CN105264767B - 电子设备、用于放大包络信号的方法、设备以及计算机可读介质 - Google Patents

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Abstract

公开了用于高效地产生用于放大器和/或其他电路的可变升压电源电压的技术。在示例性设计中，一种设备包括放大器、升压转换器和升压控制器。放大器接收包络信号和可变升压电源电压并且提供输出电压和输出电流。升压转换器接收电源电压和基于暴露信号所确定的至少一个信号，以及基于电源电压和至少一个信号而产生可变升压电源电压。升压控制器基于包络信号和/或输出电压而产生用于升压转换器的至少一个信号(例如使能信号和/或阈值电压)。使能信号使能或禁用升压转换器，并且基于电源电压和阈值电压而产生可变升压电源电压。

Description

电子设备、用于放大包络信号的方法、设备以及计算机可读 介质
相关申请的交叉引用
本公开通常涉及电子器件，并且更具体地涉及用于产生用于放大器和/或其他电路的电源电压的技术。本公开要求享有2013年6月6日提交的美国非临时申请No.13/911,902的优先权，该申请在此出于所有目的通过引用整体并入本文。
技术领域
本公开通常涉及电子器件，并且更具体地涉及用于产生用于放大器和/或其他电路的电源电压的技术。
背景技术
在通信系统中，发射器可以处理(例如编码和调制)数据以产生输出样本。发射器可以进一步调节(例如转换至模拟，滤波，频率升频变换，以及放大)输出样本以产生输出射频(RF)信号。发射器可以随后经由通信信道向接收器发射输出RF信号。接收器可以接收所发射的RF信号并且对接收到的RF信号执行互补处理以恢复所发射的数据。
发射器通常包括功率放大器(PA)以为输出RF信号提供高发射功率。功率放大器应该能够提供高发射功率并且具有高的功率附加效率(PAE)。此外，功率放大器可以需要甚至采用低电池电压而具有良好性能和高PAE。
发明内容
在此公开了用于高效地产生用于放大器和/或其他电路的可变升压电源电压的技术。在示例性设计中，一种设备(例如集成电路、无线装置或电路模块)可以包括放大器和升压转换器。放大器可以接收包络信号和可变升压电源电压，并且提供输出电压和输出电流。包络信号可以跟随所发射的RF信号的包络。可变升压电源电压可以用作用于放大器的电源电压。升压转换器可以接收电源电压(例如电池电压)和基于包络信号所确定的至少一个信号，并且可以基于电源电压和至少一个信号而产生可变升压电源电压。可变升压电源电压可以大于电源电压，并且可以是可调的。
设备可以进一步包括升压控制器，其可以基于包络信号和/或输出电压而产生用于升压转换器的至少一个信号。升压控制器可以基于包络信号和/或输出电压而产生使能信号。备选地或额外地，升压控制器可以基于包络信号和/或输出电压以及可能进一步基于余量(headroom)(例如余量电压或余量电流)而产生用于升压转换器的阈值电压。余量可以取决于来自放大器的输出电流。至少一个信号可以包括使能信号和/或阈值电压。可以基于使能信号而使能或禁用升压转换器。升压转换器可以基于电源电压和阈值电压而产生可变升压电源电压。例如，阈值电压可以是可变的，并且基于(例如可以等于)包络信号和余量的总和而确定。可变升压电源电压可以等于或正比于阈值电压。
以下进一步详细描述本公开的各种特征方面和特征。
附图说明
图1示出了无线通信装置的框图。
图2A和图2B分别示出了基于具有包络追踪的可变电源电压和固定电池电压来操作功率放大器的示图。
图3示出了升压控制器的框图。
图4示出了升压控制器的示意图。
图5示出了切换器和包络放大器的示意图。
图6示出了升压转换器的示意图。
图7示出了用于产生可变升压电源电压的方法。
图8示出了用于产生信号以控制升压转换器的方法的示例性设计。
具体实施方式
以下阐述的详细说明书意在作为本公开示例性设计的说明，并且并非意在仅表示其中可以实施本公开的设计。术语“示例性”在此用于意味着“用作示例、实例或说明”。在此描述作为“示例性”的任何设计不必构造为在其他设计之上的优选或有利的设计。详细说明书包括用于提供全面理解本公开示例性设计的目的的具体细节。对于本领域技术人员明显的是，可以不采用这些具体细节而实施在此所述的示例性设计。在一些情形中，以框图形式示出了广泛已知的结构和装置以便于避免模糊在此展示的示例性设计的创新性。
在此公开了用于产生用于放大器和/或其他电路的可变升压电源电压的技术。技术可以用于各种类型的放大器，诸如功率放大器、驱动器放大器、缓冲器等等。技术也可以用于各种电子装置，诸如无线通信装置、蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、手持式装置、无线调制解调器、膝上型计算机、无绳电话、蓝牙装置、消费者电子装置等等。为了明晰，以下描述用于产生用于无线通信装置中包络放大器的可变升压电源电压的技术的使用。
图1示出了无线通信装置100的示例性设计的框图。为了明晰，图1中仅示出了无线装置100的发射器部分，并且图1中并未示出接收器部分。在无线装置100内，数据处理器110可以接收待发射的数据，处理(例如编码、映射、符号映射)数据，并且提供数据符号。数据处理器110也可以处理前导并且提供前导符号。数据处理器110可以进一步处理数据符号和前导符号以用于码分多路访问(CDMA)、时分多路访问(TDMA)、频分多路访问(FDMA)、正交FDMA(OFDMA)、单载波FDMA(SC-FDMA)、和/或一些其他多路复用方案，并且可以提供输出符号。
