Amplificador de RF con filtro digital para transmisor polar.

Un amplificador de potencia de RF para un transmisor polar, proporcionando el amplificador de potencia de RF una señal de RF amplificada basado en una señal de componente de amplitud y una portadora de RF modulada por una componente de fase,

teniendo el amplificador de potencia de RF un convertidor (60, 180) para convertir la señal de componente de amplitud en una señal de amplitud digital de 1 bit, y teniendo un filtro de respuesta (20) de impulso finito digital alimentado por la señal de amplitud digital de 1 bit, sucesivas etapas del filtro cada una de las cuales comprende una etapa de amplificación de RF (40, 120, 130, 140, 150, 160, 165, 170) dispuesta para amplificar versiones sucesivamente retardadas de la señal de amplitud digital de 1 bit de acuerdo con un coeficiente de etapa respectivo y teniendo las etapas de amplificación de RF como una entrada la portadora de RF modulada por la componente de fase, y estando dispuesto el filtro para combinar las salidas de las etapas para proporcionar la señal de RF amplificada.

Amplificador de RF con filtro digital para transmisor polar CAMPO DEL INVENTO

Este invento se refiere a amplificadores de potencia, especialmente amplificadores de potencia de RF, y a transmisores, transceptores, circuitos integrados correspondientes y a métodos para hacer funcionar los mismos.

ANTECEDENTES DEL INVENTO

Es conocido a partir del documento US 2007275676 que los transmisores de RF inalámbricos modernos para aplicaciones tales como comunicaciones por teléfono móvil, personal y por satélite, emplean esquemas de modulación digital, tales como cifrado con desplazamiento de frecuencia (FSA) , cifrado con desplazamiento de fase (PSK) , y variantes de los mismos, a menudo en combinación con la comunicación de acceso múltiple de división por código (CDMA) . La señal de salida del transmisor de RF tendrá una envolvente que en alguno de los esquemas de comunicación antes mencionados es una envolvente constante, y en otros esquemas de comunicación variará con el tiempo. Un ejemplo de un esquema de modulación de envolvente variable es el conocido como un transmisor polar. En un transmisor polar, los datos de banda de base digitales entran a un procesador digital que realiza la conformación y modulación de impulsos necesarias a alguna portadora fIF de frecuencia intermedia (IF) para generar la envolvente digital (modulada en amplitud) y señales digitales moduladas en fase. La señal digital modulada en amplitud es introducida a un convertidor de digital a analógico (DAC) , seguido por un filtro pasaba bajos (LPF) , a lo largo de un trayecto de amplitud. La señal digital modulada en fase es introducida a otro DAC, seguido por otro LPF, a lo largo de un trayecto de fase. La salida del LPF en el trayecto de amplitud es una señal de amplitud analógica, mientras la salida del LPF sobre el trayecto de fase es una señal de referencia analógica. La señal de referencia analógica es introducida a un bucle bloqueado en fase para permitir que la fase de la señal de salida de RF siga a la fase de la señal de referencia analógica. La señal de salida de RF es modulada en un amplificador de potencia (PA) no lineal por una señal analógica modulada en amplitud.

Así, en arquitecturas de transmisor polar, la componente de fase de la señal de RF es amplificada a través del PA no lineal mientras modulación de amplitud es realizada en la salida del PA. Esta arquitectura, sin embargo, requiere alineación en fase y amplitud para asegurar que los datos modulados en amplitud y modulados en fase son aplicados en el instante correcto. Además, los transmisores polares tienen también severos retos con relación a modulación de amplitud y control de potencia. Las técnicas de modulación de amplitud convencionales están basadas típicamente en la modulación de la alimentación de potencia. Sin embargo, la componente de amplitud de la señal de RF ocupa varias veces más ancho de banda que la combinación de los datos de fase y amplitud. Por ello, las técnicas de modulación de alimentación de corriente convencionales están limitadas para muchas aplicaciones de banda ancha. Además, en muchos sistemas inalámbricos, la potencia de salida debe ser controlada a fin de conservar que la señal recibida alcance a todos los usuarios en el mismo nivel de potencia. Sin embargo, en los amplificadores de potencia de conmutación, el control de potencia es realizado utilizando el mismo método que el usado para modulación de amplitud. Como resultado, en los amplificadores de potencia de conmutación, hay una solución intermedia entre el intervalo dinámico de control de potencia y la resolución de la modulación de amplitud. Además, el trayecto de señal de AM necesita ser extremadamente lineal. Cualquier distorsión conduce a emisiones de potencia espectrales inaceptables ("fuga espectral" o "recrecimiento espectral") en canales de transmisión contiguos.

