專利名稱：功率放大器中的靈活電流控制的制作方法
背景技術：
發(fā)明領域本發(fā)明一般涉及放大器電路中的改進，尤其涉及用于通信系統(tǒng)的改進的放大器電路，和更具體地，涉及用于靈活控制在移動或其它的電池供電電話如無繩或蜂窩電話內(nèi)功率放大器中的空載電流的電路。
本發(fā)明的背景與目的自從1897年Guglielmo Marconi發(fā)明了無線電報并在1897年證明無線電能夠提供與英倫海峽航行的船舶連續(xù)通信，無線通信在過去世紀中的發(fā)展是顯著的。由于Marconi的發(fā)現(xiàn)，新的有線和無線通信方法已被全世界的人們所采用。尤其在最近十年間，這種發(fā)展在加速進行，在此期間借助于使便攜無線設備更小、更便宜和更可靠的技術進步，移動無線通信行業(yè)呈指數(shù)增長。這些進步之一是越來越多地使用數(shù)字技術結合或替代模擬技術。
在每個移動電話中都有對發(fā)射電路設置從電池中吸收的DC電流的電路。適當?shù)碾娏麟娖綄τ谝宰銐驈姸群捅Ｕ娑劝l(fā)送電話呼叫是必須的，以便克服傳輸信道中的噪聲。
現(xiàn)在，通信系統(tǒng)如數(shù)字先進移動電話服務(D-AMPS)以在兩種通信模式之間切換的電路來工作在模擬和數(shù)字兩個模式中。該電路在兩個偏置點即靜態(tài)或空載DC電流設置之間交替變換，一個用于模擬模式和另一個用于數(shù)字模式。由于功率放大器的空載電流嚴重影響許多放大器和電話的參數(shù)，例如談話時間、鄰道功率(數(shù)字模式)和發(fā)熱，在D-AMPS和其它系統(tǒng)中這種空載電流調節(jié)的改善將導致更有效的電話使用。
同樣地，由于有許多每個帶有自己的標準和技術要求的不同通信系統(tǒng)，組合兩個或更多這種系統(tǒng)的移動電話將需要電路管理各種不同電平的空載電流使用。
現(xiàn)在在D-AMPS系統(tǒng)中，只為模擬模式設置一個靜態(tài)電流和為數(shù)字模式設置另一個已經(jīng)引起了許多問題。首先，當移動電話不必以最大RF功率發(fā)射時，電流被浪費，即預定和固定的最大電流電平提供了大大超過以較低發(fā)射功率電平需要的RF性能。如同此前所討論的，電流電平被設置得確保在最大RF功率設置上的正常工作。假設增加的電位用于改變功率電平要求，這種電流浪費在雙功能(模擬和數(shù)字)電話即無繩或蜂窩電話中尤其明顯。換句話說，組合的無繩/蜂窩電話將具有帶有不同所需電流電平的所需RF功率的較高動態(tài)范圍。
另外，盡管當輸出要求下降時減少功率消耗的一般問題通常由丙類偏置運行解決，該運行只適合于模擬FM應用而不適合線性很重要的數(shù)字應用，例如π/4數(shù)字正交相移鍵控調制系統(tǒng)。
設置靜態(tài)電流電平高到處理包括使用最大RF功率的所有需要中遇到的另一個問題是產(chǎn)生功率放大器中的合格率(yield)問題。該問題表面上是制造商沒有完全控制飽和漏電流IDSS的結果。這對于高功率情況不成問題，但是如果IDSS增加，在低功率情況下對發(fā)射效率是一個問題。無論如何高功率情況在RF驅動下拉動更大電流，然而低功率情況只吸收隨IDSS增加而增加的靜態(tài)電流。
另外，現(xiàn)在使用的常規(guī)功率放大器利用一個電流鏡象電路，如本申請附圖中描述的，來設置放大器級內(nèi)的漏電流?？墒牵娏麋R象電路是與溫度有關的，當放大器冷卻時設置較少的電流。以較低溫度，放大器不能充分地放大電流和電路放棄鄰道功率指標。一般地，通過使用昂貴的熱敏電阻解決溫度相關問題或通過在較高電平設置室溫電流。
