專利名稱：具有增益擴大級的放大器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及集成電路(IC)，且更具體來說，涉及用于IC放大器設計的增益線性化 技術。
背景技術：
放大器為集成電路(IC)裝置(例如，通信發(fā)射器和接收器)中的重要構建塊。放 大器通常經(jīng)設計以在預定信號范圍(稱為線性操作范圍)內將相對恒定的增益提供給輸入 信號。當放大器輸入信號落入線性操作范圍外時，放大器增益可能顯著偏離標稱增益，從而 導致放大器輸出處的不想要的非線性和失真。對于便攜式通信裝置(例如，移動電話)來說，較低電壓電源的趨勢已使設計具有 適當線性操作范圍的放大器變得越來越困難。當遞送高輸出功率時，這些放大器中的組成 晶體管的增益可能降低，從而造成放大器的增益壓縮。將需要提供用于設計具有增強的線性操作范圍的放大器的新穎技術。


圖1描繪使用數(shù)字反相器或“推挽式”架構的現(xiàn)有技術放大器的實施例。圖IA表征作為放大器輸入功率(Pin)的函數(shù)的典型放大器增益。圖2和圖2A說明本發(fā)明的示范性實施例。圖3A描繪根據(jù)本發(fā)明的增益擴大放大器220的示范性實施例。圖;3B說明所繪制的B類放大器的增益對放大器輸入電壓IN的量值。圖3C說明由B類放大器放大以產(chǎn)生輸出信號300. IB的輸入信號300. IA的實例。圖3D和圖3E分別說明AB類放大器的增益特性和輸入輸出信號實例。圖4描繪并入有并聯(lián)耦合的B類放大器400和AB類放大器410兩者的增益擴大 放大器320的示范性實施例。圖5描繪用于圖3A中所展示的放大器拓撲的放大器設計和電流偏置方案的示范 性實施例。圖6描繪用于并入有AB類放大器610A和B類放大器610B兩者的增益擴大放大 器600的偏置方案的示范性實施例。圖7描繪用于增益壓縮放大器710的偏置方案的示范性實施例。圖8描繪根據(jù)本發(fā)明的呈用于發(fā)射器電路的前置驅動器/驅動放大器的形式的放 大器的示范性實施例。圖9描繪根據(jù)本發(fā)明的方法的示范性實施例。
具體實施例方式詞“示范性”在本文中用以指“充當一實例、例子或說明”。本文中被描述為“示范 性”的任何實施例未必應解釋為比其它實施例優(yōu)選或有利。
下文結合附圖闡述的詳細描述意欲作為對本發(fā)明的示范性實施例的描述，而并不 意欲表示可實踐本發(fā)明的僅有實施例。詳細描述包括為了提供對本發(fā)明的示范性實施例的 徹底理解的具體細節(jié)。所屬領域的技術人員將明白，可在無這些具體細節(jié)的情況下實踐本 發(fā)明的示范性實施例。在一些例子中，以框圖形式展示眾所周知的結構和裝置以便避免使 本文中呈現(xiàn)的示范性實施例的新穎性模糊不清。圖1描繪使用數(shù)字反相器或“推挽式”架構的放大器100的現(xiàn)有技術實施方案。放 大器100基于輸入信號IN的電壓電平而經(jīng)由晶體管麗1和MPl選擇性地吸入并提供電流。 具體來說，晶體管MPl和麗1的柵極AC耦合到輸入信號IN，且MPl和麗1的漏極經(jīng)由輸出 匹配110而耦合到輸出信號OUT。晶體管MNE和MPE串聯(lián)耦合到麗1和MP1，且任選地經(jīng)提 供以基于控制信號EN和互補控制信號EN'而啟用或停用放大器。在一個實施方案中，放大 器100可為用于放大通信發(fā)射器信號鏈中的信號的射頻(RF)驅動器放大器(DA)。在另一 實施例中，放大器100可為射頻功率放大器。在圖1中，晶體管MPl經(jīng)由電阻器RFB而自偏置，而晶體管麗1被電壓源Vbias 偏置。注意，在給定放大器設計的要求的情況下，電壓Vbias通常經(jīng)選擇以確保放大器100 的操作在充分大的輸入和輸出電壓范圍內保持于線性操作范圍中。如果輸入電壓的量值 (即，絕對振幅)超過線性操作范圍，則放大器可能經(jīng)歷增益壓縮，如圖IA進一步說明。圖IA說明作為放大器輸入功率(Pin)的函數(shù)的典型放大器增益(相對于標稱增 益，以dB為單位)的曲線。在圖IA中，可看到增益在輸入功率電平Pin小于電平Pl時大 致對應于標稱增益值，而在輸入功率電平Pin進一步增加超過Pl時降低。放大器增益隨輸 入功率增加的此降低被稱為增益壓縮，且可能是歸因于(例如)晶體管MPl和麗1的隨輸 入功率電平增加而增加的柵極電容(例如，Cgs和Cgd)和/或晶體管MPl和麗1的有限的輸 出電壓裕度。為了減少增益壓縮并擴展放大器的線性操作范圍，本發(fā)明提供一種并入有前置放 大器和主放大器的二級放大器。