專(zhuān)利名稱(chēng)：射頻(rf)功率放大器和rf功率放大器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種RF功率》文大器和用于RF傳^"的RF功率》文大 器裝置，其中每個(gè)都安裝在與基站進(jìn)行通信的例如蜂窩電話終端的 通信終端設(shè)備中，并且尤其涉及有益于通過(guò)一個(gè)RF功率放大器實(shí)現(xiàn) 非飽和型線性放大器和飽和型非線性放大器兩種功能的技術(shù)。
背景技術(shù)：
包含在蜂窩電話終端中的高頻功率放大器的操作是其中僅使用 相位調(diào)制的基本模式的GSM中的飽和操作。連同相位調(diào)制一起還使 用幅度調(diào)制的EDGE是在從GSM的飽和操作點(diǎn)被補(bǔ)償(back off) 若干分貝的操作點(diǎn)處的線性操作。甚至在連同相位調(diào)制一起還使用 幅度調(diào)制的WCDMA和cdma-lx的情況下，高頻功率放大器的操作 也是線性操作。
在對(duì)應(yīng)于GSM和EDGE的每個(gè)的蜂窩電話終端的高頻電路部分 處，在高頻功率放大器和天線之間布置有天線開(kāi)關(guān)。天線開(kāi)關(guān)執(zhí)行 在TDMA (時(shí)分多址)系統(tǒng)的發(fā)射和接收時(shí)隙之間切換的功能。
在對(duì)應(yīng)于WCDMA和cdma-lx的每個(gè)的*奪窩電話終端的高頻電 路部分處，在高頻功率放大器和其對(duì)應(yīng)天線之間布置有雙工器。雙 工器執(zhí)行并行處理CDMA (碼分多址)系統(tǒng)的低RF頻率的RF發(fā)射 信號(hào)的發(fā)射以及其高RF頻率的RF接收信號(hào)的接收的功能。此外， 在WCDMA和cdma-lx等中，在高頻功率放大器和雙工器之間布置有隔離器，以避免天線處的負(fù)載變化對(duì)高頻功率放大器的影響。然 而，由于隔離器難以集成到制造高頻功率放大器的結(jié)構(gòu)中，其成為 大且昂貴的部件。
與在世界上任何地方執(zhí)行無(wú)線通信的通信終端設(shè)備(諸如蜂窩 電話終端)的能力對(duì)應(yīng)的無(wú)處不在的覆蓋范圍目前是不現(xiàn)實(shí)的，但 是現(xiàn)在正在進(jìn)行發(fā)展。
根據(jù)非專(zhuān)利文獻(xiàn)i (EarlMcCune, "High-Efficiency, Multi-Mode， Multi-Band Terminal Power Amplifiers", IEEE microwave magazine, 2005年3月，第44-55頁(yè))，這些移動(dòng)系統(tǒng)分別包括GSM、 GPRS、 EDGE、和WCDMA的小區(qū)，以及例如IEEE 802.1 l-b、 -a和-g等的 網(wǎng)絡(luò)，例如藍(lán)牙和ZigBee的個(gè)人局域網(wǎng)。這些系統(tǒng)的特征延伸到恒 定包絡(luò)和包絡(luò)變化的信號(hào)、時(shí)分和碼分的復(fù)用以及從高(幾瓦)到 低(微瓦)傳輸輸出功率的較寬組合。結(jié)果，存在了對(duì)于多模適用 的RF功率放大器的增長(zhǎng)的需求。
對(duì)于多模不言而喻的方法是應(yīng)用線性電路技術(shù)以支持包絡(luò)變化 信號(hào)。然而該方法造成功率放大器的電路設(shè)計(jì)中的基本矛盾。眾所 周知，功率放大器的最大效率是通過(guò)允許功率放大器執(zhí)行飽和操作 (發(fā)生波形削波的非線性操作)來(lái)獲得的。因?yàn)閳?zhí)行飽和操作的功 率放大器操作為限制器，其中輸入信號(hào)是包絡(luò)變化信號(hào)，所以發(fā)生 嚴(yán)重信號(hào)失真。因此，功率放大器需要執(zhí)行非飽和線性操作，以如 實(shí)再現(xiàn)包絡(luò)變化信號(hào)。為此，引入輸出補(bǔ)償?shù)母拍?，并且將功率?大器限制于線性操作，其中執(zhí)行非飽和線性操作的功率放大器的峰 值輸出功率小于最大(飽和)輸出功率。然而，因?yàn)檩敵鲅a(bǔ)償在設(shè) 計(jì)上變得困難，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出對(duì)應(yīng)于非飽和型線性放大器和飽和型非 線性放大器的兩種分立功率放大器。
順帶提及，GSM是全球移動(dòng)通信系統(tǒng)的縮寫(xiě)。GPRS是通用分 組無(wú)線業(yè)務(wù)的縮寫(xiě)。此外，EDGE是增強(qiáng)型GSM演進(jìn)數(shù)據(jù)(增強(qiáng)型 GPRS數(shù)據(jù))的縮寫(xiě)。WCDMA是寬帶碼分多址的縮寫(xiě)。
另一方面，非專(zhuān)利文獻(xiàn)2 ( Shuyun Zhang等人，"A NovelPower-Amplifier Module for Quad-Band Wireless Handset Applications", IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, VOL. 51, No. 11， 2003年11月，第2203-2210 頁(yè))中描述了傳輸包括GSM850、 GSM900、 DCS1800和PCS1900 的頻帶的四帶的RF功率放大器模塊。順帶提及，DCS是數(shù)字蜂窩 系統(tǒng)的縮寫(xiě)，PCS是個(gè)人通信系統(tǒng)的縮寫(xiě)。RF功率放大器模塊包括 放大具有GSM850和GSM900的第一頻帶的第一 RF傳輸輸入信號(hào) 的第一功率放大器以及放大具有DCS1800和PCS1900的第二頻帶的 第二 RF傳輸輸入信號(hào)的第二功率放大器。
在GSM850、 GSM900、 DCS1800和PCS1900的通信中，采用了 TDMA系統(tǒng)，其能夠基于時(shí)間共享分別對(duì)空閑狀態(tài)、從基站的接收 操作、和到基站的發(fā)射操作中的任何一個(gè)設(shè)置多個(gè)時(shí)隙。順帶提及， TDMA是時(shí)分多址的縮寫(xiě)。作為一個(gè)TDMA系統(tǒng)，已知僅使用相位 調(diào)制的GSM系統(tǒng)。還已知一種系統(tǒng)，其與GSM系統(tǒng)相比改進(jìn)了通 信數(shù)據(jù)傳送速率。作為這種改進(jìn)的系統(tǒng)，最近開(kāi)始關(guān)注連同相位調(diào) 制 一起使用幅度調(diào)制的EDGE系統(tǒng)。
另一方面，近年來(lái)還以類(lèi)似于EDGE系統(tǒng)的方式開(kāi)始關(guān)注通過(guò) 連同相位調(diào)制一起使用幅度調(diào)制而改進(jìn)了通信數(shù)據(jù)傳送速率的 WCDMA系統(tǒng)。在該WCDMA系統(tǒng)中，采用了不同于TDMA系統(tǒng)的 頻分CDMA系統(tǒng)，其使用2110MHz至2170MHz的頻率用于從基站 的接收操作以及使用1920MHz至1980MHz的頻率用于到基站的發(fā) 射操作。順帶提及，CDMA是碼分多址的縮寫(xiě)。
非專(zhuān)利文獻(xiàn)3 (GaryHau等人，"High Efficiency, Wide Dynamic Range Variable Gain and Power Amplifier MMICs for Wide-Band CDMA Handsets" , IEEE MICROWAVE AND WIRELESS COMPONENTS LETTERS, VOL. 11， No. 1, 2001年1月，第13-15 頁(yè))描述了由于WCDMA系統(tǒng)的RF功率放大器的功率控制需要較 寬控制范圍和較高線性，將使用可變衰減器的可編程增益放大器耦 合到RF功率放大器的輸入。
13另 一 方面，在非專(zhuān)利文獻(xiàn)4 ( Angelo Scuderi等人，"A VSWR-Protected Silicon Bipolar RF Power Amplifier With Soft-Slop Power Control", IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, VOL. 40, No. 3, 2005年3月，第611-621頁(yè))中描述了通過(guò)閉合回路和 源電壓控制的RF功率放大器的功率控制。在通過(guò)閉合回路的功率控 制中，使用定向耦合器感測(cè)并通過(guò)二極管檢測(cè)放大器的輸出的RF功 率。通過(guò)誤差放大器比較檢測(cè)到的電壓與參考電壓。誤差放大器的 輸出驅(qū)動(dòng)功率放大器的增益控制端子以通過(guò)閉合回路同等地控制檢 測(cè)到的電壓和參考電壓。該功率控制通過(guò)參考電壓的改變而實(shí)現(xiàn)。 在控制其輸出功率的RF功率放大器的源電壓控制中，使用通過(guò)功率 PMOS晶體管和運(yùn)算放大器配置的線性調(diào)節(jié)器，并且通過(guò)運(yùn)算放大 器的控制端子線性地改變RF功率放大器的集電極電壓。通過(guò)減小集 電極電壓而限制獲得功率的輸出幅度。
在非專(zhuān)利文獻(xiàn)4中描述了閉合回路集電極峰值電壓控制，用于 應(yīng)對(duì)在由負(fù)載失配導(dǎo)致的高負(fù)載電壓駐波比(VSWR)的狀態(tài)下基于 在末級(jí)的集電極處高電壓峰值的擊穿。該控制通過(guò)檢測(cè)在輸出集電 極節(jié)點(diǎn)處的峰值電壓的AC讀出電路/包絡(luò)檢測(cè)器以及改變電路增益 從而將峰值電壓鉗位于特定閾電壓的誤差放大器來(lái)配置。該誤差放 大器控制用于驅(qū)動(dòng)末級(jí)的驅(qū)動(dòng)級(jí)的偏置電流。
在非專(zhuān)利文獻(xiàn)5 ( Hikaru Ikeda等人，"A Low Distortion and High Efficiency Parallel-Operation Power Amplifier Combined in Different Phases in Wide Range of Load Impedance", 1996 IEEE MTT誦S Digest, 第535-538頁(yè))中描述了并行功率放大器，其在不使用隔離器的情況 下在負(fù)載阻抗的寬范圍中實(shí)現(xiàn)低失真和高效率。并行功率放大器具 有多個(gè)放大路徑。輸入到一個(gè)輸入端子的信號(hào)通過(guò)混合分配器提供 到放大路徑的輸入。每個(gè)放大路徑包括放大器和移相器。移相器布 置在它們相應(yīng)的放大路徑上，使得放大器的操作的相位在放大路徑 上彼此不同。放大路徑的多個(gè)輸出通過(guò)混合耦合器耦合到單個(gè)輸出。 非專(zhuān)利文獻(xiàn)5描述了在反射率r等于0.5的3:1 VSWR (電壓駐波比)
14或更少的情形下，獲得了-45dBc或更少的失真、45%或更高的效率 以及9.8dB或更高的增益。順帶提及，VSWR是電壓駐波比的縮寫(xiě)。
vswr根據(jù)反射率r通過(guò)vswr = (i + r)/(i - r)來(lái)確定。
在非專(zhuān)利文獻(xiàn)6( Giuseppe Berrtta等人，"A balanced CDMA SiGe HBT Load Insensitive Power Amplifier", 2006 IEEE Radio and Wireless Symposium 17-19， 2006年1月，第523-526頁(yè))中描述了類(lèi)似于非 專(zhuān)利文獻(xiàn)5中描述的并行功率放大器的平衡放大器，以自適應(yīng)于由 于省略隔離器而導(dǎo)致的負(fù)載失配。平衡放大器包括輸入混合耦合器、 兩個(gè)RF功率放大器、兩個(gè)匹配電路、輸出混合耦合器以及兩個(gè)50Q 終端電阻器。將RF輸入信號(hào)提供到輸入混合耦合器的輸入側(cè)兩個(gè)端 子并且將50Q輸入終端電阻器耦合到輸入混合耦合器的輸入側(cè)兩個(gè) 端子。兩個(gè)RF功率放大器的兩個(gè)輸入端子耦合到它們相應(yīng)的輸入混 合耦合器的輸出側(cè)兩個(gè)端子。兩個(gè)匹配電路的兩個(gè)輸入端子耦合到 它們相應(yīng)的兩個(gè)RF功率放大器的兩個(gè)輸出端子。輸出混合耦合器的 輸入側(cè)兩個(gè)端子耦合到它們相應(yīng)的兩個(gè)匹配電路的兩個(gè)輸出端子。 將50Q輸出終端電阻器耦合到它們相應(yīng)的輸出混合耦合器的輸出側(cè) 兩個(gè)端子并且天線耦合到它們相應(yīng)的輸出混合耦合器的輸出側(cè)兩個(gè) 端子。并行功率放大器顯示良好的輸入/輸出回程損耗，并且對(duì)于負(fù) 載變化有良好的不敏感性。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明之前，本發(fā)明人等人已經(jīng)潛心于開(kāi)發(fā)傳輸GSM850、 GSM900、 DCS1800、 PCS1900和WCDMA2100五個(gè)頻帶的RF功率 放大器模塊。
在本發(fā)明之前的RF功率放大器模塊的開(kāi)發(fā)中，需要RF功率放 大器模塊的小型化來(lái)實(shí)現(xiàn)支持GSM、 EDGE和WCDMA的多模通信 的蜂窩電話終端的進(jìn)一步縮小。因此需要通過(guò)一個(gè)RF功率放大器實(shí) 現(xiàn)非飽和型線性放大器和飽和型非線性放大器兩種功能。如非專(zhuān)利 文獻(xiàn)1中描述的，此前由于設(shè)計(jì)困難已經(jīng)開(kāi)發(fā)和使用了非飽和型線性放大器和飽和型非線性放大器的兩個(gè)分立功率放大器。然而，使 用兩個(gè)分立功率放大器將不再可能實(shí)現(xiàn)支持多模通信的蜂窩電話終 端的進(jìn)一步縮小。
在GSM850、 GSM900、 DCS1800和PCS1900的GSM通信中， 使用稱(chēng)為"GMSK"的恒定包絡(luò)信號(hào)。順帶提及，GMSK是高斯最 小頻移鍵控的縮寫(xiě)。另一方面，在GSM850、 GSM900、 DCS1800和 PCS1900的EDGE通信中，使用稱(chēng)為"3兀/8-8PSK"的包絡(luò)變化信號(hào)。 順帶提及，3兀/8-8PSK是具有累加到每個(gè)符號(hào)的3ti/8相移的8相移 鍵控的縮寫(xiě)。在WCDMA的通信中，使用稱(chēng)為"HPSK，，的包絡(luò)變 化信號(hào)。順帶提及，HPSK是混合相移鍵控的縮寫(xiě)。
因此，本發(fā)明人等人已經(jīng)想到，在飽和型非線性放大器和非飽 和型線性放大器中共用 一 個(gè)RF功率放大器，并且執(zhí)行飽和型非線性 放大的第 一操作模式和非飽和型線性放大的第二操作模式的操作。
