CN104795995A - 用于包络跟踪的dc-dc转换器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于包络跟踪的DC-DC转换器（DC-DC=直流电至直流电）。所述DC-DC转换器包括数字控制级和驱动级。所述数字控制级被配置为基于描述数字基带发射信号的振幅的数字信息来提供数字控制信号。所述驱动级被配置为基于所述数字控制信号来提供用于RF放大器（RF=射频）的供给电压。

Description

用于包络跟踪的DC-DC转换器
本申请为分案申请，其母案的发明名称为“用于包络跟踪的DC-DC转换器”，申请日为2013年5月15日，申请号为201310179203.7。
技术领域
实施例涉及用于包络跟踪的DC-DC转换器（DC-DC=直流电至直流电）。一些实施例涉及一种用于包络跟踪的方法。此外，一些实施例涉及一种用于制造用于包络跟踪的DC-DC转换器的方法。
背景技术
为了提高RF功率放大器的效率，可以使用包络跟踪。包络跟踪意味着：功率放大器的供给电压随着功率放大器的所发射的输出功率而改变。可以通过将DC-DC转换器用于该供给电压的生成来达到最佳效率。
发明内容
实施例提供了一种用于包络跟踪的DC-DC转换器（DC-DC=直流电至直流电）。所述DC-DC转换器包括数字控制级和驱动级。所述数字控制级被配置为基于描述数字基带发射信号的振幅的数字信息来提供数字控制信号。所述驱动级被配置为基于所述数字控制信号来提供用于RF放大器（RF=射频）的供给电压。
进一步的实施例提供了一种用于包络跟踪的DC-DC转换器。所述DC-DC转换器包括数字调制器和逆变器。所述数字调制器被配置为基于描述数字基带发射信号的振幅的数字信息来提供调制后的数字控制信号。所述逆变器被配置为响应于调制后的数字控制信号的第一状态提供第一电压，并响应于调制后的数字控制信号的第二状态提供第二电压，作为用于RF放大器的供给电压。
一些实施例提供了一种用于包络跟踪的方法。所述方法包括：基于描述数字基带发射信号的振幅的数字信息来提供数字控制信号；以及基于所述数字控制信号来提供用于RF放大器的供给电压。
此外，一些实施例提供了一种用于制造用于包络跟踪的DC-DC转换器的方法。所述方法包括：提供数字控制级，所述数字控制级被配置为基于描述数字发射机的数字基带发射信号的振幅的数字信息来提供数字控制信号；以及提供驱动级，所述驱动级被配置为基于所述数字控制信号来提供用于RF放大器的供给电压。
附图说明
本文参照附图来描述本发明的实施例。
图1示出了根据实施例的用于包络跟踪的DC-DC转换器的框图。
图2示出了根据实施例的用于包络跟踪的DC-DC转换器的框图。
图3示出了已知DC-DC转换器的框图。
图4示出了已知DC-DC转换器的框图。
图5示出了根据实施例的DC-DC转换器的框图。
图6示出了根据实施例的DC-DC转换器的框图。
图7示出了用于包络跟踪的方法的流程图。
图8示出了用于制造用于包络跟踪的DC-DC转换器的方法的流程图。
在以下描述中通过等同或等效的参考标记来表示等同或等效元件或者具有等同或等效功能的元件。
具体实施方式
在以下描述中，阐述了多个细节，以提供对本发明的实施例的更全面的说明。然而，对本领域技术人员来说将显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实施本发明的实施例。在其他实例中，以框图形式而不是详细地示出了公知的结构和设备，以避免使本发明的实施例模糊。此外，可以将以下描述的不同实施例的特征与彼此组合，除非以其他方式具体声明。
图1示出了根据实施例的用于包络跟踪的DC-DC转换器100的框图。DC-DC转换器100（DC-DC=直流电至直流电）包括数字控制级102和驱动级104。数字控制级102被配置为基于描述数字基带发射信号的振幅的数字信息108来提供数字控制信号106。驱动级104被配置为基于数字控制信号106来提供用于RF放大器（RF=射频）的供给电压110。
