CN100574117C - 功率电源电路、便携通讯手持机和用于给便携通讯手持机中的功率放大器提供电压的方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于给射频(RF)功率放大器提供电压的低噪声开关电压调节器。在一个实施例中，本发明概念化为功率放大器电源电路和数据格式器，其中功率放大器电源电路包括一对极性相反的半导体开关，数据格式器构成为给该对极性相反的半导体开关的每一个提供在至少每隔一位上具有电压转换的数据流。

Description

功率电源电路、便携通讯手持机和用于给便携通讯手持机中的功率放大器提供电压的方法
技术领域
本发明总的来说涉及控制射频(RF)发射功率和使便携通讯设备中的电池寿命最大化。更具体地说，本发明涉及低噪声开关电压调节器。
背景技术
随着可获得的有效率、低成本电子组件的增加，移动通讯系统变得越来越普遍。例如，存在许多通讯方案的变化，其中使用各种频率、发射方案、调制技术和通讯协议在手持电话等通讯手持机中提供双向的声音和数据通讯。虽然不同的调制和发射方案每一个都具有优点和缺点，但是对于所有这些设备来说，共同的目标是使手持机在一次电池充电的情况下可以工作的时间最大化。这称作手持机的“通话时间”最大化。
便携通讯手持机的通话时间最大化通常是这种设备设计者面临的最大挑战。虽然调查了许多不同的方法，但是通常通过减小RF PA的功耗实现通话时间的单个最大改进。一般，RF PA消耗了便携式通讯手持机中功率的最大量。
为了减小RF功率放大器的功耗，已经实施了许多技术。一种技术是使用开关电压调节器减小提供给RF功率放大器的电源电压。通过减小给PA的电压，可以使其更接近于饱和点工作，因此可以提高发射器的效率。在实际实现该技术之前，存在两个应解决的主要问题。第一个问题是必须处理将用来提供RF PA的开关电源的输出噪声或者“纹波”。在RF PA的电源上存在的任何噪声都将表现为RF PA的输出RF频谱中的噪声。大部分通讯标准例如移动通讯全球系统(GSM)对允许系统添加到发射频率的噪声量有严格的规格限制。
为了遵守GSM的功率输出频谱标准，根据规定的功率输出规格测量RF功率放大器的功率输出，称作功率输出频谱“屏蔽”。该屏蔽限定了RF频谱，RF功率放大器的功率输出必须在该RF频谱内。严格控制带外发射、杂散发射和其它因素。如果RF功率放大器输出的任何部分违反了由屏蔽限定的频谱，便携通讯手持机将不能通过功率频谱屏蔽测试，并且将不允许在通讯系统中工作。其它的通讯标准具有类似的功率输出屏蔽规格。
关于RF PA饱和度的第二个问题需要仔细控制RF PA电源信号，使得RF PA功率饱和点在所希望的系统输出功率之上。如果不满足这些条件，GSM所需要的功率缓慢升高(ramp-up)和缓慢下降(ramp-down)将允许RF功率移到相邻的信道内，并且造成功率放大器不满足开关瞬态规范，例如GSM标准11.10所规定的那些规范。
此外，在现存的使用开关电压调节器给RF功率放大器提供电压的便携通讯手持机中，由于缺乏将纹波减小到可接受水平的能力，因此限制了功率放大器的效率。
减小纹波的一种方式是仔细选择开关电压调节器中的元件，以便吸收和使纹波最小。令人遗憾的是，这样通常导致令人难以接受的大且昂贵的元件。
因此，工业上需要进一步减小便携通讯手持机的功耗并且增加其通话时间。
发明内容
本发明提供了一种功率放大器电源电路，其包括：至少形成为开关电压调节器的一部分的一对极性相反的半导体开关，所述开关电压调节器构成为将输出提供给功率放大器；以及构成为提供数据流的数据格式器，所述数据流具有多个电压转换，以便使至所述功率放大器的所述输出上的任何交流电压分布在由所述功率放大器发射的发射数据所占据的发射信号频带上且远离直流电平，所述交流电压是由于所述功率放大器电源电路中的所述半导体开关进行开关而引起的，其中所述发射信号频带是以基频为中心的频率范围。
