射频系统开关功率放大器系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种用于改善射频系统的操作的系统和方法。一个实施方案描述了一种射频系统，该射频系统包括第一开关功率放大器，该第一开关功率放大器基于第一输入模拟电信号和包络电压电源轨的电压来输出放大模拟电信号。该第一开关功率放大器包括第一晶体管、第二晶体管和第三晶体管，其中所述第一晶体管具有接收第一输入模拟电信号的栅极，电耦接至包络电压电源轨的源极，以及电耦接至第一开关功率放大器的输出端的漏极；该第二晶体管具有接收第一输入模拟电信号的栅极，电耦接至接地部的源极，和电耦接至第一开关功率放大器的输出端的漏极；该第三晶体管具有接收第一输入模拟电信号的栅极，电耦接至包络电压电源轨的漏极，和电耦接至第二开关功率放大器的输出端的源极。

Radio frequency system, switching power amplifier system and method

The present invention provides a system and method for improving the operation of a radio frequency system. One embodiment describes a RF system, the RF system includes a first switching power amplifier, the first switching power amplifier based on the first input voltage analog signal and the envelope of the supply rail voltage to output analog signal amplification. The first switching power amplifier includes a first transistor, a second transistor and a third transistor, wherein the first transistor has a first receiving input analog signals from the gate, electrically coupled to the envelope of the supply rail voltage source, and electrically coupled to the drain output end of the first switch power amplifier; the second transistor has received the first input analog signals from the gate, electrically coupled to the grounding of the source and drain output and electrically coupled to the first terminal of the switching power amplifier; the third transistor has a first receiving input analog signals from the gate, the drain electrode is coupled to the envelope of the supply rail voltage, output and electric coupling connected to the second end of the switching power amplifier source.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】射频系统开关功率放大器系统及方法
技术介绍
