ES2293890T3 - RADIO FREQUENCY AMPLIFIER CIRCUIT. - Google Patents
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Abstract
Description
Circuito amplificador de radiofrecuencia.Radio Frequency Amplifier Circuit
La invención se refiere a un circuito amplificador que comprende acopladores híbridos y a un dispositivo de radiocomunicaciones portátil que comprende tal circuito amplificador. La invención se refiere también a un método para amplificar señales de radiofrecuencia.The invention relates to a circuit amplifier comprising hybrid couplers and a device portable radio communications comprising such a circuit amplifier. The invention also relates to a method for amplify radio frequency signals.
Los radiotransmisores, como se usan por ejemplo en dispositivos de radiocomunicaciones portátiles, tienen a menudo un amplificador de potencia (PA) separado del resto del circuito de radio, y el amplificador de potencia está conectado a menudo a una antena a través de un aislador que está dispuesto para compensar desajustes de impedancia debidos a la carga de salida (es decir, la antena) presentada a la salida del amplificador de potencia. Sin el aislador, los desajuste darían como resultado un valor insatisfactorio de la VSWR (relación de la onda estacionaria de voltaje).Radio transmitters, as used for example in portable radiocommunication devices, they often have a power amplifier (PA) separated from the rest of the circuit radio, and the power amplifier is often connected to a antenna through an insulator that is arranged to compensate impedance mismatches due to the output load (that is, the antenna) presented at the output of the power amplifier. Without him insulator, mismatches would result in a value unsatisfactory VSWR (standing wave ratio of voltage).
Especialmente en dispositivos portátiles, existe una demanda de tender a la miniaturización de los circuitos, y un modo de obtener dicha miniaturización sería integrar el amplificador de potencia en el mismo chip que el resto del circuito de radio y/o evitar el aislador.Especially in portable devices, there is a demand to tend to the miniaturization of circuits, and a way of obtaining such miniaturization would be to integrate the amplifier of power on the same chip as the rest of the radio circuit and / or Avoid the insulator.
Sin embargo, la integración del amplificador de potencia junto con las partes más sensibles del circuito de radio dará como resultado típicamente una distorsión aumentada, puesto que el amplificador de potencia produce rizado en el voltaje de alimentación para los circuitos más sensibles. Además, este problema aumenta debido a la tendencia a usar voltajes de alimentación cada vez más bajos en tales circuitos. Una potencia de salida sin cambios a partir de un voltaje más bajo significa una corriente más alta y, por lo tanto, un rizado mayor en el voltaje de alimentación.However, the amplifier integration of power together with the most sensitive parts of the radio circuit will typically result in increased distortion, since the power amplifier produces ripple in the voltage of power for the most sensitive circuits. In addition, this problem increases due to the tendency to use supply voltages every lower on such circuits. An output power without changes from a lower voltage means a more current high and, therefore, a higher ripple in the voltage of feeding.
El rizado se puede reducir combinando múltiples transistores u otros tipos de amplificadores en el amplificador de potencia, siempre que los transistores/amplificadores no estén conduciendo en fase. Una solución del estado de la técnica es usar un amplificador diferencial. En esta solución, la corriente a través de los transistores del voltaje de alimentación a tierra está próximo a ser constante, en tanto que el amplificador está funcionando en su zona lineal. Sin embargo, tales amplificadores de potencia, de modo general, se excitan tan intensamente que se producen sobrecargas, es decir, funcionan en su zona no lineal, en la que se sigue produciendo rizado (pulsos) en el voltaje de alimentación. El beneficio del amplificador diferencial si se compara con un amplificador de un transistor es que la amplitud del rizado se divide por la mitad y la frecuencia se duplica, pero el resultado sigue sin ser aceptable.Curly can be reduced by combining multiple transistors or other types of amplifiers in the amplifier power, as long as the transistors / amplifiers are not driving in phase. A solution of the prior art is to use a differential amplifier In this solution, the current through of the power supply voltage transistors is next to be constant, while the amplifier is running in its linear zone. However, such amplifiers of power, in general, are excited so intensely that produce overloads, that is, they work in their nonlinear zone, in which is still producing curly (pulses) in the voltage of feeding. The benefit of the differential amplifier if compare with an amplifier of a transistor is that the amplitude of the curly is divided in half and the frequency doubles, but the result remains unacceptable.
Con relación a la retirada del aislador, el amplificador de potencia se puede volver a polarizar para mantenerlo en su intervalo lineal, incluso con el desajuste de carga, pero esto impide que los amplificadores sean excitados de modo suficientemente intenso, y requiere también un circuito de regulación relativamente complicado.Regarding the removal of the insulator, the power amplifier can be repolarized to keep it in its linear range, even with load mismatch, but this prevents the amplifiers from being excited so sufficiently intense, and also requires a circuit of relatively complicated regulation.
Otra solución que utiliza la combinación de múltiples transistores es usar circuitos amplificadores con acopladores híbridos. Se sabe que tales amplificadores son menos sensibles para proporcionar a la salida desajustes de carga, o al menos se pueden modificar para que sea así. Un ejemplo de esto se describe en el documento US 4.656.434. De esta manera, se puede evitar el aislador. En este tipo de amplificador, hay un desfase de 90º entre los períodos conductores de los dos transistores. De modo similar al amplificador diferencial, la amplitud del rizado en el voltaje de alimentación se divide sustancialmente por la mitad. Típicamente, existirán componentes de frecuencia del orden de la frecuencia de funcionamiento y de dos veces la frecuencia de funcionamiento. De nuevo, esto es una mejora comparada con el amplificador de un transistor, pero sigue sin ser suficiente.Another solution that uses the combination of multiple transistors is to use amplifier circuits with hybrid couplers. It is known that such amplifiers are less sensitive to provide load mismatches at output, or at less can be modified to be so. An example of this is described in US 4,656,434. This way, you can Avoid the insulator. In this type of amplifier, there is a lag of 90º between the conductive periods of the two transistors. So similar to the differential amplifier, the amplitude of the curl in the Supply voltage is substantially divided in half. Typically, there will be frequency components of the order of operating frequency and twice the frequency of functioning. Again, this is an improvement compared to the amplifier of a transistor, but still not enough.
Otro amplificador que usa acopladores microtira de línea se describe en el artículo de Takagi T., Seino K., Ikeda Y., Ishihara O., Takeda F., titulado: "A 1.5 Watt 28 GHz BAND FETAMPLIFIER", del IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest, Expanding Microwave Horizons, de 1 de junio de 1984, páginas 227-228, Nueva York, NY, USA. En cada uno de los cuatro módulos amplificadores, las salidas de dos FET de etapa de potencia son combinadas por acopladores microtira de línea.Another amplifier that uses microtire couplers Line is described in the article by Takagi T., Seino K., Ikeda Y., Ishihara O., Takeda F., titled: "A 1.5 Watt 28 GHz BAND FETAMPLIFIER ", from IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest, Expanding Microwave Horizons, 1 of June 1984, pages 227-228, New York, NY, USES. In each of the four amplifier modules, the outputs Two power stage FETs are combined by couplers line microtira.
El documento de Ishida O. et al.: titulado "An Asymmetrical Suspended Stripline Directional Coupler", del Transactions of the Institute of Electronics and Communication Engineers de Japón, sección E., volumen E69, número 4, de abril de 1986, páginas 333-334, Tokio, Japón, muestra un acoplador direccional triplaca suspendido con tiras conductoras por ambos lados de un sustrato dieléctrico. Las dos líneas de transmisión del acoplador son triplacas suspendidas asimétricas que tienen una tira conductora más ancha en el lado superior e inferior del sustrato dieléctrico, respectivamente, lo que aumenta el valor de acoplamiento del acoplador.The document by Ishida O. et al .: Entitled "An Asymmetrical Suspended Stripline Directional Coupler", from the Transactions of the Institute of Electronics and Communication Engineers of Japan, section E., volume E69, number 4, April 1986, pages 333 -334, Tokyo, Japan, shows a triplaca directional coupler suspended with conductive strips on both sides of a dielectric substrate. The two transmission lines of the coupler are asymmetric suspended triplacs having a wider conductive strip on the upper and lower side of the dielectric substrate, respectively, which increases the coupling value of the coupler.
