具有dc-dc轉換器的gsm-gprs-edge功率放大器中的雜散消除的制作方法
【專利說明】具有DC-DC轉換器的GSM-GPRS-EDGE功率放大器中的雜散消除
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請涉及并要求2012年10月30日提交的、發(fā)明名稱為“SPURCANCELLAT1NIN GSM-GPRS-EDGE POWER AMPLIFIERS WITH DC-DC CONVERTERS” ( “具有 DC-DC 轉換器的GSM-GPRS-EDGE功率放大器中的雜散消除”)的美國臨時申請第61/7220，125號的優(yōu)先權，在此通過引用將其全部內容并入本文。
[0003]關于聲明:聯邦政府資助的研宄/開發(fā)
[0004]不適用
技術領域
[0005]本公開內容一般涉及射頻(RF)信號電路，尤其涉及具有DC-DC轉換器的GSM-GPRS-EDGE功率放大器中的雜散消除。
【背景技術】
[0006]無線通信系統應用于涉及在長短距離等上進行數據傳輸的大量場景中，并具有廣泛地適合于滿足每種特定需求的特征。在這些普及的和部署的系統中最主要的是移動或蜂窩電話，在世界范圍內預計已經有超過46億用戶。
[0007]一般而言，無線通信包括被各種調制來表示數據的射頻(RF)載波信號，并且信號的調制、發(fā)送、接收以及解調遵守一系列用于協同一致的標準。存在很多不同的移動通信技術或空中接口，包括GSM (全球移動通信系統),EDGE (增強型數據速率GSM演進)和包括諸如W-CDMA (寬帶碼分多址復用)的第三代(3G)模式的UMTS (通用移動通信系統)，以及諸如LTE(長期演進)的第四代(4G)技術。
[0008]移動終端的基本組件或用于實現上述功能的任意無線通信系統是收發(fā)器，也就是組合了發(fā)送器和接收器電路。收發(fā)器將數據編碼為基帶信號，并將其與RF載波信號調制。接收后，接收器將RF信號下變換，對基帶信號解調，并對該基帶信號表示的數據進行解碼。與發(fā)送器連接的天線將電信號轉換為電磁波，而與接收器連接的天線將電磁波轉換回電信號。傳統的移動終端收發(fā)器一般不產生足夠的功率或具有足夠的靈敏度以便獨立地實現可靠的通信。因此，需要對RF信號作出其他設置。將在收發(fā)器與天線之間提供這種功能的電路稱為前端模塊，其包括用于提高發(fā)送功率的功率放大器，和/或用于提高接收靈敏性的低噪聲放大器。
[0009]基本上，移動終端的所有部件都由峰值輸出大約為4伏特的電池提供功率，但是不同部件具有不同的電壓電源需求。而且，普通的可充電鋰離子電池的輸出電壓會隨著能量的損耗而有些降低。因此，CDMA前端電路的傳統功率放大器利用了 DC-DC轉換器來提高電源電壓并將其維持在所需的電平上。相對于GSM/GPRS/EDGE應用，CDMA/WCDMA應用對高效功率轉換的要求更高，因為CDMA/WCDMA應用具有更高的功率輸出動態(tài)范圍。此外，CDMA/WCDMA終端消耗更多的功率，因為片上中央處理器執(zhí)行更多的指令并在高數據速率下工作。另一方面，第一和第二代GSM終端使用了 0.25-0.35 μ m的硅集成電路基底技術，其在功率放大器級上不能獲得有效地功率消耗的降低，因為數字和模擬基帶電路以及RF調制電路相比較有更大的功耗。此外，以前的移動網絡結構對單時隙GSM/GPRS/EDGE操作產生的限制有助于降低終端設備的功耗。
[0010]對于GSM/GPRS/EDGE終端，主要有兩種不同的使用固定RF輸入功率控制RF功率放大器的輸出功率的方式。根據所使用的晶體管技術(例如，雙極結型或異質結雙極型，或金屬半導體場效應、金屬氧化物半導體場效應，或高電子迀移率)，一種方式為基極/柵極電流或電壓控制，第二種方式為集電極/漏極電壓控制。在兩種配置中，將功率通過電阻或電流反射鏡電路施加到每個RF晶體管級的基極上。在絕大多數應用中，從低到高的RF輸出功率電平的功率控制電路的晶體管消耗電池功率，降低了效率。在致力于解決功率放大器功率電源效率問題的任何早期設備中，那些工作針對的是最大輸出功率電平。
