宽带放大器的偏置调制有源线性化制造技术

技术编号:22174716 阅读:49 留言:0更新日期:2019-09-21 15:21
功率放大器电路用于通信网络中的路径上的宽带数据通信可以减少或避免增益压缩,提供低失真放大性能,并且可以适应更宽的输入信号幅度范围。动态可变偏置电流电路可以耦合到差分晶体管对的公共发射极偏置节点,以向其提供动态可变偏置电流作为输入信号的输入信号幅度的函数。当输入信号幅度超过由偏移或电平移位电路建立的阈值电压时,偏置电流增加。偏置电流电路的频率响应可以跟踪输入信号的频率成分。到差分对的信号路径的延迟可以通过差分对将偏置电流相位对准到放大。动态可变电源电压可以基于输入信号的包络。

Active linearization of bias modulation for broadband amplifiers

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】宽带放大器的偏置调制有源线性化要求优先权本专利申请要求ChristopherJohnDay于2017年1月26日提交的题为“宽带放大器的偏置调制有源线性化”的美国临时专利申请序列号62/450,670的优先权,其全部内容通过引用结合到本文中。
该文件一般地但不是限制地涉及电通信系统和电路,并且更具体地但不限于通过用于宽带放大器的偏置调制的有源线性化。
技术介绍
随着宽带通信系统的出现,随着通信网络运营商试图降低资本和运营费用,对节能传输的需求变得越来越重要。在依赖于A类信号传输的有线电视系统的情况下,为网络供电的成本是最大的运营费用。
技术实现思路
除了别的以外,本专利技术人已经认识到,对于电缆操作器来说,更加节能的放大器是非常需要的。与此同时,宽带内容的消费者,如按次付费数字视频和流行的视频流服务,如Netflix,要求随时可以在多个设备上提供更高水平的内容。因此,网络带宽需求持续增长。预计数据显示数据消费增长模式几乎没有变化。为了满足这种需求,系统运营商可用的一种方法是在通过其网络传输之前转向对信号进行编码的高级方法。这些调制技术越来越复杂,可以带来令人印象深刻的带宽效率飞跃。不幸的是,随着这种进步,出现了编码信号通常难以放大的缺点。例如,与平均水平相比,这些高级编码信号可以具有非常高的峰值功率偏移。这可能会对整个系统的放大器造成严重破坏。同时,这些高级编码信号的复杂性质要求整个系统的信号保真度提高。反过来,这意味着传输系统放大器可能需要降低失真水平以实现良好性能。如果系统中没有低水平的失真,客户可能会遇到像视频流像素化或互联网吞吐量性能不佳等缺陷。现在,通过部署这种先进的编码信号以及放置在网络上的信号量增加,对系统中的低失真的需求进行了限制。由于失真性能是最重要的,因此可以优选A类拓扑,因为可用的线性放大器类型最多。出于这个原因,CATV网络由A类放大器支配。但A类放大器的理论最佳效率为50%,因此能够增加高级信号输出摆幅的A类放大器将消耗更多功率。这导致了网络中的一个主要困境。一方面,运营商希望低失真以增加带宽以服务于客户,但又不希望增加的成本和降低的可靠性,从而增加功耗。其他类型的放大器提供更高水平的效率,但它们以降低失真性能为代价。例如,AB类和C类拓扑可以保证效率>50%,但是当网络中仍然需要这种低失真时,可以极大地损害失真。该文献描述了一种技术,该技术可以实现类似于A类放大器的线性度和类似于C类或AB类放大器的功率效率益处。本技术可以包括使用输入信号来调制放大器的偏置条件,例如以增加动态输入范围的方式,而不会相应地增加功耗或失真。本技术可以动态地调整A类操作范围,例如仅当输入信号需要增加的操作范围时。因此,本技术可以提供C类或AB类的改进效率,但具有A类线性优势。