CN104904119A - 具有dc-dc转换器的gsm-gprs-edge功率放大器中的杂散消除 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于GSM/GPRS/EDGE收发器的具有杂散消除的射频(RF)功率放大器电路。具有包括RF输入端、RF输出端和电压电源输入端的功率放大器。此外，具有包括与电池连接的输入端、与生成DC电源电压信号的功率放大器的电压电源输入端连接的输出端在内的可调DC-DC转换器。杂散补偿器响应于DC电源电压信号中的杂散而生成差错控制信号。该差错控制信号被施加到功率放大器的RF输入端。

Description

具有DC-DC转换器的GSM-GPRS-EDGE功率放大器中的杂散消除
相关申请的交叉引用
本申请涉及并要求2012年10月30日提交的、发明名称为“SPURCANCELLATION IN GSM-GPRS-EDGE POWER AMPLIFIERS WITH DC-DCCONVERTERS”(“具有DC-DC转换器的GSM-GPRS-EDGE功率放大器中的杂散消除”)的美国临时申请第61/7220,125号的优先权，在此通过引用将其全部内容并入本文。
关于声明：联邦政府资助的研究/开发
不适用
技术领域
本公开内容一般涉及射频(RF)信号电路，尤其涉及具有DC-DC转换器的GSM-GPRS-EDGE功率放大器中的杂散消除。
背景技术
无线通信系统应用于涉及在长短距离等上进行数据传输的大量场景中，并具有广泛地适合于满足每种特定需求的特征。在这些普及的和部署的系统中最主要的是移动或蜂窝电话，在世界范围内预计已经有超过46亿用户。
一般而言，无线通信包括被各种调制来表示数据的射频(RF)载波信号，并且信号的调制、发送、接收以及解调遵守一系列用于协同一致的标准。存在很多不同的移动通信技术或空中接口，包括GSM(全球移动通信系统)、EDGE(增强型数据速率GSM演进)和包括诸如W-CDMA(宽带码分多址复用)的第三代(3G)模式的UMTS(通用移动通信系统)，以及诸如LTE(长期演进)的第四代(4G)技术。
移动终端的基本组件或用于实现上述功能的任意无线通信系统是收发器，也就是组合了发送器和接收器电路。收发器将数据编码为基带信号，并将其与RF载波信号调制。接收后，接收器将RF信号下变换，对基带信号解调，并对该基带信号表示的数据进行解码。与发送器连接的天线将电信号转换为电磁波，而与接收器连接的天线将电磁波转换回电信号。传统的移动终端收发器一般不产生足够的功率或具有足够的灵敏度以便独立地实现可靠的通信。因此，需要对RF信号作出其他设置。将在收发器与天线之间提供这种功能的电路称为前端模块，其包括用于提高发送功率的功率放大器，和/或用于提高接收灵敏性的低噪声放大器。
基本上，移动终端的所有部件都由峰值输出大约为4伏特的电池提供功率，但是不同部件具有不同的电压电源需求。而且，普通的可充电锂离子电池的输出电压会随着能量的损耗而有些降低。因此，CDMA前端电路的传统功率放大器利用了DC-DC转换器来提高电源电压并将其维持在所需的电平上。相对于GSM/GPRS/EDGE应用，CDMA/WCDMA应用对高效功率转换的要求更高，因为CDMA/WCDMA应用具有更高的功率输出动态范围。此外，CDMA/WCDMA终端消耗更多的功率，因为片上中央处理器执行更多的指令并在高数据速率下工作。另一方面，第一和第二代GSM终端使用了0.25-0.35μm的硅集成电路基底技术，其在功率放大器级上不能获得有效地功率消耗的降低，因为数字和模拟基带电路以及RF调制电路相比较有更大的功耗。此外，以前的移动网络结构对单时隙GSM/GPRS/EDGE操作产生的限制有助于降低终端设备的功耗。
对于GSM/GPRS/EDGE终端，主要有两种不同的使用固定RF输入功率控制RF功率放大器的输出功率的方式。根据所使用的晶体管技术(例如，双极结型或异质结双极型，或金属半导体场效应、金属氧化物半导体场效应，或高电子迁移率)，一种方式为基极/栅极电流或电压控制，第二种方式为集电极/漏极电压控制。在两种配置中，将功率通过电阻或电流反射镜电路施加到每个RF晶体管级的基极上。在绝大多数应用中，从低到高的RF输出功率电平的功率控制电路的晶体管消耗电池功率，降低了效率。在致力于解决功率放大器功率电源效率问题的任何早期设备中，那些工作针对的是最大输出功率电平。
然而，在最近的城市环境中，到达基站的平均距离并不是延伸以恒定要求高功率输出。实际上，根据GSM高斯最小移频键控(GMSK)概率分布函数，终端天线上的输出功率在大部分时间处于18dBm到27dBm。因此，在低到中级功率输出端上可以用较高的功率电源转换效率极大地提高通话时间。相应地，本领域需要在整个输出级中具有较高效率的输入电压控制GSM/GPRS/EDGE功率放大器。
