相關申請的交叉引用

本申請要求于2014年9月15日提交的美國申請第14/487,000號的優先權，其全部內容通過引用并入本文用于所有目的。

本公開涉及電子電路和方法，并且特別地涉及可編程穩定電路和方法。

背景技術：

無線技術和標準的激增對電子電路技術提出不斷增加的要求。電路必須能夠在大大不同的操作條件下操作，并且在一些情況下，當無線系統在各種操作模式之間改變時必須能夠良好地執行。這種動態環境的復雜性對于無線發射器中的模擬放大器(諸如功率放大器)特別具有挑戰性。例如，功率放大器可以驅動具有足夠輸出功率的天線以向接收系統廣播信號。因此，例如，當無線發射器在傳輸期間改變操作條件時，功率放大器必須保持穩定性。

圖1示出了在功率放大器電路100中使用的典型晶體管器件110。魯棒放大器設計的一個挑戰涉及用于放大傳輸路徑中的信號的晶體管的結構和寄生效應。例如，一些mos晶體管器件可以具有非常短的柵極長度，以補償與一些器件結構相關聯的高柵漏電容(cgd)120。然而，減小柵極長度也可能導致放大器在一定條件下變得不穩定。如該示例所示，被設計為對于一些操作條件穩定的一些晶體管器件和電路可能對于其他操作條件不穩定。然而，在所有操作條件下穩定的保守設計在一些情況下可能是非常低效的，導致例如功率浪費。

技術實現要素：

本公開包括可編程穩定電路和方法。在一個實施例中，無線發射器中的功率放大器包括晶體管，該晶體管包括柵極、源極和漏極。從漏極到柵極的反饋被動態地修改以在變化的操作條件下使放大器穩定。在一個實施例中，在漏極與柵極之間配置串聯rc電路，并且基于不同的電源電壓模式來調節rc電路值。

以下詳細說明和附圖提供對本公開的性質和優點的更好理解。

附圖說明

圖1示出了在功率放大器電路中使用的典型晶體管器件。

圖2示出了根據一個實施例的包括功率放大器的無線發射器。

圖3示出了根據另一個實施例的包括功率放大器的無線發射器。

圖4示出了根據又一個實施例的包括功率放大器的無線發射器。

圖5a示出了根據一個實施例的示例可編程反饋電路。

圖5b示出了根據另一個實施例的示例可編程反饋電路。

圖5c示出了根據又一個實施例的示例可編程反饋電路。

圖6a示出了根據另一個實施例的示例可編程反饋電路。

圖6b示出了根據又一個實施例的示例可編程反饋電路。

圖7示出了根據另一個實施例的示例晶體管反饋電路配置。

具體實施方式

本公開涉及可編程穩定電路和方法。在下面的說明中，為了解釋的目的，闡述了許多示例和具體細節，以便提供對本公開的透徹理解。然而，對于本領域技術人員來說顯而易見的是，如權利要求中表達的本公開可以單獨地或者與下面描述的其他特征結合地包括這些示例中的一些或全部特征，并且還可以包括本文中描述的特征和概念的變型和等同物。

圖2示出了根據一個實施例的包括功率放大器(pa)210的無線發射器200。無線發射器200可以是無線通信系統的可以使用rf信號發送和接收信息(接收器，未示出)的部分。無線發射器200可以包括基帶控制器201，其用于接收待發射的數字信息以及用于控制發射器的操作的控制信息。例如，發射器200可以以各種模式操作，并且可以包括發射(tx)模式控制電路202，以將發射器電路配置為以不同模式操作。例如，各種模式可以具有不同的增益設置、功率設置，或者可以涉及不同的頻帶和協議。

基帶控制器201的輸出耦合到模擬預處理塊203的輸入。例如，模擬預處理的各種實施例可以包括待發送的數據的數模轉換、濾波、增益控制和/或調制(上變頻)。模擬預處理203的輸出耦合到功率放大器210的輸入，功率放大器210用于放大輸入信號vin并產生輸出信號vout以驅動天線250。

功率放大器210可以包括一個或多個包括晶體管的增益級。在該示例中，出于說明的目的示出了一個增益級。在一些實施例中，增益級可以在功率放大器的輸出處，其中增益級晶體管220的漏極耦合到天線250。在其他實施例中，增益級可以是中間級，其中漏極通過一個或多個附加增益級耦合到天線。在一些實施例中，功率放大器內部的多個增益級可以包括例如本文所述的可編程反饋。每個增益級中的晶體管通常由電源電壓vdd供電。在某些應用中，不同的操作模式可以改變由功率放大器210接收的電源電壓vdd。由于vdd可以隨時間改變，其在本文中有時被表示為vdd(t)。影響電源電壓vdd的示例模式包括平均功率跟蹤模式(“apt模式”)、包絡跟蹤(et)模式(例如，其中電源電壓對應于待發送的信號的包絡)或低功率模式(例如，其中針對較低功率傳輸減小恒定的vdd)。電源電壓也可以受到當使用諸如gsm、wcdma、cdma2000或各種lte技術(例如包括lte5、lte10和lte20)的不同的無線傳輸協議時所需的發射功率的影響。

