CN104124929B - 用于在功率放大器系统中包络整形的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

提供了用于在功率放大器系统中包络整形的装置和方法。在一些实现中，功率放大器系统包含用于生成RF信号的调制器、用于对RF信号进行放大的功率放大器、用于对功率放大器的增益进行控制的增益控制电路和用于基于与RF信号的包络相对应的包络信号来控制功率放大器供电电压的电压电平的包络跟踪系统。增益控制电路包含增益调整表，并且包络跟踪系统包含具有等畸变表的包络整形电路。等畸变表可以用于将包络信号映射至整形包络信号，以便在包络信号的范围上在系统的发送和/或接收频带内保持基本恒定的畸变。

Description

用于在功率放大器系统中包络整形的装置和方法
技术领域
本发明的实施例涉及一种电子系统，并且尤其涉及一种用于射频(RF)电子设备的功率放大器。
背景技术
功率放大器能够被包含在移动设备中，以便放大RF信号用于通过天线进行发送。例如，在具有时分多址(TDMA)架构的移动设备，诸如在全球移动通信系统(GSM)，码分多址(CDMA)系统和宽带码分多址(W-CDMA)系统中存在的那些移动设备中，可以使用功率放大器以便对具有相对小功率的RF信号进行放大。因为需要的发送功率电平可能依赖于用户距离基站有多远和/或移动环境，所以管理RF信号的放大会是重要的。还可以使用功率放大器以辅助随时间调节RF信号的功率电平，从而在指定的接收时隙避免来自发送的信号干扰。
功率放大器的功耗可能是重要的考虑因素。一种降低功率放大器的功耗的技术是包络跟踪，其中，与RF信号的包络相关联地控制功率放大器的电源的电压电平。因此，当RF信号的包络增大时，供应至功率放大器的电压可以被增大。同样地，当RF信号的包络减小时，供应至功率放大器的电压可以被减小以便降低功耗。
发明内容
在一些实施例中，本公开涉及一种功率放大器系统。功率放大器系统包含被配置为生成射频(RF)信号的调制器和被配置为放大RF信号从而生成放大的RF信号的功率放大器。功率放大器被配置为接收用于为功率放大器供电的功率放大器供电电压。功率放大器系统还包含包络跟踪器，所述包络跟踪器被配置为生成功率放大器供电电压并且基于整形的包络信号来控制功率放大器供电电压的电压电平。功率放大器系统还包含包络整形电路，所述包络整形电路被配置为通过对与RF信号的包络相对应的包络信号进行整形从而生成整形包络信号。包络整形电路包含整形表，所述整形表被配置为在包络信号的电压变化期间在发送频带或接收频带的至少一个中保持基本恒定的畸变。以第一功率电平对整形表进行校准。功率放大器系统还包含具有增益调整表的增益控制电路，所述增益调整表被配置为提升功率放大器的增益，用于比第一功率电平大的一个或多个输出功率电平。增益控制电路被配置为提高调制器和功率放大器的组合功率效率。
在各种实施例中，整形表还被配置为在包络信号的电压变化期间在发送频带和接收频带二者中保持基本恒定的畸变。
在多个实施例中，增益调整表还被配置为减小功率放大器的增益，用于比第一功率电平小的一个或多个输出功率电平。
根据一些实施例，整形表被配置为对于发送频带保持功率放大器系统的畸变小于大约-38 dBc，而对于接收频带保持小于大约-130 dBm/Hz。
在一些实施例中，整形表包含查找表，所述查找表被配置为接收数字输入信号并且生成数字输出信号。数字输入信号表示包络信号的电压电平，而数字输出信号表示整形包络信号的电压电平。根据一些实施例，功率放大器系统还包含数模转换器(DAC)，所述数模转换器被配置为对整形表的数字输出进行转换从而生成整形包络信号。
在各种实施例中，增益调整表包含查找表，所述查找表被配置为接收数字输入信号并且生成数字输出信号。数字输入信号表示功率反馈信号的电压电平，而数字输出信号表示功率放大器偏置信号的电压电平。在一些实施例中，功率放大器系统还包含DAC，所述DAC被配置为对增益调整表的数字输出进行转换从而生成模拟偏置控制信号。在一些实施例中，功率放大器系统还包括功率放大器偏置电路，所述功率放大器偏置电路被配置为使用模拟偏置控制信号来控制功率放大器的增益。在一些实施例中，功率放大器还包含双极晶体管，并且功率放大器偏置电路被配置为控制双极晶体管的基极偏置电流或基极偏置电压中的至少一个。在一些实施例中，功率放大器系统还包含定向耦合器，所述定向耦合器被配置为感测功率放大器的功率输出电平，并且功率反馈信号基于由定向耦合器所感测的功率输出电平。
在一些实施例中，本公开涉及一种移动设备。所述移动设备包含基带处理器，所述基带处理器被配置为生成同相(I)信号、正交相位(Q)信号和包络信号，所述包络信号指示I信号和Q信号的包络。移动设备还包含I/Q调制器，所述I/Q调制器被配置为接收I信号和Q信号并且生成RF信号。移动设备还包含功率放大器，所述功率放大器被配置为放大RF信号从而生成放大的RF信号，并且功率放大器被配置为接收功率放大器供电电压用于为功率放大器供电。移动设备还包含包络整形电路，所述包络整形电路被配置为通过对包络信号进行整形来生成整形包络信号。包络整形电路包含整形表，所述整形表被配置为在包络信号的电压变化期间在发送频带或接收频带的至少一个中保持基本恒定的畸变，并且以第一功率电平校准所述整形表。移动设备还包含包络跟踪器和增益控制电路，所述包络跟踪器被配置为生成功率放大器供电电压，所述包络跟踪器被配置为基于整形包络信号来控制功率放大器供电电压的电压电平，并且所述增益控制电路包含增益调整表，所述增益调整表被配置为提升功率放大器的增益，用于比第一功率电平大的一个或多个输出功率电平。
