專利名稱：具有改進(jìn)控制特性線性的可變?cè)鲆娣糯笃鞯闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子領(lǐng)域，特別涉及具有穿過寬增益范圍的一致控制特性線性的可變?cè)鲆娣糯笃鳌?br> 背景技術(shù)：
可變?cè)鲆娣糯笃魍ǔ?、特別是用在蜂窩電話聽筒發(fā)射機(jī)中。通過使用公共發(fā)射器增益級(jí)使功耗最小化，其中通過調(diào)整偏置電流來調(diào)整增益。不幸的是，公共發(fā)射器放大器的輸入阻抗隨著偏置電流而變化，當(dāng)可變?cè)鲆娣糯笃鞅缓愣ㄗ杩乖打?qū)動(dòng)時(shí)導(dǎo)致增益和/或效率損失。在高偏置電流水平，恒定阻抗源上的負(fù)載相當(dāng)大，并且難以實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)/可靠的性能。
對(duì)于這種可變輸入阻抗問題的通常解決方法包括使用與可變?cè)鲆娣糯笃鞯妮斎攵瞬⒙?lián)連接的低阻抗器件。這個(gè)解決方案基本上減小了通過恒定阻抗源看到的有效輸入阻抗的變化范圍，但是也導(dǎo)致在高偏置電流水平時(shí)源的負(fù)載更大，因此在系統(tǒng)中可能導(dǎo)致增益損失。也可以采用分級(jí)增益控制放大器，但是這個(gè)方案需要為了控制增益而增加控制回路的復(fù)雜性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在寬增益范圍內(nèi)具有一致的和可預(yù)測(cè)的性能的可變?cè)鲆娣糯笃?。本發(fā)明的另一目的是提供一種在寬增益范圍內(nèi)具有基本上恒定的輸入阻抗的可變?cè)鲆娣糯笃鳌?br> 這些目的和其它目的是通過提供與可變?cè)鲆娣糯笃鞯妮斎攵瞬⒙?lián)連接的可變阻抗器件，并控制可變阻抗器件以便給源提供基本上恒定的負(fù)載阻抗來實(shí)現(xiàn)的。優(yōu)選地，可變阻抗器件包括具有可變偏置電流的二極管。這個(gè)二極管偏置電流隨著放大器偏置電流而被反向調(diào)整，從而兩個(gè)輸入路徑阻抗的并聯(lián)總和在寬增益范圍內(nèi)保持大致恒定。
這種可變?cè)鲆娣糯笃魈貏e適合于用在無線發(fā)射機(jī)或蜂窩電話中。


圖1表示根據(jù)本發(fā)明的可變?cè)鲆娣糯笃鞯氖纠娇驁D。
圖2表示根據(jù)本發(fā)明的可變?cè)鲆娣糯笃鞯氖纠娐穲D。
圖3表示根據(jù)本發(fā)明的在寬增益范圍內(nèi)二極管偏置電流和放大器偏置電流之間的關(guān)系的示例曲線圖。
圖4表示根據(jù)本發(fā)明的穿過寬增益范圍的最終二極管輸入阻抗、放大器輸入阻抗和總輸入阻抗的示例曲線圖。
圖5表示根據(jù)本發(fā)明的可變?cè)鲆娣糯笃鞯氖纠l(fā)射機(jī)。
附圖中相同的參考標(biāo)記表示相同的元件或者基本上執(zhí)行相同功能的元件。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明可變?cè)鲆娣糯笃?00的示例方框圖。放大器系統(tǒng)100包括常規(guī)可變?cè)鲆娣糯笃?10和可變阻抗器件120。根據(jù)本發(fā)明，可變阻抗器件120構(gòu)成為可以提供一個(gè)阻抗，隨著增益變化，該阻抗隨著可變?cè)鲆娣糯笃?10的輸入阻抗的變化而反向變化。在優(yōu)選實(shí)施例中，控制可變輸入阻抗器件120，隨著增益變化，使得在輸入節(jié)點(diǎn)Vin處的有效輸入阻抗，即可變?cè)鲆娣糯笃?10的阻抗和可變阻抗器件120的并聯(lián)組合基本上保持不變。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的可變?cè)鲆娣糯笃飨到y(tǒng)的示例電路圖，其中可變?cè)鲆娣糯笃?10和可變阻抗器件120各容性地耦合到輸入端Vin?？勺?cè)鲆娣糯笃?10被表示為常規(guī)共發(fā)射極放大器，其中晶體管215和216構(gòu)成為電流反射鏡，集電極偏置電流Ic確定晶體管216工作在特性曲線的何處。根據(jù)施加于輸入端Vin的放大器110的增益，穿過負(fù)載218的電流由偏置電流和這個(gè)電流的變化決定。在低偏置電流水平Ic時(shí)，特性曲線的斜度很小，因此增益很低；偏置電流越高，斜度越陡，由此提供更大的增益?？勺冸娏髟?10控制偏置電流Ic，由此用作增益控制。
可變阻抗器件120在圖2中表示為具有可變電流源220的二極管結(jié)構(gòu)的晶體管225，其中可變電流源220確定二極管偏置電流Id。根據(jù)本發(fā)明，調(diào)整二極管偏置電流Id，以便提供器件120的阻抗，隨著增益變化，該阻抗隨著可變放大器110的輸入阻抗而反向變化。在圖2的例子中，隨著放大器電流Ic增加，二極管電流I d減小，由此提供隨著放大器110的輸入阻抗減小而增加的阻抗和隨著放大器110的輸入阻抗增加而減小的阻抗。優(yōu)選地，與放大器110的輸入端并聯(lián)工作的器件120構(gòu)成為可以提供隨著放大器110的增益而變化的阻抗，使在節(jié)點(diǎn)Vin處的并聯(lián)輸入阻抗基本上保持不變。
