用于包络跟踪的放大器拓扑的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及一种放大器、包括放大器的电子装置以及一种放大方法。
【背景技术】
[0002]无线电技术的进步已经引起了将不同的电路集成到芯片上的单一系统中的较高级别的电路集成的需求。例如，射频(Rad1 Frequency，RF)前端可以包括功率放大器、低噪声放大器和开关。在互补金属氧化娃(Complementary Metal Oxide Silicon, CMOS)技术中，功率放大器的集成可以实现低成本，但是，对于RF使用，要求这种功率放大器在高频率下维持高功率输出。理想地，功率放大器应当将高功率与高效率结合，但在放大器以低功率运行时不降低效率。一种已知的解决方案基于带有功率调节(例如包络跟踪)的高效率功率晶体管的使用。
[0003]参照图1，不带有包络跟踪的基本放大器10具有晶体管12，该晶体管12的栅极通过第一电容器13连接到信号源11。晶体管12的漏极通过电感器15连接到处于恒定的供给电压Vdd的电压供给节点14。负载17通过第二电容器16连接到晶体管12的漏极。图3的曲线图(a)示出了在晶体管12的漏极处的放大信号。由于电感器15，漏极具有在O和大约2Vdd之间摆动的电压。在图3中，在放大信号和恒定电压2V &之间的区域表示未使用的电力，该未使用的电力没有被传输到负载17，而是被消耗为热量，从而导致低效率。在图3中未示出晶体管12的栅极的偏置。
[0004]参照图2，包括包络跟踪的放大器20具有与图1的基本放大器相同的器件，这些器件以相同的方式连接，除了电压供给节点14处于非恒定的供给电压V_，而非处于恒定的供给电压Vdd，以及放大器20包括连接在信号源11和电压供给节点14之间的包络跟踪级(ENV) 18。包络跟踪级18产生非恒定的供给电压Venv，非恒定的供给电压VeJS踪信号源11传输的信号的包络，非恒定的供给电压V_具有最大值V ddo因此，非恒定的供给电压V-可以被称为包络信号V_。图3的曲线图(b)示出了在放大器20的晶体管12的漏极处的放大信号，该放大信号与图3的曲线图(a)相比未发生变化，并且由于电感器15，该放大信号具有大约2￥_的幅度且可以达到大约2Vdd的最大值。图3的曲线图(b)还示出了非恒定的供给电压V-的两倍。由放大信号和非恒定的供给电压V_的两倍之间的区域表示只被消耗的电力。可以看出，与图3的曲线图(a)相比，包络跟踪提高了功率效率且减少了热量消耗。
[0005]存在对于改进的放大器和放大方法的需求。
【发明内容】
[0006]根据第一方面，提供了一种放大器，该放大器包括:
[0007]用于接收输入信号的输入端口、用于接收表示所述输入信号的包络的包络信号的包络端口、以及用于传输放大信号的输出端口 ；
[0008]第一晶体管和第二晶体管，其中，所述第一晶体管的漏极连接到所述第二晶体管的源极，并且所述第二晶体管的漏极连接到所述输出端口；
[0009]电感元件，所述电感元件连接在所述包络端口和所述第二晶体管的所述漏极之间；
[0010]第一偏置电路，所述第一偏置电路连接到所述包络端口并且布置成产生取决于所述包络信号的第一偏置电压；
[0011]加法级，所述加法级连接到用于接收所述输入信号的所述输入端口，连接到用于接收所述第一偏置电压的所述第一偏置电路，连接到所述第一晶体管的栅极，并且布置成将所述输入信号和所述第一偏置电压的总和传输到所述第一晶体管的所述栅极；
[0012]第二偏置电路，所述第二偏置电路连接在所述包络端口和所述第二晶体管的栅极之间，并且布置成产生取决于所述包络信号的第二偏置电压以及将所述第二偏置电压传输到所述第二晶体管的栅极。
[0013]根据第二方面，提供一种放大方法，该放大方法包括:
[0014]提供第一晶体管和第二晶体管，其中，所述第一晶体管的漏极连接到所述第二晶体管的源极，并且所述第二晶体管的漏极连接到输出端口 ；
[0015]提供电感元件，所述电感元件连接在包络端口和所述第二晶体管的漏极之间；
[0016]接收输入信号；
[0017]在所述包络端口处接收表示所述输入信号的包络的包络信号；
[0018]产生取决于所述包络信号的第一偏置电压；
[0019]将所述第一偏置电压和所述输入信号的总和传输到所述第一晶体管的栅极；
[0020]产生取决于所述包络信号的第二偏置电压，并将所述第二偏置电压传输到所述第二晶体管的栅极；和
[0021]在所述输出端口处传输放大信号。
