[发明专利]动态偏置放大器

说明书

技术领域

本发明涉及包括具有动态偏置布置的输入级和输出级的放大器，其中，在相反方向上调整提供至输入级和输出级的各DC偏置电流的电平。

背景技术

在从次声频率到用于高级无线通信系统的GHz范围的范围内广泛应用对电压或电流信号进行放大的放大器。在需要检测、放大及以其他方式处理表示物理量或诸如声压、加速度、温度、压力等变量的电信号的情况下，换能器放大器是放大器的一种重要类型。在用于移动终端以及诸如移动电话、耳机以及助听仪器的其他便携通信装置的微型麦克风以及扬声器中使用换能器放大器。便携装置通常以可充电电池运行，并且包括大量的功耗电子部件。这使得将换能器放大器的功耗降低至与规定或给定性能要求兼容的最低可能电平变得极其重要。在许多情况下，对于换能器放大器，可能存在可用功率的固定量、或者功率预算。

上述性能要求通常对具体换能器放大器所需的功率或电流量施加一定约束。例如，一旦选择了电路布局和半导体技术，则对一定输入噪声电压的要求就导致对换能器放大器输入级的最小偏置电流的要求。类似地，一旦选择了电路布局(例如A类、AB类或B类)以及半导体技术，则对换能器放大器的输出级的一定负载处理能力的要求就导致对换能器放大器的输出级的最小偏置电流要求。

然而，根据本发明，响应于输入级处的输入信号电平，相对于提供至放大器的输出级的DC偏置电流的电平来动态地调整提供至输入级的DC偏置电流的电平。在有利的实施方式中，换能器放大器的总功耗保持在基本恒定水平，以符合固定功率预算。DC偏置的动态调整提供了换能器放大器的性能改善，原因在于可以在大换能器信号的条件下降低输入级中的DC偏置电流，而由于感知掩蔽并没有经放大的换能器信号的音频噪声劣化。同时，增大DC偏置电流并因此在大信号条件下增大输出级的功耗改善了为负载提供适当输出电压和电流所需的负载处理能力。

现有技术

US 6,175,279公开了一种用于RF信号的、具有可调偏置电流源的低噪声放大器(LNA)。可以连续或以不连续阶段调整偏置电流。执行偏置电流调整，以使LNA的噪声性能和线性度适应实际RF接收条件。在恶劣RF环境(例如，具有高电平的乱真RF信号)下设定高偏置电流，在良好RF环境下设定低偏置电流。

GB239305公开了一种用于RF信号的、具有可调偏置电流源的低噪声放大器(LNA)。LNA的偏置电流响应于控制信号以“提供与适当动态范围一致的最小功耗所需的最优DC偏置电流”。由输入RF信号的信号质量测量得到控制信号。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种放大器，包括适于接收并放大或缓冲输入信号并偏置有第一DC偏置电流的输入级。该放大器的输出级适于将输出信号提供至放大器负载并偏置有第二DC偏置电流。可调偏置电流生成器，其操作地耦接至输入级和输出级，以分别向输入级和输出级提供第一DC偏置电流和第二DC偏置电流。电平检测器，其操作地耦接至输入信号以及可调偏置电流生成器，以独立于输入信号的电平来控制第一DC偏置电流和第二DC偏置电流的电平。可调偏置电流生成器以相反方向来调整第一DC偏置电流和第二DC偏置电流的各电平。

放大器可以包括连接在输入级与输出级中间的一个或多个中间放大、缓冲或频率整形级。这些中间放大、缓冲或频率整形级可以连同基本固定的DC偏置电流(其与输入信号的电平无关)来操作。在本发明的实施方式中，输入级和输出级可以通过适当的电配线直接互连。

第一DC偏置电流和第二DC偏置电流的动态调整提供了放大器的性能改善，这是因为，在大输入信号的条件下可以降低提供至输入级的第一DC偏置电流的电平，而由于输入级增大的热噪声的感知掩蔽并没有使经放大的输入信号的音频劣化。同时，通过增大第二DC偏置电流的电平改善输出级的负载处理能力，以在大信号的条件下为放大器负载提供足够的输出电压和电流电平。

在本发明的有利实施方式中，第一DC偏置电流和第二DC偏置电流之和保持基本恒定，而与输入信号的电平无关。这允许放大器利用先前提到的有关动态调整第一DC偏置电流和第二DC偏置电流的优点，同时将放大器的功耗或总DC偏置电流保持在基本恒定的电平，而与输入信号的电平无关，从而符合固定功率预算。根据本发明的该实施方式，对于放大器的操作范围内的所有输入信号电平来说，第一DC偏置电流和第二DC偏置电流的变化低于+/-10％，或者更优选地，低于+/-5％，诸如低于+/-2％。