盡管即使增加成本可以通過使用熱敏電阻解決上述與溫度相關問題，其它問題例如電流浪費和合格率并不容易解決，而是通常容忍它。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種可調節(jié)的放大器電路，該電路向發(fā)射電路提供可變電流電平。
本發(fā)明的另一個目的是通過靈活地調節(jié)發(fā)射所需要的電流電平來減少移動站或無線通信裝置中的電流浪費。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種無線通信裝置，該裝置包括一個向工作在各種和不同的系統(tǒng)要求和多模式應用中的發(fā)射電路提供正常電流電平的放大器電路。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種不太與溫度相關的放大器電路。
發(fā)明簡述本發(fā)明是指無線通信裝置中的放大器電路，該裝置包括一個數(shù)/模轉換器(DAC)和一個向發(fā)射電路發(fā)送可變電流的鏡象電路。DAC在特定裝置環(huán)境和要求下接收表示所需要的電流強度的一個數(shù)字信號，和對應的一個模擬信號被傳送給鏡象電路，該電路將模擬信號放大到用于驅動發(fā)射電路所需要的電平。
從下面簡要總結的附圖、本發(fā)明實施例的詳細描述和附帶的權利要求能夠獲得本發(fā)明的更完整的評價和保護范圍。
附圖簡述

圖1是用于功率放大器常規(guī)電流鏡象電路的示意圖；圖2是用于控制流過圖1的鏡象電路的電流電平的常規(guī)功率放大器電路設計，和在模擬和數(shù)字模式之間使用一個開關；圖3是移動通信裝置一部分的示意圖，該圖包括本發(fā)明改進的功率放大器電路設計的第一實施例，其通過使用一個數(shù)/模轉換器來靈活地控制流過鏡象電路和發(fā)射電路的電流電平；和圖4是圖3所示功率放大器電路的一個改型實施例。
本發(fā)明的詳細描述現(xiàn)在將參照附圖更全面地描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。然而，本發(fā)明可以用不同形式實施和此處的闡述不認為是對本發(fā)明的限制，提供這些實施例以便使公開更徹底和完整，并向本領域技術人員公開本發(fā)明的范圍。
為理解本發(fā)明中靈活控制的功率放大器電路如單片集成電路MMIC的工作，首先描述其元件部分即在MMIC功率放大器內(nèi)也稱為電流鏡象電路的功率放大器偏置控制電路是有用的。
參照圖1，一般以數(shù)字10表示鏡象電路的示意圖。Tx電壓是電池(未示出)產(chǎn)生的所調節(jié)的正向偏置電壓，該電壓被饋送給所有發(fā)射功能(除了直接耗費電池的功率場效應晶體管或FET)。在偏置中，Tx電壓施加在晶體管T1的漏極。Vss是施加在晶體管T3源極和柵極上的負電壓。
如圖1所示，在端口P上的基準電壓VREF被注入另一個晶體管T2。端口P處的基準電壓VREF(在此也稱為VREF端口)是通過晶體管T1、通過一串電平移位二極管、和通過一個柵極電阻、向下電平移位的，并施加在晶體管T2的柵極上。在晶體管T2的柵極上的電平移位柵極電壓是維持基準電流IREF所需要的正常負電壓。應理解N代表用于電平移位所需要的串聯(lián)二極管12的數(shù)量，其取決于用于VREF電壓的可用范圍。
