功率放大器開環(huán)電流鉗的制作方法
【專利說(shuō)明】功率放大器開環(huán)電流鉗
[0001]相關(guān)申請(qǐng)
[0002]本申請(qǐng)要求2013年7月31日提交的第61/860,548號(hào)美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)的權(quán)益，通過(guò)引用將其并入于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本公開涉及電子電路，并且具體涉及被配置為控制由功率放大器汲取的電流的系統(tǒng)、方法和設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0004]功率放大器在各種通信網(wǎng)絡(luò)中廣泛使用，以設(shè)置由一個(gè)設(shè)備傳輸?shù)搅硪粋€(gè)設(shè)備的信息承載信號(hào)的傳輸功率電平。例如，功率放大器用于設(shè)置由脈沖激光器在光通信網(wǎng)絡(luò)中發(fā)出的脈沖能量。功率放大器還用在無(wú)線載波網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的射頻(RF)前端組件一諸如基站、中繼器和移動(dòng)客戶端設(shè)備(例如，移動(dòng)電話、智能電話、平板計(jì)算機(jī)等)中一以設(shè)置經(jīng)過(guò)天線傳輸?shù)臒o(wú)線信號(hào)的功率電平。功率放大器還用在家庭和辦公室的局域網(wǎng)中，以支持服務(wù)器、計(jì)算機(jī)、膝上型計(jì)算機(jī)以及諸如復(fù)印機(jī)和打印機(jī)之類的外圍設(shè)備的有線和無(wú)線連接性。
[0005]在依賴電池的移動(dòng)設(shè)備中，管理功率放大器的操作是有意義的，因?yàn)楣β史糯笃鞯男释荝F前端的整體效率的顯著因子，并且轉(zhuǎn)而是移動(dòng)設(shè)備的電池壽命的顯著因子。另外，部分地由于相對(duì)于RF前端的其它組件，功率放大器在高功率電平操作，因此如果不防止功率放大器汲取過(guò)多電流和/或引起電壓尖峰(這兩者都可以達(dá)到破壞性水平)，則功率放大器可能導(dǎo)致設(shè)備故障。
[0006]為了設(shè)置高效操作的操作條件，功率放大器的優(yōu)選電流汲取可以部分通過(guò)進(jìn)行功率放大器到天線(或其它傳輸負(fù)載)的阻抗匹配來(lái)初始地設(shè)置，使得功率放大器在由偏置電路設(shè)置的設(shè)計(jì)靜態(tài)(quiescent)范圍內(nèi)操作。然而，即使當(dāng)功率放大器與天線阻抗匹配時(shí)，功率放大器在經(jīng)歷不期望的天線負(fù)載狀況時(shí)也可能汲取過(guò)多電流和/或引起電壓尖峰。因此，如果過(guò)多電流和/或引起電壓尖峰達(dá)到破壞性水平，則電池壽命減少，并且可能出現(xiàn)設(shè)備故障。
【附圖說(shuō)明】
[0007]可以通過(guò)參考一些說(shuō)明性實(shí)現(xiàn)方式的各方面來(lái)進(jìn)行更詳細(xì)的描述，使得本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解本公開，其中在附圖中示出了一些說(shuō)明性實(shí)現(xiàn)方式。
[0008]圖1是根據(jù)一些實(shí)現(xiàn)方式的、功率放大器操作控制配置的示意圖。
[0009]圖2是根據(jù)一些實(shí)現(xiàn)方式的、被提供以控制功率放大器的操作的閉環(huán)電流鉗(current clamp)電路的示意圖。
[0010]圖3是根據(jù)一些實(shí)現(xiàn)方式的、被提供以控制功率放大器的操作的閉環(huán)電流鉗電路的示意圖。
[0011 ]圖4是根據(jù)一些實(shí)現(xiàn)方式的、被提供以控制功率放大器的操作的開環(huán)電流鉗電路的示意圖。
[0012]圖5是在圖4的開路電流鉗電路中所包括的電流修整電路的示意圖。
[0013]圖6是根據(jù)一些實(shí)現(xiàn)方式的、鉗位由功率放大器汲取的電流的方法的實(shí)現(xiàn)方式的流程圖。