圖2說明根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例。在圖2中，將增益 擴大放大器220與展現(xiàn)正常增益壓縮特性的放大器210串聯(lián)提供，以提供具有改進的線性 特性的總體放大器200，如下文所描述。為了說明放大器200的操作，在圖2A中分別描繪增益擴大放大器220、放大器210 和總體放大器200的增益特性220a、210a和200a。從增益特性220a，可看到增益擴大放大 器220的增益隨輸入功率電平Pin增加而增加，直到電平P3。結合放大器210的增益特性 210a，可看到總體放大器200的總體增益特性200a保持大致恒定，直到功率電平P2，P2大 于如先前參看圖IA所描述的與典型增益壓縮放大器相關聯(lián)的電平Pl。圖3A描繪根據(jù)本發(fā)明的增益擴大放大器220的示范性實施例300。放大器300并 入有具有互補的PMOS晶體管MP和NMOS晶體管MN的推挽式電路。視為所述放大器選擇的 偏壓VA和VB而定，所述放大器可經(jīng)配置以用于B類或AB類操作。對于B類操作來說，晶體管MP和MN可各自在輸入信號的整個循環(huán)的一半內關閉， 其中當輸出電壓增加時MP提供電流且當輸出電壓降低時MN吸入電流。所屬領域的技術人 員將了解，可通過設定VA和VB以使得在IN的信號量值為0時穿過晶體管MP和MN的電流 接近0來實現(xiàn)B類操作。在本文中參看圖:3B描述驅動負載阻抗Zl的B類放大器的增益擴大特性。在圖中，假設B類放大器中的晶體管的W/L比率足夠小，且負載阻抗Zl足夠高，使得放大器展現(xiàn) 本文中所描述的增益擴大特性。在一示范性實施例中，B類增益擴大放大器中的有源NMOS 晶體管的W/L比率可為約數(shù)千，優(yōu)選為兩千。此比率可選擇為足夠大以使得增益擴大放大 器220可適當?shù)仳寗雍罄m(xù)增益壓縮放大器210，但足夠小以使得增益擴大放大器220仍展現(xiàn) 增益擴大特性。所屬領域的技術人員將意識到，可基于有源NMOS晶體管的尺寸相應地選擇 B類增益擴大放大器中的對應有源PMOS晶體管的W/L比率。在圖;3B中，繪制放大器增益對放大器輸入電壓IN的量值。在B類操作中，當IN 的量值小于閾值VO時，晶體管MP和MN幾乎均關閉且放大器增益保持相對低。閾值VO可 為(例如)十分之幾毫伏(mV)。當IN的量值大于VO但小于電平Vl時，晶體管MP和麗均 可在飽和區(qū)中操作。在所述飽和區(qū)中，可展示晶體管MP和MN兩者的增益均隨IN增加而增 加。當IN的量值大于Vl且小于V2時，放大器增益的增加達到穩(wěn)定，其中所述晶體管中的 一者進入三極管區(qū)且另一晶體管傳導較少電流。當IN進一步增加超過V2時，所述晶體管 中的一者完全關斷，而另一晶體管處于三極管區(qū)中，從而導致放大器增益降低。圖3C說明由B類放大器放大以產(chǎn)生輸出信號300. IB的輸入信號300. IA的實例。 在圖3C中，可看到輸出信號300. IB為輸入信號300. IA的放大版本，其中輸入信號量值的 值越大，則提供到輸入信號的增益越大。還可看到輸出信號300. IB含有圖中所指示的“零 值(null) ”周期，在所述“零值”周期期間MP和麗均不傳導電流。在這些零值周期期間， 應注意，B類放大器不將所要增益擴大提供給輸入信號。這些零值周期導致偏離所要的增 益擴大特性，且可能造成增益擴大-增益壓縮放大器組合的總體特性中的非線性。為了確保在輸入信號量值接近于0時輸入信號的增益擴大，可將增益擴大放大器 替代地實施為AB類放大器。在AB類操作中，晶體管MP和MN經(jīng)偏置以使得其各自在多于 輸入信號的一半循環(huán)但小于整個循環(huán)內開啟。圖3D和圖3E分別說明AB類放大器的增益 特性和輸入-輸出信號實例。如在圖3D中可看到，AB類放大器的增益隨IN的量值增加而 增加，直到值V3。類似地，在超過電壓電平V4時，可看到AB類放大器的增益降低。圖3E說 明由AB類放大器放大以產(chǎn)生輸出信號320. IB的輸入信號320. IA的實例。因為AB類放大器中的至少一個晶體管始終傳導電流，所以AB類放大器的輸出不 經(jīng)受早先參看B類放大器而描述的零值周期。然而，AB類放大器通常不如B類放大器功率 有效，因為即使當輸入信號IN的量值為0時，AB類放大器也耗散DC電流。圖4描繪并入有并聯(lián)耦合的B類放大器400和AB類放大器410兩者的增益擴大 放大器320的示范性實施例。