在各种实施例中，整形表还被配置为在包络信号的电压变化期间在发送频带和接收频带二者中保持基本恒定的畸变。
在一些实施例中，移动设备还包含电池，所述电池被配置为向包络跟踪器提供电池电压。
根据一些实施例，移动设备还包含开关和电连接至所述开关的天线，所述开关被配置为从功率放大器接收放大的RF信号。
在各种实施例中，增益调整表包含查找表，所述查找表被配置为接收数字输入信号并且生成数字输出信号。数字输入信号表示功率反馈信号的电压电平，并且数字输出信号表示功率放大器偏置信号的电压电平。在一些实施例中，移动设备还包含定向耦合器，所述定向耦合器被配置为感测功率放大器的功率输出电平，所述功率反馈信号基于由定向耦合器所感测的功率输出电平。
在一些实施例中，本公开涉及一种在功率放大器系统中放大的方法。所述方法包含：使用调制器生成RF信号，使用功率放大器放大RF信号以生成放大的RF信号，并且通过使用包络整形电路对与RF信号的包络相对应的包络信号进行整形从而生成整形包络信号。包络整形电路包含整形表，所述整形表用于：通过在包络信号的电压变化期间在发送频带或接收频带的至少一个中保持基本恒定的畸变，将包络信号的多个电压电平映射至整形包络信号的多个电压电平。以第一功率电平对整形表进行校准。所述方法还包含：使用包络跟踪器生成功率放大器供电电压用于功率放大器，使用包络跟踪器基于整形包络信号来控制功率放大器供电电压的电压电平，并且使用增益控制电路控制功率放大器的增益。增益控制电路包含增益调整表，所述增益调整表用于提升功率放大器的增益，用于比第一功率电平大的一个或多个输出功率电平，从而提高调制器和功率放大器的组合功率效率。
在各种实施例中，所述方法还包含：使用整形表，以便对于发送频带将功率放大器系统的畸变维持在小于大约-38 dBc，而对于接收频带维持在小于-130 dBm/Hz。
根据一些实施例，控制功率放大器的增益还包含，使用增益调整表以便减小功率放大器的增益，用于比第一功率电平小的一个或多个输出功率电平。
附图说明
图1是用于放大射频(RF)信号的功率放大器模块的示意图。
图2是可以包含一个或多个在图1中示出的功率放大器模块的示例无线设备的示意方块图。
图3是包含包络跟踪系统的功率放大器系统的一个示例的示意方块图。
图4是功率放大器系统的一个实施例的电路图。
图5是增益-输出功率曲线图的一个示例。
图6是效率-输出功率曲线图的一个示例。
图7是针对不同功率放大器偏置电压的增益-输出功率曲线图的一个示例。
图8是针对不同功率放大器偏置电压的瞬时增益(AM/AM)-输出功率曲线图的一个示例。
具体实施方式
在此提供的标题，如果存在的话，其仅仅为了方便而不一定影响要求保护的发明的范围或含义。
图1是用于放大射频(RF)信号的功率放大器模块10的示意图。图示的功率放大器模块10可以被配置为放大RF信号RF_IN从而生成放大的RF信号RF_OUT。如在此描述的那样，功率放大器模块10可以包含一个或多个功率放大器。
图2是可以包含一个或多个在图1中示出的功率放大器模块10的示例无线设备11的示意方块图。无线设备11可以包含功率放大器，所述功率放大器实现本公开的一个或多个特征。
图2中描述的示例无线设备11可以代表诸如多频带/多模式移动电话之类的多频带和/或多模式设备。举例来说，全球移动通信(GSM)标准是一种在世界很多地方使用的数字蜂窝通信模式。GSM模式移动电话可以运行在以下四个频带中的一个或多个：850 MHz(对于Tx大约824-849 MHz，对于Rx大约869-894 MHz)，900 MHz(对于Tx大约880-915 MHz，对于Rx大约925-960 MHz)，1800 MHz(对于Tx大约1710-1785 MHz，对于Rx大约1805-1880 MHz)，和1900 MHz(对于Tx大约1850-1910 MHz，对于Rx大约1930-1990 MHz)。在世界的不同地方也使用GSM频带的变形和/或地区/国家实现方式。
码分多址(CDMA)是另一种可以在移动电话设备中实现的标准。在一些实现中，CDMA设备可以运行在800 MHz、900 MHz、1800 MHz和1900MHz频带的一个或多个内，而一些W-CDMA和长期演进(LTE)设备可以运行在例如大约22个射频谱带内。
本公开的一个或多个特征可以实现在上述示例模式和/或频带内，并且可以以其他通信标准实现。例如，3G和4G是这样的标准的非限制性示例。
在一些实施例中，无线设备11可以包含开关12、收发器13、天线14、功率放大器17、控制部件18、计算机可读介质19、处理器20、电池21和包络跟踪器30。