Por lo tanto, un objeto de la invención es proporcionar un acoplador híbrido que permita llevar a cabo un circuito amplificador con rizado suficientemente bajo en el voltaje de alimentación como para estar integrado junto con circuitos de radio más sensibles, y que sea también insensible a desajustes de carga, de manera que se pueda evitar un aislador.Therefore, an object of the invention is provide a hybrid coupler that allows carrying out a amplifier circuit with sufficiently low voltage curling power supply to be integrated together with circuits of radio more sensitive, and that is also insensitive to mismatches of load, so that an insulator can be avoided.
Según la invención, se consigue dicho objeto gracias a un circuito amplificador para señales de radiofrecuencia que tiene una cierta frecuencia y, por lo tanto, una cierta longitud de onda. Este circuito comprende al menos un primer acoplador híbrido, que tiene un puerto de entrada al que se pueden aplicar señales de radiofrecuencia, un puerto aislado, un primer puerto de salida y un segundo puerto de salida, y que está dispuesto para dividir una señal aplicada al puerto de entrada en una primera componente de señal para el primer puerto de salida y en una segunda componente de señal para el segundo puerto de salida; un primer amplificador, que tiene un puerto de entrada y un puerto de salida, estando conectado dicho puerto de entrada al primer puerto de salida del primer acoplador híbrido; un segundo amplificador, que tiene un puerto de entrada y un puerto de salida, estando conectado dicho puerto de entrada al segundo puerto de salida del primer acoplador híbrido; y un segundo acoplador híbrido, que tiene un primer puerto de entrada conectado al puerto de salida del primer amplificador, un segundo puerto de entrada conectado al puerto de salida del segundo amplificador, un puerto aislado y un puerto de salida, que se puede conectar a una impedancia de carga de salida y que está dispuesto para combinar señales aplicadas al primer puerto de entrada y al segundo puerto de entrada conectados al puerto de salida, proporcionando dichos acopladores híbridos primero y segundo y dichos amplificadores primero y segundo una trayectoria primera y segunda para señales de radiofrecuencia desde el puerto de entrada del primer acoplador híbrido hasta el puerto de salida del segundo acoplador híbrido, comprendiendo dicha primera trayectoria el primer amplificador y comprendiendo dicha segunda trayectoria el segundo amplificador; y en el que las longitudes eléctricas totales de las dos trayectorias son sustancialmente idénticas, y la longitud eléctrica desde el puerto de entrada del primer acoplador híbrido hasta cada uno de los puertos de entrada de los amplificadores primero y segundo difiere en un cuarto de una longitud de onda para dichas señales de radiofrecuencia.According to the invention, said object is achieved thanks to an amplifier circuit for radio frequency signals which has a certain frequency and, therefore, a certain length cool. This circuit comprises at least a first coupler hybrid, which has an input port to which they can be applied radio frequency signals, an isolated port, a first port of exit and a second exit port, and that is arranged for split a signal applied to the input port into a first signal component for the first output port and in a second signal component for the second output port; a first amplifier, which has an input port and a port of output, said input port being connected to the first port output of the first hybrid coupler; a second amplifier, which has an input port and an output port, being said input port connected to the second output port of the first hybrid coupler; and a second hybrid coupler, which has a first input port connected to the first output port amplifier, a second input port connected to the port of output of the second amplifier, an isolated port and a port of output, which can be connected to an output load impedance and which is arranged to combine signals applied to the first port input and the second input port connected to the port of output, providing said hybrid couplers first and second and said first and second amplifiers a trajectory first and second for radio frequency signals from the port of input of the first hybrid coupler to the output port of the second hybrid coupler, said first path comprising the first amplifier and said second path comprising the second amplifier; and in which the total electrical lengths of the two paths are substantially identical, and the length electrical from the input port of the first hybrid coupler to each of the amplifier input ports first and second differs by a quarter of a wavelength to said radio frequency signals.
Cuando los acopladores híbridos están implementados como acopladores diferenciales dispuestos para acoplar señales de radiofrecuencia diferenciales, y los amplificadores son amplificadores diferenciales, se proporciona un circuito amplificador que tiene un rizado suficientemente bajo en el voltaje de alimentación como para estar integrado junto con circuitos de radio más sensibles, y que es también insensible a los desajustes de carga, de manera que se puede evitar un aislador.When the hybrid couplers are implemented as differential couplers arranged to couple differential radio frequency signals, and the amplifiers are differential amplifiers, a circuit is provided amplifier that has a sufficiently low voltage ripple power supply to be integrated together with circuits of radio more sensitive, and that is also insensitive to the mismatches of load, so that an insulator can be avoided.
Un acoplador híbrido diferencial permite que se comparta la corriente de salida entre cuatro transistores o amplificadores, reduciendo así la amplitud del rizado a un nivel mucho menor que el de un amplificador de un transistor. Además, los períodos conductores de los cuatro transistores están espaciados por igual con un desfase de 90º entre ellos y, por lo tanto, la frecuencia del rizado es cuatro veces la frecuencia de funcionamiento del circuito, lo que hace que sea mucho más fácil filtrar el rizado en otras partes del mismo.A differential hybrid coupler allows it to be share the output current between four transistors or amplifiers, thus reducing the amplitude of curling to a level much smaller than that of an amplifier of a transistor. In addition, the conductive periods of the four transistors are spaced by the same with a 90º offset between them and, therefore, the curly frequency is four times the frequency of circuit operation, which makes it much easier filter the curly in other parts of it.
En una realización de la invención, los acopladores híbridos primero y segundo están implementados en una tecnología triplaca, y en otra realización están implementados en una tecnología microtira. De esta manera, los híbridos y el circuito amplificador se pueden integrar fácilmente en una de estas tecnologías junto con otros circuitos.In an embodiment of the invention, the first and second hybrid couplers are implemented in a triplaque technology, and in another embodiment are implemented in a microtira technology. In this way, hybrids and the amplifier circuit can be easily integrated into one of these technologies along with other circuits.
En una realización apropiada, los acopladores híbridos primero y segundo son acopladores de 3 dB. De este modo se asegura que la corriente de salida está compartida por igual entre los cuatro transistores o amplificadores, de manera que la amplitud del rizado se reduce a un cuarto de la amplitud del amplificador de un transistor.In an appropriate embodiment, the couplers First and second hybrids are 3 dB couplers. In this way ensures that the output current is shared equally between the four transistors or amplifiers, so that the amplitude of the curl is reduced to a quarter of the amplifier amplitude of a transistor
Los acopladores híbridos primero y segundo pueden ser acopladores en fase, de manera que dichas componentes de señal primera y segunda en los puertos de salida del primer acoplador híbrido están en fase entre sí, y las señales en fase entre sí aplicadas a los dos puertos de entrada del segundo acoplador híbrido se combinan con una señal en su puerto de salida. Esto permite que se use un tipo sencillo de acoplador híbrido, pero las longitudes eléctricas de las conexiones entre las salidas del híbrido en el lado de entrada del circuito amplificador y de los dos amplificadores, y aquellas salidas entre los dos amplificadores y las entradas del híbrido en el lado de salida del circuito amplificador, deben diferir en un cuarto de una longitud de onda para las señales de la frecuencia de funcionamiento a fin de asegurar que los dos amplificadores siguen conduciendo con un desfase de 90º entre ellos.The first and second hybrid couplers they can be phase couplers, so that said components of first and second signal at the first output ports hybrid coupler are in phase with each other, and signals in phase each other applied to the two input ports of the second Hybrid coupler are combined with a signal at its output port. This allows a simple type of hybrid coupler to be used, but the electrical lengths of the connections between the outputs of the hybrid on the input side of the amplifier circuit and the two amplifiers, and those outputs between the two amplifiers and the hybrid inputs on the output side of the circuit amplifier, they must differ by a quarter of a wavelength for signals of the operating frequency in order to ensure that the two amplifiers continue to drive with a 90º offset between them.
