具有理想iq組合的切換模式功率放大器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明大體上涉及功率放大器，且更特定來說涉及具有切換模式功率放大器的無線發射器結構。
【背景技術】
[0002]由于無線裝置的發展，無線應用已迅速成長成為重要市場。低成本互補金屬氧化物半導體(CMOS)技術的發展已使其成為無線應用中的射頻(RF)收發器的自然選擇。其進展已使集成基帶及其它功能塊成為可能。CMOS技術將成為完全集成在單一裸片上從而減小封裝形態因數及其成本的最可行解決方案。另外，由于其成熟的工藝技術以及高集成度，CMOS技術提供良好的熱特性及低成本優勢。在功率放大器(PA)中，性能問題為輸出功率、效率、線性、收益及可靠性。在例如全球移動通信系統(GSM)的恒定包絡系統中，對高效性能的需要已優先于延長電池壽命。為了高效操作，非線性切換PA由于其高DC到RF轉換效率而為有吸引力的。高效率改善射頻(RF)收發器的操作時間及可靠性，且成為用于無線應用的PA的最重要要求中的一者。
[0003]在GSM應用中對非線性切換CMOS PA的高效率的使用部分依賴于發射器僅傳播相內容，即，不存在待傳播的幅度內容。切換PA有效率是因為它們在輸出處通常僅驅動兩種狀態(盡管多級切換切換PA也存在)，所述兩種狀態代表零或完全供應電壓(Vdd)。然而，高度希望此類PA可有效地使用于相及幅度內容都存在的模擬同相及正交(I及Q)輸入數據。目前，存在用于設計這些應用的一些技術，這些技術通常涉及將I及Q相及幅度數據組合成可直接調制切換模式PA的數據流的不同方法。然而，這些技術具有缺點。待描述的一種此類方法涉及通過首先將IQ數據轉換成極性數據且接著將所述極性數據轉換成單一位A Σ流來將幅度及相內容改變成單一數據流。使用圖1解釋所述操作。
[0004]圖1展示用于轉換模擬IQ數據以調制CMOS切換PA的常規系統100。
[0005]系統100包含轉換器102、Δ Σ調制器104、極性幅度組件106、功率組件107、極性相組件108及PA 110。
[0006]如圖中展示，轉換器102經布置以在線112及線114上接收且在線116、線117及線118上輸出。Δ Σ調制器104經布置以連接于經由線118的極性轉換器102與經由線120的極性幅度組件106之間。極性幅度組件106接著經由線124連接到PA 110。極性相組件108經布置以經由線116及線117連接到轉換器102且經由線122連接到PA 110。功率控制組件107經由線121與極性幅度組件106界面連接。PA 110在線126上輸出信號。
[0007]轉換器102提供將笛卡爾(Cartesian)數據轉換為極性數據所必要的采樣及濾波功能。△ Σ調制器104將模擬極性幅度數據數字化成單一位流。極性幅度組件106將位流轉換成信號以用于調制PA 110的供應電壓，極性相組件108提供經數字化數據的數字化及轉換以驅動PA 110。
[0008]在操作中，轉換器102將呈笛卡爾X、y坐標形式的模擬I及Q轉換到作為r (幅度)及Θ (角度)的極坐標形式。由A Σ調制器104使用△ Σ轉換將出現在線118上的幅度信息數字化。極性幅度組件106接著調節所產生的且出現在線120上的數據流，且線124上的輸出通過改變PA 110處的DC偏壓或通過直接改變供應電壓來調制到PA 110的供應。因此使用到功率放大器PA 110的供應電壓編碼幅度信息。極性相(角)信息呈現為線116上的Θ信號。極性相組件122接著數字化及調節這些信號以驅動功率放大器PA110。因此，通過使用笛卡爾到極性轉換結合△ Σ調制，與CMOS切換模式PA—起使用含有幅度及相信息的模擬I及Q幅度信息。