即， 一旦在GSM通信中傳輸GMSK恒定包絡(luò)信號(hào)， 一個(gè)RF功 率放大器的操作模式被設(shè)置為飽和型非線性放大的第 一 操作模式， 從而使得可以實(shí)現(xiàn)高效操作。 一旦在EDGE通信中傳輸3兀/8-8PSK 包絡(luò)變化信號(hào)以及在WCDMA通信中傳輸HPSK包絡(luò)變化信號(hào)，一 個(gè)RF功率放大器的操作模式被設(shè)置為非飽和型線性放大的第二操 作模式，從而使得可以減少包絡(luò)變化信號(hào)的信號(hào)失真。
在本發(fā)明之前，本發(fā)明人等人已經(jīng)討論了將在非專(zhuān)利文獻(xiàn)5和6 每個(gè)中描述的負(fù)載變化抑制特征優(yōu)良的平衡RF功率放大器應(yīng)用于 傳輸GSM850、 GSM900、 DCS1800、 PCS1900和WCDMA2100五個(gè) 頻帶的RF功率放大器模塊。平衡RF功率放大器采用如下配置，相 位差90°的RF輸入信號(hào)通過(guò)輸入混合耦合器提供到兩個(gè)RF功率放 大器，并且它們的相位基于兩個(gè)匹配電路的輸出通過(guò)輸出混合耦合 器進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)90。。即使在平衡RF功率放大器中發(fā)生每個(gè)功率放大 器的輸出和天線之間的阻抗失配，也可以使平衡功率放大器的整個(gè) ACPR (相鄰信道漏泄功率比)呈現(xiàn)良好。這是因?yàn)閮蓚€(gè)放大路徑之 一的功率放大器的阻抗變換變成在史密斯圓圖上的電感旋轉(zhuǎn)，并且兩個(gè)放大路徑的另一個(gè)的功率放大器的阻抗變換變成在史密斯圓圖 上的電容旋轉(zhuǎn)。結(jié)果，當(dāng)一個(gè)阻抗成為高阻抗時(shí)，另一個(gè)阻抗成為 低阻抗，從而使得可以校正組合信號(hào)的失真。
然而，當(dāng)在平衡RF功率放大器中的輸入混合耦合器和輸出混合 耦合器之間的相位旋轉(zhuǎn)發(fā)生偏離90。的誤差時(shí)，在匹配電路中發(fā)生損 耗，因此導(dǎo)致效率降低。因?yàn)檩斎牖旌像詈掀骱洼敵龌旌像詈掀鞣?別包括復(fù)雜且元件數(shù)量大的電路，并且連同多個(gè)電容器和多個(gè)電感 器一起包括電阻器，所以暴露出發(fā)生每個(gè)電阻器中的損耗以及難以 實(shí)現(xiàn)高效的問(wèn)題。
因此，本發(fā)明人等人采用了作為普通單一類(lèi)型而不作為平衡類(lèi) 型的一個(gè)RF功率放大器，其基于上述思想在飽和型非線性放大器和 非飽和型線性放大器中共用，并且其操作切換到飽和型非線性放大 的第 一操作模式和非飽和型線性放大的第二操作模式。
因此，已經(jīng)揭示了，在普通單一類(lèi)型的飽和型非線性放大器和 非飽和型線性放大器中共用并且其操作切換到第一操作模式和第二 操作模式的一個(gè)RF功率放大器需要應(yīng)對(duì)負(fù)載變化。
此外，還揭示了， 一旦自適應(yīng)于非飽和型線性放大的第二操作 模式中的負(fù)載變化，則需要減小單一類(lèi)型共用RF功率放大器的相鄰 信道漏泄功率比(ACPR)。順帶提及，ACPR是相鄰信道漏泄功率 比的縮寫(xiě)。
已經(jīng)通過(guò)本發(fā)明人等人的討論證明，當(dāng)天線的負(fù)載非常小時(shí)， 需要抑制蜂窩電話終端的電池的消耗，以及一旦GSM通信的RF傳 輸功率特別大，抑制流過(guò)單一類(lèi)型共用RF功率放大器中末級(jí)放大器 級(jí)的晶體管的操作電流。即，本發(fā)明人等人已經(jīng)揭示了，在這種情 況下如果未抑制操作電流，則電池被突然消耗，并且發(fā)生末級(jí)放大 器級(jí)的晶體管的特性劣化以及發(fā)生電流擊穿。
作為本發(fā)明人等人在上述本發(fā)明之前討論的結(jié)果做出本發(fā)明。 因此，本發(fā)明的目的是應(yīng)對(duì)一個(gè)RF功率放大器中的負(fù)載變化和 過(guò)載狀態(tài)，該一個(gè)RF功率放大器在普通單一類(lèi)型的飽和型非線性放
17大器和非飽和型線性放，大器中共用，并且執(zhí)行飽和型非線性放大的 第 一 操作模式和非飽和型線性放大的第二操作模式。
本發(fā)明的另 一 目的是一旦自適應(yīng)于非飽和型線性放大的第二操
作模式中的負(fù)載變化，在單一類(lèi)型共用RF功率放大器的過(guò)載狀態(tài) 下，減小相鄰信道漏泄功率比(ACPR)。
本發(fā)明的另一目的是一旦GSM通信的RF傳輸功率特別大，則 在天線的負(fù)載非常小的情況下，抑制流過(guò)單 一 類(lèi)型共用RF功率放大 器的末級(jí)放大器級(jí)的晶體管的操作電流。
本發(fā)明的上述和其他目的和新穎特征將通過(guò)本說(shuō)明書(shū)的描述以 及附圖變得明顯。
下面將簡(jiǎn)要描述本申請(qǐng)中公開(kāi)的發(fā)明中的一個(gè)代表性發(fā)明
本發(fā)明的典型RF功率放大器(100)具有放大RF信號(hào)以生成提 供到通信終端的天線的RF傳輸輸出信號(hào)(PouT)的末級(jí)放大器級(jí)(11 ) 以及檢測(cè)RF傳輸輸出信號(hào)的電平的信號(hào)檢測(cè)器(13)。末級(jí)放大器 級(jí)包括末級(jí)晶體管(Qn2)和末級(jí)負(fù)載元件(L2),并且執(zhí)行飽和型 非線性放大的第一操作模式和非飽和型線性放大的第二操作模式。
RF功率放大器(100)還包括第一檢測(cè)器(14)、第二檢測(cè)器(17) 和控制器或控制電路(15、 16和18)。來(lái)自信號(hào)檢測(cè)器(13)的 RF檢測(cè)信號(hào)提供到第 一檢測(cè)器(14 )。末級(jí)晶體管的輸出電壓(Vds ) 提供到第二檢測(cè)器(17)。
通過(guò)第 一檢測(cè)器和控制電路的第 一反饋控制減少了響應(yīng)于第一 操作模式中天線處的負(fù)載變化的、從末級(jí)晶體管生成的RF傳輸輸出
信號(hào)(Pout)的變化，以及
通過(guò)第二檢測(cè)器和控制電路的第二反饋控制減少了響應(yīng)于第二 操作模式中天線的過(guò)載狀態(tài)的、末級(jí)晶體管的輸出電壓(Vds)的增 加(參見(jiàn)圖1)。
下面將簡(jiǎn)要描述本申請(qǐng)中公開(kāi)的發(fā)明中的一個(gè)代表性發(fā)明所獲 得的有益效果根據(jù)本發(fā)明，可以應(yīng)對(duì)一個(gè)RF功率放大器中的負(fù)載 變化和過(guò)載狀態(tài)，該一個(gè)RF功率放大器在普通單一類(lèi)型的飽和型非線性放大器和非飽和型線性放大器中共用，并且執(zhí)行飽和型非線性 放大的第一操作模式和非飽和型線性放大的第二操作模式。
根據(jù)本發(fā)明， 一旦自適應(yīng)于非飽和型線性放大的第二操作模式
中的負(fù)載變化，在單一類(lèi)型共用RF功率放大器的過(guò)載狀態(tài)下，也可 以減少相鄰信道漏泄功率比(ACPR)。


于提供RF傳輸信號(hào)到RF功率放大器的基帶數(shù)字信號(hào)處理/RF模擬 信號(hào)處理單元的蜂窩電話終端的配置的示意圖2是用于描述當(dāng)圖1的RF功率放大器的負(fù)載阻抗改變時(shí)其操 作的示意圖3是用于描述當(dāng)圖1所示RF功率放大器的負(fù)載阻抗為小于本 征值的值的狀態(tài)、為本征值的狀態(tài)以及為大于本征值的值的狀態(tài)時(shí) 末級(jí)放大器級(jí)的晶體管的漏極-源極電壓的相關(guān)性的示意圖4是用于描述當(dāng)圖1所示RF功率放大器的負(fù)載阻抗為小于本 征值的值的狀態(tài)、為本征值的狀態(tài)以及為大于本征值的值的狀態(tài)時(shí) RF功率放大器的RF傳輸輸出信號(hào)的相關(guān)性的示意圖5是用于描述當(dāng)圖1所示RF功率放大器的負(fù)載阻抗為小于本 征值的值的狀態(tài)、為本征值的狀態(tài)以及為大于本征值的值的狀態(tài)時(shí) RF功率放大器的RF傳輸輸出信號(hào)的飽和開(kāi)始與相鄰信道漏泄功率 比的突然增加之間的相關(guān)性的示意圖6是示出圖1所示RF功率放大器的第一檢測(cè)器和第二檢測(cè)器 的輸入/輸出特性的示意圖7是示出圖1所示RF功率放大器的第一檢測(cè)器和第二檢測(cè)器 的配置的示意圖8是示出與圖1所示RF功率放大器的末級(jí)放大器級(jí)的共源極 N溝道MOS晶體管的漏極輸出電極耦合的輸出匹配電路和定向耦合 器的 一 個(gè)說(shuō)明性例子的示意圖；圖9是示出其中用具有非線性特性的調(diào)節(jié)電路代替安裝到圖1 所示RF功率放大器并且具有設(shè)置為大于或等于1的常數(shù)的系數(shù)的調(diào) 節(jié)電路的RF功率放大器的配置的示意圖IO是示出添加有當(dāng)GSM通信中使用的大RF傳輸信號(hào)傳輸?shù)?圖1所示RF功率放大器時(shí)用于自適應(yīng)于負(fù)載短路的過(guò)電流保護(hù)電路 的RF功率放大器的配置的示意圖11是示出其中使在圖1所示RF功率放大器中從第一檢測(cè)器 的輸出到信號(hào)處理單元的控制器的第 一 反饋和從第二檢測(cè)器的輸出 到信號(hào)處理單元的控制器的第二反饋獨(dú)立的RF功率放大器的配置 的示意圖；以及
圖12是示出其中將根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的RF功率放大器和 信號(hào)處理單元提供作為覆蓋低帶頻率和高帶頻率的雙帶配置的蜂窩 電話的配置的示意圖，其包括DC/DC轉(zhuǎn)換器、天線開(kāi)關(guān)、雙工器等 和天線。
具體實(shí)施例方式
<<代表性實(shí)施方式>>
首先將解釋本申請(qǐng)中公開(kāi)的本發(fā)明的代表性實(shí)施方式的概要。 典型實(shí)施方式的概略描述中用括號(hào)引用的附圖中的參考標(biāo)號(hào)僅舉例 說(shuō)明參考標(biāo)號(hào)分別所附的組件的概念中包含的組件。根據(jù)本發(fā)明的典型實(shí)施方式的RF功率放大器(100)包括 末級(jí)放大器級(jí)(ll),其放大RF信號(hào)以生成提供到通信終端的天線 的RF傳輸輸出信號(hào)(P0UT);以及信號(hào)檢測(cè)器(13)，其檢測(cè)RF 傳輸輸出信號(hào)的電平。
末級(jí)放大器級(jí)包括末級(jí)晶體管(Qn2),其在其輸出電極生成 RF傳輸輸出信號(hào)；以及末級(jí)負(fù)載元件(L2)，其耦合在末級(jí)晶體管 的輸出電極和源電壓或電源電壓(Vdd)之間。末級(jí)放大器級(jí)執(zhí)行飽 和型非線性放大的第 一操作模式和非飽和型線性放大的第二操作模 式。信號(hào)檢測(cè)器(13)的輸入端子耦合到末級(jí)晶體管的輸出電極，
從而從信號(hào)檢測(cè)器的輸出端子生成響應(yīng)于RF傳輸輸出信號(hào)的電平 的RF檢測(cè)信號(hào)。
RF功率放大器(100)還包括第一檢測(cè)器(14)、第二檢測(cè)器(17) 以及控制器或控制電路(15、 16和18)。
第一檢測(cè)器(14)的輸入端子被提供有來(lái)自信號(hào)檢測(cè)器(13) 的輸出端子的RF檢測(cè)信號(hào)，從而從第一檢測(cè)器(14)的輸出端子生 成第一檢測(cè)信號(hào)。
第二檢測(cè)器(17)的輸入端子耦合到末級(jí)晶體管的輸出電極， 從而從第二檢測(cè)器(17)的輸出端子生成第二檢測(cè)信號(hào)。
從第一檢測(cè)器(14)的輸出端子生成的第一檢測(cè)信號(hào)包括當(dāng)RF 功率放大器(100)在飽和型非線性放大的第一操作模式中操作時(shí)響 應(yīng)于由于在天線處的負(fù)載變化導(dǎo)致的RF傳輸輸出信號(hào)的電平變化 的第一檢測(cè)分量。
從第二檢測(cè)器(17)的輸出端子生成的第二檢測(cè)信號(hào)包括當(dāng)RF 功率放大器(100)在非飽和型線性放大的第二操作模式中操作時(shí)響 應(yīng)于由于天線的過(guò)載狀態(tài)導(dǎo)致的末級(jí)晶體管(Qn2)的輸出電極的輸 出電壓(Vds)增加的第二檢測(cè)分量。
第一檢測(cè)器(14)和第二檢測(cè)器(17)分別具有第一輸入閾電 壓(Vthl)和第二輸入閾電壓(Vth2)。第二輸入閾電壓的電平設(shè) 置為高于第一輸入閾電壓的電平。
從第 一檢測(cè)器的輸出端子生成的第 一檢測(cè)信號(hào)和從第二檢測(cè)器 的輸出端子生成的第二檢測(cè)信號(hào)提供到控制電路(15、 16和18)。 控制電路控制RF傳輸輸出信號(hào)的電平和在末級(jí)晶體管的輸出電極 處的輸出電壓。
通過(guò)第 一檢測(cè)器和控制電路的第 一反饋控制減少了在第 一操作 模式中操作時(shí)響應(yīng)于天線的負(fù)載變化的、從末級(jí)晶體管(Qn2)的輸 出電極生成的RF傳輸輸出信號(hào)(Pout)的變化。
通過(guò)第二檢測(cè)器和控制電路的第二反饋控制減少了在第二操作
21模式中操作時(shí)響應(yīng)于天線的過(guò)載狀態(tài)的、末級(jí)晶體管(Qn2)的輸出 電極的輸出電壓(Vds)的增加(參考圖1)。
根據(jù)本實(shí)施方式，即使在第一操作模式中已經(jīng)發(fā)生天線負(fù)載變 化，從末級(jí)晶體管(Qn2 )的輸出電極生成的RF傳輸輸出信號(hào)(P0UT) 通過(guò)第一反饋控制也維持近似恒定。即使在第二操作模式中已經(jīng)發(fā) 生天線的過(guò)載狀態(tài)，末級(jí)晶體管(Q n2 )的輸出電極的輸出電壓(V d s ) 的增加通過(guò)第二反饋控制也得到減少。因此，在普通單一飽和型非 線性和非飽和型線性放大器中共用的、執(zhí)行飽和型非線性放大的第
一操作模式和非飽和型線性放大的第二操作模式二者的一個(gè)RF功 率放大器可以自適應(yīng)于負(fù)載狀態(tài)和過(guò)載狀態(tài)。
此外，根據(jù)本實(shí)施方式，因?yàn)樵诘诙僮髂Ｊ街邪l(fā)生天線的過(guò) 載狀態(tài)的情況下，末級(jí)晶體管(Qn2)的輸出電壓(Vds)的增加減 少，因此可以減少相鄰信道漏泄功率比(ACPR)的增加。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，在飽和型非線性放大的第一操作模式中， RF信號(hào)是GSM通信中使用的恒定包絡(luò)信號(hào)。在非飽和型線性放大 的第二操作模式中，RF信號(hào)是EDGE和WCDMA通信的任一個(gè)中 使用的包絡(luò)變化信號(hào)。 -
在另 一優(yōu) 選實(shí)施方式中，信號(hào)檢測(cè)器是具有近似平行地彼此接 近布置的主線和副線的定向耦合器(13)。
