CN106452371A - 用于放大器的电源电压的可调节旁路电路 - Google Patents

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Abstract

公开了用于放大器的电源电压旁路技术。在一示例性设计中，一种装置包括放大器和可调节旁路电路。所述放大器(例如，功率放大器)接收来自电源的电源电压。所述可调节旁路电路耦合到所述电源，并且提供对所述电源电压的旁路。所述可调节旁路电路包括可调节电容器或耦合到可调节电阻器的固定电容器。所述电源可以是(i)为所述放大器提供固定电源电压的电源，或(ii)为所述放大器提供可变电源电压的包络跟踪器。

Description

用于放大器的电源电压的可调节旁路电路
本分案申请是PCT国际申请日为2013年2月21日、国家申请号为201380010005.6、题为“用于放大器的电源电压的可调节旁路电路”的PCT国家阶段专利申请的分案申请。
背景
I.领域
本公开一般涉及电子产品，并且更具体而言涉及用于放大器的电源电压旁路的技术。
II.背景
放大器常用于放大信号，以获得所需的信号电平。放大器也被广泛用于各种应用，诸如通信、计算、联网、消费电子产品等。不同类型的放大器也用于不同的目的。例如，无线通信设备可能在发射器中包括功率放大器(PA)以便在经由无线信道传输信号前放大信号，并且在接收机中包含低噪声放大器(LNA)以便放大经由无线信道接收的信号。
放大器通常连接到电源，电源提供支持放大器操作的电源电压。理想情况下，电源应该具有零输出阻抗，并且电源电压应该只包含有直流(DC)电压，而没有不想要的信号或噪声。然而，电源的输出阻抗不为零，且电源电压通常包括一些不想要的信号和噪声。电源和电源电压的这些非理想特性可能对放大器的性能产生不利影响。
附图简述
图1示出能够与不同无线通信系统进行通信的无线设备。
图2示出图1中所述无线设备的框图。
图3示出发射机的框图。
图4示出具有可调节电源电压旁路的发射机的框图。
图5A到5C示出具有可调节电源电压旁路的发射机的三种示例性设计的框图。
图6A至6D示出可调节旁路电路的四种示例性设计的示意图。
图7A示出对功率放大器使用固定电源电压。
图7B示出对功率放大器使用可变电源电压。
图8示出具有包络跟踪器和可调节电源电压旁路的发射机的框图。
图9示出带有连接至共用电源连接并具有可调节旁路电容的多个功率放大器的发射机的框图。
图10示出为放大器进行电源电压旁路的过程。
详细说明
以下阐述的详细描述旨在作为本公开的示例性设计的描述，而无意表示可在其中实践本公开的仅有设计。术语“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。本详细描述包括具体细节以提供对本公开的示例性设计的透彻理解。对于本领域技术人员将明显的是，没有这些具体细节也可实践本文描述的示例性设计。在一些实例中，公知的结构和器件以框图形式示出以免湮没本文中给出的示例性设计的新颖性。
本文中公开了用于放大器的电源电压旁路技术。旁路是指对电源电压进行滤波，以降低/衰减噪声和/或不想要的信号。本文中所描述的技术可用于各种类型的放大器，诸如功率放大器、激励放大器、可变增益放大器、低噪声放大器等。这些技术也可用于各种电子设备，诸如无线通信设备、计算设备、消费电子设备等。为清楚起见，下面描述对无线通信设备使用这些技术。
图1示出能够与不同无线通信系统120和122通信的无线设备110。无线系统120和122各自可以是码分多址(CDMA)系统、全球移动通信系统(GSM)系统、长期演进(LTE)系统、无线局域网(WLAN)系统、或某一其他无线系统。CDMA系统可实现宽带CDMA(WCDMA)、cdma2000、或某一其他版本的CDMA。出于简化起见，图1示出了无线系统120包括一个基站130和一个系统控制器140，而无线系统122包括一个基站132和一个系统控制器142。一般而言，每个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也可以称为用户装备(UE)、移动站、终端、接入终端、用户单元、站等。无线设备110可能是蜂窝电话、智能电话、平板电脑、无线调制解调器、个人数字助理(PDA)、手持设备、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。无线设备110可以能够与无线系统120和/或122通信。无线设备110可以还能够接收来自广播站(例如，广播站134)的信号。无线设备110可以还能够接收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。无线设备110可支持用于无线通信的一种或多种无线电技术，诸如LTE、cdma2000、WCDMA、GSM、802.11等等。
