專利名稱：根據(jù)第二集成電路的信號增益對第一集成電路中偏流的調(diào)節(jié)的制作方法
背景技術(shù)：
I.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及通信電路。更明確地說，本發(fā)明涉及用于根據(jù)第二集成電路(IC)的信號增益來調(diào)節(jié)第一IC中電路的偏流的新穎并改進(jìn)了的技術(shù)。
II.相關(guān)技術(shù)描述高性能發(fā)射機的設(shè)計由于各種設(shè)計考慮而成為難題。首先，許多應(yīng)用都要求高性能。高性能可以用有源器件(例如，放大器、混頻器等等)的線性及其噪聲性能來定義。其次，對于諸如蜂窩通信系統(tǒng)這樣的某些應(yīng)用，由于蜂窩電話或遠(yuǎn)程站的便攜式性質(zhì)，因此低功耗成為重要的設(shè)計目標(biāo)。一般而言，高性能和低功耗在設(shè)計中是矛盾的。
除了上面的設(shè)計目標(biāo)之外，需要某些發(fā)射機來提供其發(fā)射輸出功率中寬范圍的調(diào)節(jié)。需要這種寬功率調(diào)節(jié)的一種應(yīng)用是碼分多址(CDMA)通信系統(tǒng)。在CDMA系統(tǒng)中，來自每個用戶的信號在整個(例如，1.2288MHz)系統(tǒng)帶寬上被頻譜擴展。由此，從每個發(fā)射用戶發(fā)出的信號成為對系統(tǒng)中其它用戶的信號的干擾。為了提高系統(tǒng)容量，每個發(fā)射遠(yuǎn)程站的輸出功率被調(diào)節(jié)，以便保持所需的性能水平(例如，特定的誤碼率)而使對其它用戶的干擾最小。
從遠(yuǎn)程站發(fā)出的信號受到各種傳輸現(xiàn)象影響，包括路徑損耗和衰落。這些現(xiàn)象和控制發(fā)送功率的需求會導(dǎo)致很難規(guī)定所需的發(fā)送功率控制范圍。實際上，對CDMA系統(tǒng)來說，每個遠(yuǎn)程站發(fā)射機都需要能在大約85dB的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)其輸出功率。
也為CDMA系統(tǒng)規(guī)定了遠(yuǎn)程站發(fā)射機的線性(即，間接地通過鄰近的信道功率抑制ACPR規(guī)范)。對于大多數(shù)有源電路，線性性部分地由對電路偏置所用的電流量而被確定。一般能通過使用較大的偏流量來達(dá)到較大的線性。同樣，較大的信號電平需要較大范圍的線性，它也能通過較大的偏流量來達(dá)到。
為了在所有輸出功率電平上(包括高電平)達(dá)到要求的線性水平，發(fā)送信號通道中的有源電路可以用大量電流加偏。例如，有源電路可以用以最大規(guī)定的輸出功率電平提供所需線性水平的偏流量來加偏。這可以確保在所有發(fā)送功率水平提供所需的線性水平。然而，即使在以較低的輸出功率電平的發(fā)送期間，該方案始終消耗大量偏流，從而導(dǎo)致不經(jīng)濟的功率消耗。
更復(fù)雜的方面在于，發(fā)送信號通道可以用兩個或多個集成電路(IC)來實現(xiàn)。例如，發(fā)送信號通道的IF部分可以在一個IC上實現(xiàn)而RF部分可以在另一個IC上實現(xiàn)。有效并高效的偏置控制機制會需要結(jié)合兩個部分的增益和偏置控制來提供所需性能并保存功率。
發(fā)明摘要本發(fā)明提供了技術(shù)以根據(jù)在另一個集成電路(IC)上實現(xiàn)的可變增益元件的信號增益來調(diào)節(jié)在一個IC上實現(xiàn)的有源電路的偏流。一般而言，特定有源電路的偏流影響包括線性、噪聲系數(shù)、頻率響應(yīng)及其它等各種性能。提供所需性能水平的偏流數(shù)量取決于被提供給有源電路的輸入信號或功率電平。功率電平可以從用來控制位于發(fā)送信號通道中的有源電路前的可變增益元件的增益控制信號中推斷出來。
本發(fā)明的實施例提供了用于控制發(fā)送信號通道中有源電路的偏流的方法。按照該方法，至少接收到一個增益控制信號，每個增益控制信號表示位于發(fā)送信號通道中有源電路之前的可變增益元件的信號增益。然后估計被提供給有源電路的輸入信號的信號(或功率)電平，所估計的輸入信號電平至少部分基于所接收的一個增益控制信號。有源電路的偏流部分地根據(jù)所估計的輸入信號電平被確定。有源電路用所確定的偏流被偏置。
該方法在從一個IC提供輸入信號并且在另一個IC上實現(xiàn)有源電路時特別有利。輸入信號可以從發(fā)送信號通道的IF部分中被提供，有源電路可以是RF部分的一部分。偏置的電路可以被限制在由上限偏流和下限偏流(例如，它可被設(shè)為上限偏流的10％到50％)定義的范圍內(nèi)。例如，有源電路可以是混頻器、緩沖器、放大器或其它類型的有源電路。
本發(fā)明的另一個實施例提供了包括至少一個可變增益元件、至少一個有源電路、增益控制電路和偏置控制電路的發(fā)射機?？勺冊鲆嬖诘谝籌C上實現(xiàn)，而有源電路在第二IC上實現(xiàn)，第一IC的輸出操作上耦合到第二IC的輸入。增益控制電路耦合到可變增益元件并為每個可變增益元件提供增益控制信號。偏置控制電路耦合到增益控制電路以及到選定的一個或多個有源電路，并且為每個選定的有源電路提供一個偏置信號。偏置信號按照來自增益控制電路的增益控制信號而產(chǎn)生。每個可變增益元件可以作為可變增益放大器(VGA)、衰減器、乘法器或其它電路來實現(xiàn)。偏置控制電路可以用一對“電流控制差分對”和一對(可編程)電流源來實現(xiàn)，每個流控差分對用一個電流源。帶隙參考電路可以被用來提供在溫度和電源變化上穩(wěn)定的參考電路。