收发器13可以生成RF信号用于通过天线14进行发送。此外，收发器13可以从天线14接收进入的(incoming)RF信号。
将理解，可以通过在图2中被共同表现为收发器13的一个或多个部件来实现与RF信号的发送和接收相关联的各种功能。例如，单个部件可以被配置为提供发送和接收功能二者。在另一示例中，可以通过分离的部件来提供发送和接收功能。
相似地，将理解，可以通过在图2中被共同表现为天线14的一个或多个部件来实现与RF信号的发送和接收相关联的各种天线功能。例如，单个天线可以被配置为提供发送和接收功能二者。在另一示例中，可以通过分离的天线来提供发送和接收功能。在再一示例中，可以利用不同的天线来提供与无线设备11相关的不同频带。
在图2中，来自收发器13的一个或多个输出信号被描绘为：通过一个或多个发送路径15提供至天线14。在示出的示例中，不同的发送路径15可以表示与不同频带和/或不同功率输出相关联的输出路径。例如，示出的两个示例功率放大器17可以表现与不同功率输出配置(例如低功率输出和高功率输出)相关联的放大、和/或与不同频带相关联的放大。尽管图2将无线设备11图示为包含两个发送路径15，但是无线设备11可以被改造以便包含更多或更少的发送路径15。
在图2中，来自天线14的一个或多个检测信号被描绘为：通过一个或多个接收路径16被提供至收发器13。在示出的示例中，不同的接收路径16可以表现与不同频带相关联的路径。例如，示出的四个示例路径16可以表现一些无线设备具备的四频带(quad-band)性能。尽管图2将无线设备11图示为包含四个接收路径16，但是无线设备11可以被改造以便包含更多或更少的接收路径16。
为了有助于在接收和发送路径进行切换，开关12可以被配置为将天线14电连接至选择的发送或接收路径。因此，开关12可以提供多个与无线设备11的运行相关联的切换功能。在一些实施例中，开关12可以包含多个开关，所述多个开关被配置为提供与例如在不同频带之间切换、在不同功率模式之间切换、在发送和接收模式之间切换、或者其中的一些组合相关联的功能。开关12也可以被配置，以便提供包含滤波和/或信号的双工(duplexing)在内的附加功能。
图2示出，在一些实施例中，可以提供控制部件18，以便控制与开关12、功率放大器17、包络跟踪器30和/或其他运行部件的运行相关联的各种控制功能。
在一些实施例中，处理器20可以被配置，以便有助于实现在此描述的各种处理。在一些实现中，可以使用计算机程序指令来运行处理器20。在一些实施例中，这些计算机程序指令也可以存储在计算机可读的存储器19中，其可以引导计算机或其他可编程数据处理装置以特定的方式运行。
图示的无线设备11还包含包络跟踪器30，所述包络跟踪器可以用于将功率放大器供电电压供应至功率放大器17中的一个或多个。例如，包络跟踪器30可以基于待放大的RF信号的包络来控制或改变被提供至功率放大器17的功率放大器供电电压的电压电平。
尽管在图2中没有图示，但是包络跟踪器30可以从电池21接收电池电压。电池21可以是任何适于使用在无线设备11中的电池，包括例如锂离子电池。如下文中将更详细地描述的那样，通过使用包络跟踪器30对供应至功率放大器的功率放大器供电电压的电压电平进行控制，从而可以降低从电池21处消耗的功率，由此提升无线设备11的电池寿命的性能。在一些实现中，包络跟踪器30可以从收发器13接收包络信号。然而，可以以其他方式确定RF信号的包络，诸如通过使用任何合适的包络检测器来检测RF信号的包络。
图3是包含包络跟踪系统的功率放大器系统26的一个示例的示意方块图。图示的功率放大器系统26包含开关12、天线14、电池21、定向耦合器24、包络跟踪器30、功率放大器32和收发器33。图示的收发器33包含基带处理器34、包络整形块或电路35、数模转换器(DAC)36、I/Q调制器37、混频器(mixer)38和模数转换器(ADC)39。
基带处理器34可以用于生成I信号和Q信号，所述I信号和Q信号对应于具有需要的幅值、频率和相位的正弦波或信号的信号分量。例如，I信号可以用于表现正弦波的同相分量而Q信号可以用于表现正弦波的正交分量，这可以是正弦波的等效表示。在一些实现中，I和Q信号可以以数字形式提供至I/Q调制器37。基带处理器34可以是任何合适的被配置为处理基带信号的处理器。例如，基带处理器34可以包括数字信号处理器、微处理器、可编程核或其中的任何组合。此外，在一些实现中，两个或多个基带处理器34可以被包含在功率放大器系统26中。
I/Q调制器37可以被配置为从基带处理器34接收I和Q信号并且对I和Q信号进行处理从而生成RF信号。例如，I/Q调制器37可以包含：DAC，其配置为将I和Q信号转换至模拟形式；混频器，用于将I和Q信号上变频至射频；和信号组合器，用于将上变换后的I和Q信号组合成适于由功率放大器32进行放大的RF信号。在一些实现中，I/Q调制器37可以包含一个或多个滤波器，所述滤波器被配置为对在那里被处理的信号的频率内容进行滤波。