Un amplificador de potencia de múltiples etapas es proporcionado en el documento US2007275676 antes mencionado para acceder a problemas con fuga del Oscilador Local. La corriente de fuga es ortogonal a la corriente de drenaje del transistor de conmutación debido a la diferencia de fase de 90º de la tensión y la corriente del condensador. Como resultado, cuando se aplica la modulación de amplitud, hay una variación en la fase de la portadora debido a la fuga que es una función de la envolvente de la portadora (amplitud) . Este efecto es conocido como la conversión de AM a PM, y es crítico cuando el amplificador de potencia funciona y a un nivel de potencia de salida elevado. Para compensar la conversión de AM a PM en los transmisores polares, puede emplearse un filtro de distorsión previa o bucle de realimentación de fase. Además o en lugar de utilizar un filtro de distorsión previa y/o un bucle de realimentación de fase, pueden usarse transistores cascode sobre los transistores de conmutación, que también reduce la variación de tensión sobre los transistores de conmutación, y por ello reduce la conversión de AM a PM.

En funcionamiento a baja potencia, la fuga de LO a través del condensador de CGD puede ser comparable o incluso mayor que la señal de salida de RF. Como resultado, la fuga cubre la señal de RF a la salida, y por ello limita el intervalo dinámico de control de potencia. La señal de fuga puede también limitar la linealidad de la modulación de amplitud y en operaciones de baja potencia. Para superar el problema de fuga a baja potencia, el tamaño del conmutador es disminuido para niveles de potencia bajos previendo múltiples etapas en el amplificador de potencia. Por ejemplo puede dividirse en tres etapas con relaciones de tamaño de conmutador de *1, *8, y *64. Cada etapa incluye un par de conmutadores y una fuente de corriente terminal correspondiente. Cada fuente de corriente está acoplada de manera operativa para recibir la señal modulada en amplitud y los bits de control de potencia para controlar la corriente a través de su par conmutador respectivo y cada etapa está asociada con un nivel de potencia diferente para minimizar la fuga a niveles de baja potencia. Los conmutadores conectados a cada par de conmutadores seleccionan una más de las etapas para generar la potencia de salida apropiada para el amplificador de potencia, o la selección de etapas puede ser hecha utilizando los bits más significativos (MSB) de la palabra de control de potencia para activar las etapas apropiadas. Los bits menos significativos restantes (LSB) pueden ser usados para controlar la corriente de cola. Desactivando las grandes etapas se mejora la linealidad del amplificador de potencia en el funcionamiento a baja potencia.

Es también conocido usar un así llamado "RF DAC" o DAC de Envolvente", que es esencialmente un amplificador de potencia de RF con conmutación combinado con un DAC Nyquist de múltiples bits. Véase por ejemplo P.T.M van Zeijl, M. Collados, "Un Modulador de Envolvente Digital para un transmisor polar de WLAN OFDM en CMOS de 90 nm", IEEE Journal de Circuitos de Estado Sólido. El "RF DAC" (= el PA) puede proporcionar una capacidad de predicción/exactitud en el tiempo, necesarias para corregir la recombinación de AM y de PM, alimentando directamente los datos de amplitud digitalizados al PA. Por tanto el retardo de propagación puede saberse que está dentro de 100 ps. La exactitud de amplitud depende sin embargo de la correspondencia del dispositivo de las celdas de la unidad ponderada binaria que constituyen el PA. Como estos dispositivos necesitan funcionar en RF, usualmente varios GHz, sus dimensiones necesitan ser pequeñas. Consiguientemente, la correspondencia será pobre (haciendo corresponder escalas con área) . Para aliviar este problema el "RF DAC" puede estar construido a partir de celdas de unidad codificadas por termómetro, en vez de celdas de unidad ponderadas binarias. Los trastornos pueden ser gestionados a un nivel bajo aceptable, pero en principio, el desequilibrio del dispositivo perjudicará a la reconstrucción fiel de la señal de AM.

Es conocido a partir del documento US 2007/160164 proporcionar un transmisor digital que utiliza un filtro digital para generar una señal de envolvente a partir de una componente de magnitud, y genera una señal modulada en fase a partir de una componente de fase. Una señal modulada digitalmente es generada a partir de la señal de envolvente y la señal modulada en fase que es amplificada para dar una salida de RF.