在GSM/GPRS/EDGE操作模式下具有与使用前述DC-DC转换器相关的多个缺陷，这迄今为止是不能克服的。众所周知，DC-DC转换器的输出端存在电压波纹，其变化取决于为输出滤波器所选的部件的电阻值和电容值，该输出滤波器需要满足电压稳定时间要求。一般，输出电压电平越低，相对电压波纹越高。此外，电压波纹取决于DC-DC转换器的转换模式(例如，脉宽调制(PWM)、脉冲频率调制(PFM)、跳跃模式等)。传统GSM功率放大器的功率控制曲线，无论是通过基极/栅极控制还是通过集电极/漏极控制，都具有变化的控制电压敏感性。也就是，在较低的RF输出电平下，需要较低的功率增长与需要用于较高RF输出功率电平的输出功率的增长相同。DC-DC转换器的上述性能特征导致其本地晶振的提高，这使得在功率放大器的中到低功率电平中的杂散电平增加。
DC-DC转换器输出端的电压波纹产生被施加到RF信号上的幅度调整。因此，在本地振荡器上出现的杂散谱成分偏离了主RF信号。这些成分包括连续的波信号杂散以及贯穿取决于DC-DC转换器操作模式和所选的滤波器部件的宽带频谱的其他成分。这些杂散信号会处于破坏GSM标准(例如，GSM05.05)限定的严格频谱纯度要求的电平。
相应地，本领域也需要用于GSM/GPRS/EDGE功率放大器功率控制应用的可调DC-DC转换器，但其还要满足最大工作电流和高速电压斜坡上升的要求，并最小化噪声。尤其是，还需要使用比RF信号带宽高的本地振荡器的DC-DC转换器(对于GSM/GPRS/EDGE为200kHz)并仍然保持适用于终端应用的外部滤波器部件的数电平和大小。
发明内容
本公开考虑用于向GSM、GPRS和EDGE无线通信传输中使用的射频(RF)功率放大器提供可变电压电平(Vcc、Vdd)的功率控制电路的实施例。这些电路可以集成有高效和省电的DC-DC转换器，并包括处理上述杂散信号关注的特征。电路可以置入到能集成在移动终端设备中的整体RF前端设备中。使用所公开的功率控制电路，期望能够显著地增加GSM/GPRS/EDGE通话时间，因为根据半导体技术、基带模拟电路和多时隙操作可以将电池电流消耗降低20-50％。
根据本公开的一个实施例，具有射频(RF)功率放大器电路。其可以包括具有RF输入端、RF输出端以及电压电源输入端的功率放大器。此外，其可以包括可调DC-DC转换器，该可调DC-DC转换器具有与电池连接的输入端、与生成DC电源电压信号的功率放大器的电压电源输入端连接的输出端。还可以具有杂散补偿器，其响应于DC电源电压信号中的杂散而生成差错控制信号。可以将差错控制信号施加到功率放大器的RF输入端。
RF功率放大器电路的第一实施例可以包括功率放大模块、功率转换器模块和杂散补偿模块。功率放大模块可以包括具有可与RF收发器发送端口连接的功率放大器输入端的一级或多级功率放大器。还可以有可与天线连接的功率放大器输出端，以及可与功率放大器输入端连接的功率放大器参数输入端。功率转换器模块可以包括DC-DC功率转换器，该DC-DC功率转换器具有可与DC电源连接的转换器偏置输入端。转换器输出端可以与功率放大模块连接以将具有偏置电压信号的一级或多级RF功率放大器偏置。DC-DC功率转换器还可以具有转换器反馈，以及可以连接到与RF功率输出电平对应的电压控制信号源转换器参考输入端。杂散补偿模块可以包括差错放大器。转换器反馈和转换器输出端可以连接到差错放大器的第一输出端。电压控制信号电源可以通过相位调整网络连接到差错放大器的第二输出端。而且，差错放大器的输出端可以生成差错控制信号，并可以与参考电压信号源一起连接到功率放大器参考输入端。偏置电压信号可以与差错控制信号相反，偏置电压信号中的电压波纹杂散被差错控制信号抵消。
RF功率放大电路的第二实施例针对闭环控制RF功率放大电路。可以具有包含一级或多级功率放大器的功率放大器模块，功率放大器的功率放大器输入端可以连接到RF收发器发送端口。功率放大器模块还可以包括可与天线连接的功率放大器输出端、连接到功率放大器输入端的功率放大器参考输入端。还可以具有包含DC-DC功率转换器的功率转换器模块，该DC-DC功率转换器的转换器偏置输入端与DC电源连接。功率转换器模块可以进一步包括可连接到功率放大模块的转换器输出端，以通过偏置电压信号将一级或多级RF功率放大器偏置，和转换器反馈以及转换器参考输入端。RF功率放大器电路的第二实施例还可以包括杂散补偿模块，该杂散补偿模块具有第一差错放大器和第二差错放大器，第一差错放大器和第二差错放大器的每一个具有第一输入端、第二输入端和输出端。转换器反馈和转换器输出端可以连接到第一差错放大器的第一输入端。第二差错放大器的输出端可以通过相位调整网络和转换器参考输入端连接到第一差错放大器的第二输入端。第一差错放大器的输出端可以产生差错控制信号并与参考电压信号源一起连接到功率放大器参考输入端。第二差错放大器的第一输入端可以连接到电压控制信号源。而且，RF功率放大电路的第二实施例可以包括输入端连接到功率放大器输出端、输出端连接到第二差错放大器的第二输入端的功率检测模块。