包络整形块35可以用于将与I和Q信号相关联的包络或幅值信号转换为整形后的包络信号。对来自基带处理器34的包络信号进行整形可以有助于提高功率放大器系统26的性能。在一些实现中，包络整形块35是被配置为生成数字整形的包络信号的数字电路，并且DAC 36被用于将数字整形的包络信号转换为适于包络跟踪器30使用的模拟整形的包络信号。然而，在其他实现中，DAC 36可以被省略，以有利于为包络跟踪器30提供数字包络信号，从而在包络信号的进一步处理中有助于包络跟踪器30。
包络跟踪器30可以从收发器33接收包络信号，并且从电池21接收电池电压VBATT，并且可以使用包络信号以生成与包络相关地改变的用于功率放大器32的功率放大器供电电压VCC_PA。功率放大器32可以从收发器33的I/Q调制器37接收RF信号，并且可以通过开关12将放大的RF信号提供至天线14。
定向耦合器24可以布置在功率放大器32的输出端和开关12的输入端之间，因此允许对功率放大器32的输出功率进行测量，所述输出功率测量不包含开关12的插入损耗(inserting loss)。来自定向耦合器24的感测的输出信号能够提供至混频器38，所述混频器能够用感测的输出信号乘以具有受控频率的参考信号(图3中未图示)从而将感测的输出信号的频谱下移(downshift)。下移的信号可以提供至ADC 39，所述ADC能够将下移的信号转换至适于由基带处理器34处理的数字形式。通过在功率放大器32的输出端和基带处理器34的输入端之间包含反馈路径，基带处理器34可以被配置为动态地调整I和Q信号和/或与I和Q信号相关联的包络信号从而使得功率放大器系统26的运行最优化。例如，以这种方式配置功率放大器系统26可以有助于控制功率放大器32的功率附加效率(PAE)和/或线性度。
尽管功率放大器系统26被图示为包含单个功率放大器，但是在此的教导可以应用于包含多个包含例如多模式的功率放大器的功率放大器系统，和/或可以应用于多模式功率放大器系统。
此外，尽管图2图示收发器的具体配置，但是其他配置也是可能的，包括例如这样的配置，其中收发器33包含更多或更少的部件和/或包含部件的不同布置。
包含等畸变表(isodistoration table)和增益调整表的功率放大器的概述
功率附加效率(PAE)是一种用于评价功率放大器的度量，并且可以对应于这样的比值，即，输出和输入信号功率之间的差与由功率放大器所消耗的DC功率的比值。此外，线性度可以是用于评价功率放大器的另一度量。PAE和线性度可以是消费者借以确定购买哪些功率放大器的度量，原因是，PAE可以影响移动设备的电池寿命，并且线性度可以影响移动设备的信号质量和/或与特定通信标准的符合性。尽管高PAE和高线性度都是需要的，但是改进线性度会以降低PAE为代价，而增加PAE会降低线性度。
包络跟踪是一种用于通过随着时间有效地控制功率放大器供电电压的电压电平来增大功率放大器系统的PAE的技术。为了在功率放大器供电电压的变化期间保持线性度，常规包络跟踪系统可以使用等增益表(isogain table)，所述等增益表将包络信号映射或转换至整形的包络信号从而在包络信号范围上保持基本恒定的增益。以这种方式配置包络跟踪系统，可以在信号包络的范围上提供非常高的线性度，由此有利于确保功率放大器符合特定的通信标准。
在此提供用于功率放大器系统的装置和方法。在一些实现中，功率放大器系统包含用于生成RF信号的I/Q调制器、用于对RF信号进行放大的功率放大器、用于对功率放大器的增益进行控制的增益控制电路、和用于基于与RF信号的包络相对应的包络信号对功率放大器供电电压的电压电平进行控制的包络跟踪系统。增益控制电路包含增益调整表，并且包络跟踪系统包含包络整形电路，所述包络整形电路包含等畸变表。等畸变表可以用于将包络信号映射至整形的包络信号以便在包络信号的范围内在系统的发送和/或接收频带内保持基本恒定的畸变。例如，在一些通信标准内，诸如长期演变(LTE)内，发送信号的频带宽度可以是相对宽的，这会导致功率放大器系统在发送和接收频带二者内产生畸变。相应地，在一些实现中，基于发送畸变和/或接收畸变来校准等畸变表。
等畸变表可以在特定功率电平处被校准，并且可以对包络信号进行整形以便在发送和/或接收频带内达到特定的畸变水平，诸如小于由特定的通信标准所允许的最大畸变。例如，典型的诸如3GPP之类的蜂窝通信标准允许一定水平或一定量的畸变，并且等畸变表可以提供在包络信号值上的基本恒定的畸变从而有利地提高在回退(back-off)功率电平处的功率效率。此外，增益控制电路的增益调整表可以用于在位于等畸变表的校准功率电平之上的高功率电平处提升功率放大器的增益，并且在一些实现中，在位于等畸变表的校准功率电平之下的低功率电平处具有较低的或减小的增益。如下文中将更详细地描述的那样，以这种方式配置增益调整表，放宽了在I/Q调制器上的运行限制并且提高了整体系统PAE。
相应地，在此的教导可以使用在发送和/或接收频带内的等畸变表和增益调整表的组合以提高整体PAE，因此相对于使用等增益表的配置或相对于试图通过单独地优化功率放大器而不考虑整个功率放大器系统的运行来实现最大的PAE这样的配置而言，对性能进行最优化。
图4是功率放大器系统50的一个实施例的电路图。功率放大器系统50包含开关12、天线14、包络跟踪器30、功率放大器32、I/Q调制器37、包络整形电路51、匹配电路52、电感器53、第一和第二DAC 36、62、功率放大器增益控制电路61和功率放大器偏置电路63。
