CN107431460B - 用于射频功率放大的电源调制 - Google Patents

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Abstract

在此描述的主题涉及用于射频功率放大的电源调制。在一个实施例中，包络的电压电平具有可调的阀值电压。高于阀值电压的包络的高电平部分被保持，并且例如由线性放大过程来放大。另一方面，包络的低电平部分被替换为恒定的低电压电平。在放大中，经整形的低电平部分可被提升至预定义的低电压电平，该低电压可被直接输出到RFPA的电源。通过消除在包络的低电平部分上的复杂的放大处理，在不引入任何时序不匹配或者延时的情况下，电源调制的效率和带宽能够得到提高并且电路能够被简化。

Description

用于射频功率放大的电源调制
背景技术
随着无线通信的发展，在移动环境中存在越来越多对于各种数据服务的需求。第四代(“4G”)及其以后的无线通信标准允许更高的传输速率和更宽的带宽。同时，信号的峰均功率比(“PAPR”)也相对较高。总体而言，高的PAPR将对使用复杂调制激励的射频(“RF”)功率放大器(“RFPA”)的平均效率带来负面影响并且因此降低系统性能。
为了提供RFRA的高效率，包络跟踪(“ET”)和包络消除与恢复(“EER”)已经被提出。电源调制是RFPA的重要因素。RF包络能够被跟踪并且输入至电源调制器中。根据RF包络，调制器提供动态电源输出到RFPA从而自适应地放大RF信号。为了执行有效率的和有效果的信号放大，特别是对具有高PAPR的信号，在电源调制解决方案的技术中，需要在不增加电源调制器的电路复杂性的情况下能够提供高效率和高带宽在此描述的主题。
发明内容
当应用高PAPR信号时，传统的固定的直流(DC)供电的RFPA急剧地降低效率并且因此不适用于4G及其以后的通信标准。已经提出了基于瞬时输出功率电平的先进的RFPA技术。然而，已知电源调制器受制于时序对准的困难，例如，由于线性放大和开关级的并行操作。作为结果，在较宽的带宽操作中，效率和线性度将大大降低。此外，已知电源调制器通常依赖于开关级中的下沉部分，这会导致额外的功率损耗。
在此描述的主题的实施例提供了一种RFPA的电源调制方案。给定RF信号的包络，包络的电压电平可以与可调阀值电压进行比较。如果包络电压大于或等于阀值电压，模拟包络将被保持。包络的未被改变的、模拟的高电平部分可以被放大，例如由线性放大或任何其他适合的处理来放大。
另一方面，如果包络的电压低于阀值电压，包络电压可以被替代为预定义的低电压，其在一个实施例中可以是地电平。也即，恒定的低电压能够被用于所有低于阀值电压的包络值。作为结果，包络的低电平部分将通过脉冲供电被整形。在包络放大级，包络经塑形的低电平部分被提高到预定义的低电源电压，它可以直接被输出到RFPA的电源，无须经过任何复杂的放大过程。
这样，电源调制器中包络放大的效率可以通过消除复杂的放大过程来提高。进一步地，传统解决方案中的开关部分不再需要。作为结果，电源调制器的电路复杂性能够被极大地降低。此外，用于控制放大器的放大器和开关被串联排列以直接提供调制器输出。因此，不同于线性放大和开关级以并行方式运行的传统电源调制器，在此描述的主题的实施例不会导致时序失配。这降低了不同级之间的延时并且提高了电源调制的线性度和效率，尤其是对于宽带应用。此外，根据在此描述的主题的实施例，可以处理更高带宽的包络信号。
提供该发明内容是为了以简化的方式介绍以下详细描述中被进一步描述的观点的选集。该发明内容确定所公开的在此描述的主题的关键特性或基本特性，也无意限制在此描述的主题的范围。
附图说明
图1图示了在此描述的主题的一个实施例可实现于其中的设备的框图；
图2根据在此描述的主题的一个实施例图示了电源调制器的框图；
图3根据在此描述的主题的一个实施例图示了包络整形的示意图；
图4根据在此描述的主题的一个实施例图示了包络放大的示意图；
图5根据在此描述的主题的一个实施例图示了用于调制RF信号的包络的装置的框图；
图6根据在此描述的主题的一个实施例图示了电源调制器的电路的框图；以及
图7根据在此描述的主题的一个实施例图示了用于调制RF信号的包络的方法的流程图。
具体实施方式
现在将参考若干示例实施例来描述在此描述的主题的原理。应当理解，描述这些实施例只是为了使本领域技术人员能够更好地理解进而实现在此描述的主题，而并非以任何方式限制在此描述的主题的范围。
在此使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”；术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。其他术语的相关定义将在下文描述中给出。
图1示出了在此描述的主题的一个实施例的设备100的框图。设备100可以是具有无限通信能力的移动设备。然而，应当理解，任何其他类型的用户设备类型也可以容易地采取在此描述的主题的实施例，诸如个人数字助理(PDA)、寻呼机、移动计算机、移动TV、游戏装置、膝上式计算机、照相机、视频照相机、GPS设备和其他类型的语音和文本通信系统。固定类型的设备同样可以容易地使用在此描述的主题的实施例。
