本申請(qǐng)要求2015年04月07日提交的美國(guó)非臨時(shí)申請(qǐng)No.14/680,988的優(yōu)先權(quán)，其內(nèi)容針對(duì)所有目的整體通過(guò)引用并入本文。

根據(jù)35美國(guó)C.§119(e)，本申請(qǐng)有權(quán)享有并且要求2014年06月25日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No.62/017,060以及2014年10月14日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No.62/063,863的申請(qǐng)日的權(quán)益。在此，美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No.62/017,060的內(nèi)容和美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No.62/063,863的內(nèi)容通過(guò)引用整體并入本文。本申請(qǐng)與2015年04月07日同時(shí)提交的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No.14/681,008(代理人案號(hào)000026-014003)相關(guān)，其內(nèi)容在此通過(guò)引用整體并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開(kāi)涉及電子電路及方法，并且具體涉及開(kāi)關(guān)電容器發(fā)射器電路及方法。

背景技術(shù)：

數(shù)字傳輸涉及數(shù)據(jù)(數(shù)字比特流或數(shù)字化的模擬信號(hào))在電子系統(tǒng)之間的物理傳送。圖1圖示了用于在兩個(gè)電子系統(tǒng)之間傳送數(shù)據(jù)的典型布置。電子系統(tǒng)101可以包括存儲(chǔ)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)112的數(shù)字處理電路110(例如，CPU和存儲(chǔ)器)。電子系統(tǒng)101可以使用發(fā)射器(Tx)114向另一電子系統(tǒng)102發(fā)送數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)112。發(fā)射器114接收數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)112并且將該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)以用于跨通信介質(zhì)103傳輸。例如，在無(wú)線(xiàn)應(yīng)用中，模擬信號(hào)可以被上變頻到射頻信號(hào)，然后通過(guò)空氣在天線(xiàn)之間廣播。電子系統(tǒng)102包括用于接收數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)112的接收器124(Rx)。在該示例中，電子系統(tǒng)101和電子系統(tǒng)102二者都可以使用發(fā)射器(Tx)發(fā)送數(shù)據(jù)并且使用接收器(Rx)接收數(shù)據(jù)。因此，例如，電子系統(tǒng)102也可以包括數(shù)字處理電路120，其存儲(chǔ)可能使用發(fā)射器124發(fā)送到電子系統(tǒng)101的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)122。

圖2圖示了用于在無(wú)線(xiàn)信道中發(fā)射數(shù)據(jù)的示例現(xiàn)有技術(shù)架構(gòu)。在無(wú)線(xiàn)發(fā)射信道中，使用數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)201將包括編碼的數(shù)據(jù)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。然后，使用低通濾波器(LPF)202和增益級(jí)(Av)203處理模擬信號(hào)(或模擬“基帶”信號(hào))。然后，使用上變頻器204和本地振蕩器(LO)將模擬基帶信號(hào)遷移到載波頻率。在205，上變頻的信號(hào)被再次濾波。功率放大器206增大模擬信號(hào)的功率以用于跨通信介質(zhì)傳輸。

在當(dāng)前的傳輸系統(tǒng)中，功耗是大問(wèn)題。通信系統(tǒng)(諸如無(wú)線(xiàn)設(shè)備)的快速擴(kuò)展已經(jīng)縮緊了設(shè)備的功耗要求，并且發(fā)射器是這種消耗的重要來(lái)源。例如，傳統(tǒng)的模擬功率放大器消耗尤其大量的功率。改進(jìn)這種模擬功率放大器的效率是需要持續(xù)研究的領(lǐng)域。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本公開(kāi)包括開(kāi)關(guān)電容器發(fā)射器電路及方法。在一個(gè)實(shí)施例中，本公開(kāi)包括耦合到電感性網(wǎng)絡(luò)的輸入的多個(gè)開(kāi)關(guān)電容器發(fā)射器電路。電感性網(wǎng)絡(luò)組合來(lái)自開(kāi)關(guān)電容器發(fā)射器電路的電壓以在輸出上產(chǎn)生組合電壓。在另一實(shí)施例中，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)被溫度計(jì)編碼并且負(fù)的溫度編碼信號(hào)被位順序反轉(zhuǎn)以控制在開(kāi)關(guān)電容器發(fā)射器電路中的電容器。

以下詳細(xì)描述和附圖提供了對(duì)本公開(kāi)的屬性和優(yōu)勢(shì)的更好的理解。

附圖說(shuō)明

圖1圖示了用于在兩個(gè)電子系統(tǒng)之間傳輸數(shù)據(jù)的典型布置。

圖2圖示了用于發(fā)射數(shù)據(jù)的典型架構(gòu)。

圖3圖示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的開(kāi)關(guān)電容器發(fā)射器。

圖4圖示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的示例開(kāi)關(guān)電容器發(fā)射器電路。

圖5圖示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的耦合到功率組合網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)開(kāi)關(guān)電容器發(fā)射器電路。

圖6A圖示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的示例發(fā)射器。

圖6B-圖6C圖示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的示例繪圖。

圖7圖示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的包括同相(I)信號(hào)和正交(Q)信號(hào)的示例功率組合器。

圖8圖示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的包括濾波器的示例發(fā)射器。

圖9圖示了根據(jù)另一實(shí)施例的示例功率組合器。

圖10圖示了根據(jù)又一實(shí)施例的示例功率組合器。

圖11圖示了根據(jù)另一實(shí)施例的層級(jí)配置的示例功率組合器。

圖12圖示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的方法。

圖13A-圖13E圖示了根據(jù)某些實(shí)施例的功率組合器的示例電路布局實(shí)現(xiàn)。

圖14A示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的具有溫度計(jì)編碼的開(kāi)關(guān)電容器發(fā)射器。

圖14B示出了根據(jù)另一實(shí)施例的具有偽差分編碼的開(kāi)關(guān)電容器發(fā)射器。

圖15A示出了極化基帶幅度波形和RF輸出。

圖15B示出了用于笛卡爾調(diào)制的基帶波形。

圖15C示出了基帶波形的偽差分實(shí)現(xiàn)。

圖15D示出了用于笛卡爾調(diào)制波形的差分RF輸出。

圖16示出了基于4端子2狀態(tài)開(kāi)關(guān)電容器電路的用于開(kāi)關(guān)電容器動(dòng)態(tài)供電電流的基于電荷的模型。

圖17示出了具有直接IQ SCCPA的示例數(shù)字RF Tx路徑。

圖18示出了具有串聯(lián)電壓變壓器電感性功率組合器網(wǎng)絡(luò)的示例多抽頭直接IQ SCCPA。

圖19A示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的示例SCPA開(kāi)關(guān)邏輯和驅(qū)動(dòng)器。

圖19B示出了根據(jù)另一實(shí)施例的另一示例SCPA開(kāi)關(guān)邏輯和驅(qū)動(dòng)器。

圖20示出了具有FIR的沖激域上變頻信號(hào)路徑。

圖21示出了時(shí)域Tx路徑。

圖22示出了SCPA Tx路徑的單極點(diǎn)實(shí)現(xiàn)和波形。

圖23示出了具有溫度計(jì)編碼的多位SCPA，該溫度計(jì)編碼具有反相輸出的相對(duì)位反轉(zhuǎn)具有反相輸出。

圖24示出了使用常規(guī)XNOR反相輸出的笛卡爾SCPA波形和動(dòng)態(tài)供電電流。

圖25示出了使用提出的在反相輸出之間具有相對(duì)位順序反轉(zhuǎn)的溫度計(jì)編碼的笛卡爾SCPA波形和動(dòng)態(tài)供電電流。

圖26示出了極化SCPA幅度編碼的波形和動(dòng)態(tài)供電電流。

圖27是示例實(shí)施例的PSD頻譜以及調(diào)制器線(xiàn)性傳遞函數(shù)的繪圖。

具體實(shí)施方式

本公開(kāi)涉及開(kāi)關(guān)電容器發(fā)射器電路及方法。在以下的描述中，為了解釋的目的，闡述了各種示例和具體細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本公開(kāi)的透徹的理解。然而，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)明顯的是，如在權(quán)利要求中表述的本公開(kāi)可以單獨(dú)地包括這些示例中的一些或所有的特征或與下文描述的其他特征組合的這些示例中的一些或所有的特征，并且可以進(jìn)一步包括本文描述的特征和概念的修改和等價(jià)物。

本公開(kāi)的實(shí)施例包括新的傳輸技術(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，本公開(kāi)包括創(chuàng)新的開(kāi)關(guān)電容器發(fā)射器電路和功率組合器電路。在另一實(shí)施例中，本公開(kāi)包括創(chuàng)新的數(shù)字處理技術(shù)以用于驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)電容器電路?？梢詤⒖枷挛闹械氖纠斫獗竟_(kāi)的其他方面。

在開(kāi)關(guān)電容器發(fā)射器中的功率組合

圖3圖示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的開(kāi)關(guān)電容器發(fā)射器。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)被數(shù)字預(yù)調(diào)節(jié)電路301接收并且提供到開(kāi)關(guān)電容器發(fā)射器陣列350。如在下文更詳細(xì)描述的，預(yù)調(diào)節(jié)可以包括例如插值或delta-sigma調(diào)制和/或其他函數(shù)。例如，delta-sigma調(diào)制可以例如通過(guò)降低與在關(guān)鍵頻帶中減少的位的數(shù)量相關(guān)的量化噪聲的功率譜密度，來(lái)使數(shù)字RF波形的二進(jìn)制表示中的位的數(shù)量能夠減少。減少的位的數(shù)量又可以支持對(duì)單位元件的溫度計(jì)編碼。在一些示例實(shí)施例中，維持元件匹配可能是關(guān)鍵的，這對(duì)維持模數(shù)轉(zhuǎn)換中的線(xiàn)性度是必要的，而這對(duì)實(shí)現(xiàn)必要的低水平的信號(hào)失真以滿(mǎn)足發(fā)射器帶內(nèi)信號(hào)對(duì)失真水平以及帶外雜散發(fā)射要求又是必要的。在圖3示出的示例中，開(kāi)關(guān)電容器發(fā)射器陣列350包括開(kāi)關(guān)數(shù)據(jù)編碼器351和多個(gè)開(kāi)關(guān)電容器發(fā)射器電路302a-302m。開(kāi)關(guān)電容器發(fā)射器電路302a-302m有時(shí)被稱(chēng)為開(kāi)關(guān)電容器功率放大器電路(“SCPA”)。如在下文更詳細(xì)描述的，每個(gè)SCPA包括多個(gè)電容器311a-311n和電感器Ls 312。多個(gè)電容器被可切換地耦合在電源端子Vdd和基準(zhǔn)電壓端子之間(在該示例中是地(GND))。