调制器112可以从数据处理器110接收输出符号，执行正交调制、极化调制、或一些其他类型调制，并且提供输出样本。调制器112也可以确定输出样本的包络。在示例性设计中，包络可以确定如下：
其中I(t)表示在样本周期t中同相(I)输出样本，
Q(t)表示在样本周期t中正交(Q)输出样本；
e(t)表示包络信号，以及
“avg”表示平均化操作。
在等式(1)所示的设计中，调制器112通过计算每个复值输出样本的幅度并在跨输出样本平均化幅度而确定包络信号。调制器112可以以其他方式确定包络信号，例如基于I和Q输出样本的其他函数。例如，可以同时发射多个输出样本流(例如在用于载波聚合的多个载波上)，并且调制器112可以通过以下而确定包络信号：(i)计算每个输出样本流的功率，如其中Ik(t)和Qk(t)表示I和Q样本，以及Pk(t)表示样本周期t中第k个输出样本的功率，(ii)对所有输出样本流的功率求和以获得总功率，或者以及(iii)获取总功率的平方根(并且可能对结果平均)以获得包络信号，或总体而言，调制器112可以基于输出样本的包络的任何函数而提供包络信号。包络信号也可以称作功率追踪信号。
RF发射器120可以处理(例如转换至模拟，放大，滤波，和频率升频)来自调制器112的输出样本，并且提供输入RF信号(RFin)。功率放大器(PA)130可以放大输入RF信号以获得所需的发射功率等级，并且提供输出RF信号(RFout)，其可以经由天线(图1中未示出)而发射。RF发射器120可以包括用于产生包络信号的电路，替代使用调制器112以产生包络信号。
电源发生器150可以从调制器112接收包络信号(Venv)，并且可以产生用于功率放大器130的电源电压，电源电压可以称作PA电源电压并且标注为Vpa。电源发生器150也可以称作包络追踪器。在图1所示的设计中，电源发生器150包括切换器160，包络放大器(EnvAmp)170，升压转换器180，升压控制器190，以及电感器162。切换器160也可以称作切换模式电源(SMPS)，降压转换器等等。切换器160接收电池电压(Vbat)，并且在节点A处提供包括直流(DC)和低频分量的第一电源电流(Isw)。电感器162存储来自切换器160的电流，并且在交变周期上向节点A提供所存储的电流。升压转换器180接收Vbat电压和阈值电压(Vth)，并且当由使能(Enb)信号所使能时，产生高于Vbat电压的升压电源电压(Vboost)。Vboost电压可以是可变的，并且可以取决于Vth电压(例如Vboost≈Vth)。升压控制器190基于Venv信号和Iout电流(或者Iout电流的缩放版本)而产生Vth电压和Enb信号。以下进一步详细描述电源发生器150中的电路。
包络放大器170在其信号输入端接收Venv信号，在其两个电源输入端接收Vbat电压和Vboost电压，并且在节点A处提供包括高频分量的输出电流(Iout)和输出电压(Vout)。向功率放大器130提供的PA电源电流(Ipa)包括来自切换器160的Isw电流以及来自包络放大器170的Iout电流。包络放大器170也提供Vout电压作为用于功率放大器130的PA电源电压。总体而言，电压可以具有固定数值(例如Vbat)或可变数值(例如Vout)。电压可以随着时间改变，并且可以视作信号。
控制器140可以控制在无线装置100内各个单元的操作。存储器142可以存储用于无线装置100内控制器140和/或其他单元的程序代码和数据。数据处理器110、调制器112、控制器140和存储器142可以实施在一个或多个专用集成电路(ASIC)和/或其他IC上。
图1示出了无线装置100的示例性设计。无线装置100也可以以其他方式实施，并且可以包括与图1中所示那些不同的电路。RF发射器120、功率放大器130和电源发生器150的所有或一部分可以实施在一个或多个模拟集成电路(ICs)、RF IC(RFIC)、混合信号IC等上。
图2A示出了使用固定电池电压用于功率放大器130。RFout信号(其跟随RFin信号)具有随时间改变的包络，并且由绘图250示出。电池电压由绘图260示出，并且高于随时间改变包络的最大幅度以便于避免限幅来自功率放大器130的RFout信号。电池电压和RFout信号包络之间的差异表示由功率放大器130耗散而不是输送至输出负载的浪费的功率。
图2B示出了采用电源发生器150产生用于功率放大器130的可变电源电压。电源发生器150接收指示了RFout信号包络的包络信号，并且基于包络信号产生用于功率放大器130的PA电源电压(由绘图280示出)。PA电源电压紧密地追踪随时间变化的RFout信号的包络。因此，PA电源电压与RFout信号包络之间的差异小，这导致较小的浪费功率。功率放大器130可以对于所有RF信号幅度都饱和操作以便于改进PA效率。
电源发生器150可以高效地产生PA电源电压以追踪向功率放大器130提供的RFin信号的包络，从而向功率放大器130提供的PA电源电压具有适当的幅度/电压，并且可以改进功率放大器130的PAE。此外，电源发生器150可以产生具有低电池电压的PA电源电压。无线装置100可以采用低电池电压操作以便于减小功耗，扩展电池寿命，和/或获得其他优点。然而，功率放大器130可以需要采用高于电池电压的PA电源电压操作。例如，电池电压可以是2.5伏(V)，并且所需的PA电源电压可以是3.2V。升压转换器可以用于升压电池电压以获得较高的PA电源电压。然而，使用升压转换器以直接提供PA电源电压可以增加成本和功耗，这两者均是不希望的。
