用于功率放大器的差分堆疊輸出級(jí)的制作方法
【專利摘要】一種功率放大器系統(tǒng)包括晶體管堆疊和上部。上部包括LC諧波回路。LC諧波回路構(gòu)造為產(chǎn)生選擇的諧波來減輕電壓應(yīng)力和促進(jìn)放大器效率。晶體管堆疊包括串聯(lián)連接的輸入晶體管和上部晶體管。輸入晶體管構(gòu)造為接收輸入信號(hào)，并且上部晶體管構(gòu)造為提供放大器輸出信號(hào)。LC諧波回路構(gòu)造為將選擇的諧波提供到上部晶體管的至少柵極。
【專利說明】用于功率放大器的差分堆疊輸出級(jí)
【背景技術(shù)】
[0001]功率放大器是增加輸入信號(hào)功率的裝置。功率放大器被用于許多電路、通信系統(tǒng)、電子裝置等。
[0002]功率放大器具有與它們行為關(guān)聯(lián)的各種性能。這些性能包括增益、效率、輸出功率、帶寬、線性、穩(wěn)定性、動(dòng)態(tài)范圍等。隨著時(shí)間的過去，這些性能可能從它們?cè)贾蹈淖兓蛲嘶?br> 【專利附圖】

【附圖說明】
[0003]圖1是示出使用偶數(shù)階諧波來減輕電壓應(yīng)力的功率放大器系統(tǒng)的簡(jiǎn)圖。
[0004]圖2是示出使用偶數(shù)階諧波來減輕電壓應(yīng)力的功率放大器系統(tǒng)的簡(jiǎn)圖。
[0005]圖3是示出用于功率放大器系統(tǒng)的差模路徑的等效電路的電路圖。
[0006]圖4是示出用于功率放大器系統(tǒng)的共模路徑的等效電路的電路圖。
[0007]圖5是示出具有用于LC諧振回路的所選電容值的功率放大器系統(tǒng)的簡(jiǎn)圖。
[0008]圖6是示出具有用于LC諧振回路的另一所選電容值的功率放大器系統(tǒng)的簡(jiǎn)圖。
[0009]圖7是示出具有兩個(gè)晶體管堆疊的功率放大器系統(tǒng)的簡(jiǎn)圖。
[0010]圖8是示出對(duì)于具有兩個(gè)晶體管堆疊的功率放大器的電壓波形的曲線圖。
[0011]圖9是示出具有三個(gè)晶體管堆疊的功率放大器系統(tǒng)的簡(jiǎn)圖。
[0012]圖10是示出對(duì)于具有三個(gè)晶體管堆疊的功率放大器的電壓波形的曲線圖。
[0013]圖11是示出構(gòu)造和操作功率放大器系統(tǒng)的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]公開了減輕或控制功率放大器的各個(gè)晶體管上的應(yīng)力的方法和系統(tǒng)。應(yīng)力包括外加電壓值和被功率放大器的各個(gè)晶體管所見的電壓擺動(dòng)。系統(tǒng)和方法有選擇地引入控制和/或分享應(yīng)力的諧波。
[0015]用于功率放大器的一些關(guān)鍵參數(shù)是它們?cè)跊]有由于電壓應(yīng)力(諸如外加電壓和電壓擺動(dòng))導(dǎo)致改變的情況下維持所選或期望的特性的能力。應(yīng)力或過應(yīng)力晶體管可以引起晶體管操作特性隨時(shí)間過去而退化或失效。因此，放大器規(guī)格可包括在沒有對(duì)晶體管施加過應(yīng)力的情況下將要達(dá)到輸出功率以便它們的特性在產(chǎn)品使用期期間保持相對(duì)穩(wěn)定。另夕卜，該規(guī)格還典型地需要作為輸出功率對(duì)功率消耗比的指定效率。另外，沒有滿足指定效率導(dǎo)致高功率消耗。高功率消耗的一些負(fù)面影響是功率放大器的低電池自治和大量自加熱。
[0016]在標(biāo)準(zhǔn)CMOS技術(shù)中集成功率放大器的設(shè)計(jì)特別具有挑戰(zhàn)。例如，Iff遞送到50ohm負(fù)載意味著當(dāng)假設(shè)為正弦波時(shí)，負(fù)載上的電壓擺動(dòng)將是20Vpp。然而，典型使用的晶體管可以僅僅經(jīng)受幾個(gè)伏特。因此，功率放大器被設(shè)計(jì)為在晶體管上利用比在負(fù)載上使用更低的電壓。
