CN105099371A - 与功率放大器中低功率效率改善相关的系统、电路和方法 - Google Patents

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Abstract

涉及在多模多频段功率放大器中的低功率效率改善的系统、电路和方法。在一些实施例中，一种功率放大器(PA)系统可以包括第一放大路径，所述第一放大路径具有一个或多个PA，所述一个或多个PA被配置为当在高功率模式中时从输入RF信号产生高功率射频(RF)信号。所述PA系统进一步包括第二放大路径，所述第二放大路径具有一个或多个PA，所述一个或多个PA被配置为当在低功率模式中时从所述输入RF信号产生低功率RF信号。所述PA系统进一步包括开关电路，所述开关电路耦接到所述第一放大路径和所述第二放大路径。所述开关电路被配置为允许在所述高功率模式中通过所述第一放大路径或在所述低功率模式中通过所述第二放大路径来放大所述输入RF信号。

Description

与功率放大器中低功率效率改善相关的系统、电路和方法
对于相关申请的交叉引用
本申请要求优先权于下述申请：在2014年5月6日提交的美国临时申请No.61/989,439，其题目为SYSTEMS,CIRCUITSANDMETHODSRELATEDTOLOWPOWEREFFICIENCYIMPROVEMENTINMULTI-MODEMULTI-BANDPOWERAMPLIFIERS(与在多模多频带功率放大器中的低功率效率改善相关的系统、电路和方法)，其公开由此通过引用被整体明确地并入在此。
技术领域
本公开涉及多模多频段功率放大器。
背景技术
多模多频段(MMMB)功率放大器(PA)系统可以被配置为放大与多个频段相关联的射频(RF)信号。对于这样的RF信号的一些或全部，PA系统可以被配置为提供多个放大级，诸如高功率和低功率级。
发明内容
根据多种实现方式，本公开涉及一种功率放大器(PA)系统，其包括第一放大路径，所述第一放大路径具有一个或多个PA，所述一个或多个PA被配置为当在高功率模式中时从输入RF信号产生高功率射频(RF)信号。所述PA系统进一步包括第二放大路径，所述第二放大路径具有一个或多个PA，所述一个或多个PA被配置为当在低功率模式中时从所述输入RF信号产生低功率RF信号。所述PA系统进一步包括开关电路，所述开关电路耦接到所述第一放大路径和所述第二放大路径。所述开关电路被配置为允许在所述高功率模式中通过所述第一放大路径或在所述低功率模式中通过所述第二放大路径来放大所述输入RF信号。
在一些实施例中，所述开关电路可以包括：第一极，其耦合到所述第一放大路径以接收所述高功率RF信号；以及，第二极，其耦合到所述第二放大路径，以接收所述低功率RF信号。所述开关电路可以进一步包括一个或多个输出路径。所述开关电路可以被配置为当在所述高功率模式中时允许所述第一极连接到所述一个或多个输出路径的选择的一个，并且当在所述低功率模式中时允许所述第二极连接到所述一个或多个输出路径的选择的一个。所述一个或多个输出路径可以包括与多个操作频段对应的多个输出路径。所述多个操作频段可以包括例如3G频带I、频带II和频带IV的一些或全部。
在一些实施例中，所述PA系统可以进一步包括沿着所述第一放大路径和所述第二放大路径的每一个实现的匹配电路，所述匹配电路在所述一个或多个PA和所述开关电路之间。所述第一放大路径可以包括串联地排列的驱动器级和最后级，并且所述驱动器级被配置为部分地放大所述输入RF信号，并且所述最后级被配置为进一步放大所述部分放大的RF信号以获得所述高功率RF信号。可以在所述最后级和所述开关电路之间实现沿着所述第一放大路径的所述匹配电路。所述匹配电路可以被配置为提供宽带匹配功能。
在一些实施例中，所述第二放大路径可以包括所述第一放大路径的公共级，使得在所述高功率模式和所述低功率模式两者中使能所述公共级。所述公共级可以包括驱动器级或第一放大路径。所述第二放大路径可以包括所述驱动器级和在所述驱动器级的输出和所述开关电路之间的旁通路径，使得所述低功率RF信号大体是来自所述驱动器级的部分放大的RF信号。所述PA系统可以进一步包括沿着所述旁通路径的阻抗变换器电路。所述阻抗变换器电路可以被配置为当在所述高功率模式中时在用于所述部分放大的RF信号的所述旁通路径中提供高阻抗，并且当在所述低功率模式中时在所述旁通路径中提供期望的阻抗。
所述开关电路可以被配置为当在所述高功率模式中时将所述第二极连接到AC接地路径。所述AC接地路径可以连接到在所述开关电路中的接地极。所述AC接地路径可以连接到在所述开关电路中的接地掷(groundingthrow)。
所述开关电路可以被配置为当在所述低功率模式中时将所述第二极通过对应的掷连接到所述一个或多个输出路径的选择的一个。所述开关电路可以被配置使得当在所述低功率模式中时所述第一级在打开状态中。
所述开关电路可以被配置为当在所述低功率模式中时将所述第二极通过第一掷连接到所述一个或多个输出路径的选择的一个。所述第一放大路径的所述匹配电路可以被配置为当在所述低功率模式中时在所述第一极处提供用于所述低功率RF信号的高阻抗。当在所述低功率模式中时可以禁止所述第一放大路径的所述最后级。
在一些实施例中，所述第二放大路径不与所述第一放大路径共享公共级。所述第二放大路径可以包括独立的放大路径，所述独立的放大路径具有被配置为放大所述输入RF信号以获得所述低功率RF信号的放大级。
所述开关电路可以被配置为当在所述高功率模式中时将所述第一极通过对应的掷连接到所述一个或多个输出路径的选择的一个。所述开关电路可以被配置使得当在所述高功率模式中时所述第二极在打开状态中。所述第二放大路径的所述放大级可以被配置为在所述高功率模式中被禁止。
所述开关电路可以被配置为当在所述低功率模式中时将所述第二极通过所述对应的掷连接到所述一个或多个输出路径的选择的一个。所述开关电路可以被配置为当在所述低功率模式中时所述第一极在打开状态中。所述第一放大路径的所述驱动器级和所述最后级的每一个可以被配置为在所述低功率模式中被禁止。