增益擴大放大器320可有利地組合B類放大器的功率有效性 與AB類放大器的一致增益擴大特性。在示范性實施例中，可通過圖3A中所展示的電路拓 撲來設計B類放大器400和AB類放大器410兩者，其中B類放大器400經(jīng)偏置以傳導2 μ A 的電流，且AB類放大器410經(jīng)偏置以傳導200 μ A的電流。在示范性實施例中，可使B類放 大器400中的晶體管的大小大于或小于AB類放大器410中的晶體管的大小，以比一種類型 的放大器強調另一類型放大器的特性。舉例來說，可使B類放大器400的晶體管MP和麗 為AB類放大器410的對應晶體管的三倍大。圖5描繪用于圖3Α中所展示的放大器拓撲的放大器設計和電流偏置方案的示范 性實施例。所述偏置方案設定穿過主放大器510的偏流，所述偏流在輸入和輸出電壓、溫 度、工藝或供應電壓變化時保持相對恒定。因為放大器增益視偏流而定，所以所述偏置方案確保主放大器510的增益擴大特性的準確性。視所選擇的偏流而定，放大器可經(jīng)偏置以用 于B類操作或AB類操作，如下文中所描述。在圖5中，主放大器510包括有源晶體管MP2和MP3。節(jié)點A和B分別支持耦合到 晶體管MP2和MP3的柵極的電壓VA和VB (未圖示)。通過經(jīng)由電阻器RPl將MP3的柵極耦 合到對應于晶體管MP3的漏極的節(jié)點C來設定電壓VB。從偏流穩(wěn)定電路520導出電壓VA。注意，在替代示范性實施例(未圖示)中，耦合到晶體管MP2的柵極的電壓VA可 替代地通過耦合到節(jié)點C而被偏置，且從適當修改的替代偏流穩(wěn)定電路導出電壓VB。預期 此些示范性實施例處于本發(fā)明的范圍內。主放大器510進一步包括用于選擇性地啟用或停用放大器510的晶體管MPl和 MP4。放大器輸入電壓IN經(jīng)由電容器CPl和CP2而AC耦合到MP2和MP3的柵極，而放大器 輸出電壓OUT是經(jīng)由電容器CP4從晶體管MP2和MP3的漏極而導出。偏流穩(wěn)定電路520包括經(jīng)設計以復制主放大器510的電特性的復制品偏置電路 520. 1。通過為第一復制品電路520. 1的晶體管提供與主放大器510相同的拓撲、大小比率 和偏置，可在不加載主放大器510的操作的情況下通過對第一復制品電路520. 1的對應參 數(shù)進行取樣來確定所述主放大器510的電參數(shù)。舉例來說，可通過對第一復制品電路520. 1 中的對應節(jié)點D進行取樣而確定主放大器510的節(jié)點C處的電壓?？稍?008年4月7日 申請的標題為“具有偏置和功率控制方面的放大器設計(Amplifier design withbiasing and power control aspects) ”的第12/098，936號美國專利申請案中找到復制品偏置的進 一步細節(jié)，所述申請案已轉讓給本發(fā)明的受讓人，且其內容以全文引用的方式并入本文中。在典型放大器的操作期間，放大器的偏流可視所使用的溫度、工藝和/或供應電 壓而改變，借此使得視DC偏流而定的增益擴大特性變得不可預測。如下文中所描述，偏置 穩(wěn)定電路520通過感測節(jié)點C處與偏流有關)的電壓VC(的復制品)并自適應地調整晶體 管MP2的偏壓VA以使得主放大器510的DC偏流保持恒定來改進主放大器510的增益的可 預測性。在圖5中，電壓VA經(jīng)由電阻器RPO而耦合到復制主放大器510中的晶體管MP2的 晶體管MP2r的柵極。因為第一復制品電路520. 1中的晶體管MP2r的偏壓與主放大器510 中的晶體管MP2的偏壓匹配，且因為按照設計，復制品晶體管特性另外與主放大器的晶體 管特性匹配，所以預期節(jié)點D處的DC電壓VD與節(jié)點C處的電壓VC匹配。在示范性實施例中，電壓VD經(jīng)取樣且被提供到運算放大器，所述運算放大器驅動 偏流電路中的晶體管的柵極偏壓以在所述偏流電路中的對應節(jié)點處具有大致相同的電壓 VD0所述偏流電路經(jīng)設計以支持從穩(wěn)定電流源導出的恒定偏流。根據(jù)本發(fā)明，主放大器510 可通過從偏流電路導出的電壓而被偏置，所述電壓又可由來自穩(wěn)定電流源的電流設定。具體來說，在圖5中，將電壓VD提供到運算放大器(op-amp)AP的負端子。將AP的 正端子耦合到偏流電路520. 2中的節(jié)點F。運算放大器AP放大在正輸入端子與負輸入端子 之間所檢測到的電壓差，并輸出經(jīng)由電阻器RP2和RPO而反饋到晶體管MP2r和MP2的柵極 的電壓。