具有用于包络跟踪应用的自适应偏置的功率放大器的制作方法

1.本发明的实施例涉及电子系统，尤其涉及用于射频(rf)电子设备中的功率放大器。


背景技术：

2.功率放大器用于射频(rf)通信系统中，以放大rf信号供天线发射。重要的是管理rf信号发射的功率以延长电池寿命和/或提供合适的发射功率水平。
3.具有一个或多个功率放大器的示例rf通信系统包括，但不限于，移动电话、平板电脑、基站、网络接入点、客户驻地设备(cpe)、便携式计算机、和可穿戴电子设备。例如，在使用蜂窝标准、无线局域网(wlan)标准、和/或任何其他合适的通信标准进行通信的无线设备中，功率放大器可以用于rf信号放大。rf信号的频率可以在约30khz～300ghz范围内，例如，在第五代(5g)蜂窝通信的频率范围1(fr1)中约410mhz～7.125ghz的范围内，或在5g通信标准的频率范围2(fr2)中约24.250ghz～52.600ghz的范围内。


技术实现要素：

4.在一些实施例中，本技术涉及一种移动设备。该移动设备包括收发器，配置为生成射频信号；功率管理系统，包括包络跟踪器，配置为生成关联于射频信号的包络而变化的功率放大器供电电压；和前端系统，包括功率放大器，配置为放大射频信号并从功率放大器供电电压接收功率。功率放大器包括电流镜，其具有配置为接收参考电流的输入端和电连接到功率放大器供电电压的输出端；和场效应晶体管，配置为放大射频信号、并具有基于电流镜的内部电压而偏置的栅极。
5.在各种实施例中，电流镜的内部电压响应于功率放大器供电电压的减小而增大，并且响应于功率放大器供电电压的升高而减小。
6.在多种实施例中，场效应晶体管是短沟道(short channel)金属氧化物半导体晶体管。
7.在数个实施例中，功率放大器还包括电连接在功率放大器供电电压和场效应晶体管的漏极之间的扼流电感器。
8.在一些实施例中，电流镜是威尔逊(wilson)电流镜。
9.在各种实施例中，功率放大器还包括缓冲器，配置为缓冲电流镜的内部电压以产生场效应晶体管的栅极偏置电压。根据多个实施例，缓冲器包括第一耗尽型晶体管和第二耗尽型晶体管，其被配置为提供零偏移缓冲。
10.在多个实施例中，电流镜包括第一镜像晶体管，具有被配置为输出内部电压的漏极；第二镜像晶体管；第三镜像晶体管和第四镜像晶体管，第三镜像晶体管和第一镜像晶体管串联连接在电流镜的输入端和地电压之间，第四镜像晶体管和第二镜像晶体管串联连接在电流镜的输出端和地电压之间。根据多个实施例，第一镜像晶体管的栅极连接至第二镜像晶体管的栅极，并且第三镜像晶体管的栅极连接至第四镜像晶体管的栅极。根据各种实
施例，第二镜像晶体管的漏极连接到第二镜像晶体管的栅极，并且第三镜像晶体管的漏极连接到第三镜像晶体管的栅极。
11.在数个实施例中，功率放大器还包括被配置为产生参考电流的电流源。
12.在一些实施例中，包络跟踪器包括被配置为输出多个调节电压的dc
‑
至
‑
dc转换器；被配置为基于所述多个调节电压和射频信号的包络在输出端生成调制器输出电压的调制器；以及耦接在调制器输出端与功率放大器供电电压之间的调制器输出滤波器。
13.在各种实施例中，包络跟踪器包括dc
‑
至
‑
dc转换器和误差放大器，被配置为彼此并联操作以产生功率放大器供电电压。
14.在一些实施例中，本技术涉及一种包络跟踪系统。该包络跟踪系统包括包络跟踪器，被配置为生成关联于射频信号的包络而变化的功率放大器供电电压；和功率放大器，被配置为放大射频信号、并接收来自功率放大器供电电压的功率。所述功率放大器包括电流镜，其具有被配置为接收参考电流的输入端、和电连接至功率放大器供电电压的输出端；和场效应晶体管，被配置为放大射频信号、并具有基于电流镜的内部电压而偏置的栅极。
15.在各种实施例中，电流镜的内部电压响应于功率放大器供电电压的减小而增加，并且响应于功率放大器供电电压的升高而减小。
16.在数个实施例中，场效应晶体管是短沟道金属氧化物半导体晶体管。
17.在一些实施例中，功率放大器还包括电连接在功率放大器供电电压和场效应晶体管的漏极之间的扼流电感器。
18.在各个实施例中，电流镜是威尔逊电流镜。
19.在数个实施例中，功率放大器还包括缓冲器，该缓冲器被配置为缓冲电流镜的内部电压以产生场效应晶体管的栅极偏置电压。根据多个实施例，该缓冲器包括第一耗尽型晶体管和第二耗尽型晶体管，其被配置为提供零偏移缓冲。
20.在一些实施例中，电流镜包括第一镜像晶体管，具有被配置为输出内部电压的漏极；第二镜像晶体管；第三镜像晶体管；和第四镜像晶体管，第三镜像晶体管和第一镜像晶体管串联连接在电流镜的输入端和地电压之间，第四镜像晶体管和第二镜像晶体管串联连接在电流镜的输出端和地电压之间。根据多个实施例，第一镜像晶体管的栅极连接至第二镜像晶体管的栅极，并且第三镜像晶体管的栅极连接至第四镜像晶体管的栅极。在各种实施例中，第二镜像晶体管的漏极连接至第二镜像晶体管的栅极，并且第三镜像晶体管的漏极连接至第三镜像晶体管的栅极。
