用于集成電路中的信號的功率放大的系統(tǒng)、方法及裝置的制造方法
【專利摘要】在所描述的實(shí)例中，一組功率放大器放大用于發(fā)射的信號的功率。來自所述組功率放大器的所述信號功率耦合到一組初級繞組(710、720)，其共同耦合到次級繞組(730)，使得所述初級繞組(710、720)上的所述功率加入于所述次級繞組(730)中。針對在耦合到至少一個初級繞組(720)的功率放大器處于“斷開”狀態(tài)時在所述初級繞組(720)上所誘發(fā)的電流(790)的流動，提供所述初級側(cè)上的電流路徑。因此，防止所誘發(fā)的電流(790)流入到處于“接通”狀態(tài)的所述功率放大器中。此外，所述電流路徑使所述功率放大器彼此隔離以使所述功率放大器能夠以額定效率進(jìn)行操作。在一個實(shí)施例中，使用電阻器網(wǎng)絡(luò)提供所述電流路徑。
【專利說明】
用于集成電路中的信號的功率放大的系統(tǒng)、方法及裝置
【背景技術(shù)】
[0001]本發(fā)明大體上涉及放大電信號及電子信號，且更明確來說，涉及用于信號的功率放大的系統(tǒng)、方法及裝置。
[0002]通常放大信號的功率以滿足集成電路的規(guī)范。舉例來說，在無線通信系統(tǒng)中，實(shí)施集成電路以放大射頻(RF)信號的功率以增大發(fā)射范圍。通常，制造較大尺寸的晶體管/裝置(例如，互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS))以支持較大的功率增益。在一種技術(shù)中，實(shí)施較小增益的多個功率放大器以減小晶體管的尺寸。接著，組合多個功率放大器的輸出以實(shí)現(xiàn)所要的信號功率電平。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]在所描述的實(shí)例中，一組功率放大器放大用于發(fā)射的信號的功率。來自一組功率放大器的信號功率耦合到一組初級繞組，其共同耦合到次級繞組，使得所述初級繞組上的所述功率加入于所述次級繞組中。針對在耦合到初級繞組的功率放大器處于“斷開”狀態(tài)時由所述次級繞組中流動的電流在至少一個初級繞組上所誘發(fā)的電流的流動，提供所述初級繞組側(cè)上的電流路徑。因此，防止所誘發(fā)的電流流入到處于“接通”狀態(tài)的所述功率放大器中。此外，所述電流路徑使所述功率放大器彼此隔離以使所述功率放大器能夠以額定效率進(jìn)行操作。在一個實(shí)施例中，使用電阻器網(wǎng)絡(luò)提供所述電流路徑。
【附圖說明】
[0004]圖1是實(shí)例環(huán)境的框圖，其中實(shí)例實(shí)施例的各個方面是有用的。
[0005]圖2是實(shí)例常規(guī)發(fā)射器裝置的框圖。
[0006]圖3是實(shí)例集成電路的框圖，其展示實(shí)例實(shí)施例中的功率放大器的實(shí)施方案。
[0007]圖4是實(shí)例實(shí)施例中的實(shí)例功率組合器的示意圖。
[0008]圖5是描繪實(shí)例組合器的集成電路的布局部分。
[0009]圖6是在一個實(shí)施例中使功率放大器彼此隔離的方式的框圖。
[0010]圖7是在一個實(shí)施例中可將逆電流路徑引入于對功率放大器提供隔離的初級繞組側(cè)上的方式的實(shí)例電路圖。
[0011]圖8A是在一個實(shí)施例中可被連接到組合器400以在初級繞組中提供逆電流路徑的實(shí)例電阻器網(wǎng)絡(luò)。
[0012]圖8B是一個實(shí)施例中的實(shí)例組合器。
【具體實(shí)施方式】
[0013]圖1展示實(shí)例環(huán)境，其中實(shí)例實(shí)施例的各個方面是有用的。圖1展示發(fā)射裝置110、通信網(wǎng)絡(luò)120、及接收裝置130，在下文中進(jìn)一步詳細(xì)描述所述裝置。
[0014]發(fā)射裝置110是經(jīng)配置以發(fā)射信號(例如，射頻信號)的電子裝置/集成電路(1C)。發(fā)射裝置110包含(例如)倍頻器、數(shù)據(jù)編碼器、功率放大器、濾波器、匹配網(wǎng)絡(luò)及發(fā)射天線。調(diào)整發(fā)射裝置110中的各種參數(shù)(例如，操作頻率、調(diào)制類型、功率放大器的增益及阻抗匹配)以滿足/遵循所要的發(fā)射標(biāo)準(zhǔn)。
