DE102019211485A1

DE102019211485A1 - Vorspannungsimpedanz für variablen leistungsverstärker

Info

Publication number: DE102019211485A1
Application number: DE102019211485.7A
Authority: DE
Inventors: Philip John Lehtola
Original assignee: Skyworks Solutions Inc
Current assignee: Skyworks Solutions Inc
Priority date: 2018-08-01
Filing date: 2019-08-01
Publication date: 2020-02-06
Also published as: SG10201907067WA; TWI834698B; JP2020022163A; US20200044609A1; US11165392B2; CN110798161A; TWI875525B; JP2024063040A; US20220021340A1; GB201910946D0; GB2577602A; KR20200014711A; TW202429821A; US20240079997A1; US11894808B2; GB2577602B; TW202027410A

Abstract

Systeme und Verfahren mit variabler Vorspannungsimpedanz eines Leistungsverstärkers werden offenbart. In einem Aspekt ist ein Leistungsverstärkersystem mit einer Vorspannungsschaltung, die konfiguriert ist, um eine Vorspannung zu empfangen und ein Vorspannungssignal zu erzeugen, und einer Leistungsverstärkerstufe, die konfiguriert ist, um ein Hochfrequenzeingangssignal (RF) zu empfangen und ein HF-Ausgangssignal zu erzeugen, vorgesehen. Das Leistungsverstärkersystem kann auch eine Vorspannungsimpedanzkomponente beinhalten, die betriebsmäßig zwischen der Vorspannungsschaltung und der Leistungsverstärkerstufe gekoppelt ist. Die Vorspannungsimpedanzkomponente ist konfiguriert, um ein Steuersignal zu empfangen und einen Impedanzwert der Vorspannungsimpedanzkomponente im Ansprechen auf das Steuersignal einzustellen.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANWENDUNG(EN)
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der am 1. August 2018 eingereichten U.S. Provisional Application Nr. 62/713,150 , die hier durch Verweis in ihrer Gesamtheit Teil der vorliegenden Anmeldung ist.
HINTERGRUND
Gebiet der Erfindung
Ausführungsformen der beschriebenen Technologie beziehen sich auf elektronische Systeme, und insbesondere auf Systeme mit Leistungsverstärkern für die Hochfrequenz(HF)Elektronik.
Beschreibung der verwandten Technologie
HF-Leistungsverstärker können verwendet werden, um die Leistung eines HF-Signals mit relativ geringer Leistung anzuheben (d.h. zu boosten). Danach kann das angehobene d.h. verstärkte HF-Signal für eine Vielzahl von Zwecken verwendet werden, einschließlich der Ansteuerung der Antenne eines Senders.
Leistungsverstärker können in Mobiltelefone integriert werden, um ein HF-Signal zur Übertragung zu verstärken. So kann beispielsweise bei Mobiltelefonen, die über einen Mobilfunkstandard, einen WLAN-Standard (Wireless Local Area Network) und/oder einen anderen geeigneten Kommunikationsstandard kommunizieren, ein Leistungsverstärker zur Verstärkung des HF-Signals verwendet werden. Es kann wichtig sein, die Verstärkung eines HF-Signals zu verwalten, da die Verstärkung des HF-Signals auf einen falschen Leistungspegel oder die Einführung einer erheblichen Verzerrung des ursprünglichen HF-Signals dazu führen kann, dass eine drahtlose Vorrichtung außerhalb des Bandes sendet oder gegen die Einhaltung der geltenden Normen verstößt. Eine Leistungsverstärkervorrichtung vorzuspannen, d.h. einen Bias darauf auszuüben, ist ein wichtiger Bestandteil der Verwaltung der Verstärkung, da sie den Spannungs- und/oder Strombetriebspunkt der Verstärkervorrichtungen in dem Leistungsverstärker bestimmen kann.
Es besteht Bedarf an verbesserten Leistungsverstärkersystemen. Darüber hinaus besteht die Notwendigkeit, das Vorspannen d.h. die Einstellung eines Bias des Leistungsverstärkers zu verbessern.
ZUSAMMENFASSUNG
Aspekte dieser Offenbarung beziehen sich auf Techniken und elektronische Systeme, die zur Verbesserung der Vorspannung von Leistungsverstärkern eingesetzt werden können. So beinhaltet beispielsweise ein Leistungsverstärkersystem in einem Aspekt eine Vorspannungsschaltung, die konfiguriert ist, um eine Vorspannung zu empfangen und ein Vorspannungssignal zu erzeugen; eine Leistungsverstärkerstufe, die konfiguriert ist, um ein Eingangshochfrequenzsignal zu empfangen und ein Ausgangshochfrequenzsignal zu erzeugen. Das System beinhaltet ferner eine Vorspannungsimpedanzkomponente, die betriebsmäßig zwischen der Vorspannungsschaltung und der Leistungsverstärkerstufe gekoppelt ist, wobei die Vorspannungsimpedanzkomponente konfiguriert ist, um ein Steuersignal zu empfangen und einen Impedanzwert der Vorspannungsimpedanzkomponente als Reaktion auf das Steuersignal einzustellen.
Ein Verfahren zum Einstellen der Verstärkung einer Leistungsverstärkerstufe wird gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung bereitgestellt. Das Verfahren beinhaltet das Empfangen einer Vorspannung (auch als Vorspannung bezeichnet) in einer Vorspannungsschaltung, das Erzeugen eines Vorspannungssignals basierend auf der Vorspannung durch die Vorspannungsschaltung und das Empfangen der Vorspannung und eines Steuersignals an einer Vorspannungsimpedanzkomponente. Das Verfahren beinhaltet ferner das Einstellen eines Impedanzwertes der Vorspannungsimpedanzkomponente basierend auf dem empfangenen Steuersignal, das Empfangen eines Hochfrequenzeingangssignals und der Vorspannung von der Vorspannungsimpedanzkomponente an einer Leistungsverstärkerstufe, und das Erzeugen eines Hochfrequenzausgangssignals basierend auf dem Hochfrequenzeingangssignal und der Vorspannung.
Eine mobile Vorrichtung wird gemäß noch einem weiteren Aspekt der Offenbarung bereitgestellt. Die mobile Vorrichtung beinhaltet einen Leistungsverstärker, der konfiguriert ist, um ein Hochfrequenzeingangssignal zu verstärken und ein Hochfrequenzausgangssignal zu erzeugen, und einen Modulator, der konfiguriert ist, um ein Hochfrequenzsendesignal basierend auf dem Hochfrequenzausgangssignal zu erzeugen. Der Leistungsverstärker beinhaltet eine Vorspannungsschaltung, die konfiguriert ist, um eine Vorspannung zu empfangen und ein Vorspannungssignal zu erzeugen, eine Leistungsverstärkerstufe, die konfiguriert ist, um das Hochfrequenzeingangssignal zu empfangen und das Hochfrequenzausgangssignal zu erzeugen, und eine Vorspannungsimpedanzkomponente, die betriebsmäßig zwischen der Vorspannungsschaltung und der Leistungsverstärkerstufe gekoppelt ist. Die Vorspannungsimpedanzkomponente ist konfiguriert, um ein Steuersignal zu empfangen und einen Impedanzwert der Vorspannungsimpedanzkomponente im Ansprechen auf das Steuersignal anzupassen bzw. einzustellen.
Figurenliste

1 ist ein schematisches Diagramm eines Leistungsverstärkermoduls zum Verstärken eines Hochfrequenz(HF)-Signals.
2 ist ein schematisches Blockdiagramm einer beispielhaften drahtlosen Vorrichtung, die eines oder mehrere der Leistungsverstärkermodule von 1 beinhalten kann.
3 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Beispiels eines Leistungsverstärkersystems.
4 ist ein schematisches Blockdiagramm eines weiteren Beispiels eines Leistungsverstärkersystems gemäß Aspekten dieser Offenbarung.
5A ist ein schematisches Blockdiagramm eines weiteren Beispiels eines Leistungsverstärkersystems gemäß Aspekten dieser Offenbarung.
5B ist ein schematisches Blockdiagramm eines noch weiteren Beispiels eines Leistungsverstärkersystems gemäß Aspekten dieser Offenbarung.