在正常工作時，隨著Tx電壓出現(xiàn)，基準電流IREF被改變以提供流過晶體管T2的可變電流。當IREF增加時，VREF少量增加(通過電平移位二極管12)使晶體管T2的柵極電壓接近接地(T2的源極電壓)。該電壓與通過晶體管T2的增加電流一致。這樣，當IREF增加時，通過晶體管T2的電流增加。因此流過晶體管T2的成比例電流量通過分壓柵極電壓的作用和功率晶體管與晶體管T2的相對尺寸被映入前述的功率放大器中。
如圖2所示，通常由數(shù)字16表示的雙模式功率放大器或MMIC包含一個開關18。鏡象電路10(功率放大器偏置控制電路)如所示與圖1相關。通過使用開關18，由于Tx電壓的原因，導向鏡象電路10的VREF端口的電流(和電壓)數(shù)量能夠被調節(jié)用于兩種工作模式。
例如，為模擬模式開關18被打開，和上述基準電流IREF被限制通過電阻R1和R2到鏡象電路10的VREF端口。然而，在數(shù)字模式，開關18被閉合，由此短路電阻R2并使IREF達到較高電流。例如，在雙模式電話中，如D-AMPS，電流在模擬模式電流為大約100mA，即開關18打開，而在數(shù)字模式電流增加到大約180mA，即開關18閉合。
以此方式，開關18在兩個不同電流設置之間交換，根據(jù)發(fā)射電路中的特定要求改變提供給鏡象電路10(和此后描述的后面的發(fā)射電路)的電流(和電壓)量。因此，用于模擬和數(shù)字模式的不同靜態(tài)電流可以被設置以避免使用過量(和浪費)的電流。如上面例子中所討論的，開關18根據(jù)用于該模式的特定發(fā)射功率電平要求將電流從180mA(數(shù)字模式)減少到100mA(模擬模式)。在數(shù)字模式，以與模擬模式相同的RF功率，電話必須提供更大線性功率，這需要增加偏置電流。
如注意到的，只要發(fā)射需要的功率小于最大RF功率，具有固定電流電平用于給出模式的所有發(fā)射就浪費了電流。例如，當基于實現(xiàn)規(guī)定的足夠余量較小電流可使用時，蜂窩電話不必利用可供給發(fā)射電路的最大電流。例如，當發(fā)射數(shù)字模式的線性RF功率時，當發(fā)射機提供-4dBm輸出功率時比提供+28dBm的輸出功率時能夠以低的多的電流實現(xiàn)覆蓋或鄰道功率。超過的余量是浪費的，并且應用本發(fā)明的目的是避免這種情況。因此，需要靈活地調節(jié)驅動發(fā)射電路的功率放大器中的電流量。
也注意到，功率放大器16內(nèi)的鏡象電路10是溫度敏感的。因此，當放大器16變冷時，鏡象電路10變冷和靜態(tài)電流或VREF電壓設置在較低電平處，引起如滿足鄰道功率要求的發(fā)射問題。一個解決辦法是設置靜態(tài)電流到較高值，當工作在正常室溫時這將是浪費。另一個辦法是利用一個熱敏電阻(未示出)，例如在圖2中的電阻R1的位置上，以在較低溫度下保持VREF電平。注意到，增加到放大器16電路中的熱敏電阻增加了成本。
參照圖2的設計，具有兩個分開的電流或偏置電平方案，一個用于模擬，另一個用于數(shù)字，該方案只有兩種模式或電平，和一個單獨開關18在模式之間切換。如果較低偏置電平需要用于其它較低RF功率要求，此方法的自然擴充是使用更多開關，與某些控制邏輯一起產(chǎn)生用于所需要偏置電流電平的適當?shù)腎REF。由于增加了成本、元件數(shù)量和電路板面積，所以這不是最佳方法。
參照圖3，顯示了根據(jù)本發(fā)明的靈活控制的功率放大器電路的示意圖，和一般由參考數(shù)字20表示。不象圖2所示的用于常規(guī)放大器16電路控制鏡象電路10(和發(fā)射電路)的電流電平的開關，圖3所示的電路20利用一個數(shù)/模轉換器(DAC)電路22控制電流。應理解DAC22最好是常規(guī)的、市售的數(shù)/模電路，其接收多個數(shù)字輸入信號如從處理器24經(jīng)過線26，與數(shù)字輸入信號的具體形式對應的模擬信號經(jīng)過另一個線30發(fā)送給發(fā)射電路28，如圖3所示。該DAC可以是一個獨立的集成電路(IC)或插入另一個IC中作為子部件，如本領域可以理解的。