本发明提供了一种便携通讯手持机，其包括：构成为提供直流电压的功率放大器电源电路；构成为接收所述直流电压的功率放大器。所述功率放大器电源电路包括开关电压转换器，该开关电压转换器包括构成为将输出提供给功率放大器的一对极性相反的晶体管；以及构成为提供数据流的数据格式器，所述数据流具有多个电压转换，以便使至所述功率放大器的所述输出上的任何交流电压分布在由所述功率放大器发射的发射数据所占据的发射信号频带上且远离直流电平，所述交流电压是由于所述功率放大器电源电路中的所述晶体管进行开关而引起的，其中所述发射信号频带是以基频为中心的频率范围。
本发明还提供了一种用于给便携通讯手持机中的功率放大器提供电压的方法，其包括：提供开关电压调节器，所述开关电压调节器构成为将直流输出提供给所述功率放大器；以及给所述开关电压调节器提供数据流，其中所述数据流包括多个位转换，以把直流输出上的任何交流电压分布在由便携通讯手持机发射的数据所占据的带宽上，同时避免直流电平上的开关能量。
在检验下列附图和详细说明时，本发明的其它系统、方法、特征和优点对本领域技术人员来说将是或者将成为显而易见的。期望所有这些附加的系统、方法、特征和优点都包含在本说明书内、在本发明的范围内并且受附加的权利要求的保护。
附图说明
参考下列附图将更好地理解本发明。附图中的元件不必按比例，重要的是清楚地说明本发明的原理。此外，在图中，在不同的附图中，相同的附图标记表示对应的部件。
图1A是显示常规开关电压调节器输出上的开关噪声或者纹波效果的说明图；
图1B是显示便携通讯手持机的输出频谱上图1A所示纹波效果的说明图；
图2是说明简化的便携收发机100的方框图；
图3A是说明图2的功率放大器电源元件的第一实施例的方框图；
图3B是说明图3A的开关电压调节器内的元件的方框图；
图3C是说明图3A的数据格式器的一个示例性的实施例的方框图；
图4是说明图3A的功率放大器电源元件的可选择实施例的方框图；
图5是说明时钟数据、普通发射数据和曼彻斯特数据波形的示意图；
图6是显示提供给开关电压调节器的曼彻斯特数据流的效果的说明图；
图7是说明图3A和4的功率放大器电源元件的可选择实施例的方框图。
具体实施方式
尽管具体参考便携收发机来说明，但是可以在任何想要使用开关电压调节器来控制功率放大器的系统中实现该开关电压调节器。可以在软件、硬件或者软件和硬件的组合中实现该开关电压调节器或者该开关电压调节器的控制系统的一些部分。在优选实施例中，在硬件中实现开关电压调节器，如下所述。可以使用专门的硬件元件和逻辑实现本发明的硬件部分。此外，开关电压调节器的硬件实现可以包含下列技术中的任一技术或者其组合，这些技术都是本领域所公知的：具有用于对数据信号实施逻辑功能的逻辑门的分离逻辑电路、具有适当逻辑门的特定应用集成电路、可编程门阵列(PGA)、场可编程门阵列(FPGA)等。
如果在软件中实施开关电压调节器的控制，则开关电压调节器控制软件的部分可以包括用于实现逻辑功能的可执行指令的序列表，并且可以在任何计算机可读介质中实施，用于指令执行系统、装置或者设备或者与其结合使用，例如以计算机为基础的系统、包含处理器的系统或者可以从指令执行系统、装置或者设备取得指令并且执行该指令的其它系统。
在该文献的上下文中，“计算机可读介质”可以是包含、存储、通讯、传播或者传输程序的任何装置，该程序用于指令执行系统、装置或者设备或者与其结合使用。计算机可读介质例如可以是电、磁、光、电磁、红外或者半导体系统、装置、设备或者传播介质，但不限于此。计算机可读介质的更具体的例子(非详尽列表)应包含：具有一条或者多条线的电连接(电的)、便携计算机磁盘(磁的)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或者闪存)(磁的)、光纤维(光的)和便携袖珍只读光盘存储器(CDROM)(光的)。注意，当通过例如纸或者其它介质的光学扫描电俘获程序、然后编辑、解释或者如果需要以适当方式进行不同的处理、接着存储在计算机存储器中时，该计算机可读介质甚至可以是其上印刷程序的纸或者其它适当介质。
