CN105027431B - 分布式功率放大器电路 - Google Patents

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Abstract

公开了一种分布式功率放大器电路(30)。分布式功率放大器电路(30)包括放大器装置(100)，该放大器装置包括多个子放大器(110_1‑110_N)，每个子放大器具有用于输出子放大器(110_1‑110_N)的输出信号的输出端口(120_1‑120_N)，以及用于将来自子放大器(110_1‑110_N)的输出信号组合的输出组合器网络(200)。针对每个子放大器(110_i)，输出组合器网络(200)包括可操作地连接到子放大器(110_i)的输出端口(120_i)的、用于接收子放大器(110_i)的输出信号的关联的自耦变压器(210_i)。每个自耦变压器(210_1‑210_N)具有第一互连端子(240_1‑240_N)和第二互联端子(230_1‑230_N)。自耦变压器(210_1‑210_N)通过所述互连端子(230_1‑230_N；240_1‑240_N)可操作地串联连接。

Description

分布式功率放大器电路
技术领域
本发明涉及分布式功率放大器电路。
背景技术
例如与III-V化合物半导体技术相比(例如GaAs、InP、和InGaP)，CMOS(互补金属氧化物半导体)技术是相对廉价地解决方案。对于移动无线通信设备(例如移动手机或其它用户设备(UE))来说，可能因此期望针对射频(RF)前端电路(例如功率放大器(PA))使用CMOS。然而，存在一些必须解决的挑战。一个问题是，因为CMOS设备的击穿电压相对较低，难以使CMOS PA能够传送无线电通信标准需要的足够的RF功率。击穿电压比正常MOS晶体管更高的LDMOS(横向扩散金属氧化物半导体)晶体管可以用于RF/微波功率放大器的设计中。另一个问题是，由于基于OFDM(正交频分复用)的调制方案(例如3GPP(第三代合作伙伴计划)LTE(长期演进))的高峰均功率比(PAPR)，PA的平均输出功率电平通常从峰值输出功率后退了6-9dB。因此，本质上减小了PA的功率效率。为了达到高功率效率，在操作于特定频带的基站PA设计中使用Doherty类型PA。然而，对于移动手机(以及其它相对小的设备)，这是不可行的(例如由于有限的可用空间)，这使得难以实现四分之一波长传输线，并且难以在UE通常必须覆盖的宽频范围中调谐传输线或无源组件的延迟/相移。
可以在这样的较小设备中使用的解决方案是所谓的分布式有源变压器(DAT)，该分布式有源变压器将多个统一的小的PA单元的输出组合成一个输出，并且因此减小每个PA单元需要的峰值功率电平。通过可重配置的布置，DAT可以适用于不同的功率电平。这样的电路的示例例如公开于Kim J et al.“A fully-integrated high-power linear CMOSpower amplifier with a parallel-series combining transformer”，IEEE Journal ofSolid-State Circuits，Vol.47，No.3，pp 599-613，2012(下文中称作“Kim et al”)。
人们通常期望进一步提高PA的功率效率，例如减小热耗散和/或提高电池供电设备的电池使用时间。
发明内容
本发明的目的是提供具有相对好的功率效率的功率放大器。
根据第一方面，提供了分布式功率放大器(PA)电路。分布式功率放大器电路包括放大器装置，该放大器装置包括多个子放大器，每个子放大器具有用于输出子放大器的输出信号的输出端口。此外，分布式PA电路包括用于将来自子放大器的输出信号组合的输出组合器网络。针对每个子放大器，输出组合器网络包括可操作地连接到子放大器的输出端口的、用于接收子放大器的输出信号的关联的自耦变压器。每个自耦变压器具有第一互连端子和第二互联端子。自耦变压器通过所述互连端子可操作地串联连接，由此形成具有第一端和第二端的自耦变压器链。所述第一端被布置为连接到天线。
子放大器可以具有差分输出端口，每个输出端口具有第一输出端子和第二输出端子。每个自耦变压器可以包括在其第一互连端子与自耦变压器的第一输入端子之间的第一电感器段。此外，每个自耦变压器可以包括在其第一输入端子与自耦变压器的第二输入端子之间的第二电感器段。此外，每个自耦变压器可以包括在其第二输入端子与其第二互连端子之间的第三电感器段。针对每个子放大器，第一输出端子和第二输出端子可以分别可操作地连接到关联的自耦变压器的第一输入端子和第二输入端子。