6A-6F sind Diagramme, die den Einfluss von Änderungen der Vorspannungsimpedanz auf die Eigenschaften von Leistungsverstärkern gemäß den Aspekten dieser Offenbarung veranschaulichen.
7 ist ein Diagramm, das die Verstärkung (auch als Gain bezeichnet) an der Endstufe eines Leistungsverstärkers in Abhängigkeit von der Ausgangsleistung gemäß Aspekten dieser Offenbarung darstellt.
8A-8D veranschaulichen eine Anzahl von Leistungsverstärkereigenschaften gemäß Aspekten dieser Offenbarung.
9 veranschaulicht eine Ausführungsform eines mehrstufigen Leistungsverstärkersystems gemäß Aspekten dieser Offenbarung.
10 ist ein schematisches Blockdiagramm eines weiteren Beispiels eines Leistungsverstärkersystems gemäß Aspekten dieser Offenbarung.
11 ist ein schematisches Blockdiagramm eines noch weiteren Beispiels eines Leistungsverstärkersystems gemäß Aspekten dieser Offenbarung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die hier enthaltenen Überschriften, falls vorhanden, dienen nur der Übersichtlichkeit und berühren nicht notwendigerweise den Umfang oder den Sinngehalt der beanspruchten Erfindung.
Vorrichtungen und Verfahren zum Vorspannen von Leistungsverstärkern werden hier offenbart. In bestimmten Implementierungen wird ein Leistungsverstärkersystem mit einem Leistungsverstärker und einer Vorspannungsschaltung vorgesehen. Der Leistungsverstärker kann verwendet werden, um ein Hochfrequenzsignal (HF) zur Übertragung zu verstärken, und die Vorspannungsschaltung (auch als Bias-Schaltung bezeichnet) kann verwendet werden, um eine Vorspannung d.h. einen Bias zum Vorspannen des Leistungsverstärkers zu erzeugen. Die Vorspannungsschaltung des Leistungsverstärkers kann ein Freigabesignal empfangen, mit dem der Leistungsverstärker aktiviert oder deaktiviert werden kann, um den Ausgang des Leistungsverstärkers zu pulsieren.
Wie nachstehend näher beschrieben, kann die Vorspannungsimpedanz des Signals, das dem Leistungsverstärker von der Vorspannungsschaltung bereitgestellt wird, bestimmte Eigenschaften des Leistungsverstärkers und insbesondere die Verstärkungseigenschaften (Gain-Eigenschaften) des Leistungsverstärkers beeinflussen. Daher ist das Design und die Auswahl der Vorspannungsimpedanz, die von der Vorspannungsschaltung bereitgestellt wird, ein wichtiges Designmerkmal, das bei der Entwicklung von Leistungsverstärkersystemen berücksichtigt werden sollte. Aspekte dieser Offenbarung beziehen sich auf ein Leistungsverstärkersystem, das eine einstellbare Vorspannungsimpedanz aufweisen kann, die verwendet werden kann, um Verstärkungseigenschaften des Leistungsverstärkers in Abhängigkeit von der Konstruktion und/oder den Anwendungsanforderungen des Leistungsverstärkungssystems auszuwählen.
Übersicht von Beispielen von Leistungsverstärkersystemen
1 ist ein schematisches Diagramm eines Leistungsverstärkermoduls 10 zum Verstärken eines Hochfrequenz(HF)-Signals. Das veranschaulichte Leistungsverstärkermodul (Power Amplifier Module; PAM) 10 kann konfiguriert werden, um ein HF-Signal RF_IN zu verstärken und ein verstärktes HF-Signal RF_OUT zu erzeugen. Wie hier beschrieben, kann das Leistungsverstärkermodul 10 einen oder mehrere Leistungsverstärker beinhalten, einschließlich beispielsweise mehrstufiger Leistungsverstärker.
2 ist ein schematisches Blockdiagramm einer beispielhaften drahtlosen oder mobilen Vorrichtung 11, die eines oder mehrere der Leistungsverstärkermodule von 1 beinhalten kann. Die drahtlose Vorrichtung 11 kann Leistungsverstärker-Vorspannungsschaltungen beinhalten, die ein oder mehrere Merkmale der vorliegenden Offenbarung implementieren.
Das in 2 dargestellte Beispiel einer drahtlosen Vorrichtung 11 kann eine Multi-Band- und/oder Multi-Mode-Vorrichtung wie beispielsweise ein Multi-Band-/Multi-Mode-Mobiltelefon darstellen. In der dargestellten Konfiguration beinhaltet die drahtlose Vorrichtung 11 Schalter 12, einen Sender-Empfänger 13, eine Antenne 14, Leistungsverstärker 17, eine Steuerkomponente 18, ein computerlesbares Medium 19, einen Prozessor 20 und eine Batterie 21.
Der Sender-Empfänger 13 kann HF-Signale zur Übertragung über die Antenne 14 erzeugen. Darüber hinaus kann der Sender-Empfänger 13 eingehende HF-Signale von der Antenne 14 empfangen.
Es sei darauf hingewiesen, dass verschiedene Funktionalitäten, die mit dem Senden und Empfangen von HF-Signalen verknüpft sind, durch eine oder mehrere Komponenten erreicht werden können, die in 2 gemeinsam als Sender-Empfänger 13 dargestellt sind. So kann beispielsweise eine einzelne Komponente konfiguriert werden, um sowohl Sende- als auch Empfangsfunktionalitäten bereitzustellen. In einem weiteren Beispiel können Sende- und Empfangsfunktionalitäten durch separate Komponenten bereitgestellt werden.
In ähnlicher Weise sei darauf hingewiesen, dass verschiedene Antennenfunktionalitäten, die mit dem Senden und Empfangen von HF-Signalen verknüpft sind, durch eine oder mehrere Komponenten erreicht werden können, die in 2 gemeinsam als Antenne 14 dargestellt sind. So kann beispielsweise eine einzelne Antenne konfiguriert sein, um sowohl Sende- als auch Empfangsfunktionalitäten bereitzustellen. In einem weiteren Beispiel können Sende- und Empfangsfunktionalitäten durch separate Antennen bereitgestellt werden. In noch einem weiteren Beispiel können verschiedene Bänder, die der drahtlosen Vorrichtung 11 zugeordnet sind, mit unterschiedlichen Antennen bereitgestellt werden.
In 2 werden ein oder mehrere Ausgangssignale des Sende-Empfängers 13 so dargestellt, dass sie der Antenne 14 über einen oder mehrere Übertragungspfade 15 zugeführt werden. In dem dargestellten Beispiel können verschiedene Übertragungspfade 15 Ausgangspfade darstellen, die verschiedenen Bändern und/oder unterschiedlichen Leistungsausgängen zugeordnet sind. So können beispielsweise die beiden gezeigten beispielhaften Leistungsverstärker 17 Verstärkungen, die mit unterschiedlichen Ausgangskonfigurationen (z.B. niedrige Ausgangsleistung und hohe Ausgangsleistung) verknüpft sind, und/oder Verstärkungen, die mit verschiedenen Bändern verknüpft sind, darstellen. Obwohl 2 eine Konfiguration mit zwei Übertragungspfaden 15 veranschaulicht, kann die drahtlose Vorrichtung 11 angepasst werden, um mehr oder weniger Übertragungspfade 15 aufzunehmen.
Die Leistungsverstärker 17 können zur Verstärkung einer Vielzahl von HF-Signalen verwendet werden. So kann beispielsweise einer oder mehrere der Leistungsverstärker 17 ein Freigabesignal empfangen, mit dem der Ausgang des Leistungsverstärkers gepulst werden kann, um die Übertragung eines WLAN-Signals (Wireless Local Area Network) oder eines anderen geeigneten gepulsten Signals zu unterstützen. In bestimmten Konfigurationen sind einer oder mehrere der Leistungsverstärker 17 konfiguriert, um ein Wi-Fi-Signal zu verstärken. Jeder der Leistungsverstärker 17 muss nicht die gleiche Art von Signal verstärken. So kann beispielsweise ein Leistungsverstärker ein WLAN-Signal verstärken, während ein anderer Leistungsverstärker beispielsweise ein Global System for Mobile (GSM)-Signal, ein Code Division Multiple Access (CDMA)-Signal, ein W-CDMA-Signal, ein Long Term Evolution (LTE)-Signal oder ein EDGE-Signal verstärken kann.
