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具有DCDC轉換器的GSMGPRSEDGE功率放大器中的雜散消除.pdf

關 鍵 詞:
具有 DCDC 轉換器 GSMGPRSEDGE 功率放大器 中的 消除
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摘要
申請專利號:

CN201380068981.7

申請日:

2013.10.30

公開號:

CN104904119A

公開日:

2015.09.09

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||專利申請權的轉移IPC(主分類):H03F 3/20登記生效日:20160701變更事項:申請人變更前權利人:阿法克斯公司變更后權利人:天工方案公司變更事項:地址變更前權利人:美國加利福尼亞州變更后權利人:美國馬薩諸塞州|||專利申請權的轉移IPC(主分類):H03F 3/20登記生效日:20160513變更事項:申請人變更前權利人:RFX控股公司變更后權利人:阿法克斯公司變更事項:地址變更前權利人:美國加利福尼亞州變更后權利人:美國加利福尼亞州|||著錄事項變更IPC(主分類):H03F 3/20變更事項:申請人變更前:阿法克斯公司變更后:RFX控股公司變更事項:地址變更前:美國加利福尼亞州變更后:美國加利福尼亞州|||實質審查的生效IPC(主分類):H03F 3/20申請日:20131030|||公開
IPC分類號: H03F3/20 主分類號: H03F3/20
申請人: 阿法克斯公司
發明人: 阿列克桑德爾·戈爾巴喬夫
地址: 美國加利福尼亞州
優先權: 61/720,125 2012.10.30 US
專利代理機構: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司11112 代理人: 顧麗波; 井杰
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201380068981.7

授權公告號:

|||||||||||||||

法律狀態公告日:

2018.05.22|||2016.07.20|||2016.06.01|||2016.06.01|||2015.11.18|||2015.09.09

法律狀態類型:

授權|||專利申請權、專利權的轉移|||專利申請權、專利權的轉移|||著錄事項變更|||實質審查的生效|||公開

摘要

公開了一種用于GSM/GPRS/EDGE收發器的具有雜散消除的射頻(RF)功率放大器電路。具有包括RF輸入端、RF輸出端和電壓電源輸入端的功率放大器。此外,具有包括與電池連接的輸入端、與生成DC電源電壓信號的功率放大器的電壓電源輸入端連接的輸出端在內的可調DC-DC轉換器。雜散補償器響應于DC電源電壓信號中的雜散而生成差錯控制信號。該差錯控制信號被施加到功率放大器的RF輸入端。

權利要求書

權利要求書
1.  一種用于GSM(全球移動通信系統)/GPRS(通用分組無線服務)/EDGE(增強型數據速率GSM演進)收發器的射頻(RF)功率放大器電路,包括:
功率放大器,其具有RF輸入端、RF輸出端以及電壓電源輸入端;
可調DC-DC轉換器,其具有與電池連接的輸入端、與生成DC電源電壓信號的所述功率放大器的電壓電源輸入端連接的輸出端;和
雜散補償器,其響應于所述DC電源電壓信號中的雜散而生成差錯控制信號,所述差錯控制信號被施加到所述功率放大器的RF輸入端。

2.  根據權利要求1所述的RF功率放大器電路,其中:
所述雜散補償器包括差錯放大器,該差錯放大器具有與所述可調DC-DC轉換器的輸出端連接的第一輸入端和與電壓控制信號源連接的第二輸入端,該電壓控制信號源與所述可調DC-DC轉換器的參考輸入端連接;和
所述功率放大器包括與恒定參考電壓信號源連接的參考輸入端。

3.  根據權利要求1所述的RF功率放大器電路,其中:
所述雜散補償器包括差錯放大器,該差錯放大器具有與所述可調DC-DC轉換器的輸出端連接的第一輸入端和與步進參考信號源連接的第二輸入端,該步進參考信號源與所述可調DC-DC轉換器的參考輸入端連接;和
所述功率放大器包括與電壓控制信號源連接的控制輸入端。

4.  根據權利要求1所述的RF功率放大器電路,進一步包括:
與所述功率放大器的輸出端和所述雜散補償器連接的功率檢測器。

5.  根據權利要求4所述的RF功率放大器電路,其中:
所述雜散補償器包括差錯放大器,該差錯放大器具有與所述可調DC-DC轉換器的輸出端連接的第一輸入端和與電壓控制信號源連接的第二輸入端,該電壓控制信號源與所述可調DC-DC轉換器的參考輸入端連接;和
所述功率放大器包括與恒定參考電壓信號源連接的參考輸入端。

6.  根據權利要求4所述的RF功率放大器電路,其中:
所述雜散補償器包括差錯放大器,該差錯放大器具有與所述可調DC-DC轉換器的輸出端連接的第一輸入端和與步進參考信號源連接的第二輸入端,該步進參考信號源與所述可調DC-DC轉換器的參考輸入端連接;和
所述功率放大器包括與電壓控制信號源連接的控制輸入端。

7.  根據權利要求1所述的RF功率放大器電路,進一步包括:
電流感測模塊,具有與所述可調DC-DC轉換器的輸出端連接的輸入端、與所述功率放大器的電壓電源輸入端連接的輸出端、和與來自所述雜散補償器的差錯控制信號一起連接到所述功率放大器的RF輸入端的感測輸出端。