在低失真网络中使用的一些放大器本质上是差分的。它们可以包括两个异相操作的放大器,或者可以包括单个差分放大器。良好平衡的差分放大器可以使偶数阶失真项无效,例如本文所解释的。该文件尤其描述了用于通信网络中的路径上的宽带数据通信的功率放大器电路可以减少或避免增益压缩,提供低失真放大性能,并且可以适应更宽的输入信号幅度范围。动态可变偏置电流电路可以耦合到差分晶体管对的公共发射极偏置节点,以根据输入信号的输入信号幅度向其提供动态可变偏置电流。当输入信号幅度超过由偏移或电平移位电路建立的阈值电压时,偏置电流增加。偏置电流电路的频率响应可以跟踪输入信号的频率成分。到差分对的信号路径的延迟可以通过差分对将偏置电流相位对准到放大。动态可变电源电压可以基于输入信号的包络。该概述旨在提供本专利申请的主题的概述。其目的不是提供对本专利技术的排他性或详尽的解释。包括详细描述以提供关于本专利申请的进一步信息。附图说明在不一定按比例绘制的附图中,相同的数字可以描述不同视图中的类似组件。具有不同字母后缀的相同数字可表示类似组件的不同实例。附图通过示例而非通过限制的方式示出了本文件中讨论的各种实施例。图1A示出了推挽跨导A类放大器的简化示例。图1B示出了跨导增益(西门子中的Gm)与输入信号电压幅度(Vin,以伏特为单位)的对应图。图2示出了当输入差分电压(Vin,以伏特为单位)变化时,用于这种增益退化的不同值的放大器电路的差分跨导增益(在西门子中为Gm)的说明性计算示例。图3A示出了包括差分晶体管对、增益负反馈电阻器和共用电流源的放大器电路的示例。图3B示出了图3A中所示的放大器电路的计算跨导增益(Gm,西门子)与输入信号电压(Vin,以伏特为单位)的曲线图,其中这些不同的电流水平由图3B中的各个曲线表示。图4示出了放大器电路的示例,该放大器电路可以包括可以接收输入信号Vin的动态可变偏置电流源电路Ibias。图5示出了类似于图4所示的放大器电路的示例,但是包括动态可变偏置电流源Ibias的更详细示例。图6是计算的跨导(Gm,西门子)和偏置电流(mA)与输入电压(V)的曲线图的示例,与不包括动态可变偏置电流源但仍包括偏置电流电阻器的方法相比,其示出了本方法的益处,包括图5的动态可变偏置电流源。图7示出了放大器电路的另一个例子,例如可以包括缓冲电路和偏移或电平移位电路。图8示出了放大器电路的另一个例子,例如可以包括缓冲电路和偏移或电平移位电路,例如可以与具有到差分放大器的信号路径共享缓冲电路。图9示出了诸如可以包括动态偏置电流电路的放大器电路的示例,例如可以包括单独的缓冲晶体管,例如用于提供差分对晶体管的在线缓冲,并且例如可以包括信号路径中的延迟,例如用于提供相位对准。图10示出了可以包括共源共栅或变压器耦合输出电路的放大器电路的示例。图11是增益(以分贝,dB为单位)对输出功率(以1mW,dBm为单位的分贝)的计算图,其比较了图10中所示的放大器电路拓扑的增益压缩与有和没有动态偏置电流调制。图12是图10所示的放大器电路的截距点(1mW以下的分贝,dBm)与输出功率(1mW以下的分贝,dBm)/音调的关系图,示出了具有和不具有动态偏置电流调制电路的三阶输出轴截取点(OIP3)和五阶输出轴截取点(OIP5)。图13示出了放大器电路的共源共栅输出级部分的示例,其中平衡-不平衡变换器可以使偶数阶电流短路。图14示出了放大器电路1400的示例,其中可以另外包括包络跟踪电路,例如调制电源电压VCC的大小。具体实施方式用于通信网络中的路径上的宽带数据通信的功率放大器电路可以减少或避免增益压缩,提供低失真放大性能,并且可以适应更宽的输入信号幅度范围。动态可变偏置电流电路可以耦合到差分晶体管对的公共发射极偏置节点,以根据输入信号的输入信号幅度向其提供动态可变偏置电流。