CN103227647B - 宽带发射器前端 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及宽带发射器前端。本发明的实施例提供一种用于无线通信的发射器。该发射器包括宽带可调谐调制器、很多功率放大器(特定功率放大器与特定频率范围相关)以及宽带功率放大器(PA)驱动器。该PA驱动器配置成从宽带可调谐调制器接收输出信号、放大输出信号且将经放大的输出信号发送到功率放大器其中至少之一。此外，本发明的实施例还提供了一种用于产生用于无线通信的发射器输出的方法。

Description

宽带发射器前端
相关申请
本申请要求2011年8月24日提交的美国临时申请No.61/526,853的权益，其发明人为ShihHsiungMo、YanCui和Chung-HsingChang，发明名称为“WidebandTransmitterFront-End”，代理人案号为AVC11-1003PSP。
技术领域
本公开大体上涉及无线通信***的发射器前端。更具体而言，本公开涉及一种新颖的低功率宽带发射器前端。
背景技术
常规无线通信***通常针对诸如GSM(全球移动通信***)或宽带码分多址(W-CDMA)之类的特定标准设计，每个标准需要不同的载频。例如，GSM信号的载频从800MHz变化到1GHz，而W-CDMA信号的载频在2-3GHz之间变化。当前针对无线服务汇聚(其中用户可以从相同无线设备访问不同标准)的需求正驱动着能够在整个无线通信频谱(从300MHz到3GHz)中发射/接收无线信号的多标准和多带收发器的发展。
为了满足多标准和多带需求，RF前端(其包括在天线和第一中频(IF)级之间的电路)需要在覆盖整个无线通信频谱的频率范围上操作。
发明内容
本发明的一个实施例提供一种用于无线通信的发射器。该发射器包括宽带可调谐调制器、多个功率放大器(特定功率放大器与特定频率范围相关联)以及宽带功率放大器(PA)驱动器。PA驱动器配置成接收来自宽带可调谐调制器的输出信号、放大输出信号且将经放大的输出信号发送到功率放大器其中至少之一。
在本实施例的一个变型中，发射器还包括位于宽带PA驱动器和功率放大器之间的单刀多掷开关。该开关配置成基于输出信号的载频将经放大的输出信号切换到功率放大器其中之一。
在本实施例的一个变型中，该宽带可调谐调制器和该功率放大器位于相同的集成电路(IC)芯片上。
在本实施例的一个变型中，该宽带可调谐调制器是正交调制器。
在本实施例的一个变型中，该宽带可调谐调制器具有300MHz至3.6GHz的调谐范围。
在另一实施例中，该宽带可调谐调制器包括放大器。该放大器的带宽通过使用电感峰化技术补偿。
在本实施例的一个变型中，该宽带PA驱动器包括级联放大器。
在另一实施例中，该级联放大器具有两个极点。
在另一实施例中，该级联放大器包括串联耦合到寄生电容器的电感器。
在另一实施例中，该电感器具有介于0.5nH至10nH之间的电感。
在本实施例的一个变型中，该宽带PA驱动器具有直至3.6GHz的10dB带宽。
附图说明
图1给出说明常规无线接收器的架构的视图(现有技术)。
图2给出根据本发明的一个实施例的无线发射器架构的视图。
图3A给出常规混频器的示意图(现有技术)。
图3B给出根据本发明的一个实施例的混频器的示意图。
图4A给出常规功率放大器(PA)驱动器的示意图(现有技术)。
图4B给出说明针对常规PA驱动器的回程损耗的示例性频率响应的视图(现有技术)。
图4C给出根据本发明的实施例的宽带功率放大器(PA)驱动器的示意图。
图4D给出说明根据本发明的实施例针对宽带PA驱动器的回程损耗的示例性频率响应的视图。
具体实施方式
下面的描述用于使得本领域技术人员能够实现且使用本发明，且该描述是在特定应用及其需求的语境中提供。多公开实施例的各种修改对于本领域技术人员将容易明白的，且在不偏离本发明的精神和范围的条件下，此处限定的一般原则可以应用于其他实施例和应用。因而，本发明不限于所示实施例，而是符合与此处公开的原则和特征具有一致性的最宽的范围。
概述
本发明的实施例提供用于低功率发射器前端的解决方案。在一个实施例中，发射器芯片包括能够放大宽频率范围上的RF(射频)信号的宽带功率放大器驱动器。
宽带发射器前端
图1给出说明常规无线接收器(现有技术)的架构的视图。发射器100包括基带信号处理器102、数-模转换器(DAC)104、低通滤波器(LPF)106、多个正交调制器(诸如调制器108)、多个功率放大器(PA)驱动器(诸如PA驱动器110)、多个PA(诸如PA112)、n×1开关114以及天线116。
