CN104982077B - 用于同时发送的多个发射信号的功率跟踪器 - Google Patents

用于同时发送的多个发射信号的功率跟踪器 Download PDF

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Abstract

公开了用于为电路(例如，功率放大器)生成功率跟踪供电电压的技术。该电路可以处理在处于不同频率的多个载波上同时发送的多个发射信号。在一个示例性设计中，一种装置包括功率跟踪器和供电发生器。该功率跟踪器基于同时发送的多个发射信号的同相(I)和正交(Q)分量来确定功率跟踪信号。该供电发生器基于该功率跟踪信号来生成供电电压。该装置可以进一步包括基于该供电电压来放大经调制的射频(RF)信号并提供输出RF信号的功率放大器(PA)。

Description

用于同时发送的多个发射信号的功率跟踪器
相关申请的交叉引用
本公开要求2013年2月11日提交的美国非临时申请No.13/764,328的优先权，该申请的内容出于所有目的通过援引整体纳入于此。
背景
I.领域
本公开一般涉及电子技术，并且尤其涉及用于为电路(诸如放大器)生成供电电压的技术。
II.背景技术
无线通信系统中的无线设备(例如，蜂窝电话或智能电话)可以发射和接收数据以供双向通信。无线设备可包括用于数据传送的发射机以及用于数据接收的接收机。为了数据传送，发射机可处理(例如，编码和调制)数据以生成输出采样。发射机可进一步调理(例如，转换成模拟、滤波、放大并且上变频)输出采样以生成经调制的射频(RF)信号，放大该经调制的RF信号以获得具有恰适的发射功率电平的输出RF信号，并且经由天线向基站发射此输出RF信号。对于数据接收，接收机可经由天线获得收到RF信号并且可放大和处理该收到RF信号以恢复由基站发送的数据。
发射机通常包括功率放大器(PA)以提供输出RF信号的高发射功率。功率放大器应当能够提供高发射功率并且具有高的功率附加效率(PAE)。
概述
本文中公开了用于为处理同时发送的多个发射信号的电路(例如，功率放大器)生成功率跟踪供电电压的技术。这多个发射信号可包括在处于不同频率的多个载波上同时发送的传输。
在一个示例性设计中，一种装置包括功率跟踪器和供电发生器。如以下所描述的，该功率跟踪器基于同时发送的多个发射信号的同相(I)和正交(Q)分量来确定功率跟踪信号。该供电发生器基于该功率跟踪信号生成供电电压。该装置可以进一步包括基于该供电电压来放大经调制的RF信号并提供输出RF信号的功率放大器。
以下更加详细地描述本公开的各种方面和特征。
附图简述
图1示出了无线设备与无线系统通信。
图2A到2D示出了载波聚集的四个示例。
图3示出了图1中的无线设备的框图。
图4示出了包括对每个发射信号具有单独功率跟踪的单独功率放大器的发射模块。
图5和6示出了包括对所有发射信号具有单个带功率跟踪的功率放大器的发射模块的两个设计。
图7A和7B分别示出了对两个和三个发射信号的功率跟踪。
图8和图9示出了具有功率跟踪的供电发生器的设计。
图10示出了用于以功率跟踪来生成供电电压的过程。
详细描述
措辞“示例性”在本文中用于表示“用作示例、实例或解说”。本文中描述为“示例性”的任何设计不必被解释为优于或胜过其他设计。
本文中公开了为处理同时发送的多个发射信号的电路(例如，功率放大器)生成功率跟踪供电电压的技术。这些技术可被用于各种电子设备，诸如无线通信设备。
图1示出了无线设备110与无线通信系统120通信。无线系统120可以是长期演进(LTE)系统、码分多址(CDMA)系统、全球移动通信(GSM)系统、无线局域网(WLAN)系统或其他某个无线系统。CDMA系统可实现宽带CDMA(WCDMA)、CDMA 1X、时分同步CDMA(TD-SCDMA)、或其他某个版本的CDMA。为简明起见，图1示出了无线系统120包括两个基站130和132以及一个系统控制器140。一般而言，无线系统可包括任何数目的基站以及任何网络实体集合。
无线设备110还可以指用户装备(UE)、移动站、终端、接入终端、订户单元、站等。无线设备110可以是蜂窝电话、智能电话、平板设备、无线调制解调器、个人数字助理(PDA)、手持式设备、膝上型计算机、智能本、上网本、无绳电话、无线本地环路(WLL)站、蓝牙设备、等等。无线设备110可能够与无线系统120通信。无线设备110还可以能够接收来自广播站(例如广播站134)的信号、来自一个或多个全球导航卫星系统(GNSS)中的卫星(例如，卫星150)的信号等。无线设备110可以支持用于无线通信的一种或多种无线电技术，诸如LTE、WCDMA、CDMA 1X、TD-SCDMA、GSM、802.11等等。
无线设备110可以能够在覆盖低于1000兆赫兹(MHz)的频率的低频带(LB)、覆盖从1000MHz到2300MHz的频率的中频带(MB)、和/或覆盖高于2300MHz的频率的高频带(HB)中操作。例如，低频带可以覆盖698到960MHz，中频带可以覆盖1475到2170MHz，并且高频带可以覆盖2300到2690MHz和3400到3800MHz。低频带、中频带和高频带是指三群频带(或称频带群)，其中每个频带群包括数个频带(或简称为“带”)。每个频带可以覆盖至多达200MHz并且可以包括一个或多个载波。在LTE中每个载波可以覆盖至多达20MHz。LTE版本11支持35个频带，这些频带被称为LTE/UMTS频带并且在3GPP TS 36.101中列出。
无线设备110可以支持载波聚集，其是多个载波上的操作。载波聚集也可被称为多载波操作。在LTE版本11中，无线设备110可以配置成具有在一个或两个频带中的至多达5个载波。
