[发明专利]宽操作功率范围上的片上三阶互调产物减少的系统和方法

说明书

优先权要求

本申请要求于2006年10月6日提交的美国临时申请第60/850146号的优先权，该申请的完整公开被并入于此作为参考。

技术领域

本发明一般涉及用于通信设备的射频/微波放大器，更具体地，涉及一种用于在宽频率范围上自动减少三阶互调产物电平(third order intermodulationproduct level)以便减少信号失真并且维持通信系统的高数据速率的系统和方法。

背景技术

在所有蜂窝电话中，在来自收发机的调制信号通过蜂窝电话的前端(frontend)之前，都使用放大器放大该信号，该蜂窝电话的前端典型地由无源组件和到天线的开关组成，在所述天线处信号被发送到基站。图1图示了现有技术的蜂窝电话中包含的电路的高级剖析图。通常，基带集成芯片1向收发机2提供信号。该收发机将RF信号传送到功率放大器3，该功率放大器3将RF信号输出到前端模块4，并且通过天线5将RF信号输出到空中。所有这些组件包含在典型的蜂窝电话6中。

推动RF/微波功率放大器3的设计的两个重要因素是线性度和效率。如此处所使用的，线性度是指设备无失真地放大的能力，效率是指设备尽可能少浪费能量地将DC功率转换为RF/微波功率的能力。在传统的功率放大器设计中，一个领域中的改进通常会导致另一个领域的倒退。RF/微波放大器具有两个操作区域：线性和非线性。在线性区域中，输入信号包络被放大，并且在输出端不存在失真。对于大的峰到峰输入信号电平，放大器进入非线性区域，并且输出信号变得失真。

RF/微波放大器中的失真通常是由幅度限幅(amplitude clipping)、作为信号幅度的函数的相位变化和互调产物引起的。在峰到峰输入信号包络幅度延展到放大器的线性区域以外时，发生幅度限幅。在峰到峰输入信号包络幅度延展到放大器的线性区域之外时，还导致随着信号幅度的相位变化。作为放大器传递函数中的非线性的结果，发生互调失真(IMD)，从而导致在输入信号的和与差频率处生成的混合产物(mixing products)。

三阶互调产物(IMD3)是非常引人注意的，因为该产物在频谱上非常接近于载波信号。由于如此接近载波信号，IMD3非常难以被消除或者甚至减少，并且IMD3通常是RF/微波放大器的线性度方面的限制因素。输出三阶交调截取点(OIP3，output third-order intercept point)(也称为OTOI(输出三阶交调截取))被定义为基频输出功率的外推1∶1斜率与三阶互调产物的外推3∶1斜率之间的交叉点。如果在线性区域内良好地进行了外推，则OIP3(OTOI)变成用于预测功率放大器的线性度的有用规范。因此，OIP3(OTOI)点越高，则功率放大器越线性。如上所述，减小功率放大器的IMD提高了它的线性度，并且因此提高了OIP3(OTOI)。

参考图2，功率放大器3包括通过匹配网络8a、8b、8c...8n串联连接的一个或多个级7a、7b...7n，所述匹配网络8a、8b、8c...8n由零个或多个电阻器、电容器和电感器的电路布局组成。每一级7a、7b...7n由许多并联连接的分支18a、18b...18n组成。每一分支18具有一个或多个并联连接的单位单元20。一个单位单元由在零个或多个电阻器、电容器和电感器的电路布局中的一个或多个晶体管组成。

每个功率放大器级7通常被偏置电路(未示出)偏置，该偏置电路为所述分支提供适当的电流或电压以便在单个操作种类中操作。如此处所使用的，操作种类是通过在其中每个分支中的单位单元导通并且传导电流的输入正弦信号的百分比来确定的。例如，在种类A操作中，分支都被偏置，使得它们对于输入正弦信号的360度接通并且传导电流。在种类B中，分支对于输入信号的180度接通并且传导电流。近似(near)种类B偏置条件是用于其中所述分支接通并且传导角度接近于但是在180度以上的情况。在种类AB中，所述分支典型地在270度或者大约270度接通并且传导电流，但是可以在180度与360度之间变化。每个操作种类的限制并未被严格地设定，并且此处被用于大致理解放大器的操作条件的目的。

已经尝试了数种方法来改善功率放大器的响应。一种方法是以较低的功率电平操作RF/微波放大器，以便确保设备保持在线性区域中。这种方法的缺陷是当设备以较低的功率电平操作时，它比以较高的功率电平操作时的效率要低。