CN105814793A - 可调谐负载线 - Google Patents

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Abstract

公开了一种可调谐负载线。在示例性实施例中，装置包括被配置成输出具有选择的功率水平的经放大的信号的放大器以及耦合以在输入端子处接收经放大的信号并且在第一输出端子处生成具有第一功率水平的第一输出信号的第一阻抗网络。第一阻抗网络被配置成加载经放大的信号以将选择的功率水平变换成第一功率水平。装置还包括被配置成选择性地接收第一输出信号并且在第二输出端子处生成具有第二功率水平的第二输出信号的第二阻抗网络。第二阻抗网络被配置成与第一阻抗网络组合以加载经放大的信号从而将选择的功率水平变换成第二功率水平。

Description

可调谐负载线
技术领域
本申请总体上涉及发射机的操作和设计，并且更特别地涉及面积高效的发射机的操作和设计。
背景技术
无线设备正在变得越来越复杂，并且现在例行地提供多模式和多频带操作。为了支持这样的操作，典型的无线设备可以包括多个功率放大器以放大每个模式/频带的信号。例如，多模式多频带无线设备可以被配置用于使用多种通信技术的无线通信，诸如全球移动通信系统(GSM)、宽带码分多址(WCDMA)、Classroom2000(C2K)和长期演进(LTE)。在典型的实现中，无线设备可以包括用于低频带(LB)GSM的一个放大器、用于LBWCDMA/LTE/C2K的一个放大器、用于中频带(MB)GSM的一个放大器、以及用于MBWCDMA/LTE/C2K的一个放大器。不幸的是，这4个功率放大器配置使用大量的电路面积。
因此，想要能够使用比包括多个放大器的传统配置更小的电路面积来放大多模式多频带发射机中的信号的方法。
附图说明
本文中描述的以上方面通过参考结合附图给出的以下描述将很容易很清楚，在附图中：
图1示出了包括具有用于在无线设备中使用的新颖的可调谐负载线的示例性实施例的功率放大配置的发射机；
图2示出了被配置用于在无线设备中使用的新颖的可调谐负载线的示例性实施例；
图3示出了被配置用于在无线设备中使用的新颖的可调谐负载线的示例性详细实施例；
图4示出了被配置用于在图3所示的可调谐负载线中使用的匹配电路的示例性实施例；
图5示出了被配置用于在图3所示的可调谐负载线中使用的匹配电路的示例性实施例；
图6示出了被配置用于在图4-5所示的匹配电路中使用的可变电容器的示例性实施例；以及
图7示出了被配置用于改进的效率和减小的电路面积的可调谐负载线装置的示例性实施例。
具体实施方式
下面结合附图给出的详细描述意图作为本发明的示例性实施例的描述，而非意图仅表示能够实践本发明的实施例。遍及本描述使用的术语“示例性”表示“用作示例、实例或说明”，而不一定理解为与其他示例性实施例相比优选或有利。详细描述出于提供对本发明的示例性实施例的透彻理解的目的而包括具体细节。本领域技术人员将很清楚，本发明的示例性实施例可以在没有这些具体细节的情况下来实践。在一些情况下，没有用框图示出众所周知的结构和设备，以免模糊本文中所呈现的示例性实施例的新颖性。
图1示出了包括具有用于在无线设备中使用的新颖的可调谐负载线112的功率放大器配置的发射机100的示例性实施例。发射机100包括基带(BB)处理器102、数模变换器(DAC)104、基带滤波器106、混频器(或上变频器)108、功率放大器(PA)110、新颖的可调谐负载线112、天线开关114和天线116。
在操作期间，BB处理器102输出数字信号118用于传输。数字信号118被输入到DAC104并且被变换成模拟基带信号120。模拟信号120被输入给基带滤波器106以生成输入给混频器108的经滤波的信号122。混频器108操作以基于本地振荡器(LO)信号将经滤波的基带信号102上变频成射频(RF)信号124。RF信号124被输入给PA110以生成输入给新颖的可调谐负载线112的经放大的RF信号126。可调谐负载线112具有通过天线开关114耦合至天线116的至少2个输出(P1-Pn)。负载线(LL)控制信号134控制可调谐负载线112的操作，并且开关(Swt)控制信号136控制天线开关114的操作。