电源发生器150可以采用可变Vboost电压高效地产生PA电源电压以便于改进功率放大器130的PAE，并且避免了使用升压转换器以直接提供PA电源电压的缺点。这可以通过使用(i)用于产生向功率放大器130提供的包括电源电流的DC和低频分量的第一电源电流(Iind)的高效切换器160与(ii)用于产生向功率放大器130提供的包括电源电流的高频分量的第二电源电流(Ienv)的线性包络放大器170的组合而实现。切换器160可以采用电池电压操作，并且可以提供用于功率放大器130的大部分功率。包络放大器170可以采用可变Vboost电压(如果需要的话)或电池电压(如果可能的话)而操作，并且可以向功率放大器130提供剩余的电源电流。升压转换器180可以基于Vth电压产生用于包络放大器170的所需幅度/电压的可变Vboost电压。电源发生器150可以产生PA电源电压以追踪向功率放大器130提供的RFin信号的包络，从而向功率放大器130提供适当的幅度/电压的PA电源电压。
图3示出了升压控制器190x的框图，其是图1中电源发生器150内的升压控制器190的一个示例性设计。包络放大器170可以在其输出端向功率放大器130提供Vout电压和Iout电流。包络放大器170可以包括可以感测Iout电流并且提供所感测的输出电流(I’out)的感测电路。I’out电流可以等于Iout电流(例如I′out≈Iout)，或者可以是Iout电流的缩放版本(例如I′out≈K*Iout，其中K≠1)。
升压控制器190x可以接收向包络放大器170提供的Venv电压以及来自包络放大器170的I’out电流。在升压控制器190内，去往余量转换器310的输出电流可以接收I’out电流，并且提供余量电压(Vhr)。求和器320可以接收并且求和Venv电压和Vhr电压，以及可以提供求和的电压(Vsum)。峰值检测器330可以检测来自求和器320的Vsum电压的峰值，并且可以提供检测到的峰值电压(Vdet)。控制电路340可以接收Vdet电压，并且基于Vdet电压而提供Vth电压。Vth电压可以等于Vdet电压(例如Vth≈Vdet)，或者可以是Vdet电压的缩放和/或偏移版本(例如Vth≈Q*Vdet+Vos，其中Q可以使任何缩放因子，并且Vos可以是任何偏移电压)。
控制电路340也可以基于Vdet电压而产生Enb控制信号。在示例性设计中，控制电路340可以产生Enb控制信号以(i)当Vth电压大于Vbat电压(或Vth>Vbat)时使能升压转换器180或(ii)当Vth电压小于Vbat电压(或Vth<Vabt)时禁用升压转换器180。控制电路340也可以产生具有迟滞的Enb控制信号以便于避免在使能和禁用升压转换器180之间的连续翻转。例如，控制电路340可以产生Enb控制信号以当(i)对于一些最小历时Vth电压小于Vbat电压和/或(ii)Vth电压以至少一些最小量而小于Vbat电压时禁用升压转换器180。
包络放大器170应该放大而不是压缩Venv信号。通过(i)当需要时使用Vboost电压作为电源电压来放大Venv信号以及(ii)在包络放大器170输出端处产生高于Vout电压的峰值加上一些余量的Vboost电压而确保这一点。可以基于Venv电压峰值加上Vhr电压而产生Vth电压。可以基于Vth电压而产生Vboost电压(例如Vboost≈Vth)，这可以确保包络放大器170可以避免压缩。
图3示出了示例性设计，其中(i)基于I’out电流产生可变Vhr电压以及(ii)基于可变Vhr电压产生Vth电压。在该设计中，Vhr电压可以对于较大Iout电流较高，并且对于较小Iout电流而较低。该设计可以导致(i)包络放大器170的余量对于较大的Iout电流而言较大，或者(ii)包络放大器170的余量对于较小的Iout电流而言较小，这可以减少功耗。在另一示例性设计中，可以基于固定Vhr电压而产生Vth电压。可以选择固定Vhr电压以对于感兴趣Vout电压范围提供良好性能。
图3示出了示例性设计，其中由求和器320将Venv电压与Vhr电压求和相加以获得Vsum电压。在另一示例性设计中，可以由求和器320将Vout电压与Vhr电压求和相加以获得Vsum电压。Vout电压可以取决于Vbat或Vboost电压，并且当Vbat或Vboost电压不够高时可以失真变形。因此，将Venv电压(替代于Vout电压)与Vhr电压求和相加可以导致更精确的Vsum电压。
在另一示例性设计中，可以由求和器320对电流(替代于电压)求和。在该设计中，转换器310可以提供余量电流(替代于余量电压)，Venv电压可以转换为包络电流并且由求和器320与余量电流求和相加，并且求和的电流可以转换为求和的电压。
图3示出了在图1中的升压控制器190的示例性设计。升压控制器190也可以以其他方式实施。在另一示例性设计中，升压控制器190可以基于固定Vhr电压产生Vht电压，并且转换器310可以省略或者采用固定电压发生器替代。在又一示例性设计中，峰值检测器330可以位于包络放大器170与求和器320之间(替代于在求和器320之后)。在该设计中，Vhr电压可以与检测到的峰值电压相加以获得Vth电压。在又一示例性设计中，峰值检测器330可以省略，并且Vsum电压(替代于Vdet电压)可以提供至控制电路340。
图1中升压控制器190以及图3中升压控制器190x内的电路可以以各种方式而实施。以下描述升压控制器中电路的示例性设计。在该设计中，电流(替代于电压)求和相加以获得求和电流。
