CN102710224B - 多模功率放大器及相应的移动通信设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多模功率放大器，其包括具有多个功率模式的可调功率放大模块、连接于所述可调功率放大模块前端的前端匹配电路和连接于所述可调功率放大模块后端的后端匹配电路。输入射频信号依次经过前端匹配电路、可调功率放大模块和后端匹配电路得到输出射频信号。所述可调功率放大模块对输入的射频信号进行功率放大，所述可调功率放大模块包括复数个可控功率放大单元，通过使能或/和非使能所述可控功率放大单元来调整所述可调功率放大模块的增益，进而使得所述可调功率放大模块工作于不同的功率模式。这样只需要一个可调功率放大模块就可以实现多种功率模式，并且这种方式能降低成本，节省面积。
Description
【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((Multi-ModePower Amplifier)。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(lowpower mode，LPM)、中功率模式(middle power mode，MPM)、高功率模式(highpower mode，HPM)。多模功率放大器被广泛应用于3G/4G手机中。
图1示出了现有技术中一种典型的多模功率放大器。如图1所示，所述多模功率放大器包括三条功率放大路径，分别为低功率放大路径、中功率放大路径和高功率放大路径，每个功率放大路径上都包括有第一开关电路、输入匹配电路、功率放大模块(QL、QM或QH)、输出匹配电路和第二开关电路。在低功率模式时，通过控制各个开关电路使得低功率放大路径导通，其它功率放大路径截止，输入射频信号RF IN经过低功率放大路径后得到功率放大后的射频输出信号RF OUT。在中功率模式时，通过控制各个开关电路使得中功率放大路径导通，其它功率放大路径截止，输入射频信号RF IN经过中功率放大路径后得到功率放大后的射频输出信号RF OUT。在高功率模式时，通过控制各个开关电路使得高功率放大路径导通，其它功率放大路径截止，输入射频信号RF IN经过高功率放大路径后得到功率放大后的射频输出信号RF OUT。
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如下缺点：1、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；2、需要针对每个模式开发单独的功率放大路径，设计周期长，开发成本高；3、此类架构的多模功率放大器占用的面积较大，等等。
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，其占有较小的面积，成本较低，各个模式之间的相位跳变较小。
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，该多模功率放大器占有较小的面积，成本较低，各个模式之间的相位跳变较小。
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，其包括具有多个功率模式的可调功率放大模块、连接于所述可调功率放大模块前端的前端匹配电路和连接于所述可调功率放大模块后端的后端匹配电路。输入射频信号依次经过前端匹配电路、可调功率放大模块和后端匹配电路得到输出射频信号。所述可调功率放大模块对输入的射频信号进行功率放大，所述可调功率放大模块包括复数个可控功率放大单元，通过使能或/和非使能所述可控功率放大单元来调整所述可调功率放大模块的增益，进而使得所述可调功率放大模块工作于不同的功率模式。
进一步的，各个可控功率放大单元的基极互相连接后作为可调功率放大模块的输入端，各个可控功率放大单元的射极接地，各个可控功率放大单元的集电极互相连接后作为可调功率放大模块的输出端，通过控制各个可控功率放大单元的基极的偏置电压可使能和非使能对应的可控功率放大单元。
更进一步的，在所述可调功率放大模块工作于一个功率模式时，其使能一预定数目个可控功率放大单元，非使能其余的可控功率放大单元；在所述可调功率放大模块工作于另一个功率模式时，其使能另一预定数目个可控功率放大单元，非使能其余的可控功率放大单元。
再进一步的，至少有部分功率放大单元即在其中的一种功率模式下被使能，又在另一种功率模式下被使能。
再进一步的，所述前端匹配电路和/或后端匹配电路为可调的，以匹配所述可调功率放大模块的不同的功率模式。
