專利名稱：放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及放大器， 典型地，涉及射頻(RF)放大器。
背景技術(shù)：
RF放大器用在各種應(yīng)用中。示例性應(yīng)用是IEEE802. 15.4。這規(guī)定來自射頻模塊的多個(gè)輸出功率。例如，在較低功率模式中使用2. 5dBm的輸出功率，而在中功率和高功率模式中使用IOdBm和18dBm的輸出功率。典型地，通過設(shè)置用于提供2. 5dBm的輸出功率的基本RF放大器模塊以及用于將
2.5dBm的輸出功率升高至IOdBm或18dBm的一個(gè)或兩個(gè)附加功率放大器模塊，實(shí)現(xiàn)多個(gè)輸出功率。然而，這是相當(dāng)麻煩的方法，在高功率模式中需要兩個(gè)附加放大器。對(duì)于不同功率模式中的每一種也都需要單獨(dú)的RF輸出管腳。而且，難以采用這種方法在輸出功率的范圍內(nèi)維持功率增益的精確控制。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種放大器，包括至少一個(gè)放大元件和用于以偏置電壓偏置所述或每個(gè)放大元件的偏置電路，其中偏置電路適于改變偏置電壓，使得所述或每個(gè)放大元件響應(yīng)于偏置控制信號(hào)通過閾值在開關(guān)工作模式和非開關(guān)工作模式之間切換。因此，通過使放大元件能夠在開關(guān)工作模式和非開關(guān)工作模式之間切換，放大器能夠以較低效率(非開關(guān))或較高效率(開關(guān))操作。較低效率模式適合較低功率工作但使得能夠更精確地控制功率增益，而較高效率模式更適合較高功率工作。以這種方式，能夠在較大功率范圍內(nèi)操作，而不包括功率增益的控制精確度，并且上述低功率模式和種功率模式都可以由相同的放大器模塊實(shí)現(xiàn)，這意味著低功率模式和種功率模式可以共享相同的RF輸出管腳。對(duì)于上述高功率模式，僅需要一個(gè)外部放大器。我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明的放大器能夠在AB類和E類之間切換，可以在AB類中實(shí)現(xiàn)約10%的效率，在E類中實(shí)現(xiàn)約30%的效率。因此，在從AB類(即，較低功率模式)切換至E類(即，高功率模式)時(shí)，從電源提出的功率僅增加約為2的因子，而不管RF功率輸出增加約為5. 6的因子的事實(shí)。典型的開關(guān)工作模式為D類和E類，E類是特別優(yōu)選的。典型的非開關(guān)工作模式為A類，B類，AB類和C類，AB類是特別優(yōu)選的。典型地，所述或每個(gè)放大元件經(jīng)由無功負(fù)載網(wǎng)絡(luò)(reactive load network) f禹接至負(fù)載，無功負(fù)載網(wǎng)絡(luò)被配置為產(chǎn)生瞬態(tài)響應(yīng)，從而在開關(guān)工作模式中避免在所述或每個(gè)放大元件上同時(shí)強(qiáng)加實(shí)質(zhì)電壓和實(shí)質(zhì)電流，并且在非開關(guān)工作模式中表現(xiàn)出被調(diào)節(jié)至放大器的工作頻率的負(fù)載。這種配置特別適合用于分別作為開關(guān)工作模式和非開關(guān)工作模式的E類和AB類。這種無功負(fù)載網(wǎng)絡(luò)通常將包括一個(gè)或多個(gè)電感器和一個(gè)或多個(gè)電容器，并且在一種變型中包括并聯(lián)的電容器和電感器。無功負(fù)載網(wǎng)絡(luò)中的電容器的值可以被選擇為在開關(guān)工作模式(例如，E類)中實(shí)現(xiàn)期望的瞬態(tài)響應(yīng)，并在非開關(guān)(例如，AB類)工作模式中被調(diào)節(jié)至放大器的工作頻率。 就“避免在所述或每個(gè)放大元件上同時(shí)強(qiáng)加實(shí)質(zhì)電壓和實(shí)質(zhì)電流”來說，我們是指通過無功負(fù)載網(wǎng)絡(luò)控制流經(jīng)所述或每個(gè)放大元件的電流和在所述或每個(gè)放大元件上的電壓，以確保在例如E類操作循環(huán)的切換間隔(S卩，當(dāng)放大元件實(shí)際上接通或斷開時(shí))期間不存在明顯的損失。