包络整形电路51包含等畸变表55和功率放大器增益控制电路，所述增益放大器增益控制电路包含增益调整表65。包络整形电路51、第一DAC 36和包络跟踪器30关联于功率放大器系统50的包络跟踪系统。功率放大器增益控制电路61、第二DAC 62和功率放大器偏置电路63关联于功率放大器系统50的增益控制系统。
包络整形电路51被配置为接收包络信号，并且使用等畸变表55来对包络信号进行整形从而生成整形包络信号，所述整形包络信号可以由包络跟踪器30使用从而控制功率放大器电源电压VCC_PA的电压电平。在一些实现中，由包络整形电路51生成的整形包络信号可以是数字信号。在这样的配置中，第一DAC 36可以用于将数字整形包络信号转换成模拟整形包络信号，包络跟踪器30可以使用所述模拟整形包络信号以便控制功率放大器供电电压VCC_PA的电压电平。在一个实施例中，等畸变表55可以实现为查找表、诸如可编程存储器。例如，查找表可以接收指示包络信号的电压电平的数字输入信号，并且可以生成指示整形包络信号的电压电平的数字输出信号。
功率放大器增益控制电路61包含被配置为接收功率反馈信号的输入端和被配置为基于增益调整表65为功率放大器偏置电路63生成功率控制信号的输出端。在一些实现中，由功率放大器增益控制电路61生成的整形功率控制信号可以是数字信号。在这样的配置中，第二DAC 62可以用于将数字增益控制信号转换为模拟增益控制信号，所述模拟增益控制信号可以由功率放大器偏置电路63使用以便生成可以对功率放大器的增益进行控制的偏置信亏。
因此，增益调整表65可以用于将功率反馈信号映射至给定的功率放大器偏置电平，因此对功率放大器的增益进行控制。在一些实现中，反馈信号可以部分地基于方向耦合器(诸如图3的定向耦合器24)的感测功率。在高功率电平处，增益调整表65可增大功率放大器32的增益，因此放宽I/Q调制器37的电流/功率要求。此外，在一些实现中，因为输出功率减小或者回退，增益调整表65可以减少或降低功率放大器的增益，因此提高放大器的效率。
在一个实施例中，增益调整表65被实现为查找表，诸如可编程存储器。例如，查找表可以接收对功率反馈信号的电压电平进行表示的数字输入信号，并且可以生成对偏置信号的电压电平进行表示的数字输出信号。
I/Q调制器37被配置为接收I信号和Q信号并且生成RF信号。I/Q调制器37的其他细节可以和上文中描述的一样。
功率放大器32包含双极晶体管59，所述双极晶体管包含基极，所述基极被配置为从功率放大器偏置电路63接收RF信号和偏置信号。在一些实现中，偏置信号可以对应于基极偏置电压和/或基极偏置电流。双极晶体管59还包含与地或功率低电源(power lowsupply)进行电连接的发射极和被配置为通过开关12向天线14提供放大的RF信号的集电极。双极晶体管59的集电极也连接至电感器53，所述电感器被用于向功率放大器32提供由包络跟踪器30生成的功率放大器供电电压VCC_PA。电感器53可以用于对于低频信号分量提供低阻抗，而阻止或阻挡与放大的RF信号相关联的高频信号分量。
匹配电路52可以用于端接(terminate)在功率放大器32的输出端和开关12之间的电连接。匹配电路52可以用于在RF信号的基频处提供需要的功率放大器32的负载线阻抗。在一些实施中，匹配电路52还可以用于提供谐波终端(harmonic termination)，其包括例如第二谐波短路和/或第三谐波开路。
常规包络跟踪系统可以通过使用整形表来保持功率放大器的线性度，所述整形表可以将功率放大器的瞬时增益(AM/AM)预畸变至基本恒定的增益值或等增益。通过使用等增益表实现包络跟踪系统，功率放大器可以被线性化并且畸变可以被控制到大约可能的最小值。
基于如下认识已经实现了图4的功率放大器系统50，即，瞬时等增益不是典型通信标准的要求并且可以允许一些畸变以提升PAE。例如，通过将功率放大器的供电电压控制到足以恰好提供需要的线性度并且承受畸变的水平，等畸变表55可以降低电流消耗，因此以低输入功率电平提供增大的PAE。尽管等畸变表55可以使RF信号发生畸变，但所提供的畸变可以被选择为小于由特定通信标准所允许的最大畸变。既然存在畸变和线性度之间的权衡，所以畸变表55能够增加畸变却提升PAE。
在一些实现中，等畸变表55被用于将指示包络信号的电压的数据映射或转换至对整形包络信号的电压进行表示的数据，从而保持基本恒定的畸变。等畸变表55可以在包络信号的电压变化上在发送频带和/或接收频带内保持基本恒定的畸变，并且可以在特定的功率电平处被校准。在一个实施例中，等畸变表55可以被配置，使得在包络信号的范围上功率放大器的畸变对于发送频带相对于载波(dBc)以小于大约-38分贝进行改变，而对于接收频带dB以小于-130分贝-毫瓦每赫兹(dBm/Hz)进行改变。