在更優(yōu)選實(shí)施方式中，輸出匹配電路耦合到末級(jí)晶體管(Qn2) 的輸出電極。定向耦合器的主線可耦合在輸出匹配電路和天線之間。 從定向耦合器的副線生成響應(yīng)于RF傳輸輸出信號(hào)的電平的RF檢測(cè) 信號(hào)。
在又一更優(yōu)選實(shí)施方式中，RF功率放大器(100)包括第一級(jí)放 大器級(jí)(10)。
從第一級(jí)放大器級(jí)(10)生成由末級(jí)放大器級(jí)(11 )放大的RF信號(hào)。
第一級(jí)放大器級(jí)(10)包括生成RF信號(hào)的第一級(jí)晶體管(Qnl )。 提供RF傳輸輸入信號(hào)(PIN)的可編程增益放大器(21)可耦合到第一級(jí)晶體管的控制輸入端子。
控制電路(15、 16和18)控制可編程增益放大器(21 )的可編 程增益，從而控制RF傳輸輸出信號(hào)的電平以及在末級(jí)晶體管的輸出 電極處的輸出電壓。
在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，控制電路包括加法器(15)，其將 從第 一檢測(cè)器的輸出端子生成的第 一檢測(cè)信號(hào)的分量與從第二檢測(cè) 器的輸出端子生成的第二檢測(cè)信號(hào)的分量相加；以及低通濾波器 (16)，其耦合到加法器的輸出。
從低通濾波器(16)的輸出生成控制電路的模擬控制信號(hào)，其 控制RF傳輸輸出信號(hào)的電平以及在末級(jí)晶體管的輸出電極處的輸 出電壓。
在另一具體實(shí)施方式
中，第一級(jí)放大器級(jí)的第一級(jí)晶體管和末 級(jí)放大器級(jí)的末級(jí)晶體管分別是LDMOS晶體管和異質(zhì)雙極晶體管 的任一個(gè)。
在更具體實(shí)施方式
中，RF功率放大器(100)還配置有電流讀出 電路(19)和過(guò)電流檢測(cè)電路(18B)。
電流讀出電路(19)包括電流讀出晶體管(Qn3),其具有小于 末級(jí)放大器級(jí)(ll)的末級(jí)晶體管(Qn2)的元件尺寸，并且使得小 于流過(guò)末級(jí)晶體管(Qn2)的電流的讀出電流流過(guò)。
響應(yīng)于流過(guò)電流讀出電路(19)的電流讀出晶體管(Qn3)的讀 出電流，過(guò)電流檢測(cè)電路(18B )提供過(guò)電流檢測(cè)信號(hào)到控制電路(15、 16和18)。
當(dāng)在RF功率放大器(100)在飽和型非線性放大的第一操作模 式中操作的情況下由于天線的負(fù)載變化使得流過(guò)末級(jí)晶體管(Qn2 ) 的電流變成過(guò)電流狀態(tài)時(shí)，過(guò)電流檢測(cè)電路(18B)執(zhí)行末級(jí)晶體管 的過(guò)電流保護(hù)(參照?qǐng)D10)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面的典型實(shí)施方式的RF功率放大器裝 置(100)包括第一RF功率放大器和第二RF功率放大器。
第一 RF功率放大器放大具有范圍從近似0.8GHz至近似l.OGHz的第 一頻帶的第一 RF傳輸輸入信號(hào)。
第二RF功率放大器放大具有范圍從近似1.7GHz至近似2.0GHz 的第二頻帶的第二 RF傳輸輸入信號(hào)。
第一 RF功率放大器和第二 RF功率放大器的功率放大器分別包 括末級(jí)放大器級(jí)(11—LB、 11_HB)，其每個(gè)放大RF信號(hào)以生成 提供到通信終端的天線的RF傳輸輸出信號(hào)；以及信號(hào)檢測(cè)器 (13_LB、 13—HB),其每個(gè)檢測(cè)RF傳輸輸出信號(hào)的電平。
功率放大器的每個(gè)的末級(jí)放大器級(jí)包括末級(jí)晶體管(Qn2), 其在其輸出電極生成RF傳輸輸出信號(hào)；以及末級(jí)負(fù)載元件(L2), 其耦合在末級(jí)晶體管的輸出電極和源電壓或電源電壓(Vdd)之間。
功率放大器的每個(gè)執(zhí)行飽和型非線性放大的第 一 操作模式和非 飽和型非線性放大的第二操作模式。
在各功率放大器中，信號(hào)檢測(cè)器(13—LB、 13—HB)的輸入端子 分別耦合到末級(jí)晶體管的輸出電極，從而從信號(hào)檢測(cè)器的輸出端子 生成均響應(yīng)于RF傳輸輸出信號(hào)的電平的RF檢測(cè)信號(hào)。
功率放大器還分別包括第一檢測(cè)器(14—LB、 14—HB)、第二檢 測(cè)器(17,18—LB、 17，18—HB)以及控制電路(15—LB、 15—HB和16—LB、 16—HB)。
在各功率放大器中，第一檢測(cè)器(14_LB、 14—HB)的輸入端子 分別被提供來(lái)自信號(hào)檢測(cè)器(13—LB、 13—HB)的輸出端子的RF檢 測(cè)信號(hào)，從而從第一4企測(cè)器(14—LB、 14—HB)的輸出端子生成第一
檢測(cè)信號(hào)。
在各功率放大器中，第二檢測(cè)器(17，18—LB、 17,18—HB)的輸 入端子分別耦合到末級(jí)晶體管的輸出電極，從而從第二檢測(cè)器 (17,18—LB、 17，18—HB)的輸出端子生成第二檢測(cè)信號(hào)。
在每個(gè)功率放大器中，從第一檢測(cè)器的輸出端子生成的第一檢
測(cè)信號(hào)包括當(dāng)功率放大器在飽和型非線性放大的第一操作模式中操 作時(shí)響應(yīng)于由于天線的負(fù)載變化導(dǎo)致的RF傳輸輸出信號(hào)的電平變 化的第一檢測(cè)分量。在每個(gè)功率放大器中，從第二檢測(cè)器的輸出端子生成的第二檢 測(cè)信號(hào)包括當(dāng)功率放大器在非飽和型線性放大的第二操作模式中操 作時(shí)響應(yīng)于由于天線的過(guò)載狀態(tài)導(dǎo)致的末級(jí)晶體管的輸出電極的輸 出電壓增加的第二檢測(cè)分量。
在功率放大器中，第 一檢測(cè)器和第二檢測(cè)器分別具有第 一輸入
閾電壓(Vthl)和第二輸入閾電壓(Vth2)。第二輸入閾電壓的電 平設(shè)置為高于第一輸入閾電壓的電平。
在每個(gè)功率放大器中，從第一檢測(cè)器的輸出端子生成的第一檢 測(cè)信號(hào)和從第二檢測(cè)器的輸出端子生成的第二檢測(cè)信號(hào)提供到控制 電路?？刂齐娐房刂芌F傳輸輸出信號(hào)的電平和在末級(jí)晶體管的輸出 電才及處的輸出電壓。
在每個(gè)功率放大器中，通過(guò)第一檢測(cè)器和控制電路的第一反饋 控制減少了在第 一操作模式中操作時(shí)響應(yīng)于天線的負(fù)載變化的、從 末級(jí)晶體管的輸出電極生成的RF傳輸輸出信號(hào)的變化。
在每個(gè)功率放大器中，通過(guò)第二檢測(cè)器和控制電路的第二反饋 控制減少了在第二操作模式中操作時(shí)響應(yīng)于天線的過(guò)載狀態(tài)的、末 級(jí)晶體管的輸出電極的輸出電壓的增加(參考圖12)。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，在飽和型非線性放大的第 一 操作模式中， RF信號(hào)是GSM通信中使用的恒定包絡(luò)信號(hào)。在非飽和型線性放大 的第二操作模式中，RF信號(hào)是EDGE和WCDMA通信的任一個(gè)中 使用的包絡(luò)變化信號(hào)。
在另一優(yōu)選實(shí)施方式中，在每個(gè)功率放大器中的信號(hào)檢測(cè)器是 具有近似平行地彼此接近布置的主線和副線的定向耦合器(13)。
在更優(yōu)選實(shí)施方式中，在每個(gè)功率放大器中，輸出匹配電路耦 合到末級(jí)晶體管的輸出電極。定向耦合器的主線可在輸出匹配電路 和天線之間耦合。從定向耦合器的副線生成響應(yīng)于RF傳輸輸出信號(hào) 的電平的RF4企測(cè)信號(hào)。
在又一優(yōu)選實(shí)施方式中，RF功率放大器還包括第一級(jí)放大器級(jí) (10 LB、 10 HB)。在功率放大器中，分別從第一級(jí)放大器級(jí)(10—LB、 10—HB)生 成由末級(jí)放大器級(jí)(11—LB、 11—HB)放大的RF信號(hào)。
在功率放大器中，第一級(jí)放大器級(jí)(10_LB、 10_HB)包括生成 RF信號(hào)的第一級(jí)晶體管(Qnl)。提供RF傳輸輸入信號(hào)(PIN)的 可編程增益放大器(21)可耦合到第一級(jí)晶體管的每個(gè)的控制輸入 端子。
在功率放大器中，控制電路(15—LB、 15—HB; 16—LB、 16—HB; 以及17,18—LB、 17,18—HB)分別控制可編程增益放大器(21)的可 編程增益，從而控制RF傳輸輸出信號(hào)的電平以及在末級(jí)晶體管的輸 出電極處的輸出電壓。
在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，功率放大器的每個(gè)的控制電路包括
加法器，其將從第 一 檢測(cè)器的輸出端子生成的第 一 檢測(cè)信號(hào)的分量 與從第二檢測(cè)器的輸出端子生成的第二檢測(cè)信號(hào)的分量相加；以及 低通濾波器，其耦合到加法器的輸出。
在功率放大器的每個(gè)中，從低通濾波器(16—LB、 16_HB)的每 個(gè)的輸出生成控制電路的模擬控制信號(hào)，其控制RF傳輸輸出信號(hào)的 電平以及在末級(jí)晶體管的輸出電極處的輸出電壓。
在另一具體實(shí)施方式
中，第一級(jí)放大器級(jí)的第一級(jí)晶體管和末 級(jí)放大器級(jí)的末級(jí)晶體管分別是LDMOS晶體管和異質(zhì)雙極晶體管 的任一個(gè)。
在更具體實(shí)施方式
中，RF功率放大器的每個(gè)還配置有電流讀出 電路(19)和過(guò)電流檢測(cè)電路(18B)。
在功率放大器的每個(gè)中，電流讀出電路(19)包括電流讀出晶 體管(Qn3),其具有小于末級(jí)放大器級(jí)(11 )的末級(jí)晶體管(Qn2) 的元件尺寸，并且使得小于流過(guò)末級(jí)晶體管(Qn2)的電流的讀出電 流流過(guò)。
在功率放大器的每個(gè)中，響應(yīng)于流過(guò)電流讀出電路(19)的電 流讀出晶體管(Qn3)的讀出電流，過(guò)電流檢測(cè)電路(18B)提供過(guò) 電流檢測(cè)信號(hào)到控制電路(15、 16和18)。當(dāng)在RF功率放大器(100)的每個(gè)在飽和型非線性放大的第一 操作模式中操作的情況下由于天線的負(fù)載變化使得流過(guò)末級(jí)晶體管 (Qn2)的電流變成過(guò)電流狀態(tài)時(shí)，在功率放大器的每個(gè)中，過(guò)電流 檢測(cè)電路(18B)執(zhí)行末級(jí)晶體管的過(guò)電流保護(hù)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面的典型實(shí)施方式的RF功率放大器 (100)具有放大RF信號(hào)以生成提供到通信終端的天線的RF傳輸 輸出信號(hào)(P0UT)的末級(jí)放大器級(jí)(11 )、控制電路(15、 16和18)、 電流讀出電路(19)以及過(guò)電流檢測(cè)電路(18B)。
末級(jí)放大器級(jí)包括末級(jí)晶體管(Qn2),其在其輸出電極生成 RF傳輸輸出信號(hào)；以及末級(jí)負(fù)載元件(L2),其耦合在末級(jí)晶體管 的輸出電極和源電壓(Vdd)之間。
在控制電路控制末級(jí)放大器級(jí)中末級(jí)晶體管的輸出電極的RF 傳輸輸出信號(hào)的電平的同時(shí)，其執(zhí)行飽和型非線性放大的第 一操作 模式和非飽和型線性放大的第二操作模式。
在飽和型非線性放大的第一操作模式中，RF信號(hào)是GSM通信 中使用的恒定包絡(luò)信號(hào)。在非飽和型線性放大的第二操作模式中， RF信號(hào)是EDGE和WCDMA通信的任一個(gè)中使用的包絡(luò)變化信號(hào)。
電流讀出電路(19)包括電流讀出晶體管(Qn3),其具有小于 末級(jí)放大器級(jí)(11)的末級(jí)晶體管(Qn2)的元件尺寸，并且使得小 于流過(guò)末級(jí)晶體管(Qn2)的電流的讀出電流流過(guò)。
響應(yīng)于流過(guò)電流讀出電路(19)的電流讀出晶體管(Qn3)的讀 出電流，過(guò)電流檢測(cè)電路(18B )提供過(guò)電流檢測(cè)信號(hào)到控制電路(15、 16和18)。
RF功率放大器(10 0 )在飽和型非線性放大的第 一 操作模式中操 作，從而在GSM通信中傳輸恒定包絡(luò)信號(hào)的RF傳輸輸出信號(hào)
(PoUT)。
RF功率放大器(100 )在非飽和型線性放大的第二操作模式中操 作，從而在EDGE和WCDMA通信的任一個(gè)中傳輸包絡(luò)變化信號(hào)的 RF傳輸輸出信號(hào)(P0UT)。
27當(dāng)通過(guò)RF功率放大器的第一操作模式在GSM通信中傳輸恒定 包絡(luò)信號(hào)的RF傳輸輸出信號(hào)(P0UT)時(shí)由于天線的負(fù)載變化使得流 過(guò)末級(jí)晶體管(Qn2)的電流變成過(guò)電流狀態(tài)時(shí)，過(guò)電流檢測(cè)電路 (18B)執(zhí)行末級(jí)晶體管的過(guò)電流保護(hù)(參照?qǐng)D10)。
根據(jù)本實(shí)施方式，可以在GSM通信的RF傳輸功率較大時(shí)天線 的負(fù)載非常小的情況下，抑制流過(guò)單 一 類(lèi)型共用RF功率放大器的操 作電流。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，RF功率放大器(100)還包括輸出匹配電路、 定向耦合器(13)、第一檢測(cè)器(14)和第二檢測(cè)器(17)。
輸出匹配電路耦合到末級(jí)放大器級(jí)中末級(jí)晶體管的輸出電極。
定向耦合器(13)具有近似平行地彼此接近布置的主線和副線。 主線可在輸出匹配電路和天線之間耦合。從副線生成響應(yīng)于RF傳輸 輸出信號(hào)(P0UT)的電平的RF檢測(cè)信號(hào)。
第一檢測(cè)器(14)的輸入端子被提供來(lái)自定向耦合器(13)的 副線的RF檢測(cè)信號(hào)，從而從第一檢測(cè)器(14)的輸出端子生成第一 檢測(cè)信號(hào)。
第二檢測(cè)器(17)的輸入端子耦合到末級(jí)晶體管的輸出電極， 從而從第二檢測(cè)器(17)的輸出端子生成第二檢測(cè)信號(hào)。
從第一檢測(cè)器(14)的輸出端子生成的第一檢測(cè)信號(hào)包括當(dāng)RF 功率放大器(100)在飽和型非線性放大的第一操作模式中操作時(shí)響 應(yīng)于由于在天線處的負(fù)載變化導(dǎo)致的RF傳輸輸出信號(hào)的電平變化 的第一檢測(cè)分量。
