CN104185953B - 用于包络跟踪的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

这里公开了一种用于包络跟踪的装置和方法。在某些实现方式中，提供一种用于生成功率放大器的功率放大器电源电压的包络跟踪系统。所述包络跟踪系统可以包括被配置为并行操作以基于由功率放大器放大的RF信号的包络控制功率放大器电源电压的电压电平的降压转换器和误差放大器。降压转换器可以将电池电压转换为基于误差电流的降压电压，误差放大器可以通过使用基于RF输入信号的包络的输出电流调整降压电压的幅度来生成功率放大器电源电压。误差放大器可以通过关于输出电流的幅度改变误差电流的幅度来控制降压转换器。

Description

用于包络跟踪的装置和方法
技术领域
本发明的实施例涉及电子系统，并且具体涉及用于射频(RF)电子设备的包络跟踪系统。
背景技术
功率放大器可以被包括在移动设备中以放大用于经由天线发送的RF信号。例如，在具有例如在全球移动通信系统(GSM)中发现的时分多址(TDMA)架构、码分多址(CDMA)和宽带码分多址(W-CDMA)系统的移动设备中，功率放大器可以用于放大具有相对低功率的RF信号。管理RF信号的放大可能是重要的，因为希望的发送功率电平可以取决于用户离基站多远和/或移动环境。还可以采用功率放大器以帮助随时间调整RF信号的功率电平，以便在分配的接收时隙期间防止来自发送的信号干扰。
功率放大器的功率消耗可以是重要的考虑。一种用于减少功率放大器的功率消耗的技术是包络跟踪，其中关于RF信号的包络或信号包络控制功率放大器的电源电压。因此，当信号包络的电压电平增大时，可以增大功率放大器电源电压的电压电平。同样，当信号包络的电压电平减小时，可以减小功率放大器电源电压的电压电平以减少功率消耗。
存在对改进的功率放大器系统的需要。此外，存在对改进的包络跟踪器的需要。
发明内容
在某些实施例中，本公开涉及一种移动设备。所述移动设备包括功率放大器，降压转换器和误差放大器。所述功率放大器被配置为接收功率放大器电源电压，并且放大射频(RF)输入信号以生成RF输出信号。所述降压转换器被配置为将电池电压转换为降压电压，并且基于误差电流来控制所述降压电压的幅度。所述误差放大器被配置为基于所述RF输入信号的包络来生成输出电流，并且通过使用所述输出电流调整所述降压电压的幅度来生成所述功率放大器电源电压。所述误差放大器被配置为通过关于所述输出电流的幅度改变所述误差电流的幅度来控制所述降压转换器。
在各种实施例中，所述移动设备还包括电连接在所述功率放大器电源电压和被配置为生成所述输出电流的所述误差放大器的输出之间的AC耦合电容器。
在一些实施例中，所述降压转换器包括降压控制器、降压电感器和多个降压开关，并且所述降压控制器被配置为使用所述误差电流来控制所述多个降压开关的状态以便控制通过所述降压电感器的电流。
在许多实施例中，所述误差电流包括非反相误差电流分量和反相误差电流分量，并且所述降压转换器包括电流比较器，该电流比较器被配置为通过比较所述非反相误差电流分量和所述反相误差电流分量来控制所述多个降压开关的状态。
根据若干实施例，所述误差放大器包括被配置为生成所述输出电流的第一对晶体管和被配置为生成所述误差电流的第二对晶体管，并且所述第二对晶体管被实现为所述第一对晶体管的复制品(replica)。
在一些实施例中，所述移动设备还包括天线，该天线被配置为接收所述RF输出信号。
在许多实施例中，所述移动设备还包括收发器，该收发器被配置为生成所述RF输入信号的包络。
在某些实施例中，所述移动设备还包括电池，该电池被配置为生成所述电池电压。
在若干实施例中，使用所述电池电压向所述误差放大器供电。
在一些实施例中，所述移动设备还包括升压转换器，该升压转换器被配置为将所述电池电压转换为具有比所述电池电压的电压幅度更大的电压幅度的升压电压。使用所述升压电压向所述误差放大器供电。
在某些实施例中，本公开涉及一种用于生成功率放大器电源电压的包络跟踪器。所述包络跟踪器包括降压转换器和误差放大器。所述降压转换器被配置为将电池电压转换为降压电压，并且基于误差电流来控制所述降压电压的幅度。所述误差放大器被配置为基于包络信号来生成输出电流，并且通过使用所述输出电流调整所述降压电压的幅度来生成所述功率放大器电源电压。所述误差放大器被配置为通过关于所述输出电流的幅度改变所述误差电流的幅度来控制所述降压转换器。
根据许多实施例，所述误差放大器包括被配置为接收所述包络信号的第一输入、第二输入和被配置为生成所述输出电流的输出。在一些实施例中，所述包络跟踪器还包括电连接在所述误差放大器的第二输入和所述误差放大器的输出之间的反馈电路。在许多实施例中，所述包络跟踪器还包括被布置在所述误差放大器的输出和所述功率放大器电源电压之间的AC耦合电容器。
在某些实施例中，使用所述电池电压向所述误差放大器供电。
根据若干实施例，所述包络跟踪器还包括升压转换器，该升压转换器被配置为将所述电池电压转换为具有比所述电池电压的电压幅度更大的电压幅度的升压电压。使用所述升压电压向所述误差放大器供电。
在各种实施例中，所述降压转换器包括降压控制器、降压电感器和多个降压开关。所述降压控制器被配置为使用所述误差电流来控制所述多个降压开关的状态以便控制通过所述降压电感器的电流。
在许多实施例中，所述误差电流包括非反相误差电流分量和反相误差电流分量，并且所述降压转换器包括电流比较器，该电流比较器被配置为通过比较所述非反相误差电流分量和所述反相误差电流分量来控制所述多个降压开关的状态。
在一些实施例中，所述误差放大器包括被配置为生成所述输出电流的第一对晶体管和被配置为生成所述误差电流的第二对晶体管，并且所述第二对晶体管被实现为所述第一对晶体管的复制品。在各种实施例中，所述第一对晶体管包括第一p型场效应晶体管(PFET)和第一n型场效应晶体管(NFET)，并且所述第二对晶体管包括第二PFET和第二NFET。
在某些实施例中，本公开涉及一种生成功率放大器电源电压的方法。所述方法包括使用降压转换器从电池电压生成降压电压，基于误差电流来控制所述降压电压的幅度，使用误差放大器基于包络信号来生成输出电流，通过使用所述输出电流调整所述降压电压的幅度来生成所述功率放大器电源电压，并且通过关于所述输出电流的幅度改变所述误差电流的幅度来控制所述降压转换器。
在各种实施例中，所述降压转换器包括降压电感器和多个降压开关，并且所述方法还包括通过基于所述误差电流控制所述多个降压开关的状态来控制通过所述降压电感器的电流。
在一些实施例中，所述误差电流包括非反相误差电流分量和反相误差电流分量，并且所述方法还包括通过比较所述非反相误差电流分量和所述反相误差电流分量来控制所述多个降压开关的状态。
在某些实施例中，所述方法还包括向功率放大器提供所述功率放大器电源电压。
根据许多实施例，所述方法还包括使用所述电池电压向所述误差放大器供电。
在各种实施例中，所述方法还包括使用升压转换器生成升压电压，并且使用所述升压电压向所述误差放大器供电。
在某些实施例中，本公开涉及一种多芯片模块(MCM)。所述MCM包括降压转换器和误差放大器。所述降压转换器被配置为将电池电压转换为降压电压，并且基于误差电流来控制所述降压电压的幅度。所述误差放大器被配置为基于包络信号来生成输出电流，并且通过使用所述输出电流调整所述降压电压的幅度来生成所述功率放大器电源电压。所述误差放大器被配置为通过关于所述输出电流的幅度改变所述误差电流的幅度来控制所述降压转换器。
在各种实施例中，所述误差放大器包括被配置为接收所述包络信号的第一输入、第二输入和被配置为生成所述功率放大器电源电压的输出。根据一些实施例，所述MCM还包括电连接在所述误差放大器的第二输入和所述误差放大器的输出之间的反馈电路。在某些实施例中，所述MCM还包括被布置在所述误差放大器的输出和所述功率放大器电源电压之间的AC耦合电容器。
在一些实施例中，所述MCM还包括功率放大器，该功率放大器被配置为接收所述功率放大器电源电压。
在某些实施例中，本公开涉及一种用于生成功率放大器电源电压的包络跟踪系统。所述包络跟踪系统包括DC到DC转换器和误差放大器。所述DC到DC转换器被配置为从电池电压生成调节后的电压，并且使用基于所述功率放大器电源电压的低频分量的低频反馈信号来控制所述调节后的电压的电压幅度。所述误差放大器被配置为使用包络信号和基于所述功率放大器电源电压的高频分量的高频反馈信号来生成输出电流。此外，所述误差放大器被配置为通过使用所述输出电流调整所述调节后的电压的幅度来生成所述功率放大器电源电压。
在各种实施例中，所述误差放大器包括被配置为接收所述包络信号的第一输入、被配置为接收所述高频反馈信号的第二输入和被配置为生成所述输出电流的输出。根据一些实施例，所述包络跟踪系统还包括电连接在所述误差放大器的输出和所述功率放大器电源电压之间的AC耦合电容器。根据某些实施例，所述包络跟踪系统还包括反馈电路，该反馈电路被配置为生成所述高频反馈信号。在各种实施例中，所述反馈电路包括电连接在所述误差放大器的输出和所述误差放大器的第二输入之间的第一反馈电阻器、以及电连接在所述误差放大器的第二输入和电力低电源电压之间的第二反馈电阻器。
在若干实施例中，使用所述电池电压向所述误差放大器供电。
根据某些实施例，所述包络跟踪系统还包括电连接在所述调节后的电压和所述功率放大器电源电压之间的电感器。
在一些实施例中，所述DC到DC转换器包括降压转换器，该降压转换器被配置为生成所述调节后的电压。
在各种实施例中，所述包络跟踪系统还包括低通滤波器，该低通滤波器被配置为对所述功率放大器电源电压进行滤波以生成滤波后的功率放大器电源电压，并且所述低频反馈信号部分基于所述滤波后的功率放大器电源电压。根据一些实施例，所述包络跟踪系统还包括比较器，该比较器被配置为通过比较所述滤波后的功率放大器电源电压和参考电压来生成所述低频反馈信号。在若干实施例中，所述包络跟踪系统还包括参考电压生成器，其被配置为生成所述参考电压。
在许多实施例中，所述包络跟踪系统还包括高通滤波器，该高通滤波器被配置为对所述功率放大器电源电压进行滤波以生成滤波后的功率放大器电源电压。在若干实施例中，所述包络跟踪系统还包括比较器，该比较器被配置为比较所述滤波后的功率放大器电源电压和所述包络信号以生成高频包络信号，并且所述误差放大器包括被配置为接收所述高频包络信号的第一输入、被配置为接收所述高频反馈信号的第二输入和被配置为生成所述输出电流的输出。
在某些实施例中，本公开涉及一种无线设备。所述无线设备包括电力管理集成电路(PMIC)和功率放大器模块。所述PMIC包括DC到DC转换器，该DC到DC转换器被配置为从电池电压生成调节后的电压，并且基于控制电压的电压电平来控制所述调节后的电压的电压电平。所述功率放大器模块包括被配置为放大射频(RF)信号的功率放大器和被配置为基于包络信号来生成输出电流的误差放大器。所述误差放大器被配置为通过使用所述输出电流调整所述调节后的电压的电压电平来生成所述功率放大器的功率放大器电源电压。所述功率放大器模块被配置为至少部分基于所述功率放大器电源电压来改变所述控制电压的电压电平。
根据若干实施例，所述无线设备还包括收发器，该收发器被配置为生成所述RF信号和所述包络信号。
在一些实施例中，所述无线设备还包括电池，该电池被配置为生成所述电池电压。
在许多实施例中，所述功率放大器模块还包括电连接在所述调节后的电压和所述功率放大器电源电压之间的电感器。
根据某些实施例，所述无线设备还包括反馈电路，该反馈电路被配置为生成响应于所述功率放大器电源电压的高频分量而改变的反馈信号，并且所述误差放大器包括被配置为接收所述包络信号的第一输入、被配置为接收所述反馈信号的第二输入和被配置为生成所述输出电流的输出。在若干实施例中，所述功率放大器模块还包括电连接在所述误差放大器的输出和所述功率放大器电源电压之间的AC耦合电容器。
在各种实施例中，所述功率放大器模块还包括低通滤波器，该低通滤波器被配置为对所述功率放大器电源电压进行滤波以生成滤波后的功率放大器电源电压，并且所述控制电压至少部分基于所述滤波后的功率放大器电源电压。在一些实施例中，所述功率放大器模块还包括比较器，该比较器被配置为通过比较所述滤波后的功率放大器电源电压和参考电压来生成所述控制电压。