图4示出了升压控制器190y的示意图，其是图1中升压控制器190和图3中升压控制器190x的示例性设计。图4也示出了包络放大器170y的输出部分，其是图1和图3中包络放大器170的示例性设计。在图4所示的设计中，包络放大器170y包括P沟道金属氧化物半导体(PMOS)晶体管402和N沟道金属氧化物半导体(NMOS)晶体管404。PMOS晶体管402具有耦合至电源电压(Vsupply)的源极，以及接收第一驱动信号(Vdrp)的栅极。Vsupply电压可以是Vbat电压或Vboost电压。NMOS晶体管404具有耦合至电路接地端的源极，以及接收第二驱动信号(Vdrn)的栅极。晶体管402和404的漏极耦合在一起并且提供Vout电压。在其他示例性设计中，PMOS晶体管402可以替换为NMOS晶体管或者共射共基(cascode)放大器结构。
在图4所示的示例性设计中，升压控制器190y包括转换器310y，求和器320y，峰值检测器330y，以及控制电路340y，这些是图3中转换器310、求和器320、峰值检测器330和控制电路340的一个示例性设计。转换器310y包括PMOS晶体管412，具有耦合至Vsupply电压的源极、接收Vdrp信号的栅极、以及向节点D提供余量电流(Ihr)的漏极。
求和器330y包括电压至电流(V-I)转换器422和电流至电压(I-V)转换器421。在V-I转换器422内，运算放大器(op-amp)450具有其接收Venv信号的非反相输入端，耦合至节点B的反相输入端，以及耦合至NMOS晶体管452和462的栅极的输出端。NMOS晶体管452具有耦合至Vbat电压的漏极，以及耦合至节点B的源极。NMOS晶体管462具有耦合至Vbat电压的漏极，以及向节点B提供包络电流(Ienv)的源极。电阻器454耦合在节点B与电路接地端之间。在I-V转换器424内，op-amp 470具有耦合至电路接地端的非反相输入端，耦合至节点D的反相输入端，以及提供Vsum电压的输出端。Op-amp 470也可以具有替代于电路接地端而耦合至参考电压的非反相输入端。电阻器472耦合在op-amp 470的反相输入端与输出端之间。
峰值检测器330y包括op-amp430，具有耦合至求和器320y输出端的非反相输入端，耦合至节点E的反相输入端，以及耦合至NMOS晶体管432的栅极的输出端。NMOS晶体管432具有耦合至Vbat电压的漏极，以及在作为峰值检测器330y的输出端的节点E处提供Vdet电压的源极。电容器434和电阻器436耦合在节点E和电路接地端之间。
控制电路340y包括比较器(Comp)440，具有耦合至峰值检测器330y的输出端的非反相输入端，接收Vbat电压的反相输入端，以及提供Enb信号的输出端。控制电路340y也提供Vdet电压作为Vth电压。
包络放大器170y基于Venv信号产生Vdrp和Vdrn信号，从而在包络放大器170y输出端处的Vout电压追踪在包络放大器170y的输入端处的Venv信号。包络放大器170y当其被使能时提供所需的Iout电流。包络放大器170y可以是AB类放大器，其可以在良好线性和低功耗之间提供良好权衡。对于AB类放大器，PMOS晶体管402或NMOS晶体管404可以在任何给定时刻导通负载电流。导通负载电流的MOS晶体管将提供Iout电流，以及对于未导通负载电流的MOS晶体管的偏置电流。因此，当PMOS晶体管402导通并提供Iout电流时，PMOS晶体管402的漏极电流(Ipfet)近似等于由包络放大器170y所提供的Iout电流，或者Ipfet≈Iout。
升压控制器190y如下操作。转换器310y提供余量电流(Ihr)，其是(i)PMOS晶体管402的漏极电流的缩放版本，并且(ii)与由包络放大器170y所提供的Iout电流成比例。包络放大器170y内的PMOS晶体管402可以具有W/L的尺寸，其中W是宽度以及L是PMOS晶体管402的长度。转换器310y内的PMOS晶体管412可以具有K*W/L的尺寸，其中K可以是任意数值。K可以等于1，或大于1，或小于1。例如，K可以等于0.01或0.001，从而Ihr电流是Iout电流的一小部分。K可以是固定数值或可编程数值。来自转换器310y的Ihr电流可以表示如下：
Ihr≈K*Iout 等式(2)
在等式(2)所示的设计中，Ihr电流与Iout电流成比例。因此，较大的Iout电流导致较大的余量，并且反之亦然。
求和器320y内的V-I转换器422接收Venv信号并且提供Ienv电流。Op-amp 450和NMOS晶体管452被耦合在反馈回路中，其将节点B处的电压维持为近似等于Venv电压。由NMOS晶体管452的源极所提供的电流(Ia)可以给出如下：其中Rs是电阻器454的电阻值。NMOS晶体管452和462可以接收相同的栅极电压，具有相同的尺寸，并且提供近似相等的源极电流。因此，NMOS晶体管462的源极电流可以表示如下：
来自转换器310y的电流Ihr电流以及来自V-I转换器422的Ienv电流可以在节点D处被求和。求和电流(Isum)可以表示如下：
Isum＝Ihr+Ienv。 等式(4)
求和器320y内的I-V转换器424从节点D接收Isum电流，并且向峰值检测器330y提供求和电压(Vsum)。Isum电流穿过电阻器472，并且由跨电阻器472的因Isum电流所致的电压降而确定Vsum电压。Vsum电压可以表示如下：
Vsum＝Rf*Isum， 等式(5)