在一些实施例中，用于包络跟踪的DC-DC转换器100被适配为使用基带发射信号的振幅的数字信息108来提供用于RF放大器的供给电压110。
例如，在一些实施例中，通过将发射信号的振幅的数字信息108用于计算脉冲宽度调制的宽度来构建用于包络跟踪的DC-DC转换器100。
图2示出了根据实施例的用于包络跟踪的DC-DC转换器100的框图。除图1外，驱动级102还包括数字调制器112，数字调制器112被配置为基于描述数字基带发射信号的振幅的数字信息108来提供调制后的数字控制信号106作为数字控制信号106。
例如，数字调制器112可以被配置为基于描述数字基带发射信号的振幅的数字信息108来控制调制后的数字控制信号106的脉冲宽度。
在一些实施例中，驱动级104可以包括逆变器114，逆变器114被配置为响应于数字控制信号106的第一状态提供第一电压，并响应于数字控制信号106的第二状态提供第二电压，作为用于RF放大器的供给电压110。
例如，第一电压可以是DC电源的供给电压，并且第二电压可以是参考电压，例如地电势。
换言之，在一些实施例中，DC-DC转换器100可以包括数字调制器112和逆变器114。数字调制器112可以被配置为基于描述数字基带发射信号的振幅的数字信息108来提供调制后的数字控制信号106。逆变器114可以被配置为响应于调制后的数字控制信号106的第一状态提供第一电压，并响应于调制后的数字控制信号106的第二状态提供第二电压，作为用于RF放大器的供给电压110。
如图2的示例中所示，在一些实施例中，数字控制级102可以包括数据项目提供器116，数据项目提供器116被配置为响应于描述数字基带发射信号的振幅的数字信息108提供多个可能数据项目中的一个数据项目118。从而，数字调制器112可以被配置为基于该一个数据项目118来设置调制后的数字控制信号106的脉冲宽度。
以下，参照图3和4来描述已知DC-DC转换器10，以指出图1和2中所示的DC-DC转换器100的区别。
图3示出了已知的DC-DC转换器10的框图。DC-DC转换器10包括A/D转换器12、计算单元14、DPWM 16（DPWM=数字脉冲宽度调制器）和逆变器18。从而，计算单元14通过A/D转换器12连接至逆变器18的输出20。因此，由计算单元14针对DPWM 16提供的信号22基于逆变器18的输出20处存在的输出电压。
换言之，到目前为止，按照传统方式，以模拟方式或者以如图3中所示的数字方式构建了DC-DC转换器。从而，通过改变参考电压Vref来进行为了进行包络跟踪而对电压的调制。
该解决方案的劣势在于：所生成的电压的频率受脉冲宽度调制的频率限制。清楚的是，该系统无法比DC-DC转换器10的切换频率更快地作出反应。附加频率限制是DC-DC转换器10中的环路滤波器。图3中的DC-DC转换器需要PID滤波器（PID=比例积分微分），这是由于其为具有反馈的系统。出于稳定性原因，PID滤波器是必要的。容易证明，在Vref电压处馈入的信号也由该PID滤波器滤波。
图4示出了已知DC-DC转换器10的框图。与图3相比，图4中所示的DC-DC转换器10包括与A/D转换器12相连接的快速D/A转换器24。
高效DC-DC转换器10的切换频率高达2 MHz。现代无线标准的基带信号频率高达40 MHz。对于包络跟踪而言，基带信号的绝对值必须由DC-DC转换器10生成。在较低效率的劣势下，可以将切换频率提高至50 MHz。
接着，描述不具有切换频率和/或效率方面的上述限制的DC-DC转换器100的其他实施例。
图5示出了根据实施例的DC-DC转换器100的框图。DC-DC转换器100包括数字控制级102和驱动级104。
数字控制级102包括：数字调制器112，被配置为提供调制后的数字控制信号106；以及数据项目提供器116，被配置为响应于描述数字基带发射信号的振幅的数字信息108，提供多个可能数据项目中的一个数据项目118。从而，数字调制器112可以被配置为基于该一个数据项目118来设置调制后的数字控制信号106的脉冲宽度。