当输入信号幅度超过由偏移或电平移位电路建立的阈值电压时,偏置电流增加。偏置电流电路的频率响应可以跟踪输入信号的频率成分。到差分对的信号路径的延迟可以通过差分对将偏置电流相位对准到放大。动态可变电源电压可以基于输入信号的包络。图1A示出了推挽跨导A类放大器100电路的简化示例,例如可以将差分输入电压Vin转换成两个异相输出电流Ia和Ib。图1B示出了计算的跨导增益(西门子中的Gm)与输入信号电压幅度(Vin,以伏特为单位)的对应图。每个半电路的跨导增益分别为GMa和GMb,整个电路的组合跨导是GMa与GMb本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功率放大器电路,用于通信网络中的路径上的宽带数据通信,同时保持低失真增益性能,该功率放大器电路包括:第一和第二晶体管的差分对布置,分别通过相应的第一和第二电阻器耦合到公共发射极偏置节点;动态可变偏置电流电路,耦合到所述差分对的公共发射极偏置节点,以向其提供动态可变偏置电流,作为通信到所述第一和第二晶体管的差分对的输入信号的输入信号幅度的函数。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.01.26 US 62/450,6701.一种功率放大器电路,用于通信网络中的路径上的宽带数据通信,同时保持低失真增益性能,该功率放大器电路包括:第一和第二晶体管的差分对布置,分别通过相应的第一和第二电阻器耦合到公共发射极偏置节点;动态可变偏置电流电路,耦合到所述差分对的公共发射极偏置节点,以向其提供动态可变偏置电流,作为通信到所述第一和第二晶体管的差分对的输入信号的输入信号幅度的函数。2.权利要求1所述的功率放大器电路,其中所述动态可变偏置电流电路被配置为响应于所述输入信号的增加的输入信号幅度而增加到所述第一和第二晶体管的差分对的偏置电流。3.权利要求2所述的功率放大器电路,其中所述动态可变偏置电流电路被配置为利用所述输入信号的全频谱内容改变到所述第一和第二晶体管的差分对的偏置电流。4.权利要求3所述的功率放大器电路,其中所述动态可变偏置电流电路被配置为利用所述第一和第二晶体管的差分对的全频率响应来改变到所述第一和第二晶体管的差分对的偏置电流。5.权利要求2所述的功率放大器电路,其中所述动态可变偏置电流电路被配置为仅当所述输入信号的幅度超过指定阈值电压时才触发到所述差分对的偏置电流的增加。6.权利要求5所述的功率放大器电路,其中所述动态可变偏置电流电路包括偏移电路或电平移位电路,以建立指定阈值电压。7.权利要求1至6中任一项所述的功率放大器,还包括包络跟踪电路,被配置为响应于所述输入信号的包络而改变所述第一和第二晶体管的差分对的电源电压。8.权利要求1至6中任一项所述的功率放大器,还包括在动态可变偏置电流电路和差分对之间的输入信号的信号路径中的延迟电路,以通过在信号路径中提供到第一和第二晶体管的差分对的延迟,将所述动态可变偏置电流的相位与所述第一和第二晶体管的差分对的输入信号的信号放大对准。9.权利要求1至6中任一项所述的功率放大器,还包括输入变压器,将输入信号耦合用于通信到所述第一和第二晶体管的差分对的输入。10.权利要求1至6中任一项所述的功率放大器,还包括第一和第二共源共栅晶体管,被耦合以接收所述第一和第二晶体管的差分对的相应输出电流。11.权利要求1至6中任一项所述的功率...

【专利技术属性】
技术研发人员:C·J·戴
申请(专利权)人:美国亚德诺半导体公司
类型:发明
国别省市:美国,US

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