CN104170249A - 利用有效功率管理的信号放大器 - Google Patents

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Abstract

根据一个实施例的利用有效功率管理的用于放大信号的系统包括：第一数字到模拟转换器（DAC）电路，其被配置为提供经调制的载波信号；耦合到第一DAC的放大器电路，其中放大器电路被配置为放大经调制的载波信号；耦合到放大器电路的输出级电路，其中输出级电路被配置为将放大后的信号提供到网络；第二DAC电路，其被配置为提供经调制的载波信号的经全波整流的包络；以及包括电压参考输入的耦合到第二DAC电路的开关调节器电路，其中开关调节器电路被配置为将供应电压提供到输出级电路，并且响应于电压参考输入处接收到的包络来调制供应电压。

Description

利用有效功率管理的信号放大器
技术领域
本公开涉及信号放大器，并且更特别地，涉及利用有效功率管理的信号放大器。
背景技术
功率放大器通常被用来在通过诸如例如电缆网络或无线网络之类的网络传输之前对信号进行放大，并且功率管理是随着系统在复杂性方面的增加同时在尺寸方面的减小而关注增长的问题。这对于电池操作的系统而言尤其如此。另外地，一些类型的网络接收器和/或协议不管离发射器的距离都对接收器处的接收功率电平施加要求。因此，发射器可能需要使用例如可在幅度的范围之上连续调整的可编程增益放大器来调整其输出电平。此外，一些类型的传输是间歇性的，例如，时间复用传输。
存在使用采用耦合到输出级的跨导级（电压控制的电流源）的放大器的一类发射器。输出级通常需要用于输出级的电压供应，其需要DC偏移以防止跨导级的饱和。因此，输出级以与不同于瞬时信号幅度的可以被发射的最大信号幅度相关的相对高的速率而消耗功率。因此，功率在当系统以降低的幅度发射或不完全发射的时间期间被浪费。
附图说明
当以下具体实施方式继续进行时并当参考附图时，所要求保护的主题事项的实施例的特征和优点将变得明显，其中相似的附图标记描绘相似的部分，并且在所述附图中：
图1图示了与本公开一致的一个示例性实施例的顶层系统示图；
图2图示了与本公开一致的一个示例性实施例的框图；
图3图示了与本公开一致的一个示例性实施例的更详细的框图；
图4图示了与本公开一致的另一个示例实施例的更详细的框图；
图5图示了用于由与本公开一致的示例性实施例处理的信号图；
图6图示了与本公开一致的示例性实施例的操作的流程图；以及
图7图示了示出与本公开的示例性实施例一致的网络中的平台的系统示图。
虽然下面的具体实施方式将参考说明性实施例而继续进行，但是其许多替代、修改和变形将对于本领域技术人员而言是显而易见的。
具体实施方式
通常，本发明提供用于对与以变化功率电平的信号传输相关联的放大器系统的功率使用进行有效管理的系统和方法。这可以通过响应于要被发射的经调制的载波信号的包络的变化来调制用于放大器系统的输出级的供应电压而实现。用于输出级的供应电压可以由具有电压参考输入的由经调制的载波信号的经全波整流的包络所驱动的开关调节器来提供。在一些实施例中，开关调节器可以是降压转换器、升压转换器或降压-升压转换器。
一些实施例可以结合一种或多种类型的无线通信信号和/或系统来使用，例如，射频（RF）、红外（IR）、频分复用（FDM）、正交FDM（OFDM）、时分复用（TDM）、时分多址（TDMA）、扩展TDMA（E-TDMA）、通用分组无线业务（GPRS）、扩展GPRS、码分多址（CDMA）、宽带CDMA（WCDMA）、CDMA 2000、单载波CDMA、多载波CDMA、多载波调制（MDM）、离散多音（DMT）、蓝牙®、全球定位系统（GPS）、Wi-Fi、Wi-Max、无线城域网（WMAN）、无线广域网（WWAN）、ZigBeeTM、超宽带（UWB）、全球移动通信系统（GSM）、2G、2.5G、3G、3.5G、增强型数据速率GSM演进（EDGE）等等。其他实施例可以被用于各种其他设备、系统和/或网络中。
一些实施例可以结合合适的有限范围或短范围无线通信网络来使用，例如，“微微网”，例如，无线区域网、WVAN、WPAN等。