優(yōu)選地，所述或每個(gè)放大元件包括第一晶體管，第一晶體管由偏置電壓偏置，以在開關(guān)工作模式中用作開關(guān)和在非開關(guān)工作模式中用作線性或近線性放大器。在一種實(shí)施例中，所述或每個(gè)放大元件還包括與第一晶體管串聯(lián)的第二晶體管，第二晶體管能夠響應(yīng)于相應(yīng)增益控制信號(hào)而作為開關(guān)工作，用于將放大元件選擇性地耦接至負(fù)載。在開關(guān)工作模式中設(shè)置與第一晶體管串聯(lián)的第二晶體管的優(yōu)點(diǎn)在于，在缺少第二 晶體管時(shí)存在于第一晶體管的漏極處的高瞬態(tài)電壓將在兩個(gè)晶體管之間共享。因此，低壓晶體管可以用于第一晶體管。因此，每個(gè)放大元件可以有效地通過其相應(yīng)的增益控制信號(hào)啟用和禁用。禁用放大元件的動(dòng)作將第一晶體管從所述負(fù)載上斷開耦接，而啟用放大元件將第一晶體管耦接至所述負(fù)載。所述或每個(gè)放大元件通常如上文所述的那樣經(jīng)由無功負(fù)載網(wǎng)絡(luò)耦接至負(fù)載。在該實(shí)施例中，第一晶體管和第二晶體管在處于非開關(guān)工作模式時(shí)通常形成級(jí)聯(lián)(cascode)配置。在該實(shí)施例中，放大器還可以包括第三晶體管，第三晶體管能夠切換用于將流過第一晶體管的電流的一部分轉(zhuǎn)移至交流電(AC)接地節(jié)點(diǎn)。該第三晶體管通常將響應(yīng)于相應(yīng)的增益控制信號(hào)切換。它將流過第一晶體管的電流的一部分轉(zhuǎn)移離開負(fù)載，轉(zhuǎn)向交流接地節(jié)點(diǎn)。這允許比第二晶體管實(shí)現(xiàn)的簡單地啟用或禁用放大元件更高粒度地控制功率增益。典型地，至少兩個(gè)放大元件并聯(lián)耦接。在優(yōu)選實(shí)施例中，放大器包括第一組放大元件和第二組放大元件，每組放大元件包括至少一個(gè)放大元件，其中第一組放大元件和第二組放大元件以差分配置耦接。本發(fā)明也可以用于單端配置。放大器通常還包括用于驅(qū)動(dòng)所述或每個(gè)放大元件的預(yù)放大器，預(yù)放大器響應(yīng)于偏置控制信號(hào)，以在所述或每個(gè)放大元件分別處于開關(guān)模式和非開關(guān)模式時(shí)在高增益模式和低增益模式之間切換。在第一變型中，預(yù)放大器包括并聯(lián)的第一預(yù)放大元件和第二預(yù)放大元件，第二預(yù)放大元件在高增益模式中啟用以及在低增益模式中禁用。第一預(yù)放大元件和第二預(yù)放大元件中的每一個(gè)都可以包括級(jí)聯(lián)配置的輸入晶體管和輸出晶體管。因此，第一預(yù)放大元件和第二預(yù)放大元件中的每一個(gè)的輸出晶體管在處于低增益模式時(shí)由偏置控制信號(hào)偏置成停用工作模式。這通常是通過將偏置控制信號(hào)耦合至輸出晶體管的柵極使其斷開并變?yōu)橛行ч_路而實(shí)現(xiàn)的。
在優(yōu)選實(shí)施例中，預(yù)放大器包括第一組預(yù)放大元件和第二組預(yù)放大元件，每組預(yù)放大元件具有如針對(duì)第一變型限定的第一預(yù)放大元件和第二預(yù)放大元件，其中第一組預(yù)放大元件和第二組預(yù)放大元件耦接成差分配置。本發(fā)明也可以用于單端配置。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種放大器，包括第一晶體管和與第一晶體管串聯(lián)的第二晶體管，第二晶體管能夠響應(yīng)于增益控制信號(hào)而作為開關(guān)工作，用于將流過第一晶體管的電流的一部分選擇性地轉(zhuǎn)移至交流電接地節(jié)點(diǎn)。本發(fā)明的該方面實(shí)現(xiàn)比簡單地接通或斷開第一晶體管更高粒度的增益控制。典型地，第二晶體管能夠操作為將流過第一晶體管電流的一部分從負(fù)載轉(zhuǎn)移至交流電接地節(jié)點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種收發(fā)器系統(tǒng)，包括耦接至天線的根據(jù)第一方面的放大器，以及耦接所述天線用于放大由所述天線接收到的信號(hào)的低噪聲放大器。