RESUMEN DEL INVENTO

Un objeto del invento es proporcionar amplificadores de potencia especialmente amplificadores de potencia de RF, y transmisores, transceptores, circuitos integrados correspondientes y métodos para hacer funcionar los mismos.... [Seguir leyendo]

1. Un amplificador de potencia de RF para un transmisor polar, proporcionando el amplificador de potencia de RF una señal de RF amplificada basado en una señal de componente de amplitud y una portadora de RF modulada por una componente de fase, teniendo el amplificador de potencia de RF un convertidor (60, 180) para convertir la señal de componente de amplitud en una señal de amplitud digital de 1 bit, y teniendo un filtro de respuesta (20) de impulso finito digital alimentado por la señal de amplitud digital de 1 bit, sucesivas etapas del filtro cada una de las cuales comprende una etapa de amplificación de RF (40, 120, 130, 140, 150, 160, 165, 170) dispuesta para amplificar versiones sucesivamente retardadas de la señal de amplitud digital de 1 bit de acuerdo con un coeficiente de etapa respectivo y teniendo las etapas de amplificación de RF como una entrada la portadora de RF modulada por la componente de fase, y estando dispuesto el filtro para combinar las salidas de las etapas para proporcionar la señal de RF amplificada.

2. El amplificador de potencia de RF según la reivindicación 1, comprendiendo la etapa de amplificación de cada etapa una componente analógica (120) dimensionada de acuerdo con el coeficiente de etapa respectivo.

3. El amplificador de potencia de RF según la reivindicación 1 ó 2, comprendiendo la etapa de amplificación de cada etapa una fuente de corriente conmutada (165) dispuesta para alimentar una corriente que representa el coeficiente de etapa respectiva.

4. El amplificador de potencia de RF según la reivindicación 3, siendo las fuentes de corriente conmutadas programables.

5. El amplificador de potencia de RF según cualquier reivindicación precedente, comprendiendo la etapa de amplificación de cada etapa una disposición de transistores de conmutación y cascode.

6. El amplificador de potencia de RF según cualquier reivindicación precedente, comprendiendo la etapa de amplificación de cada etapa un espejo de corriente.

7. El amplificador de potencia de RF según cualquier reivindicación precedente, comprendiendo cada etapa una puerta (100) para permitir la entrada a la versión retardada respectivamente de la señal de amplitud de 1 bit de acuerdo a la portadora de RF modulada por la componente de fase, para hacer la amplificación de acuerdo a la portadora de RF modulada por la componente de fase.

8. El amplificador de potencia de RF según cualquier reivindicación precedente, dispuesto para tener una corriente de referencia común controlable para todas las etapas de la amplificación, para permitir el control total de potencia de salida de RF.

9. El amplificador de potencia de RF según cualquier reivindicación precedente, comprendiendo el convertidor un modulador sigma delta (180) .

10. Un circuito integrado CMOS inferior a la micra que comprende el amplificador de potencia de RF según cualquier reivindicación precedente.

11. Un transceptor que tiene un transmisor polar que tiene el amplificador de potencia de RF de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.

12. Un método de amplificar una señal de RF en un Transmisor Polar, estando basada la amplificación en una señal de componente de amplitud y una portadora de RF modulada por una componente de fase, teniendo el método las operaciones de convertir una señal de componente de amplitud a una señal de amplitud digital de 1 bit, alimentar esta señal a un filtro de respuesta de impulso finito digital de modo que las etapas sucesivas del filtro amplifiquen cada una versiones retardadas sucesivamente de la señal de amplitud digital de 1 bit de acuerdo con un coeficiente de etapa respectivo, y de acuerdo con la portadora de RF modulada por la componente de fase, teniendo el método la operación de combinar las salidas de las etapas para proporcionar una señal de RF amplificada.

13. El método según la reivindicación 12, que comprende además la transmisión inalámbrica de la señal amplificada.

14. El método según las reivindicaciones 12 ó 13, en el que cada etapa comprende una puerta (100) , comprendiendo además el método permitir la entrada a la versión retardada respectivamente de la señal de amplitud digital de 1 bit de acuerdo con la portadora de RF modulada por la componente de fase, para hacer la amplificación de acuerdo con la portadora de RF modulada por la componente de fase.

15. El método según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, en el que la operación de amplificación de cada etapa comprende alimentar una corriente que representa el coeficiente de etapa respectiva.