其中Rf是电阻器472的电阻值。
峰值检测器330y检测Vsum电压的峰值。在峰值检测器330y内，op-amp 430和NMOS晶体管432被耦合在反馈回路中。当Vsum电压超过Vdet电压时，op-amp 430输出高电压，并且NMOS晶体管432导通。在该情形中，电容器434经由NMOS晶体管432充电至更高电压。相反地，当Vsum电压低于Vdet电压时，op-amp 430输出低电压，并且NMOS晶体管432关断。在该情形中，电容器434经由电阻器436而缓慢地放电，并且电容器434之上电压缓慢降低。Vdet电压因此(i)快速增加以跟随升高的Vsum电压并且(ii)缓慢地降低以用于降低的Vsum电压。
控制电路340y接收Vdet电压，并且提供Vth电压和Enb信号。在控制电路340y内，比较器440将Vdet电压与Vth电压进行比较，当Vdet电压超过Vbat电压时在Enb信号上输出逻辑高(“1”)，以及当Vdet电压低于Vbat电压时在Enb信号上输出逻辑低(“0”)。如上所述，控制电路340y也可以产生具有时间和/或电压电平迟滞的Enb信号。
图4示出了升压控制器190y内电路的示例性设计。升压控制器中的电路也可以以其他方式实施。通常，升压控制器190可以控制升压转换器180的操作以便于避免由包络放大器170压缩Vout信号，以及用于保存电池电能。升压控制器190可以基于Iout电流和Venv信号而产生Vth电压和Enb信号，例如如图3和图4中所示。当Vbat信号不够高时，升压控制器190可以产生Enb信号以使能升压转换器180。此外，升压控制器190可以提供Vth电压，从而Vboost电压(i)足够高以便于避免Vout信号的压缩，但是(ii)不过高以便于减小功耗。Vth电压可以比Vout信号峰值加上用于包络放大器170的充足余量更高。余量可以是取决于包络放大器170的输出电流。
基于包络放大器170的输出电流而调节余量可以在各个操作情况下确保良好性能。例如，在长期演进(LTE)系统中，无线装置100可以在一个资源组块(RB)上发射上行链路信号，其可以在1.44至20MHz范围内的系统带宽内以180KHz而覆盖12个副载波。对于上行链路信号的1-RB波形可以具有非常低的峰值。在该情形中，电感器162可以没有电流流过，并且包络放大器170可以必须即刻提供所有负载电流。更多的电压余量可以确保包络放大器170可以(i)甚至采用1-RB波形的缓慢峰值而提供所有负载电流，以及(ii)对于更快的波形维持良好的效率。
图5示出了切换器160z和包络放大器170z的示意图，其分别是图1的切换器160和包络放大器170的示例性设计。在包络放大器170z内，op-amp 510具有接收Venv信号的非反相输入端，耦合至包络放大器170z的输出端(作为节点F)的反相输入端，以及耦合至AB类驱动器512输入端的输出端。驱动器512具有(i)耦合至PMOS晶体管514的栅极并且提供Vdrp信号的第一输出端，以及(ii)耦合至NMOS晶体管516的栅极并且提供Vdrn信号的第二输出端。NMOS晶体管516具有耦合至节点F的漏极，以及耦合至电路接地端的源极。PMOS晶体管514具有耦合至节点F的漏极，以及耦合至PMOS晶体管518和520的漏极的源极。PMOS晶体管518具有接收C1控制信号的栅极，以及接收Vbat电压的源极。PMOS晶体管520具有接收C2控制信号的栅极，以及接收Vboost电压的源极。
在图5所示示例性设计中，电流传感器164耦合在节点F和节点A之间，并且感测由包络放大器170z所提供的Iout电流。传感器164将大多数Iout电流传递至节点A，并且向切换器160z提供少量感测到的电流(Isen)。Isen电流是来自包络放大器170z的Iout电流的一小部分。在另一示例性设计中，电流传感器164可以实施为与PMOS晶体管514并联耦合并且接收Vdrp信号的PMOS晶体管，例如类似于图4中PMOS晶体管。
在切换器160z内，电流感测放大器530具有耦合至电流传感器164的输入端，以及耦合至切换器驱动器532的输入端的输出端。驱动器532具有耦合至PMOS晶体管534栅极的第一输出端(S1)，以及耦合至NMOS晶体管536栅极的第二输出端(S2)。NMOS晶体管536具有耦合至切换器160z输出端的漏极(作为节点G)，以及耦合至电路接地端的源极。PMOS晶体管534具有耦合至节点G的漏极，以及接收Vbat电压的源极。电感器162耦合在节点A和G之间。
切换器160z如下操作。当电流传感器164感测来自包络放大器170z的高输出电流并且向驱动器532提供低感测电压时，切换器160z处于导通状态。驱动器532随后向PMOS晶体管534栅极提供低电压，并且向NMOS晶体管536栅极提供低电压。PMOS晶体管534导通，并且将Vbat电压耦合至电感器162，电感器存储来自Vbat电压的能量。流过电感器162的电流在导通状态期间升高，升高的速率取决于(i)Vbat电压与节点A处Vpa电压之间的差值、以及(ii)电感器162的电感值。相反地，当电流传感器164感测来自包络放大器170z的输出电流并向驱动器532提供高感测电压时，切换器160z处于关断状态。驱动器532随后向PMOS晶体管534的栅极提供高电压，以及向NMOS晶体管536的栅极提供高电压。NMOS晶体管536导通，并且电感器162耦合在节点A和电路接地端之间。流过电感器162的电流在关断状态期间下降，下降的速率取决于节点A处的Vpa电压以及电感器162的电感值。Vbat电压因此在导通状态期间经由电感器162向功率放大器130提供电流，并且电感器162在关断状态期间向功率放大器130提供其所存储的能量。对于如上所述的1-RB波形而言，电感器162中电流将在峰值期间降至至零，并且包络放大器170z可以提供所有负载电流。在该情形中，充分大的余量可以确保包络放大器170z可以提供所需的负载电流。