本發(fā)明的該方面提供了采用根據(jù)第一方面的放大器作為發(fā)射器和采用單獨(dú)的低噪聲放大器作為接收器而實(shí)現(xiàn)收發(fā)器的簡單方式。如果提供來自根據(jù)本發(fā)明的第一方面的放大器的差分輸出，則可以經(jīng)由平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器(balun)耦合至天線。類似地，天線可以經(jīng)由平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器耦接至低噪聲放大器，該平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器可以是與上述平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器相同的一個(gè)平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器。通常，根據(jù)本發(fā)明的第一方面的放大器將經(jīng)由帶通濾波器耦接至天線。這有助于控制輸出信號(hào)的諧波含量，這可能是遵守法規(guī)需要的。根據(jù)本發(fā)明的第一方面的放大器和/或低噪聲放大器可以經(jīng)由相應(yīng)的控制信號(hào)啟用或禁用。低噪聲放大器用來在接收模式中放大非常弱的信號(hào)。就“低噪聲放大器”來說，我們是指具有低于5dB，優(yōu)選低于3dB且甚至更優(yōu)選低于IdB的噪聲指數(shù)的放大器。


將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)例，其中圖I示出了根據(jù)本發(fā)明的放大器的框圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的放大器的預(yù)放大器級(jí)的電路圖；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的放大器的輸出級(jí)的電路圖；圖4示出了圖3的輸出級(jí)的改進(jìn)，用于更高粒度增益控制；以及圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的放大器與外部放大器的組合。
具體實(shí)施例方式圖I示出了預(yù)放大器1，其接收RF輸入信號(hào)并將它放大至合適的水平，用于驅(qū)動(dòng)功率放大器輸出級(jí)2。輸出級(jí)2驅(qū)動(dòng)負(fù)載3。偏置控制信號(hào)4用來在非開關(guān)(在該情況中為AB類)工作模式和切換(在該情況中為E類)工作模式之間切換預(yù)放大器I和輸出級(jí)2。典型地，這將為數(shù)字控制信號(hào)，其中二進(jìn)制O可以用來選擇AB類，二進(jìn)制I可以用來選擇E類，反之亦然。在E類中來自輸出級(jí)2的RF輸出功率是通過如下將描述的調(diào)整電源5的電壓進(jìn)行的。在AB類中，功率控制是通過采用由功率控制電路6產(chǎn)生的一組單獨(dú)的功率控制信號(hào)的不同機(jī)制實(shí)現(xiàn)的。在AB類操作中，輸出級(jí)2的晶體管被偏置以在靜止?fàn)顟B(tài)中稍微導(dǎo)通，并且它們?cè)谟奢斎胄盘?hào)驅(qū)動(dòng)時(shí)進(jìn)一步導(dǎo)通。在輸入波形的任一個(gè)周期中，晶體管導(dǎo)通大于180°且小于360°。在E類操作中，采用開關(guān)技術(shù)，并且輸出晶體管接通和斷開。因此，對(duì)于AB類和E類工作模式中的每一種，要求來自預(yù)放大器I的不同驅(qū)動(dòng)信號(hào)水平。預(yù)放大器I因此在偏置控制信號(hào)4的控制下能夠在高增益模式和低增益模式之間切換。