技术】
[0003]除非本文中另外指示，该部分中所描述的方法并非本申请的权利要求书的现有技术，并且并不由于包括在该部分中而被承认为现有技术。
[0004]图1描绘了用于无线通信的发射机100的示例。模拟部分被突出显示。现代无线标准基于在复数域中的数字调制，因此通过同相(I)和正交(Q)信号的正交组合来实现期望的信号。通过数字到模拟转换器(DAC) 104将发射机数字信号处理器(DSP) 102输出馈送到模拟上变频链。模拟低通滤波器LPF106(通常称为重建滤波器)来消除不需要的DAC信号副本。Gm缓冲器108用作用于混频器跨导器的驱动。
[0005]Gm缓冲器108从低通滤波器(LPF) 106接收I和Q信号并且驱动上变频器跨导器级。上变频器基于经典吉尔伯特单元，因此包括基带电流输入级(跨导器)112、混频级(通常称为四通道(quad)) 114和RF输出部116。混频级114使进入的基带电流乘以本地振荡器信号。合成器生成本地振荡器(LO)信号。然后，分频器/LO发生器生成LO信号的I版本(L0 I)和LO信号的Q版本(L0 Q)。该LO I和LO Q信号可以是差分的。混频器使用LOI信号和LO Q信号来将基带I和Q信号上变频为差分射频(RF)信号。
[0006]混频器RF输出级可以具有谐振负载。在该示例中，谐振变换器-平衡不平衡变换器(平衡-不平衡)116-将进入的差分RF信号转换成单端信号。输出信号被发送到集成电路(IC)外的功率放大器。此外，平衡不平衡变换器116可以是片外的或者在前置放大器(PA)的封装中。更一般的传送路径可以是多模/多频带，并且可以通过多个无线频带传送信号。无线频带可以对应于不同的无线标准、或者针对相同标准定义的不同操作频带。在这样的环境中，多个平衡不平衡变换器116可以被提供用于不同的无线频带，诸如第二代(2G)高频带(HB)、2G低频带(LB)、第三/第四代(3G或4G)低频带和高频带。类似地在多标准中的无线设备输出可以是WLAN2.4G或5G、蓝牙等。平衡不平衡变换器116是基于哪个无线频带被使用而被选择的。因此，发射机100提供了不包括PA缓冲器的直接上变频并输出(up and out)的方法。即，平衡不平衡变换器116在不通过PA缓冲器的情况下在片外直接输出RF信号。因此，不会从PA缓冲器添加额外的噪声和失真。
[0007]用于发射机器100的相同的架构可以被用于驱动多个无线频带。例如，一些频带可能需要差分输出，并且一些可能需要单端输出(平衡或不平衡输出)。在一个实施例中，单端输出可以通过封装改变被转换成多个差分输出。即，单端输出可以通过将接地从平衡不平衡变换器的端子改变以输出第二信号来转换。这从平衡不平衡变换器116的两个端子输出差分信号。因此，相同的架构可以被配置用于驱动平衡或不平衡的输出。
[0008]图2描绘了用于跨导器混频器驱动的Gm级的示例。节点IN+和IN-被连接低通滤波器(LPF)的差分输出。输入电阻Rin将LPF输出电压信号转换成电流。Gm级的封闭(close)配置保证了电压-电流转换中的低失真。Gm缓冲器108在这里被示意性地描绘为双级放大器；然而，两个以上的级可以用于大的信号带宽或高的动态范围性能。第一级(输入级)保证增益和低噪声性能，而第二级(输出级)被用于参考电流的生成。为了实现正确混频器跨导器驱动，Gm输出级是混频器基带输入级的副本或缩放的副本(如果需要电流增益)。从行为的角度来看，Gm级用作用于混频器跨导器的电流镜参考(在反馈回路中闭合)。
[0009]传统的方法是如图2中描述的A类Gm输出级。为了覆盖输入级动态范围，输出级偏置电流(Ibias)应当大于进入的输入信号的峰值。现代通信标准正朝着高数据速率调制方案发展。得到的传输信号呈现出在均方根和瞬时峰值之间的非常高的比率(称为峰均比或PAR)。对于A类块，高PAR信号处理是非常低效的(偏置电流应当基于信号峰值而被调整大小)，造成了电力浪费。

【发明内容】