在某些实施例中，本公开涉及一种生成功率放大器电源电压的方法。所述方法包括使用DC到DC转换器从电池电压生成调节后的电压，基于控制电压来控制所述调节后的电压的幅度，使用误差放大器基于包络信号来生成输出电流，通过使用所述输出电流调节所述调节后的电压的幅度来生成功率放大器的功率放大器电源电压，并且通过至少部分基于所述功率放大器电源电压改变所述控制电压的电压电平来控制所述DC到DC转换器。
在许多实施例中，所述方法还包括通过AC耦合电容器向所述功率放大器电源电压提供所述输出电流。
根据各种实施例，所述方法还包括使用反馈电路生成所述误差放大器的高频反馈信号，并且所述高频反馈信号被配置为响应于所述功率放大器电源电压的高频分量而改变。
在若干实施例中，所述方法还包括使用所述电池电压向所述误差放大器供电。
根据各种实施例，所述方法还包括使用低通滤波器对所述功率放大器电源电压进行滤波以生成滤波后的功率放大器电源电压，并且比较所述滤波后的功率放大器电源电压和参考电压以生成所述控制电压。
在某些实施例中，本公开涉及一种射频系统。所述射频系统包括电力管理集成电路(PMIC)、第一功率放大器模块和第二功率放大器模块。所述PMIC包括DC到DC转换器，该DC到DC转换器被配置为从电池电压生成调节后的电压，并且使用多个控制电压来控制所述调节后的电压的电压电平。所述第一功率放大器模块包括被配置为放大第一射频(RF)信号的第一功率放大器和被配置为通过基于所述第一RF信号的包络调整所述调节后的电压的电压电平来生成所述第一功率放大器的第一功率放大器电源电压的第一误差放大器。所述第一功率放大器模块被配置为当至少部分基于所述第一功率放大器电源电压的电压电平来使能所述第一功率放大器时，改变所述多个控制电压的第一控制电压的电压电平。所述第二功率放大器模块包括被配置为放大第二RF信号的第二功率放大器和被配置为通过基于所述第二RF信号的包络调整所述调节后的电压的电压电平来生成所述第二功率放大器的第二功率放大器电源电压的第二误差放大器。所述第二功率放大器模块被配置为当至少部分基于所述第二功率放大器电源电压的电压电平来使能所述第二功率放大器时，改变所述多个控制电压的第二控制电压的电压电平。
在各种实施例中，所述第一功率放大器模块包括电连接在所述调节后的电压和所述第一功率放大器电源电压之间的第一电感器，并且所述第二功率放大器模块包括电连接在所述调节后的电压和所述第二功率放大器电源电压之间的第二电感器。
在一些实施例中，所述射频系统还包括电话板、第一电感器和第二电感器。所述第一电感器被布置在所述电话板上并且电连接在所述调节后的电压和所述第一功率放大器电源电压之间。所述第二电感器被布置在所述电话板上并且电连接在所述调节后的电压和所述第二功率放大器电源电压之间。
根据若干实施例，所述射频系统还包括第三功率放大器模块，该第三功率放大器模块包括被配置为放大第三RF信号的第三功率放大器和被配置为通过基于所述第三RF信号的包络调整所述调节后的电压的电压电平来生成所述第三功率放大器的第三功率放大器电源电压的第三误差放大器。所述第三功率放大器模块被配置为当至少部分基于所述第三功率放大器电源电压的电压电平来使能所述第三功率放大器时，改变所述多个控制电压的第三控制电压的电压电平。
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是可以包括图1的功率放大器模块中的一个或多个的示例无线设备的示意框图。
图3A是包括包络跟踪器的功率放大器系统的一个示例的示意框图。
图3B是包括包络跟踪器的功率放大器系统的另一示例的示意框图。
图4A-4B示出功率放大器电源电压相对于时间的两个示例。
图5是包络跟踪系统的一个实施例的示意框图。
图6是升压转换器的一个实施例的电路图。
图7是降压转换器的一个实施例的电路图。
图8是迟滞(hysteretic)电流比较器的一个实施例的电路图。
图9是误差放大器的一个实施例的电路图。
图10是包络跟踪系统的另一实施例的示意框图。
图11示出图5的包络跟踪系统的电流相对于时间的曲线图的一个示例。
图12是包络跟踪系统的另一实施例的示意框图。
图13是包络跟踪模块的一个实施例的示意框图。
图14是包络跟踪模块的另一实施例的示意框图。
图15是电话板的一个实施例的示意框图。
图16A是RF系统的一个实施例的示意框图。
图16B是RF系统的另一实施例的示意框图。
图17A是根据一个实施例的多频带功率放大器系统的示意框图。
图17B是根据另一实施例的多频带功率放大器系统的示意框图。
图18是图12的包络跟踪系统的电压相对于时间的曲线图的一个示例。
图19是根据一个实施例的多频带功率放大器模块的示意框图。
具体实施方式
这里提供的标题(若有)仅为了方便，而不一定影响所要求保护的发明的范围或含义。
包括包络跟踪器的示例功率放大器系统的概述
图1是用于放大射频(RF)信号的功率放大器模块(PAM)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)以生成放大的RF信号(RF_OUT)。如这里描述的，功率放大器模块10可以包括一个或多个功率放大器。
图2是可以包括图1的功率放大器模块10中的一个或多个的示例无线或移动设备11的示意框图。无线设备11还可以包括实现本公开的一个或多个特征的包络跟踪系统。
图2中描绘的示例无线设备11可以表示诸如多频带/多模式移动电话的多频带和/或多模式设备。作为示例，全球移动通信系统(GSM)标准是在世界上的许多地方利用的数字蜂窝通信的模式。GSM模式移动电话可以在以下四个频带中的一个或多个上工作：850MHz(大约824-849MHz用于Tx，869-894MHz用于Rx)、900MHz(大约880-915MHz用于Tx，925-960MHz用于Rx)、1800MHz(大约1710-1785MHz用于Tx，1805-1880MHz用于Rx)以及1900MHz(大约1850-1910MHz用于Tx，1930-1990MHz用于Rx)。在世界上的不同地方还利用GSM频带的变体和/或地区/国家实现方式。
码分多址(CDMA)是可以在移动电话设备中实现的另一标准。在某些实现方式中，CDMA设备可以在800MHz、900MHz、1800MHz和1900MHz频带中的一个或多个中工作，而某些W-CDMA和长期演进(LTE)设备可以在例如大约22个射频频谱频带上工作。
本公开的一个或多个特征可以在上述示例模式和/或频带中以及在其他通信标准中实现。例如，802.11、2G、3G、4G、LTE和高级LTE是这种标准的非限制性示例。
在某些实施例中，无线设备11可以包括开关12、收发器13、天线14、功率放大器17、控制组件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可以生成用于经由天线14发送的RF信号。此外，收发器13可以从天线14接收进入的RF信号。
将理解，可以通过在图2中共同表示为收发器13的一个或多个组件实现与发送和接收RF信号相关联的各种功能。例如，单个组件可以被配置为提供发送和接收功能两者。在另一示例中，可以由分开的组件提供发送和接收功能。
类似地，将理解，可以通过在图2中共同表示为天线14的一个或多个组件实现与发送和接收RF信号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两者。在另一示例中，可以由分开的天线提供发送和接收功能。在再一示例中，可以向与无线设备11相关联的不同频带提供不同的天线。
图2中，来自收发器13的一个或多个输出信号被描绘为经由一个或多个发送路径15被提供给天线14。在示出的示例中，不同发送路径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可以表示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。虽然图2示出使用两个发送路径15和两个功率放大器17的配置，但是无线设备11可以被适配为包括更多或更少的发送路径15和/或更多或更少的功率放大器17。
图2中，来自天线14的一个或多个检测到的信号被描绘为经由一个或多个接收路径16被提供给收发器13。在示出的示例中，不同接收路径16可以表示与不同频带相关联的路径。例如，示出的四个示例路径16可以表示一些无线设备具备的四频带能力。虽然图2示出了使用四个接收路径的配置，但是无线设备11可以被适配为包括更多或更少的接收路径16。
为了帮助在接收和发送路径之间切换，开关12可以被配置为将天线14电连接到选择的发送或接收路径。因此，开关12可以提供与无线设备11的操作相关联的许多切换功能。在某些实施例中，开关12可以包括多个开关，所述多个开关被配置为提供与例如不同频带之间的切换、不同功率模式之间的切换、发送和接收模式之间的切换或它们的某种组合相关联的功能。开关12还可以被配置为提供额外的功能，包括对信号进行滤波和/转接(duplexing)。
图2示出在某些实施例中，可以提供控制组件18，用于控制与开关12、功率放大器17、包络跟踪器30和/或其他操作组件的操作相关联的各种控制功能。
在某些实施例中，处理器20可以被配置为便利于这里描述的各种处理的实现。处理器20可以实现各种计算机程序指令。处理器20可以是通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置。
在某些实施例中，这些计算机程序指令还可以存储在可以指导处理器20以特定方式操作的计算机可读存储器19中，使得在计算机可读存储器19中存储所述指令。
图示的无线设备11还包括包络跟踪器30，其可以用于向功率放大器17中的一个或多个提供功率放大器电源电压。例如，包络跟踪器30可以被配置为基于要放大的RF信号的包络，使向功率放大器17提供的电源电压改变。在图示的实现方式中，将包络信号从收发器13提供到包络跟踪器30。然而，其它实现方式是可能的，包括例如将包络信号从基带处理器或电力管理集成电路(PMIC)提供到包络跟踪器30的配置。此外，在某些实现方式中，通过使用任何适当的包络检测器检测RF信号的包络，可以从RF信号生成包络信号。
包络跟踪器30可以电连接到电池21，电池21可以是包括例如锂离子电池的在无线设备11中使用的任何适当的电池。如下面将进一步详细描述的，通过控制向功率放大器17中的一个或多个提供的电压，可以减少从电池21消耗的功率，因此提高无线设备11的电池寿命。
图3A是包括包络跟踪器30的功率放大器系统26的一个示例的示意框图。图示的功率放大器系统26包括开关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包括基带处理器34、包络整形块35、数模转换器(DAC)36、I/Q调制器37、混频器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信号对应于期望幅度、频率和相位的正弦波或信号的信号分量。例如，I信号可以用于表示正弦波的同相分量，并且Q信号可以用于表示正弦波的正交分量，其可以是正弦波的等效表示。在某些实现方式中，I和Q信号可以以数字格式提供给I/Q调制器37。基带处理器34可以是被配置为处理基带信号的任何适当处理器。例如，基带处理器34可以包括数字信号处理器、微处理器、可编程核或其任何组合，此外，在一些实现方式中，可以在功率放大器系统26中包括两个或更多基带处理器34。
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，并且处理I和Q信号以生成RF信号。例如，I/Q调制器37可以包括被配置为将I和Q信号转换为模拟格式的DAC、用于将I和Q信号上变频到射频的混频器、以及用于将上变频后的I和Q信号组合为适于通过功率放大器32放大的RF信号的信号组合器。在某些实现方式中，I/Q调制器37可以包括被配置为对其中处理的信号的频率内容进行滤波的一个或多个滤波器。
