CN102122922A

CN102122922A - 多模功率放大器及相应的移动通信设备

Info

Publication number: CN102122922A
Application number: CN2011100426566A
Authority: CN
Inventors: 任启明; 雷良军
Original assignee: Individual
Current assignee: WUXI ZHONGPU MICROELECTRONICS CO Ltd
Priority date: 2011-02-22
Filing date: 2011-02-22
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2031-02-22
Also published as: CN102122922B

Abstract

本发明公开了一种多模功率放大器，其包括两条功率放大路径和控制电路。据所述控制电路的控制可在两条功率放大路径中的一条对输入射频信号进行功率放大以得到输出射频信号，其中至少一条功率放大路径中设置有相位补偿电路。以使得该被调整放大路径中的信号相位与其它放大路径中的信号相位的偏差或跳变很小，以降低或避免在模式切换时引起通信质量下降。

Description

多模功率放大器及相应的移动通信设备

【技术领域】

本发明涉及IC设计领域，尤其是涉及一种多模功率放大器及相应的移动通信设备。

【背景技术】

现代移动通讯系统，特别是手机，为了延长锂电池的使用时间，增加通话时间，降低功率放大器的电流，提高功率放大器效率为有效途径之一。为此人们发明了很多有效提高效率的方法，像E类和F类功率放大器。这类功率放大器，在功率输出接近饱和时可以达到很高的有效效率。

但在通讯系统中，有时系统并不需要很高的发射功率，为了使得系统在不同的发射状态下都有很高的效率，人们提出了多模功率放大器。多模功率放大器就是根据通讯系统所需功率，设定发射功率的大小。通常所述多模功率放大器包括有三种工作模式，分别为低功率模式(low power mode，LPM)、中功率模式(middle power mode，MPM)、高功率模式(high power mode，HPM)。多模功率放大器被广泛应用于3G/4G手机中。

尽管此类多模功率放大器可以有效地改进系统的有效效率，但此类功率放大器有一个明显的缺点，就是各个模式之间有不连续的相位跳变，这种相位的跳变将导致通信信号的畸变，从而使通讯质量下降。

因此，希望提出一种改进的多模功率放大器来克服上述问题。

【发明内容】

本发明所解决的技术问题之一在于提供一种多模功率放大器，其各模式之间的相位偏差较小。

本发明所解决的技术问题之二在于提供一种移动通信设备，其采用多模功率放大器，在各模式之间的相位偏差较小。

为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了一种多模功率放大器，其包括两条功率放大路径和控制电路，根据所述控制电路的控制可在两条功率放大路径中的一条对输入射频信号进行功率放大以得到输出射频信号。在至少一条功率放大路径中设置有相位补偿电路。

进一步的，所述多模功率放大器具有三个工作模式，分别为低功率模式、中功率模式和高功率模式，低功率模式和中功率模式共用一条功率放大路径，所述控制电路通过控制功率放大路径中的放大晶体管的集电极电压来实现低功率模式和中功率模式的切换，高功率模式单独采用一条功率放大路径。

更进一步的，每条功率放大路径包括依次连接的输入匹配电路、第一级功率放大电路、级间匹配电路和末级功率放大电路，在各个功率放大路径后连接有一个输出匹配电路。

再进一步的，所述相位补偿电路设置于对应功率放大路径的输入匹配电路前。

进一步的，所述相位补偿电路为延迟线。

进一步的，所述相位补偿电路为相移器。

进一步的，所述相位补偿电路为矢量调制器。

更进一步的，所述矢量调制器包括信号分路器、延迟线、第一衰减器、第二衰减器和信号合路器，所述信号分路器将输入信号分为第一路信号和第二路信号，其中第一路信号经由所述延迟线和第一衰减器至所述信号合路器，第二路信号经由第二衰减器至所述信号合路器，所述信号合路器将第一衰减器输出的衰减后的第一路信号和第二衰减器输出的衰减后的第二路信号合成为一路输出信号。

根据本发明的另一个方面，本发明提供了一种移动通信设备，其包括一个多模功率放大器。所述多模功率放大器包括两条功率放大路径和控制电路，根据所述控制电路的控制可在两条功率放大路径中的一条对输入射频信号进行功率放大以得到输出射频信号。在至少一条功率放大路径中设置有相位补偿电路。

与现有技术相比，在本发明中的多模功率放大器在其中的至少一条放大路径中增设了相位补偿电路来调整该放大路径中信号的相位，以使得该被调整放大路径中的信号相位与其它放大路径中的信号相位的偏差或跳变很小，以降低或避免在模式切换时引起通信质量下降。

