[发明专利]放大器

说明书

技术领域

本发明涉及放大器，典型地，涉及射频(RF)放大器。

背景技术

RF放大器用在各种应用中。示例性应用是IEEE802.15.4。这规定来自射频模块的多个输出功率。例如，在较低功率模式中使用2.5dBm的输出功率，而在中功率和高功率模式中使用10dBm和18dBm的输出功率。

典型地，通过设置用于提供2.5dBm的输出功率的基本RF放大器模块以及用于将2.5dBm的输出功率升高至10dBm或18dBm的一个或两个附加功率放大器模块，实现多个输出功率。然而，这是相当麻烦的方法，在高功率模式中需要两个附加放大器。对于不同功率模式中的每一种也都需要单独的RF输出管脚。

而且，难以采用这种方法在输出功率的范围内维持功率增益的精确控制。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种放大器，包括至少一个放大元件和用于以偏置电压偏置所述或每个放大元件的偏置电路，其中偏置电路适于改变偏置电压，使得所述或每个放大元件响应于偏置控制信号通过阈值在开关工作模式和非开关工作模式之间切换。

因此，通过使放大元件能够在开关工作模式和非开关工作模式之间切换，放大器能够以较低效率(非开关)或较高效率(开关)操作。较低效率模式适合较低功率工作但使得能够更精确地控制功率增益，而较高效率模式更适合较高功率工作。以这种方式，能够在较大功率范围内操作，而不包括功率增益的控制精确度，并且上述低功率模式和种功率模式都可以由相同的放大器模块实现，这意味着低功率模式和种功率模式可以共享相同的RF输出管脚。对于上述高功率模式，仅需要一个外部放大器。

我们已经发现，根据本发明的放大器能够在AB类和E类之间切换，可以在AB类中实现约10％的效率，在E类中实现约30％的效率。因此，在从AB类(即，较低功率模式)切换至E类(即，高功率模式)时，从电源提出的功率仅增加约为2的因子，而不管RF功率输出增加约为5.6的因子的事实。

典型的开关工作模式为D类和E类，E类是特别优选的。典型的非开关工作模式为A类，B类，AB类和C类，AB类是特别优选的。

典型地，所述或每个放大元件经由无功负载网络(reactive load network)耦接至负载，无功负载网络被配置为产生瞬态响应，从而在开关工作模式中避免在所述或每个放大元件上同时强加实质电压和实质电流，并且在非开关工作模式中表现出被调节至放大器的工作频率的负载。这种配置特别适合用于分别作为开关工作模式和非开关工作模式的E类和AB类。

这种无功负载网络通常将包括一个或多个电感器和一个或多个电容器，并且在一种变型中包括并联的电容器和电感器。无功负载网络中的电容器的值可以被选择为在开关工作模式(例如，E类)中实现期望的瞬态响应，并在非开关(例如，AB类)工作模式中被调节至放大器的工作频率。

就“避免在所述或每个放大元件上同时强加实质电压和实质电流”来说，我们是指通过无功负载网络控制流经所述或每个放大元件的电流和在所述或每个放大元件上的电压，以确保在例如E类操作循环的切换间隔(即，当放大元件实际上接通或断开时)期间不存在明显的损失。

优选地，所述或每个放大元件包括第一晶体管，第一晶体管由偏置电压偏置，以在开关工作模式中用作开关和在非开关工作模式中用作线性或近线性放大器。

在一种实施例中，所述或每个放大元件还包括与第一晶体管串联的第二晶体管，第二晶体管能够响应于相应增益控制信号而作为开关工作，用于将放大元件选择性地耦接至负载。在开关工作模式中设置与第一晶体管串联的第二晶体管的优点在于，在缺少第二晶体管时存在于第一晶体管的漏极处的高瞬态电压将在两个晶体管之间共享。因此，低压晶体管可以用于第一晶体管。

因此，每个放大元件可以有效地通过其相应的增益控制信号启用和禁用。禁用放大元件的动作将第一晶体管从所述负载上断开耦接，而启用放大元件将第一晶体管耦接至所述负载。所述或每个放大元件通常如上文所述的那样经由无功负载网络耦接至负载。

在该实施例中，第一晶体管和第二晶体管在处于非开关工作模式时通常形成级联(cascode)配置。

在该实施例中，放大器还可以包括第三晶体管，第三晶体管能够切换用于将流过第一晶体管的电流的一部分转移至交流电(AC)接地节点。

该第三晶体管通常将响应于相应的增益控制信号切换。它将流过第一晶体管的电流的一部分转移离开负载，转向交流接地节点。这允许比第二晶体管实现的简单地启用或禁用放大元件更高粒度地控制功率增益。

典型地，至少两个放大元件并联耦接。