Alternativamente, los acopladores híbridos primero y segundo pueden ser acopladores en cuadratura, de manera que las componentes de señal primera y segunda en los puertos de salida del primer acoplador híbrido están en cuadratura entre sí, y las señales en cuadratura entre sí aplicadas a los dos puertos de entrada del segundo acoplador híbrido se combinan con una señal en su puerto de salida.Alternatively, hybrid couplers first and second they can be quadrature couplers, so that the first and second signal components in the ports of output of the first hybrid coupler are quadrature with each other, and the quadrature signals to each other applied to the two ports of input of the second hybrid coupler are combined with a signal in Your exit port.
Esto permite que se usen conexiones con las mismas longitudes eléctricas desde las salidas del híbrido en el lado de entrada del circuito amplificador hasta los amplificadores, y desde los amplificadores hasta las entradas del híbrido en el lado de salida del circuito amplificador, puesto que las señales de salida ya tienen una diferencia de fase de 90º. En una realización apropiada, los acopladores híbridos primero y segundo son híbridos acoplados en línea.This allows connections to be used with the same electrical lengths from the outputs of the hybrid in the input side of the amplifier circuit to the amplifiers, and from the amplifiers to the hybrid inputs in the output side of the amplifier circuit, since the signals from Output already have a phase difference of 90º. In one embodiment appropriate, the first and second hybrid couplers are hybrid online trailers.
Como se ha mencionado, la invención se refiere además a un dispositivo de radiocomunicaciones portátil que comprende un circuito amplificador como se ha descrito anteriormente. Debido a las ventajas anteriormente mencionadas, tal dispositivo se puede miniaturizar adicionalmente, puesto que el amplificador de potencia se puede integrar junto con otras partes del circuito de radio, y se puede evitar el aislador. En una realización apropiada, el dispositivo es un teléfono móvil.As mentioned, the invention relates to in addition to a portable radiocommunication device that comprises an amplifier circuit as described previously. Due to the aforementioned advantages, such device can be further miniaturized, since the power amplifier can be integrated together with other parts of the radio circuit, and the insulator can be avoided. In a proper embodiment, the device is a mobile phone.
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Como se ha mencionado, la invención se refiere además a un método para amplificar señales de radiofrecuencia que tienen una cierta frecuencia y, por lo tanto, una cierta longitud de onda. El método comprende las etapas de aplicar señales de radiofrecuencia a un puerto de entrada de un primer acoplador híbrido; dividir las señales aplicadas al puerto de entrada en una primera componente de señal para un primer puerto de salida del primer acoplador híbrido y en una segunda componente de señal para un segundo puerto de salida del primer acoplador híbrido; amplificar dicha primera componente de señal en un primer amplificador que tiene un puerto de entrada y un puerto de salida, estando conectado dicho puerto de entrada al primer puerto de salida del primer acoplador híbrido; amplificar dicha segunda componente de señal en un segundo amplificador que tiene un puerto de entrada y un puerto de salida, estando conectado dicho puerto de entrada al segundo puerto de salida del primer acoplador híbrido; acoplar la primera componente de señal amplificada desde el puerto de salida del primer amplificador hasta un primer puerto de entrada de un segundo acoplador híbrido y la segunda componente de señal amplificada desde el puerto de salida del segundo amplificador hasta un primer puerto de entrada del segundo acoplador híbrido; combinar en el segundo acoplador híbrido las señales aplicadas a sus puertos de entrada con una señal de salida en el puerto de salida del segundo acoplador híbrido; y acoplar dicha señal de salida a una impedancia de carga de salida; en el que las longitudes eléctricas totales de las trayectorias de las dos componentes de señal desde el puerto de entrada del primer acoplador híbrido hasta el puerto de salida del segundo acoplador híbrido son sustancialmente idénticas, y la longitud eléctrica desde el puerto de entrada del primer acoplador híbrido hasta cada uno de los puertos de entrada de los amplificadores primero y segundo difiere en un cuarto de una longitud de onda para dichas señales de radiofrecuencia.As mentioned, the invention relates to in addition to a method to amplify radio frequency signals that they have a certain frequency and, therefore, a certain length of wave. The method comprises the steps of applying signals from radio frequency to an input port of a first coupler hybrid; divide the signals applied to the input port into a first signal component for a first output port of the first hybrid coupler and a second signal component to a second output port of the first hybrid coupler; amplifying said first signal component in a first amplifier that has an input port and an output port, said input port being connected to the first output port of the first hybrid coupler; amplify said second component signal in a second amplifier that has an input port and an output port, said input port being connected to the second output port of the first hybrid coupler; couple the first amplified signal component from the output port from the first amplifier to a first input port of a second hybrid coupler and the second signal component amplified from the output port of the second amplifier up to a first input port of the second hybrid coupler; combine the signals applied to their second hybrid coupler input ports with an output signal at the output port of the second hybrid coupler; and couple said output signal to a output load impedance; in which the electrical lengths total of the paths of the two signal components from the input port of the first hybrid coupler to the port of output of the second hybrid coupler are substantially identical, and the electrical length from the first input port hybrid coupler to each of the input ports of the first and second amplifiers differ by a quarter of a wavelength for said radio frequency signals.
Cuando se aplican las señales de radiofrecuencia, acopladas y amplificadas como señales diferenciales, desde el puerto de entrada del primer acoplador híbrido hasta el puerto de salida del segundo acoplador híbrido, se proporciona un método de amplificación con rizado suficientemente bajo en el voltaje de alimentación como para permitir que un circuito correspondiente esté integrado junto con circuitos de radio más sensibles, y que sea también insensible a desajustes de carga, de manera que se pueda evitar un aislador.When the signals are applied radio frequency, coupled and amplified as signals differentials, from the input port of the first coupler hybrid to the output port of the second hybrid coupler, it provides an amplification method with sufficiently curly low in the supply voltage to allow a corresponding circuit is integrated together with radio circuits more sensitive, and that is also insensitive to load mismatches, so that an insulator can be avoided.
La amplificación diferencial permite que la corriente de salida esté compartida entre cuatro transistores o amplificadores, reduciendo así la amplitud del rizado a un nivel mucho menor que el de un amplificador de un transistor. Además, los períodos conductores de los cuatro transistores están espaciados por igual con un desfase de 90º entre ellos y, por lo tanto, la frecuencia del rizado es cuatro veces la frecuencia de funcionamiento del circuito, lo que hace que sea mucho más fácil filtrar el rizado en otras partes del mismo.Differential amplification allows the output current is shared between four transistors or amplifiers, thus reducing the amplitude of curling to a level much smaller than that of an amplifier of a transistor. In addition, the conductive periods of the four transistors are spaced by the same with a 90º offset between them and, therefore, the curly frequency is four times the frequency of circuit operation, which makes it much easier filter the curly in other parts of it.