本公开整体涉及射频系统，并且更具体地涉及在射频系统中使用的开关功率放大器。此部分旨在向读者介绍可能与下文描述和/或受权利要求书保护的本公开的各个方面有关的现有技术的各个方面。我们认为这种论述有助于为读者提供背景信息，以便于更好地理解本公开的各个方面。因此，应当理解，要在这个意义上来阅读这些文字描述，而不是作为对现有技术的承认。许多电子设备可包括射频系统促进与另一电子设备和/或网络的数据的无线通信的射频系统。该射频系统可包括将数据的模拟表示作为模拟电信号输出的收发器，该模拟电信号然后可经由天线以无线方式进行发射。由于电子设备可被分开一定距离，因此射频系统可包括用于控制射频系统的输出功率(例如，模拟电信号的强度)的放大器部件。在一些实施方案中，放大器部件可包括利用一个或多个晶体管作为电子开关的开关(例如，D类)功率放大器。在一些实施方案中，该开关功率放大器可将输入模拟电信号放大到期望的输出功率。更具体地，该开关功率放大器可至少部分地基于输入模拟电信号通过将输出端连接到包络电压(例如，Venv)电源轨或接地部来生成放大模拟电信号。理想情况下，开关功率放大器应实现高功率效率(例如，输出功率/DC功耗)，线性调节放大模拟电信号的输出功率，并在输入模拟电信号与放大输出模拟电信号之间维持恒定相移。然而，在实际操作中，晶体管通常具有寄生电容，这可导致晶体管将漏电流从其栅极传导到其漏极。事实上，这种漏电流可影响开关功率放大器的功率效率、对输出功率所作的调节的线性度，和/或输入模拟电信号和放大输出模拟电信号之间的相移的恒定性。
技术实现思路
下文阐述本文所公开的某些实施方案的概要。应当理解，呈现这些方面仅仅是为了向读者提供这些特定实施方案的简明概要，并且这些方面并非旨在限制本公开的范围。实际上，本公开可涵盖下文可能未阐述的多个方面。本公开总体涉及改进射频系统中所使用的开关(例如，D类)功率放大器的操作。通常，开关功率放大器接收输入模拟电信号并输出放大模拟电信号，然后可将该信号以无线方式发射到另一个电子设备或网络。更具体地，该开关功率放大器可基于输入模拟电信号，将输出端经由一个或多个晶体管连接到包络电压(例如，Venv)电源轨或接地部来生成放大模拟电信号。然而，晶体管中的每个晶体管通常具有寄生电容，这使得漏电流能够从晶体管的栅极流经该晶体管并流至其漏极。因此，特别是当放大模拟电信号的输出功率低时，漏电流可能限制最小输出功率，从而降低对输出功率所作的调节的线性度，和/或使得输入模拟电信号和输出模拟电信号之间的相移不恒定。因此，本文所描述的技术可通过改善对输出功率所作的调节的线性度和/或输入电信号和输出电信号之间相移的恒定性来改善开关功率放大器的操作。在一些实施方案中，当射频系统利用具有正模拟电信号(例如，+V输入)和负模拟电信号(例如，-V输入)的差分方案时，第一开关功率放大器可被包括在接收正模拟电信号的第一支路中，并且第二开关功率放大器可被包括在接收负模拟电信号的第二支路中。更具体地，每个开关功率放大器可包括第一p型金属氧化物半导体(PMOS)晶体管和第一n型金属氧化物半导体(NMOS)晶体管，该第一PMOS晶体管具有电耦接至包络电压(例如，Venv)电源轨的源极、电耦接至输入模拟电信号的栅极、和漏极电耦接至开关功率放大器的输出端的漏极，该第一NMOS晶体管具有电耦接至接地部的源极、电耦接至输入模拟电信号的栅极、和电耦接至输出端的漏极。另外，每个开关功率放大器可包括第二NMOS晶体管，该第二NMOS晶体管具有电耦接至输入电信号的栅极、电耦接至包络电压电源轨的漏极、和电耦接至相对支路的开关放大器的输出端的源极。因此，在操作过程中，当由于包络电压电源轨上的电压低于阈值范围(例如，介于PMOS晶体管的阈值电压的量值和输入模拟电信号(当为高时)的电压减去NMOS晶体管的阈值电压之间的电压)而使输出功率低时，每个开关功率放大器可作为双NMOS反相器(例如，第一NMOS晶体管与来自相对支路的第二NMOS晶体管并联耦接)来操作。这样，因为NMOS晶体管共享公共输出节点和输入反相的(例如，相反的)模拟电信号，因此流过NMOS晶体管的漏电流可抵消掉。以这种方式，对输出功率所作的调节的线性度和/或输入模拟电信号和输出模拟电信号(特别是在低输出功率下)之间的相移的恒定性可得到改善。然而，与PMOS晶体管相比，由于NMOS晶体管的驱动电压更高，因此在高输出功率下，双NMOS架构可导致更高的DC功耗。相应地，由于线性度和/或相移受高输出功率下(例如，包络电压大于阈值)的漏电流的影响较小，因此当因包络电压电源轨上的电压高于阈值范围而使输出功率高时，每个开关功率放大器可作为NMOS/PMOS反相器(例如，第一NMOS晶体管与第一PMOS晶体管并联耦接)来操作。此外，当包络电压电源轨上的电压在阈值范围内时，每个开关功率放大器可作为并联的双NMOS反相器和NMOS/PMOS反相器来操作。以这种方式，也可降低开关功率放大器的功耗，从而提高射频系统的效率(例如输出功率/DC功耗)。