8.  根據權利要求1所述的RF功率放大器電路,其中所述可調DC-DC轉換器和所述雜散補償器實現在單個半導體芯片中。

9.  一種RF功率放大器電路,包括:
功率放大器模塊,其包括一級或多級RF功率放大器,所述RF功率放大器具有能夠與RF收發器發送端口連接的功率放大器輸入端、能夠與天線連接的功率放大器輸出端、和與所述功率放大器輸入端連接的功率放大器參考輸入端;
功率轉換器模塊,其包括DC-DC功率轉換器,該DC-DC功率轉換器具有能夠與DC電源連接的轉換器偏置輸入端、能夠與所述功率 放大器模塊連接以使用偏置電壓信號對所述一級或多級RF功率放大器進行偏置的轉換器輸出端、轉換器反饋、和與對應于RF功率輸出電平的電壓控制信號源連接的轉換器參考輸入端;和
雜散補償模塊,其包括差錯放大器,所述轉換器反饋和所述轉換器輸出端與所述差錯放大器的第一輸入端連接,并且所述電壓控制信號源通過相位調整網絡與所述差錯放大器的第二輸入端連接,所述差錯放大器的輸出端產生差錯控制信號并與參考電壓信號源一起連接到所述功率放大器參考輸入端;
其中,所述偏置電壓信號與所述差錯控制信號相反,所述偏置電壓信號中的電壓波紋雜散被所述差錯控制信號抵消。

10.  根據權利要求9所述的RF功率放大器電路,其中:
所述電壓控制信號源生成斜坡信號,所述斜坡信號由斜坡形狀、斜坡上升時間斜率和斜坡下降時間斜率限定;和
所述參考電壓信號源生成DC電壓信號。

11.  根據權利要求9所述的RF功率放大器電路,其中所述RF功率放大器的輸出端能夠通過交換網絡連接到所述天線。

12.  根據權利要求9所述的RF功率放大器電路,其中所述功率轉換器模塊包括與所述轉換器輸出端連接的輸出濾波器。

13.  根據權利要求9所述的RF功率放大器電路,其中所述雜散補償模塊進一步包括與所述轉換器反饋和所述轉換器輸出端連接的增益調整網絡,和所述差錯放大器的第一輸入端。

14.  根據權利要求9所述的RF功率放大器電路,其中所述雜散補償模塊進一步包括與所述差錯放大器的輸出端和所述功率放大器參考輸入端連接的輸出低通濾波器。

15.  根據權利要求9所述的RF功率放大器電路,其中所述雜散補償模塊進一步包括與所述差錯放大器的輸出端和所述功率放大器參考輸入端連接的DC阻斷電容。

16.  根據權利要求9所述的RF功率放大器電路,其中所述功率放大器模塊包括RF阻斷電容。

17.  根據權利要求16所述的RF功率放大器電路,其中所述RF阻斷電容連接到所述功率放大器參考輸入端。

18.  根據權利要求16所述的RF功率放大器電路,其中所述RF阻斷電容連接到所述功率放大器輸出端。

19.  一種閉環控制RF功率放大器電路,包括:
功率放大器模塊,其包括一級或多級RF功率放大器,所述RF功率放大器具有能夠與RF收發器發送端口連接的功率放大器輸入端、能夠與天線連接的功率放大器輸出端、和與所述功率放大器輸入端連接的功率放大器參考輸入端;
功率轉換器模塊,其包括DC-DC功率轉換器,所述DC-DC功率轉換器具有能夠與DC電源連接的轉換器偏置輸入端、能夠與所述功率放大器模塊連接以使用偏置電壓信號對所述一級或多級RF功率放大器進行偏置的轉換器輸出端、轉換器反饋、和轉換器參考輸入端;和
雜散補償模塊,其包括各自具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端的第一差錯放大器和第二差錯放大器,所述轉換器反饋和所述轉換器輸出端與所述第一差錯放大器的第一輸入端連接,所述第二差錯放大器的輸出端通過相位調整網絡和所述轉換器參考輸入端連接到所述第一差錯放大器的第二輸入端,所述第一差錯放大器的輸出端生成差錯控制信號并與參考電壓信號源一起連接到所述功率放大器參考輸入端,并且所述第二差錯放大器的第一輸入端與電壓控制信號源 連接;
功率檢測模塊,其包括與所述功率放大器輸出端連接的輸入端和與所述第二差錯放大器的第二輸入端連接的輸出端。

20.  根據權利要求19所述的閉環控制RF功率放大器電路,進一步包括:
定向耦合器,其包括與所述功率放大器輸出端連接的輸入端口、能夠與所述天線連接的發送端口、與所述功率檢測模塊的輸入端連接的耦合端口,和與地連接的隔離端口。

21.  根據權利要求20所述的閉環控制RF功率放大器電路,其中所述功率檢測模塊進一步包括衰減器并限定負載電阻值和電容值。

22.  根據權利要求21所述的閉環控制RF功率放大器電路,其中所述功率檢測模塊進一步包括與所述衰減器和所述功率檢測模塊的輸出端連接的二極管。

23.  根據權利要求21所述的閉環控制RF功率放大器電路,其中所述功率檢測模塊進一步包括放大器,該放大器具有與所述衰減器連接的輸入端和與所述第二差錯放大器的第二輸入端連接的輸出端。

24.  一種RF功率放大器電路,包括:
功率放大器模塊,其包括一級或多級RF功率放大器,所述RF功率放大器具有能夠與RF收發器發送端口連接的功率放大器輸入端、能夠與天線連接的功率放大器輸出端、和與所述功率放大器輸入端連接的功率放大器控制輸入端;
功率轉換器模塊,其包括DC-DC功率轉換器,該DC-DC功率轉換器具有能夠與DC電源連接的轉換器偏置輸入端、能夠與所述功率放大器模塊連接以使用偏置電壓信號對所述一級或多級RF功率放大器進行偏置的轉換器輸出端、轉換器反饋、和與對應于RF功率輸出 電平的步進電壓參考信號源連接的轉換器參考輸入端;和
雜散補償模塊,其包括差錯放大器,所述轉換器反饋和所述轉換器輸出端與所述差錯放大器的第一輸入端連接,并且所述步進電壓參考信號源通過相位調整網絡與所述差錯放大器的第二輸入端連接,所述差錯放大器的輸出端產生差錯控制信號并與電壓控制信號源一起連接到所述功率放大器參考輸入端;
其中,所述偏置電壓信號的相位與所述差錯控制信號的相反,所述偏置電壓信號中的電壓波紋雜散被所述差錯控制信號抵消。