附圖的簡要說明通過下面提出的結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，本發(fā)明的特征、性質(zhì)和優(yōu)點將變得更加明顯，附圖中相同的符號具有相同的標(biāo)識，其中

圖1示出發(fā)射機的實施例的簡化框圖；圖2示出發(fā)射機的特定實現(xiàn)方式的簡化框圖；圖3示出由發(fā)送信號通道中的非線性產(chǎn)生的CDMA擴頻信號和失真分量的圖；圖4示出用于特定偏流設(shè)置的發(fā)送信號通道中電路的信號擺幅曲線；圖5示出發(fā)送信號通道中特定的有源電路的偏流Ibias和信號電流Isignal與電路的輸入功率電平Pin的關(guān)系曲線；圖6示出IF輸出功率電平與IF增益控制的關(guān)系曲線；圖7示出發(fā)送信號通道中電路的最小偏流Ibias，min和額定偏流Ibias，nom與增益控制值的關(guān)系曲線；以及圖8示出用于產(chǎn)生偏流Ibias的實施例的示意圖，該偏流的傳輸函數(shù)類似圖7所示的雙曲線函數(shù)。
特定實施例的詳細(xì)說明圖1示出發(fā)射機100的實施例的簡化框圖。數(shù)字處理器110產(chǎn)生數(shù)據(jù)，編碼并調(diào)制該數(shù)據(jù)，并且將該經(jīng)數(shù)字處理的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬信號。模擬信號被提供給基帶(BB)緩沖器122，它緩沖該信號并將經(jīng)緩沖的信號提供給混頻器124。混頻器124接收處在中頻(IF LO)的載波信號(例如，正弦波)并且用該IF LO上變頻并調(diào)制經(jīng)緩沖的基帶信號以產(chǎn)生IF信號。該IF信號被提供給IF可變增益放大器(IF VGA)126，它放大由來自增益控制電路130的增益控制信號128確定的增益的信號。經(jīng)放大的IF信號被提供給濾波器132，它過濾該IF信號以去除帶外噪聲和不期望的信號。濾波器132一般是帶通濾波器。
經(jīng)濾波的IF信號被提供給IF緩沖器142，它緩沖該信號并將經(jīng)緩沖的IF信號提供給混頻器144?；祛l器144接收處在射頻(RF LO)的另一載波信號(例如，正弦波)并用該RF LO上變頻經(jīng)緩沖的IF信號以產(chǎn)生RF信號。混頻器124和144都可以是單邊帶混頻器或雙邊帶混頻器。對于單邊帶混頻器，可以用一個或多個移相器來產(chǎn)生具有適當(dāng)相位的載波信號。RF信號被提供給RF VGA 146，它放大具有由來自增益控制電路130的增益控制信號148確定的增益的信號。經(jīng)放大的RF信號被提供給功率放大器(PA)驅(qū)動器150，它與諸如外部濾波器(即，用于過濾鏡像和寄生信號)和功率放大器(圖1中均未示出)之類的隨后的電路系統(tǒng)接口。PA提供所需的信號驅(qū)動，且其輸出通過隔離器和雙工器(圖1中未示出)耦合到天線。
圖1所示的發(fā)送信號通道包括IF信號通道和RF信號通道(或IF和RF部分)。IF信號通道可以包括BB緩沖器122、混頻器124、IF VGA 126、和可能的濾波器132。RF信號通道可包括IF緩沖器142、混頻器144、RF VGA 146和PA驅(qū)動器150。一般而言，IF信道通道包括接收模擬(基帶)信號(例如，從數(shù)字處理器)并產(chǎn)生經(jīng)處理的(例如，經(jīng)上變頻和/或經(jīng)調(diào)制的)IF信號的電路元件。RF信道通道包括接收經(jīng)處理的IF信號并產(chǎn)生輸出RF信號的電路元件。
可以對圖1所示的發(fā)射機實施例作出各種修改。例如，發(fā)送信號通道中可以提供較少或附加的濾波器、緩沖器和放大器級。此外，信號通道內(nèi)的元件可以被排列在不同配置中。另外，發(fā)送信號通道中的可變增益可由VGA(如圖1所示)、可變衰減器、乘法器、其它可變增益元件或上面的組合來提供。盡管可以使用不同數(shù)量的集成電路，然而在特定的實現(xiàn)方式中，從BB緩沖器122到IF VGA 126的IF信號通道在一個集成電路內(nèi)實現(xiàn)，而從IF緩沖器142到PA驅(qū)動器150的RF信號通道在第二集成電路內(nèi)實現(xiàn)。
在一個特定的發(fā)射機實施例中，對來自數(shù)字處理器的同相(I)基帶信號和正交(Q)基帶信號進(jìn)行正交調(diào)制。在這種設(shè)計中，一對BB緩沖器緩沖該I和Q基帶信號，而一對混頻器分別用同相和正交的IF LO來調(diào)制經(jīng)緩沖的I和Q基帶信號。I和Q已調(diào)信號接著被組合以產(chǎn)生IF信號。在另一個特定的發(fā)射機實施例中，在數(shù)字處理器內(nèi)數(shù)字地執(zhí)行正交調(diào)制，然后用一個或多個上變頻級把已調(diào)信號上變頻為IF或RF。
