本發(fā)明涉及一種偏置控制集成電路和射頻功率放大器模塊。更具體地，本發(fā)明涉及一種能夠同時(shí)提供不同極性的偏置信號(hào)，并且能夠用于時(shí)域雙工(time?domainduplexing，tdd)系統(tǒng)的偏置控制集成電路。本發(fā)明還涉及在這種偏置控制集成電路中使用的偏置電路以及包括這種偏置控制集成電路的射頻(radiofrequency，rf)功率放大器模塊。

背景技術(shù)：

1、通常，偏置控制集成電路包括集成在半導(dǎo)體管芯上的多個(gè)相同的偏置電路。每個(gè)偏置電路產(chǎn)生單獨(dú)的偏置信號(hào)以提供給放大級(jí)。例如，每個(gè)偏置電路可以被配置為生成用于包括多個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的多級(jí)放大器的相應(yīng)柵極偏置信號(hào)。

2、偏置控制集成電路可以是功率放大器模塊的一部分。這種模塊包括基底，偏置控制集成電路與一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體管芯一起安裝在基底上，功率放大器的功率晶體管集成在半導(dǎo)體管芯上。

3、功率放大器模塊通常被設(shè)計(jì)成用于各種電信方案中。例如，功率放大器模塊可以被設(shè)計(jì)成可在時(shí)分雙工系統(tǒng)中工作，其中，功率放大器模塊需要能夠在導(dǎo)通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)之間快速切換。另外，這些相同的功率放大器模塊可以被設(shè)計(jì)成也可在頻分復(fù)用中工作，其中，功率放大器模塊可以在相對(duì)長(zhǎng)的時(shí)間段內(nèi)處于導(dǎo)通狀態(tài)。

4、最近，已經(jīng)開發(fā)了使用基于不同半導(dǎo)體技術(shù)的功率晶體管的功率放大器模塊。例如，已經(jīng)公開了使用基于氮化鎵的場(chǎng)效應(yīng)晶體管和基于硅的橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體(ldmos)晶體管兩者的功率放大器模塊。在下文中，這種功率放大器模塊被稱為混合功率放大器模塊。

5、圖1中示意性地示出了混合功率放大器模塊的示例。這里，功率放大器模塊100包括基底10，在基底10上設(shè)置有偏置控制集成電路(integrated?circuit，ic)20、基于第一半導(dǎo)體技術(shù)的第一功率放大器30和基于不同于第一半導(dǎo)體技術(shù)的第二半導(dǎo)體技術(shù)的第二功率放大器40。功率放大器30、40被設(shè)置為安裝在基底10上的分開的半導(dǎo)體管芯。在功率放大器(例如功率放大器30)的半導(dǎo)體技術(shù)與偏置控制ic?20的半導(dǎo)體技術(shù)相同的情況下，功率放大器和偏置控制ic可以實(shí)現(xiàn)為單個(gè)半導(dǎo)體管芯。

6、功率放大器模塊100接收射頻rf輸入信號(hào)rf_輸入(rf_in)和表示要用于功率放大器30、40的偏置設(shè)置的信號(hào)d。偏置ic?20包括根據(jù)測(cè)量的溫度t確定要提供給偏置電路22、23的輸入信號(hào)的算術(shù)單元21。因此，可以補(bǔ)償功率放大器30、40的性能隨溫度(特別是環(huán)境溫度)的變化。

7、偏置電路22、23各自根據(jù)測(cè)量的溫度t和信號(hào)d向相應(yīng)的功率放大器30、40提供偏置信號(hào)。功率放大器模塊100的最后級(jí)，即功率放大器40，將其輸出信號(hào)rf_輸出(rf_out)提供給功率放大器模塊100外部的負(fù)載zl。此外，功率放大器30、40各自設(shè)置有單獨(dú)的電源電壓vdd1、vdd2。例如，功率放大器30、40可以使用場(chǎng)效應(yīng)晶體管來實(shí)現(xiàn)。在這種情況下，電源電壓vdd1和vdd2用于偏置場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極端子，而偏置電路22、23偏置柵極端子。通常使用功率放大器模塊100外部的源來提供電源電壓。

