CN103650336A - 为功率放大器提供可切换阻抗变压器匹配的系统 - Google Patents

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CN103650336A CN201280033960.7A CN201280033960A CN103650336A CN 103650336 A CN103650336 A CN 103650336A CN 201280033960 A CN201280033960 A CN 201280033960A CN 103650336 A CN103650336 A CN 103650336A
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Abstract

为功率放大器提供可切换阻抗变压器匹配的系统。在示例性实现中，提供可切换阻抗匹配的放大器包括：作为该放大器的输出路径的一部分的输出电感器（L1）以及包括耦合至该输出电感器的第一电感器（L4）的第一放大器级，该第一电感器配置成响应于第一使能信号将由第一放大器级在第一功率电平上放大的信号耦合至该输出电感器。该放大器还包括第二放大器级，该第二放大器级包括耦合至该输出电感器的第二电感器（L5），该第二电感器配置成响应于第二使能信号将由该第二放大器级在第二功率电平上放大的信号耦合至该输出电感器。

Description

为功率放大器提供可切换阻抗变压器匹配的系统
背景
领域
本申请一般涉及放大器的操作和设计，尤其涉及为放大器（例如，功率放大器）提供可切换阻抗变压器匹配的系统。
背景
在来自便携式设备的传输期间，有效信号放大尤为重要。通常，此类设备包括功率放大器，该功率放大器使其输出功率根据由集总电路匹配所提供的、或者由将放大器输出耦合至输出发射路径的变压器所提供的负载线上最优阻抗来确定。此配置在高输出功率电平上产生良好效率，但在低输出功率电平上并不如此。
为了说明该问题，考虑蜂窝通信系统中向基站发射数据的便携式移动站。当基站在远处时，移动站增大其发射功率以确保与基站的正确通信。在高输出功率电平上时，移动站的放大器基于将放大器输出耦合至输出发射路径的单个固定阻抗非常高效地工作。然而，当移动站移动到更靠近基站时，移动站可降低其发射功率。在较低输出功率电平上时，移动站的放大器较为低效地工作，这是因为将放大器输出耦合至输出发射路径的单个固定阻抗在较低功率电平上提供较低的效率。此降低的效率意味着增大的功耗，这对于电池供电的便携式设备而言会非常成问题。
具有多个通信接口的便携式设备呈现出关于信号放大的其他问题。例如，具有无线LAN（WLAN）和蓝牙（BT）两个通信接口的便携式设备通常将一单独的放大器用于每个接口。不仅这种情况需要附加电路系统，而且将多个放大器耦合到发射路径中也会需要可能引入信号损耗的专用开关或者其他电路系统。
因此，期望具有在低功率电平和高功率电平上均提供高效操作的放大器，并且该放大器可被配置成为多个通信接口提供放大，由此节省功率、电路系统，并维持信号质量。
附图简要说明
通过参照以下结合附图考虑的描述，本文中所描述的以上方面将变得更易于明了，在附图中：
图1示出常规收发机；
图2示出提供高效功率放大和可切换阻抗变压器匹配的示例性系统；
图3示出根据图2所示系统提供可切换阻抗变压器匹配的示例性放大器；
图4示出图3的放大器以接收模式工作的示例性解说；
图5示出图3的放大器以高功率放大模式工作的示例性解说；
图6示出图3的放大器以低功率放大模式工作的示例性解说；
图7示出图3的放大器利用可切换电源电压的附加示例性实施例；
图8示出解说图7的放大器在各个输出功率电平上的效率的示例性曲线图；
图9示出包括图2的系统并进一步包括附加的超低功率路径的示例性系统；
图10示出根据图9所示系统提供可切换阻抗变压器匹配的示例性功率放大器；
图11示出解说图10的放大器在各个输出功率电平上的效率的示例性曲线图；
图12示出供在图3的放大器中使用的变压器的示例性实现；
图13示出供在图10的放大器中使用的变压器的示例性实现；
图14示出示例性放大器选择电路；
图15示出提供可切换阻抗变压器匹配的示例性放大器；
图16示出用于为功率放大器提供可切换阻抗变压器匹配的示例性方法；
图17示出提供可切换阻抗匹配的示例性放大器设备；以及
图18示出提供可切换并发阻抗匹配的示例性放大器设备。
详细描述
下面结合附图阐述的详细描述旨在作为对本发明的示例性实施例的描述，而非旨在代表可在其中实践本发明的仅有实施例。贯穿本描述使用的术语“示例性”意指“用作示例、实例或解说”，并且不应一定解释成优于或胜于其它示例性实施例。本详细描述包括具体细节以提供对本发明的示例性实施例的透彻理解。对于本领域技术人员将显而易见的是，没有这些具体细节也可实践本发明的示例性实施例。在一些实例中，公知的结构和器件以框图形式示出以免湮没本文中给出的示例性实施例的新颖性。
提供了新颖的可切换阻抗变压器匹配系统，其作用于显著地提高在低输出功率电平上工作的放大器的效率并降低其功耗。该放大器包括电感地耦合至输出路径的两个或更多个放大级。第一放大级被用于高功率放大，而第二放大级被用于低功率放大。这些放大级被选择性地且电感地耦合至输出路径，由此提供可切换阻抗变压器匹配以将它们的输出阻抗调节成使得当与在相同功率电平上工作的高功率放大级相比时，低功率放大级在低输出功率电平上提供降低的功耗（和更大的效率）。因此，通过提供各自以恰适匹配的输出阻抗电感地耦合至输出路径的两个或更多个放大级，放大器可被配置成在低输出功率电平上提供降低的功耗和高效率。
