專利名稱：功率放大器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明實施例總體涉及功率放大器，更具體地講，涉及在并行放大系統(tǒng)中共享電感器級間匹配(inductor interstage matching)的系統(tǒng)和方法
背景技術(shù)：
集成電路的實現(xiàn)大小可顯著影響制造成本。集成電路的關(guān)鍵設(shè)計塊中的一個是電感器，由于電感器的平坦外形，電感器常常被看作是占據(jù)空間的部件。因此，為了減小集成電路的整個大小，應最小化包括在集成電路中的電感器的數(shù)量。圖1示出大的功率放大器101的實施。具體地，使用多個功率放大器102、103、104 實現(xiàn)了所述大的功率放大器，在所述多個功率放大器102、103、104中的各個輸入直接相互連接，各個輸出直接相互連接。功率放大器102、103、104的輸入的相互連接導致在輸入處存在大的寄生元件105、106、109、110、113和114，從而導致功率放大器102、103、104的不均勻的驅(qū)動。相似的，在功率放大器102、103、104的輸出處也存在寄生元件107、108、111、 112、115、116。已利用并聯(lián)放大功率放大器來試圖克服針對圖1描述的一個或多個缺陷。在用 CMOS技術(shù)設(shè)計并聯(lián)放大的功率放大器中，由于每個COMS裝置的電容輸入特性，所以每個功率放大路徑需要在對應的驅(qū)動器與功率級之間進行電感級間匹配。因此，電感級間匹配部件的數(shù)量隨著并聯(lián)放大路徑數(shù)量的增加而相似地增加。具有大量的級間匹配電感器占據(jù)大的面積，從而增加實現(xiàn)成本。作為示例，圖2A示出傳統(tǒng)功率放大器系統(tǒng)，所述功率放大器系統(tǒng)包括多個功率放大器207、208、209和輸出匹配網(wǎng)絡210。用于高增益的共射-共基放大(cacode amplication)需要驅(qū)動器放大器201、202、203，驅(qū)動器放大器201、202、203的各個輸出需要與功率放大器207、208、209各個的輸入匹配。在CMOS設(shè)計中，由于CMOS裝置的電容本質(zhì)，一般通過電感部件來執(zhí)行匹配。這些電感部件可以是電感器204、205和206。清楚的是，在集成電路實現(xiàn)中，使用用于匹配的多個電感器204、205、206可占據(jù)顯著面積。圖2B示出與圖2A的功率放大器系統(tǒng)相似的另一傳統(tǒng)的功率放大器系統(tǒng)。具體地講，存在多個功率放大器驅(qū)動器放大器211、212、213和對應數(shù)量的功率放大器217、218、 219。相似地，存在輸出匹配網(wǎng)絡220。然而，驅(qū)動器放大器211、212、213的各個輸出與功率放大器217、218、219的各個輸入之間的匹配基于各個變壓器214、215、216。清楚的是，在集成電路的實現(xiàn)中，使用用于匹配的多個變壓器214、215、216可占據(jù)顯著位置，因此，在產(chǎn)業(yè)中需要在并聯(lián)放大系統(tǒng)中共享電感器級間匹配。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明示例實施例，提供了一種功率放大器系統(tǒng)。所述功率放大器系統(tǒng)可包括多個驅(qū)動器放大器，每個驅(qū)動器放大器包括至少一個各自的輸入端口和至少一個各自的輸出端口 ；多個功率放大器，每個功率放大器包括至少一個各自的輸入端口和至少一個
5各自的輸出端口。所述功率放大器系統(tǒng)還可包括共享的電感器，所述共享的電感器提供所述多個驅(qū)動器放大器的各自的輸出端口與所述多個功率放大器的各自的輸入端口之間的共同級間匹配。根據(jù)本發(fā)明另一示例實施例，提供了一種功率放大器系統(tǒng)。所述功率放大器系統(tǒng)可包括多個驅(qū)動器放大器，每個驅(qū)動器放大器包括至少一個各自的輸入端口和至少一個各自的輸出端口 ；多個功率放大器，每個功率放大器包括至少一個各自的輸入端口和至少一個各自的輸出端口。所述功率放大器系統(tǒng)還可包括共享的變壓器，所述共享的變壓器提供所述多個驅(qū)動器放大器的各自的輸出端口與所述多個功率放大器的各自的輸入端口之間的共同級間匹配。