[0022]通过采用级联晶体管用于包络跟踪，放大器可以实现在输出端处具有增大的电压范围，且具有高功率效率。级联晶体管的使用也可以实现在放大器的输出端和输入端之间具有增大的绝缘性，从而提高了稳定性并减小了负载阻抗的变化对输入阻抗的影响，从而实现改进的线性度。通过控制施加到每个晶体管的栅极、取决于包络信号的偏置电压，使得偏置电压可以跟踪包络信号，当输入功率级改变时，放大器的增益具有减小的变化。
[0023]在包络信号的值的一个范围内，第一偏置电压可以取决于包络信号，并且在包络信号的值的该范围之外，第一偏置电压可以独立于包络信号。因此，当包络信号在包络信号的值的该范围之外时，用于控制取决于包络信号的第一偏置电压的电路可以被禁用，从而降低功率消耗。
[0024]第一偏置电压取决于包络信号的包络信号的值的范围可以对应于具有小于阈值的值的包络信号，并且，响应于具有大于阈值的值的包络信号，第一偏置电压可以是恒定的。因此，当包络信号大于阈值时，用于控制取决于包络信号的第一偏置电压的电路可以被禁用，从而降低功率消耗。然而，由于在包络信号的高值下，当输入功率改变时增益的变化可以相对较低，因此可以提供低的增益变化。
[0025]取决于包络信号的第一偏置电压和第二偏置电压可以分别是包络信号的仿射函数。这实现了对第一偏置电压和第二偏置电压的低复杂度的控制。
[0026]取决于包络信号的第一偏置电压Vblasl可以通过V blasl= S !.V_+Vblasl—。与包络信号相关，并且第二偏置电压Vblas2可以通过V blas2= S 2.V_+Vblas2—。与包络信号相关，其中，V _是包络?目号，S1是第一常数，V biasl—。是第一静态电压，S 2是第二常数以及V bias2—。是第二静态电压。第一偏置电压和包络信号之间以及第二偏置电压和包络信号之间的这种关系是线性的，并且可以低复杂度地来实现。
[0027]第一偏置电路可以包括第一分压器，该第一分压器布置成通过分割包络信号产生第一分割包络信号S1.，并且第二偏置电路包括第二分压器，该第二分压器布置成通过分割包络信号产生第二分割包络信号S2.Venv0同样地，在放大方法中，产生取决于包络信号的第一偏置电压可以包括通过分割包络信号产生第一分割包络信号S1.v_，并且产生取决于包络信号的第二偏置电压可以包括通过分割包络信号产生第二分割包络信号Ss.VenvO这种分压器和分割方式可以低复杂度来实现。
[0028]第一分压器可以包括具有可变电阻、用于建立第一常数的第一电阻元件，并且第二分压器可以包括具有可变电阻、用于建立第二常数的第二电阻元件。该特征实现了校正放大器的简单的方法。
[0029]第一偏置电路和第二偏置电路可以布置成通过向第一静态电压和第二静态电压以及第一常数和第二常数赋值产生第一偏置电压和第二偏置电压，使得在没有输入信号时，响应于包络信号在放大器或第一晶体管和第二晶体管的最大运行范围内的变化，由放大器或由第一晶体管和第二晶体管引入的电流改变小于10%。同样地，放大方法可以包括通过向第一静态电压和第二静态电压以及第一常数和第二常数赋值产生第一偏置电压和第二偏置电压，使得在没有输入信号时，响应于包络信号在第一晶体管和第二晶体管的最大运行范围内的变化，由第一晶体管和第二晶体管引入的电流改变不到10%。这实现在低功率级下保持基本恒定的增益，尽管输入信号的功率发生变化。
[0030]放大器可以包括布置成响应于输入信号而产生包络信号的包络跟踪级。然而，这不是必需的，并且可替选地，可以在放大器的外部产生包络信号。同样地，放大方法可以包括响应于输入信号而产生包络信号。然而，这不是必需的，并且可替选地，可以在放大方法之外产生包络信号。
[0031]包络跟踪级可以布置成产生包络信号，该包络信号量化为具有比输入信号的包络更小的值。同样地，放大方法可以包括产生包络信号，该包络信号量化为具有比输入信号的包络更小的值。该特征可以减少处理和功率消耗。
[0032]还提供了一种包含根据第一方面的放大器的电子装置。
【附图说明】
[0033]现在将参考附图仅通过示例的方式描述优选的实施方式，其中:
[0034]图1是现有技术的放大器的示意图；
[0035]图2是带有包络跟踪的现有技术的放大器的示意图；
[0036]图3示出现有技术的放大器的功率效率；
[0037]图4是现有技术的放大器的增益和输出功率的曲线图；
[0038]图5是现有技术的放大器的功率附加效率的曲线图；
[0039]图6是根据本公开的放大器的第一实施方式；
[0040]图7示出对于包络信号的不同值的负载线；
[0041]图8是根据本公开的对于带有跟踪偏置电压的放大器的作为输入功率的函数的增益和输出功率