因此，可切换阻抗变压器匹配系统的实现提供了一个或多个以下特征。
1.通过使用切换或并发匹配，在接收数据上的性能降级微不足道
2.可扩展以允许任何期望数目个放大级将效率改善扩展到非常低的输出功率电平
3.共享电路系统减小了电路占用面积
4.提供了多个功率级以供设备上可用的多个通信接口或标准使用。
图1示出了常规收发机100。收发机100作用于允许设备在通信网络中发射和接收信号。收发机100包括数字系统102，数字系统102从通信系统接收数据并生成供传送的数据。
在发射操作期间，数字系统102生成供传送的数字数据并将该数据传递给数模转换器（DAC）104。DAC104将该数字数据转换成模拟信号，该模拟信号被滤波器106滤波并输入给混频器108。混频器108以恰适的发射频率生成发射信号，该发射信号被输入到发射（Tx）放大器110。
发射放大器110基于由发射匹配网络（MNT）112提供的阻抗将该发射信号放大到选定功率电平。匹配网络112将提供给发射机110的阻抗匹配到提供给双工器和/或发射/接收（T/R）开关114的阻抗，双工器和/或发射/接收（T/R）开关114将经放大的发射信号耦合至天线以供发射。
在接收操作期间，由天线接收到的信号穿过双工器和/或T/R开关114到达接收匹配网络（MNR）116。接收匹配网络116将提供给双工器或发射/接收（T/R）开关114的阻抗匹配到提供给接收（Rx）放大器118的阻抗。
接收放大器118放大收到信号并将经放大的收到信号输入到混频器120，混频器120将收到信号转换到基带。所接收到的基带信号随后由滤波器122滤波并输入到模数转换器（ADC）124，ADC124将该信号转换成数字表示，该数字表示被输入到数字系统以供处理。
因此，收发机100被配置成允许设备在通信网络中发射和接收信号。尤其对于便携式设备而言，期望发射（Tx）放大器110在各种输出功率电平上高效工作以节省功率。还期望匹配网络112和116提供并发匹配以促进效率、减少电路需要以及相关联的成本。因此，期望提供对126处所指示的放大器和匹配网络电路系统的改进。在各个方面，本文中所提供的新颖的可切换阻抗变压器匹配系统提供了这些以及其他改进。
图2示出提供高效功率放大和可切换阻抗变压器匹配的示例性系统200。系统200适于在各式各样的通信设备中使用。例如，系统200适于用作图1中所示的126处所指示的放大器和匹配网络。系统200包括高功率放大路径202、低功率放大路径204、以及并发匹配网络206。
在工作期间，要放大的信号被输入到高功率放大路径202和低功率放大路径204两者。这些放大路径之一被启用以产生要被耦合至并发匹配网络206的经放大信号。例如，高功率放大路径202包括放大器208，该放大器208被耦合至高电源（HS）以产生被耦合至并发匹配网络206的高功率输出。低功率放大路径204包括放大器210，该放大器210被耦合至低电源（LS）以产生被耦合至并发匹配网络206的低功率输出。
取决于哪条放大路径被启用，并发匹配网络作用于将负载阻抗转换成在功率放大器输出处呈现的最优阻抗。这导致在低功率电平和高功率电平两者之上的高效信号放大。经放大的信号随后被传递给天线以供发射。在信号接收期间，并发匹配网络206作用于提供与接收机电子器件的阻抗匹配以使得收到信号能够被传递给接收电路系统以供进一步处理。
因此，系统200作用于允许输出功率范围被划分成高放大范围和低放大范围，这些范围以优于仅在高输出功率上提供高效率的常规放大器的改善效率工作。此外，系统200被示为具有两条功率路径，但可按需被扩展成包括更多条功率路径。结果，该系统提供了常规放大器未提供的可扩展程度。此外，这些放大器级可由设备上可用的多个通信接口或标准使用，由此降低了总体硬件要求并且消除了可能产生信号损耗的专用开关或其他电路系统。系统200的实现和操作的更详细描述在以下提供。
图3示出根据图2所示的系统200提供可切换阻抗变压器匹配的示例性功率放大器300。放大器300包括第一放大器302、第二放大器304、双工器306、以及放大器选择电路308。举例而言，第一放大器302是高功率放大路径202的一部分，并且第二放大器304是低功率放大路径204的一部分。
在接收操作期间，天线310处接收到的信号被传递给双工器306。双工器306包括配置成允许信号从天线310接收和发射的任何合适的双工器。所接收到的信号随后从双工器306流向隔直流（DC）电容器312，在此信号的DC分量被移除。所接收到的信号从电容器312流经电感器L1并随后在路径314上流到接收机电路系统（未示出）。
在发射操作期间，放大器选择电路308确定第一放大器302和第二放大器304中的哪一个将被用来放大信号以供发射。例如，放大器选择电路308输出第一选择信号（S1）以启用第一放大器302，并输出第二选择信号（S2）以启用第二放大器304。此外，使用Txen信号来启用晶体管328，晶体管328有效地将端子322耦合至接地以启用发射并禁用接收机路径314。
假定第一放大器302被启用，则在晶体管MNA1p和MNA1n的栅极端子处分别接收差分信号(S+，S-)。晶体管MNA1p和MNA1n被耦合至线圈L4，线圈L4进而被耦合至高电压电源（HS）。例如，在示例性实现中，高电压电源被设置成2.9伏。线圈L4的第一部分（L4n）被耦合在晶体管MNA1p与HS之间，并且线圈L4的第二部分（L4p）被耦合在晶体管MNA1n与HS之间。因此，在操作期间，差分信号(S+，S-)对这两个线圈部分（L4p和L4n）提供能量。
线圈L4被紧密地耦合至线圈L1。例如，线圈L1与L4之间的电感耦合被设置成(1.5:1)，如330处所指示。线圈L1和L4如何电感地耦合的更详细描述在以下提供。