21.在数个实施例中，功率放大器还包括电流源，配置为产生参考电流。
22.在一些实施例中，包络跟踪器包括被配置为输出多个调节电压的dc
‑
至
‑
dc转换器，被配置为基于所述多个调节电压和射频信号的包络在输出端生成调制器输出电压的调制器，以及耦接在调制器输出端与功率放大器供电电压之间的调制器输出滤波器。
23.在数个实施例中，包络跟踪器包括dc
‑
至
‑
dc转换器和误差放大器，配置为彼此并联操作以产生功率放大器供电电压。
24.在一些实施例中，本技术涉及一种移动设备中的射频信号放大的方法。该方法包括，用包络跟踪器生成关联于射频信号的包络而变化的功率放大器供电电压；用功率放大器供电电压为功率放大器供电；用功率放大器的场效应晶体管放大射频信号；和用功率放大器的电流镜的内部电压生成场效应晶体管的栅极偏置电压，包括将参考电流提供给电流
镜的输入端、和将功率放大器供电电压提供给电流镜的输出端。
25.在各种实施例中，该方法包括，响应于功率放大器供电电压的减小而增大电流镜的内部电压，以及响应于功率放大器供电电压的增大而减小电流镜的内部电压。
26.在数个实施例中，场效应晶体管是短沟道金属氧化物半导体晶体管。
27.在多个实施例中，该方法还包括用扼流电感器将功率放大器供电电压提供给场效应晶体管的漏极。
28.在一些实施例中，电流镜是威尔逊电流镜。
29.在各个实施例中，该方法还包括缓冲电流镜的内部电压以产生场效应晶体管的栅极偏置电压。
30.在多个实施例中，该方法还包括用电流源产生参考电流。
31.在多个实施例中，产生功率放大器供电电压包括，从dc
‑
至
‑
dc转换器输出多个调节电压；用调制器基于所述多个调节电压和射频信号的包络来产生调制器输出电压；并用调制器输出滤波器对调制器输出电压进行滤波，以生成功率放大器供电电压。
32.在一些实施例中，产生功率放大器供电电压包括，用并联操作的dc
‑
至
‑
dc转换器和误差放大器来跟踪包络。
附图说明
33.图1是移动设备的一个实施例的示意图。
34.图2是从移动设备发射射频(rf)信号的发射系统的一个实施例的示意图。
35.图3是根据一个实施例的功率放大器的示意图。
36.图4a是不带自适应偏置的功率放大器的功率增益相对于输出功率的一个示例曲线图。
37.图4b是具有自适应偏置的功率放大器的功率增益相对于输出功率的一个示例曲线图。
38.图4c是不带自适应偏置的功率放大器的静态漏极电流相对于供电电压的一个示例曲线图。
39.图4d是具有自适应偏置的功率放大器的静态漏极电流相对于供电电压的一个示例曲线图。
40.图5是根据另一实施例的功率放大器的示意图。
41.图6a是具有自适应偏置但没有缓冲器的功率放大器的幅度失真相对于负载功率的一个示例图。
42.图6b是具有自适应偏置和缓冲器的功率放大器的幅度失真相对于负载功率的一个示例图。
43.图6c是具有自适应偏置但没有缓冲器的功率放大器的相位失真相对于负载功率的一个示例图。
44.图6d是具有自适应偏置和缓冲器的功率放大器的相位失真相对于负载功率的一个示例图。
45.图7a是短沟道金属氧化物半导体(mos)晶体管的漏极电流相对于漏极电压的一个示例曲线图。
46.图7b是短沟道mos晶体管的漏极电流相对于栅极电压的一个示例曲线图。
47.图8a是功率放大器供电电压相对于时间的一个示例曲线图。
48.图8b是功率放大器供电电压相对于时间的另一示例曲线图。
49.图9a是根据一个实施例的包络跟踪系统的示意图。
50.图9b是根据另一个实施例的包络跟踪系统的示意图。
51.图10是根据另一实施例的包络跟踪系统的示意图。
52.图11a是封装模块的一个实施例的示意图。
53.图11b是沿图11a的线11b
‑
11b截取的封装模块的横截面示意图。
54.图12是电话板的一个实施例的示意图。
具体实施方式
55.以下对一些实施例的详细描述给出了对具体实施例的各种描述。然而，本文描述的创新可以以例如权利要求书所定义和涵盖的多种不同方式来体现。在本说明书中，参考了附图，其中相似的附图标记可以指示相同或功能相似的元件。将理解的是，附图中示出的元件不必按比例绘制。此外，将理解的是，一些实施例可以包括比附图中示出的元件更多的元件和/或附图中示出的元件的子集。此外，一些实施例可以结合来自两个或更多个附图的特征的任何合适的组合。
56.图1是移动设备100的一个示例的示意图。移动设备100包括基带系统1，收发器2，前端系统3，天线4，功率管理系统5，存储器6，用户接口7，和电池8。
57.移动设备100可以用于利用多种通信技术进行通信，所述通信技术包括但不限于2g、3g、4g(包括lte、lte
‑
advanced、和lte
‑
advanced pro)、5g、wlan(例如wi
‑