一些实施例可以结合各种设备和系统来使用，例如，视频设备、音频设备、音频-视频（A/V）设备、机顶盒（STB）、蓝光盘（BD）播放器、BD记录器、数字视频盘（DVD）播放器、高清晰度（HD）DVD播放器、DVD记录器、HD DVD记录器、个人视频记录器（PVR）、广播HD接收器、视频源、音频源、视频接收机（sink）、音频接收机、立体声调谐器、广播无线电接收器、显示器、平板显示器、个人媒体播放器（PMP）、数字视频摄像机（DVC）、数字音频播放器、扬声器、音频接收器、音频放大器、数据源、数据接收机、数字照相机（DSC）、个人计算机（PC）、台式计算机、移动计算机、膝上型计算机、笔记本计算机、平板计算机、智能电话、数字电视、服务器计算机、手持计算机、手持设备、个人数字助理（PDA）设备、手持PDA设备、机载设备、非机载设备、混合设备、车辆设备、非车辆设备、移动或便携式设备、消费者设备、非移动或非便携式设备、无线
通信站、无线通信设备、无线接入点（AP）、有线或无线路由器、有线或无线调制解调器、有线或无线网络、无线区域网、无线视频区域网（WVAN）、局域网（LAN）、WLAN、PAN、WPAN、根据现有的无线HDTM和/或无线-千兆比特-联盟（WGA）规范和/或其未来版本和/或衍生物而操作的设备和/或网络、根据现有的IEEE 802.11（IEEE802.11-2007：无线LAN媒体访问控制（MAC）和物理层（​​PHY）规范）标准和修订（“IEEE 802.11标准”）而操作的设备和/或网络、用于全球微波接入互操作性（WiMAX）的IEEE 802.16标准、包括长期演进（LTE）和长期演进高级LTE（LTE-A）的第三代合作伙伴计划（3GPP）和/或其未来版本和/或衍生物、作为上述网络的部分的单元和/或设备、单向和/或双向无线电通信系统、蜂窝无线电-电话通信系统、无线显示（WiDi）设备、蜂窝电话、无线电话、个人通信系统（PCS）、包含无线通信设备的PDA设备、移动或便携式全球定位系统（GPS）设备、包含GPS接收器或收发器或芯片的设备、包含RFID元件或芯片的设备、多输入多输出（MIMO）收发器或设备、单输入多输出（SIMO）收发器或设备、多输入单输出（MISO）收发器或设备、具有一个或多个内部天线和/或外部天线的设备、数字视频广播（DVB）设备或系统、多标准无线电设备或系统、有线或无线手持设备（例如，黑莓、奔迈Treo）、无线应用协议（WAP）设备等等。
如本文所使用的术语“无线设备”包括例如能够进行无线通信的设备、能够进行无线通信的通信设备、能够进行无线通信的通信站、能够进行无线通信的便携式或非便携式设备等。在一些实施例中，无线设备可以是或可以包括与计算机、或附接到计算机的外围设备集成的外围设备。在一些实施例中，术语“无线设备”可以可选地包括无线服务。
应当理解，本发明可以被用于各种应用中。虽然本发明并不限于该方面，但是本文公开的电路和技术可以被用于许多装置中，诸如无线电系统的站或电缆网络上的节点。旨在被包括在本发明的范围内的站仅通过示例的方式包括WLAN站、无线个人网（WPAN）等等。
图1图示了与本公开一致的一个示例性实施例的顶层系统示图100。要被发射的信号102被提供到调制器电路，其中载波由信号102来调制。经调制的载波然后由利用有效功率管理的放大器系统106来放大，其操作将在下面更详细解释。放大后的信号然后可以被发射到可以是无线网络、电缆网络、或以可变的传输功率电平而操作的任何网络的网络108。在一些实施例中，网络接口可以是被配置有75欧姆或50欧姆特性阻抗的电缆网络。
图2图示了与本公开一致的一个示例性实施例的框图200。经调制的载波信号204从调制器104提供到数字到模拟转换器（DAC）电路210，并且然后到跨导放大器电路214。跨导放大器电路214是具有可以由增益控制信号206所控制的可调整增益的电压控制的电流源。在该实施例中，跨导放大器电路214的输出是差分电压控制的电流224，其与经调制的载波信号204并且与增益控制信号206成比例。在其他实施例中，可能采用可以具有单端输出或其他合适类型的输出配置的替代的放大器电路。如本文中所使用的，术语“差分输出”意指存在具有问候（complimentary）信号的两个输出线，这就是说每个线传导具有与另一个相等量值的但处于另一个的相反方向上的电流。跨导放大器电路214通过将这些差分电流提供（source）到输出级电路216中的负载中来控制输出级电路216，这将在下面更详细地进行解释。输出级电路216基于被提供到网络108的经调制的载波信号204的放大后版本来生成输出电压Vout 222。