图1A是显示常规的开关电压调节器输出上的开关噪声或者纹波效果的说明图10。纵轴11表示电压，横轴12表示时间。如图1A所示，在常规的开关电压调节器输出产生通常的三角形波形14。该三角形或者“锯齿形”波形是开关电压调节器中进行开关操作的结果。图1A所示的纹波表现为在常规开关电压调节器的直流(DC)输出上叠加的交流(AC)信号。
当用来控制功率放大器例如位于便携通讯手持机中的功率放大器时，常规开关电压调节器输出的该开关纹波表现为开关电压调节器的开关频率处的离散能量的音调(tone)。这些离散的音调加在便携通讯手持机的功率放大器的输出上。当例如在具有非常苛刻的功率输出要求的GSM通讯系统中使用便携通讯手持机时，这些离散的音调很可能将使便携通讯手持机不符合输出RF频谱规定。
图1B是显示在便携通讯手持机的输出频谱上的图1A所示纹波效果的说明图20。纵轴21表示发射(TX)功率，横轴22表示频率。波形24表示在便携通讯手持机的基频f1处的功率放大器的发射输出。波形24包括位于发射信道基频f1处的中央部分25以及包括分别由参考标记26和27表示的区域中的第三和第五阶频率谐波处的能量。
参考标记29说明示例性的功率输出屏蔽，其限定了给定频率范围内的发射功率，波形24必须在该给定频率范围内以通过GSM输出屏蔽标准(output mask standard)。该标准包括对不同发射能量参数的限制，所述参数包括例如带外信号传播和杂散发射。如图1B所示，输出频谱包括频率音调，使用参考标记28表示示例性的其中之一，参考标记28表示由开关电压调节器产生的开关纹波。出现在开关电压调节器的频率和频率谐波例如图1B所示的第三和第五谐波处的这些音调28是由电压调节器的开关效应引起的。如果这些音调的功率水平超过对于特定频率由屏蔽29允许的功率水平，则便携通讯手持机很可能不符合输出频谱屏蔽规定。然而，即使这些音频信号出现在屏蔽29的限制内，如果这些音调足以接近由波形24的部分25表示的调制信号，则它们仍然会产生错误。
相应地，希望在尽可能广的频率范围内最小化或者分配包含在这些离散音调28中的能量，以便这些音调不影响便携通讯手持机内的功率放大器的输出。重要的是，希望把包含在这些音调28中的能量散布在宽的频率范围内，由此减小给定带宽中的视在功率。
图2是说明简化的便携收发机100的方框图。便携收发机100包括扬声器102、显示器104、键盘106和麦克风108，都连接到基带子系统110。在具体实施例中，便携收发机100例如可以是诸如移动蜂窝型电话的便携无线电通讯手持机，但不限于此。扬声器102和显示器104分别通过连接112和114接收来自基带子系统110的信号，如本领域技术人员已知的那样。同样，键盘106和麦克风108分别通过连接116和118给基带子系统110提供信号。基带子系统110包括通过总线128通讯的微处理器(μP)120、存储器122、模拟电路124和数字信号处理器(DSP)126。尽管作为单一总线示出，但是可以使用在基带子系统110内的子系统之间必须连接的多条总线来实现总线128。微处理器120和存储器122为便携收发机100提供信号时序、处理和存储功能。模拟电路124为基带子系统110内的信号提供模拟处理功能。基带子系统110通过连接132给射频(RF)子系统130提供控制信号。尽管作为单一连接132示出，但是控制信号可以产生于DSP 126或者微处理器120，并且提供给RF子系统130内的多个点。应该注意的是，为了简化，仅示出了便携收发机100的基本元件。
基带子系统110还包含模数转换器(ADC)134和数模转换器(DAC)136和138。ADC 134、DAC 136和DAC 138还通过总线128与微处理器120、存储器122、模拟电路124和DSP 126通讯。DAC 136将基带子系统110内的数字通讯信息转换为通过连接140发射给RF子系统130的模拟信号。DAC 138通过连接144给功率放大器控制元件161提供参考电压功率水平信号。虽然作为两个定向的箭头示出，但是连接140包括在从数字域转换到模拟域之后将由RF子系统130发射的信息。