可以针对特定的功率电平(诸如输出功率电平)和针对特定的线性度和接收畸变来对等畸变表55进行校准。对于校准的输出功率电平，等畸变表55可以最优地运行，但是在高平均输出功率的情况下性能可能下降，因为功率放大器32的增益被压缩以符合压缩规则。为了在这样的条件下实现给定的输出功率，I/Q调制器37可以增加被提供至功率放大器32的RF信号的功率。然而，当增大RF信号的功率时，I/Q调制器37也可以更努力地运行，并且因此能够显著地增大系统的总电流。另外，当功率放大器系统50的输出功率电平小于等畸变表55的校准功率电平的输出功率电平时，功率放大器的平均增益可以大于由系统所要求的增益，这可以增大从电池所要求的电流。
为了提高整体的PAE，功率放大器系统50不仅包含等畸变表55，还包含增益调整表65用于在高功率电平处增大功率放大器的增益从而降低驱动功率放大器32的I/Q调制器64的功率/电流需求。对于至少一部分比校准等畸变表55的校准功率电平高的功率电平而言，增益调整表65可以增大或提升功率放大器的增益。此外，在一些实现中，在比校准等畸变表55的校准功率电平低的功率电平处，增益调整表65可以降低功率放大器的增益。尽管增大功率放大器32的增益可以单独地减小功率放大器的效率，却可以增大功率放大器32和I/Q调制器37的整体组合效率。
在图示的配置中，通过使用功率放大器偏置电路63来控制双极晶体管59的偏置，从而调整功率放大器32的增益。例如，功率放大器偏置电路63可以被用于控制双极晶体管59的基极电流和/或基极电压，由此控制功率放大器的增益。然而，其他配置是可能的。此外，尽管在单级配置的环境中图示功率放大器系统5Q，在此的教导也适用于多级配置，其中使用功率放大器偏置电路63来调整一级或多级的增益。
图5是增益-输出功率曲线图70的一个示例。曲线图70包含：用于固定高增益功率放大器的一个示例的增益-输出功率的第一曲线71，用于较低固定压缩增益功率放大器的一个示例的增益-输出功率的第二曲线72，和用于可变平均增益功率放大器的一个示例的增益-输出功率的第三曲线73。增益-输出功率的第三曲线73可以对应于在此描述的一些功率放大器的增益。
图6是用于功率放大器的效率-输出功率曲线图80的一个示例。曲线图80包含：用于固定高增益功率放大器的效率-输出功率第一曲线81，用于固定等畸变压缩增益功率放大器的效率-输出功率第二曲线82，和用于可变增益等畸变功率放大器的效率-输出功率第三曲线83。
效率-输出功率第三曲线83可以对应于在此描述的一些功率放大器系统的效率，其可以使用等畸变表和增益调整表二者。如图6中所示，在此在一些实施例中的功率放大器的效率可能在高功率电平处下降，因为在这样的条件下，功率放大器可以被偏置以便具有增大的增益。尽管在这样的条件下功率放大器的效率单独地可能下降，但是相对于使用等增益表或者使用等畸变表而没有增益调整的功率放大器系统而言，功率放大器和I/Q调制器的(图6中未示出的)整体组合效率可以增大。
图7是用于不同功率放大器偏置电压的增益-输出功率曲线图90的一个示例。曲线图90包含对应于不同功率放大器偏置电压的增益-输出功率的多个曲线图，其针对以大约3.4V的功率放大器供电电压运行的功率放大器的一个配置。曲线图90包含：对应于大约1.5V的功率放大器偏置电压的第一曲线91，对应于大约1.4V的功率放大器偏置电压的第二曲线92，对应于大约1.3V的功率放大器偏置电压的第三曲线93，对应于大约1.2V的功率放大器偏置电压的第四曲线94，对应于大约1.1V的功率放大器偏置电压的第五曲线95，对应于大约1.0V的功率放大器偏置电压的第六曲线96，对应于大约0.9V的功率放大器偏置电压的第七曲线97，和对应于大约0.8V的功率放大器偏置电压的第八曲线98。
图8是用于不同功率放大器偏置电压的瞬时增益(AM/AM)-输出功率曲线图100的一个示例。曲线图100包含多个增益-输出功率曲线，并且已经被标注为包含对应于两个不同固定等畸变值的第一曲线101和第二曲线102。曲线图100还包含总等畸变曲线103，其可以对应于根据在此描述的一些实施例的增益-输出功率。
如上文中所描述的，功率放大器系统在此可以包含在校准功率电平处校准的等畸变表和用于基于功率电平对功率放大器的增益进行改变的整形表。图8中示出的总等畸变曲线103对应于用于包含等畸变表和增益调整表二者的功率放大器系统的增益-输出功率的一个实施例。
尽管图5-8图示功率放大器性能特征的各种曲线图，但是功率放大器可以以各种方式实现，诸如那些适于特定应用和/或特定通信标准的方式。相应地，包含曲线图仅仅为了示意性的目的，并且其他仿真和/或测量结果也是可能的。
应用
上文中描述的一些实施例已经提供了与移动电话相关联的示例。然而，实施例的原理和优点可以被用于任何其他需要功率放大器系统的系统或装置。
可以在各种电子设备中实现这样的功率放大器系统。电子设备的示例可以包含，但不限于：消费电子产品、消费电子产品的部件、电子测试装置等。电子设备的示例可以包含，但不限于：存储器芯片、存储器模块、光网络或其他通信网络的电路、和盘驱动电路。消费电子产品可以包含，但不限于：移动电话、电话、电视、计算机监视器、计算机、手持计算机、个人数字助理(PDA)、微波炉、冰箱、汽车、立体声系统、盒式录音机或播放机、DVD播放机、CD播放机、VCR、MP3播放器、收音机、摄像机、照相机、数码照相机、便携式存储器芯片、洗衣机、干衣机、洗衣/干衣机、复印机、传真机、扫描仪、多功能外围设备、腕表、钟表等。此外，电子设备可以包含未完成的产品。