還將AP的輸出電壓提供到偏流電路520. 2中的晶體管MP2B的柵極。還在op-amp AP的輸出處提供充電電容器CP3。所述偏流電路520. 2經(jīng)設計以鏡射由參考電流模塊530提供的偏流rtiasl。可 由偏流電路520. 2中的晶體管MP;3B和MP4B鏡射流過晶體管MP3A和MP4A的電流Ibiasl。所屬領域的技術人員將了解，通過調整晶體管MP;3B與MP4B以及MP3A與MP4A之間的大小 比率，電流源中的電流rtiasl可對應地增加固定乘法倍數(shù)。在示范性實施例中，可使用不 同的大小比率來實現(xiàn)B類操作(低偏流)對AB類操作(較高偏流)的不同電流電平。在示范性實施例中，可從帶隙電流源導出電流rtiasl，所述帶隙電流源的輸出電 流在溫度、工藝和供應電壓變化時保持穩(wěn)定。對于所屬領域的技術人員來說，帶隙電流源的 設計是眾所周知的且將不在本文中進行進一步描述。在下文中描述圖5中的電路的操作。平衡時，主放大器510中的節(jié)點C處于電壓 電平VC1。出于說明目的，假設條件(例如，溫度、供應電壓或另一機制)的改變導致節(jié)點C 處的電壓下降到小于VCl的電平VC2。假設第一復制品電路520. 1中的晶體管MPlr到MP4r 與主放大器510中的晶體管MPl到MP4良好匹配，則復制VC的電壓VD也將下降。由運算 放大器AP在其負(-)輸入端子處感測電壓VD的下降。響應于在其負輸入端子處的電壓減小，運算放大器AP通過(例如)將瞬變電流供 應到電容器CP3而升高其輸出電壓VE。電壓VE的升高使偏流電路520. 2中的晶體管MP2B 的柵極過驅動降低，此又使節(jié)點F或到AP的正⑴輸入端子處的電壓VF降低。當電壓VF 降低到VD電平時，電路再次處于平衡。注意，平衡時，主放大器510中的電壓VA和VC與偏流電路520. 2中的電壓VE和 VF匹配。因為偏流電路520. 2經(jīng)設計以支持穩(wěn)定的DC電流rtiasl或其倍數(shù)，所以主放大 器510還將鏡射相同的DC電流。通過動態(tài)地調整并穩(wěn)定主放大器510的DC偏流，所描述 的偏置電路增強主放大器510的增益擴大特性的可預測性。所屬領域的技術人員將了解，僅出于說明目的而提供圖5中所展示的增益擴大放 大器示范性實施例的偏置電路，且還可使用替代電路(未圖示)來實施所描述的功能性。預 期此些示范性實施例處于本發(fā)明的范圍內。圖6描繪用于并入有AB類放大器610A和B類放大器610B兩者的增益擴大放大 器600的偏置方案的示范性實施例。在圖6中，偏置穩(wěn)定電路620A包括用于AB類放大器 6IOA的第一復制品電路620. IA和偏流電路620. 2A，而偏置穩(wěn)定電路620B包括用于B類放 大器610B的第一復制品電路620. IB和偏流電路620. 2B。在圖6中所展示的示范性實施例 中，偏流模塊630可產(chǎn)生電流Ibiasl，偏流電路620. 2A可以比率5鏡射所述電流，且偏流電 路620. 2B可以比率0. 1鏡射所述電流。已在上文中描述了用于設計圖2中的具有可預測增益擴大特性的增益擴大放大 器220的技術。下文中進一步描述將正常增益壓縮放大器210設計成具有類似可預測增益 壓縮特性以使得放大器220和210的串聯(lián)組合可在操作范圍中一致地產(chǎn)生所要增益(如先 前參看圖2A所描述)的技術。圖7描繪用于增益壓縮放大器710的偏置方案的示范性實施例。在圖7中，假設 B類放大器中的晶體管的W/L比率大得足以驅動相對低的負載阻抗Z2，其中所述阻抗Z2可 低于本文中先前參看圖3B而描述的阻抗Z1。在示范性實施例中，阻抗Z2可與芯片外SAW 濾波器和/或功率放大器相關聯(lián)。因為其較大晶體管大小，所以增益壓縮放大器710還具 有較大相關聯(lián)的輸入電容，包括柵極到源極電容Cgs與柵極到漏極電容Cgd。歸因于其較大 的輸入電容和較低的負載阻抗，放大器710可經(jīng)歷處于比(例如)增益擴大放大器510低 得多的輸入量值電平的增益壓縮。