图2示出图1中无线设备110的示例性设计的框图。在这个示例性设计中，无线设备110包括数据处理器/控制器210、耦合到天线254的收发机220、以及电源270。在图2中示出的示例性设计中，收发机220包括M个发射机230a到230m和M个接收机260a到260m，其中M可以是任何整数值。一般情况下，收发机可包括任何数量的发射机和任何数量的接收机，以支持任何数量的频段、任何数量的无线电技术和任何数量的天线上的无线通信。
在图2中示出的示例性设计中，每个发射机230包括发射电路232、功率放大器(PA)240、以及输出电路250。对于数据传送，数据处理器210处理(例如，编码和调制)要发射的数据，并且将模拟输出信号提供给所选发射机。以下描述假定发射机230a是所选发射机。在发射机230a内，发射电路232a对该模拟输出信号进行放大、滤波并将其从基带上变频到射频(RF)，并且提供经调制RF信号。发射电路232a可能包括放大器、滤波器、混频器、阻抗匹配电路、振荡器、本地振荡器(LO)发生器、锁相环(PLL)等。功率放大器240a接收和放大经调制的RF信号，并提供具有适当输出功率电平的经放大RF信号。输出电路250a可从功率放大器240a接收经放大RF信号并提供输出RF信号。输出电路250a可包括发射滤波器、阻抗匹配电路、定向耦合器等。输出RF信号是通过开关共用器/双工器252路由并经由天线254发射。
在图2中示出的示例性设计中，每个接收机260包括输入电路262、LNA264、以及接收电路266。对于数据接收，天线254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信号通过开关共用器/双工器252路由并被提供给所选接收机。以下描述假定接收机260a是所选接收机。在接收机260a内，输入电路262a处理收到RF信号，并提供接收机输入信号。输入电路262a可包括接收滤波器、阻抗匹配电路等。低噪声放大器(LNA)264a放大来自输入电路262a的接收机输入信号，并提供LNA输出信号。接收电路266a对该LNA输出信号进行放大、滤波并将其从RF下变频到基带，并且将模拟输入信号提供给数据处理器210。接收电路266可包括放大器、滤波器、混频器、阻抗匹配电路、振荡器、LO发生器、PLL等等。
图2示出发射机230和接收机260的示例性设计。发射器和接收机可能还包括其它未在图2中示出的电路，诸如滤波器、阻抗匹配电路等。收发机220的所有或部分可能在一个或多个模拟集成电路(IC)，射频集成电路(RFIC)，混合信号IC等上实施。例如，发射电路232、功率放大器240、LNA 264和接收电路266可实现在RFIC上。功率放大器240以及可能还有其它电路亦可实现在单独的IC或电路模块上。
数据处理器/控制器210可为无线设备110执行各种功能。例如，数据处理器210可对经由发射机230发射的数据以及经由接收机260收到的数据执行处理。控制器210可控制发射电路232、接收电路266、开关共用器/双工器252等的操作。存储器212可为数据处理器/控制器210存储程序代码和数据。？数据处理器/控制器210可实现在一个或多个专用集成电路(ASIC)和/或其他IC上。。
电源270可接收来自电池(图2中未示出)的电池电压(Vbat)和/或来自外部电源的线路电压(Vline)。电源270可以产生固定的电源电压(Vdd)和/或可变的电源电压，以用于收发机220内的各种电路。电源270也可以产生其它电源电压以用于数据处理器/控制器210和/或收发机220内的其它电路。
图3示出发射机330的示例性设计的框图。为简单起见，只在图3中示出发射机330中的部分电路。发射机330包括功率放大器340、输出电路350、负载360、电源370和旁路电容器372。功率放大器340接收和放大输入RF信号(RFin)并提供经放大RF信号(RFamp)。输出电路350接收经放大RF信号，并提供输出RF信号(RFout)给负载360。负载360可能包括天线、开关共用器、双工器等。
电源370为功率放大器340产生固定的电源电压(Vdd)。旁路电容器372耦合在电源370和电路接地之间，并用来滤除提供给功率放大器340的Vdd电压中不想要的信号和噪声。电源370具有Zps的输出阻抗，即向电源看进去的阻抗。电源370的输出阻抗在几百兆赫兹(MHz)情况下看似电感器。这意味着输出阻抗主导地是虚数，且其幅值在特定频率范围内随频率成比例地增长。此电感器在与旁路电容器372组合时可产生谐振。该谐振的发生是由于电源阻抗的输出阻抗在与旁路电容器的阻抗相组合时产生等效阻抗，该等效阻抗的幅值在特定谐振频率附近增长非常迅速。该谐振可能对功率放大器340的性能产生负面影响。例如，由于该谐振，功率放大器340可能会显现低频不稳定性。
图4示出的具有可调节电源电压旁路的发射机430的示例性设计的框图。发射机430包括放大器(Amp)440、电源470、和可调节旁路电路480。放大器440接收并放大输入信号，并提供经放大信号。电源470为放大器440产生电源电压。可调节旁路电路480执行对电源电压的旁路，并包括至少一个可调节电路元件。
一般情况下，可调节旁路电路可被用于各种类型的放大器以增进放大器的稳定性和性能。为清楚起见，以下描述将可调节旁路电路用于功率放大器。