25.  根據權利要求24的RF功率放大器電路,其中:
所述電壓控制信號源生成斜坡信號,所述斜坡信號由斜坡形狀、斜坡上升時間斜率和斜坡下降時間斜率限定。

26.  一種閉環控制RF功率放大器電路,包括:
功率放大器模塊,其包括一級或多級RF功率放大器,所述RF功率放大器具有能夠與RF收發器發送端口連接的功率放大器輸入端、能夠與天線連接的功率放大器輸出端、和與所述功率放大器輸入端連接的功率放大器控制輸入端;
功率轉換器模塊,其包括DC-DC功率轉換器,所述DC-DC功率轉換器具有能夠與DC電源連接的轉換器偏置輸入端、能夠與所述功率放大器模塊連接以使用偏置電壓信號對所述一級或多級RF功率放大器進行偏置的轉換器輸出端、轉換器反饋、和與對應于RF功率輸出電平的步進電壓參考信號源連接的轉換器參考輸入端;和
雜散補償模塊,其包括差錯放大器,所述轉換器反饋和所述轉換器輸出端與所述差錯放大器的第一輸入端連接,并且所述步進電壓參考信號源通過相位調整網絡與所述差錯放大器的第二輸入端連接,所述差錯放大器的輸出端產生差錯控制信號并與電壓控制信號源一起連接到所述功率放大器參考輸入端;
功率檢測模塊,其包括與所述功率放大器輸出端連接的輸入端和與所述第二差錯放大器的第二輸入端連接的輸出端。

27.  根據權利要求26所述的RF功率放大器電路,其中:
所述電壓控制信號源生成斜坡信號,所述斜坡信號由斜坡形狀、斜坡上升時間斜率和斜坡下降時間斜率限定。

28.  一種開環RF功率放大器電路,包括:
功率放大器模塊,其包括一級或多級RF功率放大器,所述RF功率放大器具有能夠與RF收發器發送端口連接的功率放大器輸入端和能夠與天線連接的功率放大器輸出端;
電壓轉換器和雜散補償模塊,其包括:
DC-DC功率轉換器,所述DC-DC功率轉換器具有能夠與DC電源連接的轉換器偏置輸入端、轉換器反饋、和與步進電壓參考信號源連接的轉換器參考輸入端;
第一差錯放大器,其包括第一輸入端、第二輸入端、和輸出端,所述轉換器反饋和所述轉換器輸出端與所述第一差錯放大器的第一輸入端連接并且所述輸出端與所述功率放大器輸入端連接;
相位調整網絡,其與所述步進電壓參考信號源和所述第一差錯放大器的第二輸入端連接;
電流感測和控制模塊,其具有與所述電壓轉換器和雜散補償模塊連接的輸入端和與所述功率放大器模塊連接的輸出端,包括:
第一電流感測差錯放大器,其具有與電壓控制信號源連接的第一輸入端、與所述轉換器輸出端連接的第二輸入端、和輸出端;
第二電流感測差錯放大器,其具有與所述第二放大器的輸出端連接的第一輸入端、第二輸入端、和與所述功率放大器輸入端連接的輸出端;和
感測電阻,其連接在所述第一電流感測差錯放大器的第二輸入端和所述第二電流感測差錯放大器的第二輸入端之間,
所述第二電流感測差錯放大器的第二輸入端限定所述電流感測和控制模塊的輸出端。

29.  根據權利要求28所述的開環RF功率放大器電路,其中:
所述電壓控制信號源生成斜坡信號,所述斜坡信號由斜坡形狀、斜坡上升時間斜率和斜坡下降時間斜率限定。

30.  根據權利要求28所述的開環RF功率放大器電路,其中所述雜散補償模塊進一步包括與所述轉換器反饋和所述轉換器輸出端連接的增益調整網絡,和所述第一差錯放大器的第一輸入端。

31.  根據權利要求28所述的開環RF功率放大器電路,其中所述雜散補償模塊進一步包括與所述第一差錯放大器的輸出端和所述功率放大器參考輸入端連接的輸出低通濾波器。

