CN102812633B - 并联校正放大器 - Google Patents

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Abstract

公开了一种电源级及其控制方法，该电源级包括：用于根据代表期望电源的参考信号来生成中间电源信号的装置；和多个调节装置，所述多个调节装置中的每一个都被设置为根据生成的中间电源信号和所述参考信号来生成跟踪所述参考信号的经调节的电源信号。

Description

并联校正放大器
发明背景
技术领域
本发明涉及调制电源级，该调制电源级包括开关电源（switchedsupply）和用于校正开关电源中的误差以生成调制电源电压的校正级。本发明具体地（但是非专门地）与将调制电源电压提供到RF放大器有关。
现有技术的描述
英国专利No.2398648描述了一种包括开关电源级和误差校正级的特别有利的调制电源级。开关电源级根据在优选实施例中代表将由RF（射频）放大器来放大的信号的参考信号选择多个电源电压中的一个。误差校正级包括误差校正放大器，并且提供用于校正开关电源电压中的误差的误差校正电压，从而将更加准确的电源电压传递到RF放大器。
设置误差校正级以实现开关电源级的快速校正。在输出功率和带宽之间存在折衷。由于更高功率校正放大器的增加的寄生要素和结合部件，输出功率的增加容易导致带宽的减小。
此外，当有利地使用变压器来将开关电源电压和误差校正电压结合时，对于增加的功率处理所必要的变压器尺寸的增加导致增加的漏电感、绕组间电容、以及随之引起的带宽损失。
本发明的目的是提供一种针对在英国专利No.2398648中描述的有利的调制电源的改进，并且具体地，提供在误差校正级中的改进。
发明内容
根据本发明，提出了一种电源级，该电源级包括：用于根据代表期望电源的参考信号来生成中间电源信号的装置；和多个调节装置，所述多个调节装置中的每一个都被设置为根据生成的中间电源信号和所述参考信号来生成跟踪所述参考信号的经调节的电源信号。
可以进一步设置有电流求和装置，所述电流求和装置用于对多个生成的经调节的电源信号进行求和，以提供具有更高的输出电流能力的输出电源电压。该更高的输出电流能力优选地为比任何单独的经调节的电源信号的电流能力高的电流能力。
输出电源级可以被提供作为到RF放大器的电源信号。
每一个经调节的电源信号被提供作为到包括相应的多个RF放大器的RF放大器级的电源信号，每一个经调节的电源信号提供用于一个RF放大器的电源。
用于生成电源信号的装置可以被设置为根据所述参考信号来选择多个电源电压中的一个。
可以设置用于将所述电源信号与多个校正信号中的每一个结合以生成多个经调节的电源信号的多个结合装置。每一个调节装置可以包括用于生成校正信号的校正放大器，其中，每一个校正放大器接收代表在所述参考信号和所述经调节的电源信号的总和之间的差的信号作为输入。每一个结合装置可以包括变压器。所述电源信号可以连接到每一个变压器的原级绕组的接头，并且各个校正信号连接到每一个变压器的次级绕组的接头，经调节的电源信号形成在每一个变压器的所述次级绕组的另一个接头。
所述求和装置可以包括所述变压器的在其上形成了所述经调节的电源信号的所述接头之间的连接。
所述中间电源信号可以是电压源信号并且所述经调节的电源信号是电压源信号。
根据本发明，提出了一种生成输出电源信号的方法，所述方法包括以下步骤：根据代表期望电源的参考信号来生成中间电源信号；以及，根据所述中间电源信号和所述参考信号来生成跟踪所述参考信号的多个经调节的电源信号。
所述方法可以进一步包括以下步骤：将所述多个经调节的电源电压提供作为到相应的多个并联连接的放大器的电源信号。
所述方法可以进一步包括以下步骤：对所述多个经调节的电源信号求和以提供输出电源电压。
所述方法可以进一步包括以下步骤：将经求和后的经调节的电源电压提供作为到放大器的电源信号。
生成中间电源信号的步骤可以包括根据所述参考信号来选择多个电源电压中的一个。
所述方法可以进一步包括以下步骤：代表在所述参考信号和输出信号之间的误差的校正信号，生成所述参考信号的多个放大的版本，以及将每一个放大的版本与所述中间电源信号结合以生成多个经调节的电源信号。
附图说明
现在将参考附图描述本发明，其中：
图1例示了包含校正级的示例性的调制电源级，该校正级包括根据本发明的并联校正放大器；
图2例示了用于使用变压器结合器传递电源电压的图1的校正级的示例实施方式；以及
图3例示了用于将电源电压传递到并联RF放大级的图1的校正级的示例实施方式。
具体实施方式