图5A示出具有可调节电源电压旁路的发射机530a的示例性设计的框图。发射机530a包括功率放大器540、输出电路550、负载560、电源电压570、和可调节旁路电路580a。可调节旁路电路580a是图4中所示的可调节旁路电路480的示例性设计。功率放大器540接收并放大输入RF信号(RFin)，并提供经放大RF信号(RFamp)。输出电路550接收经放大RF信号，并提供输出射频信号(RFout)给负载560。功率放大器540可以是图2中的功率放大器240a到240m的任一个。输出电路550可以是图2中输出电路250a到250m的任一个。负载560可以包括图2中的开关共用器/双工器252和/或天线254。
电源570为功率放大器540产生固定的电源电压(Vdd)。可调节旁路电路580a执行对来自电源570的Vdd电压的旁路。在图5A示出的示例性设计中，可调节旁路电路580a包括可调节电容器582，其耦合在电源570和电路接地之间，并用来滤除提供给功率放大器540的Vdd电压中不想要的信号和噪声。电源570具有输出阻抗ZPS，其在几百MHz处会显现感性。旁路电容器582具有电容Cvar，其是可变的。谐振电路可由电源570的感性输出阻抗与旁路电容器582构成。谐振电路具有谐振频率fresonance，其可表达为：
如式(1)中所示，由电源570的输出阻抗与旁路电容器582构成的谐振电路的谐振频率可以通过调节旁路电容器582来变动。谐振频率可被变动，以便能为功率放大器540达成稳定性和良好的性能。
要在计算机模拟中为功率放大器540确定最优谐振频率可能是很困难的，因为可能难以预测电源570的输出阻抗。可调节旁路电容器582可以使得该谐振频率能够调谐，以便为功率放大器540获得稳定性和良好的性能。
图5B示出具有可调节电源电压旁路的发射机530b的示例性设计的框图。发射机530b包括功率放大器540、输出电路550、负载560、电源570、和可调节旁路电路580b。可调节旁路电路580b是图4中的可调节旁路电路480的另一示例性设计。可调节旁路电路580b包括串联耦合的固定电容器584和可调节电阻器586，该串联组合被耦合在电源570与电路接地之间。
电源570具有输出阻抗ZPS，其可为感性的。旁路电容器584具有固定电容Cfixed。电阻器586具有电阻Rvar，其是可变的。有损谐振电路可由电源570的输出阻抗、旁路电容器584和电阻器586构成。该有损谐振电路的谐振频率可以如式(1)所示地来确定，但Cvar被替换为Cfixed。该有损谐振电路的品质因数(Q)可以表达为：
如式(2)中所示，通过调节可变电阻器586可以改变有损谐振电路的Q。例如，可以通过增大电阻器586的电阻值来降低Q。减小旁路电容器584的Q可以增进功率放大器540的稳定性，但可能对功率放大器540的性能(例如，效率)产生负面影响。可调节电阻器586可以使得合适的Q能针对该有损谐振电路被选择，以便为功率放大器540获得稳定性和良好的性能。
图5C示出具有可调节电源电压旁路的发射机530c的示例性设计的框图。发射机530c包括功率放大器540、输出电路550、负载560、电源570、和可调节旁路电路580c。可调节旁路电路580c是图4中的可调节旁路电路480的另一示例性设计。可调节旁路电路580c包括串联耦合的可调节电容器592和可调节电阻器594，该串联组合被耦合在电源570与电路接地之间。
电源570具有输出阻抗ZPS，其可为感性的。旁路电容器592具有电容Cvar，其是可变的。电阻器594具有电阻Rvar，其是可变的。有损谐振电路可以由电源570的输出阻抗、旁路电容器592和电阻器594构成。该有损谐振电路的谐振频率可以如式(1)中所示地来确定。该有损谐振电路的Q可以如式(2)中所示地来确定。如式(1)中所示，通过调节可变电容器592就可以变动谐振频率。如式(2)中所示，通过调节可变电阻器594和/或可变电容器592就可以变动Q。谐振频率和/或Q可以被变动，以便可以为功率放大器540获得稳定性和良好的性能。
图5A到5C示出可以提供可调节电源电压旁路的可调节旁路电路的三种示例性设计。也可以用其它方式实现可调节旁路电路。例如，可在电源与电路接地之间并与图5A中的可调节电容器582并联地耦合大电阻器。作为另一示例，可在电源与电路接地之间、并与图5B中的电容器584和电阻器586的串联组合并联地耦合固定旁路电容器。
如图5A至5C中所示，用于电源(例如，电源570)的旁路电路(例如，旁路电路580a、580b或580c)可包括至少一个可调节电路元件(例如，可调节电容器582或592和/或可调节电阻器584或594)以增进耦合到该电源的放大器(例如，功率放大器540)的性能(例如，线性度、效率等)和稳定性。一般情况下，可调节电路元件可以是可调节电容器、可调节电阻器、或可调节电感器。该(些)可调节电路元件可被变动，以改变由于电源的感性输出阻抗与旁路电容器导致的谐振的谐振频率和/或Q。
图5A至5C中的可调节旁路电路可以用各种方式实现。图5A至5C中的可调节旁路电路的一些示例性设计如下所述。
