CN108206675A - 具有可编程级的射频功率放大器偏压调制 - Google Patents

具有可编程级的射频功率放大器偏压调制 Download PDF

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Abstract

多赫蒂放大器能够通过取决于一组连续通信时隙中的每个通信时隙中的流量负载水平而按需要启用载波和峰化放大器且控制偏压调制来增强在低功率和高功率RF通信状态下的效率。举例来说，如果在低功率状态下通信时隙中的流量负载水平未超过相对较低阈值，那么按需要选择性地启用载波放大器，不启用峰化放大器，且使载波放大器偏压电平保持基本上恒定。如果在中间功率状态下超过所述较低阈值但未超过相对较高阈值，那么启用全部载波放大器，选择性地启用峰化放大器，且使偏压电平保持基本上恒定。如果在高功率状态下超过所述较高阈值，那么可启用全部载波和峰化放大器，且峰化放大器偏压跟踪经接收RF信号的RF包络。

Description

具有可编程级的射频功率放大器偏压调制
技术领域
本公开大体上涉及射频(radio frequency；RF)功率放大器，且更具体地说，涉及基于流量负载水平来调制偏压的多赫蒂(Doherty)放大器。
背景技术
增加信号功率的放大器可用于例如将低功率射频(RF)信号转换成较高功率RF信号来驱动发射器的天线。高增益、高线性、稳定性和高效率水平是理想放大器的特性。最近，由于多赫蒂功率放大器架构的高功率附加效率，所述架构已不仅成为基站收发信台(basetransceiver station；BTS)的注意焦点，而且成为移动终端的注意焦点。多赫蒂功率放大器包括两个或多于两个放大器：至少一个“载波”放大器和至少一个“峰化”放大器。这些放大器可并联地连接，其中它们的输出是由执行阻抗变换的对消传输线接合。峰化放大器随着载波放大器饱和而输送电流，由此缩减载波放大器的输出处所经历的阻抗。因此，在载波放大器由于“负载牵引”效应而饱和时，载波放大器将更多电流输送到负载。由于载波放大器保持接近于饱和，故多赫蒂功率放大器能够发射峰值输出功率，使得系统的总效率保持相对高。
在常常采用功率放大器以增加高频信号的功率的无线通信系统中，功率放大器通常是发射链(即，输出级)中的最后放大器。一般来说，常规的高频功率放大器在以最大输出功率发射时以最大功率效率操作，最大输出功率是在高流量负载水平下经历。功率效率倾向于随着输出功率减低而减低。无线通信系统中的流量负载水平(即，在任一时间通信的用户的数目)可取决于例如当日时间而极大地变化。在相当大的比例的时间，系统可能在经历低流量负载水平。所需要的是一种能够在较高流量负载水平以及较低流量负载水平下实现较高效率的功率放大器。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种放大器装置，包括：
射频(RF)放大器，其具有被配置成接收RF输入信号的输入、被配置成接收偏压电压的偏压输入，和被配置成输出经放大RF信号的输出；以及
偏压控制器，其被配置成针对一组多个连续通信时隙中的每个通信时隙进行以下操作：
在所述通信时隙期间确定所述RF输入信号的包络的功率电平；
比较所述RF输入信号的所述包络的所述功率电平与第一阈值；以及
将偏压电压供应到所述偏压输入，其中：
在所述RF输入信号的所述包络的所述功率电平未超过所述第一阈值时，所述偏压控制器在所述通信时隙的持续时间期间将基本上恒定偏压电压供应到所述偏压输入；且
在所述RF输入信号的所述包络的所述功率电平超过所述第一阈值时，所述偏压控制器在所述通信时隙的所述持续时间期间将非恒定偏压电压供应到所述偏压输入，其中所述非恒定偏压电压遍及所述通信时隙的持续时间跟踪所述RF输入信号的所述包络。
在一个或多个实施例中，所述栅极偏压控制器进一步被配置成进行以下操作：
选择被供应到所述偏压输入的所述基本上恒定偏压电压以针对所述通信时隙在最佳操作模式下对所述RF放大器加偏压；以及
供应所述非恒定偏压电压以在所述通信时隙期间在超过高功率阈值的功率电平下优化所述RF放大器的增益。
在一个或多个实施例中，所述RF放大器是第一RF放大器，其中所述装置进一步包括第二RF放大器，所述第二RF放大器具有被配置成接收所述RF输入信号的第二输入、被配置成接收第二偏压电压的第二偏压输入，和被配置成输出第二经放大RF信号的第二输出，其中所述偏压控制器进一步被配置成进行以下操作：
将第二偏压电压供应到所述第二偏压输入；
比较所述RF包络的所述功率电平与低于所述第一阈值的第二阈值；以及
在所述功率电平超过所述第二阈值但不大于所述第一阈值时，遍及所述通信时隙的所述持续时间限制所述第一和第二偏压电压的变化性。
在一个或多个实施例中，通过将所述第一和第二偏压电压保持在目标电压的10％内来限制所述第一和第二偏压电压的变化性。
在一个或多个实施例中，所述偏压控制器进一步被配置成在所述RF输入信号的所述包络的所述功率电平超过所述第一阈值时进行以下操作：在所述通信时隙的所述持续时间期间将非恒定偏压电压供应到所述第一偏压输入和所述第二偏压输入两者，其中所述非恒定偏压电压在所述通信时隙期间跟踪所述RF输入信号的所述包络。