现在参考示例性实施方式通过示例的方式来描述本发明。本领域技术人员将认识到，为了便于理解而描述实施方式，并且本发明不限于所描述的任何实施方式的具体内容。本发明的范围由所附权利要求限定。
在下面的描述中，在不同的图中使用相同的附图标记，附图标记在一个图中指示的元件对应于在另一个图中的元件。
图1例示了根据本发明的原理的调制电源的示例性实施方式。该示例性实施方式基于在英国专利No.2398648中公开的调制电源结构。一般地由附图标记100指示的示例性调制电源生成来自开关电源级的粗略的电源电压。包括校正放大器的校正级提供用于所述粗略的电源电压的高带宽校正，使得调制电源的输出电压为经校正的电压。
根据将在下面进一步地讨论的本发明的原理，校正级的校正放大器实施为两个或更多个并联放大器。这实现了在调制电源级的操作和实施方面的改进，以及在其中实施了调制电源级的总体架构的操作和实施方面的改进。
进一步参考图1，调制电源级100包括差分块102、开关电源级104和缩放块150，这通常可以被认为是粗略电源级。
差分块102接收在输入线路112上的参考信号REF作为第一输入。参考信号REF代表将由RF放大器放大的信号，针对该信号，调制电源级将生成电源电压。参考信号REF例如可以是表示将由RF放大器放大的信号的包络。
差分块102的输出形成到开关电源级104的输入。如在现有技术中已知的，开关电源级被设置为根据在其输入端的信号而在其输出端生成从多个确定的电压电平中的一个生成的电压。然而，本发明不限于开关电源的使用。
开关电源级104的在线路116上的输出为经切换的电压源VSW。经切换的电压源VSW形成到缩放块150的输入，该缩放块150在将信号提供作为到差分块102的第二输入之前对该信号进行缩放。因此，差分块102生成到开关电源的输出，该输出代表在（理想的）参考信号和开关电源的输出端的实际信号之间的误差。根据该误差信号，开关电源104切换在其输出端的电源信号。
图1没有描绘出粗略电源级的完整的实施，它也没有必要描绘出粗略电源级的必要元件。如在现有技术中已知的，差分块102、开关电源级104和缩放块150示例性地说明示例性实施方式，并且也可以要求包括另外的功能元件。例如，在开关电源级104的输出端可以要求输出滤波器。本发明不涉及粗略电源级的实施，并且本领域技术人员将理解的是，针对例示出的粗略电源级的替代、修改或改进是可能的。
进一步参考图1，调制电源级100还包括差分块106、校正级160（下面将进一步详细地描述）、电流结合器级178和缩放块152，这通常可以被认为是误差校正路径。
差分块106接收在线路129上的经延迟的参考信号REF（表示为REF延迟）作为第一输入。在线路129上的经延迟的参考信号REF延迟由延迟块131生成，该延迟块131接收在线路112上的参考信号作为它的输入。
差分块106的输出形成到校正级160的输入，根据本发明的原理，该校正级160包括两个或更多个并联的校正放大器。在例示的示例中，为了清楚和简明，示出了两个并联的校正放大器。然而，一般地，本领域技术人员将理解的是，本发明的原理扩展到任何数量的并联校正放大器n。
n个放大器中的每一个的高频率带宽大于具有n倍的功率处理能力的单个放大器的带宽。
示例性的校正级160示例性地包括第一校正放大器162、第二校正放大器164、第一结合器170和第二结合器172。
第一校正放大器162和第二校正放大器164中的每一个接收差分块106的输出作为输入。第一校正放大器和第二校正放大器中的每一个分别生成在线路166和168上的输出，所述输出分别形成到结合器170和结合器172的输入。一般地，对于n个并联校正放大器，设置了n个结合器。由在线路116上的经切换的电压源VSW提供针对结合器170和结合器172中的每一个的第二输入。每一个结合器170和172因此将相应的校正放大器170和172的输出与开关电源电压VSW结合以在结合器170和172的输出端提供在输出线路174和176上的相同的校正电源电压。校正级160因此在其输出端提供多个相同的经校正的开关电源电压。一般地，校正级160提供n个经校正的开关电源电压。
应该理解的是，校正级生成多个相同的校正电源电压代表理想的情形。在实际中，由于例如部件容差或操作条件，多个校正电源电压可能不是相同的。校正电源电压因此可以理解为基本上相同。
一般地，可以认为，校正级设置多个调节装置，每一个调节装置被设置为根据来自开关电源的电源信号和参考信号生成跟踪参考信号的经调节的选定的电源电压。