在示范性實施例中，B類增益壓縮放大器中的有源NMOS晶體管的W/L比率可比本 文中早先描述的B類增益擴大放大器中的有源NMOS晶體管的W/L比率大約四到十倍。在 示范性實施例中，B類增益壓縮放大器中的有源NMOS晶體管的W/L比率大于五千。如關于圖5中描繪的示范性實施例所描述，在圖7中，(例如)使用復制品電路 720. 1、偏流電路720. 2和參考電流模塊730經(jīng)由晶體管MP2而建立穿過主放大器710的偏 流。在示范性實施例中，根據(jù)本文中先前參看圖5而描述的電流偏置技術，增益壓縮放大器 還可經(jīng)偏置以用于AB類操作。在示范性實施例中，偏置AB類增益壓縮放大器的電流可為 約 800 μ Ao主放大器710進一步針對有源晶體管ΜΡ3利用獨立偏置方案，所述有源晶體管ΜΡ3 的柵極偏壓經(jīng)由電阻器RP3耦合到op amp AP2的輸出。op amp AP2感測第一復制品電路 720. 1的節(jié)點D處的電壓VD，并調整MP3的偏置以將節(jié)點D處的VD驅動到接近于電壓Vref。 在示范性實施例中，可將Vref設計為供應電壓的一半或VDD/2。因為電壓VC經(jīng)設計以復制 電壓VD，所以在工藝、供應電壓和溫度變化時，圖7的偏置方案將主放大器710的輸出電壓 有效地設定為Vref。此使主放大器710的增益壓縮特性穩(wěn)定。在示范性實施例(未圖示)中，電流Ibias2可在帶隙(補償?shù)臏囟?電流源與和 絕對溫度成比例(PTAT)的電流源之間切換?？蓛冉ú⑻峁囟葌鞲衅饕宰詣訙y量電路的 溫度，并基于所述所測量溫度在電流源之間切換。在此示范性實施例中，當所測量的溫度高 于室溫時，rtiad可從PTAT電流源導出，以在較高溫度下補償減小的MOS跨導(gm)。當所 測量的溫度為室溫或低于室溫時，可從帶隙電流源導出，以減少主放大器710的增 益壓縮上的變化。圖8描繪根據(jù)本發(fā)明的呈用于發(fā)射器電路的前置驅動器放大器/驅動器放大器的 形式的放大器的示范性實施例。在圖8中，將基帶輸入信號BB_I(同相)和BB_Q(正交相) 提供到低通濾波器803. 1和803. 2。將所述低通濾波器的輸出信號提供到混頻器804. 1和 804. 2，混頻器804. 1和804. 2通過將經(jīng)濾波的基帶信號分別乘以本機振蕩器信號L0_I和 L0_Q而將其調制到較高頻率?；祛l器804. 1和804. 2的差動輸出經(jīng)組合并提供到增益被動 態(tài)控制的可變增益放大器(VGA) 804. 5。接著將VGA 804. 5的差動輸出耦合到平衡-不平衡 轉換器801的平衡-不平衡轉換器主元件801. 1。平衡-不平衡轉換器801還包括電磁耦 合到平衡-不平衡轉換器主元件801. 1的平衡-不平衡轉換器次元件801. 2。平衡-不平 衡轉換器801用以將跨越平衡-不平衡轉換器主元件801. 1的差動信號轉換成在平衡-不 平衡轉換器次元件801. 2的節(jié)點801. 2a處的單端信號，其中平衡-不平衡轉換器次元件 801. 2的另一節(jié)點801. 2b耦合到接地電壓。在圖8中，將平衡-不平衡轉換器主元件和次 元件展示為相互耦合的電感器，但本發(fā)明并不限于將平衡-不平衡轉換器實施為相互耦合 的電感器。在圖8中，平衡-不平衡轉換器主電感801. 1經(jīng)分接到DC供應電壓VDD，且在平 衡-不平衡轉換器主電感801. 1的任一節(jié)點處的AC信號通?？沙^VDD。在圖8中，平衡-不平衡轉換器次元件801. 2的節(jié)點801.加耦合到前置驅動器放 大器(pDA)802，隨后耦合到驅動器放大器(DA)803。在示范性實施例中，可使用DA 803的 輸出來驅動功率放大器(PA)和/或其它芯片外電路。在替代性示范性實施例(未圖示) 中，DA 803的輸出可在無額外放大級的情況下直接驅動芯片外天線以用于進行無線信號發(fā) 射。根據(jù)本發(fā)明，PDA 802可為增益擴大放大器，且DA 803可為正常增益擴大放大器。在示范性實施例中，可使用上文中所描述的穩(wěn)定技術來偏置PDA 802和DA 803。圖9描繪根據(jù)本發(fā)明的方法的示范性實施例。在步驟900中，將放大器輸入信號 提供到具有如先前在上文中描述的特性的增益擴大放大器。在步驟910處，將增益擴大放 大器輸出耦合到增益壓縮放大器輸入。在步驟920處，將增益壓縮放大器輸出耦合到放大 器輸出信號。注意，僅出于說明目的而展示圖8中所描繪的發(fā)射器架構。所屬領域的技術人員 將意識到，替代性發(fā)射器架構可省略所展示的一些元件或并入有未展示的其它元件。預期 本發(fā)明的技術適用于此類替代性發(fā)射器架構。所屬領域的技術人員應理解，可使用多種不同技藝和技術中的任一者來表示信息 和信號。舉例來說，可通過電壓、電流、電磁波、磁場或磁性粒子、光場或光學粒子，或其任何 組合來表示在整個以上描述中所參考的數(shù)據(jù)、指令、命令、信息、信號、位、符號和碼片。