WIFI应用中高线性度的CMOS RF功率放大器制造技术

一种RF功率放大器偏置电路，具有开始斜坡信号输入、主电流源输入、辅助电流源输入和电路输出。斜升电容器连接至辅助电流源输入。斜升开关晶体管连接至开始斜坡信号输入并且由此选择性地将辅助电流源输入连接到斜升电容器。缓冲器级具有连接到斜升电容器的输入和在求和节点处连接到主电流源输入的输出。镜像晶体管具有对应于电路输出的栅极端子、以及连接到求和节点并且连接到栅极端子的源极端子。

CMOS RF power amplifier with high linearity in WIFI applications

An RF power amplifier bias circuit has a ramp input, a primary current source input, an auxiliary current source input, and a circuit output. The ramp capacitor is connected to an auxiliary current source input. The ramp switch transistor is connected to the start ramp signal input and thereby selectively connects the auxiliary current source input to the tilt capacitor. The buffer stage has an input connected to the ramp capacitor and an output connected to the main current source at the summing node. The mirror transistor has a gate terminal corresponding to the circuit output, and a source terminal connected to the summing node and connected to the gate terminal.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】WIFI应用中高线性度的CMOSRF功率放大器相关申请的交叉引用本申请涉及并且要求于2014年9月10日提交、题为“HIGH-LINEARITYCMOSWIFIRFPOWERAMPLIFIERSINWIDERANGEOFBURSTSIGNALS”的美国临时申请No.62/048,737的权益，通过引用将其公开的全部内容整体并入本文。声明：联邦资助研究/开发不适用
本公开一般地涉及射频(RF)集成电路，并且更具体地，涉及WIFI应用中在大范围的突发信号上具有高线性度的互补金属氧化物半导体(CMOS)RF功率放大器。
技术介绍
无线通信系统在涉及长距离和短距离的信息传输等多个情境中使用，以及在用于解决本领域每个已知的特定需求的大范围模式中使用。一般来说，无线通信涉及被不同地调制以表示信息/数据的RF载波信号，并且信号的编码、调制、发送、接收、解调和解码符合用于其协调的一套标准。在局域数据网络情境中，WLAN或无线LAN，也常被称为WiFi和802.11(指代管理IEEE标准)，被最广泛采用。之后更高级的WiFi标准，诸如802.11ac，以及其所基于的之前的802.11n和802.11a标准，指定正交频分复用系统，其中在正交频分复用系统中，不同频率处的等间隔的子载波被用来传输数据。局域内的若干计算机系统或网络节点可以连接到接入点，接入点继而可以提供到其它网络和更大的全球因特网网络的链接。所有规格的计算设备，包括移动电话、平板计算机和个人计算机，现在都具有WiFi连接性，并且WiFi网络随处可见。作为任何无线通信系统的基础，WiFi网络接口设备包括收发器，即，组合的发送器和接收器电路。收发器使用其数字基带系统将数字数据编码为模拟基带信号，并且用RF载波信号调制基带信号。在接收时，收发器下变频(down-convert)RF信号，解调基带信号，并且解码由基带信号表示的数字数据。与收发器相连的天线将电信号转变为电磁波，反之亦然。在大多情况下，收发器电路自身不生成足够的功率以及不具有用于通信必要的足够的灵敏度。因此，在收发器和天线之间使用额外的电路，该额外的电路被称为前端。前端包括用于提高传输功率的功率放大器和/或用于增加接收灵敏度的低噪放大器。