[0017]存在各種技術(shù)來在功率放大器中減輕晶體管上的電壓應(yīng)力或過電壓應(yīng)力。一個(gè)技術(shù)是在輸出級(jí)和負(fù)載之間利用阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)。通過利用適當(dāng)?shù)淖杩罐D(zhuǎn)換比，在輸出級(jí)上最大電壓可以被維持為低于在負(fù)載上的最大電壓以便晶體管不被施加過電壓應(yīng)力。然而，與高阻抗轉(zhuǎn)換比匹配的網(wǎng)絡(luò)典型地具有導(dǎo)致相對(duì)低效率的高損耗。此外，轉(zhuǎn)換比的選擇也可通過其他因素確定，諸如在給定電源電壓確保最大功率傳遞到負(fù)載。
[0018]使用的另一個(gè)技術(shù)是使用一堆晶體管代替單一晶體管。因此，如果使用一堆晶體管，則在每個(gè)晶體管上最大電壓一般比在輸出級(jí)上最大電壓小得多。典型地，位于堆疊底部的晶體管被連接在共源極。在堆疊中其他晶體管可以被連接在共柵極。為了在堆疊的晶體管上獲得電壓應(yīng)力的適當(dāng)分布，共柵極連接經(jīng)常被簡(jiǎn)并(degenerated)，這意味著柵極電壓不是處于固定電位，而是成為信號(hào)相關(guān)的。正常地，當(dāng)輸出電壓增加時(shí)柵極電壓增加，當(dāng)輸出電壓減少時(shí)柵極電壓減少。因此，當(dāng)堆疊導(dǎo)電(高電流、低輸出電壓)時(shí)，柵極電壓相對(duì)低的，這導(dǎo)致輸出堆疊的相對(duì)高的ON電阻。因此，結(jié)果是相對(duì)高的功率損耗和低效率。
[0019]本發(fā)明的發(fā)明人意識(shí)到差分功率放大器包括共模和差模路徑并且這些路徑不必相同。本發(fā)明的一個(gè)或更多實(shí)施例利用僅僅存在于共模路徑中的偶數(shù)階諧波來減輕電壓應(yīng)力，同時(shí)保持堆疊的ON電阻低。
[0020]圖1是示出具有晶體管堆疊并且利用選擇的諧波來減輕電壓應(yīng)力的功率放大器系統(tǒng)100的簡(jiǎn)圖。系統(tǒng)100包括晶體管堆疊102、下部102和上部104。系統(tǒng)100利用偶數(shù)諧波來減輕各個(gè)晶體管電壓應(yīng)力，減輕功率損耗并且獲得適當(dāng)效率。
[0021]下部102包括晶體管堆疊的至少一部分并且接收輸入信號(hào)。上部104包括LC諧波回路和上部晶體管106并且構(gòu)造為提供功率放大器輸出信號(hào)。
[0022]晶體管堆疊包括串聯(lián)連接的一個(gè)或更多晶體管。堆疊包括輸入或下部晶體管108、一個(gè)或更多柵極連接晶體管110并且也可以包括也稱為輸出晶體管的上部晶體管106。堆疊構(gòu)造為通過輸入晶體管108接收由Vin+和Vin_指示的差分輸入信號(hào)。
[0023]上部104被供給偏置電壓Vbias和供給電壓并且提供由Vrat+和Vwt_指示的功率放大器輸出，其是差分輸出信號(hào)。功率放大器輸出被提供適當(dāng)效率并且沒有對(duì)晶體管堆疊的晶體管施加過應(yīng)力。
[0024]上部104的LC諧波回路包括電感器L和電容器Cl和C2。LC諧波回路構(gòu)造或形成尺寸為以用于差分信號(hào)基諧波的頻率和用于共模信號(hào)的偶數(shù)階(典型地或正常地為二階)諧波的頻率共振，這是因?yàn)殡娙萜鰿l和C2被差分地連接。諧波，被稱為選擇的諧波，被饋送到晶體管堆疊的至少一部分的柵極來減輕系統(tǒng)100的各個(gè)晶體管上的電壓應(yīng)力。在一個(gè)實(shí)例中，選擇的諧波被饋送到晶體管堆疊的柵極連接晶體管106和110中至少一些的柵極。
[0025]選擇的諧波包含或包括偶數(shù)階諧波(數(shù)個(gè)諧波)，諸如二階諧波。柵極連接晶體管的柵電壓依賴于作為偶數(shù)階諧波的共模信號(hào)。因此，柵極連接晶體管的柵電壓可以通過饋送偶數(shù)階諧波到那些柵極來調(diào)整或改變。柵極連接晶體管的柵電壓理想上獨(dú)立于差分信號(hào)。結(jié)果，堆疊的柵極連接晶體管的柵電壓在輸出電壓的正和負(fù)峰值兩者期間是相對(duì)高的，在上升和下降過渡期間是相對(duì)低的。結(jié)果，當(dāng)高電流流經(jīng)晶體管堆疊時(shí)，柵電壓是相對(duì)高的，其導(dǎo)致輸出級(jí)相對(duì)低的ON電阻。這導(dǎo)致相對(duì)低功率損耗和相對(duì)高效率。在過渡期間相對(duì)低柵電壓對(duì)效率不具有實(shí)質(zhì)影響。