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度数据转换为整形后的包络数据。对来自基带处理器34的包络数据进行整形可以通过例如调整包络信号以优化功率放大器32的线性和/或实现功率放大器32的期望增益压缩来帮助提高功率放大器系统26的性能。在某些实现方式中，包络整形块35是数字块，并且DAC36用于将整形后的包络数据转换为适于包络跟踪器30使用的模拟包络信号。然而，在其他实现方式中，可以省略DAC36，以有利于向包络跟踪器30提供数字包络信号以帮助包络跟踪器30进一步处理包络信号。
包络跟踪器30可以从收发器33接收包络信号和从电池21接收电池电压VBATT，并且可以使用包络信号来生成关于包络而改变的功率放大器32的功率放大器电源电压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向天线14提供放大的RF信号。
定向耦合器24可以位于功率放大器32的输出和开关12的输入之间，从而允许不包括开关12的插入损耗的功率放大器32的输出功率测量。可以向混频器38提供来自定向耦合器24的感测到的输出信号，混频器38可以将感测到的输出信号乘以受控频率的参考信号，以便下移感测到的输出信号的频谱。可以向ADC39提供下移的信号，ADC39可以将下移的信号转换为适于通过基带处理器34处理的数字格式。通过包括功率放大器32的输出和基带处理器34的输入之间的反馈路径，基带处理器34可以被配置为动态调整I和Q信号和/或与I和Q信号相关联的包络数据，以优化功率放大器系统26的操作。例如，以该方式配置功率放大器系统26可以帮助控制功率放大器32的功率附加效率(PAE)和/或线性。
虽然功率放大器系统26被图示为包括单个功率放大器，但是这里的教导适用于包括多个功率放大器的功率放大器系统，包括例如多模式和/或多模式功率放大器系统。
图3B是包括包络跟踪器30的功率放大器系统40的另一示例的示意框图。图示的功率放大器系统26包括包络跟踪器30、功率放大器32、电感器27、阻抗匹配块31、开关12和天线14。图示的包络跟踪器30被配置为接收RF信号的包络和使用电池电压VBATT生成功率放大器32的功率放大器电源电压VCC_PA。
图示的功率放大器32包括具有发射极、基极和集电极的双极型晶体管29。双极型晶体管29的发射极可以电连接到电力(power)低电源电压V1，其例如可以是地电源。此外，可以向双极型晶体管29的基极提供射频(RF)信号。双极型晶体管29可以放大RF信号以在集电极生成放大的RF信号。双极型晶体管29可以是任何适当的器件。在一个实现方式中，双极型晶体管29是异质结双极型晶体管(HBT)。
功率放大器32可以被配置为向开关12提供放大的RF信号。阻抗匹配块31可以用于终止功率放大器32和开关12之间的电连接，这可以帮助增加功率传递和/或减小使用功率放大器32生成的放大的RF信号的反射。
可以包括电感器27以利用由包络跟踪器30生成的功率放大器电源电压VCC_PA来向功率放大器32供电，同时抑制或阻止高频RF信号分量。电感器27可以包括电连接到包络跟踪器30的第一端和电连接到双极型晶体管29的集电极的第二端。
虽然图3B图示功率放大器32的一个实现方式，但是技术人员将理解这里描述的教导可以应用于各种功率放大器结构，例如多级功率放大器和采用其他晶体管结构的功率放大器。例如，在一些实现方式中，可以省略双极型晶体管29，以有利于采用例如硅FET、砷化镓(GaAs)高电子迁移率晶体管(HEMT)、或横向扩散金属氧化物半导体(LDMOS)晶体管的场效应晶体管(FET)。
图4A-4B示出功率放大器电源电压相对于时间的两个示例。
图4A中，曲线图47图示RF信号41的电压和功率放大器电源电压43相对于时间的一个示例。RF信号41具有包络42。
可能重要的是功率放大器的功率放大器电源电压43具有比RF信号41的电压更大的电压。例如，使用具有比RF信号的幅度更小的幅度的功率放大器电源电压向功率放大器供电可能对RF信号进行限幅，因此产生信号失真和/或其他问题。因此，可能重要的是功率放大器电源电压43大于包络42的电压。然而，可能希望减小功率放大器电源电压43和RF信号41的包络42之间的电压差，因为功率放大器电源电压43和包络42之间的面积可以表示损失的能量，这可以减少电池寿命和增加在移动设备中生成的热量。
图4B中，曲线图48图示RF信号41的电压和功率放大器电源电压44相对于时间的另一示例。相比于图4A的功率放大器电源电压43，图4B的功率放大器电源电压44关于RF信号41的包络42而变化。图4B中功率放大器电源电压44和包络42之间的面积小于图4A中功率放大器电源电压43和包络42之间的面积，因此图4B的曲线图48可以与具有更大能量效率的功率放大器系统相关联。
包络跟踪系统的概述
这里公开一种用于包络跟踪的装置和方法。在某些实现方式中，提供一种用于生成功率放大器的功率放大器电源电压的包络跟踪系统。所述包络跟踪系统可以包括被配置为并行操作以基于由功率放大器放大的RF信号的包络控制功率放大器电源电压的电压电平的降压转换器和误差放大器。降压转换器可以被配置为将电池电压转换为步降或降压电压，并且误差放大器可以通过使用快速改变的输出电流调整步降电压的幅度来生成功率放大器电源电压。
在某些实现方式中，误差放大器可以生成基于误差放大器的输出电流的幅度而改变的误差电流，并且降压转换器可以基于误差电流控制降压电压的幅度。使用误差电流控制降压转换器可以帮助提高包络跟踪系统的整体效率。例如，误差放大器可以具有比降压转换器的功率效率更低的功率效率但是比降压转换器的速度更快的速度。因此，配置降压转换器以基于误差电流控制降压电压从而控制功率放大器电源电压可以通过减少误差放大器提供的电流量来帮助提高包络跟踪系统的整体功率效率。
图5是包络跟踪系统50的一个实施例的示意框图。包络跟踪系统50包括电池21、误差放大器51、反馈电路52、降压转换器53和升压转换器54。
误差放大器51包括被配置为接收包络信号(ENVELOPE)的第一输入、电连接到反馈电路52的第一端子的第二输入以及电连接到功率放大器电源电压VCC_PA、降压转换器53的输出和反馈电路52的第二端子的输出。误差放大器51被配置为生成误差电流IERROR并且向降压转换器53提供误差电流IERROR。
反馈电路52可以是任何适当的电路，并且可以包括有源和/或无源电路。在一个实现方式中，反馈电路52包括电连接在反馈电路的第一和第二端子之间的电阻器。然而，可以使用反馈电路52的任何适当实现方式。
升压转换器54被配置为从电池21接收电池电压VBATT。升压转换器54被配置为生成升压电压VBOOST，其可以具有比电池电压VBATT的电压电平更大的电压电平。如图5中所示，升压电压VBOOST可以用于向误差放大器51供电。虽然升压转换器54被图示为生成单个升压后的输出电压，但是在某些实现方式中，升压转换器54可以被配置为生成多个升压后的输出电压，以便向其他组件或电路提供期望电压电平的电源。
降压转换器53被配置为从电池21接收电池电压VBATT和从误差放大器51接收误差电流IERROR。降压转换器53包括被配置为通过经由内部电感器吸入或流出至功率放大器电源电压VCC_PA的电流来控制功率放大器电源电压VCC_PA的电压电平的输出。降压转换器53可以用于将功率放大器电源电压VCC_PA控制为比电池电压VBATT的电压电平小的电压电平。如下面将进一步详细描述的，降压转换器53可以基于误差电流IERROR随时间控制功率放大器电源电压VCC_PA的幅度。
图示的包络跟踪系统50包括降压转换器53和误差放大器51，它们被配置为并行操作以基于包络信号控制功率放大器电源电压VCC_PA的电压电平。降压转换器53可以具有比误差放大器的功率效率更大的功率效率、但是比误差放大器的跟踪速度更慢的跟踪速度。因此，误差放大器51可以用于提供包络信号的高频分量的跟踪，而降压转换器53可以用于提供包络信号的低频分量的跟踪。在图示的配置中，使用升压电压VBOOST向误差放大器51供电，因此误差放大器51还可以用于将功率放大器电源电压VCC_PA的电压电平控制为高于电池电压VBATT。
在图5中示出的配置中，误差放大器51向降压转换器53提供误差电流IERROR以帮助降压转换器53跟踪包络信号。误差电流IERROR可以指示功率放大器电源电压VCC_PA的目前或当前电压电平和功率放大器电源电压VCC_PA的期望电压电平之间的差。因为误差放大器51可以具有比降压转换器53的功率效率更低的功率效率但是比降压转换器53的速度更快的速度，所以配置降压转换器53以基于误差电流IERROR控制功率放大器电源电压VCC_PA可以通过减少误差放大器51提供的电流量来帮助提高包络跟踪系统50的整体功率效率。例如，误差电流IERROR可以随着误差放大器51吸入或流出至功率放大器电源电压VCC_PA上的电流而改变，并且降压转换器53可以随时间控制功率放大器电源电压VCC_PA的电压电平，以便减少误差电流IERROR和误差放大器51的输出电流的幅度。
如前所述，升压转换器54可以生成升压电压VBOOST，其可以具有比电池电压VBATT的电压幅度更大的电压幅度。在包络跟踪系统50中包括升压转换器54可以允许误差放大器51将功率放大器电源电压VCC_PA控制为高于电池电压VBATT的电压电平。以该方式配置包络跟踪系统50可以允许使用包络跟踪系统50供电的功率放大器驱动相对大的负载线阻抗。例如，当功率放大器正在放大相对大的RF输入信号时，驱动大的负载线阻抗的功率放大器可以在功率放大器的输出处具有相对大的电压摆幅。因此，配置包络跟踪系统50以将功率放大器电源电压VCC_PA控制为高于电池电压VBATT可以通过允许功率放大器的输出信号超过电池电压VBATT而不使功率放大器的输出信号限幅或以其他方式失真来增大功率放大器可以驱动的最大负载线阻抗。
包络跟踪系统50与其他包络跟踪方案相比可以提供许多优点。例如，包络跟踪系统50可以提供相对强大的包络跟踪，同时提供高功率效率。此外，包络跟踪系统50可以具有相对少的组件数，包括例如相对少量的例如分立电感器的外部组件。在某些实现方式中，包络跟踪系统50被集成在例如具有功率放大器的多芯片模块(MCM)的公共模块上。然而，其他配置是可能的。
图6是可以在例如图5的包络跟踪系统50中使用的升压转换器60的一个实施例的电路图。升压转换器60包括升压电路63和升压控制块64。升压电路63被配置为接收电池电压VBATT和使电池电压VBATT的电压幅度升高或增大以生成升压电压VBOOST。升压控制块64包括被配置为接收升压电压VBOOST的反馈输入和用于控制升压电路63的控制输出。
升压电路63包括电感器65、第一和第二开关66a、66b以及旁路电容器67。电感器65包括电连接到电池电压VBATT的第一端以及电连接到第一开关66a的第一端和第二开关66b的第一端的第二端。第一开关66a还包括电连接到可以是例如地电源的第一或电力低电源电压V1的第二端。第二开关66b还包括电连接到升压电压VBOOST和电容器67的第一端的第二端。旁路电容器67还包括电连接到电力低电源电压V1的第二端。旁路电容器67可以用于对升压电压VBOOST进行滤波。在某些实现方式中，旁路电容器67可以被放置或定位为离升压转换器的负载相对短的距离。
升压控制块64可以被配置为控制升压电路63，以便生成升压电压VBOOST。例如，当升压电路63连续操作时，升压控制块64可以通过在与升压电路63的第一升压阶段相关联的配置和与升压电路63的第二升压阶段相关联的配置之间定期切换第一和第二开关66a、66b的状态来生成升压电压VBOOST。例如，在升压电路63的第一升压阶段期间，升压控制块64可以断开第二开关66b并闭合第一开关66a，以便通过提供从电池电压VBATT经由电感器65和第一开关66a到电力低电源电压V1的电流来增大电感器65的磁场。此外，在升压电路63的第二升压阶段期间，升压控制块64可以闭合第二开关66b并断开第一开关66a，使得电感器65的磁场生成从电池电压VBATT通过电感器65和第二开关66b至升压电压VBOOST的电流。
虽然升压电路63被描述为当生成升压电压VBOOST时在两个阶段上操作，但是升压电路63可以被配置为使用额外的阶段操作。例如，升压电路63可以被配置为使用升压控制块64通过在第一升压阶段、第二升压阶段和与断开第一和第二开关66a、66b相关联的第三升压阶段之间切换升压电路63来间断地操作。