[0010]在一个实施例中，一种装置包括被配置为将输入信号分解成正分量和负分量的第一块。该装置还包括第二块，该第二块被配置为根据正分量生成混频器正驱动分量以及根据负分量生成混频器负驱动分量，以及将混频器正驱动分量和负驱动分量输入到无线发射机的混频器。
[0011]在一个实施例中，一种方法包括:接收输入信号；将输入信号分解成正的量和负分量；以及根据正分量生成混频器正驱动分量以及根据负分量生成混频器负驱动分量；将混频器正驱动分量和负驱动分量输入到无线发射机的混频器。
[0012]在一个实施例中，一种装置包括:第一输出分支，包括第一类型的第一晶体管和第二类型的第二晶体管；第二输出分支，包括第一类型的第三晶体管和第二类型的第四晶体管，其中，第一电流通过第一晶体管和第三晶体管，并且第二电流通过第二晶体管和第四晶体管，并且其中第一输出分支和第二输出分支将差分信号输出到无线发射机的混频器，该差分信号是第一电流和第二电流的差；第一类型的第一驱动晶体管和第一类型的第二驱动器晶体管；以及第二类型的驱动晶体管的交叉耦合对，驱动晶体管的交叉耦合对包括第三驱动晶体管和第四驱动器晶体管，其中，第一电流通过第一驱动晶体管和第三驱动晶体管，并且第二电流通过第二驱动晶体管和第三驱动晶体管。
[0013]下面的详细描述和附图提供了对本发明的性质和优点的更好理解。
【专利附图】

【附图说明】
[0014]图1描绘了根据一个实施例的发射机的示例。
[0015]图2描绘了用于发射机的A类输出级的示例。
[0016]图3A示出了根据一个实施例的发射机的示例。
[0017]图3B描绘了根据一个实施例的Gm级的示例。
[0018]图4描绘了根据一个实施例的Gm级的更具体的示例。
[0019]图5和图6分别描述了在施加正或负信号时的电路行为。
[0020]图6描绘了根据一个实施例的用于镜像电流的方法的简化流程图。【具体实施方式】
[0021]本文描述了用于无线发射机的技术。在下面的描述中，为了解释的目的，阐述了许多示例和具体细节，以便于提供对本发明的实施例的全面理解。如权利要求所定义的具体实施例可以仅包括这些示例中的一些或全部特征，或者与下述其他特征组合，并且还可以包括这里描述的特征和原理的修改和等同物。
[0022]图3A不出了根据一个实施例的发射机301的不例。同相(I)信号和正交(Q)信号中的差可以通过单独信道来处理。I和Q信道将被一起描述，但是遵循如图3A所示的路径。数字到模拟转换器(DAC)304a/304b将数字I和Q信号转换为模拟的。然后，模拟I和Q信号被输入到低通滤波器(LPF) 306a/306b。平衡不平衡变换器316被示出；然而，多个平衡不平衡变换器可以被提供用于不同的无线频带，如第二代(2G)高频带(HB)、2G低频带(LB)、第三代(1G)HB、1GHB/LB 和 1GB。
[0023]输出级300被包括以将输入到输出级300的电流从低通滤波器306a/306b镜像到混频器314a/314b。输出级300包括Gm缓冲器302以及Gm晶体管对312a/312b。
[0024]图3B描绘了根据一个实施例的Gm级302的示例。第一块350 (信号形成器)通过将输入信号分解成其正(Vdrive+)和负(Vdrive-)分量来处理输入信号(VIN_diff)。然后，得到的信号被用于生成混频器驱动电流(Idrive+和Idrive-)。在一个实施例中，混频器驱动可以被实现为标准电流镜或改进的镜像版本。该信号处理使用于驱动级352 (图3B中的参考电流二极管)和混频器输入级312 二者所需要的静态电流消耗为零。
[0025]图4描绘了根据一个实施例的Gm级302的更具体的示例。输入信号节点IN+和IN-被连接到LPF差分输出，并且串联电阻Rin将电压信号转换成电流。块闭环配置保证了在电压至电流转换中的低失真。
[0026]Gm级302是根据一个实施例的双级放大器。虽然示出了两个级，但是能够采用两个以上级用于大信号带宽或高动态范围性能。第一级(输入级)保证增益和低噪声性能，而第二级(信号形成和输出级)具有双重任务:首先将进入的信号分解成其正和负分量，并且然后它驱动混频器输入级312。混频器驱动节点被报告为编号的点I和2。
