CN104620499A - 具有误差校正的开关式电源的干扰抑制 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种开关式电源(102)，其被设置为在电感器(106)的一个端子处提供开关电源，电感器(106)的另一个端子连接至误差放大器(104)的第一输入，该误差放大器在其第二输入处具有参考信号(VREF)，该误差放大器(104)根据其第一输入和第二输入处的信号之间的差异而在输出处生成校正的开关电源，在该误差放大器(104)的输出和误差放大器的第一输入之间设置有反馈路径(200)，并且还包括电路，该电路用于感测在误差放大器(104)的反馈路径(200)中的开关器干扰电流，并且调整校正的开关电源输出以减少所述输出中的开关器干扰电流。

Description

具有误差校正的开关式电源的干扰抑制
技术领域
本发明涉及在开关式电源中减少不希望的频率的信号，在该开关式电源中所选择的电压中的误差被校正。本发明特别地但非排他地涉及用于包络跟踪应用的开关式电源，诸如可以用于射频(RF)放大的开关式电源。
背景技术
频域双工(FDD)系统包括收发机，该收发机具有在不同的载波频率上操作的发射机和接收器。图1例示了此类FDD系统的简单示例性构架。收发机包括发射机模块6，该发射机模块6在线2上接收将被天线18发送的输入信号。接收器模块8接收在天线18处被检测到的信号，并在信号线4上传送该信号。发送机6的输出在线10上被传送至双工滤波器14。从天线18处接收的信号在线12上被从双工滤波器14传送到接收器8。天线18通过线16与双工滤波器14连接。
在此类FDD系统中，重要的是，来自发射机的能量不阻塞接收器。由于在发送机的输出上的双工滤波器仅具有有限的衰减，所以可能出现这种阻塞。由于来自发射机的噪音而导致在发射机输出上的接收器频率出现任何噪音，可能造成接收器阻塞。
本发明的一个目的是，提供一种用于减少由开关式电源产生的噪音的改进技术。
发明内容
根据本发明，提供了一种开关式电源，其被设置为在电感器的一个端子处提供开关电源，该电感器的另一个端子连接至误差放大器的第一输入，该误差放大器的第二输入处具有参考信号，该误差放大器根据其第一输入和第二输入处的信号之间的差异而在输出处生成校正的开关电源，在该误差放大器的输出和该误差放大器的第一输入之间设置有反馈路径，并且还包括电路，该电路用于感测在误差放大器的反馈路径中的开关器干扰电流，并且用于调整校正的开关电源输出以减少输出中的开关器干扰电流。该电路可以包括误差放大器的输出和反馈路径之间的耦合。该电路优选地包括在反馈路径和误差放大器的输出之间的阻抗。
在优选的布置中，包络跟踪电源包括开关式电源，其被设置为根据参考信号提供开关电源输出。开关式电源的输出优选地与电感器的第一端子连接。该电感器的第二端子与阻抗的第一端子以及误差放大器的第一输入连接。该误差放大器的第二输入与参考信号连接。该阻抗的第二端子与该误差放大器的输出连接。在该误差放大器的输出生成校正的开关式电源的输出，其能够更紧密地跟踪参考信号。
RF放大级优选地包括这样的包络跟踪电源。该参考信号是根据要被放大的输入信号的包络来生成的。在误差放大器的输出处所提供的校正的开关电源构成用于RF功率放大器的电源，该RF功率放大器根据在其输出处的输入电压来生成放大的输出电压。
在所有的实施方式中，电感器可以通过附加反馈电路而连接至误差放大器的输入。例如，这可以取决于连接有电感器的误差放大器的输入是反向输入还是非反向输入。
误差放大器具有跨导gm。在优选地实施方式中，阻抗的值为1/gm。从而，由于阻抗的存在导致误差放大器的输出处的相反的电压减小，所以因干扰造成的电感器中的电流增长所导致的、误差放大器的反馈输入的电压增加被消除。
开关式电源还可以包括：电阻器，该电阻器连接在误差放大器的输出和第一输入之间的反馈路径中；以及电感器，其在反馈路径处连接在误差放大器的第一输入和输出之间。
这种布置提供了优选的二级消除。
阻抗优选地包括电抗元件。该阻抗可以被实现为印刷电路板迹线。该印刷电路板迹线可以被布置为具有特定长度和宽度以提供必要的阻抗。
附图说明
现参考以下附图对本发明进行描述，其中：
图1例示了示例性FDD收发机的前端；
图2例示了示例性包络跟踪电源；
图3例示了对根据本发明的实施方式的图2中的布置的改进；
图4例示了对图3中的改进的实现；
图5例示了对图2中的布置的另一种改进；以及
图6例示了可以从本发明的实施方式中获得的典型的改进。