從第二檢測(cè)器(17)的輸出端子生成的第二檢測(cè)信號(hào)包括當(dāng)RF 功率放大器(100)在非飽和型線性放大的第二操作模式中操作時(shí)響 應(yīng)于由于天線的過(guò)載狀態(tài)導(dǎo)致的末級(jí)晶體管(Qn2)的輸出電極的輸 出電壓(Vds)增加的第二檢測(cè)分量。
第一檢測(cè)器(14)和第二檢測(cè)器(17)分別具有第一輸入閾電 壓(Vthl)和第二輸入閾電壓(Vth2)。第二輸入閾電壓的電平設(shè) 置為高于第一輸入閾電壓的電平。
28從第 一檢測(cè)器的輸出端子生成的第 一檢測(cè)信號(hào)和從第二檢測(cè)器 的輸出端子生成的第二檢測(cè)信號(hào)提供到控制電路(15、 16和18)。
控制電路控制RF傳輸輸出信號(hào)的電平和在末級(jí)晶體管的輸出電極
處的輸出電壓。
通過(guò)第 一檢測(cè)器和控制電路的第 一反饋控制減少了在第 一操作
模式中操作時(shí)響應(yīng)于天線的負(fù)載變化的、從末級(jí)晶體管(Qn2)的輸 出電極生成的RF傳輸輸出信號(hào)(Pout)的變化。
通過(guò)第二檢測(cè)器和控制電路的第二反饋控制減少了在第二操作 模式中操作時(shí)響應(yīng)于天線的過(guò)載狀態(tài)的、末級(jí)晶體管(Qn2)的輸出 電極的輸出電壓(Vds)的增加(參考圖10)。
在更優(yōu)選實(shí)施方式中，第一級(jí)放大器級(jí)的第一級(jí)晶體管和末級(jí) 放大器級(jí)的末級(jí)晶體管分別是LDMOS晶體管和異質(zhì)雙極晶體管的 任一個(gè)。
<<實(shí)施方式的描述>>
接下來(lái)將更詳細(xì)地描述實(shí)施方式。
蜂窩電話終端的配置>>
及提供RF傳輸信號(hào)到RF功率放大器100的基帶數(shù)字信號(hào)處理/RF 模擬信號(hào)處理單元200的蜂窩電話終端的配置的示意圖。
圖1所示蜂窩電話終端執(zhí)行與各種基站的GSM、 EDGE和 WCDMA通信。
信號(hào)處理單元200的基帶數(shù)字信號(hào)處理生成數(shù)字基帶傳輸信號(hào)， 其通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬基帶傳輸信號(hào)。模擬基帶傳輸信號(hào)通 過(guò)包括傳輸電壓控制振蕩器20的RF傳輸信號(hào)處理單元上變頻為RF 傳輸信號(hào)。來(lái)自傳輸電壓控制振蕩器20的RF傳輸信號(hào)經(jīng)由可編程 增益放大器21提供到RF功率放大器100的RF傳輸信號(hào)輸入端子。
用于設(shè)置信號(hào)處理單元200的可編程增益放大器21的放大增益 的增益控制模擬信號(hào)從RF功率放大器100提供到信號(hào)處理單元200 的A/D轉(zhuǎn)換器22。 A/D轉(zhuǎn)換器22將增益控制模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成增益控制數(shù)字信號(hào)。控制器23響應(yīng)于來(lái)自A/D轉(zhuǎn)換器22的增益控制數(shù) 字信號(hào)設(shè)置可編程增益放大器21的放大增益。 <<支持多模的RF功率放大器〉〉
圖1所示RF功率放大器IOO放大來(lái)自信號(hào)處理單元200的RF 傳輸輸入信號(hào)P!n,從而生成RF傳輸輸出信號(hào)Pout。 RF傳輸輸出信
號(hào)PouT通過(guò)蜂窩電話終端的天線(未示出)傳輸至基站。 一旦放大
RF信號(hào)，RF功率放大器100執(zhí)行GSM通信中用于傳輸GMSK恒 定包絡(luò)信號(hào)的飽和型非線性放大的第一操作模式，以及在EDGE通 信中用于傳輸3兀/8-8PSK包絡(luò)變化信號(hào)和在WCDMA通信中用于傳 輸HPSK包絡(luò)變化信號(hào)的非飽和型線性放大的第二操作模式。即， 圖1所示RF功率放大器100共同用于飽和型非線性放大的第一操作 模式和非飽和型線性放大的第二操作模式。 一個(gè)RF功率放大器100 執(zhí)行第 一 操作模式和第二操作模式。 <<RF功率放大器的配置>>
首先，圖1所示RF功率放大器100包括在硅半導(dǎo)體芯片中形成 的第一級(jí)放大器級(jí)10、末級(jí)》文大器級(jí)11、偏置電路12以及定向耦 合器13。
第一級(jí)放大器級(jí)10包括共源極N溝道MOS晶體管Qnl和用作 負(fù)載的扼流線圈L1。共源極N溝道MOS晶體管Qnl的源極耦合到 地電壓，其柵極被提供有GSM、 EDGE和WCDMA通信的任一個(gè)中 的RF傳輸輸入信號(hào)PIN，其漏極經(jīng)由扼流線圈Ll被提供有源電壓或 電源電壓Vdd。
以類(lèi)似于第一級(jí)放大器級(jí)10的方式，末級(jí)放大器級(jí)11包括共 源極N溝道MOS晶體管Qn2和用作負(fù)載的扼流線圈L2。共源極N 溝道MOS晶體管Qn2的源極耦合到地電壓，其柵極經(jīng)由電容器Cl 被提供有第一級(jí)放大器級(jí)10的共源極N溝道MOS晶體管Qnl的漏 極放大信號(hào)，其漏極經(jīng)由扼流線圈L2被提供有源電壓Vdd。從末級(jí) 放大器級(jí)11的共源極N溝道MOS晶體管Qn2的漏極生成RF傳輸 輸出信號(hào)PouT。 RF傳輸輸出信號(hào)PouT經(jīng)由輸出匹配電路(未示出)和定向耦合器13提供到其上安裝有RF功率放大器100的蜂窩電話 終端的天線。因?yàn)槟┘?jí)放大器級(jí)11的放大增益特別設(shè)置為大于第一 級(jí)放大器級(jí)10的放大增益，末級(jí)放大器級(jí)11的共源極N溝道MOS 晶體管Qn2的元件尺寸設(shè)置為遠(yuǎn)大于第一級(jí)放大器級(jí)10的共源極N 溝道MOS晶體管Qnl的元件尺寸。該元件尺寸通過(guò)基于每個(gè)MOS 晶體管的柵極寬度及其柵極長(zhǎng)度的乘積的柵極面積來(lái)設(shè)置。
第一級(jí)放大器級(jí)IO的共源極N溝道MOS晶體管Qnl和末級(jí)放 大器級(jí)11的共源極N溝道MOS晶體管Qn2分別通過(guò)位于硅半導(dǎo)體 芯片中的RF放大LDMOS晶體管來(lái)配置。然而，這些共源極N溝道 MOS晶體管也可以分別用共發(fā)射極NPN型HBT (異質(zhì)結(jié)雙極晶體 管)來(lái)代替。當(dāng)使用NPN型HBT時(shí)，通過(guò)其發(fā)射極面積設(shè)置元件 尺寸。順帶提及，LDMOS是橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體的縮寫(xiě)。 HBT是異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的縮寫(xiě)。
RF功率放大器100包括偏置電路12。偏置電路12生成偏置電 壓Vgsl和偏置電壓Vgs2,偏置電壓Vgsl提供到第一級(jí)放大器級(jí)10 的共源極N溝道MOS晶體管Qnl的柵極，偏置電壓Vgs2提供到末 級(jí)放大器級(jí)11的共源極N溝道MOS晶體管Qn2的柵極。
偏置電壓Vgsl和Vgs2設(shè)置為與源電壓Vdd和環(huán)境溫度Ta的變 化不相關(guān)的近似恒定的偏置電壓,但是還可以使其與來(lái)自信號(hào)處理 單元200的斜坡電壓Vramp(未示出)的電平成比例。斜坡電壓Vramp 是與蜂窩電話終端和基站之間的通信距離成比例的傳輸輸出電平指 令信號(hào)。根據(jù)從基站接收的信號(hào)在信號(hào)處理單元200處生成的斜坡 電壓Vramp提供到偏置電路12,其中可以確定偏置電壓Vgsl和Vgs2 的電平。
偏置電壓Vgsl和Vgs2還可以在飽和型非線性放大的第一操作
模式中和在非飽和型線性放大的第二操作模式中設(shè)置為不同的偏置 電壓。例如，在飽和型非線性放大的第一操作模式中，偏置電壓Vgsl 和Vgs2分別設(shè)置為使得在第一級(jí)放大器級(jí)IO和末級(jí)放大器級(jí)11的 晶體管Qnl和Qn2處獲得大放大增益的偏置電平。在非飽和型線性放大的第二操作模式中，偏置電壓Vgsl和Vgs2分別設(shè)置為使得在 第一級(jí)放大器級(jí)10和末級(jí)放大器級(jí)11的晶體管Qnl和Qn2處可以
獲得高操作線性的偏置電平。
為了檢測(cè)從天線傳輸?shù)腞F傳輸功率水平，定向耦合器13經(jīng)由 輸出匹配電路(未示出)耦合到末級(jí)放大器級(jí)11的共源極N溝道 MOS晶體管Qn2的漏極。定向耦合器13的主線耦合在輸出匹配電 路(未示出)和天線之間。從與主線近似平行地接近布置的相應(yīng)副 線生成與RF傳輸輸出信號(hào)PouT的電平成比例的RF信號(hào)。關(guān)于從 RF功率放大器100的輸出到天線的RF傳輸輸出信號(hào)P0UT的行波， 定向耦合器13在主線和副線之間具有高程度的耦合。然而，由于在 天線處的負(fù)載失配，關(guān)于從天線到RF功率放大器100的輸出的RF 傳輸輸出信號(hào)Pout的反射波，定向耦合器13在主線和副線之間具有 較低程度的耦合。因此，來(lái)自定向耦合器13的副線的RF信號(hào)的電 平由從RF功率放大器100的輸出到天線的RF傳輸輸出信號(hào)P0UT 的行波的電平近似確定。
順帶提及，用作第一級(jí)放大器級(jí)10和末級(jí)放大器級(jí)11的晶體 管Qnl和Qn2的負(fù)載的扼流線圏Ll和L2分別由形成RF功率放大 器100的功率模塊的多層布線絕緣襯底或基板的內(nèi)層布線構(gòu)成。然 而，作為另一實(shí)施方式，這些^^流線圏也可以通過(guò)位于多層布線絕 緣襯底的表面處的空心線圏配置。此外，作為替換，它們還可以通 過(guò)位于硅半導(dǎo)體芯片的表面處的螺旋線圏配置。
圖1所示RF功率放大器100還包括在硅半導(dǎo)體芯片中形成的第 一檢測(cè)器14、加法器15、低通濾波器16、第二檢測(cè)器17以及調(diào)節(jié) 電^各18。
第一檢測(cè)器14用于自適應(yīng)于執(zhí)行飽和型非線性放大的第一操作 模式和非飽和型線性放大的第二操作模式的一個(gè)RF功率放大器的 天線處的負(fù)載變化。第二檢測(cè)器17用于減少當(dāng)自適應(yīng)于非飽和型線 性放大的第二操作模式中的負(fù)載變化時(shí)單一類(lèi)型共用RF功率放大 器的相鄰信道漏泄功率比(ACPR)。因?yàn)閺亩ㄏ蝰詈掀?3的副線形成的RF信號(hào)提供到第一檢測(cè)器 14的相應(yīng)輸入端子用于自適應(yīng)于天線處的負(fù)載變化，所以從第一檢 測(cè)器14的相應(yīng)輸出端子形成具有從RF功率放大器100的輸出發(fā)送 到天線的RF傳輸輸出信號(hào)PoUT的行波的信號(hào)電平的第 一檢測(cè)信號(hào)。 第一檢測(cè)信號(hào)提供到加法器15的一個(gè)輸入端子。
在RF功率放大器的天線處的過(guò)載狀態(tài)下，末級(jí)放大器級(jí)11的 共源極N溝道MOS晶體管Qn2的漏極處的輸出電壓顯著增加。這 樣，非飽和型線性放大的第二操作模式中的MOS晶體管Qn2的信號(hào) 失真也顯著增加，因此造成相鄰信道漏泄功率比(ACPR)顯著惡化 的風(fēng)險(xiǎn)。因此，末級(jí)放大器級(jí)11的共源極N溝道MOS晶體管Qn2 的漏極處的輸出電壓提供到第二檢測(cè)器17的相應(yīng)輸入端子用于在過(guò) 載時(shí)減少相鄰信道漏泄功率比(ACPR)。與第一檢測(cè)器14的較低 第一輸入閾電壓Vthl相比，第二4企測(cè)器17的第二輸入閾電壓Vth2 設(shè)置為較高電壓值。從第二檢測(cè)器17的相應(yīng)輸出端子形成具有在天 線處的過(guò)載狀態(tài)下末級(jí)放大器級(jí)ll的晶體管Qn2的過(guò)大輸出電壓電 平的第二檢測(cè)信號(hào)。第二檢測(cè)信號(hào)提供到加法器15的另一個(gè)輸入端 子。
加法器15執(zhí)行提供到一個(gè)輸入端子的、來(lái)自第一檢測(cè)器14的 第一檢測(cè)信號(hào)和經(jīng)由調(diào)節(jié)電路18提供到另一個(gè)輸入端子的、來(lái)自第 二檢測(cè)器17的第二檢測(cè)信號(hào)二者的模擬電壓的模擬相加。從加法器 15輸出的信號(hào)通過(guò)低通濾波器16在RF分量和高頻噪聲上衰減，并
控制模擬信號(hào)。A/D轉(zhuǎn)換器22將增益;空制模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成增益控制 數(shù)字信號(hào)?？刂破?3響應(yīng)于增益控制數(shù)字信號(hào)設(shè)置可編程增益放大 器21的放大增益。
因此，當(dāng)與從RF功率放大器100的輸出到天線的RF傳輸輸出 信號(hào)PouT的行波的信號(hào)電平近似成比例的、從第一檢測(cè)器14的輸出 端子輸出的第一檢測(cè)信號(hào)變高時(shí)，減少可編程增益放大器21的放大 增益。在天線變成過(guò)載狀態(tài)并且從末級(jí)放大器級(jí)11的晶體管Qn2生成過(guò)大輸出電壓電平的狀態(tài)下，響應(yīng)于從第二檢測(cè)器17的輸出端子 輸出的第二檢測(cè)信號(hào)，減少可編程增益放大器21的放大增益。 <<RF功率放大器的操作〉><< 自適應(yīng)于天線處的負(fù)栽變化〉〉 在圖1所示RF功率放大器100執(zhí)行飽和型非線性放大的第一操 作模式和非飽和型線性放大的第二操作模式的情況下，發(fā)生天線處 的負(fù)栽變化。因?yàn)樘炀€通常設(shè)置為在末級(jí)放大器級(jí)ll的共源 極N溝道MOS晶體管Qn2的漏極和天線之間的輸出匹配電3各執(zhí)行 在晶體管Qn2的漏極的極低輸出電阻和天線的50Q的阻抗之間的阻 4元匹酉己。
同時(shí)，當(dāng)蜂窩電話終端的天線接近諸如金屬制品的桌子等時(shí)， 通常設(shè)置為50Q的天線阻抗減少為略低的值。存在這些情況，其中 支持多模通信的蜂窩電話終端傳輸具有GSM850和GSM900的近似 0.8GHz至l.OGHz的低帶頻率的RF傳輸信號(hào)以及傳輸具有 DCS1800、 PCS1900和WCDMA2100的近似1.7GHz至2.0GHz的高 帶頻率的RF傳輸信號(hào)。 一旦傳輸具有低帶頻率的RF傳輸信號(hào)，由 于天線接近金屬，作為RF功率放大器100的輸出端子的末級(jí)放大器 級(jí)ll的晶體管Qn2的漏極的阻抗減少為略低的值。然而， 一旦傳輸 具有高帶頻率的RF傳輸信號(hào)，隨著天線接近金屬，由于輸出匹配電 路的阻抗，作為RF功率放大器100的輸出端子的末級(jí)放大器級(jí)11 的晶體管Qn2的漏極的阻抗增加為略高的值。結(jié)果，RF功率放大器 100的輸出端子的負(fù)載阻抗由于天線的負(fù)載變化而在小范圍中變動(dòng)。