在圖2的例子中，所希望的二極管偏置電流如下確定。
如上所述，在最大增益、在最大放大器偏置電流Icmax時(shí)產(chǎn)生最高輸入電導(dǎo)(最低輸入阻抗)。使用用于共發(fā)射極放大器的常規(guī)小信號(hào)模式，放大器110的有效輸入阻抗Gamp如下給出Gamp=q*IcmaxβkT---(1)]]>放大器110和器件120的并聯(lián)組合的有效輸入阻抗Gin優(yōu)選稍大于放大器110的這個(gè)最高輸入電導(dǎo)。通過這種方式，前一級(jí)的總負(fù)載稍大于常規(guī)放大器110本身。數(shù)學(xué)表達(dá)式為Gin=M*q*IcmaxβkT---(2)]]>其中M是標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)1.1等。
使用常規(guī)小信號(hào)模式用于二極管結(jié)構(gòu)的晶體管，總輸入電導(dǎo)可以表示為Gin=M*q*IcmaxβkT=q*IcβkT+q*IdkT---(3)]]>并且，對(duì)于二極管偏置電流Id直接求解Id=M*Icmax-Icβ---(4)]]>圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的在寬增益范圍內(nèi)二極管偏置電流Id和放大器偏置電流Ic之間的關(guān)系的示例曲線圖。曲線310表示放大器偏置電流Ic和圖2的放大器110的最終增益之間的常規(guī)關(guān)系。曲線320表示對(duì)應(yīng)上述等式4的隨著放大器偏置電流Ic變化的所希望的二極管偏置電流Id，其中β計(jì)算Id和Ic的垂直軸的尺度差。
圖4示出了在寬增益范圍內(nèi)的最終二極管輸入阻抗Rd、放大器輸入阻抗Rc、和總輸入阻抗Rin的示例曲線圖。可以看出，與單獨(dú)的常規(guī)可變?cè)鲆娣糯笃鞯妮斎胱杩筊c相比，根據(jù)本發(fā)明，總輸入阻抗Rin在該增益范圍內(nèi)基本上不變。
關(guān)于上述例子，Rin對(duì)應(yīng)等式2和3中的電導(dǎo)Gin的倒數(shù)，并且為了表示的目的而表示為稍微彎曲。如果器件精確對(duì)應(yīng)上面給出的常規(guī)小信號(hào)模式，并且二極管電流Id按照等式4中限定的那樣精確地被控制，則最終Rin在整個(gè)增益范圍內(nèi)是平坦的，因此保持小信號(hào)模式。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的具有可變?cè)鲆娣糯笃?40、560的示例發(fā)射機(jī)。基帶處理器件510的輸出耦合到調(diào)制器520上，而調(diào)制器520提供在所希望的射頻(RF)的調(diào)制信號(hào)。這個(gè)RF信號(hào)在530、典型地通過經(jīng)過L-C諧振電路被濾波，然后被可變?cè)鲆娣糯笃?40放大。如本領(lǐng)域公知的，濾波器、特別是L-C諧振電路的性能對(duì)負(fù)載特別敏感，并且隨著負(fù)載變化而將呈現(xiàn)變化的性能。根據(jù)本發(fā)明，可變?cè)鲆娣糯笃?40包括在其輸入端與放大器級(jí)并聯(lián)的可變阻抗器件，該可變阻抗器件構(gòu)成為給濾波器530提供基本上是恒定的阻抗負(fù)載，而與所希望的增益無關(guān)。
可變?cè)鲆娣糯笃?40的輸出再次被濾波器件550、通常也是L-C諧振電路過濾，然后被可變?cè)鲆娣糯笃?60放大。如上所述，為了避免濾波器550的性能變化，可變?cè)鲆娣糯笃?60包括可變阻抗器件，它構(gòu)成為可以給濾波器550提供基本恒定的阻抗負(fù)載，而與所希望增益無關(guān)。
控制器590例如使用上述等式控制每個(gè)放大器540、560的放大器級(jí)的增益和可變阻抗器件的阻抗，以便調(diào)整放大器和二極管偏置電流Ic和Id，從而實(shí)現(xiàn)所希望的增益同時(shí)保持恒定輸入阻抗。在蜂窩電話實(shí)施例中，例如，控制器590根據(jù)目前蜂窩單元尺寸和/或目前干擾或其它噪聲因素而調(diào)整放大器540、560的增益。第二可變?cè)鲆娣糯笃?60的輸出耦合到RF功率放大器570，用于在所希望的功率水平作為射頻波進(jìn)行傳輸，所述希望的功率水平由可變?cè)鲆娣糯笃?40、560的增益確定。