在低增益模式(針對(duì)AB類操作)中，由預(yù)放大器I產(chǎn)生具有約500mV峰值的輸出信號(hào)，而在高增益模式(E類操作)中，輸出信號(hào)為約2. 5V峰值。由于預(yù)放大器I的增益模式由偏置控制信號(hào)4選擇，因 此預(yù)放大器I的增益模式隨著輸出級(jí)2的工作類型一起被切換。適合預(yù)放大器I的電路在圖2中示出。這是具有級(jí)聯(lián)輸出的電感負(fù)載式差分放大器，調(diào)節(jié)為以輸出級(jí)2加載時(shí)的工作頻率諧振。如上所述，能夠在針對(duì)AB類操作的低功率模式和針對(duì)E類操作的高功率模式之間切換。預(yù)放大器I包括第一對(duì)差分輸入晶體管10a，IOb和第二對(duì)差分輸入晶體管11a，lib。輸入晶體管10a，Ila的柵極如同它們的源極一樣彼此耦接。類似地，輸入晶體管10b，Ilb的柵極如同它們的源極一樣彼此耦接。差分輸入信號(hào)12a，12b施加至輸入晶體管10a，10b，11a，Ilb的柵極。因此，信號(hào)12a耦接至輸入晶體管10a，Ila的柵極，信號(hào)12b耦接至輸入晶體管10b，Ilb的柵極。所有輸入晶體管的源極耦接至地。直流偏置電壓施加至電阻器18a，18b的接合點(diǎn)，用于偏置晶體管10a，10b，11a，lib。信號(hào)12a，12b在輸入晶體管10a，10b，11a，lib的柵極處疊加在該直流偏置電壓上，假設(shè)驅(qū)動(dòng)源具有比電阻器18a，18b的值低很多的電阻。提供晶體管19，其在接通時(shí)通過將電阻器18a，18b的接合點(diǎn)拉到直流偏置電壓施加到地的位置而禁用預(yù)放大器。每個(gè)輸入晶體管10a，10b，11a，Ilb的漏極耦接至相應(yīng)的輸出晶體管13a，13b，14a, 14b的源極。因此，每個(gè)輸入晶體管10a，10b，11a，IIb與輸出晶體管13a，13b，14a，14b中相應(yīng)的一個(gè)形成級(jí)聯(lián)對(duì)。輸出晶體管13a，13b的柵極如同輸出晶體管14a，14b的柵極一樣耦接在一起。輸出晶體管13a，14a的漏極耦接在一起并耦接至電感負(fù)載17的一端，而輸出晶體管13b，14b的漏極耦接在一起并耦接至電感負(fù)載17的另一端。從電感負(fù)載17的兩端獲得差分輸出信號(hào)15a，15b。如上所述，選擇電感負(fù)載17的電感值，實(shí)現(xiàn)以輸出級(jí)2加載時(shí)的工作頻率諧振。在高增益模式中，輸出晶體管13a，13b，14a，14b的柵極都偏置為每個(gè)晶體管的合適電壓，以在激活區(qū)域(activate region)中工作(即，它們都響應(yīng)以放大輸入信號(hào))。然而，在低增益模式中，輸出晶體管14a，14b的柵極被拉低至適當(dāng)?shù)偷碾妱?，使得輸出晶體管14a，14b和輸入晶體管11a，Ilb在輸入信號(hào)波形的任意部分期間不再導(dǎo)通。這是通過耦接由偏置控制信號(hào)4控制的增益選擇端16實(shí)現(xiàn)的，以確保僅在選擇E類工作模式時(shí)存在偏置。因此，僅僅輸出晶體管13a，13b和輸入晶體管10a，IOb在低增益模式中是激活的，并實(shí)現(xiàn)低增益。圖2中示出的電路拓?fù)浯_保輸入負(fù)載阻抗在高增益模式和低增益模式中是相似的，因?yàn)榭偸谴嬖谙嗤瑪?shù)量的輸入晶體管10a，10b，11a，lib。因此，當(dāng)由壓控振蕩器(VCO)直接驅(qū)動(dòng)時(shí)，VCO將保持在一范圍內(nèi)而不針對(duì)高增益模式和低增益模式中的每一種使它返回。類似地，由于在高增益模式和低增益模式中在輸出端處總是存在相同數(shù)量的級(jí)聯(lián)輸出晶體管13a，13b，14a，14b，因此輸出阻抗對(duì)于高增益模式和低增益模式都保持在恒定值。這在預(yù)放大器I輸出與輸出級(jí)2的輸入一起諧振時(shí)是需要的。圖3示出了輸出級(jí)2的電路圖。在該圖中，由附圖標(biāo)記20a，20b，21a，21b，22a，22b，23a和23b提供如圖所示的四對(duì)輸入晶體管。每對(duì)輸入晶體管20a，20b ;21a，21b ;22a，22b ；以及23a，23b形成至輸出級(jí)2的差分輸入。