專利名稱：自適應(yīng)參量功率放大器保護(hù)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及電子設(shè)備，且更具體地說，涉及自適應(yīng)參量功率放大器保護(hù)電路。
背景技術(shù)：
在經(jīng)設(shè)計(jì)以發(fā)射信號的通信裝置(例如蜂窩式裝置)中，功率放大器電路通常用以放大所要信號以允許恰當(dāng)發(fā)射。舉例來說，功率放大器電路可用互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體 (CMOS)技術(shù)或雙極結(jié)晶體管(BJT)技術(shù)加以實(shí)施。舉例來說，功率放大器電路可包含兩個(gè)或兩個(gè)以上級聯(lián)增益級、一個(gè)驅(qū)動(dòng)器級及一個(gè)功率級。功率級可包括CMOS晶體管或BJT晶體管。CMOS晶體管及BJT晶體管兩者均具有擊穿電壓，擊穿電壓在被超過的情況下可能導(dǎo)致晶體管損壞。擊穿電壓為最大電壓，其在跨晶體管的任何兩個(gè)端子施加時(shí)可能導(dǎo)致晶體管損壞。舉例來說，存在可跨CMOS晶體管的漏極端子與源極端子施加或可跨BJT晶體管的集電極端子與發(fā)射極端子施加的最大電壓。當(dāng)超過擊穿電壓時(shí)，可能在晶體管中產(chǎn)生雪崩電流，所述雪崩電流導(dǎo)致較大電流流過晶體管，且因此導(dǎo)致熱量顯著增加，所述熱量顯著增加可能損壞晶體管且使晶體管性能降級。如果最大安全操作電壓跨任何其它對晶體管端子 (例如柵極到漏極電壓或柵極到源極電壓)，則也可發(fā)生晶體管擊穿。如果柵極到漏極電壓或柵極到源極電壓超過相應(yīng)擊穿電壓，則發(fā)生柵極氧化物擊穿方式。當(dāng)從陽極經(jīng)由晶體管的柵極氧化物層到陰極產(chǎn)生傳導(dǎo)路徑時(shí)，發(fā)生氧化物擊穿。當(dāng)用于功率放大器電路中的晶體管被損壞時(shí)，晶體管可能以不可預(yù)測的方式進(jìn)行操作或根本中斷操作。因此，在功率級中發(fā)生晶體管擊穿電壓會(huì)嚴(yán)重?fù)p害功率放大器電路可靠性。因此，在設(shè)計(jì)晶體管電路時(shí)，設(shè)計(jì)電路以使得跨晶體管的端子的電壓不超過晶體管的擊穿電壓極為重要。然而，為了最大化功率放大器電路效率，功率放大器電路的輸出需要能夠產(chǎn)生從負(fù)電壓供應(yīng)值到正電壓供應(yīng)值的輸出電壓擺動(dòng)。在許多實(shí)施例中，例如，輸出電壓擺動(dòng)可能大于電池電壓的兩倍。舉例來說，如果裝置電池具有4. 2伏的電壓電平，則功率放大器電路將需要能夠產(chǎn)生8. 4伏或8. 4伏以上的輸出電壓擺動(dòng)。然而，舉例來說，典型的晶體管可在其到達(dá)擊穿區(qū)域之前僅能夠跨其端子耐受至多3伏。為了降低跨功率放大器電路晶體管的端子施加的電壓，可以共源共柵配置耦合多個(gè)晶體管。舉例來說，共源共柵配置可包含以共源共柵配置耦合的三個(gè)晶體管，因此減少跨每一晶體管施加的電壓。盡管這可防止每一晶體管達(dá)到擊穿電壓，但頂部晶體管的漏極到柵極電壓可能在輸出電壓達(dá)到峰值時(shí)導(dǎo)致?lián)p壞。此外，如果功率放大器電路的輸出附接到天線，則天線的電壓駐波比(VSWR)的變化可能導(dǎo)致功率放大器電路的輸出電壓增加到甚至更大的電壓電平。最后，由裝置電池所提供的電壓可(例如)在3. 2伏到4. 2伏之間變化。因此，需要一種功率放大器電路設(shè)計(jì)，其提供完全輸出電壓擺動(dòng)能力，且因此提供最大效率，同時(shí)阻止功率放大器電路晶體管達(dá)到擊穿電壓
發(fā)明內(nèi)容


圖1為能夠發(fā)射及接收通信信號的常規(guī)收發(fā)器裝置的框圖。圖2為根據(jù)第一示范性實(shí)施例的圖1所示的射頻(RF)功率放大器裝置的低階框圖，所述射頻(RF)功率放大器裝置包括功率放大器保護(hù)電路，所述功率放大器保護(hù)電路監(jiān)視功率級電流、輸出電壓、溫度及功率放大器控制信號，接著調(diào)整驅(qū)動(dòng)器級增益。圖3為根據(jù)第二示范性實(shí)施例的圖1所示的RF功率放大器裝置30的低階框圖， RF功率放大器裝置30包括功率放大器保護(hù)電路，所述功率放大器保護(hù)電路監(jiān)視功率級電流、跨每一功率級晶體管施加的電壓、頂部晶體管的柵極到漏極電壓、溫度及功率放大器控制信號，接著調(diào)整驅(qū)動(dòng)器級增益、施加于每一功率級晶體管的偏置電壓、數(shù)字增益控制及功率放大器狀態(tài)信號。圖4為根據(jù)第二示范性實(shí)施例的圖3所示的功率級的詳細(xì)示意圖，所述功率級包含以共源共柵配置耦合的三個(gè)晶體管。圖5為展示收發(fā)器邏輯電路的操作流程的流程圖，所述流程由圖3所示的功率放大器保護(hù)電路來執(zhí)行。
具體實(shí)施例方式詞“示范性”在本文中用以意指“充當(dāng)實(shí)例、例子或說明”。不必將本文中描述為 “示范性”的任何實(shí)施例解釋為比其它實(shí)施例優(yōu)選或有利。下文結(jié)合附圖所闡述的具體實(shí)施方式
既定作為對本發(fā)明的示范性實(shí)施例的描述， 且不希望表示可實(shí)踐本發(fā)明的僅有實(shí)施例。貫穿此描述所使用的術(shù)語“示范性”意指“充當(dāng)實(shí)例、例子或說明”，且不必被解釋為比其它示范性實(shí)施例優(yōu)選或有利。
具體實(shí)施方式
