[发明专利]用于生成射频脉宽调制信号的系统和方法

说明书

技术领域

本发明总体来说涉及半导体电路和方法，更具体地，涉及用于生成射频脉宽调制信号的系统和方法。

背景技术

脉宽调制系统被用于在广泛地从低功耗音频设备（诸如MP3播放器）到高功率数据发送电路（诸如基站发射器）不等的应用中提供高效率放大和传输。通过使由于放大器输出级内的偏置电流导致的功率损失最小化来实现高效率。例如，在音频应用中，D类放大器被用于以高于所需输出信号带宽的频率在两个供电电压之间切换扬声器的端子。这里，利用负载电路的特性（例如扬声器的电感）来对高频切换能量滤波。类似地，在RF应用中，功率放大器（PA）由具有高于感兴趣的带宽的脉冲频率的脉宽调制信号来驱动。随后，使用RF带通滤波器（诸如针对低功率应用的SAW滤波器或针对高功率应用的腔体滤波器）来对带外能量（out-of-band energy）滤波。由于存在跨以切换方式工作的装置的输出级的最小IR降，且其可以是使用PWM信号的情况，所以能使跨装置输出级的耗散功率最小化，并提高了效率。

然而，高动态范围PWM信号的生成在高频和射频（RF）处加入了许多挑战。随着宽带系统的带宽增加，用于驱动向上转换器（upconverter）的PWM信号的切换速率也有相应增加。然而，这些高切换速率处的寄生损失可能降低PWM系统的总效率。

用于降低PWM系统中的切换速率的一种方法是使用多个并行PWM信号级来驱动并联RF功率放大器。尽管可降低总切换速率，但也会出现其他低效，诸如由于多级加载而导致的功率损失和由于带通滤波器处的反射功率而导致的损失。

发明内容

在一种实施方式中，产生多级RF信号的方法包括基于输入信号产生多个脉宽调制信号。该方法还包括通过当相应脉宽调制信号处于有效（active）状态时设置并联放大器具有第一输出阻抗以及当相应脉宽处于无效（inactive）状态时设置并联放大器具有第二输出阻抗，采用多个脉宽调制信号来驱动相应的多个并联放大器。该方法还包括相移多个并联放大器的输出，其中，该相移将第二输出阻抗转换为高于第二输出阻抗的第三阻抗；以及合成相移后的输出。

在附图和以下描述中描述了本发明的一个或多个实施方式的细节。根据该描述和附图以及权力要求，本发明的其他特征、目标和优势将变得显而易见。

附图说明

为更全面地理解本发明及其优势，现结合附图来说明以下描述，其中：

图1示出了常规多级PWM发生器；

图2示出了实施方式的多级RF发射器；

图3示出了有关实施方式的PWM发生器的编码效率的曲线图；

图4示出了实施方式的调制PWM输出频谱；

图5示出了使用相移基准函数的实施方式的多级PWM发生器；

图6a至图6c示出了实施方式的PWM发生器的波形；

图7a和图7b示出了根据其他实施方式的多级RF发射系统；

图8示出了实施方式的多级RF发射系统的波形图；

图9示出了表示有关实施方式的多级RF发射系统的输出功率和效率对占空比的曲线图；

图10示出了实施方式的PWM调制器；以及

图11示出了实施方式的PWM调制器的实施。

具体实施方式

以下将详细讨论本文优选实施方式的制造和使用。然而，应当理解，本发明提供了许多适用的可在宽泛的各种具体环境中实施的发明概念。所讨论的具体实施方式仅是用于制造和使用本发明的说明性的具体方法，且并不限定本发明的范围。

将参照具体环境中的优选实施方式（即，脉宽调制器和使用基带的输出级以及RF发射系统）来描述本发明。然而，本发明还可被用于其他类型的电路和系统，诸如音频系统、通信系统和其他使用脉宽调制信号的电子或光学系统。

在一种实施方式中，通过计算有限数量的表示输出PWM信号的基函数（basis function）来建立离散时间的脉宽调制信号。这些基函数的限带特性（band limited nature）防止了由于信号的离散时间特性而导致的混叠（aliasing），从而允许高动态范围和低带外本底噪声。在于2011年4月7日提交的题为“用于生成脉宽调制信号的系统和方法”的美国专利申请第13/081,628号中描述了使用基函数生成脉宽调制信号来有效驱动放大器（PA），其应用整体通过引用结合于此。