如图所示，设备100包括可操作地与发射器114和接收器116通信的一个或多个天线112。利用这些设备，设备100可以执行与一个或多个基站(BS)的蜂窝通信。特别地，根据在此描述的主题的实施例，设备100包括RFPA(未示出)用以放大RF信号。而且，设备100支持ET处理用以跟踪RF信号的包络。所跟踪的包络被馈送到电源调制器(未示出)中，使得电源调制器根据包络向RFPA提供动态输出。
设备100还包括至少一个处理器控制器120。应当理解，控制器120包括实现设备100的所有功能所需要的电路。例如，控制器120可以包括数字信号处理器设备、微处理器设备、模数(A/D)转换器、数模(D/A)转换器以及其他支持电路。设备100的控制和信号处理功能根据这些设备各自的能力分配。
设备100还可以包括用户接口，例如可以包括振铃器122、扬声器124、扩音器126、显示器或取景器128以及输入接口130，所有以上设备都耦合至控制器120。设备100还可以包括用于捕捉静态图像和/或动态图像的相机模块136。
设备100还包括电池134，诸如振动电池组，用于向操作设备100所需要的各种电路供电，并且备选地提供机械振动作为可检测的输出。在一个实施例中，设备100还包括用户识别模块(UIM)138。UIM 138通常是具有内置的处理器的存储器设备。UIM 138可以例如包括订户识别模块(SIM)、通用集成电路卡(UICC)、通用用户识别模块(USIM)或可移动用户识别模块(R-UIM)等等。UIM 138可以包括根据在此描述的主题的实施例的卡连接检测装置。
设备100还包括存储设备。例如，设备100可以包括易失性存储器140，例如，包括高速缓存区域中的用于临时存储数据的易失性随机存取存储器(RAM)。设备100还可以包括其他的可以是嵌入的或可移动的非易失性存储器142。非易失性存储器142可以附加地或备选地例如包括EEPROM和闪存等。存储器可以存储多个信息片段中的任意项和设备100使用的数据，以便实现设备100的功能。例如，存储器可以包含机器可执行指令，其在被执行时使得控制器120实现下文描述的方法。
应当理解，图1中的结构框图仅仅示出用于说明目的，并非旨在限制在此描述的主题的范围。在某些情况下，某些组件可以按照具体需要而增加或者减少。
图2根据在此描述的主题的一个实施例图示了用于RFPA的电源调制器的高层框图。如图所示，总体上，电源调制器200包括包络整形级210和包络放大级220。每一个级(stage)可以实现为一个或多个硬件、软件和/或固件组件。
RF信号的包络可以借助于ET处理而被获取。已知或将来开发的任何适合的ET技术均可与与在此描述的主题的实施例结合使用。所跟踪的RF信号的包络可以被输入至包络整形级210，包络在此被整形。经整形的包络继而被提供给包络放大级220以用于包络放大。由于包络跟踪和调制，RFPA的效率和输出功率可以得到优化。
根据在此描述的主题的实施例，在包络整形级210，包络基于其电压被整形。在一个实施例中，包络整形级210可以包括比较器(未示出)。在操作中，如果RF包络的电压大于或等于预定义的电压电平，包络的该高电平部分将被保持为模拟电压。也即，在整形级210，包络的高电平部分保持不变。
另一方面，如果包络的电压低于阀值电压，则可以通过将包络替换为预定义的低电压来完成整形。该低电压可以是恒定的、足够低的电压电平。例如，该低电压低于预定义的下限阀值电压。通过将包络的模拟低电平部分替换为低电压，所生成的包络的经整形低电平部分将是槽形脉冲。
特别地，在一个实施例中，用于替换包络的初始低电平部分的低电压可以是零电压。在这样的实施例中，如果包络的电压被确定为低于阀值电压，那么包络整形级210可能直接截止到地电平。这样，包络整形和放大过程能够高效地完成。
图3根据在此描述的主题的一个实施例图示了包络整形的示意图。如图所示，预定义的阀值电压Vth被用来将包络300划分为高电平部分310和低电平部分320。阀值电压Vth可以根据相关的因素被选择和/或更新，例如根据设备的一个或多个属性。例如，在一个实施例中，有可能动态地确定RF信号的PAPR，并且基于所确定的PAPR来更新阀值电压Vth。例如，当PAPR相对较高时，阀值电压Vth可以被提高。由此，包络的主要部分可以被替换为恒定的低电压，从而提高了电源调制器和PFPA的效率。
高电平部分310将被保持为模拟的形式。相反，初始的低电平部分320将被替换为低于下限阀值电压(VLth)的恒定低电压。可以看到，VLth低于阀值电压Vth。如上所述，在一个实施例中，低电压可以被设置为地电平。这样，经整形的包络由两个部分310和330组成。经整形的高电平部分310是包络的初始高电平部分，而经整形的低电平部分330是槽形脉冲。
应当理解，尽管图3所示的包络300包含高电平部分和低电平部分两者，这仅为了说明的目的，无意对在此描述的主题的范围施加任何限制。在一个实施例中，包络可以仅包含高电平部分或者低电平部分。
