[发明专利]具有理想IQ组合的切换模式功率放大器

说明书

技术领域

本发明大体上涉及功率放大器，且更特定来说涉及具有切换模式功率放大器的无线 发射器结构。

背景技术

由于无线装置的发展，无线应用已迅速成长成为重要市场。低成本互补金属氧化物 半导体(CMOS)技术的发展已使其成为无线应用中的射频(RF)收发器的自然选择。其进展 已使集成基带及其它功能块成为可能。CMOS技术将成为完全集成在单一裸片上从而减 小封装形态因数及其成本的最可行解决方案。另外，由于其成熟的工艺技术以及高集成 度，CMOS技术提供良好的热特性及低成本优势。在功率放大器(PA)中，性能问题为输 出功率、效率、线性、收益及可靠性。在例如全球移动通信系统(GSM)的恒定包络系统 中，对高效性能的需要已优先于延长电池寿命。为了高效操作，非线性切换PA由于其 高DC到RF转换效率而为有吸引力的。高效率改善射频(RF)收发器的操作时间及可靠 性，且成为用于无线应用的PA的最重要要求中的一者。

在GSM应用中对非线性切换CMOSPA的高效率的使用部分依赖于发射器仅传播相 内容，即，不存在待传播的幅度内容。切换PA有效率是因为它们在输出处通常仅驱动 两种状态(尽管多级切换切换PA也存在)，所述两种状态代表零或完全供应电压(V_DD)。 然而，高度希望此类PA可有效地使用于相及幅度内容都存在的模拟同相及正交(I及Q) 输入数据。目前，存在用于设计这些应用的一些技术，这些技术通常涉及将I及Q相及 幅度数据组合成可直接调制切换模式PA的数据流的不同方法。然而，这些技术具有缺 点。待描述的一种此类方法涉及通过首先将IQ数据转换成极性数据且接着将所述极性 数据转换成单一位ΔΣ流来将幅度及相内容改变成单一数据流。使用图1解释所述操作。

图1展示用于转换模拟IQ数据以调制CMOS切换PA的常规系统100。

系统100包含转换器102、ΔΣ调制器104、极性幅度组件106、功率组件107、极 性相组件108及PA110。

如图中展示，转换器102经布置以在线112及线114上接收且在线116、线117及 线118上输出。ΔΣ调制器104经布置以连接于经由线118的极性转换器102与经由线 120的极性幅度组件106之间。极性幅度组件106接着经由线124连接到PA110。极性 相组件108经布置以经由线116及线117连接到转换器102且经由线122连接到PA110。 功率控制组件107经由线121与极性幅度组件106界面连接。PA110在线126上输出信 号。

转换器102提供将笛卡尔(Cartesian)数据转换为极性数据所必要的采样及滤波功能。 ΔΣ调制器104将模拟极性幅度数据数字化成单一位流。极性幅度组件106将位流转换 成信号以用于调制PA110的供应电压，极性相组件108提供经数字化数据的数字化及转 换以驱动PA110。

在操作中，转换器102将呈笛卡尔x、y坐标形式的模拟I及Q转换到作为r(幅度) 及θ(角度)的极坐标形式。由ΔΣ调制器104使用ΔΣ转换将出现在线118上的幅度信息 数字化。极性幅度组件106接着调节所产生的且出现在线120上的数据流，且线124上 的输出通过改变PA110处的DC偏压或通过直接改变供应电压来调制到PA110的供应。 因此使用到功率放大器PA110的供应电压编码幅度信息。极性相(角)信息呈现为线116 上的θ信号。极性相组件122接着数字化及调节这些信号以驱动功率放大器PA110。因 此，通过使用笛卡尔到极性转换结合ΔΣ调制，与CMOS切换模式PA一起使用含有幅 度及相信息的模拟I及Q幅度信息。

然而，此系统具有一些固有问题。一个问题是由于IQ数据到极性转换过程而发生。 由于此转换过程的笛卡尔到极性相角部分为非线性(极角＝tan^-1(y/x))，此过程明显加宽 由输出信号占用的带宽。此导致对大得多的信道宽度的需求，或可导致邻近信道性能问 题。另一问题为由于供应电压带宽低，性能被限制。因此，虽然可支持例如蓝牙的较低 带宽数据应用，但不可支持例如WiFi的高带宽数据应用。