[0026]相比之下，不選擇地將輸出電壓的所有頻率分量饋送到晶體管柵極的上面描述的傳統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)致當(dāng)堆疊導(dǎo)電時(shí)(高電流、低輸出電壓)用于堆疊的低柵極電壓。這導(dǎo)致相對(duì)高的ON電阻，其導(dǎo)致相對(duì)更高的功率損耗和更低效率。此外，上面描述的另一個(gè)傳統(tǒng)技術(shù)僅僅使用阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)。然而，阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)典型地具有導(dǎo)致相對(duì)更低功率效率的高損耗。
[0027]圖2是示出利用選擇的諧波減輕電壓應(yīng)力的功率放大器系統(tǒng)200的簡(jiǎn)圖。系統(tǒng)200包括下部202和上部204。系統(tǒng)200利用偶數(shù)階諧波減輕各個(gè)晶體管電壓應(yīng)力，減輕功率損耗并且獲得適當(dāng)效率。
[0028]系統(tǒng)200如圖所示包括具有串聯(lián)連接的一個(gè)或更多晶體管的晶體管堆疊。堆疊包括輸入晶體管208、一個(gè)或更多柵極晶體管210并且可以包括輸出或上部晶體管206。堆疊構(gòu)造為經(jīng)由輸入晶體管208接收由Vin+和Vin_指示的差分輸入信號(hào)。
[0029]上部204包括上部晶體管206和LC電路或諧波回路。上部204構(gòu)造為提供由Vtjut+和Vwt_指示的差分輸出信號(hào)，被稱為功率放大器輸出。上部204還構(gòu)造為接收偏置電壓Vbias和供給電壓。功率放大器輸出被提供適當(dāng)效率并且減輕應(yīng)力到系統(tǒng)200的晶體管。
[0030]LC諧波回路示出為具有對(duì)于LC諧波回路的提供包括偶數(shù)階諧波的選擇諧波的適當(dāng)構(gòu)造。領(lǐng)會(huì)到可預(yù)期替換構(gòu)造并且與本發(fā)明一致。
[0031]LC諧波回路包括如圖所示由Cl、C2以及C3指示的電容器。對(duì)于Cl、C2和C3的值可被選擇為獲得所選諧波來減輕系統(tǒng)200的晶體管上的電壓應(yīng)力。如果Cl被選擇為大于C2，則包括基諧波的奇數(shù)階諧波被饋送到上部晶體管206的柵極。這可以降低效率，但當(dāng)堆疊102為OFF時(shí)，可需要降低這些晶體管上的電壓應(yīng)力。部分的電壓應(yīng)力然后被轉(zhuǎn)移到在堆疊中的其他晶體管。如果Cl被選擇為等于C2，則僅僅偶數(shù)階諧波可以通過電容器被饋送；奇數(shù)階諧波可以僅僅通過寄生晶體管電容被饋送。
[0032]選擇Cl小于C2允許柵極到漏極電容(Cgd)取消。如果Cl加Cgd等于C2，則奇數(shù)階諧波可以仍然通過柵極到源極電容被提供到上部晶體管206的柵極。這種影響可以通過選擇Cl和Cgd的和小于C2來取消，然而由于差分信號(hào)的正反饋可能遇到不穩(wěn)定性。
[0033]在沒有顯著影響上部204的LC諧波回路的共振的情況下，電容器C3允許進(jìn)一步控制包括奇數(shù)階諧波的差分柵極電壓開關(guān)。
[0034]功率放大器系統(tǒng)200包括不同的共模路徑和差模路徑。共模路徑和差模路徑設(shè)計(jì)為具有不同的傳遞函數(shù)以便在沒有折衷效率的情況下在堆疊上分布電壓應(yīng)力。如上面所示，設(shè)置Cl等于C2大體經(jīng)由共模路徑將偶數(shù)諧波饋送到上部晶體管的柵極。因此，可以減輕電壓應(yīng)力，同時(shí)保持堆疊的ON電阻相對(duì)低。下面提供共模和差摸路徑的額外細(xì)節(jié)。
[0035]圖3是示出用于功率放大器系統(tǒng)200的差摸路徑的等效電路300的電路圖。電路300是系統(tǒng)200對(duì)于差分信號(hào)路徑的等效電路。對(duì)于類似命名的元件的額外描述可以在上面功率放大器系統(tǒng)200的描述中被參考。
[0036]電路300包括下部202和上部204。下部包括在輸入晶體管208接收一半差分輸入信號(hào)Vin的晶體管堆疊。晶體管堆疊還包括一個(gè)或更多柵極連接晶體管210。堆疊也可以包括上部晶體管206。