在一个或多个实施例中，所述偏压控制器进一步被配置成进行以下操作：
在所述功率电平不大于所述第二阈值时，启用所述第一RF放大器的操作且禁止所述第二RF放大器的所述操作；以及
在所述功率电平超过所述第二阈值时，启用所述第一RF放大器和所述第二RF放大器两者。
在一个或多个实施例中，所述第一RF放大器是第一RF峰化放大器，所述第二RF放大器是第二RF峰化放大器，且所述装置进一步包括：
第三RF峰化放大器，其具有被配置成接收所述RF输入信号的第三输入、被配置成接收第三偏压电压的第三偏压输入，和被配置成输出第三经放大RF信号的第三输出；
第一调制缓冲器，其中所述第一调制缓冲器被配置成将经调制偏压信号提供到所述第一和第二RF峰化放大器；以及
第二调制缓冲器，其中所述第二调制缓冲器被配置成将经调制偏压信号提供到所述第三峰化放大器。
根据本发明的第二方面，提供一种多赫蒂放大器，包括：
功率分配器，其具有被配置成接收RF输入信号的分配器输入、被配置成输出载波输入信号的载波输出，和被配置成输出峰化输入信号的峰化输出；
RF载波放大器，其具有被配置成接收所述载波输入信号的载波输入、被配置成接收载波偏压信号的载波偏压输入，和被配置成输出经放大载波信号的载波输出；
RF峰化放大器，其具有被配置成接收所述峰化输入信号的峰化输入、被配置成接收峰化偏压信号的峰化偏压输入，和被配置成输出经放大峰化信号的峰化输出；以及
偏压控制器，其被配置成进行以下操作：
针对通信时隙确定所述RF输入信号的包络；
比较所述RF输入信号的所述包络的功率电平的属性与第一阈值；
在所述RF输入信号的所述包络的所述功率电平的所述属性未超过所述第一阈值时，在所述通信时隙的持续时间期间将基本上恒定偏压信号供应到所述载波偏压输入；以及
在所述RF输入信号的所述包络的所述功率电平的所述属性超过所述第一阈值时，在所述通信时隙的所述持续时间期间将非恒定偏压信号供应到所述载波偏压输入，其中在所述通信时隙期间从所述RF输入信号的所述包络导出所述非恒定偏压信号。
在一个或多个实施例中，所述功率电平的属性是所述RF包络的平均功率电平。
在一个或多个实施例中，所述非恒定偏压信号被配置成在所述通信时隙期间跟踪所述RF输入信号的所述包络以优化所述载波放大器的增益响应。
在一个或多个实施例中，所述偏压控制器进一步被配置成进行以下操作：
比较所述RF包络的所述功率电平的所述属性与第二阈值，其中所述第二阈值小于所述第一阈值；以及
在所述RF输入信号的所述平均功率电平小于第二阈值时，禁止所述峰化放大器的操作。
在一个或多个实施例中，所述偏压控制器进一步被配置成进行以下操作：
比较所述RF包络的所述功率电平的所述属性与第三阈值，其中所述第三阈值小于所述第一阈值；以及
在所述RF输入信号的所述功率电平的所述属性大于所述第三阈值时，在所述通信时隙的所述持续时间期间将第二基本上恒定偏压信号供应到所述峰化偏压输入。
在一个或多个实施例中，所述第三阈值与所述第二阈值基本上相同。
在一个或多个实施例中，所述偏压控制器进一步被配置成在所述RF输入信号的所述功率电平的所述属性大于所述第一阈值时进行以下操作：在所述通信时隙的所述持续时间期间将第二非恒定偏压信号供应到所述峰化偏压输入，其中在所述通信时隙期间从所述RF输入信号的所述包络导出所述第二非恒定偏压信号。
在一个或多个实施例中，所述RF峰化放大器是第一RF峰化放大器；
所述多赫蒂放大器进一步包括第二RF峰化放大器，所述第二RF峰化放大器具有被配置成接收所述峰化输入信号的第二峰化输入、被配置成接收第二峰化偏压信号的第二峰化偏压输入，和被配置成输出第二经放大峰化信号的第二峰化输出；且
所述偏压控制器进一步被配置成进行以下操作：
在所述功率电平未超过所述第三阈值时，启用所述RF载波放大器且禁止所述第一和第二RF峰化放大器的操作；以及
在所述功率电平超过所述第一阈值时，启用所述第一和第二RF峰化放大器。
在一个或多个实施例中，所述RF载波放大器是第一RF载波放大器；
所述多赫蒂放大器进一步包括第二RF载波放大器，所述第二RF载波放大器具有被配置成接收所述载波输入信号的第二载波输入、被配置成接收载波偏压信号的第二载波偏压输入，和被配置成输出第二经放大载波信号的第二载波输出；且
所述偏压控制器进一步被配置成进行以下操作：
在所述功率电平不大于所述第三阈值时，启用所述第一和第二RF载波放大器中的至少一个，但禁止所述第一和第二RF峰化放大器的操作；以及
在所述功率电平超过所述第三阈值时，启用所述第一和第二RF载波放大器两者，以及所述第一和第二RF峰化放大器中的至少一个。
根据本发明的第三方面，提供一种方法，包括：
针对一组多个连续通信时隙中的每个通信时隙确定到多赫蒂放大器的RF输入信号的包络，所述多赫蒂放大器具有RF载波放大器和RF峰化放大器；
比较所述RF输入信号的所述包络的功率电平的属性与第一阈值；