數(shù)字預(yù)調(diào)節(jié)電路301的輸出由開(kāi)關(guān)數(shù)據(jù)編碼器351接收。如在下文更詳細(xì)描述的，開(kāi)關(guān)數(shù)據(jù)編碼器351可以將數(shù)字信號(hào)編碼至耦合到SCPA電容器的控制開(kāi)關(guān)，以將每個(gè)電容器的端子選擇性地耦合到Vdd或地。隨著更多的電容器耦合到Vdd，在開(kāi)關(guān)電容器發(fā)射器陣列350的輸出處的電壓的幅度增加，并且隨著更少的電容器耦合到Vdd，在開(kāi)關(guān)電容器發(fā)射器陣列350的輸出處的電壓的幅度減小?？梢允褂秒姼行怨β式M合器網(wǎng)絡(luò)320將來(lái)自多個(gè)SCPA電容器陣列的電壓組合。電感性功率組合器網(wǎng)絡(luò)包括耦合到多個(gè)開(kāi)關(guān)電容器發(fā)射器電路302a-302m的多個(gè)輸出的多個(gè)輸入。如在下文更詳細(xì)描述的，每個(gè)SCPA可以有利地包括在電容器端子和SCPA輸出之間耦合的電感器Ls 312。本公開(kāi)的實(shí)施例可以包括各種有利的配置以用于將SCPA電感器耦合到電感性網(wǎng)絡(luò)，以用于將來(lái)自多個(gè)開(kāi)關(guān)電容器發(fā)射器電路的電壓組合以產(chǎn)生組合電壓輸出。因此，電感性功率組合器網(wǎng)絡(luò)320可以將來(lái)自SCPA的電壓組合以產(chǎn)生模擬發(fā)射信號(hào)。模擬發(fā)射信號(hào)可以例如被提供到天線(xiàn)或用于將模擬發(fā)射信號(hào)耦合到通信介質(zhì)的其他機(jī)構(gòu)。

圖4圖示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的示例開(kāi)關(guān)電容器發(fā)射器電路(SCPA)。該示例圖示了具有差分輸出和差分輸出電感器Lsp 450和Lsm 451的SCPA。SCPA 400包括兩個(gè)(2)電容器陣列，每個(gè)具有N個(gè)電容器(Csp1-CspN以及Csm1-CsmN)。每個(gè)電容器的一個(gè)端子通過(guò)諸如開(kāi)關(guān)413的第一開(kāi)關(guān)(S_H)被耦合到Vdd并且通過(guò)諸如開(kāi)關(guān)412的第二開(kāi)關(guān)(S_L)被耦合到地。N個(gè)電容器中的每個(gè)電容器的第二端子(位于陣列的正側(cè))被耦合到正輸出電感器450的第一端子。電感器450的第二端子提供SCPA 400的正輸出(outp)。類(lèi)似地，第二N個(gè)電容器中的每個(gè)電容器的第二端子(位于陣列的負(fù)側(cè))被耦合到負(fù)輸出電感器451的第一端子。電感器451的第二端子提供SCPA 400的負(fù)輸出(outm)。

SCPA中的電容器在地和Vdd之間切換，以將電荷耦合到相應(yīng)的電感器，在輸出端子outp和outm上產(chǎn)生電壓。例如，電容器的控制可以增加或降低跨outp和outm的差分電壓。因此，SCPA中的電容器可以由開(kāi)關(guān)邏輯電路410a-N和420a-N控制，其接收多個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)以將開(kāi)關(guān)導(dǎo)通和關(guān)斷，并且據(jù)此將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電壓。在該示例中，每個(gè)開(kāi)關(guān)邏輯電路從開(kāi)關(guān)數(shù)據(jù)編碼器401中接收位線(xiàn)輸出。例如，開(kāi)關(guān)數(shù)據(jù)編碼器401接收數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)Xm，其可以是B位長(zhǎng)度的信號(hào)。該信號(hào)可以被編碼以驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)，以便SCPA產(chǎn)生所需的電壓輸出信號(hào)。在下文更詳細(xì)描述的一個(gè)示例實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)數(shù)據(jù)編碼器401可以使用溫度編碼和位順序反轉(zhuǎn)來(lái)產(chǎn)生編碼的信號(hào)。開(kāi)關(guān)數(shù)據(jù)編碼器401產(chǎn)生N位的數(shù)字輸出信號(hào)“dp<1:N>”和N位數(shù)字輸出信號(hào)“dm<1:N>”以用于驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)邏輯電路410a-N和420a-N。在該示例中，對(duì)于正輸出(outp)，dp<1>和dm<1>控制第一正側(cè)電容器Csp<1>的切換，dp<2>和dm<2>控制第二正側(cè)電容器Csp<2>的切換，等等，一直到dp<N>和dm<N>控制第N個(gè)正側(cè)電容器Csp<N>的切換。類(lèi)似地，對(duì)于負(fù)輸出(outm)，dp<1>和dm<1>控制第一負(fù)側(cè)電容器Csm<1>的切換，dp<2>和dm<2>控制第二負(fù)側(cè)電容器Csm<2>的切換，等等，一直到dp<N>和dm<N>控制第N個(gè)負(fù)側(cè)電容器Csm<N>的切換。還可以提供時(shí)鐘信號(hào)CLK來(lái)控制時(shí)序。例如，開(kāi)關(guān)邏輯電路410和420可以接收CLK以控制電容器開(kāi)關(guān)的時(shí)間。開(kāi)關(guān)邏輯電路410和420可以控制開(kāi)關(guān)412、413等等以便正輸出(outp)和負(fù)輸出(outm)一起形成差分信號(hào)。

圖5圖示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的耦合到功率組合網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)開(kāi)關(guān)電容器發(fā)射器電路。在該示例中，在M-SCPA 501-503的輸入處接收數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)X1-M以產(chǎn)生M個(gè)模擬輸出?？梢栽陔姼行怨β式M合器網(wǎng)絡(luò)510中組合來(lái)自M個(gè)輸出的電壓。在該示例中，電感性功率組合器網(wǎng)絡(luò)510包括多個(gè)互感部件，其中互感被用來(lái)組合在輸入處的功率以產(chǎn)生組合的電壓輸出信號(hào)。在輸出處的組合的電壓可以被提供到負(fù)載(R_L)550。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)射器電路被用在無(wú)線(xiàn)發(fā)射器中，并且發(fā)射器R_L 550的輸出被耦合到天線(xiàn)551。

圖6圖示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的示例發(fā)射器。發(fā)射器650接收在預(yù)處理器651中的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)(TxDAT)。在該示例中，預(yù)處理器包括數(shù)字笛卡爾調(diào)制器，其可以包括有限沖激響應(yīng)(FIR)濾波器。例如，預(yù)處理器651產(chǎn)生B位的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)并且可以產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)CLK。在分布式開(kāi)關(guān)電容器功率放大器(DSCPA)601的輸入上接收預(yù)處理器651的輸出。DSCPA 601產(chǎn)生模擬輸出信號(hào)PA out，其可以例如被耦合到天線(xiàn)。

在該示例中，DSCPA 601的擴(kuò)展的詳細(xì)示圖圖示了驅(qū)動(dòng)分布式變壓器620的M個(gè)SCPA(M-抽頭)。變壓器是在兩個(gè)或多個(gè)電路之間通過(guò)電磁感應(yīng)傳輸能量的電氣設(shè)備。分布式變壓器是包括多個(gè)互感部件的電感性網(wǎng)絡(luò)。通常，互感部件包括具有第一對(duì)端子的第一電感性部件(例如，繞組)(有時(shí)被稱(chēng)作初級(jí))以及具有第二對(duì)端子的第二電感性部件(例如，次級(jí)繞組)(有時(shí)被稱(chēng)作次級(jí))。變壓器的初級(jí)繞組中的變化的電流在次級(jí)繞組上產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)。在次級(jí)處的該變化的磁場(chǎng)在次級(jí)繞組中感應(yīng)出變化的電動(dòng)勢(shì)(EMF)或電壓。在該示例中，多個(gè)主電感性部件的初級(jí)輸入被耦合到多個(gè)SCPA的輸出，并且次級(jí)中的電感性部件被串聯(lián)配置以在輸出處產(chǎn)生組合的電壓。如下文說(shuō)明的，根據(jù)各種實(shí)施例可以使用多種配置的分布式變壓器。有利地，電感器可以被包括在SCPA中。例如，這些電感器可以過(guò)濾來(lái)自電容器的開(kāi)關(guān)信號(hào)，降低功耗和/或引入關(guān)于分布式變壓器中的電感性部件的可能配置的自由度。

在該示例中，SCPA 610的擴(kuò)展的詳細(xì)示圖示出了開(kāi)關(guān)數(shù)據(jù)編碼器612、多個(gè)開(kāi)關(guān)邏輯驅(qū)動(dòng)器611(控制開(kāi)關(guān)SH和SL來(lái)可切換地將電容器Csp<1:N>和Csm<1:N>的端子耦合在電源端子(VDD)和基準(zhǔn)電壓端子(例如，地)之間)。實(shí)施例可以包括不同的SCPA的Vdd是不同的應(yīng)用。例如，在該示例中，不同的SCPA可以具有不同的電源電壓Vdd1…VddM。每個(gè)SCPA包括正輸出電感器Lsp以及負(fù)輸出電感器Lsm。本公開(kāi)的特征和優(yōu)勢(shì)包括在每個(gè)SCPA中的輸出電感器。在功率組合器之前，這些串聯(lián)電感器的并入通過(guò)阻擋SCPA的諧波開(kāi)關(guān)功耗而改善了總體效率。電感性功率組合器的一個(gè)問(wèn)題是組合器自身中的電感能夠阻擋到PA輸出負(fù)載的諧波開(kāi)關(guān)功耗，但是它仍然允許其通過(guò)初級(jí)繞組耦合回其他抽頭中的每一個(gè)，在該處其消散(浪費(fèi))在連接到那些其他抽頭的SCPA的源電阻中。SCPA串聯(lián)輸出電感的量是該阻擋效率針對(duì)組合器的耦合效率之間的折中。