[0015]通信網(wǎng)絡(luò)120啟用發(fā)射裝置110與接收裝置130之間的通信。通信網(wǎng)絡(luò)可包含射頻信道(例如，VHF、UHF、GSM、CDMA)及物理信道(例如，纜線、光纜)。
[0016]接收裝置130是經(jīng)配置以從通信網(wǎng)絡(luò)120接收信號的電子裝置/1C。接收器裝置130可經(jīng)配置以結(jié)合發(fā)射器裝置110操作以接收及提取由發(fā)射器裝置110所發(fā)射的信號。因此，接收器裝置130可包含天線、調(diào)諧器、混合器、解碼器、射頻(RF)接收器、檢測器及一或多個經(jīng)調(diào)諧的射頻放大器。接收裝置130可運(yùn)用電子濾波器以將所要的信號(占用頻率范圍)與由天線從通信網(wǎng)絡(luò)120所接收到的其它信號分離。接收裝置130可運(yùn)用功率放大器以增加所接收到的信號的功率以用于進(jìn)一步處理。在下文描述在常規(guī)裝置中實(shí)施功率放大器及其它信號處理元件的方式。
[0017]圖2是實(shí)例常規(guī)發(fā)射器裝置的框圖。如所展示，發(fā)射器/發(fā)射裝置201包含信號處理器230及功率放大器240。
[0018]信號處理器230為使用對應(yīng)制造技術(shù)實(shí)施有較小尺寸裝置(晶體管、二極管、電容器)的1C。信號處理器230經(jīng)配置以在較低功率(信號電平)處理信號且可包含壓縮器、擴(kuò)展器、限制器、編碼器及調(diào)制器上變頻器。將經(jīng)處理的信號提供到功率放大器240。
[0019]功率放大器240為經(jīng)配置以放大從信號處理器230所接收到的信號的功率的1C。功率放大器240由能夠處理較大功率/電流的較大尺寸的裝置(例如，晶體管)構(gòu)造而成。舉例來說，功率放大器240中的晶體管可實(shí)施有比信號處理器230中的晶體管大的信道寬度。因此，常規(guī)發(fā)射器201實(shí)施有使用不同制造技術(shù)所制造的兩個1C。因此，常規(guī)發(fā)射器不具成本效益，此歸因于多個IC/制造技術(shù)的使用。此外，可能不能大體上改變常規(guī)功率放大器中的功率放大器的增益。
[0020]下文描述可使用克服常規(guī)發(fā)射器中的至少部分缺點(diǎn)的較小尺寸的裝置實(shí)施功率放大器的方式。
[0021]圖3是展示實(shí)例實(shí)施例中的功率放大器的實(shí)施的實(shí)例集成電路的框圖。如所展示，集成電路300包含信號處理器310、功率放大器單元330及天線370。在下文進(jìn)一步詳細(xì)描述每一塊。
[0022]信號處理器310經(jīng)配置而以低功率(信號電平)處理信號，且可包含壓縮器、擴(kuò)展器、限制器、編碼器及調(diào)制器上變頻器。在路徑313上將經(jīng)處理的信號提供到功率放大器單元330。天線370將電功率轉(zhuǎn)換成電磁輻射。在一個實(shí)施例中，將天線370實(shí)施為集成電路300的部分。替代地，天線370可表示連接到功率組合器360的負(fù)載。
[0023]功率放大器單元330按所要的增益因數(shù)(增益)放大路徑313上的信號的功率。將經(jīng)放大的信號提供到天線370。如圖3中所展示，功率放大器單元330包含功率放大器340A到340D及功率組合器360。每一功率放大器340A到340D經(jīng)配置以按總所要的放大(增益)的分?jǐn)?shù)來放大功率。因此，每一功率放大器340A到340D經(jīng)配置以處理路徑367上的總輸出功率或電流的分?jǐn)?shù)。在一個實(shí)施例中，將功率放大器340A到340D實(shí)施為互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)。因?yàn)槊恳还β史糯笃?40A到340D僅處理所需總功率的分?jǐn)?shù)，所以使用較小尺寸的裝置實(shí)施放大器340A到340D。因此，在一個IC中使用相同的制造技術(shù)將信號處理單元310及放大器單元330實(shí)施于單個襯底上。