輸出功率和/或電源電壓的變化可以對功率放大器產生大大不同的穩定性約束。因此，本公開的特征和優點包括具有可編程反饋電路221的增益級中的晶體管器件220，可編程反饋電路221被配置在晶體管器件220的漏極和柵極之間?？删幊谭答侂娐?21具有耦合到晶體管220的漏極的輸入端子、耦合到晶體管220的柵極的輸出端子以及用于接收控制信號ctrl的控制輸入。可編程反饋電路221基于在控制輸入上接收的控制信號來調整晶體管220的柵極和漏極之間的串聯rc電路。例如，在特定實施例中，當無線發射器200被配置為向晶體管220的漏極產生第一電源電壓時，可編程反饋電路221被配置為產生第一rc電路值，并且當無線發射器200被配置為向晶體管220的漏極產生不同的電源電壓時，可編程反饋電路221被配置為產生另一個rc電路值以改變從晶體管220的漏極到柵極的負反饋。例如，控制信號可以基于發射器200的操作模式，使得隨著不同的模式改變提供給晶體管220的漏極的電源電壓，從漏極到柵極的不同的反饋配置可以被編程，以保持功率放大器的穩定性和性能。作為示例以說明本公開的優點，當無線發射器被配置為產生與輸入信號的包絡相對應的可變電源電壓時(例如et模式)，可編程反饋電路221可以被配置為在晶體管220的漏極和柵極之間產生第一rc電路值。然而，當無線發射器被配置為向晶體管的漏極產生恒定電源電壓時(例如apt模式)，可編程反饋電路220可以被配置為產生第二rc電路值，其中(例如apt模式中的)第二rc電路值小于(例如et模式中的)第一rc電路值，以增加從漏極到柵極的負反饋，以改善例如apt模式期間的穩定性。

圖3示出了根據一個實施例的包括功率放大器的無線發射器。在該示例中，待發送的信號si被提供給預處理器302。控制電路301(例如，基帶或其他處理器)可以確定發射器的操作模式，并且可以配置預處理器302。例如，在一些操作條件下，系統可以被配置為在具有恒定電源電壓的模式(例如apt模式或低功率模式)中操作。在該情況下，電源323可以被配置為產生恒定vdd。作為另一示例，在其他操作條件下，系統可以被配置為在具有可變電源電壓的模式(諸如包絡跟蹤(et)模式)中操作，其中可變電源電壓例如與功率放大器310的輸入信號vin的包絡相對應。在該情況下，控制電路301可以配置預處理器302以產生至電源323的包絡信號ve和相應的輸入電壓vin，該輸入電壓vin在該示例中通過匹配網絡303耦合到功率放大器310的輸入。

在該說明性示例中，功率放大器310包括晶體管320，晶體管320具有被配置為接收輸入電壓vin的柵極、耦合到地的源極以及被耦合為通過rf扼流圈(rfc)322接收電源電壓vdd(t)的漏極。放大器的輸出(例如在該實例中在漏極處)產生輸出電壓vout，其通過匹配網絡304耦合到天線350。僅為了說明目的，功率放大器310被示出為僅具有單mos晶體管級。應當理解，本公開的實施例可以包括多個晶體管級，并且在一些實施例中，各級可以包括以級聯(例如堆疊)或其他典型功率放大器配置而布置的輸出。本公開的特征和技術適用于寬范圍的放大器拓撲。