RF子系统130包括调制器146，在通过连接150接收来自合成器的频率参考信号，也称作“本地振荡器”信号或者“LO”之后，该调制器146调制接收的模拟信号并且通过连接152将调制的信号提供给上变频器154。调制的发射信号可以仅包含相位信息、仅包含幅度信息或者相位和幅度信息都有，取决于希望的发射形式。上变频器154还通过连接156接收来自合成器148的频率参考信号。合成器148确定适当的频率，上变频器154将把连接152上的调制信号上变频到所述适当的频率。
上变频器154通过连接158给功率放大器160提供调制信号。功率放大器160将连接158上的调制信号放大到适当的功率水平，用于通过连接162传输到天线164。说明一下，开关166控制是将连接162上的放大信号传输给天线164还是将来自天线164的接收信号提供给滤波器168。开关166的工作通过连接132受来自基带子系统110的控制信号的控制。可以选择的是，可以用允许发射信号和接收信号同时通过的滤波器(例如天线分离滤波器)代替开关166，如本领域技术人员已知的那样。
功率放大器通过连接198接收来自功率放大器电源元件200的电源电压。如下面进一步详细说明的那样，功率放大器电源元件200包括给功率放大器160提供低纹波电压信号的开关电压调节器。
将连接162上的放大的发射信号能量的一部分通过连接170提供给功率放大器控制元件161。功率放大器控制元件161可以利用负反馈形成闭合回路输出功率控制器，以控制功率放大器160的输出功率，并且还可以通过连接172提供模拟功率控制(APC)信号。在可选择实施例中，如下所述，功率放大器电源元件200可以位于功率控制元件内。
由天线164接收的信号将流向接收滤波器168。接收滤波器168将过滤所接收的信号并且将连接174上的过滤信号提供给低噪声放大器(LNA)176。接收滤波器168是带通滤波器，能够通过其中便携收发机100正在工作的特定蜂窝系统的所有通道。作为例子，对于900MHz GSM系统来说，接收滤波器168将通过从935.2MHz到959.8MHz的所有频率，覆盖每200KHz的所有124个相邻信道。该滤波器的目的是拒绝所希望区域之外的所有频率。LAN 176将连接174上的非常微弱的信号放大到一定的水平，在该水平，下变频器178可以将信号从发射频率转变回为基带频率。可以选择的是，使用诸如低噪声块下变频器(block downconverter)(LNB)的其它元件来实现LNA 176和下变频器178的功能。
下变频器178通过连接180接收来自合成器148的频率参考信号，也称作“本地振荡器”信号或者“LO”。LO信号指示下变频器176到适当的频率，以通过连接182将从LNA 176接收的信号下变频到该适当频率。下变频频率称作中间频率或者IF。下变频器178通过连接184将下变频的信号发送给信道滤波器186，也称作“IF滤波器”。信道滤波器186过滤下变频的信号并且通过连接188将其提供给放大器190。信道滤波器186选择一个所希望的信道并且拒绝所有其它信道。使用GSM系统作为例子，实际上将仅接收124个相邻信道之一。在通过接收滤波器168通过所有信道并且通过下变频器178下变频之后，仅一个所希望的信道将精确地出现在信道滤波器186的中央频率处。通过控制连接180上提供给下变频器178的本地振荡器频率，合成器148确定所选择的信道。放大器190放大所接收的信号，并且通过连接192将放大的信号提供给解调器194。解调器194恢复发射的模拟信息并且通过连接196将表示该信息的信号提供给ADC 134。ADC 134将这些模拟信号转变为基带频率的数字信号，并且通过总线128将该信号传输给DSP 126，用于进一步处理。
前述接收器元件仅是用于举例。实际上，预期其它的接收器结构例如超外差接收器、直接转换接收器或者采样接收器也在本发明的范围内，这些结构是示例性的但不限于此。