图6A示出可调节旁路电路580d的示意图，其是图5A中的可调节旁路电路580a的示例性设计。在图6A中所示的示例性设计中，可调节旁路电路580d包括耦合在电源570与电路接地之间的可调节电容器582a。可调节电容器582a以N个可切换电容器612a到612n来实现，其中N可以是任何整数值。每个可切换电容器612与一开关614串联耦合，并且电容器612和开关614的串联组合被耦合在电源570与电路接地之间。这N个开关614a到614n分别接收N个控制信号S1到SN。每个开关614可(i)基于其控制信号被闭合，以将相关联的电容器612耦合到电源570或者(ii)基于其控制信号被断开，以将相关联的电容器612从电源570断开连接。开关614可用场效应晶体管(FET)或其它类型的晶体管实现。
在一种示例性设计中，这N个电容器612a到612n可以具有相同的电容值C。在另一种示例性设计中，这N个电容器612a到612n可以具有不同的电容值，例如：C、2C、4C等，以用于二进制加权。一般来说，这N个电容器612a到612n可以具有任何合适的值。
图6A示出一示例性设计，其中可调节电容器582a用N个可切换电容器612实现。这使得可调节电容器582a是在包括零在内的电容值范围上可变的。在另一示例性设计中，也可将固定旁路电容器耦合在电源570与电路接地之间。当所有可切换电容器612均被断开连接的时候，该固定旁路电容器可以为可调节电容器582a提供最小电容。
图6B示出可调节旁路电路580e的示意图，其是图5B中可调节旁路电路580b的示例性设计。在图6B示出的示例性设计中，可调节旁路电路580e包括(i)固定电容器584，其耦合在电源570与节点A之间以及(ii)可调节电阻器586a，其耦合在节点A与电路接地之间。可调节电阻器586a用分别耦合至N个开关624a至624n的N个电阻器622a至622n来实现，其中N可以是任何整数值。电阻器622与开关624的每个串联组合被耦合在节点A与电路接地之间。这N个开关624a至624n分别接收N个控制信号R1至RN。每个开关624可以(i)基于其控制信号被闭合，以选择相关联的电阻器622或者(ii)基于其控制信号被断开，以取消对相关联的电阻器622的选择。
在一种示例性设计中，这N个电阻器622a到622n可以具有相同的电阻值R。在另一种示例性设计中，这N个电阻器622a到622n可以具有不同的电阻值，例如：R、2R、4R等，以用于二进制加权。一般来说，这N个电阻器622a到622n可以具有任何合适的值。
图6C示出可调节旁路电路580f的示意图，其是图5B中可调节旁路电路580b的另一示例性设计。在图6C中示出的示例性设计中，可调节旁路电路580f包括(i)固定电容器584，其耦合在电源570与节点A之间以及(ii)可调节电阻器586b，其耦合在节点A与电路接地之间。可调节电阻器586b用N个N沟道金属氧化物半导体(NMOS)晶体管632a到632n实现，其中N可以是任何整数值。每个NMOS晶体管632将其源极耦合到电路接地，其漏极耦合到节点A，并且其栅极接收用于该NMOS晶体管的控制信号。这N个NMOS晶体管632a至632n分别接收N个控制信号R1至RN。每个NMOS晶体管632可以(i)基于其控制信号被导通，以在节点A与电路接地之间提供合适的ON电阻，或者(ii)基于其控制信号被关断，以在节点A与电路接地之间提供大电阻。
在一种示例性设计中，这N个NMOS晶体管632a至632n可以具有相同的晶体管尺寸W/L，其中W是晶体管的宽度，L是晶体管的长度。较大的晶体管尺寸可以提供较小的ON电阻，反之亦然。在另一示例性设计中，这N个NMOS晶体管632a至632n可以具有不同的晶体管尺寸，例如：W1/L1、W2/L2，...，WN/LN以用于二进制加权。一般情况下，这N个NMOS晶体管632a至632n可以具有任何合适的尺寸，其可基于所期望的ON电阻来决定。
图6D示出可调节旁路电路580g的示意图，其是图5C中可调节旁路电路580c的示例性设计。在图6D中示出的示例性设计中，可调节旁路电路580g包括(i)可调节电容器592a，其耦合在电源570与节点B之间，以及(ii)可调节电阻器594a，其耦合在节点B与电路接地之间。
在图6D示出的示例性设计中，可调节电容器592a以N个可切换电容器642a到642n来实现，其中N可以是任何整数值。每个可切换电容器642与一开关644串联耦合，并且电容器642与开关644的串联组合被耦合在电源570与节点B之间。这N个开关644a至644n分别接收N个控制信号S1至SN。每个开关644可以(i)基于其控制信号被闭合，以选择相关联的电容器642，或者(ii)基于其控制信号被断开，以取消对相关联的电容器642的选择。这N个电容器642a至642n可以具有相同或者不同的电容值。