用通用術(shù)語描述了本發(fā)明，將參照附圖對本發(fā)明進行描述，所述附圖不是必須按比例繪制，其中圖1示出傳統(tǒng)的大的功率放大器的實現(xiàn)；圖2A示出使用用于級間匹配的電感器的傳統(tǒng)的并聯(lián)功率放大系統(tǒng)的框圖；圖2B示出使用用于級間匹配的變壓器的傳統(tǒng)的并聯(lián)功率放大系統(tǒng)的框圖；圖3示出根據(jù)本發(fā)明示例實施例的用于以CMOS技術(shù)實現(xiàn)的功率放大器的示例輸入阻抗的；圖4示出根據(jù)本發(fā)明示例實施例的共享的電感器用于多個并聯(lián)放大路徑的級間匹配的示例放大器系統(tǒng)；圖5示出根據(jù)本發(fā)明示例實施例的共享的變壓器用于多個并聯(lián)放大路徑的級間匹配的示例放大器系統(tǒng)。
具體實施例方式以下將參照附圖更全面地描述本發(fā)明的示例實施例，附圖中，示出了一些實施例， 而不是全部實施例。因此，可以以各種不同形式實現(xiàn)這些發(fā)明，這些發(fā)明不應理解為局限于在此闡述的實施例；而是，提供這些實施例，從而該公開將滿足適用的法律要求。貫穿全文， 相同的標號表示相同元件。圖3示出根據(jù)本發(fā)明示例實施例的以CMOS技術(shù)實現(xiàn)的功率放大器級的示例輸入阻抗。清楚的是，雖然圖3示出單個功率級，但是根據(jù)本發(fā)明示例實施例，這是用于并聯(lián)放大的以并聯(lián)操作的多個η功率級中的代表性一個。如圖3所示，存在具有差分輸入和輸出端口的CMOS功率放大器302(例如，PAn)。 通過添加電感匹配元件301來匹配功率放大器302的輸入電容?？梢砸约壜?lián)(cascade)配置構(gòu)建CMOS功率放大器302，所述級聯(lián)配置堆疊兩個或更多個晶體管(例如，堆疊的晶體管304、306或305、307)以消除對每個晶體管的電壓應力。更具體地，在圖3中，第一級聯(lián)級包括堆疊的晶體管304、306，第二級聯(lián)級包括堆疊的晶體管305、307。從而晶體管306的漏極可連接到晶體管304的源極，而晶體管307的漏極可連接到晶體管305的源極。此外，可以以(例如，晶體管306、307提供的)差分配置構(gòu)建CMOS功率放大器302 以消除基底跳躍(substrate bouncing)，CMOS基底的未定義的地可在地308引起所述基底跳躍。根據(jù)該差分配置，通過晶體管306、307的各自柵極提供差分輸入端口。相似的，晶體管306、307的各個源極連接到地308。晶體管304、305的柵極相互連接。晶體管304、305 的漏極可為CMOS功率放大器提供差分輸出端口。根據(jù)本發(fā)明示例實施例，通常由電容元件來控制晶體管306、307的輸入電容，從而通過添加電感元件303來匹配所述輸入電感，因此導致在操作頻率處的諧振。在諧振頻率處，輸入阻抗(Rin)可表示為具有品質(zhì)因素Glin= 2X π XfXLn/I nm電阻器309(Rn)，電感器310(Ln)和電容器311(Cn)的簡單形式，其中，1^是電阻器309的固有電阻。因此，輸入阻抗(Rin)可比表示為(Rin) = RnX (1+Qin2)。當功率驅(qū)動器302在其輸入被驅(qū)動時，需要的總電抗(La)如下當L1 = L2 =...=Ln時，La = L^L2+. . . +Ln = η X Ln，其中，η表示如在此進一步詳細描述的共享級間匹配的并聯(lián)功率級的數(shù)量。每個電感器310與每個功率級具有如下操作頻率的諧振= 1/2 (2 X π X (CnXLn)172)。清楚的是，圖3所示的一個或更多個晶體管可以是M0SFET。然而，在不脫離本發(fā)明示例實施例的情況下，可相似地使用其它FET。圖4示出根據(jù)本發(fā)明示例實施例的共享的電感器404用于多個并聯(lián)放大路徑的級間匹配的示例功率放大器。如圖4所示，對于并行放大，各個驅(qū)動器放大器401、402、403 的各自差分輸出端口連接到各個功率放大器405、406、407的各自差分輸入端口。更具體地講，驅(qū)動器放大器401的第一正輸出端口通過電子路徑420連接到功率放大器405的第一正輸入端口，驅(qū)動器放大器401的第二負輸出端口通過電子路徑421連接到功率放大器405 的第二負輸入端口。相似地，驅(qū)動器放大器402的第一正輸出端口通過電子路徑430連接到功率放大器406的第一正輸入端口，驅(qū)動器放大器402的第二負輸出端口通過電子路徑 431連接到功率放大器406的第二負輸入端口。相似地，驅(qū)動器放大器403的第一正輸出端口通過電子路徑440連接到功率放大器407的第一正輸入端口，驅(qū)動器放大器403的第二負輸出端口通過電子路徑441連接到功率放大器407的第二負輸入端口。