功率放大器中的灵活电流控制 【发明背景】
【发明领域】
本发明一般涉及放大器电路中的改进，尤其涉及用于通信系统的改进的放大器电路，和更具体地，涉及用于灵活控制在移动或其它的电池供电电话如无绳或蜂窝电话内功率放大器中的空载电流的电路。
本发明的背景与目的
自从1897年Guglielmo Marconi发明了无线电报并在1897年证明无线电能够提供与英伦海峡航行的船舶连续通信，无线通信在过去世纪中的发展是显著的。由于Marconi的发现，新的有线和无线通信方法已被全世界的人们所采用。尤其在最近十年间，这种发展在加速进行，在此期间借助于使便携无线设备更小、更便宜和更可靠的技术进步，移动无线通信行业呈指数增长。这些进步之一是越来越多地使用数字技术结合或替代模拟技术。
在每个移动电话中都有对发射电路设置从电池中吸收的DC电流的电路。适当的电流电平对于以足够强度和保真度发送电话呼叫是必须的，以便克服传输信道中的噪声。
现在，通信系统如数字先进移动电话服务(D-AMPS)以在两种通信模式之间切换地电路来工作在模拟和数字两个模式中。该电路在两个偏置点即静态或空载DC电流设置之间交替变换，一个用于模拟模式和另一个用于数字模式。由于功率放大器的空载电流严重影响许多放大器和电话的参数，例如谈话时间、邻道功率(数字模式)和发热，在D-AMPS和其它系统中这种空载电流调节的改善将导致更有效的电话使用。
同样地，由于有许多每个带有自己的标准和技术要求的不同通信系统，组合两个或更多这种系统的移动电话将需要电路管理各种不同电平的空载电流使用。
现在在D-AMPS系统中，只为模拟模式设置一个静态电流和为数字模式设置另一个已经引起了许多问题。首先，当移动电话不必以最大RF功率发射时，电流被浪费，即预定和固定的最大电流电平提供了大大超过以较低发射功率电平需要的RF性能。如同此前所讨论的，电流电平被设置得确保在最大RF功率设置上的正常工作。假设增加的电位用于改变功率电平要求，这种电流浪费在双功能(模拟和数字)电话即无绳或蜂窝电话中尤其明显。换句话说，组合的无绳/蜂窝电话将具有带有不同所需电流电平的所需RF功率的较高动态范围。
另外，尽管当输出要求下降时减少功率消耗的一般问题通常由丙类偏置运行解决，该运行只适合于模拟FM应用而不适合线性很重要的数字应用，例如π/4数字正交相移键控调制系统。
设置静态电流电平高到处理包括使用最大RF功率的所有需要中遇到的另一个问题是产生功率放大器中的合格率(yield)问题。该问题表面上是制造商没有完全控制饱和漏电流IDSS的结果。这对于高功率情况不成问题，但是如果IDSS增加，在低功率情况下对发射效率是一个问题。无论如何高功率情况在RF驱动下拉动更大电流，然而低功率情况只吸收随IDSS增加而增加的静态电流。
另外，现在使用的常规功率放大器利用一个电流镜象电路，如本申请附图中描述的，来设置放大器级内的漏电流。可是，电流镜象电路是与温度有关的，当放大器冷却时设置较少的电流。以较低温度，放大器不能充分地放大电流和电路放弃邻道功率指标。一般地，通过使用昂贵的热敏电阻解决温度相关问题或通过在较高电平设置室温电流。
尽管即使增加成本可以通过使用热敏电阻解决上述与温度相关问题，其它问题例如电流浪费和合格率并不容易解决，而是通常容忍它。
因此，本发明的目的是提供一种可调节的放大器电路，该电路向发射电路提供可变电流电平。
本发明的另一个目的是通过灵活地调节发射所需要的电流电平来减少移动站或无线通信装置中的电流浪费。
本发明的另一个目的是提供一种无线通信装置，该装置包括一个向工作在各种和不同的系统要求和多模式应用中的发射电路提供正常电流电平的放大器电路。
本发明的另一个目的是提供一种不太与温度相关的放大器电路。
发明简述
本发明是指无线通信装置中的放大器电路，该装置包括一个数/模转换器(DAC)和一个向发射电路发送可变电流的镜象电路。DAC在特定装置环境和要求下接收表示所需要的电流强度的一个数字信号，和对应的一个模拟信号被传送给镜象电路，该电路将模拟信号放大到用于驱动发射电路所需要的电平。