差分信号(S+，S-)被放大到高输出功率并电感地耦合至线圈L1。经放大信号随后流经隔DC电容器312到达双工器306并随后由天线310发射。
假定第二放大器304被启用，则在晶体管MNA2p和MNA2n的栅极端子处分别接收差分信号(S+，S-)。晶体管MNA2p和MNA2n被耦合至线圈L5，线圈L5进而被耦合至低电压电源（LS）。例如，低电压电源被设置成1.2伏。线圈L5的第一部分（L5n）被耦合在晶体管MNA2p与LS之间，并且线圈L5的第二部分（L5p）被耦合在晶体管MNA2n与LS之间。因此，在操作期间，差分信号(S+，S-)对这两个线圈部分（L5p和L5n）提供能量。
线圈L5被紧密地耦合至线圈L1。例如，线圈L1与L5之间的电感耦合被设置成(1.5:2)，如332处所指示的。线圈L1和L5如何电感地耦合的更详细描述在以下提供。
差分信号(S+，S-)被放大到低输出功率电平并电感地耦合至线圈L1。经放大信号随后流经隔DC电容器312到达双工器306并随后由天线310发射。
因此，放大器300在两个功率范围上提供对差分信号(S+，S-)的放大。对于低功率电平，放大器选择电路308启用放大器304，而对于高功率电平，放大器选择电路308启用放大器302。每个放大器包括电感地耦合至位于去往双工器306的输出路径中的线圈L1的线圈。放大器300的各种工作模式的详细描述在本文档的其他章节中提供。
还应注意，尽管放大器302和304是差分放大器，但系统还可与单端放大器兼容。例如，差分放大器302可用单端放大器334取代。可对差分放大器304作出类似替换。
图4示出图3的放大器300以接收模式工作的解说400。例如，放大器300在接收模式期间未被启用的电路系统以浅灰阴影示出。
在接收模式期间，放大器选择电路308输出选择信号S1和S2以禁用放大器302和304两者。天线310处接收到的信号被传递给双工器306，双工器306将这些信号输入到隔DC电容器312。这些信号然后从隔DC电容器312流到线圈L1并在路径314上流经线圈L1到达接收机以供处理。在信号接收期间，并发匹配网络作用于提供与接收机电子器件的阻抗匹配以使得收到信号能够被传递给接收电路系统以供进一步处理。例如，电感器L1与接收机336的输入阻抗334相组合来提供阻抗匹配以促成对来自天线310的信号的接收。
因此，在接收模式期间，放大器302和304被禁用，并且它们到线圈L1的耦合不影响线圈L1与接收机输入阻抗334相组合的操作以允许收到信号流到接收机336以供处理。
图5示出图3的放大器300以高功率放大模式工作的解说500。例如，放大器300在高功率放大模式期间未被启用的电路系统以浅灰阴影示出。
在高功率放大模式期间，放大器选择电路308控制选择信号（S1）以启用放大器302并控制选择信号（S2）以禁用放大器304。此外，晶体管328被Txen信号激活以使得端子322被有效地耦合至接地，由此启用发射输出路径并禁用接收机路径314。
差分信号(S+，S-)被输入到放大器302并导致对线圈L4提供能量。线圈L4被连接到HS并且线圈L4还电感地耦合至线圈L1，如330处所指示的。线圈L4处的高功率经放大信号被耦合至处于输出路径中的线圈L1。经放大信号然后流经隔DC电容器312到达双工器306并随后由天线310发射。因此，在高功率放大模式期间，放大器302作用于使用HS来放大差分信号(S+，S-)并且将该经放大信号耦合至输出路径中的线圈L1以供发射。
图6示出图3的放大器300以低功率放大模式工作的解说600。例如，放大器300在低功率放大模式期间未被启用的电路系统以浅灰阴影示出。
在低功率放大模式期间，放大器选择电路308控制选择信号（S1）以禁用放大器302并控制选择信号（S2）以启用放大器304。此外，晶体管328被Txen信号激活以使得端子322被有效地耦合至接地，由此启用发射路径并禁用接收机路径314。
差分信号(S+，S-)被输入到放大器304并导致对线圈L5提供能量。线圈L5被连接到LS并且线圈L5电感地耦合至线圈L1，如332处所指示的。低功率经放大信号从线圈L5耦合至处于输出路径中的线圈L1。经放大信号随后流经隔DC电容器312到达双工器306并随后由天线310发射。因此，在低功率放大模式期间，放大器304作用于使用LS来放大差分信号(S+，S-)并且将该经放大信号耦合至输出路径中的线圈L1以供发射。
图7示出包括图3的放大器300以及提供可切换低电源电压的附加电路系统的示例性放大器700。例如，放大器700包括作用于将两个低电压电平（LS1和LS2）之一耦合至线圈L5的切换电路702。例如，在示例性实现中，LS1是1.2伏并且LS2是1.8伏。
在低功率放大模式期间，放大器选择电路308控制选择信号（S1）以禁用放大器302并控制选择信号（S2）以启用放大器304。此外，晶体管328被Txen信号激活以使得端子322被有效地耦合至接地，由此启用输出发射路径并禁用接收机路径314。放大器选择电路308还输出电压选择信号（VS2），其作用于控制切换电路702将这两个电压之一（LS1或LS2）耦合至线圈L5。例如，如果电压选择信号（VS2）是逻辑“0”，则LS1被耦合至线圈L5，并且如果电压选择信号（VS2）是逻辑“1”，则LS2被耦合至线圈L5。如果LS1被耦合至线圈L5，则放大器304在最低输出功率电平上提供增加的效率。如果LS2被耦合至线圈L5，则放大器304在中间输出功率电平上提供增加的效率。