结束语
除非上下文清楚地要求，否则的话，贯穿说明书和权利要求书中，用语“包含”、“具有”等要在包括的意义上理解，而不是排他的或穷尽性的意义上理解；也就是说，在“包含，但不限于”的意义上。用语“耦合”，如在此一般地使用的，涉及可以直接连接或者通过一个或多个中间元件来连接的两个或更多个元件。相似地，用语“连接”，如在此一般地使用的，涉及可以直接连接或者通过一个或多个中间元件来连接的两个或更多个元件。此外，用语“在此”、“上文”、“下文”和相似意义的用语，当在本申请中使用时，应当指代本申请作为一个整体，而不指本申请的特定部分。在上下文允许的地方，在上面的具体描述中使用单数或复数的用语也可以分别包含复数或单数。指代两个或多个项目的列表的用语“或者”，该用语覆盖对该用语的下述诠释：在列表中项目中的任意一个，在列表中的所有项目，或者在列表中的任意项目组合。
此外，在此使用的条件语言，诸如尤其是“可以”、“能够”、“可能”、“能”、“比如”、“例如”，“诸如”等，除非另外具体指明，或者另外在所使用的上下文中所理解地，一般意图表达：一些实施例包含，而其他实施例不包含一些特征、元件和/或状态。因此，这样的条件语言一般不意图暗示：特征、元件和/或状态无论如何对于一个或多个实施例是所需要的，或者一个或多个实施例必然地包含用于判定这些特征、元件和/或状态是否被包含或被实现在任何特定实施例中的逻辑，不管有没有作者输入或提示。
对本发明的实施例的上述详细描述并不意图是穷尽性的或将本发明限制于上文中公开的精确形式。尽管上文中为了示意性目的描述了本发明的具体实施例和示例，但是如本领域技术人员可以认识到的那样，在本发明的范围内各种等效修改是可行的。例如，尽管以给定的顺序呈现过程或块，替换的实施例可以以不同顺序实施具有步骤的例程、或采用块的系统，并且一些过程或块可以被删除、移动、增加、划分、合并和/或修改。这些过程或块的每一个可以以各种不同的方式被实施。同样地，尽管有时过程或块被示为连续地进行，但是这些过程或块可以替代地并行执行，或者可以在不同的时间执行。
本发明在此提供的教导可以应用于其他系统，而不是必然应用于上文中描述的系统。上文中描述的各种实施例的元件和行为可以被组合以提供进一步的实施例。
尽管已经描述了本发明的一些实施例，但是这些实施例仅仅以示例的方式呈现，而并不意图限制本公开的范围。事实上，在此描述的新方法和系统可以以各种其他形式被实施；此外，可以进行在此处描述的方法和系统的各种省略、替代和变形，而不脱离本公开的主旨。所附权利要求和其等效物意图覆盖这样的形式或变形，如其落入本公开的范围和主旨。

Claims (20)

1.一种功率放大器系统，包含：
调制器，其被配置为生成射频信号；
功率放大器，其被配置为对所述射频信号进行放大从而生成放大的射频信号，所述功率放大器被配置为接收功率放大器供电电压用于为该功率放大器供电；
包络跟踪器，其被配置为生成所述功率放大器供电电压，所述包络跟踪器被配置为基于整形包络信号来控制该功率放大器供电电压的电压电平；
包络整形电路，其被配置为通过对与所述射频信号的包络相对应的包络信号进行整形从而生成所述整形包络信号，所述包络整形电路包含整形表，所述整形表被配置为在所述包络信号的电压变化期间在发送频带或接收频带的至少一个内保持基本恒定的畸变，该整形表以第一射频功率电平被校准；和
增益控制电路，其包含增益调整表，所述增益调整表被配置为提升所述功率放大器的增益，用于比所述第一射频功率电平高的一个或多个输出功率电平，所述增益控制电路被配置为提高所述调制器和所述功率放大器的组合功率效率。
2.根据权利要求1所述的功率放大器系统，其中，所述整形表还被配置为在所述包络信号的电压变化期间在所述发送频带和所述接收频带二者中保持基本恒定的畸变。
3.根据权利要求1所述的功率放大器系统，其中，所述增益调整表还被配置为降低所述功率放大器的增益，用于比所述第一射频功率电平低的一个或多个输出功率电平。
4.根据权利要求1所述的功率放大器系统，其中，所述整形表被配置为对于所述发送频带保持所述功率放大器系统的畸变小于大约-38dBc，并且对于所述接收频带保持其小于大约-130dBm/Hz。
5.根据权利要求1所述的功率放大器系统，其中，所述整形表包含查找表，所述查找表被配置为接收数字输入信号并且生成数字输出信号，所述数字输入信号表示所述包络信号的电压电平，并且所述数字输出信号表示所述整形包络信号的电压电平。
6.根据权利要求1所述的功率放大器系统，其中，所述增益调整表包含查找表，所述查找表被配置为接收数字输入信号并且生成数字输出信号，所述数字输入信号表示功率反馈信号的电压电平，并且所述数字输出信号表示功率放大器偏置信号的电压电平。
7.根据权利要求6所述的功率放大器系统，其还包含数模转换器，所述数模转换器被配置为对所述增益调整表的数字输出信号进行转换从而生成模拟偏置控制信号。
8.根据权利要求7所述的功率放大器系统，其还包含功率放大器偏置电路，所述功率放大器偏置电路被配置为使用所述模拟偏置控制信号来控制所述功率放大器的增益。