一般而言，载波聚集(CA)可以被分类为两种类型——带内CA和带间CA。带内CA是指同一频带内的多个载波上的操作。带间CA是指不同频带中的多个载波上的操作。
图2A示出了毗连带内CA的示例。在图2A中示出的示例中，无线设备110配置有在低频带中的一个频带中的三个毗连载波。无线设备110可在同一频带内的这三个毗连载波上发送和/或接收传输。
图2B示出了非毗连带内CA的示例。在图2B中示出的示例中，无线设备110配置有在低频带中的一个频带中的三个非毗连载波。各载波可分隔5MHz、10MHz或者其他某个量。无线设备110可在同一频带内的三个非毗连载波上发送和/或接收传输。
图2C示出了在同一频带群中的带间CA的示例。在图2C中所示的示例中，无线设备110配置成具有在低频带中的两个频带中的三个载波。无线设备110可在同一频带群中的不同频带中的三个载波上发送和/或接收传输。
图2D示出了不同频带群中的带间CA的示例。在图2D中示出的示例中，无线设备110配置成具有在不同频带群中的两个频带中的三个载波，其包括在低频带中的一个频带中的两个载波以及在中频带中的另一频带中的一个载波。无线设备110可在不同频带群中的不同频带中的三个载波上发送和/或接收传输。
图2A到2D示出了载波聚集的四个示例。对于频带和频带群的其他组合也可支持载波聚集。
图3示出了图1中的无线设备110的示例性设计的框图。在这一示例性设计中，无线设备110包括数据处理器/控制器310、耦合至主天线390的收发机320、以及耦合至副天线392的收发机322。收发机320包括用于支持多个频带、载波聚集、多种无线电技术等的K个发射机330pa至330pk、L个接收机380pa至380pl、以及天线接口电路370。K和L各自可以是为1或更大的任何整数值。收发机322包括用于支持多个频带、载波聚集、多种无线电技术、接收分集、多输入多输出(MIMO)传输等的M个发射机330sa至330sm、N个接收机380sa至380sn、以及天线接口电路372。M和N各自可以是为1或更大的任何整数值。
在图3中示出的示例性设计中，每个发射机330包括发射电路340和功率放大器(PA)360。对于数据传送，数据处理器310处理(例如，编码和码元映射)待发射数据以获取调制码元。数据处理器310进一步处理调制码元(例如，针对OFDM、SC-FDMA、CDMA或某种其他调制技术)并且为要由无线设备110发送的每个发射信号提供I和Q采样。发射信号是包括一个或多个载波上的传输、一个或多个频道上的传输等的信号。数据处理器310向一个或多个选定的发射机提供一个或多个发射信号的I和Q采样。以下描述假定发射机330pa是被选择要发送一个发射信号的发射机。在发射机330pa中，发射电路340pa将I和Q采样分别转换成I和Q模拟输出信号。发射电路340pa进一步对这些I和Q模拟输出信号进行放大、滤波并将其从基带上变频至RF，并且提供经调制RF信号。发射电路340pa可包括数模转换器(DAC)、放大器、滤波器、混频器、匹配电路、振荡器、本地振荡器(LO)发生器、锁相环(PLL)等。PA 360pa接收并且放大经调制RF信号，以及提供具有恰当发射功率电平的输出RF信号。输出RF信号被路由通过天线接口电路370并经由天线390来发射。天线接口电路370可以包括一个或多个滤波器、双工器、共用器、开关、匹配电路、定向耦合器等等。收发机320和322中的每个其余发射机330可按与发射机330pa类似的方式来操作。
在图3中示出的示例性设计中，每个接收机380包括低噪声放大器(LNA)382以及接收电路384。对于数据接收，天线390接收来自基站和/或其他发射机站的信号并且提供收到RF信号，该收到RF信号被路由通过天线接口电路370并被提供给所选接收机。以下描述假定接收机380pa是所选接收机。在接收机380pa内，LNA 382pa放大收到RF信号并提供经放大RF信号。接收电路384pa将经放大RF信号从RF下变频到基带，对经下变频的信号进行放大和滤波，并且将模拟输入信号提供给数据处理器310。接收电路384pa可包括混频器、滤波器、放大器、匹配电路、振荡器、LO发生器、PLL等等。收发机320和322中的每个剩余的接收机380可按类似于接收机380pa的方式操作。
图3示出了发射机330和接收机380的示例性设计。发射机和接收机还可包括图3中未示出的其他电路，诸如滤波器、匹配电路等。收发机320和322的全部或部分可被实现在一个或多个模拟集成电路(IC)、RF IC(RFIC)、混合信号IC等上。例如，发射电路340、LNA 382、以及接收电路384可实现在一个模块上，该模块可以是RFIC等等。天线接口电路370和372以及PA 360可实现在另一模块上，该另一模块可以是混合模块等等。收发机320和322中的这些电路也可按其他方式来实现。
数据处理器/控制器310可为无线设备110执行各种功能。例如，数据处理器310可对经由发射机330传送的数据以及经由接收机380接收的数据执行处理。控制器310可控制发射电路340、PA 360、LNA 382、接收电路384、天线接口电路370和372或其组合的操作。存储器312可存储供数据处理器/控制器310使用的程序代码和数据。数据处理器/控制器310可以实现在一个或多个专用集成电路(ASIC)和/或其他IC上。