圖6示出了開(kāi)關(guān)電容器發(fā)射器電路的一個(gè)實(shí)施例，其中每個(gè)開(kāi)關(guān)電容器發(fā)射器電路的第一輸出被耦合到分布式變壓器中的電感性元件的第一端子，并且每個(gè)開(kāi)關(guān)電容器發(fā)射器電路的第二輸出被耦合到分布式變壓器中的不同的相鄰電感性元件的第一端子。例如，在圖6中，SCPA的抽頭被耦合到分布式變壓器功率組合器620使得每個(gè)SCPA的正輸出和負(fù)輸出被分別連接到分離的、相鄰的主變壓器的端子。例如，SCPA抽頭1的正輸出(outp)可以被耦合到第一變壓器(T1)的初級(jí)端子，而SCPA抽頭1的負(fù)輸出(outm)可以被耦合到另一變壓器(T2)的初級(jí)端子。其他SCPA抽頭可以被類(lèi)似地配置使得SCPA抽頭M的正輸出被耦合到第M個(gè)變壓器(TM)，并且SCPA抽頭M的負(fù)輸出被耦合到第一變壓器(T1)。

本公開(kāi)的特征和優(yōu)勢(shì)包括增加SCPA抽頭的數(shù)量來(lái)增加PA輸出電壓的幅度。組合多個(gè)抽頭(Ntaps)使得能夠以1/Ntaps的系數(shù)降低電源電壓并且以與降低開(kāi)關(guān)電容等價(jià)的方式改善效率。下列示例方程說(shuō)明了對(duì)于極化調(diào)制作為數(shù)字碼n的函數(shù)的靜態(tài)效率與輸出功率。圖6B圖示了使用了本文描述的用于一個(gè)示例實(shí)現(xiàn)的技術(shù)的效率改善。

其中Ntaps是SCPA開(kāi)關(guān)元件的數(shù)量、Fs是開(kāi)關(guān)頻率、Cs是總的開(kāi)關(guān)電容、Vdd是開(kāi)關(guān)電源水平以及RL是輸出負(fù)載電阻。

發(fā)射器的輸出電壓如下：

圖6C圖示了對(duì)于使用笛卡爾調(diào)制的示例實(shí)現(xiàn)的類(lèi)似的有利結(jié)果，這將在下文更詳細(xì)地討論。

圖7圖示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的包括同相(I)信號(hào)和正交(Q)信號(hào)的示例功率組合器。在該示例中，第一多個(gè)開(kāi)關(guān)電容器發(fā)射器電路(SCPA)將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的同相(I)分量耦合到分布式變壓器的輸入，并且第二多個(gè)開(kāi)關(guān)電容器發(fā)射器電路(SCPA)將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的正交(Q)分量耦合到分布式變壓器的第二多個(gè)輸入。例如，在該示例中，SCPA 701-703可以接收同相數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)i_dat<B:1>和同相時(shí)鐘i_clk。類(lèi)似地，例如，SCPA 704-706可以接收正交數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)q_datt<B:1>和正交時(shí)鐘q_clk。在該示例中，同相SCPA的數(shù)量等于正交SCPA的數(shù)量。例如，SCPA的輸出電壓可以在多抽頭變壓器組合器中組合以在輸出處產(chǎn)生組合的I/Q電壓信號(hào)。

圖8圖示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的實(shí)施有限沖激響應(yīng)(FIR)濾波器傳遞函數(shù)的示例發(fā)射器。在一些實(shí)施例中，預(yù)處理可以包括對(duì)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)濾波。在該示例中，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)TxD被delta sigma轉(zhuǎn)換器處理。然后，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)通過(guò)多個(gè)串聯(lián)延遲電路(Z^-1)被相繼耦合到多個(gè)開(kāi)關(guān)電容器發(fā)射器電路以對(duì)該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)濾波。延遲電路的每個(gè)輸出可以通過(guò)將不同電源電壓耦合到不同的SCPA而被加權(quán)。在該示例中，delta sigma調(diào)制器的輸出(TxData)被耦合到具有電源電壓Vdd*h0的數(shù)模轉(zhuǎn)換器801。TxData分別通過(guò)延遲電路810-816被順次地耦合到SCPA 802-808的輸入。SCPA 802-808分別接收電源電壓Vdd乘h0、h1、h2、h3、h2、h1和h0。根據(jù)方程(2)，SCPA的輸出電壓與SCPA的電源電壓成比例并且如果通過(guò)組合器將SCPA的輸出與相等的殘留延遲相加，那么發(fā)射器將會(huì)產(chǎn)生輸出，y(z)＝h(z)*x(z)，其中y(z)是輸出電壓的Z變換，x(z)是數(shù)字輸入信號(hào)的Z變換并且這里h(z)＝∑_nh_nz^-n是使用電源電壓權(quán)重hn實(shí)施的濾波器權(quán)重。該實(shí)施例還示出了該信號(hào)通過(guò)諸如電流模式DAC的備選類(lèi)型的DAC 801并且通過(guò)組合器被轉(zhuǎn)送到PA輸出的示例。這對(duì)發(fā)射低于SCPA的最低實(shí)用水平的功率水平可能是有用的。

圖9圖示了根據(jù)另一實(shí)施例的示例功率組合器。在該示例中，分布式變壓器包括耦合到多個(gè)開(kāi)關(guān)電容器發(fā)射器電路的輸出的多個(gè)輸入。具體地，功率組合變壓器950包括M個(gè)變壓器元件，具有M個(gè)初級(jí)以及耦合到輸出的M個(gè)串聯(lián)配置的次級(jí)。第一SCPA(抽頭1)接收Vdd1并且具有驅(qū)動(dòng)T1的初級(jí)的第一輸入和第二輸入的第一輸出和第二輸出。第二SCPA(抽頭2)接收Vdd2并且具有驅(qū)動(dòng)T3的初級(jí)的第一輸入和第二輸入的第一輸出和第二輸出。同樣地，第M個(gè)SCPA(抽頭M)接收VddM并且具有驅(qū)動(dòng)TM的初級(jí)的第一輸入和第二輸入的第一輸出和第二輸出。例如，在一些實(shí)施例中，電源電壓水平可以相同，而在其他實(shí)施例中，電源可以是不同的值。

圖10圖示了根據(jù)又一實(shí)施例的示例功率組合器。在該示例中，多個(gè)分布式變壓器可以被用來(lái)組合來(lái)自不同的SCPA抽頭的電壓。例如，在該示例中，兩個(gè)分布式變壓器被配置成由2M個(gè)SCPA驅(qū)動(dòng)的耦合線(xiàn)變壓器布置。第一M個(gè)SCPA(抽頭1-M)驅(qū)動(dòng)分布式變壓器1050，并且第二M個(gè)SCPA(抽頭M+1到2M)驅(qū)動(dòng)分布式變壓器1051。例如，分布式變壓器1050-1051的串聯(lián)配置的次級(jí)可以通過(guò)電感器1001和電感器1002被耦合到輸出，其中電壓被組合以產(chǎn)生模擬輸出電壓。

圖11圖示了根據(jù)其他實(shí)施例的層級(jí)配置的示例功率組合器。在該示例實(shí)現(xiàn)中，多個(gè)變壓器以層級(jí)配置以組合來(lái)自SCPA的電壓。在圖11中，SCPA的輸出驅(qū)動(dòng)每個(gè)電壓器的初級(jí)和次級(jí)的端子。初級(jí)和次級(jí)的其他端子被以“公司(corporate)”或“錦標(biāo)賽(championship)”層級(jí)結(jié)構(gòu)布置，例如，其中一次相繼組合兩個(gè)電壓直到獲得最終組合的輸出電壓。

圖12圖示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的方法。在1201，在多個(gè)開(kāi)關(guān)電容器發(fā)射器電路中接收數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸。在1202，在電感性功率組合器網(wǎng)絡(luò)中組合來(lái)自開(kāi)關(guān)電容器發(fā)射器電路的電壓。例如，功率組合器網(wǎng)絡(luò)可以是如上文描述的分布式變壓器。

圖13A-13E圖示了根據(jù)某些實(shí)施例的功率組合器的示例電路布局實(shí)現(xiàn)。變壓器實(shí)現(xiàn)通過(guò)使組合器布局能夠外切或內(nèi)切SCPA的活躍電氣電路裝置而實(shí)現(xiàn)面積高效以及封裝設(shè)計(jì)改善。

在圖13A中，多個(gè)開(kāi)關(guān)電容器功率放大器(SCPA)1301-1308被耦合到包括多個(gè)內(nèi)部(或內(nèi))電感性部件(例如，諸如在SCPA 1301和SCPA 1308之間的電感性部件1321)的分布式變壓器。例如，SCPA 1301-1308可以從數(shù)字處理器1350接收數(shù)字信號(hào)。例如，在外部(或外)電感性部件1320中組合由SCPA 1301-1308生成的電壓，外部電感性部件1320磁耦合到內(nèi)部電感性部件以在1322處產(chǎn)生輸出。

圖13B圖示了另一示例分布式變壓器。在該示例中，數(shù)字I/Q RF調(diào)制器和delta sigma調(diào)制器1310生成I信號(hào)和Q信號(hào)，I信號(hào)和Q信號(hào)如所示地通過(guò)SCPA 1311被耦合并且在分布式變壓器1312中被組合以在PA out處產(chǎn)生組合的輸出電壓。

圖13C圖示了包括螺線(xiàn)管(solenoid)的又一示例。每個(gè)SCPA 1330驅(qū)動(dòng)兩個(gè)螺線(xiàn)管1331，這又驅(qū)動(dòng)磁耦合的電感性繞組1332以在PA out處產(chǎn)生組合的輸出電壓。