RF功率放大电路的第三实施例可以具有其他的控制特征。具有功率放大模块，该功率放大模块包括功率放大器输入端可连接到RF收发器发送端口的一级或多级RF功率放大器。功率放大器模块还可以包括与天线连接的功率放大器输出端。此外，功率放大器模块可以包括与功率放大器输入端连接的功率放大器控制输入端。功率放大电路还可以包括功率转换器模块，该功率转换器模块具有转换器偏置输入端可连接到DC电源的DC-DC功率转换器。转换器输出端可以连接到功率放大器模块以用偏置电压信号将一级或多级RF功率放大器偏置。转换器反馈和与步进电压参考信号源连接的转换器参考输入端可以对应于RF功率输出电平。功率放大器电路还可以包括具有差错放大器的杂散补偿模块。转换器反馈和转换器输出端可以连接到差错放大器的第一输入端。步进电压参考信号源可以通过相位调整网络连接到差错放大器的第二输入端。差错放大器的输出端可以产生差错控制信号并与电压控制信号源一起连接到功率放大器参考输入端。偏置电压信号可以与差错控制信号相反，偏置电压信号中的电压波纹被差错控制信号抵消。
RF功率放大器电路的第四实施例利用了其他闭环控制特征。电路可以包括具有一级或多级RF功率放大器的功率放大模块，功率放大器输入端可连接到RF收发器发送端口，功率放大器输出端可连接到天线，功率放大器控制输入端连接到功率放大器输入端。电路还可以包括具有DC-DC功率转换器的功率转换器模块，该DC-DC功率转换器具有可连接到DC电源的转换器偏置输入端。功率转换器模块还可以包括可连接到功率放大器模块的转换器输出端，以通过偏置电压信号对一级或多级RF功率放大器偏置。而且，功率转换器可以包括转换器反馈和连接与RF功率输出电平对应的步进电压参考信号源的转换器参考输入端。电路还可以集成具有差错放大器的杂散补偿模块。转换器反馈和转换器输出端可以连接到差错放大器的第一输入端，并且步进电压参考信号源可以通过相位调整网络连接到差错放大器的第二输入端。差错放大器的输出端可以产生差错控制信号并可以与电压控制信号源一起连接到功率放大器参考输入端。还可以包括功率检测模块，该功率检测模块包括与功率放大器输出端连接的输入端和与第二差错放大器的第二输入端连接的输出端。
根据第五实施例，公开了一种开环控制RF功率放大器。具有功率放大器模块，包括功率放大器输入端可与RF收发器发送端口连接、功率放大器输出端可与天线连接的一级或多级RF功率放大器。还具有电压转换器和杂散补偿模块。其还包括转换器偏置输入端可与DC电源连接的DC-DC转换器、转换器输出端、转换器反馈以及连接到步进电压参考信号源的转换器参考输入端。而且，电压转换器和杂散补偿模块可以包括具有第一输入端、第二输入端和输出端的第一差错放大器。转换器反馈和转换器输出端可以连接到第一差错放大器的第一输入端，输出端可以连接到功率放大器输入端。还具有相位调整网络，该相位调整网络连接到步进电压参考信号源和第一差错放大器的第二输入端。功率放大器电路还可以包括电流感测和控制模块和连接到功率放大器模块的输出端，该电流感测和控制模块的输出端连接到电压转换器和杂散补偿模块。电流感测和控制模块可以包括具有连接到电压控制信号源的第二差错放大器，该第二差错放大器具有与电压控制信号源连接的第一输入端、与转换器输出端的第二输入端、和输出端。电流感测和控制模块还可以包括第三差错放大器，该第三差错放大器具有连接到第二放大器的输出端的第一输入端、第二输入端和连接到功率放大器输入端的输出端。而且，还包括感测电阻，其连接在第二差错放大器的第二输入端和第三差错放大器的第二输入端。第三差错放大器的第二输入端可以限定电流感测和控制模块的输出。
结合所附附图通过下面的详细描述将最好地理解本发明。
附图说明
参考下述描述和附图将更好地理解本文公开的不同实施例的各个特征和优势，其中：
图1是一般性地示出根据本公开的不同实施例的功率控制电路的电路图，其中包括用于从电池向功率放大器提供可变功率的可调DC-DC转换器；
图2是包含DC-DC转换器和本地振荡杂散抑制的功率控制电路的第一实施例的电路图；
图3是具有闭环功率控制的功率控制电路的第二实施例的电路图；
图4是功率控制电路的第三实施例的电路图；
图5是还具有闭环功率控制的功率控制电路的第四实施例的电路图；和
图6是具有开环功率控制的功率控制电路的第五实施例的电路图。
在整个附图和详细描述中使用共同的附图标记指示相同的部件。
具体实施方式
公开了一种使用DC-DC转换器从单个电压电池向GSM/GPRS/EDGE功率放大器提供可变电压的射频功率放大器电路。下面结合附图所提出的详细描述旨在对功率放大电路的当前优先实施例进行描述，并非旨在表示对其研发和使用的唯一的形式。该描述提出了与所示实施例对应的功能。然而，应该理解，可以通过还涵盖在本公开内容范围内的不同实施例实现相同和相似功能。还应该理解，使用诸如第一和第二等相关术语只是用于将实体彼此区分，并非必然要求或暗示实体之间任何真实的这种关系或顺序。