图3A是说明图2的功率放大器电源元件的第一实施例200的方框图300。图3A所示的实施例是功率放大器电源元件200的异步实现。功率放大器电源元件200通过连接226从例如电池224接收DC电压。然而，应提出的是，通过连接226可以给功率放大器电源元件200提供任何类型的DC电源。在优选实施例中，该电源224是提供大约3.2至4.2伏(V)的锂离子电池。
在连接198上将功率放大器电源元件200的输出提供给功率放大器160。功率放大器160还包括连接158上的输入，通过该连接158，把将要发射的数据(TX DATA)调制到高频载波上，并且提供给功率放大器160。功率放大器160提供连接162上的输出，该连接162指向天线164(图2)。为了提供功率控制，并且仅为了举例，通过定向耦合器228把连接162上的放大器160的输出功率的一部分，通过反馈连接170转移到达功率放大器控制元件161。其它功率检测方法例如DC电流检测和提供输出功率的精确表示的任何其它手段都是可能的。
功率放大器控制元件161对连接132上的参考信号与连接170上的反馈信号进行比较，并且产生连接172上的控制信号。功率放大器控制元件161然后通过连接172将控制信号提供给功率放大器160的模拟功率控制(APC)输入230。以这种方式，控制功率放大器的输出。本领域技术人员将理解功率放大器控制元件161的工作。
功率放大器电源元件200包括异步开关控制器225。异步开关控制器225包括功能类似于图2的合成器148的本地区。振荡器202、随机数据发生器208和数据格式器214。数据格式器214的输出通过连接216和217提供给开关电压调节器220。本地振荡器202通过连接206给数据格式器214提供系统时钟信号。本地振荡器202还通过连接204给随机数据发生器208提供本地振荡器(LO)参考信号。随机数据发生器208使用连接204上的LO输入产生连接212上的随机数据流。连接212上的随机数据流与来自本地振荡器202的时钟信号一起通过连接206提供给数据格式器214。
因为由随机数据发生器208产生并且通过连接212提供给数据格式器214的数据与连接158上提供给功率放大器160的发射数据无关，所以认为图3A所示的实现是“异步的”。
数据格式器214通过连接216和217优选把曼彻斯特型编码数据流提供给开关电压调节器220。曼彻斯特编码在数据流中的每位上提供电压转换。在曼彻斯特编码中，二进制“1”由在位持续时间的第一半期间具有正电压和在位持续时间的第二半期间具有负电压的脉冲表示。二进制“0”由在位持续时间的第一半期间为负和在位持续时间的第二半期间为正的脉冲表示。负或者正的位中间转换分别表示二进制1或者二进制0。因此，曼彻斯特代码归类为瞬时转换代码，因为其没有记忆。
连接212上的随机数据通过数据格式器214转换为曼彻斯特数据流，并且通过连接216和217提供给开关电压调节器220。然而，应注意，曼彻斯特代码仅是优选实施例。可以使用任何其它编码方案，只要避免没有电压转换的一长串的1或者0。重要的是，连接216和217上提供给开关电压调节器220的信号应包含足够数量的电压转换，以便没有一个开关电压调节器220(下面将描述)中的晶体管开关在好几个位上都将保持一个状态。如果这种情况发生，输出电压将增加或者下降到功率放大器所使用的可接受电压范围之外，以满足频谱屏蔽的规范。
通过在连接216和216上给开关电压调节器220提供曼彻斯特数据流，在连接198上的开关电压调节器220的输出处，针对非曼彻斯特情况举例说明的开关电压纹波(参见图1A)或者其频率分布(参见图1B，参考标记28)分布在宽的频谱范围内。这是因为曼彻斯特编码的输出频谱不包含DC能量，并且在低频包含非常低的能量，如下面参考图6所说明的那样。