在图6D示出的示例性设计中，可调节电阻器594a以N个电阻器652a到652n来实现。每个电阻器652与一开关654串联耦合，并且电阻器652与开关654的串联组合被耦合在节点B和电路接地之间。这N个开关654a至654n分别接收N个控制信号R1至RN。每个开关654可(i)基于其控制信号被闭合，以选择相关联的电阻器652或者(ii)基于其控制信号被断开，以取消对相关联的电阻器652的选择。这N个电阻器652a至652n可以具有相同或者不同的电阻值。
图6A至6D示出可调节电容器和可调节电阻器的一些示例性设计。也可以用其它方式实现可调节电容器。例如，可调节电容器可以用具有可基于模拟控制信号来调节的电容的可变电容器(变抗器)来实现。作为另一示例，可调节电容器可以用串联(而不是如图6A和6D中所示地并联)耦合的多个可切换电容器来实现。也可以用其它方式实现可调节电阻器。例如，可调节电阻器可以用串联(而不是如图6B到6D中所示地并联)耦合的多个电阻器来实现。
可调节旁路电路中的可调节电路元件(例如，可调节电容器或可调节电阻器)可以用各种方式来变动。在一种示例性设计中，可调节电路元件可以基于预表征进行调节。例如，可以针对每种感兴趣的工作情景，为可调节电路元件的不同可能值来表征功率放大器的稳定性和性能(例如，在电路设计阶段或制造阶段)。感兴趣的工作情景可对应于不同的工作频率、不同的发射功率电平、不同的无线电技术等。可调节电路元件的能够以可接受的稳定性裕度来提供最佳性能的设置可以被存储在查找表中(例如，图2中的存储器212中)。表征可以通过计算机模拟、实验室测量、工厂测量、实地测量等来执行。此后，可调节电路元件的可以为当前工作情景提供最佳性能的设置可以从查找表中被取回并应用到该可调节电路元件。
在另一示例性设计中，可调节旁路电路中的可调节电路元件可以被动态调节，例如，在操作期间。例如，可以为可调节电路元件的不同的可能设置来测量一个或多个参数(诸如信号功率)。可选择使用能提供最佳性能的设置，如由这一个或多个参数所衡量的。
在又一示例性设计中，可调节旁路电路中的可调节电路元件可基于预表征和动态调整的组合来进行调整。例如，功率放大器的性能和稳定性可以被预表征，并且可调节电路元件的能够为当前工作情景提供良好性能的设置可以从查找表中取回并被应用到该可调节电路元件。该可调节电路元件可随后在操作期间被动态调节(例如，在围绕对应于选定设置的标称值的更窄范围内)。可调节旁路电路中的可调节电路元件也可以其它方式来进行调节。
电源可以为功率放大器产生固定电源电压，例如，如图3至6D中所示。该固定电源电压可以基于对来自功率放大器的经放大RF信号的预期最大信号电平来进行选择。当经放大RF信号小于该最大信号电平时，使用固定电源电压可能会导致效率低下。
图7A示出对功率放大器740使用固定电源电压的图示。来自功率放大器740的经放大RF信号具有时变包络，并由标绘710示出。电源770为功率放大器740产生固定的电源电压。该固定电源电压由标绘720示出，并且高于经放大RF信号的最大振幅，以避免对经放大RF信号造成斩波。该固定电源电压与经放大RF信号的包络之间的差异代表浪费的能量，其被功率放大器740所耗散，而非传递给负载。
图7B示出用包络跟踪器772为功率放大器740生成可变电源电压的图示。包络跟踪器772接收指示经放大RF信号的包络的包络信号，并且基于该包络信号来为功率放大器740产生可变电源电压。该可变电源电压由标绘730示出，并随时间推移密切跟踪经放大RF信号的包络。因此，该可变电源电压与经放大RF信号的包络之间的差很小，这导致浪费的功率更少。功率放大器740对于所有或者绝大多数包络振幅可以工作在饱和状态，以增进功率放大器740的功率附加效率(PAE)。
在另一方面，可调节旁路电路可以与包络跟踪器结合使用，以增进与所述包络跟踪器耦合的放大器的所述性能和稳定性。该可调节旁路电路可包括至少一个可调节电路元件，其可被变动以(i)改变由于所述包络跟踪器的感性输出阻抗与旁路电容器所导致的谐振的谐振频率，(ii)改变该谐振的Q，和/或(iii)改变连接到该包络跟踪器的总电容。
图8示出具有可调节电源电压旁路的发射机830的示例性设计的框图。发射机830包括功率放大器840、输出电路850、负载860、包络跟踪器870和可调节旁路电路880。功率放大器840接收并放大输入RF信号，并提供经放大RF信号。输出电路850接收经放大RF信号，并将输出RF信号提供给负载860。功率放大器840可以是图2中的功率放大器240a到240m的任一个。包络跟踪器870为功率放大器840产生可变的电源电压。可调节旁路电路880执行对来自包络跟踪器870的可变电源电压的旁路。
在图8中示出的示例性设计中，包络跟踪器870包括包络放大器(EnvAmp)872、升压转换器874、切换器876和电感器878。升压转换器874接收电源电压(Vdd)，并产生经推升的电源电压(Vboost)，其高于Vdd电压。包络放大器872在其信号输入端处接收包络信号，在其两个电源输入端处接收Vdd电压和Vboost电压，并在节点U提供包含高频成分的第一电源电流。该包络信号密切跟踪来自功率放大器840的经放大RF信号的包络。当经放大RF信号低于特定信号电平时，包络放大器872可基于Vdd电压进行操作；当经放大RF信号超过该特定信号电平时，包络放大器872可基于Vboost电压进行操作。包络放大器872也可以指包络跟踪(ET)调制器。
