具有理想iq组合的切换模式功率放大器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明大体上涉及功率放大器，且更特定来说涉及具有切换模式功率放大器的无线发射器结构。
【背景技术】
[0002]由于无线装置的发展，无线应用已迅速成长成为重要市场。低成本互补金属氧化物半导体(CMOS)技术的发展已使其成为无线应用中的射频(RF)收发器的自然选择。其进展已使集成基带及其它功能块成为可能。CMOS技术将成为完全集成在单一裸片上从而减小封装形态因数及其成本的最可行解决方案。另外，由于其成熟的工艺技术以及高集成度，CMOS技术提供良好的热特性及低成本优势。在功率放大器(PA)中，性能问题为输出功率、效率、线性、收益及可靠性。在例如全球移动通信系统(GSM)的恒定包络系统中，对高效性能的需要已优先于延长电池寿命。为了高效操作，非线性切换PA由于其高DC到RF转换效率而为有吸引力的。高效率改善射频(RF)收发器的操作时间及可靠性，且成为用于无线应用的PA的最重要要求中的一者。
[0003]在GSM应用中对非线性切换CMOS PA的高效率的使用部分依赖于发射器仅传播相内容，即，不存在待传播的幅度内容。切换PA有效率是因为它们在输出处通常仅驱动两种状态(尽管多级切换切换PA也存在)，所述两种状态代表零或完全供应电压(Vdd)。然而，高度希望此类PA可有效地使用于相及幅度内容都存在的模拟同相及正交(I及Q)输入数据。目前，存在用于设计这些应用的一些技术，这些技术通常涉及将I及Q相及幅度数据组合成可直接调制切换模式PA的数据流的不同方法。然而，这些技术具有缺点。待描述的一种此类方法涉及通过首先将IQ数据转换成极性数据且接着将所述极性数据转换成单一位A Σ流来将幅度及相内容改变成单一数据流。使用图1解释所述操作。
[0004]图1展示用于转换模拟IQ数据以调制CMOS切换PA的常规系统100。
[0005]系统100包含转换器102、Δ Σ调制器104、极性幅度组件106、功率组件107、极性相组件108及PA 110。
[0006]如图中展示，转换器102经布置以在线112及线114上接收且在线116、线117及线118上输出。Δ Σ调制器104经布置以连接于经由线118的极性转换器102与经由线120的极性幅度组件106之间。极性幅度组件106接着经由线124连接到PA 110。极性相组件108经布置以经由线116及线117连接到转换器102且经由线122连接到PA 110。功率控制组件107经由线121与极性幅度组件106界面连接。PA 110在线126上输出信号。
[0007]转换器102提供将笛卡尔(Cartesian)数据转换为极性数据所必要的采样及滤波功能。△ Σ调制器104将模拟极性幅度数据数字化成单一位流。极性幅度组件106将位流转换成信号以用于调制PA 110的供应电压，极性相组件108提供经数字化数据的数字化及转换以驱动PA 110。
[0008]在操作中，转换器102将呈笛卡尔X、y坐标形式的模拟I及Q转换到作为r (幅度)及Θ (角度)的极坐标形式。由A Σ调制器104使用△ Σ转换将出现在线118上的幅度信息数字化。极性幅度组件106接着调节所产生的且出现在线120上的数据流，且线124上的输出通过改变PA 110处的DC偏压或通过直接改变供应电压来调制到PA 110的供应。因此使用到功率放大器PA 110的供应电压编码幅度信息。极性相(角)信息呈现为线116上的Θ信号。极性相组件122接着数字化及调节这些信号以驱动功率放大器PA110。因此，通过使用笛卡尔到极性转换结合△ Σ调制，与CMOS切换模式PA—起使用含有幅度及相信息的模拟I及Q幅度信息。