根据一些教导，本公开涉及一种用于放大射频(RF)信号的方法。所述方法包括：当在所述高功率模式中时通过具有一个或多个PA的第一放大路径路由输入RF信号以产生高功率RF信号。所述方法进一步包括：当在所述低功率模式中时通过具有一个或多个PA的第二放大路径路由所述输入RF信号以产生低功率RF信号。所述方法进一步包括执行开关操作以允许在所述高功率模式中通过所述第一放大路径或在所述低功率模式中通过所述第二放大路径来放大所述输入RF信号。
在一些实现方式中，本公开涉及一种功率放大器(PA)模块，其包括：封装基板，其被配置为容纳多个组件；以及，在所述封装基板上实现的功率放大器(PA)系统。所述PA系统包括具有一个或多个PA的第一放大路径，所述一个或多个PA被配置为当在高功率模式中时从输入RF信号产生高功率射频(RF)信号；以及，第二放大路径，所述第二放大路径具有一个或多个PA，所述一个或多个PA被配置为当在低功率模式中时从所述输入RF信号产生低功率RF信号。所述PA系统进一步包括开关电路，所述开关电路耦接到所述第一放大路径和所述第二放大路径。所述开关电路被配置为允许在所述高功率模式中通过所述第一放大路径或在所述低功率模式中通过所述第二放大路径来放大所述输入RF信号。
在一些实施例中，可以在公共半导体管芯上实现所述第一放大路径的所述一个或多个PA、所述第二放大路径的所述一个或多个PA和所述开关电路。在一些实施例中，可以在第一半导体管芯上实现所述第一放大路径的所述一个或多个PA和所述第二放大路径的所述一个或多个PA，并且可以在第二半导体管芯上实现所述开关电路。
在多个实现方式中，本公开涉及一种无线装置，其包括：收发器，其被配置为处理RF信号；以及，天线，其与所述收发器通信，并且被配置为便利放大的RF信号的发射。所述无线装置进一步包括与所述收发器通信的功率放大器(PA)系统。所述PA系统被配置为产生作为所述放大的RF信号的高功率RF信号或低功率RF信号。所述PA系统包括具有一个或多个PA的第一放大路径，所述一个或多个PA被配置为当在高功率模式中时从输入RF信号产生高功率射频(RF)信号；以及，第二放大路径，所述第二放大路径具有一个或多个PA，所述一个或多个PA被配置为当在低功率模式中时从所述输入RF信号产生低功率RF信号。所述PA系统进一步包括开关电路，所述开关电路耦接到所述第一放大路径和所述第二放大路径。所述开关电路被配置为允许在所述高功率模式中通过所述第一放大路径或在所述低功率模式中通过所述第二放大路径来放大所述输入RF信号。
为了汇总本公开的目的，已经在此描述了本发明的某些方面、优点和新颖特征。应当明白，不必然可以根据本发明的任何特定实施例来实现所有这样的优点。因此，可以以实现或优化在此教导的一个优点或一组优点的方式来体现或执行本发明，而不必然实现可能在此教导或建议的其他优点。
附图说明
图1示出功率放大器(PA)系统的框图，该功率放大器系统具有PA电路和低功率旁通电路，该功率放大器系统被配置为提供如在此所述的一个或多个有益功能。
图2示出传统的多模多频段(MMMB)PA系统的示例，该系统包括PA电路，该PA电路被配置为接收输入RF信号并且产生放大的RF信号。
图3A示出第一示例PA系统的高功率配置。
图3B示出图3A的第一示例PA系统的低功率配置。
图4A示出第二示例PA系统的高功率配置。
图4B示出图4A的第二示例PA系统的低功率配置。
图5A示出第三示例PA系统的高功率配置。
图5B示出图5A的第三示例PA系统的低功率配置。
图6A和6B示出可以在一个或多个管芯(die)上实现具有在此所述的一个或多个特征的PA系统。
图7描述了示例模块，该模块包括具有在此所述的一个或多个特征的PA系统。
图8描述了示例无线装置，其具有在此所述的一个或多个有益特征。
具体实施方式
在此提供的标题——如果有的话——仅用于方便，并且不必然影响所要求保护的本发明的范围或含义。
在此描述了与在多模多频段(MMMB)功率放大器(PA)中的低功率效率改善相关的系统、电路和方法的非限制示例。虽然在MMMB应用的上下文中描述，但是可以明白，也可以在其他PA应用中实现本公开的一个或多个特征。
为了最小化或减小在线性PA(例如，在3G和4G系统中使用的PA)中的整体电流损耗，通常有益的是，以低输出功率来提供减小的功耗(例如，在最大额定输出功率下<10dB)。可以实现诸如级旁通和使用低功率PA的级旁通的技术；然而，这样的技术通常涉及另外的电路复杂度，该复杂度通常涉及在PA的输出处增加开关功能，并且这样的技术也可以导致折中的性能。
图1示出PA系统100的框图，该PA系统100具有PA电路102和低功率旁通电路104，该PA系统被配置为提供如在此所述的一个或多个有益功能。PA系统100被示出为接收输入的射频(RF)信号(RF_IN)，并且产生放大的RF信号(RF_OUT)。如在此所述，这样的输出RF信号可以包括至少部分地由旁通电路104以有效方式产生的低功率RF信号。在在此所述的各个示例中，假定旁通放大路径是低功率放大路径。
图2示出传统多模多频段(MMMB)PA系统10的示例，其包括PA电路12，该PA电路12被配置为接收输入RF信号(RF_IN)，并且产生放大的RF信号(RF_OUT)。PA电路12被示出为包括驱动器级14、最后级16和输出匹配电路60。虽然在这样的两级的示例上下文中描述，但是将明白，也可以利用其他数量的级。
驱动器级14被示出为包括双极结型晶体管(BJT)30，诸如异质结双极型晶体管(HBT)。输入RF信号(RF_IN)被示出为被提供到在基极节点22处的驱动器级BJT30的基极。部分放大的RF信号被示出为通过BJT30的集电极节点32被输出，并且通过电容器C1被提供到最后级16。基极偏压VBD被示出为被提供到在基极节点22处的驱动器级BJT30的基极。电源电压VCC被示出为通过电路元件34(例如，扼流电感)和集电极电极32被提供到驱动器级BJT30的集电极。
最后级16被示出为包括诸如HBT的BJT50。来自驱动器级14的部分放大的RF信号被示出为被从驱动器级BJT30的集电极电极32通过电容器C1提供到最后级BJT50的基极节点38。另一个放大的RF信号56被示出为通过BJT50的集电极被输出。基极偏压VBF被示出为被提供到在基极节点38处的最后级BJT50的基极。电源电压VCC被示出为通过电路元件54(例如，扼流电感)和集电极节点52来被提供到最后级BJT50的集电极。