切换器876接收Vdd电压，并在节点U处提供包含直流(DC)和低频成分的第二电源电流。切换器876也可以指开关模式电源(SMPS)。电感器878存储来自切换器876的电流并在交替的周期上将所存储的电流提供给节点U。提供给功率放大器840的总电源电流包括来自包络放大器872的第一电源电流和来自切换器876的第二电源电流。包络放大器872还在节点U为功率放大器840提供合适的电源电压。
图8示出包络跟踪器870的示例性设计。包络跟踪器也可以用其它方式实现。例如，包络跟踪器可只包括包络放大器，或可包括包络放大器和切换器(但不包括升压转换器)等。
可调节旁路电路880可以基于图5A至6D中示出的任何示例性设计来实现。也可以用其它方式实现可调节旁路电路880。
包络跟踪器可被用于降低功率放大器的功耗。包络跟踪器内的包络放大器通常包括线性级。该线性级需要的带宽取决于无线设备所支持的无线系统，并且对于WCDMA和LTE可能是几个或者几十个MHz。一般情况下，该线性级的带宽通常受限于容性负载，而且对于较大的容性负载，通常需要更多偏置电流来达成相同的带宽。该容性负载可由片上旁路电容器(其可被用于提供片上RF端接)所主导。这些旁路电容器可以提高功率放大器的性能。
如图8所示，即使在只存在一个功率放大器840时，也可将可调节旁路电路880用于包络跟踪器870。当存在一个功率放大器840时，在一些应用中或许不可能使用包络跟踪器870。例如，或许不可能使用包络跟踪器870，因为(i)同一功率放大器840被用于恒包络和变包络应用两者，且在恒包络应用中并非必须要使用包络跟踪器870，或(ii)包络跟踪器870不能提供当前所有应用中所需的电流量。如果包络跟踪器870因为原因(i)或(ii)而不被使用，则功率放大器840可以直接连接到主电源(未在图8中示出)，而不是包络跟踪器870。在这种情况下，可能希望取决于功率放大器840是连接到了包络跟踪器870还是主电源来变动可调节旁路电路880(例如，变动可调节旁路电容器)。
多个功率放大器可以共享同一包络跟踪器。每个功率放大器都可以具有耦合到包络跟踪器并位于其附近以便为该功率放大器提供良好的RF端接的旁路电容器。在这种情况下，这多个功率放大器的所有旁路电容器的总电容会很容易超过包络放大器以可接受的偏置电流消耗所能驱动的总电容。这个问题可以通过几种方式解决。在一个解决方案中，可仅对少量功率放大器(例如，这多个功率放大器的子集)使用包络跟踪器，而可以对剩余的功率放大器使用Vdd电压。在另一个解决方案中，可对这多个功率放大器使用多个包络追踪器，并且可将每个包络跟踪器用于这多个功率放大器的不同子集。但是，这两种解决方案中任一种都不像将单个包络跟踪器用于所有功率放大器那样高效。
在另一个方面，多个功率放大器可以共享共用电源连接，并且可将至少一个功率放大器的至少一个旁路电容器连接到该共用电源连接或从其断开连接，以减少该共用电源连接处的总旁路电容。这可使单个电源或单个包络跟踪器能为所有功率放大器提供固定的或可变的电源电压。这可使电路设计简便，并放宽电源或包络跟踪器的要求。
图9示出带有共享共用电源连接并具有可调节旁路电容的多个功率放大器940a至940k的发射机930的示例性设计的框图。发射机930包括分别耦合到K个输出电路950a至950k的K个功率放大器940a至940k。这K个输出电路950a至950k进一步耦合到开关共用器/双工器952，其又进一步耦合到天线954。
这K个功率放大器940a至940k进一步耦合到共用电源连接972。包络跟踪器970也耦合到共用电源连接972，并产生可变电源电压以用于被启用/选择的功率放大器。K个可调节旁路电路980a至980k也耦合到共用电源连接972，并分别位于这K个功率放大器940a至940k附近。在图9示出的示例性设计中，每个可调节旁路电路980包括与开关984串联耦合的电容器982，该电容器982与开关984的串联组合被耦合在共用电源连接972与电路接地之间。
在图9示出的示例性设计中，每个功率放大器的旁路电容器可以基于用于该旁路电容器的控制信号来被切入或者切出。这N个功率放大器940a至940k中的一个或者多个功率放大器可以在任何给定时刻被启用和导通。用于每个被启用的功率放大器的旁路电容器可被连接到共用电源连接972，并且所有其它旁路电容器可从该共用电源连接断开。断开被禁用和不被使用的功率放大器的旁路电容器可降低在共用电源连接处的总容性负载。
图9示出共享共用电源连接并具有可调节旁路电容的多个功率放大器的示例性设计。这些功率放大器可以被耦合到提供可变电源电压的包络跟踪器，如图9所示。替换地，这些功率放大器可以被耦合到提供固定电源电压的电源(未在图9中示出)。
也可以用其它方式来实现用于多个功率放大器的可调节旁路电容。在另一个示例性设计中，可以将固定的旁路电容器与可切换旁路电容器并联耦合。在这个示例性设计中，功率放大器的旁路电容中只有一小部分是可切换的。在一个示例性设计中，开关可以耦合在这些旁路电容器与电路接地之间，如图9所示。在另一示例性设计中，开关可以耦合在共用电源连接和旁路电容器之间(图9中未示出)。