在該示例中，可編程反饋電路321具有直接耦合到晶體管320的漏極的輸入和直接耦合到晶體管320的柵極的輸出。在該情況下，可編程反饋電路321接收控制信號ctrl，其是邏輯信號。在其他實施例中，ctrl可以是例如連續信號。這里，可編程反饋電路321可以由控制電路301配置，控制電路301可以是例如基帶電路、處理器或其他邏輯電路，其可以確定無線發射器的操作模式并產生邏輯信號ctrl，以用于配置可編程反饋電路321。作為一個示例，當無線發射器處于et模式時，穩定性可能不那么關鍵，因為對于小信號，電源電壓降低時，增益可能減小。因此，例如，控制電路301可以通過增加晶體管320的漏極和柵極之間的反饋電阻來配置可編程反饋電路321以產生較低的負反饋。然而，當無線發射器處于apt模式時，由放大器處理的小信號可能需要額外的反饋以保持穩定性。因此，例如，控制電路301可以通過減小晶體管320的漏極和柵極之間的反饋電阻來配置可編程反饋電路321以產生較高的負反饋。因此，如上所述，apt模式中的rc電路值可以小于et模式中的rc電路值，以增加從漏極到柵極的負反饋。在下面描述的一個示例實現中，在apt模式中減小從漏極到柵極的高通濾波器的轉角頻率以增加負反饋并使器件穩定。例如，控制電路301可以向可編程反饋電路321發送控制信號，以改變漏極和柵極之間的反饋，從而針對寬范圍的其他操作模式產生晶體管320的優化的穩定性。因此，上述apt和et模式僅僅是說明性的。

圖4示出了根據又一個實施例的包括功率放大器的無線發射器。類似于圖3中的示例，控制電路401可以針對et模式配置預處理器402，以產生包絡信號ve和通過匹配電路403(以及可能在信號路徑中的附加級和電路系統)至晶體管420的柵極的輸入電壓vin。在該示例中，電源423產生電源電壓vdd(t)，其耦合到晶體管420的漏極(通過rfc422)和可編程反饋電路421的控制輸入二者。因此，在一些實施例中，例如，可以基于電源電壓vdd(t)來調節從晶體管420的漏極到柵極的反饋。如下面更詳細的示例中所示，電源電壓的變化可以產生從晶體管420的漏極到柵極的反饋的變化，以改善功率放大器在具有相應不同的電源電壓要求的變化的操作條件下的穩定性。

圖5a示出了根據一個實施例的示例可編程反饋電路。在該示例中，可編程反饋電路包括串聯配置的電容器c500和可變(或可編程)電阻rp501。電容器500的第一端子耦合到晶體管的漏極(d)，并且電容器500的第二端子耦合到rp501的端子。rp501的第二端子耦合到晶體管的柵極(g)。在該示例中的可編程反饋形成具有由電阻和電容的乘積(rp*c)設置的值的串聯rc電路。從晶體管的柵極傳遞到漏極的信號將產生反轉，因此反饋是負的以提高穩定性。電容器c從反饋路徑去除dc。反饋由電阻控制。隨著電阻增加，反饋電流減小，從而減小負反饋。隨著電阻減小，反饋電流增加，從而增加負反饋，降低增益并穩定電路。

圖5b示出了根據另一個實施例的示例可編程反饋電路。可編程反饋電路的實施例可以包括多個電阻器、多個開關(例如，被配置為開關的mos晶體管)以及被配置在晶體管的漏極和柵極之間的電容器。類似于圖5a，電容器500的第一端子耦合到晶體管的漏極，并且第二端子耦合到電阻器和開關的并聯配置。例如，電容器500的第二端子耦合到標記為510至512的n個開關sw1至swn的端子。每個開關510至512的另一端子耦合到特定電阻器r1至rn502至504的端子。每個電阻器502至504的第二端子耦合到晶體管的柵極。因此，串聯電阻器和開關的并聯配置可以被編程為改變與電容器500串聯的電阻。例如，當所有開關sw1至swn都斷開時，沒有從漏極到柵極的反饋。當sw1閉合并且其他開關斷開時，r1502與電容器500串聯以產生第一rc電路值。當附加開關閉合時，電阻器的并聯配置用于減小與電容器500串聯的總電阻，從而降低rc電路值。例如，開關可以由來自上述控制電路的邏輯信號斷開和閉合。例如，該特定示例可編程反饋電路的實施例可以包括具有相同值或不同值的電阻器r1至rn，以根據特定設計的需要調諧反饋。

圖5c示出了根據又一個實施例的示例可編程反饋電路。在該示例中，電容器500的端子耦合到晶體管的漏極，并且電容器500的另一端子耦合到電阻器r2506的第一端子和開關sw2514的第一端子。電阻器r2506的第二端子耦合到開關sw2514的第二端子，使得sw2與r2并聯配置，以在sw2閉合時在r2周圍產生短路，從而從反饋電路移除r2。r2的第二端子和sw2的第二端子耦合到開關sw1513的第一端子。sw1513的第二端子耦合到電阻器r1505的第一端子。電阻器505的第二端子耦合到晶體管的柵極。因此，當sw1斷開時，沒有從漏極到柵極的反饋。當sw1閉合并且sw2斷開時，形成具有由r1和r2之和乘以c(即，(r1+r2)*c)設置的rc電路值的串聯rc電路。此配置設置具有從漏極到柵極的最高反饋電阻和最小負反饋量的最高rc電路值?？梢酝ㄟ^閉合sw2和短路r2來增加負反饋，從而減小從晶體管的漏極到柵極的反饋路徑中的電阻。這樣得到的rc電路值小于當sw2斷開時的rc電路值，并且負反饋被增加以增加用于該特定操作模式的電路的穩定性。應當理解，例如，根據其他實施例的各種可編程反饋電路可以具有許多離散反饋電阻(或甚至連續范圍)，其可用于與各種各樣不同的操作模式或傳輸條件相對應的編程。