图3B是说明图3A的开关电压调节器220内的元件的方框图。开关电压调节器220包括P型场效应晶体管(FET)232和N型FET 234。FET 232的栅极端子耦合到连接216，以及FET 234的栅极端子耦合到连接217。FET 232的源极端子耦合到连接226上的DC电压源，而FET 232的漏极端子在连接236上耦合到FET 234的漏极端子，并且耦合到电感器238。FET 234的源极端子通过连接244耦合到地246。分别基于连接216和217上接收的信号极性激励FET 232和234。当FET 232导通时，FET 234截止。连接216和217上的曼彻斯特数据流保证FET 232和234连续开关。通过连接216和217，由分离的信号控制两个FET 232和234，以避免两个FET同时导通。同样，控制FET 232和234，使得它们不同时截止几微秒(μs)以上。为了实现上述情况，通过连接216和217由数据格式器214提供两个非重叠的信号，如下所述。
连接236上的FET 232和234的输出通过电感器238，该电感器238也与电容器242并联耦合。通过连接198将开关电压调节器220的输出提供给功率放大器160。
图3C是说明数据格式器214的一个示例性实施例的方框图。在图3C所示的实施例中，数据格式器214包括具有输入206和212的异或(XOR)门252。从连接206上的本地振荡器202接收时钟信号，并且将来自随机数据发生器208的数据提供给连接212上的XOR门252。连接254上的XOR门252的输出提供给门驱动器256。门驱动器256产生连接216和217上的输出信号。连接216和217上的信号是如上所述的曼彻斯特数据流。连接216和217上的输出是非重叠信号，并且相位相反，使得FET 232和234不同时导通，并且不同时截止几微秒以上。
图4是说明图3A的功率放大器电源元件200的可选择实施例250的方框图400。功率放大器电源元件250包括同步开关控制器235，其包括数据格式器214。数据格式器214的输出通过连接216和217提供给开关电压调节器220。然而，提供给数据格式器214的数据还与用来调制高频载波的数据相同，该高频载波通过连接158提供给功率放大器160。
由于发射数据也用作数据格式器的输入，因此连接216和217上的曼彻斯特数据流将引入固有的且与发射数据一致的电压纹波。以这种方式，由于随机电压纹波而导致的频谱数据和频谱噪声之间的差别更难以检测，因此更为系统所容忍。时钟信号还通过连接254提供给数据格式器214。图4的其余元件与上述关于图3A所说明的元件工作相同。
图5是说明时钟数据、普通的发射数据和曼彻斯特数据波形的示意图500。时钟波形502包含每位周期上的脉冲。发射数据波形506本质上是随机数据波形，其可以包括任何随机排序的一系列的逻辑1(1)和逻辑0(0)。在本发明的本实施例中优选曼彻斯特数据流510，因为它在每位循环上都包含电压转换。虽然发射数据波形504本质上可以是相对随机的，但是有许多时候发射数据波形504可以包括一长串的逻辑1或逻辑0。因为允许开关电压调节器220中的一个FET保持导通、另一个FET保持截止并且持续一段超过几微秒的时间，因此这种情况增加了不希望的开关纹波。
图6是显示提供给开关电压调节器220的曼彻斯特数据流的效果的说明图600。纵轴602表示能量，而横轴604表示频率。发射数据流用曲线606表示，而曼彻斯特数据流用曲线608表示。曼彻斯特编码使由开关纹波引起的破坏能量(corrupting energy)分布在发射信号频带上，并且远离DC电平。通过适当选择开关频率，能够远离发射调制(表示为图6中的DC的最大值)但是充分接近地分配开关纹波，使得其衰减到发射频率范围以外。以这种方式，发射波形可以落在图1B所示的发射屏蔽之内。通过在驱动开关电压调节器之前使数据随机化，如参考图3A和4所说明的那样，由开关电压调节器220中的FET的开关作用引起的开关纹波分布在宽的频率范围内。并且优选远离发射数据波形。