在又一方面，功率放大器可由电源提供固定的电源电压，或者由包络跟踪器提供可变的电源电压。可调节旁路电容器可被用于功率放大器。
在示例性设计中，装置(例如，无线设备、IC、电路模块等)可以包括放大器和可调节旁路电路，例如，如图5A至5C中所示。放大器(例如，图5A至5C中的功率放大器540)可接收来自电源的电源电压。该放大器可包括功率放大器，其接收输入RF信号并提供经放大RF信号。该可调节旁路电路可以被耦合到该电源，并且可以旁路(例如，滤波)电源电压。该可调节旁路电路可以包括可调节电容器或耦合到可调节电阻器的固定电容器中的至少一者。
在一种示例性设计中，电源可包括为放大器提供固定电源电压的电源(例如，图5A至5C中的电源570)。在另一示例性设计中，电源可包括为放大器提供可变电源电压的包络跟踪器(例如，图8中的包络跟踪器870)。包络跟踪器可基于对应于输入RF信号的包络信号来产生该可变电源电压。
在一示例性设计中，可调节旁路电路可包括耦合在电源与电路接地之间的可调节电容器(例如，图5A中的电容器582)。该可调节电容器可包括多个可切换电容器(例如，图6A中的电容器612)。每个可切换电容器可以基于用于该可切换电容器的相应控制信号来被选中或者取消选中。
在另一示例性设计中，可调节旁路电路可包括串联耦合在电源与电路接地之间的固定电容器(例如，图5B中的电容器584)和可调节电阻器(例如，图5B中的电阻器586)。在一种示例性设计中，可调节电阻器可包括多个可切换电阻器(例如，图6B中的电阻器622)。每个可切换电阻器可以基于用于该可切换电阻器的相应控制信号来被选中或者取消选中。在另一种示例性设计中，该可调节电阻器可包括多个晶体管(例如，图6C中的NMOS晶体管632)。每个晶体管可以基于用于该晶体管的相应控制信号来被选中或者取消选中。每个晶体管在被选中时可以提供ON电阻。这多个晶体管可具有不同的尺寸，并且可在被选中时提供不同的ON电阻。
在另一示例性设计中，可调节旁路电路可包括串联耦合在电源与电路接地之间的可调节电容器(例如，图5C中的电容器592)和可调节电阻器(例如，图5C中的电阻器594)。可调节电容器可包括多个可切换电容器(例如，图6D中的电容器642)。每个可切换电容器可以基于用于该可切换电容器的相应第一控制信号来被选中或者取消选中。该可调节电阻器可包括多个可切换电阻器(例如，图6D中的电阻器652)。每个可切换电阻器可以基于用于该可切换电阻器的相应第二控制信号来被选中或者取消选中。
在另一示例性设计中，装置(例如，无线设备、IC、电路模块等)可包括多个放大器和多个可切换旁路电容器，例如，如图9中所示。这多个放大器(例如，图9中的功率放大器940)可以耦合到共用电源连接，并且可以接收由电源提供给该共用电源连接的电源电压。这多个可切换旁路电容器(例如，图9中的电容器982)还可以耦合到该共用电源连接，并且可以与这多个放大器关联。这多个可切换的旁路电容器中的每个电容器可与这多个放大器之一相关联。每个可切换旁路电容器可以与该共用电源连接进行连接或断开连接。在示例性设计中，每个可切换旁路电容器可以(i)当关联的放大器被启用时被连接到共用电源连接，或(ii)当关联的放大器被禁用时，从共用电源连接断开。
在示例性设计中，还可以将固定旁路电容器耦合到共用电源连接，并且可以使之与这多个放大器之一关联。一般情况下，可将任何数量的可切换旁路电容器和任何数量的固定的旁路电容器耦合到共用电源连接。每个放大器可以与零个或者更多个可开关旁路电容器以及零个或者更多个固定旁路电容器关联。
在示例性设计中，电源可包括将可变电源电压提供给共用电源连接的包络跟踪器，例如，如图9所示。在另一示例性设计中，电源可包括将固定电源电压提供给共用电源连接的电源。电源可提供电源电压给这多个放大器中被启用的一个或多个放大器。
图10示出用于放大器的电源电压旁路的过程1000的示例性设计。输入信号可以用所述放大器(例如，功率放大器)放大以获得经放大信号(框1012)。用于该放大器的电源电压可以用可调节旁路电路来旁路，该可调节旁路电路包括可调节电容器、耦合到可调节电阻器的固定电容器、或者耦合到可调节电阻器的可调节电容器中的至少一者(框1014)。
在一种示例性设计中，电源可包括产生固定电源电压的电源。固定电源电压可以作为电源电压提供给放大器。在另一示例性设计中，电源可以包括产生可变电源电压(例如，基于所述输入信号的包络信号来产生可变电源电压)的包络跟踪器。该可变电源电压可以作为用于该放大器的电源电压来提供。
本文中描述的可调节旁路电路可以实现于IC、模拟IC、RFIC、混合信号IC、ASIC、印刷电路板(PCB)、电子设备等上。可调节旁路电路也可以用各种IC工艺技术来制作，诸如互补金属氧化物半导体(CMOS)、NMOS、P沟道MOS(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)、绝缘体上覆硅(SOI)等。