虽然图6图示适用于在这里描述的包络跟踪系统的升压转换器60的一个示例，但是可以使用升压转换器60的其他配置，包括例如第一和第二开关66a、66b以其他方式连接和/或操作的配置。
图7是可以在例如图5的包络跟踪系统50中使用的降压转换器70的一个实施例的电路图。降压转换器70包括降压电路73和降压控制块74。降压电路73被配置为接收电池电压VBATT和生成可以具有比电池电压VBATT的电压幅度更小的电压幅度的降压电压VBUCK。降压控制块74包括被配置为接收降压电压VBUCK的反馈输入、用于接收误差电流IERROR的误差输入以及用于控制降压电路73的控制输出。如上参考图5所述，降压转换器70可以与误差放大器并联电连接以生成功率放大器电源电压。因此，在某些实现方式中，被配置为生成降压电压VBUCK的降压转换器70的输出电连接到功率放大器电源电压。
降压电路73包括电感器75、第一和第二开关76a、76b以及旁路电容器77。第一开关76a包括电连接到电池电压VBATT的第一端以及电连接到第二开关76b的第一端和电感器75的第一端的第二端。第二开关76b还包括电连接到电力低电源电压V1的第二端。电感器76还包括电连接到降压电压VBUCK和旁路电容器77的第一端的第二端。旁路电容器77还包括电连接到电力低电源电压V1的第二端。旁路电容器77可以用于对降压电压VBUCK进行滤波。在某些实现方式中，旁路电容器77可以被放置为相对靠近或接近降压转换器的负载。
降压控制块74可以被配置为控制降压电路73，以便生成降压电压VBUCK。例如，当降压电路73连续操作时，降压控制块74可以通过在与降压电路73的第一降压阶段相关联的配置和与降压电路73的第二降压阶段相关联的配置之间定期切换第一和第二开关76a、76b的状态来生成降压电压VBUCK。例如，在降压电路73的第一降压阶段期间，降压控制块74可以断开第二开关76b并闭合第一开关76a，以便通过提供从电池电压VBATT经由电感器75和第一开关76a到降压电压VBUCK的电流来对电感器75的磁场进行充电。此外，在降压电路73的第二降压阶段期间，降压控制块74可以被配置为闭合第二开关76b和断开第一开关76a，使得电感器75的磁场生成从电力低电源电压V1通过第二开关76b和电感器75至降压电压VBUCK的电流。
虽然降压电路73被描述为当生成降压电压VBUCK时在两个阶段上操作，但是降压电路73可以被配置为使用额外的阶段操作。例如，降压电路73可以被配置为使用被配置为在第一降压阶段、第二降压阶段和与断开第一和第二开关76a、76b中的每一个相关联的第三降压阶段之间切换降压电路73的降压控制块74来间断地操作。
降压控制块74包括迟滞电流比较器77，其可以用于基于误差电流IERROR来控制降压电路73。如前面关于图5所述，误差电流IERROR可以关于误差放大器的输出电流而改变。迟滞电流比较器77可以用于基于误差电流IERROR来控制降压电压VBUCK的幅度，以便减小误差放大器的输出电流和提高包络跟踪系统的整体效率。在某些实现方式中，误差电流IERROR是差分误差电流，并且迟滞电流比较器77被配置为比较误差电流IERROR的正或非反相电流分量和误差电流IERROR的负或反相电流分量，并且基于该结果来控制降压电压VBUCK。迟滞电流比较器77的额外的细节可以如下面将进一步描述的。
虽然图7图示适用于在这里描述的包络跟踪系统的降压转换器70的一个示例，但是可以使用其他降压转换器配置。
图8是可以在例如图7的降压转换器70中使用的迟滞电流比较器80的一个实施例的电路图。迟滞电流比较器80包括第一到第九n型场效应晶体管(NFET)81-89和第一到第四p型场效应晶体管(PFET)91-94。迟滞电流比较器80被配置为接收参考电流IREF和差分误差电流IERROR+、IERROR-，并且生成可以用于控制降压转换器的输出信号OUT。差分误差电流IERROR+、IERROR-可以对应于正或非反相误差电流IERROR+和负或反相误差电流IERROR-之间的差。
第一NFET81包括被配置为接收参考电流IREF的漏极。第一NFET81的漏极电连接到第一NFET81的栅极和第二NFET82的栅极。第二NFET82还包括电连接到第一PFET91的漏极的漏极。第一和第二NFET81、82每一个包括电连接到可以是例如地电源的电力低电源电压V1的源极。第三NFET83包括被配置为接收负误差电流IERROR-的漏极。第三NFET83的漏极电连接到第三NFET83的栅极和第四NFET84的栅极。第四NFET84还包括电连接到第一PFET91的栅极、第二PFET92的栅极和漏极、第七NFET87的漏极、第三PFET93的漏极、第九NFET89的栅极以及第四PFET94的栅极的漏极。第三和第四NFET83、84每一个还包括电连接到电力低电源电压V1的源极。第一和第二PFET91、92每一个还包括电连接到第二或电力高电源电压V2的源极。在某些实现方式中，电力高电源电压V2是由升压转换器生成的升压电压。然而，在其他实现方式中，电力高电源电压V2可以是其他电压，例如电池电压。
第五NFET85包括被配置为接收正误差电流IERROR+的漏极。第五NFET85的漏极电连接到第五NFET85的栅极和第六NFET86的栅极。第六NFET86还包括电连接到第七NFET87的源极和第八NFET88的源极的漏极。第五和第六NFET85、86每一个还包括电连接到电力低电源电压V1的源极。第七NFET87还包括电连接到偏置电压VBIAS的栅极。在一个实现方式中，利用被选择为在大约2.2V到大约3.6V的范围中的电压电平偏置所述偏置电压VBIAS。然而，本领域普通技术人员将容易地确定其他适当电压值，包括例如与具体应用和/或制造工艺相关联的电压值。
第八NFET88还包括电连接到电力高电源电压V2的漏极，和在配置为生成输出信号OUT的节点处电连接到第三PFET93的栅极、第四PFET94的漏极以及第九NFET89的漏极的栅极。第九NFET89还包括电连接到电力低电源电压V1的源极，并且第四PFET89还包括电连接到电力高电源电压V2的源极。
输出信号OUT可以关于差分误差电流IERROR+、IERROR-而改变。例如，当正误差电流IERROR+相对大时，第九NFET89和第四PFET94的栅极的电压可以被拉高，并且第九NFET89和第四PFET94可以将输出信号OUT控制为逻辑低。此外，当负误差电流IERROR-相对大时，第九NFET89和第四PFET94的栅极的电压可以被拉低，并且第九NFET89和第四PFET94可以将输出信号OUT控制为逻辑高。相应地，输出信号OUT可以跟踪差分误差电流IERROR+、IERROR-。虽然图示的配置图示输出信号OUT的一个配置，但是这里的教导适用于输出信号OUT的极性反转的配置。
图示的误差放大器80采用迟滞以防止输出信号OUT响应于差分误差电流IERROR+、IERROR-的相对小的波动而改变状态。例如，第八NFET88和第三PFET93可以提供迟滞。
虽然图8图示用于在图7的降压转换器70中使用的迟滞电流比较器80的一个示例，但是可以使用迟滞电流比较器80的其他实现方式，包括具有以其他方式布置的晶体管的布置。此外，在一些实现方式中，可以省略迟滞电流比较器80，以有利于以例如通过使用低通滤波器的其他方式控制降压转换器。
图9是可以在例如图5的包络跟踪系统50中使用的误差放大器100的一个实施例的电路图。误差放大器100包括第一到第八NFET101-108、第一到第九PFET111-119以及偏置电路120。误差放大器100被配置为接收差分输入电压VIN+、VIN-，以生成输出电压VOUT，并且生成差分误差电流IERROR+、IERROR-。差分输入电压VIN+、VIN-可以与正或第一输入电压VIN+和负或第二输入电压VIN-之间的差相关联。
第一PFET111包括被配置为接收正输入电压VIN+的栅极，以及电连接到第二PFET112的源极和第三PFET113的漏极的源极。第一PFET111还包括电连接到第一NFET101的漏极、第三NFET103的漏极和第五NFET105的源极的漏极。第二PFET112还包括被配置为接收负输入电压VIN-的栅极，以及电连接到第二NFET102的漏极、第四NFET104的漏极和第六NFET106的源极的漏极。第三PFET还包括被配置为接收第一偏置电压VBIAS1的栅极，以及电连接到电力高电源电压V2的源极。第一NFET101还包括在被配置为接收第二偏置电压VBIAS2的节点电连接到第二NFET102的栅极、第三NFET103的栅极和第四NFET104的栅极的栅极。第一到第四NFET101-104每一个还包括电连接到电力低电源电压V1的源极。
第五NFET105还包括在被配置为接收第三偏置电压VBIAS3的节点电连接到第六NFET106的栅极的栅极。第五NFET105还包括电连接到第六PFET116的栅极、第七PFET117的栅极和第四PFET114的漏极的漏极。第四PFET114还包括在被配置为接收第四偏置电压VBIAS4的节点电连接到第五PFET115的栅极的栅极。第四PFET114还包括电连接到第六PFET116的漏极的源极。第六和第七PFET116、117每一个还包括电连接到电力高电源电压V2的源极。第七PFET117还包括电连接到第五PFET115的源极的漏极。第五PFET115还包括电连接到第八PFET118的栅极、第九PFET119的栅极和偏置电路120的第一端子的漏极。
第八PFET118还包括电连接到第七NFET107的漏极并且被配置为生成输出电压VOUT的漏极。第九PFET119还包括被配置为生成正误差电流IERROR+的漏极。第八和第九PFET118、119每一个还包括电连接到电力高电源电压V2的源极。第八NFET108还包括被配置为生成负误差电流IERROR-的漏极，以及电连接到第七NFET107的栅极、第六NFET106的漏极和偏置电路120的第二端子的栅极。第七和第八NFET107、108每一个还包括电连接到电力低电源电压V1的源极。
偏置电路120可以是任何适当偏置电路。例如，在一个实现方式中，偏置电路120包括与被布置在偏置电路120的第一和第二端子之间的PFET和NFET的沟道并联电连接的PFET和NFET。然而，可以使用偏置电路120的其他配置。
误差放大器100可以用于放大差分输入电压VIN+、VIN-以生成输出电压VOUT。例如，第一和第二PFET111、112可以作为差分晶体管对而操作，并且第一到第六NFET101-106和第四到第七PFET114-117可以作为折叠式共源共栅放大结构而操作。此外，第七NFET107和第八PFET118可以作为误差放大器100的输出级而操作。
如图9中所示，第八NFET108和第九PFET119可以被配置为分别接收第七NFET107和第八PFET118的栅极电压。因为第七NFET107和第八PFET118可以作为误差放大器100的输出级而操作，以该方式将第八NFET108和第九PFET119的栅极电连接可以用于生成跟踪误差放大器100的输出电流的差分误差电流IERROR+、IERROR-。在某些实现方式中，第八NFET108是第七NFET107的复制品晶体管，并且第九PFET119是第八PFET118的复制品晶体管。例如，在实施例中，第八NFET108和第九PFET119的宽度被选择为分别比第七NFET107和第八PFET118的宽度小大约100倍到大约200倍之间。然而，本领域普通技术人员将容易地确定其他适当宽度。
第一到第四配置电压VBIAS1-VBIAS4可以是任何适当电压。在一个实现方式中，第一偏置电压VBIAS1具有被选择为在大约2V到大约3.8V的范围中的电压电平，第二偏置电压VBIAS2具有被选择为在大约0.6V到大约1V的范围中的电压电平，第三偏置电压VBIAS3具有被选择为在大约2.2V到大约3.6V的范围中的电压电平，并且第四偏置电压VBIAS4具有被选择为在大约2.4V到大约3.8V的范围中的电压电平。然而，本领域普通技术人员将容易地确定其他电压电平，包括例如与具体应用和/或工艺相关联的电压电平。