8、混合功率放大器模塊可能要求偏置控制ic輸出不同極性的偏置信號(hào)。例如，氮化鎵場(chǎng)效應(yīng)晶體管要求柵極電壓在-10v和0v之間的范圍內(nèi)，而硅橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管要求柵極電壓在0v和5v之間的范圍內(nèi)。目前已知的偏置控制ic不能滿足該要求以及同一個(gè)偏置控制ic可用于tdd應(yīng)用的要求。

9、因此，本發(fā)明的目的是提供一種能夠同時(shí)輸出不同極性的偏置信號(hào)，并且可以用于tdd系統(tǒng)中的偏置控制集成電路。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、根據(jù)本發(fā)明，使用如權(quán)利要求1所定義的用于提供多個(gè)偏置信號(hào)的偏置控制集成電路來實(shí)現(xiàn)該目的。該偏置控制集成電路包括半導(dǎo)體管芯，在該半導(dǎo)體管芯上集成有多個(gè)優(yōu)選相同的偏置電路。每個(gè)偏置電路能夠在多個(gè)模式中的一個(gè)模式下獨(dú)立地工作。每個(gè)偏置電路工作的模式可以被單獨(dú)地配置和/或設(shè)置。在一些實(shí)施例中，可以切換每個(gè)偏置電路工作的模式。例如，偏置控制集成電路可以包括數(shù)字控制寄存器。在其他實(shí)施例中，每個(gè)偏置電路工作的模式由偏置電路的連接方式(例如使用鍵合線)確定。

2、根據(jù)本發(fā)明，每個(gè)偏置電路包括參考高節(jié)點(diǎn)，參考高節(jié)點(diǎn)在工作期間的電壓被配置為等于與多個(gè)模式對(duì)應(yīng)的多個(gè)高電壓中的相應(yīng)高電壓。每個(gè)偏置電路還包括參考低節(jié)點(diǎn)，參考低節(jié)點(diǎn)在工作期間的電壓被配置為等于與多個(gè)模式對(duì)應(yīng)的多個(gè)低電壓中的相應(yīng)低電壓。

3、例如，偏置控制集成電路包括六個(gè)偏置電路。可以根據(jù)下表配置給定偏置電路的參考高節(jié)點(diǎn)處的電壓和參考低節(jié)點(diǎn)處的電壓。

4、

5、每個(gè)偏置電路還包括用于接收數(shù)字值的輸入節(jié)點(diǎn)。該數(shù)字值表示將由偏置電路提供的偏置信號(hào)。在每個(gè)偏置電路中設(shè)置數(shù)模轉(zhuǎn)換器(digital-to-analog?converter，dac)，用于將接收到的數(shù)字值轉(zhuǎn)換成位于參考高節(jié)點(diǎn)處的電壓和參考低節(jié)點(diǎn)處的電壓之間的模擬偏置信號(hào)。dac的輸出形成偏置電路的第一輸出節(jié)點(diǎn)。

6、每個(gè)偏置電路還包括第二輸出節(jié)點(diǎn)和切換單元，切換單元連接到第一輸出節(jié)點(diǎn)和第二輸出節(jié)點(diǎn)，并且被配置為在第二輸出節(jié)點(diǎn)處根據(jù)切換信號(hào)將由dac輸出的模擬偏置信號(hào)或相應(yīng)的低電壓作為切換模擬偏置信號(hào)輸出。

