用于降低的二次谐波干扰的开关模式放大器的脉冲宽度失真消除制造技术

一种开关模式功率放大器，包括：驱动电路，具有用于接收射频(RF)信号的输入、用于输出数字输出信号的输出、以及用于接收偏置信号的偏置端口；以及偏置电路，具有耦合到所述驱动电路的所述输出以用于接收数字输出信号的第一输入、耦合到驱动电路的所述输入以用于接收所述RF信号的第二输入、以及耦合到所述驱动电路的所述偏置端口以用于向所述驱动电路提供所述偏置信号的输出。

Pulse Width Distortion Elimination of Switched Mode Amplifiers for Reducing Second Harmonic Interference

A switching mode power amplifier includes a driving circuit having an input for receiving radio frequency (RF) signals, an output for outputting digital output signals, and a bias port for receiving bias signals; and a bias circuit having the output coupled to the driving circuit for receiving the first input of the digital output signal and the input coupled to the driving circuit. The second input for receiving the RF signal and the bias port coupled to the driving circuit are used to provide the output of the bias signal to the driving circuit.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于降低的二次谐波干扰的开关模式放大器的脉冲宽度失真消除
本专利技术涉及开关模式功率放大器，其在许多方面类似于D类功率放大器的操作和架构。
技术介绍
存在多种功率放大器，其可分为两类：经典的、非开关放大器，如A类、B类、AB类、C类，以及开关模式放大器，如D类、E类和F类。非开关放大器具有对于特定的预定导通角在线性区域中工作的有源元件，并产生与输入信号或输入信号的一部分成比例的经放大的输出信号。因为导通角的相对大部分位于晶体管的线性区域中从而导致了功率耗散，因此非开关放大器具有相对低的功率附加效率(PAE，power-addedefficiency)，而开关放大器可以实现100％的理论效率。由于便携式和可穿戴电子设备已经普及，对更小、更轻和更节能的电子设备的需求也增加了。降低开关模式放大器中晶体管功率耗散所需的快速转换(方波)也会导致信号谐波中出现高频内容。谐波可能超过标准监管机构(如美国联邦通信委员会(FCC，FederalCommunicationsCommission)或ETSI)设定的带外杂散发射极限。图1A是理想的D类放大器100的框图。D类放大器包括级联连接的反相放大级101、102和103。射频(RF)输入信号RFin是具有50％占空比的方波。50％占空比是指在每个周期的一半期间具有高电压(“1”)并且在其余占空比期间具有低电压(“0”)的方波形。图1B是图1A的功能等效电路。每个反相放大级包括串联连接在电源VDD和地之间的p-通道金属氧化物半导体(PMOS，p-channelmetaloxidesemiconductor)设备和n-通道金属氧化物半导体(NMOS，n-channelmetaloxidesemiconductor)设备。理想的D类放大器100通过在完全接通和完全断开之间切换来操作。当处于完全接通模式时，通过功率晶体管的电流处于最大值，但电压处于最小值，因此功耗最小。