虽然图9图示适用于这里描述的包络跟踪系统的误差放大器的一个示例，但是根据这里描述的包络跟踪方案可以使用其他误差放大器配置。
图10是包络跟踪系统130的另一实施例的示意框图。包络跟踪系统130包括电池21、误差放大器51、反馈电路52和降压转换器53。
除了图10的包络跟踪系统130图示了省略图5的升压转换器54以有利于使用电池电压VBATT向误差放大器51供电的配置以外，图10的包络跟踪系统130与图5的包络跟踪系统50类似。以该方式配置包络跟踪系统130可以通过减少例如电感器的数目之类的的组件数来减小包络跟踪系统的复杂度。然而，以该方式配置包络跟踪系统130还可以减小包络跟踪系统130可以将功率放大器电源电压VCC_PA控制到的最大电压电平。例如，如前面关于图5所述，当功率放大器驱动相对大的负载阻抗时，功率放大器可以使用相对大的最大功率放大器电源电压。相应地，包络跟踪系统130可以适用于向驱动例如小于或等于5Ω的负载线阻抗的相对小的负载线阻抗的一个或多个功率放大器供电。功率放大器系统130的额外的细节可以与前面关于图5的功率放大器系统50描述的细节类似。
图11示出图5的包络跟踪系统50的电流相对于时间的曲线图150的一个示例。曲线图150包括电流相对于时间的第一曲线151、电流相对于时间的第二曲线152和电流相对于时间的第三曲线153。曲线图150可以对应于这里描述的某些包络跟踪系统(例如图5的包络跟踪系统50)的电流波形的一个示例。例如，第一曲线151可以对应于误差放大器51的输出电流相对于时间，第二曲线152可以对应于降压转换器53的输出电流相对于时间，并且第三曲线153可以对应于向功率放大器提供的电流，其可以等于误差放大器51的输出电流和降压转换器53的输出电流的和。如曲线图150中所示，通过向降压转换器51提供误差电流信号IERROR，降压转换器53可以被配置为随时间生成向功率放大器提供的电流的、相对于由误差放大器51提供的电流的部分更大的部分。因为降压转换器53可以具有比误差放大器51更高的功率效率，以该方式配置包络跟踪系统可以提高功率效率。
图12是包络跟踪系统160的另一实施例的示意框图。包络跟踪系统160包括电池21、误差放大器51、反馈电路52、降压转换器53、AC耦合电容器161和旁路电容器162。
除了图12的包络跟踪系统160还包括AC耦合电容器161和旁路电容器162以外，图12的包络跟踪系统160与图10的包络跟踪系统130类似。旁路电容器162电连接在功率放大器电源电压VCC_PA和电力低电源电压V1之间，并且可以被包括以减少输出电源噪声。此外，包络跟踪系统160包括AC耦合电容器161，其可以电连接在误差放大器51的输出和功率放大器电源电压VCC_PA之间。
在误差放大器的输出和功率放大器电源电压VCC_PA之间的电路径中插入AC耦合电容器161允许使用电池电压VBATT向误差放大器51供电，同时允许误差放大器51将功率放大器电源电压VCC_PA控制为高于电池电压VBATT的电压电平。相应地，可以在与功率放大器电源电压VCC_PA的相对高的最大电压电平相关联的应用中使用图示的包络跟踪系统160，所述应用例如为功率放大器驱动相对大的阻抗负载并且具有相对大的输出电压摆幅的配置。
在某些实现方式中，包络跟踪系统160被集成在具有功率放大器的公共模块上。例如，在一个实施例中，多芯片模块(MCM)包括附接于公共模块基板的功率放大器裸芯和包络跟踪裸芯。然而，其他实现方式是可能的，例如包络跟踪系统160被实现在与功率放大器模块分开的包络跟踪模块上的实现方式。
图13是包络跟踪模块170的一个实施例的示意框图。包络跟踪模块170被配置为生成可以用于向一个或多个功率放大器供电的功率放大器电源电压VCC_PA。
包络跟踪模块170包括包络跟踪裸芯171，包络跟踪裸芯171包括第一到第七引脚或触垫(pad)172a-172g、降压控制器74、误差放大器51、n型场效应晶体管(NFET)174和p型场效应晶体管(PFET)175。包络跟踪模块170还包括电感器55、反馈电路52、AC耦合电容器161和旁路电容器162。在某些实现方式中，电感器55、反馈电路52、AC耦合电容器161和旁路电容器162被实现为布置在包络跟踪裸芯171附接于其上的功率放大器模块170的模块基板上的组件。例如，可以至少部分使用表面安装组件(SMC)来实现电感器55、反馈电路52、AC耦合电容器161和/或旁路电容器162。然而，其他实现方式是可能的。虽然图13中为了清楚仅图示某些组件和引脚，但是包络跟踪模块170和/或包络跟踪裸芯171可以被配置为包括额外的组件和/或引脚。此外，在某些实现方式中，电感器55、反馈电路52、AC耦合电容器161和/或旁路电容器162可以被全部或部分实现在包络跟踪裸芯171上。
降压控制器74电连接到第一或VBATT引脚172a，该引脚可以用于向包络跟踪裸芯171提供电力。降压控制器74包括电连接到NFET174的栅极的第一控制输出和电连接到PFET175的栅极的第二控制输出。NFET174还包括电连接到电力低电源电压V1的源极以及电连接到PFET175的漏极和第二或BUCKOUT引脚172b的漏极。PFET175还包括电连接到VBATT引脚172a的源极。
降压控制器74被配置为从误差放大器51接收误差电流IERROR。此外，降压控制器74电连接到第三或IHI引脚172c和第四或ILO引脚172d，其可以用于提供降压控制器74可以与误差电流IERROR比较的阈值电流。例如，降压控制器74可以包括迟滞电流比较器77，其可以被配置为控制NFET174和PFET175，以便当误差电流IERROR大于在IHI引脚172c上接收的电流时，增大功率放大器电源电压VCC_PA，并且当误差电流IERROR小于在ILO引脚172d上接收的电流时，减小功率放大器电源电压VCC_PA。将误差电流IERROR与阈值电流相比较允许降压控制器74跟踪功率放大器电源电压VCC_PA的低频分量。虽然图13中图示降压控制器74的一个配置，但是可以使用降压控制器74的其他实现方式，例如其中以其他方式实现迟滞的配置。
误差放大器51包括电连接到第五或ENVELOPE引脚172e的非反相输入，其可以接收与使用包络跟踪模块170供电的功率放大器相关联的包络信号。在某些实现方式中，通过使用收发器IC、基带处理器或电力管理IC中的至少一个提供包络信号。误差放大器51还包括电连接到第六或FBK引脚172f的反相输入。误差放大器51还包括电连接到第七或ERROUT引脚172g的输出。误差放大器51被配置为生成误差电流IERROR并向降压控制器74提供误差电流IERROR。
电感器55包括电连接到BUCKOUT引脚172b的第一端和电连接到功率放大器电源电压VCC_PA的第二端。AC耦合电容器161包括电连接到ERROUT引脚172g的第一端和电连接到功率放大器电源电压VCC_PA的第二端。旁路电容器162包括电连接到功率放大器电源电压VCC_PA的第一端和电连接到电力低电源电压V1的第二端。
图示的包络跟踪模块170可以使用在ENVELOPE引脚172e上接收的包络信号控制功率放大器电源电压VCC_PA的电压电平。此外，包络跟踪模块170采用并行操作以控制功率放大器电源电压VCC_PA的电压电平的降压转换器和误差放大器。具体地，包括迟滞电流比较器77的降压控制器74可以用于跟踪包络信号的低频分量，而误差放大器51可以用于通过基于包络信号和从反馈电路52接收到的高频反馈信号之间的差来控制向功率放大器电源电压VCC_PA传递的AC电流来跟踪包络信号的高频分量。此外，因为误差放大器51的输出通过AC耦合电容器161电连接到功率放大器电源电压VCC_PA，所以包络跟踪模块170可以用于将功率放大器电源电压VCC_PA的电压电平控制为高于在VBATT引脚172a上接收的电池电压的电压电平。
如在上面的各种配置中所述，降压转换器可以被配置为生成具有基于由误差放大器生成的误差电流的幅度的降压电压。然而，可以以其他方式控制降压转换器。例如，在某些实现方式中，可以对功率放大器电压进行滤波并且将功率放大器电压用于生成用于控制降压转换器的控制电压。例如，在某些实例中，滤波后的功率放大器电源电压可以与参考电压相比较以生成控制电压。
图14是包络跟踪模块180的另一实施例的示意框图。包络跟踪模块180被配置为生成可以用于向一个或多个功率放大器供电的功率放大器电源电压VCC_PA。
包络跟踪模块180包括包络跟踪裸芯181，其包括第一到第七引脚或触垫182a-182g、误差放大器183、NFET184、PFET185、DC到DC控制器186、参考电压生成器187、低通滤波器188和比较器228。包络跟踪模块180还包括电感器55、AC耦合电容器161、旁路电容器162、第一反馈电阻器189a和第二反馈电阻器189b。
在某些实现方式中，电阻器55、AC耦合电容器161、旁路电容器162以及第一和第二反馈电阻器189a、189b被实现为布置在与包络跟踪裸芯181相关联的封装基板上的组件。然而，其他实现方式是可能的。虽然图14为了清楚仅图示某些组件和引脚，但是包络跟踪模块180和/或包络跟踪裸芯181可以被配置为包括额外的组件和/或引脚。
DC到DC控制器186电连接到第一或VBATT引脚182a。DC到DC控制器186包括电连接到NFET184的栅极的第一控制输出和电连接到PFET185的栅极的第二控制输出。NFET184还包括电连接到电力低电源电压V1的源极，以及电连接到PFET185的漏极和第二或VREG引脚182b的漏极。PFET185还包括电连接到VBATT引脚182a的源极。DC到DC控制器186被配置为从比较器228接收控制电压VCONTROL。DC到DC控制器186可以被配置为控制NFET184和PFET185的栅极电压以基于可以作为低频反馈信号操作的控制电压VCONTROL的电压电平控制功率放大器电源电压VCC_PA的电压电平。虽然DC到DC控制器186被图示在降压转换器配置中，但是这里的教导适用于升压转换器配置。
误差放大器183包括非反相输入，该非反相输入电连接到可以被配置为接收与使用包络跟踪模块180供电的功率放大器的输入信号相关联的包络信号的第三或ENVELOPE引脚182c。在某些实现方式中，通过使用收发器IC、基带处理器或电力管理IC中的至少一个提供包络信号。如下所述，误差放大器183还包括电连接到被配置为从第一和第二反馈电阻器189a、189b接收高频反馈信号的第四或FBKHIGH引脚182d的反相输入。误差放大器183还包括电连接到第五或ERROUT引脚182e的输出。虽然图14图示了使用电阻器生成误差放大器的高频反馈信号的配置，但是其他配置是可能的，包括例如省略电阻器和/或包括以其他方式布置的电阻器的配置。
低通滤波器188包括电连接到被配置为接收功率放大器电源电压VCC_PA的第六或FBKLOW引脚182f的输入。低通滤波器188可以被配置为对功率放大器电源电压VCC_PA的高频分量进行滤波或衰减，以生成滤波后的功率放大器电源电压。参考电压生成器187可以生成参考电压VREF，比较器228可以比较参考电压VREF和滤波后的功率放大器电源电压，以生成用于控制DC到DC控制器186的控制电压VCONTROL。
在图示的配置中，参考电压生成器187电连接到可以与串行外设接口(SPI)的数据输入引脚相关联的第七或SPI引脚182g。虽然为了清楚在图14中未图示，包络跟踪模块180可以包括与串行外设接口相关联的额外的引脚，包括例如串行时钟引脚、数据输出引脚和/或选择引脚。SPI引脚182g可以与用于提供数据的串行外设接口或总线相关联，所述数据用于控制参考电压VREF的电压电平。例如，参考电压生成器187可以包括数字到模拟(D到A)转换器，其可以将在SPI引脚182g上接收到的数字数据转换为用于生成参考电压VREF的模拟信号。在某些实现方式中，SPI引脚182g可以用于动态改变参考电压VREF以优化包络跟踪模块180供电的功率放大器的能量效率。例如，参考电压生成器187可以用于动态改变功率放大器的发送时隙之间的参考电压VREF，以便例如改变不同功率模式上功率放大器电源电压VCC_PA的特性。