說明書

說明書具有DC-DC轉換器的GSM-GPRS-EDGE功率放大器中的雜散消除
相關申請的交叉引用
本申請涉及并要求2012年10月30日提交的、發明名稱為“SPURCANCELLATION IN GSM-GPRS-EDGE POWER AMPLIFIERS WITH DC-DC CONVERTERS”(“具有DC-DC轉換器的GSM-GPRS-EDGE功率放大器中的雜散消除”)的美國臨時申請第61/7220,125號的優先權,在此通過引用將其全部內容并入本文。
關于聲明:聯邦政府資助的研究/開發
不適用
技術領域
本公開內容一般涉及射頻(RF)信號電路,尤其涉及具有DC-DC轉換器的GSM-GPRS-EDGE功率放大器中的雜散消除。
背景技術
無線通信系統應用于涉及在長短距離等上進行數據傳輸的大量場景中,并具有廣泛地適合于滿足每種特定需求的特征。在這些普及的和部署的系統中最主要的是移動或蜂窩電話,在世界范圍內預計已經有超過46億用戶。
一般而言,無線通信包括被各種調制來表示數據的射頻(RF)載波信號,并且信號的調制、發送、接收以及解調遵守一系列用于協同一致的標準。存在很多不同的移動通信技術或空中接口,包括GSM(全球移動通信系統)、EDGE(增強型數據速率GSM演進)和包括諸如W-CDMA(寬帶碼分多址復用)的第三代(3G)模式的UMTS(通用移動通信系統),以及諸如LTE(長期演進)的第四代(4G)技術。
移動終端的基本組件或用于實現上述功能的任意無線通信系統 是收發器,也就是組合了發送器和接收器電路。收發器將數據編碼為基帶信號,并將其與RF載波信號調制。接收后,接收器將RF信號下變換,對基帶信號解調,并對該基帶信號表示的數據進行解碼。與發送器連接的天線將電信號轉換為電磁波,而與接收器連接的天線將電磁波轉換回電信號。傳統的移動終端收發器一般不產生足夠的功率或具有足夠的靈敏度以便獨立地實現可靠的通信。因此,需要對RF信號作出其他設置。將在收發器與天線之間提供這種功能的電路稱為前端模塊,其包括用于提高發送功率的功率放大器,和/或用于提高接收靈敏性的低噪聲放大器。
基本上,移動終端的所有部件都由峰值輸出大約為4伏特的電池提供功率,但是不同部件具有不同的電壓電源需求。而且,普通的可充電鋰離子電池的輸出電壓會隨著能量的損耗而有些降低。因此,CDMA前端電路的傳統功率放大器利用了DC-DC轉換器來提高電源電壓并將其維持在所需的電平上。相對于GSM/GPRS/EDGE應用,CDMA/WCDMA應用對高效功率轉換的要求更高,因為CDMA/WCDMA應用具有更高的功率輸出動態范圍。此外,CDMA/WCDMA終端消耗更多的功率,因為片上中央處理器執行更多的指令并在高數據速率下工作。另一方面,第一和第二代GSM終端使用了0.25-0.35μm的硅集成電路基底技術,其在功率放大器級上不能獲得有效地功率消耗的降低,因為數字和模擬基帶電路以及RF調制電路相比較有更大的功耗。此外,以前的移動網絡結構對單時隙GSM/GPRS/EDGE操作產生的限制有助于降低終端設備的功耗。
對于GSM/GPRS/EDGE終端,主要有兩種不同的使用固定RF輸入功率控制RF功率放大器的輸出功率的方式。根據所使用的晶體管技術(例如,雙極結型或異質結雙極型,或金屬半導體場效應、金屬氧化物半導體場效應,或高電子遷移率),一種方式為基極/柵極電流或電壓控制,第二種方式為集電極/漏極電壓控制。在兩種配置中,將功率通過電阻或電流反射鏡電路施加到每個RF晶體管級的基極上。在絕大多數應用中,從低到高的RF輸出功率電平的功率控制電路的晶體管消耗電池功率,降低了效率。在致力于解決功率放大器功率電 源效率問題的任何早期設備中,那些工作針對的是最大輸出功率電平。
然而,在最近的城市環境中,到達基站的平均距離并不是延伸以恒定要求高功率輸出。實際上,根據GSM高斯最小移頻鍵控(GMSK)概率分布函數,終端天線上的輸出功率在大部分時間處于18dBm到27dBm。因此,在低到中級功率輸出端上可以用較高的功率電源轉換效率極大地提高通話時間。相應地,本領域需要在整個輸出級中具有較高效率的輸入電壓控制GSM/GPRS/EDGE功率放大器。
在GSM/GPRS/EDGE操作模式下具有與使用前述DC-DC轉換器相關的多個缺陷,這迄今為止是不能克服的。眾所周知,DC-DC轉換器的輸出端存在電壓波紋,其變化取決于為輸出濾波器所選的部件的電阻值和電容值,該輸出濾波器需要滿足電壓穩定時間要求。一般,輸出電壓電平越低,相對電壓波紋越高。此外,電壓波紋取決于DC-DC轉換器的轉換模式(例如,脈寬調制(PWM)、脈沖頻率調制(PFM)、跳躍模式等)。傳統GSM功率放大器的功率控制曲線,無論是通過基極/柵極控制還是通過集電極/漏極控制,都具有變化的控制電壓敏感性。也就是,在較低的RF輸出電平下,需要較低的功率增長與需要用于較高RF輸出功率電平的輸出功率的增長相同。DC-DC轉換器的上述性能特征導致其本地晶振的提高,這使得在功率放大器的中到低功率電平中的雜散電平增加。
DC-DC轉換器輸出端的電壓波紋產生被施加到RF信號上的幅度調整。因此,在本地振蕩器上出現的雜散譜成分偏離了主RF信號。這些成分包括連續的波信號雜散以及貫穿取決于DC-DC轉換器操作模式和所選的濾波器部件的寬帶頻譜的其他成分。這些雜散信號會處于破壞GSM標準(例如,GSM05.05)限定的嚴格頻譜純度要求的電平。