在所述RF输入信号的所述包络的所述功率电平的所述属性未超过所述第一阈值时，在所述通信时隙的持续时间期间将基本上恒定偏压信号供应到所述RF载波放大器的载波偏压输入；以及
在所述RF输入信号的所述包络的所述功率电平的所述属性超过所述第一阈值时，在所述通信时隙的所述持续时间期间将非恒定偏压信号供应到所述载波偏压输入，其中在所述通信时隙期间从所述RF输入信号的所述包络导出所述非恒定偏压信号。
在一个或多个实施例中，所述方法进一步包括：
比较所述RF包络的所述功率电平的所述属性与低于所述第一阈值的第二阈值；以及
在所述功率电平的所述属性超过所述第二阈值但不大于所述第一阈值时，遍及所述通信时隙的所述持续时间将基本上恒定偏压信号供应到所述RF载波放大器的所述载波偏压输入和所述RF峰化放大器的峰化偏压输入两者。
在一个或多个实施例中，所述方法进一步包括：
在所述功率电平不大于所述第二阈值时，启用所述RF载波放大器且禁止所述RF峰化放大器的操作；以及
在所述功率电平大于所述第二阈值时，启用所述RF载波放大器和所述RF峰化放大器两者。
在一个或多个实施例中，所述多赫蒂放大器进一步包括第二RF载波放大器和第二RF峰化放大器，所述方法进一步包括：
在所述功率电平不大于所述第二阈值时，启用所述第一和第二RF载波放大器中的至少一个且禁止所述第一和第二RF峰化放大器两者的操作；
在所述功率电平超过所述第二阈值但不大于所述第一阈值时，启用所述第一和第二RF载波放大器两者，以及所述第一和第二RF峰化放大器中的至少一个；以及
在所述功率电平超过所述第一阈值时，启用所述第一和第二RF载波放大器以及所述第一和第二RF峰化放大器中的全部。
根据本发明的第四方面，提供一种已封装放大器装置，包括：
第一、第二和第三引线；
射频(RF)放大器，其具有耦合到所述第一引线且被配置成接收RF输入信号的输入、被配置成接收偏压电压的偏压输入，和耦合到所述第二引线且被配置成输出经放大RF信号的输出；以及
偏压调制电路，其耦合到所述第三引线和所述偏压输入，其中所述偏压调制电路被配置成接收指示所述偏压电压的幅值的控制信号，且基于所述控制信号而将所述偏压电压供应到所述偏压输入，其中
在通信时隙期间从所述RF输入信号的包络的功率电平导出所述控制信号，
在所述RF输入信号的所述包络的所述功率电平未超过第一阈值时，所述控制信号在所述通信时隙的持续时间期间致使所述偏压调制电路将基本上恒定偏压电压供应到所述偏压输入，且
在所述RF输入信号的所述包络的所述功率电平超过所述第一阈值时，所述控制信号在所述通信时隙的所述持续时间期间致使所述偏压调制电路将非恒定偏压电压供应到所述偏压输入，其中所述非恒定偏压电压遍及所述通信时隙的所述持续时间跟踪所述RF输入信号的所述包络。
本发明的这些和其它方面将根据下文中所描述的实施例显而易见，且参考这些实施例予以阐明。
附图说明
本公开是借助于例子和实施例予以说明，且并不受到附图限制。为了说明简单和清楚起见，附图示出一般构造方式，且可省略众所周知的特征和技术的细节以免不必要地混淆本发明。图中的元件是为了简单和清楚起见而示出且未必按比例绘制。事实上，图中的一些元件或区域的尺寸可能相对于其它元件或区域而夸大，以更好地理解设备的实施例。根据本公开，图连同具体实施方式一起被并入且形成本说明书的部分，且用来进一步示出例子、实施例等等，并阐释各种原理和优点，其中：
图1是具有载波放大器和峰化放大器的多赫蒂功率放大器的示例性实施例的框图。
图2是具有用于载波和峰化放大器的偏压调制的多赫蒂放大器的示例性实施例的框图。
图3是在一系列连续通信时隙期间处于不同平均功率电平(与流量负载水平的不同水平对应)的偏压电压的表示。
图4是具有三个放大器级和两个栅极偏压调制(gate bias modulation；“GBM”)缓冲器的半导体封装的示例性实施例。
图5示出根据实施例的在不同流量负载条件下在载波和峰化放大器上应用“慢速”和“快速”GBM。
图6提供根据实施例的可供操作示例性多赫蒂放大器的多个状态的示例性实施方案的流程图。
具体实施方式
以下具体实施方式在本质上是示例性的，且并不意欲限制本发明或本申请和其用途。此外，不希望受到前述技术领域、背景技术或以下具体实施方式中所呈现的任何所表达或暗示的理论束缚。
本发明的实施例可用于改进RF通信系统中的功率放大器的性能。所述功率放大器可用于基站功率放大器、蜂窝电话、其它便携式装置，以及取决于半导体封装的其它设备或装置，其中可能需要低成本、低重量和小体积。本文中所描述的实施例可在较低流量负载的时间期间增强效率。因为许多通信系统对低流量负载的经历常常多于对峰值流量负载的经历，所以较低功率情形中的效率增益可实现显著的效率增益。