[0027]为了实现正确的混频器314跨导器驱动，输出级设备(MN1-MN2-MN3-MN4)是混频器基带输入级的副本或缩放的副本(如果需要电流增益)。从行为的角度来看，该块用作信号形成器350 (其分解输入信号电流)，并且用作在混频器跨导器的反馈回路中闭合的电流镜参考。
[0028]输入级可以是增益级。为了描述输出级行为，所有PMOS器件的尺寸相等(宽度和长度)，并且NMOS器件也可以是相同大小的。然而，该假设不必是成立的，因为可以定义任意器件比率以优化级间电流消耗。对于混频器接口，如果不要求电流增益或特定量的电流增益，则与混频器输入设备相比，NMOS器件分别是相同的，或者是被缩放的。
[0029]在静态条件下，没有输入信号被馈送到输入级。理论上，输出级可以具有最小的偏置电流，仅需要保持公共环路活动。信号形成器352可以将进入的信号分解成其正和负分量。图5和图6分别描述了当施加正或负信号时的电路行为。图5示出了正输入信号Vsign。输入电阻Rin将电压信号变换成电流信号Isign。为了吸收进入的信号，差分回路作用于晶体管丽I的栅极，产生了等于电流信号Isign的晶体管丽I的漏极电流。晶体管MNl和MN2共享相同的栅极控制，使得其电流应当是相等的。晶体管MN2的电流经由晶体管MP2被镜像到晶体管MP4。晶体管MP4的漏极电流与晶体管丽I相同，并且因此晶体管MP4源发Isign。混频器跨导电流是晶体管丽I和丽2以及晶体管丽3和MN4的副本。结果，上变频器的差分输入电流是信号电流的完美副本。晶体管MN1-2-3-4和混频器输入级之间的缩放比例可以被使用以增加电流增益。
[0030]图6示出了滤波器输出处的负信号的双重条件。在该情况下，在晶体管丽3-4和晶体管MP1-3闭合信号电流回路时，晶体管丽1-2和晶体管的MP3-4电流不存在。
[0031]图7描绘了用于根据一个实施例的镜像电流的方法的简化流程图700。在702，该方法接收输入信号。在704,输入信号被分解成正分量和负分量。在706,根据正分量生成混频器正驱动分量以及根据负分量生成混频器负驱动分量。在708，该方法将混频器正驱动分量和负驱动分量输入到无线发射机的混频器。
[0032]如本文的描述和下述整个权利要求中所使用的，“一”“一个”和“所述”包括复数引用，除非上下文另有明确规定。而且，如在本文的描述和下面的整个权利要求中所使用的，“在...中”的含义包括“在...中”和“在...上”，除非上下文另有明确规定。
[0033]上面的描述说明了本发明的各种实施例，以及本发明的各方面可以被如何实现的示例。上述示例和实施例不应当被认为是唯一的实施例，并且被呈现用于说明如下面的权利要求所限定的本发明的灵活性和优点。基于上述公开内容和下面的权利要求，可以在不背离如权利要求所定义的本发明的范围的情况下采用其他布置、实施例，实现方式和等同物。
【权利要求】
1.一种装置，包括: 第一块，所述第一块被配置为将输入信号分解成正分量和负分量；以及第二块，所述第二块被配置为根据所述正分量生成混频器正驱动分量，以及根据所述负分量生成混频器负驱动分量，并且将所述混频器正驱动分量和所述负驱动分量输入到无线发射机的混频器。
2.根据权利要求1所述的装置，进一步包括缓冲器，所述缓冲器包括用于接收所述输入信号的输入端。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述缓冲器包括用于接收所述输入信号中的正电流的第一输入端以及用于接收所述输入信号中的负电流的第二输入端。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一块和所述第二块包括第一类型和第二类型的晶体管。
5.根据权利要求4所述的装置，其中所述第二块包括: 第一输出分支，所述第一输出分支包括所述第一类型的第一晶体管和所述第二类型的第二晶体管；以及 第二输出分支，所述第二输出分支包括所述第一类型的第三晶体管和所述第二类型的第四晶体管， 其中第一电流通过所述第一晶体管和所述第三晶体管，并且第二电流通过所述第二晶体管和所述第四晶体管。