包括特定細(xì)節(jié)以便實(shí)現(xiàn)提供對本發(fā)明的示范性實(shí)施例的透徹理解的目的。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易明白，可在沒有這些特定細(xì)節(jié)的情況下實(shí)踐本發(fā)明的示范性實(shí)施例。在一些例子中， 以框圖形式展示眾所周知的結(jié)構(gòu)及裝置，以免使本文中所呈現(xiàn)的示范性實(shí)施例的新穎性模糊不清。所提議的解決方案利用具有驅(qū)動(dòng)器級及功率級的RF CMOS PA，所述RF CMOS PA包括自適應(yīng)參量PA保護(hù)電路，其接收Vds3 (功率級漏極到源極電壓值)、Vdg3 (功率級漏極到柵極電壓值)及Ids(功率級漏極到源極電流值)。PA保護(hù)電路接著作為響應(yīng)而產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)器狀態(tài)的直流(DC)偏置電流以優(yōu)化RF-CMOS PA效率，而不達(dá)到對應(yīng)CMOS晶體管擊穿電壓。PA保護(hù)電路可實(shí)施為(例如)嵌入于RF-CMOS PA內(nèi)的模擬控制回路控制。自適應(yīng)參量PA保護(hù)電路可用Vds3、Vdg3及Ids的可變數(shù)字閾值加以配置，所述可變數(shù)字閾值隨 RF-CMOS PA操作模式、操作射頻、操作溫度及操作DC電壓而變。用由基帶數(shù)字控制器或處理器提供的控制信號設(shè)定所述可變數(shù)字閾值。PA保護(hù)電路可以數(shù)字硬件或軟件來實(shí)施，且用模/數(shù)轉(zhuǎn)換器收集參數(shù)(Vds3、Vdg3, Ids、溫度)且用數(shù)字控制信號直接控制驅(qū)動(dòng)器級的DC 偏置電流?？赏ㄟ^利用數(shù)/模轉(zhuǎn)換器以產(chǎn)生模擬控制信號的數(shù)字硬件或軟件來控制驅(qū)動(dòng)器級的DC偏置電流。請注意，即使以下描述及對應(yīng)圖式描述CMOS晶體管電路的使用，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員也將清楚地理解，本文中所解釋的原理還可應(yīng)用于BJT晶體管電路以提供本文中所論述的相同益處。圖1為能夠發(fā)射及接收通信信號的常規(guī)收發(fā)器裝置10的框圖。天線12耦合到射頻(RF)前端16。耦合于天線12與RF前端16之間的信號為RF I/O 14。RF前端16的輸出端耦合到收發(fā)器22的RX RF輸入端子。耦合于RF前端16與收發(fā)器22的RX RF輸入端子之間的信號為RX In 18。收發(fā)器22的TX/RX信號及控制狀態(tài)端子耦合到基帶處理器M。 基帶處理器M的編程及存儲端子耦合到存儲器子系統(tǒng)沈的編程及存儲端子。電池觀耦合到RF功率放大器30。耦合于電池觀與RF功率放大器30之間的直流(DC)信號為Vbatt 72。收發(fā)器22的TX RF輸出端子耦合到RF功率放大器30的輸入端子。耦合于收發(fā)器22 的TX RF輸出端子與RF功率放大器30的輸入端子之間的信號為PA In 32。RF PA控制信號20及RF PA狀態(tài)信號21耦合于RF功率放大器30與基帶處理器M之間。RF功率放大器30的輸出端耦合到RF前端16。耦合于RF功率放大器30的輸出端子與RF前端16之間的信號為PA out 34。當(dāng)在接收模式中操作時(shí)，天線12接收輸入信號，所述輸入信號耦合到RF前端16。 所接收的信號接著耦合到收發(fā)器22的RX RF輸入端子。收發(fā)器22接著執(zhí)行對所接收的信號的RF解調(diào)。收發(fā)器22接著將控制狀態(tài)設(shè)定為接收模式，且將經(jīng)解調(diào)的基帶RX信號發(fā)送到基帶處理器M?；鶐幚砥鱉接著對基帶RX信號進(jìn)行數(shù)字解調(diào)，且將結(jié)果存儲于存儲器子系統(tǒng)沈中。當(dāng)在發(fā)射模式中操作時(shí)，基帶處理器M從存儲器子系統(tǒng)沈接收發(fā)射信息。接著由基帶處理器M對發(fā)射信息進(jìn)行數(shù)字調(diào)制。基帶處理器M接著將控制狀態(tài)設(shè)定為發(fā)射模式，且將經(jīng)數(shù)字調(diào)制的發(fā)射信號發(fā)送到收發(fā)器22。收發(fā)器22接著執(zhí)行對發(fā)射信號的RF調(diào)制。接著將發(fā)射信號從收發(fā)器22的TX RF輸出端子耦合到RF功率放大器30的輸入端子。 RF功率放大器30接著放大發(fā)射信號，因此增加發(fā)射信號的功率電平。接著將發(fā)射信號耦合到RF前端16的輸入端子。接著將發(fā)射信號耦合到天線12。接著由天線12將發(fā)射信號輻射于周圍空間中。圖2為根據(jù)第一示范性實(shí)施例的圖1所示的RF功率放大器裝置30的低階框圖， RF功率放大器裝置30包含功率放大器保護(hù)電路110，功率放大器保護(hù)電路110監(jiān)視功率級電流62、輸出電壓64、溫度102及功率放大器控制信號，接著調(diào)整驅(qū)動(dòng)器級增益360。功率放大器輸入(PA In)信號32耦合到RF輸入匹配網(wǎng)絡(luò)40的輸入端子。RF輸入匹配網(wǎng)絡(luò)40的輸出端耦合到驅(qū)動(dòng)器級50的第一輸入端子。驅(qū)動(dòng)器級50的輸出端子耦合到功率級60的輸入端子。功率級60的輸出端子耦合到RF輸出匹配網(wǎng)絡(luò)80的輸入端子、 RF功率檢測器90的輸入端子及電感器70的第二端子。電感器70的第一端子耦合到電壓供應(yīng)Vbatt 72。RF輸出匹配網(wǎng)絡(luò)80的輸出端子提供功率放大器輸出信號34。