相應地,本領域也需要用于GSM/GPRS/EDGE功率放大器功率控制應用的可調DC-DC轉換器,但其還要滿足最大工作電流和高速電壓斜坡上升的要求,并最小化噪聲。尤其是,還需要使用比RF信號帶寬高的本地振蕩器的DC-DC轉換器(對于GSM/GPRS/EDGE為200kHz)并仍然保持適用于終端應用的外部濾波器部件的數電平和大小。
發明內容
本公開考慮用于向GSM、GPRS和EDGE無線通信傳輸中使用的射頻(RF)功率放大器提供可變電壓電平(Vcc、Vdd)的功率控制電路的實施例。這些電路可以集成有高效和省電的DC-DC轉換器,并包括處理上述雜散信號關注的特征。電路可以置入到能集成在移動終端設備中的整體RF前端設備中。使用所公開的功率控制電路,期望能夠顯著地增加GSM/GPRS/EDGE通話時間,因為根據半導體技術、基帶模擬電路和多時隙操作可以將電池電流消耗降低20-50%。
根據本公開的一個實施例,具有射頻(RF)功率放大器電路。其可以包括具有RF輸入端、RF輸出端以及電壓電源輸入端的功率放大器。此外,其可以包括可調DC-DC轉換器,該可調DC-DC轉換器具有與電池連接的輸入端、與生成DC電源電壓信號的功率放大器的電壓電源輸入端連接的輸出端。還可以具有雜散補償器,其響應于DC電源電壓信號中的雜散而生成差錯控制信號。可以將差錯控制信號施加到功率放大器的RF輸入端。
RF功率放大器電路的第一實施例可以包括功率放大模塊、功率轉換器模塊和雜散補償模塊。功率放大模塊可以包括具有可與RF收發器發送端口連接的功率放大器輸入端的一級或多級功率放大器。還可以有可與天線連接的功率放大器輸出端,以及可與功率放大器輸入端連接的功率放大器參數輸入端。功率轉換器模塊可以包括DC-DC功率轉換器,該DC-DC功率轉換器具有可與DC電源連接的轉換器偏置輸入端。轉換器輸出端可以與功率放大模塊連接以將具有偏置電壓信號的一級或多級RF功率放大器偏置。DC-DC功率轉換器還可以具有轉換器反饋,以及可以連接到與RF功率輸出電平對應的電壓控制信號源轉換器參考輸入端。雜散補償模塊可以包括差錯放大器。轉換器反饋和轉換器輸出端可以連接到差錯放大器的第一輸出端。電壓控制信號電源可以通過相位調整網絡連接到差錯放大器的第二輸出端。而且,差錯放大器的輸出端可以生成差錯控制信號,并可以與參考電壓信號源一起連接到功率放大器參考輸入端。偏置電壓信號可以與差錯控制信號相反,偏置電壓信號中的電壓波紋雜散被差錯控制信號抵 消。
RF功率放大電路的第二實施例針對閉環控制RF功率放大電路。可以具有包含一級或多級功率放大器的功率放大器模塊,功率放大器的功率放大器輸入端可以連接到RF收發器發送端口。功率放大器模塊還可以包括可與天線連接的功率放大器輸出端、連接到功率放大器輸入端的功率放大器參考輸入端。還可以具有包含DC-DC功率轉換器的功率轉換器模塊,該DC-DC功率轉換器的轉換器偏置輸入端與DC電源連接。功率轉換器模塊可以進一步包括可連接到功率放大模塊的轉換器輸出端,以通過偏置電壓信號將一級或多級RF功率放大器偏置,和轉換器反饋以及轉換器參考輸入端。RF功率放大器電路的第二實施例還可以包括雜散補償模塊,該雜散補償模塊具有第一差錯放大器和第二差錯放大器,第一差錯放大器和第二差錯放大器的每一個具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端。轉換器反饋和轉換器輸出端可以連接到第一差錯放大器的第一輸入端。第二差錯放大器的輸出端可以通過相位調整網絡和轉換器參考輸入端連接到第一差錯放大器的第二輸入端。第一差錯放大器的輸出端可以產生差錯控制信號并與參考電壓信號源一起連接到功率放大器參考輸入端。第二差錯放大器的第一輸入端可以連接到電壓控制信號源。而且,RF功率放大電路的第二實施例可以包括輸入端連接到功率放大器輸出端、輸出端連接到第二差錯放大器的第二輸入端的功率檢測模塊。
RF功率放大電路的第三實施例可以具有其他的控制特征。具有功率放大模塊,該功率放大模塊包括功率放大器輸入端可連接到RF收發器發送端口的一級或多級RF功率放大器。功率放大器模塊還可以包括與天線連接的功率放大器輸出端。此外,功率放大器模塊可以包括與功率放大器輸入端連接的功率放大器控制輸入端。功率放大電路還可以包括功率轉換器模塊,該功率轉換器模塊具有轉換器偏置輸入端可連接到DC電源的DC-DC功率轉換器。轉換器輸出端可以連接到功率放大器模塊以用偏置電壓信號將一級或多級RF功率放大器偏置。轉換器反饋和與步進電壓參考信號源連接的轉換器參考輸入端可以對應于RF功率輸出電平。功率放大器電路還可以包括具有差錯放 大器的雜散補償模塊。轉換器反饋和轉換器輸出端可以連接到差錯放大器的第一輸入端。步進電壓參考信號源可以通過相位調整網絡連接到差錯放大器的第二輸入端。差錯放大器的輸出端可以產生差錯控制信號并與電壓控制信號源一起連接到功率放大器參考輸入端。偏置電壓信號可以與差錯控制信號相反,偏置電壓信號中的電壓波紋被差錯控制信號抵消。
RF功率放大器電路的第四實施例利用了其他閉環控制特征。電路可以包括具有一級或多級RF功率放大器的功率放大模塊,功率放大器輸入端可連接到RF收發器發送端口,功率放大器輸出端可連接到天線,功率放大器控制輸入端連接到功率放大器輸入端。電路還可以包括具有DC-DC功率轉換器的功率轉換器模塊,該DC-DC功率轉換器具有可連接到DC電源的轉換器偏置輸入端。功率轉換器模塊還可以包括可連接到功率放大器模塊的轉換器輸出端,以通過偏置電壓信號對一級或多級RF功率放大器偏置。而且,功率轉換器可以包括轉換器反饋和連接與RF功率輸出電平對應的步進電壓參考信號源的轉換器參考輸入端。電路還可以集成具有差錯放大器的雜散補償模塊。轉換器反饋和轉換器輸出端可以連接到差錯放大器的第一輸入端,并且步進電壓參考信號源可以通過相位調整網絡連接到差錯放大器的第二輸入端。差錯放大器的輸出端可以產生差錯控制信號并可以與電壓控制信號源一起連接到功率放大器參考輸入端。還可以包括功率檢測模塊,該功率檢測模塊包括與功率放大器輸出端連接的輸入端和與第二差錯放大器的第二輸入端連接的輸出端。