图1中表示示例性多赫蒂放大器架构的特征，图1示出包括并联地连接的载波放大器22和峰化放大器24的多赫蒂功率放大器10的简化框图。载波放大器22和峰化放大器24可包含在半导体封装20中。输入分配器28将高频RF输入信号26划分成两个信号，输入分配器28可将相位延迟应用于所述信号中的一个或两个信号(例如在所述两个信号之间引起90度相位差)。输入分配器28可耦合到印刷电路板(未示出)或半导体封装20耦合到的其它基板，或输入分配器28包括在半导体封装20内。所得输入信号中的一个输入信号被施加到载波放大器22的第一输入32，且另一个输入信号被施加到峰化放大器24的第二输入36。载波放大器22在第一输出40处产生第一输出信号，且峰化放大器24在第二输出44处产生第二输出信号。在多赫蒂配置中，第一输入32和第一输出40可分别构成载波放大器22的栅极端和漏极端；且第二输入36和第二输出44可分别构成峰化放大器24的栅极端和漏极端。第一和第二输出信号40、44通过输出组合器46而组合，以产生经组合高频RF输出信号48。输出组合器46可耦合到印刷电路板(未示出)或半导体封装20耦合到的其它基板，或输出组合器46可包括在半导体封装20内。本领域的技术人员应认识到，多赫蒂功率放大器半导体封装通常包括本文中为了说明简单起见而未示出的额外的电子装置和电路系统。此外，在其它实施例中，多赫蒂功率放大器可包括多于两个信号路径。举例来说，在不同配置中，多赫蒂功率放大器可包括一个载波放大器和多个峰化放大器，或多个载波和峰化放大器。
在某些应用中，载波放大器22可被配置成针对多赫蒂功率放大器10的输出功率的整个范围是活动的。峰化放大器24可被配置成仅在载波放大器22饱和时才开启。操作以组合来自载波放大器22的高频第一输出信号与来自峰化放大器24的高频第二输出信号的输出组合器46可向来自载波放大器22或峰化放大器24的输出信号增添九十度的滞后，以便补偿由输入分配器增添到被提供到峰化放大器24或载波放大器的信号的相位延迟。被提供到峰化放大器24的信号的相位通常被设计成比载波放大器22的相位滞后九十度，使得在两个输出信号在输出组合器46的输出处组合时，所述输出信号同相地相加，以形成经组合输出信号48。可替换的是，被提供到载波放大器22的信号的相位可被设计成滞后于峰化放大器24的相位(例如在反相多赫蒂放大器配置中)。
本领域的技术人员应认识到，载波放大器22和峰化放大器24可包括本文中为了说明简单起见而未示出的额外的电子组件。在图1所表示的电路中，载波放大器22和峰化放大器24中的每一个可包括许多有源和无源电气元件。举例来说，载波放大器22可包括第一输入阻抗匹配网络(例如包括一个或多个电容器和电感器)，第一输入阻抗匹配网络将第一输入32耦合到第一晶体管(例如LDMOS或其它类型的晶体管)的控制端。第一晶体管可将适当放大应用于在那个输入处接收的第一输入信号。第一晶体管的输出可连接到第一输出阻抗匹配网络(例如也包括一个或多个电容器和电感器)，第一输出阻抗匹配网络又连接到输出40。第一阻抗匹配网络可操作以调节由第一晶体管放大的第一信号。相似地，峰化放大器24可包括第二输入阻抗匹配网络(例如包括一个或多个电容器和电感器)，第二输入阻抗匹配网络将第二输入36耦合到第二晶体管(例如LDMOS或其它类型的晶体管)的控制端。第二晶体管接着可将适当放大应用于在第二输入处接收的第二输入信号。第二晶体管的输出可连接到第二输出阻抗匹配网络(例如包括一个或多个电容器和电感器)，第二输出阻抗匹配网络又连接到输出44。第二阻抗匹配网络可操作以调节由第二晶体管放大的第二信号。
参看图2，示例性功率放大器装置200接收RF输入信号202(由I(t)和Q(t)表示)，使用前端信号分析器204来分析RF输入信号202，且输出待放大的RF信号206。RF输入信号202还在RF包络检测器块208处被接收，RF包络检测器块208确定RF输入信号的幅值(通过例如取I2与Q2的总和的平方根)。RF包络检测器块208输出RF包络信号210，RF包络信号210表示RF输入信号的包络的幅值。RF包络信号210被馈送到偏压电平块212和启用决策块214。偏压电平块212输出一个或多个载波偏压控制信号216和一个或多个峰化偏压控制信号218，它们分别被馈送到载波栅极偏压调制(GBM)缓冲器220和峰化GBM缓冲器222。
放大器装置200包括载波放大器块224，载波放大器块224被示出为具有第一和第二载波放大器226和228(但在不同应用中可使用一个或多于两个放大器)。还包括峰化放大器块230，其包括第一和第二峰化放大器232和234，但峰化放大器块230可相似地包括被视为合适的一个或任何数目个放大器。RF信号206在分配器块236处被接收，分配器块236输出待由载波放大器块224放大的载波输入信号238。分配器块236还输出待由峰化放大器块230放大的峰化输入信号240，峰化输入信号240相对于RF信号206被相移90度。载波放大器块224输出经载波放大信号242，经载波放大信号242被相移器244相移90度。峰化放大器块230输出经峰化放大信号246，经峰化放大信号246通过组合器(未示出)而与经相移载波放大器信号组合以获得RF输出信号248。
应注意，缓冲器/缓冲放大器220及222可提供接口，通过接口，低驱动输入信号被调节为接着可被施加到放大器块224和230的放大器的较高驱动信号。这在放大器224和230展现高电容性输入阻抗时可尤其有用，且缓冲放大器220和222可用于解释高电容性负载。另外，将缓冲放大器220和222放置在极接近于RF晶体管的封装中可缩减或消除由长互连线和寄生效应引起的对性能的有害影响。