發(fā)射機100可被用于諸如蜂窩通信系統(tǒng)之類的許多通信應(yīng)用中。蜂窩通信系統(tǒng)的實例包括碼分多址(CDMA)通信系統(tǒng)、時分復(fù)用(TDMA)通信系統(tǒng)和模擬FM通信系統(tǒng)。CDMA系統(tǒng)一般被設(shè)計以遵從“TIA/EIA/IS-95-A MobileStation-Base Station Compatibility Standard for Dual-Mode WidebandSpread Spectrum Cellular System”，它在下文中被稱為IS-95-A標(biāo)準(zhǔn)。CDMA系統(tǒng)也被設(shè)計以遵從題為“Recommended Minimum Performance Standard forDual-Mode Spread Spectrum Cellular and PCS Mobile Stations”的TIA/EIA/IS-98-A、-B和-C標(biāo)準(zhǔn)，下文中被總稱為IS-98標(biāo)準(zhǔn)。
IS-05-A標(biāo)準(zhǔn)要求來自遠(yuǎn)程站的輸出功率在以規(guī)定(例如，0.5dB)增量85dB的范圍內(nèi)可調(diào)。典型的遠(yuǎn)程站被設(shè)計為從大約-50dBm到+23dBm之間發(fā)送。一般而言，發(fā)送信號通道中的電路放大或衰減該信號以便適當(dāng)?shù)男盘栯娖奖惶峁┙o與天線接口的PA。在某些發(fā)射機實施例中，輸出PA設(shè)計為具有固定增益然而可變的驅(qū)動能力?？勺兊尿?qū)動可以通過帶有多個(即，并聯(lián)的)驅(qū)動器的PA設(shè)計來提供，這些驅(qū)動器可以在不需要時選擇性地被關(guān)閉。
對于某些發(fā)射機實施例，并且尤其對于具有固定增益PA的發(fā)射機實施例，所需的功率控制調(diào)節(jié)可由發(fā)送信號通道中的VGA提供。一個VGA一般不能提供全部(85dB)的增益調(diào)節(jié)并且通常使用多個級聯(lián)的VGA?？偣菜璧脑鲆婵刂品秶梢允?)在IF VGA和RF VGA之間分割，2)全部由IF VGA提供，或3)全部由RF VGA提供。
在某些發(fā)射機實施例中，設(shè)計一個VGA帶有精增益調(diào)節(jié)來(例如，以0.5dB的增量)而設(shè)計其余的VGA帶有粗增益調(diào)節(jié)(例如，以幾dB或更多的增量)。粗增益調(diào)節(jié)VGA可具有兩種或多種增益設(shè)置(例如，低、中、高增益)，每種增益設(shè)置對應(yīng)于特定范圍的發(fā)射機輸出功率電平。在某些其它發(fā)射機實施例中，VGA可被設(shè)計具有可變的(即，連續(xù)的)增益調(diào)節(jié)。VGA的增益一般以提供高性能(即，改進(jìn)的線性和減少的噪聲)的方式被控制。盡管可以用公共的增益控制信號來控制多個VGA，然而每個VGA一般由其自身的增益控制信號來控制。
VGA用于提供所需的增益調(diào)節(jié)。VGA和發(fā)送信號通道中的其它有源電路也用于提供所需的線性水平。大多數(shù)有源電路的線性部分地由用于對電路加偏的電流量來確定。較大的線性一般可以通過使用較大數(shù)量的偏流來實現(xiàn)。同樣，較大的信號電平也需要較大范圍的線性，這也可以通過使用較大數(shù)量的偏流來實現(xiàn)。
發(fā)送信號通道一般用于在最差情況的(即，最大的)輸出功率電平下提供所需的性能(線性)水平。然而，對于諸如CDMA遠(yuǎn)程站中的發(fā)射機這樣的某些發(fā)射機，最大的發(fā)送條件僅在某些時候發(fā)生。由此，按照本發(fā)明，發(fā)送信號通道中電路的偏流在不需要時(即，當(dāng)以低于最大輸出功率電平發(fā)送時)被減少。
如圖1所示，偏置控制電路160a接收增益控制信號128并能根據(jù)所接收的增益控制信號來調(diào)節(jié)IF緩沖器142、混頻器144和RF VGA 146的偏流。同樣，偏置控制電路160b接收增益控制信號128和148并能根據(jù)所接收的增益控制信號來調(diào)節(jié)PA驅(qū)動器150的偏流。下面說明了基于增益控制信號的偏流的調(diào)節(jié)。
圖2示出發(fā)射機200的特定實施方式的簡化框圖。圖2所示的元件一般對應(yīng)于圖1中同樣標(biāo)記的元件。更明確地說，圖2中的數(shù)字處理器220、VGA 226、濾波器232、緩沖器242、混頻器244、VGA 246、PA驅(qū)動器250以及偏置控制電路260a和260b分別對應(yīng)于圖1中的數(shù)字處理器120、IF VGA 126、濾波器132、IF緩沖器242、混頻器144、RF VGA 146、PA驅(qū)動器150以及偏置控制電路160a和160b。如圖2所示，IF信號通道在第一集成電路(IC)202內(nèi)實現(xiàn)，RF信號通道在第二IC 204內(nèi)實現(xiàn)，而濾波器232作為離散濾波器(例如，表面聲波SAW濾波器)被實現(xiàn)。
如圖2所示，IC 202包括接收用于調(diào)節(jié)IF VGA 226的增益控制信號VIF_GAIN的輸入引腳(被標(biāo)為VCTRL)。IC 204包括接收用于調(diào)節(jié)RF VGA 246的增益控制信號VRF_GAIN的輸入引腳(被標(biāo)為GCTRL)。IC 204還包括接收用于控制偏置控制電路260a和260b的增益控制信號的輸入引腳(被標(biāo)為IFTVC)。按照本發(fā)明的方面，IF信號通道的增益控制信號VIF_GAIN作為RF信號通道的偏置控制信號被提供(即，被提供給IC 204上的IFTVC引腳)。