针对自耦变压器中的每一个，该自耦变压器的第二电感器段的内部抽头可以可操作地连接到供电节点，用于向与该自耦变压器相关联的子放大器供电。
分布式PA电路的一些实施例是这样的：针对第一自耦变压器以及第二自耦变压器，第一自耦变压器的第二电感器段的所述内部抽头连接到第一供电接点，并且第二自耦变压器的第二电感器段的所述内部抽头连接到不同的第二供电接点，用于向第二子放大器提供与第一子放大器不同的供电电压，所述第一自耦变压器与第一子放大器相关联，所述第二自耦变压器在所述自耦变压器链中与所述第一自耦变压器相邻，并且与第二子放大器相关联。所述自耦变压器链可以包括在第一自耦变压器和第二自耦变压器之间与自耦变压器可操作地串联连接的电容器。
在一些实施例中，子放大器中的一个或多个能够被配置用于启用状态和禁用状态。子放大器可以被布置为：在操作中以及当子放大器中的一个或多个设置为禁用状态时，这些子放大器是其相关联的自耦变压器距离自耦变压器链的第二端最近的子放大器。针对自耦变压器链中的自耦变压器的至少一个互连端子(即一个或多个互连端子)，放大器装置可以包括可操作地连接在该互连端子与信号接地节点之间的关联的配置开关。所述配置开关可以被布置为：当其关联的自耦变压器连接在该互连端子与自耦变压器链的第二端之间的子放大器设置在禁用状态并且其它子放大器设置在启用状态时，导通。此外，所述配置开关可以被布置为：当其关联的自耦变压器连接在该互连端子与自耦变压器链的第二端之间的子放大器中的至少一个设置在启用状态时，非导通。
根据第二方面，提供了包括根据第一方面的分布式功率放大电路的集成电路封装。集成电路封装可以包括其上集成了放大器装置的半导体芯片。此外，集成电路封装可以包括其中形成自耦变压器的导电材料与非导电材料的层压板。
根据第三方面，提供了包括根据第一方面的分布式功率放大电路或根据第二方面的集成电路封装的通信装置。通信装置可以是例如无线电通信装置，例如但不限于针对蜂窝通信系统的用户设备、针对蜂窝通信系统的基站或针对无线网络的接入点。
其它实施例在从属权利要求中限定。应当强调的是，术语“包括”当在本说明书中使用时用来指所述特征、要件、步骤、或组件的存在，但不排除一个或多个其它特征、要件、步骤、组件或它们的组合的存在或增加。
附图说明
参照附图，根据以下具体实施方式部分，本发明实施例的其它目的、特征和优点将体现出来，附图中：
图1示意性示出了根据示例的通信环境；
图2是根据本发明实施例的无线电收发机电路的简化框图；
图3是根据本发明实施例的分布式功率放大器电路的示意电路图；
图4-8是根据本发明实施例的分布式功率放大器的部分的示意电路图；
图9示出了根据本发明实施例的包括分布式功率放大器电路的集成电路封装。
图10是根据本发明实施例的输出组合器网络的部分的示例布局。
具体实施方式
图1示意性示出了其中可以使用本发明实施例的环境。图1中示出为移动电话(或“蜂窝电话”或“移动手机”)的用户设备(UE)1通过无线(无线电)通信链路3无线地连接到蜂窝通信系统的无线电基站(BS)2。作为非限定性示例，蜂窝通信系统可以是3GPP(第三代合作伙伴计划)LTE(长期演进)蜂窝通信系统，在这种情况下BS2可以是例如所谓的eNodeB。在本上下文中，UE可以是例如移动电话、蜂窝数据调制解调器、个人计算机或包括这样的蜂窝数据调制解调器的其它设备。
此外或备选地，如图1所示，UE1可以通过无线(无线电)通信链路5无线地连接到非蜂窝网络的接入点(AP)4或其它设备，例如但不限于例如符合各种IEEE802.11标准中的一个或多个的无线局域网(WLAN)。
UE1、BS2和AP4是下文以术语无线电通信装置通称的对象的非限制性示例。尽管这样的无线电通信装置在该描述中用作示例，应当注意的是，也可以在其它类型的通信装置(例如有线通信装置)中使用本文描述的功率放大器电路。
无线电通信装置典型地包括一个或多个无线电收发机电路。在图2中示出了根据本发明一些实施例的无线电收发器电路10的简化的框图。在图2中，无线电收发机电路10包括发射机电路20。发射机电路20包括分布式PA电路30，其细节在下文的各种实施例的上下文中描述。分布式PA电路30具有被布置为连接到天线40的输出端口35。天线40可以或可以不是收发机电路10的一部分(在图2中，天线40示出为在收发机电路10的外部)。如图2中虚线所示，发射机电路20可以包括在分布式PA电路30之前的电路，例如一个或多个数模转换器(DAC)、混合器、滤波器、和/或缓冲放大器。这种电路的设计本身在无线电收发机设计领域是熟知的，并且因此本文不再进行进一步的描述。