具体实施方式
在以下描述中将参考示例性实施方式和实现对本发明进行描述。本发明不局限于如所阐明的任何布置的具体细节，提供所阐明的任何布置的具体细节旨在对本发明进行理解。
具体地，在用于RF功率放大器的包络跟踪电源中的开关式电源的实现的情境中对本发明进行描述。然而，本发明不局限于包络跟踪电源或者RF功率的实现。
图2例示了一种示例性放大级(amplification stage)的架构，其包括可以被实现在FDD发送机中的包络跟踪电源。该放大级的目的在于产生输入电压VIN的放大版本作为输出电压VOUT。参考电压VREF代表输入信号VIN的幅度，并被用于生成电源电压VSUPP以传送至负载，包括RF功率放大器108。输出信号VOUT意在作为输入电压VIN的被放大的副本。
包络检测器107接收输入电压VIN，并生成代表输入信号的包络的参考电压VREF。开关式电源102接收参考信号VREF，并根据最匹配该参考信号VREF的瞬时值的电源电压，从多个可用电源电压中的一个可用电源电压中生成输出电源。所选择的电源电压被应用于电感器106的第一端子，并且，在该电感器的第二端子处生成输出电源电流。
尽管开关式电源102是有效电源，但其只在输入处对参考信号进行粗略地跟踪。为了提供更准确的跟踪信号，误差放大器104被设置以去除所选择的开关电源中的误差，并提供校正的开关电源输出。在这个简单的示例性构架中，误差放大器在一个输入处接收参考信号VREF，并在另一个输入处接收误差放大器104的输出。误差放大器104的输出也连接至电感器106的第二端子。误差放大器104是电压-电流转换放大器，并在电感器106的第二端子处将电流注入，该电流代表在电感器106的第二端子处的信号和参考信号之间的误差。
在电感器106的第二端子处的因此调整的(或校正的)输出电流被传送至RF功率放大器108的电源端子，并且，在该放大器108的输出产生电压信号VOUT。
应当理解的是，图2展示了一种示例性构架，其例示了用于RF放大器的包络跟踪开关式电源的原理，在实际实施中可能需要额外的电路。
开关式电源102的开关使电压电源信号的绝大部分包络电力能够以有效手段通过电感器106来传送。误差放大器104在开关式电源的输出处提供精密调控，并通过电感器106来去除不需要的注入信号。
如图2中所例示的包络跟踪系统为了效率而采用开关式电源，从而产生不需要的噪音，并且这能够在宽频谱上产生噪音。如果此噪音出现在输出电源上，则可能会违反特定系统的输出噪音规范。
误差放大器104的输出阻抗是该误差放大器104的跨导gm的倒数，即，1/gm。由于通过负载(即，功率放大器108)而产生的不需要的电压是Ir/gm(其中Ir是与不需要的干扰相关的电流)，所以该输出阻抗限定了对不需要的干扰进行抑制的限制。
一种减小这种电压的方法是增加gm。然而，为了在高频率下保持足够的稳定性裕度的需求限制了增加gm的能力。
根据本发明，应当认识到，如果要消除该干扰的效果，则因不需要的干扰所导致的、从开关式电源102流到电感器106的第一端子中的电流的增长，要求流到误差放大器104中的电流以相同的电流量增长。
为了提供这种增长，误差放大器104的反馈输入端子必须以电压a/gm上升，其中a是来自电感器106的第二端子的干扰电流流动。此电压作为干扰误差出现在电源输出处。
参考图3，图3中例示了根据本发明进行修改的图1中的示例性布置，其包括电路，该电路用于感测在误差放大器的反馈路径中的开关器干扰电流，并且用于调整校正的开关电源输出，以减小输出中的开关器干扰电流。该电路优选地包括误差放大器的输出与反馈路径之间的耦合。该电路优选地是具有值Z的附加阻抗200。
如图3中所示，到误差放大器104的反馈路径是从电感器106的第二端子处开始的。阻抗200连接在误差放大器的输出和电感器的第二端子之间。从而，该阻抗200具有与误差放大器104的输出连接的第一端子、以及与电感器106的第二端子连接的第二端子。
反馈路径连接在电感器106的第二端子/阻抗200的第二端子和误差放大器104的反馈输入之间。向功率放大器提供电源电压的输出是由误差放大器104的输出/阻抗200的第一端子提供的。
该阻抗的值Z被设置为1/gm，其中gm是误差放大器104的跨导。
阻抗200的提供减少了向放大器108的输出电源中提供的不需要的干扰，而对放大器稳定性裕度没有任何损害。
如上文所述，在图3的布置中，误差放大器104的反馈输入处的电压增加了a/gm。