根据本发明的另一个方面，本发明提供了一种移动通信终端，其包括多模功率放大器。所述多模功率放大器，其包括具有多个功率模式的可调功率放大模块、连接于所述可调功率放大模块前端的前端匹配电路和连接于所述可调功率放大模块后端的后端匹配电路。输入射频信号依次经过前端匹配电路、可调功率放大模块和后端匹配电路得到输出射频信号。所述可调功率放大模块对输入的射频信号进行功率放大，所述可调功率放大模块包括复数个可控功率放大单元，通过使能或/和非使能所述可控功率放大单元来调整所述可调功率放大模块的增益，进而使得所述可调功率放大模块工作于不同的功率模式。
与现有技术相比，在本发明中的多模功率放大器中具有一个可调功率放大模块，该可调功率放大模块包括有复数并联的可控功率放大单元，通过使能或/和非使能该可调功率放大模块中的可控功率放大单元可以调整所述该可调功率放大模块的总体增益。这样只需要一个可调功率放大模块就可以实现多种功率模式，相对于现有技术中针对每个功率模式设计单独的功率放大模块的方式，本发明中的这种方式更能降低成本，节省面积。
进一步的，由于只有一条功率放大路径，各个模式之间的不连续的相位跳变非常小，甚至没有，通讯质量不会因为模式切换而受到影响或影响很小。
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为现有技术中的一种典型多模功率放大器的结构框图；
图2为本发明中的多模功率放大器的第一实施例的结构框图；
图3为图2中的可调功率放大模块在一个实施例中的电路示意图；
图4示出了本发明中的多模功率放大器的第二实施例的结构框图。
【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2示出了本发明中的多模功率放大器的第一实施例200的方框示意图。所述多模功率放大器200包括输入匹配电路210、可调功率放大模块220和输出匹配电路230。输入匹配电路210的输入端接射频输入信号RFIN，输出端接可调功率放大模块220的输入端，可调功率放大模块220的输出端接输出匹配电路230的输出端，输出匹配电路230通过其输出端输出功率放大后的射频输出信号RFOUT。输入匹配电路210也可以称之为可调功率放大模块220的前端匹配电路，输出匹配电路220也可以称之为可调功率放大模块220的后端匹配电路。在工作时，射频输入信号RFIN依次经过输入匹配电路210、可调功率放大模块220和输出匹配电路230后得到射频输出信号RFOUT。
所述输入匹配电路210对多模功率放大器的输入阻抗进行匹配，所述输出匹配电路230对多模功率放大器的输出阻抗进行匹配。所述可调功率放大模块220可以对输入的射频信号进行功率放大，所述可调功率放大模块220的增益是可调的。
图3示出了图2中的可调功率放大模块220在一个实施例中的电路示意图。如图3所示，所述可调功率放大模块220包括复数个可控功率放大单元Q1、Q2、Qn。各个可控功率放大单元的基极互相连接后作为可调功率放大模块220的输入端，各个可控功率放大单元的射极接地，各个可控功率放大单元的集电极互相连接后作为可调功率放大模块220的输出端。通过控制各个可控功率放大单元的基极的偏置电压Vb可以使能和非使能对应的可控功率放大单元，比如对于功率放大单元Q1来说，控制其基极的偏置电压Vb，可以控制该功率放大单元Q1是否工作，如果工作，则该功率放大单元Q1对输入的信号进行一定程度的功率放大。这些可控功率放大单元总起来形成可调功率放大模块，来对输入信号进行功率放大。
在一个实施例中，所述可调功率放大模块220具有三个功率模式，分别为低功率模式、中功率模式和高功率模式。比如，在低功率模式时，输出功率Po≤8dBm，在中功率模式时，8dBm<Po≤19dBm，在高功率模式时，19dBm<Po≤28dBm。在可调功率放大模块220为低功率模式时，使能第一数目个可控功率放大单元，非使能其余的可控功率放大单元，从而调整了可调功率放大模块220的整体增益，使得其输出功率符合规定的低功率模式范围。在可调功率放大模块220为中功率模式时，使能第二数目个可控功率放大单元，非使能其余的可控功率放大单元，从而调整了可调功率放大模块220的整体增益，使得其输出功率符合规定的中功率模式范围。在可调功率放大模块220为高功率模式时，使能第三数目个可控功率放大单元，非使能其余的可控功率放大单元，从而调整了可调功率放大模块220的整体增益，使得其输出功率符合规定的高功率模式范围。其中第一数目小于第二数目，第二数目小于第三数目，比如第一数目为100，第二数目为400，第三数目为1000。在不同的功率模式时，有些功率放大单元都是复用的，比如在高功率模式时，可以用到低功率模式时的功率放大单元，在中功率模式时，也可以用到低功率模式时的功率放大单元。换句话说，至少有部分功率放大单元即在其中的一种功率模式下被使能，又在另一种功率模式下被使能。