仍然参考图2，在包络放大级220，经整形的包络可以基于其电压被放大，从而实现电源调制。一般地，根据在此描述的主题的实施例，包络的模拟高电平部分和脉冲低电平部分被分别放大。也即，不同的放大方法被应用于高电平部分和低电平部分。
更具体地，对于包络电压大于或等于阀值电压(Vth)的经整形的包络高电平部分，可以应用包络放大过程。为此，可以使用包络放大器来放大包络的未改变部分310。
例如，在一个实施例中，可以使用线性放大器向包络的未改变的高电平部分应用线性放大过程。在一个实施例中，线性放大可以参考一个电源电压来完成。为讨论之目的，用于包络的高电平部分的线性放大中的电源电压被称为“高电源电压”并且被表示为“VH”。高电源电压VH足够高。特别地，高电源电压VH至少要大于阀值电压(Vth)，并且仅在有效时可用于包络放大器(例如，线性放大器)。
应当理解为，线性放大器/放大的使用仅为了说明的目的，不表示对于在此描述的主题的范围的任何限制。目前已知或将来开发的任何合适的放大过程以及他们相关联的放大器能够被用于包络放大级220以放大包络的高电平部分。
槽形的低包络部分以不同的方式被放大。在一个实施例中，恒定的低电压可以被直接提高至或替换为一个电源电压，该电源电压较低。为讨论之目的，该电源电压被称为“低电源电压”并且被表示为“VL”。应当理解为，低电源电压大于经整形的包络的低电平部分的低电压。例如，在一个实施例中，低电源电压大于下限阀值电压VLth。当然，将会理解，低电源电压仍然是相对较低的电压。例如，低电源电压低于阀值电压Vth。
特别地，在一个实施例中，低电源电压VL的设定可以将设备100的一个或多个属性纳入考虑。例如，在一个实施例中，低电源电压VL大于设备100中RFPA的膝点电压(kneevoltage)或者开启电压(cut-in voltage)。如已知的，膝点电压是指这样的正向电压，达到该电压通过RFPA的电流开始急剧升高。如果输入至RFPA的包络低于膝点电压，将带来严重的失真以及难以被线性化的记忆效应。通过使用高于膝点电压的低电源电压VL，有可能保证RFPA操作远离膝点电压区域。
图4根据在此描述的主题的一个实施例图示了包络放大的示意图。如上所述，例如可以通过参考高电源电压VH的线性放大过程来放大高电平部分310。可以看到，高电源电压VH大于阀值电压Vth。放大过程产生放大的高电平部分410。
例如，在一个实施例中，通过使用低电源电压VL替换恒定低电压放大，低电源电压VL可大于RFPA的膝点电压。作为结果，在放大的包络400中，由整形级210(图3中所示)获取的脉冲330被放大为低电源电压VL的脉冲420，没有经过任何复杂的放大过程。
应当理解，根据在此描述的主题的实施例，例如线性放大器的包络放大器并非始终处于工作中。相反，通过针对低于阀值电压的所有包络值使用固定的低DC电源电压，放大器只需要处理包络的高电平部分。由此，通过消除对低电平包络的放大过程，包络放大器能够间隔地运行以提高调制效率。特别地，在一个实施例中，例如通过电源开关，低电源电压VL可以被直接提供给RFPA。这样，调制效率能够进一步提高。
图5根据在此描述的主题的一个实施例图示了电源调制器500的框图。调制器500可以被视为图2中所示的装置200的实现。如图所示，电源调制器500包括包络整形级210，该包络整形级210已参考图2讨论并且将不再重复。
在所示实施例中，电源调制器500中的包络放大级220包括包络放大器510和电源开关520。包络放大器510被配置为使用大于阀值电压(Vth)的电压，仅对包络的高电平部分进行放大。特别地，在包络整形级210与包络放大器510之间耦合有开关530。开关530可以由来自包络整形级210的控制信号驱动。
如上所述，在操作中，如果包络的电压大于或等于阈值电压Vth，包络将保持不变并从包络整形级210输出。此时，包络整形级210输出控制信号540以闭合开关530，使得包络的高电平部分被输入至包络放大器510。此外，包络整形级210输出另一控制信号560至电源开关520，电源开关520转而将高电源电压VH通过开关550耦合至包络放大器530。应当理解，虽然控制信号540和控制信号560被表示为分离的信号，但是它们能够被实现为同一控制信号并且从包络整形级210的单个端子被输出。
包络放大器510参考高电源电压VH对包络的未改变的高电平部分应用放大过程，例如线性放大。包络放大器510继而输出经放大的包络570。控制信号540驱动开关580，使得包络放大器510的输出信号570被耦合至RFPA。这样，放大后的高电平包络570作为经调制的包络被输出至RFPA。
如果包络的电压小于阈值电压Vth，包络整形级210将包络电压替换为恒定的低电压，例如零电压。此时，包络整形级210可以输出控制信号540以断开开关530，使得包络放大器510从包络整形级210被断开并且由此被旁路。包络整形级210进一步通过控制信号560控制电源开关520，使得低电源电压VL经由开关580以及电源开关520被馈送至开关580。同样由控制信号540驱动的开关580将低电源电压VL直接输出到RFPA。以此方式，包络的低电平部分以高效的方式被调制。