Ein oder mehrere Merkmale der vorliegenden Offenbarung können in den voranstehend angegebenen beispielhaften Modi und/oder Bändern sowie in anderen Kommunikationsstandards implementiert werden.
In 2 sind ein oder mehrere erfasste Signale von der Antenne 14 so dargestellt, dass sie dem Sender-Empfänger 13 über einen oder mehrere Empfangspfade 16 zugeführt werden. In dem dargestellten Beispiel können verschiedene Empfangspfade 16 Pfade darstellen, die verschiedenen Bändern zugeordnet sind. Obwohl 2 eine Konfiguration mit vier Empfangspfaden 16 veranschaulicht, kann die drahtlose Vorrichtung 11 angepasst werden, um mehr oder weniger Empfangspfade 16 aufzunehmen.
Um das Umschalten zwischen Empfangs- und Sendepfaden zu erleichtern, können die Schalter 12 konfiguriert sein, um die Antenne 14 elektrisch mit einem ausgewählten Sende- oder Empfangspfad zu verbinden. Somit können die Schalter 12 eine Anzahl von Schaltfunktionalitäten bereitstellen, die mit einem Betrieb der drahtlosen Vorrichtung 11 verbunden sind. In bestimmten Konfigurationen können die Schalter 12 eine Anzahl von Schaltern beinhalten, die Funktionalitäten bereitstellen, die beispielsweise mit dem Umschalten zwischen verschiedenen Bändern, dem Umschalten zwischen verschiedenen Leistungsmodi, dem Umschalten zwischen Sende- und Empfangsmodi oder einer Kombination davon verknüpft sind. Die Schalter 12 können auch zusätzliche Funktionen bereitstellen, einschließlich Filterung und/oder Duplexierung von Signalen.
2 zeigt, dass in bestimmten Konfigurationen eine Steuerkomponente 18 zum Steuern verschiedener Steuerungsfunktionalitäten vorgesehen werden kann, die mit der Betätigung der Schalter 12, der Leistungsverstärker 17 und/oder anderer Betriebskomponenten, wie beispielsweise Vorspannungsschaltungen, verknüpft sind. Nicht einschränkende Beispiele der Steuerungskomponente 18 werden hier mit näheren Einzelheiten beschrieben.
In bestimmten Konfigurationen kann ein Prozessor 20 konfiguriert sein, um die Implementierung verschiedener hier beschriebener Prozesse zu erleichtern bzw. zu ermöglichen. Der Prozessor 20 kann mit Hilfe von Computerprogrammbefehlen arbeiten. Diese Computerprogrammbefehle können an dem Prozessor 20 bereitgestellt werden.
In bestimmten Konfigurationen können diese Computerprogrammbefehle auch in einem computerlesbaren Speicher 19 gespeichert werden, der den Prozessor 20 oder eine andere programmierbare Datenverarbeitungsvorrichtung anweisen kann, in einer bestimmten Weise zu arbeiten.
Die Batterie 21 kann jede geeignete Batterie für die Verwendung in der drahtlosen Vorrichtung 11 sein, einschließlich beispielsweise einer Lithium-Ionen-Batterie.
3 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Beispiels eines Leistungsverstärkersystems 26. Das dargestellte Leistungsverstärkersystem 26 beinhaltet die Schalter 12, die Antenne 14, die Batterie 21, eine Richtkoppler 24, eine Leistungsverstärker-Vorspannungsschaltung 30, einen Leistungsverstärker 32 und einen Sende-Empfänger 33. Der veranschaulichte Sende-Empfänger 33 beinhaltet einen Basisbandprozessor 34, einen I/Q-Modulator 37, einen Mischer 38 und einen Analog-Digital-Wandler (ADC) 39. Obwohl in 3 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt, kann der Sender-Empfänger 33 eine Schaltung beinhalten, die dem Empfangen von Signalen über einen oder mehrere Empfangspfade zugeordnet ist.
Der Basisbandprozessor 34 kann verwendet werden, um ein I-Signal und ein Q-Signal zu erzeugen, die verwendet werden können, um eine sinusförmige Welle oder ein Signal mit einer gewünschten Amplitude, Frequenz und Phase darzustellen. So kann beispielsweise das I-Signal verwendet werden, um eine phasengleiche Komponente der sinusförmigen Welle darzustellen, und das Q-Signal kann verwendet werden, um eine Quadraturkomponente der sinusförmigen Welle darzustellen, was eine äquivalente Darstellung der sinusförmigen Welle sein kann. In bestimmten Implementierungen können die I- und Q-Signale dem I/Q-Modulator 37 in einem digitalen Format zur Verfügung gestellt werden. Der Basisbandprozessor 34 kann jeder geeignete Prozessor sein, der zur Verarbeitung eines Basisbandsignals konfiguriert ist. So kann beispielsweise der Basisbandprozessor 34 einen digitalen Signalprozessor, einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Kern oder eine beliebige Kombination davon beinhalten. Darüber hinaus können in einigen Implementierungen zwei oder mehr Basisbandprozessoren 34 in das Leistungsverstärkersystem 26 integriert werden.
Der I/Q-Modulator 37 kann konfiguriert sein, um die I- und Q-Signale von dem Basisbandprozessor 34 zu empfangen und die I- und Q-Signale zur Erzeugung eines HF-Signals zu verarbeiten. So kann beispielsweise der I/Q-Modulator 37 DACs, die konfiguriert sind, um die I- und Q-Signale in ein analoges Format umzuwandeln, Mischer zur Hochkonvertierung der I- und Q-Signale in Hochfrequenz und einen Signalkombinator zur Kombination der hochkonvertierten I- und Q-Signale in ein HF-Signal, das für die Verstärkung durch den Leistungsverstärker 32 geeignet ist, beinhalten. In bestimmten Implementierungen kann der I/Q-Modulator 37 ein oder mehrere Filter beinhalten, die konfiguriert sind, um den Frequenzgehalt von darin verarbeiteten Signale zu filtern.
Die Leistungsverstärker-Vorspannungsschaltung 30 kann ein Freigabesignal ENABLE vom Basisbandprozessor 34 und eine Batterie- oder Leistungshochspannung V_CC von der Batterie 21 empfangen und das Freigabesignal ENABLE verwenden, um eine Vorspannung V_BIAS für den Leistungsverstärker 32 zu erzeugen.
Obwohl 3 die Batterie 21 direkt zum Erzeugen der Leistungshochspannung V_CC veranschaulicht, kann die Leistungshochspannung Vcc in bestimmten Implementierungen eine geregelte Spannung sein, die von einem Regler erzeugt wird, der mit der Batterie 21 betrieben wird. In einem Beispiel kann ein Schaltregler, wie beispielsweise ein Buck- und/oder Boost-Wandler, verwendet werden, um die Leistungshochspannung V_CC zu erzeugen.
Der Leistungsverstärker 32 kann das HF-Signal vom I/Q-Modulator 37 des Sende-Empfängers 33 empfangen und über die Schalter 12 ein verstärktes HF-Signal an die Antenne 14 abgeben.
Der Richtkoppler 24 kann zwischen dem Ausgang des Leistungsverstärkers 32 und dem Eingang der Schalter 12 positioniert werden, wodurch eine Ausgangsleistungsmessung des Leistungsverstärkers 32 ermöglicht wird, die keine Einfügedämpfung der Schalter 12 beinhaltet. Das erfasste Ausgangssignal von dem Richtkoppler 24 kann dem Mischer 38 zugeführt werden, der das erfasste Ausgangssignal mit einem Referenzsignal einer kontrollierten Frequenz multiplizieren kann, um den Frequenzgehalt des erfassten Ausgangssignals herunterzuschieben und ein heruntergeschobenes Signal zu erzeugen. Das heruntergeschobene Signal kann dem ADC 39 zugeführt werden, der das heruntergeschobene d.h. abwärts geschobene Signal in ein digitales Format umwandeln kann, das für die Verarbeitung durch den Basisbandprozessor 34 geeignet ist.