[0037]上部204包括上部晶體管206和LC諧波回路。上部構(gòu)造為提供功率放大器輸出Vwt+通過上部晶體管206的部分。此外，上部204構(gòu)造為接收偏置電壓Vbias和供給電壓。
[0038]如果晶體管電容被忽視，則上部晶體管206的柵極電壓以(C1_C2)/(C1+C2+2C3)的比跟隨輸出電壓(漏極)。對(duì)于差模路徑的傳遞函數(shù)將奇數(shù)階諧波(包括基諧波)饋送到上部晶體管206的柵極。
[0039]圖4是示出用于功率放大器系統(tǒng)200的共模路徑的等效電路400的電路圖。等效電路400描述共模信號(hào)路徑。用于類似命名元件的額外描述可以在上面功率放大器系統(tǒng)200的描述中被參考。
[0040]電路400包括下部202和上部204。下部包括晶體管堆疊，其包括輸入晶體管208和一個(gè)或更多串聯(lián)柵極連接晶體管210。堆疊也可以包括上部晶體管206。輸入晶體管208接收輸入信號(hào)Vin的一部分。
[0041]上部204包括上部晶體管206并且構(gòu)造為提供輸出信號(hào)Vrat的共模分量。可見上部晶體管206對(duì)于RF信號(hào)是二極管連接的并且它的柵極電壓隨著輸出(漏極)浮動(dòng)。
[0042]提供圖3和圖4來便于理解電容器C1、C2和C3的布置、差模和共模路徑以及對(duì)于放大器系統(tǒng)200的結(jié)果傳遞函數(shù)。
[0043]圖5是示出功率放大器系統(tǒng)500的簡(jiǎn)圖。系統(tǒng)500包括下部502和上部504。系統(tǒng)500是上面描述的系統(tǒng)200的特殊情況，其中C3=0。結(jié)果，圖2和系統(tǒng)200可以被參考來便于理解和用于額外描述。
[0044]下部502包括輸入晶體管208和一個(gè)或更多柵極連接晶體管210。輸入晶體管208構(gòu)造為接收指示為Vin+和Vin_的輸入信號(hào)。晶體管堆疊包括輸入晶體管208和一個(gè)或更多柵極連接晶體管210并且構(gòu)造為在一個(gè)或更多柵極連接晶體管210的最后晶體管的漏極提供堆疊輸出。
[0045]上部504包括上部晶體管206和LC諧波回路。上部晶體管206構(gòu)造為提供由Vtjut+和Vtjut-指示的功率放大器輸出。LC諧波回路包括幾對(duì)電容器Cl和C2。
[0046]圖6是示出功率放大器系統(tǒng)600的簡(jiǎn)圖。系統(tǒng)600包括下部602和上部604。系統(tǒng)600是上面描述的系統(tǒng)200的特殊情況，其中C3=無窮大。結(jié)果，圖2和系統(tǒng)200可以被參考來便于理解和用于額外描述。
[0047]下部602包括輸入晶體管208和一個(gè)或更多柵極連接晶體管210。輸入晶體管208被構(gòu)造為接收指示為Vin+和Vin_的輸入信號(hào)。晶體管堆疊包括輸入晶體管208和一個(gè)或更多柵極連接晶體管210并且構(gòu)造為在一個(gè)或更多柵極連接晶體管210的最后晶體管的漏極提供堆疊輸出。
[0048]上部604包括上部晶體管206和LC諧波回路。上部晶體管206構(gòu)造為提供由Vtjut+和V。.指示的功率放大器輸出。LC振蕩回路在這里僅僅包括一對(duì)電容器Cl。
[0049]隨著C3設(shè)為無窮大，圖2的Cl和C2被并聯(lián)連接；它們可以被結(jié)合為單一電容器Cl，其值是原始Cl和C2值的總和。
[0050]注意到電容器可以被添加在放大器系統(tǒng)(例如200)的輸出節(jié)點(diǎn)和RF地面之間以便調(diào)諧差模和共模路徑兩者的共振頻率。此外，電容器可以被添加在堆疊的上部晶體管的柵極和RF地面之間，以便減小差模和共模兩者柵極電壓擺動(dòng)。
[0051]圖7是示出功率放大器系統(tǒng)700的簡(jiǎn)圖。系統(tǒng)700包括下部702和上部704。系統(tǒng)700是上面描述的系統(tǒng)200和600的特殊情況，其中C3=無窮大。結(jié)果，圖2和系統(tǒng)200以及圖6和系統(tǒng)600可以被參考來便于理解。