在各种示例性实施例中，新颖的可调谐负载线112操作以改变放大器110的输出处的负载从而改变从负载线112输出并且被输入给开关114的信号的功率水平。例如，负载线112可以被配置成将信号线128设置成具有功率水平P1并且将信号线130设置成具有功率水平Pn。在示例性实施例中，P1大于Pn，使得P1是适合在GSM通信网络上传输信号的功率水平，并且Pn是适合在WCDMA通信网络上传输信号的功率水平。因此，可调谐负载线112使得能够使用单个放大器110来输出不同功率水平的信号。这使得发射机100能够在多个模式/频带操作，同时使用比具有多个放大器的传统的发射机更小的电路面积。下面提供新颖的可调谐负载线112的各种示例性实施例的更详细的描述。
图2示出了被配置用于在无线设备中使用的新颖的可调谐负载线200的示例性实施例。可调谐负载线200包括第一匹配电路202、第二匹配电路204、第三匹配电路206和第四匹配电路208。第一匹配电路202被配置成在端子234处从放大器110接收经放大的信号。端子234处的经放大的信号具有从放大器110输出的选择的功率水平。匹配电路202的输出被输入给一系列开关210-220。开关210-220操作以基于负载线控制信号134将匹配电路202的输出切换至其他电路。例如，开关210-220中的每个可以由LL控制信号134单独控制以在断开或闭合位置操作。当在闭合位置操作时，开关将第一匹配电路202的输出通过开关引导至其他电路元件。当在断开位置操作时，第一匹配电路的输出没有被传播超过断开的开关。
在操作期间，开关216-220操作以基于LL控制信号134将第一匹配电路202的输出引导至对应输出端子228-232。例如，开关216将第一匹配电路202的输出引导至输出端子228。这一输出具有由放大器110和第一匹配电路202的所选择的输出功率确定的第一功率水平。例如，这一输出端子可以用于在第一频带输出第一功率水平的信号。类似地，开关218和220用于在其他频带输出各个功率水平的信号。
开关210-214操作以基于LL控制信号134将第一匹配电路202的输出引导至对应匹配电路204-208。例如，开关210将第一匹配电路202的输出引导至第二匹配电路204。第二匹配电路204与第一匹配电路202组合以在端子234处提供在放大器110的输出处出现的阻抗组合。第二匹配电路204的输出在输出端子222处被提供并且具有由放大器110以及第一匹配电路202和第二匹配电路204的组合的所选择的输出功率确定的功率水平。例如，这一输出端子可以用于在第一频带输出第二功率水平的信号。类似地，开关212和214用于通过其相应匹配电路(即206、208)与第一匹配电路202的组合在其他频带输出其他功率水平的信号。因此，可调谐负载线200可以被调谐以响应于LL控制信号134基于开关210-220的控制在所选择的频带输出具有选择的功率水平的信号。
图3示出了被配置用于在无线设备中使用的新颖的可调谐负载线300的示例性详细实施例。例如，负载线300适合用作图1所示的可调谐负载线112。可调谐负载线300根据可调谐负载线200来配置并且包括2个匹配网络302和318。
可调谐负载线300被配置成调节无线设备的各种操作模式以提供兼容多个功率水平下的操作的信号放大(例如用于在GSM或WCDMA通信网络中使用)。因此，可以使用单个放大器而非如传统的多模式/频带传输中使用多个放大器。
为了在WCDMA通信网络中传输信号，可调谐负载线300包括第一阻抗网络302，第一阻抗网络302具有连接在输入端子306与第一输出端子308之间的第一电感器304。第一阻抗网络302还包括连接在第一输出端子308与信号接地之间的第一电容器310。第一阻抗网络302被配置成在输入端子306处从放大器110接收经放大的WCDMA信号，并且将这一信号传递给第一开关312，第一开关312通过节点314将信号引导至天线用于传输。在示例性实施例中，第一电感器304具有值3nH，第一电容器310具有值10pF，以向放大器110提供大致5欧姆的负载(以在输入端子306加载经放大的信号)。这一配置在端子314处产生具有适合在WCDMA网络中传输的传输功率P2的传输信号。
为了在GSM通信网络中传输信号，第一开关312断开并且第二开关316闭合以将第一输出端子308处的信号引导至第二阻抗网络318处的端子326。第二阻抗网络318包括连接在端子326与信号接地之间的第二电容器320。第二阻抗网络318还包括连接在端子326与第二输出端子324之间的第二电感器322。在示例性实施例中，第二电感器322的值为13nH，并且第二电容器320的值为1.7pF，第二电感器322和第二电容器320与第一电感器304和第一电容器310组合以将给放大器110的整个负载调节为大致2欧姆。例如，第二阻抗网络318被配置成与第一阻抗网络302组合以在输入端子306处加载经放大的信号，从而将选择的功率水平变换成功率水平P1。这一配置在端子324处产生具有适合在GSM网络中传输的传输功率P1的传输信号。
