双反馈放大器限幅器的制作方法

陆地移动无线电被用于许多应用中。在陆地移动无线通信系统中，通常需要诸如增加距离性能(即灵敏度)和增加干扰抑制的特性。在某些情况下，提高发射功率电平和发射天线性能以增加这些特性的能力是有限的。另外，增加陆地移动无线电的接收机上的距离性能或干扰抑制的技术可以具有性能折衷。

附图说明

附图，结合下述详细描述合并在该说明书中并形成其一部分，并且用来进一步示例包括所要求的发明的概念的实施例，并且解释那些实施例的各种原理和优点，其中，在各个图中，相同的参考数字表示相同或功能性上类似的元件。

图1示出根据一个示例性实施例的陆地移动无线电通信系统。

图2示出了根据一个实施例的陆地移动无线电通信系统的陆地移动无线电的框图。

图3示出根据一个实施例的陆地移动无线电的放大器限幅器的示意图。

图4a和4b示出了放大器限幅器和简化的等效电路的示意图。

图5a至5e示出了通过放大器限幅器时的示例性射频信号。

技术人员将认识为了简化和清楚，示出图中的元件，但不一定按比例绘制。例如，可以相对于其他元件放大图中的一些元件的尺寸以提高本发明的实施例的理解。

适当时，由图中的常见符号表示装置和方法组件，仅示出与理解本发明的实施例有关的那些具体细节，以便不会由于对受益于本文描述的本领域的技术人员来说显而易见的细节而混淆本公开。

具体实施方式

一个实施例提供了用于提供经制约的射频信号的双反馈放大器限幅器。双反馈放大器限幅器包括接收射频信号的输入端。双反馈放大器限幅器进一步包括堆叠式放大器，该堆叠式放大器包括耦合到输入端的输入节点、输出节点、被配置为共基极放大器的第一晶体管和被配置为共发射极放大器的第二晶体管。双反馈放大器限幅器进一步包括耦合到堆叠式放大器的输出节点的输出。该输出端从堆叠式放大器提供经制约的射频信号。双反馈放大器限幅器进一步包括耦合到堆叠式放大器的射频反馈电路。射频反馈电路包括与射频反馈电路电阻器串联的无源射频相关无功元件。双反馈放大器限幅器进一步包括耦合到堆叠式放大器并且包括电流镜和无功元件环路滤波器的包络控制反馈电路。

一些实施例包括提供经制约的射频信号的方法。在一个示例性实施例中，该方法包括在输入端处接收射频信号。该方法进一步包括在包括共基极放大器和共发射极放大器的堆叠式放大器的输入节点处提供射频信号。该方法进一步包括在输入节点处，从射频反馈电路和包络控制反馈电路提供反馈以偏置射频信号来向堆叠式放大器提供偏置的射频信号。该方法进一步包括使用堆叠式放大器制约射频信号以产生经制约的射频信号。该方法进一步包括在输出端处将经制约的射频信号发送到接收电路。

图1示出根据一个示例性实施例的陆地移动无线电通信系统100。在图1中，陆地移动无线电通信系统100包括通过陆地移动无线电(lmr)网络107彼此无线通信的发送陆地移动无线电设备103和接收陆地移动无线电设备105。如由图1中的箭头所示，在一些实施例中，陆地移动无线电设备103和105可以彼此直接通信。尽管图1将陆地移动无线电设备103和105示为便携式通信设备(即，手持式设备)，但是在一些实施例中，可以使用其他陆地移动无线电，包括例如安装/装配在车辆中的移动通信设备。此外，尽管图1示出陆地移动无线电通信系统100，但在其他实施例中，可以采用其他通信系统和网络，包括但不限于未来开发的网络、无线电-车载移动网络、无线附件个人区域网络(pan)、机器对机器(m2m)自主网络、多协议转换中继器系统以及其任意组合或衍生物。

图2示出了也适用于陆地移动无线电设备103的陆地移动无线电设备105的框图。陆地移动无线电设备105包括诸如麦克风203、扬声器205和显示屏207的用户接口硬件。处理器209从麦克风203接收输入音频数据，将输出音频数据提供给扬声器205，并且将输出视觉数据提供给屏幕207。处理器209可通信地耦合到存储器211，存储器211存储可由处理器209执行的数据和指令以控制陆地移动无线电设备105的操作。存储器211包括一个或多个非瞬时计算机可读存储器设备，诸如随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、闪存或光盘/磁盘存储。