调制包络信号202还由调制器104或与发射机系统相关联的其他电路来提供。调制包络可以是经调制的载波信号204的经全波整流的包络。调制包络由DAC电路208转换为模拟信号，并且然后作为电压参考输入Vref 226而被提供至开关调节器电路212。开关调节器电路212可以被配置为将供应电压Vcc输出220提供到输出级电路216。在一些实施例中可以是降压转换器、升压转换器、或降压-升压转换器的开关调节器电路212基于电压参考输入Vref 226将其自身的供应电压Vcc输入218转换为输出供应电压Vcc输出220，在该情况下，所述电压参考输入Vref 226是调制包络。因此，当系统以降低的幅度发射或不完全发射（诸如采用时间复用传输模式）时，调制包络将减小并且到输出级的供应电压将减小，从而导致降低的平均功耗。
开关调节器电路212可以具有模拟或数字控制环路。控制环路的带宽应优选大于调制包络的带宽，以使得输出电压Vcc输出220可以响应于电压参考输入Vref 226而变化。在一些实施例中，开关调节器电路212可以包含DAC，在该情况下，调制包络信号202可以采用数字形式被直接提供到开关调节器电压参考输入226。
在一些实施例中，调制包络202可以包含预失真来补偿开关调节器控制环路中的非线性。所述补偿可以由加电校准过程来预定义或生成。
图3图示了与本公开一致的一个示例性实施例的更详细的框图300。产生单端电压输出的输出级电路216的实施例被示出为包括平衡负载302和304（即，负载302和304具有基本上相等的阻抗）。负载302耦合在VCC输出220和差分电压控制的电流线224之一之间。负载304耦合在Vcc输出220和差分电压控制的电流线224中的另一个之间。单端输出电压从负载304分接（tap off）。该电压将根据依赖于由跨导放大器电路214通过负载304而拉出的电流的Vcc输出220而变化，并因此将是经调制的载波信号204的表示。然而，Vcc输出220也将响应于调制包络信号202而变化，从而导致包络减小的时段期间的功率节约。在一些实施例中，可选的高通滤波器电路306（或等价地，调谐输出负载）可以被用来移除在此过程期间被引入到输出信号上的附加的包络调制。
图4图示了与本公开一致的另一个示例实施例的更详细的框图400。在该实施例中，输出级电路216通过分接负载302和304这二者而产生差分电压输出402。差分电压输出402然后在被传递通过可选的高通滤波器电路306之前由变压器404转换为单端输出电压。替代的实施例可以采用将电流输送到负载的任何其他合适的输出级电路配置。
在一些实施例中，Vcc输出220电压可以被设为与其中不生成输出信号的状况对应的最小DC电压偏移。这是避免跨导放大器电路214的饱和所需的最小电压，并且因而将是由开关调节器电路212所提供的最小电压。在优选实施例中，包络调制202与Vcc输出220调制之比是1比1，以维持跨导输出上的最小电压。
图5图示了用于由与本公开一致的示例性实施例处理的信号图500。所示出的是示例性经调制的载波信号502、经调制的载波信号的经全波整流的版本506、以及经全波整流的经调制的载波信号的包络504。
图6图示了与本公开一致的示例性实施例的操作600的流程图。在操作610处，经调制的载波信号由放大器电路来放大。在一些实施例中，放大器电路可能是跨导放大器。在操作620处，通过输出级电路将放大后的信号耦合到网络。在操作630处，生成经调制的载波信号的经全波整流的包络。在操作640处，将包络作为电压参考输入而提供到开关调节器电路。在操作650处，将经调制的供应电压从开关调节器电路提供到输出级电路。响应于在开关调节器的电压参考输入处接收到的包络来调制供应电压。