在WiFi系统中使用的RF功率放大器理想地具有线性性能，该线性性能就所传输的信号的误差矢量幅度(EVM)而言予以描述。为了保存能量，功率放大器根据施加到其输入的传输信号突发而被导通和关断。但是，这样的切换生成瞬态的电流、电压、功率增益、相位等。具体地，斜变(ramping)信号的边沿导致EVM的劣化，也被称为动态EVM，其被认为不同于静态EVM，其中在静态EVM中，施加到功率放大器的控制信号处于持续导通状态。瞬态信号除了归因于动态切换的电流和电压外，功率放大器电路中的晶体管的热属性也导致瞬态信号。在出版物“StaticandDynamicErrorVectorMagnitudeBehaviorof2.4-GHzPowerAmplifier”,Sang-WoongYoon,IEEETransactionsonMicrowaveTheoryandTechniques,Vol.55,No.4,April2007中，提出了热效应对动态EVM的影响，并且同静态EVM作比较。但是，解释限于在突发期间输出功率电平改变，其被认为等同于增益改变。传统的通信系统可以容易地解调具有所描述的小功率电平变化的信号。尽管探索了热加热影响动态EVM的根本原因，但只提出了部分解释。随后，在出版物“Self-heatingandMemoryEffectsinRFPowerAmplifiersExplainedThroughElectro-ThermalModeling”,WeiWei,etal.,inNORCHIP2013,November2013中，发现了由于热效应，在已调制的信号中可发现幅度-幅度(AM-AM)和幅度-相位(AM-PM)失真二者。发现这些失真影响互调产物的水平和相位。根据所描述的模拟，即使低于50kHz的双音调间距，在互调失真的左侧产物和右侧产物中没有区别。实际的实施方案中，包络变化可以达几个兆赫兹或数十兆赫兹的速率。这样快速的频率变化不被认为导致在半导体裸芯内的功率放大器晶体管温度的快速且大的变化。在使用传统的砷化镓(GaAs)或硅技术的WiFi系统中，用于功率放大器晶体管级的热时间常数可以从几个微秒到几个数十微秒变化。在Doherty等人的美国专利No.8,260,224中公开了一种用于在传输突发开始时补偿功率放大器瞬变(transient)的技术。该技术被认为在RF信号突发之前，需要通过超过百微秒的高电流和连续电流整形得到的脉冲式“预加热”。这样的“预加热”被认为对WiFi信号是不切实际的，因为传入(incoming)的RF信号突发根据网络协议依赖于多个因素。问题在于，RF传输信号的延迟被认为导致数据吞吐量的大量减少。更进一步，需要额外的控制输入/定时，并且，尽管这通常不存在于现有WiFi平台解决方案中。Hershberger等人的美国专利申请公开No.2013/0307625公开了偏置升压电路，该偏置升压电路被施加到WiFi功率放大器中的RF晶体管的基极。在RF信号突发期间施加恒定偏置，此外，在突发开始时施加指数衰减的升压电流以补偿RF瞬变。尽管该技术可能适用于使用双极晶体管实现的功率放大器，但在基于CMOS的功率放大器中，可能生成高水平的瞬变，并且进一步降低动态EVM。Kim等人的美国专利申请公开No.2013/0127540公开了具有相位补偿电路的功率放大器。具体地，公开了对线性功率放大器的在具有预失真的RF信号功率电平上的相位补偿，但未被认为对于最小化在信号突发边沿处的动态EVM变化是有用的。在Struble等人的美国专利No.7,532,066中公开了专用于WiFi功率放大器的瞬态补偿电路。电流操控(steering)电路被用来按照与Hershberger相同的原理、在RF信号突发开始时添加电流。但是，未考虑动态衰减，并且解决方案似乎受限于功率电平依赖性。在出版物标题为“Front-endModuleswithVersatileDynamicEVMCorrectionfor802.11Applicationsinthe2GHzBand”,Samelis等人,2014IEEETopicalConferenceonPowerAmplifiersforWirelessandRadioApplications(PAWR),Jan.2014中，公开了用于WiFi前端电路的、用硅锗(SiGe)异质结双极晶体管(HBT)功率放大器实现的动态EVM补偿电路的测试结果。指示出热依赖性为针对不同突发情况的动态EVM的根源，但只考虑了通常用于移动应用的约176微秒的极短突发窗口。在提出的电路中，在不同功率电平处的初级校准期间需要数字化设置。更进一步，提出的电路被认为不适合用于增大的偏置电压，其中该增大的偏置电压是最近诸如在802.11ac标准中指定的那些调制方案中是常见的。