[0024]功率組合器360組合功率放大器340A到340D的輸出功率，借此將具有所要功率的信號傳遞到天線370。下文進(jìn)一步描述可將組合器實(shí)施于集成電路300上的方式。
[0025]圖4是實(shí)例實(shí)施例中的實(shí)例功率組合器的示意圖。如所展示，組合器400包含初級繞組410、420、430及440、及次級繞組490。初級繞組410、420、430及440及次級繞組490以電感方式/電磁方式經(jīng)耦合(例如，在變壓器的實(shí)例中)以將初級繞組410、420、430及440中的能量(電流)轉(zhuǎn)移到次級繞組490。繞組經(jīng)布置使得從每一初級繞組410、420、430及440所轉(zhuǎn)移的能量(電流)加入于次級繞組490中。在一個實(shí)施例中，每一功率放大器340A到340D的輸出相應(yīng)地耦合到初級繞組410到440。因此，每一初級繞組上的電流(功率)與對應(yīng)功率放大器340A到340D的輸出功率成比例。因此，次級繞組490上的功率是從每一初級繞組410到440轉(zhuǎn)移到次級繞組490的功率的總和(或累加)，借此在無需在功率放大器340A到340D中使用較大尺寸的晶體管的情況下獲得所需功率。
[0026]圖5是描繪實(shí)例組合器的集成電路的布局部分。如所展示，方形軌道510、520、530及540為蝕刻于金屬層中的一者上(例如，金屬層6上)的導(dǎo)電軌道。方形軌道510、520、530及540表示初級繞組410、420、430及440。每一方形軌道510、520、530及540具有經(jīng)配置以接收功率放大器輸出的開口(標(biāo)記為“+”及“-”)。方形軌道590為蝕刻于由方形軌道510、520、530及540所形成的外圍上的導(dǎo)電軌道。方形軌道590表示次級繞組490?？蓪⒎叫诬壍?90蝕刻于ICT的再分布層(RDL)上。在一個實(shí)施例中，方形軌道590可操作為RF天線及輻射信號。初級及次級方形軌道以電感/電磁方式彼此耦合，且在電流在初級方形軌道510、520、530及540中流動時轉(zhuǎn)移能量。舉例來說，每一初級繞組誘發(fā)次級繞組590中與由相應(yīng)功率放大器所注入的電流相等的電流?？烧{(diào)整初級方形軌道510到540及次級方形軌道590的長度以匹配功率放大器340A到340D的阻抗電平。在實(shí)施例中，次級繞組590可用作天線且可將其匹配到50歐姆阻抗。
[0027]在一個實(shí)施例中，可通過斷開(或接通)所要數(shù)目的功率放大器來控制轉(zhuǎn)移到次級繞組490的總能量。舉例來說，如果功率放大器單元330經(jīng)配置以在所有功率放大器都接通時提供功率P，那么可通過斷開(或?qū)⒐β史糯笃鲝某跫壚@組斷開)功率放大器單元330中的一半數(shù)目的功率放大器(在特定實(shí)例中，可斷開兩個功率放大器)，將傳遞到天線的功率(或作為單元330的輸出功率)減小0.5*P。
[0028]然而，將一些功率放大器轉(zhuǎn)變到“斷開”狀態(tài)可能加載處于“接通”狀態(tài)的功率放大器。處于“接通”狀態(tài)的功率放大器的此類加載可能使希望傳遞到初級的功率受相應(yīng)“接通”狀態(tài)功率放大器的影響。替代地，“接通”狀態(tài)功率放大器可以低得多的效率進(jìn)行操作，借此傳遞比原本可實(shí)現(xiàn)的峰值功率小得多的功率。舉例來說，如果每一功率放大器經(jīng)配置以傳遞總功率(P)的四分之一(1/4)，那么當(dāng)功率放大器中的一者斷開時，每一放大器可歸因于加載而傳遞小于所希望的四分之一(1/4)P的功率。此外，由處于“接通”狀態(tài)的每一功率放大器所傳遞的功率可誘發(fā)斷開的功率放大器的初級繞組上的非所要的較高EMF(電磁場)，借此不能使功率放大器彼此隔離。因此，在一個實(shí)施例中，組合器經(jīng)配置以提供隔離以使初級處的功率放大器彼此隔離，且借此在一些功率放大器斷開或未連接時將大體上所希望的功率傳遞到對應(yīng)初級。