如图6所示，发射数据波形606包括在DC具有最大能量水平的部分616。这一能量在以1/T表示的频率处下降到最小，其中T等于一个周期。曼彻斯特数据波形608在DC具有零能量，并且具有到达由参考标记612表示的最大点的由部分610表示的功率的平滑缓慢上升。该最大点612远离发射数据最大的点(DC)。这是有利的，因为曼彻斯特数据使开关纹波分布在从DC到2/T的频率范围内，并且因为大部分发射数据流的能量现在位于开关纹波污染最小的地方。换句话说，在DC，不存在开关纹波能量。因此当开关电压调节器220转换数据时，在DC不存在开关能量。
此外，由于曼彻斯特数据在每位上提供能量转换(即，电压转换)，因此平滑控制功率放大器。相应地，如曲线608、曲线部分614和提供给开关电压调节器的随机数据曼彻斯特编码所示，总的开关纹波能量比如果单独用发射数据来驱动开关电压调节器所应具有的能量要低得多。
图7是说明图3A和4的功率放大器电源元件的可选择实施例的方框图700。在图7所示的实施例中，开关电压调节器720位于与功率放大器160相关的功率控制回路中。参考信号通过连接132提供给饱和检测和补偿元件730，并且提供给饱和保护的功率放大器控制(PAC)元件706。功率放大器控制元件706产生连接172上的功率放大器控制信号，并且产生连接712上的偏移信号(offset signal)。饱和检测和补偿元件730使用连接712上的偏移信号，以便通过连接710上的控制信号调整开关电压调节器720的输出电压。
将待发射的数据通过连接708提供给功率放大器160。功率放大器160的输出在连接162上提供给天线164(图2)。定向耦合器228将来自功率放大器160输出的功率通过连接170提供给功率放大器控制(PAC)元件706。连接170上的定向耦合器228的输出提供给整流器702。整流器702将连接170上的射频(RF)信号转换为DC反馈信号，并且通过连接704提供给功率放大器控制元件702。
功率放大器控制元件706包括有源或者无源低通回路滤波器。功率控制元件706的功率放大器控制信号输出在连接172上提供给功率放大器160的APC输入230，以便根据由功率控制元件706提供的信号控制功率放大器160的输出。在正常情况下，当功率放大器160没有饱和时，输出功率与连接132上的控制信号成比例。
然而，功率放大器160变为饱和也是可能的。当功率放大器160的输出功率增加时，放大器160可以进入饱和，在这种情况下，APC(到PA 160的输入230)的任何增加都不会使输出功率增加。使功率放大器160的效率最大的理想输出功率取决于大量的因素。例如，这些因素包括电源电压、功率放大器输入和输出的匹配网络(未示出)、功率放大器设计和功率放大器工作的温度。通常，匹配网络(未示出)嵌入在功率放大器组件中。然而，降低提供给功率放大器160的电源电压可以强迫功率放大器160当在手持机的最大功率附近工作时进入饱和。
功率控制元件706还将连接712上的偏移信号提供给饱和检测和补偿元件730。连接712上的偏移信号通过饱和检测和补偿元件730与连接132上的参考信号结合。饱和检测和补偿元件730通过连接710把控制信号提供给开关电压调节器720，并且可以通过连接712给功率放大器控制元件提供信号，连接712可以是双向连接。由连接712上的偏移信号的水平确定饱和检测和补偿元件730的输出。
连接710上由饱和检测和补偿元件730提供的控制信号确定了连接714上开关电压调节器720的输出电压。调整开关电压调节器720的输出电压，使得功率放大器160将在使系统效率最大的水平上工作。
当在功率控制回路外侧实施时，如图3A和4所示，开关电压调节器220通常给功率放大器160提供足够高的电源电压，以便功率放大器160将不进入饱和。这意味着两个条件。第一，整个系统效率没有应有的高，因为总是希望允许功率放大器具有比其需要的电源电压更高的电源电压。这为设备变化、温度变化等提供了安全余量。第二，在图3A和4所示的实施中，开关电压调节器220不需要模拟控制信号，以确定其输出应调节到的电压。