包络放大器170z可以仅当需要时基于Vboost电压以及在剩余时间基于Vbat电压而操作以便于改进效率。例如，包络放大器170z可以基于Vbat电压提供近似85％的功率，并且基于Vboost电压仅提供近似15％的功率。当功率放大器130因Rfout信号的大包络而需要高Vpa电压时，Enb信号处于逻辑高(例如Vbat)，C1控制信号处于逻辑高(例如Vbat)，以及C2控制信号处于逻辑低(例如0V)。在该情形中，升压转换器180被使能，并且产生Vboost电压。PMOS晶体管520导通，并且向PMOS晶体管514的源极提供Vboost电压，以及PMOS晶体管518关断。相反地，当对于功率放大器130不需要高Vpa电压时，Enb信号处于逻辑低，C1控制信号处于逻辑低，以及C2控制信号处于逻辑高。在该情形中，禁用升压转换器180，PMOS晶体管520关断，以及PMOS晶体管518导通并且向PMOS晶体管514的源极提供Vbat电压。可以基于Enb控制信号而产生C1和C2控制信号，例如C1＝Enb,以及C2＝反相(Enb)。
包络放大器170z如下操作。当包络信号增加时，op-amp 510的输出增加，Vdrp信号降低和Vdrn信号降低，直至NMOS晶体管516几乎关断，以及包络放大器170z的输出增加。当包络信号降低时，情况相反。从包络放大器170z输出至op-amp 510反相输入端的负反馈导致包络放大器170z具有均一增益。因此，包络放大器170z的输出跟随包络信号，以及Vpa电压近似等于包络信号。驱动器512可以采用AB类放大器实施以便于改进效率，从而甚至在对于MOS晶体管514和516的小偏置电流的情形下也可以提供大的输出电流。
图5示出了图1中切换器160和包络放大器170的示例性设计。切换器160和包络放大器170也可以以其他方式实施。例如，切换器160可以包括求和器，接收并求和Isen电流和偏移电流，并且向电流感测放大器530提供已求和电流。已求和电流可以比Isen电流低偏移电流，从而切换器160以较长时间段导通，并且可以为功率放大器130提供较大的Iind电流。可以如2001年10月9日公布的名称为“Apparatus and Method for EfficientlyAmplifying Wideband Envelope Signals”的美国专利No.6,300,826中所述而实施包络放大器170。
切换器160z具有高效率并且为功率放大器130输送大部分电源电流。包络放大器170z操作作为线性级，并且具有相对较高带宽(例如在MHz范围内)。切换器160z操作以减小来自包络放大器170z的输出电流，这改进了整体效率。
图6示出了升压转换器180z的示意图，其是图1中升压转换器180的示例性设计。在升压转换器180z内，电感器612具有接收Vbat电压的一端，以及耦合至节点H的另一端。NMOS晶体管614具有耦合至电路接地端的源极，接收Cb控制信号的栅极，以及耦合至节点H的漏极。二极管616具有耦合至节点H的阳极，以及耦合至升压转换器180z输出端的阴极。电容器618具有耦合至电路接地端的一端，以及耦合至升压转换器180z输出端的另一端。升压控制器620接收Vth电压、Vboost电压、和在NMOS晶体管614漏极处的感测电流。升压控制器620基于Vth和Vboost电压以及感测电流而产生Cb控制信号。Cb控制信号导通或关断NMOS晶体管614。
升压转换器180z如下操作。在导通状态下，NMOS晶体管614关断，电感器612耦合在Vbat电压和电路接地端之间，并且流经电感器612的电流增加。在关断状态下，NMOS晶体管614开启，并且来自电感器612的电流经由二极管616流动至电容器618以及在升压转换器180输出端处的负载(图6中未示出)。Vboost电压可以如下表示：
其中Duty_cycle是其中NMOS晶体管614导通的占空比。
升压控制器620产生具有适当占空比的Cb控制信号以便于获得所需Vboost电压以及确保升压转换器180的正确操作。升压控制器620可以比较Vboost电压与Vth电压，并且可以产生Cb控制信号以使得Vboost电压匹配Vth电压。升压控制器620可以包括比较器和/或其他电路。感测到电流可用确保控制回路的稳定性。
在示例性设计中，设备(例如集成电路、无线装置、电路模块等)可以包括放大器和升压转换器，例如如图1中所示。放大器(例如包络放大器170)可以接收包络信号和可变升压电源电压，并且提供输出电压和输出电流。升压转换器(例如升压转换器180)可以接收电源电压(例如电池电压)和基于包络信号确定的至少一个信号，以及可以基于电源电压和至少一个信号而产生可变升压电源电压。
设备可以进一步包括升压控制器(例如升压控制器190)，其可以基于包络信号和/或输出电压而产生用于升压转换器的至少一个信号。升压控制器可以基于包络信号和/或输出电压产生使能信号。备选地或额外地，升压控制器可以基于包络信号和/或输出电压而产生用于升压转换器的阈值电压。至少一个信号可以包括使能信号和/或阈值电压。可以基于使能信号而使能或禁用升压转换器。升压转换器可以基于电源电压和阈值电压而产生可变升压电源电压。