[0052]下部702包括輸入晶體管708。輸入晶體管708構(gòu)造為接收由Vin+和Vin_指示的差分輸入信號(hào)。上部704包括上部晶體管706和LC電路或諧波回路。上部704構(gòu)造為提供由Vtjut+和V。.指示的差分輸出信號(hào)。顯示負(fù)載710耦合到上部704的輸出。晶體管堆疊包括輸入晶體管708和上部晶體管706，也稱為輸出晶體管。LC諧波回路構(gòu)造為將選擇的諧波饋送到晶體管堆疊的柵極，尤其上部晶體管706。
[0053]圖8是示出用于圖7的放大器系統(tǒng)700的電壓波形800的曲線圖。提供波形800作為實(shí)例來便于理解。領(lǐng)會(huì)到可以得出不同的波形和電壓值。提供波形用于LC諧波回路的實(shí)例構(gòu)造。
[0054]曲線圖包括顯示時(shí)間(ps)的X軸和顯示電壓(V)的y軸。曲線圖覆蓋堆疊的左部或側(cè)部；右部具有相同波形，僅僅移位半個(gè)周期。線801代表在輸入晶體管708的柵極的輸入信號(hào)(Vin+)或(VGl )。線802代表在輸入晶體管708的漏極的漏極電壓/信號(hào)(VDl )。線803代表在上部晶體管706的柵極電壓(VG2)。線804代表在上部晶體管708的漏極電壓(VD2)，也稱為輸出信號(hào)(Vout-)。
[0055]在一個(gè)實(shí)例中，LC諧波回路構(gòu)造中，負(fù)載710是大約50ohm。R構(gòu)造為具有從100到IOOOohm的電阻值并且C構(gòu)造為具有從2到20pF的電容。各元件的值取決于系統(tǒng)規(guī)格和使用的技術(shù)。這些值的范圍意在對(duì)于在移動(dòng)電話發(fā)射機(jī)中的功率放大器覆蓋典型值并且應(yīng)該被視作示例性的。
[0056]在此實(shí)例中，上部晶體管706的柵極電壓803跟隨上部晶體管706的漏極電壓804的共模輸出電壓。僅僅基礎(chǔ)和二階諧波是相關(guān)的。第三和更高階諧波高度地被減弱。
[0057]堆疊的輸出電壓(或輸出信號(hào))804從大約0到2 (Vdd+V2)擺動(dòng)，其中V2是輸出信號(hào)的共模分量的幅值。在正峰值810，電壓應(yīng)力處在最大值。在正峰值810，輸出信號(hào)804處在2 (Vdd+V2)并且上部晶體管706的柵極電壓803是Vdd+V2，并且輸入晶體管708的漏極電壓802是VG2-Vth，其等于Vdd+V2-Vth，其中Vth是上部晶體管706的閾值電壓。上部和輸入晶體管706和708的漏極對(duì)源極電壓對(duì)于上部晶體管706是Vdd+V2+Vth，并且對(duì)于輸入晶體管708是Vdd+V2-Vth。因此，電壓應(yīng)力被上部和輸入晶體管706和708不平等地分布。然而，在減輕電壓應(yīng)力的同時(shí)，上部晶體管706可以被選擇為具有更長(zhǎng)的信道長(zhǎng)度而輸入晶體管可以被更快選擇來利用此變化。
[0058]圖9是示出功率放大器系統(tǒng)900的簡(jiǎn)圖。系統(tǒng)900包括下部902和上部904。系統(tǒng)900是上面描述的系統(tǒng)200的特殊情況。結(jié)果，圖2和系統(tǒng)200可以被參考來便于理解和用于額外描述。
[0059]下部902包括輸入晶體管908和柵極連接晶體管912。輸入晶體管908構(gòu)造為接收由Vin+和Vin-指示的差分輸入信號(hào)。上部904包括上部晶體管906和LC電路或諧波回路。上部904構(gòu)造為提供由Vwt+和V。.指示的差分輸出信號(hào)。顯示負(fù)載910耦合到上部904的輸出。晶體管堆疊包括輸入晶體管908、柵極連接晶體管912和上部晶體管906。上部晶體管906也被稱為輸出晶體管。LC諧波回路構(gòu)造為將選擇的諧波饋送到晶體管堆疊的柵極，尤其到上部晶體管906。
[0060]圖10是示出對(duì)于圖9的放大器系統(tǒng)900的電壓波形1000的曲線圖。提供波形作為實(shí)例來便于理解。領(lǐng)會(huì)到可以得到不同的波形和電壓值。
[0061]曲線圖包括顯示時(shí)間(ps)的X軸和顯示電壓(V)的y軸。曲線圖僅僅考慮了圖9的堆疊的左部；右部具有相同波形，僅僅移位半個(gè)周期。線1001代表在輸入晶體管908處的輸入電壓(Vin+)或(VG1)。線1002代表在輸入晶體管908處的漏極電壓(VD1)。線1003代表在中間或柵極連接晶體管912處的柵極電壓(VG2)。線1004代表在柵極連接晶體管912處的漏極電壓(VD2)。線1005代表在上部或輸出晶體管906處的柵極電壓(VG3)。線1006代表在上部晶體管906處的漏極電壓(VD3)。VD3也代表輸出信號(hào)(vout-)。