A continuación, la invención se describirá más completamente en lo que sigue con referencia a los dibujos, en los que:Next, the invention will be described more completely in what follows with reference to the drawings, in the that:
la figura 1 muestra un amplificador de potencia conocido de un transistor,Figure 1 shows a power amplifier known from a transistor,
la figura 2 muestra un ejemplo de rizado en el voltaje de alimentación para el amplificador de la figura 1,Figure 2 shows an example of curling in the supply voltage for the amplifier of figure 1,
la figura 3 muestra un amplificador diferencial de potencia conocido,Figure 3 shows a differential amplifier of known power,
la figura 4 muestra un ejemplo de rizado en el voltaje de alimentación para el amplificador de la figura 3,Figure 4 shows an example of curling in the supply voltage for the amplifier of figure 3,
la figura 5 muestra un amplificador de potencia conocido con acopladores híbridos en cuadratura,Figure 5 shows a power amplifier known with quadrature hybrid couplers,
la figura 6 muestra la estructura de un acoplador usual de línea acoplado directamente,Figure 6 shows the structure of a usual line coupler directly coupled,
la figura 7 muestra una implementación usual de un acoplador de línea acoplado directamente en una tecnología microtira,Figure 7 shows a usual implementation of a line coupler directly coupled in a technology microtira,
la figura 8 muestra la estructura de un híbrido usual acoplado de línea,Figure 8 shows the structure of a hybrid usual line trailer,
la figura 9 muestra un ejemplo de rizado en el voltaje de alimentación para un amplificador usual de potencia con acopladores híbridos,Figure 9 shows an example of curling in the supply voltage for a usual power amplifier with hybrid couplers,
la figura 10 muestra la estructura de un híbrido Wilkinson usual,Figure 10 shows the structure of a hybrid Usual wilkinson,
la figura 11 muestra la estructura de un híbrido circular usual,Figure 11 shows the structure of a hybrid usual circular,
la figura 12 muestra un amplificador de potencia conocido con acopladores híbridos en fase,Figure 12 shows a power amplifier known with phase hybrid couplers,
la figura 13 muestra la estructura de un híbrido diferencial acoplado de línea según la invención,Figure 13 shows the structure of a hybrid line coupled differential according to the invention,
la figura 14 muestra una implementación de un híbrido diferencial acoplado de línea en una tecnología microtira,Figure 14 shows an implementation of a differential hybrid coupled line in a technology microtira,
la figura 15 muestra una implementación de un híbrido diferencial acoplado de línea en una tecnología triplaca,Figure 15 shows an implementation of a differential hybrid coupled line in a technology triplaca,
la figura 16 muestra una primera realización de un amplificador de potencia con un acoplador híbrido diferencial según la invención,Figure 16 shows a first embodiment of a power amplifier with a differential hybrid coupler according to the invention,
la figura 17 muestra una segunda realización de un amplificador de potencia con un acoplador híbrido diferencial según la invención, yFigure 17 shows a second embodiment of a power amplifier with a differential hybrid coupler according to the invention, and
la figura 18 muestra un ejemplo de rizado en el voltaje de alimentación para un amplificador de potencia según la invención.Figure 18 shows an example of curling in the supply voltage for a power amplifier according to the invention.
En primer lugar, se describirán algunos circuitos de la técnica anterior en comparación con circuitos según la invención. De esta manera, la figura 1 muestra un amplificador de potencia 1 de la técnica anterior, del tipo amplificador de un transistor, para uso en un dispositivo de radiocomunicaciones portátil. Aunque el amplificador de un circuito en la práctica comprende típicamente varios componentes adicionales, en este documento se ilustra como que consiste en un transistor 2 y una impedancia 3. La impedancia 3 puede ser de cualquier tipo, por ejemplo un generador de corriente que tenga una impedancia muy alta en radiofrecuencias. La entrada al amplificador de potencia 1 proviene de un circuito de radio 4, y la salida amplificada se suministra en el terminal de salida. La potencia de salida desde el amplificador está conectada a una antena 5, pero puesto que la antena 5 presenta normalmente un desajuste de impedancia para la salida del amplificador de potencia 1, se inserta normalmente un aislador 6 entre la salida del amplificador de potencia 1 y la antena 5 a fin de mejorar la VSWR (relación de la onda estacionaria de voltaje) del circuito.First, some will be described prior art circuits compared to circuits according to the invention. In this way, Figure 1 shows an amplifier of power 1 of the prior art, of the amplifier type of a transistor, for use in a radiocommunication device laptop. Although the amplifier of a circuit in practice typically comprises several additional components, in this document is illustrated as consisting of a transistor 2 and a impedance 3. Impedance 3 can be of any type, for example a current generator that has a very high impedance in radio frequencies. The input to the power amplifier 1 it comes from a radio circuit 4, and the amplified output is supplied at the output terminal. The power output from the amplifier is connected to an antenna 5, but since the antenna 5 normally presents an impedance mismatch for the output of power amplifier 1, normally a isolator 6 between the output of power amplifier 1 and the antenna 5 in order to improve the VSWR (standing wave ratio of voltage) of the circuit.
En un dispositivo de radiocomunicaciones portátil, tal como un teléfono móvil, el amplificador de potencia, de modo general, es excitado tan intensamente que se producen sobrecargas. Esto significa que el transistor es excitado en su zona no lineal, y se generará rizado en forma de pulsos en la corriente extraída del voltaje de alimentación (Vcc) para el amplificador y, por lo tanto, en el propio voltaje de alimentación. Esto se ilustra en la figura 2, que muestra que se genera un pulso para cada período de la señal de radiofrecuencia amplificada por el amplificador de potencia. Por ejemplo, para un teléfono móvil GSM, la frecuencia podría ser típicamente 900 MHz o 1.800 MHz. La forma del pulso mostrada es únicamente ilustrativa y, de modo similar, la amplitud se muestra exagerada con fines ilustrativos.In a radiocommunication device portable, such as a mobile phone, the power amplifier, in general, it is excited so intensely that they occur overloads This means that the transistor is excited in its non-linear zone, and curls will be generated in the form of pulses in the current drawn from the supply voltage (Vcc) for the amplifier and, therefore, in the supply voltage itself. This is illustrated in Figure 2, which shows that a pulse is generated. for each period of the radio frequency signal amplified by the Power amplifier. For example, for a GSM mobile phone, the frequency could typically be 900 MHz or 1.800 MHz. The form of the pulse shown is illustrative only and, similarly, the amplitude is exaggerated for illustrative purposes.
La presencia de este rizado en el voltaje de alimentación para el amplificador de potencia impide que esté integrado en el mismo chip que el resto del circuito de radio 4, puesto que este circuito contiene algunos componentes muy sensibles, y el resultado sería una distorsión inaceptable.The presence of this curly in the voltage of power to the power amplifier prevents it from being integrated into the same chip as the rest of radio circuit 4, since this circuit contains some components very sensitive, and the result would be an unacceptable distortion.
El rizado se puede reducir combinando múltiples transistores, de manera que la corriente extraída del voltaje de alimentación se divida entre los múltiples transistores, siempre que los mismos no conduzcan simultáneamente. Un modo es usar un amplificador diferencial 11 como se muestra en la figura 3. El circuito de radio 14 entrega en este caso la señal a amplificar al amplificador de potencia 11 como una señal diferencial que es amplificada por los dos transistores 12 y 13. En tanto que tal amplificador es excitado en su zona lineal, la corriente a través de los transistores está próxima a ser constante (2 x I), pero como se ha mencionado anteriormente, éste no es el caso. Los dos transistores conducen ahora en contrafase y, por lo tanto, los pulsos en la corriente extraída del voltaje de alimentación y, por lo tanto, en el propio voltaje de alimentación, están desfasados 180º entre sí. Al mismo tiempo, la amplitud de cada pulso se divide por la mitad, puesto que la corriente total está repartida entre los dos transistores.Curly can be reduced by combining multiple transistors, so that the current drawn from the voltage of power is divided between multiple transistors, provided that They do not drive simultaneously. One way is to use a differential amplifier 11 as shown in figure 3. The radio circuit 14 in this case delivers the signal to be amplified by power amplifier 11 as a differential signal that is amplified by the two transistors 12 and 13. As such amplifier is excited in its linear zone, the current through of the transistors is close to being constant (2 x I), but as mentioned above, this is not the case. Both transistors now lead in counter phase and therefore the pulses in the current drawn from the supply voltage and, for therefore, in the supply voltage itself, they are outdated 180º to each other. At the same time, the amplitude of each pulse is divided in half, since the total current is divided between The two transistors.