[0011]然而，在最近的城市環(huán)境中，到達基站的平均距離并不是延伸以恒定要求高功率輸出。實際上，根據GSM高斯最小移頻鍵控(GMSK)概率分布函數，終端天線上的輸出功率在大部分時間處于18dBm到27dBm。因此，在低到中級功率輸出端上可以用較高的功率電源轉換效率極大地提高通話時間。相應地，本領域需要在整個輸出級中具有較高效率的輸入電壓控制GSM/GPRS/EDGE功率放大器。
[0012]在GSM/GPRS/EDGE操作模式下具有與使用前述DC-DC轉換器相關的多個缺陷，這迄今為止是不能克服的。眾所周知，DC-DC轉換器的輸出端存在電壓波紋，其變化取決于為輸出濾波器所選的部件的電阻值和電容值，該輸出濾波器需要滿足電壓穩(wěn)定時間要求。一般，輸出電壓電平越低，相對電壓波紋越高。此外，電壓波紋取決于DC-DC轉換器的轉換模式(例如，脈寬調制(PWM)、脈沖頻率調制(PFM)、跳躍模式等)。傳統GSM功率放大器的功率控制曲線，無論是通過基極/柵極控制還是通過集電極/漏極控制，都具有變化的控制電壓敏感性。也就是，在較低的RF輸出電平下，需要較低的功率增長與需要用于較高RF輸出功率電平的輸出功率的增長相同。DC-DC轉換器的上述性能特征導致其本地晶振的提高，這使得在功率放大器的中到低功率電平中的雜散電平增加。
[0013]DC-DC轉換器輸出端的電壓波紋產生被施加到RF信號上的幅度調整。因此，在本地振蕩器上出現的雜散譜成分偏離了主RF信號。這些成分包括連續(xù)的波信號雜散以及貫穿取決于DC-DC轉換器操作模式和所選的濾波器部件的寬帶頻譜的其他成分。這些雜散信號會處于破壞GSM標準(例如，GSM05.05)限定的嚴格頻譜純度要求的電平。
[0014]相應地，本領域也需要用于GSM/GPRS/EDGE功率放大器功率控制應用的可調DC-DC轉換器，但其還要滿足最大工作電流和高速電壓斜坡上升的要求，并最小化噪聲。尤其是，還需要使用比RF信號帶寬高的本地振蕩器的DC-DC轉換器(對于GSM/GPRS/EDGE為200kHz)并仍然保持適用于終端應用的外部濾波器部件的數電平和大小。

【發(fā)明內容】

[0015]本公開考慮用于向GSM、GPRS和EDGE無線通信傳輸中使用的射頻(RF)功率放大器提供可變電壓電平(Vcc、Vdd)的功率控制電路的實施例。這些電路可以集成有高效和省電的DC-DC轉換器，并包括處理上述雜散信號關注的特征。電路可以置入到能集成在移動終端設備中的整體RF前端設備中。使用所公開的功率控制電路，期望能夠顯著地增加GSM/GPRS/EDGE通話時間，因為根據半導體技術、基帶模擬電路和多時隙操作可以將電池電流消耗降低20-50%。
[0016]根據本公開的一個實施例，具有射頻(RF)功率放大器電路。其可以包括具有RF輸入端、RF輸出端以及電壓電源輸入端的功率放大器。此外，其可以包括可調DC-DC轉換器，該可調DC-DC轉換器具有與電池連接的輸入端、與生成DC電源電壓信號的功率放大器的電壓電源輸入端連接的輸出端。還可以具有雜散補償器，其響應于DC電源電壓信號中的雜散而生成差錯控制信號?？梢詫⒉铄e控制信號施加到功率放大器的RF輸入端。
[0017]RF功率放大器電路的第一實施例可以包括功率放大模塊、功率轉換器模塊和雜散補償模塊。功率放大模塊可以包括具有可與RF收發(fā)器發(fā)送端口連接的功率放大器輸入端的一級或多級功率放大器。還可以有可與天線連接的功率放大器輸出端，以及可與功率放大器輸入端連接的功率放大器參數輸入端。功率轉換器模塊可以包括DC-DC功率轉換器，該DC-DC功率轉換器具有可與DC電源連接的轉換器偏置輸入端。轉換器輸出端可以與功率放大模塊連接以將具有偏置電壓信號的一級或多級RF功率放大器偏置。DC-DC功率轉換器還可以具有轉換器反饋，以及可以連接到與RF功率輸出電平對應的電壓控制信號源轉換器參考輸入端。雜散補償模塊可以包括差錯放大器。轉換器反饋和轉換器輸出端可以連接到差錯放大器的第一輸出端。電壓控制信號電源可以通過相位調整網絡連接到差錯放大器的第二輸出端。而且，差錯放大器的輸出端可以生成差錯控制信號，