圖6a示出了根據另一個實施例的示例可編程反饋電路。在該示例中，電源電壓用作控制輸入信號，以改變功率放大器電路中晶體管的漏極和柵極之間的反饋路徑中的電阻，從而動態地調整電路的穩定性。在該示例中，整形器電路623接收電源電壓vdd(t)以控制可變電阻621的值。可變電阻621被配置為在晶體管620的漏極和晶體管620的柵極之間與電容器622串聯。整形器電路623可以例如通過接收vdd(t)并且產生作為vdd(t)的函數的控制輸入信號而在vdd(t)和電阻之間產生多種函數關系。例如，在一些實施例中，整形器電路的輸出可以與vdd的n次方(例如，vddⁿ(t)，諸如1<n<2)相關，使得電阻是vddⁿ(t)的函數。應當理解，整形器電路可以使用vdd的任何其他合適的函數(例如，指數函數)。

圖6b示出了根據又一個實施例的示例可編程反饋電路。該示例示出了使用電源電壓作為控制輸入信號以改變功率放大器電路中的晶體管的漏極和柵極之間的反饋路徑中的電阻的一個特定實現示例。例如，晶體管620可以通過柵極上的dc耦合電容器c1650來接收輸入信號vin，并且例如通過漏極產生輸出信號vout。電源電壓通過rf扼流圈(rfc)610耦合到晶體管620的漏極。該示例中的可編程反饋電路包括具有耦合到晶體管620的漏極的第一端子的電容器622。電容器622的第二端子耦合到電阻器614的第一端子。電阻器614的第二端子耦合到電阻器613的第一端子，并且電阻器613的第二端子耦合到晶體管620的柵極。在該示例中，使用與電阻器614并聯配置的晶體管612來改變反饋電阻。晶體管612的第一端子耦合到電阻器614的第一端子，并且晶體管612的第二端子耦合到電阻器614的第二端子。電源電壓vdd通過增益級611耦合到晶體管612的控制端子，增益級611可以將vdd值的范圍轉換為用于控制晶體管612的值的對應范圍。例如，當vdd為高時，晶體管612的控制端子處的電壓可以使晶體管612一直導通，從而短路電阻器614。因此，當vdd為高時，與電容器622串聯的電阻低，并且rc電路值低，增加了從漏極到柵極的負反饋，以提高穩定性。然而，隨著vdd減小，晶體管612形成與電阻器614并聯的越來越大的電阻路徑。隨著與電阻器614并聯的電阻增加，rc電路的串聯電阻增加，并且負反饋減小。當vdd達到某一低閾值時，晶體管612關斷，并且獲得最大反饋電阻，其中rc電路值等于電阻器613和電阻器614之和乘以電容622，從而針對功率放大器增益級來設置從漏極到柵極的最小負反饋。

圖7示出了根據另一個實施例的示例晶體管反饋電路配置。本公開的實施例可以對增益級中的晶體管進行分段，并且如圖所示在不同的段周圍提供單獨的rc反饋電路。例如，特定晶體管可以被分段成晶體管段720a、720b和720c(“段”)。每個段可以具有耦合在該段的漏極和該段的柵極之間的可編程rc反饋電路。例如，段720a包括例如串聯配置在段720a的漏極和段720a的柵極之間的電阻器r1711a和電容器c1710a。類似地，段720b包括串聯配置在段720b的漏極和段720b的柵極之間的電阻器r2711b和電容器c2710b。類似地，段720c包括串聯配置在段720c的漏極和段720c的柵極之間的電阻器r3711c和電容器c3710c。段720a至720c具有耦合在一起以形成單個晶體管器件的柵極、漏極和源極。例如，用于特定段的各個可編程反饋電路可以改善功率放大器級中的晶體管上的均勻性。

以上說明示出了本公開的各種實施例以及如何實現特定實施例的各方面的示例。上述示例不應被認為是僅有的實施例，并且被呈現以說明由所附權利要求限定的特定實施例的靈活性和優點?；谏鲜龉_和所附權利要求，在不脫離由權利要求限定的本公開的范圍的情況下，可以采用其他布置、實施例、實施方式和等同物。