7、第一輸出節(jié)點(diǎn)可以用于導(dǎo)通和/或關(guān)斷功率放大器的晶體管所需的切換時(shí)間不太重要和/或不需要在工作期間關(guān)斷功率放大器的晶體管的應(yīng)用。第二輸出節(jié)點(diǎn)可以用于這樣的切換時(shí)間很重要的應(yīng)用，例如用于tdd應(yīng)用。另外地或替代性地，切換單元可以被配置為在第一模式和/或第二模式下工作。在第一模式下，切換單元在第二輸出節(jié)點(diǎn)處根據(jù)切換信號(hào)將由dac輸出的模擬偏置信號(hào)或相應(yīng)的低電壓作為切換模擬偏置信號(hào)輸出。在第二模式下，切換單元在第二輸出節(jié)點(diǎn)處輸出由dac輸出的模擬偏置信號(hào)。

8、至少一個(gè)高電壓的極性可以不同于至少一個(gè)其他高電壓的極性和/或至少一個(gè)低電壓的極性可以不同于至少一個(gè)其他低電壓的極性。

9、每個(gè)偏置電路的切換單元可以包括設(shè)置在偏置電路的第一輸出節(jié)點(diǎn)和第二輸出節(jié)點(diǎn)之間的第一切換單元、設(shè)置在第二輸出節(jié)點(diǎn)和電連接到參考低節(jié)點(diǎn)的參考節(jié)點(diǎn)之間的第二切換單元、以及被配置為根據(jù)切換信號(hào)控制第一切換單元和第二切換單元的切換控制器。

10、例如，切換控制器可以被配置為響應(yīng)于切換信號(hào)具有第一邏輯值，控制第一切換單元在第一輸出節(jié)點(diǎn)和第二輸出節(jié)點(diǎn)之間提供低歐姆連接，并且控制第二切換單元在第二輸出節(jié)點(diǎn)和參考節(jié)點(diǎn)之間提供高歐姆連接。另外，切換控制器可以被配置為響應(yīng)于切換信號(hào)具有不同于第一邏輯值的第二邏輯值，控制第一切換單元在第一輸出節(jié)點(diǎn)和第二輸出節(jié)點(diǎn)之間提供高歐姆連接，并且控制第二切換單元在第二輸出節(jié)點(diǎn)和參考節(jié)點(diǎn)之間提供低歐姆連接。例如，第一邏輯值可以表示邏輯高值，第二邏輯值可以表示邏輯低值。當(dāng)切換信號(hào)具有第一邏輯值時(shí)，第二輸出節(jié)點(diǎn)處的電壓可以與第一輸出節(jié)點(diǎn)處的電壓相同，而當(dāng)切換信號(hào)具有第二邏輯值時(shí)，第二輸出節(jié)點(diǎn)處的電壓可以與切換單元的參考節(jié)點(diǎn)處的電壓相同，其通常等于或基本上等于相應(yīng)的低電壓。

11、本發(fā)明不限于任何數(shù)量的模式。然而，多個(gè)模式可以包括第一模式和第二模式。在第一模式中，在工作期間參考高節(jié)點(diǎn)處的電壓被配置為等于第一高電壓，并且在工作期間參考低節(jié)點(diǎn)處的電壓被配置為等于第一低電壓。在第二模式中，在工作期間參考高節(jié)點(diǎn)處的電壓被配置為等于第二高電壓，并且在工作期間參考低節(jié)點(diǎn)處的電壓被配置為等于第二低電壓。使用兩種不同的模式允許偏置控制集成電路用于偏置混合功率放大器，該混合功率放大器使用兩種不同的半導(dǎo)體技術(shù)來實(shí)現(xiàn)功率放大器。

12、多個(gè)偏置電路中的每個(gè)偏置電路的參考高節(jié)點(diǎn)和參考低節(jié)點(diǎn)可以各自由端子形成。為了以相應(yīng)模式操作給定偏置電路，該偏置電路的參考高節(jié)點(diǎn)和參考低節(jié)點(diǎn)可以被配置為分別連接到對(duì)應(yīng)于偏置電路工作或應(yīng)該工作的模式的高電壓的電源和低電壓的電源。高電壓的電源和/或低電壓的電源可以設(shè)置在半導(dǎo)體管芯之外。