由于所规定的GSM功率高于WCDMA功率，所以可调谐负载线300操作以根据所选择的传输技术来增加或减小负载从而使得能够使用单个放大器(即放大器110)来针对所选择的传输技术在所规定的功率水平内传输信号。在示例性实施例中，无线设备处的控制器或其他实体输出LL控制信号134以控制开关312和316的操作从而基于所选择的传输技术来选择用于放大器的适当的负载。例如，为了在用于WCDMA的适当的功率水平传输信号，LL控制线134闭合开关314并且断开开关316。这产生从端子314输出的具有适合WCDMA的功率水平的传输信号。同样，为了在用于GSM的适当的功率水平传输信号，LL控制线134闭合开关316并且断开开关312。这产生从端子324输出的具有适合GSM的功率水平的传输信号。
图4示出了被配置用于在图3的可调谐负载线中使用的匹配电路400的示例性实施例。例如，匹配电路400适合用作图3所示的匹配电路302。匹配电路400包括连接在端子306与308之间的电感器402。第一可变电容器404连接在端子308与信号接地之间。第一可变电容器404可调节以使得能够调谐匹配电路400从而获得在所选择的频率处的想要的操作。匹配电路400还包括连接在端子306与端子308之间的可选的可变电容器406。可选的可变电容器406也可调谐以获得在所选择的频率处的想要的操作。
图5示出了被配置用于在图3的可调谐负载线中使用的匹配电路500的示例性实施例。例如，匹配电路500适合用作图3所示的匹配电路318。匹配电路500包括连接在端子326与324之间的电感器502。第一可变电容器504连接在端子326与信号接地之间。第一可变电容器504可调节以使得能够调谐匹配电路500从而获得在所选择的频率处的想要的操作。匹配电路500还包括连接在端子326与端子324之间的可选的可变电容器506。可选的可变电容器506也可调谐以获得在所选择的频率处的想要的操作。
图6示出了被配置用于在图4和图5所示的匹配电路400和500中使用的可变电容器600的示例性实施例。可变电容器600包括连接至第一端子602的电容器C1到Cn。电容器C1到Cn还分别连接至晶体管开关S1-Sn。晶体管开关S1-Sn的输出连接至第二端子604。晶体管开关S1-Sn由连接至晶体管开关的栅极端子的电容器控制(CC)信号606来控制。CC信号606由处理器、控制器或其他实体来生成以控制断开开关S1-Sn中的哪些开关以及闭合开关S1-Sn中的哪些开关。在示例性实施例中，电容器C1-Cn具有相同的电容值。在其他示例性实施例中，电容器C1-Cn中的每个具有被设置为任何期望值的电容值。
在操作期间，CC控制线606由处理器、控制器或其他实体来设置以断开和闭合晶体管开关S1-Sn中的所选择的开关。当开关闭合时，其将其相关联的电容器连接至第二端子604。例如，如果开关S2通过其相关联的CC控制线被闭合，则电容器C2连接在第一端子602与第二端子604之间。与闭合的开关相关联的电容器组合以在第一端子602与第二端子604之间形成总电容。例如，与闭合开关相关联的电容器在并行组合中组合以确定总电容。因此，能够通过断开和闭合适当的开关来改变由可变电容器600提供的电容。通过改变或设置可变电容器600的电容值，能够调谐图4和图5所示的匹配电路400和500的操作。
图7示出了被配置用于改进的效率和减小的电路面积的可调谐负载线装置700的示例性实施例。例如，装置700适合用作图2所示的可调谐负载线200或者图3所示的可调谐负载线300。一方面，装置700由被配置成提供本文中所描述的功能的一个或多个模块来实现。例如，一方面，每个模块包括硬件和/或执行软件的硬件。
装置700包括第一模块，第一模块包括用于生成具有选择的功率水平的经放大的信号的部件(702)，部件(702)一方面包括放大器110。
装置700包括第二模块，第二模块包括用于加载经放大的信号以在第一输出端子处生成具有第一功率水平的第一输出信号的部件(704)；用于加载的部件被配置成将选择的功率水平变换成第一功率水平，用于加载的部件(704)一方面包括第一阻抗网络202。