fi)、wpan(例如蓝牙和zigbee)、wman(例如wimax)、和/或gps技术。
58.收发器2产生用于发射的rf信号、并处理从天线4接收的输入rf信号。应理解，与发射和接收rf信号关联的各种功能可以通过一个或多个在图1中总体上表示为收发器2的部件来实现。在一个示例中，可以提供单独的部件(例如，单独的电路或晶片(die))来处理一些类型的rf信号。
59.前端系统3帮助调节发送到天线4和/或从天线4接收的信号。在所示的实施例中，前端系统3包括功率放大器(pa)11，低噪声放大器(lna)12，滤波器13，开关14，和双工器15。然而，其他实施方式也是可能的。
60.例如，前端系统3可以提供多种功能，包括但不限于，放大用于发射的信号，放大接收到的信号，滤波信号，在不同频带之间切换，在不同功率模式之间切换，在发射和接收模式之间切换，信号双工，信号多工(例如，双信(diplex)或三工)，或它们的组合。
61.在一些实施方式中，移动设备100支持载波聚合，从而提供灵活性以增加峰值数据速率。载波聚合可以用于频分双工(fdd)和时分双工(tdd)，并且可以用于聚合多个载波或信道。载波聚合包括连续聚合，其中在相同工作频带内的连续载波被聚合。载波聚合也可以是不连续的，并且可以包括在一个公共频带内和/或在不同频带中在频率上分开的载波。
62.天线4可以包括用于多种类型的通信的天线。例如，天线4可以包括与发送和/或接收关联于广泛多种频率和通信标准的信号相关联的天线。
63.在一些实施方式中，天线4支持mimo通信和/或切换式分集通信。例如，mimo通信使
用多个天线在单个射频信道上传送多个数据流。mimo通信受益于更高的信噪比、改进的编码、和/或由于无线电环境的空间复用差异而降低的信号干扰。切换式分集是指在特定时间选出特定天线进行操作的通信。例如，可以用开关根据各种因素(如观测到的误码率和/或信号强度指示符)从一组天线中选出特定天线。
64.在一些实施方式中，移动设备100可以以波束成形来操作。例如，前端系统3可以包括具有由收发器2控制的可变相位的移相器。另外，这些移相器受到被控制，以提供波束成形和方向性，用于使用天线4来发射和/或接收信号。例如，在信号发射的情形中，提供给天线4的发射信号的相位受到控制，使得来自天线4的辐射信号利用相长干涉和相消干涉进行组合，以生成聚合发射信号，所述聚合发射信号表现出波束式品质，在给定方向上传播更多的信号强度。在信号接收的情形中，相位受到控制，使得当信号从特定方向到达天线4时接收更多的信号能量。在一些实施方式中，天线4包括天线元件的一个或多个阵列以增强波束成形。
65.基带系统1耦接到用户接口7，以促进对各种用户输入和输出(i/o)例如语音和数据的处理。基带系统1向收发器2提供发射信号的数字表示，收发器2对其进行处理以生成用于发射的rf信号。基带系统1还处理由收发器2提供的接收信号的数字表示。如图1所示，基带系统1耦接到存储器6，以促进移动设备100的操作。
66.存储器6可以用于广泛多种目的，诸如存储数据和/或指令以促进移动设备100的操作和/或提供用户信息的存储。
67.功率管理系统5提供了移动设备100的多种功率管理功能。图1的功率管理系统5包括一个包络跟踪器60。如图1所示，功率管理系统5接收电池8传来的电池电压。电池8可以是在移动设备100中使用的任何合适的电池，包括例如锂离子电池。
68.图1的移动设备100例示了rf通信系统的一个示例，其可以包括根据本技术的一个或多个特征实施的一或多个功率放大器。然而，本文的教导适用于以广泛多种方式实施的rf通信系统。
69.图2是用于从移动设备发射rf信号的发射系统130的一个实施例的示意图。发射系统130包括电池101，包络跟踪器102，功率放大器103，定向耦合器104，双工切换电路105，天线106，基带处理器107，信号延迟电路108，数字预失真(dpd)电路109，i/q调制器110，观察接收器111，互调检测电路112，包络延迟电路121，坐标旋转数字计算(cordic)电路122，整形电路123，数字
‑
模拟转换器124，和重建滤波器125。
70.图2的发射系统130示出了rf通信系统的一个示例，其可以包括根据本技术的一个或多个特征实施的功率放大器。然而，本文的教导适用于以广泛多种方式实施的rf通信系统。
71.基带处理器107操作以生成i信号和q信号，其对应于正弦波的信号分量或具有期望的幅度、频率和相位的信号。例如，i信号可以用来表示正弦波的同相分量，而q信号可以用来表示正弦波的正交相位分量，它可以是正弦波的等效表示。在一些实施方式中，以数字格式将i和q信号提供给i/q调制器110。基带处理器107可以是被配置为处理基带信号的任何合适的处理器。例如，基带处理器107可以包括数字信号处理器，微处理器，可编程核芯(core)，或其任何组合。
72.信号延迟电路108向i和q信号提供可调节的延迟，以帮助控制包络信号和rf信号
