用于放大器的偏置電流監(jiān)視器及控制機制的制作方法
【專利說明】
[000。 分秦申請的相關信息
[000引本申請是申請?zhí)枮镻CT/US2010/044033,申請日為2010年7月30日，優(yōu)先權日為 2009年7月30日，發(fā)明名稱為"用于放大器的偏置電流監(jiān)視器及控制機制"的PCT申請進 入國家階段后申請?zhí)枮?01080033302. 9的中國發(fā)明專利申請的分案申請。
[0003] 依據(jù)35U. S. C. § 119豐化優(yōu)先權
[0004] 本專利申請案主張2009年7月30日申請的標題為"功率放大器偏置電流監(jiān)視器 和控制機制（PO肥R AMPLIFI邸 BIAS CURRENT MONITOR AND CONTROL MECHANISM)"的第 61/230, 089號美國臨時申請案的優(yōu)先權，所述美國臨時申請案已轉讓給本受讓人且W引用 的方式明確地并入本文中。
技術領域
[0005] 本發(fā)明大體上設及電子設備，且更具體來說，設及用于放大器的偏置電路。
【背景技術】
[0006] 放大器通常用于各種電子裝置中W提供信號放大。不同類型的放大器可用于不同 用途。舉例來說，例如蜂窩式電話的無線通信裝置可包括用于雙向通信的發(fā)射器及接收器。 發(fā)射器可包括驅動器放大器值A)及功率放大器（PA)，接收器可包括低噪聲放大器（LNA)， 且發(fā)射器及接收器可包括可變增益放大器（VGA)。
[0007] 放大器可經(jīng)設計成W目標偏置電流進行操作，目標偏置電流可基于放大器的所要 性能加W選擇?？赏ㄟ^將合適的偏置電壓施加到放大器而獲得目標偏置電流。此偏置電壓 可為固定的，且可接著導致可隨著放大器的老化、溫度及其它現(xiàn)象而改變的偏置電流。因 此，偏置電流可偏離目標偏置電流，且所述偏離可不利地影響放大器的性能。舉例來說，較 低或較高偏置電流可導致放大器的輸出功率移位，此可為不良的。

【發(fā)明內容】

【附圖說明】
[000引圖1展示無線通信裝置的框圖。
[0009] 圖2展示使用電流鏡的用于功率放大器的偏置調整的示范性設計。
[0010] 圖3展示基于功率放大器中的電感器上的電壓的偏置調整的示范性設計。
[0011] 圖4展示基于功率放大器中的晶體管的柵極到源極電壓的偏置調整的示范性設 計。
[0012] 圖5展示基于功率放大器及復制品電路中的晶體管的柵極到源極電壓的偏置調 整的示范性設計。
[0013] 圖6展示利用反饋回路的偏置調整的示范性設計。
[0014] 圖7及8展示使用切換模式電源W使供應電壓隔離的偏置調整的兩個示范性設 計。
[0015] 圖9展示漏極電流與漏極到源極電壓的一族曲線。
[0016] 圖10展示用于調整偏置電流的過程的示范性設計。
【具體實施方式】
[0017] 下文所陳述的詳細描述既定作為對本發(fā)明的示范性設計的描述，且既定不表示可 實踐本發(fā)明的僅有設計。術語"示范性"在本文中用W意味著"充當實例、例子或說明"。在 本文中描述為"示范性"的任一設計未必應被解釋為比其它設計優(yōu)選或有利。所述詳細描 述包括特定細節(jié)W實現(xiàn)提供對本發(fā)明的示范性設計的詳盡理解的目的。對于所屬領域的技 術人員將顯而易見，可在無該些特定細節(jié)的情況下實踐本文中所描述的示范性設計。在一 些例子中，W框圖形式展示眾所周知的結構及裝置，W避免使本文中所呈現(xiàn)的示范性設計 的新穎性模糊不清。
[0018] 本文中描述用于監(jiān)視及控制放大器的偏置電流的技術。所述技術可用于各種電子 裝置，例如無線通信裝置、蜂窩式電話、個人數(shù)字助理（PDA)、手持型裝置、無線調制解調器、 膝上型計算機、無繩電話、藍牙裝置、消費型電子裝置，等等。為了清楚起見，下文描述所述 技術針對無線通信裝置的使用。
[0019] 圖1展示無線通信裝置100的示范性設計的框圖。在此示范性設計中，無線裝置 100包括數(shù)據(jù)處理器110及收發(fā)器120。收發(fā)器120包括支持雙向無線通信的發(fā)射器130 及接收器150。一般來說，無線裝置100可包括用于任一數(shù)目個通信系統(tǒng)及任一數(shù)目個頻帶 的任一數(shù)目個發(fā)射器及任一數(shù)目個接收器。