陆地移动无线电设备105还包括允许陆地移动无线电设备105与其他系统和设备无线地通信的天线212。例如，陆地移动无线电设备105被配置成通过陆地移动无线电网络107发射和接收射频信号来与其他陆地移动无线电设备(例如陆地移动无线电设备103)通信。发送电路214从处理器209接收信息并且在将信息传递到天线212上之前执行信号制约。天线212接收待从发送电路214发射的信息并且发射与该信息有关的射频信号。

天线212还从其他陆地移动无线电设备接收射频信号，并且将所接收的射频信号提供给放大器限幅器215。放大器限幅器215对所接收的射频信号执行信号制约，并且将经制约的射频信号提供给接收电路220(即，单一转换接收集成电路、功率放大器等)。然后，接收电路220可以向处理器209提供进一步的经制约的信号。尽管图2示出单个天线212，但在一些实施例中，陆地移动无线电设备105可以具有多于一个的天线(例如，一个天线用于接收射频信号，而一个天线用于发射射频信号)。

图3示出根据一个实施例的放大器限幅器215的电路图。如所示，放大器限幅器215是双反馈低噪声放大器(lna)限幅器。放大器限幅器215被用来在同时提供将放大器限幅器的输出信号逐步压缩/限制到预定义输出电平的手段的同时，通过提高灵敏度性能(即，提高的信噪比)并且提供增加的小信号线性特性(即，第三、第五和第七阶互调和杂散抑制)，增加陆地移动无线电设备105的距离性能。在放大器限幅器215的输入端305处接收射频信号。例如，输入端305可以耦合到天线212，如图2所示。该射频信号被通过第一射频匹配网络307路由，然后被提供给堆叠式放大器309(即，两级放大器)的输入节点308。堆叠式放大器309包括充当放大器并且以堆叠式配置耦合的两个双极结型晶体管(bjt)。

具体地，堆叠式放大器309包括被配置为共基极放大器的第一晶体管310和被配置为共发射极放大器的第二晶体管315。第一晶体管310也被称为共基极放大器310，以及第二晶体管315也被称为共发射极放大器315。共基极放大器310包括发射极371、基极372和集电极373。共发射极放大器315包括发射极374、基极375和集电极376。如图3所示，共基极放大器310的发射极371通过电感器320耦合到共发射极放大器315的集电极376。在其他实施例中，共基极放大器310可以被直接、通过电阻器，或通过至少包括电阻器和电感器的组件的组合耦合到共发射极放大器315。通过耦合到共发射极放大器315的基极375的输入节点308，将偏置的射频信号(如下文更详细地解释)提供给堆叠式放大器309。共基极放大器310也用作限幅器和缓冲器。例如，共基极放大器310用作单位增益缓冲器，并且可以设置共发射极放大器315的集电极电压电平。固定共发射极放大器315的集电极电压降低共发射极放大器315上的米勒效应，其允许实现更高的增益和线性度。这种提高的线性度还提高了当在输入端305处接收到强射频信号时，对静态电流、功率饱和以及瞬态行为的控制。

具体地，当由输入端305接收的射频信号增加时，共基极放大器310的基极372处的射频能量重新偏置共发射极放大器315，以便限制由堆叠式放大器309提供的有效增益。增益的这种降低减小了共发射极放大器315的米勒效应(即，cm＝c(1+av))，其中，cm是有效米勒电容，c是反馈电容，以及av是堆叠式放大器305增益)。当共基极放大器310开始压缩时，降低共基极放大器增益，所以系统噪声和线性度自然趋于降低。然而，包络控制反馈电路330主动地重新偏置共发射极放大器315的基极375，以便减轻当压缩共基极放大器310时正常引入的噪声和线性度的系统性降低。以这种方式，可以在发散操作条件下(即，对于由输入端305接收的弱和强射频信号)，保持提高的噪声系数和线性度。选择无功元件环路滤波器342中的元件、特别是电容器333的值使得当由输入端305接收强射频信号时，提高堆叠式放大器309的噪声系数和线性度性能。例如，较小电容器可以实现包络控制反馈电路330的更快的响应时间。另外，电容器333的尺寸可以修改包络控制反馈电路330的带宽。