在图2的示例中，PA电路12可以进一步包括匹配电路60；并且这样的匹配电路可以被配置为提供宽带匹配功能，使得它对于所有感兴趣的频段(在这个示例中，蜂窝频带I、II和IV)提供期望的阻抗匹配。来自最后级16的放大的RF信号56被示出为通过匹配电路60被提供到频段选择开关70。示例频段选择开关70被示出为具有单极三掷(SP3T)配置，其具有开关输入(IN)，用于从匹配电路60接收放大的RF信号。该三个示例开关输出(OUT1、OUT2、OUT3)被示出为耦合到分别与蜂窝3G频段I(1920-1980MHz)、II(1850-1910MHz)和IV(1710-1755MHz)相关联的频段路径。可以明白，也可以利用其他频段。也可以明白，可以实现其他数量的频段。
在图2的示例中，开关70的操作可以允许选择的频段连接到开关输入(IN)，并且因此从PA12接收放大的RF信号。更具体地，将开关输入(IN)连接到第一开关输出(OUT1)允许频段I路径接收放大的RF信号；将开关输入(IN)连接到第二开关输出(OUT2)允许频段II路径接收放大的RF信号；并且，将开关输入(IN)连接到第三开关输出(OUT3)允许频段IV路径接收放大的RF信号。
具有旁通电路的PA系统的示例：
图3-5示出具有旁通电路104的PA系统100的示例，旁通电路104允许PA系统100以有效的方式在低功率模式中运行。图3A和3B示出第一示例PA系统100。图3A示出第一示例PA系统100的高功率配置，并且图3B示出相同第一示例PA系统100的低功率配置。图4A和4B示出第二示例PA系统100。图4A示出第二示例PA系统100的高功率配置，并且图4B示出相同第二示例PA系统100的低功率配置。图5A和5B示出第三示例PA系统100。图5A示出第三示例PA系统100的高功率配置，并且图5B示出相同第三示例PA系统100的低功率配置。
示例1：
在图3A和3B中所示的第一示例中，PA系统100被示出为包括PA电路102，PA电路102被配置为与旁通电路104一起运行。PA电路102可以被配置为接收输入RF信号(RF_IN)，并且产生放大的RF信号来作为高功率输出RF_OUT(图3A)或低功率输出RF_OUT_LP(图3B)。PA电路102被示出为包括驱动器级114、最后级116、用于高功率操作的匹配电路160和用于低功率操作的电路170。在图3A的高功率配置中，可以利用驱动器级114和最后级116两者；并且，在图3B的低功率配置中，可以将最后级116禁止和旁通，如在此所述，以获得低功率输出。虽然在这样的两级的示例上下文中描述，但是可以明白，也可以利用其他数量的级。
驱动器级114被示出为包括双极结型晶体管(BJT)130，诸如异质结双极型晶体管(HBT)。输入RF信号(RF_IN)被示出为被提供到在驱动器级BJT130的基极节点22处。部分放大的RF信号被示出为在BJT130的集电极节点132处被输出。基极偏压VBD被示出为被提供到驱动器级BJT130的基极节点122处。电源电压VCC被示出为通过电路元件134(例如，扼流电感)和集电极节点132来被提供到驱动器级BJT130的集电极。
在高功率配置(图3A)中，部分放大的RF信号被示出为被从驱动器级130的集电极节点132通过电容器C1被提供到最后级BJT150的基极节点142。另一个放大的RF信号156被示出为通过最后级BJT150的集电极节点152被输出。基极偏压VBF被示出为被提供到在基极节点142处的最后级BJT150的基极。电源电压VCC被示出为通过电路元件154(例如，扼流电感)和集电极节点152来被提供到最后级BJT150的集电极。
在高功率配置(图3A)中，来自最后级116的高功率输出156被示出为被提供到匹配电路160；并且这样的匹配电路可以被配置为提供宽带匹配功能，使得它对于所有感兴趣的频段(在这个示例中，蜂窝频带I、II和IV)提供期望的阻抗匹配。来自匹配电路160的高功率RF信号被示出为被提供到开关电路180。在此更详细地描述开关电路180可以如何被配置和操作来便利高功率操作的示例。
在低功率配置(图3B)中，可以从驱动器级集电极节点132向旁通路径匹配网络170提供部分放大的RF信号，以便获得低功率RF信号作为输出(RF_OUT_LP)。
电路170可以被配置为包括阻抗变换器电路和匹配电路。该匹配电路可以被配置为对于所有感兴趣的频段(在这个示例中，蜂窝频带I、II和IV)提供期望的阻抗匹配。在一些实施例中，电路170也可以被配置为提供简单的直接连接，而没有匹配电路。来自阻抗变换器/匹配电路170的低功率RF信号被示出为被提供到开关电路180。在此更详细地描述开关电路180可以如何被配置和操作来便利低功率操作的示例。
如图3A和3B中所示，开关电路180可以包括两个输入(IN1，IN2)和四个输出(OUT1，OUT2，OUT3，OUT4)。第一开关输入(IN1)被示出为耦接到路径162，以便当PA电路102在高功率模式中运行时从匹配电路160接收高功率RF信号。开关电路180可以被配置为当在高功率模式中时将第一开关输入(IN1)连接到三个开关输出(OUT1，OUT2，OUT3)之一(图3A)，并且当在低功率模式中时被打开(图3B)。三个示例开关输出(OUT1，OUT2，OUT3)被示出为耦合到分别与蜂窝3G频段I(1920-1980MHz)、II(1850-1910MHz)和IV(1710-1755MHz)相关联的频段路径。可以明白，也可以利用其他频段。也可以明白，可以实现其他数量的频段。
在图3A的示例高功率配置中，开关180的操作可以允许选择的频段连接到第一开关输入(IN1)，并且因此从匹配电路160接收高功率RF信号。更具体地，将第一开关输入(IN1)连接到第一开关输出(OUT1)允许频段I路径接收高功率RF信号；将第一开关输入(IN1)连接到第二开关输出(OUT2)允许频段II路径接收高功率RF信号；并且，将第一开关输入(IN1)连接到第三开关输出(OUT3)允许频段IV路径接收高功率RF信号。