RF功率檢測器90的輸出提供輸出信號V。ut，輸出信號V。ut耦合到PA保護(hù)電路110的第一輸入端子。功率級提供漏極到源極電流值Ids 62，漏極到源極電流值Ids 62耦合到PA保護(hù)電路110的第二輸入端子。Ids值為流過在功率級60中以共源共柵配置耦合的晶體管的電流量。溫度傳感器100提供輸出信號Temp，輸出信號Temp耦合到PA保護(hù)電路110的第三輸入端子。RF PA控制信號20耦合到數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC) 118的輸入端子。DAC 118的第一輸出端子、第二輸出端子及第三輸出端子分別耦合到PA保護(hù)電路110的第四輸入端子、第五輸入端子及第六輸入端子。DAC 118的第一輸出端子提供信號Idsmax，信號Idsmax表示允許流過功率級60晶體管的最大漏極到源極電流。DAC 118的第二輸出端子提供信號Vmax，信號Vmax表示所允許的最大功率級60輸出電壓。DAC 118的第三輸出端子提供信號Tmax，信號Tmax表示所允許的最大操作溫度。PA保護(hù)電路110提供輸出驅(qū)動(dòng)器增益控制信號360，輸出驅(qū)動(dòng)器增益控制信號360耦合到驅(qū)動(dòng)器級50的第二輸入端。RF輸入匹配網(wǎng)絡(luò)40提供從收發(fā)器塊22的最大能量轉(zhuǎn)移。驅(qū)動(dòng)器級50提供對發(fā)射信號的放大。功率級60提供對發(fā)射信號的進(jìn)一步放大。RF輸出匹配網(wǎng)絡(luò)80提供從功率級60到RF前端16的最大能量轉(zhuǎn)移。電感器70提供電池電壓源72與功率級60輸出端子64之間的扼流圈。扼流圈提供DC信號的短路連接，同時(shí)提供RF信號的開路連接，因此僅允許DC信號在電池電壓源72與功率級輸出端子64之間流動(dòng)。RF功率檢測器90測量存在于功率級輸出端子64上的輸出功率，且提供存在于功率級輸出端子64上的對應(yīng)電壓值。 溫度傳感器100測量裝置溫度，且提供對應(yīng)于所測量的溫度的信號102。溫度傳感器100可提供電壓、電流、電阻或數(shù)字值，其與所測量的溫度相關(guān)。RF PA控制信號20將最大漏極到源極晶體管電流電平112、最大功率級60輸出電壓電平114及最大溫度值116提供給PA保護(hù)電路110。請注意，RF PA控制信號20可為耦合到PA保護(hù)電路110的多個(gè)模擬信號，或可為耦合到DAC 118的數(shù)字信號，DAC 118接著將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成三個(gè)單獨(dú)模擬信號。PA保護(hù)電路100接著將所測量的輸入與相應(yīng)RF PA控制輸入進(jìn)行比較。如果所測量的輸入中的任一者等于或大于對應(yīng)RF PA控制輸入，則通過調(diào)整驅(qū)動(dòng)器增益控制信號 360來減少驅(qū)動(dòng)器級50增益。如果所測量的輸入中的任一者均不等于或大于對應(yīng)RF PA控制輸入，則不調(diào)整驅(qū)動(dòng)器級50增益。此第一實(shí)施例通過監(jiān)視功率級60Ids電流62、輸出電壓92及操作溫度102且將所監(jiān)視的值與RF PA控制值進(jìn)行比較以確定最佳驅(qū)動(dòng)器級50增益設(shè)定來確保功率放大器電路的可靠性能。圖3為根據(jù)第二示范性實(shí)施例的圖1所示的RF功率放大器裝置30的低階框圖，RF 功率放大器裝置30包含自適應(yīng)參量功率放大器(PA)保護(hù)電路110a，自適應(yīng)參量功率放大器(PA)保護(hù)電路IlOa監(jiān)視功率級電流62、跨每一功率級晶體管施加的電壓66a、66b、66c、 頂部晶體管的柵極到漏極電壓68a、溫度102及RF功率放大器控制信號Vdsmax 114a、Idsmax 112a、Tmax v 116a、Vdgmax 144b，接著調(diào)整驅(qū)動(dòng)器級增益360a、施加于每一功率級晶體管的偏置電壓70a、70b、70c、數(shù)字增益控制360b及功率放大器狀態(tài)信號21。功率放大器輸入(PAIn)信號32耦合到射頻(RF)輸入匹配網(wǎng)絡(luò)40的輸入端子。 RF輸入匹配網(wǎng)絡(luò)40的輸出端耦合到驅(qū)動(dòng)器級50的第一輸入端子。驅(qū)動(dòng)器級50的輸出端子耦合到功率級60a的輸入端子。功率級60a的輸出端子耦合到RF輸出匹配網(wǎng)絡(luò)80的輸入端子及電感器70的第二端子。電感器70的第一端子耦合到電壓供應(yīng)Vbatt 72。RF輸出匹配網(wǎng)絡(luò)80的輸出端子提供功率放大器輸出信號34。功率級60a提供漏極到源極電流值 Ids 62，漏極到源極電流值Ids 62耦合到PA保護(hù)電路IlOa的第一輸入端子。功率級60a提供(以共源共柵配置耦合的頂部晶體管的)漏極到柵極晶體管電壓Vdg3 68a，漏極到柵極晶體管電壓Vdg3 68a耦合到PA保護(hù)電路IlOa的第二輸入端子。Ids值為流過在功率級60a 中以共源共柵配置耦合的晶體管的電流量。功率級60a提供(以共源共柵配置耦合的頂部晶體管的)漏極到源極電壓Vds3 66a，漏極到源極電壓Vds3 66a耦合到PA保護(hù)電路IlOa的第三輸入端子。功率級60a還可提供(分別為以共源共柵配置耦合的中間晶體管及底部晶體管的)漏極到源極電壓Vds2 66b及Vdsl 66c，漏極到源極電壓Vds2 66b及Vdsl 66c 可分別耦合到PA保護(hù)電路IlOa的第四輸入端子及第五輸入端子。