具有理想iq組合的切換模式功率放大器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體上涉及功率放大器，且更特定來(lái)說(shuō)涉及具有切換模式功率放大器的無(wú)線發(fā)射器結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]由于無(wú)線裝置的發(fā)展，無(wú)線應(yīng)用已迅速成長(zhǎng)成為重要市場(chǎng)。低成本互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)技術(shù)的發(fā)展已使其成為無(wú)線應(yīng)用中的射頻(RF)收發(fā)器的自然選擇。其進(jìn)展已使集成基帶及其它功能塊成為可能。CMOS技術(shù)將成為完全集成在單一裸片上從而減小封裝形態(tài)因數(shù)及其成本的最可行解決方案。另外，由于其成熟的工藝技術(shù)以及高集成度，CMOS技術(shù)提供良好的熱特性及低成本優(yōu)勢(shì)。在功率放大器(PA)中，性能問(wèn)題為輸出功率、效率、線性、收益及可靠性。在例如全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(GSM)的恒定包絡(luò)系統(tǒng)中，對(duì)高效性能的需要已優(yōu)先于延長(zhǎng)電池壽命。為了高效操作，非線性切換PA由于其高DC到RF轉(zhuǎn)換效率而為有吸引力的。高效率改善射頻(RF)收發(fā)器的操作時(shí)間及可靠性，且成為用于無(wú)線應(yīng)用的PA的最重要要求中的一者。
[0003]在GSM應(yīng)用中對(duì)非線性切換CMOS PA的高效率的使用部分依賴于發(fā)射器僅傳播相內(nèi)容，即，不存在待傳播的幅度內(nèi)容。切換PA有效率是因?yàn)樗鼈冊(cè)谳敵鎏幫ǔH驅(qū)動(dòng)兩種狀態(tài)(盡管多級(jí)切換切換PA也存在)，所述兩種狀態(tài)代表零或完全供應(yīng)電壓(Vdd)。然而，高度希望此類PA可有效地使用于相及幅度內(nèi)容都存在的模擬同相及正交(I及Q)輸入數(shù)據(jù)。目前，存在用于設(shè)計(jì)這些應(yīng)用的一些技術(shù)，這些技術(shù)通常涉及將I及Q相及幅度數(shù)據(jù)組合成可直接調(diào)制切換模式PA的數(shù)據(jù)流的不同方法。然而，這些技術(shù)具有缺點(diǎn)。待描述的一種此類方法涉及通過(guò)首先將IQ數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成極性數(shù)據(jù)且接著將所述極性數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成單一位A Σ流來(lái)將幅度及相內(nèi)容改變成單一數(shù)據(jù)流。使用圖1解釋所述操作。
[0004]圖1展示用于轉(zhuǎn)換模擬IQ數(shù)據(jù)以調(diào)制CMOS切換PA的常規(guī)系統(tǒng)100。
[0005]系統(tǒng)100包含轉(zhuǎn)換器102、Δ Σ調(diào)制器104、極性幅度組件106、功率組件107、極性相組件108及PA 110。
[0006]如圖中展示，轉(zhuǎn)換器102經(jīng)布置以在線112及線114上接收且在線116、線117及線118上輸出。Δ Σ調(diào)制器104經(jīng)布置以連接于經(jīng)由線118的極性轉(zhuǎn)換器102與經(jīng)由線120的極性幅度組件106之間。極性幅度組件106接著經(jīng)由線124連接到PA 110。極性相組件108經(jīng)布置以經(jīng)由線116及線117連接到轉(zhuǎn)換器102且經(jīng)由線122連接到PA 110。功率控制組件107經(jīng)由線121與極性幅度組件106界面連接。PA 110在線126上輸出信號(hào)。