13、端子可以使用導(dǎo)電貼片或焊盤形成和/或端子可以指電氣網(wǎng)絡(luò)中的特定節(jié)點(diǎn)。該貼片或焊盤可被設(shè)置成與其上安裝有偏置控制集成電路的基底進(jìn)行電連接。例如，對(duì)于雙模偏置控制集成電路，第一偏置電路的參考高節(jié)點(diǎn)可以包括焊盤和/或由焊盤形成，該焊盤使用鍵合線連接到其上安裝有偏置控制集成電路的基底上的端子，其中該端子提供5v電壓。第二偏置電路的參考高節(jié)點(diǎn)可以包括焊盤和/或由焊盤形成，該焊盤使用鍵合線連接到基底上的提供10v電壓的端子。

14、替代性地，偏置控制集成電路可以包括參考電壓設(shè)置單元。該參考電壓設(shè)置單元被配置為根據(jù)用于給定偏置電路且旨在將偏置電路設(shè)置為在多個(gè)模式中的給定模式下工作的模式信號(hào)，執(zhí)行以下操作：將偏置電路的參考高節(jié)點(diǎn)處的電壓設(shè)置為多個(gè)高電壓中對(duì)應(yīng)于給定模式的高電壓，以及將偏置電路的參考低節(jié)點(diǎn)處的電壓設(shè)置為多個(gè)低電壓中對(duì)應(yīng)于給定模式的低電壓。

15、參考電壓設(shè)置單元可以連接到用于所有參考高電壓和參考低電壓的電源。例如，半導(dǎo)體管芯可以包括多個(gè)公共高節(jié)點(diǎn)和多個(gè)公共低節(jié)點(diǎn)，多個(gè)公共高節(jié)點(diǎn)在工作期間的電壓等于多個(gè)高電壓，多個(gè)公共低節(jié)點(diǎn)在工作期間的電壓等于多個(gè)低電壓。參考電壓設(shè)置單元可以連接到多個(gè)公共高節(jié)點(diǎn)和多個(gè)公共低節(jié)點(diǎn)。多個(gè)公共高節(jié)點(diǎn)可以被配置為電連接到高電壓的電源，和/或多個(gè)公共低節(jié)點(diǎn)可以被配置為電連接到低電壓的電源。高電壓的電源和/或低電壓的電源可以設(shè)置在半導(dǎo)體管芯之外。

16、參考電壓設(shè)置單元可以被配置為根據(jù)指示每個(gè)偏置電路的期望模式的單個(gè)模式信號(hào)，將多個(gè)偏置電路中的每個(gè)偏置電路設(shè)置為在多個(gè)模式中的給定模式下工作。例如，提供給參考電壓設(shè)置單元的模式信號(hào)可以是數(shù)字信號(hào)。該模式信號(hào)可以包括用于一個(gè)或所有偏置電路的偏置信息。

17、優(yōu)選地，單個(gè)參考電壓設(shè)置單元用于為每個(gè)偏置電路設(shè)置高電壓和低電壓。替代性地，可以使用多個(gè)參考電壓設(shè)置單元，例如每個(gè)偏置電路包括一個(gè)參考電壓設(shè)置單元。在后一種情況下，每個(gè)偏置電路連接到公共高節(jié)點(diǎn)和公共低節(jié)點(diǎn)。此外，使用公共高節(jié)點(diǎn)和公共低節(jié)點(diǎn)的情況使得能夠使用單個(gè)連接到低電壓源和高電壓源，而不需要每個(gè)參考電壓設(shè)置單元進(jìn)行單獨(dú)連接。