图6根据在此描述的主题的一个实施例图示了电源调制器600的电路的框图，该电路可被用于实现电源调制器，例如调制器500。应当理解，图6中所示的电路仅为了说明的目的被描述，不表示对于在此描述的主题的范围的任何限制。
如图所示，电源调制器600包括输入节点610和输出节点615。比较器620被耦合至输入节点610并且具有电压输出端625。比较器620可以作用为包络整形级210。在一个实施例中，比较器620可操作以将从输入节点610接收的RF信号的包络的电压与阀值电压(Vth)进行比较。如果包络的电压大于或等于阀值电压，比较器620经由电压输出端625输出包络的未改变的模拟的高电平部分。如果包络的电压小于阀值电压，比较器620经由电压输出端625输出恒定的低电压。例如，在一个实施例中，该恒定低电压可以是零电压。由此，在经由电压输出端625提供的信号中，高电平部分是模拟电压，而低电平部分是槽形脉冲。
包络放大级220包括被耦合在比较器625与输出节点615之间的放大器630。放大器630可以基于比较器620所执行的比较的结果而被启动或禁用。如上所述，当被启用时，放大器630可操作以放大从比较器620的电压输出端625接收到的包络的未改变的高电平部分。放大后的包络经由输出端655而被提供。
此外，电源比较器600包括第一开关635和第二开关640。第一开关635被耦合于比较器620和放大器630之间。基于由比较器620进行的比较，第一开关635可操作以启用或禁用放大器630。第二开关640被耦合至比较器620、放大器630和输出节点615。基于由比较器620进行的比较，第二开关640可操作以将输出节点615连接至放大器630的输出端655或者低电源电压VL。如上所述，在一个实施例中，低电源电压VL大于被耦合至电源调制器600的输出节点615的RFPA的膝点电压。
在一个实施例中，对第一开关635和第二开关640的驱动可以通过由比较器620提供的控制信号来实现。特别地，在此实施例中，比较器620可以具有一个或多个控制输出645。应当理解，尽管在图6中示出了两个输出端645，但这仅仅是出于说明之目的。控制信号可以从单个控制输出端被输出。
在操作中，如果包络的电压大于或等于阀值电压，比较器620经由控制输出端645提供第一控制信号。响应于第一控制信号，第一开关635被驱动为将放大器630的参考电压输入650连接至高电源电压VH，并且第二开关640被驱动为将输出节点615连接至放大器630的输出655。由此，包络的高电平部分通过放大器630被放大，并且放大后的包络被输出至RFPA。
如果包络的电压低于阀值电压，比较器620经由控制输出645端提供不同于第一控制信号的第二控制信号。响应于第二控制信号，第一开关635被驱动为将放大器630的参考电压输入650接地，从而旁路放大器630。响应于第二控制信号，第二开关640被驱动为将输出节点615连接至低电源电压VL。由此，低电源电压VL可以直接从电源调制器600被输出，无须对包络的低电平部分的任何复杂的放大过程，因为提高了电源调制的效率和带宽。
在一个实施例中，如图6中所示，第一开关635和第二开关640可以被相应的开关驱动级来驱动。特别地，电源调制器600包括用于第一开关635的第一开关驱动级660，以及用于第二开关640的第二开关驱动级670。在一个实施例中，由比较器620提供的第一控制信号和/或第二控制信号是数字信号。在此实施例中，开关驱动级660可以包括数字信号放大器662，用于放大经由比较器620的控制输出645提供的数字控制信号。放大的控制信号可以被提供给三态控制逻辑664，其驱动第一开关635以将包络放大器630的参考电压输入650耦合至高电源电压VH或地。第二开关驱动级670的结构和功能可与第一驱动级660相同。也即，第二开关驱动级670可以包括数字信号放大器672和三态控制逻辑674。
可以使用目前已知或将在将来开发的任何适当的电路设备，能够被用于实现电源调制器600中的模块。例如，在一个实施例中，两级操作的放大器用作线性增益模块以及脉冲整形发生器脉冲放大器。偏压二级管可以为开关模式线性级提供参考偏置电压。线性放大级的开关操作通过开关其偏置参考电压来实现。N型功率场效应晶体管(MOSFET)设备用于执行线性功率放大。作为简化的实现，肖特基功率二极管可以被用于选择Vth和VL。
图7根据在此描述的主题的一个实施例图示了用于调制RF信号的包络的方法700的流程图。方法700开始于步骤710，在此RF信号的包络被接收。RF信号的包络例如可以由ET处理获取。
继而，在步骤720，确定包络的电压是否大于或等于阀值电压。如果是，方法700进行到步骤730，在此包络被保持以便进行放大。如果包络的电压低于阀值电压，方法700进行到步骤740，在此包络的电压被替换为低于下限阀值电压的预定义低电压。
在步骤750，经整形的包络基于包络的电压被放大，放大后的包络将被提供给RFPA以用于放大RF信号。具体而言，在一个实施例中，如果包络的电压大于或等于阀值电压，可以通过对包络的未改变的电压应用包络放大过程，来放大经整形的包络。在一个实施例中，线性包络放大可以参考大于上限阀值电压的高电源电压而被应用于包络的未改变的电压。