所屬領域的技術人員將進一步了解，結合本文所揭示的實施例而描述的各種說明 性邏輯塊、模塊、電路和算法步驟可實施為電子硬件、計算機軟件或兩者的組合。為了清楚 地說明硬件與軟件的此可互換性，已在上文大體上就其功能性描述了各種說明性組件、塊、 模塊、電路和步驟。將此功能性實施為硬件還是軟件視特定應用和強加于整個系統(tǒng)的設計 約束而定。熟練的技術人員可針對每一特定應用以不同方式實施所描述的功能性，但此類 實施方案決策不應被解釋為會導致脫離本發(fā)明的示范性實施例的范圍?？墒褂猛ㄓ锰幚砥?、數(shù)字信號處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門 陣列(FPGA)或其它可編程邏輯裝置、離散門或晶體管邏輯、離散硬件組件，或其經(jīng)設計以 執(zhí)行本文中所描述的功能的任何組合來實施或執(zhí)行結合本文中所揭示的實施例而描述的 各種說明性邏輯塊、模塊和電路。通用處理器可為微處理器，但在替代方案中，處理器可為 任何常規(guī)處理器、控制器、微控制器或狀態(tài)機。還可將處理器實施為計算裝置的組合，例如， DSP與微處理器的組合、多個微處理器、聯(lián)合DSP核心的一個或一個以上微處理器，或任何 其它此類配置。結合本文中所揭示的實施例而描述的方法或算法的步驟可直接以硬件、以由處理 器執(zhí)行的軟件模塊或以兩者的組合來體現(xiàn)。軟件模塊可駐留于隨機存取存儲器(RAM)、快閃 存儲器、只讀存儲器(ROM)、電可編程ROM(EPROM)、電可擦除可編程ROM(EEPROM)、寄存器、 硬盤、可裝卸磁盤、CD-ROM或此項技術中已知的任何其它形式的存儲媒體中。將一示范性 存儲媒體耦合到處理器，使得所述處理器可從所述存儲媒體讀取信息和將信息寫入到所述 存儲媒體。在替代方案中，存儲媒體可與處理器成一體。處理器和存儲媒體可駐留于ASIC 中。ASIC可駐留于用戶終端中。在替代方案中，處理器和存儲媒體可作為離散組件而駐留 于用戶終端中。在一個或一個以上示范性實施例中，所描述的功能可以硬件、軟件、固件或其任何 組合來實施。如果以軟件實施，則可將功能作為一個或一個以上指令或代碼存儲于計算機 可讀媒體上或經(jīng)由計算機可讀媒體來傳輸。計算機可讀媒體包括計算機存儲媒體和通信媒 體(包括促進將計算機程序從一處傳送到另一處的任何媒體)兩者。存儲媒體可為可由計 算機存取的任何可用媒體。以實例而非限制的方式，此些計算機可讀媒體可包含RAM、R0M、 EEPR0M、⑶-ROM或其它光盤存儲裝置、磁盤存儲裝置或其它磁性存儲裝置，或可用于以指令 或數(shù)據(jù)結構的形式載運或存儲所要程序代碼且可由計算機存取的任何其它媒體。而且，可適當?shù)貙⑷魏芜B接稱為計算機可讀媒體。舉例來說，如果使用同軸電纜、光纖電纜、雙絞線、 數(shù)字訂戶線(DSL)或例如紅外、無線電和微波第無線技術從網(wǎng)站、服務器或其它遠程源發(fā) 射軟件，則同軸電纜、光纖電纜、雙絞線、DSL或例如紅外、無線電和微波第無線技術包括于 媒體的定義中。如本文中所使用，磁盤和光盤包括壓縮光盤(CD)、激光光盤、光學光盤、數(shù)字 多功能光盤(DVD)、軟盤和藍光光盤，其中磁盤通常以磁性方式再現(xiàn)數(shù)據(jù)，而光盤用激光以 光學方式再現(xiàn)數(shù)據(jù)。以上各物的組合也應包括于計算機可讀媒體的范圍內。在本說明書和權利要求書中，應理解，當一元件被稱作“連接到”或“耦合到”另一 元件時，其可直接連接到或耦合到所述另一元件或可存在介入元件。相比而言，當一元件被 稱作“直接連接到”或“直接耦合到”另一元件時，不存在介入元件。提供對所揭示示范性實施例的先前描述以使所屬領域的技術人員能夠制作或使 用本發(fā)明。所屬領域的技術人員將容易明白對這些示范性實施例的各種修改，且可在不脫 離本發(fā)明的精神或范圍的情況下將本文中所界定的一般原理應用于其它實施例。因此，本 發(fā)明無意限于本文所展示的實施例，而是將賦予本發(fā)明與本文所揭示的原理和新穎特征一 致的最廣范圍。
權利要求
1.一種設備，其包含第一放大器級，其具有輸入信號和輸出信號；以及增益擴大放大器級，其具有輸入信號和輸出信號，所述增益擴大放大器級的所述輸出 信號耦合到所述第一放大器級的輸入，所述增益擴大放大器級將第一增益提供給第一輸入 信號量值且將第二增益提供給第二輸入信號量值，所述第二輸入信號量值大于所述第一輸 入信號量值，所述第二增益大于所述第一增益；且所述增益擴大放大器級包含B類放大器或AB類放大器。
2.根據(jù)權利要求1所述的設備，所述第一放大器級包含反相器耦合的晶體管。