圖13D圖示了另一示例，其中具有各自的電源電壓水平VDDH0-VDDH3的帶通開(kāi)關(guān)電容器數(shù)模轉(zhuǎn)換器(BPSCDAC)抽頭0-6 1341接收經(jīng)過(guò)延遲元件1335的相繼延遲的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)(DIN)，由此聯(lián)合地實(shí)施有限沖激響應(yīng)濾波器傳遞函數(shù)。例如，每個(gè)BPSCDAC 1341可以包括如在下文更詳細(xì)描述的溫度編碼器1344。BPSCDAC 1341的輸出通過(guò)如圖所示以分布式活躍變壓器配置布置的輸出電感器1342被耦合到磁耦合元件1343，磁耦合元件1343包括耦合在輸出電感器1342之間的外部分段和連續(xù)內(nèi)部元件，連續(xù)內(nèi)部元件具有耦合到地的端子以及在OUT處產(chǎn)生組合的輸出電壓的第二端子。

圖13E圖示了另一示例功率組合器。在該示例布置中，針對(duì)每個(gè)單位元件開(kāi)關(guān)電容器具有饋線(xiàn)的SCPA對(duì)1360和1361驅(qū)動(dòng)內(nèi)部環(huán)1362。饋線(xiàn)和內(nèi)部環(huán)之間的導(dǎo)體的分段與饋線(xiàn)一起聯(lián)合實(shí)施每個(gè)SCPA電感器。環(huán)1362被磁耦合到外部環(huán)，其具有耦合到地的一個(gè)端子和耦合到OUT的第二端子。在該示例中，通過(guò)線(xiàn)圈1365和線(xiàn)圈1366將第一外部環(huán)和第二外部環(huán)耦合并且耦合到OUT以在OUT處產(chǎn)生組合的輸出電壓。

開(kāi)關(guān)電容器發(fā)射器中的笛卡爾調(diào)制

本公開(kāi)的一些實(shí)施例的另一方面可以包括具有開(kāi)關(guān)電容器發(fā)射器電路的發(fā)射器，開(kāi)關(guān)電容器發(fā)射器電路包括在電源端子和基準(zhǔn)電壓端子之間可切換地耦合并且由溫度計(jì)編碼器驅(qū)動(dòng)的多個(gè)電容器。例如，溫度計(jì)編碼器電路可以從數(shù)字TX笛卡爾調(diào)制器接收笛卡爾調(diào)制的信號(hào)，并且產(chǎn)生例如正溫度編碼的信號(hào)和負(fù)溫度編碼的信號(hào)。例如，笛卡爾調(diào)制的信號(hào)可以包括被數(shù)字組合到一個(gè)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)中的同相(I)和正交相(Q)分量或在功率放大器中組合的分離的同相(I)和正交相(Q)分量。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，溫度計(jì)編碼器可以接收作為包括I和Q分量的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的笛卡爾調(diào)制的信號(hào)。例如，在另一實(shí)施例中，溫度計(jì)編碼器可以接收同相(I)信號(hào)和正交相(Q)信號(hào)并且產(chǎn)生正溫度編碼的I信號(hào)、負(fù)溫度編碼的I信號(hào)、正溫度編碼的Q信號(hào)和負(fù)溫度編碼的Q信號(hào)。本公開(kāi)的特征和優(yōu)勢(shì)可以包括，正溫度編碼的信號(hào)的位線(xiàn)被耦合成控制多個(gè)電容器中的特定電容器，以及負(fù)溫度編碼的信號(hào)的位線(xiàn)被耦合成以相對(duì)于正編碼的信號(hào)的位線(xiàn)反轉(zhuǎn)的位順序控制多個(gè)電容器中的特定電容器。例如，位順序反轉(zhuǎn)可以用于數(shù)字笛卡爾上變頻或用于I和Q功率組合。在下文描述的另一實(shí)施例中，在溫度編碼之前，笛卡爾調(diào)制的信號(hào)被偽差分編碼。

例如，圖14A示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的具有溫度計(jì)編碼的開(kāi)關(guān)電容器發(fā)射器。在該示例中，笛卡爾調(diào)制的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)被溫度計(jì)編碼器(“溫度編碼器”)1401接收。溫度編碼器的輸出是在線(xiàn)1490上正溫度編碼的信號(hào)(例如，dp<N>)和在線(xiàn)1491上的負(fù)溫度編碼的信號(hào)(例如，dm<N>)。在1402，負(fù)溫度編碼的信號(hào)被位順序反轉(zhuǎn)，這可以在線(xiàn)1492上產(chǎn)生位順序反轉(zhuǎn)的信號(hào)(例如，dmBOR<N>)。在線(xiàn)1490上的正溫度編碼的信號(hào)和在線(xiàn)1492上的位順序反轉(zhuǎn)的負(fù)溫度編碼的信號(hào)兩者被施加到開(kāi)關(guān)控制電路1403以用于控制在SCPA 1409中的特定的電容器1411a-1411n。下文在表4A(正輸出)和表4B(負(fù)輸出)中示出了用于3位到8水平的示例溫度計(jì)編碼器。下文在表5B中圖示了反相輸出之間的具有相對(duì)位順序反轉(zhuǎn)的示例溫度計(jì)編碼器。

圖14A進(jìn)一步圖示了SCPA的示例。正溫度編碼的信號(hào)1490(dp<1:N>)的位線(xiàn)可以包括N個(gè)正溫度編碼的位，并且負(fù)溫度編碼的信號(hào)1491(dm<1:N>)的位線(xiàn)可以包括是N個(gè)正溫度編碼的位的逆的N位。在該示例中，多個(gè)位按照如下分布。正溫度編碼的信號(hào)(例如，dp<1>或dp<N>)的第n位被耦合成控制多個(gè)電容器的第n個(gè)電容器(例如，Csp<N>)，其中n小于或等于N。此外，負(fù)溫度編碼的位被位順序反轉(zhuǎn)，以便負(fù)溫度編碼的信號(hào)的第n位(dm<n>)被耦合成控制多個(gè)電容器的第N-(n-1)個(gè)電容器(例如，dm<1>控制Csp<N>并且dm<N>控制Csp<1>)。

在該示例中，溫度編碼器1401的輸出被耦合到N個(gè)開(kāi)關(guān)邏輯電路1410a-1410N來(lái)控制耦合到多個(gè)電容器Csp<1:N>的開(kāi)關(guān)sH和sL。例如，開(kāi)關(guān)邏輯電路1410a-1410N可以接收正溫度編碼的信號(hào)的特定位線(xiàn)以及以反轉(zhuǎn)位順序的負(fù)溫度編碼的信號(hào)(dmBOR<n>)的特定位線(xiàn)。在該示例中，每個(gè)電容器Csp包括第一端子和第二端子，其中第一端子通過(guò)第一開(kāi)關(guān)sH被耦合到電源端子Vdd，并且第一端子通過(guò)第二開(kāi)關(guān)sL被耦合到基準(zhǔn)電壓端子，在這里是地。第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)由特定開(kāi)關(guān)邏輯電路控制。例如，開(kāi)關(guān)邏輯電路1410a控制耦合到電容器Csp<1>的開(kāi)關(guān)sH和sL。多個(gè)電容器中的每個(gè)電容器的第二端子被耦合到節(jié)點(diǎn)1499。在該示例中，節(jié)點(diǎn)1499通過(guò)電感器1450被耦合到SCPA輸出“out”。

本公開(kāi)的實(shí)施例可以進(jìn)一步包括被發(fā)射的信號(hào)的調(diào)制。例如，每個(gè)開(kāi)關(guān)邏輯電路1410a-1410N可以將正溫度編碼的信號(hào)dp與具有至少兩倍于正溫度編碼的信號(hào)的頻率的頻率的時(shí)鐘信號(hào)CLK組合。因此，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)被時(shí)鐘信號(hào)調(diào)制(或上變頻)。類(lèi)似地，每個(gè)開(kāi)關(guān)邏輯電路可以將位順序反轉(zhuǎn)的(BOR)負(fù)溫度編碼的信號(hào)dmBOR與具有至少兩倍于BOR負(fù)溫度編碼的信號(hào)的頻率的頻率的時(shí)鐘信號(hào)的逆來(lái)進(jìn)行組合。如在下文更詳細(xì)描述的，調(diào)制的(或“斬波的”)信號(hào)可以被組合以控制用于特定電容器的開(kāi)關(guān)(例如，參見(jiàn)下面的圖19A-19B和圖23)。

在下文詳細(xì)描述的一些實(shí)施例中，電路可以包括具有接收笛卡爾調(diào)制的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)(例如，包括分離的同相(I)信號(hào)和正交(Q)信號(hào))的輸入以及耦合到SCPA中的溫度計(jì)編碼器電路的輸出的delta-sigma調(diào)制器，例如，其中溫度計(jì)編碼器電路接收delta-sigma調(diào)制的形式的同相(I)信號(hào)和正交(Q)信號(hào)。通過(guò)以下示例實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)說(shuō)明某些實(shí)施例的附加的細(xì)節(jié)、方面和優(yōu)勢(shì)。

圖14B圖示了根據(jù)另一實(shí)施例的示例開(kāi)關(guān)電容器發(fā)射器。例如，在該示例中，在溫度計(jì)編碼之前，可以利用偽差分編碼器1440編碼笛卡爾調(diào)制的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)。因此，示例實(shí)施例可以進(jìn)一步包括偽差分編碼器1440。在該示例中，偽差分編碼器1440接收數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)(例如，x<1:B>)并且產(chǎn)生正偽差分(PD)編碼的輸出信號(hào)(例如，xp<1:(B-1)>)以及負(fù)偽差分(PD)編碼的輸出信號(hào)(例如，xm<1:(B-1)>)。注意，在該示例中，偽差分編碼將位長(zhǎng)度減少1位。正PD編碼的信號(hào)xp由第一溫度計(jì)編碼器電路1443接收，其產(chǎn)生正溫度編碼的輸出信號(hào)(例如，dp<1:N>)。類(lèi)似地，負(fù)PD編碼的信號(hào)xm由第二溫度計(jì)編碼器電路1442接收，其產(chǎn)生負(fù)溫度編碼的輸出信號(hào)(例如，dm<1:N>)。正和負(fù)溫度編碼的輸出信號(hào)dp<1:N>和dm<1:N>被耦合到開(kāi)關(guān)控制電路的輸入，以控制SCPA 1449中的開(kāi)關(guān)電容器1441a-1441n，SCPA 1449可以基本如針對(duì)SCPA 1409在上文描述的那樣工作。