另一方面，如果包络的电压低于阀值电压，在步骤750，可以通过将预定义的低电压提高至大于下限阀值电压的低电源电压，来放大经整形的包络。在一个实施例中，预定义的低电压是零电压，并且低电源电压大于RFPA的膝点电压。特别地，在一个实施例中，低电源电压可以被直接提供给RFPA，而包络放大器被旁路。
在一个实施例中，在可选的步骤760，可以根据RF信号经检测的PAPR来更新阀值电压(Vth)。以此方式，可以根据RF信号的特征而动态地、自适应地优化电源调制器和RFPA的效率和带宽。
为了说明的目的，一些示例实施例已经在以上被描述。应当理解，根据在此描述的主题的实施例，包络放大器不低效地放大传统的模拟包络。反而，通过伪槽整形包络处理并通过开/关电源放大该伪槽包络，功率得以节省。此外，通过对所有低于阀值电压的包络值使用恒定的低电源电压，包络放大器仅需要处理包络的高电平部分。作为结果，通过消除低电平包络的放大过程，包络放大器能够间隔地运行以提高调制效率。此外，当保持高放大效率时，PAPR能够保持为较低。
此外，可以看到，根据在此描述的主题的实施例，传统的开关部分不再需要。反而，电源开关可以被用于向包络放大器和电源调制器输出，分别地以及直接地提供高电源电压VH和低电源电压VL。在实践中，电源开关能够被实现为简单的开关，它根据由小信号开关级生成的控制信号向包络放大器提供VH以及向调制器输出提供VL。结合开关电源(SMPS)的消除极大地降低了对于移动设备的电源调制器的电路复杂性。
此外，可以看到，包络放大器和开关能够被串联排列以直接提供输出至调制器输出。对比于传统解决方案，其中线性和开关部分以并行方式并且一直运行从而输出必须被并入总和节点以获得最后的输出，在此描述的主题的实施例摆脱了时序对齐的困难。这允许电源调制器处理更宽带宽的包络信号。级之间延时的影响被最小化，并且线性度和效率还由于消除时序不匹配而被提高。此外，通过对包络的低电平部分整形，对于后续的功率处理块的功率损耗能够被降低。
在此描述的功能能够通过一个或多个硬件逻辑组件被执行，至少部分被执行。例如，但不限于，能够被使用的硬件逻辑组件的示例类型包括现场可编程门阵列(FPGAs)、专用集成电路(ASICs)、专用标准产品(ASSPs)、片上系统(SOCs)、复杂可编程逻辑器件(CPLDs)等。
在此描述的主题的各种示例实施例可以在硬件或专用电路、软件、逻辑，或其任何组合中实施。某些方面可以在硬件中实施，而其他方面可以在可以由控制器、微处理器或其他计算设备执行的固件或软件中实施。当在此描述的主题的实施例的各方面被图示或描述为框图、流程图或使用某些其他图形表示时，将理解此处描述的方框、装置、系统、技术或方法可以作为非限制性的示例在硬件、软件、固件、专用电路或逻辑、通用硬件或控制器或其他计算设备，或其某些组合中实施。
作为示例，在此描述的主题的实施林可以在机器可执行指令的上下文中被描述，机器可执行指令诸如包括在目标的真实或者虚拟处理器上的器件中执行的程序模块中。一般而言，程序模块包括例程、程序、库、对象、类、组件、数据结构等，其执行特定的任务或者实现特定的抽象数据结构。在各实施例中，程序模块的功能可以在所描述的程序模块之间合并或者分割。用于程序模块的机器可执行指令可以在本地或者分布式设备内执行。在分布式设备中，程序模块可以位于本地和远程存储介质二者中。
用于实现在此描述的主题的方法的计算机程序代码可以用一种或多种编程语言编写。这些计算机程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程的数据处理装置的处理器，使得程序代码在被计算机或其他可编程的数据处理装置执行的时候，引起在流程图和/或框图中规定的功能/操作被实施。程序代码可以完全在计算机上、部分在计算机上、作为独立的软件包、部分在计算机上且部分在远程计算机上或完全在远程计算机或服务器上执行。
在本公开的上下文中，机器可读介质可以是包含或存储用于或有关于指令执行系统、装置或设备的程序的任何有形介质。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读存储介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁的、光学的、电磁的、红外的或半导体系统、装置或设备，或其任意合适的组合。机器可读存储介质的更详细示例包括带有一根或多根导线的电气连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存储存取器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光存储设备、磁存储设备，或其任意合适的组合。
另外，尽管操作以特定顺序被描绘，但这并不应该理解为要求此类操作以示出的特定顺序或以相继顺序完成，或者执行所有图示的操作以获取期望结果。在某些情况下，多任务或并行处理会是有益的。同样地，尽管上述讨论包含了某些特定的实施细节，但这并不应解释为限制任何主题或权利要求的范围，而应解释为对可以针对特定主题的特定实施例的描述。本说明书中在分开的实施例的上下文中描述的某些特征也可以整合实施在单个实施例中。反之，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以分离地在多个实施例或在任意合适的子组合中实施。