在按需要禁止和启用放大器的情况下(这倾向于增强效率)，时隙启用信号250被输入到启用决策块214，启用决策块214输出载波启用信号252和峰化启用信号254。载波和峰化启用信号252、254被配置成控制载波和峰化前置放大器220、222是否将偏压信号216、218供应到载波和峰化放大器块224、230。载波前置放大器220将载波偏压信号256、258分别输出到第一和第二载波放大器226、228。相似地，峰化前置放大器222将峰化偏压信号260、262分别输出到第一和第二峰化放大器232、234。控制偏压信号会允许按需要选择性地激活放大器，且对放大器加偏压直到它们的所要操作类别(针对载波放大器常常是类别A或A/B，且针对峰化放大器常常是类别C)，以实现用于特定放大器的最佳操作模式。应注意，图2的框图仅表示示例性多赫蒂放大器的一个实施方案，且不同于所述示出物的许多不同实施方案是可能的。
可控制比如图2所表示的放大器装置的示例性放大器装置以在各种流量负载水平下增强效率。参看图3，在示例性实施例中，可控制装置以便实现三个操作状态，其将被称作慢速载波栅极偏压调制(“GBM”)305、慢速峰化GBM 310和快速峰化GBM 315。在图3中，水平轴线表示时间，其被划分成与正由系统实施的通信协议相关联的多个循序时隙。垂直轴线表示平均功率电平(例如以瓦特为单位)，其中RF包络信号(例如信号210，图2)的功率电平阈值是以水平虚线指示，且偏压信号(例如偏压信号256、258、260、262，图2)的电平是以水平实线指示。系统(例如通过偏压电平块212，图2)动态确定RF包络信号(例如信号210，图2)的幅值。如果RF包络信号的功率电平(例如平均功率)的属性低于慢速阈值320，那么放大器装置200以慢速载波GBM 305状态操作；在流量负载水平相对低时可引起此操作，相对低可例如在较少人醒着的夜晚(且因此较少人正使用RF通信提供商进行通信)期间是常见的。如果RF包络信号的功率电平的属性超过慢速阈值320但未超过快速阈值325，那么流量负载处于中间水平，且放大器装置以慢速峰化GBM状态310操作。如果RF包络信号的功率电平的属性超过高于慢速阈值320的快速阈值325，那么流量负载处于相对高水平，且放大器装置以快速峰化GBM状态315操作；这通常可例如在同一通信服务区中的体育比赛或其它用户聚集期间发生。
在慢速载波GBM状态305下，用于一个或多个载波放大器的GBM缓冲器(例如缓冲器220，图2)被启用(例如由启用决策块214)，而用于一个或多个峰化放大器的GBM缓冲器(例如缓冲器222)被停用(例如由启用决策块214)。另外，偏压信号(例如由GBM缓冲器220产生的偏压信号256、258，图2)的幅值被控制(例如由偏压电平块212，图2)，如下文所描述。在图3中，放大器装置200在前三个通信时隙330期间正以慢速载波GBM状态305操作。如由时隙330(即，第一、第二和第三时隙)中的水平线所表示，到载波放大器的偏压信号维持在基本上恒定电平。偏压信号调制消耗功率，且因为在流量负载低时常常不需要偏压信号调制，所以维持恒定偏压信号可增强效率。到载波放大器的偏压信号的幅值可在时隙之间被修改，如图3所示出，但在每个时隙期间，偏压信号未被调制。在每个通信时隙中操作的载波放大器的数目可在慢速载波GBM状态305下的时隙之间选择性地变化--即，载波放大器可按需要被启用或停用。
在RF包络信号的功率电平超过慢速阈值320但未超过快速阈值325时，放大器装置以慢速峰化GBM状态310操作。在慢速峰化GBM状态310下，用于一个或多个载波放大器的GBM缓冲器(例如缓冲器220，图2)被启用(例如由启用决策块214)，且用于一个或多个峰化放大器的GBM缓冲器(例如缓冲器222)也被启用(例如由启用决策块214)。另外，偏压信号(例如由GBM缓冲器220、222产生的偏压信号256、258、260、262，图2)的幅值被控制(例如由偏压电平块212，图2)，如下文所描述。在图3中，放大器装置200在接下来的三个通信时隙335(即，第四、第五和第六时隙)期间正以慢速峰化GBM状态310操作。在处于慢速峰化GBM状态310时，到载波和峰化放大器的偏压信号维持在基本上恒定电平，如由时隙335(第四、第五和第六时隙)中的水平线所表示。尽管栅极偏压信号的幅值可在时隙之间被修改，但所述偏压信号未被调制达这些三个时隙中的每个时隙的持续时间。峰化放大器可在慢速峰化GBM状态310下的时隙之间按需要被启用或停用。如同慢速载波GBM状态305，与慢速峰化GBM状态310相关联的中间流量负载水平未必需要栅极偏压调制，且因此维持恒定偏压信号可增强慢速峰化GBM状态310下的效率。