装置700包括第三模块，第三模块包括用于选择性地加载经放大的信号以在第二输出端子处生成具有第二功率水平的第二输出信号的部件(706)；用于选择性地加载的部件被配置成与用于加载的部件组合以加载经放大的信号从而将选择的功率水平变换成第二功率水平，用于选择性地加载的部件(706)一方面包括第二阻抗网络204。
本领域技术人员应当理解，可以使用各种不同的技术中的任何技术来表示或处理信息和信号。例如，可以用电压、电流、电磁波、磁场或粒子、光场或粒子、或者其任意组合来表示遍及以上描述可以提及的数据、指令、命令、信息、信号、比特、符号和芯片。还应当注意，晶体管类型和技术可以被替代、重新布置或修改以实现相同的结果。例如，被示出为使用PMOS晶体管的电路可以被修改为使用NMOS晶体管，反之亦然。因此，本文中所公开的晶体管可以使用各种晶体管类型和技术来实现，而不限于附图中图示的这些晶体管类型和技术。例如，可以使用诸如BJT、GaAs、MOSFET或者任何其他晶体管技术等晶体管类型。
技术人员还应当理解，结合本文中公开的实施例描述的各种说明性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以实现为电子硬件、计算机软件或者这二者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的这一可互换性，以上在其功能性方面总体上描述了各种说明性部件、块、模块、电路和步骤。这样的功能实现为硬件还是软件取决于对整个系统强加的特定应用和设计约束。技术人员可以针对每个特定应用用各种方式来实现所描述的功能，但是这样的实现决定不应当被理解为引起偏离本发明的示例性实施例的范围。
结合本文中公开的实施例描述的各种说明性逻辑块、模块和电路可以用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑设备、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件部件、或者被设计成执行本文中描述的功能的其任意组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但是在备选方案中，处理器可以是任何传统的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可以实现为计算设备的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器的组合、一个或多个微处理器结合DSP核的组合、或者任何其他这样的配置。
结合本文中公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、用由处理器执行的软件模块或者用这二者的组合来实施。软件模块可以驻留在随机存取存储器(RAM)、闪存存储器、只读存储器(ROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、寄存器、硬盘、可移除盘、CD-ROM、或者本领域已知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质耦合至处理器，使得处理器能够从存储介质读取信息以及向存储介质写入信息。在备选方案中，存储介质可以与处理器是一体。处理器和存储介质可以驻留在ASIC中。ASIC可以驻留在用户终端中。在备选方案中，处理器和存储介质可以作为分立的部件驻留在用户终端中。
在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可以用硬件、软件、固件或其任意组合来实现。如果用软件实现，功能可以作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码存储在计算机可读介质上或者在计算机可读介质上传输。计算机可读介质包括非易失性计算机存储介质以及包括辅助计算机程序从一个地方到另一地方的传送的任何介质的通信介质。非易失性存储介质可以是能够由计算机来访问的任何可用介质。作为示例而非限制，这样的计算机可读介质可以包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM、或者其他光盘存储装置、磁盘存储装置或磁性存储设备、或者能够用于执行或存储指令或数据结构形式的期望的程序代码并且能够被计算机访问的任何其他介质。