第二开关输入(IN2)被示出为耦合到路径172，以便当PA电路102在低功率模式中运行时从阻抗变换器/匹配电路170接收低功率RF信号RF_OUT_LP。开关电路180可以被配置为当在低功率模式中时将第二开关输入(IN2)连接到三个开关输出(OUT1，OUT2，OUT3)之一(图3B)，并且当在高功率模式中时连接到第四开关输出(OUT4)(图3A)。注意，第四开关输出(OUT4)可以是选用的，或者可以被配置为分流终接阻抗(例如，具有或没有电容器)，其当在高功率模式中运行时耦接到路径172。例如，如果在假晶高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺技术中实现开关，则可能需要或期望这样的电容器，并且对于绝缘体上硅(SOI)开关不需要或期望这样的电容器。
在图3B的示例低功率配置中，开关电路180的操作可以允许选择的频段连接到第二开关输入(IN2)，并且因此从电路170接收低功率RF信号。更具体地，将第二开关输入(IN2)连接到第一开关输出(OUT1)允许频段I路径接收低功率RF信号；将第二开关输入(IN2)连接到第二开关输出(OUT2)允许频段II路径接收低功率RF信号；并且，将第二开关输入(IN2)连接到第三开关输出(OUT3)允许频段IV路径接收低功率RF信号。
如图3A和3B中所示，旁通路径168可以具有由在驱动器级集电极节点132处的部分放大的RF信号看到的阻抗ZB。当PA102在高功率模式中运行时(图3A)，可以将阻抗ZB选择得高以最小化或减小驱动器级130的不期望的负载。在一些实施例中，可以通过阻抗变换器/匹配电路170来提供ZB的这样的高阻抗。当PA102在低功率模式模式中运行时(图3B)，可以选择阻抗ZB以提供正确的负载阻抗，以便利由驱动器级130进行的信号的放大。在一些实施例中，可以通过阻抗变换器/匹配电路170来提供ZB的这样的正确的负载阻抗。
当PA102在高功率模式中运行时(图3A)，开关电路180的第二开关输入(IN2)可以连接到第四开关输出(OUT4)，第四开关输出继而可以连接到接地路径176。这样的接地路径可以允许任何残余的RF信号被分流到地。如在此所述，第四开关输出(OUT4)可以是选用的，或者可以被配置为当在高功率模式中运行时耦接到路径172的分流终接阻抗(shuntterminatingimpedance)。
如图3A中进一步所示，当PA102在高功率模式中运行时，用于驱动器级晶体管130和最后级晶体管150的每一个的基极偏压可以在运行值。例如，用于驱动器级晶体管130的VBD可以是非零的运行值。类似地，用于最后级晶体管150的VBF可以是非零运行值。
当PA102在低功率模式中运行时(图3B)，开关电路180的第一开关输入(IN1)可以从任何其他端子断开。而且，可以通过例如将VBF设置为截止值来截止最后级晶体管150。例如，用于最后级晶体管150的VBF可以被设置为大约0V。在一些实施例中，最后级晶体管150被截止可以减少当在低功率模式中运行时的驱动器级的不期望的负载。
示例2
在图4A和4B中所示的第二示例中，PA系统100被示出为包括PA电路102，PA电路102被配置为与旁通电路104一起运行。PA电路102可以被配置为接收输入RF信号(RF_IN)，并且产生放大的RF信号来作为高功率输出RF_OUT(图4A)或低功率输出RF_OUT_LP(图4B)。PA电路102被示出为包括驱动器级114、最后级116、用于高功率操作的匹配电路200和用于低功率操作的电路210。在图4A的高功率配置中，可以利用驱动器级114和最后级116两者；并且，在图4B的低功率配置中，可以将最后级116禁止和旁通，如在此所述，以获得低功率输出。虽然在这样的两级的示例上下文中描述，但是可以明白，也可以利用其他数量的级。
驱动器级114被示出为包括双极结型晶体管(BJT)130，诸如异质结双极型晶体管(HBT)。输入RF信号(RF_IN)被示出为被提供到在驱动器级BJT130的基极节点122处。部分放大的RF信号被示出为在BJT130的集电极节点132处被输出。基极偏压VBD被示出为被提供到驱动器级BJT130的基极节点122处。电源电压VCC被示出为通过电路元件134(例如，扼流电感)和集电极节点132来被提供到驱动器级BJT130的集电极。
在高功率配置(图4A)中，部分放大的RF信号被示出为被从驱动器级130的集电极节点132通过电容器C1被提供到最后级BJT150的基极节点142。另一个放大的RF信号156被示出为通过最后级BJT150的集电极节点152被输出。基极偏压VBF被示出为被提供到在基极节点142处的最后级BJT150的基极。电源电压VCC被示出为通过电路元件154(例如，扼流电感)和集电极节点152来被提供到最后级BJT150的集电极。
在高功率配置(图4A)中，来自最后级116的高功率输出156被示出为被提供到匹配电路200；并且这样的匹配电路可以被配置为提供宽带匹配功能，使得它对于所有感兴趣的频段(在这个示例中，蜂窝频带I、II和IV)提供期望的阻抗匹配。来自匹配电路200的高功率RF信号被示出为被提供到开关电路220。在此更详细地描述开关电路220可以如何被配置和操作来便利高功率操作的示例。
在低功率配置(图4B)中，可以从驱动器级集电极节点132向旁路路径匹配网络210提供部分放大的RF信号，以便获得低功率RF信号作为输出(RF_OUT_LP)。
电路210可以被配置为包括阻抗变换器电路和匹配电路。该匹配电路可以被配置为对于所有感兴趣的频段(在这个示例中，蜂窝频带I、II和IV)提供期望的阻抗匹配。在一些实施例中，电路210也可以被配置为提供简单的直接连接，而没有匹配电路。来自阻抗变换器/匹配电路210的低功率RF信号被示出为被提供到开关电路220。在此更详细地描述开关电路220可以如何被配置和操作来便利低功率操作的示例。