響應來自處理器24的數(shù)字信號，該信號是蜂窩電話或其它這種便攜通信裝置內(nèi)常用的，DAC22確定與數(shù)字指令對應的合適的模擬信號，和經(jīng)過線32將該信號發(fā)送到鏡象電路10。電阻R與線32將來自DAC的電壓信號轉變成IREF電流。應理解在本實施例中到鏡象電路10的VREF端口的IREF電流范圍將由DAC22自己的輸出電流所限制。為增加電流范圍，可以加入一個晶體管T或其它放大裝置，如圖4中所示。圖4的放大器電路中的DAC22經(jīng)過線34將轉變過的模擬信號傳送給晶體管T的基極。Tx電壓施加在晶體管T的集電極上，其發(fā)射極連接線32。因此，當DAC模擬信號施加在晶體管T的基極時，經(jīng)過射隨器的較高電流被傳送給鏡象電路10的VREF端口，擴大了向此處的電流。
應理解，由于利用本發(fā)明放大器電路20的蜂窩電話(或其它便攜裝置)的環(huán)境溫度和其它工作信息可以從多個傳感器如圖3所示的傳感器36傳送到處理器24，DAC22可以發(fā)送增加的電壓以補償較低溫度或其它條件。因此，需要另外的熱敏電阻以解決鏡象電路10與溫度相關的問題。
也應理解，電流設置的多樣性可以根據(jù)功率放大器MMIC的特性編程。以此方式，僅用于給定的發(fā)射功率電平的恰當電流量被發(fā)送給發(fā)射電路28以實現(xiàn)超過適當設備要求的足夠余量，而沒有超過余量的浪費電流。實際上，本發(fā)明的電路提供了任意數(shù)量的電流設置，即它隨DAC22的規(guī)模而改變，每個設置都是單獨地由DAC22的電壓范圍確定的，由于增加了晶體管T、溫度或一些其它控制參數(shù)而增加了的電流范圍。
還應理解，在本申請中闡述的用于靈活的放大器電流控制的電路對任何由電池控制的便攜無線通信裝置都是有用的，尤其那些需要兩個或更多電流設置或電平以控制發(fā)射信號偏置和防止電流浪費的無線裝置是有用的。具體地，本發(fā)明的主題在多波段或多模式電話中是有用的，即具有許多不同和分散的發(fā)射能力的電話，每個所述波段或模式具有不同電流電平要求(以驅動發(fā)射電路28)。以此方式，許多不同通信標準的合并可以用于加入本發(fā)明優(yōu)點的移動電話上，例如碼分多址、時分多址、全球移動通信系統(tǒng)、先進移動電話系統(tǒng)、數(shù)字歐洲無繩通信(DECT)、無繩和其它系統(tǒng)。然而，應理解，本發(fā)明的優(yōu)點和好處也對單波段(或模式)電話如D-AMPS有用。
另外應理解，本專利申請中闡述的電路設計的優(yōu)點和益處可簡單實現(xiàn)和提高成本效率。處理器24可編程以將合適的數(shù)字信號發(fā)送給現(xiàn)成的DAC22。當然應理解，DAC22的功能可以由處理器24所包含或應用分開的處理器(未示出)來按照各種輸入如來自傳感器36的輸入?yún)f(xié)調數(shù)/模轉換。
上面的描述是用于實現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，本發(fā)明的范圍不受這些描述的限制。本發(fā)明的范圍是由下列權利要求限定。
權利要求
