CN103376811B - 功率模块 - Google Patents

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Abstract

一种功率模块，包含线性放大器以及直流对直流转换器。线性放大器具有正输入端、负输入端、以及输出端，其中正输入端用于接收第一控制信号，输出端用于输出第一适应性电源电压，而输出端更反馈至负输入端；以及直流对直流转换器接收第二控制信号，并用于供给第二适应性电源电压至线性放大器，其中第一适应性电源电压完全重建射频信号的包络，且第二适应性电源电压追踪第一适应性电源电压的包络。以上所述的功率模块能有效地降低整个系统的功率消耗。

Description

功率模块
技术领域
本发明有关于一种功率模块，且特别有关于可执行包络跟踪(EnvelopeTracking，ET)的功率模块。
背景技术
功率放大器(PowerAmplifier，PA)为通讯系统中的一个重要组件。现有技术中，通讯系统都会供给一个固定电源电压(supplyvoltage)至功率放大器。此固定电源电压通常都会远大于功率放大器的输出信号的峰值(PeakValue)，因而导致无谓的功率浪费。
因此，有必要设计一种新的功率模块，其可于通讯系统中进行功率管理，使得功率放大器的功率消耗因而有效地降低。
发明内容
有鉴于此，特提供以下技术方案：
本发明的实施方式提供一种功率模块，用于供给适应性电源电压至功率放大器，所述功率放大器产生射频信号，且所述功率模块包含线性放大器以及直流对直流转换器。线性放大器用于供给第一适应性电源电压至该功率放大器；以及直流对直流转换器用于供给第二适应性电源电压至该线性放大器，其中第一适应性电源电压完全重建射频信号的包络，且第二适应性电源电压追踪第一适应性电源电压的包络。
本发明的实施方式另提供一种功率模块，包含线性放大器以及直流对直流转换器。线性放大器具有正输入端、负输入端、以及输出端，其中正输入端用于接收第一控制信号，输出端用于输出第一适应性电源电压，而输出端更反馈至负输入端；以及直流对直流转换器接收第二控制信号，并用于供给第二适应性电源电压至线性放大器，其中第一适应性电源电压完全重建射频信号的包络，且第二适应性电源电压追踪第一适应性电源电压的包络。
以上所述的功率模块可以根据基带信号供给适应性电源电压至线性放大器和功率放大器，因此能有效地降低整个系统的功率消耗。
附图说明
图1是根据本发明实施例的功率模块的示意图；
图2是根据本发明另一实施例的功率模块的示意图；
图3是根据本发明实施例的第一适应性电源电压和射频信号的波形图；
图4A是根据本发明实施例的第一种包络跟踪方法的示意图；
图4B是根据本发明实施例的第二种包络跟踪方法的示意图；
图4C是根据本发明实施例的第三种包络跟踪方法的示意图。
具体实施方式
在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定的元件。所属技术领域的技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异作为区分的准则。在通篇说明书及权利要求项中所提及的“包含”为一开放式的用语，故应解释成“包含但不限定于”。此外，“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述第一装置耦接于第二装置，则代表第一装置可直接电气连接于第二装置，或透过其它装置或连接手段间接地电气连接至第二装置。
图1是根据本发明实施例的功率模块100的示意图。如图1所示，功率模块100至少包含线性放大器110和直流对直流转换器(DC-to-DCConverter)120。线性放大器110具有正输入端、负输入端，以及输出端，其中正输入端用于接收第一控制信号SC1，输出端用于输出第一适应性电源电压VA1，而输出端更反馈至负输入端。线性放大器110用于侦测正输入端和负输入端之间的电压差，并以一个增益系数(gainfactor)来放大该电位差，以于输出端处输出第一适应性电源电压VA1。由于所述增益系数通常非常大(理想值为无限大)，因此正输入端的电压将会大致等于负输入端的电压。直流对直流转换器120接收第二控制信号SC2，并根据第二控制信号SC2供给第二适应性电源电压VA2至线性放大器110。应注意的是，第一控制信号SC1和第二控制信号SC2彼此互相关联。第一适应性电源电压VA1和第二适应性电源电压VA2的详细内容将于之后的段落中解释。在一些实施例中，第一控制信号SC1的波形会与第二控制信号SC2的波形相似。在一个较佳实施例中，线性放大器110可以供给第一适应性电源电压VA1至其他电子组件，例如：功率放大器，以执行包络跟踪并节省功率消耗。
图2是根据本发明另一实施例的功率模块200的示意图。如图2所示，功率模块200可以包含：线性放大器110、直流对直流转换器120、映射电路130、基带电路140、功率放大器150、本地振荡器160、混频器170、降压转换器(BuckConverter)180、分压电路190、电感器L1、以及电容器C1。值得注意的是，本发明并不限于此，功率模块200更可包含其他通讯相关组件，例如：滤波器、驱动器。
基带电路140可产生基带信号SB，并分别传送基带信号SB至映射电路130和混频器170。功率放大器150经由混频器170耦接至基带电路140。线性放大器110供给第一适应性电源电压VA1至功率放大器150。本地振荡器160产生振荡信号S1。混频器170根据基带信号SB和振荡信号S1产生混频信号S2。功率放大器150进一步放大混频信号S2以输出一射频(RadioFrequency，RF)信号S3。