rf
in
之间的相对对准。由信号延迟电路108提供的延迟量基于由互调检测电路112检测到的互调量来控制。
73.dpd电路109进行操作以对来自信号延迟电路108的延迟的i和q信号提供数字整形，以生成数字预失真的i和q信号。在所示的实施例中，由dpd电路109提供的dpd基于由互调检测电路112检测到的互调量来控制。dpd电路109用于减小功率放大器103的失真和/或提高功率放大器103的效率。
74.i/q调制器110接收数字预失真的i和q信号，这些信号经过处理后生成rf信号rf
in
。例如，i/q调制器110可以包括：dac，被配置为将数字预失真的i和q信号转换为模拟格式；混频器，用于将模拟i和q信号上变频为射频；以及信号组合器，用于将上变频的i和q信号组合成适于由功率放大器103放大的rf信号。在一些实施方式中，i/q调制器110可以包括一个或多个滤波器，所述滤波器被配置为对在其中处理的信号的频率内容进行滤波。
75.包络延迟电路121延迟来自基带处理器107的i和q信号。此外，cordic电路122处理延迟的i和q信号以生成表示rf信号rf
in
的包络的数字包络信号。尽管图2示出了使用cordic电路122的实施方式，但是可以以其他方式获得包络信号。
76.整形电路123操作以对数字包络信号进行整形以增强发射系统130的性能。在一些实施方式中，整形电路123包括将数字包络信号的每个电平映射到相应的整形包络信号电平的整形表。包络整形可以帮助控制功率放大器103的线性、失真和/或效率。
77.在所示的实施例中，整形包络信号是数字信号，其被dac 124转换为模拟包络信号。另外，模拟包络信号由重构滤波器125滤波以生成适合于包络跟踪器102使用的包络信号。在一些实施方式中，重构滤波器125包括低通滤波器。
78.继续参考图2，包络跟踪器102从重构滤波器125接收包络信号，从电池101接收电池电压v
batt
，并使用该包络信号生成关联于rf信号rf
in
的包络而改变的功率放大器供电电压v
pa
。在该示例中，功率放大器103从i/q调制器110接收rf信号rf
in
，并通过双工切换电路105将放大的rf信号rf
out
提供给天线106。
79.定向耦合器104位于功率放大器103的输出端与双工切换电路105的输入端之间，从而允许功率放大器103的输出功率的测量不包括双工切换电路105的插入损耗。感测到的来自定向耦合器104的输出信号被提供给观察接收器111，观察接收器111可以包括用于对所感测的输出信号的i和q信号分量进行下变频的混频器，以及用于从下变频后的信号生成i和q观察信号的dac。
80.互调检测电路112确定i和q观察信号与来自基带处理器107的i和q信号之间的互调乘积。另外，互调检测电路112控制由dpd电路109提供的dpd和/或信号延迟电路108的延迟以控制包络信号和rf信号rf
in
之间的相对对准。
81.通过包括来自功率放大器103的输出和基带的反馈路径，可以动态调整i和q信号以优化发射系统130的操作。例如，以这种方式配置发射系统130可以帮助提供功率控制，补偿发射器损伤，和/或执行dpd。
82.尽管示出为单级，但是功率放大器103可以包括一个或多个级。此外，rf通信系统如移动设备可以包括多个功率放大器。在这样的实施方式中，可以为不同的功率放大器提供单独的包络跟踪器和/或可以使用一个或多个共享的包络跟踪器。
83.用于以包络跟踪来操作的功率放大器的自适应偏置
84.包络跟踪是一种可用于提高功率放大器的功率增加效率(pae)的技术，是通过有效地控制与功率放大器放大的rf信号的包络相关联的功率放大器供电电压的电压电平来实现。因此，当rf信号的包络增加时，可以增加提供给功率放大器的电压。同样，当rf信号的包络线减小时，可以减小提供给功率放大器的电压以减小功耗。
85.在一个示例中，包络跟踪器包括dc
‑
至
‑
dc转换器，该dc
‑
至
‑
dc转换器与误差放大器结合操作以基于包络信号生成功率放大器供电电压。例如，dc
‑
至
‑
dc转换器和误差放大器可以彼此并联电连接，dc
‑
至
‑
dc转换器可以跟踪包络信号的低频分量，而误差放大器可以跟踪包络信号的高频分量。例如，dc
‑
至
‑
dc转换器的开关频率可以降低到小于包络信号的最大频率分量，并且误差放大器可以对转换器输出中的间隙进行平滑处理，以生成功率放大器供电电压。在一些实施方式中，dc
‑
至
‑
dc转换器和误差放大器经由组合器组合。
86.在另一个示例中，包络跟踪器包括：多输出升压切换器，用于生成不同电压电平的调节电压；一组开关，用于根据包络信号来控制随时间对合适的调节电压的选择；以及滤波器，用于对该组开关的输出进行滤波以产生功率放大器供电电压。