[0029]圖6是在一個實(shí)施例中使功率放大器彼此隔離的方式的框圖。在框610中，功率組合器360將來自一組功率放大器的功率耦合到對應(yīng)組的初級繞組。功率組合器360可從功率放大器340A到340D接收呈經(jīng)放大的輸出電流或電壓形式的功率。
[0030]在框620處，功率組合器360將所述組的初級繞組上的功率耦合到次級繞組，使得初級繞組上的功率加入于次級繞組中。組合器360可運(yùn)用適當(dāng)?shù)睦@組比例。在一個實(shí)施例中，將比例維持于I: I，使得將每一初級繞組上的大體上相同功率轉(zhuǎn)移到次級。舉例來說，流動通過初級繞組410到440中的每一者的電流誘發(fā)次級繞組490中的相同電流。所誘發(fā)的電流在次級繞組490中加總，且在次級繞組490的輸出端子處產(chǎn)生所要高輸出功率。
[0031]在框630處，功率組合器360在所述組的初級繞組側(cè)上提供電流路徑以用于由次級繞組(例如410到440)中流動的電流所誘發(fā)的在至少一個初級繞組上的電流的流動。舉例來說，在對應(yīng)功率放大器處于“斷開”狀態(tài)時誘發(fā)初級中的電流。在一個實(shí)施例中，(逆)電流路徑減小所誘發(fā)的逆電流流動到連接到初級繞組的功率放大器中。替代地，大體上使零電流流動到斷開的功率放大器中。類似地，沒有(逆)電流流動到處于“接通”狀態(tài)的功率放大器中。因此，功率放大器與彼此隔離。在下文進(jìn)一步詳細(xì)描述可提供替代電流路徑的方式。
[0032]圖7是在一個實(shí)施例中可將(逆)電流路徑引入于初級繞組側(cè)上以對功率放大器提供隔離的方式的實(shí)例電路圖。電路圖包含兩個初級繞組710及720、及次級繞組730。隔離電阻器740(相應(yīng)地)連接于初級繞組710的端子711與初級繞組720的端子721之間。類似地，隔離電阻器750(相應(yīng)地)連接于初級繞組710的端子712與初級繞組720的端子722之間。在一個實(shí)施例中，端子712及722(正端子)經(jīng)配置以從兩個功率放大器接收電流。端子711及712(負(fù)端子)經(jīng)配置以將電流返回路徑提供到相應(yīng)功率放大器。
[0033]在一個實(shí)施例中，斷開連接到初級繞組720的功率放大器。因此，如圖7中所展示，端子712上所接收到的電流780流動通過初級繞組710。流動通過初級繞組710的電流誘發(fā)次級繞組730中的電流770。次級繞組730中的電流770誘發(fā)跨越初級繞組720的電壓或EMF(電磁場)。
[0034]在一個實(shí)施例中，如圖7中所展示，電阻器740及750提供使電流790能夠流動通過電阻器740及750的路徑，借此不影響連接到功率放大器的路徑711、712、721及722上的電流，且借此對功率放大器提供隔離。
[0035]在不存在電阻器740及750的情況下，連接到初級繞組710的功率放大器可能經(jīng)受增強(qiáng)的負(fù)載，從而導(dǎo)致功率放大器可能以減小的效率進(jìn)行操作。
[0036]下文進(jìn)一步描述在初級繞組的數(shù)目為兩個以上時可使用電阻器網(wǎng)絡(luò)提供替代逆電流路徑的方式。
[0037]圖8A為一個實(shí)施例中可被連接到組合器400以在初級繞組中提供逆電流路徑的實(shí)例電阻器網(wǎng)絡(luò)。圖8A包含電阻器網(wǎng)絡(luò)810(其包含電阻器811到814)及電阻器網(wǎng)絡(luò)820(其包含電阻器821到824)。在電阻器網(wǎng)絡(luò)810中，將每一電阻器811到814的一個端連接到共同端子801。在電阻器網(wǎng)絡(luò)820中，將每一電阻器821到824中的一個端連接到共同端子802。將電阻器811到814的其它端(標(biāo)記為+)連接到初級繞組的對應(yīng)者的正端子。類似地，將電阻器821到824的其它端(標(biāo)記為-)連接到初級繞組的對應(yīng)者的負(fù)端子。在圖8B中進(jìn)一步展示電阻器網(wǎng)絡(luò)801及802的實(shí)例連接。