在低功率模式时，所述可调功率放大模块220中只有少部分的功率放大单元被使能以进行功率放大，在中功率模式时，所述可调功率放大模块220中有较多部分的功率放大单元被使能以进行功率放大，在高功率模式时，所述可调功率放大模块220中有最多部分的功率放大单元被使能以进行功率放大。这样，相对于现有技术中的独立的三个功率放大模块来说，所述可调功率放大模块220复用了很多的功率放大单元。因此在实现同样三个功率模式时，所述可调功率放大模块220将占用更小的面积，同时设计开发的成本也会降低。
从另一个方面来说，在三个不同的功率模式时，都采用了同一条功率放大路径，即射频信号RFIN都是经过输入匹配电路、可调功率放大模块和输出匹配电路后得到射频输出信号RFOUT，这样各个模式之间的不连续的相位跳变非常小，甚至没有，通讯质量不会因为模式切换而受到影响或影响很小。
在一个改进的实施例中，所述可调功率放大模块200的功率模式可以设计为四个、五个、甚至更多，从设计开发的角度，只需要使能不同数目的可控功率放大单元的就可以了，因此对于本发明中的可调功率放大模块的方案来说，增加功率模式对于开发设计来讲相对简单很多，开发成本较低。
图4为本发明中的多模功率放大器的第二实施例400的结构框图。如图4所示，所述多模功率放大器400包括输入匹配电路410、初级可调功率放大模块420、级间匹配电路430、末级可调功率放大模块440和输出匹配电路450。与图2示出的多模功率放大器200相比，所述多模功率放大器400中采用了两级功率放大的结构，即采用了两级可调功率放大模块。每级可调功率放大模块都包括有复数个可控功率放大单元，通过使能和非使能其中的部分可控功率放大单元，可以调整每级可调功率放大模块的整体增益，从而最终改变多模功率放大器400的功率模式。从另一个角度来讲，输入匹配电路410也可以称之为初级可调功率放大模块420的前端匹配电路，级间匹配电路430也可以称之为初级可调功率放大模块420的后端匹配电路，级间匹配电路430也可以称之为末级可调功率放大模块440的前端匹配电路，输出匹配电路450也可以称之为末级可调功率放大模块440的后端匹配电路，。
在其它实施例中，还可以采用更多级的可调功率放大模块，每级可调功率放大模块都可以通过使能或非使能其中的功率放大单元来调整自身的增益。
在一个优选的实施例中，所述多模功率放大器中的输入匹配电路和输出匹配电路都可以设计为可调的，以匹配可调功率放大模块的不同的功率模式。比如可调功率放大模块具有低、中和高三种功率模式，输入匹配电路也设计为低、中和高三种匹配模式，输出匹配电路也设计为低、中和高三种匹配模式，在可调功率放大模块为低功率模式时，输入匹配电路和输出匹配电路都调整为低匹配模式，相应的，在可调功率放大模块为中功率模式时，输入匹配电路和输出匹配电路都调整为中匹配模式，在可调功率放大模块为高功率模式时，输入匹配电路和输出匹配电路都调整为高匹配模式。这样可以实现匹配电路的精确匹配，得到更好的性能。所述匹配电路的不同的匹配模式之间也复用了很多匹配电路单元，比如在中匹配模式时可能会用到低匹配模式时的部分匹配电路单元，在高匹配模式时可能会用到中匹配模式时的部分匹配单元，从而实现很好的服用。
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 (3)
1.一种多模功率放大器，其特征在于，其包括具有多个功率模式的可调功率放大模块、连接于所述可调功率放大模块前端的前端匹配电路和连接于所述可调功率放大模块后端的后端匹配电路，输入射频信号依次经过前端匹配电路、可调功率放大模块和后端匹配电路得到输出射频信号，
所述可调功率放大模块对输入的射频信号进行功率放大，所述可调功率放大模块包括复数个可控功率放大单元，通过使能或/和非使能所述可控功率放大单元来调整所述可调功率放大模块的增益，进而使得所述可调功率放大模块工作于不同的功率模式，
各个可控功率放大单元的基极互相连接后作为可调功率放大模块的输入端，各个可控功率放大单元的射极接地，各个可控功率放大单元的集电极互相连接后作为可调功率放大模块的输出端，通过控制各个可控功率放大单元的基极的偏置电压可使能和非使能对应的可控功率放大单元，
在所述可调功率放大模块工作于一个功率模式时，其使能一预定数目个可控功率放大单元，非使能其余的可控功率放大单元；在所述可调功率放大模块工作于另一个功率模式时，其使能另一预定数目个可控功率放大单元，非使能其余的可控功率放大单元，
至少有部分功率放大单元即在其中的一种功率模式下被使能，又在另一种功率模式下被使能。
2.根据权利要求1所述的多模功率放大器，其特征在于，所述前端匹配电路和/或后端匹配电路为可调的，以匹配所述可调功率放大模块的不同的功率模式。
3.一种移动通信终端，其包括如权利要求1-2任一所述的多模功率放大器。
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