對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說很顯然，增益和阻抗控制功能可以在控制器590和放大器540、560之間分配?？刂破?90可以構(gòu)成為只給放大器540、560提供增益控制信號(hào)，并且放大器540、560將構(gòu)成為給放大器和二極管提供合適的偏置電流；在其它極端情況下，控制器590可以構(gòu)成為直接給放大器540、560的每一個(gè)提供放大器和二極管偏置電流Ic和Id。
前面只示出本發(fā)明的原理。盡管這里未明確介紹或示出，本領(lǐng)域技術(shù)人員顯然都能做出體現(xiàn)本發(fā)明的原理并落入本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的各種修改。例如，其它技術(shù)和結(jié)構(gòu)也可通用于提供可變?cè)鲆娣糯笃?10，它可以隨著輸入阻抗和增益而呈現(xiàn)不同的變化。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到用于提供可變阻抗器件120的其它技術(shù)和結(jié)構(gòu)可用于提供這些其它放大器110的反向阻抗特性，以便隨著變化的增益而實(shí)現(xiàn)相對(duì)恒定的并聯(lián)輸入阻抗。
鑒于本公開，這些和其它系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和優(yōu)化特征對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的，并且被包含在下述權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種具有可變?cè)鲆娴姆糯笃飨到y(tǒng)(100)，包括提供增益的可變?cè)鲆娣糯笃?110)，它具有隨著增益而變化的輸入阻抗(Rc)；和可變阻抗器件(120)，它可操作地與可變?cè)鲆娣糯笃?110)的輸入阻抗(Rc)并聯(lián)耦合，其中可變阻抗器件(120)構(gòu)成為提供隨著增益變化而與可變?cè)鲆娣糯笃?110)的輸入阻抗(Rc)反向變化的阻抗(Rd)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的放大器系統(tǒng)(100)，其中可變阻抗器件(120)包括被構(gòu)成為二極管的第一晶體管(225)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的放大器系統(tǒng)(100)，其中可變?cè)鲆娣糯笃?110)包括共發(fā)射極放大器(215，216)，并且通過改變共發(fā)射極放大器(215，216)的偏置電流(Ic)來改變?cè)鲆妗?br> 4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的放大器系統(tǒng)(100)，其中可變?cè)鲆娣糯笃?110)包括構(gòu)成為電流反射鏡的第二晶體管(215)和第三晶體管(216)以及構(gòu)成為給電流反射鏡提供偏置電流(Ic)的可變電流源(210)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的放大器系統(tǒng)(100)，其中可變阻抗器件(120)包括構(gòu)成為提供用于偏置第一晶體管(225)的二極管偏置電流(Id)的另一個(gè)可變電流源(220)，可變阻抗器件(120)的阻抗(Rd)基于二極管偏置電流(Id)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的放大器系統(tǒng)(100)，其中二極管偏置電流Id基本上對(duì)應(yīng)Id=M*Icmax-Icβ;]]>并且M是在1.0和2.0之間的常數(shù)，Icmax是在增益的峰值時(shí)可變?cè)鲆娣糯笃?110)的偏置電流Ic的最大值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的放大器系統(tǒng)(100)，其中可變?cè)鲆娣糯笃?110)包括共發(fā)射極放大器(215，216)，并且通過改變共發(fā)射極放大器(215，216)的偏置電流(Ic)來改變?cè)鲆妗?br> 8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的放大器系統(tǒng)(100)，其中可變?cè)鲆娣糯笃?110)包括構(gòu)成為電流反射鏡的晶體管(215，216)以及構(gòu)成為給電流反射鏡提供偏置電流(Ic)的可變電流源(210)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的放大器系統(tǒng)(100)，其中可變阻抗器件(120)包括構(gòu)成為提供偏置電流(Id)的可變電流源(220)，其中所述偏置電流(Id)控制可變阻抗器件(120)的阻抗(Rd)。