从下面简要总结的附图、本发明实施例的详细描述和附带的权利要求能够获得本发明的更完整的评价和保护范围。
附图简述
图1是用于功率放大器常规电流镜象电路的示意图；
图2是用于控制流过图1的镜象电路的电流电平的常规功率放大器电路设计，和在模拟和数字模式之间使用一个开关；
图3是移动通信装置一部分的示意图，该图包括本发明改进的功率放大器电路设计的第一实施例，其通过使用一个数/模转换器来灵活地控制流过镜象电路和发射电路的电流电平；和
图4是图3所示功率放大器电路的一个改型实施例。
本发明的详细描述
现在将参照附图更全面地描述本发明的优选实施例。然而，本发明可以用不同形式实施和此处的阐述不认为是对本发明的限制，提供这些实施例以便使公开更彻底和完整，并向本领域技术人员公开本发明的范围。
为理解本发明中灵活控制的功率放大器电路如单片集成电路MMIC的工作，首先描述其元件部分即在MMIC功率放大器内也称为电流镜象电路的功率放大器偏置控制电路是有用的。
参照图1，一般以数字10表示镜象电路的示意图。Tx电压是电池(未示出)产生的所调节的正向偏置电压，该电压被馈送给所有发射功能(除了直接耗费电池的功率场效应晶体管或FET)。在偏置中，Tx电压施加在晶体管T1的漏极。Vss是施加在晶体管T3源极和栅极上的负电压。
如图1所示，在端口P上的基准电压VREF被注入另一个晶体管T2。端口P处的基准电压VREF(在此也称为VREF端口)是通过晶体管T1、通过一串电平移位二极管、和通过一个栅极电阻、向下电平移位的，并施加在晶体管T2的栅极上。在晶体管T2的栅极上的电平移位栅极电压是维持基准电流IREF所需要的正常负电压。应理解N代表用于电平移位所需要的串联二极管12的数量，其取决于用于VREF电压的可用范围。
在正常工作时，随着Tx电压出现，基准电流IREF被改变以提供流过晶体管T2的可变电流。当IREF增加时，VREF少量增加(通过电平移位二极管12)使晶体管T2的栅极电压接近接地(T2的源极电压)。该电压与通过晶体管T2的增加电流一致。这样，当IREF增加时，通过晶体管T2的电流增加。因此流过晶体管T2的成比例电流量通过分压栅极电压的作用和功率晶体管与晶体管T2的相对尺寸被映入前述的功率放大器中。
如图2所示，通常由数字16表示的双模式功率放大器或MMIC包含一个开关18。镜象电路10(功率放大器偏置控制电路)如所示与图1相关。通过使用开关18，由于Tx电压的原因，导向镜象电路10的VREF端口的电流(和电压)数量能够被调节用于两种工作模式。
例如，为模拟模式开关18被打开，和上述基准电流IREF被限制通过电阻R1和R2到镜象电路10的VREF端口。然而，在数字模式，开关18被闭合，由此短路电阻R2并使IREF达到较高电流。例如，在双模式电话中，如D-AMPS，电流在模拟模式电流为大约100mA，即开关18打开，而在数字模式电流增加到大约180mA，即开关18闭合。
以此方式，开关18在两个不同电流设置之间交换，根据发射电路中的特定要求改变提供给镜象电路10(和此后描述的后面的发射电路)的电流(和电压)量。因此，用于模拟和数字模式的不同静态电流可以被设置以避免使用过量(和浪费)的电流。如上面例子中所讨论的，开关18根据用于该模式的特定发射功率电平要求将电流从180mA(数字模式)减少到100mA(模拟模式)。在数字模式，以与模拟模式相同的RF功率，电话必须提供更大线性功率，这需要增加偏置电流。
如注意到的，只要发射需要的功率小于最大RF功率，具有固定电流电平用于给出模式的所有发射就浪费了电流。例如，当基于实现规定的足够余量较小电流可使用时，蜂窝电话不必利用可供给发射电路的最大电流。例如，当发射数字模式的线性RF功率时，当发射机提供-4dBm输出功率时比提供+28dBm的输出功率时能够以低的多的电流实现覆盖或邻道功率。超过的余量是浪费的，并且应用本发明的目的是避免这种情况。因此，需要灵活地调节驱动发射电路的功率放大器中的电流量。