Durch die Aufnahme eines Rückkopplungspfades zwischen dem Ausgang des Leistungsverstärkers 32 und dem Basisbandprozessor 34 kann der Basisbandprozessor 34 konfiguriert werden, um die I- und Q-Signale dynamisch anzupassen, um den Betrieb des Leistungsverstärkersystems 26 zu optimieren. So kann beispielsweise die Konfiguration des Leistungsverstärkersystems 26 auf diese Weise dazu beitragen, den Leistungs-hinzugefügten Wirkungsgrad (Power Added Efficiency; PAE) und/oder die Linearität des Leistungsverstärkers 32 zu steuern.
Leistungsverstärker Vorspannung
Ein theoretisch idealer Leistungsverstärker hat lineare Verstärkungs- und Phaseneigenschaften, unabhängig von der Eingangs- oder Ausgangsleistung des Leistungsverstärkers. Die Verstärkungseigenschaften eines Leistungsverstärkers können in einem AM/AM-Diagramm dargestellt werden, das die Änderung der Ausgangsamplitude gegenüber der Änderung der Eingangsamplitude darstellt. Wie hier verwendet, kann sich AM auf eine Amplitudenänderung beziehen. Der theoretisch ideale Leistungsverstärker hat eine Variation im AM/AM-Diagramm von 0 dB/dB. Die Phaseneigenschaften eines Leistungsverstärkers können in einem AM/PM-Diagramm dargestellt werden, das die Änderung der Ausgangsphase gegenüber der Änderung der Eingangsamplitude darstellt. Wie hierin verwendet, kann sich PM auf Phasenänderungen beziehen. Ähnlich wie die idealen AM/AM-Eigenschaften weist der theoretisch ideale Leistungsverstärker eine Variation im AM/PM-Diagramm von 0 dB/dB auf.
Da Leistungsverstärker in der Praxis nicht die flachen Verstärkungs- und Phasencharakteristiken des theoretisch idealen Leistungsverstärkers erreichen können, ist ein wichtiger Aspekt des Leistungsverstärkerdesigns die Verbesserung der Linearität der Verstärkungs- und Phaseneigenschaften des Leistungsverstärkers. In bestimmten Implementierungen kann es Kompromisse bei der erreichbaren Linearität der Verstärkungs- und Phaseneigenschaften eines Leistungsverstärkers geben, ohne die Ausgangsleistung und den Wirkungsgrad des Leistungsverstärkers negativ zu beeinflussen. In einem mehrstufigen Leistungsverstärkersystem können die Verstärkungs- und Phaseneigenschaften der Leistungsverstärker in jeder Stufe des Systems so gewählt werden, dass die gesamten Verstärkungs- und Phaseneigenschaften im Wesentlichen Liner bzw. linear sind.
4 ist ein schematisches Blockdiagramm eines weiteren Beispiels eines Leistungsverstärkersystems gemäß Aspekten dieser Offenbarung. Insbesondere beinhaltet das dargestellte Leistungsverstärkersystem 27 eine Leistungsverstärker-Vorspannungsschaltung 30, eine Leistungsverstärkerstufe 41, eine Stromquelle 75 und eine Vorspannungsimpedanzkomponente 80. Die Leistungsverstärker-Vorspannungsschaltung 30 kann einen Transistor 71 und zwei Dioden 73 und 74 beinhalten. Die Komponenten der Leistungsverstärker-Vorspannungsschaltung 30 können zusammen mit der Stromquelle 75 so angeordnet sein, dass sie einen Stromspiegel erzeugen, der den von der Leistungsverstärkerstufe 41 erzeugten Strom spiegelt. Der Ausgang der Leistungsverstärker-Vorspannungsschaltung 30 wird der Vorspannungsimpedanzkomponente 80 zugeführt, die wiederum mit der Leistungsverstärkerstufe 41 gekoppelt ist, um dort ein Vorspannungssignal bereitzustellen.
Die Leistungsverstärkerstufe 41 ist konfiguriert, um sowohl ein HF-Eingangssignal RFIN als auch das Vorspannungssignal von der Vorspannungsimpedanzkomponente 80 zu empfangen. Basierend auf den empfangenen Signalen ist die Leistungsverstärkerstufe 41 konfiguriert, um ein HF-Ausgangssignal RFOUT zu erzeugen. Die Leistungsverstärkerstufe 41 ist konfiguriert, um das HF-Ausgangssignal RFOUT als verstärkte Version des HF-Eingangssignals RFIN mit Verstärkungs- und Phaseneigenschaften zu erzeugen, die sich denjenigen des theoretischen idealen Leistungsverstärkers annähern (z.B. sind die Verstärkungs- und Phaseneigenschaften so ausgelegt, dass sie innerhalb eines Schwellenbereichs von 0 dB/dB liegen). Die Leistungsverstärkerstufe 41 beinhaltet einen Transistor 61, eine Vielzahl von Kondensatoren 52, 65 und 64 und eine Vielzahl von Induktoren 53, 63 und 66. Die Kondensatoren 52, 65 und 64 und die Induktoren 53, 63 und 66 koppeln den Transistor 61, um das HF-Eingangssignal RFIN und eine Leistungsversorgungsspannung V_CC zu empfangen und das HF-Ausgangssignal RFOUT zu erzeugen.
Die Basis des Transistors 61 empfängt das von der Leistungsverstärker-Vorspannungsschaltung 30 erzeugte Vorspannungssignal über die Vorspannungsimpedanzkomponente 80. In bestimmten Implementierungen kann der Impedanzwert der Vorspannungsimpedanzkomponente 80 so gewählt werden, dass er die gesamte Vorspannungsimpedanz, die an der Basis des Transistors 61 angelegt wird, dominiert. In bestimmten Implementierungen kann die auf die Basis des Transistors 61 angelegte Vorspannungsimpedanz gleich der Summe aus der Ausgangsimpedanz des Transistors 71 und dem Impedanzwert der Vorspannungsimpedanzkomponente 80 sein. Somit kann der Impedanzwert der Vorspannungsimpedanzkomponente 80 so gewählt werden, dass er den Impedanzwert des Transistors 71 dominiert (z.B. kann der Impedanzwert der Vorspannungsimpedanzkomponente 80 eine oder mehrere Größenordnungen größer sein als der Impedanzwert des Transistors 71). In beispielhaften Ausführungsformen ist die Ausgangsimpedanz des Transistors 71 umgekehrt mit der Transkonduktanz des Transistors 71 verbunden, was zu einer Ausgangsimpedanz für den Transistor 71 in der Größenordnung von 10 Ω führen kann.
In bestimmten Ausführungsformen kann der Transistor 61 einen Heteroübergangs-Bipolartransistor (Heterojunction Bipolar Transistor; HBT) umfassen, der für die Hochfrequenzsignale angepasst werden kann, für die das Leistungsverstärkersystem 27 zum Empfangen und Verstärken ausgelegt ist. Insbesondere können HBTs eine hohe Leistung und einen hohen Wikrungsgrad bei der HF-Leistungsverstärkung aufweisen, so wie sie in den hier offenbarten Ausführungsformen verwendet werden. Um den Spiegelstrom in der Leistungsverstärker-Vorspannungsschaltung richtig zu erzeugen, kann der Transistor 71 in bestimmten Ausführungsformen auch einen HBT umfassen.