晶體管20a, 20b, 21a，21b，22a，22b，23a，23b的源極都耦接至地。晶體管20a，21a，22a，23a的柵極都耦接至輸入管腳24a，而晶體管20b，21b，22b，23b的柵極都耦接至輸入管腳24b。輸入管腳24a，24b 一起形成差分輸入，交流耦接至(經(jīng)由電容器)預(yù)放大器I的差分輸出信號(hào)15a，15b。每個(gè)輸入晶體管20a，20b，21a，21b，22a，22b，23a，23b經(jīng)由其漏極耦接至相應(yīng)的輸出晶體管 25a, 25b, 26a, 26b, 27a, 27b, 28a, 28b 的源極。輸出晶體管 25a, 26a, 27a, 28a 的漏極耦接至包括電感器29和電容器30的并聯(lián)組合的無功負(fù)載網(wǎng)絡(luò)的一端。輸出晶體管25b，26b，27b，28b的漏極耦接至無功負(fù)載網(wǎng)絡(luò)的另一端。電感器29的中心抽頭耦接至電源電壓34。無功負(fù)載網(wǎng)絡(luò)的兩端耦接至負(fù)載31。選擇電容器30的值，使得無功負(fù)載網(wǎng)絡(luò)被配置為產(chǎn)生瞬態(tài)響應(yīng)，從而在E類工作模式中避免了在輸入晶體管20a，20b，21a，21b，22a，22b，23a，23b上同時(shí)強(qiáng)加實(shí)質(zhì)電壓和實(shí)質(zhì)電流，并且在AB類工作模式中表現(xiàn)出被調(diào)節(jié)至放大器的工作頻率的負(fù)載。輸入管腳24a，24b (并且因此輸入晶體管 20a，20b, 21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b 的柵極)經(jīng)由電阻器32a，32b分別耦接至偏置端33，偏置端33處的電壓由偏置控制信號(hào)4控制，使得在處于E類工作模式時(shí)不存在偏置或存在非常小的偏置。每個(gè)輸出晶體管25a，25b，26a，26b，27a，27b，28a，28b的柵極耦接至相應(yīng)的增益控制信號(hào)35a，35b，36a，36b，37a，37b，38a，38b，下文將說明這樣耦接的目的。為了將輸出級(jí)2置于E類模式，偏置控制信號(hào)4被驅(qū)動(dòng)為在偏置端33不存在偏置或存在非常小的偏置。這使輸入晶體管20a，20b, 21a，21b，22a，22b，23a，23b用作開關(guān)，如E類操作所需要的那樣，在差分輸入信號(hào)24a，24b變化時(shí)進(jìn)行切換。采用增益控制信號(hào)35a，35b, 36a, 36b, 37a, 37b, 38a, 38b 偏置每個(gè)輸出晶體管 25a, 25b, 26a, 26b, 27a, 27b, 28a, 28b的柵極，以接通輸出晶體管25a，25b，26a，26b，27a，27b，28a，28b，使得流過輸入晶體管的電流直接流向無功負(fù)載網(wǎng)絡(luò)。增益控制信號(hào)35a，35b，36a，36b，37a，37b，38a，38b根據(jù)所需要的輸出功率由功率控制電路6產(chǎn)生。 E類模式中的輸出功率的控制通過控制來自電源5的電源電壓改變電源電壓34而實(shí)現(xiàn)。這利用對(duì)于固定負(fù)載而言輸出功率與電源電壓的平方成比例的原理，并且能夠以這種方式以IdB的臺(tái)階實(shí)現(xiàn)輸出功率的控制。為了將輸出級(jí)2置于AB類模式，偏置控制信號(hào)4驅(qū)動(dòng)為在偏置端33上存在合適的偏置電壓，以經(jīng)由電阻器32a，32b將輸入晶體管20a, 20b, 21a，21b，22a，22b，23a，23b偏置為處于線性激活工作區(qū)域。AB類模式中的輸出功率的控制是通過選擇輸入晶體管20a，20b, 21a，21b，22a，22b, 23a, 23b中的哪一個(gè)將貢獻(xiàn)于流過無功負(fù)載網(wǎng)絡(luò)的電流實(shí)現(xiàn)的。這是通過采用增益控制信號(hào) 35a, 35b, 36a, 36b, 37a, 37b, 38a, 38b 選擇性地控制輸出晶體管 25a, 25b, 26a, 26b,27a，27b，28a，28b的接通或斷開而控制的。