[0062]在一個(gè)實(shí)例中，LC諧波回路構(gòu)造中，負(fù)載910處在大約50ohm。R構(gòu)造為具有從200到2000ohm的電阻值。C3構(gòu)造為具有從0.1到IOpF的電容值。Cl和C2被設(shè)置為相等并且構(gòu)造為具有從I到IOpF的電容值。如上面描述的，C3 一般小于Cl或C2。
[0063]輸出信號(hào)1006 (VD3)示出為在1010具有峰值。峰值1010代表最大電壓應(yīng)力。此LC諧波回路構(gòu)造在上部晶體管906的柵極允許某些差分電壓擺動(dòng)1005，然而柵極電壓在上部晶體管的漏極1006仍然跟隨共模輸出電壓。這降低了上部晶體管906上的電壓應(yīng)力。在柵極連接晶體管912的柵極的柵極電壓1003被差分地接地并且對(duì)于RF信號(hào)共模浮動(dòng)。輸入晶體管908和柵極連接晶體管912的柵極電壓1001和1003因此顯示晶體管908和912可以共同地忍受比圖7的單一輸入晶體管708更高的電壓應(yīng)力。
[0064]圖11是示出構(gòu)造和操作功率放大器系統(tǒng)的方法1100的流程圖。方法1100減輕電壓擺動(dòng)和應(yīng)力來便于功率放大器系統(tǒng)的操作。
[0065]該方法開始于方框1102，其中獲得對(duì)于功率放大器系統(tǒng)的參數(shù)或規(guī)格。參數(shù)包括外加電壓、電壓擺動(dòng)、最大電壓應(yīng)力、每單個(gè)晶體管的允許電壓應(yīng)力、電壓擺動(dòng)等。
[0066]在方框1104根據(jù)參數(shù)/規(guī)格開發(fā)或構(gòu)造晶體管堆疊。開發(fā)晶體管堆疊以便具有適當(dāng)數(shù)量的串聯(lián)連接的晶體管柵極從而降低在晶體管堆疊的各個(gè)晶體管上的電壓應(yīng)力。在一個(gè)實(shí)例中，堆疊包括串聯(lián)連接的一組晶體管，諸如在圖9中所示。晶體管堆疊可以包括下面的一個(gè)或多個(gè):輸入晶體管、柵極連接晶體管、輸出晶體管等。
[0067]在方框1106根據(jù)參數(shù)/規(guī)格選擇諧波。選擇的諧波包括偶數(shù)階諧波(通常為第二階諧波)并且也可以包括奇數(shù)階諧波(通?；?。偶數(shù)階諧波被選擇用于晶體管堆疊以便減輕在堆疊的至少部分晶體管上的電壓應(yīng)力。在一個(gè)實(shí)例中，選擇諧波以便減輕在輸出晶體管的柵極上的電壓應(yīng)力。
[0068]在方框1108根據(jù)選擇的諧波構(gòu)造LC諧波回路。因此，在LC諧波回路中電容器和電感器的數(shù)量、構(gòu)造和數(shù)值被確定為提供共模路徑和差模路徑傳遞函數(shù)。上面包括系統(tǒng)200和圖2的描述示出了確定尺寸或構(gòu)造LC諧波回路以便獲得選擇的諧波的實(shí)例。因此，根據(jù)滿足參數(shù)/規(guī)格來構(gòu)造LC諧波回路。
[0069]在方框1110在指定的參數(shù)或規(guī)格內(nèi)，功率放大器系統(tǒng)操作。例如，在堆疊內(nèi)的晶體管受到在閾值下的電壓電平的范圍或擺動(dòng)。電壓電平的擺動(dòng)被稱為電壓應(yīng)力。
[0070]盡管上述方法1100被示出并且在下面描述為一系列行為或事件，但將領(lǐng)會(huì)到這些行為或事件的示出排序不以限制意義被解釋。例如，一些行為可以不同順序發(fā)生和/或與除在文中示出和/或描述的那些之外其他行為或事件同時(shí)發(fā)生。此外，并非所有示出的行為可被要求實(shí)施文中公開的一個(gè)或更多方面或?qū)嵤├?。并且，可以一個(gè)或更多單獨(dú)行為和/或階段執(zhí)行文中描述的一個(gè)或更多行為。
[0071]功率放大器系統(tǒng)包括晶體管堆疊和上部。上部包括LC諧波回路。LC諧波回路構(gòu)造為產(chǎn)生選擇的諧波來減輕電壓應(yīng)力和促進(jìn)放大器效率。晶體管堆疊包括串聯(lián)連接的輸入晶體管和上部晶體管。輸入晶體管構(gòu)造為接收輸入信號(hào)，上部晶體管構(gòu)造為提供放大器輸出信號(hào)。LC諧波回路構(gòu)造為將選擇的諧波提供到上部晶體管的至少柵極。