9.根据权利要求8所述的功率放大器系统，其中，所述功率放大器包含双极晶体管，所述功率放大器偏置电路被配置为控制所述双极晶体管的基极偏置电流和基极偏置电压中的至少一个。
10.根据权利要求6所述的功率放大器系统，其还包含定向耦合器，所述定向耦合器被配置为感测所述功率放大器的功率输出电平，所述功率反馈信号基于由所述定向耦合器感测的功率输出电平。
11.一种功率放大器系统，包含：
调制器，其被配置为生成射频信号；
功率放大器，其被配置为对所述射频信号进行放大从而生成放大的射频信号，所述功率放大器被配置为接收功率放大器供电电压用于为该功率放大器供电；
包络跟踪器，其被配置为生成所述功率放大器供电电压，所述包络跟踪器被配置为基于模拟整形包络信号来控制该功率放大器供电电压的电压电平；
包络整形电路，其被配置为通过对与所述射频信号的包络相对应的包络信号进行整形从而生成数字整形包络信号，所述包络整形电路包含整形表，所述整形表被配置为在所述包络信号的电压变化期间在发送频带或接收频带的至少一个内保持基本恒定的畸变，该整形表以第一射频功率电平被校准，所述整形表包含查找表，所述查找表被配置为接收数字输入信号并且生成数字输出信号，所述数字输入信号表示所述包络信号的电压电平，并且所述数字输出信号表示所述数字整形包络信号的电压电平；
数模转换器，所述数模转换器被配置为对所述整形表的数字输出信号进行转换以生成所述模拟整形包络信号；以及
增益控制电路，其包含增益调整表，所述增益调整表被配置为提升所述功率放大器的增益，用于比所述第一射频功率电平高的一个或多个输出功率电平，所述增益控制电路被配置为提高所述调制器和所述功率放大器的组合功率效率。
12.一种移动设备，包含：
基带处理器，其被配置为生成同相信号、正交相位信号和包络信号，所述包络信号表示所述同相信号和所述正交相位信号的包络；
同相/正交相位调制器，其被配置为接收所述同相信号和所述正交相位信号并生成射频信号；
功率放大器，其被配置为将所述射频信号进行放大从而生成放大的射频信号，所述功率放大器被配置为接收功率放大器供电电压用于为该功率放大器供电；
包络整形电路，其被配置为通过对所述包络信号进行整形来生成整形包络信号，所述包络整形电路包含整形表，所述整形表被配置为在该包络信号的电压变化期间在发送频带或接收频带的至少一个内保持基本恒定的畸变，所述整形表以第一射频功率电平被校准；
包络跟踪器，其被配置为生成所述功率放大器供电电压，所述包络跟踪器被配置为基于整形包络信号控制该功率放大器供电电压的电压电平；和
增益控制电路，其包含增益调整表，所述增益调整表被配置为提升所述功率放大器的增益，用于比所述第一射频功率电平高的一个或多个输出功率电平。
13.根据权利要求12所述的移动设备，其中，所述整形表还被配置为在所述包络信号的电压变化期间在所述发送频带和所述接收频带二者中保持基本恒定的畸变。
14.根据权利要求12所述的移动设备，其还包含电池，所述电池被配置为将电池电压提供至所述包络跟踪器。
15.根据权利要求12所述的移动设备，其还包含开关和天线，所述开关被配置为从所述功率放大器接收放大的射频信号，所述天线被电连接至该开关。
16.根据权利要求12所述的移动设备，其中，所述增益调整表包含查找表，所述查找表被配置为接收数字输入信号并且生成数字输出信号，所述数字输入信号表示功率反馈信号的电压电平，并且所述数字输出信号表示功率放大器偏置信号的电压电平。
17.根据权利要求16所述的移动设备，其还包含定向耦合器，所述定向耦合器被配置为感测所述功率放大器的功率输出电平，所述功率反馈信号基于由该定向耦合器感测的功率输出电平。
18.一种在功率放大器系统中放大的方法，所述方法包含：
使用调制器生成射频信号；
使用功率放大器放大所述射频信号以生成放大的射频信号；
通过使用包络整形电路对与所述射频信号的包络相对应的包络信号进行整形从而生成整形包络信号，所述包络整形电路包含整形表，所述整形表用于通过在包络信号的电压变化期间在发送频带或接收频带的至少一个内保持基本恒定的畸变来将所述包络信号的多个电压电平映射至所述整形包络信号的多个电压电平，所述整形表以第一射频功率电平被校准；
使用包络跟踪器生成用于所述功率放大器的功率放大器供电电压；
使用所述包络跟踪器基于所述整形包络信号来控制所述功率放大器供电电压的电压电平；和
使用增益控制电路来控制所述功率放大器的增益，所述增益控制电路包含增益调整表，所述增益调整表用于提升所述功率放大器的增益以用于比所述第一射频功率电平高的一个或多个输出功率电平，从而提升所述调制器和所述功率放大器的组合功率效率。
19.根据权利要求18所述的方法，其还包含：使用所述整形表对于所述发送频带保持所述功率放大器系统的畸变小于大约-38dBc，并且对于所述接收频带保持其小于大约-130dBm/Hz。
20.根据权利要求18所述的方法，其中，控制所述功率放大器的增益还包含：使用所述增益调整表以减小所述功率放大器的增益，用于比所述第一射频功率电平低的一个或多个输出功率电平。
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