此外，在图2中，无线电收发机电路10包括接收机电路50，该接收机电路被布置为在接收机电路50的输入端口处连接到天线60。天线40可可以或可以不是收发机电路10的一部分(在图2中，天线40示为在收发机电路10的外部)。尽管为了说明的目的图2中示出的示例被示出具有分离的发射天线40和分离的接收天线60，在一些实施例中也可以使用其它天线布置。例如，在一些实施例中，发射机电路20和接收机电路50可以例如通过双工滤波器来共用公共天线。在一些实施例中，多个天线可以用于接收和/或发送(例如以实现所谓的MIMO(多输入多输出)或分集)，并且这些多个天线中的一些或全部可以在发射机电路20与接收机电路50之间共用。
此外，在图2中，无线收发机电路10包括数字信号处理器(DSP)70，例如基带处理器等，该数字信号处理器被布置为向发射机电路20提供输入并且从接收机电路50接收输出。DSP70还可以被布置为提供发射机电路10和/或接收机电路50的总体电路控制。
图3是根据本发明实施例的分布式PA电路30的示意电路图。在图3中，分布式PA电路30包括放大器装置100。放大器装置100包括多个子放大器110_1-110_N。每个子放大器110_1-110_N具有用于输出子放大器110_1-110_N的输出信号的输出端口120_1-120_N。此外，分布式PA电路30包括用于将来自子放大器110_1-110_N的输出信号组合的输出组合器网络200。针对每个子放大器110_i(其中索引i采用在范围[1，N]内的值)，输出组合器网络200包括关联的自耦变压器210_i，该自耦变压器可操作地连接到子放大器110_i的输出端口120_i，用于接收子放大器110_i的输出信号。自耦变压器有时也被称作“自耦合变压器”。在图3中，关联的自耦变压器210_i的输入端口220_i连接到子放大器110_i的输出端口120_i，用于接收子放大器110_i的输出信号。为了可读性，所述输出和输入端口120_i和220_i的附图标记仅在图3中针对i＝1和i＝N明确地示出。
每个自耦变压器210_1-210_N具有第一互连端子240_1-240_N和第二互联端子230_1-230_N。自耦变压器210_1-210_N通过所述互连端子230_1-230_N；240_1-240_N可操作地串联连接。由此形成自耦变压器210_1-210_N链。所述自耦变压器210_1-210_N链具有第一端280和第二端290。第一端280被布置为连接到天线。这在图3中示出，其中附图中包括天线40(该天线通过分布式PA电路30的输出端口35连接到第一端280)。如图3所示，自耦变压器210_1-210_N链的第二端290可以例如连接到信号接地节点。
自耦变压器的使用(如下文中在各种实施例的上下文进一步描述的，其具有单个绕组)提供了例如与使用用于组合的耦合(或隔离)变压器(具有初级和次级线圈)的分布式PA电路相比相对高的效率，耦合(或隔离)变压器(具有初级和次级线圈)具有比自耦变压器相对更高的插入损耗，这主要是因为在初级和次级线圈之间的耦合中的损耗。因此，在这方面，在输出组合器网络200中使用自耦变压器210_1-210_N的本发明实施例与使用耦合变压器以组合子放大器输出信号的分布式PA电路(例如上文中背景技术部分提到的Kim等人的文章中描述的)相比具有效率优势。
图3中还包括被布置为向子放大器110_1-110_N产生输入信号的输入发生器300。输入发生器300被布置为产生所述输入信号，使得获得分布式PA电路30的期望的(向天线40馈送的)输出信号。在一些实施例中，输入发生器300可以被看做分布式PA电路30的一部分，并且在其它实施例中可以被认为在分布式PA电路30的外部。
在一些实施例中，输入发生器300适于向所有子放大器产生相同的输入信号，只不过可以要求相互延迟以考虑针对不同的子放大器110_1-110_N通过输出组合器网络200的不同延迟。在一些实施例中，除了不同输入信号之间的线性缩放因子(同样，可以要求相互延迟，以考虑针对不同的子放大器110_1-110_N通过输出组合器网络200的不同延迟)，输入发生器300适于向所有子放大器110_1-110_N产生相同的输入信号。输入发生器300可以包括集中式RF驱动器。此外，输入信号发生器300可以包括延迟匹配的传输线，用于将适当延迟的集中式RF驱动器的输出信号分配为向子放大器110_1-110_N的输入信号。如下文进一步详细描述的，在一些实施例中，各个子放大器110_1-110_N可以选择性地启用或禁用。在这样的实施例中，在之前的语句中的用词“所有子放大器110_1-110_N”应当解释为“所有启用的子放大器110_1-110_N”。此外，基于子放大器110_1-110_N的线性度以及对要使用分布式PA电路30的应用的对应线性度要求(例如符合频谱屏蔽)，输入发生器300还可以适于将预失真应用到向子放大器110_1-110_N提供的输入信号以补偿子放大器110_1-110_N的非线性度。在PA设计领域中，多种预失真技术是已知的，并且因此不在本文中进一步讨论预失真的任何更详细的细节。