Esto se ilustra en la figura 4. El diagrama superior muestra el rizado causado por el transistor 12, mientras que el diagrama siguiente muestra de modo similar el rizado causado por el transistor 13. Finalmente, el diagrama inferior muestra el rizado combinado. Se verá que la frecuencia del rizado se duplica y la amplitud se divide por la mitad, pero todavía el rizado es significativo e impide que el amplificador de potencia esté integrado junto con el resto del circuito de radio.This is illustrated in Figure 4. The diagram upper shows the curling caused by transistor 12, while that the following diagram similarly shows the curling caused by transistor 13. Finally, the bottom diagram shows the curly combined. It will be seen that the frequency of curling doubles and the amplitude is divided in half, but the curly is still significant and prevents the power amplifier from being integrated together with the rest of the radio circuit.
La combinación de múltiples transistores se puede implementar también en un amplificador de potencia en el que los transistores estén conectados entre sí por medio de una disposición de acopladores híbridos, como se ilustra con el amplificador de potencia 21 en la figura 5. Los dos transistores 22 y 23 están conectados a los dos acopladores híbridos 24 y 25. Para una mejor comprensión de este circuito, se describirá brevemente en lo que sigue la función de un acoplador híbrido.The combination of multiple transistors is you can also implement in a power amplifier in which the transistors are connected to each other by means of a arrangement of hybrid couplers, as illustrated by the power amplifier 21 in figure 5. The two transistors 22 and 23 are connected to the two hybrid couplers 24 and 25. To A better understanding of this circuit will be briefly described in which follows the function of a hybrid coupler.
Cuando se implementan circuitos por ejemplo en tecnologías microtira o triplaca, un campo de fugas eléctricas se extiende una corta distancia en el exterior del patrón conductor. Esto da lugar a acoplamiento capacitivo entre dos conductores adyacentes. El acoplamiento aumenta con la separación decreciente de los conductores, y se consigue un acoplamiento más intenso cuando los dos conductores están muy próximos, a una distancia de un cuarto de una longitud de onda en la frecuencia de funcionamiento. Además, se obtiene un intenso efecto direccional.When circuits are implemented for example in microtira or triplaca technologies, an electric leakage field is extends a short distance outside the conductive pattern. This results in capacitive coupling between two conductors. adjacent. The coupling increases with the decreasing separation of the conductors, and a more intense coupling is achieved when the two drivers are very close, at a distance of one quarter of a wavelength in the operating frequency. In addition, an intense directional effect is obtained.
Como un ejemplo, se muestra en la figura 6 un acoplador de línea acoplado directamente. Si se aplica potencia a la disposición a través del puerto 1, una parte de la potencia se transfiere al otro conductor. En el caso de ajuste ideal en todos los puertos, toda la potencia transferida al otro conductor se expulsará a través del puerto 3. No se transfiere potencia al puerto 4 y, por lo tanto, el acoplador se denomina acoplador direccional. Gracias al ajuste de la distancia entre los conductores, se puede variar la proporción de potencia transferida al puerto 3. Si no se consideran las pérdidas en la estructura en línea, toda la potencia de entrada restante circulará a través del puerto 2. En este caso, el llamado acoplador de 3 dB, en el que la potencia se divide por igual entre los puertos 2 y 3, es el más interesante, pero son posibles otras variaciones. Una característica importante del acoplador híbrido mostrado es la diferencia relativa entre las fases de las señales en los puertos 1, 2 y 3. En particular, se señala que, para este acoplador, la diferencia de fase entre los dos puertos de salida, es decir los puertos 2 y 3, es 90º. Por lo tanto, el acoplador se denomina un híbrido en cuadratura.As an example, a figure 6 is shown line coupler directly coupled. If power is applied to the arrangement through port 1, a part of the power is transfer to the other driver. In the case of ideal fit in all the ports, all the power transferred to the other driver is will eject through port 3. No power is transferred to the port 4 and therefore the coupler is called coupler directional. Thanks to the adjustment of the distance between conductors, the proportion of power transferred can be varied to port 3. If the structure losses are not considered in line, all the remaining input power will circulate through the port 2. In this case, the so-called 3 dB coupler, in which the power is divided equally between ports 2 and 3, it is the most interesting, but other variations are possible. A feature Important of the hybrid coupler shown is the relative difference between the phases of the signals on ports 1, 2 and 3. In In particular, it is noted that, for this coupler, the difference in phase between the two output ports, that is ports 2 and 3, It is 90º. Therefore, the coupler is called a hybrid in quadrature.
La figura 7 muestra cómo se puede implementar este acoplador en una tecnología microtira. Los conductores 31 y 32 están colocados en un lado de un sustrato 33, mientras que un plano de tierra 34 está situado en el lado opuesto del sustrato 33. En una tecnología triplaca, los conductores del acoplador estarían colocados en medio de un sustrato con planos de tierra por ambos lados. En una solución práctica, puede ser difícil situar los dos conductores suficientemente próximos entre sí para obtener suficiente acoplamiento. Por lo tanto, se implementa a menudo una solución práctica, como por ejemplo un acoplador Lange, que es bien conocida y, por lo tanto, que no se describe con mayor detalle en este documento. Se puede señalar que el acoplador es simétrico, de manera que si una señal se proporciona a la entrada, por ejemplo al puerto 2 en vez de al puerto 1, el puerto 3 será el puerto aislado y la potencia de entrada se dividirá por igual entre los puertos 1 y 4, con las mismas posiciones de fase relativas.Figure 7 shows how it can be implemented This coupler in a microtira technology. Drivers 31 and 32 they are placed on one side of a substrate 33, while a plane of ground 34 is located on the opposite side of the substrate 33. In a triplaque technology, the coupler drivers would be placed in the middle of a substrate with ground planes by both sides. In a practical solution, it can be difficult to place the two drivers close enough to each other to get Enough coupling Therefore, a practical solution, such as a Lange coupler, which is fine known and, therefore, that is not described in greater detail in this document. It can be noted that the coupler is symmetrical, of so that if a signal is provided at the input, for example at port 2 instead of port 1, port 3 will be the isolated port and the input power will be divided equally between ports 1 and 4, with the same relative phase positions.
El acoplamiento entre dos líneas se puede efectuar también por líneas de conexión. Se muestra en la figura 8 una versión sencilla de un híbrido acoplado de línea. Las mejores características se obtienen cuando la distancia entre las líneas de acoplamiento, así como la longitud de las líneas, corresponde a un cuarto de una longitud de onda en la frecuencia de funcionamiento. Con líneas de acoplamiento de 50 \Omega y de impedancia característica de 35 \Omega para las secciones de línea intermedias, se consiguen un acoplamiento de 3 dB y una impedancia de 50 \Omega de los puertos. Las características de este tipo de híbrido se muestran también en la figura. Si se aplica una señal al puerto 1, la potencia se divide entre los puertos 2 y 3, siendo 90º la diferencia mutua de fase. Por lo tanto, este híbrido es también del tipo en cuadratura.The coupling between two lines can be also carry out connection lines. It is shown in figure 8 a simple version of a line coupled hybrid. The best characteristics are obtained when the distance between the lines of coupling, as well as the length of the lines, corresponds to a quarter of a wavelength in the operating frequency. With 50 \ Omega and impedance coupling lines 35 \ Omega feature for line sections intermediate, a coupling of 3 dB and an impedance are achieved of 50 \ Omega of the ports. The characteristics of this type of Hybrid are also shown in the figure. If a signal is applied to the port 1, the power is divided between ports 2 and 3, being 90º The mutual phase difference. Therefore, this hybrid is also of the quadrature type.