[0072]差分功率放大器系統(tǒng)具有晶體管堆疊和上部。晶體管堆疊構(gòu)造為接收差分輸入信號(hào)并且提供堆疊輸出。晶體管堆疊受到堆疊電壓應(yīng)力。上部構(gòu)造為從堆疊輸出產(chǎn)生差分放大器輸出信號(hào)。上部包括構(gòu)造為不僅產(chǎn)生包含輸出信號(hào)的基諧波而且還產(chǎn)生被饋送到堆疊晶體管柵極的偶數(shù)諧波(諸如第二階諧波)的LC諧波回路，以便減輕電壓應(yīng)力。系統(tǒng)也包括共模路徑和差模路徑。共模路徑具有共模傳遞函數(shù)。差模路徑具有與共模傳遞函數(shù)不同的差分傳遞函數(shù)。
[0073]公開了一種構(gòu)造功率放大器系統(tǒng)的方法。晶體管堆疊構(gòu)造為減輕應(yīng)力。選擇諧波來進(jìn)一步減輕電壓應(yīng)力。選擇的諧波包括偶數(shù)階諧波。LC諧波回路構(gòu)造為產(chǎn)生選擇的諧波并且為共模和差模路徑提供不同的傳遞函數(shù)。選擇的諧波被提供到晶體管堆疊的上部晶體管的柵極。
[0074]具體關(guān)于由上述部件或結(jié)構(gòu)(組件、器件、電路、系統(tǒng)等)進(jìn)行的各種功能，用于描述這些部件的術(shù)語(yǔ)(包括對(duì)“裝置”的引用)除非另有所指，否則意在對(duì)應(yīng)于進(jìn)行所述部件的指定功能的任何部件或結(jié)構(gòu)(例如，在功能上等價(jià))，即使在本發(fā)明的文中所示的示例性實(shí)施方式中在結(jié)構(gòu)上不等價(jià)于進(jìn)行所述功能的公開結(jié)構(gòu)，亦是如此。另外，盡管可關(guān)于若干實(shí)施方式中的僅一個(gè)實(shí)施方式公開了本發(fā)明的特定特征，但此特征可根據(jù)期望和對(duì)于任何給定或特定應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)與其他實(shí)施方式的一個(gè)或多個(gè)其他特征相組合。此外，至于術(shù)語(yǔ)“包括有”、“包括”、“具有”、“有”、“帶有”或在【具體實(shí)施方式】和權(quán)利要求中使用的各種變型，這些術(shù)語(yǔ)意在以類似于術(shù)語(yǔ)“包含”類似的方式涵蓋在內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種功率放大器系統(tǒng)，包括: 上部，其具有LC諧波回路，其中所述LC諧波回路構(gòu)造為產(chǎn)生選擇的諧波來減輕電壓應(yīng)力和促進(jìn)放大器效率； 晶體管堆疊，其具有串聯(lián)連接的輸入晶體管和上部晶體管，其中所述輸入晶體管構(gòu)造為接收輸入信號(hào)，并且所述上部晶體管構(gòu)造為提供輸出信號(hào)；以及 其中，所述LC諧波回路構(gòu)造為將所述選擇的諧波提供到所述上部晶體管的至少柵極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述選擇的諧波包括偶數(shù)階諧波。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述選擇的諧波由僅一個(gè)或更多偶數(shù)階諧波組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括:針對(duì)所述上部和所述晶體管堆疊的共模和差模路徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述共模路徑具有共模傳遞函數(shù)，并且所述差模路徑具有差模傳遞函數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，所述LC諧波回路構(gòu)造為使得所述共模傳遞函數(shù)不同于所述差模傳遞函數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述選擇的諧波使得每個(gè)上部晶體管的柵極電壓在其漏極電壓高時(shí)相對(duì)較高。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述選擇的諧波使得每個(gè)上部晶體管的柵極電壓在其漏極電壓低時(shí)相對(duì)較高。