例如，数据项目118可以包括描述用于包络跟踪的用于RF放大器的脉冲宽度调制后的供给电压110的脉冲宽度的信息（例如，数据项目值）。此外，该多个可能数据项目可以描述多个可能脉冲宽度，其中，数据项目提供器116可以被配置为选择并提供包括描述与数字基带发射信号的振幅相对应的用于包络跟踪的脉冲宽度的信息的一个数据项目118。
在一些实施例中，数据项目提供器116可以被进一步配置为响应于DC电源120的数字电压读数来提供该一个数据项目118。从而，数字调制器112可以被配置为基于该一个数据项目118来设置调制后的数字控制信号106的周期（或调制周期）。
例如，数据项目118还可以包括描述用于包络跟踪的用于RF放大器的脉冲宽度调制后的供给电压110的周期的信息（例如，数据项目值）。
此外，DC-DC转换器100可以包括A/D转换器122，A/D转换器122被配置为将DC电源120的模拟电压读数A/D转换为DC电源120的数字电压读数。
如图5中示例性地示出，A/D转换器122可以连接至电源120的供给端子126。此外，DC电源120可以是电池，并且模拟电压读数可以是该电池的电压Vbattery。
在一些实施例中，控制级102可以包括查找表116作为数据项目提供器116。查找表116（或者数字预处理LUT；LUT=查找表）可以被配置为响应于描述数字基带发射信号的振幅的数字信息108（来自RF-DAC的数据；DAC=数模转换器），来提供多个可能数据项目中的一个数据项目。
在一些实施例中，控制级102可以包括数字PWM 112（DPWM）作为数字调制器112。数字PWM 112可以被配置为基于该一个数据项目106来提供调制后的数字控制信号106。可以利用本地振荡器的时钟Clk来对数字PWM 112进行计时（clock）。可以利用高于40 MHz（或者50 MHz、60 MHz、70 MHz、80 MHz、90 MHz或100 MHz）的频率来对本地振荡器进行计时。此外，调制后的数字控制信号106可以包括第一状态（例如，逻辑1）和第二状态（例如，逻辑0）。
驱动级104可以包括逆变器124，逆变器124被配置为响应于调制后的数字控制信号106的第一状态提供第一电压，并响应于调制后的数字控制信号106的第二状态提供第二电压，作为用于RF放大器的供给电压110。
例如，第一电压可以是DC电源120的供给电压，并且第二电压可以是参考电源，例如地。自然地，还可以将与地不同的每个其他电压用作参考电压。
如图5的示例中所示，逆变器可以包括n沟道MOSFET和p沟道MOSFET（MOSFET=金属氧化物半导体场效应晶体管）的串联连接。n沟道MOSFET和p沟道MOSFET可以串联地连接在接地端子128与供给端子126之间，电源120（例如，电池）连接至供给端子126，并且在供给端子126处，存在电源120的供给电压。因此，逆变器124可以被配置为响应于调制后的数字控制信号106的第一状态（例如，逻辑1）提供DC电源120的供给电压，并响应于调制后的数字控制信号106的第二状态（例如，逻辑0）提供在接地端子128处存在的地电势，作为用于RF放大器的供给电压110。此外，驱动级104（或逆变器124）可以包括输出端子130，在输出端子130处，提供用于RF放大器的供给电压110。
在一些实施例中，DC-DC转换器100可以包括用于对用于RF放大器的供给电压110进行低通滤波的低通滤波器132。低通滤波器132可以包括串联连接在逆变器124的输出端子130与接地端子140之间的电感器134和电容器136。注意，在低通滤波器132的接地端子140处和在逆变器124的地电势128处可以存在相同电势。
换言之，DC-DC降压转换器100生成可通过VOUT=D*VBATTERY计算的电压110。所生成的电压110取决于脉冲宽度D以及取决于输入电压VBATTERY。
可以直接通过根据所发射的基带信号的数字数据108和所测量出的电池电压计算脉冲宽度来生成输出电压110。