Se pueden usar híbridos del tipo en cuadratura, como se ha descrito anteriormente, en el circuito de la figura 5. Cuando la señal desde el circuito de radio 4 está acoplada al puerto de entrada del híbrido 24, habrá una diferencia de fase de 90º entre los puertos de salida, que corresponde a una diferencia de \lambda/4 en la trayectoria de propagación. Siempre que las líneas de conexión desde los puertos de salida del híbrido 24 hasta la entrada de los transistores 22 y 23 tengan longitudes eléctricas iguales, las entradas de los dos transistores tendrán también una diferencia de fase de 90º y, por lo tanto, los transistores conducirán con un desfase de 90º entre sí. Las salidas de los transistores 22 y 23 están conectadas a un híbrido 25, que es del mismo tipo que el híbrido 24. De nuevo, siempre que las líneas de conexión desde los transistores hasta el híbrido 25 tengan las mismas longitudes eléctricas, las dos señales de entrada al híbrido 25 tendrán también una diferencia de fase de 90º. El híbrido es simétrico y, por lo tanto, funcionará en este caso con dos puertos de entrada a los que están conectadas las dos señales de entrada con una diferencia de fase de 90º, y estas señales se combinarán con una señal en el único puerto de salida, mientras sigue aislado el cuarto puerto. La longitud eléctrica total de las dos trayectorias a través de los transistores debería ser la misma desde la entrada del híbrido de entrada hasta la salida del híbrido de salida. De este modo, las dos ondas se suman óptimamente en fase en el híbrido de salida.Quadrature type hybrids can be used, as described above, in the circuit of figure 5. When the signal from radio circuit 4 is coupled to the port input of hybrid 24, there will be a phase difference of 90º between the output ports, which corresponds to a difference of λ / 4 in the propagation path. Whenever connection lines from the output ports of hybrid 24 to the input of transistors 22 and 23 have electrical lengths same, the inputs of the two transistors will also have a 90º phase difference and therefore the transistors They will drive with a 90º offset from each other. The outputs of the transistors 22 and 23 are connected to a hybrid 25, which is of the same type as hybrid 24. Again, as long as the lines of connection from transistors to hybrid 25 have the same electrical lengths, the two hybrid input signals 25 will also have a phase difference of 90º. The hybrid is symmetric and, therefore, will work in this case with two ports input to which the two input signals are connected with a phase difference of 90º, and these signals will be combined with a signal at the only output port, while the fourth port. The total electrical length of the two paths through the transistors should be the same from the entrance from the input hybrid to the output of the output hybrid. From In this way, the two waves are optimally added in phase in the hybrid output
A fin de minimizar el efecto del desajuste en las entradas al transistor, las longitudes eléctricas desde la entrada del híbrido de entrada hasta la entrada de los dos transistores deberían diferir en \lambda/4, puesto que, entonces, las ondas reflejadas desde los transistores se cancelarán entre sí en el híbrido de entrada. Esta diferencia se obtiene en el híbrido en cuadratura. Como se ha mencionado anteriormente, esto significa que los transistores conducirán con una diferencia de fase de 90º entre sí. Por lo tanto, los pulsos en la corriente extraída del voltaje de alimentación y, por lo tanto, en el propio voltaje de alimentación, estarán también desfasados 90º entre sí. De modo similar al circuito de la figura 3, la amplitud de cada pulso se divide por la mitad comparada con la solución de un transistor, puesto que la corriente total está dividida entre los dos transistores.In order to minimize the effect of mismatch on the inputs to the transistor, the electrical lengths from the entrance of the entrance hybrid until the entrance of the two transistors should differ by λ / 4, since, then, the waves reflected from the transistors will cancel each other in the input hybrid. This difference is obtained in the hybrid Quadrature As mentioned earlier, this means that the transistors will drive with a phase difference of 90º each. Therefore, the pulses in the current drawn from the supply voltage and, therefore, in the voltage itself feeding, will also be 90º out of phase with each other. So similar to the circuit in figure 3, the amplitude of each pulse is divide in half compared to a transistor's solution, since the total current is divided between the two transistors
Esto se ilustra en la figura 9. El diagrama superior muestra el rizado causado por el transistor 22, mientras que el siguiente diagrama muestra de modo similar el rizado causado por el transistor 23. Finalmente, el diagrama inferior muestra el rizado combinado. Se verá que, en este caso, la frecuencia del rizado seguirá teniendo una componente del orden de la frecuencia de funcionamiento, y existirá también una componente de dos veces la frecuencia de funcionamiento. De nuevo, la amplitud se divide por la mitad, pero todavía el rizado es significativo e impide que el amplificador de potencia esté integrado junto con el resto del circuito de radio.This is illustrated in Figure 9. The diagram upper shows the curling caused by transistor 22, while that the following diagram similarly shows the curling caused by transistor 23. Finally, the bottom diagram shows the curly combined. It will be seen that, in this case, the frequency of curly will still have a frequency order component of operation, and there will also be a component twice the operating frequency Again, the amplitude is divided by half, but still the curly is significant and prevents the power amplifier is integrated along with the rest of the radio circuit
Los híbridos descritos anteriormente son del tipo en cuadratura. Sin embargo, en algunas aplicaciones se prefieren otros tipos y, por lo tanto, se describirán los principios de diseño de dos tipos de híbrido distintos, en los que las dos señales de salida están en fase. La figura 10 muestra un híbrido Wilkinson que consiste básicamente en una línea bifurcada. Para obtener una impedancia de acoplamiento de 50 \Omega en el puerto 1, las líneas de 50 \Omega en los puertos 2 y 3 se transforman en 100 \Omega en la bifurcación por medio de un transformador de impedancia de 70 \Omega de cuarto de onda. Al ajustar el puerto 2 y el puerto 3, se obtienen voltajes idénticos por ambos lados de la resistencia de 100 \Omega. De esta manera, no se pierde potencia en la resistencia, que se puede ver como un puerto interno aislado.The hybrids described above are from quadrature type. However, in some applications it they prefer other types and, therefore, the design principles of two different types of hybrid, in which The two output signals are in phase. Figure 10 shows a Wilkinson hybrid that basically consists of a bifurcated line. To obtain a coupling impedance of 50 \ Omega in the port 1, 50 \ Omega lines on ports 2 and 3 are transform into 100 \ Omega at the fork by means of a 70 \ Omega quarter wave impedance transformer. To the adjust port 2 and port 3, identical voltages are obtained on both sides of the resistance of 100 \ Omega. In this way, no resistance power is lost, which can be seen as a internal port isolated.
Otro híbrido, que puede producir señales de salida en fase, es el híbrido circular mostrado en la figura 11. Si se aplica una señal al puerto 1, resultan dos ondas que se desplazan en sentidos opuestos alrededor de la línea circular. La circunferencia (3/2 \lambda) de la línea circular y las posiciones relativas de los puertos se han elegido de manera que las dos ondas se sumen en fase o en contrafase en los puntos en los que se conectan los puertos. Si se suman las señales en contrafase, no resultará ninguna señal de salida. Esto corresponde al puerto aislado.Another hybrid, which can produce signals from phase output, is the circular hybrid shown in figure 11. Yes a signal is applied to port 1, two waves are displaced in opposite directions around the circular line. The circumference (3/2 λ) of the circular line and positions Relative ports have been chosen so that the two waves are added in phase or in contraphase at the points where connect the ports. If the signals in sum are added, no No output signal will result. This corresponds to the port isolated.