溫度傳感器IOOa提供輸出信號iTempJ 102a，輸出信號Temp_V 102a耦合到PA保護(hù)電路IOOa的第六輸入端子。 RF PA控制信號20耦合到數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)IlS的輸入端子。DAC 118的第一輸出端子、 第二輸出端子及第三輸出端子分別耦合到PA保護(hù)電路110的第七輸入端子、第八輸入端子及第九輸入端子。DAC 118的第一輸出端子提供信號Idsmax，信號Idsmax表示允許流過功率級 60a晶體管的最大漏極到源極電流。DAC 118的第二輸出端子提供信號Vdsmax，信號Vdsmax 表示針對用于功率級60a中的晶體管所允許的最大漏極到源極電壓。DAC 118的第三輸出端子提供信號Vdgmax，信號Vd,x表示針對用于功率級60a中的頂部晶體管所允許的最大漏極到柵極電壓。DAC 118的第四輸出端子提供信號Tmax，信號Tmax表示所允許的最大操作溫度。PA保護(hù)電路IlOa提供第一輸出驅(qū)動(dòng)器增益控制信號360a，第一輸出驅(qū)動(dòng)器增益控制信號360a耦合到驅(qū)動(dòng)器級50的第二輸入。PA保護(hù)電路IlOa提供第二輸出增益控制信號 360b。PA保護(hù)電路110提供第三輸出RF PA狀態(tài)信號。RF輸入匹配網(wǎng)絡(luò)40提供從收發(fā)器塊22的最大能量轉(zhuǎn)移。驅(qū)動(dòng)器級50提供對發(fā)射信號的放大。功率級60a提供對發(fā)射信號的進(jìn)一步放大。RF輸出匹配網(wǎng)絡(luò)80提供從功率級60a到RF前端16的最大能量轉(zhuǎn)移。電感器70提供電池電壓源72與功率級60a輸出端子64之間的扼流圈。扼流圈提供DC信號的短路連接，同時(shí)提供RF信號的開路連接，因此僅允許DC信號在電池電壓源72與功率級輸出端子64之間流動(dòng)。由PA保護(hù)電路IlOa 測量漏極到柵極電壓68a及漏極到源極電壓66a/66b/66c。溫度傳感器100測量裝置溫度， 且提供對應(yīng)于所測量的溫度的信號。溫度傳感器可提供電壓、電流、電阻或數(shù)字值，其與所測量的溫度相關(guān)。RF PA控制信號20將最大漏極到源極晶體管電流電平112a、最大功率級60a晶體管漏極到源極電壓IHa及漏極到柵極電壓114b以及最大溫度值116a提供給PA保護(hù)電路 110a。請注意，RF PA控制信號可為耦合到PA保護(hù)電路IlOa的多個(gè)模擬信號，或可為耦合到DAC 118的數(shù)字信號，DAC 118接著將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成四個(gè)單獨(dú)模擬信號。PA保護(hù)電路IlOa提供三個(gè)輸出信號。PA保護(hù)電路IlOa提供第一輸出增益控制信號360a。增益控制信號360a調(diào)整驅(qū)動(dòng)器級50的增益。PA保護(hù)電路IlOa提供第二輸出增益控制信號360b。增益控制信號360b可用以調(diào)整應(yīng)用于收發(fā)器塊22或基帶處理塊M 中的增益。PA保護(hù)電路IlOa提供第三輸出RF PA狀態(tài)信號21。可由基帶處理器對監(jiān)視 RF PA狀態(tài)信號21以計(jì)算對提供到PA保護(hù)電路IlOa的RF PA控制信號20的調(diào)整。PA保護(hù)電路接著將所測量的輸入與相應(yīng)RF PA控制輸入進(jìn)行比較。如果所測量的輸入中的任一者等于或大于對應(yīng)RF PA控制輸入，則通過調(diào)整驅(qū)動(dòng)器增益控制信號360a來減少驅(qū)動(dòng)器級 50增益。如果所測量的輸入中的任一者均不等于或大于對應(yīng)RF PA控制輸入，則不調(diào)整驅(qū)動(dòng)器級50增益。此第二實(shí)施例通過監(jiān)視功率級60a Ids電流62a、頂部晶體管漏極到柵極電壓68a、 晶體管漏極到源極電壓66a/66b/66c及操作溫度10 且將所監(jiān)視的值與相應(yīng)RF PA控制值進(jìn)行比較以確定最佳驅(qū)動(dòng)器級50增益設(shè)定來確保功率放大器電路的可靠性能。圖4為根據(jù)第二示范性實(shí)施例的圖3所示的功率級60a的詳細(xì)示意圖，功率級60a包含以共源共柵配置耦合的三個(gè)晶體管175、170、160。晶體管175、170及160以共源共柵配置耦合。晶體管175的漏極耦合到功率級輸出端64。晶體管175的源極耦合到晶體管170的漏極。晶體管170的源極耦合到晶體管 160的漏極。晶體管160的源極耦合到接地。每一晶體管160、160a、170、175的柵極均耦合到電阻電容網(wǎng)絡(luò)。晶體管160及160a 的柵極耦合到電容器110的第二端子及電阻器100的第二端子。驅(qū)動(dòng)器級輸出52耦合到電容器110的第一端子。偏置電壓Vbiasl耦合到電阻器100的第一端子。偏置電壓Vbias2 耦合到電阻器130的第一端子。電阻器130的第二端子耦合到晶體管170的柵極及電容器 120的第一端子。電容器120的第二端子耦合到接地。偏置電壓Vbias3耦合到電阻器150 的第一端子。電阻器150的第二端子耦合到晶體管175的柵極端子及電容器140的第一端子。電容器140的第二端子耦合到接地。運(yùn)算放大器180測量晶體管175的漏極到柵極電壓。晶體管175的漏極及功率級輸出端64耦合到運(yùn)算放大器180的第一輸入端。晶體管175的柵極耦合到運(yùn)算放大器180 的第二輸入端。運(yùn)算放大器180的輸出端子提供漏極到柵極電壓68a。此處請注意，還可利用耦合到運(yùn)算放大器的差分檢測器或一對單端檢測器來實(shí)施圖4所示的運(yùn)算放大器180。