[0038]圖SB是一個實(shí)施例中的實(shí)例組合器。如所展示，組合器包含耦合到次級繞組780的初級繞組840、850、860及870。初級繞組840、850、860及870經(jīng)配置以連接到功率放大器(例如，340A到340D)輸出的對應(yīng)者，借此組合次級880處的功率。
[0039]將包含電阻器811到814的電阻器網(wǎng)絡(luò)801連接到每一初級繞組的+端子。類似地，將包含電阻器821到824的電阻器網(wǎng)絡(luò)802連接到每一初級繞組的-端子。因此，提供替代路徑以用于初級上的電流(從次級所誘發(fā)的)的流動。因此，大體上沒有電流(從次級繞組所誘發(fā)的初級繞組上的)流動到連接到對應(yīng)初級繞組的功率放大器中。
[0040]在所描述的實(shí)施例中，修改為可能的，且在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)，其它實(shí)施例為可能的。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種集成電路，其包括: 第一功率放大器及第二功率放大器； 第一初級繞組，其經(jīng)配置以從所述第一功率放大器接收第一功率，及第二初級繞組，其經(jīng)配置以從所述第二功率放大器接收第二功率，其中所述第一初級繞組與所述第二初級繞組兩者共同耦合到次級繞組，使得從所述第一初級繞組及所述第二初級繞組轉(zhuǎn)移的所述功率加入于所述次級繞組上;及 電流路徑，其被連接到所述第一初級繞組及第二初級繞組，從而在第一功率放大器及第二功率放大器中的一者處于“斷開”狀態(tài)時啟用第一初級繞組及第二初級繞組中的至少一者上所誘發(fā)的第一電流流動。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路，其中所述第一電流由所述次級繞組中流動的電流誘發(fā)，且所述電流路徑在所述第一及第二功率放大器外。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的集成電路，其中所述電流路徑包含第一電阻器及第二電阻器，其中所述第一電阻器耦合于所述第一及第二初級繞組的正端子之間，且其中所述第二電阻器耦合于所述第一及第二初級繞組的負(fù)端子之間。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的集成電路，其中所述第一功率放大器及所述第二功率放大器經(jīng)配置以放大用于在通信信道上發(fā)射的信號。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的集成電路，其中所述次級繞組經(jīng)配置以以大體上與由所述第一及所述第二初級繞組所耦合的所述第一功率與所述第二功率的總和相等的發(fā)射功率發(fā)射所述信號。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的集成電路，其中通過將所述第一功率放大器轉(zhuǎn)變到所述“斷開”狀態(tài)以使所述第一功率等于零來減小所述發(fā)射功率。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的集成電路，其中將所述第一初級繞組及所述第二初級繞組蝕刻于金屬層上，且所述次級繞組形成于所述集成電路的再分布層上。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的集成電路，其中所述第一初級繞組及所述第二初級繞組以電磁方式耦合到所述次級繞組。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的集成電路，其進(jìn)一步包括信號處理單元，其中運(yùn)用相同制造技術(shù)制造第一功率放大器、第二功率放大器及所述信號處理單元的組件。10.