电感器55包括电连接到VREF引脚182b的第一端和电连接到功率放大器电源电压VCC_PA的第二端。AC耦合电容器161包括电连接到ERROUT引脚182e的第一端和电连接到功率放大器电源电压VCC_PA的第二端。旁路电容器162包括电连接到功率放大器电源电压VCC_PA的第一端和电连接到电力低电源电压V1的第二端。第一反馈电阻器189a包括电连接到FBKHIGH引脚182d的第一端和连接到ERROUT引脚182e的第二端。第二反馈电阻器189b包括电连接到电力低电源电压V1的第一端和电连接到FBKHIGH引脚182d的第二端。
在图示的配置中，误差放大器183从第一和第二反馈电阻器189a、189b接收高频反馈信号。例如，在图示的配置中，AC耦合电容器161被布置在功率放大器电源电压VCC_PA以及第一和第二反馈电阻器189a、189b之间，从而操作以阻止功率放大器电源电压VCC_PA的低频分量到达误差放大器183的反相输入。以该方式配置功率放大器模块180可以通过允许DC到DC控制器186跟踪包络信号中的低频改变和允许误差放大器183跟踪包络信号中的高频改变来帮助增大该模块的功率效率。
在图示的配置中，误差放大器183仅使用高频反馈操作，因此由误差放大器183生成的误差电流可以不包括适合于被DC到DC控制器186跟踪的低频信息。因此，图示的包络跟踪模块180使用低通滤波器188对功率放大器电源电压VCC_PA进行滤波，并且将滤波后的功率放大器电源电压与参考电压VREF比较，以生成作为低频反馈信号操作的控制电压VCONTROL，而非使用来自误差放大器183的误差电流IERROR来控制DC到DC控制器186。
图15是电话板190的一个实施例的示意框图。电话板190包括收发器IC191、电力管理IC(PMIC)192和功率放大器(PA)模块193。收发器IC191被配置为生成射频信号(RF信号)和包络信号(ENVELOPE)。PA模块193被配置为从收发器IC191接收包络信号和射频信号。此外，PA模块193被配置为从PMIC192接收调节后的电压VREG，并且向PMIC192提供控制电压VCONTROL。PMIC192可以被配置为基于控制电压VCONTROL的电压电平来控制调节后的电压VREG的电压电平。
PA模块193可以是例如包括安装在模块或载体基板的表面上的一个或多个裸芯的多芯片模块(MCM)。通过在模块上集成多个裸芯和/或其他组件，可以实现各种优点，包括例如减少成本、提高制造容易性和/或减少互连长度。
PMIC192可以包括被配置为生成PA模块193的调节后的电压的一个或多个裸芯和/或其他组件。PMIC192可以包括例如被配置为生成包括例如PA模块193的电话板190的组件的一个或多个调节后的电源电压的一个或多个DC到DC转换器、低压降(LDO)稳压器和/或其他电路。PMIC192可以被配置为使用来自电池的电池电压生成所述一个或多个电源电压。在某些实现方式中，PMIC192可以包括用于向电池提供电力路径管理的电池充电器。
PA模块193可以生成控制电压VCONTROL，其可以由PMIC192使用以控制向PA模块193提供的调节后的电压VREG的电压电平。如下面将详细描述的，PA模块193可以包括被配置为基于从收发器IC191接收的包络信号ENVELOPE来调整调节后的电压VREG的电压电平的误差放大器。此外，PA模块193可以包括被配置为调节控制电压VCONTROL的电压电平的反馈电路。PA模块193可以以与前面关于图14描述的方式类似的方式使用控制电压VCONTROL来控制调节后的电压VREG的电压电平。相应地，PA模块193和PMIC192可以共同操作以向被布置在PA模块193上的功率放大器提供包络跟踪。
图9的电话板190包括用于提供包络信号跟踪的包络跟踪系统而不需要专用包络跟踪模块或裸芯。因此，电话板190可以使用包络跟踪功能操作，同时相对于电话板包括专用包络跟踪模块或裸芯的方案具有减小的板成本和/或面积。虽然图15图示其中使用收发器IC191生成包络信号的配置，但是其他配置是可能的。
图16A是RF系统200的一个实施例的示意框图。RF系统200包括功率放大器(PA)模块211和电力管理集成电路(PMIC)201。在一个实施例中，RF系统200是无线设备的电话板的一部分。
PMIC201包括NFET184、PFET185、DC到DC控制器186、第一到第三引脚202a-202c、PMIC电感器205和PMIC电容器207。虽然为了清楚PMIC201被图示为包括某些组件和引脚，但是PMIC201可以被适配为包括额外的组件和/或引脚。
DC到DC控制器186包括电连接到第一或VBATT引脚202a的电源输入，其可以被配置为从电池接收电池电压VBATT。DC到DC控制器186还包括电连接到第二或VCONTROL引脚202b的控制输入。DC到DC控制器186包括电连接到NFET184的栅极的第一控制输出和电连接到PFET185的栅极的第二控制输出。PFET185还包括电连接到VBATT引脚202a的源极，以及电连接到NFET184的漏极和PMIC电感器205的第一端的漏极。NFET184还包括电连接到电力低电源电压V1的源极，并且PMIC电感器205还包括电连接到第三或VREG引脚202c的第二端，其可以用于向功率放大器模块211提供调节后的电压。PMIC电容器207电连接在VREG引脚202c和电力低电源电压V1之间。DC到DC控制器186可以被配置为控制NFET184和PFET185的栅极电压，以便基于在VCONTROL引脚202b上接收到的控制电压的电压电平来控制VREG引脚202c的电压电平。虽然PMIC201被图示为用于降压转换器配置，但是PMIC201可以被适配为提供升压电压。因此，调节后的电压VREG可以是降压电压、升压电压或随时间在降压电压和升压电压之间改变的电压。
功率放大器模块211包括功率放大器32、AC耦合电容器161、旁路电容器162、误差放大器183、参考电压生成器187、低通滤波器188、第一反馈电阻器189a、第二反馈电阻器189b、第一到第七引脚212a-212g、电感器215和比较器228。虽然为了清楚功率放大器模块211被图示为包括某些组件和引脚，但是功率放大器模块211可以被适配为包括额外的组件和/或引脚。
第二反馈电阻器189b包括电连接到电力低电源电压V1的第一端，以及电连接到误差放大器183的反相输入和第一反馈电阻器189a的第一端的第二端。第一反馈电阻器189a还包括电连接到AC耦合电容器189a的第一端和误差放大器183的输出的第二端。误差放大器183还包括电连接到第一或VBATT引脚202a的电源输入，其可以被配置为接收电池电压VBATT。误差放大器183还包括电连接到第二或ENVELOPE引脚212b的非反相输入。AC耦合电容器161还包括电连接到功率放大器电源电压VCC_PA的第二端。
电感器215包括电连接到第三或VREG引脚212c的第一端，以及电连接到功率放大器电源电压VCC_PA的第二端。电容器162包括电连接到功率放大器电源电压VCC_PA的第一端，以及电连接到电力低电源电压V1的第二端。低通滤波器188包括电连接到功率放大器电源电压VCC_PA的输入，以及电连接到比较器228的第一输入的输出。比较器228还包括电连接到第四或VCONTROL引脚202b的输出，以及被配置为从参考电压生成器187的输出接收参考电压VREF的第二输入。参考电压生成器187还包括电连接到可以与串行外设接口的数据输入引脚相关联的第五或SPI引脚212e的输入。功率放大器32包括被配置为接收功率放大器电源电压VCC_PA的电源输入、电连接到第六或RF_IN引脚212f的信号输入以及电连接到第七或RF_OUT引脚212g的信号输出。
低通滤波器188可以被配置为对功率放大器电源电压VCC_PA的高频分量进行滤波或衰减，以生成用于比较器228的滤波后的功率放大器电源电压。比较器228还可以从参考电压生成器187接收参考电压VREF，并且可以比较参考电压VREF和滤波后的功率放大器电源电压，以生成用于控制PMIC201的DC到DC控制器186的控制电压VCONTROL。在图示的配置中，参考电压生成器187电连接到可以耦接到提供用于控制参考电压VREF的电压电平的数据的串行外设接口或总线的SPI引脚212e。例如，参考电压生成器187可以包括可以将SPI引脚212e上接收到的数字数据转换为用于生成参考电压VREF的模拟信号的数字到模拟(D到A)转换器。
在图示的配置中，AC耦合电容器161被布置在功率放大器电源电压VCC_PA与第一和第二反馈电阻器189a、189b的串行组合之间，从而操作以阻止与功率放大器电源电压VCC_PA相关联的低频内容到达误差放大器183的反相输入。因此，图16A中示出的误差放大器183仅使用高频反馈操作。此外，比较器228生成控制电压VCONTROL，其作为基于由低通滤波器188生成的滤波后的功率放大器电源电压和由参考电压生成器187生成的参考电压VREF的比较的低频反馈信号而操作。
RF系统200图示误差放大器183被包括在功率放大器模块211上的方案。在功率放大器模块211上包括误差放大器183和功率放大器32两者可以减小用于向功率放大器32提供电源电压的电感器(例如图3B的电感器27)的大小。例如，误差放大器183和功率放大器32两者都电连接到电感器215的第二端，因此由误差放大器183生成的高频误差电流不需要通过电感器215并且对电感器的L*dI/dt噪声做出贡献。因此，在具有功率放大器32的公共模块上集成误差放大器183可以对于给定电源电压噪声量减小用于向功率放大器32提供电源电压的电感器的大小。
图16B是RF系统220的另一实施例的示意框图。RF系统220包括功率放大器模块221和PMIC201。除了图16B的RF系统220包括不同的功率放大器模块配置以外，图16B的RF系统220与图16A的RF系统200类似。具体地，相比于图16A的功率放大器模块211，图16B的功率放大器模块221还包括高通滤波器216和比较器229。高通滤波器216包括被配置为接收功率放大器电源电压VCC_PA的输入，以及被配置为向比较器229提供滤波后的功率放大器电源电压的输出。高通滤波器216可以对功率放大器电源电压VCC_PA的低频分量进行滤波或去除，以生成高通滤波后的功率放大器电源电压。比较器229还被配置为从ENVELOPE引脚212b接收包络信号，并且比较高通滤波后的功率放大器电源电压和包络信号，以生成用于误差放大器183的非反相输入的高频包络信号。
虽然图16A-16B图示包括AC耦合电容器161的RR系统的配置，但是在某些实现方式中，可以省略AC耦合电容器161以减少组件数。例如，虽然省略AC耦合电容器161可以减小误差放大器183可以将功率放大器电源电压VCC_PA控制到的最大电压电平，但是这种RF系统可以用于例如向驱动相对小的负载线阻抗从而具有相对小的输出电压摆幅的一个或多个功率放大器供电。
图17A是根据一个实施例的多频带功率放大器系统230的示意框图。图示的多频带功率放大器系统230包括第一功率放大器模块231、第二功率放大器模块232、第三功率放大器模块233和电力管理IC234。第一功率放大器模块231包括第一电感器241，第二功率放大器模块232包括第二电感器242，第一功率放大器模块233包括第三电感器243。虽然多频带功率放大器系统230被图示为包括三个功率放大器模块，但是多频带功率放大器系统230可以被适配为包括更多或更少的功率放大器模块。
第一到第三功率放大器模块231-233可以每一个被配置为在不同RF通信频带上通信。在多频带功率放大器系统中提供多个功率放大器可以帮助增大系统的功率效率和/或放宽功率放大器的设计限制，因为可以对于功率放大器放大的特定频带分开优化每一个功率放大器。