87.本文提供了具有用于包络跟踪应用的自适应偏置的功率放大器。在一些实施例中，包络跟踪系统包括：功率放大器，其放大rf信号并从功率放大器供电电压接收功率；以及包络跟踪器，其基于rf信号的包络来生成功率放大器供电电压。功率放大器包括用于放大rf信号的场效应晶体管(fet)，和电流镜，该电流镜包括接收参考电流的输入端和连接到功率放大器供电电压的输出端。电流镜的内部电压用于偏置fet的栅极，以补偿fet因包络跟踪引起的功率放大器供电电压的变化。
88.通过以自适应偏置实现功率放大器，功率放大器的fet的不理想的特性得到补偿。例如，这种自适应偏置有助于补偿信道长度调制和/或漏极引起的势垒降低，否则这将导致rf增益相对于功率放大器供电电压的高度可变(high variation)。
89.在一些实施方式中，fet被实施为短沟道金属氧化物半导体(mos)晶体管。尽管短沟道mos晶体管遭受多个晶体管不理想特性的困扰，但自适应偏置提供了补偿，使得短沟道mos晶体管能够在功率放大器中使用，而不会显著降低功率放大器的性能。由于短沟道mos晶体管可以在低成本和/或实现高集成度的工艺中制造，因此有望在多个应用中使用短沟道mos晶体管来实现功率放大器。
90.在一些实施方式中，还包括缓冲器，用于缓冲电流镜的内部电压，以产生fet的栅极偏置电压。包括缓冲器可以提高带宽、并加快功率放大器的偏置的瞬态响应，从而改善幅度和相位失真。
91.电流镜可以多种方式实现实施。在一些实施方式中，电流镜被实施为威尔逊(wilson)电流镜。例如，可以使用布置为四晶体管威尔逊电流镜的n型场效应晶体管(nfet)来实施电流镜。例如，四晶体管威尔逊镜的第一nfet的漏
‑
源极电压会随着输出电压的减小而增大，并且非常适合在功率放大器供电电压减小时增大功率放大器的增益。
92.图3是根据一个实施例的功率放大器250的示意图。功率放大器250包括nfet 231，威尔逊电流镜232，输入dc隔离(blocking)电容器233，输出dc隔离电容器234，扼流电感器235，和参考电流源236。
93.尽管图3描绘了具有自适应偏置的功率放大器的一个实施例，但是本文的教导适用于以多种方式实施的功率放大器。
94.功率放大器250在rf输入端子处接收rf输入信号rf
in
，并且将放大的rf输出信号rf
out
提供给rf输出端子。在所示的实施例中，输入dc隔离电容器233连接在rf输入端子与nfet 231的栅极之间，以允许将nfet 231的栅极电压与rf输入端子的dc电压分开地偏置。另外，输出dc隔离电容器234连接在nfet 231的漏极与rf输出端子之间，以使nfet 231的漏极电压与rf输出端子的dc电压解耦。
95.如图3所示，扼流电感器235将功率放大器供电电压v
pa
提供给nfet 231的漏极。功率放大器供电电压v
pa
可以由包括但不限于本文公开的任何一种包络跟踪器的包络跟踪器生成。
96.nfet 231放大rf输入信号rf
in
以生成rf输出信号rf
out
。另外，nfet231的栅极被威尔逊电流镜232的内部电压偏置。而且，nfet 231的源极接收地电压(地)，而nfet 231的漏极从扼流电感器235接收功率放大器供电电压v
pa
。在一些实施方式中，nfet 231被实施为n型金属氧化物半导体(nmos)晶体管。例如，nfet 231可以是短沟道nmos晶体管。
97.威尔逊电流镜232包括从参考电流源236接收参考电流i
ref
的输入端，以及连接到功率放大器供电电压v
pa
的输出端。威尔逊电流镜232包括第一电流镜nfet 241，第二电流镜nfet 242，第三电流镜nfet 243，和第四电流镜nfet 244。
98.如图3所示，第一电流镜nfet 241和第二电流镜242均包括接地的源极。另外，第一电流镜nfet 241的栅极连接到第二电流镜nfet 242的栅极和漏极、还连接到第四电流镜nfet 244的源极。另外，威尔逊电流镜232的输出端连接到第四电流镜nfet 244的漏极，而威尔逊电流镜232的输入端连接到第四电流镜nfet 244的栅极、还连接到第三电流镜nfet 243的栅极和漏极。而且，第一电流镜nfet 241的漏极和第三电流镜nfet 243的漏极彼此连接。
99.在所示的实施例中，将威尔逊电流镜232的内部电压提供给nfet 231的栅极以提供自适应偏置。在该实施例中，内部电压对应于第一电流镜nfet 241的漏极电压。
100.威尔逊电流镜232操作以镜像在输入端接收的参考电流i
ref
，以产生在输出端提供的输出电流。当功率放大器供电电压v
pa
因包络跟踪而变化时，第一电流镜nfet 241的漏极电压也变化，使得输出电流跟踪输入电流。威尔逊电流镜232的调节导致第一电流源nfet 241的漏极
‑
源极电压随着功率放大器供电电压v
pa
的减小而增大。
101.第一电流镜nfet 241的漏极电压非常适合于随着功率放大器供电电压v
pa