关于本发明的其他目的，特征以及优点，下面将结合附图在具体实施方式中详细描述。

【附图说明】

结合参考附图及接下来的详细描述，本发明将更容易理解，其中同样的附图标记对应同样的结构部件，其中：

图1示出了本发明中的多模功率放大器的第一实施例的方框示意图；

图2示出了本发明中的多模功率放大器的第二实施例的方框示意图；

图3示出了本发明中的多模功率放大器的第三实施例的方框示意图；

图4示出了本发明中的多模功率放大器的第四实施例的方框示意图；

图5示出了本发明中的多模功率放大器的第五实施例的方框示意图；

图6示出了本发明中的多模功率放大器的第六实施例的方框示意图；

图7示出了本发明中的矢量调制器的一个实施例的方框示意图；和

图8为图7中的矢量调制器的矢量合成示意图。

【具体实施方式】

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明的详细描述主要通过程序、步骤、逻辑块、过程或其他象征性的描述来呈现，其直接或间接地模拟本发明中的技术方案的运作。所属领域内的技术人员使用此处的这些描述和陈述向所属领域内的其他技术人员有效的介绍他们的工作本质。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指与所述实施例相关的特定特征、结构或特性至少可包含于本发明至少一个实现方式中。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非必须都指同一个实施例，也不必须是与其他实施例互相排斥的单独或选择实施例。此外，表示一个或多个实施例的方法、流程图或功能框图中的模块顺序并非固定的指代任何特定顺序，也不构成对本发明的限制。

图1示出了本发明中的多模功率放大器的第一实施例100的方框示意图。所述多模功率放大器100包括两个功率放大路径和控制电路150，在第一功率放大路径中包括依次连接的输入匹配电路111、第一级功率放大电路112、级间匹配电路113和末级功率放大电路114，在第二功率放大路径中包括依次连接的输入匹配电路121、第一级功率放大电路122、级间匹配电路123和末级功率放大电路124，在两条功率放大路径后连接有一个输出匹配电路130。

所述控制电路150控制所述多模功率放大器100的三个工作模式，分别为低功率模式(low power mode，LPM)、中功率模式(middle power mode，MPM)和高功率模式(high power mode，HPM)。在输入控制信号VEN有效时，使功率放大电路112、114、122和124处于工作状态(即使能所述功率放大电路)。在输入控制信号VM0为第一电平(比如高电平)时控制第一功率放大路径工作，这样射频输入信号(RF IN)进入第一功率放大路径进行功率放大，此时若输入控制信号VM1为第一电平，则控制功率放大电路112和114的放大晶体管的集电极为第一电压，此时第一功率放大路径工作在低功率模式，若输入控制信号VM1为第二电平，则控制功率放大电路112和114的放大晶体管的集电极为第二电压，此时第一功率放大路径工作在中功率模式。在输入控制信号VM0为第二电平(比如低电平)时控制第二功率放大路径工作，这样射频输入信号(RF IN)进入第二功率放大路径进行功率放大，此时工作在高功率模式。

可以看出，低功率模式和中功率模式共同采用一条功率放大路径，通过控制放大晶体管的集电极电压来实现低功率模式和中功率模式的切换，而高功率模式单独采用一条功率放大路径，通过输入控制信号VM0来实现低/中功率模式和高功率模式的切换。

在所述功率放大器100为低/中功率模式时，射频输入信号RF IN依次经过输入匹配电路111、第一级功率放大电路112、级间匹配电路113、末级功率放大电路114和输出匹配电路130得到放大后的射频输出信号。在所述功率放大器100为高功率模式时，射频输入信号RF IN依次经过输入匹配电路121、第一级功率放大电路122、级间匹配电路123、末级功率放大电路124和输出匹配电路130得到放大后的射频输出信号。所述输入匹配电路、级间匹配电路和输出匹配电路可以起到匹配作用，不额外损耗功率，可以保证最大的传输系数。第一级功率放大电路可以对射频输入信号RF IN进行第一级功率放大，末级功率放大电路可以对射频输入信号RF IN进行第二级的功率放大。这样，在每个功率放大路径中采用了二级功率放大，即使用了两级功率放大电路，在其他实施例中，还可以采用三级、四级或更多级功率放大，在每两个功率放大电路之间都设置有级间匹配电路。

所述多模功率放大器100的具体的功率输出范围如下：在低功率模式时，输出功率Po≤8dBm，其中效率大约为5％；在中功率模式时，8dBm＜Po≤19dBm，其中效率大约为20％；在高功率模式时，19dBm＜Po≤28dBm，其中效率大约为40％。