在第一实施方式中，如在图1中所示，设置结合器级178，该结合器级178接收在线路174和176上的经校正的开关电源电压作为输入。相同的经校正的开关电源电压形成到结合器级178的电流结合器180的各个输入。电流结合器180结合经校正的开关电源电压以提供在线路120上的高功率的经校正的开关电源电压VOUT作为输出。一般地，结合器级178结合来自n个经校正的开关电源电压的电流以提供具有高电流能力的单个输出电压。
在线路120上的输出电压VOUT被反馈通过缩放块152，以提供到差分块106的第二输入。因此，校正级的校正放大器操作以放大输出电压与延迟的(理想)参考信号比较后的误差。
在校正级中的两个或更多个并联放大器的设置实现了在没有高频率带宽损失的情况下的更高的输出功率。为了利用单个校正放大器产生相同的输出功率，将会存在高的频率带宽损失。
按照相同的原理，在校正级中的两个或更多个并联放大器的设置相对于相同的功率实现了扩展的高频率带宽。一般地，优点可能是增加的带宽和功率的混合。
因此，可以（i）在没有减小高频率带宽的情况下增加功率，或者(ii)在没有减小功率的情况下增加高频率带宽，或者(iii)前述两者的组合。
在优选布置中，结合器170和172实施为变压器。当结合器实施为变压器时，本发明具有特定的优点。与单个高功率校正放大器与单个更高功率的变压器-结合器一起地使用的情形相比，每一个变压器可以制造得更小一些并且具有增加的高频率带宽。
参考图2描述将变压器用作结合器170和172并且揭示结合器180的功能可以实现的方式的示例性实施方式。
校正放大器162的在线路166上的输出被提供作为到变压器202的原级绕组的第一接头的输入。变压器202的原级绕组的第二接头连接到电学上的地。变压器202的次级绕组的第一接头连接到在线路116上的开关电源电压VSW。变压器202的次级绕组的第二接头连接到输出信号线路174。按照这种方式，变压器的设置和连接导致在次级绕组的第二接头处生成的并且因此在线路174上生成的经校正的开关电源电压。
校正放大器164的在线路168上的输出被提供作为到变压器204的原级绕组的第一接头的输入。变压器204的原级绕组的第二接头连接到电学上的地。变压器204的次级绕组的第一接头连接到在线路116上的开关电源电压VSW。变压器204的次级绕组的第二接头连接到输出信号线路176。按照这种方式，变压器的设置和连接导致在次级绕组的第二接头处生成的并且因此在线路176上生成的经校正的开关电源电压。
按照这种方式，校正级160生成在线路174和176上的两个相同的经校正的开关电源电压。
接收经校正的开关电源电压的图2中的示例性结合级178通过电连接变压器的输出而结合来自经校正的开关电源电压的电流。因此已经看出，两个输出线路连接在一起，并且在线路120上提供经校正的开关电源电压输出VOUT。如在图2中所示的原理扩展到n个变压器，并且n个变压器输出电连接从而提供总的输出。
为了完整，在图2中，示出了RF放大器210，调制电源电压级可以被布置为将电源电压提供给该RF放大器。由在线路120上的经校正的开关电源电压来提供电源电压。示例性地，RF放大器放大在线路212上的输入信号并且提供在线路214上的经放大的输出。
每一个校正放大器162和164（以及相关联的变压器绕组）可以是从电源轨的两个二等分引出的推拉布置。然而，为了示例和简化的目的，在图2中基于单个电源轨来描述本发明。
根据上述的本发明的一般优点，因为变压器可以制造得物理地更小一些，所以由于减小的寄生要素（变压器的漏电感和绕组间电容），其中在线路174和176上的各个变压器输出信号结合以馈送到单个RF放大器的图2的布置实现了针对给定功率水平的增加的带宽。或者，可以在没有降低带宽的情况下提供更多的功率。为了实现该目的，相同尺寸和带宽的n个变压器（由n个校正放大器驱动）可以作为单级设计并联地使用以馈送到单个高功率的RF放大器。
然而，如在现有技术中已知的，由于与RF放大器所基于的晶体管相关联的限制，单个RF放大器可以操控的功率是有限制的。因此，在高功率放大的领域中已知的是，将RF放大器分为多个级，并且并联地设置两个或更多个RF放大器，它们连接以放大相同的输入信号并且将它们的输出结合。如此的并联放大器布置可以有利地与本发明结合。
在第二实施方式中，修改了上述的图1和图2的布置。参考图3对此进行示例说明。在图3中仅例示了对于理解修改所必要的图1的部分。
参考图3，图1的结合级178被省去。根据已知原理，由调制电源级提供电源电压的RF放大器被修改为两级并联的RF放大器302和304。两个RF放大器302和304连接以放大在线路306上的相同的输入信号，并且（通过没有示出的但是在本领域技术人员的范围内的方式）将它们的输出结合到输出线路308上。