[0009]然而，此系统具有一些固有问题。一个问题是由于IQ数据到极性转换过程而发生。由于此转换过程的笛卡尔到极性相角部分为非线性(极角=Ian1 (y/x))，此过程明显加宽由输出信号占用的带宽。此导致对大得多的信道宽度的需求，或可导致邻近信道性能问题。另一问题为由于供应电压带宽低，性能被限制。因此，虽然可支持例如蓝牙的较低带宽数据应用，但不可支持例如WiFi的高带宽数据应用。
[0010]在奥瑞那E.艾_泽(Oren E.Eliezer)的美国专利7460612“用于全数字正交调制器的方法及设备(Method and apparatus for a fully digital quadrature modulator)，，中描述用以转换模拟IQ数据以调制CMOS切换PA的第二常规系统及方法。此系统及方法通过使用应用到切换阵列的11位I及Q控制字来组合I及Q数据，所述切换阵列驱动在代表I+Q、1-Q、-(1-Q)及-(I+Q)的四个电平处操作的多级PA。
[0011]第一个问题是实施方案需要使用多级PA，即使使用单级独立实现I及Q也是如此。第二个问题是I到Q泄漏表现为数据败坏。所述泄漏归因于对于可能的大数据量值偏移，可用的PA稳定时间不足，所述偏移可大到在1/4本机振荡器(LO)周期中从零到(I+Q)。
[0012]需要的是用于组合模拟I及Q输入中的信息以实现不受限于第一实例常规系统的大带宽要求及相调制驱动性能限制且不具有第二实例常规系统的多级PA要求或I到Q泄漏驱动数据败坏问题的高效CMOS切换PA的系统及方法。
【发明内容】
[0013]本发明提供用于组合I与Q模拟输入以实现不受限于常规系统的大带宽要求、相调制驱动性能限制及I到Q泄漏及数据败坏问题的高效CMOS切换PA的新型系统及方法。
[0014]本发明的方面针对设置转换器以将模拟数据流I及Q转换成分离量值及符号数据；设置本机振荡器(LO)以产生具有周期T的时钟；设置脉冲产生器以基于符号数据提供用以选通幅度数据的脉冲；设置A Σ调制器以基于模拟量值数据产生位流；设置数字逻辑以输出代表经组合的I及Q数据且从具有确定LO循环中的位置的符号信息的选通的量值数据导出的单一数据流；设置PA以基于所述输出信号产生放大信号，使得Q数据与I数据异相。
[0015]本发明的其它方面针对使用替代本机振荡器工作循环及相来代表I及Q量值及符号的额外实施例。
[0016]本发明的额外优势及新型特征部分地陈述于以下描述中，且部分地将在检查下文后对所属领域的技术人员来说显而易见或通过实践本发明可学习到。可通过在所附权利要求书中特定指出的手段及组合实现及达到本发明的优势。
【附图说明】
[0017]并入到本说明书中且形成本说明书的一部分的附随图式说明本发明的示范性实施例，且附随图式与描述一起用以解释本发明的原理。在图式中:
[0018]图1展示用以组合模拟I及Q数据以用于调制CMOS切换PA的第一常规系统及方法;
[0019]图2为根据本发明的方面的说明将I及Q数据转换到符号及量值的基础的总图；
[0020]图3为说明I及Q的量值及符号的八种可能状态的图；
[0021]图4说明根据本发明的方面的系统的相选择部分；
[0022]图5展示根据本发明的方面所设置的系统；
[0023]图6说明根据本发明的方面的代表八种可能IQ状态且已产生的波形；以及
[0024]图7为相选择器的又一实例实施例。
【具体实施方式】
[0025]本发明的第一方面针对设置转换器以将IQ信号转换为I量值、I符号、Q量值及Q符号。
[0026]本发明的第二方面针对设置LO以提供具有周期T的时钟、设置I脉冲产生器及Q脉冲产生器以产生LO时钟的特定工作循环的四个脉冲(所述脉冲的开始时间相隔T/4)且设置I相选择器及Q相选择器以基于所述脉冲产生器输出及所述I符号及Q符号提供选通脉冲。
[0027]本发明的第三方面针对设置布尔逻辑门以基于所述相选择器输出将IQ幅度数据选通为组成LO循环的四个T/4时隙且将幅度数据组合成单一位流。
[0028]本发明的第四方面针对设置高效CMOS切换模式PA以放大单