放大器限幅器215进一步包括通过射频反馈电路325和包络控制反馈电路330的双反馈。射频反馈电路325耦合到堆叠式放大器的输入节点308和输出节点332。这种配置可以被称为全球射频反馈。在一些实施例中，射频反馈电路325耦合到共基极放大器310的发射极371而不是输出节点332。这种配置被称为本地射频反馈。射频反馈电路325包括与射频反馈电路电阻器(即，电阻器340)串联的无源射频相关无功元件(即，电容器335)。例如，电阻器340可以是无源射频不可知电阻器。射频反馈电路325被用来线性化由输入端305接收的射频信号。

包络控制反馈电路330耦合到堆叠式放大器309的输入节点308和输出节点332。包络控制反馈电路330包括无功元件环路滤波器342、被配置为电流镜345的两个晶体管以及偏置电阻器347。包络控制反馈电路330还包括其他电阻器、电容器和电感器，如图3所示，用于向输入节点308提供期望反馈。

包络控制反馈电路330检测射频信号的包络并且使用该包络来控制提供给共发射极放大器315的基极375的电流。包络控制反馈电路330保持到共发射极放大器315的基极375的近似恒定的电流，与在输入端305处接收的射频信号的强度无关，尽管会由于在输入端305入接收的射频信号波动。更具体地说，包络控制反馈电路330向输入节点308提供偏置电压以控制提供给共发射极放大器315的基极375的电流。因此，该偏置电压将输入节点308处的偏置射频信号提供给共发射极放大器315的基极375。具体地，偏置电阻器347两端的电压降用作到包络控制反馈电路330的电流镜345的输入并且控制到共发射极放大器315的基极375的可用偏置。由电阻器347和电阻器349之间的电阻比设定由电流镜345进行的电流缩放。包络控制反馈电路330试图保持偏置电阻器347两端的期望恒定电压。当在输入端305处接收的射频信号的强度增加时，发生通过共发射极放大器315的基极375的偏置电流的增加。进而，通过共发射极放大器315的集电极376的电流增加，这导致偏置电阻器347两端的电压更高。因此，包络控制反馈电路330降低了通过输入节点308(和提供给共发射极放大器315的基极375)的偏置电流，直到偏置电阻器347两端的电压返回到期望恒定电压为止。

当在输入端305处接收的射频输入电平突然变化时，包络控制反馈电路330确保提供给共发射极放大器315的基极375的电流快速且平滑地改变以保持流过共发射极放大器315和共基极放大器310的静态电流。例如，因为在输入端305处接收的强射频信号本身可能足以完全或部分地自偏置共发射极放大器315，包络控制反馈电路330中的电容器的尺寸足够小以允许包络控制反馈电路330快速发调整偏置电流。此外，限制提供给共发射极放大器315的基极375的电流防止共发射极放大器315消耗过多的电流。例如，对于导致共发射极放大器315在饱和区域中操作的高电流，射频信号可能经历振幅饱和(即，限幅)。然而，即使当射频信号经历振幅饱和时，射频的相位信息也被保留，这允许频率调制和其他恒定包络调制方案以通过放大器限幅器215。

从输出节点332，经制约的射频信号通过第二射频匹配网络348，然后被提供给放大器限幅器215的输出端350。输出端350可以耦合到接收电路220的元件，诸如单个转换接收集成电路或功率放大器。

在图3所示的实施例中，共基极放大器310的基极372通过仅包括电阻器322的非电容性电路路径360耦合到地。从共基极放大器310的基极372到地的非电容性电路路径360为非电容性的，因为该路径360不包括电容器。从共基极放大器310的基极372到地的非电容性电路路径360可以具有一些最小的固有电容性质，但由于其不具有分立电容性元件，所以保持非电容性路径。相反，提供例如与电阻器322并联的电容器将使得来自共基极放大器310的基极372的路径360成为电容路径。与电容路径相反，非电容性路径360使用电阻器322和326，使得共基极放大器310的基极372为固定直流偏压，同时允许共基极放大器310的基极372处的射频信号保持。结合包络控制反馈电路330(如在前面段落中所解释的)，非电容性路径360允许共基极放大器310的基极372处的射频信号动态地(并且逐步地)自偏置共发射极放大器315以便减小堆叠式放大器309的增益。在一些实施例中，共基极放大器310的基极372与地之间的非电容性电路路径360包括至少包含电阻器和电感器的组件的组合。