運(yùn)算放大器190a測量晶體管175的漏極到源極電壓。晶體管175的漏極耦合到運(yùn)算放大器190a的第一輸入端子。晶體管175的源極耦合到運(yùn)算放大器190a的第二輸入端子。運(yùn)算放大器190a的輸出端提供漏極到源極電壓66a。此處請注意，還可利用耦合到運(yùn)算放大器的差分檢測器或一對單端檢測器來實(shí)施圖4所示的運(yùn)算放大器190a。運(yùn)算放大器190b可用以測量晶體管170的漏極到源極電壓。晶體管170的漏極耦合到運(yùn)算放大器190b的第一輸入端子。晶體管170的源極耦合到運(yùn)算放大器190b的第二輸入端子。運(yùn)算放大器190b的輸出端提供漏極到源極電壓66b。此處請注意，還可利用耦合到運(yùn)算放大器的差分檢測器或一對單端檢測器來實(shí)施圖4所示的運(yùn)算放大器190b。運(yùn)算放大器190c可用以測量晶體管160的漏極到源極電壓。晶體管160的漏極耦合到運(yùn)算放大器190c的第一輸入端子。晶體管160的源極耦合到運(yùn)算放大器190c的第二輸入端子。運(yùn)算放大器190c的輸出端提供漏極到源極電壓66c。此處請注意，還可利用耦合到運(yùn)算放大器的差分檢測器或一對單端檢測器來實(shí)施圖4所示的運(yùn)算放大器190c。請注意，可針對各種操作要求來調(diào)整上文所描述的晶體管端子電壓測量的組合。 所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將從以上描述理解利用此晶體管端子電壓監(jiān)視方案的益處。圖5為展示收發(fā)器邏輯電路的操作流程的流程圖，所述流程是由圖3所示的功率放大器保護(hù)電路IlOa來執(zhí)行的。在步驟402中，基帶處理器M激活收發(fā)器22及RF PA 30a，接著配置PA保護(hù)電路110a。在步驟404中，針對最佳PAE、裝置可靠性來設(shè)定PA保護(hù)電路IlOa晶體管擊穿電壓值(112a、lHa、l 14b、116a)，且清除RF PA狀態(tài)21( = 0)。在步驟406中，PA保護(hù)電路IlOa檢測功率級漏極到源極電壓參數(shù)值(Vds3 66a、Vds2 66b (任選)、Vdsl 66c(任選))。在步驟408中，PA保護(hù)電路110a檢測功率狀態(tài)漏極到柵極電壓參數(shù)值Vdg3 68a。在步驟410中，PA保護(hù)電路IlOa檢測功率級漏極到源極電流參數(shù)值Ids 62a。在步驟412中，PA保護(hù)電路檢測RF功率放大器30a操作溫度參數(shù)值Temp_V 102a。 在步驟414中，PA保護(hù)電路IlOa確定所測量的參數(shù)值是否小于對應(yīng)晶體管擊穿閾值。如果所測量的參數(shù)值小于對應(yīng)晶體管擊穿閾值電壓，則返回到步驟404。如果所測量的參數(shù)值不小于對應(yīng)晶體管擊穿閾值電壓，則去往步驟416。在步驟416中，PA保護(hù)電路IlOa與對應(yīng)所測量的參數(shù)值與晶體管擊穿閾值之間的最大差值成比例地降低增益控制(1或幻36(^ 或360b信號，且設(shè)定RF PA狀態(tài)21 ( = 1)。上文所描述的自適應(yīng)參量功率放大器電路的示范性實(shí)施例可用以提供高效率，同時(shí)防止功率級超過CMOS晶體管擊穿電壓。導(dǎo)致增加的集成度，因此減小裝置大小及成本， 同時(shí)仍滿足各種通信技術(shù)的性能要求。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，可使用多種不同技藝及技術(shù)中的任一者來表示信息及信號。舉例來說，可通過電壓、電流、電磁波、磁場或磁性粒子、光場或光學(xué)粒子或其任何組合來表示可貫穿以上描述所提及的數(shù)據(jù)、指令、命令、信息、信號、位、符號及碼片。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將進(jìn)一步了解，結(jié)合本文中所揭示的實(shí)施例而描述的各種說明性邏輯塊、模塊、電路及算法步驟可實(shí)施為電子硬件、計(jì)算機(jī)軟件或所述兩者的組合。為了清楚地說明硬件與軟件的此互換性，上文已大體上在其功能性方面描述了各種說明性組件、塊、模塊、電路及步驟。將此功能性實(shí)施為硬件還是軟件取決于特定應(yīng)用及強(qiáng)加于整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)約束。熟練的技術(shù)人員可針對每一特定應(yīng)用以變化的方式來實(shí)施所描述的功能性，但不應(yīng)將所述實(shí)施方案決策解釋為導(dǎo)致脫離本發(fā)明的示范性實(shí)施例的范圍。結(jié)合本文中所揭示的實(shí)施例而描述的各種說明性邏輯塊、模塊及電路可用經(jīng)設(shè)計(jì)以執(zhí)行本文中所描述的功能的通用處理器、數(shù)字信號處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、 現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)或其它可編程邏輯裝置、離散門或晶體管邏輯、離散硬件組件或其任何組合來實(shí)施或執(zhí)行。通用處理器可為微處理器，但在替代方案中，處理器可為任何常規(guī)處理器、控制器、微控制器或狀態(tài)機(jī)。處理器還可實(shí)施為計(jì)算裝置的組合，例如，DSP與微處理器的組合、多個(gè)微處理器、結(jié)合DSP核心的一個(gè)或一個(gè)以上微處理器或任何其它此類配置。