图8示出解说图7所示的放大器700的效率的示例性曲线图800。例如，曲线图800解说了图7所示的放大器700的工作期间的效率与放大器输出功率之间的关系。
曲线802解说了放大器700使用高功率路径的高功率放大器302的效率。曲线804解说了放大器700使用LS2被设置成1.8伏且耦合至线圈L5的低功率路径的低功率放大器304的效率。曲线806解说了放大器700使用LS1被设置成1.2伏且耦合至线圈L5的低功率路径的低功率放大器304的效率。实线曲线808解说了在整个功率输出范围上达成的结果所得的效率。
曲线图800解说了与相同输出功率上的高功率放大器302相比，放大器700使用低功率放大器304在低功率上提供了更高的效率。效率增益被解说为高功率放大器302在选定输出功率上的效率与使用LS2=1.8伏的电源的低功率放大器304在相同输出功率上的效率之差。在甚至更低的输出功率值上，与使用LS2=1.8伏的电源相比，使用LS1=1.2伏的电源增大了低功率放大器304的效率。因此，放大器700提供了电感地耦合至输出路径的多个放大器级以允许在低功率电平上达成更大的效率。
图9示出包括系统200并进一步包括添加的超低功率路径902的示例性系统900。系统900适于在各式各样的通信设备中使用。超低功率路径902解说了可如何扩展系统200以包括任何数目的功率路径从而在任何期望输出功率电平上达成增大的效率。
在操作期间，要放大的信号被输入到高功率放大路径202、低功率放大路径204、以及超低功率放大路径902。这些放大路径之一被启用以产生要被耦合至并发匹配网络206的经放大信号。例如，高功率放大路径202包括放大器208，该放大器208被耦合至HS以产生被耦合至并发匹配网络206的高功率输出。低功率放大路径204包括放大器210，该放大器210被耦合至LS以产生被耦合至并发匹配网络206的低功率输出。超低功率放大路径902包括放大器904，该放大器904被耦合至超低电源（ULS）以产生被耦合至并发匹配网络206的超低功率输出。
取决于哪条放大路径被启用，并发匹配网络206作用于将负载阻抗转换成在功率放大器输出处显现的最优阻抗。经高效放大的信号随后被传递给天线以供发射。
图10示出包括图3的放大器300以及提供超低功率放大和可切换低电源电压和可切换超低电源电压的附加电路系统的示例性放大器1000。例如，放大器1000包括超低功率放大器904以及作用于将两个低电压电平之一（UL1或UL2）耦合至线圈L6的切换电路1002。
在超低功率放大模式期间，放大器选择电路308控制选择信号(S1，S2)以禁用放大器302和304并控制选择信号（S3）以启用放大器902。此外，晶体管328被Txen信号激活以使得端子322被有效地耦合至接地，由此启用输出发射路径并禁用接收机路径314。放大器选择电路308还输出电压选择信号（VS3），该电压选择信号（VS3）作用于控制切换电路1002将两个电压之一（UL1或UL2）耦合至线圈L6。例如，在示例性实现中，UL1是0.6伏并且UL2是1伏。如果UL2被耦合至线圈L6，则放大器902在低功率电平上提供增加的效率。如果UL1被耦合至线圈L6，则放大器902在超低功率电平上提供增加的效率。
图11示出解说图10的放大器1000的效率的示例性曲线图1100。例如，曲线图1100解说了放大器1000工作期间的效率与输出功率之间的关系。
曲线1102解说了放大器1000使用高功率放大器302的效率。曲线1104解说了放大器1000使用具有耦合至线圈L5的LS2=1.8伏的低功率放大器304的效率。曲线1106解说了放大器1000使用具有耦合至线圈L5的LS1=1.2伏的低功率放大器304的效率。曲线1108解说了放大器1000使用具有耦合至线圈L6的UL2=1伏的超低功率放大器902的效率。曲线1110解说了放大器1000使用具有耦合至线圈L6的UL1=0.6伏的超低功率放大器902的效率。实线曲线1112解说了在整个功率输出范围上达成的结果所得的效率。
曲线图1100解说了与高功率放大器302相比，放大器1000使用超低功率放大器902在低功率上提供了更高的效率。效率增益被解说为高功率放大器302在选定输出功率上的效率与使用LS2=1.8伏的低功率放大器304在相同输出功率上的效率之差。在甚至更低的输出功率值上，与使用1.8伏的电源相比，使用1.2伏的电源增大了低功率放大器304的效率。在最低输出功率值上，与使用UL1=1伏相比，使用UL1=0.6伏增大了超低功率放大器902的效率。因此，放大器1000允许多个放大器级被电感耦合至输出路径以允许在低输出功率电平上达成更高的效率。
图12示出提供可切换阻抗变压器匹配的变压器1200的示例性实现。例如，变压器1200适于在图3的放大器300中使用。变压器1200用电路板1202上的导电迹线实现或者被实现为集成电路的一部分。
变压器1200包括在320和322处具有端子连接的电感器L1。电感器L1包括在端子320处开始并在端子322处结束之前旋转一圈半的导电迹线。
紧密地耦合至电感器L1的是在324和326处具有端子连接的电感器L4。电感器L4包括在端子324处开始并在端子326处结束之前旋转一圈的导电迹线。
也耦合至电感器L1的是在316和318处具有端子连接的电感器L5。电感器L5包括在端子316处开始并在端子318处结束之前旋转两圈的导电迹线。
因此，变压器1200以比率1.5:1提供了线圈L1与L4之间、并以比率1.5:2提供了线圈L1与L5之间的紧密耦合。
图13示出提供可切换阻抗变压器匹配的变压器1300的示例性实现。例如，变压器1300适于在图10的放大器1000中使用。变压器1300用电路板1302上的导电迹线实现或者被实现为集成电路的一部分。