因此，例如采用增益控制信號(hào)35a，35b斷開輸出晶體管25a，25b，將沒有電流通過相關(guān)聯(lián)的輸入晶體管20a，20b流入無功負(fù)載網(wǎng)絡(luò)，并且因此降低輸出功率。為了簡化輸出晶體管25a，25b，26a，26b，27a，27b，28a，28b的切換，增益控制信號(hào)通常成對(duì)耦合在一起。因此，正如增益控制信號(hào)36a和36b、37a和37b、以及38a和38b —樣，增益控制信號(hào)35a，35b耦合在一起。在AB類工作模式中，用于被接通的那些輸出晶體管25a，25b，26a，26b，27a，27b，28a，28b的增益控制信號(hào)35a，35b，36a，36b，37a，37b，38a，38b用來偏置接通的輸出晶體管 25a，25b，26a，26b，27a，27b，28a，28b 的柵極，使得它們與輸入晶體管 20a, 20b, 21a，21b，22a, 22b, 23a, 23b 形成級(jí)聯(lián)對(duì)。每個(gè)輸入晶體管20a，20b, 21a，21b，22a，22b，23a，23b的尺寸形成為RF放大器的輸出級(jí)中使用的常規(guī)晶體管的尺寸的四分之一。因此，輸入晶體管20a，21a，22a，23a與輸 入晶體管20b，21b，22b，23b的組合提供了與這種常規(guī)晶體管相同的增益(并且因此，相同的輸出功率)。結(jié)果，禁用任意對(duì)輸入晶體管20a和20b、2Ia和2lb、22a和22b、或者23a和23b將輸出功率降低6dB。在替代實(shí)施例中，輸入晶體管20a，20b，21a，21b，22a，22b，23a，23b不是相等尺寸的，而是可將其尺寸選擇為提供不同尺寸臺(tái)階的輸出功率控制。例如，禁用輸入晶體管對(duì)23a和23b可以引起3dB降低，而禁用輸入晶體管對(duì)22a和22b可以引起6dB降低。輸出級(jí)2的輸入阻抗在輸出功率變化時(shí)不明顯地改變，因?yàn)檩斎刖w管20a，20b，21a，21b，22a，22b，23a，23b 的數(shù)量保持相同。在希望以小于通過接通或斷開單個(gè)晶體管而實(shí)際可行的臺(tái)階更小的臺(tái)階實(shí)現(xiàn)輸出功率的控制的情況中，可以采用圖4的技術(shù)。在圖4中，圖3的電路的一部分與與輸入晶體管23a串聯(lián)耦接的附加晶體管40 —起示出。然而，輸出晶體管28a用來控制來自輸入晶體管23a的電流是否流至無功負(fù)載網(wǎng)絡(luò)，附加晶體管40用來將來自輸入晶體管23a的電流的一部分轉(zhuǎn)向電源或其它交流地。附加晶體管40由功率控制電路6控制，功率控制電路6提供向附加晶體管40的基極提供合適的偏壓以接通或斷開附加晶體管40，從而實(shí)現(xiàn)期望的輸出功率。在附加晶體管40接通時(shí)由附加晶體管40轉(zhuǎn)移的電流的比例取決于輸出晶體管28a和附加晶體管40的相對(duì)尺寸。如果它們尺寸相等，則來自輸入晶體管23a的電流的一半將被從無功負(fù)載網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)移至電源。因此與通過切換輸出晶體管28a可以提供的控制相t匕，增益臺(tái)階尺寸的更高粒度的控制是可獲得的。這種技術(shù)當(dāng)然可以與輸入晶體管20a，20b，21a，21b，22a，22b，23a，23b中的任一個(gè)一起使用，但為了便于說明，已經(jīng)參照輸入晶體管23a示出。任何這種附加晶體管的柵極耦接至相應(yīng)的增益控制信號(hào)以控制所述附加晶體管的開關(guān)。上述放大器的應(yīng)用在圖5中示出，其中根據(jù)本發(fā)明的放大器50耦接至差分輸入信號(hào)51以產(chǎn)生差分輸出信號(hào)52。差分輸出信號(hào)52能夠如上所述在低功率模式和高功率模式之間切換。差分輸出信號(hào)52耦接至中心抽頭的平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器53 (中心抽頭耦接至電源電壓34)，平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器53又通過帶通濾波器54耦接至諸如天線之類的負(fù)載55。