結(jié)合本文中所揭示的實(shí)施例而描述的方法或算法的步驟可直接以硬件、以由處理器執(zhí)行的軟件模塊或以所述兩者的組合來體現(xiàn)。軟件模塊可駐留于隨機(jī)存取存儲器(RAM)、 快閃存儲器、只讀存儲器(ROM)、電可編程ROM(EPROM)、電可擦除可編程ROM(EEPROM)、寄存器、硬盤、可裝卸式盤、CD-ROM或此項(xiàng)技術(shù)中已知的任何其它形式的存儲媒體中。示范性存儲媒體耦合到處理器，使得處理器可從存儲媒體讀取信息及將信息寫入到存儲媒體。在替代方案中，存儲媒體可與處理器成一體式。處理器及存儲媒體可駐留于ASIC中。ASIC可駐留于用戶終端中。在替代方案中，處理器及存儲媒體可作為離散組件駐留于用戶終端中。在一個(gè)或一個(gè)以上示范性實(shí)施例中，可以硬件、軟件、固件或其任何組合來實(shí)施所描述的功能。如果以軟件來實(shí)施，則所述功能可作為一個(gè)或一個(gè)以上指令或代碼而存儲于計(jì)算機(jī)可讀媒體上或經(jīng)由計(jì)算機(jī)可讀媒體傳輸。計(jì)算機(jī)可讀媒體包括計(jì)算機(jī)存儲媒體及通信媒體兩者，通信媒體包括促進(jìn)將計(jì)算機(jī)程序從一處傳送到另一處的任何媒體。存儲媒體可為可由計(jì)算機(jī)存取的任何可用媒體。借助于實(shí)例而非限制，所述計(jì)算機(jī)可讀媒體可包含 RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盤存儲裝置、磁盤存儲裝置或其它磁性存儲裝置，或可用以載運(yùn)或存儲呈指令或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式的所要程序代碼且可由計(jì)算機(jī)存取的任何其它媒體。 而且，將任何連接恰當(dāng)?shù)胤Q為計(jì)算機(jī)可讀媒體。舉例來說，如果使用同軸電纜、光纖電纜、雙絞線、數(shù)字訂戶線(DSL)或例如紅外線、無線電及微波等無線技術(shù)從網(wǎng)站、服務(wù)器或其它遠(yuǎn)程源傳輸軟件，則同軸電纜、光纖電纜、雙絞線、DSL或例如紅外線、無線電及微波等無線技
11術(shù)包括于媒體的定義中。如本文中所使用，磁盤及光盤包括壓縮光盤(CD)、激光光盤、光學(xué)光盤、數(shù)字通用光盤(DVD)、軟性磁盤及藍(lán)光光盤，其中磁盤通常以磁性方式再生數(shù)據(jù)，而光盤借助激光以光學(xué)方式再生數(shù)據(jù)。上述各項(xiàng)的組合也應(yīng)包括于計(jì)算機(jī)可讀媒體的范圍內(nèi)。
提供對所揭示的示范性實(shí)施例的先前描述以使所屬領(lǐng)域的任何技術(shù)人員能夠制作或使用本發(fā)明。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易明白對這些示范性實(shí)施例的各種修改，且在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，本文中所界定的一般原理可應(yīng)用于其它實(shí)施例。因此，本發(fā)明不希望限于本文中所展示的實(shí)施例，而是應(yīng)被賦予與本文中所揭示的原理及新穎特征一致的最廣范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于耦合到射頻RF功率放大器PA的裝置，所述RF PA具有具對應(yīng)晶體管擊穿閾值的功率級，所述裝置包含增益控制元件；及自適應(yīng)參量PA保護(hù)電路，其用以接收至少一個(gè)功率級漏極-源極電壓參數(shù)值、至少一個(gè)功率級漏極-柵極電壓參數(shù)值及至少一個(gè)功率級漏極-源極電流參數(shù)值的輸入，且包括自適應(yīng)參量PA保護(hù)電路，所述自適應(yīng)參量PA保護(hù)電路具有用于處理所述參數(shù)值的第一區(qū)段及用于產(chǎn)生增益校正信號以在所述對應(yīng)晶體管擊穿閾值內(nèi)用所述功率級的最佳功率附加效率PAE調(diào)整所述增益控制元件的第二區(qū)段。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述功率級漏極-源極電流參數(shù)值通過連接到所述功率級的至少一個(gè)電流鏡而耦合到所述自適應(yīng)參量PA保護(hù)電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述RFPA用RF互補(bǔ)金屬氧化物硅RF-CMOS晶體管實(shí)施于集成電路IC中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述功率級包含多個(gè)RF-CMOS晶體管，所述多個(gè)RF-CMOS晶體管經(jīng)堆疊以在所述功率級中的多個(gè)RF-CMOS晶體管上劃分所述功率級漏極-源極電壓參數(shù)值，且在所述對應(yīng)CMOS晶體管擊穿閾值的倍數(shù)內(nèi)操作所述功率級。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述功率級包含多個(gè)RF-CMOS晶體管，所述多個(gè) RF-CMOS晶體管并聯(lián)以在所述功率級中的多個(gè)RF-CMOS晶體管上劃分所述功率級漏極-源極電流參數(shù)值，且在所述對應(yīng)CMOS晶體管擊穿閾值的倍數(shù)內(nèi)操作所述功率級。