变压器1300包括在320和322处具有端子连接的电感器L1。电感器L1包括在端子320处开始并在端子322处结束之前旋转两圈（或转动两圈）的导电迹线。
紧密地耦合至电感器L1的是在324和326处具有端子连接的电感器L4。电感器L4包括在端子324处开始并在端子326处结束之前旋转一圈的导电迹线。
也耦合至电感器L1的是在316和318处具有端子连接的电感器L5。电感器L5包括在端子216处开始并在端子218处结束之前旋转两圈的导电迹线。
也耦合至电感器L1的是在1004和1006处具有端子连接的电感器L6。电感器L6包括在端子1004处开始并在端子1006处结束之前旋转三圈的导电迹线。
因此，变压器1300例如以比率2:1提供了线圈L1与L4之间、例如以比率2:2提供了线圈L1与L5之间、例如以比率2:3提供了线圈L1与L6之间的紧密耦合。应注意，本文中所提供的耦合率是示例性的并且可利用任何期望的耦合率。
图14示出示例性放大器选择电路1400。例如，放大器选择电路1400适于用作放大器选择电路308。放大器选择电路1400包括处理器1402、存储器1404、放大器电源选择模块1406和放大器选择模块1408，它们都被耦合以在通信总线1410上通信。
处理器1402包括CPU、处理器、门阵列、硬件逻辑、存储器元件、和/或执行软件的硬件中的至少一者。处理器1402作用于基于收到控制信号（CTL）来控制放大器选择电路1400的功能。例如，该控制信号可接收自便携式设备处的控制实体。该控制信号将放大器选择和电源选择指示为要被用于放大数据信号，如以下讨论的。
存储器1404包括RAM、ROM、EEPROM或作用于允许信息被存储和检索的任何其他类型的存储器设备。存储器1404可操作用于存储信息，诸如放大器选择参数或电源选择参数。存储器1404还配置成存储可由处理器1402执行以提供本文中所描述的功能的程序或指令。
放大器选择模块1408包括作用于允许对特定放大器级进行选择的硬件和/或执行软件的硬件。例如，放大器选择模块1408接收来自处理器1402的指令并输出各放大器选择信号（S1-Sn）之一以启用特定放大器级并禁用一个或多个其他放大器级。
放大器电源选择模块1406包括作用于允许对特定放大器电源进行选择的硬件和/或执行软件的硬件。例如，放大器电源选择模块1406接收来自处理器1402的指令并输出放大器电源选择信号（VS1-VSn）之一以使得特定放大器级能够使用特定电源。
因此，放大器选择电路1400可操作用于输出选择信号以选择放大级和要被选定放大器级用来放大数据信号的电源。应注意，在各实施例的范围内，对放大器选择电路1400的修改、改变、或其他实现是可能的。
图15示出提供可切换阻抗变压器匹配的示例性放大器1500。放大器1500包括第一放大器1502、第二放大器1504、匹配网络1512、以及放大器选择电路1506。举例而言，第一放大器1502是高功率放大路径的一部分，并且第二放大器1504是低功率放大路径的一部分。
在操作期间，放大器选择电路1506确定第一放大器1502和第二放大器1504中的哪一个将被用来放大信号。例如，放大器选择电路1506输出第一选择信号（S1）以启用第一放大器1502，并输出第二选择信号（S2）以启用第二放大器1504。
假定第一放大器1502被启用，则在晶体管MNA1p和MNA1n的栅极端子处分别接收到差分信号(S+，S-)。晶体管MNA1p和MNA1n被耦合至线圈L4，线圈L4进而被耦合至高电压电源（HS）。例如，在示例性实现中，高电压电源被设置成2.9伏。线圈L4的第一部分（L4n）被耦合在晶体管MNA1p与HS之间，并且线圈L4的第二部分（L4p）被耦合在晶体管MNA1n与HS之间。因此，在操作期间，差分信号(S+，S-)对这两个线圈部分（L4p和L4n）提供能量。
线圈L4被紧密地耦合至线圈L1。例如，线圈L1与L4之间的电感耦合被设置成提供在第一放大器1502输出处呈现的最优阻抗。结果，差分信号(S+，S-)被放大到高输出功率并电感地耦合至放大器输出路径中的线圈L1。
假定第二放大器1504被启用，则放大器选择电路1506控制选择信号（S1）以禁用放大器1502并控制选择信号（S2）以启用放大器1504。放大器选择电路1506还输出电压选择信号（VS2），该电压选择信号（VS2）作用于控制切换电路1514将两个电压之一（LS1或LS2）耦合至线圈L5。例如，如果电压选择信号（VS2）是逻辑“0”，则LS1被耦合至线圈L5，并且如果电压选择信号（VS2）是逻辑“1”，则LS2被耦合至线圈L5。如果LS1被耦合至线圈L5，则放大器1504在最低功率电平上提供增加的效率。如果LS2被耦合至线圈L5，则放大器1504在中间功率电平上提供增加的效率。
线圈L5被紧密地耦合至线圈L1。例如，线圈L1与L5之间的电感耦合被设置成提供在第二放大器1504输出处呈现的最优阻抗。.差分信号(S+，S-)被放大到低输出功率电平并电感地耦合至放大器输出路径中的线圈L1。
因此，放大器1500在两个功率范围上提供对差分信号(S+，S-)的放大。对于低功率电平，放大器选择电路1506启用放大器1504，而对于高功率电平，放大器选择电路1506启用放大器1502。每个放大器包括电感地耦合至线圈L1的线圈以提供在放大器输出处呈现的最优阻抗。结果，达成了多个输出功率范围上的高效信号放大。
图16示出用于提供在输出功率范围上对数据信号的高效放大的示例性方法1600。例如，方法1600可由图10中所示的放大器1000实现。在各种实现中，方法1600的各功能可通过处理器1402执行存储于存储器1404中的指令来执行。