3.根據(jù)權利要求2所述的設備，所述第一放大器級進一步包含與所述反相器耦合的晶 體管串聯(lián)耦合的晶體管以選擇性地啟用或停用所述第一放大器級。
4.根據(jù)權利要求1所述的設備，所述增益擴大放大器級包含并聯(lián)耦合到AB類放大器的 B類放大器。
5.根據(jù)權利要求4所述的設備，所述增益擴大放大器級進一步包含偏流穩(wěn)定電路，所 述偏流穩(wěn)定電路包含偏流電路，其復制所述增益擴大電路中的B類或AB類主放大器，所述偏流電路支持偏 流讓^81，所述偏流電路中的第一偏壓晶體管的偏壓耦合到所述主放大器中的對應晶體管 的柵極偏壓。
6.根據(jù)權利要求5所述的設備，所述偏流rtiasl是從帶隙電壓參考導出的。
7.根據(jù)權利要求5所述的設備，所述偏流穩(wěn)定電路進一步包含第一復制品電路，其復制所述增益擴大電路中的所述主放大器，所述第一復制品電路 包含具有耦合到所述主放大器中的對應晶體管的所述偏壓的偏壓的晶體管；以及差放大器，其放大第一輸入端子電壓與第二輸入端子電壓之間的差，所述第一輸入端 子耦合到所述偏流電路的輸出電壓，所述第二輸入端子耦合到所述第一復制品電路的輸出 電壓，所述差放大器產(chǎn)生耦合到所述第一偏壓晶體管的輸出電壓。
8.根據(jù)權利要求7所述的設備，所述主放大器進一步包含第二有源晶體管，所述第二 有源晶體管的漏極耦合到所述第二有源晶體管的柵極。
9.根據(jù)權利要求7所述的設備，所述增益擴大放大器級包含并聯(lián)耦合到AB類放大器的 B類放大器，所述增益擴大放大器級中的每一放大器包含偏流穩(wěn)定電路。
10.根據(jù)權利要求2所述的設備，所述第一放大器級進一步包含偏流穩(wěn)定電路，所述偏 流穩(wěn)定電路包含偏流電路，其復制所述第一放大器級中的主放大器，所述偏流電路支持偏流rtiaS2，所 述偏流電路中的第一偏壓晶體管的所述偏壓耦合到所述主放大器中的對應晶體管的所述 柵極偏壓；第一復制品電路，其復制所述第一放大器級中的所述主放大器，所述第一復制品電路 包含具有耦合到所述主放大器中的對應晶體管的所述偏壓的偏壓的晶體管；以及第一差放大器，其放大第一輸入端子電壓與第二輸入端子電壓之間的差，所述第一輸 入端子耦合到所述偏流電路的輸出電壓，所述第二輸入端子耦合到所述第一復制品電路的 輸出電壓，所述第一差放大器產(chǎn)生耦合到所述第一偏壓晶體管的輸出電壓。
11.根據(jù)權利要求2所述的設備，當所述設備的溫度小于參考溫度時，所述偏流是從帶隙電壓參考導出的。
12.根據(jù)權利要求7所述的設備，當所述設備的溫度大于參考溫度時，所述偏流 與絕對溫度成比例。
13.根據(jù)權利要求12所述的設備，所述第一放大器級進一步包含輸出電壓穩(wěn)定電路， 所述輸出電壓穩(wěn)定電路包含第二差放大器，所述第二差放大器放大第一輸入端子電壓與第 二輸入端子電壓之間的差，所述第一端子耦合到所述第一復制品電路的輸出電壓，所述第 二輸入端子耦合到參考電壓，所述第二差放大器產(chǎn)生輸出電壓，所述輸出電壓經(jīng)耦合以偏 置所述第一放大器級的所述主放大器中的第二有源晶體管。
14.根據(jù)權利要求13所述的設備，所述參考電壓為供應電壓的一半。
15.根據(jù)權利要求1所述的設備，所述增益擴大放大器級為發(fā)射器設備中的前置驅動 器放大器級，所述第一放大器級為發(fā)射器設備中的驅動器放大器級。
16.一種用于放大放大器輸入信號以產(chǎn)生放大器輸出信號的方法，所述方法包含使用具有輸入信號和輸出信號的增益擴大放大器級來放大所述放大器輸入信號，所述 增益擴大放大器級將第一增益提供給第一增益擴大輸入信號量值且將第二增益提供給第 二增益擴大輸入信號量值，所述第二增益擴大輸入信號量值大于所述第一增益擴大輸入信 號量值，所述第二增益大于所述第一增益；將所述增益擴大放大器級的所述輸出信號耦合到第一放大器級，所述第一放大器級的 輸出信號耦合到所述放大器輸出信號；且所述增益擴大放大器包含B類放大器或AB類放大器。
17.根據(jù)權利要求16所述的方法，所述第一放大器級包含反相器耦合的晶體管。
18.根據(jù)權利要求17所述的方法，所述第一放大器級進一步包含與所述反相器耦合的 晶體管串聯(lián)耦合以選擇性地啟用或停用所述第一放大器級的晶體管。
19.根據(jù)權利要求16所述的方法，所述增益擴大放大器級包含并聯(lián)耦合到AB類放大器 的B類放大器。