当处于完全断开模式时，功率晶体管两端的电压处于最大值，但电流处于最小值，因此功耗也最小。图1C是说明反相放大级中的寄生电容的电路图。参考图1C，反相放大级在栅极和地之间具有输入寄生电容C1(包括PFET栅极到漏极电容、PFET栅极到源极电容、NFET栅极到漏极电容、以及NFET栅极到源极电容)，在PMOS晶体管的源极和漏极之间具有寄生电容C2，在NMOS晶体管的漏极和源极之间具有寄生电容C3。在操作中，反相放大级产生输出信号RFout并将RFout信号施加到天线以进行传输。因为寄生电容C1、C2和C3由于输入信号并且由于PMOS或NMOS之一“导通”而进行充电，寄生电容导致信号的上升和下降时间延迟。由于上升时间的延迟可能不等于下降时间的延迟，因此可能发生脉冲宽度失真，并且可能在任何实际设计中发生，特别是在工艺和温度上。图1D是示出穿过反相放大级的信号的上升和下降时间的图。如图1D所示，由于寄生电容的充电和放电，反相放大级输出端的信号具有缓慢的上升沿和下降沿，当两个晶体管导通时，在慢转换期间消耗相对大的功率。因为PMOS和NMOS晶体管之间的电子迁移率不同，所以沿的上升和下降时间可能不匹配。沿的上升和下降时间的不匹配导致占空比的失真，这导致通常不存在的偶次谐波出现。二次谐波是偶次谐波中最成问题的，并且经常被挑选出来用于强调。图2A是示出具有50％占空比的理想方波的图。图2B是示出由具有50％占空比的理想方波产生的谐波的图。如图2B所示，奇次谐波，即三次谐波H3、五次谐波H5和七次谐波H7超过FCC发射极限。解决谐波发射问题的一种方法是在放大器的输出端添加低通滤波器和带阻(陷波)滤波器，以滤除任何不需要的谐波。图2C是示出通过具有在三次谐波H3处的陷波(带通滤波器)的低通滤波器以满足FCC发射极限的谐波的图。图3A是示出具有脉冲宽度失真的方波的图，即非50％占空比。请注意，附图不一定按比例绘制，此处提供的数值仅用于说明目的。参考图3A，输出信号可以是40％(在实践中更接近tp48％)的时间，并且0V是60％(在实践中更接近52％)的时间。图3B是示出由非50％占空比的方波产生的谐波的图，而基频保持不变。如图3B所示，非50％的占空比将产生超过FCC发射极限的偶次谐波2。如图3C所示，由于其紧密接近基波，所以二次谐波是最成问题的。降低二次谐波的一种方法是在放大器输出端增加额外的带阻(陷波)滤波器，以二次谐波为目标。这种复杂的滤波器通常不可能与同一集成电路中的放大器集成。此外，无论是芯片上还是芯片外，这种滤波器都会将功率损耗引入基频。图3C是示出通过具有调谐到三次谐波H3的陷波滤波器的低通滤波器的谐波的图。如图3C所示，高次谐波(例如，H4、H5、H6等)被低通滤波器很好地衰减，但是二次谐波相对接近基频，因此在H2处增加陷波也可能影响基频的频率响应，即，以二次谐波H2为目标的陷波滤波器可能在基频处表现出一些衰减，并且不利地降低输出功率和效率。对于用于音频应用的D类放大器，通过脉冲宽度调制将音频信号调制到高频方波上。在基本开关频率下有效放大经脉冲宽度调制的方波之后，可以通过低通滤波器容易地消除基本开关频率以及开关频率的所有谐波，从而留下感兴趣的音频信号。由于开关频率和谐波距离音频非常远，因此低通滤波器就足够了。音频应用中不需要针对特定谐波的其他陷波。在所提出的RFD类放大器的情况下，基本开关频率是(待通过天线放大和发送的)感兴趣的频率。所需信息是通过相位或频率调制来调制的，其保持理想的50％占空比(开关频率不是脉冲宽度调制的，而是相位或频率调制的)。因此，滤波要求是完全不同的，因为只需去除基波的谐波，而不是基本开关频率本身。遗憾的是，由于所需的高0因子，在射频(RF)应用中不能以合理的成本实现这种低通滤波器。片外SAW或BAW滤波器增加了成本，并且显着损失了1dB或更多。因此，需要控制(频率或相位调制的)D类放大器的输出信号的上升和下降时间，以防止方波偏离作为二次谐波源的50％占空比。
技术实现思路