[0009]然而，此系統具有一些固有問題。一個問題是由于IQ數據到極性轉換過程而發生。由于此轉換過程的笛卡爾到極性相角部分為非線性(極角=Ian1 (y/x))，此過程明顯加寬由輸出信號占用的帶寬。此導致對大得多的信道寬度的需求，或可導致鄰近信道性能問題。另一問題為由于供應電壓帶寬低，性能被限制。因此，雖然可支持例如藍牙的較低帶寬數據應用，但不可支持例如WiFi的高帶寬數據應用。
[0010]在奧瑞那E.艾_澤(Oren E.Eliezer)的美國專利7460612“用于全數字正交調制器的方法及設備(Method and apparatus for a fully digital quadrature modulator)，，中描述用以轉換模擬IQ數據以調制CMOS切換PA的第二常規系統及方法。此系統及方法通過使用應用到切換陣列的11位I及Q控制字來組合I及Q數據，所述切換陣列驅動在代表I+Q、1-Q、-(1-Q)及-(I+Q)的四個電平處操作的多級PA。
[0011]第一個問題是實施方案需要使用多級PA，即使使用單級獨立實現I及Q也是如此。第二個問題是I到Q泄漏表現為數據敗壞。所述泄漏歸因于對于可能的大數據量值偏移，可用的PA穩定時間不足，所述偏移可大到在1/4本機振蕩器(LO)周期中從零到(I+Q)。
[0012]需要的是用于組合模擬I及Q輸入中的信息以實現不受限于第一實例常規系統的大帶寬要求及相調制驅動性能限制且不具有第二實例常規系統的多級PA要求或I到Q泄漏驅動數據敗壞問題的高效CMOS切換PA的系統及方法。

【發明內容】

[0013]本發明提供用于組合I與Q模擬輸入以實現不受限于常規系統的大帶寬要求、相調制驅動性能限制及I到Q泄漏及數據敗壞問題的高效CMOS切換PA的新型系統及方法。
[0014]本發明的方面針對設置轉換器以將模擬數據流I及Q轉換成分離量值及符號數據；設置本機振蕩器(LO)以產生具有周期T的時鐘；設置脈沖產生器以基于符號數據提供用以選通幅度數據的脈沖；設置A Σ調制器以基于模擬量值數據產生位流；設置數字邏輯以輸出代表經組合的I及Q數據且從具有確定LO循環中的位置的符號信息的選通的量值數據導出的單一數據流；設置PA以基于所述輸出信號產生放大信號，使得Q數據與I數據異相。
[0015]本發明的其它方面針對使用替代本機振蕩器工作循環及相來代表I及Q量值及符號的額外實施例。
[0016]本發明的額外優勢及新型特征部分地陳述于以下描述中，且部分地將在檢查下文后對所屬領域的技術人員來說顯而易見或通過實踐本發明可學習到。可通過在所附權利要求書中特定指出的手段及組合實現及達到本發明的優勢。
【附圖說明】
[0017]并入到本說明書中且形成本說明書的一部分的附隨圖式說明本發明的示范性實施例，且附隨圖式與描述一起用以解釋本發明的原理。在圖式中:
[0018]圖1展示用以組合模擬I及Q數據以用于調制CMOS切換PA的第一常規系統及方法;
[0019]圖2為根據本發明的方面的說明將I及Q數據轉換到符號及量值的基礎的總圖；
[0020]圖3為說明I及Q的量值及符號的八種可能狀態的圖；
[0021]圖4說明根據本發明的方面的系統的相選擇部分；
[0022]圖5展示根據本發明的方面所設置的系統；
[0023]圖6說明根據本發明的方面的代表八種可能IQ狀態且已產生的波形；以及
[0024]圖7為相選擇器的又一實例實施例。
【具體實施方式】
[0025]本發明的第一方面針對設置轉換器以將IQ信號轉換為I量值、I符號、Q量值及Q符號。
[0026]本發明的第二方面針對設置LO以提供具有周期T的時鐘、設置I脈沖產生器及Q脈沖產生器以產生LO時鐘的特定工作循環的四個脈沖(所述脈沖的開始時間相隔T/4)且設置I相選擇器及Q相選擇器以基于所述脈沖產生器輸出及所述I符號及Q符號提供選通脈沖。
[0027]本發明的第三方面針對設置布爾邏輯門以基于所述相選擇器輸出將IQ幅度數據選通為組成LO循環的四個T/4時隙且將幅度數據組合成單一位流。
[0028]本發明的第四方面針對設置高效CMOS切換模式PA以放大單