隨著例如在GSM通信中針對(duì)GMSK恒定包絡(luò)信號(hào)的傳輸執(zhí)行 飽和型非線性放大的第 一 操作模式的RF功率放大器100的輸出端子 的負(fù)栽阻抗在小范圍中變動(dòng)，從RF功率放大器10 0的輸出到天線的 RF傳輸輸出信號(hào)PouT也在小范圍中變動(dòng)。然而，當(dāng)與從RF功率放 大器100的輸出到天線的RF傳輸輸出信號(hào)PouT的行波的信號(hào)電平 近似成比例的、來(lái)自第一檢測(cè)器14的輸出端子的第一檢測(cè)信號(hào)變高 時(shí)，減少可編程增益放大器21的放大增益。結(jié)果，盡管發(fā)生了在天 線處的輕微負(fù)載變化，但從RF功率放大器10 0的輸出提供到天線的RF傳輸輸出信號(hào)PouT可以維持近似恒定。結(jié)果，通過(guò)圖1所示單一
類(lèi)型的且元件數(shù)量少的RF功率放大器100可以實(shí)現(xiàn)類(lèi)似于通過(guò)非專(zhuān) 利文獻(xiàn)6中描述的并行RF功率放大器針對(duì)負(fù)載變化的抑制特征的特征。
<<自適應(yīng)于天線處的過(guò)載狀態(tài)〉>
另 一方面，當(dāng)蜂窩電話終端的天線變成與諸如金屬制品的桌子
等接觸時(shí)，通常設(shè)置為5on的天線阻抗減少為顯著低的值。順帶提 及，存在這些情況，其中支持多模通信的蜂窩電話終端傳輸具有
GSM850和GSM900的近似0.8GHz至l.OGHz的低帶頻率的RF傳 輸信號(hào)以及傳輸具有DCS1800、 PCS1900和WCDMA2100的近似 1.7GHz至2.0GHz的高帶頻率的RF傳輸信號(hào)。 一旦傳輸具有低帶頻 率的RF傳輸信號(hào)，由于天線與金屬的接觸，作為RF功率放大器100 的輸出端子的末級(jí)放大器級(jí)11的晶體管Q n 2的漏極的阻抗減少為顯 著低的值，接近短路狀態(tài)。然而， 一旦傳輸具有高帶頻率的RF傳輸 信號(hào)，隨著天線與金屬的接觸，由于輸出匹配電路的阻抗，作為RF 功率放大器10 0的輸出端子的末級(jí)放大器級(jí)11的晶體管Qn2的漏極 的阻抗增加為顯著高的值，接近開(kāi)路狀態(tài)。結(jié)果，RF功率放大器100 的輸出端子的負(fù)栽阻抗由于天線的負(fù)載變化而在從約17n至約150Q 的寬范圍中改變。
圖2是描述當(dāng)圖1所示RF功率放大器100的負(fù)載阻抗改變時(shí) RF功率放大器IOO的操作的示意圖。圖2中橫軸和縱軸分別指示圖 1所示RF功率放大器100中末級(jí)放大器級(jí)11的晶體管Qn2的漏極-源極電壓Vds和漏極電流Id。在圖2中，R、 R + AR和R-AR分別 指示以下?tīng)顟B(tài)其中從末級(jí)放大器級(jí)11的晶體管Qn2的漏極看輸出 匹配電路的輸入阻抗(負(fù)載阻抗)是本征值的狀態(tài)、其中該輸入阻 抗是大于本征值的值的狀態(tài)以及其中該輸入阻抗是小于本征值的值 的狀態(tài)。圖2還示出取決于末級(jí)放大器級(jí)11的晶體管Qn2的柵極-源極電壓VgsQn2的值的晶體管Qn2的漏極-源極電壓Vds/漏極電流 Id的正特性。順帶提及，在圖2中，中電平的漏極電流Id響應(yīng)于在晶體管Qn2處的中電平的柵極-源極電壓VgsQn2—M而流動(dòng)，高電平 的漏極電流Id響應(yīng)于在晶體管Qn2處的高電平的柵極-源極電壓 VgsQn2—H而流動(dòng)，低電平的漏極電流Id響應(yīng)于在晶體管Qn2處的 低電平的柵極-源極電壓VgsQn2—^而流動(dòng)。
從圖2可以理解，當(dāng)圖1所示RF功率放大器100的負(fù)載阻抗從 作為本征值的狀態(tài)R改變成過(guò)載狀態(tài)R + AR時(shí)，與響應(yīng)于柵極-源 極電壓VgsQn2的改變的漏才及-源才及電壓Vds的改變和漏才及電流Id的 改變中的每個(gè)對(duì)應(yīng)的放大增益在漏極-源極電壓Vds較低的區(qū)域中減 少。當(dāng)圖1所示RF功率放大器100正在執(zhí)行例如非飽和型線性放大 的第二操作模式時(shí)，在末級(jí)放大器級(jí)11的晶體管Qn2的漏極-源極 電壓Vds較低的區(qū)域中晶體管Qn2的放大增益的減少造成信號(hào)失真 的增加和相鄰信道漏泄功率比(ACPR)的惡化。
圖3是描述在圖1所示RF功率放大器100的負(fù)載阻抗變成其值 小于本征值的狀態(tài)R - AR、其值為本征值的狀態(tài)R以及其值大于本 征值的狀態(tài)R +AR的情況下末級(jí)放大器級(jí)11的晶體管Qn2的漏極-源極電壓Vds的相關(guān)性的示意圖。圖3所示橫軸和縱軸分別指示圖1 所示RF功率放大器100的RF傳輸輸入信號(hào)PiN和末級(jí)放大器級(jí)11 的晶體管Qn2的漏極-源極電壓Vds。如圖3所示，當(dāng)RF傳輸輸入 信號(hào)P^的電平增加時(shí)，末級(jí)放大器級(jí)11的晶體管Qn2的漏極-源極 電壓Vds近似線性地增加。然而，當(dāng)RF傳輸輸入信號(hào)Pm的電平變 得過(guò)大時(shí)，漏極-源極電壓Vds的增加逐漸飽和，之后完全飽和。飽 和首先開(kāi)始于其中RF功率放大器100的負(fù)載阻抗為大于本征值的值 的狀態(tài)R + AR。接著，飽和開(kāi)始于其中負(fù)載阻抗為本征值的狀態(tài)R。 最后，飽和開(kāi)始于其中負(fù)載阻抗為小于本征值的值的狀態(tài)R - AR 。
圖4是描述在圖1所示RF功率放大器100的負(fù)載阻抗變成其值 小于本征值的狀態(tài)R - AR、其值為本征值的狀態(tài)R以及其值大于本 征值的狀態(tài)R + AR的情況下RF功率放大器100的RF傳輸輸出信
號(hào)PoUT的相關(guān)性的示意圖。
RF傳輸輸出信號(hào)PouT對(duì)應(yīng)于輸出功率。假設(shè)末級(jí)放大器級(jí)11的晶體管Qn2的輸出阻抗是RouT，RF功率放大器100的負(fù)載阻抗是 R，晶體管Qn2的漏極電流是Id,則RF傳輸輸出信號(hào)Pout由下式 給出
尸,="離 *!:"2 (1) i + w離
眾所周知，當(dāng)輸出阻抗R0UT的值和負(fù)載阻抗R的值彼此相等時(shí)， 獲得RF傳輸輸出信號(hào)PouT的最大值，而當(dāng)它們彼此不等時(shí)，RF傳 輸輸出信號(hào)PouT低于最大值。因此，如圖4所示，其中RF功率放 大器100的負(fù)載阻抗為本征值的狀態(tài)R (其中該負(fù)載阻抗等于輸出 阻抗RouT的值的狀態(tài))中非飽和狀態(tài)的RF傳輸輸出信號(hào)Pmrr變得 最大。如圖4所示，即使在其中RF功率放大器100的負(fù)載阻抗的值 小于本征值的狀態(tài)R - AR和其中負(fù)載阻抗的值大于本征值的狀態(tài)R + AR下，非飽和狀態(tài)下的RF傳輸輸出信號(hào)PouT也被減小。
假設(shè)由于負(fù)載變化導(dǎo)致的RF功率放大器100的負(fù)載阻抗的改變 是AR,對(duì)應(yīng)于輸出功率的RF傳輸輸出信號(hào)PouT的變化由下式給出
AP0(yr = 20 log
(2)
已經(jīng)通過(guò)本發(fā)明人等人的討論證明，從緊鄰對(duì)應(yīng)于圖4所示輸 出功率的RF傳輸輸出信號(hào)PouT開(kāi)始飽和之前，對(duì)應(yīng)于信號(hào)失真的 相鄰信道漏泄功率比(ACPR)突然增加。
圖5是描述在圖1的RF功率放大器的負(fù)載阻抗變成其值小于本 征值的狀態(tài)R - AR、其值為本征值的狀態(tài)R以及其值大于本征值的 狀態(tài)R + AR的情況下RF功率放大器100的RF傳輸輸出信號(hào)P0UT 的飽和的開(kāi)始和相鄰信道漏泄功率比(ACPR)的突然增加的相關(guān)性 的示意圖。
在圖5中，粗虛線R指示在其中負(fù)載阻抗為本征值的狀態(tài)R下 RF傳輸輸出信號(hào)PouT關(guān)于RF傳輸輸入信號(hào)P^的飽和特性。粗實(shí) 線ACPR@R指示在其中負(fù)載阻抗為本征值的狀態(tài)R下相鄰信道漏泄 功率比(ACPR)對(duì)RF傳輸輸入信號(hào)P^的相關(guān)特性。在其中負(fù)載 阻抗為本征值的狀態(tài)R下，RF傳輸輸出信號(hào)Pqut從中電平的RF傳輸輸入信號(hào)Pw開(kāi)始4:包和，并且相鄰信道漏泄功率比(ACPR)開(kāi)始 突然增加。
在圖5中，細(xì)虛線R- AR指示在其中負(fù)栽阻抗的值小于本征值 的狀態(tài)R - AR下RF傳輸輸出信號(hào)P0UT關(guān)于RF傳輸輸入信號(hào)PIN的 飽和特性。細(xì)實(shí)線ACPR@R - AR指示在其中負(fù)載阻抗的值小于本征 值的狀態(tài)R-AR下相鄰信道漏泄功率比(ACPR)對(duì)RF傳輸輸入信 號(hào)P^的相關(guān)特性。在其中負(fù)載阻抗的值小于本征值的狀態(tài)R - AR 下，RF傳輸輸出信號(hào)PouT從高電平的RF傳輸輸入信號(hào)PjN開(kāi)始飽 和，并且相鄰信道漏泄功率比(ACPR)開(kāi)始突然增加。
在圖5中，細(xì)虛線R + AR指示在其中負(fù)載阻抗的值大于本征值 的狀態(tài)R + AR下RF傳輸輸出信號(hào)PouT關(guān)于RF傳輸輸入信號(hào)Pin 的飽和特性。細(xì)實(shí)線ACPR@R + AR指示在其中負(fù)載阻抗的值大于 本征值的狀態(tài)R + AR下相鄰信道漏泄功率比(ACPR)對(duì)RF傳輸輸 入信號(hào)P^的相關(guān)特性。在其中負(fù)載阻抗的值大于本征值的狀態(tài)R + AR下，RF傳輸輸出信號(hào)PouT較容易開(kāi)始飽和，并且相鄰信道漏泄 功率比(ACPR)開(kāi)始突然增加。結(jié)果，當(dāng)圖1所示RF功率放大器 的負(fù)載阻抗假設(shè)為指示過(guò)載狀態(tài)且接近于開(kāi)路狀態(tài)的高阻抗時(shí)，即 使在低電平的RF傳輸輸入信號(hào)PIN, RF傳輸輸出信號(hào)Pout也容易 地開(kāi)始飽和，并且相鄰信道漏泄功率比(ACPR)開(kāi)始突然增加。已 經(jīng)通過(guò)本發(fā)明人等人的討論證明，在過(guò)載狀態(tài)下ACPR突然增加的 特性對(duì)在EDGE通信中用于傳輸3tc/8-8PSK包絡(luò)變化信號(hào)和在 WCDMA通信中用于傳輸HPSK包絡(luò)變化信號(hào)的非飽和型線性放大 的第二操作模式是極端有害的。隨著過(guò)載狀態(tài)下ACPR突然增加， EDGE或WCDMA通信中包絡(luò)變化信號(hào)的信號(hào)失真顯著增加。
另一方面，從圖3理解到，與其中負(fù)載阻抗為本征值的狀態(tài)下 的漏極-源極電壓相比較，在指示其中負(fù)載阻抗的值大于本征值的狀 態(tài)R + AR的過(guò)載狀態(tài)下，末級(jí)放大器級(jí)11的晶體管Qn2的漏極-源 極電壓Vds顯著增加。
然而，在圖1所示RF功率放大器100中，末級(jí)放大器級(jí)ll的共源極N溝道MOS晶體管Qn2的漏極的輸出電壓已提供到具有設(shè) 置為較大電壓值的第二輸入閾電壓Vth2的第二檢測(cè)器17的輸入端 子。因此，在圖1所示RF功率放大器100中，在指示其中負(fù)載阻抗 的值大于本征值的狀態(tài)R + AR的過(guò)載狀態(tài)下從第二檢測(cè)器17的輸 出端子檢測(cè)高電平過(guò)載檢測(cè)信號(hào)。從第二檢測(cè)器17的輸出端子檢測(cè) 的高電平過(guò)載檢測(cè)信號(hào)經(jīng)由調(diào)節(jié)電路18、加法器15和低通濾波器 16提供到信號(hào)處理單元200的A/D轉(zhuǎn)換器22的輸入端子。A/D轉(zhuǎn) 換器22將過(guò)載檢測(cè)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成過(guò)栽檢測(cè)數(shù)字信號(hào)?？刂破?3 響應(yīng)于過(guò)載檢測(cè)數(shù)字信號(hào)減少可編程增益放大器21的放大增益。順 帶提及，調(diào)節(jié)電路18調(diào)節(jié)從第二檢測(cè)器17輸出的過(guò)載檢測(cè)信號(hào)的 電平，并設(shè)置系數(shù)a為1或更小的常數(shù)。
因此，提供到圖1所示RF功率放大器的輸入端子的RF傳輸輸 入信號(hào)P^的電平隨著可編程增益放大器21的放大增益的減少而降 低。執(zhí)行可編程增益放大器21的放大增益的減少以及RF傳輸輸入 信號(hào)Pm的信號(hào)的減少，直到不從第二檢測(cè)器17的輸出端子形成高 電平過(guò)載檢測(cè)信號(hào)。因此，即使在指示其中負(fù)載阻抗的值大于本征 值的狀態(tài)R +AR的過(guò)載狀態(tài)下，也將在圖4所示RF傳輸輸出信號(hào) PouT的飽和開(kāi)始點(diǎn)處信號(hào)電平足夠低的RF傳輸輸入信號(hào)Pin提供到 RF功率放大器100的輸入端子。這樣，圖1所示RF功率放大器100 能夠減少隨著RF傳輸輸出信號(hào)PouT的飽和開(kāi)始的相鄰信道漏泄功 率比(ACPR)的突然增加。結(jié)果，可以減少在過(guò)載狀態(tài)下在EDGE 通信中用于傳輸3兀/8-8PSK包絡(luò)變化信號(hào)和在WCDMA通信中用于 傳輸HPSK包絡(luò)變化信號(hào)的非飽和型線性放大的第二操作模式中相 鄰信道漏泄功率比(ACPR)和信號(hào)失真的突然增加。
<<第 一檢測(cè)器和第二檢測(cè)器>>
圖6是示出圖1的RF功率放大器100的第一檢測(cè)器14和第二 檢測(cè)器17的輸入/輸出特性的示意圖。
圖6所示橫軸和縱軸分別指示第一檢測(cè)器14和第二檢測(cè)器17 的輸入和輸出電壓。如上所述，第二檢測(cè)器17的第二輸入閾電壓Vth2已設(shè)置為當(dāng)與第一檢測(cè)器14的較低第一輸入閾電壓Vthl相比 較時(shí)的較大電壓值。因此，針對(duì)相同電平的相應(yīng)輸入電壓In，來(lái)自 第一檢測(cè)器14的第一檢測(cè)信號(hào)的輸出電壓(14 (VDET1))的電平變 得高于來(lái)自第二檢測(cè)器17的第二檢測(cè)信號(hào)的輸出電壓(17(VDET2)) 的電平。圖6中還示出具有設(shè)置為1或更小的常數(shù)的系數(shù)a的調(diào)節(jié) 電路18的輸出電壓(18 ( aVDET2))。
圖7是示出圖1所示RF功率放大器IOO的第一檢測(cè)器14和第 二檢測(cè)器17的配置的示意圖。