Estos acopladores híbridos se pueden usar en un circuito amplificador similar al de la figura 5, y una versión modificada del circuito se muestra en la figura 12. El amplificador 41 difiere del amplificador 21 de la figura 5 en que se usan los híbridos 44 y 45, que tienen puertos en fase, en vez de los híbridos en cuadratura 24 y 25. Estos híbridos tienen la misma longitud eléctrica desde el puerto de entrada hasta los dos puertos de salida o, en el sentido opuesto, hasta los dos puertos de entrada conectados a un puerto común de salida. A fin de mantener una diferencia de fase de 90º entre los transistores, las líneas de conexión desde los puertos de salida del híbrido 44 hasta las entradas de los transistores 22 y 23 están dispuestas para tener una diferencia de \lambda/4 en sus longitudes eléctricas. De modo similar, las líneas de conexión desde las salidas del transistor hasta los puertos de entrada del híbrido de salida 45 tienen una diferencia de \lambda/4 en longitud eléctrica a fin de asegurar que las entradas al híbrido 45 están en fase. De esta manera de nuevo, la longitud eléctrica total de las dos trayectorias a través de los transistores es la misma desde la entrada del híbrido de entrada hasta la salida del híbrido de salida, y las dos ondas se suman óptimamente en fase en el híbrido de salida. El rizado de esta solución es el mismo que el mostrado en la figura 9 y, por lo tanto, el amplificador no es adecuado para su integración junto con el resto del circuito de radio.These hybrid couplers can be used in a amplifier circuit similar to that of figure 5, and a version Modified circuit is shown in Figure 12. The amplifier 41 differs from the amplifier 21 of Figure 5 in that the 44 and 45 hybrids, which have phase ports, instead of hybrids in quadrature 24 and 25. These hybrids have the same length electric from the input port to the two ports of output or, in the opposite direction, to the two input ports connected to a common output port. In order to maintain a 90º phase difference between the transistors, the lines of connection from hybrid 44 output ports to inputs of transistors 22 and 23 are arranged to have a difference of λ / 4 in its electrical lengths. So similar, the connection lines from the transistor outputs even the input ports of the output hybrid 45 have a difference of λ / 4 in electrical length in order to ensure that the entries to hybrid 45 are in phase. In this way of new, the total electrical length of the two paths through of the transistors is the same from the entrance of the hybrid of input to the output of the output hybrid, and the two waves are they add optimally in phase in the output hybrid. The curly of this solution is the same as shown in figure 9 and, therefore therefore, the amplifier is not suitable for integration together with The rest of the radio circuit.
Este problema se resuelve gracias a la invención. La idea es implementar un acoplador híbrido como un híbrido diferencial, lo que se describirá a continuación. La figura 13 muestra un ejemplo de un acoplador híbrido diferencial del tipo acoplado en línea. La estructura es similar a la de la figura 8, pero en vez de usar el plano de tierra como un plano de referencia, dos estructuras 51 y 52 idénticas, ambas similares a las que se conocen de la figura 8, están implementadas una encima de otra en capas independientes. Cada una de las líneas diferenciales en la estructura tiene la misma impedancia y la misma longitud que el híbrido de extremo único de la figura 8. Una señal diferencial aplicada a los dos puertos marcados con "1" se dividirá entre los puertos 2 y 3 diferenciales, siendo 90º la diferencia mutua de fase. De esta modo, este híbrido es un híbrido diferencial en cuadratura. No estará presente ninguna señal en el puerto 4 diferencial y, de esta manera de nuevo, este puerto es un puerto aislado. El puerto aislado puede terminar en una resistencia para asegurar el ajuste de impedancia, pero, como se ha mencionado, no estará presente ninguna señal a través de tal resistencia.This problem is solved thanks to the invention. The idea is to implement a hybrid coupler as a differential hybrid, which will be described below. The figure 13 shows an example of a differential hybrid coupler of the type coupled online. The structure is similar to that of Figure 8, but instead of using the ground plane as a reference plane, two identical structures 51 and 52, both similar to those know of figure 8, are implemented on top of each other in independent layers. Each of the differential lines in the structure has the same impedance and the same length as the single end hybrid of figure 8. A differential signal applied to the two ports marked "1" will be divided between ports 2 and 3 differentials, 90º being the mutual difference of phase. Thus, this hybrid is a differential hybrid in quadrature. No signal will be present on port 4 differential and, in this way again, this port is a port isolated. The isolated port may end in a resistor to ensure the impedance setting, but, as mentioned, no no signal will be present through such resistance.
La figura 14 muestra cómo este híbrido diferencial acoplado en línea puede estar implementado en una tecnología microtira. Se usan dos capas de sustrato 53 y 54. El patrón conductor 51 está colocado en el lado superior de la capa de sustrato 53, mientras que el patrón 52 está colocado entre las dos capas de sustrato en línea con el patrón 51. Como antes, un plano de tierra 55 está situado en el lado opuesto del sustrato 54. La figura no muestra las conexiones a la estructura, pero las mismas se implementan fácilmente, como es bien conocido en la tecnología microtira.Figure 14 shows how this hybrid differential coupled in line can be implemented in a microtira technology Two layers of substrate 53 and 54 are used. The conductive pattern 51 is placed on the upper side of the layer of substrate 53, while pattern 52 is placed between the two substrate layers in line with pattern 51. As before, a plane of ground 55 is located on the opposite side of the substrate 54. The Figure does not show the connections to the structure, but the same they are easily implemented, as is well known in technology microtira
Alternativamente, la estructura puede estar implementada también en una tecnología triplaca, como se muestra en la figura 15. La estructura es muy similar a la estructura de microtira, pero una capa de sustrato 56 adicional se añade en la parte superior de la capa 53, de manera que también el patrón conductor 51 estará colocado entre dos capas de sustrato. Un segundo plano de tierra 57 está situado en la parte superior de la capa 56, de manera que los patrones conductores están colocados entre dos planos de tierra, como es bien conocido en la tecnología triplaca.Alternatively, the structure may be also implemented in a triplaque technology, as shown in Figure 15. The structure is very similar to the structure of microtira, but an additional substrate layer 56 is added in the upper part of layer 53, so that also the pattern Conductor 51 will be placed between two layers of substrate. A ground plane 57 is located at the top of the layer 56, so that the conductive patterns are placed between two ground planes, as is well known in technology triplaca
En lo anterior, se describe un híbrido diferencial del tipo acoplado en línea, pero se debe hacer notar que cualquiera de los otros tipos de híbrido ilustrados, por ejemplo en las figuras 6, 10 y 11, pueden estar implementados fácilmente, asimismo, como híbridos diferenciales. Este es el caso también de otros tipos de híbrido no descritos específicamente en este documento.In the above, a hybrid is described differential of the type coupled in line, but it should be noted that any of the other types of hybrid illustrated, for example in Figures 6, 10 and 11, can be easily implemented, also, as differential hybrids. This is also the case with other types of hybrid not specifically described in this document.
Se muestra en la figura 16 un circuito amplificador de potencia que utiliza los acopladores híbridos diferenciales. Cuando la señal diferencial desde el circuito de radio 14 esté acoplada al puerto diferencial de entrada del híbrido 66, habrá una diferencia de fase de 90º entre los puertos de salida, que corresponde a una diferencia de \lambda/4 en la trayectoria de propagación. Uno de los puertos diferenciales de salida está conectado a los dos transistores 62 y 63 que conducen en contrafase debido a la señal diferencial, siempre que las líneas de conexión tengan las mismas longitudes eléctricas. El otro puerto diferencial de salida, que tiene una diferencia de fase de 90º respecto al primero, está conectado a los transistores 64 y 65. Estos transistores conducen también en contrafase. Ya que cada par de transistores conducen en contrafase y hay una diferencia de fase de 90º entre los dos pares, los períodos de conducción para los cuatro transistores se distribuyen en este caso por igual con una diferencia de fase de 90º entre cada período.A circuit is shown in figure 16 power amplifier that uses hybrid couplers differentials When the differential signal from the circuit radio 14 is coupled to the differential input port of the hybrid 66, there will be a 90º phase difference between the output ports, which corresponds to a difference of λ / 4 in the trajectory of propagation. One of the differential output ports is connected to the two transistors 62 and 63 that drive in counter phase due to the differential signal, provided the connection lines have the same electrical lengths. The other differential port output, which has a phase difference of 90º with respect to the First, it is connected to transistors 64 and 65. These Transistors also drive in contraphase. Since each pair of transistors drive in contraphase and there is a phase difference of 90º between the two pairs, the driving periods for the four transistors are distributed in this case equally with a 90º phase difference between each period.