与先前解决方案（图3和4）的区别在于直接使用来自发射机的数字数据108，而在先前解决方案中，该数字数据被转换为模拟电压并被馈送至DC-DC转换器的参考输入。
在一些实施例中，可以在与数字发射机相同的硅上至少构建DC-DC转换器100的脉冲宽度调制器112，这是由于数字数据的接口耗费管脚和功率。到目前为止，分成两个芯片是模拟接口的原因。
图6示出了根据实施例的DC-DC转换器100的框图。与图5相比，数字控制级102包括数字调制器112，数字调制器112被配置为基于描述数字基带发射信号的振幅的数字信息108来提供调制后的数字控制信号106作为数字控制信号106。从而，数字调制器112可以被配置为基于描述数字基带发射信号的振幅的数字信息108来控制调制后的数字控制信号106的脉冲宽度。
在一些实施例中，数字调制器112可以被配置为基于DC电源120的数字电压读数来控制调制后的数字控制信号106的周期（或调制周期）。
如图6的示例中所示，DC-DC转换器100可以包括A/D转换器122，A/D转换器122被配置为将DC电源120的模拟电压读数A/D转换为DC电源120的数字电压读数。A/D转换器122可以连接至电源120的供给端子126。
如已经提及的那样，在一些实施例中，控制级102可以包括数字PWM 112（DPWM）作为数字调制器112。数字PWM 112可以被配置为基于数字信息108来提供调制后的数字控制信号106。可以利用本地振荡器的时钟Clk来对数字PWM 112进行计时。本地振荡器可以被配置为提供至少40 MHz（或者例如50 MHz、60 MHz、70 MHz、80 MHz、90 MHz或100 MHz）的时钟频率。
换言之，可以直接通过根据所发射的基带信号的数字数据108和所测量出的电池电压计算脉冲宽度来生成输出电压110。此外，可以通过Vbattery测量结果来对PWM周期进行调制，与图5中所示的数字预处理形成对照。
为了提高分辨率，PWM调制器112的时钟Clk可以尽可能高。例如，可以使用本地振荡器时钟。有限的Clk可以导致较低分辨率，并相应地导致量化误差，并相应地导致噪声。
图7示出了用于包络跟踪的方法200的流程图。该方法200包括：步骤202，其基于描述数字基带发射信号的振幅的数字信息来提供数字控制信号；以及步骤204，其基于该数字控制信号来提供用于RF放大器的供给电压。
图8示出了用于制造用于包络跟踪的DC-DC转换器的方法300的流程图。该方法300包括：步骤302，其提供数字控制级，该数字控制级被配置为基于描述数字发射机的数字基带发射信号的振幅的数字信息来提供数字控制信号；以及步骤304，其提供驱动级，该驱动级被配置为基于该数字控制信号来提供用于RF放大器的供给电压。
在一些实施例中，数字控制级可以被提供在数字发射机的芯片（例如，硅）上。
此外，驱动级可以被提供在数字发射机的芯片上。
尽管在装置的上下文中描述了一些方面，但是清楚的是，这些方面还表示对应方法的描述，其中，块或设备与方法步骤或方法步骤的特征相对应。类似地，在方法步骤的上下文中描述的方面还表示对应块或项目或者对应装置的特征的描述。这些方法步骤中的一些或全部可以由（或使用）硬件装置（像例如微处理器、可编程计算机或电子电路）执行。在一些实施例中，最重要的方法步骤中的某一个或多个可以由这种装置执行。
根据特定实现需求，可以以硬件方式或以软件方式实现本发明的实施例。该实现可以使用其上存储有电子可读控制信号的数字存储介质（例如，软盘、DVD、蓝光、CD、ROM、PROM、EPROM、EEPROM或FLASH存储器）来加以执行，所述电子可读控制信号与可编程计算机系统协作（或者能够与可编程计算机系统协作），从而执行相应方法。因此，该数字存储介质可以是计算机可读的。
根据本发明的一些实施例包括具有电子可读控制信号的数据载体，所述电子可读控制信号能够与可编程计算机系统协作，从而执行本文描述的方法之一。