图7图示了示出与本公开的示例性实施例一致的网络中的平台的系统示图700。平台702、710可以是诸如例如智能电话、平板计算机、数字电视、膝上型计算设备、或被配置成发射经调制的信号的任何其他设备之类的设备。平台702、710可以包括处理器704、存储器706、用户接口（UI）708、被配置成调制载波信号的一个或多个调制器104、以及利用有效功率管理的一个或多个放大器系统106。在一些实施例中，用户接口可以是触摸屏。任何数量的平台702、710可以通过网络108来发射信号。在一些实施例中，网络108可以是无线城域网（WMAN）、无线城域网（WMAN）、数字电视网络、或以可变的传输功率电平而操作的任何网络。
本文所描述的方法的实施例可以被实现在包括一个或多个存储介质的系统中，所述存储介质已经在其上单独地或组合地存储了指令，所述指令当被一个或多个处理器运行时执行所述方法。本文，处理器可以包括例如系统CPU（例如，核心处理器）和/或可编程电路。因此意为，根据本文描述的方法的操作可以跨多个物理设备而分布，诸如若干不同的物理位置处的处理结构。此外意为，如将由本领域技术人员所理解的，方法操作可以单独地或子组合地执行。因此，不是每个流程图的所有操作都需要执行，并且本公开明确意为，如将由本领域一般技术人员所理解的，能够实现此类操作的所有子组合。
存储介质可以包括任何类型的有形介质，例如，任何类型的盘（包括软盘、光盘、压缩盘只读存储器（CD-ROM）、可重写压缩盘（CD-RW）、数字多功能盘（DVD）和磁光盘）、半导体器件（诸如只读存储器（ROM）、诸如动态和静态RAM的随机存取存储器（RAM）、可擦除可编程只读存储器（EPROM）、电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）、闪速存储器）、磁或光卡、或适于存储电子指令的任何类型的介质。
如在本文的任何实施例中所使用的，“电路”可以单独地或以任何组合包括例如存储由可编程电路运行的指令的硬线电路、可编程电路、状态机电路、和/或固件。
已在本文中采用的术语和表达被用作描述的术语而不具有限制性，并且不存在使用此类术语和表达方面的排除所示出和所描述的特征的任何等价物（或其部分）的意图，并且要认识到，各种修改在权利要求的范围内是可能的。因此，权利要求旨在涵盖所有此类等价物。本文已经描述了各种特征、方面和实施例。如将由本领域的技术人员所理解的，所述特征、方面和实施例易于彼此结合以及易于变化和修改。因此，本公开应被视为包含此类组合、变形和修改。

Claims (30)

1.一种利用有效功率管理的用于放大信号的系统，所述系统包括：
第一数字到模拟转换器（DAC）电路，其被配置为提供经调制的载波信号；
耦合到所述第一DAC的放大器电路，所述放大器电路被配置为放大所述经调制的载波信号；
耦合到所述放大器电路的输出级电路，所述输出级电路被配置为将所述放大后的信号提供到网络；
第二DAC电路，其被配置为提供所述经调制的载波信号的经全波整流的包络；以及
包括电压参考输入的耦合到所述第二DAC电路的开关调节器电路，所述开关调节器电路被配置为将供应电压提供到所述输出级电路，所述供应电压响应于所述电压参考输入处接收到的所述包络而被调制。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述放大器电路是跨导级放大器电路。
3.如权利要求1所述的系统，其中，所述第二DAC电路被集成在所述开关调节器电路中。
4.如权利要求1至3中的任一项所述的系统，还包括耦合到所述放大器电路的可变增益电路，所述可变增益电路被配置为响应于增益控制信号来调整所述经调制的载波信号的增益。
5.如权利要求1至3中的任一项所述的系统，其中所述开关调节器电路还包括控制环路，所述控制环路被配置有超过所述包络的带宽的环路带宽。
6.如权利要求5的方法，其中所述包络可以包括预失真，所述预失真被生成以补偿所述控制环路中的非线性。
7.如权利要求1至3中的任一项所述的系统，其中，所述开关调节器电路是降压转换器、升压转换器、或降压-升压转换器。