根據第五實施例,公開了一種開環控制RF功率放大器。具有功率放大器模塊,包括功率放大器輸入端可與RF收發器發送端口連接、功率放大器輸出端可與天線連接的一級或多級RF功率放大器。還具有電壓轉換器和雜散補償模塊。其還包括轉換器偏置輸入端可與DC電源連接的DC-DC轉換器、轉換器輸出端、轉換器反饋以及連接到步進電壓參考信號源的轉換器參考輸入端。而且,電壓轉換器和雜散補償模塊可以包括具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端的第一差錯放大器。轉換器反饋和轉換器輸出端可以連接到第一差錯放大器的第一 輸入端,輸出端可以連接到功率放大器輸入端。還具有相位調整網絡,該相位調整網絡連接到步進電壓參考信號源和第一差錯放大器的第二輸入端。功率放大器電路還可以包括電流感測和控制模塊和連接到功率放大器模塊的輸出端,該電流感測和控制模塊的輸出端連接到電壓轉換器和雜散補償模塊。電流感測和控制模塊可以包括具有連接到電壓控制信號源的第二差錯放大器,該第二差錯放大器具有與電壓控制信號源連接的第一輸入端、與轉換器輸出端的第二輸入端、和輸出端。電流感測和控制模塊還可以包括第三差錯放大器,該第三差錯放大器具有連接到第二放大器的輸出端的第一輸入端、第二輸入端和連接到功率放大器輸入端的輸出端。而且,還包括感測電阻,其連接在第二差錯放大器的第二輸入端和第三差錯放大器的第二輸入端。第三差錯放大器的第二輸入端可以限定電流感測和控制模塊的輸出。
結合所附附圖通過下面的詳細描述將最好地理解本發明。
附圖說明
參考下述描述和附圖將更好地理解本文公開的不同實施例的各個特征和優勢,其中:
圖1是一般性地示出根據本公開的不同實施例的功率控制電路的電路圖,其中包括用于從電池向功率放大器提供可變功率的可調DC-DC轉換器;
圖2是包含DC-DC轉換器和本地振蕩雜散抑制的功率控制電路的第一實施例的電路圖;
圖3是具有閉環功率控制的功率控制電路的第二實施例的電路圖;
圖4是功率控制電路的第三實施例的電路圖;
圖5是還具有閉環功率控制的功率控制電路的第四實施例的電路圖;和
圖6是具有開環功率控制的功率控制電路的第五實施例的電路圖。
在整個附圖和詳細描述中使用共同的附圖標記指示相同的部件。
具體實施方式
公開了一種使用DC-DC轉換器從單個電壓電池向GSM/GPRS/EDGE功率放大器提供可變電壓的射頻功率放大器電路。下面結合附圖所提出的詳細描述旨在對功率放大電路的當前優先實施例進行描述,并非旨在表示對其研發和使用的唯一的形式。該描述提出了與所示實施例對應的功能。然而,應該理解,可以通過還涵蓋在本公開內容范圍內的不同實施例實現相同和相似功能。還應該理解,使用諸如第一和第二等相關術語只是用于將實體彼此區分,并非必然要求或暗示實體之間任何真實的這種關系或順序。
參考圖1的電路圖,示出了RF功率放大器電路10的簡化實施例。正如所理解的,不同的實現方式用于將可變電壓電平(Vcc或Vdd12)提供給符合GSM/GPRS/EDGE移動通信網絡傳輸的功率放大器14。然而,應該明白,相同的實現方式可以同樣用于向CDMA/WCDMA發送功率放大器提供可變電壓。正如本領域具有普通技術的人員所理解的,在CDMA/WCDMA中使用DC-DC轉換器是一種常見做法。雖然本文所公開的特征理解為降低尤其使用了DC-DC轉換器的GSM/GPRS/EDGE功率放大器的功耗并消除與其相關的不被接受的噪聲,如下面所詳細討論的,但是其理解為應用于CDMA/WCDMA場景或任何其他移動通信方式中。基于此,對GSM/GPRS/EDGE功率放大器14的參考并非進行限制。因此,該部件可以更加一般地稱為功率放大器14。
RF調制信號可以穿過收發器(未示出)到達RF_IN端16,根據功率放大器14的配置進行放大,并輸出到可以直接與到天線連接或直接與將天線的連接選擇性地切換到發送電路或接收電路的天線切換網絡或復用設備連接的RF_OUT端18。根據本發明的不同實施例,還有可調DC-DC轉換器,其將電池22的恒定DC電壓(一般為3.6V到4.0V)轉換為功率放大器14所需的不同電壓。根據到基站的距離,以及存在的噪聲和其他干擾,需要可靠地執行通信的輸出功率電平可以不同。為了將功率放大器14設置為輸出不同的功率電平,需要對電源電壓12進行調整,調整為電壓控制輸入端24所限定的。在提出 的實施例中,DC-DC轉換器20為高效地切換模式轉換器,其會產生不能預期的雜散信號,因此傳向功率放大器14的DC信號會首先穿過由電感/電容(LC)網絡構成的濾波器電路26。
除了功率放大器電路10的上述部分外,如圖2的示例性第一實施例10a所示,具有雜散補償器28(也稱為雜散補償模塊),其生成對應于DC電源電壓信號中雜散的差錯控制信號。如將在下面詳細描述,差錯控制信號施加到控制終端,其通過匹配網絡進而被連接到功率放大器14(也稱為功率放大器模塊)的RF輸入端16,以將DC-DC轉換器20所產生的本地振蕩雜散信號的影響最小化。在多級功率放大器中,差錯控制信號可以施加到功率放大器晶體管的每個基極/柵極上。