一種方法，其包括: 將來自一組功率放大器的功率耦合到對應(yīng)組的初級繞組； 將所述組的初級繞組上的功率耦合到次級繞組，使得所述初級繞組上的所述功率加入于所述次級繞組中；及 將電流路徑提供于所述組的初級繞組上以用于在耦合到至少一個初級繞組的功率放大器處于“斷開”狀態(tài)時所述初級繞組上所誘發(fā)的第一電流的流動。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中在連接到所述初級繞組的功率放大器處于所述“斷開”狀態(tài)時，由所述次級繞組中流動的電流誘發(fā)初級繞組上的所誘發(fā)的電流。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述電流路徑包含第一電阻網(wǎng)絡(luò)及第二電阻網(wǎng)絡(luò)，其中所述第一電阻網(wǎng)絡(luò)連接于第一共同端子與所述組的初級繞組的一組正端子之間，且其中所述第二電阻網(wǎng)絡(luò)連接于第二共同端子與所述組的初級繞組上的一組負(fù)端子之間。13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述組的功率放大器經(jīng)配置以放大用于在通信信道上發(fā)射的信號。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述次級繞組經(jīng)配置以以大體上與從所述組的初級繞組所接收到的所述功率的總和相等的發(fā)射功率發(fā)射所述信號。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其進(jìn)一步包括通過改變第一組功率放大器中的“接通”狀態(tài)及“斷開”狀態(tài)功率放大器的比例改變所述發(fā)射功率，其中所述“斷開”狀態(tài)功率放大器將零功率耦合到所述對應(yīng)初級繞組。16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中每一功率放大器經(jīng)配置以將所述信號功率放大到最大發(fā)射功率的分?jǐn)?shù)。17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述組的初級繞組被蝕刻于金屬層上，且所述次級繞組形成于集成電路的再分布層上。18.—種發(fā)射器，其包括: 一組功率放大器，其經(jīng)配置以放大用于在通信信道上發(fā)射的信號，其中所述組的功率放大器中的每一功率放大器經(jīng)配置以在以其它方式以“接通”狀態(tài)及零功率操作時將所述信號的功率放大到發(fā)射功率的分?jǐn)?shù)； 一組初級繞組，其中每一初級繞組包含耦合到所述組的功率放大器中的所述功率放大器的對應(yīng)一者的正及負(fù)端子，其中所述組的初級繞組耦合到次級繞組，使得每一初級繞組上所接收到的功率加性地轉(zhuǎn)移到所述次級繞組； 第一組元件，其耦合到所述組的初級繞組的所述正端子及第一共同端子，及第二組元件，其耦合到所述組的初級繞組的所述負(fù)端子及第二共同端子，其中第一網(wǎng)絡(luò)元件及第二網(wǎng)絡(luò)元件在所述組的功率放大器外形成電流路徑； 其中在耦合到所述對應(yīng)初級繞組的功率放大器處于“斷開”狀態(tài)時，至少一個初級繞組上所誘發(fā)的第一電流流動通過所述電流路徑。19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的發(fā)射器，其中所述第一組元件及第二組元件包含第一電阻器網(wǎng)絡(luò)及第二電阻器網(wǎng)絡(luò)。20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的發(fā)射器，其中所述組的初級繞組形成于金屬層上，且所述次級繞組形成于集成電路的再分布層上。
【文檔編號】H03F3/913GK106031029SQ201580009878
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2015年1月27日
【發(fā)明人】阿普·西瓦達(dá)斯, 阿洛克·喬希, 克里希納斯瓦米·程加拉吉安, 拉凱什·庫馬爾
【申請人】德州儀器公司