如图4A和4B中所示，开关电路220可以包括两个输入(IN1，IN2)和四个输出(OUT1，OUT2，OUT3，OUT4)。第一开关输入(IN1)被示出为耦接到路径202，以便当PA102在高功率模式中运行时从匹配电路200接收高功率RF信号。开关电路220可以被配置为当在高功率模式中时将第一开关输入(IN1)连接到开关输出(OUT1，OUT2，OUT3)之一(图4A)，并且当在低功率模式中时将第二开关输入(IN2)通过节点222和第一开关输入(IN1)连接到开关输出(OUT1，OUT2，OUT3)之一(图4B)。三个示例开关输出(OUT1，OUT2，OUT3)被示出为耦合到分别与蜂窝3G频段I(1920-1980MHz)、II(1850-1910MHz)和IV(1710-1755MHz)相关联的频段路径。可以明白，也可以利用其他频段。也可以明白，可以实现其他数量的频段。
在图4A的示例高功率配置中，开关220的操作可以允许选择的频段连接到第一开关输入(IN1)，并且因此从匹配电路200接收高功率RF信号。更具体地，将第一开关输入(IN1)连接到第一开关输出(OUT1)允许频段I路径接收高功率RF信号；将第一开关输入(IN1)连接到第二开关输出(OUT2)允许频段II路径接收高功率RF信号；并且，将第一开关输入(IN1)连接到第三开关输出(OUT3)允许频段IV路径接收高功率RF信号。
第二开关输入(IN2)被示出为耦合到路径212，以便当PA102在低功率模式中运行时从阻抗变换器/匹配电路210接收低功率RF信号RF_OUT_LP。开关电路220可以被配置为当在高功率模式中时将第二开关输入(IN2)连接到第四开关输出(OUT4)(图4A)，并且当在低功率模式中时通过节点222连接到第一开关输入(IN1)(图4B)。
当在低功率模式中时(图4B)，在第二开关输入(IN2)和第一开关输入(IN1)之间的上述连接连同在第一开关输入(IN1)和三个示例开关输出(OUT1，OUT2，OUT3)之一之间的连接可以允许第二开关输入(IN2)连接到示例频带路径(例如，蜂窝3G频带I(1920-1980MHz)、II(1850-1910MHz)和IV(1710-1755MHz))的对应的一个。可以明白，也可以使用其他频段。也可以明白，可以实现其他数量的频段。
在图4B的示例低功率配置中，开关电路220的操作可以允许选择的频段通过节点222和第一开关输入(IN1)连接到第二开关输入(IN2)，并且因此从路径212接收低功率RF信号。更具体地，将第一开关输入(IN1)连接到第一开关输出(OUT1)允许频段I路径接收低功率RF信号；将第一开关输入(IN1)连接到第二开关输出(OUT2)允许频段II路径接收低功率RF信号；并且，将第一开关输入(IN1)连接到第三开关输出(OUT3)允许频段IV路径接收低功率RF信号。
如图4A和4B中所示，旁通路径208可以具有由在驱动器级集电极节点132处的部分放大的RF信号看到的阻抗ZB。当PA102在高功率模式中运行时(图4A)，可以将阻抗ZB选择得高以最小化或减小驱动器级130的不期望的负载。在一些实施例中，可以通过阻抗变换器/匹配电路210来提供ZB的这样的高阻抗。当PA102在低功率模式中运行时(图4B)，可以选择阻抗ZB以提供正确的负载阻抗，以便利由驱动器级130进行的信号的放大。在一些实施例中，可以通过阻抗变换器/匹配电路210来提供ZB的这样的正确的负载阻抗。
当PA电路102在高功率模式中运行时(图4A)，开关电路220的第二开关输入(IN1)可以连接到第四开关输出(OUT4)，第四开关输出继而可以连接到地。这样的接地路径可以允许任何残余的RF信号被分流到地。在一些实施例中，第四开关输出(OUT4)可以是选用的，或者可以被配置为当在高功率模式中运行时耦接到路径212的分流终接阻抗。这样的分流终接阻抗可以或可以不包括电容器。例如，如果在PHEMT中实现开关，则可能需要或期望这样的电容器，并且对于SOI开关可能不需要或期望这样的电容器。
如图4A中进一步所示，当PA电路102在高功率模式中运行时，用于驱动器级晶体管130和最后级晶体管150的每一个的基极偏压可以在运行值。例如，用于驱动器级晶体管130的VBD可以是非零的运行值。类似地，用于最后级晶体管150的VBF可以是非零运行值。
当PA102在低功率模式中运行时(图4B)，第二开关输入(IN2)可以通过节点222和第一开关输入(IN1)连接到三个开关输出(OUT1，OUT2，OUT3)之一。而且，可以通过例如将VBF设置为截止值来截止最后级晶体管150。例如，用于最后级晶体管150的VBF可以被设置为大约0V。
在一些实施例中，匹配电路200可以被配置使得当在低功率模式中禁止最后级晶体管150时(图4B)，它对于由在第一开关输入(IN1)处的低功率RF信号看到的阻抗ZM1_OUT的足够高的阻抗。在一些实施例中，最后级晶体管150被截止(以减少当在低功率模式中运行时的驱动器级的不期望的负载)和匹配电路200提供用于ZM1_OUT的高阻抗可以禁止低功率RF信号从旁通节点138进入最后级116，并且禁止低功率RF信号从第一开关输入(IN1)进入路径202。
示例3
在在此参考图3和4描述的示例中，低功率配置涉及在驱动器级后开始的旁通路径。图5A和5B示出在一些实施例中，独立的放大路径可以提供低功率放大路径。在图5A和5B中所示的第三示例中，PA系统100被示出为包括PA电路102，PA电路102被配置为与旁通电路104一起运行。PA电路102可以被配置为接收输入RF信号(RF_IN)，并且产生放大的RF信号来作为高功率输出RF_OUT(图5A)或低功率输出RF_OUT_LP(图5B)。PA电路102被示出为包括实质上独立的放大路径，其包括高功率放大路径和低功率放大路径。该高放大路径被示出为包括驱动器级234、最后级236和匹配电路280。该低放大路径被示出为包括低功率放大级238和匹配网络310。输入RF信号(RF_IN)被示出为通过公共输入被接收，并且这样的RF信号可以被路由电路242路由到高功率放大路径或低功率放大路径。可以通过例如开关来实现输入RF信号的这样的路由。