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述自適應(yīng)參量PA保護(hù)電路調(diào)整所述增益校正信號以將跨功率級漏極-源極及功率級漏極-柵極的RF電壓擺動(dòng)限制在所述對應(yīng)CMOS晶體管擊穿閾值內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述自適應(yīng)參量PA保護(hù)電路被實(shí)施為模擬控制回路。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述自適應(yīng)參量PA保護(hù)電路具有對應(yīng)晶體管擊穿閾值以用于基于至少兩個(gè)輸入?yún)?shù)值來調(diào)整所述增益控制元件的所述增益校正信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述自適應(yīng)參量PA保護(hù)電路與所述功率級一起嵌入于共同RF PA集成電路IC中。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中用于所述自適應(yīng)參量PA保護(hù)電路的所述對應(yīng)晶體管擊穿閾值是基于所述RF PA的操作溫度、操作頻率及操作模式來加以更改。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述RFPA供在并入有具有RF PA控制信號的基帶處理器的無線通信裝置中使用，所述RF PA控制信號更改所述晶體管擊穿閾值中的至少一者以用于所述自適應(yīng)參量PA保護(hù)電路的操作。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述自適應(yīng)參量PA保護(hù)電路包括數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，所述數(shù)/模轉(zhuǎn)換器用于將所述RF PA控制信號轉(zhuǎn)換為至少一個(gè)模擬晶體管擊穿閾值以用于所述自適應(yīng)參量PA保護(hù)電路的所述操作。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其中所述自適應(yīng)參量PA保護(hù)電路包括模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換器用于測量作為去往數(shù)字自適應(yīng)參量PA保護(hù)電路的數(shù)字輸入的至少一個(gè)功率級漏極-源極電壓參數(shù)值、至少一個(gè)功率級漏極-柵極電壓參數(shù)值及至少一個(gè)功率級偏置電流參數(shù)值。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述數(shù)字自適應(yīng)參量PA保護(hù)電路被實(shí)施為嵌入于所述共同RF PA IC內(nèi)的硬件狀態(tài)機(jī)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述數(shù)字自適應(yīng)參量PA保護(hù)電路為所述基帶處理器的部分。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其中所述數(shù)字自適應(yīng)參量PA保護(hù)電路被實(shí)施為在所述基帶處理器的控制下的硬件狀態(tài)機(jī)。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其中所述數(shù)字自適應(yīng)參量PA保護(hù)電路是以在所述基帶處理器的控制下執(zhí)行的軟件來實(shí)施。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述增益控制元件包括在所述RFPA的所述功率級之前的至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)器級。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述增益控制元件包括在所述RFPA的所述功率級之前的至少一個(gè)可變RF衰減器。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述增益控制元件包括至少一個(gè)可變增益RF混頻器。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述增益控制元件包括至少一個(gè)可變模擬基帶放大器。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述增益控制元件包括至少一個(gè)可變模擬基帶衰減器。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述增益控制元件包括至少一個(gè)可變數(shù)字基帶乘法器。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述增益控制元件包括至少一個(gè)可變數(shù)字基帶除法器。
25.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述增益控制元件包括用于在所述RFPA之前的至少一個(gè)其它發(fā)射電路元件的增益調(diào)整的至少一個(gè)可變偏置信號。