的减小而增大功率放大器的增益，以及随着功率放大器供电电压v
pa
的增大而减小功率放大器的增益。因此，威尔逊电流镜232向nfet 231提供自适应偏置，以补偿由电源变化引起的增益变化。当nfet 231被实现为短沟道nmos晶体管时，这种自适应偏置非常适合于补偿短沟道效应(例如，沟道长度调制和/或漏极引起的势垒降低)。
102.图4a是没有自适应偏置的功率放大器的功率增益相对于输出功率的一个示例的曲线图。
103.图4b是具有自适应偏置的功率放大器的功率增益相对于输出功率的一个示例的曲线图。
104.如图4a与图4b的比较所示，自适应偏置减小了增益的变化(例如，在该示例中，从大约15db减小到大约3db)。
105.图4c是没有自适应偏置的功率放大器的静态漏极电流相对于供电电压的一个示
例的曲线图。
106.图4d是具有自适应偏置的功率放大器的静态漏极电流相对于供电电压的一个示例的曲线图。
107.如图4c与图4d的比较所示，自适应偏置减小了静态漏极电流的变化(例如，在该示例中，从大约12倍降至大约1.25倍)。
108.图5是根据另一实施例的功率放大器280的示意图。功率放大器280包括nfet 231，威尔逊电流镜232，输入dc隔离电容器233，输出dc隔离电容器234，扼流电感器235，参考电流源236，和缓冲器270。
109.图5的功率放大器280类似于图3的功率放大器250，只是功率放大器280还包括缓冲器270，用于对第一电流镜nfet 241的漏极电压进行缓冲以产生nfet 231的栅极偏置电压。
110.在所示的实施例中，缓冲器270被实现为零偏移缓冲器，其包括第一耗尽模式(d模式)fet 271和第二d模式fet 272，其可以是例如结型场效应晶体管(jfet)或肖特基(schottky)栅极fet。第一d模式fet 271的漏极接收电池电压v
batt
，而第一d模式fet 271的栅极接收威尔逊电流镜232的内部电压。另外，第二d模式fet 272的栅极和源极接地，而第二d型fet 272的漏极在输出栅极偏置电压以偏置功率放大器的nfet 231的节点处连接到第一d型fet 271的源极。
111.通过包含缓冲器270，可以实现提高带宽并改善功率放大器偏置电路的瞬态响应。
112.图6a是具有自适应偏置但没有缓冲器的功率放大器的幅度失真相对于负载功率的一个示例的图。
113.图6b是具有自适应偏置和缓冲器的功率放大器的幅度失真相对于负载功率的一个示例的图。
114.如图6a与图6b的比较所示，将缓冲器与自适应偏置结合使用减少了幅度失真(am到am)。
115.图6c是具有自适应偏置但没有缓冲器的功率放大器的相位失真相对于负载功率的一个示例的图。
116.图6d是具有自适应偏置和缓冲器的功率放大器的相位失真相对于负载功率的一个示例的图。
117.如图6c与图6d的比较所示，将缓冲器与自适应偏置结合使用减少了相位失真(am到pm)。
118.图7a是短沟道mos晶体管的漏极电流相对于漏极电压的一个示例的曲线图。描绘了在短沟道mos晶体管的不同栅极
‑
源极电压下漏极电流相对于漏极电压的各种曲线图。这些曲线图包括了不考虑通道长度调制(虚线图)和考虑通道长度调制(实线图)这两种情况。
119.图7b是短沟道mos晶体管的漏极电流相对于栅极电压的一个示例的曲线图。该曲线图描绘了由漏极引起的势垒降低引起的晶体管阈值电压偏移的一个示例。
120.图8a
‑
8b示出了功率放大器供电电压相对于时间的两个示例。
121.在图8a中，图447示出了rf信号441的电压和功率放大器供电电压443相对于时间的一个示例。rf信号441具有包络线442。
122.重要的是，功率放大器的功率放大器供电电压443的电压大于rf信号441的电压。
例如，使用幅度小于rf信号的幅度的功率放大器供电电压为功率放大器供电会削波射频信号，从而产生信号失真和/或其他问题。因此，重要的是功率放大器供电电压443大于包络线442的电压。但是，也可能希望减小功率放大器供电电压443与rf信号441的包络线442之间的电压差，因为功率放大器供电电压443和包络线442之间的面积可代表能量损失，它会减少电池寿命并增加无线设备中产生的热量。
123.在图8b中，图448示出了rf信号441的电压和功率放大器供电电压444相对于时间的另一示例。与图8a的功率放大器供电电压443不同，图8b的功率放大器供电电压444关联于rf信号441的包络线442而变化。图8b中功率放大器供电电压444和包络线442之间的面积小于图8a中功率放大器443与包络线442之间的面积，因此图8b的图448可以与具有更高能量效率的功率放大器相关联。
124.图9a是根据一个实施例的包络跟踪系统500的示意图。包络跟踪系统500包括功率放大器501和包络跟踪器502。功率放大器501对射频信号503进行放大。