在线路174和176上的两个相同的经过误差校正的开关电源电压分别连接到RF放大器302和304的电源端子。因此，在该第二实施方式中，来自两个校正放大器的经校正的电源电压没有被结合，而是直接地传递到相应的RF放大器。一般地，n个经校正的电源电压可以将电源电压传递到n个并联的RF放大器。进一步的修改也是可能的，例如，n个经校正的电源电压的一个或更多个子集结合以便于传递到多个RF放大器中的一个。
在图3中所示的根据第二实施方式的布置中，必要的是，来自n个校正放大器的各个经校正的电压信号结合，从而提供用于反馈路径的信号，以提供差分块106的第二输入。因此，在图3中例示了电压结合器310，该电压结合器接收在线路174和176上的经校正的电压信号作为输入，并且将结合的信号提供给缩放块152（参考图1的示例）。
在图3的示例性布置中，RF放大器302和304优选地是相同的。
通过在图3中所示的第二实施方式的布置可以实现另外的优点。理想的是，在电压源调制器的输出和RF晶体管的电源输入之间的路径长度尽可能地短。如这里所述，通过使用分布式的校正放大器，与使用单个高功率校正放大器的情形相比，到RF放大器的路径长度可以保持得更短一些。这获得了改善的高频率性能。
例如，在其中调制电源和放大级设置在分离的IC上的布置中，通过控制装置的物理输出和物理输入的位置，可以实现路径长度的减小。
为了举例说明本发明及其实施方式的目的，这里已经通过参考特定的示例和实施方式描述了本发明。本发明不限于这里描述的任何实施方式的具体内容。任何实施方式的任何特征可以与其它实施方式的特征相结合地实施，没有实施方式是例外的。本发明的范围由所附权利要求限定。

Claims (15)

1.一种电源级，所述电源级包括：用于根据代表期望电源的参考信号来生成中间电源信号的装置；多个调节装置，所述多个调节装置中的每一个都被设置为根据生成的中间电源信号和所述参考信号来生成跟踪所述参考信号的经调节的电源信号；和结合器，所述结合器用于结合多个经调节的电源信号以提供输出电源电压。
2.根据权利要求1所述的电源级，其中，所述结合器是提供具有更高输出电流能力的所述输出电源电压的电流求和装置。
3.根据权利要求2所述的电源级，其中，所述输出电源电压被提供作为到RF放大器的电源信号。
4.根据权利要求1到3中的任何一项所述的电源级，其中，用于生成中间电源信号的所述装置被设置为根据所述参考信号来选择多个电源电压中的一个。
5.根据权利要求2所述的电源级，其中，设置有用于将所述中间电源信号与多个校正信号中的每一个结合以生成所述多个经调节的电源信号的多个结合装置。
6.根据权利要求5所述的电源级，其中，每一个调节装置包括用于生成校正信号的校正放大器，其中，每一个校正放大器接收代表在所述参考信号和所述经调节的电源信号的总和之间的差的信号作为输入。
7.根据权利要求5或6所述的电源级，其中，每一个结合装置包括变压器。
8.根据权利要求7所述的电源级，其中，所述电源信号连接到每一个变压器的原级绕组的接头，并且各个校正信号连接到每一个变压器的次级绕组的接头，经调节的电源信号形成在每一个变压器的所述次级绕组的另一个接头上。
9.根据权利要求8所述的电源级，其中，所述求和装置包括在所述变压器的其上形成了所述经调节的电源信号的所述接头之间的连接。
10.根据权利要求1所述的电源级，其中，所述中间电源信号是电压源信号，并且所述经调节的电源信号是电压源信号。
11.一种生成输出电源信号的方法，所述方法包括以下步骤：根据代表期望电源的参考信号来生成中间电源信号；根据所述中间电源信号和所述参考信号来生成跟踪所述参考信号的多个经调节的电源信号；以及，对所述多个经调节的电源信号求和以提供输出电源电压。
12.根据权利要求11所述的方法，所述方法进一步包括以下步骤：将所述多个经调节的电源电压提供作为到相应的多个并联连接的放大器的电源信号。
13.根据权利要求11所述的方法，所述方法进一步包括以下步骤：将经求和后的经调节的电源电压提供作为到放大器的电源信号。
14.根据权利要求11到13中的任何一项所述的方法，其中，生成中间电源信号的步骤包括根据所述参考信号来选择多个电源电压中的一个。
15.根据权利要求11所述的方法，所述方法进一步包括以下步骤：代表在所述参考信号和输出信号之间的误差的校正信号，生成所述参考信号的多个放大的版本，以及将每一个放大的版本与所述中间电源信号结合以生成所述多个经调节的电源信号。
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