无线设备110可同时发送多个发射信号。在一个设计中，这多个发射信号可供在用于带内CA的多个毗连或非毗连载波上传输，例如，如图2A或2B中所示。例如，每个发射信号可包括在一个载波上发送的传输。在另一设计中，这多个发射信号可以用于多个频道上的向相同无线系统的传输。在还有另一个设计中，这多个发射信号可以用于向不同无线系统(例如，LTE和WLAN)发送的传输。在任何情形中，在每个发射信号中要发送的数据可单独地被处理(例如，编码、码元映射和调制)以生成用于该发射信号的I和Q采样。每个发射信号可由相应发射电路340调理并且由相应PA 360放大以生成用于该发射信号的输出RF信号。
PA可以接收经调制RF信号和供电电压并且可以生成输出RF信号。输出RF信号通常跟踪经调制RF信号并且具有时变包络。供电电压应当总是高于输出RF信号的振幅，从而避免对输出RF信号削波，此削波将进而引起可使性能降级的互调失真。供电电压与输出RF信号的包络之差表示被PA耗散而非递送到输出负载的被浪费的功率。
可期望为PA生成供电电压，以使得能获得好的性能和好的效率。这可以通过以功率跟踪为PA生成供电电压以使得供电电压能跟踪来自该PA的输出RF信号的包络来达成。
图4示出了对每个发射信号有单独PA和单独功率跟踪的支持多个(K个)发射信号的同时传送的发射模块400的设计。发射模块400包括能够同时处理K个发射信号的K个发射机430a到430k，其中每个发射机430处理一个发射信号。每个发射机430包括发射电路440、PA 460和功率跟踪供电发生器480。
发射机430a接收第一发射信号的I1和Q1采样并且生成用于第一发射信号的第一输出RF信号。I1和Q1采样被提供到发射电路440a和电压发生器480a二者。在发射电路440a内，I1和Q1采样分别由DAC 442a和443a转换成I和Q模拟信号。I模拟信号由低通滤波器444a滤波，由放大器(Amp)446a放大并且由混频器448a从基带上变频至RF。类似地，Q模拟信号由低通滤波器445a滤波，由放大器447a放大并且由混频器449a从基带上变频至RF。混频器448a和449a基于在第一发射信号的中心RF频率处的I和Q LO信号(ILO1和QLO1)执行对第一发射信号的上变频。加法器450a将来自混频器448a和449a的I和Q经上变频信号相加以获得经调制RF信号，其被提供给PA 460a。
在电压发生器480内，功率跟踪器482a接收第一发射信号的I1和Q1采样，基于I1和Q1采样计算第一发射信号的功率，并且将数字功率跟踪信号提供给DAC 484a。DAC 484a将数字功率跟踪信号转换成模拟并且提供模拟功率跟踪信号。供电发生器486a接收模拟功率跟踪信号并且生成PA 460a的供电电压。PA 460a使用来自供电发生器486a的供电电压来放大来自发射电路440a的经调制RF信号，并且为第一发射信号提供第一输出RF信号。
每个剩余的发射机430可以类似地处理相应发射信号的I和Q采样，并且可以为发射信号提供输出RF信号。至多K个PA 460a到460k可以为至多K个被同时发送的发射信号提供至多K个处于不同RF频率的输出RF信号。加法器462接收被同时发送的这些输出RF信号，将这些输出RF信号相加，并且提供最终输出RF信号，其被路由通过双工器470并且经由天线490发射。
如图4中所示，功率跟踪可以被用以改善PA 460a到460k的效率。每个发射信号可由相应发射机430使用单独一组混频器448和449及PA 460来处理。多个发射信号可以在不同频率(例如，不同载波)上被发送并且由此可以具有增大的包络带宽。增大的包络带宽可以通过为每个发射信号使用单独的发射机430来解决。每个发射机430可以随后处置一个发射信号的包络带宽。然而，为多个发射信号并发地操作多个发射机430可以导致更多电路、更高功耗以及增加的成本，所有这些都是不期望的。
在本公开的一方面，具有功率跟踪的单个PA可被用以为被同时发送的多个发射信号生成单个输出RF信号。可以为该PA生成单个供电电压以用于跟踪被同时发送的所有发射信号的功率。这可以减少电路组件的数目，降低功耗，并且提供其他优点。
图5示出了对所有发射信号具有单个PA和功率跟踪的支持多个(K个)发射信号的同时传送的发射模块500的设计。发射模块500在模拟域中为每个发射信号分别执行上变频，并且将所有发射信号的结果所得的经上变频RF信号相加。发射模块500包括能够同时处理K个发射信号的K个发射电路540a到540k，其中每个发射电路540处理一个发射信号。发射模块500进一步包括加法器552、PA 560、双工器570、和功率跟踪供电发生器580。
发射电路540a接收第一发射信号的I1和Q1采样并且生成第一发射信号的第一经上变频RF信号。I1和Q1采样被提供给发射电路540a和电压发生器580二者。在发射电路540a内，I1和Q1采样分别由DAC 542a和543a转换成I和Q模拟信号。I和Q模拟信号由低通滤波器544a和545a滤波，由放大器546a和547a放大，由混频器548a和549a从基带上变频到RF，并且由加法器550a相加以生成第一经上变频RF信号。混频器548a和549a基于处在第一发射信号的中心RF频率处的I和Q LO信号来执行对第一发射信号的上变频。
每个剩余的发射电路540可以类似地处理相应发射信号的I和Q采样，并且可以为发射信号提供经上变频RF信号。至多K个发射电路540a到540k可以为至多K个被同时发送的发射信号提供至多K个处在不同RF频率的经上变频RF信号。加法器552从发射电路540a到540k接收这些经上变频RF信号，将这些经上变频RF信号相加，并且向PA 560提供经调制RF信号。