使用多個IC的發(fā)送信號通道的實現(xiàn)會受到許多設(shè)計考慮的支配，譬如，為了改進(jìn)的性能而隔離RF電路的需求(例如，噪聲考慮)、與現(xiàn)有發(fā)射機設(shè)計的兼容性、較低的成本、及其它。由于下面的原因，為發(fā)送信號通道使用多個IC會使設(shè)計有效并高效的偏置控制機制復(fù)雜化。
圖3示出由發(fā)送信號通道中的非線性產(chǎn)生的CDMA擴頻信號和失真分量的圖。CDMA信號具有特定的(例如，1.2288MHz)帶寬和取決于工作模式(例如，蜂窩或PCS)的中心頻率。失真分量由于發(fā)送信號通道中的電路內(nèi)的三次或更高次的非線性而從CDMA信號自身產(chǎn)生。也被稱為頻譜再生的失真分量覆蓋了CDMA信號的頻帶和鄰近的頻帶。失真分量起到了對CDMA信號和鄰近頻帶內(nèi)信號的干擾的作用。
對于三次非線性，頻率wa和wb處的信號分量產(chǎn)生頻率為(2wa-wb)和(2wb-wa)的互調(diào)乘積。從而，帶內(nèi)信號分量能產(chǎn)生落在帶內(nèi)或頻帶附近的互調(diào)乘積。這些乘積會造成CDMA信號自身和鄰近頻帶內(nèi)信號的降級。為了解決這個問題，三次互調(diào)乘積的幅度被縮放ga·gb2和ga2·gb，其中g(shù)a和gb分別為wa和wb處信號分量的增益。因此，CDMA信號幅度每次加倍都使三次積的幅度提高八倍。
對于CDMA系統(tǒng)，遠(yuǎn)程站發(fā)射機的線性由IS-95-A和IS-98標(biāo)準(zhǔn)中的鄰近信道功率抑制(ACPR)規(guī)范來規(guī)定。ACPR規(guī)范一般應(yīng)用于包括PA在內(nèi)的整個發(fā)送信號通道。ACPR規(guī)范一般被“按比例分配”到發(fā)送信號通道的不同部分，每部分都滿足經(jīng)分配的規(guī)范。例如，可以要求圖1所示發(fā)送信號通道的部分(直到并包括PA驅(qū)動器150)不使用額外數(shù)量的電源電流而把失真分量保持在距CDMA中心頻率偏移885KHz處每30KHz帶寬-52dBc，以及1.98MHz偏移處每30KHz帶寬-64dBc。
圖4示出用于特定偏流設(shè)置的發(fā)送信號通道中電路的信號擺幅曲線。如圖所示，所需的偏流取決于信號擺幅并且對A類放大器應(yīng)被設(shè)置為峰到峰信號擺幅的至少一半。電路的線性一般隨著信號進(jìn)一步偏離偏置點而降級，實際非線性數(shù)量取決于特定的電路設(shè)計。因此，輸出信號的線性(例如，頻譜再生的數(shù)量)既取決于偏流又取決于信號擺幅。
一般而言，特定有源電路所需的偏流量取決于電路的輸入信號的功率(或信號)電平。對于特定的輸入功率電平Pin，可以執(zhí)行模擬或者作出實驗測量來為電路確定會滿足ACPR規(guī)范和其它性能準(zhǔn)則(例如，噪聲系數(shù)和帶寬)的最小偏流。例如，對于圖1所示的發(fā)射機實施例，當(dāng)發(fā)射機正以最大輸出功率電平進(jìn)行發(fā)射時，可以為緩沖器、混頻器、VGA、PA驅(qū)動器和PA分別確定按照IS-95-A ACPR規(guī)范而產(chǎn)生的最小偏流。然后，可以為處在其它功率電平的這些電路重復(fù)該模擬或測量。
圖5示出RF信號通道中特定有源電路(例如，圖2中的緩沖器242、混頻器244、VGA 246或PA驅(qū)動器250)的偏流Ibias和信號電流Isignal與電路的輸入功率電平Pin的關(guān)系曲線。這些曲線可以從通過上面模擬或?qū)嶒灉y量獲得的數(shù)據(jù)中產(chǎn)生。一般而言，信號電流Isignal隨著輸入功率電平Pin的增加而增加，并且隨著輸入功率電平的減少而減少(在零輸入功率電平處接近零信號電流)。信號電流和輸入功率電平之間的關(guān)系可能不是線性的，并且一般取決于特定的電路設(shè)計、所使用的技術(shù)、電源、溫度及其它因素。
如圖5所示，有源電路的偏流Ibias一般被設(shè)為高于信號電流Isignal，其差異在較高的輸入功率電平處減少而在較低的輸入功率電平處增加。在較高的輸入功率電平處，已經(jīng)為電路使用了大量的偏流并且為了保存電源電流而減少“過偏”量。在較低的輸入功率電平處，電路僅需少量偏流并且增加過偏量以確保適當(dāng)?shù)腞F的性能(例如，帶寬、噪聲性能)而無須使用過度的電源電流。
圖5示出RF信號通道中一個有源電路的曲線。可以為RF信號通道中的每個有源電路產(chǎn)生類似的一組曲線。如下所述，來自這些曲線的數(shù)據(jù)被用來調(diào)節(jié)有源電路的偏流。
如上所述，可以根據(jù)其輸入功率電平Pin、或更明確地說是電路輸入端的功率電平，來調(diào)節(jié)RF信號通道中每個有源電路的偏流。輸入功率電平可以用各種方法來確定，一些方法如下所述。
在特定的發(fā)射機設(shè)計中，功率檢測器被耦合到發(fā)送信號通道，最好在IF信號通道中的可變增益元件后面。例如，功率檢測器可以被放置在圖2中的VGA226之后(即，IC 202的輸出端)或濾波器232之后。功率檢測器檢測IF輸出功率電平并將該信息提供給偏置控制電路。偏置控制電路然后根據(jù)所檢測的功率電平來調(diào)節(jié)RF信號通道中隨后電路的偏流。功率檢測器和附加控制電路的使用提高了系統(tǒng)復(fù)雜度和制造費用。功率檢測器的使用在可變包絡(luò)調(diào)制方案(譬如CDMA)中也是困難的，在這種調(diào)制中輸入功率具有使其難以確定瞬時輸入功率的短期變動。