設(shè)置了帶通濾波器54，以防止耦合至負(fù)載55的信號(hào)的諧波含量過多。設(shè)置了附加的低噪聲放大器56，用作接收器以放大在可以為天線的負(fù)載55處接收到的信號(hào)，并且由平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器53轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)52。因此,放大器56根據(jù)負(fù)載55接收到的差分信號(hào)52產(chǎn)生較高功率的差分信號(hào)57。因此，圖5的系統(tǒng)為發(fā)射器和接收器。在發(fā)射模式中，放大器56將禁用且放大器50將啟用，然而在接收模式中，放大器56將啟用且放大器50將禁用。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員在實(shí)現(xiàn)該要求保護(hù)的發(fā)明時(shí)，通過研究附圖、公開內(nèi)容和所附的權(quán)利要求，可以理解和實(shí)現(xiàn)所公開的實(shí)施例的其它變型。在權(quán)利要求中，詞語“包括”不排除其它元件或步驟，并且不定冠詞“一個(gè)”不排除多個(gè)。單個(gè)的處理器或單元可以 滿足權(quán)利要求中所述的幾個(gè)項(xiàng)目的功能。重要的是，在彼此不同的從屬權(quán)利要求中所述的某些措施不表示不能有利地使用這些措施的組合。權(quán)利要求中的任何參考標(biāo)記不應(yīng)理解為限制范圍。
權(quán)利要求
1.一種放大器，包括至少一個(gè)放大元件(20a，25a)和用于以偏置電壓偏置所述或每個(gè)放大元件的偏置電路(32a，32b)，其中偏置電路(32a，32b)適于改變偏置電壓，使得所述或每個(gè)放大元件響應(yīng)于偏置控制信號(hào)(4)通過閾值在開關(guān)工作模式和非開關(guān)工作模式之間切換。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的放大器，其中所述或每個(gè)放大元件(20a，25a)經(jīng)由無功負(fù)載網(wǎng)絡(luò)(29，30)耦接至負(fù)載，無功負(fù)載網(wǎng)絡(luò)(29，30)被配置為產(chǎn)生瞬態(tài)響應(yīng)，從而在開關(guān)工作模式中避免在所述或每個(gè)放大元件(20a，25a)上同時(shí)強(qiáng)加實(shí)質(zhì)電壓和實(shí)質(zhì)電流，并且在非開關(guān)工作模式中表現(xiàn)出被調(diào)節(jié)至放大器的工作頻率的負(fù)載。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的放大器，其中所述或每個(gè)放大元件(20a，25a)包括第一晶體管(20a)，第一晶體管(20a)由偏置電壓偏置，以在開關(guān)工作模式中用作開關(guān)和在非開關(guān)工作模式中用作線性或近線性放大器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的放大器，其中所述或每個(gè)放大元件(20a，25a)還包括與第一晶體管(20a)串聯(lián)的第二晶體管(25a)，第二晶體管(25a)能夠響應(yīng)于相應(yīng)增益控制信號(hào)而作為開關(guān)工作，用于將放大元件(20a，25a)選擇性地耦接至負(fù)載(31)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的放大器，其中第一晶體管(20a)和第二晶體管(25a)在處于非開關(guān)工作模式時(shí)形成級(jí)聯(lián)配置。