Eine Technik zum Einstellen der Verstärkungs- und Phaseneigenschaften eines Leistungsverstärkers kann darin bestehen, eine feste Vorspannungsimpedanz auszuwählen, die auf das Vorspannungssignal angewendet wird, das der Basis des Transistors 61 zugeführt wird. Die jeweilige Vorspannungsimpedanz kann während des Designs und der Entwicklung der Leistungsverstärkerstufe 41 ausgewählt und durch Auswahl des Impedanzwertes der Vorspannungsimpedanzkomponente 80 implementiert werden. So kann beispielsweise der Impedanzwert der Vorspannungsimpedanzkomponente 80 über Rohchip-Varianten und/oder trimmbare Laserwiderstände ausgewählt werden. Der Impedanzwert der Vorspannungsimpedanzkomponente 80 kann jedoch ausgewählt werden, um die Linearität der Verstärkungs- und Phaseneigenschaften für das Leistungsverstärkersystem 27 für einen einzelnen Leistungspegel, eine einzige Modulation und Frequenz einzustellen und/oder zu verbessern. Wenn also das Leistungsverstärkersystem 27 mit einem anderen Leistungspegel, einer anderen Modulation und/oder Frequenz als die Werte verwendet wird, die bei der Auswahl des Wertes der Vorspannungsimpedanzkomponente 80 verwendet werden, kann die Linearität der Verstärkungs- und/oder Phaseneigenschaften des Leistungsverstärkersystems beeinträchtigt werden.
Dementsprechend beziehen sich bestimmte Aspekte dieser Offenbarung auf die Verwendung einer variablen Vorspannungsimpedanzkomponente, die zur Vorspannung eines Leistungsverstärkers verwendet werden kann. 5A ist ein schematisches Blockdiagramm eines weiteren Beispiels eines Leistungsverstärkersystems gemäß Aspekten dieser Offenbarung. Die in 5A dargestellten Komponenten des Leistungsverstärkersystems 28, die den in 4 dargestellten Komponenten des Leistungsverstärkersystems 27 ähnlich oder im Wesentlichen gleich sind, werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und ausführliche Beschreibungen können aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen sein.
Wie in 5A dargestellt, beinhaltet das Leistungsverstärkersystem 28 eine Leistungsverstärker-Vorspannungsschaltung 30, eine Leistungsverstärkerstufe 41, eine Stromquelle 75 und eine Vorspannungsimpedanzkomponente 81. In 5A kann die Vorspannungsimpedanzkomponente als variable Vorspannungsimpedanzkomponente 85 implementiert werden. Ähnlich wie das Leistungsverstärkersystem 27 von 4 wird in der Ausführungsform von 5A der Ausgang der Leistungsverstärker-Vorspannungsschaltung 30 der variablen Vorspannungsimpedanzkomponente 85 zugeführt, die wiederum mit der Leistungsverstärkerstufe 41 gekoppelt ist, um dort ein Vorspannungssignal bereitzustellen. Die variable Vorspannungsimpedanzkomponente 85 kann konfiguriert sein, um ein Steuersignal CTRL zu empfangen, das konfiguriert ist, um den Impedanzwert der variablen Vorspannungsimpedanzkomponente 85 anzupassen bzw. einzustellen . Dementsprechend kann der Impedanzwert der variablen Vorspannungsimpedanzkomponente 85 basierend auf der Spannung des Steuersignals CTRL angepasst werden. In dem dargestellten Beispiel kann die variable Vorspannungsimpedanzkomponente 85 mit jedem beliebigen variablen Impedanzelement (z.B. einem variablen Widerstand) realisiert werden, das durch ein Steuersignal CTRL gesteuert werden kann.
Bestimmte Technologien für eine variable Impedanz sind möglicherweise nicht für alle Leistungsverstärkersysteme 28 geeignet, insbesondere nicht für Leistungsverstärker, die in Mobiltelefonen zur Verstärkung von HF-Signalen für die Übertragung eingesetzt werden können. Wie vorstehend erläutert, ist es bei bestimmten HF-Leistungsverstärkeranwendungen wünschenswert, den Transistor 61 der Verstärkerstufe 41 als HBT-Transistor zu implementieren, da HBTs die Leistungs- und Wirkungsgradeigenschaften aufweisen können, die für den Einsatz in einem HF-Leistungsverstärker wünschenswert sind. Bei den Halbleiterherstellungstechniken kann es schwierig sein, verschiedene Vorrichtungstechnologien auf einem einzigen Halbleiterrohchip zu kombinieren. So kann beispielsweise die Kombination eines HBT mit einem Feldeffekttransistor (FET) auf demselben Halbleiterrohchip nicht dazu führen, dass eine Vorrichtung die gewünschten Transistoreigenschaften aufweist. Wie in dem US-Patent Nr. 9,105,488 B2 , das am 11. August 2015 patentiert wurde und hier durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit Teil der vorliegenden Anmeldung ist, beschrieben ist, haben einige Versuche, einen FET in einen GaAs HBT-Prozess zu integrieren, nur zu einer n-Typ FET-Vorrichtung geführt. Allerdings haben jüngste Entwicklungen in der Fertigungstechnologie, wie beispielhaft mit dem US-Patent Nr. 9,105,488 B2 angegeben ist, es ermöglicht, HBTs und FETs auf einem einzigen Halbleiterrohchip herzustellen.
Mit Techniken, die die Herstellung einer Halbleitervorrichtung mit HBT- und FET-Technologien ermöglichen, ist eine Ausführungsform des Leistungsverstärkers 28 aus 5A in 5B dargestellt. 5B ist ein schematisches Blockdiagramm von noch einem weiteren Beispiel eines Leistungsverstärkersystems gemäß Aspekten dieser Offenbarung. Der in 5B dargestellte Leistungsverstärker 29 beinhaltet eine Leistungsverstärker-Vorspannungsschaltung 30, eine Leistungsverstärkerstufe 41 und eine Stromquelle 75, von denen jede gleich oder ähnlich sein kann wie die vorstehend in Verbindung mit 5A beschriebenen. Der Leistungsverstärker 29 beinhaltet ferner die Vorspannungsimpedanzkomponente 81, die einen FET 90 anstelle der variablen Vorspannungsimpedanzkomponente 85 aus 5A beinhaltet. Der FET 90 kann konfiguriert sein, um ein Steuersignal CTRL an einem Gate davon über einen optionalen Widerstand 95 zu empfangen. Das Steuersignal ist konfiguriert, um den Impedanzwert des FET 90 einzustellen. Dementsprechend kann der Impedanzwert des FET 90 durch Auswahl der Spannung des Steuersignals CTRL eingestellt werden. In beispielhaften Ausführungsformen kann der FET 90 über die Wahl der Spannung des Steuersignals CTRL triodisch betrieben werden. Wie Durchschnittsfachleute in dem technischen Gebiet verstehen werden, kann sich der Triodenbereich des FET 90 auf einen Bereich von Spannungen beziehen, die an das Gate des FET 90 angelegt werden können, so dass der FET 90 ähnlich wie ein Widerstand arbeitet (z.B. kann der FET 90 im Triodenbetrieb ein im Wesentlichen lineares Ansprechverhalten aufweisen). Somit kann die Impedanz des FET 90 durch das Steuersignal CTRL gesteuert werden, wenn der FET 90 innerhalb des Triodenbereichs betrieben wird.
Der Wert der Vorspannungsimpedanz, die der Basis des Transistors 61 der Verstärkerstufe 41 zugeführt wird, kann die Verstärkungs- und Phaseneigenschaften des Leistungsverstärkers 28 oder 29 beeinflussen. Insbesondere sind die 6A-6F Diagramme, die den Einfluss von Änderungen der Vorspannungsimpedanz auf Leistungsverstärkereigenschaften gemäß den Aspekten dieser Offenbarung veranschaulichen. 6A-6C veranschaulichen Leistungsverstärkereigenschaften, wenn eine relativ hohe Impedanz auf die Basis des Transistors eines Leistungsverstärkers aufgebracht wird, während die 6D-6F Leistungsverstärkereigenschaften darstellen, wenn eine relativ niedrige Impedanz an die Basis des Transistors eines Leistungsverstärkers angelegt wird. 6A-6F sollen nur veranschaulichen, wie sich ein Erhöhen oder Verringern des Vorspannungsimpedanzwertes auf die Leistungsverstärker eigenschaften auswirkt, und somit sind die spezifischen Werte des Vorspannungsimpedanzwertes, die zu den veranschaulichten Grafiken führen, nicht einschränkend. In bestimmten Ausführungsformen kann ein „niedriger“ Impedanzwert im Wesentlichen eine Null-Impedanz sein, während ein „hoher“ Impedanzwert ein unendlicher Impedanzwert sein kann.