圖14B進(jìn)一步圖示了接收驅(qū)動(dòng)信號(hào)的SCPA的另一示例。在該示例中，位線(xiàn)dp<1:N>和dm<1:N>驅(qū)動(dòng)與如在圖14A中描述的類(lèi)似的開(kāi)關(guān)邏輯塊1410、開(kāi)關(guān)1413和特定電容器。然而，在包括偽差分編碼器1440的該示例中，位順序可以被反轉(zhuǎn)或可以不被反轉(zhuǎn)。因此，即便在沒(méi)有位順序反轉(zhuǎn)的情況下，跟隨有溫度編碼的偽差分編碼仍然可以提供有利的結(jié)果，并且在一些實(shí)施例中，跟隨有溫度編碼的偽差分編碼可以可選地包括位順序反轉(zhuǎn)以用于改進(jìn)在一些應(yīng)用中的性能。

示例開(kāi)關(guān)電容器笛卡爾功率放大器

本公開(kāi)的另一方面的特征和優(yōu)勢(shì)包括數(shù)字發(fā)射器開(kāi)關(guān)電容器笛卡爾功率放大器(SCCPA)，包括開(kāi)關(guān)電容器PA(SCPA)、笛卡爾調(diào)制器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)，其可以實(shí)現(xiàn)總體最大效率η。本文公開(kāi)的具體示例使用Fs＝3GHz的RF采樣數(shù)據(jù)率，具有載波頻率F_c＝2F_s＝6GHz的到多抽頭直接I&Q調(diào)制的SCPA中的的正交數(shù)據(jù)以及模擬正交組合(亦稱(chēng)直接IQ)，然而，應(yīng)當(dāng)理解，示例實(shí)現(xiàn)僅例示下文描述的技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。

某些實(shí)施例可以具有以下特征和優(yōu)勢(shì)：1)由于SCPA所特有的的功率增益，增加抽頭的數(shù)量實(shí)現(xiàn)效率的提高。2)不存在來(lái)自正交組合的對(duì)效率的內(nèi)在影響(假定理想的無(wú)源組合器效率)。3)相對(duì)于原始極化SCPA來(lái)說(shuō)，對(duì)SCCPA的效率的主要影響是來(lái)自由于笛卡爾波形的中碼(mid-code)平均導(dǎo)致的開(kāi)關(guān)損耗。然而，這可以在很大程度上通過(guò)偽差分或位順序反轉(zhuǎn)的溫度計(jì)編碼(BOR)來(lái)緩解。

在表1中總結(jié)的在峰值處和-6dB回退(backoff)處的正弦波的平均動(dòng)態(tài)SCPA效率(例如，靜態(tài)幅度)示出了多抽頭組合和偽差分/BOR相對(duì)于常規(guī)差分編碼的顯著改善。

表1-正弦波的笛卡爾SCPA理想平均動(dòng)態(tài)效率相對(duì)Ntaps和編碼類(lèi)型

使用位順序反轉(zhuǎn)的溫度計(jì)編碼(BOR)，我們可以接近極化SCPA的性能而沒(méi)有極化SCPA的缺陷(相位相對(duì)幅度追蹤誤差)或偽差分的缺陷(由于碼相關(guān)的共模導(dǎo)致的噪聲和載波的饋通)。盡管理想的動(dòng)態(tài)正弦SCCPA效率提供了對(duì)架構(gòu)比較的上界，然而，對(duì)于總體效率，我們必須并入由于無(wú)源組合器、開(kāi)關(guān)邏輯、驅(qū)動(dòng)器和開(kāi)關(guān)等引起的附加的損耗以便確定最終可實(shí)現(xiàn)的SCCPA效率。對(duì)于示例6GHz、8抽頭(I&Q每個(gè)4個(gè))的組合器設(shè)計(jì)，無(wú)源效率η_comb＝0.47以及開(kāi)關(guān)損耗系數(shù)β_switch＝0.85，peak和peak-6dB動(dòng)態(tài)正弦波效率分別是42.3％和30％。目前，無(wú)源組合器對(duì)總體效率有顯著的影響。最終，在一個(gè)示例實(shí)現(xiàn)中，在滿(mǎn)足Tx發(fā)射要求的同時(shí)，當(dāng)被驅(qū)動(dòng)到盡可能深度飽和時(shí)，在從1V DC電源實(shí)現(xiàn){17.0dBm，17.9dBm，17.0dBm}的平均功率時(shí)，包括這些損耗的20MHz，{100RB QPSK，QAM-16，QAM-64}調(diào)制的波形的總體效率分別是{33.5％，35.6％，33.3％}。

使用多抽頭電壓組合的靜態(tài)SCPA效率的提高

在該部分中，我們以總結(jié)常規(guī)極化調(diào)制的SCPA的操作開(kāi)始并且將其擴(kuò)展到提高效率的多抽頭組合器的版本。

SCPA可以使用極化調(diào)制波形，在極化調(diào)制波形中，例如，通過(guò)如上文在圖3中所示的在Vdd和Vgnd之間切換N個(gè)電容器的子集來(lái)生成幅度分量。當(dāng)來(lái)自編碼器351的幅度碼改變時(shí)，電容器的不同的子集被切換。在峰值幅度，所有的N個(gè)電容器被切換并且PA以理論上具有100％效率的D類(lèi)操作。然而，當(dāng)對(duì)分流電容器充電時(shí)，在較低的幅度處的功率被損耗。

連接到輸出的SCPA負(fù)載(開(kāi)關(guān)電容器的上極板)被假定為在開(kāi)關(guān)頻率的諧波處呈現(xiàn)相對(duì)較高的阻抗。因此，到負(fù)載的電流并不瞬時(shí)改變并且在那個(gè)節(jié)點(diǎn)處的電壓由電容器之間的電荷平衡來(lái)確定。

在極化調(diào)制波形的情況下，在碼之間，對(duì)電容器充電，然后放電，并且因此，允許使用戴維南等效電路模型來(lái)針對(duì)給定的幅度碼n計(jì)算總的開(kāi)關(guān)電容C以及N個(gè)單位的開(kāi)關(guān)電容、開(kāi)關(guān)電容器輸出電壓V_Cp(n)；SCPA輸出電壓V_out(n)；SCPA輸出功率P_out(n)；動(dòng)態(tài)開(kāi)關(guān)功率P_sc(n)；；以及效率(理想效率)η_ideal(n)。

如果碼n是靜態(tài)的，那么輸出是具有載波頻率f_c的傅里葉級(jí)數(shù)幅度分量2/π的固定幅度的方波，載波頻率f_c與開(kāi)關(guān)頻率相同。方程是：

現(xiàn)在，考慮具有理想的電壓組合的多抽頭SCPA。SCPA輸出功率P_out(n)和開(kāi)關(guān)功率損耗P_sc(n)相對(duì)編碼n和抽頭的數(shù)量N_tap是

使用這些，我們可以得到理想的靜態(tài)效率(相對(duì)n)

這示出了對(duì)于給定f_c，C和R_L，如在圖6B中所示，與理想B類(lèi)相比，所有VDD歸一化到相同的峰值輸出功率，通過(guò)增加抽頭的數(shù)量減少了理想靜態(tài)效率的開(kāi)關(guān)損耗分量，其中在更小的峰值幅度碼值n處的理想靜態(tài)效率具有對(duì)應(yīng)的顯著的提高。

極化相對(duì)笛卡爾調(diào)制的波形

從方程(5)可以看出分流電容器開(kāi)關(guān)損耗P_sc(n)相對(duì)編碼n是拋物線(xiàn)形的，其中峰值在n＝N/2處。這是有意義的，因?yàn)闃O化調(diào)制的波形通常具有正幅度分量(0，V_peak)，另一方面，笛卡爾調(diào)制的波形必須具有不僅傳遞幅度而且傳遞相位的用于每個(gè)I通道和Q通道的碼。因此，笛卡爾波形編碼在n∈{0，1，...，N}(其平均將是N/2，例如在最大開(kāi)關(guān)損耗的值處)內(nèi)包含峰-峰有符號(hào)的波形(-V_peak，+V_peak)。

這些可以在下面的圖15A-圖15D的波形中可視化。圖15A示出了極化基帶幅度(0，+V_peak)波形和RF輸出(僅幅度-未示出相位)。圖15B示出了笛卡爾調(diào)制的基帶(-V_peak，+V_peak)波形(僅示出了1個(gè)信道，可以是I或Q)。圖15C示出了(-V_peak，+V_peak)基帶波形的偽差分實(shí)現(xiàn)。圖15D示出了笛卡爾調(diào)制(-V_peak，+V_peak)波形的差分RF輸出。

圖15A-圖15D中的波形可以提供一些有用的見(jiàn)解。例如，即使在圖15B中示出的笛卡爾調(diào)制的(-V_peak，+V_peak)編碼的波形被高度壓縮(例如，深推到飽和)以便使更多的碼在n＝N處靠近峰值效率，然而在N/2處仍將圍繞一偏置偏移擺動(dòng)。因此，效率改善可能被埋在偏置損耗中并且因此可以實(shí)質(zhì)上代表與A類(lèi)偏置類(lèi)似的波形效率。

另一方面，在圖15A中示出的極化調(diào)制的(0，V_peak)幅度波形不具有該偏置。因此，某些實(shí)施例可以從偽差分編碼獲益。偽差分是差分信號(hào)，其中信號(hào)的正側(cè)和負(fù)側(cè)不以完美差分的方式擺動(dòng)。在圖15C中示出了笛卡爾基帶調(diào)制波形的偽差分版本，圖15C示出了去除N/2偏置的效果，然而仍然生成了與(-V_peak，+V_peak)版本相同的差分輸出。然而，偽差分編碼產(chǎn)生了(調(diào)制)碼相關(guān)的共模信號(hào)分量，這可能引起問(wèn)題(Rx頻帶噪聲和/或載波饋通)，取決于差分組合中的失衡的量。