在RF包络信号的平均功率电平超过高于慢速阈值320的快速阈值325时，放大器装置200以快速峰化GBM状态315操作。在图3中，这在通信时隙340(即，第七、第八和第九时隙)期间发生。在快速峰化GBM状态315下，用于一个或多个载波放大器的GBM缓冲器(例如缓冲器220，图2)被启用(例如由启用决策块214)，且用于一个或多个峰化放大器的GBM缓冲器(例如缓冲器222)也被启用(例如由启用决策块214)。另外，偏压信号(例如由GBM缓冲器220、222产生的偏压信号256、258、260、262，图2)的幅值被控制(例如由偏压电平块212，图2)，如下文所描述。根据实施例，偏压信号可被主动地调制，使得它们跟踪RF包络信号(例如，偏压电压与RF包络信号的幅值同步地动态增加和减低)。偏压信号幅值的此类调制是由信号迹线345表示。如所示出，一旦功率电平下降到低于快速阈值325(与流量负载水平下降对应)，放大器装置200就可回到以慢速载波GBM状态305(例如在第十时隙350期间)或慢速峰化GBM状态310(例如在第十一时隙355期间)操作，在此时间期间，偏压信号再次在每个时隙内维持在基本上恒定电平。还应注意，尽管偏压电平被称作“栅极”偏压信号，但这并不意欲限制实施方案排它性地使用场效应晶体管(field effect transistor；FET)。在各个实施方案中，本发明的示例性版本可使用其它种类的晶体管，例如双极结型晶体管(bipolarjunction transistor；BJT)，其中模拟端被称作基极。此外，同样或可替换的是，偏压信号可包括漏极偏压信号。
转到图4，示例性已封装放大器装置400包括三个峰化放大器集成电路(integrated circuit；IC)405、410、415(例如功率晶体管)。相似地，已封装放大器装置可包括一个或多个载波放大器IC，或载波和峰化IC的组合。封装400还包括GBM缓冲器420、425(例如GBM缓冲器220、222，图2)，GBM缓冲器420、425调制被提供到峰化放大器405、410、415的偏压信号的幅值。举例来说，一个GBM缓冲器可被配置成控制被施加到一个峰化放大器的偏压信号，且另一个GBM缓冲器可被配置成控制被施加到其它两个峰化放大器的偏压信号。通过启用(例如通过来自启用决策块214的信号254，图2)将偏压信号提供到一个峰化放大器的缓冲器，可控制装置400以启用一个峰化放大器。通过启用(例如通过来自启用决策块214的信号254，图2)将偏压信号提供到两个峰化放大器的缓冲器，可控制装置以启用两个峰化放大器。通过启用缓冲器420、425两者，可控制装置以启用全部三个峰化放大器。GBM缓冲器420可经由电压偏压输入引线430来接收输入控制信号(例如来自偏压电平块212的信号218，图2)，且GBM缓冲器425可经由电压偏压输入引线435来接收输入控制信号(例如来自偏压电平块212的信号218，图2)。
图5所示出的图形标绘增益对最大输出电压(Vom)。在低流量负载水平下，功率和电压低，且电压偏移保持在区域510(在左侧)内。未接近可被处置的最大电压。在此低功率范围510内(例如在流量负载低时)，慢速GBM实施在载波功率放大器上。在中级功率范围520内(例如其中流量负载处于中间水平)，慢速GBM应用于载波功率放大器和一个或多个峰化功率放大器的偏压信号。在最右范围530上(例如在流量负载条件的最高水平期间)，快速峰化GBM应用于峰化功率放大器和一个或多个峰化功率放大器的偏压信号。在这个例子中，除了效率改进以外，增益也已由于“慢速”和“快速”GBM而被“扁平化”。还可使用GBM处理来优化例如谐波、邻近信道频谱衰减和其它峰化放大器特性。
参看图6中的示例性过程600，通信系统接收将在即将到来的通信时隙中预处理及发射的RF信号(605)。系统的“控制器”可包括例如RF包络检测器块(例如块208，图2)、偏压电平块(例如块212，图2)和启用决策块(例如块214，图2)。“控制器”可以是集中式或分布式。控制器(例如RF包络检测器块208)可确定RF信号的包络(610)以帮助评估RF信号的功率电平。比较(例如由启用决策块214)包络的平均功率电平(或RF信号的其它属性)与“快速”阈值(615)，在高于“快速”阈值的情况下，功率电平相对高(例如由于高流量负载水平)。如果平均功率电平的确超过快速阈值，那么控制器(例如启用决策块214)可启用全部载波放大器，以及合适数目个峰化放大器(取决于涉及的功率电平)，其可以是大部分或基本上全部可用峰化放大器(620)。待启用的峰化放大器的数目可以是预设数目(例如它们的全部)，或其可基于针对每个时隙的流量负载水平的范围，其中经启用的峰化放大器的数目与流量负载水平成正比。可主动地变化(例如由偏压电平块212)被供应到经启用的放大器的栅极偏压电压，以便在时隙的持续时间期间跟踪RF信号的包络(625)。这与上文所论述的“快速峰化GBM”状态对应。系统通过针对后续时隙接收RF信号(605)而继续。
