[发明专利]高效数字功率放大器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请根据USC 35条119(e)要求在2006年10月30日申请的 美国临时专利申请No.60/863,412的优先权，其在本文中以引用方式包 含。

技术领域

本发明涉及数字发射器，尤其涉及在通信中使用的数字发射器内 的数字功率放大器(开关模式功率放大器)。

背景技术

在通信系统内的收发器系统(在无线移动终端/站和基站中使用) 中使用数字功率放大器(DPA)是理想的，这可以提高效率、降低成 本和减小尺寸。DPA一般包括两个级一激励级(driver stage)和输出 级。输出级基于开关模式功率放大器上-这是一种要求高速器件的架构。

激励级接收表示调制/编码信号的脉冲数字信号。这些脉冲数字信 号可以根据任何格式、标准或者规范产生，例如该格式、标准或者规 范为全球移动系统(GSM)、码分多址(CDMA)、通用移动通信系 统(UMTS)、全球微波互联接入(WiMAX)及其类似和本领域技术 人员公知的其它格式、标准或规范。

典型的数字功率放大器输出级包括由来自激励级的脉冲波输出激 励的功率开关晶体管。随着工作频率的增加，放大器的效率和响应受 到影响。(在输出级内的)功率晶体管的开关速度受到寄生电容(栅 极-源极电容，栅极-漏极电容和漏极-源极电容)的限制。这些电 容一般与晶体管的尺寸成正比。较高功率的晶体管需要较大的尺寸， 这从根本上增加了电容，从而又降低了在较高频率处的效率。因此， 对于高功率、高频DPA来说，理想情况是使用具有高功率密度和低寄 生电容的晶体管(从而减少由栅极电容所产生的充电/放电时间常数和 经过输出电容(漏极-源极电容)的损耗)。

尽管激励功率取决于开关频率，它独立于源极阻抗。然而(输出 级内的)功率晶体管的开关速度却受到它的源极阻抗(即激励器 (driver)的输出阻抗)的限制。因此，在试图最优化发射器系统总体 效率时，激励级的输出阻抗成为需要考虑的关键设计参数。诸如包括 50欧姆阻抗激励器的各种现有技术试图在脉冲数字信号激励功率晶体 管时，提高效率和与之相反地影响开关速度和电源效率。

因此，存在包含低输出阻抗激励器从而允许增加频率工作和效率 的数字功率放大器的需求。

发明内容

根据本发明，提供了数字功率放大器，该数字功率放大器具有适 用于接收数字调制信号和产生预激励信号的预激励器(pre-driver)和 耦合到预激励器以及接收预激励信号并产生激励信号的激励器。功率 放大器耦合到激励器并且具有至少一个适用于接收激励信号和产生用 于通过天线来进行RF传输的功率放大数字信号的功率晶体管。预激励 器、激励器和功率放大器共同工作来放大数字调制信号。

在本发明的另一个实施例中，提供了包括差分放大器的数字功率 放大器，其中该差分放大器具有两个用于接收第一低电压数字调制信 号和第二低电压数字调制信号的输入端和两个用于输出第一差分放大 数字调制信号和第二差分放大数字调制信号的输出端。数字功率放大 器还包括低阻抗预激励器电路和低阻抗激励器，其中低阻抗预激励器 电路具有两个耦合到两个差分放大器输出端的输入端和四个用于输出 第一预激励器输出信号、第二预激励器输出信号、第三预激励器输出 信号和第四预激励器输出信号的输出端，低阻抗激励器具有分别耦合 到四个预激励器输出端的输入端和两个用于输出第一激励信号和第二 激励信号的输出端。还包括具有第一功率晶体管和第二功率晶体管的 功率放大器(输出级)，其中该第一功率晶体管具有栅极、第一源极/ 漏极和耦合到第一电压源VSS的第二源极/漏极，该第二功率晶体管具 有栅极、第一源极/漏极和耦合到第一电压源VSS的第二源极/漏极。第 一感应元件耦合第二电压源VDD和耦合到第一功率晶体管的第一源极 /漏极，第二感应元件耦合第二电压源VDD和第二功率晶体管的第一源 极/漏极。第一功率晶体管的第一源极/漏极输出第一数字调制信号的放 大信号，第二功率晶体管的第二源极/漏极输出第二数字调制信号的放 大信号。