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，在衰減的情況下將基諧波作為所述選擇的諧波的一部分提供給所述上部晶體管的柵極，使得所述柵極電壓在相應(yīng)的漏極電壓高時(shí)比在所述漏極電壓低時(shí)更高。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，在不改變所述LC諧波回路的諧振頻率的情況下產(chǎn)生所述選擇的諧波來控制所述上部晶體管的差分柵極電壓擺動(dòng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，在不改變所述LC諧波回路的諧振頻率的情況下產(chǎn)生所述選擇的諧波來控制所述上部晶體管的共模柵極電壓擺動(dòng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述LC諧波回路構(gòu)造為以對(duì)于差模路徑的基諧波和對(duì)于共模路徑的偶數(shù)階諧波諧振來產(chǎn)生所述選擇的諧波。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述晶體管堆疊還具有連接在所述輸入晶體管與所述上部晶體管之間的一個(gè)或更多柵極連接晶體管來進(jìn)一步減輕所述電壓應(yīng)力。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述上部晶體管的柵極構(gòu)造為跟隨所述上部晶體管的漏極的輸出信號(hào)的共模電壓。
15.—種差分功率放大器系統(tǒng),包括: 晶體管堆疊，其構(gòu)造為接收差分輸入信號(hào)并且提供堆疊輸出，其中所述晶體管堆疊受到電壓應(yīng)力； 上部，其構(gòu)造為產(chǎn)生選擇的諧波并且將所述選擇的諧波提供給所述晶體管堆疊； 所述晶體管堆疊的共模路徑，其具有共模傳遞函數(shù)；以及 所述晶體管堆疊的差模路徑，其具有與所述共模傳遞函數(shù)不同的差模傳遞函數(shù)。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述選擇的諧波包括偶數(shù)階諧波并且構(gòu)造所述共模傳遞函數(shù)。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述上部包括LC諧波回路，其具有耦接至所述堆疊的輸出端的第一對(duì)差分連接的電容器和耦接至所述堆疊的其他輸出端的第二對(duì)差分連接的電容器。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，還包括:第三電容器，其耦接至所述第一對(duì)和第二對(duì)電容器。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中，所述第一對(duì)電容器、所述第二對(duì)電容器以及所述第三對(duì)電容器尺寸定為構(gòu)造所述共模傳遞函數(shù)和所述差模傳遞函數(shù)。
20.一種構(gòu)造功率放大器系統(tǒng)的方法，所述方法包括: 構(gòu)造晶體管堆疊來減輕電壓應(yīng)力，所述晶體管堆疊包括上部晶體管； 選擇諧波來進(jìn)一步減輕所述電壓應(yīng)力，所述選擇的諧波包括偶數(shù)階諧波； 構(gòu)造LC諧波回路來產(chǎn)生所述選擇的諧波并且為共模和差模路徑提供不同的傳遞函數(shù)；以及 將所述選擇的諧波提供到所述上部晶體管的柵極。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述晶體管堆疊包括共柵極連接的多個(gè)晶體管。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，還包括:在所述上部晶體管的漏極產(chǎn)生放大器輸出。
【文檔編號(hào)】H03F3/45GK103580626SQ201310296954
【公開日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月31日
【發(fā)明者】J.莫雷拉 申請(qǐng)人:英特爾移動(dòng)通信有限責(zé)任公司