在示例性设计中，升压控制器可以进一步基于余量而产生阈值电压，余量可以是余量电压或余量电流。升压控制器可以基于来自放大器的输出电流、或输出电流的可编程缩放版本、或一些其他量而确定余量。升压控制器可以基于余量以及包络信号和/或输出电压而确定求和电压，检测求和电压的峰值，以及基于求和电压的检测峰值而确定阈值电压。升压控制器也可以基于求和电压的检测峰值而产生使能信号。例如，升压控制器可以产生使能信号以(i)当求和电压的检测峰值超过电源电压时使能升压转换器，或(ii)当求和电压的检测峰值降至低于电源电压时禁用升压转换器。升压控制器也可以产生使能信号以当求和电压的检测峰值以预定的时间量和/或以预定的量而降至低于电源电压时禁用升压转换器。
在示例性设计中，升压控制器可以包括转换器、求和器、峰值检测器和控制电路。转换器(例如图3中转换器310)可以基于输出电流确定余量。求和器(例如求和器320)可以对余量与包络信号或输出信号求和，并且提供求和电压。峰值检测器(例如峰值检测器330)可以检测求和电压的峰值并且提供检测到的峰值电压。控制电路(例如控制电路340)可以基于检测到峰值电压而确定阈值电压和/或使能信号。
图7示出了用于产生可变升压电源电压的方法700的示例性设计。可以基于包络信号确定至少一个信号(方框712)。可以基于电源电压与基于包络信号所确定的至少一个信号而产生可变升压电源电压(方框714)。可以采用可变升压电源电压放大包络信号以获得输出电压和输出电流(方框716)。
在示例性设计中，可以基于包络信号和/或输出电压产生使能信号。备选地或额外地，可以基于包络信号和/或输出电压产生阈值电压。也可以进一步基于余量产生阈值电压。至少一个信号可以包括使能信号和/或阈值电压。可以基于电源电压和阈值电压而产生可变升压电源电压。可以基于使能信号而使能或禁用可变升压电源电压的产生。
图8示出了用于产生至少一个信号以控制升压转换器的方法712x的示例性设计。方法712x可以用于图7中步骤712。可以基于放大器的输出电流而确定余量(方框812)。可以基于余量以及向放大器所提供的包络信号和/或来自放大器的输出电压而确定求和电压(方框814)。可以检测求和电压的峰值(方框816)。可以基于求和电压的检测峰值而确定阈值电压(方框818)。也可以基于求和电压的检测到峰值而产生使能新年好(方框820)。
在此所述的电路(例如包络放大器、升压转换器、升压控制器等)可以实施在IC、模拟IC、RFIC、混合信号IC、ASIC、印刷电路板(PCB)、电子装置等上。也可以采用各种IC工艺技术制造电路，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)、异质结双极晶体管(HBT)、高电子迁移率晶体管(HEMT)、绝缘体上硅(SOI)等。
实施在此所述电路的设备可以是独立装置，或可以是更大装置的一部分。装置可以是(i)独立IC，(ii)可以包括用于存储数据和/或指令的存储器ICs的一个或多个ICs的集合，(iii)诸如RF接收器(RFR)或RF发射器/接收器(RTR)的RFIC，(iv)诸如移动基站调制解调器(MSM)的ASIC，(v)可以嵌入在其他装置内的模块，(vi)接收器、蜂窝电话、无线装置、手机或移动单元，(vii)等等。
在一个或独个示例性设计中，所述功能可以实施在硬件、软件、固件或其任意组合中。如果实施在软件中，功能可以作为一个或多个指令或代码而存储在计算机可读媒介上或者在其之上发射。计算机可读媒介均包括计算机存储媒介和通信媒介，包括促进计算机程序从一个地方转移至另一个地方的任何媒介。存储媒介可以是可以由计算机访问的任何可应用媒介。借由示例但是非限制性的方式，这些计算机可读媒介可以包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储、磁盘存储或其他磁性存储装置，或者可以用于承载或存储形式为指令或数据结构并且可以由计算机所访问的所需程序代码的任何其他媒介。此外，任何连接恰当地称作计算机可读媒介。例如，如果使用同轴电缆、光线电缆、双绞线、数字用户线路(DSL)、或诸如红外、无线电和微波的无线技术而从网站、服务器或其他远程来源发送软件，则同轴电缆、光线电缆、双绞线、DSL、或诸如红外、无线电和微波的无线技术包括在媒介的定义中。如在此使用的盘和碟片包括小型碟片(CD)、激光碟片、光学碟片、数字通用碟片(DVD)。软盘和蓝光碟片，其中盘通常磁性地复制数据，而碟片采用激光光学地复制数据。以上的组合也可以包括在计算机可读媒介范围内。
提供本公开的以上说明以使得本领域技术人员制造或使用本公开。对本公开的各种修改对于本领域技术人员是显而易见的，并且在此限定的一般原理可以适用于其他变形例而并未脱离本公开的范围。因此，本公开并非意在限定于在此所述的示例和实施例，而是应该符合与在此所述原理和创新性特征一致的最宽范围。

Claims (20)

1.一种电子设备，包括：
放大器，被配置用于接收包络信号和可变升压电源电压，并且用于提供输出电压和输出电流；
升压转换器，被配置用于接收电源电压和基于所述包络信号确定的至少一个信号，并且用于基于所述电源电压和所述至少一个信号产生所述可变升压电源电压；
升压控制器，被配置用于基于所述包络信号或所述输出电压产生用于所述升压转换器的所述至少一个信号，所述升压控制器包括：
转换器，被配置用于基于所述输出电流确定余量；
求和器，被配置用于对所述余量和所述包络信号或所述输出电压求和，并且提供求和电压；以及