参考图1的电路图，示出了RF功率放大器电路10的简化实施例。正如所理解的，不同的实现方式用于将可变电压电平(Vcc或Vdd12)提供给符合GSM/GPRS/EDGE移动通信网络传输的功率放大器14。然而，应该明白，相同的实现方式可以同样用于向CDMA/WCDMA发送功率放大器提供可变电压。正如本领域具有普通技术的人员所理解的，在CDMA/WCDMA中使用DC-DC转换器是一种常见做法。虽然本文所公开的特征理解为降低尤其使用了DC-DC转换器的GSM/GPRS/EDGE功率放大器的功耗并消除与其相关的不被接受的噪声，如下面所详细讨论的，但是其理解为应用于CDMA/WCDMA场景或任何其他移动通信方式中。基于此，对GSM/GPRS/EDGE功率放大器14的参考并非进行限制。因此，该部件可以更加一般地称为功率放大器14。
RF调制信号可以穿过收发器(未示出)到达RF_IN端16，根据功率放大器14的配置进行放大，并输出到可以直接与到天线连接或直接与将天线的连接选择性地切换到发送电路或接收电路的天线切换网络或复用设备连接的RF_OUT端18。根据本发明的不同实施例，还有可调DC-DC转换器，其将电池22的恒定DC电压(一般为3.6V到4.0V)转换为功率放大器14所需的不同电压。根据到基站的距离，以及存在的噪声和其他干扰，需要可靠地执行通信的输出功率电平可以不同。为了将功率放大器14设置为输出不同的功率电平，需要对电源电压12进行调整，调整为电压控制输入端24所限定的。在提出的实施例中，DC-DC转换器20为高效地切换模式转换器，其会产生不能预期的杂散信号，因此传向功率放大器14的DC信号会首先穿过由电感/电容(LC)网络构成的滤波器电路26。
除了功率放大器电路10的上述部分外，如图2的示例性第一实施例10a所示，具有杂散补偿器28(也称为杂散补偿模块)，其生成对应于DC电源电压信号中杂散的差错控制信号。如将在下面详细描述，差错控制信号施加到控制终端，其通过匹配网络进而被连接到功率放大器14(也称为功率放大器模块)的RF输入端16，以将DC-DC转换器20所产生的本地振荡杂散信号的影响最小化。在多级功率放大器中，差错控制信号可以施加到功率放大器晶体管的每个基极/栅极上。
此外，图2所示的功率放大电路10a的第一实施例包括具有一个或多个功率放大级的功率放大模块14。在所示的实施例中，通过具有基极30b、集电极30c和射极30e的一个晶体管30只描述了一个级。然而，这只是为了简化的目的，并非限制，正如传统的功率放大器实施方式一般包括多个放大级。而且，应该理解，虽然本文描述的是双极晶体管及其部件，但是任何其他合适的晶体管也是适用的，诸如场效应类型的。这种情况下，术语栅极替代基极，术语漏极替代集电极，术语源极替代射极。基极30b与RF输入端16连接，其进而连接到RF系统的前一级上，例如收发器。集电极30c，对应于功率放大器模块14的输出端，与RF输出端18连接，该RF输出端18随后通过复用器或其他切换网络与一个或多个天线连接。射极30e与地连接。
晶体管30由DC电源电压/信号偏置，DC电源电压/信号偏置由DC-DC转换器20生成并施加到集电极30c上。在这一点上，DC-DC转换器20包括转换器输出端32，转换器反馈34。而且，DC-DC转换器20的转换器偏置输出端36可连接到电池/DC电源22。DC-DC转换器20还具有转换器参考输入端38，其一般对应于前述图1所示的电压控制输入端24。
功率放大器电路10a还包括前面提及的杂散补偿模块28，其一般包括差错放大器40、增益调整网络42、相位调整网络44、输出低通滤波器电路46和输出端DC阻断电容48。DC-DC转换器20和杂散补偿模块28所有的各个部件都可以在单个半导体芯片上实现。连接到差错放大器40的第一输入端50的是前述转换器反馈34和转换器输出32。尤其是，转换器反馈34和转换器输出端32在施加到第一输入端50之前首先被增益调整网络42放大。连接到差错放大器40的第二输入端52的是电压控制信号源54，其也称为外部电压控制信号VRAMP。此外，这被理解为限制RF功率放大器输出功率电平及其突发操作的电压控制输入端24。通过相位调整网络44将合适形状和上升/下降的时间斜率施加到差错放大器40的第二输入端52上。还将该相同的信号施加到转换器参考输入端38上。
差错放大器40的输出端被称为差错控制信号，在被输出低通滤波器电路46和输出端DC阻断电容48滤波后，进入到与RF输入端16或晶体管基极30b连接的功率放大器参考输入端56。与功率放大器参考输入端56连接的还有参考电压信号源58，在第一实施例10a中，该参考电压信号源58被理解为一个DC电压。功率放大器参考输入端56和DC-DC转换器20的输出端上都有RF阻断电容60。