如背景中所述，多模功率放大器的各个模式之间有不连续的相位跳变。而对于本发明中的多模功率放大器100来说，在从低功率模式切换到中功率模式或从中功率模式切换到低功率模式时，由于功率模式跳变在同一功率放大路径内进行，相位跳变表现的不是很明显；在从低/中功率模式切换到高功率模式或从高功率模式切换到低/中功率模式时，则相位跳变相当大。

本发明中的多模功率放大器100的特点之一就在于：在第一功率放大路径中设置延迟线(delay line)140，用于将该路径上的射频信号延迟一端时间或一定相位，这样可以减小模式切换过程中引起的相位跳变。如图1所示，所述延迟线插于所述输入匹配电路111前。在此实施例中，第一功率放大路径中的射频信号的相位超前于第二功率放大路径中的射频信号的相位，通过设置所述延迟线可以减少两个功率放大路径中的相位差。

图2示出了本发明中的多模功率放大器的第二实施例200的方框示意图。所述多模功率放大器200与图1中的多模功率放大器100的不同之处在于：前者在第二功率放大路径中设置延迟线(delay line)240，而后者在第一功率放大路径中设置所述延迟线140。所述延迟线240可以用于将该路径上的射频信号延迟一端时间或一定相位，这样可以减小模式切换过程中引起的相位跳变。所述延迟线240插于所述输入匹配电路121前。在此实施例中，第二功率放大路径中的射频信号的相位超前于第一功率放大路径中的射频信号的相位，通过设置所述延迟线可以减少两个功率放大路径中的相位差。

图3示出了本发明中的多模功率放大器的第三实施例300的方框示意图。所述多模功率放大器300与图1中的多模功率放大器100的不同之处在于：前者在第一功率放大路径中设置的是相移器(Phase Shifter)340，而后者则在第一功率放大路径中设置的是延迟线(delay line)140。所述相移器340可以用于调整该路径上的射频信号的相位以减小模式切换过程中引起的相位跳变。所述相移器插于所述输入匹配电路111前。

图4示出了本发明中的多模功率放大器的第四实施例400的方框示意图。所述多模功率放大器400与图3中的多模功率放大器300的不同之处在于：前者在第二功率放大路径中设置相移器440，而后者在第一功率放大路径中设置所述相移器340。所述相移器440可以用于调整该路径上的射频信号的相位以减小模式切换过程中引起的相位跳变，也可以还可起到预失真的功能，以补偿由功率放大器的非线性带来的信号失真。所述相移器440插于所述输入匹配电路121前。

图5示出了本发明中的多模功率放大器的第五实施例500的方框示意图。所述多模功率放大器500与图1中的多模功率放大器100的不同之处在于：前者在第一功率放大路径中设置的是矢量调制器(Vector Modulator)540，而后者则在第一功率放大路径中设置的是延迟线(delay line)140。所述矢量调制器540可以用于调整该路径上的射频信号的相位以减小模式切换过程中引起的相位跳变，也可以还可起到预失真的功能，以补偿由功率放大器的非线性带来的信号失真。所述矢量调制器540插于所述输入匹配电路111前。

图6示出了本发明中的多模功率放大器的第六实施例600的方框示意图。所述多模功率放大器600与图5中的多模功率放大器500的不同之处在于：前者在第二功率放大路径中设置矢量调制器640，而后者在第一功率放大路径中设置所述矢量调制器540。所述矢量调制器640可以用于调整该路径上的射频信号的相位以减小模式切换过程中引起的相位跳变，也可以还可起到预失真的功能，以补偿由功率放大器的非线性带来的信号失真。所述矢量调制器640插于所述输入匹配电路121前。

图7示出了本发明中的矢量调制器的一个实施例700的方框示意图。所述矢量调制器700包括信号分路器710、延迟线720、第一衰减器730、第二衰减器740和信号合路器750。所述信号分路器将输入信号分为第一路信号和第二路信号，其中第一路信号经由延迟线720和第一衰减器730至所述信号合路器750，第二路信号经由第二衰减器740至所述信号合路器750。所述延迟线720对所述第一路信号进行延迟，所述第一衰减器730对延迟后的第一路信号进行衰减，所述第二衰减器720对所述第二路信号进行衰减。所述信号合路器750将第一衰减器730输出的衰减后的第一路信号和第二衰减器740输出的衰减后的第二路信号合成为一路输出信号。