按照本發(fā)明的方面，從用來控制IF信號通道中的可變增益元件(例如，圖2中的VGA 226)的增益控制信號中估計IF輸入功率電平。對于許多發(fā)射機設(shè)計來說，VGA的增益以提供已改進(jìn)的線性和噪聲性能的方式而被控制。每個發(fā)射機輸出功率電平一般對應(yīng)于實現(xiàn)這些性能目標(biāo)的用于(IF和RF)VGA的一組特定的增益設(shè)置。
圖6示出IF輸出功率電平(即，來自圖2中的IC 202)與特定發(fā)射機設(shè)計的IF增益控制的關(guān)系圖。對于該圖，IF信號通路中其它電路的增益被保持在它們正常的增益設(shè)置處。圖6中的圖表可以通過電路模擬而被獲取或者可以由許多IC的實驗測量(即，特征)來確定。每個標(biāo)繪的值代表對于給定的IF增益控制值各種規(guī)定的工作條件下的最大IF輸出功率電平。根據(jù)良好的工程實踐并且對于保守的電路設(shè)計，最好過度估計IF輸出功率電平(這將造成比最佳情況浪費更多的電流)而非對輸出功率電平估計不足(這將造成性能降級)。如圖6所示，IF輸出功率電平在大約0.1到2.4伏的IF增益控制電壓范圍內(nèi)改變大約90dBm。測得的IF輸出功率電平稍后被用來調(diào)節(jié)RF信號通道中電路的偏流。
在圖6所示的特定實現(xiàn)方式中，發(fā)射機的全部增益范圍由IF VGA提供。在其它發(fā)射機實現(xiàn)方式中，增益范圍可以在IF和RF VGA之間被劃分。
由于IS-95-A標(biāo)準(zhǔn)要求的嚴(yán)格功率控制設(shè)置，發(fā)射機輸出功率有時在工廠被校準(zhǔn)。該校準(zhǔn)可以通過用已知的(即，數(shù)字的)控制值對增益控制信號編程并且測量來自發(fā)射機的輸出功率而被實現(xiàn)。然后產(chǎn)生一張表格將每個輸出功率電平映射到一組(數(shù)字)控制值。此后，為了把發(fā)送功率設(shè)置在特定的功率電平，該表格被訪問，對應(yīng)于特定功率控制電平的一組控制值被檢索，經(jīng)檢索的控制值被提供給增益控制電路，增益控制信號根據(jù)控制值而產(chǎn)生，且用增益控制信號來調(diào)節(jié)VGA的增益。對于這種發(fā)射機的實現(xiàn)方式，可以從增益控制信號準(zhǔn)確地推斷發(fā)射機輸出功率電平以及沿著發(fā)送信號通道的各位置處的輸入功率電平。然而，即使沒有工廠校準(zhǔn)，通常也可以足夠準(zhǔn)確地從增益控制信號中估計輸入功率電平。
IC 204輸入端處的功率電平與來自IC 202的IF輸出功率電平相聯(lián)系，減去由在這些IC間耦合的電路元件引起的附加損耗。附加損耗主要由濾波器232的插入損耗引起，但也包括傳輸線損耗和其它損耗。一般不能準(zhǔn)確地知道這些電路元件的損耗。
參考圖2，濾波器232一般用離散濾波器來實現(xiàn)。每個單元、每種發(fā)射機設(shè)計的濾波器插入損耗不同。因此，存在關(guān)于濾波器信號的實際幅度的某些不確定性。如上所述，在某些發(fā)射機實現(xiàn)方式中，發(fā)送信號通道由工廠執(zhí)行的實驗測量來表征，并且考慮到濾波器的插入損耗。然而，即使當(dāng)不執(zhí)行任何校準(zhǔn)時，濾波器插入損耗中的變化一般也很小并可被忽略。為了提供附加的安全余量，濾波器后發(fā)送信號通道中電路的偏流可以被設(shè)得略微偏高來解決插入損耗中的不確定性。
在實施例中，對于較差情況的(即，保守的)設(shè)計，假定由IC 202和204間電路元件引起的附加損耗為0dB(即，無損耗)，這會導(dǎo)致RF信號通道的輸入端處較大被估計的輸入功率電平。由于附加損耗相對于RF信號通道的大范圍輸入功率電平(例如，90dB)而言很小，因此該0dB損耗假設(shè)可能影響較小。
圖7示出用于RF信號通道中特定有源電路(例如，緩沖器242、混頻器244)的最小偏流Ibias，min與特定發(fā)射機設(shè)計的IF增益控制的關(guān)系曲線。該曲線可以從偏流Ibias與RF信號通道的輸入功率電平Pin的關(guān)系曲線(見圖5)和IF輸入功率電平(IF Pout)與IF增益控制的關(guān)系曲線(見圖6)中產(chǎn)生。同樣，估計RF信號通道的Pin等于IF信號通道的Pout(即，Pout Pin)。圖7中，最小偏流Ibias，min被標(biāo)準(zhǔn)化以便最大偏流被設(shè)為1.0，它也被稱為滿刻度值。在低Pin功率電平處，所需的偏流接近零。
對于許多發(fā)射機設(shè)計，以最小偏流Ibias，min操作電路是不切實際的。這可能由于許多因素，譬如電路性能(例如，帶寬和增益)隨操作條件(例如，時間、溫度和電源電壓)的變化。此外，各IC的電路性能一般由于元件容差而不同。由此，為了解決這些因素，電路的實際或額定偏流被設(shè)為高于最小偏流。