在图5A和5B的示例PA102中，高功率放大路径被示出为包括路由电路242，路由电路242耦接到驱动器级234，驱动器级234继而耦接到最后级236。在图5A的高功率配置中，可以利用驱动器级234和最后级236两者；并且，在图5B的低功率配置中，可以将驱动器级234和最后级236两者禁止和旁通，如在此所述，以从PA系统100获得低功率输出。虽然在这样的两级的示例上下文中描述，但是可以明白，也可以利用其他数量的级。
驱动器级234被示出为包括双极结型晶体管(BJT)250，诸如异质结双极型晶体管(HBT)。输入RF信号(RF_IN)被示出为被提供到在驱动器级BJT250的基极节点246处。部分放大的RF信号被示出为在BJT250的集电极节点252处被输出。基极偏压VBD被示出为被提供到驱动器级BJT250的基极节点246处。电源电压VCC被示出为通过电路元件254(例如，扼流电感)和集电极节点252来被提供到驱动器级BJT250的集电极。
部分放大的RF信号被示出为被从驱动器级250的集电极节点252通过电容器C1提供到最后级BJT270的基极节点258。另一个放大的RF信号276被示出为通过BJT270的集电极节点272被输出。基极偏压VBF被示出为被提供到在基极节点258处的最后级BJT270的基极。电源电压VCC被示出为通过电路元件274(例如，扼流电感)和集电极节点272来被提供到最后级BJT270的集电极。
在高功率配置(图5A)中，来自最后级236的高功率输出276被示出为被提供到匹配电路280；并且这样的匹配电路可以被配置为提供宽带匹配功能，使得它对于所有感兴趣的频段(在这个示例中，蜂窝频带I、II和IV)提供期望的阻抗匹配。来自匹配电路280的高功率RF信号被示出为被提供到开关电路230。在此更详细地描述开关电路230可以如何被配置和操作来便利高功率操作的示例。
在图5B的低功率配置中，可以利用低功率放大级238，如在此所述将高功率放大路径旁通，以获得低功率输出。虽然在一个放大级的示例上下文中描述了低功率放大路径，但是可以明白，也可以利用其他数量的级。
放大级238被示出为包括双极结型晶体管(BJT)300，诸如异质结双极型晶体管(HBT)。输入RF信号(RF_IN)被示出为被提供在放大级BJT300的基极节点292处。放大的RF信号被示出为在BJT300的集电极节点302处被输出。基极偏压VBD被示出为被提供到放大级BJT300的基极节点292处。电源电压VCC被示出为通过电路元件304(例如，扼流电感)和集电极节点302来被提供到驱动器级BJT300的集电极。
在低功率配置(图5B)中，来自放大级238的输出可以是低功率RF信号(RF_OUT_LP)。这样的输出信号被示出为被提供到匹配电路310。来自匹配电路310的低功率RF信号被示出为被提供到开关电路320。在此更详细地描述开关电路320可以如何被配置和操作来便利低功率操作的示例。
如图5A和5B中所示，开关电路320可以包括两个输入(IN1，IN2)和三个输出(OUT1，OUT2，OUT3)。第一开关输入(IN1)被示出为耦接到路径282，以便当PA102在高功率模式中运行时从匹配电路280接收高功率RF信号。开关电路320可以被配置为当在高功率模式中时将第一开关输入(IN1)连接到三个开关输出(OUT1，OUT2，OUT3)之一(图5A)，并且当在低功率模式中时被打开(图5B)。三个示例开关输出(OUT1，OUT2，OUT3)被示出为耦合到分别与蜂窝3G频段I(1920-1980MHz)、II(1850-1910MHz)和IV(1710-1755MHz)相关联的频段路径。可以明白，也可以利用其他频段。也可以明白，可以实现其他数量的频段。
在图5A的示例高功率配置中，开关320的操作可以允许选择的频段连接到第一开关输入(IN1)，并且因此从匹配电路280接收高功率RF信号。更具体地，将第一开关输入(IN1)连接到第一开关输出(OUT1)允许频段I路径接收高功率RF信号；将第一开关输入(IN1)连接到第二开关输出(OUT2)允许频段II路径接收高功率RF信号；并且，将第一开关输入(IN1)连接到第三开关输出(OUT3)允许频段IV路径接收高功率RF信号。
第二开关输入(IN2)被示出为耦合到路径312，以便当PA102在低功率模式中运行时从匹配电路310接收低功率RF信号RF_OUT_LP。开关电路320可以被配置为当在低功率模式中时将第二开关输入(IN2)连接到三个示例开关输出(OUT1，OUT2，OUT3)之一(图5B)，并且当在高功率模式中时被打开(图5A)。如在此所述，三个示例开关输出(OUT1，OUT2，OUT3)连接到与蜂窝3G频段I(1920-1980MHz)、II(1850-1910MHz)和IV(1710-1755MHz)分别相关联的示例频段路径。
在图5B的示例低功率配置中，开关320的操作可以允许选择的频段连接到第二开关输入(IN2)，并且因此从匹配电路310接收低功率RF信号RF_OUT_LP。更具体地，将第二开关输入(IN2)连接到第一开关输出(OUT1)允许频段I路径接收低功率RF信号；将第二开关输入(IN2)连接到第二开关输出(OUT2)允许频段II路径接收低功率RF信号；并且，将第二开关输入(IN2)连接到第三开关输出(OUT3)允许频段IV路径接收低功率RF信号。
如图5A的高功率模式中所示，用于驱动器级晶体管250和最后级晶体管270的每一个的基极偏压可以在运行值。例如，用于驱动器级晶体管250的VBD可以是非零的运行值。类似地，用于最后级晶体管270的VBF可以是非零运行值。
在图5A的高功率模式中，可以通过例如将基极偏压VBS设置为截止值来截止放大级晶体管300。例如，用于放大级晶体管300的VBS可以被设置为大约0V。在一些实施例中，在路由电路242处执行路由的一些或全部、放大级晶体管300被截止并且开关电路320的第二开关输入(IN2)被打开可以禁止当PA电路102在高功率模式中时输入RF信号通过低功率放大路径。
如图5B的低功率模式中所示，用于放大级晶体管300的基极偏压可以在运行值。例如，用于放大级晶体管300的VBS可以是非零的运行值。
