[发明专利]数字RF发射机的输出级,数字RF发射机中提供RF输出信号的方法和数字RF发射机

说明书

技术领域

本发明涉及数字RF发射机的输出级、数字RF发射机中提供RF输出信号的方法和数字RF发射机。更一般地，本发明涉及无线数据转换领域。更具体地，本发明涉及数字RF发射机领域，数字RF发射机例如可以用于无线通信系统中发送数据。

背景技术

近年来，更高数据速率的无线通信的需求不断增长。这种需求带来了非恒定包络调制的广泛应用，非恒定包络调制为数据传输提供更高的谱效率。采用非恒定包络调制的常规系统需要使用线性功率放大器(PA)。然而，相比于非线性功率放大器，线性功率放大器的功率效率仍然较低。因此，在移动应用中，这缩短了电池寿命。为了提高放大器效率并且降低成本，同时达到要求的线性水平，已开发了多种线性化技术。这些技术包括例如笛卡儿环架构、预失真和前馈技术。然而，由于使用线性功率放大器，这些技术的效率仍然有限。

鉴于上述情况，为提高功率效率的更有挑战性的方法是使用极性环技术或LINC(通过非线性部件的线性放大)，其中采用非线性功率放大器，从而可以达到更高功率效率。然而，对于这种技术，也会发生下述问题。

例如，极性发射机包括独立地处理相位信号和幅度信号的两条路径。此外，为处理幅度信号，可以发现两种类型的幅度调制(AM)，即，i)电源调制和ii)直接包络调制。下面，描述关于这两种不同类型的幅度调制而发生的问题。

i)具有电源调制的极性环可以形成例如如图1所示。在相位路径中，由相位信号调制的VCO(压控振荡器)馈送非线性功率放大器(非线性PA)的输入。在幅度路径中，同时地，使用DC-DC转换器，由幅度信号来调制非线性功率放大器的电源。在这种布置中，相位和幅度信息是独立地处理的，但是数字地同步的。因此，能够发送两个信号，而不会牺牲性能参数。然而，实际中，幅度路径中的DC-DC转换器的带宽是有限的。此外，在幅度调制路径中，发生谱再生长(spectrum re-growth)，这导致了比所需的RF输出信号的带宽大得多的带宽。由于这些原因，这种使用DC-DC转换器的布置只适合带宽非常窄的数据发送标准，例如GSM和EDGE标准。处理该问题的可能方法是使用线性调节器来代替DC-DC转换器，或者使用DC-DC转换器和线性调节器的组合。但是，这会导致功率效率降低。

ii)另一方面，具有直接包络调制的极性发射机可以例如形成如图2所示。这种极性发射机已被公开在van Zeij1和Colados的“AMulti-Standard Digital Envelope Modulator for Polar Transmitters in 90nm CMOS”，RFIC Symposium，2007(参考文献[1])中。图2的极性发射机包括二元加权晶体管阵列，该阵列具有下行晶体管和上行共发共基晶体管。各个晶体管的二元加权由数字(1，2，4，8，...)指示。在本示例中，下行晶体管中晶体管的栅极由相位调制信号RF输入来驱动。各个晶体管的栅极的偏置确定了流经各个单元的电流。上行中的共发共基晶体管由信号b0到b7控制。依据信号b0到b7，共发共基晶体管对来自下行晶体管的相位调制电流进行进行导通/截止。结果，在RF输出处将包络信息和相位信息组合。可以找到采用不同单元元件配置的类似方法。这种直接数字包络调制的极性发射机克服了以上针对电源调制技术所述的带宽限制。因此，这种极性发射机适合软件定义的无线电(SDR)。然而，在真正实施中，出现的问题是二元加权阵列无法保证单调的输出电流。这是由于不可避免的所采用的晶体管的失配。

为了克服该问题，针对直接数字包络调制的极性发射机，已提出了采用温度计解码的单元矩阵，其中，每个单元元件具有相同配置，并且通过对二元数据解码，来导通和截止每个单元元件。这也在vanZeij1和Colados的上述参考文献[1]公开了。

在这种情况下，应该注意，数字包络调制极性RF放大器本质上是数字到RF功率转换器。这种离散时间到连续时间转换引入了采样时钟及其更高阶谐波的偏移处的谱图像。这可能违反关于带外发射的谱掩蔽和约束。存在两个原理，能够用来抑制这些不希望的毛刺噪声；一方面，可以提高采样频率，并对输入进行插值，另一方面，可以对放大器的输出进行滤波。然而，对输出进行滤波需要额外的LC组和频率调谐。因此，这对于片上集成是不利的，因为造成较大芯片面积和复杂电路。

由于上述原因，结合了过采样的N重线性插值更加优选。在参考文献[1]中，通过将输出级分裂成由4个正交相位采样时钟顺序地开关的4个并行单元阵列，为温度计解码的包络调制极性放大器建立了4重线性插值。