圖7也示出電路的額定偏流Ibias，nom與IF增益控制的關(guān)系曲線。如圖7所示，額定偏流Ibias，nom被設(shè)置為高于最小偏流Ibias，min。附加偏流也被稱為過偏電流，它解決了諸如電路的實際輸入功率電平的估計誤差等各種因素。附加偏流確保電路為了正確操作并在操作條件和元件變化上提供所需的線性水平而被足夠地偏置?？梢赃x擇過偏量以便無須過度地放棄可能的電流節(jié)約而保持性能。在實施例中，過偏量取決于輸入功率電平(它與IF增益控制相聯(lián)系)。特別地，過偏量在較大的偏流水平處較小(即，百分比形式)在圖7所示的實施例中，額定偏流Ibias，nom達(dá)到點702上方漸近的上限值Imax和點704下方漸近的下限值Imin。在特定實施例中，Imax被設(shè)為高于滿刻度值大約五個百分點，即標(biāo)準(zhǔn)化的值為1.05。由于大的偏流已被提供給電路，因此高輸入電平處的過偏量被選擇為小。在特定實施例中，Imin被設(shè)為或者滿刻度或者值Imax的一定百分比(例如，10到50個百分點)。偏流一般影響頻率響應(yīng)和帶寬以及電路的線性。由此，把偏流限制為Imin或更高確保了該電路一直具有所需的性能(例如，所需的信號帶寬)。
圖7中的額定偏流曲線與最大值Imax和最小值Imin間的雙曲函數(shù)相似。在實施例中，Imax和Imin是可編程的電流值。
回過頭參考圖2，按照本發(fā)明的方面，RF信號通道中某些電路元件(例如，緩沖器242、混頻器244和VGA 246)的偏流根據(jù)IF增益控制信號被確定，指示了RF信號通道的輸入功率電平。
RF信號通道中某些其它電路元件(例如，PA驅(qū)動器250)的偏流可以根據(jù)IF和RF增益控制信號被確定。RF增益控制信號確定了RF VGA 246的增益，它影響RF VGA內(nèi)的功率電平和后面電路的輸入功率電平?？梢杂肐F VGA所用的方法類似的方法來模擬或經(jīng)驗地確定RF VGA 246對RF增益控制的增益。前面電路元件(例如，緩沖器242和混頻器244)的增益也可以被確定。此后，對于一組特定的IF和RF增益控制值，可以從(1)從IF增益控制估計出的IC 204的輸入功率電平Pin，(2)一般為固定值的緩沖器242和混頻器244的增益，和(3)從RF增益控制值中確定的RF VGA的增益中來估計來自RF VGA的功率電平。
圖8示出用于產(chǎn)生具有與圖7所示雙曲函數(shù)類似的傳遞函數(shù)的偏流的偏置控制電路800的示意圖。由偏置控制電路800產(chǎn)生的偏流可以被用于RF信號信道中的一個電路，譬如圖2中的IF緩沖器242、混頻器244、RF VGA246或PA驅(qū)動器250。
偏置電流800內(nèi)，包括晶體管812a和812b的第一差分對分別接收差分增益控制信號Vc+和Vc-。差分控制信號Vc-和Vc+可以對應(yīng)于或IF或RF增益控制信號。第一差分對的射級耦合到設(shè)置最大偏流Imax的電流源814。包括晶體管822a和822b的第二差分對分別接收差分增益控制信號Vc-和Vc+。第二差分對的射級耦合到設(shè)置最小偏流Imin的電流源824。晶體管812a和822a的集電極耦合在一起以形成偏流Ibias的信號通道。同樣，晶體管812b和822b的集電極耦合在一起以形成補償偏流的信號通道。
如圖8所示，電流源814和824都能被設(shè)計為可調(diào)或可編程以允許調(diào)節(jié)Imax和Imin。在特定實施例中，每個可編程的電流源都用根據(jù)一組數(shù)字控制值而被選擇性地啟用的一排晶體管來實現(xiàn)。由電流源提供的電流量隨著一排晶體管中更多的晶體管被啟用增加。電流源中的電路可以用電流鏡象來準(zhǔn)確地設(shè)置，電流鏡象中的參考電流可以由帶隙參考電路和精密的(例如，離散、外部)電阻器來設(shè)置。這種方式中帶隙參考電路和電流鏡象的使用在本領(lǐng)域中是眾所周知的并且這里對其不作詳細(xì)描述。
在特定實施例中，每個可編程的電流源都由數(shù)字一模擬電路(DAC)來控制。DAC根據(jù)一組數(shù)字控制值來提供控制信號?？刂菩盘柦又_定由電流源提供的電流量。
對于其偏流可能取決于兩個或多個增益控制信號的發(fā)送信號通道中特定的有源電路(例如，圖2中的PA驅(qū)動器250)，可以為每個控制信號而復(fù)制圖8所示的偏置控制電路。所有偏置控制電路的Ibias信號通道被耦合在一起，所有偏置控制電路的補償Ibias信號通道也被耦合在一起?？梢愿鶕?jù)如上面為增益控制信號確定的輸入功率對增益控制的傳輸函數(shù)來設(shè)置相應(yīng)于每個增益控制信號的Imax和Imin電流。
圖8表示能按照增益控制信號連續(xù)地被調(diào)節(jié)的偏流。在其中一個或多個VGA被粗調(diào)的某些發(fā)射機實施例中，可以根據(jù)粗增益設(shè)置來調(diào)節(jié)發(fā)送信號通道中電路(包括PA驅(qū)動器)的偏流。在一般對應(yīng)于高VGA增益的高輸入功率電平下，較大的信號擺幅需要較多的偏流。發(fā)射機在VGA增益被設(shè)為高增益設(shè)置時辨認(rèn)到需要更多的偏流，并且用該信息來增加電路的偏流。這種設(shè)計通過在輸入功率電平為低時減少電路中的偏流來保存(電池)能量。