在框1602，启用放大模式。例如，在一个实现中，处理器从设备处的控制器接收指示需要用于输出传输的信号放大的控制（CTL）信号。响应于该CTL信号，处理器1402输出Txen信号以启用包括电感器L1的输出路径。
在框1604，确定期望输出功率电平。在一个实现中，处理器1302从所接收到的CTL信号中确定期望输出功率电平。
在框1606，基于该期望输出功率电平来选择放大器级和电源以达成最高效率。例如，处理器1302控制放大器选择模块1308以激活特定的选择信号（SX）并停用其他选择信号，从而特定的放大器级被选择以执行对数据信号的放大来达成期望输出功率。处理器1302还控制放大器电源选择模块1306激活特定的电源选择信号（VSX）以选择特定的电源以供与选定放大器级联用来达成最高级别的效率。例如，如果选定放大器级是放大器900的超低功率放大器级902，则电源选择信号VS3被设置成选择电源UL1或者电源UL2耦合至线圈L6以达成最高效率级别。
在框1608，开始信号放大以达成期望输出功率。例如，数据信号以差分形式或单端形式被呈现给选定放大器级。选定放大器级对该数据信号进行放大并将经放大的信号耦合至输出路径中的电感器L1。对放大器级的选择还选择与关联于选定放大器级的输出线圈和输出路径中的线圈L1的耦合相关联的变压器阻抗匹配特性。例如，超低功率放大器902包括耦合至线圈L1的输出线圈L6以使得L1:L6=2:3。
因此，方法1600作用于在输出功率的范围上提供对数据信号的高效放大。应注意，方法1600仅是一个实现并且方法1600的各操作可被重新安排或以其他方式被修改，以使得其它实现也是可能的。
图17示出作用于在输出功率电平的范围上提供可切换阻抗匹配以高效地放大数据信号的示例性放大设备1700。设备1700适用于用作图2中所示的放大器200或图9中所示的放大器900。在一方面，设备1700由被配置成提供如本文中所描述的功能的一个或多个模块来实现。例如，在一方面，每个模块包括硬件和/或执行软件的硬件。
放大设备1700包括含有用于提供放大器的输出路径的输出电感装置（1702）的第一模块，其在一方面包括电感器L1。
设备1700还包括含有用于生成被放大到第一功率电平的信号的第一放大装置（1704）的第二模块，该第一放大装置包括用于将该信号耦合至输出电感装置的第一电感装置，其在一方面包括第一放大器级302。
设备1700还包括含有用于生成被放大到第二功率电平的信号的第二放大装置（1706）的第三模块，该第二放大装置包括用于将该信号耦合至输出电感装置的第二电感装置，其在一方面包括第二放大器级304。
设备1700还包括含有用于选择性地启用第一和第二放大装置的切换装置（1708）的第四模块，其在一方面包括放大器选择电路308。
图18示出作用于提供可切换并发阻抗匹配以用于进行信号接收和在输出功率电平的范围上高效地放大数据信号的示例性放大设备1800。设备1800适用于用作图2中所示的放大器200或图9中所示的放大器900。在一方面，设备1800由被配置成提供如本文中所描述的功能的一个或多个模块来实现。例如，在一方面，每个模块包括硬件和/或执行软件的硬件。
放大设备1800包括含有用于为发射模式和接收模式操作提供阻抗匹配的输出电感装置（1802）的第一模块，其在一方面包括电感器L1。
设备1800还包括含有用于生成被放大到第一功率电平的信号的第一放大装置（1804）的第二模块，该第一放大装置包括用于将该信号耦合至输出电感装置的第一电感装置，其在一方面包括第一放大器级302。
设备1800还包括含有用于生成被放大到第二功率电平的信号的第二放大装置（1806）的第三模块，该第二放大装置包括用于将该信号耦合至输出电感装置的第二电感装置，其在一方面包括第二放大器级304。
设备1800还包括含有用于在发射模式期间选择性地启用第一和第二放大装置以将信号耦合至输出电感装置并在接收模式期间启用输出电感装置以提供与接收机输入的阻抗匹配的选择装置（1808）的第四模块，该选择装置在一方面包括放大器选择电路308。
本领域技术人员将理解，信息和信号可使用各种不同技术和技艺中的任何一种来表示或处理。例如，以上描述通篇引述的数据、指令、命令、信息、信号、位（比特）、码元、和码片可由电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光学粒子、或其任何组合来表示。还应注意晶体管的类型和技术可被替换、重新安排或以其他方式修改以达成相同的结果。例如，可以把示为利用PMOS晶体管的电路修改为使用NMOS晶体管，反之亦然。由此，本文中所公开的放大器可以使用各种晶体管类型和工艺来实现，并且不受限于附图中所示的这些晶体管类型和工艺。例如，可以使用诸如BJT、GaAs、MOSFET之类的晶体管类型或任何其他的晶体管工艺。
本领域技术人员将进一步领会，结合本文中所公开的实施例来描述的各种解说性逻辑框、模块、电路、和算法步骤可实现为电子硬件、计算机软件、或这两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、框、模块、电路、和步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。技术人员可针对每种特定应用以不同方式来实现所描述的功能性，但此类实现决策不应被解读为致使脱离本发明的示例性实施例的范围。