在功率放大器电路10a中，DC-DC转换器20被理解为产生用于功率放大器模块14的DC偏置电压信号，尤其施加到晶体管30的集电极30c上，并可以包括电压波纹杂散。这些杂散被理解为与杂散补偿模块28产生的差错控制电压信号中的杂散的相位相反，并施加到基极30b。DC-DC转换器20的转换器输出端32的电压波纹越大，施加到基极的差错控制电压越高。通过对增益调整网络42和相位调整网络44进行适当地调整，可以预见杂散补偿模块28能够将DC-DC转换器20产生的杂散在功率放大器模块14的输出端完全放电。对增益调整网络42和相位调整网络44的配置还被理解为取决于功率放大器模块14中正在使用的特殊晶体管30的基极-集电极功率控制曲线。
参考图3，将考虑使用闭环控制的功率放大器电路的第二实施例10b。上述与第一实施例10a相关的绝大多数相同的功能块也用在了第二实施例中，包括相同的功率放大器模块14和DC-DC转换器20。然而，使用了不同配置的杂散补偿模块61，其详细结构将在下面作更加全面的讨论。此外，第二实施例10b使用了精确的RF功率检测，并相应地含有功率检测模块63。
功率放大器模块14包括RF输入端16和输出端18，以及晶体管30。其基极30b连接到RF输入端16，RF输入端16进而连接到前级RF系统。集电极30c对应于功率放大器模块14的输出端，通过复用器或其他交换网络连接到随后与一个或多个天线连接的RF输出端18。射极30e与地连接。晶体管30由DC-DC转换器20产生并施加到集电极30c的DC电源电压/信号偏置。此外，DC-DC转换器20包括转换器输出端32和转换器反馈34。此外，DC-DC转换器20的转换器偏置输入端36可与电池/DC电源22连接。
杂散补偿模块61的可选实施例一般包括第一差错放大器40、第二差错放大器62、增益调整网络42、相位调整网络44、输出低通滤波器电路46、以及输出端DC阻断电容48。连接到第一差错放大器40的第一输入端50的是前述的转换器反馈34和转换器输出端32。此外，转换器反馈34和转换器输出端32在被施加到第一输入端50之前首先由增益调整网络42放大。连接到第一差错放大器40的第二输入端52的是第二差错放大器62的输出端64，其通过相位调整网络44连接。输出端64还连接到转换器参考输入端38。第二差错放大器62的第一输入端66连接到电压控制信号源54VRAMP，同时第二输入端68连接到功率检测模块63的输出端。
来自杂散补偿模块61的差错控制信号被输出低通滤波器电路46和其输出端DC阻断电容48滤波，并进入与RF输入端16和晶体管基极30b连接的功率放大器参考输入端56。连接到功率放大器参考输入端56的还有参考电压信号源58，在第二实施例中，该参考电压信号源58被理解为DC电压。功率放大器参考输入端56和DC-DC转换器20的输出端都有RF阻断电容60。
回到限定闭环功率控制的特征，RF输出端18连接到将输出信号发送给前述功率检测模块63的定向耦合器70。尤其是，定向耦合器70具有与RF输出端的第一部分18a连接的输入端72，以及与RF输出端的第二部分18b连接的发送端74。应该理解的是，RF输出端的第二部分18b是与天线或天线交换网络连接的端口。定向耦合器70的耦合端口76连接到功率检测模块63的输入端。而且，隔离端口78通过匹配电阻(一般50欧姆)连接到地。
功率检测模块63包括输入端连接到定性耦合器70的耦合端口76、输出端连接到二极管82的衰减器80。功率检测模块63还限定了负载电阻值和电容值，所以会存在与二极管82连接的RC网络84。信号被放大器86放大，并发送到第二差错放大器62的第二输入端68中，从而封闭控制环。只是通过示例的方式提出所示的功率检测模块63，并非进行限制。在不脱离本公开内容的范围内可以由任何其他合适的功率检测器结构替代。
转到图4，其中描述了功率放大器电路的第三实施例10c。几乎在所有的方面中，第三实施例10c与图2所示的第一实施例10a相同，包括相同的功率放大器模块14、DC-DC转换器20、和杂散补偿电路28，包括其各种部件和及其配置。为了简洁起见，将不再重复描述这些细节。
然而，对功率放大器电路10c的控制不同于第一实施例。即，将差错放大器40的第二输入端52和转换器参考输入端38改为与步进参考信号88连接，而功率放大器参考输入端56与斜坡电压控制信号源54连接。换言之，以合适形状的和上升/下降的时间斜率限定RF功率放大器功率电平及其突发操作的VRAMP信号被施加到功率放大器的晶体管30的基极30b上。步进参考信号VSTEP 88在突发操作期间被固定在预定的电压电平，并将恒定偏置电平限定在RF功率放大器集电极30c上。基于此，可以在RF输出功率动态范围内施加多个不同的步进控制电压。因此，VSTEP和VRAMP信号都最终对应于功率放大器输出功率。