图4是根据本发明一些实施例的分布式PA电路30的部分的示意电路图。在图4中(比图3)更详细地示出了如何可以实现自耦变压器210_1-210_N。图4还示出了子放大器110及其向关联的自耦变压器210的连接。由于图5中示出了单个子放大器110和单个自耦变压器210，为了可读性，在图4中省略了索引(即110_i和210_i中的i等等)。这适用于图5。自耦变压器210_1-210_N中的每一个可以实现为图4中示出的自耦变压器210。此外，自耦变压器210_1-210_N中的每一个可以连接到其关联的子放大器110_1-110_N，如同图4中自耦变压器被示为连接到其关联的子放大器200。同样，这适用于图5。包括若干的子放大器和自耦变压器的附图中使用，以区分各个子放大器和自耦变压器。
在图4中，子放大器110具有差分输出端口120。差分输出端口具有第一输出端子122和第二输出端子124(例如“正输出端子”和“负输出端子”，或反之亦然)。如图4中同样示出的，子放大器110可以具有差分输入端口130，该差分输入端口具有第一输入端子132和第二输入端子134224(例如“正输入端子”和“负输入端子”，或反之亦然)。此外，在图4中，自耦变压器210具有差分输入端口220。差分输入端口具有第一输入端子222和第二输入端子224(例如“正输入端子”和“负输入端子”，或反之亦然)。此外，在图4中，自耦变压器200包括在其第一互连端子240与其第一输入端子222之间的第一电感器段310、在其第一输入端子222与其第二输入端子224之间的第二电感器段320、以及在其第二输入端子224与其第二互连端子230之间的第三电感器段330。第一电感器段310、第二电感器段320和第三电感器段330一起形成自耦变压器210的单个绕组(相比之下，如上所述，耦合变压器具有第一和第二绕组)。子放大器110的第一输出端子122和第二输出端子124分别可操作地连接到关联的自耦变压器210_i的第一输入端子222和第二输入端子224。
根据一些实施例，自耦变压器210具有与其相连接的一个或多个电容器(或者备选地，电容器可以看做是自耦变压器210的一部分)。电容器可以是可调谐的或可调节的，用于调谐自耦变压器200的谐振频率。图4示出了所述电容器如何连接的示例拓扑，该拓扑显示了输入端子222与224之间的电容器340、第一输入端子222与信号接地之间的电容器342、第二输入端子224与信号接地之间的电容器344、互连端子230与240之间的电容器350、第一互连端子230与信号接地之间的电容器352、以及第二互联端子240与信号接地之间的电容器354。例如可以调谐谐振频率以使得输出功率最大化，或者以创建针对级联配置的期望的匹配，在级联配置中合并若干个子放大器的输出。注意，每个自耦变压器210_i的调谐可以针对不同的i而不同。
根据一些实施例，输出组合器网络200还用作子放大器110_1-110_N的供电网络。因为可以避免分离的专用供电网络中的能量损失，所以这进一步提供了相对较高的功率效率。此外，由于还可以避免这样的分离专用供电网络所需的电路区域的附加使用，从尺寸的角度来看，为向子放大器供电而重用输出组合器网络也是有益的。图5中示出了该方案的示例。图5中示出的很多组件已经在上文中图5的上下文中描述，并且这里不再做进一步描述。在图5中示出了子放大器110的实施例。如图5所示，子放大器110可以包括分别连接到输入端子132和134的晶体管142和144。在图5中，晶体管142和144被示出为MOS(金属氧化物半导体)晶体管，但是其也可以是其它的类型，例如双极结型晶体管(BJT)。此外，如图5所示，自耦变压器210的第二电感器段320的内部抽头360(例如中心抽头)连接到供电节点VDD，用于向与该自耦变压器210相关联的子放大器110供电。因此，在图5中，通过第二电感器段320的“上”(以图5中电感器段320的方向)部从供电节点VDD向晶体管142供电。类似地，在图5中，通过第二电感器段320的“下”(以图5中电感器段320的方向)部从供电节点VDD向晶体管144供电。