在电压发生器580内，功率跟踪器582接收被同时发送的所有发射信号的I1到IK采样以及Q1到QK采样。功率跟踪器582基于这些发射信号的I和Q采样来计算所有发射信号的总功率，并且向DAC 584提供数字功率跟踪信号。DAC 584将该数字功率跟踪信号转换成模拟的并且提供针对所有发射信号的模拟功率跟踪信号。虽然未在图5中示出，但是低通滤波器可以接收来自DAC584的输出信号并且对其进行滤波，并且提供模拟功率跟踪信号。供电发生器586接收该模拟功率跟踪信号并且生成PA 560的供电电压。
PA 560使用来自供电发生器586的供电电压来放大来自加法器552的经调制RF信号。PA 560为所有被同时发送的发射信号提供输出RF信号。此输出RF信号被路由通过双工器570并经由天线590发射。
图6示出了对所有发射信号具有单个PA和功率跟踪的支持多个(K个)发射信号的同时传送的发射模块502的设计。发射模块502将每个发射信号在数字域中数字地上变频到中频(IF)，将所有发射信号的结果所得的经上变频IF信号相加，并且在模拟域中为所有发射信号一起执行从IF到RF的上变频。发射模块502包括数字调制器520、发射电路540、PA560、双工器570以及功率跟踪供电发生器580。
数字调制器520接收所有发射信号的I和Q采样并且为所有发射信号生成经调制IF信号。在数字调制器520内，第一发射信号的I1和Q1采样分别由乘法器522a和523a基于CI1和CQ1数字LO信号来上变频到第一IF频率。每个剩余发射信号的I和Q采样分别由用于该发射信号的乘法器522和523来上变频到不同IF频率。K个发射信号的IF频率可以基于这K个发射信号的最终RF频率来选择。加法器524将所有K个乘法器522a到522k的输出相加并且提供I经调制信号。类似地，加法器525将所有K个乘法器523a到523k的输出相加并且提供Q经调制信号。来自加法器524和525的I和Q经调制信号形成了所有发射信号的经调制IF信号。
发射电路540从数字调制器520接收I和Q经调制信号，并且为所有发射信号生成经调制RF信号。在发射电路540内，I和Q经调制信号分别由DAC542和543转换成I和Q模拟信号。I和Q模拟信号由低通滤波器544和545滤波，由放大器546和547放大，由混频器548和549从IF上变频到RF，并且由加法器550相加以生成经调制RF信号。混频器548和549基于处在合适频率的I和Q LO信号来对经调制IF信号执行上变频，从而这K个发射信号被上变频到它们的恰适RF频率。
功率跟踪电压发生器580接收被同时发送的所有发射信号的I1到IK采样和Q1到QK采样。电压发生器580基于I和Q采样来为PA 560生成供电电压。PA 560使用来自供电发生器580的供电电压来放大来自发射电路540的经调制RF信号。PA 560为所有被同时发送的发射信号提供输出RF信号。输出RF信号被路由通过双工器570并经由天线590来发射。
图5和6示出了对所有发射信号具有单个PA和功率跟踪的支持多个发射信号的同时传送的发射模块的两个示例性设计。多个发射信号也可以用其他方式以单个PA和功率跟踪来发送。例如，可以使用极化调制来替代图5和6中所示的正交调制。
功率跟踪器582可以用各种方式基于所有发射信号的I和Q采样来计算数字功率跟踪信号。在一个示例中，数字功率跟踪信号可以如下来计算：
Figure BDA0000777158080000101
式(1)
其中Ik(t)和Qk(t)表示第k个发射信号在采样周期t中的I和Q采样，其中k＝1，…，K，并且
p(t)表示采样周期t中的数字功率跟踪信号。
量
Figure BDA0000777158080000105
表示第k个发射信号在采样周期t中的功率。在式(1)中所示的设计中，所有发射信号的功率被相加以获得总功率。接着通过对此总功率求平方根来获得数字功率追踪信号。比例缩放因子
Figure BDA0000777158080000102
计及功率与电压之间的转换。
在另一设计中，数字功率跟踪信号可以如下来计算：
Figure BDA0000777158080000103
式(2)
量
Figure BDA0000777158080000104
表示第k个发射信号在采样周期t中的电压。在式(2)中所示的设计中，每个发射信号的电压被首先计算，并且所有发射信号的电压接着被相加以获得数字功率跟踪信号。
式(1)和(2)是基于被同时发送的所有发射信号的I和Q采样来计算数字功率跟踪信号的两个示例性设计。式(1)或(2)中所计算的数字功率跟踪信号具有约为最宽发射信号的带宽的带宽(而非被同时发送的所有发射信号的总体带宽)。使功率跟踪信号的带宽小于调制带宽可以允许更高效率的功率跟踪电路系统并且还可以导致更少噪声经由供电源被注入到PA 560中。
数字功率跟踪信号也可以用其他方式(例如基于其他公式或函数)基于发射信号的I和Q采样来计算。在一个设计中，数字功率跟踪信号可以基于所有发射信号的I和Q采样在没有任何滤波的情况下生成，例如，如式(1)或(2)中所示。在另一种设计中，数字功率跟踪信号可以例如使用具有与发射电路540中的低通滤波器544和545类似特性的低通滤波器来进行滤波。
在一个设计中，数字功率跟踪信号可以不顾被同时发送的发射信号的数目地用相同方式(例如，基于相同公式)来计算。在另一个设计中，数字功率跟踪信号可以取决于被同时发送的发射信号的数目用不同方式(例如，基于不同公式)来计算。数字功率跟踪信号也可以取决于其他因素(诸如不同发射信号的发射功率电平)用不同方式来计算。
本文中所描述的用于为多个发射信号生成功率跟踪供电电压的技术可以被用于各种调制技术。例如，这些技术可以被用于为使用正交频分复用(OFDM)、SC-FDMA、CDMA或某些其他调制技术同时发送的多个发射信号生成功率跟踪供电电压。这些技术也可以被用于为被同时发送的任何数目个发射信号生成跟踪功率供电电压。