类似地，如图5所示，除了控制特征外，第四实施例10d基本上与第二实施例10b相同。第二实施例10b中使用以及配置的功率放大器模块14、杂散补偿模块61、DC-DC转换器20、功率检测模块63和定向耦合器70与第四实施例10d的相同，因此，将不再重复描述。至少部分地限定RF功率电平及其突发操作的斜坡电压控制信号源58改为施加到功率放大器参考输入端56，也就是，与RF输入端16对应的晶体管30的基极30b。此外，步进参考信号VSTEP 88连接到第二差错放大器63的第一输入端66。该信号在突发操作期间被固定为预定的电压电平，并将恒定偏置电平限定在RF功率放大器集电极30c上。与上述讨论的第三实施例10c相似，可以在RF输出端功率动态范围上施加不同的步进控制电压。
图6的原理图示出了功率放大器电路的第五实施例10e，其被理解为使用通过电流感测的其他开环功率控制。尽管描述为组合的DC-DC转换器和杂散补偿电路模块29，但是其使用了图4所示的第四实施例10c的相同部分杂散补偿模块28和DC-DC转换器20。此外，使用了与第四实施例10c相同的功率放大模块14。该实施例10e与第三实施例10c相似，包括与DC-DC转换器20的转换器参考输入端38和差错放大器40连接的步进参考信号VSTEP 88。
第五实施例10e通过电流感测和控制模块90检测功率，其包括第一电流感测差错放大器92、第二电流感测差错放大器94以及电流感测电阻96。一般，电流感测和控制模块连接到DC-DC转换器20的转换器输出端32，并输入到功率放大器模块14。如上所述，用DC-DC转换器20提供的DC电压对功率放大器模块14偏置，并且与功率放大器模块14连接的一个连接端与晶体管30的集电极30c连接。还提供参考电压，其连接到晶体管30的基极30b。存在从电流感测和控制模块90到这些功率放大器输入端的分离的连接。
DC-DC转换器20的输出端连接到第二差错放大器94的第一输入端98，而电压控制信号源54(即，限定RF功率放大器输出功率电平及其突发操作的VRAMP)连接到第一电流感测差错放大器92的第二输入端100。而且，第二电流感测差错放大器94的输出端102连接到第二电流感测差错放大器94的第一输入端104。在第一差错放大器92的第一输入端98和第二电流感测差错放大器94的第二输入端106之间连接的是电流感测电阻96。通过功率放大器模块14流出的集电极电流理解为被电流感测电阻96检测到，并与RF输出功率成比例。该电流被施加到第二电流感测差错放大器94，其与电压控制信号源VRAMP 54比较。第二电流感测差错放大器94的输出端108与杂散补偿模块28的输出一起施加到功率放大器参考输入端56。
在传统以及未来半导体技术中使用基带、模拟以及RF电路来在电池放电之间提高通话时间的同时，功率放大器电路10a-10e的前述实施例可以用于提高功率效率。在四时隙操作模式中，相比于传统设备将平均功率放大器电路消耗降低2或3倍而将通话时间增加37％到50％。在单时隙操作中，相比于传统设备提高3倍的效率，对通话时间的提高可以期望达到20％到25％。相应地，新的GSM/GPRS终端设计，不受电池消耗问题影响而与用于功率放大器的功率控制电路有关，可以适合于将来提供其实用性但可以要求额外功率的其他特征。
本文所示的特殊示例是通过示例的方式，目的仅仅在于对本公开内容的实施例进行说明性的讨论，并且是为了提供认为最有用和最容易理解的原理描述及其概念方面而提出。基于此，并不试图对比需要对本公开内容进行原理性理解更加特殊的不同实施例的细节进行展示，采用附图向本领域技术人员清楚展示的这些功能如何形成的描述可以体现在实际应用中。

Claims (31)

1.一种用于GSM(全球移动通信系统)/GPRS(通用分组无线服务)/EDGE(增强型数据速率GSM演进)收发器的射频(RF)功率放大器电路，包括：
功率放大器，其具有RF输入端、RF输出端以及电压电源输入端；
可调DC-DC转换器，其具有与电池连接的输入端、与生成DC电源电压信号的所述功率放大器的电压电源输入端连接的输出端；和
杂散补偿器，其响应于所述DC电源电压信号中的杂散而生成差错控制信号，所述差错控制信号被施加到所述功率放大器的RF输入端。
2.根据权利要求1所述的RF功率放大器电路，其中：
所述杂散补偿器包括差错放大器，该差错放大器具有与所述可调DC-DC转换器的输出端连接的第一输入端和与电压控制信号源连接的第二输入端，该电压控制信号源与所述可调DC-DC转换器的参考输入端连接；和
所述功率放大器包括与恒定参考电压信号源连接的参考输入端。
3.根据权利要求1所述的RF功率放大器电路，其中：
所述杂散补偿器包括差错放大器，该差错放大器具有与所述可调DC-DC转换器的输出端连接的第一输入端和与步进参考信号源连接的第二输入端，该步进参考信号源与所述可调DC-DC转换器的参考输入端连接；和
所述功率放大器包括与电压控制信号源连接的控制输入端。
4.根据权利要求1所述的RF功率放大器电路，进一步包括：
与所述功率放大器的输出端和所述杂散补偿器连接的功率检测器。
5.根据权利要求4所述的RF功率放大器电路，其中：
所述杂散补偿器包括差错放大器，该差错放大器具有与所述可调DC-DC转换器的输出端连接的第一输入端和与电压控制信号源连接的第二输入端，该电压控制信号源与所述可调DC-DC转换器的参考输入端连接；和