如圖7所示，第一檢測(cè)器14包括多級(jí)放大器電路，其包括第 一級(jí)放大器電路141、第二級(jí)放大器電路142和第三級(jí)放大器電路 143;多級(jí)檢測(cè)電路，其包括第一級(jí)檢測(cè)電路144、第二級(jí)檢測(cè)電路 145和第三級(jí)檢測(cè)電路146;以及加法電路147。由于第一檢測(cè)器14 的多級(jí)放大器電路和多級(jí)檢測(cè)電路，第一檢測(cè)器14可以具有高檢測(cè) 靈敏度。
如圖7所示，第二檢測(cè)器17包括單級(jí)放大器電路171和單級(jí)檢 測(cè)電路172,并且可以具有較低檢測(cè)靈敏度?？梢酝ㄟ^(guò)對(duì)調(diào)節(jié)電路 18設(shè)置的系數(shù)a來(lái)調(diào)節(jié)第二檢測(cè)器17的輸出電平。此外，對(duì)第二檢 測(cè)器17設(shè)置的較大第二輸入閾電壓Vth2可以通過(guò)單級(jí)放大器電路 171的放大器晶體管的閾電壓和單級(jí)檢測(cè)電路172的檢測(cè)二極管的 閾電壓中的至少 一 個(gè)來(lái)調(diào)節(jié)。
<<輸出匹配電路和定向耦合器〉>
圖8是示出可耦合到圖1所示RF功率放大器100中末級(jí)放大器 級(jí)11的共源極N溝道MOS晶體管Qn2的漏才及輸出電極的輸出匹配 電路OMN和定向耦合器13，的一個(gè)示例的示意圖。
輸出匹配電路OMN包括構(gòu)成電感器的帶狀線SL1和SL2以及 電容器C3、 C4和C5。輸出匹配電路OMN的輸入端子耦合到末級(jí) 放大器級(jí)11的MOS晶體管Qn2的漏極輸出電極。從輸出匹配電路 OMN的輸出端子輸出的RF傳輸輸出信號(hào)P0UT提供到蜂窩電話終端 的天線。輸出匹配電^各OMN的輸入端子側(cè)的帶狀線SL1還用作定向耦合器13，的主線。
定向耦合器13，包括形成其副線的帶狀線SL3以及終端電阻器 Z。定向耦合器13，的主線SL1和副線SL3近似平行地彼此接近布置。 副線SL3的一端通過(guò)電容器C2提供有MOS晶體管Qn2的漏極輸出 電極的RF放大器信號(hào)。副線SL3的另一端通過(guò)終端電阻器Z耦合 到地電壓。從副線SL3的一端生成的RF檢測(cè)信號(hào)提供到第一檢測(cè) 器14的輸入端子。從副線SL3的一端生成的RF檢測(cè)信號(hào)與RF傳
輸輸出信號(hào)PouT的行波的信號(hào)電平成比例。
<<具有非線性特性的調(diào)節(jié)電路>>
圖9是示出RF功率放大器的配置的示意圖，其中用具有非線性 特性的調(diào)節(jié)電路18，來(lái)代替安裝到圖1所示RF功率放大器100且具 有設(shè)置為1或更小的常數(shù)的系數(shù)a的調(diào)節(jié)電路18。圖9所示RF功 率放大器在其他配置上類(lèi)似于圖1所示RF功率放大器。
安裝到圖9所示RF功率放大器100的調(diào)節(jié)電路18，具有由二次 函數(shù)或更高次函數(shù)或指數(shù)函數(shù)定義的非線性傳遞函數(shù)f( VDET2)。因 此，隨著來(lái)自第二檢測(cè)器17的第二檢測(cè)信號(hào)的輸出電壓(17( VDET2)) 的電平增加，可以從具有非線性特性的調(diào)節(jié)電路18，生成其電平比圖 1所示調(diào)節(jié)電路18的輸出電壓(18(aVDET2))的電平高的輸出電 壓(18，f ( VDET2))。
因此，隨著在過(guò)載狀態(tài)下從第二檢測(cè)器17輸出的第二檢測(cè)信號(hào) 的輸出電壓(17 (VDET2))的電平變得高于第二輸入閾電壓Vth2， 從調(diào)節(jié)電路18，輸出的輸出電壓(18，f( VDET2))的電平進(jìn)一步增加。 結(jié)果，可以進(jìn)一步有效減少在過(guò)載狀態(tài)下在EDGE通信或WCDMA 通信中用于傳輸包絡(luò)變化信號(hào)的非飽和型線性放大的第二操作模式 中相鄰信道漏泄功率比(ACPR)和信號(hào)失真的突然增加。
<<自適應(yīng)于過(guò)電流狀態(tài)>>
為了自適應(yīng)于如上所述的天線負(fù)載變化，根據(jù)在用于GSM通信 中恒定包絡(luò)信號(hào)傳輸?shù)娘柡托头蔷€性放大的第 一操作模式中來(lái)自RF 功率放大器100的RF傳輸輸出信號(hào)PouT的行波的信號(hào)電平，來(lái)控制可編程增益放大器21的放大增益，從而維持RF傳輸輸出信號(hào)PouT
近似恒定。
然而，與WCDMA和EDGE通信相比較，執(zhí)行飽和型非線性放 大的第一操作模式以傳輸恒定包絡(luò)信號(hào)的RF功率放大器在GSM通 信中的最大RF傳輸輸出信號(hào)P0UT (MAX,極大，比如在飽和型非線性 放大的第一操作模式中近似2.0瓦。
同時(shí)，由于在低帶頻率處的GSM通信中傳輸恒定包絡(luò)信號(hào)中極 大RF傳輸信號(hào)時(shí)天線與金屬的接觸，圖1的RF功率放大器100中 末級(jí)放大器級(jí)11的晶體管Qn2的漏極的阻抗減少為顯著低的值，接 近短路狀態(tài)。這樣，末級(jí)放大器級(jí)11的晶體管Qn2的漏極電流Id 變成極大過(guò)電流狀態(tài)。因此，蜂窩電話終端的電池的消耗變得顯著， 并且還發(fā)生末級(jí)放大器級(jí)11的晶體管Qn2被損壞的風(fēng)險(xiǎn)。因此，已 經(jīng)通過(guò)本發(fā)明人等人的討論證明，由于執(zhí)行飽和型非線性放大以在 GSM通信中傳輸恒定包絡(luò)信號(hào)的RF功率放大器的負(fù)載短路，需要 自適應(yīng)于末級(jí)放大器級(jí)的輸出晶體管的過(guò)電流狀態(tài)。
圖IO是示出RF功率放大器的配置的示意圖，其中用于自適應(yīng) 于在GSM通信中傳輸大RF傳輸信號(hào)時(shí)的負(fù)載短路的過(guò)電流保護(hù)電 路添加到圖1所示RF功率放大器100。圖IO所示RF功率放大器在 其他配置上類(lèi)似于圖1所示RF功率放大器。
圖10所示添加到RF功率放大器100的過(guò)電流保護(hù)電路包括 電流讀出電i 各19、過(guò)電流4企測(cè)電路18B和加法器15A。電流讀出電 路19包括電流讀出N溝道MOS晶體管Qn3，其柵極控制輸入端 子提供有RF功率放大器100的末級(jí)放大器級(jí)11的共源極N溝道 MOS晶體管Qn2的柵極控制輸入信號(hào)；以及電流讀出電阻器Rcs。 電流讀出晶體管Qn3的源極耦合到地電壓，其漏極通過(guò)電流讀出電 阻器Rcs耦合到源電壓Vdd。電流讀出晶體管Qn3的元件尺寸設(shè)置 為顯著小于RF放大器晶體管Qn2的元件尺寸，從而可以減少在負(fù) 載短-各時(shí)流過(guò)電流讀出晶體管Qn 3的讀出電流。
即使在正常操作和負(fù)載短路時(shí)，流過(guò)晶體管Qn3的讀出電流也通過(guò)電流讀出電阻器Rcs轉(zhuǎn)換成讀出電壓。在電流讀出電阻器Res 兩端之間施加的讀出電壓通過(guò)過(guò)電流檢測(cè)電路18B監(jiān)測(cè)。例如，過(guò) 電流4企測(cè)電i 各18B具有輸入閾電壓。當(dāng)電流讀出電阻器Rcs的讀出 電壓超過(guò)輸入閾電壓時(shí)，過(guò)電流檢測(cè)輸出信號(hào)的電平變?yōu)楦?。從過(guò) 電流檢測(cè)電路18B輸出的高電平過(guò)電流檢測(cè)輸出信號(hào)經(jīng)由加法器 15A、加法器15B和低通濾波器16傳輸?shù)叫盘?hào)處理單元200的相應(yīng) A/D轉(zhuǎn)換器22?？刂破?3響應(yīng)于從A/D轉(zhuǎn)換器22輸出的過(guò)電流檢 測(cè)數(shù)字信號(hào)減少可編程增益放大器21的放大增益。
因此，在負(fù)載短路時(shí)流過(guò)電流讀出晶體管Qn3的讀出電流和流 過(guò)末級(jí)放大器級(jí)11的RF放大器晶體管Qn2的RF電流的增加以如 下方式停止，使得電流讀出電阻器Rcs的讀出電壓不超過(guò)過(guò)電流檢 測(cè)電路18B的輸入閾電壓。結(jié)果，圖10所示RF功率放大器100中 包括電流讀出電^各19、過(guò)電流才企測(cè)電^各18B和加法器15A的過(guò)電流 保護(hù)電路執(zhí)行電流限制器型的過(guò)電流保護(hù)操作。
作為另一實(shí)施方式，當(dāng)一旦負(fù)載短路，電流讀出電阻器Rcs的 讀出電壓超過(guò)過(guò)電流4企測(cè)電3各18B的輸入l'司電壓時(shí)，可以通過(guò)從過(guò) 電流檢測(cè)電路18B輸出的高電平過(guò)電流檢測(cè)輸出信號(hào)將鎖存電路從 指示初始狀態(tài)的復(fù)位狀態(tài)設(shè)置成基于過(guò)電流檢測(cè)的設(shè)置狀態(tài)。通過(guò) 從設(shè)置成設(shè)置狀態(tài)的鎖存電路輸出的信號(hào)控制控制器23,從而使得 可以將可編程增益放大器21的放大增益減少到零。這種過(guò)電流保護(hù) 電路執(zhí)行關(guān)斷型過(guò)電流保護(hù)操作。通過(guò)將鎖存電路從設(shè)置狀態(tài)改變 成復(fù)位狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)其后續(xù)操作的繼續(xù)。
《獨(dú)立反饋》
圖ll是示出RF功率放大器的配置的示意圖，其中使得在圖1 所示RF功率放大器100中，從第一檢測(cè)器14的輸出到信號(hào)處理單 元200的控制器23的第一反饋和從第二檢測(cè)器17的輸出到信號(hào)處 理單元200的控制器23的第二反饋彼此獨(dú)立。圖11所示RF功率放 大器在其他配置上類(lèi)似于圖1所示RF功率放大器。
包括低通濾波器16B和A/D轉(zhuǎn)換器22B的第一反饋用于穩(wěn)定可自適應(yīng)于負(fù)載變化的RF傳輸輸出信號(hào)P0UT。包括調(diào)節(jié)電路18、低 通濾波器16 A和A/D轉(zhuǎn)換器2 2 A的第二反饋用于減少在過(guò)載狀態(tài)下 在EDGE或WCDMA通信中傳輸包絡(luò)變化信號(hào)時(shí)非飽和型線性放大 的第二操作模式中相鄰信道漏泄功率比(ACPR)和信號(hào)失真的突然 增力口。
因?yàn)樵趫D11所示RF功率放大器100中第一反饋和第二反饋獨(dú) 立布置，所以與如圖1所示其中兩個(gè)反饋相組合的RF功率放大器相 比，本RF功率放大器是簡(jiǎn)單的，所帶來(lái)的好處是電路設(shè)計(jì)變得容易。
<<蜂窩電話的配置>>
圖12是示出蜂窩電話的配置的示意圖，其中將根據(jù)本發(fā)明實(shí)施 方式的RF功率放大器100和信號(hào)處理單元200提供作為覆蓋低帶頻 率和高帶頻率的雙帶配置，并且其包括DC/DC轉(zhuǎn)換器300、天線開(kāi) 關(guān)400、雙工器等和天線ANT。在具有圖12所示配置的蜂窩電話中， 圖1所示RF功率放大器、圖9所示RF功率放大器、圖10所示RF 功率放大器和圖11所示RF功率放大器中的任一個(gè)都可以用作該RF 功率放大器100。
DC/DC轉(zhuǎn)換器300是降壓-升壓(back-boost)型轉(zhuǎn)換器，并且 可以覆蓋降壓操作模式和升壓操作模式。通過(guò)從安裝到蜂窩電話的 電池向DC/DC轉(zhuǎn)換器300提供電池電壓Vbat,從DC/DC轉(zhuǎn)換器300 生成提供到RF功率放大器100的源電壓或電源電壓Vdd。當(dāng)在來(lái)自 電池的電池電壓Vbat較低的情況下傳輸GSM通信中高RF傳輸輸出 信號(hào)PouT時(shí)，DC/DC轉(zhuǎn)換器300設(shè)置為升壓操作模式。當(dāng)相反地在 來(lái)自電池的電池電壓Vbat較高的情況下傳輸?shù)蚏F傳輸輸出信號(hào) PouT時(shí)，DC/DC轉(zhuǎn)換器300設(shè)置為降壓操作模式，從而使得可以改 進(jìn)功率附加效率(PAE)。順帶提及，PAE是功率附加效率的縮寫(xiě)。
天線開(kāi)關(guān)400包括單極7擲(SP7T)型開(kāi)關(guān)。在天線開(kāi)關(guān)領(lǐng)域 中，耦合到天線ANT的公共輸入/輸出端子I/0稱(chēng)為"單極，，，以及 諸如發(fā)射端子、接收端子、發(fā)射/接收端子的其他端子稱(chēng)為"擲"。
順帶提及，低帶頻率是范圍為GSM850和GSM900的從近似0.8GHz至l.OGHz的RF傳輸信號(hào)頻率。高帶頻率是對(duì)應(yīng)于范圍為 DCS 1800、 PCS 1900和WCDMA2100的從近似1.7GHz至2.0GHz的 高帶頻率的RF傳輸信號(hào)頻率。
圖12所示RF功率放大器100包括覆蓋低帶頻率的第一級(jí)放大 器級(jí)10—LB、末級(jí)放大器級(jí)11—LB、定向耦合器13—LB、第一檢測(cè) 器14—LB、加法器15—LB、低通濾波器16—LB和第二檢觀'J/調(diào)節(jié)電路 17,18—LB。關(guān)于穩(wěn)定可自適應(yīng)于負(fù)載變化的RF傳輸輸出信號(hào)POUT 和減少在過(guò)載狀態(tài)下在傳輸包絡(luò)變化信號(hào)時(shí)第二操作模式中相鄰信 道漏泄功率比的增加，在圖12所示RF功率放大器中覆蓋低帶頻率 的這些電路以類(lèi)似于圖1所示RF功率放大器100的方式操作。結(jié)果， 從圖12所示RF功率放大器100的覆蓋低帶頻率的電路生成用于控 制信號(hào)處理單元200的覆蓋低帶頻率的低帶可編程增益放大器的放 大增益的低帶增益控制信號(hào)PGAcnt—LB。
圖12所示RF功率放大器100包括覆蓋高帶頻率的第一級(jí)放大 器級(jí)10—HB、末級(jí)放大器級(jí)11—HB、定向耦合器13—HB、第一檢測(cè) 器14—HB、加法器15—HB、低通濾波器16—HB和第二檢測(cè)/調(diào)節(jié)電 路17，18—HB。關(guān)于穩(wěn)定可自適應(yīng)于負(fù)載變化的RF傳輸輸出信號(hào)P0UT 和減少在過(guò)載狀態(tài)下在傳輸包絡(luò)變化信號(hào)時(shí)第二操作模式中相鄰信 道漏泄功率比的增加，在圖12所示RF功率放大器100中覆蓋高帶 頻率的這些電路以類(lèi)似于圖1所示RF功率放大器IOO的方式操作。 結(jié)果，從圖12所示RF功率放大器100的覆蓋高帶頻率的電路生成 用于控制信號(hào)處理單元200的覆蓋高帶頻率的高帶可編程增益放大 器的放大增益的高帶增益控制信號(hào)PGAcnt_HB。