6A und 6D sind Diagramme, die die Basis-Kollektorspannung (V) und den Basisstrom (A) eines Transistors (z.B. Transistor 61 aus 5A oder 5B) in einem Leistungsverstärker als Funktion der Eingangsleistung (dBm) zu dem Transistor unter einer „hohen“ und „niedrigen“ Vorspannungsimpedanz darstellen. Bemerkenswert in der hohen Vorspannungsimpedanz von 6A ist, dass die Base-Kollektorspannung (V) mit zunehmender Eingangsleistung abnimmt, während in der niedrigen Vorspannungsimpedanz von 6D die Base-Kollektorspannung (V) mit zunehmender Eingangsleistung im Wesentlichen fest ist.
6B und 6E sind Diagramme, die die Verstärkung (dB) und die Ausgangsleistung (dBm) des Transistors in einem Leistungsverstärker als Funktion der Eingangsleistung (dBm) des Transistors unter „hoher“ und „niedriger“ Vorspannung darstellen. Hier, in der hohen Vorspannungsimpedanz von 6B, „komprimiert“ oder verringert sich die Verstärkung mit zunehmender Eingangsleistung, während in der niedrigen Vorspannungsimpedanz von 6E die Verstärkung mit zunehmender Eingangsleistung zunimmt. Durch die Auswahl der Vorspannungsimpedanz mit einem Wert zwischen den dargestellten „hohen“ und „niedrigen“ Werten können die Verstärkungseigenschaften des Leistungsverstärkers durch Abflachung der Verstärkung verbessert werden, wodurch die Verstärkungslinearität verbessert wird.
6C und 6F sind Diagramme, die den Ausgangsstrom (A) des Transistors in einem Leistungsverstärker in Abhängigkeit von der Eingangsleistung (dBm) zu dem Transistor unter „hoher“ und „niedriger“ Vorspannung darstellen. Hier ist in der hohen Vorspannungsimpedanz von 6C der DC-Ausgangsstrom in Bezug auf die Eingangsleistung im Wesentlichen fest vorgegeben, während in der niedrigen Vorspannungsimpedanz von 6F der DC-Ausgangsstrom mit zunehmender Eingangsleistung ansteigt.
7 ist ein Diagramm, das die Verstärkung an der Endstufe eines Leistungsverstärkers in Abhängigkeit von der Ausgangsleistung gemäß Aspekten dieser Offenbarung darstellt. Verschiedene Verstärkungskurven sind in 7 bei verschiedenen Impedanzvorspannungspegeln dargestellt, die von einer Impedanz von 5 Ω bis zu einer Impedanz von 1000 Ω reichen, wie in der Legende dargestellt.
Wenn die Vorspannungsimpedanz erhöht wird, sinkt die Verstärkung mit zunehmender Ausgangsleistung. In der dargestellten Ausführungsform kann eine Impedanzvorspannung (ein Impendanz-Bias) von 50 Ω gewählt werden, um eine im Wesentlichen flache Verstärkung zu erreichen. Andere Leistungsverstärkertopologien können jedoch zu anderen Verstärkungsdiagrammen für die Ausgangsstufe führen, und somit kann die spezifische Impedanzvorspannung, die zu einer im Wesentlichen flachen Verstärkung führt, von der bestimmten Implementierung des Leistungsverstärkers abhängen.
8A-8D veranschaulichen eine Anzahl von Leistungsverstärkereigenschaften gemäß Aspekten dieser Offenbarung. Insbesondere veranschaulicht 8A die Verstärkung (dB) als eine Funktion der Ausgangsleistung für einen Leistungsverstärker bei einer Anzahl von verschiedenen Vorspannungsimpedanzwerten; 8B veranschaulicht die Phase (deg) als Funktion der Ausgangsleistung für einen Leistungsverstärker bei den verschiedenen Vorspannungsimpedanzwerten; 8C veranschaulicht den Leistungsverstärkerwirkungsgrad (%) als eine Funktion der Ausgangsleistung für einen Leistungsverstärker bei den verschiedenen Vorspannungsimpedanzwerten; und 8D veranschaulicht den Transistor-Kollektorstrom (mA) als Funktion der Ausgangsleistung für einen Leistungsverstärker bei den verschiedenen Vorspannungsimpedanzwerten.
Wie in den 8B-8D gezeigt, hat der Wert der Vorspannungsimpedanz keinen signifikanten Einfluss auf die Phase, den Wirkungsgrad des Leistungsverstärkers oder die Transistor-Kollektor-Stromcharakteristik des Leistungsverstärkers. Wie jedoch in 8A dargestellt, beeinflusst der Wert der Vorspannungsimpedanz die Verstärkungseigenschaften des Leistungsverstärkers, wobei eine steigende Gate-Steuerspannung (z.B. eine steigende Vorspannungsimpedanz) zu einer Erhöhung der Verstärkung in Abhängigkeit als Funktion der Ausgangsleistung führt. Somit kann die Anpassung bzw. Einstellung der Vorspannungsimpedanz ein wirksames Werkzeug zur Einstellung der Verstärkungseigenschaften des Leistungsverstärkers sein, ohne die Phase, den Leistungsverstärkerwirkungsgrad und die Transistor-Kollektor-Stromcharakteristik des Leistungsverstärkers wesentlich zu beeinflussen.
9 veranschaulicht eine Ausführungsform eines mehrstufigen Leistungsverstärkersystems gemäß den Aspekten dieser Offenbarung. Insbesondere beinhaltet das Leistungsverstärkersystem 121 von 9A einen ersten Leistungsverstärker 120 und einen zweiten Leistungsverstärker 125, die in Reihe zwischen einem HF-Eingangsport RFIN und einem HF-Ausgangsport RFOUT geschaltet sind. Jeder der ersten und zweiten Leistungsverstärker 120 und 125 kann gleich oder ähnlich wie der in 5B dargestellte Leistungsverstärker 29 sein. Daher wird auf eine detaillierte Beschreibung der einzelnen Komponenten verzichtet. In der Ausführungsform von 9 kann der der Basis der Transistoren 61 jedes der Leistungsverstärker 120 und 125 zugeführte Vorspannungsimpedanzwert gemäß den besonderen Implementierungen der Verstärkerstufen 41 und der Leistungsverstärker-Vorspannungsschaltungen 30 in jedem der ersten und zweiten Leistungsverstärker 120 und 125 individuell ausgewählt werden. Weiterhin können die durch die Gate-Steuerspannungen Gate CTRL an den jeweiligen Verstärkerstufen 41 ausgewählten Vorspannungsimpedanzen so gewählt werden, dass die Gesamtverstärkung des Leistungsverstärkersystems 121 (z.B. die Verstärkung am Ausgangsport RFOUT für ein an den Eingangsport RFIN angelegtes Signal) ausreichend flach ist. So können in bestimmten Implementierungen die Verstärkungen der ersten und zweiten Leistungsverstärker 120 und 125 nicht im Wesentlichen flach sein, solange die Gesamtverstärkung des Leistungsverstärkersystems 121 eine Abweichung aufweist, die kleiner als ein Schwellenwert von der idealen Veränderung von 0 dB/dB ist.
10 ist ein schematisches Blockdiagramm eines weiteren Beispiels eines Leistungsverstärkersystems gemäß den Aspekten dieser Offenbarung. Der in 10 dargestellte Leistungsverstärker 130 beinhaltet eine Leistungsverstärker-Vorspannungsschaltung 30, eine Leistungsverstärkerstufe 41 und eine Stromquelle 75, von denen jede gleich oder ähnlich sein kann wie die vorstehend in Verbindung mit 5A oder 5B beschriebenen. Der Leistungsverstärker 130 beinhaltet ferner eine Vorspannungsimpedanzkomponente 81, die ein Paar FETs 91 und 92 anstelle des einzelnen FET 90 aus 5B beinhaltet. Das Steuersignal CTRL kann über die entsprechenden Widerstände 95 und 97 an das Gate jedes der FETs 91 und 92 angelegt werden. Abhängig von der Implementierung kann die Verwendung von zwei FETs 91 und 92 den Bereich von Werten für den Impedanzbias d.h. Impedanzvorspannung erhöhen, die durch die Kombination der FETs 91 und 92 bereitgestellt werden, während die FETs 91 und 92 in Triode gehalten werden. Obwohl in 10 nicht dargestellt, kann eine ähnlich strukturierte Schaltung (mit zwei FETs und Eingangswiderständen) in die Vorspannungsschaltung des Leistungsverstärkers integriert werden, um das richtige Stromspiegelverhältnis beizubehalten.