[0007]轉(zhuǎn)換器102提供將笛卡爾(Cartesian)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為極性數(shù)據(jù)所必要的采樣及濾波功能。△ Σ調(diào)制器104將模擬極性幅度數(shù)據(jù)數(shù)字化成單一位流。極性幅度組件106將位流轉(zhuǎn)換成信號(hào)以用于調(diào)制PA 110的供應(yīng)電壓，極性相組件108提供經(jīng)數(shù)字化數(shù)據(jù)的數(shù)字化及轉(zhuǎn)換以驅(qū)動(dòng)PA 110。
[0008]在操作中，轉(zhuǎn)換器102將呈笛卡爾X、y坐標(biāo)形式的模擬I及Q轉(zhuǎn)換到作為r (幅度)及Θ (角度)的極坐標(biāo)形式。由A Σ調(diào)制器104使用△ Σ轉(zhuǎn)換將出現(xiàn)在線118上的幅度信息數(shù)字化。極性幅度組件106接著調(diào)節(jié)所產(chǎn)生的且出現(xiàn)在線120上的數(shù)據(jù)流，且線124上的輸出通過(guò)改變PA 110處的DC偏壓或通過(guò)直接改變供應(yīng)電壓來(lái)調(diào)制到PA 110的供應(yīng)。因此使用到功率放大器PA 110的供應(yīng)電壓編碼幅度信息。極性相(角)信息呈現(xiàn)為線116上的Θ信號(hào)。極性相組件122接著數(shù)字化及調(diào)節(jié)這些信號(hào)以驅(qū)動(dòng)功率放大器PA110。因此，通過(guò)使用笛卡爾到極性轉(zhuǎn)換結(jié)合△ Σ調(diào)制，與CMOS切換模式PA—起使用含有幅度及相信息的模擬I及Q幅度信息。
[0009]然而，此系統(tǒng)具有一些固有問(wèn)題。一個(gè)問(wèn)題是由于IQ數(shù)據(jù)到極性轉(zhuǎn)換過(guò)程而發(fā)生。由于此轉(zhuǎn)換過(guò)程的笛卡爾到極性相角部分為非線性(極角=Ian1 (y/x))，此過(guò)程明顯加寬由輸出信號(hào)占用的帶寬。此導(dǎo)致對(duì)大得多的信道寬度的需求，或可導(dǎo)致鄰近信道性能問(wèn)題。另一問(wèn)題為由于供應(yīng)電壓帶寬低，性能被限制。因此，雖然可支持例如藍(lán)牙的較低帶寬數(shù)據(jù)應(yīng)用，但不可支持例如WiFi的高帶寬數(shù)據(jù)應(yīng)用。
[0010]在奧瑞那E.艾_澤(Oren E.Eliezer)的美國(guó)專利7460612“用于全數(shù)字正交調(diào)制器的方法及設(shè)備(Method and apparatus for a fully digital quadrature modulator)，，中描述用以轉(zhuǎn)換模擬IQ數(shù)據(jù)以調(diào)制CMOS切換PA的第二常規(guī)系統(tǒng)及方法。此系統(tǒng)及方法通過(guò)使用應(yīng)用到切換陣列的11位I及Q控制字來(lái)組合I及Q數(shù)據(jù)，所述切換陣列驅(qū)動(dòng)在代表I+Q、1-Q、-(1-Q)及-(I+Q)的四個(gè)電平處操作的多級(jí)PA。
[0011]第一個(gè)問(wèn)題是實(shí)施方案需要使用多級(jí)PA，即使使用單級(jí)獨(dú)立實(shí)現(xiàn)I及Q也是如此。第二個(gè)問(wèn)題是I到Q泄漏表現(xiàn)為數(shù)據(jù)敗壞。所述泄漏歸因于對(duì)于可能的大數(shù)據(jù)量值偏移，可用的PA穩(wěn)定時(shí)間不足，所述偏移可大到在1/4本機(jī)振蕩器(LO)周期中從零到(I+Q)。
[0012]需要的是用于組合模擬I及Q輸入中的信息以實(shí)現(xiàn)不受限于第一實(shí)例常規(guī)系統(tǒng)的大帶寬要求及相調(diào)制驅(qū)動(dòng)性能限制且不具有第二實(shí)例常規(guī)系統(tǒng)的多級(jí)PA要求或I到Q泄漏驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)敗壞問(wèn)題的高效CMOS切換PA的系統(tǒng)及方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明提供用于組合I與Q模擬輸入以實(shí)現(xiàn)不受限于常規(guī)系統(tǒng)的大帶寬要求、相調(diào)制驅(qū)動(dòng)性能限制及I到Q泄漏及數(shù)據(jù)敗壞問(wèn)題的高效CMOS切換PA的新型系統(tǒng)及方法。