圖12所示信號(hào)處理單元200從其下部向RF功率放大器100生 成低帶頻率的RF傳輸信號(hào)。作為低帶頻率的RF傳輸信號(hào)，可以提 及以下內(nèi)容GSM850和GSM900的RF傳輸信號(hào)TX: GSM850和 GSM900，以及在BAND 5的WCDMA的RF傳輸信號(hào)TX: BAND5。 GSM850的RF傳輸信號(hào)的頻率設(shè)置為824MHz至849MHz。GSM900 的RF傳輸信號(hào)的頻率設(shè)置為889MHz至915MHz。在BAND5的WCDMA的RF傳輸信號(hào)的頻率設(shè)置為824MHz至849MHz，精確等 于GSM850。 GSM850和GSM900的RF傳輸信號(hào)和在BAND5的 WCDMA的RF傳輸信號(hào)通過(guò)單極2擲(SP2T)型開(kāi)關(guān)SW2來(lái)選擇， 并提供到覆蓋圖12所示RF功率放大器100的低帶頻率的第一級(jí)放 大器級(jí)10—LB的輸入端子。從圖12所示RF功率放大器100的覆蓋 低帶頻率的末級(jí)放大器級(jí)ll一LB的輸出端子發(fā)送的低帶RF放大器 輸出信號(hào)經(jīng)由定向耦合器13—LB提供到單極2擲型開(kāi)關(guān)SW4。 GSM850和GSM900的每個(gè)的低帶RF放大器輸出信號(hào)通過(guò)開(kāi)關(guān)SW4 來(lái)選擇，并經(jīng)由單極7擲型天線開(kāi)關(guān)400提供到天線ANT。 BAND5 的WCDMA的低帶RF放大器輸出信號(hào)通過(guò)開(kāi)關(guān)SW4來(lái)選擇，并經(jīng) 由雙工器Duplx—B5和天線開(kāi)關(guān)400提供到天線ANT。
圖12所示信號(hào)處理單元200從其中部向RF功率放大器100生 成高帶頻率的RF傳輸信號(hào)。作為高帶頻率的RF傳輸信號(hào)，可以提 及以下內(nèi)容GSM系統(tǒng)中DCS1800和PCS1900的RF傳輸信號(hào)TX: DCS 1800和PCS 1900，以及WCDMA系統(tǒng)中BAND1和BAND2的 RF傳輸信號(hào)TX: BANDl和BAND2。 GSM系統(tǒng)中DCS1800的RF 傳輸信號(hào)的頻率設(shè)置為1710MHz至1785MHz,以及GSM系統(tǒng)中 PCS1900的RF傳輸信號(hào)的頻率設(shè)置為1850MHz至1910MHz。對(duì)應(yīng) 于WCDMA系統(tǒng)中RF傳輸信號(hào)TX: BANDl和BAND2的RF傳輸 信號(hào)的頻率分別設(shè)置為1920MHz至1980MHz和1850MHz至 1910MHz。 GSM系統(tǒng)中DCS1800和PCS1900的RF傳輸信號(hào)和對(duì)應(yīng) 于WCDMA系統(tǒng)中RF傳輸信號(hào)BANDl和BAND2的RF傳輸信 號(hào)TX通過(guò)單極3擲型開(kāi)關(guān)SW1來(lái)選擇，并提供到圖12所示RF功 率放大器100的覆蓋高帶頻率的第一級(jí)放大器級(jí)10—HB的輸入端 子。來(lái)自圖12所示RF功率放大器100的覆蓋高帶頻率的末級(jí)放大 器級(jí)11_HB的輸出端子的高帶RF放大器輸出信號(hào)經(jīng)由定向耦合器 13—HB提供到單極3擲型開(kāi)關(guān)SW3。 GSM系統(tǒng)中DCS1800和 PCS1900的每個(gè)的高帶RF放大器輸出信號(hào)通過(guò)開(kāi)關(guān)SW3來(lái)選擇， 并經(jīng)由單極7擲型天線開(kāi)關(guān)400提供到天線ANT。 WCDMA的
46BAND1和BAND2的高帶RF放大器輸出信號(hào)通過(guò)開(kāi)關(guān)SW3來(lái)選擇， 并經(jīng)由雙工器Duplx_Bl、雙工器Duplx_B2和天線開(kāi)關(guān)400提供到 天線ANT。
圖12所示信號(hào)處理單元200從其上部提供有通過(guò)天線ANT接 收的低帶頻率和高帶頻率的RF接收信號(hào)。作為低帶頻率的RF接收 信號(hào)，可以提及以下內(nèi)容GSM850和GSM900的RF接收信號(hào)RX: GSM850和GSM900，以及在BAND5的WCDMA的RF接收信號(hào) RX: BAND5。 GSM850的RF接收信號(hào)的頻率設(shè)置為869MHz至 894MHz，以及GSM900的RF接收信號(hào)的頻率設(shè)置為925MHz至 950MHz。在BAND5的WCDMA的RF 4妄收信號(hào)的頻率i殳置為 869MHz至894MHz，精確等于GSM850。 GSM850和GSM900的RF 接收信號(hào)經(jīng)由單極7擲型天線開(kāi)關(guān)400和表面聲波濾波器SAW1提 供到信號(hào)處理單元200。在BAND5的WCDMA的RF接收信號(hào)經(jīng)由 單極7擲型天線開(kāi)關(guān)400和雙工器Duplx—B5提供到信號(hào)處理單元 200。
高帶頻率的RF接收信號(hào)如下GSM系統(tǒng)中DCS 1800和PCS 1900 的RF接收信號(hào)RX: DCS 1800和PCS 1900，以及在BANDl和BAND2 的WCDMA系統(tǒng)中的RF接收信號(hào)RX: BANDl和BAND2。 GSM 系統(tǒng)中DCS1800的RF接收信號(hào)的頻率設(shè)置為1805MHz至 1850MHz。 GSM系統(tǒng)中PCS1900的RF 4妄收信號(hào)的頻率設(shè)置為 1930MHz至1990MHz。對(duì)應(yīng)于WCDMA系統(tǒng)中RF接收信號(hào)RX: BANDl和BAND2的RF接收信號(hào)的頻率分別設(shè)置為2110MHz至 2170MHz和1930MHz至1990MHz。 DCS1800和PCS1900的RF接 收信號(hào)經(jīng)由單極7擲型天線開(kāi)關(guān)400和表面聲波濾波器SAW2提供 到信號(hào)處理單元200。在BANDl和BAND2的WCDMA的RF接收 信號(hào)經(jīng)由單極7擲型天線開(kāi)關(guān)400以及雙工器Duplx—Bl和雙工器 Duplx—B2提供到信號(hào)處理單元200。
盡管已經(jīng)基于優(yōu)選實(shí)施方式具體描述了由本發(fā)明人做出的本發(fā) 明，但本發(fā)明不限于上述實(shí)施方式。毋庸置疑，可以對(duì)本發(fā)明做出各種改變，而范圍并未脫離其主旨。
例如，用于檢測(cè)RF功率放大器的RF傳輸輸出信號(hào)Pout的電平 的定向耦合器可以用簡(jiǎn)單的電容器來(lái)代替。通過(guò)非專(zhuān)利文獻(xiàn)4中描 述的包絡(luò)檢測(cè)器來(lái)檢測(cè)基于電容器的AC讀出信號(hào)。通過(guò)誤差放大 器將檢測(cè)的電壓與參考電壓進(jìn)行比較，并且還可以控制用于通過(guò)誤 差放大器的輸出來(lái)驅(qū)動(dòng)末級(jí)的驅(qū)動(dòng)級(jí)的偏置電流。
RF功率放大器100可以包括具有三級(jí)或更多級(jí)的多級(jí)放大器 級(jí)，其中中間級(jí)放大器級(jí)耦合在第一級(jí)放大器級(jí)IO和末級(jí)放大器級(jí) 11之間。
在本發(fā)明的上述實(shí)施方式中，當(dāng)穩(wěn)定了可自適應(yīng)于負(fù)載變化的 RF傳輸輸出信號(hào)P0UT和減少了在過(guò)載狀態(tài)下在傳輸包絡(luò)變化信號(hào) 時(shí)第二操作模式中相鄰信道漏泄功率比的增加時(shí)，已經(jīng)控制了信號(hào)
處理單元200的可編程增益放大器的放大增益。本發(fā)明不限于該系 統(tǒng)。在這種情況下，也可以控制第一級(jí)放大器級(jí)IO和末級(jí)放大器級(jí) 11的晶體管中的至少任一個(gè)的柵極控制電極或基極控制電極處的控 制偏置電壓，以便控制RF功率放大器的放大增益。即，當(dāng)由于負(fù)載 變化導(dǎo)致RF傳輸輸出信號(hào)PouT增加以及在過(guò)載狀態(tài)下在傳輸包絡(luò) 變化信號(hào)時(shí)第二操作模式中相鄰信道漏泄功率比增加時(shí)，晶體管的 控制偏置電壓減少，并且RF功率放大器的放大增益減少。
此外，推薦如下，當(dāng)?shù)谝患?jí)放大器級(jí)10和末級(jí)放大器級(jí)11的 共源極N溝道MOS晶體管的每個(gè)用共發(fā)射極NPN型HBT來(lái)代替時(shí)， 將基極鎮(zhèn)流電阻器或發(fā)射極鎮(zhèn)流電阻器耦合到HBT以防止HBT的 熱失控。
權(quán)利要求
1.一種RF功率放大器，包括末級(jí)放大器級(jí)，其放大RF信號(hào)以生成提供到通信終端的天線的RF傳輸輸出信號(hào)；以及信號(hào)檢測(cè)器，其檢測(cè)RF傳輸輸出信號(hào)的電平，其中末級(jí)放大器級(jí)包括用于在輸出電極處生成RF傳輸輸出信號(hào)的末級(jí)晶體管以及在所述末級(jí)晶體管的輸出電極和源電壓之間耦合的末級(jí)負(fù)載元件，并且執(zhí)行飽和型非線性放大的第一操作模式和非飽和型線性放大的第二操作模式，其中所述信號(hào)檢測(cè)器的輸入端子耦合到所述末級(jí)晶體管的輸出電極，從而從所述信號(hào)檢測(cè)器的輸出端子生成響應(yīng)于所述RF傳輸輸出信號(hào)的電平的RF檢測(cè)信號(hào)，所述RF功率放大器還包括第一檢測(cè)器、第二檢測(cè)器和控制電路，其中所述第一檢測(cè)器的輸入端子被提供有從所述信號(hào)檢測(cè)器的輸出端子生成的所述RF檢測(cè)信號(hào)，從而從所述第一檢測(cè)器的輸出端子生成第一檢測(cè)信號(hào)，其中所述第二檢測(cè)器的輸入端子耦合到所述末級(jí)晶體管的輸出電極，從而從所述第二檢測(cè)器的輸出端子生成第二檢測(cè)信號(hào)，其中從所述第一檢測(cè)器的輸出端子生成的所述第一檢測(cè)信號(hào)包括當(dāng)所述RF功率放大器在飽和型非線性放大的第一操作模式中操作時(shí)響應(yīng)于由于在天線處的負(fù)載變化導(dǎo)致的RF傳輸輸出信號(hào)的電平變化的第一檢測(cè)分量，其中從所述第二檢測(cè)器的輸出端子生成的所述第二檢測(cè)信號(hào)包括當(dāng)所述RF功率放大器在非飽和型線性放大的第二操作模式中操作時(shí)響應(yīng)于由于天線的過(guò)載狀態(tài)導(dǎo)致的末級(jí)晶體管的輸出電極的輸出電壓增加的第二檢測(cè)分量，其中所述第一檢測(cè)器和所述第二檢測(cè)器分別具有第一輸入閾電壓和第二輸入閾電壓，其中所述第二輸入閾電壓的電平設(shè)置為高于所述第一輸入閾電壓的電平，其中從所述第一檢測(cè)器的輸出端子生成的所述第一檢測(cè)信號(hào)和從所述第二檢測(cè)器的輸出端子生成的所述第二檢測(cè)信號(hào)被提供到所述控制電路，其中所述控制電路控制所述RF傳輸輸出信號(hào)的電平和在所述末級(jí)晶體管的輸出電極處的輸出電壓，其中通過(guò)所述第一檢測(cè)器和所述控制電路的第一反饋控制來(lái)減少在第一操作模式中操作時(shí)響應(yīng)于天線的負(fù)載變化的、從所述末級(jí)晶體管的輸出電極生成的RF傳輸輸出信號(hào)的變化，以及其中通過(guò)所述第二檢測(cè)器和所述控制電路的第二反饋控制來(lái)減少在第二操作模式中操作時(shí)響應(yīng)于天線的過(guò)載狀態(tài)的、所述末級(jí)晶體管的輸出電極的輸出電壓的增加。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的RF功率放大器，其中在飽和型非線性放大的第一操作模式中，所述RF信號(hào)是 GSM通信中的恒定包絡(luò)信號(hào)，以及其中在非飽和型線性放大的第二操作模式中，所述RF信號(hào)是 EDGE和WCDMA通信的任一個(gè)中的包絡(luò)變化信號(hào)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的RF功率放大器，其中所述信號(hào)檢測(cè)器是具有近似平行地彼此接近布置的主線和 副線的定向耦合器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的RF功率放大器，其中輸出匹配電路耦合到所述末級(jí)晶體管的輸出電極， 其中所述定向耦合器的主線可耦合在所述輸出匹配電路和所述 天線之間，以及的電平的RF檢測(cè)信號(hào)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4的RF功率放大器，還包括第一級(jí)放大器級(jí)， 其中從所述第一級(jí)放大器級(jí)生成由所述末級(jí)放大器級(jí)放大的所述RF信號(hào)，其中所述第一級(jí)放大器級(jí)包括生成所述RF信號(hào)的第一級(jí)晶體管，其中用于提供RF傳輸輸入信號(hào)的可編程增益放大器可耦合到所 述第一級(jí)晶體管的控制輸入端子，以及其中所述控制電路控制所述可編程增益放大器的可編程增益，從 而控制所述RF傳輸輸出信號(hào)的電平以及在所述末級(jí)晶體管的輸出 電才及處的輸出電壓。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3至5中任一項(xiàng)的RF功率放大器， 其中所述控制電路包括加法器，其將從所述第一檢測(cè)器的輸出端子生成的第一檢測(cè)信號(hào)的分量與從所述第二檢測(cè)器的輸出端子生 成的第二檢測(cè)信號(hào)的分量相加；以及低通濾波器，其耦合到所述加 法器的輸出，以及其中從所述低通濾波器的輸出生成所述控制電路的模擬控制信 號(hào)，其控制所述RF傳輸輸出信號(hào)的電平以及在所述末級(jí)晶體管的輸 出電極處的輸出電壓。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6的RF功率放大器，其中所述第一級(jí)放大器級(jí)的第一級(jí)晶體管和所述末級(jí)放大器級(jí) 的末級(jí)晶體管分別是LDMOS晶體管和異質(zhì)雙極晶體管的任一個(gè)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7的RF功率放大器，還包括電流讀出電路和 過(guò)電流檢測(cè)電路，其中所述電流讀出電路包括電流讀出晶體管，其具有小于所述末 級(jí)放大器級(jí)的末級(jí)晶體管的元件尺寸，并且允許小于流過(guò)所述末級(jí) 晶體管的電流的讀出電流流過(guò)，其中響應(yīng)于流過(guò)所述電流讀出電路的電流讀出晶體管的讀出電 流，所述過(guò)電流檢測(cè)電路向所述控制電路提供過(guò)電流檢測(cè)信號(hào)，以 及其中當(dāng)在所述RF功率放大器在飽和型非線性放大的第 一操作模 式中操作的情況下由于天線的負(fù)載變化使得流過(guò)末級(jí)晶體管的電流變成過(guò)電流狀態(tài)時(shí)，所述過(guò)電流檢測(cè)電路執(zhí)行末級(jí)晶體管的過(guò)電流保護(hù)。