图7A示出了以SC-FDMA在两个非毗连载波上发送(例如，用于图2B中所示的非毗连带内CA)的两个发射信号的功率跟踪的示例。这两个发射信号在由25MHz间隙所分隔的两个载波上被发送，其中每个载波具有10MHz的带宽。标绘710示出了包括这两个发射信号并且由图5或6中的PA 560提供的输出RF信号。标绘712示出了由图5或6中的功率跟踪器582提供的功率跟踪信号。该功率跟踪信号是根据式(1)基于这两个发射信号的I和Q采样来计算的。如图7A中所示，该功率跟踪信号紧随输出RF信号的包络。由此，可以为PA 560达成好的性能和高效率。
图7B示出了以OFDM在三个非毗连载波上发送(例如，用于非毗连带内CA)的三个发射信号的功率跟踪的示例。这三个发射信号在三个载波上被发送，其中每个载波具有5MHz的带宽，并且与另一载波之间由15MHz间隔来分隔。标绘720示出了包括这三个发射信号并且由图5或6中的PA 560提供的输出RF信号。标绘722示出了由图5或6中的功率跟踪器582提供的功率跟踪信号。该功率跟踪信号是根据式(1)基于这三个发射信号的I和Q采样来计算的。如图7B中所示的，该功率跟踪信号追随输出RF信号的包络。由此，可以为PA 560达成好的性能和高效率。
可示出也可为用CDMA在多个载波上发送的多个发射信号生成功率跟踪供电电压。通常，当两个发射信号被同时发送时，功率跟踪供电电压可紧随输出RF信号的包络，例如，如图7A中所示。当不止两个发射信号被同时发送时，功率跟踪供电电压可逼近输出RF信号的包络，例如，如图7B中所示。
供电发生器586可以基于功率跟踪信号用各种方式为PA 560生成供电电压。供电发生器586应当以高效率的方式生成供电电压以便节省无线设备110的电池功率。
图8示出了图5和6中的供电发生器586的设计。在该设计中，供电发生器586包括功率跟踪放大器(PT Amp)810、切换器820、升压转换器830和电感器822。切换器820也可以被称为开关模式电源(SMPS)。切换器820接收电池电压(VBAT)并且在节点A处提供包括DC和低频分量的第一供电电流(ISW)。电感器822存储来自切换器820的电流并在交变循环上将所存储的电流提供给节点A。升压转换器830接收VBAT电压，并且生成高于VBAT电压的经推升的供电电压(VBOOST)。功率跟踪放大器810在其信号输入端处接收模拟功率跟踪信号，在其两个供电输入端处接收VBAT电压和VBOOST电压，并且在节点A处提供包括高频分量的第二供电电流(IPT)。提供给功率放大器560的PA供电电流(IPA)包括来自切换器820的ISW电流和来自功率跟踪放大器810的IPT电流。功率跟踪放大器810还在节点A处为PA 560提供恰当的PA供电电压(VPA)。供电发生器586中的各个电路在下文中更详细地描述。
图9示出图8中的供电发生器586内的功率跟踪放大器810和切换器820的设计的示意图。在功率跟踪放大器810内，运算放大器(op-amp)910使其非反相输入端接收功率跟踪信号，使其反相输入端耦合至功率跟踪放大器810的输出端(其为节点X)，并使其输出端耦合至AB类激励器912的输入端。激励器912使其第一输出端(R1)耦合至P沟道金属氧化物半导体(PMOS)晶体管914的栅极并使其第二输出端(R2)耦合至N沟道金属氧化物半导体(NMOS)晶体管916的栅极。NMOS晶体管916使其漏极耦合至节点X并使其源极耦合至电路接地。PMOS晶体管914使其漏极耦合到节点X并使其源极耦合到PMOS晶体管918和920的漏极。PMOS晶体管918使其栅极接收C1控制信号并使其源极接收VBOOST电压。PMOS晶体管920使其栅极接收C2控制信号并使其源极接收VBAT电压。
电流传感器824耦合在节点X与节点A之间，并且感测由功率跟踪放大器810提供的IPT电流。传感器824将IPT电流的绝大部分传递到节点A，并且将IPT电流的一小部分作为感测到的电流(ISEN)提供到切换器820。
在切换器820内，电流感测放大器930使其输入端耦合到电流传感器824并使其输出端耦合到切换器激励器932的输入端。激励器932使其第一输出端(S1)耦合到PMOS晶体管934的栅极并使其第二输出端(S2)耦合到NMOS晶体管936的栅极。NMOS晶体管936使其漏极耦合到切换器820的输出端(其为节点Y)并且使其源极耦合到电路接地。PMOS晶体管934使其漏极耦合至节点Y并使其源极接收VBAT电压。电感器822耦合在节点A与节点Y之间。
切换器820如下操作。当电流传感器824感测到来自功率跟踪放大器810的高输出电流并将低感测到的电压提供给激励器932时，切换器820处于ON状态。激励器932随后向PMOS晶体管934的栅极提供低电压并向NMOS晶体管936的栅极提供低电压。PMOS晶体管934被导通并将VBAT电压耦合至电感器822，电感器822存储来自VBAT电压的能量。流过电感器822的电流在该ON状态期间上升，其中上升的速率取决于(i)VBAT电压与节点A处的VPA电压之差以及(ii)电感器822的电感。相反，当电流传感器824感测到来自功率跟踪放大器810的低输出电流并且将高感测到的电压提供给激励器932时，切换器820处于OFF状态。激励器932随后向PMOS晶体管934的栅极提供高电压并向NMOS晶体管936的栅极提供高电压。NMOS晶体管936被导通，并且电感器822被耦合在节点A与电路接地之间。流过电感器822的电流在该OFF状态期间下降，其中下降的速率取决于节点A处的VPA电压以及电感器822的电感。因此，在ON状态期间VBAT电压经由电感器822向PA 560提供电流，并且在OFF状态期间电感器120向PA560提供其所存储的能量。