另外，任何连接被适当地称为计算机可读介质。例如，如果软件使用同轴线缆、光线线缆、双绞线、数字用户线(DSL)、或无线技术(诸如红外、无线电和微波)从网站、服务器或其他远程源被传输，则同轴线缆、光线线缆、双绞线、数字用户线(DSL)、或无线技术(诸如红外、无线电和微波)被包括在介质的定义内。本文中所述使用的磁盘和光盘包括光碟(CD)、激光盘、光盘、数字多功能盘(DVD)、软盘和蓝光光盘，其中磁盘通常在磁性上复制数据，而光盘使用激光器来在光学上复制数据。以上的组合应当也被包括在计算机可读介质的范围内。
提供对所公开的示例性实施例的描述以使得本领域技术人员能够做出或使用本发明。本领域技术人员将很容易清楚对这些示例性实施例的各种修改，并且本文中所定义的一般原理可以应用于其他实施例而没有偏离本发明的精神和范围。因此，本发明并非意图限于本文中所示的示例性实施例，而是符合与本文中所公开的原理和新颖性特征一致的最宽范围。

Claims (15)

1.一种装置，包括：
放大器，被配置成输出具有选择的功率水平的经放大的信号；
第一阻抗网络，被耦合以在输入端子处接收所述经放大的信号并且在第一输出端子处生成具有第一功率水平的第一输出信号，所述第一阻抗网络被配置成加载所述经放大的信号以将所述选择的功率水平变换成所述第一功率水平；以及
第二阻抗网络，被配置成选择性地接收所述第一输出信号并且在第二输出端子处生成具有第二功率水平的第二输出信号，所述第二阻抗网络被配置成与所述第一阻抗网络组合以加载所述经放大的信号从而将所述选择的功率水平变换成所述第二功率水平。
2.根据权利要求1所述的装置，所述装置被配置用于在根据所述选择的功率水平生成所述第一功率水平和所述第二功率水平的设备中使用。
3.根据权利要求1所述的装置，所述第一阻抗网络包括：
连接在所述输入端子与所述第一输出端子之间的第一电感器；以及
连接在所述第一输出端子与信号接地之间的第一电容器。
4.根据权利要求1所述的装置，所述第二阻抗网络包括：
连接在所述第一输出端子与所述信号接地之间的第二电容器；以及
连接在所述第一输出端子与所述第二输出端子之间的第二电感器。
5.根据权利要求1所述的装置，还包括连接在所述第一输出端子与所述第二阻抗网络之间以将所述第二阻抗网络选择性地连接至所述第一阻抗网络的开关。
6.根据权利要求1所述的装置，所述第二功率水平高于所述第一功率水平。
7.根据权利要求6所述的装置，所述第一功率水平被配置用于在WCDMA网络上操作，并且所述第二功率水平被配置用于在GSM网络上操作。
8.一种装置，包括：
用于生成具有选择的功率水平的经放大的信号的部件；
用于加载所述经放大的信号以在第一输出端子处生成具有第一功率水平的第一输出信号的部件，所述用于加载的部件被配置成将所述选择的功率水平变换成所述第一功率水平；以及
用于选择性地加载所述经放大的信号以在第二输出端子处生成具有第二功率水平的第二输出信号的部件，所述用于选择性地加载的部件被配置成与所述用于加载的部件组合以加载所述经放大的信号从而将所述选择的功率水平变换成所述第二功率水平。
9.根据权利要求8所述的装置，所述装置被配置用于在根据所述选择的功率水平生成所述第一功率水平和所述第二功率水平的设备中使用。
10.根据权利要求8所述的装置，所述用于加载的部件包括用于在输入端子处接收所述经放大的信号的部件。
11.根据权利要求10所述的装置，所述用于加载的部件包括：
连接在所述输入端子与所述第一输出端子之间的第一电感器；以及
连接在所述第一输出端子与信号接地之间的第一电容器。
12.根据权利要求11所述的装置，所述用于选择性地加载的部件包括：
连接在所述第一输出端子与所述信号接地之间的第二电容器；以及
连接在所述第一输出端子与所述第二输出端子之间的第二电感器。
13.根据权利要求8所述的装置，还包括连接在所述第一输出端子与所述用于选择性地加载的部件之间以将所述用于加载的部件选择性地连接至所述用于选择性地加载的部件的用于开关的部件。
14.根据权利要求8所述的装置，所述第二功率水平高于所述第一功率水平。
15.根据权利要求14所述的装置，所述第一功率水平被配置用于在WCDMA网络上操作，并且所述第二功率水平被配置用于在GSM网络上操作。
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