在图5B的低功率模式中，可以通过例如将基极偏压设置为截止值来截止驱动器级晶体管250和最后级晶体管270的每一个。例如，用于驱动器级晶体管250的VBD可以被设置为大约0V。类似地，用于最后级晶体管270的VBF可以被设置为大约0V。在一些实施例中，在路由电路242处执行路由的一些或全部、驱动器级晶体管250被截止、最后级晶体管270被截止并且开关电路320的第一开关输入(IN1)被打开可以禁止当PA102在低功率模式中时输入RF信号通过高功率放大路径。
示例实现方式
在一些实施例中，可以在不同的产品中实现具有在此所述的一个或多个特征的PA系统。图6-8示出这样的产品的非限制性示例。图6A和6B示出在管芯级处的实现方式的示例。图7示出在模块级处的实现方式的示例。图8示出在无线装置级处的实现方式的示例。
图6A和6B示出可以在一个或多个管芯上实现具有在此所述的一个或多个特征的PA系统。图6A示出在一些实施例中，可以在也包括PA电路102的管芯400的半导体基板402上形成旁通电路104的一些或全部。这样的管芯可以包括例如基于砷化镓(GaAs)衬底的HBT管芯。
图6B示出在一些实施例中，可以在第一半导体管芯400a上实现旁通电路104的一些或全部，并且可以在第二半导体管芯400b上实现PA电路102的一些或全部。第一和第二管芯400a、400b可以或可以不基于相同半导体基板。
图7示意地描述了包括具有在此所述的一个或多个特征的PA系统的示例模块500。示例模块500被示出为包括包含PA电路102的PA管芯502。在图7的示例中，旁通电路104被描述为被实现在独立的管芯560。然而，可以明白，可以以其他方式来配置PA电路102和旁通电路104，该其他方式包括以其中在公共管芯上实现该电路两者的一些或全部的配置。
在图7的示例模块500中，管芯502被示出为被安装在基板550上。可以使用包括在此所述的示例的多种半导体工艺技术来制造这样的管芯。管芯502可以包括多个电接触焊盘552，该多个电接触焊盘552被配置为允许形成在封装基板550上形成的管芯502和接触焊盘556之间的诸如丝焊(wirebond)的电连接554。
在图7中，在此所述的管芯560被示出为被安装在基板550上。可以使用包括在此所述的示例的多种半导体工艺技术来制造这样的管芯。管芯560可以包括多个电接触焊盘(pad)562，该多个电接触焊盘562被配置为允许形成在封装基板550上形成的管芯560和接触焊盘566之间的诸如丝焊的电连接564。
封装基板550可以被配置为接收多个组件，诸如管芯502、560和一个或多个SMD(例如，580)。在一些实施例中，该封装基板550可以包括层叠基板。
在示例封装模块500中，可以在基板550之上或之内实现匹配电路570。这样的匹配电路570可以提供匹配功能，用于匹配与PA电路102相关联的网络。
在一些实施例中，模块500也可以包括一个或多个封装基板，用于例如提供保护并且便利模块500的更容易的处理。这样的封装结构可以包括包覆成型，其被形成在封装基板550上，并且被定尺寸使得在其上大体封装各种电路和组件。
可以明白，虽然在基于丝焊电连接的上下文中描述模块500，但是也可以在包括倒装芯片结构的其他封装配置中实现本公开的一个或多个特征。
在一些实现方式中，可以在诸如无线装置的RF装置中包括具有在此所述的一个或多个特征的装置和/或电路。可以在无线装置中、以在此所述的模块化形式或以其某种组合来直接地实现这样的装置和/或电路。在一些实施例中，这样的无线装置可以包括例如蜂窝电话、智能电话、具有或没有电话功能的手持无线装置、无线平板等。
图8描述了示例无线装置600，其具有在此所述的一个或多个有益特征。在该示例中，一个或多个PA102被示出为耦接到具有在此所述的一个或多个特征的开关电路104。这样的PA和开关电路可以便利例如无线装置600的多频段操作。在一些实施例中，由虚线框描述的PA系统100可以包括PA102和开关电路104。
PA102可以从收发器610接收相应的RF信号，该收发器610可以被配置和操作来产生要放大和发射的RF信号，并且处理所接收的信号。收发器610被示出为与基带子系统608交互，该基带子系统608被配置为提供在适合于用户的数据和/或视频信号与适合于收发器610的RF信号之间的转换。收发器610也被示出为连接到电力管理组件606，该电力管理组件606被配置为管理用于无线装置600的运行的电力。这样的电力管理也可以控制基带子系统608、PA系统100和开关电路104的一些或全部的运行。
基带子系统608被示出为连接到用户界面602，以便利向用户提供和从用户接收的语音和/或数据的各种输入和输出。基带子系统608也可以连接到存储器604，存储器604被配置为存储数据和/或指令，以便利无线装置600的运行和/或对于用户提供信息的存储。
在示例无线装置600中，PA102的输出被示出为被在此所述的开关电路104转换，并且经由它们各自的双工器612a-612d和天线开关614被路由到天线616。天线开关614可以被配置为允许选择例如运行频段和/或发射/接收功能。在一些实施例中，每一个双工器612可以允许使用公共天线(例如，616)来同时执行发射和接收操作。在图8中，所接收的信号被示出为被路由到“Rx”路径(未示出)，该路径可以包括例如一个或多个低噪声放大器(LNA)。
多个其他无线装置配置可以利用在此所述的一个或多个特征。例如，无线装置不必是多频段装置。在另一个示例中，无线装置可以包括诸如分集天线的另外的天线和诸如Wi-Fi、蓝牙和GPS的另外的连接特征。
除非上下文清楚地另外要求，否则贯穿说明书和权利要求，要与排他或穷尽性含义相反，即，以“包括但是不限于”的含义来以包含的含义来解释词“包括”、“包含”等。在此一般使用的词“耦接”指的是可以或者直接地连接或通过一个或多个中间元件而连接的两个或更多的元件。另外，词“在此”、“之上”、“之下”和类似含义的词当在本申请中使用时将指的是整体的本申请，而不是本申请的任何具体部分。当上下文允许时，使用单数或复数的在上面的说明书中的词也可以分别包括复数或单数。相对于两个或更多项目的列表的词“或”，那个词涵盖该词的下面的全部解释：在列表中的项目的任何一个、在列表中的项目的全部和在列表中的项目的任何组合。