在操作中，由基带信号处理器102提供的基带信号通过DAC104而从数字域转换到模拟域。LPF106过滤出任何带外噪声。以不同频率操作的调制器在不同频带调制基带信号。特定调制器的输出且因而特定载频的RF信号被发送到在该载频操作的专用PA驱动器。例如，调制器108的输出被发送到PA驱动器110，该PA驱动器110优化为在调制器108的操作频率工作。PA驱动器的输出然后被发送到相应PA(通常位于片外)，该PA也优化为在相同频带工作。注意PA驱动器需要能够向其相应PA(具有50欧姆输入阻抗)传送相当大的功率。例如，PA驱动器110的输出被发送到PA112。依赖于当前有效的标准或操作模式，n×1开关114选择所需PA的输出，因而选择在所需载频的RF信号，且将该RF信号发送到天线116以进行发射。
注意，如图1所示、PA驱动器(诸如PA驱动器110)、调制器(诸如调制器108)、LPF106通常被集成到单个集成电路(IC)芯片118上。使用针对特定频带的专用调制器和专用PA驱动器，可以针对每个频带优化发射器性能。然而，需要大量芯片区域来容纳多个PA驱动器和调制器。另外，将需要大量输入/输出线，这不仅增加了芯片的尺寸，还增加了支撑印刷电路板(PCB)的尺寸，且因而明显增加了封装器件的尺寸。
为了减小发射器芯片和支撑PCB的尺寸，希望针对多个频带使用单个调制器和单个PA驱动器。图2给出说明根据本发明的实施例的无线发射器架构的视图。在图2中，发射器200包括基带信号处理器202、DAC204、低通滤波器(LPF)206、可调谐正交调制器208、宽带PA驱动器210、多个PA(诸如PA214)、1×n开关216、n×1开关218以及天线222。
LPF206、可调谐调制器208和宽带PA驱动器210形成发射器芯片212，该芯片具有远少于常规发射器芯片118的I/O线。1×n开关216、n×1开关218和多个PA形成PA芯片220。1×n开关216确保特定频带的RF信号被发送到相应窄带PA，且n×1开关218确保不同PA的输出经由单个输入发送到天线222。
为了实现多标准/多带应用，可调谐调制器208和宽带PA驱动器210需要具有覆盖从300MHz一直到3.6GHz的整个无线通信带宽的带宽。因此，可调谐调制器208的调谐范围需要处于300MHz和3.6GHz之间。这种宽带宽尤其针对具有大动态范围的宽带PA驱动器强加了很多设计挑战。另一方面，用于在典型调制器内部使用的混频器的增益需求相对低，使得设计调制器不那么困难。在一个实施例中，使用电感峰化技术来增加在混频器中使用的放大器的带宽。
图3A给出用于混频器的常规放大器的示意图(现有技术)。在图3A中，放大器300包括晶体管302和电阻器306。注意图3A中的电容器304是寄生电容。电阻器306的示例性电阻是50欧姆，且寄生电容器304的示例性电容是800fF。由于寄生电容器304的存在，放大器300的带宽受到限制。更具体而言，放大器300的增益曲线在较高的频率骤降。
图3B给出根据本发明的一个实施例的放大器的示意图。与放大器300相比，放大器320具有类似的结构，只不过放大器320包括位于电阻器306和电源之间的附加电感器308。在一个实施例中，电感器308的电感是12nH。注意，在较低频率，电感器308具有最小影响，而在较高频率(诸如GHz范围)，电感器308与寄生电容器304谐振，因而增加了放大器320的带宽。在一个实施例中，放大器320的带宽超过3GHz。
由于PA驱动器的大动态范围，电感峰化不再是增加PA驱动器的带宽的优化解决方案，这是因为电阻负载(电阻器306)引入了电压降。在一个实施例中，双极点解决方案用于增加放大器(诸如运算放大器)的带宽。
图4A给出常规功率放大器(PA)驱动器的示意图(现有技术)。PA驱动器400包括一对晶体管402和404以及电感器406。晶体管402和404形成级联放大器。PA驱动器400的带宽因寄生效应而受到限制。更具体而言，寄生电容器与电感器406谐振，导致输入回程损耗(S11参数)频率响应曲线在谐振频率(或极性位置)骤降。图4B给出说明针对常规PA驱动器的回程损耗的示例性频率响应的视图(现有技术)。
图4C给出根据本发明的一个实施例的宽带功率放大器(PA)驱动器的示意图。类似于常规PA驱动器400，宽带PA驱动器420包括级联放大器(晶体管422和424)、寄生电容器430和扼流电感器428。注意寄生电容器430可以包括附加并联电容器。另外，宽带PA驱动器420包括串联电感器426、并联电容器432和DC阻断电容器434。如图4C所示，串联电感器426位于寄生电容器430和并联电容器432之间。在一个实施例中，并联电容器432耦合到输出焊盘436，且扼流电感器428位于片外。