PMIC234被配置为生成向第一到第三电感器241-243中的每一个的第一端提供的调节后的电压VREG。第一到第三电感器241-243每一个包括电连接到每一个功率放大器模块本地的功率放大器电源电压的第二端。例如，第一电感器241包括电连接到与第一功率放大器模块231相关联的第一功率放大器电源电压VCC_PA1的第二端，第二电感器242包括电连接到与第二功率放大器模块232相关联的第二功率放大器电源电压VCC_PA2的第二端，并且第三电感器243包括电连接到与第三功率放大器模块233相关联的第三功率放大器电源电压VCC_PA3的第二端。第一到第三功率放大器模块231-233还被配置为生成向PMIC234提供的第一到第三控制电压VCONTROL1-VCONTROL3。
PMIC234可以用于基于从被使能的或活跃的功率放大器模块接收的控制电压来控制调节后的电压VREG的电压电平。例如，当使能第一功率放大器模块231上的功率放大器时，PMIC234可以用于基于第一控制电压VCONTROL1的电压电平来控制第一功率放大器电源电压VCC_PA1的电压电平。类似地，当使能第二功率放大器模块232上的功率放大器时，PMIC234可以用于基于第二控制电压VCONTROL2的电压电平来控制第二功率放大器电源电压VCC_PA2的电压电平。同样，当使能第三功率放大器模块233上的功率放大器时，PMIC234可以用于基于第三控制电压VCONTROL3的电压电平来控制第三功率放大器电源电压VCC_PA3的电压电平。在某些实现方式中，可以使用例如共享电话板迹线的共享电连接向PMIC234提供第一到第三控制电压VCONTROL1-VCONTROL3，并且多频带功率放大器系统230可以被配置为一次激活第一到第三控制电压VCONTROL1-VCONTROL3中的至多一个。
以与前面关于图14A-14B描述的方式类似的方式，功率放大器模块231-233中的每一个可以包括用于调整相应的功率放大器电源电压以跟踪由功率放大器模块放大的RF信号的包络的误差放大器。因此，图17A的多频带功率放大器系统230图示其中第一到第三功率放大器电源电压VCC_PA1-VCC_PA3可以是使用由PMIC234生成的公共的调节后的电压VREG的包络跟踪电源的实现方式。
图17B是根据另一实施例的多频带功率放大器系统240的示意框图。图示的多频带功率放大器系统240包括第一到第三功率放大器模块231-233、PMIC234以及第一到第三电感器241-243。除了图17B的多频带功率放大器系统240图示其中第一到第三电感器241-243被分别布置在第一到第三功率放大器模块231-233外部的配置以外，图17B的多频带功率放大器系统240与图17A的多频带功率放大器系统230类似。例如，第一到第三电感器241-243可以被布置在与多频带功率放大器系统240相关联的电话板上。这里的教导适用于其中电感器被实现在功率放大器模块上、被实现在电话板上或其组合的配置。
图18示出图12的包络跟踪系统160的电压相对于时间的曲线图250的一个示例。曲线图250包括电压相对于时间的第一曲线251和电压相对于时间的第二曲线252。曲线图250可以对应于图12的包络跟踪系统160的电压的一个示例。例如，第一曲线251可以对应于图12的功率放大器电源电压VCC_PA，并且第二曲线251可以对应于图12的误差放大器51的输出电压。
图19是根据一个实施例的多模式功率放大器(PA)模块260的示意框图。
多模式PA模块260包括被配置为接收电池电压的第一或VBATT引脚262a，以及被配置为接收地电压的第二或GND引脚262b。此外，多模式PA模块260还包括被配置为接收可以被高频带3G/4G功率放大器电路263放大并向第九引脚262i提供的高频带3G/4G信号的第三或HB_3G/4G引脚262c。可以使用外部滤波器和/或双工器对向第九引脚262i提供的放大的高频带3G/4G信号滤波。多模式PA模块260还包括可以接收可被高频带2G功率放大器电路264放大的高频带2G信号的第四或HB-2G引脚262d。多模式PA模块260还包括被配置为接收可以被低频带2G功率放大器电路265放大的低频带2G信号的第五或LB-2G引脚262e。此外，多模式PA模块260包括被配置为接收可以被低频带3G/4G功率放大器电路266放大并向第十三引脚262m提供的低频带3G/4G信号的第六或LB_3G/4G引脚262f。可以使用外部滤波器和/或双工器对向第十三引脚262m提供的放大的低频带3G/4G信号进行滤波。
第七引脚262g(POWER CTRL)可以用于向功率放大器控制块270提供功率控制信号，该功率放大器控制块270在某些实现方式中可以是毫米波移动宽带(MMB)功率放大器控制系统。多模式PA模块260还包括可以电连接到数字控制块269的第八或串行外设接口(SPI)引脚262h。功率放大器控制块270和数字控制块269可以用于允许外部电路控制多模式PA模块260的功能，例如选择功率模式或活跃路径。功率放大器控制块270和/或数字控制块269可以被配置为控制多模式PA模块260的其他组件或块。例如，在图示的配置中，功率放大器控制块270被配置为控制开关控制块268。
开关控制块268可以用于通过控制开关267来选择多模式PA模块260的活跃路径。在图示的配置中，开关267是被配置为接收7个输入信号的双刀七掷(DP7T)开关。具体地，开关267被配置为从第十二或PCS引脚262l接收第一信号、从第十一或DCS引脚262k接收第二信号、从第十或RX1引脚262j接收第三信号、从高频带2G功率放大器电路264接收第四信号、从低频带2G功率放大器电路265接收第五信号、从第十四或RX2引脚262n接收第六信号以及从第十五或GSM引脚262o接收第七信号。开关267包括电连接到可连接到高频带天线(HBANT)的第十六引脚262p的第一输出。开关267还包括电连接到可连接到低频带天线(LBANT)的第十七引脚262q的第二输出。定向耦合器275可以用于感测分别在第十六和十七引脚262p、262q上向高频带和低频带天线提供的信号。定向耦合器275包括电连接到第十八引脚262r的第一端口和电连接到第十九引脚262s的第二端口。
虽然图19图示多模式PA的一个示例，但是可以在其他实现方式中实现该多模式PA，所述其他实现方式包括使用不同电路布置的配置、放大不同信号频带的组合的配置和使用更多或更少组件和/或引脚的配置。
应用
上面描述的实施例中的一些提供与无线设备或移动电话有关的示例。然而，所述实施例的原理和优点可以用于需要包络跟踪器的任何其他系统或装置。
这种包络跟踪器可以在各种电子设备中实现。电子设备的示例可以包括但不限于消费电子产品、消费电子产品的一部分、电子测试设备等。电子设备的示例还可以包括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以及盘驱动器电路。消费电子产品可以包括但不限于移动电话、电话、电视、计算机监视器、计算机、手持式计算机、个人数字助理(PDA)、微波炉、冰箱、汽车、立体声系统、盒式磁带录音机或播放器、DVD播放器、CD播放器、VCR、MP3播放器、收音机、便携式摄像机、相机、数字相机、便携式存储器芯片、洗衣机、烘干机、洗衣机/烘干机、复印机、传真机、扫描仪、多功能外围设备、腕表、时钟等。此外，电子设备可以包括未完成的产品。
结论
除非上下文清楚地另外要求，贯穿整个说明书和权利要求，词语“包括”和“包含”等应以包含性的含义来解释，而非排他性或穷举性的含义；也就是说，以“包括但不限于”的含义来解释。如这里通常使用的，词语“耦接”指代可以直接连接或通过一个或多个中间元件连接的两个或多个元件。同样，如这里通常使用的，词语“连接”指代可以直接连接或通过一个或多个中间元件连接的两个或多个元件。此外，当在本申请中使用时，词语“这里”、“上面”、“下面”和类似意思的词语应指代本申请整体，而非本申请的任何特定部分。当上下文允许时，上面的具体实施方式中的、使用单数或复数的词语也可以分别包括复数或单数。在提到两个或多个项的列表时的词语“或”，该词语覆盖对该词语的全部下列解释：列表中的任何项，列表中的全部项以及列表中的项的任何组合。
此外，除非另有具体说明，或如使用的在上下文内另有理解，这里使用的条件性语言，除了其他的以外例如有“可以”、“能够”、“可能”、“可”、“例”、“例如”和“诸如”等通常意图传达某些实施例包括而其他实施例不包括某些特征、元件和/或状态。因此，这种条件性语言通常意图不是意指特征、元件和/或状态以任何方式为一个或多个实施例所需，或一个或多个实施例一定包括用于在有或没有作者输入或提示的情况下决定这些特征、元件和/或状态是否包括在任何特定实施例中或要在任何特定实施例中执行的逻辑。
对本发明的实施例的上面的详细描述意图不是穷举性的或将本发明限制为上面公开的精确形式。如相关领域技术人员将理解的，虽然为了说明的目的在上面描述了本发明的具体实施例和示例，在本发明的范围内各种等效修改是可能的。例如，虽然以给定顺序呈现处理或块，替换实施例可以执行具有不同顺序的步骤的例程，或采用具有不同顺序的块的系统，并且可以删除、移动、添加、细分、组合和/或修改一些处理或块。可以以各种不同方式实现这些处理或块中的每一个。此外，虽然处理或块有时被示出为串行执行，可替换地，这些处理或块可以并行执行，或可以在不同时间执行。
这里提供的本发明的教导可以应用于其他系统，而不一定是上面描述的系统。可以组合上面描述的各种实施例的元件和动作以提供进一步的实施例。
虽然已描述了本发明的某些实施例，但是这些实施例仅作为示例呈现，并且意图不是限制本公开的范围。实际上，这里描述的新方法和系统可以以各种其他形式实施；此外，可以做出这里描述的方法和系统的形式上的各种省略、替代和改变，而不背离本公开的精神。所附权利要求及其等效物意图覆盖将落入本公开的范围和精神内的这种形式或修改。

Claims (58)

1.一种移动设备，包括：
功率放大器，其被配置为接收功率放大器电源电压，并且放大射频(RF)输入信号以生成RF输出信号；
降压转换器，其被配置为将电池电压转换为降压电压，所述降压转换器被配置为基于误差电流来控制所述降压电压的幅度；以及
误差放大器，其被配置为基于所述RF输入信号的包络来生成输出电流，并且通过使用所述输出电流调整所述降压电压的幅度来生成所述功率放大器电源电压，所述误差放大器被配置为通过关于所述输出电流的幅度改变所述误差电流的幅度来控制所述降压转换器。
2.如权利要求1所述的移动设备，还包括电连接在所述功率放大器电源电压和被配置为生成所述输出电流的所述误差放大器的输出之间的AC耦合电容器。
3.如权利要求1所述的移动设备，其中所述降压转换器包含降压控制器、降压电感器和多个降压开关，所述降压控制器被配置为使用所述误差电流来控制所述多个降压开关的状态以便控制通过所述降压电感器的电流。
4.如权利要求3所述的移动设备，其中所述误差电流包含非反相误差电流分量和反相误差电流分量，所述降压转换器包含电流比较器，该电流比较器被配置为通过比较所述非反相误差电流分量和所述反相误差电流分量来控制所述多个降压开关的状态。
5.如权利要求1所述的移动设备，其中所述误差放大器包含被配置为生成所述输出电流的第一对晶体管和被配置为生成所述误差电流的第二对晶体管，所述第二对晶体管被实现为所述第一对晶体管的复制品。
6.如权利要求1所述的移动设备，还包括天线，其被配置为接收所述RF输出信号。
7.如权利要求1所述的移动设备，还包括收发器，其被配置为生成所述RF输入信号的包络。
8.如权利要求1所述的移动设备，还包括电池，其被配置为生成所述电池电压。
9.如权利要求8所述的移动设备，其中使用所述电池电压向所述误差放大器供电。
10.如权利要求1所述的移动设备，还包括升压转换器，其被配置为将所述电池电压转换为升压电压，所述升压电压具有比所述电池电压的电压幅度更大的电压幅度，使用所述升压电压向所述误差放大器供电。
11.一种用于生成功率放大器电源电压的包络跟踪器，所述包络跟踪器包括：
降压转换器，其被配置为将电池电压转换为降压电压，所述降压转换器被配置为基于误差电流来控制所述降压电压的幅度；以及
误差放大器，其被配置为基于包络信号来生成输出电流，并且通过使用所述输出电流调整所述降压电压的幅度来生成所述功率放大器电源电压，所述误差放大器被配置为通过关于所述输出电流的幅度改变所述误差电流的幅度来控制所述降压转换器。