功率跟踪放大器810如下来操作。当功率跟踪信号增大时，op-amp 910的输出增大，激励器912的R1输出减小并且激励器912的R2输出减小，直至NMOS晶体管916几乎截止，并且功率跟踪放大器810的输出增大。当功率跟踪信号减小时，相反的情况成立。从功率跟踪放大器810的输出端到op-amp 910的反相输入端的负反馈导致功率跟踪放大器810具有单位增益。由此，功率跟踪放大器810的输出跟随功率跟踪信号，并且VPA电压约等于功率跟踪信号。激励器912可用AB类放大器来实现以提高效率，从而即使晶体管914和916中的偏置电流很低，也仍能供应大的输出电流。
在一种设计中，功率跟踪放大器810仅在需要时基于VBOOST电压来操作而在其余时间基于VBAT电压来操作以便提高效率。例如，功率跟踪放大器810可基于VBAT电压来提供约85％的功率并且基于VBOOST电压来提供仅约15％的功率。当由于输出RF信号的大包络而导致PA 560需要高VPA电压时，C1控制信号处于逻辑低，而C2控制信号处于逻辑高。在这种情形中，升压转换器830被启用并生成VBOOST电压，PMOS晶体管918导通并将VBOOST电压提供给PMOS晶体管914的源极，而PMOS晶体管920截止。相反，当PA 560不需要高VPA电压时，C1控制信号处于逻辑高，而C2控制信号处于逻辑低。在这种情形中，升压转换器830被禁用，PMOS晶体管918截止，而PMOS晶体管920导通并将VBAT电压提供给PMOS晶体管914的源极。
控制信号发生器940接收功率跟踪信号和VBAT电压，并且生成C1和C2控制信号。C1控制信号与C2控制信号互补。在一种设计中，当功率跟踪信号的幅值超过第一阈值时，发生器940生成C1和C2控制信号以选择VBOOST电压用于功率跟踪放大器910。第一阈值可以是固定阈值或者可基于VBAT电压来确定。在另一种设计中，当功率跟踪信号的幅值超过第一阈值并且VBAT电压低于第二阈值时，发生器940生成C1和C2控制信号以选择VBOOST电压用于功率跟踪放大器910。发生器940也可基于其他信号、其他电压和/或其他准则来生成C1和C2信号。
切换器820具有高效率并为PA 560递送大部分供电电流。功率跟踪放大器810作为线性级操作并且具有相对较高的带宽(例如，在MHz范围中)。切换器820操作以用于减小来自功率跟踪放大器810的输出电流，这提高了总效率。
图9示出了图1中的切换器820和功率跟踪放大器810的示例性设计。切换器820和功率跟踪放大器810也可用其他方式来实现。例如，功率跟踪放大器810可如于2001年10月9日授权公告的、题为“Apparatus and Method for Efficiently Amplifying WidebandEnvelope Signals(用于高效率地放大宽带包络信号的装置和方法)”的美国专利No.6,300,826中所描述的那样来实现。
在一示例性设计中，一种装置(例如，集成电路、无线设备、电路模块等)可包括功率跟踪器和供电发生器。功率跟踪器(例如，图5中的功率跟踪器582)可以基于被同时发送的多个发射信号的I和Q分量(例如，I和Q采样)来确定功率跟踪信号。供电发生器(例如，图5中的供电发生器586)可以基于功率跟踪信号来生成供电电压。
在一种设计中，功率跟踪器可以基于该多个发射信号的I和Q分量来确定该多个发射信号的总功率，例如，如
Figure BDA0000777158080000151
功率跟踪器可以接着基于该多个发射信号的总功率来确定功率跟踪信号，例如，如式(1)中所示。在另一设计中，功率跟踪器可以对每个发射信号基于该发射信号的I和Q分量来确定其功率，例如，对于第k个发射信号为
Figure BDA0000777158080000152
功率跟踪器可以接着基于该多个发射信号的功率来确定功率跟踪信号，例如，如式(2)中所示。功率跟踪器可以对每个发射信号基于该发射信号的功率来确定其电压，例如，如
Figure BDA0000777158080000153
功率跟踪器可以接着基于该多个发射信号的电压来确定功率跟踪信号，例如，如式(2)中所示。功率跟踪器还可以用其他方式基于该多个发射信号的I和Q分量来确定功率跟踪信号。在一个设计中，该多个发射信号可以在处于不同频率的多个载波上被发送。功率跟踪信号可以具有比该多个载波的总带宽小的带宽。
在一个设计中，该装置可以包括多个发射电路、以及加法器，例如，如图5中所示。这多个发射电路(例如，发射电路540a到540k)可以接收这多个发射信号的I和Q分量，并且可以提供多个经上变频RF信号。每个发射电路可以将一个发射信号的I和Q分量上变频并且提供对应的经上变频RF信号。加法器(例如，加法器552)可以将该多个经上变频RF信号相加并且提供经调制RF信号。在另一设计中，该装置可包括可接收该多个发射信号的经调制IF信号并且提供经调制RF信号的发射电路(例如，图6中的发射电路540)。经调制IF信号可以基于该多个发射信号的I和Q分量来生成(例如，由图6中的数字调制器520来生成)。在一示例性设计中，该装置可进一步包括可基于供电电压来放大经调制RF信号并提供输出RF信号的PA(例如图5和6中的PA 560)。