9. 一種RF功率放大器裝置，包括 第一RF功率放大器；以及 第二RF功率放大器，其中所述第一 RF功率放大器放大具有范圍從近似0.8GHz至近 似1 .OGHz的第 一頻帶的第一 RF傳輸輸入信號(hào)，其中所述第二 RF功率放大器放大具有范圍從近似1.7GHz至近 似2.0GHz的第二頻帶的第二 RF傳輸輸入信號(hào)，其中所述第一 RF功率放大器和所述第二 RF功率放大器的各功 率放大器分別包括末級(jí)放大器級(jí)，其每個(gè)放大RF信號(hào)以生成提供 到通信終端的天線的RF傳輸輸出信號(hào)；以及信號(hào)檢測(cè)器，其每個(gè)檢 測(cè)所述RF傳輸輸出信號(hào)的電平，其中每個(gè)功率放大器的所述末級(jí)放大器級(jí)包括末級(jí)晶體管，其 在其輸出電極生成所述RF傳輸輸出信號(hào)；以及末級(jí)負(fù)載元件，其耦 合在所述末級(jí)晶體管的輸出電極和源電壓之間，其中每個(gè)功率放大器執(zhí)行飽和型非線性放大的第一操作模式和 非飽和型非線性放大的第二操作模式，其中在各功率放大器中，所述信號(hào)檢測(cè)器的輸入端子分別耦合到 所述末級(jí)晶體管的輸出電極，從而從所述信號(hào)檢測(cè)器的輸出端子生 成均響應(yīng)于所述RF傳輸輸出信號(hào)的電平的RF檢測(cè)信號(hào)，功率放大器還分別包括第 一檢測(cè)器、第二檢測(cè)器以及控制電路，其中在各功率放大器中，所述第 一 檢測(cè)器的輸入端子分別被提供有來(lái)自所述信號(hào)檢測(cè)器的輸出端子的RF檢測(cè)信號(hào)，從而從所述第一檢測(cè)器的輸出端子生成第 一 檢測(cè)信號(hào)，其中在各功率放大器中，所述第二檢測(cè)器的輸入端子分別耦合到所述末級(jí)晶體管的輸出電極，從而從所述第二檢測(cè)器的輸出端子生 成第二檢測(cè)信號(hào)，其中在每個(gè)功率放大器中，從所述第一檢測(cè)器的輸出端子生成的第一檢測(cè)信號(hào)包括當(dāng)所述功率放大器在飽和型非線性放大的第一操作模式中操作時(shí)響應(yīng)于由于天線的負(fù)栽變化導(dǎo)致的RF傳輸輸出信號(hào)的電平變化的第 一檢測(cè)分量，其中在每個(gè)功率放大器中，從所述第二檢測(cè)器的輸出端子生成的第二檢測(cè)信號(hào)包括當(dāng)所述功率放大器在非飽和型線性放大的第二操 作模式中操作時(shí)響應(yīng)于由于天線的過(guò)載狀態(tài)導(dǎo)致的末級(jí)晶體管的輸出電極的輸出電壓增加的第二檢測(cè)分量，其中在功率放大器中，所述第一檢測(cè)器和所述第二檢測(cè)器分別具有第一輸入閾電壓和第二輸入閾電壓，其中所述第二輸入闊電壓的電平設(shè)置為高于所述第 一輸入閾電 壓的電平，其中在每個(gè)功率放大器中，從所述第 一檢測(cè)器的輸出端子生成的 所述第 一檢測(cè)信號(hào)和從所述第二檢測(cè)器的輸出端子生成的所述第二 檢測(cè)信號(hào)被提供到所述控制電路，其中所述控制電路控制所述RF傳輸輸出信號(hào)的電平和在所述末 級(jí)晶體管的輸出電極處的輸出電壓，其中在每個(gè)功率放大器中，通過(guò)所述第一檢測(cè)器和所述控制電路 的第 一反饋控制來(lái)減少在第 一操作模式中操作時(shí)響應(yīng)于天線的負(fù)載 變化的、從所述末級(jí)晶體管的輸出電極生成的RF傳輸輸出信號(hào)的變 化，以及其中在每個(gè)功率放大器中，通過(guò)所述第二檢測(cè)器和所述控制電路 的第二反饋控制來(lái)減少在第二操作模式中操作時(shí)響應(yīng)于天線的過(guò)載 狀態(tài)的、所述末級(jí)晶體管的輸出電極的輸出電壓的增加。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9的RF功率放大器裝置， 其中在飽和型非線性放大的第一操作模式中，所述RF信號(hào)是GSM通信中的恒定包絡(luò)信號(hào)，以及其中在非飽和型線性放大的第二操作模式中，所述RF信號(hào)是 EDGE和WCDMA通信的任一個(gè)中的包絡(luò)變化信號(hào)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10的RF功率放大器裝置，其中在每個(gè)功率放大器中，所述信號(hào)檢測(cè)器是具有近似平行地彼此接近布置的主線 和副線的定向耦合器。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10的RF功率放大器裝置， 其中在每個(gè)功率放大器中，輸出匹配電路耦合到所述末級(jí)晶體管的輸出電極，其中所述定向耦合器的主線可耦合在所述輸出匹配電路和所述 天線之間，以及其中從所述定向耦合器的副線生成響應(yīng)于所述RF傳輸輸出信號(hào) 的電平的RF檢測(cè)信號(hào)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12的RF功率放大器裝置， 其中每個(gè)功率放大器還包括第一級(jí)放大器級(jí)， 其中在每個(gè)功率放大器中，從所述第一級(jí)放大器級(jí)生成由所述末級(jí)放大器級(jí)放大的RF信號(hào)，其中在每個(gè)功率放大器中，所述第一級(jí)放大器級(jí)包括生成所述 RF信號(hào)的第一級(jí)晶體管，其中用于提供RF傳輸輸入信號(hào)的可編程增益放大器可耦合到所 述第一級(jí)晶體管的控制輸入端子，以及其中在每個(gè)功率放大器中，所述控制電路控制可編程增益放大器 的可編程增益，從而控制所述RF傳輸輸出信號(hào)的電平以及在所述末 級(jí)晶體管的輸出電極處的輸出電壓。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12的RF功率放大器裝置， 其中每個(gè)功率放大器中的控制電路包括加法器，其將從所述第一檢測(cè)器的輸出端子生成的第 一檢測(cè)信號(hào)的分量與從所述第二檢測(cè) 器的輸出端子生成的第二檢測(cè)信號(hào)的分量相加；以及低通濾波器， 其耦合到所述加法器的輸出，以及其中在每個(gè)功率放大器中，從所述低通濾波器的輸出生成所述控 制電路的模擬控制信號(hào)，其控制所述RF傳輸輸出信號(hào)的電平以及在 所述末級(jí)晶體管的輸出電極處的輸出電壓。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13的RF功率放大器裝置，其中在每個(gè)功率放大器中，所述第一級(jí)放大器級(jí)的第一級(jí)晶體管和所述末級(jí)放大器級(jí)的末級(jí)晶體管分別是LDMOS晶體管和異質(zhì)雙極晶體管的任一個(gè)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求11至15中任一項(xiàng)的RF功率放大器裝置， 其中每個(gè)功率放大器還包括電流讀出電路和過(guò)電流檢測(cè)電路， 其中在每個(gè)功率放大器中，所述電流讀出電路包括電流讀出晶體管，其具有小于所述末級(jí)放大器級(jí)的末級(jí)晶體管的元件尺寸，并且 其允許小于流過(guò)所述末級(jí)晶體管的電流的讀出電流流過(guò)，其中在每個(gè)功率放大器中，響應(yīng)于流過(guò)所述電流讀出電路的電流讀出晶體管的讀出電流，所述過(guò)電流檢測(cè)電路向所述控制電路提供 過(guò)電流4全測(cè)信號(hào)，以及其中當(dāng)在每個(gè)RF功率放大器在飽和型非線性放大的第 一操作模 式中操作的情況下由于天線的負(fù)載變化使得流過(guò)所述末級(jí)晶體管的 電流變成過(guò)電流狀態(tài)時(shí)，在每個(gè)功率》文大器中，所述過(guò)電流4企測(cè)電 路執(zhí)行末級(jí)晶體管的過(guò)電流保護(hù)。
17. —種RF功率放大器，包括末級(jí)放大器級(jí)，其放大RF信號(hào)以生成提供到通信終端的天線的 RF傳輸輸出信號(hào)； 控制電i 各；電流讀出電-各；以及 過(guò)電流4企測(cè)電路，其中所述末級(jí)放大器級(jí)包括末級(jí)晶體管，用于在其輸出電極生 成所述RF傳輸輸出信號(hào)；以及末級(jí)負(fù)載元件，其耦合在所述末級(jí)晶 體管的輸出電極和源電壓之間，其中所述控制電路控制所述末級(jí)放大器級(jí)中末級(jí)晶體管的輸出 電極的RF傳輸輸出信號(hào)的電平，其中所述末級(jí)放大器級(jí)執(zhí)行飽和型非線性放大的第 一操作模式 和非飽和型線性放大的第二操作模式，其中在飽和型非線性放大的第一操作模式中，所述RF信號(hào)是 GSM通信中的恒定包絡(luò)信號(hào)，其中在非飽和型線性放大的第二操作模式中，所述RF信號(hào)是 EDGE和WCDMA通信的任一個(gè)中的包絡(luò)變化信號(hào)，其中所述電流讀出電路包括電流讀出晶體管，其具有小于所述末 級(jí)放大器級(jí)的末級(jí)晶體管的元件尺寸，并且其允許小于流過(guò)所述末 級(jí)晶體管的電流的讀出電流流過(guò)，其中響應(yīng)于流過(guò)所述電流讀出電路的電流讀出晶體管的讀出電 流，所述過(guò)電流檢測(cè)電路向所述控制電路提供過(guò)電流檢測(cè)信號(hào)，其中當(dāng)所述RF功率放大器在飽和型非線性放大的第 一操作模式 中操作時(shí)，所述過(guò)電流檢測(cè)電路傳輸對(duì)應(yīng)于GSM通信中恒定包絡(luò)信 號(hào)的RF傳輸輸出信號(hào)，其中當(dāng)所述RF功率放大器在非飽和型線性放大的第二操作模式 中操作時(shí)，所述過(guò)電流檢測(cè)電路傳輸對(duì)應(yīng)于EDGE和WCDMA通信 的任一個(gè)中包絡(luò)變化信號(hào)的RF傳輸輸出信號(hào)，以及其中當(dāng)通過(guò)RF功率放大器的第一操作模式傳輸對(duì)應(yīng)于GSM通 信中恒定包絡(luò)信號(hào)的RF傳輸輸出信號(hào)時(shí)由于在天線處的負(fù)載變化 使得流過(guò)末級(jí)晶體管的電流變成過(guò)電流狀態(tài)時(shí)，所述過(guò)電流檢測(cè)電 路執(zhí)行末級(jí)晶體管的過(guò)電流保護(hù)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的RF功率放大器，還包括輸出匹配電路、 定向耦合器、第一檢測(cè)器和第二檢測(cè)器，其中所述輸出匹配電路耦合到所述末級(jí)放大器級(jí)的末級(jí)晶體管 的輸出電極，其中所述定向耦合器具有近似平行地彼此接近布置的主線和副線，其中所述主線可耦合在所述輸出匹配電路和所述天線之間， 其中從所述副線生成響應(yīng)于所述RF傳輸輸出信號(hào)的電平的RF 檢測(cè)信號(hào)，其中所述第 一 檢測(cè)器的輸入端子被提供有從所述定向耦合器的 副線發(fā)送的RF檢測(cè)信號(hào)，從而從所述第一檢測(cè)器的輸出端子生成第 一檢測(cè)信號(hào)，其中所述第二檢測(cè)器的輸入端子耦合到所述末級(jí)晶體管的輸出 電極，從而從所述第二檢測(cè)器的輸出端子生成第二檢測(cè)信號(hào)，其中從所述第 一 檢測(cè)器的輸出端子生成的所述第 一 檢測(cè)信號(hào)包括當(dāng)所述RF功率放大器在飽和型非線性放大的第一操作模式中操 作時(shí)響應(yīng)于由于在天線處的負(fù)載變化導(dǎo)致的RF傳輸輸出信號(hào)的電 平變化的第一檢測(cè)分量，其中從所述第二檢測(cè)器的輸出端子生成的所述第二檢測(cè)信號(hào)包 括當(dāng)所述RF功率放大器在非飽和型線性放大的第二操作模式中操 作時(shí)響應(yīng)于由于天線的過(guò)載狀態(tài)導(dǎo)致的末級(jí)晶體管的輸出電極的輸 出電壓(Vds)增加的第二檢測(cè)分量，其中所述第 一檢測(cè)器和所述第二檢測(cè)器分別具有第 一輸入閾電 壓和第二輸入閾電壓，其中所述第二輸入閾電壓的電平設(shè)置為高于所述第 一 輸入閾電 壓的電平，其中從所述第 一 檢測(cè)器的輸出端子生成的所述第 一 檢測(cè)信號(hào)和 從所述第二檢測(cè)器的輸出端子生成的所述第二檢測(cè)信號(hào)被提供到所 述控制電路，其中所述控制電路控制所述RF傳輸輸出信號(hào)的電平和在所述末 級(jí)晶體管的輸出電極處的輸出電壓，其中通過(guò)所述第 一 檢測(cè)器和所述控制電路的第 一 反饋控制來(lái)減 少在第 一 操作模式中操作時(shí)響應(yīng)于天線的負(fù)載變化的、從所述末級(jí) 晶體管的輸出電極生成的RF傳輸輸出信號(hào)的變化，以及其中通過(guò)所述第二檢測(cè)器和所述控制電路的第二反饋控制來(lái)減 少在第二操作模式中操作時(shí)響應(yīng)于天線的過(guò)載狀態(tài)的、所述末級(jí)晶 體管的輸出電極的輸出電壓的增加。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的RF功率放大器，其中所述第一級(jí)放大 器級(jí)的第一級(jí)晶體管和所述末級(jí)放大器級(jí)的末級(jí)晶體管分別是 LDMOS晶體管和異質(zhì)雙極晶體管的任一個(gè)。
全文摘要
本發(fā)明提供自適應(yīng)于負(fù)載變化和過(guò)載狀態(tài)的一種共用RF功率放大器以及功率放大器裝置，其執(zhí)行飽和型非線性放大和非飽和型線性放大。RF功率放大器具有生成RF傳輸輸出信號(hào)的末級(jí)放大器級(jí)、檢測(cè)RF傳輸輸出電平的信號(hào)檢測(cè)器、第一檢測(cè)器、第二檢測(cè)器和控制電路。末級(jí)放大器級(jí)包括晶體管和負(fù)載元件，并且執(zhí)行飽和型非線性放大和非飽和型線性放大。從信號(hào)檢測(cè)器輸出的RF檢測(cè)信號(hào)提供到第一檢測(cè)器，以及末級(jí)晶體管的輸出電壓提供到第二檢測(cè)器。第一檢測(cè)器和控制電路相對(duì)于在飽和型非線性放大時(shí)在天線處的負(fù)載變化而維持RF傳輸輸出信號(hào)近似恒定。第二檢測(cè)器和控制電路相對(duì)于在非飽和型線性放大時(shí)天線的過(guò)載狀態(tài)而減少末級(jí)晶體管的輸出電壓的增加。
文檔編號(hào)H03F1/02GK101588159SQ20091013857
公開(kāi)日2009年11月25日 申請(qǐng)日期2009年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月20日
發(fā)明者田上知紀(jì), 田中聰 申請(qǐng)人:株式會(huì)社瑞薩科技