也注意到，功率放大器16内的镜象电路10是温度敏感的。因此，当放大器16变冷时，镜象电路10变冷和静态电流或VREF电压设置在较低电平处，引起如满足邻道功率要求的发射问题。一个解决办法是设置静态电流到较高值，当工作在正常室温时这将是浪费。另一个办法是利用一个热敏电阻(未示出)，例如在图2中的电阻R1的位置上，以在较低温度下保持VREF电平。注意到，增加到放大器16电路中的热敏电阻增加了成本。
参照图2的设计，具有两个分开的电流或偏置电平方案，一个用于模拟，另一个用于数字，该方案只有两种模式或电平，和一个单独开关18在模式之间切换。如果较低偏置电平需要用于其它较低RF功率要求，此方法的自然扩充是使用更多开关，与某些控制逻辑一起产生用于所需要偏置电流电平的适当的IREF。由于增加了成本、元件数量和电路板面积，所以这不是最佳方法。
参照图3，显示了根据本发明的灵活控制的功率放大器电路的示意图，和一般由参考数字20表示。不象图2所示的用于常规放大器16电路控制镜象电路10(和发射电路)的电流电平的开关，图3所示的电路20利用一个数/模转换器(DAC)电路22控制电流。应理解DAC22最好是常规的、市售的数/模电路，其接收多个数字输入信号如从处理器24经过线26，与数字输入信号的具体形式对应的模拟信号经过另一个线30发送给发射电路28，如图3所示。该DAC可以是一个独立的集成电路(IC)或插入另一个IC中作为子部件，如本领域可以理解的。
响应来自处理器24的数字信号，该信号是蜂窝电话或其它这种便携通信装置内常用的，DAC22确定与数字指令对应的合适的模拟信号，和经过线32将该信号发送到镜象电路10。电阻R与线32将来自DAC的电压信号转变成IREF电流。应理解在本实施例中到镜象电路10的VREF端口的IREF电流范围将由DAC22自己的输出电流所限制。为增加电流范围，可以加入一个晶体管T或其它放大装置，如图4中所示。图4的放大器电路中的DAC22经过线34将转变过的模拟信号传送给晶体管T的基极。Tx电压施加在晶体管T的集电极上，其发射极连接线32。因此，当DAC模拟信号施加在晶体管T的基极时，经过射随器的较高电流被传送给镜象电路10的VREF端口，扩大了向此处的电流。
应理解，由于利用本发明放大器电路20的蜂窝电话(或其它便携装置)的环境温度和其它工作信息可以从多个传感器如图3所示的传感器36传送到处理器24，DAC22可以发送增加的电压以补偿较低温度或其它条件。因此，需要另外的热敏电阻以解决镜象电路10与温度相关的问题。
也应理解，电流设置的多样性可以根据功率放大器MMIC的特性编程。以此方式，仅用于给定的发射功率电平的恰当电流量被发送给发射电路28以实现超过适当设备要求的足够余量，而没有超过余量的浪费电流。实际上，本发明的电路提供了任意数量的电流设置，即它随DAC22的规模而改变，每个设置都是单独地由DAC22的电压范围确定的，由于增加了晶体管T、温度或一些其它控制参数而增加了的电流范围。
还应理解，在本申请中阐述的用于灵活的放大器电流控制的电路对任何由电池控制的便携无线通信装置都是有用的，尤其那些需要两个或更多电流设置或电平以控制发射信号偏置和防止电流浪费的无线装置是有用的。具体地，本发明的主题在多波段或多模式电话中是有用的，即具有许多不同和分散的发射能力的电话，每个所述波段或模式具有不同电流电平要求(以驱动发射电路28)。以此方式，许多不同通信标准的合并可以用于加入本发明优点的移动电话上，例如码分多址、时分多址、全球移动通信系统、先进移动电话系统、数字欧洲无绳通信(DECT)、无绳和其它系统。然而，应理解，本发明的优点和好处也对单波段(或模式)电话如D-AMPS有用。
另外应理解，本专利申请中阐述的电路设计的优点和益处可简单实现和提高成本效率。处理器24可编程以将合适的数字信号发送给现成的DAC22。当然应理解，DAC22的功能可以由处理器24所包含或应用分开的处理器(未示出)来按照各种输入如来自传感器36的输入协调数/模转换。
上面的描述是用于实现本发明的优选实施例，本发明的范围不受这些描述的限制。本发明的范围是由下列权利要求限定。