结合本文所公开的实施例描述的各种解说性逻辑块、模块、和电路可用设计成执行本文所描述的功能的通用处理器、数字信号处理器（DSP）、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）或其他可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立硬件组件、或其任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协同的一个或更多个微处理器或任何其他此类配置。
结合本文中公开的实施例描述的方法或算法的步骤可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中体现。软件模块可驻留在随机存取存储器（RAM）、闪存、只读存储器（ROM）、电可编程ROM（EPROM）、电可擦式可编程ROM（EEPROM）、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、或本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质被耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读和写信息。替换地，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在用户终端中。替换地，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。
在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可在硬件、软件、固件或其任何组合中实现。如果在软件中实现，则各功能可以作为一条或多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括非瞬态计算机存储介质和通信介质两者，其包括促成计算机程序从一地到另一地的转移的任何介质。非瞬态存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，此类计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储、磁盘存储或其他磁存储设备、或能被用来携带或存储指令或数据结构形式的期望程序代码且能被计算机访问的任何其他介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线（DSL）、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘（disk）和碟（disc）包括压缩碟（CD）、激光碟、光碟、数字多用碟（DVD）、软盘和蓝光碟，其中盘（disk）往往以磁的方式再现数据，而碟（disc）用激光以光学方式再现数据。上述的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。
提供了对所公开的示例性实施例的描述是为了使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本发明。对这些示例性实施例的各种修改对于本领域技术人员将是显而易见的，并且本文中定义的普适原理可被应用于其他实施例而不会脱离本发明的精神或范围。因此，本发明并非意在被限定于本文中所示出的示例性实施例，而是应当被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广义的范围。

Claims (34)

1.一种提供可切换阻抗匹配的放大器，包括：
输出电感器（L1），其是所述放大器的输出路径的一部分；
第一放大器级202，其包括耦合至所述输出电感器的第一电感器（L4），所述第一电感器配置成响应于第一使能信号（S1）将由所述第一放大器级在第一功率电平上放大的信号耦合至所述输出电感器；以及
第二放大器级204，其包括耦合至所述输出电感器的第二电感器（L5），所述第二电感器配置成响应于第二使能信号（S2）将由所述第二放大器级在第二功率电平上放大的信号耦合至所述输出电感器。
2.如权利要求1所述的放大器，其特征在于，所述放大器包括功率放大器。
3.如权利要求1所述的放大器，其特征在于，所述第一使能信号和所述第二使能信号配置成在任何特定时间启用所述第一放大器级或者所述第二放大器级。
4.如权利要求1所述的放大器，其特征在于，所述第一功率电平比所述第二功率电平高。
5.如权利要求1所述的放大器，其特征在于，所述第二放大器级在所述第二功率电平上以比所述第一放大器级高的效率工作。
6.如权利要求1所述的放大器，其特征在于，所述输出电感器和所述第一电感器被电感地耦合以提供所述第一功率电平上的最优阻抗。
7.如权利要求1所述的放大器，其特征在于，所述输出电感器和所述第二电感器被电感地耦合以提供所述第二功率电平上的最优阻抗。
8.如权利要求1所述的放大器，其特征在于，还包括一个或多个附加放大器级904，每个附加放大器级包括耦合至所述输出电感器的附加电感器（L6），所述附加电感器配置成响应于附加使能信号而将由所述附加放大器级在附加功率电平上放大的信号耦合至所述输出电感器。
9.一种提供可切换阻抗匹配的放大器，包括：
用于提供所述放大器的输出路径的输出电感装置；
用于生成被放大到第一功率电平的信号的第一放大装置，所述第一放大装置包括用于将所述信号耦合至所述输出电感装置的第一电感装置；
用于生成被放大到第二功率电平的信号的第二放大装置，所述第二放大装置包括用于将所述信号耦合至所述输出电感装置的第二电感装置；以及