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的放大器，還包括第三晶體管(40)，第三晶體管(40)能夠切換用于將流過第一晶體管(20a)的電流的一部分轉(zhuǎn)移至交流電接地節(jié)點(diǎn)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的放大器，其中至少兩個(gè)放大元件(20a，25a;21a，26a)并聯(lián)耦接。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的放大器，包括第一組放大元件(20a，25a)和第二組放大元件(20b, 25b),每組放大元件包括至少一個(gè)放大元件,其中第一組放大元件(20a,25a)和第二組放大元件(20b，25b)以差分配置耦接。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的放大器，還包括用于驅(qū)動(dòng)所述或每個(gè)放大元件(20a, 25a)的預(yù)放大器(I)，預(yù)放大器(I)響應(yīng)于偏置控制信號(hào)(4)，以在所述或每個(gè)放大元件(20a，25a)分別處于開關(guān)模式和非開關(guān)模式時(shí)在高增益模式和低增益模式之間切換。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的放大器，其中預(yù)放大器包括并聯(lián)的第一預(yù)放大元件(10a，13a)和第二預(yù)放大元件(11a，14a)，第二預(yù)放大元件(11a，14a)在高增益模式中啟用并且在低增益模式中禁用。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的放大器，其中第一預(yù)放大元件(10a，13a)和第二預(yù)放大元件(11a，14a)中的每一個(gè)都包括級(jí)聯(lián)配置的輸入晶體管(10a，Ila)和輸出晶體管(13a，14a)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的放大器，其中第一預(yù)放大元件(10a，13a)和第二預(yù)放大元件(11a, 14a)中的每一個(gè)的輸出晶體管(13a, 14a)在處于低增益模式時(shí)由偏置控制信號(hào)(4)偏置成停用工作模式。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的放大器，其中預(yù)放大器(I)包括第一組預(yù)放大元件(10a，13a ; I la, 14a)和第二組預(yù)放大元件(10b, 13b ; I lb, 14b),每組預(yù)放大元件具有權(quán)利要求10至12限定的第一預(yù)放大元件(10a, 13a ；lla, 14a)和第二預(yù)放大元件(10b, 13b ；llb, 14b)，其中第一組預(yù)放大元件(10a, 13a ；lla, 14a)和第二組預(yù)放大元件(10b, 13b ；llb, 14b)率禹接成差分配置。
14.一種放大器,包括第一晶體管(23a)和與第一晶體管串聯(lián)的第二晶體管(40),第二晶體管(40)能夠響應(yīng)于增益控制信號(hào)而作為開關(guān)工作，用于將流過第一晶體管的電流的一部分選擇性地轉(zhuǎn)移至交流電接地節(jié)點(diǎn)。
15.一種收發(fā)器系統(tǒng)，包括耦接至天線(55)的根據(jù)權(quán)利要求1-13中任一項(xiàng)所述的放大器(50)，以及耦接至所述天線用于放大由所述天線接收到的信號(hào)的低噪聲放大器(56)。
全文摘要
本申請(qǐng)公開了一種放大器，包括至少一個(gè)放大元件(20a，25a)和用于以偏置電壓偏置所述或每個(gè)放大元件的偏置電路(32a，32b)。偏置電路(32a，32b)適于改變偏置電壓，使得所述或每個(gè)放大元件響應(yīng)于偏置控制信號(hào)(4)通過閾值在開關(guān)工作模式和非開關(guān)工作模式之間切換。
文檔編號(hào)H03F3/189GK102684614SQ20121006300
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月15日
發(fā)明者西蒙·彼得·戈達(dá)德, 金·李 申請(qǐng)人:Nxp股份有限公司