1.在具有用于通信的多個便攜裝置的無線通信系統(tǒng)中，所述便攜裝置包括一個發(fā)射機電路，在給定的一個所述便攜裝置內(nèi)的電路用于可調節(jié)地控制提供給發(fā)射機電路的電流電平，所述電路包括一個數(shù)/模轉換器，用于將一個數(shù)字輸入信號轉換為對應的一個模擬信號，所述轉換器產(chǎn)生由所述數(shù)字輸入信號可調節(jié)地控制的多種離散模擬信號；和一個鏡象電路，連接到所述轉換器，用于從轉換器接收所述離散模擬信號并將調節(jié)后的模擬信號發(fā)送到所述發(fā)射機電路。
2.根據(jù)權利要求1的無線通信系統(tǒng)，其中所述給定的便攜裝置是多種離散模式中的一種特定模式，所述轉換器產(chǎn)生一個對應所述特定模式的特定模擬信號，所述鏡象電路接收所述特定模擬信號并將特定的所調節(jié)的模擬信號發(fā)送到接收機電路，所述發(fā)射機電路以一個特定功率電平發(fā)射一個信號，所述特定功率電平由所述給定便攜裝置的特定模式確定。
3.根據(jù)權利要求2的無線通信系統(tǒng)，其中所述給定便攜裝置工作在模擬和數(shù)字模式，當所述便攜裝置處于所述模擬模式時所述發(fā)射機電路以第一功率電平發(fā)射，當所述便攜裝置處于所述數(shù)字模式時以第二功率電平發(fā)射。
4.根據(jù)權利要求2的無線通信系統(tǒng)，其中所述發(fā)射機電路以多種離散功率電平發(fā)射，所述多種離散功率電平中的一種特定電平是一個最大功率電平，所述多種離散功率電平的其它電平小于最大功率電平。
5.根據(jù)權利要求1的無線通信系統(tǒng)，還包括一個處理器，連接到所述數(shù)/模轉換器，用于產(chǎn)生所述數(shù)字輸入信號和將所述信號發(fā)送到所述轉換器，所述模擬信號是多種離散模擬信號中的一種信號，和所述模擬信號由來自所述處理器的所述數(shù)字輸入信號確定。
6.根據(jù)權利要求5的無線通信系統(tǒng)，其中所述數(shù)/模轉換器是所述處理器的一部分。
7.根據(jù)權利要求5的無線通信系統(tǒng)，還包括多個傳感器，每個所述傳感器連接到所述處理器，至少一個所述傳感器調節(jié)所述數(shù)字輸入信號的值。
8.根據(jù)權利要求1的無線通信系統(tǒng)，其中所述給定便攜裝置是一個無繩裝置。
9.根據(jù)權利要求1的無線通信系統(tǒng)，其中所述給定便攜裝置是一個蜂窩電話。
10.根據(jù)權利要求1的無線通信系統(tǒng)，還包括在所述轉換器與鏡象電路連接之間的一個電阻。
11.根據(jù)權利要求1的無線通信系統(tǒng)，還包括在所述轉換器與鏡象電路連接之間的一個晶體管，所述晶體管的基極連接到所述轉換器上，所述晶體管的發(fā)射極連接到所述鏡象電路上，和所述晶體管的集電極連接到一個電壓源。
12.根據(jù)權利要求11的無線通信系統(tǒng)，還包括在所述晶體管與鏡象電路連接之間的一個電阻。
全文摘要
一個無線通信裝置中的放大器電路,包括一個數(shù)模轉換器(DAC)和向發(fā)射電路輸送可變電流電平的一個鏡象電路。該DAC在特定的裝置環(huán)境和要求下接收表示所需要電流強度的一個數(shù)字信號,和將對應的一個模擬信號傳送給鏡象電路,該電路將模擬信號放大到驅動發(fā)射電路所需要的電平。
文檔編號H03F1/30GK1249078SQ98802864
公開日2000年3月29日 申請日期1998年2月24日 優(yōu)先權日1997年2月26日
發(fā)明者R·D·伯施, J·W·諾爾斯庫特 申請人:艾利森公司