一般地，本发明的实施例可以被实现为具有程序代码的计算机程序产品，该程序代码操作用于在该计算机程序产品运行在计算机上时执行这些方法之一。该程序代码可以例如存储在机器可读载体上。
其他实施例包括机器可读载体上存储的用于执行本文描述的方法之一的计算机程序。
因此，换言之，本发明方法的实施例是具有程序代码的计算机程序，该程序代码用于在该计算机程序运行在计算机上时执行本文描述的方法之一。
因此，本发明方法的另一实施例是包括其上记录的用于执行本文描述的方法之一的计算机程序的数据载体（或者数字存储介质、或者计算机可读介质）。典型地，数据载体、数字存储介质或所记录的介质是有形的和/或非瞬变的。
因此，本发明方法的另一实施例是表示用于执行本文描述的方法之一的计算机程序的数据流或信号序列。该数据流或信号序列可以例如被配置为经由数据通信连接（例如，经由互联网）而传送。
另一实施例包括被配置为或被适配为执行本文描述的方法之一的处理装置（例如，计算机或可编程逻辑器件）。
另一实施例包括其上安装有用于执行本文描述的方法之一的计算机程序的计算机。
根据本发明的另一实施例包括被配置为将用于执行本文描述的方法之一的计算机程序传送（例如，以电子方式或以光学方式）至接收机的装置或系统。该接收机可以例如是计算机、移动设备、存储设备等等。该装置或系统可以例如包括用于将计算机程序传送至该接收机的文件服务器。
在一些实施例中，可以使用可编程逻辑器件（例如，现场可编程门阵列）来执行本文描述的方法的功能中的一些或全部。在一些实施例中，现场可编程门阵列可以与微处理器协作，以执行本文描述的方法之一。一般地，所述方法优选地由任何硬件装置执行。
上述实施例对本发明的原理仅是示意性的。应当理解，本文描述的布置和细节的修改和变型将对本领域技术人员来说显而易见。因此，意图是仅受接下来的专利权利要求的范围限制，而不受通过本文对实施例的描述和说明而提出的具体细节限制。

Claims (9)

1.一种用于包络跟踪的装置，包括：
数字控制电路，包括调制器，所述调制器被配置为响应于接收到描述基带发射信号的振幅的信息和电源电压生成数字控制信号；以及
电路，被配置为基于所述数字控制信号来提供用于RF功率放大器的功率放大器供给电压，
其中，所述电源电压包括电池电压。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，描述基带发射信号的振幅的信息是数字振幅信息。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述数字控制电路包括针对所述数字振幅信息的查找表。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述调制器包括脉冲宽度调制器。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电源电压进一步包括DC供给电压。
6.一种用于包络跟踪的系统，包括：
天线端口，被配置为耦合至天线；
RF功率放大器，耦合至所述天线端口；
基带处理器，被配置为生成发射信号；以及
数字控制电路，耦合至所述RF功率放大器，包括：
    调制器，被配置为响应于接收到描述所述发射信号的振幅的信息和电源电压生成数字控制信号，其中，所述电源电压是电池电压；以及
    电路，被配置为基于所述数字控制信号来给所述RF功率放大器提供功率放大器供给电压。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，描述所述发射信号的振幅的信息是数字振幅信息。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述数字控制电路包括针对所述数字振幅信息的查找表。
9.根据权利要求6所述的系统，其中，所述调制器包括：脉冲宽度调制器，被配置为生成所述数字控制信号，其中，所述数字控制信号的脉冲宽度是描述所述发射信号的振幅的信息的函数。
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