峰值检测器，被配置用于检测所述求和电压的峰值并且提供检测到的峰值电压。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述升压控制器被配置用于基于所述包络信号或所述输出电压产生使能信号，其中所述至少一个信号包括所述使能信号，以及其中基于所述使能信号使能或禁用所述升压转换器。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述升压控制器被配置用于基于所述包络信号或所述输出电压产生针对所述升压转换器的阈值电压，其中所述至少一个信号包括所述阈值电压，以及其中所述升压转换器被配置用于基于所述电源电压和所述阈值电压产生所述可变升压电源电压。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述升压控制器被配置用于基于来自所述放大器的所述输出电流的可编程缩放版本确定所述余量。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述升压控制器被配置用于基于所述求和电压的检测到的峰值产生使能信号，其中所述至少一个信号包括所述使能信号，以及其中基于所述使能信号使能或禁用所述升压转换器。
6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述升压控制器被配置用于产生所述使能信号以当所述求和电压的检测到的峰值超过所述电源电压时使能所述升压转换器、以及当所述求和电压的检测到的峰值降至所述电源电压之下时禁用所述升压转换器。
7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述升压控制器被配置用于产生所述使能信号以当所述求和电压的检测到的峰值降至所述电源电压之下达预定时间量时或当所述求和电压的检测到的峰值比所述电源电压低预定量时禁用所述升压转换器。
8.根据权利要求1所述的设备，所述升压控制器进一步包括：
控制电路，被配置用于基于所检测到的峰值电压确定阈值电压，其中所述至少一个信号包括所述阈值电压，以及其中所述升压转换器被配置用于基于所述电源电压和所述阈值电压产生所述可变升压电源电压。
9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述控制电路被配置用于基于所述检测到的峰值电压确定使能信号，其中所述至少一个信号包括所述使能信号，以及其中基于所述使能信号使能或禁用所述升压转换器。
10.一种用于放大包络信号的方法，包括：
基于电源电压以及基于所述包络信号所确定的至少一个信号产生可变升压电源电压；以及
采用所述可变升压电源电压放大所述包络信号以获得输出电压和输出电流；
基于所述包络信号或所述输出电压产生所述至少一个信号，所述方法还包括：
基于所述输出电流确定余量；
对所述余量和所述包络信号或所述输出电压求和以提供求和电压；以及
检测所述求和电压的峰值以提供检测到的峰值电压。
11.根据权利要求10所述的方法，进一步包括：
基于所述包络信号或所述输出电压产生使能信号，其中所述至少一个信号包括所述使能信号，以及其中基于所述使能信号使能或禁用所述可变升压电源电压的产生。
12.根据权利要求10所述的方法，进一步包括：
基于所述包络信号或所述输出电压产生阈值电压，其中所述至少一个信号包括所述阈值电压，以及其中基于所述电源电压和所述阈值电压产生所述可变升压电源电压。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，产生所述阈值电压包括进一步基于余量产生所述阈值电压。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，产生所述阈值电压包括：
基于所述求和电压的检测到的峰值确定所述阈值电压。
15.一种用于放大包络信号的设备，包括：
用于基于电源电压和基于包络信号所确定的至少一个信号确定可变升压电源电压的装置；以及
用于采用所述可变升压电源电压放大所述包络信号以获得输出电压和输出电流的装置；
用于基于所述包络信号或所述输出电压产生所述至少一个信号的装置；
用于基于所述输出电流确定余量的装置；
用于对所述余量和所述包络信号或所述输出电压求和以提供求和电压的装置；以及
用于检测所述求和电压的峰值以提供检测到的峰值电压的装置。
16.根据权利要求15所述的设备，进一步包括：
用于基于所述包络信号或所述输出电压产生使能信号的装置，其中所述至少一个信号包括所述使能信号，以及其中基于所述使能信号使能或禁用所述可变升压电源电压的产生。
17.根据权利要求15所述的设备，进一步包括：
用于基于所述包络信号或所述输出电压产生阈值电压的装置，其中所述至少一个信号包括所述阈值电压，以及其中基于所述电源电压和所述阈值电压产生所述可变升压电源电压。
18.根据权利要求17所述的设备，其中，用于产生所述阈值电压的装置包括用于进一步基于余量产生所述阈值电压的装置。
19.根据权利要求17所述的设备，其中，用于产生所述阈值电压的装置包括：
用于基于所述求和电压的检测到的峰值确定所述阈值电压的装置。
20.一种计算机可读介质，包括存储在其上的程序指令，所述程序指令在由处理器执行时使得所述处理器执行根据权利要求10-14中任一项所述的方法。
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