根据一些实施例，例如从公共供电节点VDD向子放大器110_1-110_N提供相同的供电电压。在其它实施例中，从不同的供电节点VDD_i向子放大器中的至少一些提供不同的供电电压。该方案在图6中示出，示出了与第一子放大器110_i相关联的第一自耦变压器210_i，以及第二自耦变压器210_i-1，该第二自耦变压器位于所述自耦变压器链1中与第一自耦变压器210_i相邻的位置，并且与第二子放大器110_i-1相关联。在该上下文中，词语“相邻”是指导电性而不是指几何位置(即使它们也可能位于几何相邻的位置)。如图6所示，第一自耦变压器210_i的第二电感器段320的内部抽头360_i连接到第一供电节点VDD_i，并且第二自耦变压器210_i-1的第二电感器段320的内部抽头360_i-1连接到不同的第二供电节点VDD_i-1。由此，可以向第二子放大器110_i-1提供与第一子放大器110_i不同的供电电压。例如可以使用对不同子放大器的独立供电以提高分布式PA电路30的总的功率效率(与对所有子放大器的公共供电电压相比)，因为可以单独设置子放大器的工作点(向子放大器中的一个提供最佳功率效率的供电电压并不一定是向另一个子放大器提供最佳功率效率的供电电压)。
当不同的供电电压用于不同的子放大器时，为防止各个供电节点之间的直流短路，可能需要测量。在图6中，自耦变压器210_1-210_N链包括第一自耦变压器210_i和第二自耦变压器210_i-1之间与自耦变压器210_1-210_N可操作地串联连接的电容器370_i。电容器370_i提供供电节点VDD_i与VDD_i-1之间的直流断路。
根据一些实施例，通过例如基于当前需要的输出功率关闭子放大器110_1-110_N中的一个或多个可以提高分布式PA电路30的功率效率。例如，如果需要最大输出功率(在蜂窝系统中，如果你距离基站很远，例如在接近小区边界的位置，这种情况可能会发生)，则应当开启(或“启用”)所有的子放大器110_1-110_N。然而，如果需要较低的输出功率(同样在蜂窝系统中，如果你距离基站较近，这种情况可能会发生)，可以关闭(或“禁用”)子放大器110_1-110_N中的一个或多个，由此(与开启所有的子放大器110_1-110_N相比)节省了能量。因此，在一些实施例中，子放大器110_1-110_N中的一个或多个可以配置为在启用状态(或“活动状态”，或“开启状态”)和禁用状态(或“非活动状态”，或“关闭状态”)下操作。在一些实施例中，将子放大器110_i设置为禁用状态可以例如包括关闭或降低向该子放大器的供电电压110_i。此外或备选地，在一些实施例中，将子放大器110_i设置为禁用状态可以例如包括：通过改变在晶体管栅极处的偏置电压，将向子放大器110_i(输入端口130_i的端子上)的输入电压设置为晶体管(例如图5的142和144)处于关闭状态或阈值以下状态的电平。针对MOS实现，堆叠的公共源极和公共栅极配置的拓扑常用于子放大器以提高组合的子放大器的击穿电压，并且在这样的情况下，通过将设置在公共栅极晶体管或公共源极晶体管或者两者上的偏置电压，可以实现禁用状态。
根据一些实施例，控制子放大器110_1-110_N的状态(启用/禁用)，使得启用的子放大器在图3的上面的部分中，并且使得禁用的子放大器在图3的下面的部分中(其中，上面的部分与下面的部分之间的边界自然取决于多少子放大器是启用的以及多少是禁用的)。因此，根据这些实施例，对子放大器110_1-110_N进行布置，使得在操作中以及当子放大器110_i-110_N中的一个或多个设置在禁用状态中时，这些子放大器是其关联的自耦变压器210_i-210_N最接近自耦变压器210_i-210_N链的第二端290的子放大器110_i-110_N(在本句中注意，索引i用于以最低的索引来表示禁用的子放大器，而非任意子放大器)。这有利于能量效率的进一步提高，因为它允许输出组合器网络200中只具有与其相连的禁用的子放大器110_i-110_N的部分被禁用或关断，由此减小或者或多或少消除输出组合器网络的禁用部分中的插入损耗。这等于将AC接地设置到图3中的自耦变压器210_i的下面的节点上，因此缩短了放大器链的长度，有效地减小了插入损耗。如下文中进一步详细讨论的，这可以例如通过将应当禁用或关断的部分之间的自耦变压器210_1-210_N链的内部节点(例如自耦变压器210_i的互连端子240_i)可操作地连接到信号接地节点的方式来实现，例如通过开关实现(这进而可以通过晶体管实现)。