在一个较佳实施例中，映射电路130可以是包络跟踪(EnvelopeTracking，ET)映射电路。映射电路130接收基带信号SB，并根据基带信号SB产生第一控制信号SC1和第二控制信号SC2。在一些实施例中，至少二张映射表被事先存储于映射电路130之中。映射电路130可以通过查询第一映射表，将基带信号SB映射为第一控制信号SC1，并通过查询第二映射表，将基带信号SB映射为第二控制信号SC2。更详细地说，映射电路130从基带信号SB取得I/Q信道量信息(InformationofI/Q(In-phase/Quadrature)ChannelMagnitude)，再使用该I/Q信道量信息来预测将要由线性放大器110输出的第一适应性电源电压VA1，以及预测将要由功率放大器150输出的射频信号S3。接着，映射电路130再根据此预测结果，产生第一控制信号SC1和第二控制信号SC2。在一个较佳实施例中，第二适应性电源电压VA2大致追踪第一适应性电源电压VA1的包络(Envelope)，而第一适应性电源电压VA1大致追踪射频信号S3的包络，因此可以同时降低线性放大器110和功率放大器150的功率消耗。
线性放大器110的输出端可以经由分压电路190反馈至线性放大器110的负输入端。在一些实施例中，分压电路190包含第一电阻器R1、第二电阻器R2、以及第三电阻器R3。第一电阻器R1耦接于接地电压VSS(例如：0V)和节点N1之间。第二电阻器R2耦接于线性放大器110的输出端和节点N1之间。第三电阻器R3耦接于节点N1和线性放大器110负输入端之间。值得注意的是，分压电路190并非必要组件。在其他实施例中，分压电路190也可从功率模块200中移除。
降压转换器180耦接至工作电压VDD。降压转换器180具有第一输入端、第二输入端，以及降压输出端，其中第一输入端用于从映射电路130接收第一控制信号SC1，第二输入端用于在线性放大器110的输出端处读取电压值V或电流值I，而降压输出端耦接至功率放大器150。在一些实施例中，降压转换器180根据在第一输入端和第二输入端所接收的信号，将工作电压VDD转换成为在降压输出端的低电位VL。另外，电感器L1可以耦接于降压输出端和功率放大器150之间，以阻挡交流(AC)成分信号；而电容器C1可以耦接于线性放大器110的输出端和功率放大器150之间，以阻挡直流(DC)成分信号。大致来说，降压转换器180供给直流成分信号至功率放大器150，而线性放大器110供给交流成分信号至功率放大器150。降压转换器180的设置有助于改善线性放大器110的散热情况。值得注意的是，降压转换器180、电感器L1、以及电容器C1并非必要组件，在其他实施例中，它们也可从功率模块200中移除。
图3是根据本发明实施例的第一适应性电源电压VA1和射频信号S3的波形图，其中横轴代表时间，纵轴代表振幅(单位：电压(Voltage))。如图3所示，第一适应性电源电压VA1大致追踪射频信号S3的包络，使得第一适应性电源电压VA1和射频信号S3之间的电压差变得很小。因此，功率放大器150的功率消耗可以有效地降低。相似地，第二适应性电源电压VA2也可大致追踪第一适应性电源电压VA1的包络，从而降低线性放大器110的功率消耗。本发明主要提供三种包络跟踪的方法，这些方法将在之后的段落进行介绍。
图4A是根据本发明实施例的第一种包络跟踪方法的示意图。如图4A所示，射频信号S3具有复杂的波形，然而第一适应性电源电压VA1仅具有一个固定的电压电位，所述固定的电压电位大于或等于射频信号S3的峰值。第一种包络跟踪方法是于功率模块中降低能量浪费的最简单的方法，其仅需要简单的电路即可实施。
图4B是根据本发明实施例的第二种包络跟踪方法的示意图。如图4B所示，第一适应性电源电压VA的波形包含多个动态窗格(DynamicSlotWindows)410-1、410-2、…、410-N，而所述多个动态窗格410-1、410-2、…、410-N的组合形成类似于射频信号S3的包络的形状。在本实施例中，第一适应性电源电压VA1系粗略而动态地追踪射频信号S3的包络。第二种包络跟踪方法需要比第一种包络跟踪方法更复杂的电路来实施。
图4C是根据本发明实施例的第三种包络跟踪方法的示意图。如图4C所示，第一适应性电源电压VA1完全重建射频信号S3的包络。在本实施例中，第一适应性电源电压VA1和射频信号S3将具有完全相同的波形。第三种包络跟踪方法是于功率模块中降低能量浪费的最有效的方法，其所需的电路也是三种方法中最复杂的。
值得说明的是，第一适应性电源电压VA1和射频信号S3之间的关系也可相似于第二适应性电源电压VA2和第一适应性电源电压VA1之间的关系。换句话说，在图4A-4C所示的第一适应性电源电压VA1和射频信号S3，可以分别将其替换为第二适应性电源电压VA2和第一适应性电源电压VA1，也能适用本发明。第二适应性电源电压VA2可根据前述的三种方法来追踪第一适应性电源电压VA1的包络。
图4A-4C所示的三种包络跟踪方法皆可用功率模块100、200来执行。功率模块100、200可以预测功率放大器150的输出值，并以前述的方式来据此产生第一适应性电源电压VA1和第二适应性电源电压VA2。
在一个较佳实施例中，直流对直流转换器120可以是适应性电压发生器(AdaptiveVoltageGenerator，AVG)。直流对直流转换器120可以用电感式开关转换器(Inductor-baseSwitchingConverter)或电容式开关转换器(Capacitor-baseSwitchingConverter)来实现。
本发明的功率模块可以根据基带信号供给适应性电源电压至线性放大器和功率放大器，因此能有效地降低整个系统的功率消耗。特别是在当前的3G/4G通讯系统中，交流电源电压(ACSupplyVoltage)为影响功率放大器的效率的主要因素，故本发明特整合了线性放大器来适当地操控此交流电源电压。
在本说明书以及权利要求书中的序数，例如“第一”、“第二”、“第三”等等，彼此之间并没有顺序上的先后关系，其仅用于标示区分两个具有相同名字的不同组件。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (15)