另一方面，如果包络的平均功率电平未超过快速阈值，那么控制器(例如启用决策块214)比较平均功率电平与低于快速阈值的慢速阈值(630)。如果平均功率电平超过慢速阈值(例如在流量负载水平处于中间水平时)，那么控制器(例如启用决策块214)可启用全部载波放大器，和被认为合适的一个或多个可用峰化放大器(635)。这与上文所论述的“慢速峰化GBM”对应。如在快速峰化GBM状态下，经启用的峰化放大器的数目可以是预设的，或其可基于对应时隙中的功率电平。如果包络的平均功率电平未超过慢速阈值(例如对应于相对低的流量负载水平)，那么可启用一个或多个载波放大器(640)，其中不启用峰化放大器。这与上文所论述的“慢速载波GBM”状态对应。经启用的载波放大器的数目可以是预设的，或其可基于实际功率电平/流量负载水平。在慢速峰化GBM状态和慢速载波GBM状态两者下，一旦已启用对应数目个载波和/或峰化放大器，就在通信时隙的持续时间期间(645)使被供应到功率放大器的栅极偏压电压维持(例如由偏压电平块212)在基本上恒定电平(或它们的变化至少限于目标电平的某一百分比，例如在目标电压的10％内)。系统随着其针对后续时隙接收RF信号(605)而继续。
应注意，尽管已论述两个阈值，但可替换的版本可以一个或多于两个阈值而操作。举例来说，在某些配置中，可使用单个阈值(类似于快速阈值)以确定是否应主动地调制偏压信号，使得它们跟踪RF包络信号(在超过单个阈值时)达通信时隙的持续时间，或是否应使偏压信号保持基本上恒定(在未超过单个阈值时)达通信时隙的持续时间。在此类配置中，控制器可被配置成(例如)在超过单个阈值的情况下启用全部放大器，且在未超过单个阈值时启用某一比例的放大器，例如启用全部载波放大器但不启用任何峰化放大器，或启用全部可用放大器的一半(或其它分率)。
在其它版本中，可实施多于两个阈值，例如第一、第二和第三阈值，其中第三阈值可高于第二阈值，第二阈值可高于第一阈值。在此类配置中，待启用的放大器的偏压信号调制和选择可根据超过哪些阈值而按需要变化。举例来说，关于偏压信号调制，可仅在超过第三(最高)阈值时才主动地调制偏压信号，否则使偏压信号保持基本上恒定；或，只要超过第二(中间)阈值就主动地调制偏压信号，且如果未超过第二阈值，那么使偏压信号保持基本上恒定。关于放大器的启用，控制器可被配置成(例如)在未超过第一阈值时启用一定比例(例如一个或一半)的载波放大器，在超过第一阈值但未超过第二阈值时启用全部载波放大器但不启用峰化放大器，在超过第二阈值但未超过第三阈值时启用一定比例(例如一个或一半)的峰化放大器，且在超过第三阈值时启用全部载波和峰化放大器。可取决于例如流量负载倾向的因素而实施上述偏压信号调制和放大器启用方案的任何变化或组合以适合不同应用的需要。
出于简洁起见，本文中可能未详细地描述与多赫蒂放大器、负载调制、阻抗匹配、集成电路设计和/或制造、晶体管设计和/或制造以及系统的其它功能方面(和系统的个别操作组件)相关的常规技术。此外，本文中包含的各个图所示出的连接线意欲表示各个元件之间的示例性功能关系和/或物理耦合。应注意，许多可替换的或额外的功能关系或物理连接可存在于主题的实施例中。此外，本文中还可仅出于参考的目的而使用某些术语，且因此所述术语并不意欲是限制性的，且除非上下文有清楚指示，否则指代结构的术语“第一”、“第二”和其它此类数值术语并不暗示序列或次序。
前述具体实施方式指代元件或节点或特征“连接”或“耦合”在一起。如本文中所使用，除非另有明确陈述，否则“连接”和“耦合”意味着一个元件直接或间接接合到另一个元件(或与其直接或间接通信)，且未必是用机械方式接合。因此，尽管各图所示出的示意图描绘元件的一个示例性布置，但额外的介入元件、装置、特征或组件可存在于所描绘主题的实施例中。
具体实施方式和权利要求书中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等等，如果存在的话，可用于区分相似元件，且未必用于描述特定循序或时间次序。应理解，如此使用的术语在适当情况下可互换，使得本文中所描述的本发明的实施例例如能够以除了本文中所说明或以其它方式描述的序列以外的序列进行操作。本文中对例如顶和底或左和右的定向关系的参考指代附图中所示出的朝向中的组件的关系，其可能不是所描述的设备的全部使用中的组件的朝向。此外，术语“包括(comprise/include)”、“具有”和其任何变化意欲涵盖非排它性包括，使得包括一系列元件的过程、方法、物品或设备未必限于那些元件，而是可包括未明确地列出的或此类过程、方法、物品或设备所固有的其它元件。本文中的术语“基本”和“基本上”意味着足以按实用方式实现所陈述的目的，且轻微缺陷，如果存在的话，对于所陈述的目的并不重要。
前述具体实施方式主要涉及本发明的优选实施例。尽管向本发明的范围内的各个可替换的方案给予一些关注，但预期到，本领域的技术人员将可能实现现在根据本发明的实施例的公开而显而易见的额外的可替换的方案。因此，本发明的范围应根据所附权利要求书确定，且并不受到上述公开限制。

Claims (10)

1.一种放大器装置，其特征在于，包括：
射频(RF)放大器，其具有被配置成接收RF输入信号的输入、被配置成接收偏压电压的偏压输入，和被配置成输出经放大RF信号的输出；以及
偏压控制器，其被配置成针对一组多个连续通信时隙中的每个通信时隙进行以下操作：
在所述通信时隙期间确定所述RF输入信号的包络的功率电平；