125.包络跟踪器502接收与射频信号503的包络相对应的包络信号504。此外，包络跟踪器502生成功率放大器供电电压v
pa
，该电压将功率提供给功率放大器501。
126.示出的包络跟踪器502包括dc
‑
至
‑
dc转换器511和误差放大器512，它们相互结合操作以基于包络信号504产生功率放大器供电电压v
pa
。在示出的实施例中，dc
‑
至
‑
dc转换器511和误差放大器512的输出端使用组合器515进行组合。
127.图9a的包络跟踪器502示出了模拟包络跟踪的一个示例，其中，开关调节器彼此并联操作以跟踪rf信号的包络。
128.图9b是根据另一实施例的包络跟踪系统540的示意图。包络跟踪系统540包括功率放大器501和包络跟踪器532。功率放大器501对射频信号503进行放大。
129.包络跟踪器532接收与射频信号503的包络相对应的包络信号504。另外，包络跟踪器532生成功率放大器供电电压v
pa
，其将功率提供给功率放大器501。
130.所示的包络跟踪器532包括多级开关电路535。在一些实施方式中，多级开关电路包括用于产生不同电压电平的调节电压的多输出dc
‑
至
‑
dc转换器，用于根据包络信号控制随时间对合适的经调节电压的选择的开关，以及用于对开关的输出进行滤波以生成功率放大器供电电压的滤波器。
131.图9b的包络跟踪器532举例说明了mls包络跟踪的一个示例。
132.图10是根据另一实施例的包络跟踪系统600的示意图。包络跟踪系统600包括功率放大器501和包络跟踪器602。功率放大器501对射频信号503进行放大。
133.包络跟踪器602接收与射频信号503的包络相对应的包络信号。在该示例中，包络信号是差分的。另外，包络跟踪器602生成功率放大器供应电压v
pa
，该电压将功率提供给功率放大器501。
134.所示的包络跟踪器602包括包络放大器611，第一比较器621，第二比较器622，第三比较器623，编码和抖动电路624，多输出升压切换器625，滤波器626，开关组627，和电容器组630。电容器组630包括第一电容器631，第二电容器632，和第三电容器633。另外，开关组627包括第一开关641，第二开关642，和第三开关643。
135.包络放大器611放大包络信号，以将放大的包络信号提供给第一至第三比较器621
‑
623。第一至第三比较器621
‑
623将放大的包络信号分别与第一阈值t1、第二阈值t2、和
第三阈值t3进行比较。比较的结果被提供给编码和抖动电路624，其对结果进行处理以控制对开关组627的开关的选择。编码和抖动电路624可以在使用编码和/或抖动来减少由断开和闭合开关引起的伪影(artifacts)的同时激活开关。
136.尽管示出了具有三个比较器的示例，但是可以使用更多或更少的比较器。此外，可以省略编码和抖动电路624，以利于以其他方式控制开关组。在第一示例中，使用编码而不使用抖动。在第二示例中，使用抖动而不使用编码。在第三示例中，既不使用编码也不使用抖动。
137.多输出升压切换器625基于提供电池电压v
batt
的dc到dc转换，生成第一调节电压v
mls1
、第二调节电压v
mls2
、和第三调节电压v
mls3
。尽管示出了具有三个调节电压的示例，但是多输出升压开关625可以产生更多或更少的调节电压。在一些实施方式中，至少一部分调节电压相对于电池电压v
batt
升高。在一些配置中，一个或多个调节电压是具有比电池电压v
batt
更低的电压的降压电压。
138.电容器组630有助于稳定由多输出升压开关625产生的调节电压。例如，电容器631
‑
633用作去耦电容器。
139.滤波器626处理开关组627的输出以产生功率放大器供电电压v
pa
。通过基于包络信号控制随时间开关641
‑
643的选择，产生了功率放大器供电电压v
pa
以跟踪包络信号。
140.图11a是封装模块800的一个实施例的示意图。图11b是沿图11a的线11b
‑
11b截取的封装模块800的横截面示意图。
141.封装模块800包括ic或晶片(die)801、表面安装部件803、引线键合(wirebond)808、封装基板820、和包封(encapsulation)结构840。封装基板820包括由设置在其中的导体形成的焊盘806。另外，晶片801包括焊盘804，并且引线键合808已经用于将晶片801的焊盘804电连接到封装基板820的焊盘806。
142.晶片801包括功率放大器846，其可以根据本文的任何实施例来实施。
143.封装基板820可以被配置为接收多个部件，例如晶片801和表面安装部件803(可以包括例如表面安装电容器和/或电感器)。