本公开的实施例提供了可以减少开关模式功率放大器中的谐波的电路、设备和方法。根据本公开的实施例，D类功率放大器包括：驱动电路，具有用于接收射频(RF)信号的输入、用于输出数字输出信号的输出、以及用于接收偏置信号的偏置端口；以及偏置电路，具有耦合到所述驱动电路的所述输出以用于接收所述数字输出信号的第一输入、具有耦合到所述驱动电路的所述输入以用于接收所述RF信号的第二输入、以及耦合到所述驱动电路的所述偏置端口以用于向所述驱动电路提供所述偏置信号的输出。在一个实施例中，所述RF信号是具有50％占空比的方波。在一个实施例中，所述偏置电路还包括：第一平均电路，被配置为确定所述数字输出信号的第一平均电压值；第二平均电路，被配置为确定所述RF信号的第二平均电压值；以及比较器，被配置为基于所述第一平均电压值和所述第二平均电压值之间的差产生偏置电压信号。在一个实施例中，所述比较器是差分运算放大器，具有用于接收所述数字输出信号的第一输入、用于接收所述RF信号的第二输入、以及用于输出所述偏置电压信号的输出。在一个实施例中，所述第一平均电路包括第一运算放大器，所述第一运算放大器具有耦合到所述数字输出信号的多个输入并且被配置为对与所述数字输出信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功率放大器，包括：驱动电路，具有用于接收射频RF信号的输入、用于输出数字输出信号的输出、以及用于接收偏置信号的偏置端口；偏置电路，具有耦合到所述驱动电路的所述输出以用于接收所述数字输出信号的第一输入、耦合到所述驱动电路的所述输入以用于接收所述RF信号的第二输入、以及耦合到所述驱动电路的所述偏置端口以用于向所述驱动电路提供所述偏置信号的输出。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2018.03.16 US 15/922,9341.一种功率放大器，包括：驱动电路，具有用于接收射频RF信号的输入、用于输出数字输出信号的输出、以及用于接收偏置信号的偏置端口；偏置电路，具有耦合到所述驱动电路的所述输出以用于接收所述数字输出信号的第一输入、耦合到所述驱动电路的所述输入以用于接收所述RF信号的第二输入、以及耦合到所述驱动电路的所述偏置端口以用于向所述驱动电路提供所述偏置信号的输出。2.根据权利要求1所述的功率放大器，其中，所述RF信号是具有50％占空比的方波。3.根据权利要求2所述的功率放大器，其中，所述偏置电路还包括：第一平均电路，被配置为确定所述数字输出信号的第一平均电压值；第二平均电路，被配置为确定所述RF信号的第二平均电压值；以及比较器，被配置为基于所述第一平均电压值和所述第二平均电压值之间的差产生偏置电压信号。4.根据权利要求3所述的功率放大器，其中，所述比较器是差分运算放大器，具有用于接收所述数字输出信号的第一输入、用于接收所述RF信号的第二输入、以及用于输出所述偏置电压信号的输出。5.根据权利要求3所述的功率放大器，其中，所述第一平均电路包括第一运算放大器，所述第一运算放大器具有耦合到所述数字输出信号的多个输入并且被配置为对与所述数字输出信号的载波信号子集相关联的电压或电流进行求和；并且所述第二平均电路包括第二运算放大器，所述第二运算放大器具有耦合到所述RF信号的多个输入并且被配置为对与所述RF信号的载波信号子集相关联的电压或电流进行求和。6.根据权利要求2所述的功率放大器，其中，所述驱动电路还包括：第一晶体管，具有耦合到所述RF信号的栅极；第二晶体管，具有耦合到所述RF信号的栅极；第一串联晶体管，设置在所述第一晶体管和所述驱动电路的所述输出之间，并具有耦合到所述偏置信号的栅极；第二串联晶体管，设置在所述驱动电路的所述输出和所述第二晶体管之间，并具有耦合到所述偏置信号的栅极；其中，所述第一晶体管、所述第二晶体管以及所述第一串联晶体管和第二串联晶体...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾纳肯·西瓦苏布拉马尼亚姆，拉米·哈提卜，
申请(专利权)人：深圳市汇顶科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44