11 ist ein schematisches Blockdiagramm eines weiteren Beispiels eines Leistungsverstärkersystems gemäß den Aspekten dieser Offenbarung. Der in 11 dargestellte Leistungsverstärker 131 ist dem in 10 dargestellten Leistungsverstärker 130 ähnlich, mit Ausnahme der Einbeziehung von drei oder mehr FETs 91 bis 92 in die Vorspannungsimpedanzkomponente 81, wobei die Einbeziehung zusätzlicher FETs durch die Ellipsen dargestellt ist. Durch die Aufnahme von drei oder mehr FETs 91 bis 92 in die Vorspannungsimpedanzkomponente 81 erhöht sich der Bereich der Vorspannungsimpedanzwerte, die unter Beibehaltung der FETs 91 und 92 in Triode erzeugt werden können. Wie vorstehend in Verbindung mit 10 beschrieben, kann die gleiche Struktur (einschließlich der gleichen Anzahl von FETs und Widerständen) in die Leistungsverstärker-Vorspannungsschaltung einbezogen werden, um das aktuelle Spiegelverhältnis beizubehalten.
Zusammenfassung
Sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes erfordert, sind die Worte „umfassen“, „umfassend“ und dergleichen in der Beschreibung und den Ansprüchen in einem integrativen Sinne auszulegen, im Gegensatz zu einem ausschließlichen oder erschöpfenden Sinne; das heißt, im Sinne von „einschließend, aber nicht beschränkt auf“. Das Wort „gekoppelt“, wie hier allgemein verwendet, bezieht sich auf zwei oder mehrere Elemente, die entweder direkt miteinander verbunden oder über ein oder mehrere Zwischenelemente verbunden sein können. Ebenso bezieht sich das Wort „verbunden“, wie es hier allgemein verwendet wird, auf zwei oder mehrere Elemente, die entweder direkt verbunden oder über ein oder mehrere Zwischenelemente verbunden sein können. Darüber hinaus beziehen sich die Worte „hier“, „über“, „unter“ und Worte von ähnlicher Bedeutung, wenn sie in dieser Anmeldung verwendet werden, auf diese Anmeldung als Ganzes und nicht auf einen bestimmten Teil dieser Anmeldung. Wenn der Kontext es zulässt, können Wörter in der obigen Ausführlichen Beschreibung mit der Einzahl oder Mehrzahl auch die Mehrzahl oder Einzahl beinhalten. Das Wort „oder“ in Bezug auf eine Liste von zwei oder mehr Elementen deckt alle folgenden Interpretationen des Wortes ab: eines der Elemente in der Liste, alle Elemente in der Liste und jede Kombination der Elemente in der Liste.
Darüber hinaus ist der hier verwendete bedingte Wortlaut, wie unter anderem „kann“, „könnte“, „könnte unter Umständen“, „zum Beispiel“, „wie etwa“ und dergleichen, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben oder anderweitig im Rahmen des verwendeten Kontextes verstanden, im Allgemeinen dazu bestimmt, zu vermitteln, dass bestimmte Ausführungsformen bestimmte Merkmale, Elemente und/oder Zustände beinhalten, während andere Ausführungsformen bestimmte Merkmale, Elemente und/oder Zustände nicht beinhalten. Daher ist ein solcher bedingter Wortlaut im Allgemeinen nicht dazu bestimmt, zu implizieren, dass Merkmale, Elemente und/oder Zustände in irgendeiner Weise für eine oder mehrere Ausführungsformen erforderlich sind, oder dass eine oder mehrere Ausführungsformen notwendigerweise eine Logik beinhalten, um zu entscheiden, ob diese Merkmale, Elemente und/oder Zustände in einer bestimmten Ausführungsform enthalten sind oder ausgeführt werden sollen, mit oder ohne Eingabe oder Aufforderung durch den Autor.
Die vorstehende detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung soll nicht abschließend sein oder die Erfindung auf die oben offenbarte Form beschränken. Während spezifische Ausführungsformen und Beispiele für die Erfindung vorstehend zur Veranschaulichung beschrieben wurden, sind im Rahmen der Erfindung verschiedene gleichwertige Modifikationen möglich, wie sie von Durchschnittsfachleuten in dem technischen Gebiet erkannt werden. Während beispielsweise Prozesse oder Blöcke in einer bestimmten Reihenfolge dargestellt werden, können alternative Ausführungsformen Routinen mit Schritten ausführen oder Systeme mit Blöcken in einer anderen Reihenfolge verwenden, und einige Prozesse oder Blöcke können gelöscht, verschoben, hinzugefügt, unterteilt, kombiniert und/oder geändert werden. Jeder dieser Prozesse oder Blöcke kann auf unterschiedliche Weise implementiert werden. Auch während Prozesse oder Blöcke manchmal als in Serie ausgeführt dargestellt werden, können diese Prozesse oder Blöcke stattdessen parallel oder zu unterschiedlichen Zeiten ausgeführt werden.
Die Lehren der hier vorgestellten Erfindung können auf andere Systeme angewendet werden, nicht unbedingt auf das oben beschriebene System. Die Elemente und Handlungen der verschiedenen oben beschriebenen Ausführungsformen können zu weiteren Ausführungsformen kombiniert werden.
Obwohl bestimmte Ausführungsformen der Erfindungen beschrieben wurden, wurden diese Ausführungsformen nur als Beispiel dargestellt und sollen den Umfang der Offenbarung nicht einschränken. Tatsächlich können die hier beschriebenen neuartigen Methoden und Systeme in einer Vielzahl anderer Formen verkörpert sein; ferner können verschiedene Auslassungen, Substitutionen und Änderungen in der Ausbildung der hier beschriebenen Methoden und Systeme vorgenommen werden, ohne vom Grundgedanken der Offenbarung abzuweichen. Die beiliegenden Ansprüche und deren äquivalente Ausführungsformen sollen solche Ausbildungen oder Änderungen abdecken, die in den Schutzumfang und den Grundgedanken der Offenbarung fallen würden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 62713150 [0001]
US 9105488 B2 [0044]

Claims

Leistungsverstärkersystem (28; 29; 120, 125; 130; 131), umfassend: eine Vorspannungsschaltung (30), die konfiguriert ist, um eine Vorspannung (Vbias) zu empfangen und ein Vorspannungssignal zu erzeugen; eine Leistungsverstärkerstufe (41), die konfiguriert ist, um ein Hochfrequenzeingangssignal (RFIN) zu empfangen und ein Hochfrequenzausgangssignal (RFOUT) zu erzeugen; und eine Vorspannungsimpedanzkomponente (81), die betriebsmäßig zwischen der Vorspannungsschaltung (30) und der Leistungsverstärkerstufe (41) gekoppelt ist und konfiguriert ist, um ein Steuersignal zu empfangen und einen Impedanzwert der Vorspannungsimpedanzkomponente (81) im Ansprechen auf das Steuersignal einzustellen.
Leistungsverstärkersystem (29; 120, 125; 130; 131) nach Anspruch 1, wobei die Vorspannungsimpedanzkomponente (81) einen Transistor (90; 91; 92) umfasst und das Steuersignal eine Spannung aufweist, die konfiguriert ist, um mit dem Transistor (90; 91; 92) in Triode zu arbeiten.
Leistungsverstärkersystem (29; 120, 125; 130; 131) nach Anspruch 2, wobei der Transistor (90; 91; 92) einen Feldeffekttransistor umfasst und die Leistungsverstärkerstufe (41) einen Heteroübergang-Bipolartransistor (61) umfasst, der konfiguriert ist, um das Hochfrequenzeingangssignal (RFIN) zu verstärken.