在图7和图8中提供了这样的实施例的示例。下文中首先描述图7，其中子放大器110_i-110_N设置为禁用状态，并且其它子放大器110_1-110_i-1设置为启用状态。图7示出了子放大器110_i和110_i-1具有独立供电电压的示例。与图6相比，(图6的)电容器370_i被分为两个串联连接的电容器370a_i和370b_i。当子放大器110_i(以及子放大器110_i+1-110_N中的每一个，除非i＝N)处于禁用状态并且子放大器110_i-1(以及子放大器110_1-110_i-2中的每一个，除非i-1＝1)处于启用状态时，通过电感器连接到电容器370a_i和370b_i之间的节点的放大器装置100的开关380_i(在下文中也被称作“配置开关380_i”)被设置为导通(或“闭合”)。电容器370a_i和370b_i充当信号接地节点与供电接点VDD_i和VDD_i-1之间的直流电的阻断器。通过将电容器370a_i和电感器382_i的串联连接的谐振频率选择为大约处于使用的RF频率(例如使用的RF频带的中心频率)，从互连端子240_i向信号接地提供低欧姆通道，由此可以极大地减小或或多或少地消除自耦变压器210_i-210_N中的插入损耗。
接下来让我们考虑其它情形，即具有比子放大器110_i-110_N更多或更少的禁用的子放大器。针对更多的子放大器110_i-k-110_i-1(其中k是非零整数)也处于禁用状态并且存在设置为导通的另一个对应的配置开关(例如380_i-k)“在链的更上面”的情况，则配置开关380_i的状态可以是非导通或导通。针对子放大器110_i处在启用状态的情况，则配置开关380_i应当设置为非导通(或“断开”)，以免将子放大器110_i从天线40有效地断开。
图8中的操作本质上与图7中的相同。然而，在图8中，省略了电容器370a_i和370b_i，这是通过针对子放大器110_i和110_i-1使用相同供电电压实现的。电容器384_i与电感器382_i和配置开关380_i串联连接。电容器384_i充当信号接地节点与供电接点VDD之间直流电的阻断器。就图7来说，当子放大器110_i(以及子放大器110_i+1-110_N中的每一个，除非i＝N)处于禁用状态并且子放大器110_i-1(以及子放大器110_1-110_i-2中的每一个，除非i-1＝1)处于启用状态时，放大器装置100的配置开关380_i被设置为导通(或“闭合”)。通过将电容器384_i和电感器382_i的串联连接的谐振频率选择为大约处于使用的RF频率(例如使用的RF频带的中心频率)，从互连端子240_i向信号接地提供低欧姆通道，由此可以极大地减小或或多或少地消除自耦变压器210_i-210_N中的插入损耗。如图7的上下文中讨论的，针对更多的子放大器110_i-k-110_i-1(其中k是非零整数)也处在禁用状态并且存在设置为导通的另一个对应的配置开关(例如380_i-k)“在链的更上面”的情况下，则配置开关380_i的状态可以是非导通或导通。同样如图7的上下文中讨论的，针对子放大器110_i处在启用状态的情况，则配置开关380_i应当设置为非导通(或“断开”)，以免将子放大器110_i从天线40有效地断开。
图7和图8中示出的实施例的不同变化是可能的。例如，当子放大器110_i和110_i-1使用相同的供电电压时，当然也可以使用包括电容器370a_i和370b_i的图7的电路拓扑。作为另一个示例，可以组合图7和图8的实施例，使得存在电容器370a_i和370b_i以及384_i。
鉴于上述实施例，一些实施例是这样的：针对自耦变压器210_1-210_N链中的自耦变压器210_i的至少一个互连端子240_i，放大器装置100包括在互连端子240_i与信号接地节点之间可操作地连接的关联的配置开关380_i。在所述实施例中，所述配置开关380_i被布置为被设置为：当子放大器110_i-110_N(其关联的自耦变压器210_1-210_N在互连端子240_i与自耦变压器210_1-210_N链的第二端290之间连接)被设置为禁用状态并且其它子放大器210_1-210_i-1被设置为启用状态时，导通。此外，在所述实施例中，所述配置开关380_i被布置为：当子放大器110_i-110_N(其关联的自耦变压器210_i-210_N在互连端子240_i与自耦变压器210_1-210_N链的第二端290之间连接)中的至少一个被布置为启用状态时，非导通。
在一些实施例中，在分布式PA电路30中只存在一个具有关联的配置开关380_i的这样的互连端子240_i。在其它实施例中，在分布式PA电路30中存在多个具有关联的配置开关380_i的这样的互连端子。增加更多的配置开关促进了功率效率的提高，但是更少的配置开关380_i的好处是减少开关和无源组件的电路面积开销。