[0014]圖7是示出在由圖4的開環(huán)電流鉗電路的實(shí)現(xiàn)方式所施加的電流限制下功率放大器末級(jí)β相對(duì)負(fù)載角的性能圖。
[0015]圖8是示出在由圖4的開環(huán)電流鉗電路的實(shí)現(xiàn)方式所施加的電流限制下功率放大器末級(jí)β相對(duì)溫度的性能圖。
[0016]圖9是示出在由圖4的開環(huán)電流鉗電路的實(shí)現(xiàn)方式所施加的電流限制下功率放大器末級(jí)集電極電流相對(duì)負(fù)載角的性能圖。
[0017]圖10A-10C是圖4的開環(huán)電流鉗電路的不同集成電路實(shí)現(xiàn)方式的示意圖。
[0018]圖11是包括圖4的開環(huán)電流鉗電路的模塊的實(shí)現(xiàn)方式的示意圖。
[0019]圖12是包括圖4的開環(huán)電流鉗電路的無(wú)線設(shè)備的實(shí)現(xiàn)方式的示意圖。
[0020]根據(jù)通常實(shí)踐，圖中的各種特征可能不按比例繪制，因?yàn)闉榱饲逦梢匀我獾財(cái)U(kuò)大或縮小各種特征的尺寸。而且，附圖可能未描繪由說(shuō)明書所允許的給定系統(tǒng)、方法或裝置的所有方面和/或變型。最后，貫穿附圖，相同參考編號(hào)用于表示相同特征。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0021]所附的權(quán)利要求范圍內(nèi)的電路、方法和設(shè)備的各種實(shí)現(xiàn)方式的每一種具有若干方面，其中的單一方面不單獨(dú)地對(duì)在此描述的屬性負(fù)責(zé)。不限制所附的權(quán)利要求的范圍，描述了一些突出的特征。在考慮本公開之后，特別是在考慮標(biāo)題為“【具體實(shí)施方式】”的部分之后，人們將理解各種實(shí)現(xiàn)方式的各方面如何使能功率放大器的開環(huán)電流限制。
[0022]—些實(shí)現(xiàn)方式包括一種限制第一晶體管的電流汲取的開環(huán)電流鉗。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，所述開環(huán)電流鉗包含:提供控制值的修整模塊，以及具有相應(yīng)的輸入端子和輸出端子的限制源。輸入端子耦接到修整模塊以接收控制值。輸出端子耦接到第一晶體管的控制端子以提供由限制源響應(yīng)于控制值而產(chǎn)生的限制電氣電平。限制電氣電平實(shí)質(zhì)上設(shè)置用于第一晶體管的操作的第一模式，使得第一晶體管的電流汲取實(shí)質(zhì)上由操作的第一模式和限制電氣電平確定，使得第一晶體管的輸出端子處的電壓對(duì)電流汲取施加減小的影響。
[0023]—些實(shí)現(xiàn)方式包括一種具有開環(huán)電流鉗位的第一晶體管的功率放大器。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，開環(huán)電流鉗包含:提供控制值的修整模塊，以及具有相應(yīng)的輸入端子和輸出端子的限制源。輸入端子耦接到修整模塊以接收控制值。輸出端子耦接到第一晶體管的控制端子以提供由限制源響應(yīng)于控制值而產(chǎn)生的限制電氣電平。限制電氣電平實(shí)質(zhì)上設(shè)置用于第一晶體管的操作的第一模式，使得第一晶體管的電流汲取實(shí)質(zhì)上由操作的第一模式和限制電氣電平確定，使得第一晶體管的輸出端子處的電壓對(duì)電流汲取施加減小的影響。
[0024]—些實(shí)現(xiàn)方式包括一種功率放大器模塊。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，功率放大器模塊包含:封裝基板，配置為容納多個(gè)組件;在封裝基板上包含的裸芯中提供的功率放大器電路，功率放大器包含具有控制端子和輸出端子的第一晶體管;修整模塊，提供控制值；以及具有相應(yīng)的輸入端子和輸出端子的限制源，所述輸入端子耦接到修整模塊以接收控制值，并且所述輸出端子耦接到第一晶體管的控制端子以提供由限制源響應(yīng)于控制值而產(chǎn)生的限制電氣電平，限制電氣電平實(shí)質(zhì)上設(shè)置用于第一晶體管的操作的第一模式，使得第一晶體管的電流汲取實(shí)質(zhì)上由操作的第一模式和限制電氣電平確定，使得第一晶體管的輸出端子處的電壓對(duì)電流汲取施加減小的影響。