附加的串联LC增加了宽带PA驱动器420的带宽，因为现在存在对应于回程损耗频率响应曲线中的两个骤降的两个谐振频率(两个极点)。图4D给出说明根据本发明的一个实施例针对宽带PA驱动器的回程损耗的示例性频率响应的视图。从图3D可以看出，两个极点(一个在f0且另一个在f1)的存在明显增加了PA驱动器420的带宽。在一个实施例中，两极点放大器的带宽比常规放大器的带宽大20％。通过仔细选择电感器426和428的值，可以设计具有覆盖整个无线通信频率范围(高达3.6GHz)的10dB带宽的PA驱动器。在一个实施例中，电感器426的电感介于0.5nH和10nH之间，且电感器428的电感等于或大于33nH。
宽带PA驱动器和宽带混频器允许芯片制造商制造可以出售到实施不同标准的不同市场的相同类型的发射器芯片，因而显著减小设计和制造成本。
本发明的实施例的上述描述仅用于说明和描述目的。其并非意图是排他性的或限制本公开。因此，很多修改和变型将对本领域技术人员而言是显而易见的。本发明的范围由所附权利要书求限定。

Claims (18)

1.一种用于无线通信的发射器，包含：
宽带可调谐调制器；
多个功率放大器，其中特定功率放大器与特定频率范围相关联；以及
宽带功率放大器(PA)驱动器，被配置成：
接收来自所述宽带可调谐调制器的输出信号；
放大所述输出信号；以及
将经放大的所述输出信号发送到所述功率放大器其中至少之一，
其中，所述宽带PA驱动器包括级联放大器以及位于所述级联放大器以及所述宽带PA驱动器的输出之间的串联电感器、并联电容器和DC阻隔电容器，其中所述串联电感器位于寄生电容器和所述并联电容器之间。
2.根据权利要求1所述的发射器，还包含位于所述宽带PA驱动器和所述功率放大器之间的单刀多掷开关，其中所述开关配置成基于所述输出信号的载频，将经放大的所述输出信号切换到所述功率放大器其中之一。
3.根据权利要求1所述的发射器，其中所述宽带可调谐调制器和所述功率放大器位于相同的集成电路(IC)芯片上。
4.根据权利要求1所述的发射器，其中所述宽带可调谐调制器是正交调制器。
5.根据权利要求1所述的发射器，其中所述宽带可调谐调制器具有300MHz至3.6GHz的调谐范围。
6.根据权利要求5所述的发射器，其中所述宽带可调谐调制器包括放大器，其中所述放大器的带宽通过使用电感峰化技术补偿。
7.根据权利要求1所述的发射器，其中所述级联放大器具有两个极点。
8.根据权利要求7所述的发射器，其中所述串联电感器串联耦合到所述寄生电容器。
9.根据权利要求8所述的发射器，其中所述电感器具有介于0.5nH至10nH的电感。
10.根据权利要求1所述的发射器，其中所述宽带PA驱动器具有直至3.6GHz的10dB带宽。
11.一种用于产生用于无线通信的发射器输出的方法，包含：
接收基带信号；
将基带信号调制成RF载波，其中所述RF载波具有范围从300MHz到3.6GHz的频率；
使用单个片上功率放大器(PA)驱动器预放大经调制的信号，而不考虑所述RF载频；以及
基于所述RF载频，将经预放大的调制信号发送到从一组功率放大器选出的功率放大器，
其中预放大经调制的信号通过级联放大器以及位于所述级联放大器以及所述PA驱动器的输出之间的串联电感器、并联电容器和DC阻隔电容器执行，其中所述串联电感器位于寄生电容器和所述并联电容器之间。
12.根据权利要求11所述的方法，其中调制所述基带信号通过片上可调谐调制器执行。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述片上可调谐调制器包括放大器，其中所述放大器的带宽通过使用电感峰化技术补偿。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述放大器是级联放大器。
15.根据权利要求11所述的方法，其中调制所述基带信号涉及正交调制。
16.根据权利要求11所述的方法，其中所述级联放大器具有两个极点。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述串联电感器串联耦合到所述寄生电容器。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述电感器具有介于0.5nH至10nH的电感。
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