然而，代替對每個驅(qū)動器放大器和功率放大器配對使用單獨的匹配電感器，可將共享的電感器404用在差分端口之間，從而將所有正端口連接在一起，將所有負端口連接在一起，并將驅(qū)動器放大器401、402、403與功率放大器405、406、407之間的端口的數(shù)量減少為用于共享的電感器404的連接的兩個端口。更具體地講，電感器404的第一末端或端口 40 可共同地連接到電子路徑420、430、440提供的各個正端口。相似地，電感器的第二末端或端口 404b可共同地連接到電子路徑421、431、441各個負端口。可由輸出匹配網(wǎng)絡 408或其它功率組合器對各個差分輸出所提供的功率放大器405、406、407的并聯(lián)放大進行組合，以產(chǎn)生單端系統(tǒng)輸出。清楚的是，根據(jù)本發(fā)明示例實施例，除了執(zhí)行阻抗匹配，輸出匹配網(wǎng)絡408還可包括用于將平衡的差分輸出轉(zhuǎn)換為不平衡單端輸出的平衡不平衡轉(zhuǎn)換器(balim)。清楚的是，雖然電感器404示出為單個電感器，根據(jù)本發(fā)明示例實施例，電感器404可包括實質(zhì)上任意兩個端口電感裝置。因此，在不脫離本發(fā)明示例實施例的情況下， 兩個端口電感裝置可包括串聯(lián)和/或并聯(lián)的多個電感器。還清楚的是，根據(jù)示例實施例，使用CMOS技術(shù)，可將驅(qū)動器放大器401、402、403和功率放大器405、406、407與共享的電感器 404 一同實現(xiàn)在單個集成電路中。相似地，在不脫離本示例實施例的情況下，輸出匹配網(wǎng)絡還可被實現(xiàn)為單個集成電路的部分。
圖5示出根據(jù)本發(fā)明示例實施例的將共享的變壓器512用于多個并聯(lián)放大路徑的級間匹配。驅(qū)動器放大器409、410、411和功率放大器413、414、415與對圖4的描述的驅(qū)動放大器和功率放大器相似。然而，在圖5中，使用共享的變壓器512來代替共享的電感器 404。共享的變壓器512可包括電感耦合到二次繞組的一次繞組。一次繞組可具有第一端口 51 和第二端口 512b。相似地，二次繞組可具有第一端口 512c和第二端口 512d。在圖5中，驅(qū)動器放大器409、410、411的正輸出端口可通過各自的電子連接510、 520、530連接到一次繞組的第一末端或端口 512a。相似地，驅(qū)動器放大器409、410、411的負輸出端口可通過各自的電子連接511、521、531連接到一次繞組的第二末端或端口 512b。 另一方面，二次繞組的第一末端或端口 512c可連接到功率放大器413、414、415的正輸入端口。相似地，二次繞組的第二末端或端口 512d可連接到功率放大器413、414、415的負輸入端□。如果如在圖4或圖5將功率放大器PAl-n 405、406、407的輸入端口組合，則可將輸入電容乘以并聯(lián)放大的數(shù)量n，S卩，Cin = IiXCn，這個電感僅為將被匹配的電容?？蓪⒉僮黝l率重新定義為 f。= 1/(2X π X (CnXLn)172) = 1/(2X π X (Cin/nXLBXn)1/2) = 1/ (2X π X (CinXLe)172)。為了保持相同操作頻率，需要的電感可減少為Lb = L>，可僅使用一個電感元件。因此，用于提出的設(shè)計的總電感可以是Lb = Ln/n = LA/n2，級間電感器的大小顯著地減小。相似地，如圖5所示，可將共享的變壓器512用于驅(qū)動器放大器409、410、411與功率放大器413、414、415之間的并聯(lián)。例如，還可將圖2B中用于級間匹配的變壓器214、215、 216進行組合，以提供圖5所示的共享的變壓器512。由于可通過用于匹配的變壓器114、 115、116的二次繞組來實現(xiàn)用于功率放大器413、414、415的需要的電感，所以如果電感被組合一起，則以與提供給共享的電感器404的方式相同的方式，可減小級間匹配變壓器512 的大小。即使大小減小，但由于相互連接沒有引起不期望的電感或電子寄生元件，所以功率級的驅(qū)動沒有受到大的影響。清楚的是，雖然圖4和圖5明確地僅示出三個并聯(lián)放大路徑，但是在不脫離本發(fā)明示例實施例的情況下，其它實施例可具有更少或更多并聯(lián)放大路徑。本發(fā)明所屬的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員將想到在此闡述的本發(fā)明的更多修改和其它實施例，所述更多修改和其它實施例具有上述描述和相關(guān)附圖中提供的啟示的效果。因此， 理解的是，本發(fā)明不限于公開的特定實施例，所述修改和其它實施例試圖包括在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。雖然在此采用的特定術(shù)語，所述術(shù)語僅用于通用和描述，不用于限制。