附图说明阅读以下详细描述并参考附图，可更好地理解本公开的各个方面，在附图中：图1是根据实施方案的具有射频系统的电子设备的框图；图2是根据实施方案的图1的电子设备的示例；图3是根据实施方案的图1的电子设备的示例；图4是根据实施方案的图1的电子设备的示例；图5是根据实施方案的图1的射频系统的框图；图6是根据实施方案的在图5的射频系统中使用的放大器部件的示意图；图7是根据实施方案的在图6的放大器部件中使用的开关功率放大器的一个实施方案的示意图；图8A是根据实施方案的图7的开关功率放大器在包络电压高时的示意图；图8B是根据实施方案的图7的开关功率放大器在包络电压低时的示意图；图9是根据实施方案的描述了用于操作开关功率放大器的过程的流程图；图10是根据实施方案的描述了用于组装开关功率放大器的过程的流程图；图11是根据实施方案的在图6的放大器部件中使用的开关功率放大器的另一个实施方案的示意图；图12A是根据实施方案的图11的开关功率放大器在包络电压高时的示意图；图12B是根据实施方案的图11的开关功率放大器在包络电压低时的示意图；图13是根据实施方案的图11的开关功率放大器中的与包络电压有关的输出功率和相移的曲线图；图14是根据实施方案的图11的开关功率放大器中的晶体管中的与包络电压有关的电流的曲线图；图15是根据实施方案的在不同包络电压下的由图11的开关功率放大器输出的放大模拟电信号的曲线图；图16是根据实施方案的图11的开关功率放大器中的与包络电压有关的功耗和效率的曲线图。具体实施方式下文将描述本公开的一个或多个具体实施方案。这些所描述的实施方案仅为目前所公开的技术的示例。此外，为了提供这些实施方案的简明描述，在本说明书中可能未描述实际具体实施的所有特征。应当认识到，在任何此类实际实施的开发中，如任何工程学或设计项目中那样，必须要作出特定于许多具体实施的决策以实现开发者的具体目标，诸如符合可能随具体实施变化的与系统相关的约束条件和与事务相关的约束条件。此外，应当理解，此类开发努力可能是复杂且耗时的，但对于从本公开中受益的普通技术人员而言，其可能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种射频系统，所述射频系统被配置为促进电子设备之间的无线通信，其中所述射频系统包括：第一开关功率放大器，所述第一开关功率放大器被配置为至少部分地基于第一输入模拟电信号和包络电压电源轨的电压以期望的输出功率来输出要发射的第一放大模拟电信号，其中所述第一开关功率放大器包括：第一晶体管，其中所述第一晶体管的栅极被配置为接收所述第一输入模拟电信号，所述第一晶体管的源极被配置为电耦接至所述包络电压电源轨，并且所述第一晶体管的漏极电耦接至所述第一开关功率放大器的输出端；与所述第一晶体管并联耦接的第二晶体管，其中所述第二晶体管的栅极被配置为接收所述第一输入模拟电信号，所述第二晶体管的源极被配置为电耦接至接地部，并且所述第二晶体管的漏极电耦接至所述第一开关功率放大器的所述输出端；和第三晶体管，其中所述第三晶体管的栅极被配置为接收所述第一输入模拟电信号，所述第三晶体管的漏极被配置为电耦接至所述包络电压电源轨，并且所述第三晶体管的源极电耦接至第二开关功率放大器的输出端。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.06 US 14/640,9781.一种射频系统，所述射频系统被配置为促进电子设备之间的无线通信，其中所述射频系统包括：第一开关功率放大器，所述第一开关功率放大器被配置为至少部分地基于第一输入模拟电信号和包络电压电源轨的电压以期望的输出功率来输出要发射的第一放大模拟电信号，其中所述第一开关功率放大器包括：第一晶体管，其中所述第一晶体管的栅极被配置为接收所述第一输入模拟电信号，所述第一晶体管的源极被配置为电耦接至所述包络电压电源轨，并且所述第一晶体管的漏极电耦接至所述第一开关功率放大器的输出端；与所述第一晶体管并联耦接的第二晶体管，其中所述第二晶体管的栅极被配置为接收所述第一输入模拟电信号，所述第二晶体管的源极被配置为电耦接至接地部，并且所述第二晶体管的漏极电耦接至所述第一开关功率放大器的所述输出端；和第三晶体管，其中所述第三晶体管的栅极被配置为接收所述第一输入模拟电信号，所述第三晶体管的漏极被配置为电耦接至所述包络电压电源轨，并且所述第三晶体管的源极电耦接至第二开关功率放大器的输出端。2.根据权利要求1所述的射频系统，包括：第二开关功率放大器，所述第二开关功率放大器被配置为至少部分地基于第二输入模拟电信号和所述包络电压电源轨的电压以所述期望的输出功率来输出要发射的第二放大模拟电信号，其中所述第二开关功率放大器包括：第四晶体管，其中所述第四晶体管的栅极被配置为接收所述第二输入模拟电信号，所述第四晶体管的源极被配置为电耦接至所述包络电压电源轨，并且所述第四晶体管的漏极电耦接至所述第二开关功率放大器的输出端；与第四晶体管并联耦接的第五晶体管，其中第五晶体管的栅极被配置为接收第二输入模拟电信号，所述第五晶体管的源极被配置为电耦接至接地部，并且所述第五晶体管的漏极电耦接至第二开关功率放大器的所述输出端；和第六晶体管，其中所述第六晶体管的栅极被配置为接收所述第二输入模拟电信号，所述第六晶体管的漏极被配置为电耦接至所述包络电压电源轨，并且所述第六晶体管的源极电耦接至所述第一开关功率放大器的所述输出端。