尽管已经以特定于结构特征和/或方法动作的语言描述了主题，但是应当理解，所附权利要求中限定的主题并不限于上文描述的特定特征或动作。相反，上文描述的特定特征和动作是作为实现权利要求的示例形式而被公开的。

Claims (20)

1.一种用于电源调制的方法，包括：
将射频(RF)信号的包络的电压与阀值电压进行比较；
响应于所述包络的所述电压大于或等于所述阀值电压，通过保持所述包络不变对所述包络进行整形；
响应于所述包络的所述电压低于所述阀值电压，通过将所述包络的所述电压替换为预定义的低电压对所述包络进行整形，所述预定义的低电压低于所述阀值电压；以及
放大经整形的包络，放大后的包络被提供给射频功率放大器(RFPA)以用于放大所述RF信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其中放大所述经整形的包络包括：
响应于所述包络的所述电压大于或等于所述阀值电压，通过对所述包络的未改变的所述电压应用包络放大过程，来放大所述经整形的包络。
3.根据权利要求2所述的方法，其中应用所述包络放大过程包括：
参考高电源电压对所述包络的未改变的所述电压应用线性包络放大过程，所述高电源电压大于所述阀值电压。
4.根据权利要求1所述的方法，其中放大所述经整形的包络包括：
响应于所述包络的所述电压低于所述阀值电压，通过将所述预定义的低电压提升至低电源电压来放大所述经整形的包络，所述低电源电压低于所述阀值电压。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述预定义的低电压是零电压，并且其中所述低电源电压大于所述RFPA的膝点电压。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其中放大所述经整形的包络包括：
响应于所述包络的所述电压低于所述阀值电压，直接向所述RFPA提供所述低电源电压。
7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
检测所述RF信号的峰均功率比(PAPR)；以及
至少部分地基于检测到的所述PAPR来更新所述阀值电压。
8.一种用于电源调制的装置，包括：
包络整形级，被配置为：
响应于射频(RF)信号的包络的电压大于或等于阀值电压，通过保持所述包络不变来对所述包络进行整形，
响应于所述包络的所述电压低于所述阀值电压，通过将所述包络的所述电压替换为预定义的低电压来对所述包络进行整形，所述预定义的低电压低于所述阀值电压；以及
包络放大级，被配置为放大经整形的包络，放大后的包络被提供给射频功率放大器(RFPA)以用于放大所述RF信号。
9.根据权利要求8所述的装置，其中所述包络放大级包括包络放大器，被配置为响应于所述包络的所述电压大于或等于所述阀值电压，对所述包络的未被改变的所述电压应用包络放大过程。
10.根据权利要求9所述的装置，其中所述包络放大器包括线性放大器，被配置为参考高电源电压对所述包络的未改变的所述电压应用线性包络放大过程，所述高电源电压大于所述阀值电压。
11.根据权利要求8所述的装置，其中所述包络放大级被配置为响应于所述包络的所述电压低于所述阀值电压，通过将所述预定义的低电压提升至低电源电压来放大所述经整形的包络，所述低电源电压低于所述阀值电压。
12.根据权利要求11所述的装置，其中所述预定义的低电压是零电压，并且其中所述低电源电压大于所述RFPA的膝点电压。
13.根据权利要求11或12所述的装置，其中所述包络放大级包括电源开关，被配置为响应于所述包络的所述电压低于所述阀值电压，直接向所述RFPA提供所述低电源电压。
14.根据权利要求8所述的装置，其中所述包络整形级被进一步配置为至少部分地基于所述RF信号的峰均功率比(PAPR)来更新所述阀值电压。
15.一种电源调制器，包括：
输入节点；
输出节点；
比较器，被耦合至所述输入节点并且具有电压输出端，所述比较器可操作以：
将射频(RF)信号的包络的电压与阀值电压进行比较，所述包络从所述输入节点被接收，
响应于所述包络的所述电压大于或等于所述阀值电压，经由所述电压输出端提供所述包络的所述电压，以及
响应于所述包络的所述电压低于所述阀值电压，经由所述电压输出端提供恒定低电压；
放大器，耦合于所述比较器与所述输出节点之间，所述放大器在被启用时可操作以放大从所述比较器的所述电压输出端接收到的所述包络的所述电压；
第一开关，被耦合至所述比较器和所述放大器，所述第一开关可操作以基于由所述比较器进行的所述比较而启用或禁用所述放大器；以及
第二开关，被耦合至所述比较器、所述放大器和所述输出节点，所述第二开关可操作以基于由所述比较器进行的所述比较，将所述输出节点连接至所述放大器的输出端或者低电源电压，所述低电源电压低于所述阀值电压。
16.根据权利要求15所述的电源调制器，其中所述比较器还具有控制输出端并且可操作以：