本发明的实施例的上面的详细说明不意图是穷尽性的或将本发明限于上面公开的精确的形式。虽然为了说明性的目的而上述了本发明的特定实施例和本发明的示例，但是本领域内的技术人员可以认识到，各种等同修改在本发明的范围内是可能的。例如，虽然以给定的顺序呈现了处理或块，但是替代实施例可以以不同的顺序执行具有步骤的例程或使用具有块的系统，并且可以删除、移动、增加、细分、组合和/或修改一些处理或块。可以以多种不同的方式来实现这些处理或块的每一个。而且，虽然处理或块有时被示出为串行地被执行，但是这些处理或块可以相反并行地被执行，或可以在不同的时间被执行。
在此提供的本发明的教导可以被应用到其他系统，而不必然是如上所述的系统。如上所述的各个实施例的元素和行为可以被组合以提供另外的实施例。
虽然已经描述了本发明的一些实施例，但是这些实施例仅通过示例而被呈现，并且不意图限制本公开的范围。事实上，可以以多种其他形式来体现在此所述的新颖方法和系统；而且，可以在不偏离本公开的精神的情况下作出以在此所述的方法和系统的像素的各种省略、替代和改变。所附的权利要求和它们的等同内容意图涵盖落在本公开的范围和精神内的这样的形式或修改。

Claims (20)

1.一种功率放大器(PA)系统，包括：
第一放大路径，所述第一放大路径具有一个或多个PA，所述一个或多个PA被配置为当在高功率模式中时从输入RF信号产生高功率射频(RF)信号；
第二放大路径，所述第二放大路径具有一个或多个PA，所述一个或多个PA被配置为当在低功率模式中时从所述输入RF信号产生低功率RF信号；以及
开关电路，所述开关电路耦接到所述第一放大路径和所述第二放大路径。所述开关电路被配置为允许在所述高功率模式中通过所述第一放大路径或在所述低功率模式中通过所述第二放大路径来放大所述输入RF信号。
2.根据权利要求1所述的PA系统，其中，所述开关电路包括第一极，其耦合到所述第一放大路径以接收所述高功率RF信号；所述开关电路还包括第二极，其耦合到所述第二放大路径，以接收所述低功率RF信号。
3.根据权利要求2所述的PA系统，其中，所述开关电路进一步包括一个或多个输出路径，所述开关电路被配置为当在所述高功率模式中时允许所述第一极连接到所述一个或多个输出路径的选择的路径，所述开关电路进一步被配置为当在所述低功率模式中时允许所述第二极连接到所述一个或多个输出路径的选择的路径。
4.根据权利要求3所述的PA系统，其中，所述一个或多个输出路径包括与多个操作频段对应的多个输出路径。
5.根据权利要求3所述的PA系统，进一步包括沿着所述第一放大路径和所述第二放大路径的每一个实现的匹配电路，所述匹配电路在所述一个或多个PA和所述开关电路之间。
6.根据权利要求5所述的PA系统，其中，所述第一放大路径包括串联地排列的驱动器级和最后级，所述驱动器级被配置为部分地放大所述输入RF信号，所述最后级被配置为进一步放大所述部分放大的RF信号以获得所述高功率RF信号。
7.根据权利要求6所述的PA系统，其中，在所述最后级和所述开关电路之间实现沿着所述第一放大路径的所述匹配电路。
8.根据权利要求7所述的PA系统，其中，所述匹配电路被配置为提供宽带匹配功能。
9.根据权利要求6所述的PA系统，其中，所述第二放大路径不与所述第一放大路径共享公共级。
10.根据权利要求9所述的PA系统，其中，所述第二放大路径包括独立的放大路径，所述独立的放大路径具有被配置为放大所述输入RF信号以获得所述低功率RF信号的放大级。
11.根据权利要求3所述的PA系统，其中，所述开关电路被配置为当在所述高功率模式中时将所述第一极通过对应的掷连接到所述一个或多个输出路径的选择的路径。
12.根据权利要求11所述的PA系统，其中，所述开关电路被配置使得当在所述高功率模式中时所述第二极在打开状态中。
13.根据权利要求12所述的PA系统，其中，所述第二放大路径的所述放大级被配置为在所述高功率模式中被禁止。
14.根据权利要求3所述的PA系统，其中，所述开关电路被配置为当在所述低功率模式中时将所述第二极通过对应的掷连接到所述一个或多个输出路径的选择的路径。
15.根据权利要求14所述的PA系统，其中，所述开关电路被配置使得当在所述低功率模式中时所述第一极在打开状态中。
16.根据权利要求15所述的PA系统，其中，所述第一放大路径的所述驱动器级和所述最后级的每一个被配置为在所述低功率模式中被禁止。
17.一种用于放大射频(RF)信号的方法，所述方法包括：
当在所述高功率模式中时通过具有一个或多个PA的第一放大路径路由输入RF信号以产生高功率RF信号；
当在所述低功率模式中时通过具有一个或多个PA的第二放大路径路由所述输入RF信号以产生低功率RF信号；并且
执行开关操作以允许在所述高功率模式中通过所述第一放大路径或在所述低功率模式中通过所述第二放大路径来放大所述输入RF信号。
18.一种功率放大器(PA)模块，包括：
封装基板，其被配置为容纳多个组件；以及，
在所述封装基板上实现的功率放大器(PA)系统，所述PA系统包括具有一个或多个PA的第一放大路径，所述一个或多个PA被配置为当在高功率模式中时从输入RF信号产生高功率射频(RF)信号；所述PA系统进一步包括第二放大路径，所述第二放大路径具有一个或多个PA，所述一个或多个PA被配置为当在低功率模式中时从所述输入RF信号产生低功率RF信号，所述PA系统进一步包括开关电路，所述开关电路耦接到所述第一放大路径和所述第二放大路径，所述开关电路被配置为允许在所述高功率模式中通过所述第一放大路径或在所述低功率模式中通过所述第二放大路径来放大所述输入RF信号。
19.根据权利要求18所述的PA模块，其中，在公共半导体管芯上实现所述第一放大路径的所述一个或多个PA、所述第二放大路径的所述一个或多个PA和所述开关电路。
20.根据权利要求18所述的PA模块，其中，在第一半导体管芯上实现所述第一放大路径的所述一个或多个PA和所述第二放大路径的所述一个或多个PA，并且在第二半导体管芯上实现所述开关电路。
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