10.一種具有可變功率輸出的發(fā)射機(jī)(500)，包括提供輸入信號(hào)的可變?cè)鲆嬉员闾峁┛勺児β瘦敵龅囊粋€(gè)或多個(gè)可變?cè)鲆娣糯笃?540，560)，每個(gè)可變?cè)鲆娣糯笃?540，560)包括提供可變的電流(Ic)的放大器級(jí)，該可變?cè)鲆娣糯笃骶哂须S著增益變化的輸入阻抗(Rc)；以及可變阻抗器件(120)，它可操作地與放大器級(jí)(110)的輸入阻抗(Rc)并聯(lián)耦合，其中可變阻抗器件(120)構(gòu)成為提供隨著增益變化而與放大器級(jí)(110)的輸入阻抗(Rc)反向變化的阻抗(Rd)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)射機(jī)(500)，其中至少一個(gè)可變阻抗器件(120)包括構(gòu)成為二極管的第一晶體管(225)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的發(fā)射機(jī)(500)，其中至少一個(gè)放大器級(jí)(110)包括共發(fā)射極放大器(215，216)，并且通過改變共發(fā)射極放大器(215，216)的偏置電流(Ic)來改變?cè)鲆妗?br> 13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)射機(jī)(500)，其中至少一個(gè)放大器級(jí)(110)還包括構(gòu)成為電流反射鏡的第二晶體管(215)和第三晶體管(216)以及構(gòu)成為給電流反射鏡提供偏置電流(Ic)的可變電流源(210)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的發(fā)射機(jī)(500)，其中至少一個(gè)可變阻抗器件(120)包括構(gòu)成為提供用于偏置第一晶體管(225)的二極管偏置電流(Id)的另一可變電流源(220)，并且至少一個(gè)可變阻抗器件(120)的阻抗(Rd)基于二極管偏置電流(Id)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的發(fā)射機(jī)(500)，其中二極管偏置電流Id基本上對(duì)應(yīng)Id=M*Icmax-Icβ;]]>并且β是第三晶體管(216)的增益系數(shù)，M是在1.0和2.0之間的常數(shù)，Icmax是在增益的峰值時(shí)可變?cè)鲆娣糯笃鞯钠秒娏鱅c的最大值。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)射機(jī)(500)，其中至少一個(gè)放大器級(jí)(110)包括共發(fā)射極放大器(215，216)，并且通過改變共發(fā)射極放大器(215，216)的偏置電流(Ic)來改變?cè)鲆妗?br> 17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)射機(jī)(500)，其中至少一個(gè)放大器級(jí)(110)包括構(gòu)成為電流反射鏡的晶體管(215，216)以及構(gòu)成為給電流反射鏡提供偏置電流(Ic)的可變電流源(210)，增益取決于偏置電流(Ic)。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)射機(jī)(500)，其中至少一個(gè)可變阻抗器件(120)包括構(gòu)成為提供偏置電流(Id)的可變電流源(220)，所述偏置電流(Id)控制可變阻抗器件(120)的阻抗(Rd)。
19.根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)射機(jī)(500)，其中至少一個(gè)可變?cè)鲆娣糯笃?540，560)被L-C調(diào)諧電路(530，550)驅(qū)動(dòng)。
全文摘要
一種可變阻抗器件與可變?cè)鲆娣糯笃鞯妮斎攵瞬⒙?lián)放置并被控制，以便給源提供基本不變的負(fù)載阻抗。優(yōu)選地，可變阻抗器件包括具有可變偏置電流的二極管。這個(gè)二極管偏置電流隨著放大器偏置電流而反向調(diào)節(jié)，使得兩個(gè)輸入路徑阻抗的并聯(lián)總和在寬增益范圍內(nèi)保持大致不變。這個(gè)可變?cè)鲆娣糯笃飨到y(tǒng)特別適合于用在無線發(fā)射機(jī)或蜂窩電話中。
文檔編號(hào)H03G3/30GK1675832SQ03819238
公開日2005年9月28日 申請(qǐng)日期2003年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月12日
發(fā)明者W·雷曼-懷特, S·阿加瓦爾 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司