在示例性设计中，供电发生器可以包括可接收功率跟踪信号并且生成供电电压的功率跟踪放大器(例如，图8和9中的功率跟踪放大器810)。供电发生器可进一步包括切换器和/或升压转换器。切换器(例如，图8和9中的切换器820)可感测来自功率跟踪放大器的第一电流(例如，IPT电流)并且基于所感测到的第一电流来提供用于供电电压的第二电流(例如，ISW电流)。升压转换器(例如，图8和9中的升压转换器830)可以接收电池电压并且为功率跟踪放大器提供经推升的电压。功率跟踪放大器可以基于经推升的电压或电池电压来操作。
图10示出了用于以功率跟踪来生成供电电压的过程1000的设计。功率跟踪信号可以基于被同时发送的多个发射信号的I和Q分量来确定(框1012)。在框1012的一个设计中，该多个发射信号的总功率可以基于该多个发射信号的I和Q分量来确定。可以接着基于该多个发射信号的总功率来确定功率跟踪信号，例如，如式(1)中所示。在框1012的另一设计中，每个发射信号的功率可以基于该发射信号的I和Q分量来确定。可以接着基于该多个发射信号的功率来确定功率跟踪信号，例如，如式(2)中所示。
供电电压可以基于功率跟踪信号来生成(框1014)。在一个设计中，供电电压可以用跟踪功率跟踪信号的放大器(例如，图9中的放大器810)来生成。供电电压也可以基于切换器和/或升压转换器来生成。
经调制RF信号可以基于该多个发射信号的I和Q分量来生成(框1016)。在一个设计中，每个发射信号的I和Q分量可以被上变频以获得对应的经上变频RF信号。该多个发射信号的多个经上变频RF信号可以接着被相加以获得经调制RF信号，例如，如图5中所示。在另一设计中，经调制IF信号可以基于该多个发射信号的I和Q分量来生成，例如，如图6中所示。经调制IF信号可以接着被上变频以获得经调制RF信号。在任何情形中，经调制RF信号可以用基于供电电压来操作的PA(例如图5和6中的PA 560)来放大以获得输出RF信号(框1018)。
本文中描述的功率跟踪器和供电发生器可实现在IC、模拟IC、RFIC、混合信号IC、ASIC、印刷电路板(PCB)、电子设备等上。该功率跟踪器和供电发生器也可以用各种IC工艺技术来制造，诸如互补金属氧化物半导体(CMOS)、NMOS、PMOS、双极结型晶体管(BJT)、双极CMOS(BiCMOS)、硅锗(SiGe)、砷化镓(GaAs)等。
实现本文描述的功率跟踪器和/或供电发生器的装置可以是自立设备或者可以是较大设备的一部分。设备可以是(i)自立的IC，(ii)具有一个或多个IC的集合，其可包括用于存储数据和/或指令的存储器IC，(iii)RFIC，诸如RF接收机(RFR)或RF发射机/接收机(RTR)，(iv)ASIC，诸如移动站调制解调器(MSM)，(v)可嵌入在其他设备内的模块，(vi)接收机、蜂窝电话、无线设备、手持机、或者移动单元，(vii)其他等等。
在一个或多个示例性设计中，所描述的功能可以在硬件、软件、固件、或其任何组合中实现。如果在软件中实现，则各功能可以作为一条或多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，包括促成计算机程序从一地向另一地转移的任何介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或能用于携带或存储指令或数据结构形式的期望程序代码且能被计算机访问的任何其它介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(CD)、激光碟、光碟、数字多用碟(DVD)、软盘和蓝光碟，其中盘(disk)往往以磁的方式再现数据，而碟(disc)用激光以光学方式再现数据。上述的组合应当也被包括在计算机可读介质的范围内。
提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对于本领域技术人员将是显而易见的，并且本文中定义的普适原理可被应用于其他变形而不会脱离本公开的范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

Claims (23)

1.一种用于无线设备的装置，包括：
功率跟踪器，其配置成基于同时发送的多个发射信号各自相应的同相(I)和正交(Q)分量来确定功率跟踪信号；
供电发生器，其配置成基于所述功率跟踪信号来生成供电电压，以用于放大通过毗连带内载波聚集来一起同时发送的所述多个发射信号；以及
功率放大器(PA)，其配置成基于所述供电电压来放大经调制射频(RF)信号并提供输出RF信号，所述经调制射频(RF)信号基于所有所述多个发射信号。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述功率跟踪器配置成：
基于所述多个发射信号的所述I和Q分量来确定所述多个发射信号的总功率，以及
基于所述多个发射信号的所述总功率来确定所述功率跟踪信号。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述功率跟踪器配置成：
基于所述多个发射信号中的每个发射信号的I和Q分量来确定该发射信号的功率；以及
基于所述多个发射信号的功率来确定所述功率跟踪信号。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述功率跟踪器配置成：
基于所述多个发射信号中的每个发射信号的I和Q分量来确定该发射信号的功率；
基于每个发射信号的功率来确定该发射信号的电压；以及
基于所述多个发射信号的电压来确定所述功率跟踪信号。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括：
多个发射电路，其配置成接收所述多个发射信号的所述I和Q分量并且提供多个经上变频RF信号，每个发射电路配置成将所述多个发射信号中的一个发射信号的I和Q分量上变频并且提供对应的经上变频RF信号，以及