8.如权利要求1至3的任一项所述的系统，其中所述输出级电路包括变压器电路，所述变压器电路被配置为将所述放大后的信号从差分信号转换为单端信号。
9.如权利要求1至3的任一项所述的系统，其中，所述输出级电路包括被配置为从所述放大后的信号移除包络调制的高通滤波器。
10.一种利用有效功率管理的用于放大信号的方法，所述方法包括：
使用放大器电路来放大经调制的载波信号；
通过输出级电路将所述放大后的信号耦合到网络；
生成所述经调制的载波信号的经全波整流的包络；
将所述包络作为电压参考输入而提供到开关调节器电路；以及
将经调制的供应电压从所述开关调节器电路提供到所述输出级电路，所述供应电压响应于所述开关调节器的所述电压参考输入处接收到的所述包络而被调制。
11.如权利要求10所述的方法，其中，所述放大器电路是跨导级放大器电路。
12.如权利要求10所述的方法，还包括响应于增益控制信号来调整所述经调制的载波信号的增益。
13.如权利要求10至12中的任一项所述的方法，还包括在所述开关调节器电路中配置控制环路，以使得所述控制环路的带宽超过所述包络的带宽。
14.如权利要求13所述的方法，还包括在所述包络中生成预失真以补偿所述控制环路中的非线性。
15.如权利要求10至12中的任一项所述的方法，其中，所述开关调节器电路是降压转换器、升压转换器、或降压-升压转换器。
16.如权利要求10至12中的任一项所述的方法，还包括使用变压器电路将所述放大后的信号从差分信号转换为单端信号。
17.如权利要求10至12中的任一项所述的方法，还包括对所述放大后的信号进行高通滤波，以从所述放大后的信号移除包络调制。
18.一种利用有效功率管理的用于放大信号以用于在网络中传输的系统，所述系统包括：
平台，其包括处理器、耦合到所述处理器的存储器、和耦合到所述处理器的用户接口；
耦合到所述处理器的一个或多个信号调制器；以及
将所述调制器耦合到所述网络的一个或多个放大器系统，所述放大器系统包括：
第一数字到模拟转换器（DAC）电路，其被配置为提供经调制的载波信号；
耦合到所述第一DAC的放大器电路，所述放大器电路被配置为放大所述经调制的载波信号；
耦合到所述放大器电路的输出级电路，所述输出级电路被配置为将所述放大后的信号提供到所述网络；
第二DAC电路，其被配置为提供所述经调制的载波信号的经全波整流的包络；以及
包括电压参考输入的耦合到所述第二DAC电路的开关调节器电路，所述开关调节器电路被配置为将供应电压提供到所述输出级电路，所述供应电压响应于所述电压参考输入处接收到的所述包络而被调制。
19.如权利要求18所述的系统，还包括耦合到所述放大器电路的可变增益电路，所述可变增益电路被配置为响应于增益控制信号来调整所述经调制的载波信号的增益。
20.如权利要求18所述的系统，其中所述开关调节器电路还包括控制环路，所述控制环路被配置有超过所述包络的带宽的环路带宽。
21.如权利要求18至20中的任一项所述的系统，其中，所述开关调节器电路是降压转换器、升压转换器、或降压-升压转换器。
22.如权利要求18至20中的任一项所述的系统，其中，所述输出级电路包括变压器电路，所述变压器电路被配置为将所述放大后的信号从差分信号转换为单端信号。
23.如权利要求18至20中的任一项所述的系统，其中，所述输出级电路包括被配置为从所述放大后的信号移除包络调制的高通滤波器。
24.如权利要求18至20中的任一项所述的系统，其中，所述平台是智能电话、平板计算机、数字电视、或膝上型计算设备之一。
25.如权利要求18至20中的任一项所述的系统，其中，所述用户接口是触摸屏。
26.如权利要求18所述的系统，还包括每一个被配置为通过所述网络进行通信的多个所述平台。
27.如权利要求18或26所述的系统，其中，所述网络是无线广域网（WWAN）。
28.如权利要求18或26所述的系统，其中，所述网络是无线城域网（WMAN）。
29.如权利要求18或26所述的系统，其中，所述网络是数字电视网络。
30.如权利要求18或26所述的系统，其中，所述网络以可变的传输功率电平而操作。
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