20.根據(jù)權利要求17所述的方法，所述增益擴大放大器級進一步包含偏流穩(wěn)定電路，所述偏流穩(wěn)定電路包含偏流電路，其復制所述增益擴大電路中的B類或AB類主放大器，所述偏流電路支持偏 流rtiasl，所述偏流電路中的第一偏壓晶體管的偏壓耦合到所述主放大器中的對應晶體管 的柵極偏壓。
21.根據(jù)權利要求20所述的方法，從帶隙電壓參考導出所述偏流rtiasl。
22.根據(jù)權利要求20所述的方法，所述偏流穩(wěn)定電路進一步包含第一復制品電路，其復制所述增益擴大電路中的所述主放大器，所述第一復制品電路 包含具有耦合到所述主放大器中的對應晶體管的所述偏壓的偏壓的晶體管；以及差放大器，其放大第一輸入端子電壓與第二輸入端子電壓之間的差，所述第一輸入端 子耦合到所述偏流電路的輸出電壓，所述第二輸入端子耦合到所述第一復制品電路的輸出 電壓，所述差放大器產(chǎn)生耦合到所述第一偏壓晶體管的輸出電壓。
23.根據(jù)權利要求22所述的方法，所述主放大器進一步包含第二有源晶體管，所述第 二有源晶體管的漏極耦合到所述第二有源晶體管的柵極。
24.根據(jù)權利要求22所述的方法，所述增益擴大放大器級包含并聯(lián)耦合到AB類放大器的B類放大器，所述增益擴大放大器級中的每一放大器包含偏流穩(wěn)定電路。
25.根據(jù)權利要求17所述的方法，所述第一放大器級進一步包含偏流穩(wěn)定電路，所述 偏流穩(wěn)定放大器包含偏流電路，其復制所述第一放大器級中的主放大器，所述偏流電路支持偏流rtiaS2，所 述偏流電路中的第一偏壓晶體管的所述偏壓耦合到所述主放大器中的對應晶體管的所述 柵極偏壓；第一復制品電路，其復制所述第一放大器級中的所述主放大器，所述第一復制品電路 包含具有耦合到所述主放大器中的對應晶體管的所述偏壓的偏壓的晶體管；以及第一差放大器，其放大第一輸入端子電壓與第二輸入端子電壓之間的差，所述第一輸 入端子耦合到所述偏流電路的輸出電壓，所述第二輸入端子耦合到所述第一復制品電路的 輸出電壓，所述第一差放大器產(chǎn)生耦合到所述第一偏壓晶體管的輸出電壓。
26.根據(jù)權利要求25所述的方法，當所測量的溫度小于參考溫度時，從帶隙電壓參考 導出所述偏流H3iaS2。
27.根據(jù)權利要求沈所述的方法，當所述所測量的溫度大于參考溫度時，所述偏流 Ibias2與絕對溫度成比例。
28.根據(jù)權利要求27所述的方法，所述第一放大器級進一步包含輸出電壓穩(wěn)定電路， 所述輸出電壓穩(wěn)定電路包含第二差放大器，所述第二差放大器放大第一輸入端子電壓與第 二輸入端子電壓之間的差，所述第一端子耦合到所述第一復制品電路的輸出電壓，所述第 二輸入端子耦合到參考電壓，所述第二差放大器產(chǎn)生輸出電壓，所述輸出電壓經(jīng)耦合以偏 置所述第一放大器級的所述主放大器中的第二有源晶體管。
29.根據(jù)權利要求觀所述的方法，所述參考電壓為供應電壓的一半。
30.根據(jù)權利要求16所述的方法，所述增益擴大放大器級為發(fā)射器設備中的前置驅動 器放大器級，所述第一放大器級為發(fā)射器設備中的驅動器放大器級。
31.一種用于放大放大器輸入信號以產(chǎn)生放大器輸出信號的設備，所述設備包含第一放大器級，其具有輸入信號和輸出信號；以及用于依據(jù)輸入信號量值而擴大應用到輸入信號的增益的增益擴大裝置，所述增益擴大 裝置的輸出信號耦合到所述第一放大器級的所述輸入信號。
32.根據(jù)權利要求31所述的設備，其進一步包含用于在所述增益擴大裝置中設定恒定 偏流的裝置。
33.根據(jù)權利要求32所述的設備，其進一步包含用于在所述第一放大器級中設定溫度 相依偏流的裝置。
34.根據(jù)權利要求33所述的設備，其進一步包含用于設定所述第一放大器級的恒定輸 出電壓的裝置。
全文摘要
本發(fā)明揭示用于通過將展現(xiàn)增益壓縮的放大器與增益擴大級串接來擴展放大器的線性操作范圍的技術。在示范性實施例中，增益擴大級(510)并入有B類級、AB類級，或所述兩者的組合。在示范性實施例中，所述增益壓縮級和增益擴大級兩者均具備用以在溫度、工藝和/或供應電壓變化時確保穩(wěn)定偏置電流的復制品電流偏置方案(520)。進一步揭示的是用以設定DC輸出電壓以確保最大線性操作范圍的輸出電壓偏置方案。
文檔編號H03F1/32GK102067443SQ200980123385
公開日2011年5月18日 申請日期2009年6月19日 優(yōu)先權日2008年6月20日
發(fā)明者?？ㄌm·阿尼魯?shù)? 秋參·那拉通, 蘇文俊 申請人:高通股份有限公司