3.根据权利要求2所述的射频系统，其中所述第一输入模拟电信号和所述第二输入模拟电信号彼此反相，并且所述第一放大模拟电信号和所述第二放大模拟电信号彼此反相。4.根据权利要求1所述的射频系统，其中所述第一开关功率放大器包括与所述第三晶体管并联耦接的第四晶体管，其中所述第四晶体管的栅极被配置为接收所述第一输入模拟电信号，所述第四晶体管的漏极被配置为电耦接至接地部，并且所述第四晶体管的源极电耦接至所述第二开关功率放大器的所述输出端。5.根据权利要求1所述的射频系统，其中所述第一开关功率放大器包括耦接至所述第一开关功率放大器的输出端的电容器和电感器，其中所述电容器和所述电感器被配置为使所述第一放大模拟电信号平滑。6.根据权利要求1所述的射频系统，其中所述第二晶体管和所述第三晶体管是n型金属氧化物半导体(NMOS)晶体管，并且所述第一晶体管是p型金属氧化物半导体(PMOS)晶体管。7.一种射频系统，所述射频系统被配置为促进电子设备之间的数据的无线通信，所述射频系统包括：第一开关功率放大器，所述第一开关功率放大器包括：第一输出端，所述第一输出端被配置为至少部分地基于正输入模拟电信号和包络电压来输出放大的正模拟电信号；和第一晶体管，所述第一晶体管被配置为当所述包络电压低于阈值范围时至少部分地基于所述正输入模拟电信号来将包括第一漏电流的电力供应至所述第一输出端；和第二开关功率放大器，所述第二开关功率放大器包括第二晶体管，所述第二晶体管被配置为当所述包络电压低于所述阈值范围时至少部分地基于负输入模拟电信号来将包括第二漏电流的电力供应至所述第一输出端，使得所述第一漏电流和所述第二漏电流基本上抵消。8.根据权利要求7所述的射频系统，其中：所述第二开关功率放大器包括：第二输出端，所述第二输出端被配置为至少部分地基于所述负输入模拟电信号和所述包络电压来输出放大的负模拟电信号，其中所述放大的正模拟电信号和所述放大的负模拟电信号彼此反相；和第三晶体管，所述第三晶体管被配置为当所述包络电压低于所述阈值范围时至少部分地基于所述负输入模拟电信号来将包括第三漏电流的电力供应至所述第二输出端；并且所述第一开关功率放大器包括第四晶体管，所述第四晶体管被配置为当所述包络电压低于所述阈值范围时至少部分地基于所述正输入模拟电信号来将包括第四漏电流的电力供应至所述第二输出端，使得所述第三漏电流和所述第四漏电流基本上抵消。9.根据权利要求8所述的射频系统，其中所述第一晶体管包括与所述第一开关功率放大器中的第一p型金属氧化物半导体(PMOS)晶体管并联耦接的第一n型金属氧化物半导体(NMOS)晶体管。10.根据权利要求9所述的射频系统，其中所述第四晶体管包括与所述第一开关功率放大器中的第二PMOS晶体管并联耦接的第二NMOS晶体管。11.根据权利要求9所述的射频系统，其中所述第一NMOS晶体管和所述第一PMOS晶体管被配置为当所述包络电压高于所述阈值范围时将包括第三漏电流的电力供应至所述第一输出端。12.根据权利要求9所述的射频系统，其中所述阈值范围包括介于所述第一PMOS晶体管的阈值电压的量值与所述正输入模拟电信号当为高时的电压减去所述第一NMOS晶体管的阈值电压之间的电压范围。13.一种用于制造射频系统的方法，包括：通过以下操作来形成第一开关功率放大器：形成第一p型金属氧化物半导体(PMOS)晶体管，使得所述第一PMOS晶体管的栅极被配置为接收第一输入模拟电信号，所述第一PMOS晶体管的源极被配置为电耦接至包络电压电源轨，并且所述第一PMOS晶体管的漏极电耦接至所述第一开关功率放大器的输出端；形成第一n型金属氧化物半导体(NMOS)晶体管，使得所述第一NMOS晶体管的栅极被配置为接收第一输入模拟电信号，所述第一NMOS晶体管的源极被配置为电耦接至接地部，并且所述第一NMOS晶体管的漏极电耦接至所述第一开关功率放大器的所述输出端；以及形成第二NMOS晶体管，使得所述第二NMOS晶体管的栅极被配置为接收所述第一输入模拟电信号，所述第二NMOS晶体管的漏极被配置为电耦接至包络电压电源轨，并且所述第二NMOS晶体管的源极电耦接至第二开关功率放大器的输出端。14.根据权利要求13所述的方法，包括通过以下操作来形成所述第二开关功率放大器：形成第二PMOS晶体管，使得所述第二PMOS晶体管的栅极被配置为接收第二输入模拟电信号，所述第二PMOS晶体管的源极被配置为电耦接至包...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·阿达比，A·C·杰尔恩，
申请(专利权)人：苹果公司，
类型：发明
国别省市：美国,US