此外,圖2所示的功率放大電路10a的第一實施例包括具有一個或多個功率放大級的功率放大模塊14。在所示的實施例中,通過具有基極30b、集電極30c和射極30e的一個晶體管30只描述了一個級。然而,這只是為了簡化的目的,并非限制,正如傳統的功率放大器實施方式一般包括多個放大級。而且,應該理解,雖然本文描述的是雙極晶體管及其部件,但是任何其他合適的晶體管也是適用的,諸如場效應類型的。這種情況下,術語柵極替代基極,術語漏極替代集電極,術語源極替代射極。基極30b與RF輸入端16連接,其進而連接到RF系統的前一級上,例如收發器。集電極30c,對應于功率放大器模塊14的輸出端,與RF輸出端18連接,該RF輸出端18隨后通過復用器或其他切換網絡與一個或多個天線連接。射極30e與地連接。
晶體管30由DC電源電壓/信號偏置,DC電源電壓/信號偏置由DC-DC轉換器20生成并施加到集電極30c上。在這一點上,DC-DC轉換器20包括轉換器輸出端32,轉換器反饋34。而且,DC-DC轉換器20的轉換器偏置輸出端36可連接到電池/DC電源22。DC-DC轉換器20還具有轉換器參考輸入端38,其一般對應于前述圖1所示的電壓控制輸入端24。
功率放大器電路10a還包括前面提及的雜散補償模塊28,其一 般包括差錯放大器40、增益調整網絡42、相位調整網絡44、輸出低通濾波器電路46和輸出端DC阻斷電容48。DC-DC轉換器20和雜散補償模塊28所有的各個部件都可以在單個半導體芯片上實現。連接到差錯放大器40的第一輸入端50的是前述轉換器反饋34和轉換器輸出32。尤其是,轉換器反饋34和轉換器輸出端32在施加到第一輸入端50之前首先被增益調整網絡42放大。連接到差錯放大器40的第二輸入端52的是電壓控制信號源54,其也稱為外部電壓控制信號VRAMP。此外,這被理解為限制RF功率放大器輸出功率電平及其突發操作的電壓控制輸入端24。通過相位調整網絡44將合適形狀和上升/下降的時間斜率施加到差錯放大器40的第二輸入端52上。還將該相同的信號施加到轉換器參考輸入端38上。
差錯放大器40的輸出端被稱為差錯控制信號,在被輸出低通濾波器電路46和輸出端DC阻斷電容48濾波后,進入到與RF輸入端16或晶體管基極30b連接的功率放大器參考輸入端56。與功率放大器參考輸入端56連接的還有參考電壓信號源58,在第一實施例10a中,該參考電壓信號源58被理解為一個DC電壓。功率放大器參考輸入端56和DC-DC轉換器20的輸出端上都有RF阻斷電容60。
在功率放大器電路10a中,DC-DC轉換器20被理解為產生用于功率放大器模塊14的DC偏置電壓信號,尤其施加到晶體管30的集電極30c上,并可以包括電壓波紋雜散。這些雜散被理解為與雜散補償模塊28產生的差錯控制電壓信號中的雜散的相位相反,并施加到基極30b。DC-DC轉換器20的轉換器輸出端32的電壓波紋越大,施加到基極的差錯控制電壓越高。通過對增益調整網絡42和相位調整網絡44進行適當地調整,可以預見雜散補償模塊28能夠將DC-DC轉換器20產生的雜散在功率放大器模塊14的輸出端完全放電。對增益調整網絡42和相位調整網絡44的配置還被理解為取決于功率放大器模塊14中正在使用的特殊晶體管30的基極-集電極功率控制曲線。
參考圖3,將考慮使用閉環控制的功率放大器電路的第二實施例10b。上述與第一實施例10a相關的絕大多數相同的功能塊也用在了第二實施例中,包括相同的功率放大器模塊14和DC-DC轉換器20。 然而,使用了不同配置的雜散補償模塊61,其詳細結構將在下面作更加全面的討論。此外,第二實施例10b使用了精確的RF功率檢測,并相應地含有功率檢測模塊63。
功率放大器模塊14包括RF輸入端16和輸出端18,以及晶體管30。其基極30b連接到RF輸入端16,RF輸入端16進而連接到前級RF系統。集電極30c對應于功率放大器模塊14的輸出端,通過復用器或其他交換網絡連接到隨后與一個或多個天線連接的RF輸出端18。射極30e與地連接。晶體管30由DC-DC轉換器20產生并施加到集電極30c的DC電源電壓/信號偏置。此外,DC-DC轉換器20包括轉換器輸出端32和轉換器反饋34。此外,DC-DC轉換器20的轉換器偏置輸入端36可與電池/DC電源22連接。
雜散補償模塊61的可選實施例一般包括第一差錯放大器40、第二差錯放大器62、增益調整網絡42、相位調整網絡44、輸出低通濾波器電路46、以及輸出端DC阻斷電容48。連接到第一差錯放大器40的第一輸入端50的是前述的轉換器反饋34和轉換器輸出端32。此外,轉換器反饋34和轉換器輸出端32在被施加到第一輸入端50之前首先由增益調整網絡42放大。連接到第一差錯放大器40的第二輸入端52的是第二差錯放大器62的輸出端64,其通過相位調整網絡44連接。輸出端64還連接到轉換器參考輸入端38。第二差錯放大器62的第一輸入端66連接到電壓控制信號源54VRAMP,同時第二輸入端68連接到功率檢測模塊63的輸出端。
來自雜散補償模塊61的差錯控制信號被輸出低通濾波器電路46和其輸出端DC阻斷電容48濾波,并進入與RF輸入端16和晶體管基極30b連接的功率放大器參考輸入端56。連接到功率放大器參考輸入端56的還有參考電壓信號源58,在第二實施例中,該參考電壓信號源58被理解為DC電壓。功率放大器參考輸入端56和DC-DC轉換器20的輸出端都有RF阻斷電容60。