12.如权利要求11所述的包络跟踪器，其中所述误差放大器包含被配置为接收所述包络信号的第一输入、第二输入和被配置为生成所述输出电流的输出。
13.如权利要求12所述的包络跟踪器，还包括电连接在所述误差放大器的第二输入和所述误差放大器的输出之间的反馈电路。
14.如权利要求12所述的包络跟踪器，还包括被布置在所述误差放大器的输出和所述功率放大器电源电压之间的AC耦合电容器。
15.如权利要求11所述的包络跟踪器，其中使用所述电池电压向所述误差放大器供电。
16.如权利要求11所述的包络跟踪器，还包括升压转换器，其被配置为将所述电池电压转换为升压电压，所述升压电压具有比所述电池电压的电压幅度更大的电压幅度，使用所述升压电压向所述误差放大器供电。
17.如权利要求11所述的包络跟踪器，其中所述降压转换器包含降压控制器、降压电感器和多个降压开关，所述降压控制器被配置为使用所述误差电流来控制所述多个降压开关的状态以便控制通过所述降压电感器的电流。
18.如权利要求17所述的包络跟踪器，其中所述误差电流包含非反相误差电流分量和反相误差电流分量，所述降压转换器包含电流比较器，该电流比较器被配置为通过比较所述非反相误差电流分量和所述反相误差电流分量来控制所述多个降压开关的状态。
19.如权利要求11所述的包络跟踪器，其中所述误差放大器包含被配置为生成所述输出电流的第一对晶体管和被配置为生成所述误差电流的第二对晶体管，所述第二对晶体管被实现为所述第一对晶体管的复制品。
20.如权利要求19所述的包络跟踪器，其中所述第一对晶体管包含第一p型场效应晶体管(PFET)和第一n型场效应晶体管(NFET)，并且所述第二对晶体管包含第二PFET和第二NFET。
21.一种生成功率放大器电源电压的方法，所述方法包括：
使用降压转换器从电池电压生成降压电压；
基于误差电流来控制所述降压电压的幅度；
使用误差放大器基于包络信号来生成输出电流；
通过使用所述输出电流调整所述降压电压的幅度来生成所述功率放大器电源电压；以及
通过关于所述输出电流的幅度改变所述误差电流的幅度来控制所述降压转换器。
22.如权利要求21所述的方法，其中所述降压转换器包含降压电感器和多个降压开关，所述的方法还包括通过基于所述误差电流控制所述多个降压开关的状态来控制通过所述降压电感器的电流。
23.如权利要求22所述的方法，其中所述误差电流包含非反相误差电流分量和反相误差电流分量，所述的方法还包括通过比较所述非反相误差电流分量和所述反相误差电流分量来控制所述多个降压开关的状态。
24.如权利要求21所述的方法，还包括向功率放大器提供所述功率放大器电源电压。
25.如权利要求21所述的方法，还包括使用所述电池电压向所述误差放大器供电。
26.如权利要求21所述的方法，还包括使用升压转换器生成升压电压，并且使用所述升压电压向所述误差放大器供电。
27.一种多芯片模块(MCM)，包括：
降压转换器，其被配置为将电池电压转换为降压电压，该降压转换器被配置为基于误差电流来控制所述降压电压的幅度；以及
误差放大器，其被配置为基于包络信号来生成输出电流，并且通过使用所述输出电流调整所述降压电压的幅度来生成功率放大器电源电压，所述误差放大器被配置为通过关于所述输出电流的幅度改变所述误差电流的幅度来控制所述降压转换器。
28.如权利要求27所述的MCM，其中所述误差放大器包含被配置为接收所述包络信号的第一输入、第二输入和被配置为生成所述功率放大器电源电压的输出。
29.如权利要求28所述的MCM，还包括电连接在所述误差放大器的第二输入和所述误差放大器的输出之间的反馈电路。
30.如权利要求28所述的MCM，还包括被布置在所述误差放大器的输出和所述功率放大器电源电压之间的AC耦合电容器。
31.如权利要求27所述的MCM，还包括功率放大器，其被配置为接收所述功率放大器电源电压。
32.一种用于生成功率放大器电源电压的包络跟踪系统，所述包络跟踪系统包括：
DC到DC转换器，其被配置为从电池电压生成调节后的电压，所述DC到DC转换器被配置为使用基于所述功率放大器电源电压的低频分量的低频反馈信号来控制所述调节后的电压的电压幅度；
高通滤波器，其被配置为基于所述功率放大器电源电压的高通滤波生成高通滤波后的功率放大器电源电压；
第一比较器，其被配置为基于所述高通滤波后的功率放大器电源电压和包络信号的比较生成高频包络信号；以及
误差放大器，包括被配置为接收基于所述功率放大器电源电压的高频分量的高频反馈信号的反向输入、配置为接收所述高频包络信号的非反向输入和配置为生成输出电流的输出，所述误差放大器被配置为通过使用所述输出电流调整所述调节后的电压的幅度来生成所述功率放大器电源电压。
33.如权利要求32所述的包络跟踪系统，还包括电连接在所述误差放大器的输出和所述功率放大器电源电压之间的AC耦合电容器。
34.如权利要求33所述的包络跟踪系统，还包括反馈电路，其被配置为生成所述高频反馈信号。
35.如权利要求34所述的包络跟踪系统，其中所述反馈电路包含电连接在所述误差放大器的输出和所述误差放大器的反向输入之间的第一反馈电阻器、以及电连接在所述误差放大器的反向输入和电力低电源电压之间的第二反馈电阻器。
36.如权利要求33所述的包络跟踪系统，其中使用所述电池电压向所述误差放大器供电。
37.如权利要求32所述的包络跟踪系统，还包括电连接在所述调节后的电压和所述功率放大器电源电压之间的电感器。
38.如权利要求32所述的包络跟踪系统，其中所述DC到DC转换器包含降压转换器，该降压转换器被配置为生成所述调节后的电压。
39.如权利要求32所述的包络跟踪系统，还包括低通滤波器，其被配置为对所述功率放大器电源电压进行滤波以生成低通滤波后的功率放大器电源电压，所述低频反馈信号部分基于所述低通滤波后的功率放大器电源电压。
40.如权利要求39所述的包络跟踪系统，还包括第二比较器，其被配置为通过比较所述低通滤波后的功率放大器电源电压和参考电压来生成所述低频反馈信号。
41.如权利要求40所述的包络跟踪系统，还包括参考电压生成器，其被配置为生成所述参考电压。
42.一种无线设备，包括：
电力管理集成电路(PMIC)，其包含DC到DC转换器，所述DC到DC转换器被配置为从电池电压生成调节后的电压，所述DC到DC转换器被配置为基于控制电压的电压电平来控制所述调节后的电压的电压电平；以及
功率放大器模块，其包含被配置为放大射频(RF)信号的功率放大器、被配置为基于功率放大器电源电压的高通滤波生成高通滤波后的功率放大器电源电压的高通滤波器、被配置为基于所述高通滤波后的功率放大器电源电压和包络信号的比较生成高频包络信号的第一比较器和误差放大器，所述误差放大器包括被配置为接收所述高频包络信号的非反向输入和配置为基于所述高频包络信号生成输出电流的输出，所述误差放大器被配置为通过使用所述输出电流调整所述调节后的电压的电压电平来生成所述功率放大器的功率放大器电源电压，所述功率放大器模块被配置为至少部分基于所述功率放大器电源电压来改变所述控制电压的电压电平。
43.如权利要求42所述的无线设备，还包括收发器，其被配置为生成所述RF信号和所述包络信号。
44.如权利要求42所述的无线设备，还包括电池，其被配置为生成所述电池电压。
45.如权利要求42所述的无线设备，其中所述功率放大器模块还包含电连接在所述调节后的电压和所述功率放大器电源电压之间的电感器。
46.如权利要求42所述的无线设备，还包括反馈电路，其被配置为生成响应于所述功率放大器电源电压的高频分量而改变的反馈信号，所述误差放大器还包含被配置为接收所述反馈信号的反向输入。
47.如权利要求46所述的无线设备，其中所述功率放大器模块还包含电连接在所述误差放大器的输出和所述功率放大器电源电压之间的AC耦合电容器。
48.如权利要求42所述的无线设备，其中所述功率放大器模块还包含低通滤波器，该低通滤波器被配置为对所述功率放大器电源电压进行滤波以生成低通滤波后的功率放大器电源电压，所述控制电压至少部分基于所述低通滤波后的功率放大器电源电压。
49.如权利要求48所述的无线设备，其中所述功率放大器模块还包含第二比较器，该第二比较器被配置为通过比较所述低通滤波后的功率放大器电源电压和参考电压来生成所述控制电压。
50.一种生成功率放大器电源电压的方法，所述方法包括：
使用DC到DC转换器从电池电压生成调节后的电压；
基于控制电压来控制所述调节后的电压的幅度；
使用误差放大器基于包络信号来生成输出电流；
通过使用所述输出电流调整所述调节后的电压的幅度来生成功率放大器的功率放大器电源电压；通过至少部分基于所述功率放大器电源电压改变所述控制电压的电压电平来控制所述DC到DC转换器；
使用高通滤波器基于所述功率放大器电源电压的滤波生成高通滤波后的功率放大器电源电压；
使用第一比较器通过比较所述高通滤波后的功率放大器电源电压和包络信号生成高频包络信号；以及
将所述高频包络信号提供至所述误差放大器的非反向输入。
51.如权利要求50所述的方法，还包括通过AC耦合电容器向所述功率放大器电源电压提供所述输出电流。
52.如权利要求51所述的方法，还包括使用反馈电路生成用于所述误差放大器的反向输入的高频反馈信号，所述高频反馈信号被配置为响应于所述功率放大器电源电压的高频分量而改变。
53.如权利要求51所述的方法，还包括使用所述电池电压向所述误差放大器供电。
54.如权利要求50所述的方法，还包括使用低通滤波器对所述功率放大器电源电压进行滤波以生成低通滤波后的功率放大器电源电压，并且使用第二比较器比较所述低通滤波后的功率放大器电源电压和参考电压以生成所述控制电压。
55.一种射频系统，包括：
电力管理集成电路(PMIC)，其包含DC到DC转换器，所述DC到DC转换器被配置为从电池电压生成调节后的电压，所述DC到DC转换器被配置为使用多个控制电压来控制所述调节后的电压的电压电平；
第一功率放大器模块，其包含被配置为放大第一射频(RF)信号的第一功率放大器、被配置为基于第一功率放大器电源电压的高通滤波生成高通滤波后的功率放大器电源电压的高通滤波器、被配置为基于所述高通滤波后的功率放大器电源电压和第一RF信号的包络的比较生成高频包络信号第一比较器和第一误差放大器，所述第一误差放大器包括被配置为接收所述高频包络信号的非反向输入和被配置为通过基于所述高频包络信号调整所述调节后的电压的电压电平来生成所述第一功率放大器的所述第一功率放大器电源电压的输出，所述第一功率放大器模块被配置为当至少部分基于所述第一功率放大器电源电压的电压电平来使能所述第一功率放大器时，改变所述多个控制电压的第一控制电压的电压电平；以及
第二功率放大器模块，其包含被配置为放大第二RF信号的第二功率放大器和被配置为通过基于所述第二RF信号的包络调整所述调节后的电压的电压电平来生成所述第二功率放大器的第二功率放大器电源电压的第二误差放大器，所述第二功率放大器模块被配置为当至少部分基于所述第二功率放大器电源电压的电压电平来使能所述第二功率放大器时，改变所述多个控制电压的第二控制电压的电压电平。
56.如权利要求55所述的射频系统，其中所述第一功率放大器模块包含电连接在所述调节后的电压和所述第一功率放大器电源电压之间的第一电感器，并且所述第二功率放大器模块包含电连接在所述调节后的电压和所述第二功率放大器电源电压之间的第二电感器。
57.如权利要求55所述的射频系统，还包括电话板、第一电感器和第二电感器，所述第一电感器在所述电话板上并且电连接在所述调节后的电压和所述第一功率放大器电源电压之间，并且所述第二电感器在所述电话板上并且电连接在所述调节后的电压和所述第二功率放大器电源电压之间。
58.如权利要求55所述的射频系统，还包括第三功率放大器模块，其包含被配置为放大第三RF信号的第三功率放大器和被配置为通过基于所述第三RF信号的包络调整所述调节后的电压的电压电平来生成所述第三功率放大器的第三功率放大器电源电压的第三误差放大器，所述第三功率放大器模块被配置为当至少部分基于所述第三功率放大器电源电压的电压电平来使能所述第三功率放大器时，改变所述多个控制电压的第三控制电压的电压电平。
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