响应于所述包络的所述电压大于或等于所述阀值电压，经由所述控制输出端向所述第一开关和所述第二开关提供第一控制信号；以及
响应于所述包络的所述电压低于所述阀值电压，经由所述控制输出端向所述第一开关和所述第二开关提供第二控制信号，所述第二控制信号不同于所述第一控制信号。
17.根据权利要求16所述的电源调制器，其中所述放大器具有耦合至所述第一开关的参考电压输入端，并且其中所述第一开关可操作以：
响应于所述第一控制信号，将所述参考电压输入端连接至高电源电压，所述高电源电压大于所述阀值电压；以及
响应于所述第二控制信号，将所述参考电压输入端接地。
18.根据权利要求16所述的电源调制器，其中所述第二开关可操作以：
响应于所述第一控制信号，将所述输出节点连接至所述放大器的所述输出端；以及
响应于所述第二控制信号，将所述输出节点连接至所述低电源电压。
19.根据权利要求15所述的电源调制器，进一步包括：
第一开关驱动级，耦合于所述比较器与所述第一开关之间，并且可操作以基于由所述比较器进行的所述比较来驱动所述第一开关；以及
第二开关驱动级，耦合于所述比较器与所述第二开关之间，并且可操作以基于由所述比较器进行的所述比较来驱动所述第二开关。
20.根据权利要求15所述的电源调制器，其中所述恒定低电压是零电压，并且其中所述低电源电压大于被耦合至所述输出节点的射频功率放大器(RFPA)的膝点电压。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101522644B1 (ko) * 2009-03-05 2015-05-26 삼성전자주식회사 송신기의 선형성 향상을 위한 장치 및 방법
US10148228B2 (en) 2016-12-20 2018-12-04 Nxp Usa, Inc. RF power amplifier bias modulation with programmable stages
WO2020163246A1 (en) * 2019-02-07 2020-08-13 Harmonic, Inc Improving rf power amplifier performance by clipping prevention of large papr signals

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102184441A (zh) * 2011-04-25 2011-09-14 胡建国 Rfid标签芯片解调电路
EP2367282A2 (en) * 2010-03-12 2011-09-21 Fujitsu Limited An electronic apparatus, transmitter, amplifier, and amplifier control method
CN202018669U (zh) * 2010-12-30 2011-10-26 天津南大强芯半导体芯片设计有限公司 一种新型解调电路
GB2498391A (en) * 2012-01-16 2013-07-17 Nujira Ltd An envelope-tracking amplifier with signal predistortion and envelope shaping
CN103929135A (zh) * 2014-03-24 2014-07-16 小米科技有限责任公司 包络跟踪漏极调制器、射频放大电路及方法

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6853244B2 (en) * 2003-06-24 2005-02-08 Northrop Grumman Corproation Multi-mode multi-amplifier architecture
US7440733B2 (en) 2004-04-09 2008-10-21 Powerwave Technologies, Inc. Constant gain nonlinear envelope tracking high efficiency linear amplifier
US7706467B2 (en) 2004-12-17 2010-04-27 Andrew Llc Transmitter with an envelope tracking power amplifier utilizing digital predistortion of the signal envelope
US7474149B2 (en) 2005-03-25 2009-01-06 Pulsewave Rf, Inc. Radio frequency power amplifier and method using a controlled supply
KR100813660B1 (ko) * 2006-07-27 2008-03-14 삼성전자주식회사 고주파 신호의 피크 엔벨롭 변조를 위한 전력 증폭기 회로