用于选择性地启用所述第一放大装置和所述第二放大装置的切换装置。
10.如权利要求9所述的放大器，其特征在于，所述放大器包括功率放大器。
11.如权利要求9所述的放大器，其特征在于，所述切换装置用于在任何特定时间启用所述第一放大装置或者所述第二放大装置。
12.如权利要求9所述的放大器，其特征在于，所述第一功率电平比所述第二功率电平高。
13.如权利要求9所述的放大器，其特征在于，所述第二放大装置在所述第二功率电平上以比所述第一放大装置高的效率工作。
14.如权利要求9所述的放大器，其特征在于，所述输出电感装置和所述第一电感装置被电感地耦合以提供所述第一功率电平上的最优阻抗。
15.如权利要求9所述的放大器，其特征在于，所述输出电感装置和所述第二电感装置被电感地耦合以提供所述第二功率电平上的最优阻抗。
16.如权利要求1所述的放大器，其特征在于，还包括用于分别生成被放大到一个或多个附加功率电平的信号的一个或多个附加放大装置，所述一个或多个附加放大装置分别包括用于将所述信号耦合至所述输出电感装置的一个或多个电感装置。
17.一种提供可切换并发阻抗匹配的放大器装置，包括：
输出电感器（L1），其配置成为发射模式和接收模式操作提供阻抗匹配；
用于生成被放大到第一功率电平的信号的第一放大级202，所述第一放大级包括用于将所述信号耦合至所述输出电感器的第一电感器；
用于生成被放大到第二功率电平的信号的第二放大级204，所述第二放大级包括用于将所述信号耦合至所述输出电感器的第二电感器；
用于在所述发射模式期间选择性地启用所述第一放大级和所述第二放大级以将所述信号耦合至所述输出电感器、并在所述接收模式期间启用所述输出电感器以提供与接收机输入的阻抗匹配的选择电路308。
18.如权利要求17所述的放大器装置，其特征在于，所述放大器装置包括功率放大器。
19.如权利要求17所述的放大器装置，其特征在于，所述选择电路在所述发射模式期间能操作用于使得所述输出电感器不能提供与所述接收机输入的阻抗匹配并使得所述第一放大级或者所述第二放大级能够将所述信号耦合至所述输出电感器。
20.如权利要求17所述的放大器装置，其特征在于，所述选择电路在所述接收模式期间能操作用于使得所述输出电感器能够提供与所述接收机输入的阻抗匹配并使得所述第一放大级和所述第二放大级两者均不能将所述信号耦合至所述输出电感器。
21.如权利要求17所述的放大器装置，其特征在于，所述第一功率电平比所述第二功率电平高。
22.如权利要求17所述的放大器装置，其特征在于，所述第二放大级在所述第二功率电平上以比所述第一放大级高的效率工作。
23.如权利要求17所述的放大器装置，其特征在于，所述输出电感器和所述第一电感器在所述发射模式期间被电感地耦合以提供所述第一功率电平上的最优阻抗。
24.如权利要求17所述的放大器装置，其特征在于，所述输出电感器和所述第二电感器在所述发射模式期间被电感地耦合以提供所述第二功率电平上的最优阻抗。
25.如权利要求17所述的放大器装置，其特征在于，还包括一个或多个附加放大级，每个附加放大级包括耦合至所述输出电感器的附加电感器，所述附加电感器配置成在所述发射模式期间响应于由所述选择电路提供的附加使能信号而将由所述附加放大级在附加功率电平上放大的信号耦合至所述输出电感器。
26.一种提供可切换并发阻抗匹配的放大器设备，包括：
用于为发射模式和接收模式操作提供阻抗匹配的输出电感装置；
用于生成被放大到第一功率电平的信号的第一放大装置，所述第一放大装置包括用于将所述信号耦合至所述输出电感装置的第一电感装置；
用于生成被放大到第二功率电平的信号的第二放大装置，所述第二放大装置包括用于将所述信号耦合至所述输出电感装置的第二电感装置；
用于在所述发射模式期间选择性地启用所述第一放大装置和所述第二放大装置以将所述信号耦合至所述输出电感装置、并在所述接收模式期间启用所述输出电感装置以提供与接收机输入的阻抗匹配的选择装置。
27.如权利要求26所述的放大器设备，其特征在于，所述放大器设备包括功率放大器。
28.如权利要求26所述的放大器设备，其特征在于，所述选择装置用于在所述发射模式期间使得所述输出电感装置不能提供与所述接收机输入的阻抗匹配并使得所述第一放大装置或者所述第二放大装置能够将所述信号耦合至所述输出电感装置。
29.如权利要求26所述的放大器设备，其特征在于，所述选择电路用于在所述接收模式期间使得所述输出电感装置能够提供与所述接收机输入的阻抗匹配并使得所述第一放大装置和所述第二放大装置两者均不能将所述信号耦合至所述输出电感装置。
30.如权利要求26所述的放大器设备，其特征在于，所述第一功率电平比所述第二功率电平高。
31.如权利要求26所述的放大器设备，其特征在于，所述第二放大装置在所述第二功率电平上以比所述第一放大装置高的效率工作。
32.如权利要求26所述的放大器设备，其特征在于，所述选择装置用于在所述发射模式期间将所述输出电感装置电感地耦合至所述第一电感装置以提供所述第一功率电平上的最优阻抗。
33.如权利要求26所述的放大器设备，其特征在于，所述选择装置用于在所述发射模式期间将所述输出电感装置电感地耦合至所述第二电感装置以提供所述第二功率电平上的最优阻抗。
34.如权利要求26所述的放大器设备，其特征在于，还包括一个或多个附加放大装置，每个附加放大装置包括耦合至所述输出电感装置的附加电感装置，所述附加电感装置配置成在所述发射模式期间响应于由所述选择装置提供的附加使能信号而将由所述附加放大装置在附加功率电平上放大的信号耦合至所述输出电感装置。
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