回過頭參考圖2，IF VGA 226的增益影響發(fā)送信號通道中隨后電路(VGA 226后)的輸入端處的功率電平，這些電路包括IF緩沖器242、混頻器244、RF VGA246和PA驅(qū)動器250。由此，可以按照設(shè)置IF VGA 226的增益的IF增益控制信號來調(diào)節(jié)這些電路的偏流。同樣，VGA 226和246的增益影響發(fā)送信號通道中隨后電路(VGA 246后)的輸入端處的功率電平，這些電路包括VGA 246和PA驅(qū)動器250。由此，可以按照IF和RF增益控制信號來調(diào)節(jié)這些電路的偏流。一般而言，發(fā)送信號通道中任何特定的有源電路的偏流都可以根據(jù)該電路前的可變增益元件的增益控制信號而被調(diào)節(jié)。由于偏置控制和增益控制變化有跟蹤的趨勢，因此這可被實現(xiàn)。在設(shè)置偏流時可以忽略一個或多個可變增益元件。例如，可以僅根據(jù)VGA 246的增益、或者僅根據(jù)VGA 226的增益、或者VGA 226和246的組合來調(diào)節(jié)PA驅(qū)動器250的偏流。
本發(fā)明的偏置控制機制也可被用于調(diào)節(jié)發(fā)射機中諸如本地振蕩器的緩沖器(例如，用于提供圖1中的IF LO和RF LO的緩沖器)等外圍電路的偏流。特定外圍電路的偏流可以根據(jù)其上運作該電路(雖然間接地)的信號幅度而被調(diào)節(jié)?？梢詮谋惶峁┙o位于信號通道中“上游”的可變增益元件的增益控制信號中估計功率電平幅度。例如，可以根據(jù)IP增益控制信號來作出用于RF LO的緩沖器的偏流。
表1把特定發(fā)射機實施例的RF信號通道中電路的總偏流制成表格。其它發(fā)射機實施例也是可能的并在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。對于該特定實施例，在休眠模式下，通過切斷到發(fā)送信號通道中的大多數(shù)電路的偏流而使發(fā)射機關(guān)斷。在空閑模式下，電路加偏為準(zhǔn)備運作，但不發(fā)生任何發(fā)送。蜂窩和PCS模式工作在兩個頻帶上，并且可以用不同LO頻率和不同PA的使用來表征。
表1
圖1和2中，被提供給VGA的(模擬)增益控制信號也被提供給偏置控制電路。在某些發(fā)射機實施例中，每個增益控制信號由DAC根據(jù)輸入數(shù)字控制值來產(chǎn)生。發(fā)射機也可被設(shè)計以便偏置控制電路從增益控制電路接收數(shù)字控制值而非(模擬)增益控制信號。
如圖2所示，偏置控制電路260a和260b在實現(xiàn)RF信號通道的IC 204內(nèi)實現(xiàn)。然而，這些電路也可以在獨立的IC內(nèi)實現(xiàn)，或者被集成在諸如數(shù)字處理器內(nèi)210之類的其它電路內(nèi)。
上述優(yōu)選實施例的描述使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能制造或使用本發(fā)明。這些實施例的各種修改對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的，這里定義的一般原理可以被應(yīng)用于其它實施例中而不使用創(chuàng)造能力。因此，本發(fā)明并不限于這里示出的實施例，而要符合與這里揭示的原理和新穎特征一致的最寬泛的范圍。
權(quán)利要求
1.一種控制發(fā)送信號通道中有源電路的偏流的方法，其特征在于包括接收至少一個增益控制信號，每個增益控制信號表示位于發(fā)送信號通道中的有源電路之前的可變增益元件的信號增益；估計被提供給有源電路的輸入信號的信號電平，其中所估計的輸入信號電平部分地基于所接收的至少一個增益控制信號；部分根據(jù)所估計的輸入信號電平來確定有源電路的偏流；以及用所確定的偏流使有源電路偏置。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的輸入信號從第一集成電流被提供且所述的有源電路實現(xiàn)在第二集成電路上。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述發(fā)送信號通道包括帶有可變增益確定的IF增益控制信號的一個可變增益元件。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述發(fā)送信號通道包括耦合到RF部分的IF部分，且其中所述信號增益涉及IF部分而所述有源電路在RF部分內(nèi)實現(xiàn)。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于還包括表征與所述至少一個增益控制信號相對的IF部分的輸出信號電平。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述的輸入信號電平被估計為等于所述來自IF部分的被表征的輸出信號電平。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于還包括把所確定的偏流限制在由上限偏流和下限偏流定義的范圍內(nèi)。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述下限偏流被設(shè)置在上限偏流的10％到50％之間。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述所確定的偏流大致跟隨輸入信號電平對所接收的至少一個增益控制信號的變化。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述所確定的偏流對所接收的至少一個增益控制信號大致符合雙曲線傳遞函數(shù)。