6.根据权利要求5所述的装置，其中: 所述第一输出分支被耦合到所述混频器的第一输入端，以及 所述第二输出分支被耦合到所述混频器的第二输入端。
7.根据权利要求5所述的装置，其中: 所述第一晶体管的栅极被耦合到第五晶体管的栅极， 所述第三晶体管的栅极被耦合到第六晶体管的栅极，并且 所述第五晶体管和所述第六晶体管被耦合到所述混频器。
8.根据权利要求5所述的装置，其中所述第一块包括: 所述第一类型的第一驱动晶体管和所述第一类型的第二驱动晶体管；以及所述第二类型的驱动晶体管的交叉耦合对，驱动晶体管的所述交叉耦合对包括第三驱动晶体管和第四驱动晶体管， 其中所述第一电流通过所述第一驱动晶体管和所述第三驱动晶体管，并且所述第二电流通过所述第二驱动晶体管和所述第三驱动晶体管。
9.根据权利要求8所述的装置，其中: 所述第三驱动晶体管的栅极被耦合到所述第二晶体管的栅极，并且 所述第四驱动晶体管的栅极被耦合到所述第三晶体管的栅极。
10.根据权利要求1所述的装置，其中输出到所述混频器的所述混频器正驱动分量和所述混频器负驱动分量包括所述第一电流和所述第二电流的差。
11.根据权利要求1所述的装置，进一步包括: 多个平衡不平衡变换器，其中所述平衡不平衡变换器中的一个被配置为被选择用于基于所述混频器正驱动分量和所述负驱动分量来传送无线信号。
12.—种方法,包括: 接收输入信号； 将所述输入信号分解成正分量和负分量；以及 根据所述正分量生成混频器正驱动分量，并且根据所述负分量生成混频器负驱动分量， 将所述混频器正驱动分量和所述负驱动分量输入到无线发射机的混频器。
13.根据权利要求12所述的方法， 其中接收所述输入信号包括接收所述输入信号中的正电流以及接收所述输入信号中的负电流。
14.根据权利要求12所述的方法，进一步包括:基于所述混频器正驱动分量和所述负驱动分量来传送无线信号。
15.一种装置,包括: 第一输出分支，所述第一输出分支包括第一类型的第一晶体管和第二类型的第二晶体管； 第二输出分支，所述第二输出分支包括所述第一类型的第三晶体管和所述第二类型的第四晶体管，其中第一电流通过所述第一晶体管和所述第三晶体管，并且第二电流通过所述第二晶体管和所述第四晶体管，并且其中所述第一输出分支和所述第二输出分支向无线发射机的混频器输出差分信号，所述差分信号是所述第一电流和所述第二电流的差；所述第一类型的第一驱动晶体管和所述第一类型的第二驱动晶体管；以及所述第二类型的驱动晶体管的交叉耦合对，驱动晶体管的所述交叉耦合对包括第三驱动晶体管和第四驱动晶体管，其中所述第一电流通过所述第一驱动晶体管和所述第三驱动晶体管，并且所述第二电流通过所述第二驱动晶体管和所述第三驱动晶体管。
16.根据权利要求15所述的装置，其中: 所述第一输出分支被耦合到所述混频器的第一输入端，并且 所述第二输出分支被耦合到所述混频器的第二输入端。
17.根据权利要求15所述的装置，其中: 所述第一晶体管的栅极被耦合到第五晶体管的栅极， 所述第三晶体管的栅极被耦合到第六晶体管的栅极，并且 所述第五晶体管和所述第六晶体管被耦合到所述混频器。
18.根据权利要求15所述的装置，其中: 所述第三驱动晶体管的栅极被耦合到所述第二晶体管的栅极，并且 所述第四驱动晶体管的栅极被耦合到所述第三晶体管的栅极。
19.根据权利要求15所述的装置，进一步包括缓冲器，所述缓冲器包括用于接收所述差分信号的输入端，其中在所述输入端处被接收的所述差分信号被镜像到所述混频器。
20.根据权利要求15所述的装置，其中所述第一类型包括N型晶体管，并且所述第二类型包括P型晶体管。
【文档编号】H03F3/45GK104040885SQ201280062350
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2012年12月18日 优先权日:2011年12月21日
【发明者】P·罗西, E·萨奇, R·卡斯特罗 申请人:马维尔国际贸易有限公司