所述功率放大器包括与恒定参考电压信号源连接的参考输入端。
6.根据权利要求4所述的RF功率放大器电路，其中：
所述杂散补偿器包括差错放大器，该差错放大器具有与所述可调DC-DC转换器的输出端连接的第一输入端和与步进参考信号源连接的第二输入端，该步进参考信号源与所述可调DC-DC转换器的参考输入端连接；和
所述功率放大器包括与电压控制信号源连接的控制输入端。
7.根据权利要求1所述的RF功率放大器电路，进一步包括：
电流感测模块，具有与所述可调DC-DC转换器的输出端连接的输入端、与所述功率放大器的电压电源输入端连接的输出端、和与来自所述杂散补偿器的差错控制信号一起连接到所述功率放大器的RF输入端的感测输出端。
8.根据权利要求1所述的RF功率放大器电路，其中所述可调DC-DC转换器和所述杂散补偿器实现在单个半导体芯片中。
9.一种RF功率放大器电路，包括：
功率放大器模块，其包括一级或多级RF功率放大器，所述RF功率放大器具有能够与RF收发器发送端口连接的功率放大器输入端、能够与天线连接的功率放大器输出端、和与所述功率放大器输入端连接的功率放大器参考输入端；
功率转换器模块，其包括DC-DC功率转换器，该DC-DC功率转换器具有能够与DC电源连接的转换器偏置输入端、能够与所述功率放大器模块连接以使用偏置电压信号对所述一级或多级RF功率放大器进行偏置的转换器输出端、转换器反馈、和与对应于RF功率输出电平的电压控制信号源连接的转换器参考输入端；和
杂散补偿模块，其包括差错放大器，所述转换器反馈和所述转换器输出端与所述差错放大器的第一输入端连接，并且所述电压控制信号源通过相位调整网络与所述差错放大器的第二输入端连接，所述差错放大器的输出端产生差错控制信号并与参考电压信号源一起连接到所述功率放大器参考输入端；
其中，所述偏置电压信号与所述差错控制信号相反，所述偏置电压信号中的电压波纹杂散被所述差错控制信号抵消。
10.根据权利要求9所述的RF功率放大器电路，其中：
所述电压控制信号源生成斜坡信号，所述斜坡信号由斜坡形状、斜坡上升时间斜率和斜坡下降时间斜率限定；和
所述参考电压信号源生成DC电压信号。
11.根据权利要求9所述的RF功率放大器电路，其中所述RF功率放大器的输出端能够通过交换网络连接到所述天线。
12.根据权利要求9所述的RF功率放大器电路，其中所述功率转换器模块包括与所述转换器输出端连接的输出滤波器。
13.根据权利要求9所述的RF功率放大器电路，其中所述杂散补偿模块进一步包括与所述转换器反馈和所述转换器输出端连接的增益调整网络，和所述差错放大器的第一输入端。
14.根据权利要求9所述的RF功率放大器电路，其中所述杂散补偿模块进一步包括与所述差错放大器的输出端和所述功率放大器参考输入端连接的输出低通滤波器。
15.根据权利要求9所述的RF功率放大器电路，其中所述杂散补偿模块进一步包括与所述差错放大器的输出端和所述功率放大器参考输入端连接的DC阻断电容。
16.根据权利要求9所述的RF功率放大器电路，其中所述功率放大器模块包括RF阻断电容。
17.根据权利要求16所述的RF功率放大器电路，其中所述RF阻断电容连接到所述功率放大器参考输入端。
18.根据权利要求16所述的RF功率放大器电路，其中所述RF阻断电容连接到所述功率放大器输出端。
19.一种闭环控制RF功率放大器电路，包括：
功率放大器模块，其包括一级或多级RF功率放大器，所述RF功率放大器具有能够与RF收发器发送端口连接的功率放大器输入端、能够与天线连接的功率放大器输出端、和与所述功率放大器输入端连接的功率放大器参考输入端；
功率转换器模块，其包括DC-DC功率转换器，所述DC-DC功率转换器具有能够与DC电源连接的转换器偏置输入端、能够与所述功率放大器模块连接以使用偏置电压信号对所述一级或多级RF功率放大器进行偏置的转换器输出端、转换器反馈、和转换器参考输入端；和
杂散补偿模块，其包括各自具有第一输入端、第二输入端和输出端的第一差错放大器和第二差错放大器，所述转换器反馈和所述转换器输出端与所述第一差错放大器的第一输入端连接，所述第二差错放大器的输出端通过相位调整网络和所述转换器参考输入端连接到所述第一差错放大器的第二输入端，所述第一差错放大器的输出端生成差错控制信号并与参考电压信号源一起连接到所述功率放大器参考输入端，并且所述第二差错放大器的第一输入端与电压控制信号源连接；
功率检测模块，其包括与所述功率放大器输出端连接的输入端和与所述第二差错放大器的第二输入端连接的输出端。
20.根据权利要求19所述的闭环控制RF功率放大器电路，进一步包括：
定向耦合器，其包括与所述功率放大器输出端连接的输入端口、能够与所述天线连接的发送端口、与所述功率检测模块的输入端连接的耦合端口，和与地连接的隔离端口。
21.根据权利要求20所述的闭环控制RF功率放大器电路，其中所述功率检测模块进一步包括衰减器并限定负载电阻值和电容值。
