[发明专利]分布式多级放大器

说明书

相关申请

本申请主张2006年11月16日提交的名称为“电子开关网络”的第60/866147号美国临时申请，2006年11月16日提交的名称为“分布式多级放大器”的第60/866144号美国临时申请，以及2006年11月16日提交的名称为“脉冲放大器”的第60/866139号美国临时申请的优先权。前述各申请通过引用被合并在此。

技术领域

本发明大体上涉及用以放大信号的方法及装置。在某些方面，其涉及在射频(RF)或更高频工作的功率放大器及放大器系统。应用包括但不限于无线系统、微波组件、功率放大器、CMOS放大器、驱动放大器、及便携式电子产品。

背景技术

功率放大器(PA)设计中的共同问题在于对器件工艺(device technology)的击穿电压限制进行处理。大多数功率放大的技术在装置的终端上产生的峰值电压为供应电压的二至四倍。通常最好是调谐放大器以产生尽可能高的峰值电压，以改善放大器的效率。不过，此峰值电压必须适当地保持在器件工艺的击穿电压限制之下。这对于诸如击穿电压很低的CMOS之类的技术产生了一个问题。例如，在无线手机中，供应电压名义上可为3.5V，且高效放大器的峰值电压可为至少7.0V。-0.5μm CMOS工艺通常仅具有5.0V的击穿电压，使得此技术不适于该应用。

当功率放大器被用以驱动天线或其他不受控制的负载阻抗时发生第二个问题。在天线的情况中，PA可能经受变化的负载阻抗，其变化的系数多达10。这会导致PA偏离其操作的名义类别，并且产生明显高于根据计划的峰值电压。因此，可能最好是使用一种器件工艺，其具有的击穿电压为大于供应电压的四至五倍。

在此产业中已经采用数种技术以避免这些问题。已采用多重串联级来减小穿过任一晶体管的电压。放大器也可与供应电压串联，以把电压摆幅分配通过两组或多组晶体管。这些技术的任一个可解决第一个问题，但会遭遇负载容限的第二个问题。一DC-DC转换器也可被用以控制供应电压。不过，这将对系统的成本有重大的影响，并且也会遭遇第二问题。

推挽式D类放大器(push-pull class D amplifier)具有对于所有情况将电压保持于供应电压或供应电压之下的优点。虽然这解决讨论的两个主要问题，但它们在RF频率具有较差的DC对RF转换效率。这是因为每一次放大器切换状态时两个装置的输出电容必须被放电。导致的功率损失2·π·F·C_out·(V_sw)²，其中，F为切换频率，C_out为输出电容，且V_sw为在切换时通过开关的电压。此功率损失与切换频率F成正比，且对于大多数商用的器件工艺来说在RF上这样高的损失是不可接受。