所述矢量调制器700可以可起到预失真的功能，这样可以补偿由功率放大器的非线性带来的信号失真。具体设计过程在线性小信号情况下调试相位补偿，即调试衰减器DC电压和延迟相位，在大信号情况下，第一路在大信号作用下产生强非线性，对于两路信号表现为两路的两边有交调信号，第二路为线性电路，两路信号合成后为原来输入信号保留原来的信息，但同时有反向的交调信息，反向的交调信息经功率放大器后，与功率放大器产生的交调反向，从而抵消，以这种方式补偿放大器引起的非线性效应。

图8为图7中的矢量调制器700的矢量合成示意图，其中A1为信号合路器的第一路输入信号的幅度，φ1为信号合路器的第一路信号的相位，A2为信号合路器的第二路输入信号的幅度，φ2为信号合路器的第一路信号的相位，A为信号合路器的输出信号的幅度，φ为信号合路器的输出信号的相位。A1与第一衰减器730的衰减幅度有关，A2与第二衰减器740的衰减幅度有关，φ1与延迟线720的延迟时间有关。从矢量合成图可以看出，只要选择合适的A1和A2，就可以得到所需的任意A和φ。由此可以得到所需的相移。相应的从图中可看出，只要选择合适的幅度，任意幅度的A都可得到。在选择相移和预失真信号过程中，我们总能找到一个信号同时满足相移和预失真的要求，这两个信号即为所需的信号。

在其他实施例中，所述补偿电路(比如延迟线、相移器、矢量调制器或其他相位补偿电路等)也可以被设置在级间匹配电路前或该功率放大路径中的其他位置。

综上所述，本发明中的多模功率放大器中包括有至少两条功率放大路径，在至少一条功率放大路径中设置相位补偿电路(比如延迟线、相移器、矢量调制器或其他相位补偿电路等)，以使得该被调整放大路径中的信号相位与其它功率放大路径中的信号相位的偏差或跳变很小，以降低或避免在模式切换时引起通信质量下降。

本发明还提出了一种采用改进后的多模功率放大器的移动通信设备，在模式切换时，该移动通信设备仍具有较高的通信质量。

本发明中的相连或连接的含义不仅包括直接相接或连接，还包括间接相连或连接，比如经由一个电阻、功能电路后相连。

上文对本发明进行了足够详细的具有一定特殊性的描述。所属领域内的普通技术人员应该理解，实施例中的描述仅仅是示例性的，在不偏离本发明的真实精神和范围的前提下做出所有改变都应该属于本发明的保护范围。本发明所要求保护的范围是由所述的权利要求书进行限定的，而不是由实施例中的上述描述来限定的。

Claims

1.一种多模功率放大器，其包括两条功率放大路径和控制电路，根据所述控制电路的控制可在两条功率放大路径中的一条对输入射频信号进行功率放大以得到输出射频信号，其特征在于，在至少一条功率放大路径中设置有相位补偿电路。

2.根据权利要求1所述的多模功率放大器，其特征在于，所述多模功率放大器具有三个工作模式，分别为低功率模式、中功率模式和高功率模式，低功率模式和中功率模式共用一条功率放大路径，所述控制电路通过控制功率放大路径中的放大晶体管的集电极电压来实现低功率模式和中功率模式的切换，高功率模式单独采用一条功率放大路径。

3.根据权利要求2所述的多模功率放大器，其特征在于，每条功率放大路径包括依次连接的输入匹配电路、第一级功率放大电路、级间匹配电路和末级功率放大电路，在各个功率放大路径后连接有一个输出匹配电路。

4.根据权利要求3所述的多模功率放大器，其特征在于，所述相位补偿电路设置于对应功率放大路径的输入匹配电路前。

5.根据权利要求1-4任一所述的多模功率放大器，其特征在于，所述相位补偿电路为延迟线。

6.根据权利要求1-4任一所述的多模功率放大器，其特征在于，所述相位补偿电路为相移器。

7.根据权利要求1-4任一所述的多模功率放大器，其特征在于，所述相位补偿电路为矢量调制器。

8.根据权利要求7所述的多模功率放大器，其特征在于，所述矢量调制器包括信号分路器、延迟线、第一衰减器、第二衰减器和信号合路器，所述信号分路器将输入信号分为第一路信号和第二路信号，其中第一路信号经由所述延迟线和第一衰减器至所述信号合路器，第二路信号经由第二衰减器至所述信号合路器，所述信号合路器将第一衰减器输出的衰减后的第一路信号和第二衰减器输出的衰减后的第二路信号合成为一路输出信号。

9.一种移动通信设备，其特征在于，其包括根据权利要求1-8任一所述的多模功率放大器。