WO2010084544A1 (ja) * 2009-01-26 2010-07-29 日本電気株式会社 高周波増幅器、無線装置及び制御方法
KR101522644B1 (ko) * 2009-03-05 2015-05-26 삼성전자주식회사 송신기의 선형성 향상을 위한 장치 및 방법
KR20110026065A (ko) 2009-09-07 2011-03-15 삼성전자주식회사 무선통신 시스템에서 전력 제어를 지원하는 포락선 추적 전력 증폭기를 위한 장치 및 방법
US8265572B2 (en) * 2009-12-21 2012-09-11 Ubidyne, Inc. Multiple envelope tracking system for an active antenna array
US8509713B2 (en) * 2009-12-21 2013-08-13 Ubidyne, Inc. Single envelope tracking system for an active antenna array
US9054937B2 (en) 2011-04-29 2015-06-09 Fairchild Semiconductor Corporation Envelope extraction with reduced bandwidth for power modulation
US9002303B2 (en) * 2011-05-27 2015-04-07 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and apparatus for programmable envelope shaping circuit based on piecewise linear interpolation
US9066368B2 (en) 2011-06-08 2015-06-23 Broadcom Corporation Method of calibrating the delay of an envelope tracking signal
KR101786587B1 (ko) 2011-10-14 2017-10-19 삼성전자주식회사 전력 증폭기의 전압을 생성하기 위한 장치 및 방법
GB2498392B (en) 2012-01-16 2016-01-13 Nujira Ltd Crest factor reduction applied to shaping table to increase power amplifier efficency of envelope tracking amplifier
WO2013119587A1 (en) 2012-02-09 2013-08-15 Skyworks Solutions, Inc. Apparatus and methods for envelope tracking
US8718579B2 (en) 2012-03-04 2014-05-06 Quantance, Inc. Envelope tracking power amplifier system with delay calibration
US9054643B2 (en) 2012-12-19 2015-06-09 Mediatek Singapore Pte. Ltd. Method and apparatus for calibrating an envelope tracking system
KR102052394B1 (ko) * 2013-09-12 2019-12-05 한국전자통신연구원 전력 증폭기의 이중 전원 전압 공급기를 구동하는 구동신호 생성 방법 및 그에 따른 장치

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2367282A2 (en) * 2010-03-12 2011-09-21 Fujitsu Limited An electronic apparatus, transmitter, amplifier, and amplifier control method
CN202018669U (zh) * 2010-12-30 2011-10-26 天津南大强芯半导体芯片设计有限公司 一种新型解调电路
CN102184441A (zh) * 2011-04-25 2011-09-14 胡建国 Rfid标签芯片解调电路
GB2498391A (en) * 2012-01-16 2013-07-17 Nujira Ltd An envelope-tracking amplifier with signal predistortion and envelope shaping
CN103929135A (zh) * 2014-03-24 2014-07-16 小米科技有限责任公司 包络跟踪漏极调制器、射频放大电路及方法

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