加法器，其配置成将所述多个经上变频RF信号相加并且提供所述经调制RF信号。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括：
发射电路，其配置成接收所述多个发射信号的经调制中频(IF)信号并且提供所述经调制RF信号，所述经调制IF信号是基于所述多个发射信号的所述I和Q分量来生成的。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述供电发生器包括：
功率跟踪放大器，其配置成接收所述功率跟踪信号并且生成所述供电电压。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述供电发生器进一步包括：
切换器，其配置成感测来自所述功率跟踪放大器的第一电流并且基于感测到的所述第一电流来提供用于所述供电电压的第二电流。
9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述供电发生器进一步包括：
升压转换器，其配置成接收电池电压并且为所述功率跟踪放大器提供经推升电压。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述功率跟踪放大器基于所述经推升电压或所述电池电压来操作。
11.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多个发射信号在处于不同频率的多个载波上被发送。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述功率跟踪信号具有比所述多个载波的总带宽小的带宽。
13.一种用于无线设备的方法，包括：
基于同时发送的多个发射信号各自相应的同相(I)和正交(Q)分量来确定功率跟踪信号；
基于所述功率跟踪信号来生成供电电压，以用于放大通过毗连带内载波聚集来一起同时发送的所述多个发射信号；以及
基于所述供电电压来放大经调制射频(RF)信号并提供输出RF信号，所述经调制射频(RF)信号基于所有所述多个发射信号。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述确定所述功率跟踪信号包括
基于所述多个发射信号的所述I和Q分量来确定所述多个发射信号的总功率，以及
基于所述多个发射信号的所述总功率来确定所述功率跟踪信号。
15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述确定所述功率跟踪信号包括
基于所述多个发射信号中的每个发射信号的I和Q分量来确定该发射信号的功率，以及
基于所述多个发射信号的功率来确定所述功率跟踪信号。
16.如权利要求13所述的方法，其特征在于，进一步包括：
基于所述多个发射信号的所述I和Q分量来生成经调制射频(RF)信号；以及
用基于所述供电电压来操作的功率放大器(PA)来放大所述经调制RF信号以获得输出RF信号。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述生成所述经调制RF信号包括
将所述多个发射信号中的每一个发射信号的I和Q分量上变频以获得对应的经上变频RF信号，以及
将所述多个发射信号的多个经上变频RF信号相加以获得所述经调制RF信号。
18.一种用于无线设备的装备，包括：
用于基于同时发送的多个发射信号各自相应的同相(I)和正交(Q)分量来确定功率跟踪信号的装置；
用于基于所述功率跟踪信号来生成供电电压，以用于放大通过毗连带内载波聚集来一起同时发送的所述多个发射信号的装置；以及
用于基于所述供电电压来放大经调制射频(RF)信号并提供输出RF信号的装置，所述经调制射频(RF)信号基于所有所述多个发射信号。
19.如权利要求18所述的装备，其特征在于，所述用于确定所述功率跟踪信号的装置包括
用于基于所述多个发射信号的所述I和Q分量来确定所述多个发射信号的总功率的装置，以及
用于基于所述多个发射信号的所述总功率来确定所述功率跟踪信号的装置。
20.如权利要求18所述的装备，其特征在于，所述用于确定所述功率跟踪信号的装置包括
用于基于所述多个发射信号中的每个发射信号的I和Q分量来确定该发射信号的功率的装置，以及
用于基于所述多个发射信号的功率来确定所述功率跟踪信号的装置。
21.如权利要求18所述的装备，其特征在于，进一步包括：
用于基于所述多个发射信号的所述I和Q分量来生成经调制射频(RF)信号的装置；以及
用于使用所述供电电压来放大所述经调制RF信号以获得输出RF信号的装置。
22.如权利要求21所述的装备，其特征在于，所述用于生成所述经调制RF信号的装置包括
用于将所述多个发射信号中的每一个发射信号的I和Q分量上变频以获得对应的经上变频RF信号的装置，以及
用于将所述多个发射信号的多个经上变频RF信号相加以获得所述经调制RF信号的装置。
23.一种非瞬态计算机可读介质，存储：
用于使至少一个计算机指导基于被同时发送的多个发射信号各自相应的同相(I)和正交(Q)分量来确定功率跟踪信号的代码；
用于使所述至少一个计算机指导基于所述功率跟踪信号来生成供电电压，以用于放大通过毗连带内载波聚集来一起同时发送的所述多个发射信号的代码；以及
用于使所述至少一个计算机指导基于所述供电电压来放大经调制射频(RF)信号并提供输出RF信号的代码，所述经调制射频(RF)信号基于所有所述多个发射信号。
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