然而，阻抗200的输出侧(阻抗200的第一端子)同时在此之下降了a/gm的量。
这意味着针对放大器108(在负载中)生成的输出信号保持恒定，而与流经开关电压电源102的干扰电流无关。
从而，本发明不阻止误差放大器生成包含有不需要干扰的信号，而是提供消除其的相反的信号。
误差放大器104的跨导gm可以取决于频率。因此，阻抗200优选地适用于跟踪这种频率上的跨导变化，并且适当地调整其值Z。典型地，对于单极补偿系统，gm以每倍频程6dB的速率下降，这意味着1/gm以每倍频程6dB的速率上升，即，其看上去是电感应的。这意味着阻抗200应当优选地是小的并且是电感应的。那么其将有效地跟踪由频率造成的变化。例如，该阻抗可以被实现为片式电感器，以跟踪由频率造成的跨导变化。
阻抗200的这个特性也可以通过将该阻抗实施为迹线的长度来实现。图4对此进行了例示，其中阻抗被示出为以特定长度和宽度实施的迹线200a的长度。因此，反馈并不是直接来自于误差放大器，而是来自于迹线的长度，该迹线的长度的阻抗等于包括该误差放大器的有效电路的1/gm。
如果对误差放大器进行二级补偿，那么误差放大器的输出阻抗将以12dB/倍频程上升，从而，期望的是优选地修改由阻抗200提供的消除电路。
图5显示了图3中的布置的另选布置，其中提供了二级消除。电阻器300被设置在电感器106与阻抗200的共同接头和误差放大器104的输入之间的反馈电路中。电抗元件(在图5中为电感器302)连接在与误差放大器104的输入连接的电阻器300的端子和该误差放大器104的输出之间。除了图3中的布置所提供的初级消除之外，电阻器300和电抗元件302还提供二级消除。
图6示出了本发明所提供的消除的效果。图6是误差放大器的输出阻抗与提供给误差放大器的信号的频率之间的曲线。曲线304例示了根据本发明的实施方式的未经消除的误差放大器的阻抗轨迹。波形线306例示了根据图3的布置的经过消除的放大器的阻抗轨迹。由此可见，阻抗200所提供的消除有效地降低了误差放大器的有效输出阻抗。
本发明一般可以被实现为开关式电源的一部分，包络跟踪电源可被实现为包含包络跟踪电源的RF放大级。
这样的实现在移动通信系统中具有特别的活性，尤其是移动或便携式手机设备，也可以用于移动通信基础设施。
本文已经通过参考实施方式示例地描述了本发明。本发明不局限于上述实施方式，也不局限于这些实施方式中的特征的具体组合。可以在本发明的范围之内对这些实施方式进行修改。本发明的范围由所附权利要求的范围来限定。

Claims (9)

1.一种开关式电源，其被设置为在电感器的一个端子处提供开关电源，所述电感器的另一端子连接至误差放大器的第一输入，所述误差放大器在其第二输入处具有参考信号，所述误差放大器根据其第一输入和第二输入处的信号之间的差异而在输出处生成校正的开关电源，在所述误差放大器的所述输出和所述误差放大器的所述第一输入之间设置有反馈路径，并且还包括电路，所述电路用于感测在所述误差放大器的反馈路径中的开关器干扰电流，并且用于调整校正的开关电源输出以减少所述输出中的所述开关器干扰电流。
2.根据权利要求1所述的开关式电源，其中所述电路包括所述误差放大器的所述输出和所述反馈路径之间的耦合。
3.根据权利要求1或2所述的开关式电源，其中所述电路包括在所述反馈路径和所述误差放大器的所述输出之间的阻抗。
4.根据权利要求3所述的开关式电源，其中所述阻抗具有1/gm的值，其中gm是所述误差放大器的跨导。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的开关式电源，所述开关式电源还包括：电阻器，该电阻器连接在所述误差放大器的所述输出和所述第一输入之间的反馈路径中；以及电感器，该电感器连接在所述误差放大器的所述第一输入和所述误差放大器的所述输出之间。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的开关式电源，其中所述阻抗包括电抗元件。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的开关式电源，其中所述阻抗被实现为印刷电路板迹线。
8.一种包络跟踪电源，其包括根据权利要求1至7中任一项所述的开关式电源。
9.一种射频RF放大级，其包括根据权利要求1至7任一项所述的开关式电源，用于向RF功率放大器提供电源。
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