權(quán)利要求
1.一種功率放大器系統(tǒng)，所述功率放大器系統(tǒng)包括多個驅(qū)動器放大器，其中，每個驅(qū)動器放大器包括至少一個各自的輸入端口和至少一個各自的輸出端口；多個功率放大器，其中，每個功率放大器包括至少一個各自的輸入端口和至少一個各自的輸出端口；共享的電感器，提供所述多個驅(qū)動器放大器的各自的輸出端口與所述多個功率放大器的各自的輸入端口之間的共同級間匹配。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，每個驅(qū)動器放大器包括各自的正輸出端口和各自的負輸出端口，其中，每個功率放大器包括各自的正輸入端口和各自的負輸入端口 ；以及其中，共享的電感器包括第一端口和第二端口，其中，共享的電感器的第一端口連接到所述多個驅(qū)動器放大器的正輸出端口和所述多個功率放大器的正輸入端口，其中，共享的電感器的第二端口連接到所述多個驅(qū)動器放大器的負輸出端口和所述多個功率放大器的負輸入端口。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括功率組合器，從所述多個功率放大器的各自的輸出端口接收輸入，并產(chǎn)生組合的輸出。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，功率組合器是輸出匹配網(wǎng)絡。
5.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，每個功率放大器提供各自的差分輸出，其中，輸出匹配網(wǎng)絡包括平衡不平衡轉(zhuǎn)換器，所述平衡不平衡轉(zhuǎn)換器用于將來自所述多個功率放大器中的每一個的各個差分輸出組合為單端輸出信號作為組合的輸出。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述多個驅(qū)動器放大器至少包括第一驅(qū)動器放大器和第二驅(qū)動器放大器，其中， 第一驅(qū)動器放大器包括第一差分輸出端口和第二差分輸出端口，第二驅(qū)動器放大器包括第三差分輸出端口和第四差分輸出端口 ；其中，所述多個功率放大器至少包括第一功率放大器和第二功率放大器，其中，第一功率放大器包括第一差分輸入端口和第二差分輸入端口，第二驅(qū)動器放大器包括第三差分輸入端口和第四差分輸入端口；以及其中，第一差分輸出端口連接到第一差分輸入端口，第二差分輸出端口連接到第二差分輸入端口，第三差分輸出端口連接到第三差分輸入端口，第四差分輸出端口連接到第四差分輸入端口。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，共享的電感器包括第一末端和第二末端，其中，共享的電感器的第一末端連接到第一差分輸入端口、第一差分輸出端口、第三差分輸入端口和第三差分輸出端口，其中，共享的電感器的第二末端連接到第二差分輸出端口、第二差分輸入端口、第四差分輸出端口和第四差分輸入端口。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，共享的電感器被配置為，使用與功率放大器相關(guān)聯(lián)的輸入電容進行操作，以在操作頻率產(chǎn)生諧振。
9.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，每個功率放大器是CMOS功率放大器，所述CMOS功率放大器至少包括配置為進行差分操作的第一級聯(lián)晶體管級和第二級聯(lián)晶體管級。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，第一級聯(lián)晶體管級包括第一晶體管和第二晶體管，其中，第二級聯(lián)晶體管級包括第三晶體管和第四晶體管，其中，第一晶體管和第三晶體管的各自柵極接收各自差分輸入，其中，第二晶體管和第四晶體管的各自漏極提供各自差分輸出。
11.一種功率放大器系統(tǒng)，所述功率放大器系統(tǒng)包括多個驅(qū)動器放大器，其中，每個驅(qū)動器放大器包括至少一個輸入端口和至少一個輸出端□；多個功率放大器，其中，每個功率放大器包括至少一個輸入端口和至少一個輸出端口 ；共享的變壓器，提供所述多個驅(qū)動器放大器的各自的輸出端口與所述多個功率放大器的各自的輸入端口之間的共同級間匹配。