虽然已经说明了本发明的各个实施例，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，在本发明的范围内，更多的实施例和实现都是可能的。相应地，本发明并不受限制，只是根据附加的权利要求及其等价范围。

Claims (21)

1、一种功率放大器电源电路，包括：
至少形成为开关电压调节器的一部分的一对极性相反的半导体开关，所述开关电压调节器构成为将输出提供给功率放大器；以及
构成为提供数据流的数据格式器，所述数据流具有多个电压转换使得任何一个所述半导体开关都不会在好几个位上保持一个状态从而分布能量，以便使至所述功率放大器的所述输出上的任何交流电压分布在由所述功率放大器发射的发射数据所占据的发射信号频带上且远离直流电平，所述交流电压是由于所述功率放大器电源电路中的所述半导体开关进行开关而引起的，其中所述发射信号频带是以基频为中心的频率范围。
2、如权利要求1所述的电路，其中将所述数据流转化为曼彻斯特线代码。
3、如权利要求2所述的电路，其中所述数据流是随机的。
4、如权利要求2所述的电路，其中所述数据流是发射数据流。
5、如权利要求1所述的电路，其中该对极性相反的半导体开关和所述数据格式器位于功率放大器控制回路中。
6、如权利要求1所述的电路，其中该对极性相反的半导体开关进一步包括P型场效应晶体管和N型场效应晶体管。
7、如权利要求2所述的电路，其中所述曼彻斯特线代码将由该对极性相反的半导体开关引起的开关纹波分配到具有最小发射能量的频谱的一部分上。
8、一种便携通讯手持机，包括：
构成为提供直流电压的功率放大器电源电路；
构成为接收所述直流电压的功率放大器，其中所述功率放大器电源电路包括：
开关电压转换器，包括
构成为将输出提供给功率放大器的一对极性相反的晶体管；以及
构成为提供数据流的数据格式器，所述数据流具有多个电压转换使得任何一个所述半导体开关都不会在好几个位上保持一个状态从而分布能量，以便使至所述功率放大器的所述输出上的任何交流电压分布在由所述功率放大器发射的发射数据所占据的发射信号频带上且远离直流电平，所述交流电压是由于所述功率放大器电源电路中的所述晶体管进行开关而引起的，其中所述发射信号频带是以基频为中心的频率范围。
9、如权利要求8所述的手持机，其中将所述数据流转化为曼彻斯特线代码。
10、如权利要求8所述的手持机，其中所述数据流是随机的。
11、如权利要求8所述的手持机，其中所述数据流是发射数据流。
12、如权利要求8所述的手持机，其中该对极性相反的晶体管和所述数据格式器位于功率放大器控制回路中。
13、如权利要求8所述的手持机，其中该对极性相反的晶体管进一步包括P型场效应晶体管和N型场效应晶体管。
14、如权利要求9所述的手持机，其中所述曼彻斯特线代码将由该对极性相反的晶体管引起的开关纹波分配到具有最小发射能量的频谱的一部分上。
15、一种用于给便携通讯手持机中的功率放大器提供电压的方法，包括：
提供开关电压调节器，所述开关电压调节器构成为将直流输出提供给所述功率放大器，并且该开关电压调节器具有一对极性相反的晶体管，其中该对极性相反的晶体管不同时导通且不同时截止几微秒以上；以及
给所述开关电压调节器提供数据流，其中所述数据流包括多个位转换，以把直流输出上的任何交流电压分布在由便携通讯手持机发射的数据所占据的带宽上，同时避免直流电平上的开关能量。
16、如权利要求15所述的方法，进一步包括将所述数据流转化为曼彻斯特线代码。
17、如权利要求15所述的方法，其中所述数据流是随机的。
18、如权利要求15所述的方法，其中所述数据流是发射数据流。
19、如权利要求15所述的方法，其中所述开关电压调节器位于功率放大器控制回路中。
20、如权利要求17所述的方法，其中所述开关电压调节器包括P型场效应晶体管和N型场效应晶体管。
21、如权利要求16所述的方法，其中所述曼彻斯特线代码将由所述开关电压调节器引起的开关纹波分配到具有最小发射能量的频谱的一部分上。
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