例如，可以通過(guò)斬波(即，調(diào)制)具有(至少)兩倍于基帶頻率的頻率的(+1，-1)方波的基帶波形，獲得在圖15D中所示的載波調(diào)制的差分RF輸出笛卡爾調(diào)制波形。它有效地示出了基帶波形的符號(hào)(其相對(duì)于N/2的水平)(可以是二進(jìn)制編碼的波形的MSB)將載波的相位反轉(zhuǎn)。例如，這意味著當(dāng)利用真差分或偽差分波形實(shí)施時(shí)，該波形是不歸零(NRZ)的并且可能對(duì)脈沖寬度誤差敏感。

對(duì)笛卡爾調(diào)制的波形的動(dòng)態(tài)的基于電荷的SCPA電路

方程(6)和方程(9)的理想靜態(tài)效率模型對(duì)極化調(diào)制的幅度波形成立，極化調(diào)制的幅度波形在每個(gè)周期歸零并且因此所有的電容器切換到低狀態(tài)。然而，如在之前部分中所示，這對(duì)于傳遞幅度和相位兩者的笛卡爾調(diào)制的波形不是普遍的情況。為了能夠比較各種波形編碼，我們需要考慮電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換，其中一些電容器從低切換到高而一些從高切換到低并且在轉(zhuǎn)換期間，一些電容器仍然處于低或高狀態(tài)。例如，在二進(jìn)制和常規(guī)的溫度計(jì)編碼中，大部分的轉(zhuǎn)換涉及互補(bǔ)的切換，其中電容器中的一些從低切換到高，而剩余的從高切換到低。因此，在該部分，我們開(kāi)發(fā)了圖16所示的基于4端子2狀態(tài)開(kāi)關(guān)電容器電路圖的用于SCPA動(dòng)態(tài)供電電流的基于電荷的模型，圖16示出了用于基于電荷的動(dòng)態(tài)供電電流的4端子2狀態(tài)SCPA電路模型。

在該模型中，C_LH代表其下極板從在狀態(tài)s₁中的低電源V_L切換到狀態(tài)s_2·中的高電源V_H的總的開(kāi)關(guān)電容。類(lèi)似地，C_HL代表在狀態(tài)s₁轉(zhuǎn)換到到狀態(tài)s_2·期間從高切換到低的總電容。C_LL代表其下極板在前一碼狀態(tài)轉(zhuǎn)換期間已經(jīng)被切換到低電源并且保持在此的總分流電容，而類(lèi)似地，C_HH代表之前切換到高電源并且保持在此的總分流電容。

當(dāng)C_LH電容器從低切換到高時(shí)，將從高電源索取電流以通過(guò)C_LH的下極板對(duì)分流電容器充電。然而，隨著電容器的上極板上的電壓V_CP上升(例如，當(dāng)C_LH＞C_HL時(shí))，電荷被逼出C_HH的下極板。因此，在轉(zhuǎn)換期間，通過(guò)C_LH的電荷的一部分不是來(lái)自于電源而是從C_HH的下極板共享。在常規(guī)極化調(diào)制的SCPA中，這從不發(fā)生，因?yàn)樗械碾娙萜髟诿總€(gè)周期被切換回地。類(lèi)似地，當(dāng)從高電源切換到低電源時(shí)，那么將低于并且ΔQ_HH將為負(fù)，這意味著對(duì)于高到低轉(zhuǎn)換，電荷將從電源汲取。

接下來(lái)，我們從碼轉(zhuǎn)換的兩個(gè)狀態(tài)的電荷平衡處的電壓計(jì)算電容器中的每一個(gè)上的電荷并且計(jì)算連接到電源的電容器的改變以便得到動(dòng)態(tài)供電電流消耗。

設(shè)置V_L＝0，電荷平衡要求

其中，

和，

將方程(12)-(15)代入(10)并且對(duì)求解，得出

類(lèi)似地，在轉(zhuǎn)換到狀態(tài)s₂之后，將方程(16)-(19)代入(11)，我們將得到

作為檢查，注意，對(duì)于具有極化調(diào)制的常規(guī)SCPA，所有電容器在每個(gè)周期總是切換到低并且因此C_HH＝C_HL＝0。在那種情況下，對(duì)于任意的低到高轉(zhuǎn)換，我們將得到以及這對(duì)于V_H＝V_DD、C_LH＝nC以及C_LH+C_LL)＝NC，產(chǎn)生并且這與方程(5)相符。

現(xiàn)在，對(duì)于從電源連接(并且因此從電源充電)的電容器C_LH和C_HH上的電荷的改變，我們將得到

并且當(dāng)從任意狀態(tài)s₁切換到狀態(tài)s₂時(shí)，來(lái)自電源的靜電荷是ΔQ_LH+ΔQ_HH。

現(xiàn)在，從方程(22)，我們可以看出使更多的電容器C_HH分別保持在高位(這減少了那些電容器C_HL和C_LL分別從高到低切換和保持為低)降低了電容器C_LH從低切換到高的動(dòng)態(tài)供電電流。

在極化調(diào)制的情況下，碼每隔一個(gè)周期變?yōu)?，因此，所有的電容器回到0，在此期間，沒(méi)有一個(gè)連接為高。像這樣，在方程(22)中的2C_HL項(xiàng)總是被C_LH＝0消除。這對(duì)用于偽差分笛卡爾調(diào)制的波形的大部分的碼轉(zhuǎn)換(其中對(duì)大部分的碼轉(zhuǎn)換，所有的電容器回到0)也成立。

然而，在常規(guī)的差分笛卡爾調(diào)制(這可以利用時(shí)鐘和基帶數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單的XNOR來(lái)實(shí)施)中，在利用載波時(shí)鐘對(duì)基帶符號(hào)進(jìn)行斬波期間，C_HL電容器的數(shù)量簡(jiǎn)單地是C_LH的補(bǔ)集，這提高了2C_HL項(xiàng)在方程(22)中的影響，因此從電源汲取過(guò)量的電荷并且相對(duì)于極化調(diào)制和偽差分笛卡爾調(diào)制的情況，惡化了效率。

接下來(lái)，方程(23)示出了C_HH電容器的效果，當(dāng)有凈數(shù)量的電容器從低到高時(shí)，將電荷推回到電源(與那些從低切換到高的電容器共享)中，相對(duì)地，當(dāng)有凈數(shù)量的電容器從高到低時(shí)，從電源中拉出電荷。

多抽頭直接IQ SCCPA架構(gòu)

某些實(shí)施例可以包括直接IQ SCCPA架構(gòu)。具有多抽頭直接IQ SCCPA的頂層數(shù)字RF信號(hào)路徑框圖的一個(gè)示例實(shí)現(xiàn)包括圖16-圖19中所示的開(kāi)關(guān)邏輯。圖16中示出了用于基于4端子2狀態(tài)開(kāi)關(guān)電容器電路圖的SCPA動(dòng)態(tài)供電電流的基于電荷的模型。圖17示出了具有直接IQ SCCPA的示例數(shù)字RF Tx路徑。圖18示出了具有串聯(lián)的變壓器電壓組合器的示例多抽頭直接IQ SCCPA。圖19A示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的示例SCPA開(kāi)關(guān)邏輯和驅(qū)動(dòng)器。在該配置中，在消耗更高功率的開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器級(jí)之前，較低頻率的dp和dm輸入有效地將較高頻率的clk閘斷(gate off)，因此實(shí)現(xiàn)高效編碼(諸如位順序反轉(zhuǎn)或偽差分)以對(duì)改善效率具有最大的影響。圖19B示出了根據(jù)另一實(shí)施例的示例SCPA邏輯和驅(qū)動(dòng)器。該配置可能對(duì)高載波頻率有用，例如，高載波頻率超出對(duì)于全擺幅靜態(tài)邏輯操作而言諸如前面的實(shí)施例的幾個(gè)串聯(lián)的邏輯門(mén)實(shí)現(xiàn)所需的最大值。在該配置中，clk和clkp、clkm信號(hào)之間的反相器1901和緩沖器1902不是靜態(tài)邏輯電路，而是代表驅(qū)動(dòng)諧振負(fù)載的單端到差分正弦波放大器。在輸出開(kāi)關(guān)電容器(csp和csm)與這些差分時(shí)鐘(clkp和clkm)之間只有單個(gè)PMOS晶體管和NMOS晶體管，其寄生電容可以被包括在反相器-緩沖器的諧振負(fù)載中以用于最大化功率效率。如在圖19B中所示，通過(guò)受dp、dm和clk的控制的PMOS開(kāi)關(guān)晶體管1910-1917和NMOS開(kāi)關(guān)晶體管1920-1927的動(dòng)作將電容器Csp和Csm耦合在VDD和地之間。

本公開(kāi)的實(shí)施例可以包括三種類(lèi)型的B到N編碼。第一種包括簡(jiǎn)單的二進(jìn)制加權(quán)和/或具有反相輸出的溫度計(jì)編碼。在這種情況下，開(kāi)關(guān)邏輯簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)單的XNOR運(yùn)算。在第二種編碼實(shí)現(xiàn)中，輸入數(shù)據(jù)在二進(jìn)制編碼或溫度計(jì)編碼之前首先被轉(zhuǎn)換成偽差分。最后，實(shí)施例可以使用在溫度計(jì)編碼器反相輸出之間具有相對(duì)位順序反轉(zhuǎn)(BOR)的另一編碼，這導(dǎo)致總體動(dòng)態(tài)開(kāi)關(guān)電容器效率的顯著改善。

直接I&Q調(diào)制器頂層描述

圖17中的示例直接IQ SCCPA具有以等于f_c/L的速率傳入的正交TxBB基帶數(shù)據(jù)，其中f_c既是載波頻率又是SCCPA的時(shí)鐘頻率。在該示例中，TxBB數(shù)據(jù)已經(jīng)被上采樣并且被CIC插值濾波到f_c/L采樣速率。