图4a和4b示出了放大器限幅器215和简化的等效电路402的示意图。图4a示出了放大器限幅器215的示意图，其中由虚线400描画放大器限幅器215的各个组件。图4b示出了图4a的描画的组件的简化等效电路402。如由图4b所示，共基极放大器电路可以被简化为包括对应于共基极放大器310的运算放大器(opamp)的等效电路402。在简化等效电路402中，运算放大器的正端子耦合到共基极放大器310的发射极电压405。运算放大器的负端子对应于从共基极放大器310的基极372到发射极371的电压407。运算放大器的输出对应于堆叠式放大器309的输出节点332处的电压。另外，简化等效电路402的其余组件被类似地标记为图4a的相应组件。例如，简化等效电路402进一步包括电阻器322以及电阻器415、电感器420和电容器425。

如图4a中的运算放大器的输入和输出附近所示，输出节点332处的电压和共基极放大器310的发射极电压405彼此同相并且具有近似为零的分贝增益。另一方面，从共基极放大器310的基极372到发射极371的电压407与输出节点332处的电压和共基极放大器310的的发射极电压405反相。

图5a到5e示出了当从输入端305传递到放大器限幅器215的输出端350时的示例性射频信号。如图5a所示，射频信号在输入端305处被接收并且具有大约10毫伏的振幅。然后，射频信号通过第一射频匹配网络307并且被提供给输入节点308。在输入节点308处，偏置的射频信号在输入节点308处被提供给共发射极放大器315的基极375。如图5b所示，从共发射极放大器315的基极375到发射极374的电压(即，偏置的射频信号)具有与在输入端305处接收的射频信号相同的频率。然而，由于包络控制反馈电路330和射频反馈电路325，图5b中的信号已被偏置以具有大约800毫伏的直流偏移(即，共发射极放大器315的开启电压)。

图5c示出了共基极放大器310的发射极371处的电压信号。如图5c所示，信号相对于图5所示的信号被反转。另外，图5c中的信号已被放大为具有比图5b中所示的信号大约五倍的振幅。图5d示出了输出节点332处的电压(即，经制约的射频信号)。如图5d所示，经制约的射频信号的频率和振幅相对于图5c所示的信号保持不变。图5e示出了经制约的射频信号经过第二射频匹配网络348后的放大器限幅器215的输出端350处的电压。输出端350处的经制约的射频信号进一步被制约以去除由反馈电路325和330引入的直流偏移以及将信号的振幅减小到大约五十毫伏。

因此，从放大器限幅器215的输入端305到输出端350，示例性的10毫伏输入信号被放大为50毫伏输出信号。图5a至5e中所示的射频信号仅是示例性的。由放大器限幅器215的输入端305接收的射频信号的强度可以改变。图6示出了将由输入端305接收的射频信号的功率与在放大器限幅器215的输出端350处提供的经制约的射频信号的功率比较的图。如图6所示，放大器限幅器215放大低于预定阈值605的所接收的射频信号。在图6中，预定阈值605略小于零分贝毫瓦(dbm)。在预定阈值605处，放大器限幅器215具有零净增益(即，所接收的射频信号的功率与在输出端350处提供的经制约的射频信号大致相同)。

由图6中的点610表示的所接收的射频信号的强度大致等于预定阈值605。因此，放大器限幅器215不放大或压缩在输出端350处提供的经制约的射频，如图6所示。由图6中的点615表示的所接收的射频信号的强度小于预定阈值605。因此，放大器限幅器215放大在输出端350处提供的经制约的射频，如图6所示。由图6中的点620表示的所接收的射频信号的强度大于预定阈值605。因此，放大器限幅器215压缩/限制在输出端350处提供的经制约的射频，如图6所示。

图7a、7b和7c分别对应于由点615、610和620表示的射频信号。如图7a所示，由于由输入端305接收的射频信号的强度低于预定阈值605(参见图6中的点615)，所以在输出端350处提供的经制约的射频信号具有与在输入端305处接收的射频信号的振幅相比更大的振幅。如图7b所示，因为由输入端305接收的射频信号的强度近似等于预定阈值605(参见图6中的点610)，所以在输出端350处提供的经制约的射频信号具有与由输入端305接收的射频信号大致相同的振幅。如图7c所示，因为由输入端305接收的射频信号的强度大于预定阈值605(参见图6中的点620)，所以在输出端350处提供的经制约的射频信号具有与在输入端305处接收的射频信号的振幅更小的振幅。