[0020] 在發(fā)射路徑中，數(shù)據(jù)處理器110處理待發(fā)射的數(shù)據(jù)且將模擬輸出信號提供給發(fā)射 器130。在發(fā)射器130內，模擬輸出信號由放大器（Amp) 132放大、由低通濾波器134濾波 W移除由數(shù)/模轉換導致的映像、由VGA 136放大，且通過混頻器138從基帶上變頻轉換到 射頻（RF)。經(jīng)上變頻轉換信號由濾波器140濾波、由驅動器放大器值A) 142及功率放大器 (PA) 144進一步放大、被路由通過開關/雙工器146,且經(jīng)由天線148而發(fā)射。
[0021] 在接收路徑中，天線148從基站及/或其它發(fā)射器臺接收信號且提供經(jīng)接收信號， 所述經(jīng)接收信號被路由通過開關/雙工器146且提供給接收器150。在接收器150內，經(jīng)接 收信號由LNA 152放大、由帶通濾波器154濾波，且通過混頻器156從射頻下變頻轉換到基 帶。經(jīng)下變頻轉換信號由VGA 158放大、由低通濾波器160濾波，且由放大器162放大W獲 得模擬輸入信號，模擬輸入信號被提供給數(shù)據(jù)處理器110。
[0022] 圖1展示實施直接轉換架構的發(fā)射器130及接收器150,直接轉換架構在一個級中 在RF與基帶之間對信號進行頻率轉換。發(fā)射器130及/或接收器150也可實施超外差式 架構，超外差式架構在多個級中在RF與基帶之間對信號進行頻率轉換。本機振蕩器（LO) 產(chǎn)生器170產(chǎn)生發(fā)射LO信號及接收LO信號且將其分別提供給混頻器138及156。鎖相回 路（P化)172從數(shù)據(jù)處理器110接收控制信息且將控制信號提供給LO產(chǎn)生器170, W產(chǎn)生在 適當頻率下的發(fā)射LO信號及接收LO信號。
[0023] 圖1展示示范性收發(fā)器設計。一般來說，可通過放大器、濾波器、混頻器等等的一 個或一個W上級執(zhí)行發(fā)射器130及接收器150中的信號的調節(jié)。該些電路可不同于圖1所 示的配置加W布置。此外，也可使用圖1中未圖示的其它電路來調節(jié)發(fā)射器及接收器中的 信號。也可省略圖1中的一些電路。收發(fā)器120的全部或一部分可實施于一個或一個W上 模擬集成電路（1C)、RF IC(RFIC)、混頻信號1C等等上。舉例來說，發(fā)射器130中的放大器 132到功率放大器144可實施于RFIC上。驅動器放大器142及功率放大器144也可實施于 在RFIC外部的另一 1C上。
[0024] 數(shù)據(jù)處理器110可執(zhí)行用于無線裝置100的各種功能，例如，用于經(jīng)發(fā)射數(shù)據(jù)及經(jīng) 接收數(shù)據(jù)的處理。存儲器112可存儲用于數(shù)據(jù)處理器110的程序代碼及數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理器 110可實施于一個或一個W上專用集成電路（ASIC)及/或其它1C上。
[0025] 本文中所描述的用于監(jiān)視及控制偏置電流的技術可用于各種類型的放大器，例如 圖1所示的放大器。為了清楚起見，W下描述的大部分涵蓋監(jiān)視及控制功率放大器（例如， 圖1中的功率放大器144)的偏置電流。所述技術可測量功率放大器的偏置電流，且可調整 偏置電流W補償歸因于老化W及1C工藝的改變、電源電壓的改變、溫度的改變及/或其它 現(xiàn)象的偏置變化。
[0026] 圖2展示使用電流鏡的偏置調整的示范性設計的示意圖。在圖2所示的示范性設 計中，利用禪合到電感器214的N溝道金屬氧化物半導體（NMO巧晶體管212實施功率放大 器210。NMOS晶體管212使其柵極接收輸入RF腳in)信號、使其源極禪合到電路接地，且 使其漏極提供輸出RF(RFout)信號。電感器214使一個末端禪合到上部電源Vdd，且使另一 末端禪合到NM0S晶體管212的漏極。電阻器216使一個末端禪合到NM0S晶體管212的柵 極，且使另一末端從偏置電路220接收偏置電壓Vbias。