在一些实施例中，存在针对每个互连端子240_i(i＝2，3，...，N)的关联的配置开关380_i。换句话说，在这些实施例中，针对每对相邻的自耦变压器210_i、210_i-1，存在在信号接地与互连端子240_i之间可操作的连接的关联的配置开关，该互连端子(在电气位置上)位于所述一对自耦变压器210_i与210_i-1之间。
分布式PA电路30的实施例能够以分段的方式有利地实现，其中放大器装置100(该放大器装置包括有源组件，例如晶体管)“在芯片上”实现，并且输出组合器网络200的自耦变压器210_1-210_N(该自耦变压器包括无源组件)“在芯片外”实现。该方案通过图9中的实施例示出，其示出了包括分布式PA电路30的集成电路封装400。在图9示出的实施例中，集成电路封装400包括其上集成有放大器装置100的半导体芯片410。此外，在图9示出的实施例中，集成电路封装400包括导电材料和非导电材料的层压板420，其中形成了自耦变压器210_1-210_N。层压板420的导电材料可以是例如金属(例如铜)或者金属合金。层压板420的非导电材料可以是例如基于树脂的材料，例如阻燃剂4(FR-4)。层压板可以例如使用印刷电路板(PCB)制造工艺来制造。在图4中，半导体芯片410和层压板420被示出为在集成电路封装400中并排设置，并且通过结合线连接。然而，也可以想象到其它配置。例如，层压板420可以位于半导体芯片410的“顶部”，并且例如通过倒装芯片接合或类似技术来连接到半导体芯片。
图10示出了自耦变压器210_1-210_N如何在层压板420的导电材料层(在图10中示出为可以使用通孔相互连接的三个金属层M1、M2和M3)中形成的电路布局。图10中示出了两个相邻的自耦变压器210_i和210_i+1，其对应于图8的示意电路图(的一部分)。在图10中已经包括自耦变压器210_i和210_i-1的端子的附图标记以示出与图8的对应。图10中使用的布局导致自耦变压器210_i和210_i-1中的电流具有相反地“旋转方向”，即一个是顺时针方向并且另一个是逆时针方向。这导致从自耦变压器210_i和210_i-1发射出的电磁场至少部分地相互抵消，导致(与自耦变压器具有相同的“旋转方向”相比)向周围环境发射出较少的干扰辐射。
如在具体实施方式部分一开始指出的，通信装置可以包括根据本发明实施例的分布式PA电路30。例如，通信装置可以包括无线电收发机电路10和/或集成电路封装400，该无线电收发机电路10和/或集成电路封装400进而包括分布式PA电路30。同样如在具体实施方式部分一开始指出的，通信装置可以是无线电通信装置，例如但不限于UE1、BS2或AP4。
上文已经参照特定实施例对本发明进行了描述。然而，在本发明的范围内，除上述实施例以外的其它实施例也是可能的。实施例的不同特征和步骤可以以上述以外的其它组合方式组合。本发明的范围仅由所附专利权利要求限定。

Claims (13)

1.一种分布式功率放大器电路(30)，包括：
放大器装置(100)，所述放大器装置包括多个子放大器(110_1-110_N)，每个子放大器具有用于输出所述子放大器(110_1-110_N)的输出信号的输出端口(120_1-120_N)；以及
输出组合器网络(200)，所述输出组合器网络用于将来自所述子放大器(110_1-110_N)的输出信号组合，其中，针对每个子放大器(110_i)，输出组合器网络(200)包括可操作地连接到所述子放大器(110_i)的输出端口(120_i)的、用于接收所述子放大器(110_i)的输出信号的关联的自耦变压器(210_i)；
其中，每个所述自耦变压器(210_1-210_N)具有第一互连端子(240_1-240_N)和第二互联端子(230_1-230_N)；
所述自耦变压器(210_1-210_N)通过所述互连端子(230_1-230_N；240_1-240_N)可操作地串联连接，由此形成具有第一端(280)和第二端(290)的自耦变压器(210_1-210_N)链，其中所述第一端(280)被布置为连接到天线；
所述子放大器(110_1-110_N)具有差分输出端口(120_1-120_N)，每个所述差分输出端口具有第一输出端子(122)和第二输出端子(124)；
每个自耦变压器(210_i)包括：
-在所述自耦变压器(210_i)的第一互连端子(240)与所述自耦变压器(210_i)的第一输入端子(222)之间的第一电感器段(310)；
-在所述自耦变压器(210_i)的第一输入端子(222)与自耦变压器(210_i)的第二输入端子(224)之间的第二电感器段(320)；以及