26.—種包括計(jì)算機(jī)可讀媒體的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，所述計(jì)算機(jī)可讀媒體包含用于致使計(jì)算機(jī)進(jìn)行以下操作的代碼從位于在射頻RF功率電平下進(jìn)行發(fā)射的無線通信裝置內(nèi)的射頻功率放大器RF PA的功率級獲得至少一個(gè)功率級漏極-源極電壓參數(shù)值、至少一個(gè)功率級漏極-柵極電壓參數(shù)值及至少一個(gè)功率級漏極-源極電流參數(shù)值的輸入；將所述功率級漏極-源極電壓參數(shù)值、所述功率級漏極-柵極電壓參數(shù)值及所述功率級漏極-源極電流參數(shù)值與對應(yīng)晶體管擊穿閾值進(jìn)行比較；在所述功率級漏極-源極電壓參數(shù)值、所述功率級漏極-柵極電壓參數(shù)值或所述功率級漏極-源極電流參數(shù)值中的至少一者大于所述對應(yīng)晶體管擊穿閾值時(shí)斷言RF PA狀態(tài)信號；及響應(yīng)于所述斷言的RF PA狀態(tài)信號而降低所述無線通信裝置發(fā)射功率電平，直到所有所述功率級漏極-源極電壓參數(shù)值、所述功率級漏極-柵極電壓參數(shù)值及所述功率級漏極-源極電流參數(shù)值均小于所述對應(yīng)晶體管擊穿閾值為止，同時(shí)維持最佳功率級PAE。
27.一種無線通信裝置，其包含用于從在射頻RF功率電平下進(jìn)行發(fā)射的射頻功率放大器RF PA的功率級獲得至少一個(gè)功率級漏極-源極電壓參數(shù)值、至少一個(gè)功率級漏極-柵極電壓參數(shù)值及至少一個(gè)功率級漏極-源極電流參數(shù)值的裝置；用于將所述功率級漏極-源極電壓參數(shù)值、所述功率級漏極-柵極電壓參數(shù)值及所述功率級漏極-源極電流參數(shù)值與對應(yīng)晶體管擊穿閾值進(jìn)行比較的裝置；用于在所述功率級漏極-源極電壓參數(shù)值、所述功率級漏極-柵極電壓參數(shù)值或所述功率級漏極-源極電流參數(shù)值中的至少一者大于所述對應(yīng)晶體管擊穿閾值時(shí)斷言RF PA狀態(tài)信號的裝置；及用于響應(yīng)于所述斷言的RF PA狀態(tài)信號而降低所述RF功率電平直到所有所述功率級漏極-源極電壓參數(shù)值、所述功率級漏極-柵極電壓參數(shù)值及所述功率級漏極-源極電流參數(shù)值均小于所述對應(yīng)晶體管擊穿閾值為止且同時(shí)維持最佳功率級PAE的裝置。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的裝置，其進(jìn)一步包含用于經(jīng)由基帶處理器控制進(jìn)行自適應(yīng)參量PA保護(hù)的裝置。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的裝置，其進(jìn)一步包含用于經(jīng)由硬件狀態(tài)機(jī)控制進(jìn)行自適應(yīng)參量PA保護(hù)的裝置。
30.一種在無線通信裝置內(nèi)的方法，其包含從在射頻RF功率電平下進(jìn)行發(fā)射的射頻功率放大器RF PA的功率級獲得至少一個(gè)功率級漏極-源極電壓參數(shù)值、至少一個(gè)功率級漏極-柵極電壓參數(shù)值及至少一個(gè)功率級漏極-源極電流參數(shù)值；將所述功率級漏極-源極電壓參數(shù)值、所述功率級漏極-柵極電壓參數(shù)值及所述功率級漏極-源極電流參數(shù)值與對應(yīng)晶體管擊穿閾值進(jìn)行比較；在所述功率級漏極-源極電壓參數(shù)值、所述功率級漏極-柵極電壓參數(shù)值或所述功率級漏極-源極電流參數(shù)值中的至少一者大于所述對應(yīng)晶體管擊穿閾值時(shí)斷言RF PA狀態(tài)信號；及響應(yīng)于所述斷言的RF PA狀態(tài)信號而降低所述RF功率電平，直到所有所述功率級漏極-源極電壓參數(shù)值、所述功率級漏極-柵極電壓參數(shù)值及所述功率級漏極-源極電流參數(shù)值均小于所述對應(yīng)晶體管擊穿閾值為止，同時(shí)維持最佳功率級PAE。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其進(jìn)一步包含經(jīng)由基帶處理器控制進(jìn)行自適應(yīng)參量 PA保護(hù)。
32.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其進(jìn)一步包含經(jīng)由硬件狀態(tài)機(jī)控制進(jìn)行自適應(yīng)參量 PA保護(hù)。
全文摘要
本發(fā)明描述一種包括增益控制元件的裝置，所述增益控制元件耦合于具有自適應(yīng)參量功率放大器PA保護(hù)電路的射頻RF PA之前或之內(nèi)。在示范性實(shí)施例中，所述裝置包括增益控制元件，所述增益控制元件耦合于具有帶有對應(yīng)晶體管擊穿閾值的功率級的射頻功率放大器之前，所述裝置具有自適應(yīng)參量PA保護(hù)電路，所述自適應(yīng)參量PA保護(hù)電路經(jīng)配置以接收至少一個(gè)功率級漏極-源極電壓參數(shù)值、至少一個(gè)功率級漏極-柵極電壓參數(shù)值及至少一個(gè)功率級漏極-源極電流參數(shù)值，且所述裝置包括自適應(yīng)參量PA保護(hù)電路，所述自適應(yīng)參量PA保護(hù)電路具有用于處理所述參數(shù)值的第一區(qū)段及用于產(chǎn)生增益校正信號以在所述對應(yīng)晶體管擊穿閾值內(nèi)用所述功率級的最佳功率附加效率PAE調(diào)整所述增益控制元件的第二區(qū)段。
文檔編號H03F1/52GK102439856SQ201080022348
公開日2012年5月2日 申請日期2010年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月21日
發(fā)明者居爾卡瓦·S·薩霍塔, 阿里斯托泰萊·哈奇克里斯托斯 申請人:高通股份有限公司