回到限定閉環功率控制的特征,RF輸出端18連接到將輸出信號發送給前述功率檢測模塊63的定向耦合器70。尤其是,定向耦合器70具有與RF輸出端的第一部分18a連接的輸入端72,以及與RF輸 出端的第二部分18b連接的發送端74。應該理解的是,RF輸出端的第二部分18b是與天線或天線交換網絡連接的端口。定向耦合器70的耦合端口76連接到功率檢測模塊63的輸入端。而且,隔離端口78通過匹配電阻(一般50歐姆)連接到地。
功率檢測模塊63包括輸入端連接到定性耦合器70的耦合端口76、輸出端連接到二極管82的衰減器80。功率檢測模塊63還限定了負載電阻值和電容值,所以會存在與二極管82連接的RC網絡84。信號被放大器86放大,并發送到第二差錯放大器62的第二輸入端68中,從而封閉控制環。只是通過示例的方式提出所示的功率檢測模塊63,并非進行限制。在不脫離本公開內容的范圍內可以由任何其他合適的功率檢測器結構替代。
轉到圖4,其中描述了功率放大器電路的第三實施例10c。幾乎在所有的方面中,第三實施例10c與圖2所示的第一實施例10a相同,包括相同的功率放大器模塊14、DC-DC轉換器20、和雜散補償電路28,包括其各種部件和及其配置。為了簡潔起見,將不再重復描述這些細節。
然而,對功率放大器電路10c的控制不同于第一實施例。即,將差錯放大器40的第二輸入端52和轉換器參考輸入端38改為與步進參考信號88連接,而功率放大器參考輸入端56與斜坡電壓控制信號源54連接。換言之,以合適形狀的和上升/下降的時間斜率限定RF功率放大器功率電平及其突發操作的VRAMP信號被施加到功率放大器的晶體管30的基極30b上。步進參考信號VSTEP 88在突發操作期間被固定在預定的電壓電平,并將恒定偏置電平限定在RF功率放大器集電極30c上。基于此,可以在RF輸出功率動態范圍內施加多個不同的步進控制電壓。因此,VSTEP和VRAMP信號都最終對應于功率放大器輸出功率。
類似地,如圖5所示,除了控制特征外,第四實施例10d基本上與第二實施例10b相同。第二實施例10b中使用以及配置的功率放大器模塊14、雜散補償模塊61、DC-DC轉換器20、功率檢測模塊63和定向耦合器70與第四實施例10d的相同,因此,將不再重復描述。 至少部分地限定RF功率電平及其突發操作的斜坡電壓控制信號源58改為施加到功率放大器參考輸入端56,也就是,與RF輸入端16對應的晶體管30的基極30b。此外,步進參考信號VSTEP 88連接到第二差錯放大器63的第一輸入端66。該信號在突發操作期間被固定為預定的電壓電平,并將恒定偏置電平限定在RF功率放大器集電極30c上。與上述討論的第三實施例10c相似,可以在RF輸出端功率動態范圍上施加不同的步進控制電壓。
圖6的原理圖示出了功率放大器電路的第五實施例10e,其被理解為使用通過電流感測的其他開環功率控制。盡管描述為組合的DC-DC轉換器和雜散補償電路模塊29,但是其使用了圖4所示的第四實施例10c的相同部分雜散補償模塊28和DC-DC轉換器20。此外,使用了與第四實施例10c相同的功率放大模塊14。該實施例10e與第三實施例10c相似,包括與DC-DC轉換器20的轉換器參考輸入端38和差錯放大器40連接的步進參考信號VSTEP 88。
第五實施例10e通過電流感測和控制模塊90檢測功率,其包括第一電流感測差錯放大器92、第二電流感測差錯放大器94以及電流感測電阻96。一般,電流感測和控制模塊連接到DC-DC轉換器20的轉換器輸出端32,并輸入到功率放大器模塊14。如上所述,用DC-DC轉換器20提供的DC電壓對功率放大器模塊14偏置,并且與功率放大器模塊14連接的一個連接端與晶體管30的集電極30c連接。還提供參考電壓,其連接到晶體管30的基極30b。存在從電流感測和控制模塊90到這些功率放大器輸入端的分離的連接。
DC-DC轉換器20的輸出端連接到第二差錯放大器94的第一輸入端98,而電壓控制信號源54(即,限定RF功率放大器輸出功率電平及其突發操作的VRAMP)連接到第一電流感測差錯放大器92的第二輸入端100。而且,第二電流感測差錯放大器94的輸出端102連接到第二電流感測差錯放大器94的第一輸入端104。在第一差錯放大器92的第一輸入端98和第二電流感測差錯放大器94的第二輸入端106之間連接的是電流感測電阻96。通過功率放大器模塊14流出的集電極電流理解為被電流感測電阻96檢測到,并與RF輸出功率成比 例。該電流被施加到第二電流感測差錯放大器94,其與電壓控制信號源VRAMP 54比較。第二電流感測差錯放大器94的輸出端108與雜散補償模塊28的輸出一起施加到功率放大器參考輸入端56。
在傳統以及未來半導體技術中使用基帶、模擬以及RF電路來在電池放電之間提高通話時間的同時,功率放大器電路10a-10e的前述實施例可以用于提高功率效率。在四時隙操作模式中,相比于傳統設備將平均功率放大器電路消耗降低2或3倍而將通話時間增加37%到50%。在單時隙操作中,相比于傳統設備提高3倍的效率,對通話時間的提高可以期望達到20%到25%。相應地,新的GSM/GPRS終端設計,不受電池消耗問題影響而與用于功率放大器的功率控制電路有關,可以適合于將來提供其實用性但可以要求額外功率的其他特征。
本文所示的特殊示例是通過示例的方式,目的僅僅在于對本公開內容的實施例進行說明性的討論,并且是為了提供認為最有用和最容易理解的原理描述及其概念方面而提出。基于此,并不試圖對比需要對本公開內容進行原理性理解更加特殊的不同實施例的細節進行展示,采用附圖向本領域技術人員清楚展示的這些功能如何形成的描述可以體現在實際應用中。

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