Leistungsverstärkersystem (29; 120, 125; 130; 131) nach Anspruch 3, wobei der Feldeffekttransistor (90; 91; 92) und der Heteroübergang-Bipolartransistor (61) auf einem einzigen Halbleiterrohchip hergestellt sind.
Leistungsverstärkersystem (28; 29; 120, 125; 130; 131) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Impedanzwert der Vorspannungsimpedanzkomponente (81) so gewählt ist, dass die Variation in einer Verstärkung der Leistungsverstärkerstufe (41) kleiner als ein Schwellenwert von 0 dB/dB ist.
Leistungsverstärkersystem (120, 125) nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine zusätzliche Vorspannungsschaltung (30), die konfiguriert ist, um die Vorspannung (Vbias) zu empfangen und ein zusätzliches Vorspannungssignal zu erzeugen; eine zusätzliche Leistungsverstärkerstufe (41), die konfiguriert ist, um das Hochfrequenzausgangssignal (RFOUT) von der Leistungsverstärkerstufe (41) zu empfangen und ein zusätzliches Hochfrequenzausgangssignal (RFIN) zu erzeugen; und eine zusätzliche Vorspannungsimpedanzkomponente (81), die betriebsmäßig zwischen der zusätzlichen Vorspannungsschaltung (30) und der zusätzlichen Leistungsverstärkerstufe (41) gekoppelt ist, wobei die zusätzliche Vorspannungsimpedanzkomponente (81) konfiguriert ist, um ein zusätzliches Steuersignal zu empfangen und einen Impedanzwert der zusätzlichen Vorspannungsimpedanzkomponente (81) als Reaktion auf das zusätzliche Steuersignal einzustellen.
Leistungsverstärkersystem (120, 125) nach Anspruch 6, wobei der Impedanzwert der Vorspannungsimpedanzkomponente (81) und der Impedanzwert der zusätzlichen Vorspannungsimpedanzkomponente (81) so gewählt sind, dass die Variation einer Gesamtverstärkung der Leistungsverstärkerstufe (41) und der zusätzlichen Leistungsverstärkerstufe (41) kleiner als ein Schwellenwert von 0 dB/dB ist.
Leistungsverstärkersystem (28; 29; 120, 125; 130; 131) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend eine zusätzliche Vorspannungsimpedanzkomponente (81), die betriebsmäßig zwischen der Vorspannungsimpedanzkomponente (18) und der Leistungsverstärkerstufe (41) gekoppelt ist, wobei die zusätzliche Vorspannungsimpedanzkomponente (81) konfiguriert ist, um das Steuersignal zu empfangen und einen Impedanzwert der zusätzlichen Vorspannungsimpedanzkomponente (81) als Reaktion auf das Steuersignal einzustellen.
Verfahren zum Einstellen einer Verstärkung einer Leistungsverstärkerstufe (41), umfassend: Empfangen einer Vorspannung (Vbias) an einer Vorspannungsschaltung (30); Erzeugen eines Vorspannungssignals basierend auf der Vorspannung (Vbias) durch die Vorspannungsschaltung (30); Empfangen des Vorspannungssignals (Vbias) und eines Steuersignals an einer Vorspannungsimpedanzkomponente (81); Einstellen eines Impedanzwertes der Vorspannungsimpedanzkomponente (81) an der Vorspannungsimpedanzkomponente (81) basierend auf dem empfangenen Steuersignal; Empfangen eines Hochfrequenzeingangssignals (RFIN) und des Vorspannungssignals von der Vorspannungsimpedanzkomponente (81) an einer Leistungsverstärkerstufe (41); und Erzeugen eines Hochfrequenzausgangssignals (RFOUT) basierend auf dem Hochfrequenzeingangssignal (RFIN) und dem Vorspannungsignal.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Vorspannungsimpedanzkomponente (81) einen Transistor (90; 91; 92) umfasst und das Steuersignal eine Spannung aufweist, die konfiguriert ist, um mit dem Transistor (90; 91; 92) in Triode zu arbeiten.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Transistor (90; 91; 92) einen Feldeffekttransistor beinhaltet und die Leistungsverstärkerstufe (41) einen Heteroübergang-Bipolartransistor (61) beinhaltet, und das Verfahren ferner das Verstärken des Hochfrequenzeingangssignals (RFIN) an dem Heteroübergang-Bipolartransistor (61) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Feldeffekttransistor (90; 91; 92) und der Heteroübergang-Bipolartransistor (61) auf einem einzigen Halbleiterrohchip hergestellt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, ferner umfassend ein Auswählen einer Spannung des Steuersignals, um den Impedanzwert der Vorspannungsimpedanzkomponente (81) so zu erzeugen, dass eine Variation einer Verstärkung der Leistungsverstärkerstufe (41) kleiner als ein Schwellenwert von 0 dB/dB ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, ferner umfassend: Empfangen des Vorspannungssignals von der Vorspannungsimpedanzkomponente (81) und dem Steuersignal an einer zusätzlichen Vorspannungsimpedanzkomponente (81); und Einstellen eines Impedanzwertes der zusätzlichen Vorspannungsimpedanzkomponente (81) an der zusätzlichen Vorspannungsimpedanzkomponente (81) basierend auf dem empfangenen Steuersignal, mit der zusätzlichen Vorspannungsimpedanzkomponente (81) betriebsmäßig zwischen der Vorspannungsimpedanzkomponente (81) und der Leistungsverstärkerstufe (41) gekoppelt.
Mobile Vorrichtung (11), umfassend: einen Leistungsverstärker (17; 32), der konfiguriert ist, um ein Hochfrequenzeingangssignal zu verstärken und ein Hochfrequenzausgangssignal zu erzeugen, und eine Vorspannungsschaltung, die konfiguriert ist, um eine Vorspannung zu empfangen und ein Vorspannungssignal zu erzeugen, eine Leistungsverstärkerstufe, die konfiguriert ist, um das Hochfrequenzeingangssignal zu empfangen und das Hochfrequenzausgangssignal zu erzeugen, und eine Vorspannungsimpedanzkomponente, die betriebsmäßig zwischen der Vorspannungsschaltung und der Leistungsverstärkerstufe gekoppelt ist, beinhaltet, und die Vorspannungsimpedanzkomponente konfiguriert ist, um ein Steuersignal zu empfangen und einen Impedanzwert der Vorspannungsimpedanzkomponente im Ansprechen auf das Steuersignal einzustellen; und einen Modulator (10), der konfiguriert ist, um ein Hochfrequenz-Sendesignal basierend auf dem Hochfrequenzausgangssignal zu erzeugen.
Mobile Vorrichtung (11) nach Anspruch 15, wobei die Vorspannungsimpedanzkomponente einen Transistor umfasst und das Steuersignal eine Spannung aufweist, die konfiguriert ist, um mit einem Transistor in Triode zu arbeiten.
Mobile Vorrichtung (11) nach Anspruch 16, wobei der Transistor einen Feldeffekttransistor umfasst und der Leistungsverstärker (17; 32) einen Heteroübergang-Bipolartransistor umfasst, der konfiguriert ist, um das Hochfrequenzeingangssignal zu verstärken.
Mobile Vorrichtung (11) nach Anspruch 17, wobei der Feldeffekttransistor und der Heteroübergang-Bipolartransistor auf einem einzigen Halbleiterrohchip hergestellt sind.
Mobile Vorrichtung (11) nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei der Impedanzwert der Vorspannungsimpedanzkomponente so gewählt ist, dass die Variation in einer Verstärkung der Leistungsverstärkerstufe kleiner als ein Schwellenwert von 0 dB/dB ist.
Mobile Vorrichtung (11) nach einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei der Leistungsverstärker (17; 32) ferner eine zusätzliche Vorspannungsimpedanzkomponente beinhaltet, die betriebsmäßig zwischen der Vorspannungsimpedanzkomponente und der Leistungsverstärkerstufe gekoppelt ist, und die zusätzliche Vorspannungsimpedanzkomponente konfiguriert ist, um das Steuersignal zu empfangen und einen Impedanzwert der zusätzlichen Vorspannungsimpedanzkomponente im Ansprechen auf das Steuersignal einzustellen.