144.如图11b中所示，封装模块800被示为包括多个接触焊盘832，这些接触焊盘布置在封装模块800上与用于安装晶片801的一侧相对的一侧上。以这种方式配置封装模块800可以帮助将封装的模块800连接到电路板例如无线设备的电话板。示例性接触焊盘832可以被配置为向晶片801和/或表面安装部件803提供rf信号、偏置信号、一个或多个功率低电压和/或一个或多个功率高电压。如图11b所示，接触焊盘832和晶片801之间的电连接可以通过贯穿封装基板820的连接通路833来促进。连接通路833可以表示穿过封装基板820而形成的电通路，例如与多层层压封装基板的通孔和导体相关联的连接通路。
145.在一些实施例中，封装模块800还可以包括一个或多个封装结构，以例如提供对封装模块800的保护和/或促进对封装模块800的处理。这样的封装结构可以包括形成于封装基板820上的上覆模(overmold)或包封结构840以及设置在其上的部件和一或多个晶片。
146.可以理解的是，尽管封装模块800是在基于引线键合的电连接的上下文中描述，但是本技术的一个或多个特征也可以在其他封装配置(包括例如倒装芯片配置)中实施。
147.图12是电话板900的一个实施例的示意图。电话板900包括连接到其上的图11a
‑
11b中所示的模块800。尽管没有在图12中清楚示出，但是电话板900可以包括其他的部件和
结构。
148.应用
149.上面描述的一些实施例已经提供了与无线设备或移动电话有关的示例。然而，这些实施例的原理和优点可以用于需要功率放大器的任何其他系统或装置。
150.这样的包络跟踪器可以在各种电子设备中实施。所述电子设备的示例可以包括但不限于，消费电子产品、消费电子产品的一部分、电子测试设备等。所述电子设备的示例还可以包括但不限于，存储芯片、存储模块、光纤网络或其他通信网络的电路、以及磁盘驱动器电路。消费类电子产品可以包括但不限于手机、电话、电视、计算机监视器、计算机、手持式计算机、个人数字助理(pda)、微波炉、冰箱、汽车、立体声系统、盒式磁带录音机或播放器、dvd播放器、cd播放器、vcr、mp3播放器、收音机、便携式摄像机、照相机、数码相机、便携式存储芯片、洗衣机、烘干机、洗衣/烘干机、复印机、传真机、扫描仪、多功能外围设备、腕表、时钟等。此外，所述电子设备可以包括未完成的产品。
151.结论
152.除非上下文另外清楚地要求，否则在整个说明书和权利要求书中，词语“包括”、“包含”等将被解释为包含性的意义，而不是排他性的或穷举的意义；也就是说，是指“包括但不限于”。词语“耦接”，如本文中通常使用的，是指两个或更多个元件可以直接连接或通过一个或多个中间元件来连接。同样地，词语“连接”，如本文中通常使用的，是指两个或更多元件可以直接连接或通过一个或多个中间元件来连接。此外，词语“本文”、“上文”、“下文”，以及具有类似重要性的词语，当在本技术中使用时，应该指整个的本技术，而不是本技术的任何特定部分。在上下文允许的情况下，在上文具体实施方式章节中使用单数或复数形式的词语也可以分别包括复数或单数。词语“或”是指两个或更多个项目的列表，该单词覆盖该词语的所有以下解释：列表中的任何项目，列表中的所有项目，以及列表中的项目的任何组合。
153.此外，本文中所使用的有条件的语言，诸如，“可以(can,could,might)”，“例如(e.g.,for example,such as)”等等，除非特别声明，或者根据所用的上下文有另外的理解，否则通常旨在表示，某些实施例包括某些特征、元件和/或状态，而其他实施例不包括某些特征、元件和/或状态。因此，这类有条件的语言通常并不旨在暗示，这些特征、元件和/或状态是以任何方式被一个或多个实施例所要求的，或者一个或多个实施例必须包括以下逻辑，该逻辑用于在有或无作者输入或提示的情况下确定是否要在任何特定实施例中包括或将要执行这些特征、元素和/或状态。
154.本发明实施例的以上详细描述并不旨在穷举或将本发明限于以上公开的精确形式。虽然上文中出于说明性目的描述了本发明的特定实施例和示例，但是如相关领域的技术人员将认识到的，在本发明的范围内各种等效修改是可能的。例如，虽然过程或框是以给定顺序呈现，但是替代实施例可以以不同的顺序执行具有步骤的例程，或者采用具有框的系统，并且一些过程或框可以被删除、移动、添加、细分、组合、和/或修改。这些过程或框中的每一个可以以各种不同的方式来实现。此外，虽然过程或框有时表示为按串行执行，但是这些过程或框也可以并行地执行，或者可以在不同的时间执行。
155.本文所提供的本发明的教导可应用于其它系统，未必是上文所描述的系统。上述各种实施例的元件和动作可以组合以提供另外的实施例。
156.虽然已经描述了本发明的某些实施例，但是这些实施例仅作为示例呈现，而不旨在限制本技术的范围。实际上，本文所描述的新颖方法和系统可以以各种其它形式来体现；此外，在不脱离本技术的精神的情况下，可以对本文所描述的方法和系统的形式进行各种省略、替换和改变。所附权利要求及其等同物旨在覆盖落入本技术的范围和精神内的这类形式或修改。