利用帶通delta sigma調(diào)制器ΔΣM處理TxBB I和Q數(shù)據(jù)以將{位寬，量化水平的數(shù)量}從{N＝16，2¹⁶}減少到{B＝5，2⁵}。ΔΣM可以是可選的，然而其減小的輸出位寬支持位順序反轉(zhuǎn)的溫度計(jì)編碼的一個(gè)示例，位順序反轉(zhuǎn)的溫度計(jì)編碼與二進(jìn)制編碼或具有常規(guī)XNOR調(diào)制器的常規(guī)溫度計(jì)編碼相比，可以通過(guò)減少開(kāi)關(guān)電容器損耗(例如，減少～50％)改善SSCPA的效率。此外，所產(chǎn)生的更少數(shù)量的單位元件使得動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)更加實(shí)際，其中需要?jiǎng)討B(tài)校準(zhǔn)來(lái)減少NRZ失真。對(duì)于RF共存的場(chǎng)景，Δ∑M可以在并行操作的Rx頻帶中包含噪聲傳遞函數(shù)(NTF)零點(diǎn)。在帶通IQ SCPA內(nèi)，在直接載波調(diào)制期間，可以進(jìn)一步地上采樣基帶數(shù)據(jù)L倍。備選地，在直接載波調(diào)制期間，基帶數(shù)據(jù)可以進(jìn)一步被上變頻到載波頻率。如將在下文示出的，上采樣或上變頻可以導(dǎo)致相同的有效傳遞函數(shù)。最終，例如，每個(gè)I信道和Q信道的多個(gè)SCPA可以如上文描述的在分布式變壓器電壓組合器中被加到一起。

包括理想正交組合的直接I&Q調(diào)制器SCPA效率

因?yàn)閮蓚€(gè)I和Q SCPA輸出具有正交相位關(guān)系，所以他們按照功率相加而不是電壓相加。因此，假設(shè)存在效率的損失是合理的。然而，如下所示，對(duì)于笛卡爾SCPA情況而言，這并非如此。

首先，考慮單信道SCPA的理想η_SCPA

其中，<·>表示時(shí)間平均。現(xiàn)在，假設(shè)對(duì)于每個(gè)I信道和Q信道，它們的平均輸出功率和開(kāi)關(guān)功率與單個(gè)SCPA相同，例如，

和<P_scI>＝<P_scQ>＝<P_sc> (26)

那么，對(duì)于具有正交相位的兩個(gè)信道的情況，我們有

直接I&Q調(diào)制器傳遞函數(shù)

在該部分中，我們開(kāi)發(fā)了示例直接I&Q調(diào)制器的傳遞函數(shù)，從而我們可以推導(dǎo)出理想SCCPA效率模型。我們查看使用脈沖碼序列生成Tx信號(hào)的基礎(chǔ)，其中Tx載波頻率是基帶數(shù)據(jù)采樣率的整數(shù)倍。這將作為接下來(lái)在該部分中描述的使用特定二進(jìn)制和溫度計(jì)編碼開(kāi)發(fā)一些示例SCPA Tx實(shí)現(xiàn)的一般基準(zhǔn)線(xiàn)。在笛卡爾SCPA(SCCPA)的上下文中，該實(shí)現(xiàn)會(huì)針對(duì)I&Q正交信道中的任一個(gè)。

我們通過(guò)合成基于FIR的線(xiàn)性模型開(kāi)始來(lái)衰減按照L上采樣期間生成的圖像。然后，我們示出了這與在載波頻率處斬波的簡(jiǎn)單的調(diào)制器(這是常規(guī)實(shí)現(xiàn))在功能上相同。該調(diào)制以F_c/L的倍數(shù)產(chǎn)生圖像。然而，這些圖像被調(diào)制器中固有的FIR操作陷波，這使用下面的L＝2.的示例描述。

現(xiàn)在，假設(shè)基帶數(shù)據(jù)x[n]是多位DAC中的單個(gè)位，并且其采樣率是載波頻率的一半，F(xiàn)_bb＝F_c/2.。為了合適的信號(hào)能量處理，假設(shè)數(shù)據(jù)是雙極的。雙極信號(hào)是在零周?chē)嗟鹊財(cái)[動(dòng)的信號(hào)，例如，x_bb∈{1，-1}.。相反，一元信號(hào)是從0到峰值擺動(dòng)的信號(hào)，例如x_n∈{1,0}。調(diào)制過(guò)程將該數(shù)據(jù)有效地上采樣到2F_c，這由擴(kuò)展器代表：

在該示例中，過(guò)采樣按照4對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣。這在F_c/2的倍數(shù)處生成不需要的采樣圖像。因此，在輸出之前，我們希望利用具有{+1，-1，+1，-1}/4系數(shù)的FIR濾波器來(lái)處理該信號(hào)，

FIR的長(zhǎng)度以及圖像的數(shù)量等于過(guò)采樣率。

具有零階保持(ZOH)的離散時(shí)間到連續(xù)時(shí)間轉(zhuǎn)換器使圖20中所示的信號(hào)路徑完整，圖20示出了具有代表信號(hào)處理的FIR及其對(duì)應(yīng)的FIR幅度響應(yīng)的沖激域上變頻信號(hào)路徑。

然而，在實(shí)踐中，可能沒(méi)必要使用擴(kuò)展器塊和FIR塊，而是替代地使用簡(jiǎn)單的XNOR調(diào)制器來(lái)實(shí)施相同的波形，因?yàn)镕IR具有交替的系數(shù)并且其長(zhǎng)度等于擴(kuò)展比L。因此，它具有如在圖21(示出了時(shí)間域Tx路徑)中所示的等價(jià)的時(shí)間域Tx上變頻路徑，其中雙極數(shù)據(jù)首先被轉(zhuǎn)換到時(shí)間域并且然后在載波頻率利用雙極時(shí)鐘處理(例如，斬波)。

對(duì)于一些數(shù)字邏輯硬件實(shí)現(xiàn)，我們需要使用單極數(shù)據(jù)，例如，x_bb，clk∈{1，0}.。圖22示出了SCPA Tx路徑的單極實(shí)現(xiàn)及波形。在單極實(shí)現(xiàn)中，正幅度和負(fù)幅度操作可以被分離執(zhí)行并且相加。因?yàn)閿?shù)據(jù)是單極的并且我們正在處理信號(hào)能量的數(shù)字表示(如與做算術(shù)相反)，代數(shù)的乘法和加法可以分別由AND門(mén)和OR門(mén)代替。顯然，總體的操作是簡(jiǎn)單的XNOR并且代表常規(guī)的直接載波調(diào)制。然而，以該方式圖示信號(hào)路徑是有用的，因?yàn)?，如在下面的示例所說(shuō)明的，在一些實(shí)施例中可能需要具有用于x_p和x_m的獨(dú)立的輸入而不僅僅是互補(bǔ)的，因此操作將不再是簡(jiǎn)單的XNOR，而布爾運(yùn)算仍然實(shí)施了與單極表示相同的整個(gè)處理，但是在開(kāi)關(guān)電容器功率損耗上比XNOR實(shí)施方式減少高達(dá)50％。

總的傳遞函數(shù)包括FIR(調(diào)制器)和ZOH響應(yīng)，二者在載波采樣角頻率θ_c處被評(píng)估，角頻率θ_c是載波頻率除以有效采樣率2fF_c，

然后，4抽頭FIR響應(yīng)(對(duì)于單個(gè)I或Q信道)是

ZOH傳遞函數(shù)是

這些與方程(2)一致。

用于高效SCCPA操作的多位波形編碼

上文中的單個(gè)位的Tx路徑可以擴(kuò)展成多位架構(gòu)，多位架構(gòu)可以用于笛卡爾調(diào)制。在反相輸出之間具有相對(duì)位順序反轉(zhuǎn)的溫度計(jì)編碼器可以用來(lái)產(chǎn)生碼轉(zhuǎn)換，在碼轉(zhuǎn)換期間，沒(méi)有電容器同時(shí)從低電源切換到高電源而其他電容器從高電源切換到低電源，因此如上文所示消耗了過(guò)量的電源電流。由于針對(duì)相同的波形而言總體的開(kāi)關(guān)減少，還存在額外的效率改善。最后，與SCPA極化調(diào)制類(lèi)型開(kāi)關(guān)波形的比較示出了一種特定的編碼實(shí)現(xiàn)了與極化調(diào)制幅度情況類(lèi)似的平均動(dòng)態(tài)電流，而具有反相輸出的常規(guī)溫度計(jì)編碼(對(duì)二進(jìn)制編碼而言，結(jié)果也會(huì)相同)具有幾乎4倍的平均動(dòng)態(tài)電流(對(duì)于特定的寬帶順次波形)。

在一個(gè)示例實(shí)施例中，x_bb位的向量可能具有B位的分辨率，利用B位到N位溫度計(jì)編碼以及隨后的反相器分別獲得x_p和x_m位的向量。然后，x_p和x_m向量被施加到圖22的單極SCPA Tx路徑的N單位實(shí)例的輸入，其輸出被相加到一起。圖23中示出了產(chǎn)生的B位SCPA Tx路徑，圖23示出了a)具有利用反相輸出編碼的溫度計(jì)的多位SCPA以及b)具有利用反相輸出的相對(duì)位反轉(zhuǎn)編碼的溫度計(jì)的多位SCPA。

已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，由于單位元件實(shí)施方式，在SCPA單元內(nèi)以及通過(guò)整個(gè)多位路徑到Tx路徑的輸出，相對(duì)于x_p和x_m輸入的簡(jiǎn)單的相加是僅有的代數(shù)運(yùn)算。因此，x_p和x_m向量的位順序無(wú)關(guān)緊要。我們可以使用任何的雙射一一對(duì)應(yīng)映射。正如我們將看到的，工作非常好的一種是如在圖23中的(b)中所示的將x_m向量的位順序相對(duì)于x_p向量簡(jiǎn)單地反轉(zhuǎn)。它也是好的，因?yàn)樗皇切盘?hào)的重映射，而不涉及實(shí)際的額外的電路裝置。