[0014]本發(fā)明的方面針對(duì)設(shè)置轉(zhuǎn)換器以將模擬數(shù)據(jù)流I及Q轉(zhuǎn)換成分離量值及符號(hào)數(shù)據(jù)；設(shè)置本機(jī)振蕩器(LO)以產(chǎn)生具有周期T的時(shí)鐘；設(shè)置脈沖產(chǎn)生器以基于符號(hào)數(shù)據(jù)提供用以選通幅度數(shù)據(jù)的脈沖；設(shè)置A Σ調(diào)制器以基于模擬量值數(shù)據(jù)產(chǎn)生位流；設(shè)置數(shù)字邏輯以輸出代表經(jīng)組合的I及Q數(shù)據(jù)且從具有確定LO循環(huán)中的位置的符號(hào)信息的選通的量值數(shù)據(jù)導(dǎo)出的單一數(shù)據(jù)流；設(shè)置PA以基于所述輸出信號(hào)產(chǎn)生放大信號(hào)，使得Q數(shù)據(jù)與I數(shù)據(jù)異相。
[0015]本發(fā)明的其它方面針對(duì)使用替代本機(jī)振蕩器工作循環(huán)及相來(lái)代表I及Q量值及符號(hào)的額外實(shí)施例。
[0016]本發(fā)明的額外優(yōu)勢(shì)及新型特征部分地陳述于以下描述中，且部分地將在檢查下文后對(duì)所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯而易見(jiàn)或通過(guò)實(shí)踐本發(fā)明可學(xué)習(xí)到?？赏ㄟ^(guò)在所附權(quán)利要求書(shū)中特定指出的手段及組合實(shí)現(xiàn)及達(dá)到本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)。
【附圖說(shuō)明】
[0017]并入到本說(shuō)明書(shū)中且形成本說(shuō)明書(shū)的一部分的附隨圖式說(shuō)明本發(fā)明的示范性實(shí)施例，且附隨圖式與描述一起用以解釋本發(fā)明的原理。在圖式中:
[0018]圖1展示用以組合模擬I及Q數(shù)據(jù)以用于調(diào)制CMOS切換PA的第一常規(guī)系統(tǒng)及方法;
[0019]圖2為根據(jù)本發(fā)明的方面的說(shuō)明將I及Q數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到符號(hào)及量值的基礎(chǔ)的總圖；
[0020]圖3為說(shuō)明I及Q的量值及符號(hào)的八種可能狀態(tài)的圖；
[0021]圖4說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的方面的系統(tǒng)的相選擇部分；
[0022]圖5展示根據(jù)本發(fā)明的方面所設(shè)置的系統(tǒng)；
[0023]圖6說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的方面的代表八種可能IQ狀態(tài)且已產(chǎn)生的波形；以及
[0024]圖7為相選擇器的又一實(shí)例實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0025]本發(fā)明的第一方面針對(duì)設(shè)置轉(zhuǎn)換器以將IQ信號(hào)轉(zhuǎn)換為I量值、I符號(hào)、Q量值及Q符號(hào)。
[0026]本發(fā)明的第二方面針對(duì)設(shè)置LO以提供具有周期T的時(shí)鐘、設(shè)置I脈沖產(chǎn)生器及Q脈沖產(chǎn)生器以產(chǎn)生LO時(shí)鐘的特定工作循環(huán)的四個(gè)脈沖(所述脈沖的開(kāi)始時(shí)間相隔T/4)且設(shè)置I相選擇器及Q相選擇器以基于所述脈沖產(chǎn)生器輸出及所述I符號(hào)及Q符號(hào)提供選通脈沖。
[0027]本發(fā)明的第三方面針對(duì)設(shè)置布爾邏輯門以基于所述相選擇器輸出將IQ幅度數(shù)據(jù)選通為組成LO循環(huán)的四個(gè)T/4時(shí)隙且將幅度數(shù)據(jù)組合成單一位流。
[0028]本發(fā)明的第四方面針對(duì)設(shè)置高效CMOS切換模式PA以放大單