因此，放大器限幅器215将与在输入端305处接收的射频信号有关的经制约的射频信号提供给接收电路220的元件，诸如单个转换接收集成电路或功率放大器以用在陆地移动无线电设备105上。

在前述说明书中，已经对具体实施例进行了描述。然而，本领域的普通技术人员认识到，在不背离如在下文中的权利要求中所陈述的本发明的范围的情况下，能够进行各种修改和改变。因此，说明书和附图应当被视为是说明性的而不是限制性意义，并且所有这样的修改均旨在被包括在本教导的范围内。

益处、优点、对问题的解决方案，以及可以使得任何益处、优点或解决方案发生的或变得更显著的任何元素不应当被解释为任何或全部权利要求的关键、必须或本质的特征或元素。本发明仅由所附权利要求来定义，包括在本申请的未决期间做出的任何修改和如所发布的那些权利要求的所有等同物。

此外，在本文档中，诸如第一和第二、顶部和底部等等的相关术语可以仅用来区分一个实体或动作与另一实体或动作，而不一定要求或暗示在这样的实体或动作之间的任何实际的这样的关系或顺序。术语“含”、“含有”“具有”“有”“包括”“包括有”“包含”“包含有”或其任何其它变化均旨在涵盖非排他的包括，从而使得含、具有、包括、包含元素列表的过程、方法、制品或装置不仅包括那些元素而且可以包括没有明确列举的或这样的过程、方法、制品或装置所固有的其它元素。继之以“含……一”“具有……一”、“包括……一”“包含……一”的元素在没有更多的约束的情况下不排除在含、具有、包括、包含该元素的过程、方法、制品或装置中存在额外的相同的元素。除非在本文中以其它方式明确地说明，否则术语“一(a/an)”被定义为一个或多个。术语“大体上”、“本质上”“大概”“大约”或其任何其它版本均被定义为如由本领域的普通技术人员所理解的接近于，并且在非限制性实施例中，该术语被定义成在10％内，在另一实施例中在5％内，在再一实施例中在1％内并且在又一实施例中在0.5％内。如本文中使用的术语“耦合的”被定义为连接的，然而不一定是直接地或不一定是机械地。以特定方式“配置”的设备或结构被至少以该方式来配置并且还可以以未列举的方式来配置。

将认识到，一些实施例可以包括一个或多个通用或专用的处理器(或“处理设备”)，诸如微处理器、数字信号处理器、定制的处理器和现场可编程门阵列(fpga)以及控制一个或多个处理器的特有的存储的程序指令(包括软件和固件两者)结合特定的非处理器电路来实现在本文中所描述的方法和/或装置的功能的一些、大部分或全部。替代地，一些或所有功能能够由不具有存储的程序指令的状态机来实现，或被实现在一个或多个专用集成电路(asic)中，其中每个功能或特定功能的一些组合被实现为定制逻辑。当然，能够使用这两种方式的组合。

而且，实施例能够被实现为计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储了计算机可读代码，以用于对计算机(例如，包括处理器)进行编程以执行如本文中所描述的和所要求保护的方法。这样的计算机可读存储介质的示例包括但不限于硬盘、cd-rom、光存储设备、磁存储设备、rom(只读存储器)、prom(可编程只读存储器)、eprom(可擦可编程只读存储器)、eeprom(电可擦可编程只读存储器)以及闪存。另外，预期的是普通技术人员，尽管可能由例如可用时间、当前技术以及经济考虑激发巨大的努力和许多设计选择，但是当由本文中所公开的概念和原理指导时将容易地能够以最少的实验生成这样的软件指令和程序以及ic。

提供本公开的摘要以允许读者快速地确定本技术公开的本质。本着不用来解释或限制权利要求的范围或意义的理解来提交摘要。此外，在前面的具体实施方式中，能够看出的是，在各种实施例中各种特征被组合在一起以用于简化本公开的目的。公开的这个方法不应当被解释为反映所要求保护的实施例要求比每个权利要求中所明确地记载的更多的特征的意图。而是，如下面的权利要求反映的，发明主题存在于少于单独公开的实施例的所有特征。因此，以下权利要求从而被并入到具体实施方式中，其中每个权利要求独自作为单独要求保护的主题。