实现本文中描述的可调节旁路电路的装置可以是自立的设备，或者是更大设备的一部分。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、或能被用来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。上述的组合也应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了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)

1.一种装置，包括：
放大器，其配置为接收来自电源的电源电压；以及
可调节旁路电路，其耦合至所述电源，并被配置为旁路所述电源电压，所述可调节旁路电路包括可调节电容器和耦合至可调节电阻器的固定电容器中的至少一者。
2.如权利要求1所述的装置，所述可调节旁路电路包括耦合在所述电源与电路接地之间的所述可调节电容器。
3.如权利要求2所述的装置，所述可调节电容器包括多个可切换电容器，每个可切换电容器基于用于该可切换电容器的相应控制信号来被选中或取消选中。
4.如权利要求1所述的装置，所述可调节旁路电路包括串联耦合并且耦合在所述电源和电路接地之间的所述固定电容器和所述可调节电阻器。
5.如权利要求4所述的装置，所述可调节电阻器包括多个可切换电阻器，每个可切换电阻器基于用于该可切换电阻器的相应控制信号来被选中或取消选中。
6.如权利要求4所述的装置，所述可调节电阻器包括多个晶体管，每个晶体管基于用于该晶体管的相应控制信号被选中或取消选中，每个晶体管在被选中时提供ON电阻。
7.如权利要求6所述的装置，所述多个晶体管具有不同的尺寸，并且在被选中时提供不同的ON电阻。
8.如权利要求1所述的装置，所述可调节旁路电路包括耦合到所述可调节电容器的可调节电阻器。
9.如权利要求8所述的装置，所述可调节电容器和所述可调节电阻器串联耦合并且耦合在所述电源与电路接地之间。
10.如权利要求9所述的装置，所述可调节电容器包括多个可切换电容器，每个可切换电容器基于用于该可切换电容器的相应第一控制信号来被选中或取消选中，并且所述可调节电阻器包括多个可切换电阻器，每个可切换电阻器是基于用于该可切换电阻器的相应第二控制信号来被选中或取消选中。
11.如权利要求1所述的装置，所述电源包括包络跟踪器，其被配置成为所述放大器提供可变电源电压。
12.一种装置，包括：
多个放大器，其耦合到共用电源连接，并且配置成接收由电源提供给所述共用电源连接的电源电压；以及
多个可切换旁路电容器，其耦合到所述共用电源连接，并与所述多个放大器关联，所述多个可切换旁路电容器中的每一者与所述共用电源连接进行连接或者断开连接。
13.如权利要求12所述的装置，所述电源包括包络跟踪器，其被配置成将可变电源电压提供给所述共用电源连接。
14.如权利要求12所述的装置，其中所述多个可切换旁路电容器中的每一者与所述多个放大器之一相关联，并且其中每个可切换旁路电容器在关联的放大器被启用时被连接到所述共用电源连接，而在关联的放大器被禁用时从所述共用电源连接断开。
15.如权利要求12所述的装置，进一步包括：
固定旁路电容器，其耦合到所述共用电源连接。
16.一种方法，包括：
用放大器放大输入信号，以获得经放大信号；以及
用可调节旁路电路来旁路用于所述放大器的电源电压，所述可调节旁路电路包括可调节电容器或者耦合至可调节电阻器的固定电容器中的至少一者。
17.如权利要求16所述的方法，进一步包括：
用包络跟踪器产生可变电源电压以作为所述电源；以及
提供所述可变电源电压作为用于所述放大器的电源电压。
18.一种设备，包括：
用于放大输入信号以获得经放大信号的装置；以及
用于旁路用于所述用于放大的装置的电源电压的装置，所述用于旁路的装置包括可调节电容器或者耦合至可调节电阻器的固定电容器中的至少一者。
19.如权利要求18所述的设备，进一步包括：
用于产生可变电源电压以作为所述电源的装置；以及
用于提供所述可变电源电压以作为用于所述放大器的电源电压的装置。
20.一种装置，包括：
多个放大器，其耦合到共用电源连接并被配置成接收由电源提供至该共用电源连接的电源电压；以及
多个可切换旁路电容器，其耦合到所述共用电源连接并且与所述多个放大器相关联，所述多个可切换旁路电容器中的每一者基于所述多个放大器中的相关联的放大器的工作状态来被连接到所述共用电源连接或从所述共用电源连接断开。
21.如权利要求20所述的装置，其特征在于，所述电源包括包络跟踪器，所述包络跟踪器被配置成向所述共用电源连接提供可变电源电压。
22.如权利要求20所述的装置，其特征在于，所述多个可切换旁路电容器中的每一者与所述多个放大器中的一者相关联，并且其中每个可切换旁路电容器在关联的放大器被启用时被连接到所述共用电源连接，并且在所述关联的放大器被禁用时从所述共用电源连接被断开。
23.如权利要求20所述的装置，其特征在于，进一步包括：耦合到所述共用电源连接的固定旁路电容器。
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