18、半導(dǎo)體管芯可以包括控制器，該控制器被配置為確定并提供用于每個(gè)偏置電路的相應(yīng)數(shù)字值。關(guān)于連接到偏置控制集成電路的功率放大器或功率晶體管的期望偏置電平的信息可以存儲(chǔ)在偏置控制集成電路內(nèi)部的存儲(chǔ)器中，例如存儲(chǔ)在控制器的存儲(chǔ)器中。該信息例如可以是提供給每個(gè)偏置電路的各種數(shù)字值。替代性地，控制器可以被配置為接收一個(gè)或多個(gè)輸入信號(hào)并且根據(jù)一個(gè)或多個(gè)輸入信號(hào)確定相應(yīng)的數(shù)字值。在這種情況下，生成數(shù)字值所基于的信息來自偏置控制集成電路的外部。在后一種情況中，優(yōu)選的是控制器被配置為接收用于每個(gè)偏置電路的單獨(dú)輸入信號(hào)。然而，這些單獨(dú)的信號(hào)可以是公共輸入信號(hào)的一部分。

19、控制器可以被配置為根據(jù)由溫度傳感器測(cè)量的溫度和一個(gè)或多個(gè)輸入信號(hào)為每個(gè)偏置電路生成相應(yīng)的數(shù)字值。該溫度傳感器可以設(shè)置在半導(dǎo)體管芯上。替代性地，可以從偏置控制集成電路偏置的一個(gè)或多個(gè)功率放大器提供關(guān)于溫度的信息。在特定實(shí)施例中，每個(gè)功率放大器或這種功率放大器的一個(gè)或多個(gè)功率晶體管各自向偏置控制集成電路提供相應(yīng)的溫度。在這種情況下，提供給功率放大器或其一個(gè)或多個(gè)功率晶體管的偏置信號(hào)可以由控制器基于來自該功率放大器或其一個(gè)或多個(gè)功率晶體管的一個(gè)或多個(gè)溫度單獨(dú)確定。

20、存儲(chǔ)器可以包括保存多個(gè)溫度的相應(yīng)數(shù)字值的查找表和算術(shù)單元。算術(shù)單元被配置為基于測(cè)量的溫度和查找表中保存的、針對(duì)一個(gè)或多個(gè)輸入信號(hào)的值的與測(cè)量的溫度對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)數(shù)字值，來計(jì)算或確定待輸出到每個(gè)偏置電路的數(shù)字值。

21、查找表的示例如下所示。在該示例中，僅提供用于一個(gè)偏置電路的條目。

22、實(shí)際查找表可以包括每個(gè)偏置電路的信息。

23、 輸入信號(hào) 所測(cè)量的溫度 待輸出的數(shù)字值 偏置電路#1的值#1 t1 輸出值#1 偏置電路#1的值#1 t2 輸出值#2 偏置電路#1的值#1 t3 輸出值#3 偏置電路#1的值#2 t1 輸出值#4 偏置電路#1的值#2 t2 輸出值#5 偏置電路#1的值#2 t3 輸出值#6

24、如果值#1被提供給控制器，并且算術(shù)單元確定溫度等于t2，它將確定輸出值#2應(yīng)該被輸出到偏置電路#1。可能發(fā)生的情況是，測(cè)量的溫度不完全對(duì)應(yīng)于存儲(chǔ)的溫度。為了解決該問題，算術(shù)單元可以被配置為基于查找表中保存的與高于和低于所測(cè)量的溫度的溫度對(duì)應(yīng)的兩個(gè)或多個(gè)數(shù)字值，使用插值確定待輸出到每個(gè)偏置電路的數(shù)字值。參考上面的示例，如果值#1被提供給控制器并且測(cè)量的溫度等于t4，其中t1<t4<t2，則待輸出到偏置電路#1的值被計(jì)算或確定為在輸出值#1和輸出值#2之間。優(yōu)選的是，查找表可以分別保存每個(gè)偏置電路的多個(gè)溫度的相應(yīng)數(shù)字值。