12.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，每個驅(qū)動器放大器包括各自的正輸出端口和各自的負輸出端口，其中，每個功率放大器包括各自的正輸入端口和各自的負輸入端口 ；以及其中，共享的變壓器包括電感耦合到二次繞組的一次繞組，一次繞組包括第一端口和第二端口，二次繞組包括第三端口和第四端口 ；其中，一次繞組的第一端口連接到所述多個驅(qū)動器放大器的正輸出端口，其中，一次繞組的第二端口連接到所述多個驅(qū)動器放大器的負輸出端口，其中，二次繞組的第三端口連接到所述多個功率放大器的正輸入端口，其中，二次繞組的第四端口連接到所述多個功率放大器的負輸入端口。
13.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，還包括功率組合器，從所述多個功率放大器的各個輸出端口接收輸入并產(chǎn)生組合的輸出。
14.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，功率組合器是輸出匹配網(wǎng)絡。
15.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中，每個功率放大器提供各個差分輸出，其中，輸出匹配網(wǎng)絡包括平衡不平衡轉(zhuǎn)換器，所述平衡不平衡轉(zhuǎn)換器用于將來自所述多個功率放大器中的每一個的各個差分輸出組合為單端輸出信號作為組合的輸出。
16.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述多個驅(qū)動器放大器至少包括第一驅(qū)動器放大器和第二驅(qū)動器放大器，其中， 第一驅(qū)動器放大器包括第一差分輸出端口和第二差分輸出端口，第二驅(qū)動器放大器包括第三差分輸出端口第四差分輸出端口 ；其中，所述多個功率放大器至少包括第一功率放大器和第二功率放大器，其中，第一功率放大器包括第一差分輸入端口和第二差分輸入端口，第二驅(qū)動器放大器包括第三差分輸入端口和第四差分輸入端口 ；以及其中，第一差分輸出端口連接到第一差分輸輸入端口，第二差分輸出端口連接到第二差分輸入端口，第三差分輸出端口連接到第三差分輸入端口，第四差分輸出端口連接到第四差分輸入端口。
17.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中，共享的變壓器包括電感耦合到二次繞組的一次繞組，一次繞組包括第一末端和第二末端，二次繞組包括第三末端和第四末端，其中，一次繞組的第一末端連接到第一差分輸出端口和第三差分輸出端口，其中，一次繞組的第二末端連接到第二差分輸出末端和第四差分輸出端口，其中，二次繞組的第三末端連接到第一差分輸入端口和第三差分輸入端口，其中，二次繞組的第四末端連接到第二差分輸入端口和第四差分輸入端口。
18.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，共享的變壓器配置為，使用與功率放大器相關(guān)聯(lián)的輸入電容進行操作，以在操作頻率產(chǎn)生諧振。
19.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，每個功率放大器是CMOS功率放大器，所述CMOS 功率放大器至少包括配置為進行差分操作的第一級聯(lián)晶體管級和第二級聯(lián)晶體管級。
20.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，第一級聯(lián)晶體管級包括第一晶體管和第二晶體管，其中，第二級聯(lián)晶體管級包括第三晶體管和第四晶體管，其中，第一晶體管和第三晶體管的各自柵極接收各自差分輸入，其中，第二晶體管和第四晶體管的各自漏極提供各自差分輸出。
全文摘要
一種功率放大器系統(tǒng)。所述功率放大器系統(tǒng)可包括多個驅(qū)動器放大器和多個功率放大器，其中，每個驅(qū)動器放大器和功率放大器包括至少一個各自的輸入端口和至少一個各自的輸出端口。所述功率放大器系統(tǒng)還包括共享的電感裝置，所述共享的電感裝置提供所述多個驅(qū)動器放大器的各自輸出端口與所述多個功率放大器的各自輸入端口之間的共同級間匹配。共享的電感裝置可以是共享的電感器或共享的變壓器。
文檔編號H03F3/21GK102195575SQ20111002528
公開日2011年9月21日 申請日期2011年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月12日
發(fā)明者安奎煥, 樸倫緒, 李彰浩, 禹王命 申請人:三星電機株式會社