1.一种功率模块，用于供给适应性电源电压至功率放大器，该功率放大器产生射频信号，且该功率模块包含：
线性放大器，用于供给第一适应性电源电压至该功率放大器；以及
直流对直流转换器，用于供给第二适应性电源电压至该线性放大器，其中所述第一适应性电源电压完全重建所述射频信号的包络，且所述第二适应性电源电压追踪所述第一适应性电源电压的包络。
2.如权利要求1所述的功率模块，其特征在于：其中该第二适应性电源电压的波形包含多个动态窗格，而该多个动态窗格的组合形成类似于该第一适应性电源电压的包络的形状。
3.如权利要求1所述的功率模块，其特征在于：该第二适应性电源电压重建该第一适应性电源电压的包络。
4.如权利要求1所述的功率模块，更包含：
映射电路，用于根据基带信号，控制该线性放大器和该直流对直流转换器。
5.如权利要求4所述的功率模块，其特征在于：该映射电路从该基带信号取得I/Q信道量信息。
6.如权利要求4所述的功率模块，更包含：
降压转换器，耦接至工作电压，其中该降压转换器具有第一输入端、第二输入端，以及降压输出端，该第一输入端用于从该映射电路接收控制信号，该第二输入端用于在该线性放大器的输出端处读取电压值或电流值，而该降压输出端耦接至该功率放大器，其中该映射电路根据该基带信号产生该控制信号。
7.如权利要求6所述的功率模块，更包含：
电感器，耦接于该降压输出端和该功率放大器之间；以及
电容器，耦接于该线性放大器的该输出端和该功率放大器之间。
8.如权利要求1所述的功率模块，更包含：
分压电路，其中该线性放大器的输出端经由该分压电路反馈至该线性放大器的负输入端。
9.如权利要求8所述的功率模块，其特征在于：该分压电路包含：
第一电阻器，耦接于接地电压和节点之间；
第二电阻器，耦接于该线性放大器的该输出端和该节点之间；以及
第三电阻器，耦接于该节点和该线性放大器的该负输入端之间。
10.如权利要求1所述的功率模块，其特征在于：该直流对直流转换器为适应性电压发生器。
11.如权利要求1所述的功率模块，其特征在于：该直流对直流转换器是以电感式开关转换器来实施。
12.如权利要求1所述的功率模块，其特征在于：该直流对直流转换器是以电容式开关转换器来实施。
13.一种功率模块，包含：
线性放大器，具有正输入端、负输入端、以及输出端，其中该正输入端用于接收第一控制信号，该输出端用于输出第一适应性电源电压，而该输出端更反馈至该负输入端；以及
直流对直流转换器，接收第二控制信号，并用于供给第二适应性电源电压至该线性放大器，其中所述第一适应性电源电压完全重建射频信号的包络，且所述第二适应性电源电压追踪所述第一适应性电源电压的包络。
14.如权利要求13所述的功率模块，其特征在于：该第一控制信号和该第二控制信号与基带信号关联。
15.如权利要求13所述的功率模块，其特征在于：其中该第二适应性电源电压的波形包含多个第二动态窗格，而该多个第二动态窗格的组合形成类似于该第一适应性电源电压的包络的形状。
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