25、控制器還可以被配置為獨(dú)立于輸入信號(hào)向每個(gè)偏置電路輸出數(shù)字值。例如，控制器可以被配置為確保功率放大器或其功率晶體管的固定偏置。然而，輸出到偏置電路的實(shí)際值可以改變以考慮溫度變化。

26、根據(jù)另一方面，本發(fā)明提供了一種功率放大器模塊，包括多個(gè)功率放大器，每個(gè)功率放大器具有一個(gè)或多個(gè)功率晶體管，該一個(gè)或多個(gè)功率晶體管的技術(shù)與多個(gè)功率放大器中的至少一個(gè)其他功率放大器的功率晶體管的技術(shù)不同。功率放大器模塊還包括如上所述的偏置控制集成電路，其中，每個(gè)偏置電路被配置成向多個(gè)功率放大器中的功率放大器的相應(yīng)功率晶體管的控制輸入端，提供偏置電路的模擬偏置信號(hào)或偏置電路的切換模擬偏置信號(hào)。

27、偏置控制集成電路中被配置為對(duì)多個(gè)功率放大器中的給定功率放大器的一個(gè)或多個(gè)功率晶體管進(jìn)行偏置的一個(gè)或多個(gè)偏置電路，被配置為以與偏置控制集成電路中被配置為對(duì)多個(gè)功率放大器中的不同功率放大器的一個(gè)或多個(gè)功率晶體管進(jìn)行偏置的一個(gè)或多個(gè)偏置電路不同的模式工作。

28、多個(gè)功率放大器中的功率放大器的一個(gè)或多個(gè)功率晶體管可以基于與多個(gè)功率放大器中的不同功率放大器的一個(gè)或多個(gè)功率晶體管所基于的半導(dǎo)體材料不同的相同半導(dǎo)體材料。這些類型的功率放大器模塊被稱為混合功率放大器模塊。例如，多個(gè)功率放大器中的第一功率放大器的一個(gè)或多個(gè)功率晶體管可以基于氮化鎵，例如每個(gè)功率晶體管包括基于氮化鎵的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，多個(gè)功率放大器中的第二功率放大器的一個(gè)或多個(gè)功率晶體管可以基于硅，例如每個(gè)功率晶體管包括硅橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。

29、功率放大器模塊還可以包括第一基底，諸如層疊基底，其中，每個(gè)功率放大器的一個(gè)或多個(gè)功率晶體管被設(shè)置為安裝在第一基底上的一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體管芯。第一基底可以包括一個(gè)或多個(gè)端子，用于將功率放大器模塊電連接到第二基底上，功率放大器模塊安裝在第二基底上或?qū)惭b在第二基底上。作為示例，功率放大器模塊可以被封裝為平面柵格陣列(land?grid?array，lga)封裝或諸如方形邊扁平無引線封裝(quad?flat?no-lead，qfn)的無引線封裝。偏置控制集成電路和在其上實(shí)現(xiàn)功率放大器的功率晶體管的一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體管芯可以使用已知的管芯放置技術(shù)(諸如管芯鍵合或倒裝芯片鍵合)安裝到第一基底。

30、只要使用設(shè)置在偏置控制集成電路的半導(dǎo)體管芯之外的高壓電源和低壓電源，就可以使用設(shè)置在第一基底上的一個(gè)或多個(gè)電壓生成單元來實(shí)現(xiàn)用于高壓的管芯外電源和用于低壓的管芯外電源。替代性地，高壓電源和低壓電源設(shè)置在功率放大器模塊的外部。在后一種情況下，功率放大器模塊可以包括被配置為連接到功率放大器模塊外部的高電壓的電源和低電壓的電源的多個(gè)端子，其中，每個(gè)偏置電路的參考高節(jié)點(diǎn)和參考低節(jié)點(diǎn)電連接到功率放大器模塊的多個(gè)端子中的相應(yīng)端子。

31、根據(jù)另一方面，本發(fā)明提供一種偏置電路，該偏置電路被配置為上述偏置控制集成電路的偏置電路。