[0027] NMOS晶體管212提供RFin信號的信號放大。電感器214充當NMOS晶體管212的 無源負載。電感器214也充當減小從Vdd供應到RFout信號的噪聲禪合的RF扼流器。電 感器214也可為用于功率放大器210的輸出匹配電路的部分。電阻器216充當可將Vbias 電壓遞送到NMOS晶體管212同時將高阻抗路徑提供給RFin信號的RF扼流器。
[002引在偏置電路220內，NMOS晶體管222使其源極禪合到電路接地且使其柵極禪合到 電阻器216。電流源230使一個末端禪合到NMOS晶體管222的漏極且使另一末端禪合到 Vdd。電流源230可為可提供可變電流Ics的可編程電流源。NMOS晶體管224使其源極禪 合到NMOS晶體管222的柵極、使其柵極禪合到NMOS晶體管222的漏極，且使其漏極禪合到 Vdd。電阻器226禪合于NMOS晶體管222的柵極與電路接地之間。
[0029] 功率放大器210具有偏置電流Ibias，其流動通過電感器214及NMOS晶體管212。 可選擇Ibias電流W提供功率放大器210的所要性能。Ibias電流取決于提供給NMOS晶體 管212的柵極的Vbias電壓?？赏ㄟ^將Vbias電壓設定為合適值而獲得所要/目標Ibias 電流。然而，歸因于例如NMOS晶體管212的老化、溫度改變、電源電壓改變及1C工藝改變 等等的各種因素，可能需要不同Vbias電壓來獲得目標Ibias電流。
[0030] 偏置電路220與功率放大器210經(jīng)禪合W作為電流鏡。將相同Vbias電壓施加到 NMOS晶體管212及222兩者的柵極。因此，通過NMOS晶體管212的Ibias電流與通過NMOS 晶體管222的Ics電流相關，且可表達為：
[0031] Ibias = K*Ics,方程式（1)
[0032] 其中K為NMOS晶體管212的大小對NMOS晶體管222的大小的比率。K可大于1， 使得Ibias電流的僅一分率用于偏置電路220,此可接著減小功率消耗。
[0033] 圖2所示的示范性設計依賴于功率放大器210中的NMOS晶體管212與偏置電路 220中的NMOS晶體管222之間的匹配來獲得方程式（1)所示的Ibias與Ics之間的關系。 為了獲得目標Ibias電流，可將對應目標Ics電流計算為Ics = Ibias/K?？山又{整電流 源230 W提供目標Ics電流。
[0034] 盡管圖2中未圖示，但也可測量Ics電流，且可控制電流源230 W獲得目標Ics電 流。此可確保將目標Ibias電流提供給功率放大器210。由于Ibias電流為Ics電流的按 比例縮放版本，因此可經(jīng)由電流鏡有效地測量Ibias電流。此將避免為了測量Ibias電流 而添加與電感器214串聯(lián)的電阻器的需要，此又將避免Vdd與NM0S晶體管212之間的電壓 降。
[0035] 在一個示范性設計中，可基于Vbias電壓與經(jīng)測量Ics電流的查找表來執(zhí)行偏置 調整。可通過經(jīng)由計算機仿真、經(jīng)驗測量等對功率放大器210進行特性化來確定此查找表。 可將經(jīng)測量Ics電流提供給查找表，查找表可接著為NM0S晶體管212提供Vbias電壓。在 另一示范性設計中，可反復地執(zhí)行偏置調整。對于每一反復，可對照目標Ics電流來比較經(jīng) 測量Ics電流。如果經(jīng)測量Ics電流不在目標Ics電流的可接受范圍內，則可調整Vbias 電壓，使得經(jīng)測量Ics電流更接近地移向目標Ics電流。當經(jīng)測量Ics電流在目標Ics電 流的可接受范圍內時，偏置調整可終止。
[0036] 圖3展示通過測量電感器214上的電壓的偏置調整的示范性設計的示意圖。在 圖3所示的示范性設計中，偏置調整電路240包括運算放大器（op-amp) 252、模/數(shù)轉換器 (ADC) 258、處理器260及偏置電路270。運算放大器252