22.根据权利要求21所述的闭环控制RF功率放大器电路，其中所述功率检测模块进一步包括与所述衰减器和所述功率检测模块的输出端连接的二极管。
23.根据权利要求21所述的闭环控制RF功率放大器电路，其中所述功率检测模块进一步包括放大器，该放大器具有与所述衰减器连接的输入端和与所述第二差错放大器的第二输入端连接的输出端。
24.一种RF功率放大器电路，包括：
功率放大器模块，其包括一级或多级RF功率放大器，所述RF功率放大器具有能够与RF收发器发送端口连接的功率放大器输入端、能够与天线连接的功率放大器输出端、和与所述功率放大器输入端连接的功率放大器控制输入端；
功率转换器模块，其包括DC-DC功率转换器，该DC-DC功率转换器具有能够与DC电源连接的转换器偏置输入端、能够与所述功率放大器模块连接以使用偏置电压信号对所述一级或多级RF功率放大器进行偏置的转换器输出端、转换器反馈、和与对应于RF功率输出电平的步进电压参考信号源连接的转换器参考输入端；和
杂散补偿模块，其包括差错放大器，所述转换器反馈和所述转换器输出端与所述差错放大器的第一输入端连接，并且所述步进电压参考信号源通过相位调整网络与所述差错放大器的第二输入端连接，所述差错放大器的输出端产生差错控制信号并与电压控制信号源一起连接到所述功率放大器参考输入端；
其中，所述偏置电压信号的相位与所述差错控制信号的相反，所述偏置电压信号中的电压波纹杂散被所述差错控制信号抵消。
25.根据权利要求24的RF功率放大器电路，其中：
所述电压控制信号源生成斜坡信号，所述斜坡信号由斜坡形状、斜坡上升时间斜率和斜坡下降时间斜率限定。
26.一种闭环控制RF功率放大器电路，包括：
功率放大器模块，其包括一级或多级RF功率放大器，所述RF功率放大器具有能够与RF收发器发送端口连接的功率放大器输入端、能够与天线连接的功率放大器输出端、和与所述功率放大器输入端连接的功率放大器控制输入端；
功率转换器模块，其包括DC-DC功率转换器，所述DC-DC功率转换器具有能够与DC电源连接的转换器偏置输入端、能够与所述功率放大器模块连接以使用偏置电压信号对所述一级或多级RF功率放大器进行偏置的转换器输出端、转换器反馈、和与对应于RF功率输出电平的步进电压参考信号源连接的转换器参考输入端；和
杂散补偿模块，其包括差错放大器，所述转换器反馈和所述转换器输出端与所述差错放大器的第一输入端连接，并且所述步进电压参考信号源通过相位调整网络与所述差错放大器的第二输入端连接，所述差错放大器的输出端产生差错控制信号并与电压控制信号源一起连接到所述功率放大器参考输入端；
功率检测模块，其包括与所述功率放大器输出端连接的输入端和与所述第二差错放大器的第二输入端连接的输出端。
27.根据权利要求26所述的RF功率放大器电路，其中：
所述电压控制信号源生成斜坡信号，所述斜坡信号由斜坡形状、斜坡上升时间斜率和斜坡下降时间斜率限定。
28.一种开环RF功率放大器电路，包括：
功率放大器模块，其包括一级或多级RF功率放大器，所述RF功率放大器具有能够与RF收发器发送端口连接的功率放大器输入端和能够与天线连接的功率放大器输出端；
电压转换器和杂散补偿模块，其包括：
DC-DC功率转换器，所述DC-DC功率转换器具有能够与DC电源连接的转换器偏置输入端、转换器反馈、和与步进电压参考信号源连接的转换器参考输入端；
第一差错放大器，其包括第一输入端、第二输入端、和输出端，所述转换器反馈和所述转换器输出端与所述第一差错放大器的第一输入端连接并且所述输出端与所述功率放大器输入端连接；
相位调整网络，其与所述步进电压参考信号源和所述第一差错放大器的第二输入端连接；
电流感测和控制模块，其具有与所述电压转换器和杂散补偿模块连接的输入端和与所述功率放大器模块连接的输出端，包括：
第一电流感测差错放大器，其具有与电压控制信号源连接的第一输入端、与所述转换器输出端连接的第二输入端、和输出端；
第二电流感测差错放大器，其具有与所述第二放大器的输出端连接的第一输入端、第二输入端、和与所述功率放大器输入端连接的输出端；和
感测电阻，其连接在所述第一电流感测差错放大器的第二输入端和所述第二电流感测差错放大器的第二输入端之间，
所述第二电流感测差错放大器的第二输入端限定所述电流感测和控制模块的输出端。
29.根据权利要求28所述的开环RF功率放大器电路，其中：
所述电压控制信号源生成斜坡信号，所述斜坡信号由斜坡形状、斜坡上升时间斜率和斜坡下降时间斜率限定。
30.根据权利要求28所述的开环RF功率放大器电路，其中所述杂散补偿模块进一步包括与所述转换器反馈和所述转换器输出端连接的增益调整网络，和所述第一差错放大器的第一输入端。
31.根据权利要求28所述的开环RF功率放大器电路，其中所述杂散补偿模块进一步包括与所述第一差错放大器的输出端和所述功率放大器参考输入端连接的输出低通滤波器。
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