根据这些原理，近来实施802.11n和/或802.11ac的WiFi系统可以采用高达几个毫秒的更宽的突本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种射频(RF)功率放大器电路，包括：功率放大器，包含功率放大器输出和RF信号输入；控制电路，选择性地偏置所述功率放大器，所述控制电路包含：辅助电流源；斜升电容器，连接至所述辅助电流源；斜升开关，连接至所述辅助电流源，所述斜升开关响应于与RF信号突发对应的控制信号而选择性地激活所述辅助电流源并且对所述斜升电容器充电；缓冲器，包含输出和连接至所述斜升电容器的输入，在所述缓冲器的输入处的电压与RF信号突发持续时间线性相关；以及主电流源，在求和节点处连接至所述缓冲器的输出；其中所述求和节点连接至所述功率放大器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.10 US 62/048,7371.一种射频(RF)功率放大器电路，包括：功率放大器，包含功率放大器输出和RF信号输入；控制电路，选择性地偏置所述功率放大器，所述控制电路包含：辅助电流源；斜升电容器，连接至所述辅助电流源；斜升开关，连接至所述辅助电流源，所述斜升开关响应于与RF信号突发对应的控制信号而选择性地激活所述辅助电流源并且对所述斜升电容器充电；缓冲器，包含输出和连接至所述斜升电容器的输入，在所述缓冲器的输入处的电压与RF信号突发持续时间线性相关；以及主电流源，在求和节点处连接至所述缓冲器的输出；其中所述求和节点连接至所述功率放大器。2.如权利要求1所述的RF功率放大器电路，进一步包括：RF解耦电阻器；镜像晶体管，被所述主电流源偏置并且连接至所述功率放大器；其中所述功率放大器包含功率放大器晶体管，所述功率放大器晶体管经过RF解耦电阻器连接至所述镜像晶体管。3.如权利要求2所述的RF功率放大器电路，其中：所述功率放大器晶体管和所述镜像晶体管各自包含栅极端子、漏极端子和源极端子；所述功率放大器晶体管的栅极端子连接至所述RF信号输入和所述RF解耦电阻器的第一端子；以及所述镜像晶体管的栅极端子连接至所述RF解耦电阻器的第二端子并且连接至所述镜像晶体管的漏极端子。4.如权利要求3所述的RF功率放大器电路，其中：所述缓冲器包含缓冲器晶体管，所述缓冲器晶体管具有连接至所述斜升电容器的栅极端子和连接至所述镜像晶体管的漏极端子的源极端子。5.如权利要求1所述的RF功率放大器电路，其中所述斜升开关是具有栅极端子和源极端子的晶体管，所述栅极端子连接至开始斜坡信号输入，所述源极端子连接至所述辅助电流源。6.如权利要求1所述的RF功率放大器电路，其中所述控制电路进一步包含：斜降开关，连接至所述斜升电容器，所述斜降开关在所述RF信号突发结束时被选择性激活以对所述斜升电容器放电；以及其中所述斜升开关在所述RF信号突发结束时被去激活。7.如权利要求6所述的RF功率放大器电路，其中所述斜降开关是具有栅极端子和源极端子的晶体管，所述栅极端子连接至停止斜坡信号输入，所述源极端子连接至所述缓冲器的输入和所述斜升电容器。8.如权利要求1所述的RF功率放大器电路，其中所述缓冲器的输入直接连接至所述斜升电容器。9.如权利要求1所述的RF功率放大器电路，进一步包括：电容器放电电阻器，连接至所述斜升电容器；以及反相器，包含连接至所述斜升电容器的输入和连接至所述缓冲器的输出；其中在所述反相器的输入处的电压在比最小RF信号突发持续时间短的持续时间内指数衰减。10.如权利要求9所述的RF功率放大器电路，其中所述斜升电容器和所述电容器放电电阻器的值对应于在所述反相器的输入处的电压的特定指数衰减。11.一种RF功率放大器偏置电路，其具有开始斜坡信号输入、主电流源输入、辅助电流源输入和电路输出，所述RF功率放大器偏置电路包括：斜升电容器，连接至所述辅助电流源输入；斜升开关晶体管，连接至所述开始斜坡信号输入，所述斜升开关晶体管被选择性激活由此将所述辅助电流源输入连接至所述斜升电容器；缓冲器级，具有连接至所述斜升电容器的输入和在求和节点处连接至所述主电流源输入的输出；以及镜像晶体管，具有对应于所述电路输出的栅极端子和连接至所述求和节点并且连接至所述栅极端子的源极端子。12.如权利要求11所述的RF功率放大器偏置电路，进一步包括：RF信号解耦电阻器，连接至所述镜像晶体管的栅极端...

【专利技术属性】
技术研发人员：O戈尔巴乔夫，Q李，F阿什博，A塞耶迪，L穆西奥尔，LL张，
申请(专利权)人：天工方案公司，
类型：发明
国别省市：美国,US