Las salidas de los transistores 62 y 63 están conectadas a un puerto diferencial de salida del híbrido diferencial 67, que es del mismo tipo que el híbrido 66. De modo similar, las salidas de los transistores 64 y 65 están conectadas al otro puerto diferencial de salida del híbrido diferencial 67. De nuevo, siempre que las líneas de conexión desde los transistores hasta el híbrido 67 tengan las mismas longitudes eléctricas, las dos señales diferenciales de entrada al híbrido 67 tendrán también una diferencia de fase de 90º. Además, el híbrido diferencial es simétrico y, por lo tanto, funciona en este caso con dos puertos diferenciales de entrada a los que están conectadas las dos señales diferenciales de entrada con una diferencia de fase de 90º, y estas señales se combinan con un señal diferencial en el puerto diferencial de salida, mientras sigue aislado el cuarto puerto. De nuevo, la longitud eléctrica total de las trayectorias a través de los transistores debería ser la misma desde la entrada del híbrido de entrada hasta la salida del híbrido de salida. De este modo, las ondas se suman en fase óptimamente en el híbrido de salida. Los puertos aislados de los dos híbridos terminan con las resistencias 68 y 69.The outputs of transistors 62 and 63 are connected to a differential output port of the differential hybrid 67, which is the same type as hybrid 66. Similarly, the outputs of transistors 64 and 65 are connected to the other port differential output of the differential hybrid 67. Again, always that the connection lines from the transistors to the hybrid 67 have the same electrical lengths, the two signals input differentials to hybrid 67 will also have a 90º phase difference. In addition, the differential hybrid is symmetric and therefore works in this case with two ports input differentials to which the two signals are connected input differentials with a phase difference of 90º, and these signals are combined with a differential signal in the port output differential, while the fourth port is still isolated. From new, the total electrical length of the paths through the transistors should be the same from the hybrid input input to the output of the output hybrid. In this way, the Waves add up optimally in the output hybrid. The isolated ports of the two hybrids end with the resistors 68 and 69.
El circuito de la figura 16 usa híbridos diferenciales en cuadratura pero, de nuevo, se pueden usar también híbridos en fase, como se muestra en el circuito 71 en la figura 17. Las únicas diferencias respecto a la figura 16 son que se usan los híbridos en fase 72 y 73 en vez de los híbridos en cuadratura, y que las longitudes eléctricas de las conexiones entre los transistores y los híbridos en la parte superior del circuito difieren \lambda/4 respecto a las conexiones en la parte inferior del circuito para asegurar que los transistores 62 y 63 siguen teniendo una diferencia de fase de 90º respecto a los transistores 64 y 65.The circuit in Figure 16 uses hybrids quadrature differentials but, again, can also be used phase hybrids, as shown in circuit 71 in Figure 17. The only differences from Figure 16 are that the phase 72 and 73 hybrids instead of quadrature hybrids, and that the electrical lengths of the connections between the transistors and the hybrids at the top of the circuit differ λ / 4 with respect to the connections at the bottom of the circuit to ensure that transistors 62 and 63 still have a phase difference of 90º with respect to transistors 64 and 65
Como se ha mencionado anteriormente, los cuatro transistores en la figuras 16 o la figura 17 conducen con una diferencia de fase de 90º entre sí. Por lo tanto, los pulsos en la corriente extraída del voltaje de alimentación y, por lo tanto, en el propio voltaje de alimentación, difieren también 90º entre sí. La amplitud de cada pulso se reduce en este caso a un cuarto comparada con la solución de un transistor, puesto que la corriente total está dividida entre los cuatro transistores.As mentioned above, the four transistors in figures 16 or figure 17 lead with a 90º phase difference from each other. Therefore, the pulses in the current drawn from the supply voltage and therefore in the supply voltage itself, also differ 90º from each other. The amplitude of each pulse is reduced in this case to a quarter compared with the solution of a transistor, since the total current It is divided between the four transistors.
Esto se ilustra en la figura 18. El diagrama superior muestra el rizado causado por el transistor 62, mientras que los diagramas siguientes muestran de modo similar el rizado causado por los transistores 65, 63 y 64. Finalmente, el diagrama inferior muestra el rizado combinado. Se ve que el rizado tiene en este caso una frecuencia cuatro veces la frecuencia de funcionamiento y que la amplitud es ahora más reducida. Como se ha mencionado anteriormente, la forma mostrada del rizado es sólo ilustrativa, pero incluso con otras formas, el rizado se reducirá al menos a un cuarto del que presenta la solución de un transistor. Además, es mucho más fácil filtrar cuatro veces la frecuencia de funcionamiento en otros bloques. Esto significa que con esta solución es posible integrar el amplificador de potencia con los transistores y los híbridos, junto con las funciones más sensibles del circuito de radio, en un chip o muy apretados en el mismo empaquetamiento.This is illustrated in Figure 18. The diagram upper shows the curling caused by transistor 62, while that the following diagrams similarly show the curling caused by transistors 65, 63 and 64. Finally, the diagram Bottom shows the combined curling. It is seen that the curly has on this case a frequency four times the frequency of operation and that the amplitude is now reduced. How has it mentioned above, the curly shape shown is just illustrative, but even with other forms, the curling will be reduced at least a quarter of the one presenting the solution of a transistor. In addition, it is much easier to filter four times the frequency of operation in other blocks. This means that with this solution is possible to integrate the power amplifier with the transistors and hybrids, along with the most sensitive functions of the radio circuit, on a chip or very tight on it packing
Como se ha mencionado para el amplificador híbrido de extremo único, el híbrido de salida hará que la carga de los colectores de los transistores sea insensible a los desajustes de carga en la salida o, al menos, el circuito se pueda compensar para este fin gracias a un acoplamiento de realimentación. Esto se aplica también al amplificador híbrido diferencial, aunque la carga es, por supuesto, diferencial. De esta manera, esta solución permite también que la salida pueda estar conectada directamente a la antena sin necesidad de un aislador entre el amplificador y la antena.As mentioned for the amplifier single end hybrid, the output hybrid will make the load of the transistor collectors be insensitive to mismatches load on the output or at least the circuit can be compensated for this purpose thanks to a feedback coupling. This is also applies to the differential hybrid amplifier, although the load It is, of course, differential. In this way, this solution also allows the output to be connected directly to the antenna without the need for an insulator between the amplifier and the antenna.
La solución permite también el funcionamiento a un voltaje inferior. Esto se debe al hecho de que la corriente pico está dividida ahora entre cuatro transistores. Además, puesto que las etapas del transistor son diferenciales, se puede trabajar, en la práctica, con dos veces el voltaje real de alimentación, incluso sin reductores inductivos en las líneas de suministro. Si se utilizaran reductores, podría ser hasta cuatro veces el voltaje real de alimentación. De esta manera, es posible que el amplificador de potencia funcione con voltajes de alimentación muy bajos, lo que constituye a menudo una demanda, por ejemplo en los teléfonos móviles.The solution also allows operation to a lower voltage This is due to the fact that the peak current It is now divided between four transistors. In addition, since the stages of the transistor are differential, you can work, in practice, with twice the actual supply voltage, even without inductive reducers in the supply lines. Whether used reducers, could be up to four times the actual voltage of feeding. In this way, it is possible for the amplifier to power work with very low supply voltages, which it is often a demand, for example on phones mobile phones
Claims (10)
- \bullet?
- un puerto de entrada al que se pueden aplicar señales de radiofrecuencia,an input port to which they can apply radio frequency signals,
- \bullet?
- un puerto aislado,an isolated port,
- \bullet?
- un primer puerto de salida ya first exit port Y
- \bullet?
- un segundo puerto de salida,a second port of exit,
- \bullet?
- un primer puerto de entrada conectado al puerto de salida del primer amplificador (62, 63),a first port of entry connected to the output port of the first amplifier (62, 63),
- \bullet?
- un segundo puerto de entrada conectado al puerto de salida del segundo amplificador (64, 65),a second port of entry connected to the output port of the second amplifier (64, 65),
- \bullet?
- un puerto aislado yan isolated port and
- \bullet?
- un puerto de salida, que se puede conectar a una impedancia de carga de salida,an exit port, which Can connect to an output load impedance,
cia,and in which the total electrical lengths of the two paths are substantially identical, and the electrical length from the input port of the first hybrid coupler to each of the input ports of the first and second amplifiers differs by a quarter of a length waveform for said radio frequency signals
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