接下來(lái)，可能示出了相對(duì)位順序反轉(zhuǎn)導(dǎo)致切換的減少，并且更重要地，如上文描述的，通過(guò)減少低到高以及高到低的電容器的同時(shí)切換降低了動(dòng)態(tài)功率。例如，考慮7單位溫度計(jì)編碼的(8水平)序列。x_bb＝{0，1，7，6，2，5，4，3，0，...}。因?yàn)樗袚Q通過(guò)所有可能的碼，所以平均是最大值的一半。因此，這種序列在某種程度上代表了在-6dB回退處的寬帶調(diào)制的波形。

使用具有反相輸出的常規(guī)溫度計(jì)編碼的笛卡爾SCPA

圖24中的開(kāi)關(guān)波形示出了使用常規(guī)XNOR反相輸出的笛卡爾SCPA波形以及動(dòng)態(tài)供電電流。在該示例中，利用具有反相輸出的常規(guī)溫度計(jì)編碼來(lái)編碼基帶序列。

為了簡(jiǎn)化，每個(gè)基帶符號(hào)采樣僅將基帶信號(hào)斬波一次(根據(jù)上文提到的規(guī)定的交替的FIR抽頭，與兩次相比較)。斬波在每個(gè)基帶周期的第二相位上將編碼的波形反相?；叵?，在圖23的(a)中，在這一階段期間，反相時(shí)鐘正在選擇其反相輸入x_m<N：1>，其簡(jiǎn)單地是溫度計(jì)編碼器的輸出的反相輸出，并且因此與基帶周期的第一階段相比，單元輸出被簡(jiǎn)單地切換(反相)。

大部分的編碼轉(zhuǎn)換導(dǎo)致電容器從高到低(C_HL)，而其他的電容器從低到高(C_LH)，按照方程(22)，這從電源汲取過(guò)量的電荷Q_LH。與波形一起，示出了在每個(gè)位置的總電容。然后，使用方程(22)和方程(23)來(lái)計(jì)算每次碼轉(zhuǎn)換來(lái)自電源的電荷的量。使用V_H＝N＝7，以便使電荷計(jì)算結(jié)果為整數(shù)以更加容易檢查。

在反相輸出之間具有相對(duì)位反轉(zhuǎn)的溫度計(jì)編碼的笛卡爾SCPA

圖25示出了使用提出的在反相輸出之間具有相對(duì)位順序反轉(zhuǎn)的溫度計(jì)編碼的笛卡爾SCPA波形和動(dòng)態(tài)供電電流。在該示例中，從圖23的(b)中，在每個(gè)斬波的基帶碼的第二階段期間，反相時(shí)鐘正在選擇溫度計(jì)編碼器的位順序反轉(zhuǎn)的輸出。重要的是，沒(méi)有轉(zhuǎn)換使電容器從高切換到低(C_HL)而其他電容器從低到高(C_LH)，因此，根據(jù)方程(22)，消除了從電源汲取的過(guò)量電荷的源。當(dāng)在中碼周?chē)袚Q時(shí)，x_bb：{3}→{4}，只切換了單個(gè)單元，這解釋了為什么這種編碼類(lèi)似于偽差分編碼和/或B類(lèi)放大。有利地，與常規(guī)情況相比，大概只有一半的切換事件。

為了對(duì)比，圖26示出了極化SCPA幅度編碼的波形和動(dòng)態(tài)供電電流。該示例具有與通過(guò)差分極化調(diào)制的SCPA的單端正輸出發(fā)出信號(hào)的基帶幅度序列相同的基帶幅度序列(當(dāng)然，極化調(diào)制的信號(hào)一般不會(huì)具有這種幅度上的快速波動(dòng))。

在該情況下，對(duì)于基帶周期的第二階段，波形和每個(gè)單元輸出切換回低而不是被反相。對(duì)于負(fù)輸出，波形會(huì)是相同的，但第一階段為低并且之后在第二階段上選擇性地切換為高。

該波形也與每個(gè)周期被斬波(反相)的偽差分輸出中的一個(gè)類(lèi)似，偽差分輸出在每個(gè)周期被斬波(反相)將使所有的碼幾乎每個(gè)周期都到0(如在極化情況中)，除了當(dāng)基帶波形改變符號(hào)時(shí)。

這里，我們看到開(kāi)關(guān)活動(dòng)和動(dòng)態(tài)供電電流與上文示出的所提出的具有位順序反轉(zhuǎn)溫度計(jì)編碼的笛卡爾調(diào)制SCPA類(lèi)似。

直接I&Q笛卡爾SCCPA的動(dòng)態(tài)正弦波和調(diào)制效率

理想動(dòng)態(tài)效率相對(duì)編碼器示例實(shí)施方式

在該部分中，我們示出了將4端子開(kāi)關(guān)電路模型應(yīng)用于笛卡爾調(diào)制的SCPA以便量化正交正弦波的理想動(dòng)態(tài)效率以及掃過(guò)三種編碼(包括：1)常規(guī)差分編碼，2)偽差分編碼和3)具有位順序反轉(zhuǎn)的溫度計(jì)編碼器輸出的差分編碼)的整個(gè)幅度范圍的結(jié)果。

隨著I和Q差分正弦波(在N個(gè)采樣上是周期性的)轉(zhuǎn)換過(guò)它們的狀態(tài)i∈{0，...，N-1}，在第i個(gè)采樣的瞬時(shí)輸出功率和電源功率是

以及

其中從它們相應(yīng)的(i-1)→i碼轉(zhuǎn)換計(jì)算4個(gè)電容器開(kāi)關(guān)項(xiàng)，如下

其中在方程(22)和方程(23)中推導(dǎo)出ΔQ_LH和ΔQ_HH。然后，通過(guò)在瞬時(shí)功率上平均來(lái)計(jì)算理想平均動(dòng)態(tài)效率，如下

其中<·>運(yùn)算符表示時(shí)間平均。該方法也可以用于例如具有真實(shí)調(diào)制的波形而不是具有掃描幅度的正弦波的Matlab模擬。

在圖6C中示出并且在表1中(在上文)總結(jié)的結(jié)果是相對(duì)于組合器的抽頭的數(shù)量(I&Q各一個(gè))而繪制，圖6C(a)-(d)中的電源電壓水平被設(shè)置以便歸一化峰值輸出功率。圖6C示出了直接I&Q笛卡爾SCCPA相對(duì)編碼的動(dòng)態(tài)正弦波的η_ideal：a)1抽頭，4V；b)2抽頭，2V；c)4抽頭，1V；d)差分BOR，1到4抽頭，1V。

在該示例中，偽差分的效率超過(guò)了XNOR差分的效率，并且更好的表現(xiàn)是在反相輸出之間具有相對(duì)位順序反轉(zhuǎn)的溫度計(jì)編碼。

在圖6C的(d)中，針對(duì)所有三種抽頭乘數(shù)的情景，將電源設(shè)置成1V。這圖示了如何通過(guò)使用平均功率追蹤(APT)禁用抽頭以在較低平均功率水平維持較高的效率。

調(diào)制效率結(jié)果

在該部分中，針對(duì)具有1.0VDC電源的示例4抽頭I加4抽頭Q SCCPA總結(jié)了調(diào)制的波形的期望的總體效率。

某些實(shí)施例的應(yīng)用可以包括UNII-3頻帶信道4(5.85GHz)中的LTE-U和20MHz Tx LTE系統(tǒng)帶寬以及QPSK、16-QAM以及64-QAM調(diào)制類(lèi)型的100RB。I和Q基帶信號(hào)可以被插值成Fs＝～5.85GHz/2的RF數(shù)據(jù)采樣率，并且使用具有以L(fǎng)TE Rx頻帶13(754MHz)和頻帶4(2132.4MHz)以及GPS頻帶(1556.96MHz)為中心的噪聲傳遞函數(shù)(NTF)零點(diǎn)的基帶I和Q RFΔ∑Ms被量化成B＝5位。

為了簡(jiǎn)化，我們使用與基帶-UNII-3-信道-4最靠近的整數(shù)的再采樣比，所以我們得到5.8468GHz的RF Tx中心頻率。

將基帶幅度增加到由于Δ∑Ms中的飽和開(kāi)始違反Tx調(diào)制頻譜功率譜密度(PSD)掩碼限制導(dǎo)致失真的點(diǎn)。PSD頻譜以及調(diào)制器線(xiàn)性傳遞函數(shù)被繪制在圖27中，圖27示出了UNII-3頻帶信道～4、Tx調(diào)制頻譜64-QAM SC-FDMA。在下文的表2A和表2B中總結(jié)了效率結(jié)果。該表的上半部分是針對(duì)理想無(wú)損SCCPA，例如，排除了由于組合器無(wú)源效率和開(kāi)關(guān)邏輯、驅(qū)動(dòng)器、開(kāi)關(guān)導(dǎo)致的損耗，而該表的下半部分包括這些損耗。如果需要，我們可以通過(guò)將電源增加到1.25VDC將平均功率增加～2dB以補(bǔ)償后SCCPA插入損耗。

表2A-20MHz QPSK、16-QAM和64-QAM的總體調(diào)制效率

表2B-20MHz QPSK、16-QAM和64-QAM的總體調(diào)制效率

表3真差分編碼相對(duì)偽差分編碼

表4A具有反相輸出的常規(guī)8水平3位溫度計(jì)編碼器

表4B具有反相輸出的常規(guī)8水平3位溫度計(jì)編碼器

圖5A-在反相輸出之間具有相對(duì)位順序反轉(zhuǎn)的溫度計(jì)編碼器

圖5B-在反相輸出之間具有相對(duì)位順序反轉(zhuǎn)的溫度計(jì)編碼器

以上描述說(shuō)明了本公開(kāi)的各種實(shí)施例以及特定實(shí)施例的方面可以如何被實(shí)施的示例。以上示例不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是僅有的實(shí)施例，并且被呈現(xiàn)是為了解釋如被以下權(quán)利要求所限定的特定實(shí)施例的靈活性和優(yōu)勢(shì)?；谝陨瞎_(kāi)和以下權(quán)利要求，在不脫離如以權(quán)利要求限定的本公開(kāi)的范圍的情況下，可以采用其他布置、實(shí)施例、實(shí)施方式和等價(jià)物。