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，選擇所確定的偏流以實現(xiàn)符合由IS-95-A表征定義的鄰近信道功率抑制ACPR規(guī)范的線性水平。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對于溫度和電源變化而補償所確定的偏流。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述偏流根據(jù)用于位于發(fā)送信號通道中的有源電路之前的所有可變增益元件的增益控制信號而被確定。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述有源電路是混頻器。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述有源電路是緩沖器或放大器。
16.一種控制蜂窩發(fā)射機的發(fā)送信號通道中有源電路的偏流的方法，其特征在于包括接收至少一個增益控制信號，每個增益控制信號表示位于發(fā)送信號通道中的有源電路前的可變增益元件的信號增益；估計被提供給有源電路的輸入信號的信號電平，其中所估計的輸入信號電平部分地基于所接收的至少一個增益控制信號，并且其中輸入信號從第一集成電路中被提供而有源電路在第二集成電路上被實現(xiàn)；部分地根據(jù)所估計的輸入信號電平來確定有源電路的偏流；把所確定的偏流限制在由上限偏流和下限偏流定義的范圍內(nèi)，其中下限偏流被設(shè)為上限偏流的百分?jǐn)?shù)；以及用所限制的偏流對有源電路進(jìn)行偏置。
17.一種發(fā)射機，其特征在于包括在第一集成電路上實現(xiàn)的至少一個可變增益元件；在第二集成電路上實現(xiàn)的至少一個有源電路，其中第一集成電路的輸出操作上耦合到第二集成電路的輸入；耦合到至少一個可變增益元件的增益控制電路，所述增益控制電路用于為每個可變增益元件提供增益控制信號；以及耦合到增益控制電路和選定的至少一個有源電路的偏置控制電路，所述偏置控制電路用于接收至少一個增益控制信號并為每個所選的有源電路提供偏置信號，其中特定有源電路的偏置信號按照用于位于發(fā)送信號通道中的特定有源電路前的一個或多個可變增益元件的一個或多個增益控制信號而產(chǎn)生。
18.如權(quán)利要求17所述的發(fā)射機，其特征在于，每個可變增益元件都用可變增益放大器(VGA)、衰減器或乘法器來實現(xiàn)。
19.如權(quán)利要求17所述的發(fā)射機，其特征在于，所述至少一個有源電路包括混頻器。
20.如權(quán)利要求17所述的發(fā)射機，其特征在于，所述至少一個有源電路包括緩沖器或放大器。
21.如權(quán)利要求17所述的發(fā)射機，其特征在于，每個偏置控制電路包括一對電流源，一個電流源用于提供第一偏流而另一個電流源用于提供第二偏流，其中由所述偏置控制電路提供的偏置信號被限制在所述第一和第二偏流間的值。
22.如權(quán)利要求21所述的發(fā)射機，其特征在于，每個偏置控制電路還包括一對流控差分對，耦合到每個電流源的一個流控差分對。
23.如權(quán)利要求21所述的發(fā)射機，其特征在于，所述電流源是可編程的。
24.如權(quán)利要求17所述的發(fā)射機，其特征在于還包括耦合到所述至少一個偏置控制電路的帶隙參考源。
25.蜂窩電話中的一種發(fā)射機，其特征在于包括在第一集成電路上實現(xiàn)的至少一個可變增益元件；在第二集成電路上實現(xiàn)的至少一個有源電路，其中第一集成電路的輸出操作上耦合到第二集成電路的輸入；耦合到至少一個可變增益元件的增益控制電路，所述增益控制電路用于為每個可變增益元件提供增益控制信號；以及耦合到增益控制電路和選定的至少一個有源電路的至少一個偏置控制電路，所述偏置控制電路用于接收至少一個增益控制信號并為每個所選的有源電路提供偏置信號，其中特定有源電路的偏置信號按照用于位于發(fā)送信號通道中的特定有源電路前的一個或多個可變增益元件的一個或多個增益控制信號而產(chǎn)生，其中每個偏置控制電路包括一對電流源，一個電流源用于提供第一偏流而另一個電流源用于提供第二偏流，其中由所述偏置控制電路提供的偏置信號被限制在所述第一和第二偏流之間的值，一對差分對，耦合到每個電流源的一個差分對。
全文摘要
一種根據(jù)位于發(fā)送信號通道中的有源電路之前的可變增益元件的信號增益來調(diào)節(jié)該有源電路的偏流的技術(shù)。該技術(shù)在增益元件位于一個IC(例如，實現(xiàn)IF部分的IC)上而有源電路在另一個IC(例如，實現(xiàn)RF部分的IC)上實現(xiàn)時特別有利。有源電路的偏流部分地根據(jù)輸入功率電平而被設(shè)置，輸入功率電平可以從用于控制前面的可變增益元件的增益控制信號中推斷出來。最初至少有一個增益控制信號。然后，有源電路的偏流部分地根據(jù)所估計的輸入信號電平而被確定。有源電路用所確定的偏流來偏置。偏置電流可以被限制在由上限偏流和下限偏流定義的范圍內(nèi)。
文檔編號H03F1/02GK1478322SQ01819919
公開日2004年2月25日 申請日期2001年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月10日
發(fā)明者B·C·沃克, E·澤賽爾, B C 沃克 申請人:高通股份有限公司