[0025]一些實(shí)現(xiàn)方式包括一種射頻(RF)設(shè)備。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，RF設(shè)備包含:收發(fā)器，配置為處理RF信號(hào)；與收發(fā)器通信的天線，配置為有助于放大的RF信號(hào)的傳輸；以及功率放大器模塊，連接到收發(fā)器并且配置為生成放大的RF信號(hào)。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，功率放大器模塊包含:第一晶體管;提供控制值的修整模塊；以及具有相應(yīng)的輸入端子和輸出端子的限制源，所述輸入端子耦接到修整模塊以接收控制值，并且所述輸出端子耦接到第一晶體管的控制端子以提供由限制源響應(yīng)于控制值而產(chǎn)生的限制電氣電平，限制電氣電平實(shí)質(zhì)上設(shè)置用于第一晶體管的操作的第一模式，使得第一晶體管的電流汲取實(shí)質(zhì)上由操作的第一模式和限制電氣電平確定，使得第一晶體管的輸出端子處的電壓對(duì)電流汲取施加減小的影響。
[0026]—些實(shí)現(xiàn)方式包括一種鉗位第一晶體管的電流的方法。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，所述方法包括:使用修整模塊來(lái)產(chǎn)生控制值，以補(bǔ)償溫度和制造工藝變化中的至少一個(gè);使用該控制值生成限制電氣電平；以及將該限制電氣電平施加到第一晶體管的控制端子。
【具體實(shí)施方式】
[0027]為了提供對(duì)附圖中所示出的示例性實(shí)現(xiàn)方式的徹底理解，在此描述了許多細(xì)節(jié)。然而，可以實(shí)踐本發(fā)明而不需許多具體細(xì)節(jié)。未毫無(wú)遺漏地詳細(xì)描述公知的方法、組件和電路，以免不必要地模糊在此所描述的實(shí)現(xiàn)方式的更相關(guān)方面。
[0028]如上所述，為了設(shè)置高效操作的操作條件，功率放大器的優(yōu)選電流汲取可以部分通過(guò)進(jìn)行功率放大器到天線(或其它傳輸負(fù)載)的阻抗匹配來(lái)初始地設(shè)置，使得功率放大器在由偏置電路設(shè)置的設(shè)計(jì)靜態(tài)(quiescent)范圍內(nèi)操作。本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白，阻抗匹配是指將發(fā)送信號(hào)的電路的輸出阻抗與接收信號(hào)的電路的輸入阻抗進(jìn)行匹配，以便獲得高效的功率傳送。當(dāng)功率放大器與傳輸負(fù)載(例如，天線)阻抗匹配時(shí)，可以獲得高效功率傳送，并且可以抑制來(lái)自傳輸負(fù)載的反射波的生成。阻抗匹配還設(shè)置功率放大器與傳輸負(fù)載之間的優(yōu)選電壓駐波比(VSWR)。根據(jù)本公開，本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白，VSWR可以被簡(jiǎn)要描述為電壓駐波的最大值與電壓駐波的最小值的比率。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白，在功率放大器與傳輸負(fù)載之間的傳輸路徑上的電壓駐波是由功率放大器發(fā)出的傳輸信號(hào)以及從傳輸負(fù)載到功率放大器的反射信號(hào)的組合。
[0029]阻抗匹配往往是固定的，使得阻抗在特定范圍的頻率、負(fù)載角、溫度、環(huán)境條件以及阻抗匹配的組件的物理屬性上相匹配。然而，在操作期間，各種因素的一個(gè)或多個(gè)可能改變一諸如操作環(huán)境(溫度、濕度等)的改變、由于老化而引起的惡化和/或物理?yè)p壞一轉(zhuǎn)而暫時(shí)或永久地改變傳輸負(fù)載的有效輸入阻抗。傳輸負(fù)載的有效阻抗的改變導(dǎo)致傳輸負(fù)載與功率放大器之間的阻抗不匹配。轉(zhuǎn)而，生成了反射電壓