-在所述自耦变压器(210_i)的第二输入端子(224)与第二互连端子(230)之间的第三电感器段(330)；并且
针对每个子放大器(110_i)，所述第一输出端子(122)和所述第二输出端子(124)分别可操作地连接到所述关联的自耦变压器(210_i) 的所述第一输入端子(222)和所述第二输入端子(224)，
其中，针对第一自耦变压器(210_i)以及第二自耦变压器(210_i-1)，所述自耦变压器(210_1-210_N)链包括所述第一自耦变压器(210_i)和所述第二自耦变压器(210_i-1)之间与自耦变压器可操作地串联连接的电容器(370_i；370b_i，370a_i)，其中所述第一自耦变压器(210_i)与第一子放大器(110_i)相关联，所述第二自耦变压器(210_i-1)在所述自耦变压器链中与所述第一自耦变压器(210_i)相邻并且与第二子放大器(110_i-1)相关联。
2.根据权利要求1所述的分布式功率放大器电路(30)，其中，针对所述自耦变压器(210_i)中的每一个，所述第二电感器段(320)的内部抽头(360)可操作地连接到供电节点(VDD)，用于向与所述自耦变压器相关联的子放大器(110_i)供电。
3.根据权利要求2所述的分布式功率放大器电路(30)，其中，第一自耦变压器(210_i)的第二电感器段(320)的所述内部抽头(360_i)连接到第一供电节点(VDD_i)，并且第二自耦变压器(210_i-1)的第二电感器段(320)的所述内部抽头(360_i-1)连接到不同的第二供电接点(VDD_i-1)，用于向所述第二子放大器(110_i-1)提供与第一子放大器(110_i)不同的供电电压。
4.根据任一项前述权利要求所述的分布式功率放大器电路(30)，其中，所述子放大器(110_1-110_N)中的一个或多个能够被配置用于在启用状态和禁用状态中操作。
5.根据权利要求4所述的分布式功率放大器电路(30)，其中，
所述子放大器(110_1-110_N)被布置为使得：在操作中以及当所述子 放大器(110_1-110_N)中的一个或多个设置为所述禁用状态时，所述设置为所述禁用状态的一个或多个子放大器(110_i-110_N)是关联的自耦变压器(210_i-210_N)距离所述自耦变压器(210_1-210_N)链的所述第二端(290)最近的子放大器(110_i-110_N)。
6.根据权利要求5所述的分布式功率放大器电路(30)，其中，针对所述自耦变压器(210_1-210_N)链中的自耦变压器(210_i)的至少一个互连端子(240_i)，放大器装置(100)包括可操作地连接在所述互连端子(240_i)与信号接地节点之间的关联的配置开关(380_i)，其中，所述配置开关被布置为：
-当关联的自耦变压器(210_1-210_i)连接在所述互连端子(240_i)与所述自耦变压器(210_1-210_N)链的第二端(290)之间的子放大器(110_i-110_N)设置在所述禁用状态并且其它子放大器(110 _1-110 _i-1)设置在所述启用状态时，导通；并且
-当关联的自耦变压器(210_i-210_N)连接在所述互连端子(240_i)与所述自耦变压器(210_1-210_N)链的第二端(290)之间的子放大器(110_i-110_N)中的至少一个设置在所述启用状态时，非导通。
7.根据权利要求6所述的分布式功率放大器电路(30)，其中，所述至少一个互连端子(240_i)是多个互连端子。
8.一种集成电路封装(400)，包括根据任一项前述权利要求的所述分布式功率放大器电路(30)，其中所述集成电路封装(400)包括：
-半导体芯片(410)，所述半导体芯片上集成了放大器装置(100)；以及
-导电材料与非导电材料的层压板(420)，所述层压板中形成所述自耦变压器(210_1-210_N)。
9.一种通信装置(1、2、4)，包括根据权利要求1-7中任一项所述的分布式功率放大器电路(30)或根据权利要求8所述的集成电路封装(400)。
10.根据权利要求9所述的通信装置(1、2、4)，其中，所述通信装置(1、2、4)是无线电通信装置。
11.根据权利要求10所述的通信装置(1)，其中，所述无线电通信装置(1)是用于蜂窝通信系统的用户设备。
12.根据权利要求10所述的通信装置(2)，其中，所述无线电通信装置(2)是用于蜂窝通信系统的基站。
13.根据权利要求10所述的通信装置(4)，其中，所述无线电通信装置(4)是用于无线网络的接入点。
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