比较所述RF输入信号的所述包络的所述功率电平与第一阈值；以及
将偏压电压供应到所述偏压输入，其中：
在所述RF输入信号的所述包络的所述功率电平未超过所述第一阈值时，所述偏压控制器在所述通信时隙的持续时间期间将基本上恒定偏压电压供应到所述偏压输入；且
在所述RF输入信号的所述包络的所述功率电平超过所述第一阈值时，所述偏压控制器在所述通信时隙的所述持续时间期间将非恒定偏压电压供应到所述偏压输入，其中所述非恒定偏压电压遍及所述通信时隙的持续时间跟踪所述RF输入信号的所述包络。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述栅极偏压控制器进一步被配置成进行以下操作：
选择被供应到所述偏压输入的所述基本上恒定偏压电压以针对所述通信时隙在最佳操作模式下对所述RF放大器加偏压；以及
供应所述非恒定偏压电压以在所述通信时隙期间在超过高功率阈值的功率电平下优化所述RF放大器的增益。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述RF放大器是第一RF放大器，其中所述装置进一步包括第二RF放大器，所述第二RF放大器具有被配置成接收所述RF输入信号的第二输入、被配置成接收第二偏压电压的第二偏压输入，和被配置成输出第二经放大RF信号的第二输出，其中所述偏压控制器进一步被配置成进行以下操作：
将第二偏压电压供应到所述第二偏压输入；
比较所述RF包络的所述功率电平与低于所述第一阈值的第二阈值；以及
在所述功率电平超过所述第二阈值但不大于所述第一阈值时，遍及所述通信时隙的所述持续时间限制所述第一和第二偏压电压的变化性。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，通过将所述第一和第二偏压电压保持在目标电压的10％内来限制所述第一和第二偏压电压的变化性。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述偏压控制器进一步被配置成在所述RF输入信号的所述包络的所述功率电平超过所述第一阈值时进行以下操作：在所述通信时隙的所述持续时间期间将非恒定偏压电压供应到所述第一偏压输入和所述第二偏压输入两者，其中所述非恒定偏压电压在所述通信时隙期间跟踪所述RF输入信号的所述包络。
6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述偏压控制器进一步被配置成进行以下操作：
在所述功率电平不大于所述第二阈值时，启用所述第一RF放大器的操作且禁止所述第二RF放大器的所述操作；以及
在所述功率电平超过所述第二阈值时，启用所述第一RF放大器和所述第二RF放大器两者。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一RF放大器是第一RF峰化放大器，所述第二RF放大器是第二RF峰化放大器，且所述装置进一步包括：
第三RF峰化放大器，其具有被配置成接收所述RF输入信号的第三输入、被配置成接收第三偏压电压的第三偏压输入，和被配置成输出第三经放大RF信号的第三输出；
第一调制缓冲器，其中所述第一调制缓冲器被配置成将经调制偏压信号提供到所述第一和第二RF峰化放大器；以及
第二调制缓冲器，其中所述第二调制缓冲器被配置成将经调制偏压信号提供到所述第三峰化放大器。
8.一种多赫蒂放大器，其特征在于，包括：
功率分配器，其具有被配置成接收RF输入信号的分配器输入、被配置成输出载波输入信号的载波输出，和被配置成输出峰化输入信号的峰化输出；
RF载波放大器，其具有被配置成接收所述载波输入信号的载波输入、被配置成接收载波偏压信号的载波偏压输入，和被配置成输出经放大载波信号的载波输出；
RF峰化放大器，其具有被配置成接收所述峰化输入信号的峰化输入、被配置成接收峰化偏压信号的峰化偏压输入，和被配置成输出经放大峰化信号的峰化输出；以及
偏压控制器，其被配置成进行以下操作：
针对通信时隙确定所述RF输入信号的包络；
比较所述RF输入信号的所述包络的功率电平的属性与第一阈值；
在所述RF输入信号的所述包络的所述功率电平的所述属性未超过所述第一阈值时，在所述通信时隙的持续时间期间将基本上恒定偏压信号供应到所述载波偏压输入；以及
在所述RF输入信号的所述包络的所述功率电平的所述属性超过所述第一阈值时，在所述通信时隙的所述持续时间期间将非恒定偏压信号供应到所述载波偏压输入，其中在所述通信时隙期间从所述RF输入信号的所述包络导出所述非恒定偏压信号。
9.一种方法，其特征在于，包括：
针对一组多个连续通信时隙中的每个通信时隙确定到多赫蒂放大器的RF输入信号的包络，所述多赫蒂放大器具有RF载波放大器和RF峰化放大器；
比较所述RF输入信号的所述包络的功率电平的属性与第一阈值；
在所述RF输入信号的所述包络的所述功率电平的所述属性未超过所述第一阈值时，在所述通信时隙的持续时间期间将基本上恒定偏压信号供应到所述RF载波放大器的载波偏压输入；以及
在所述RF输入信号的所述包络的所述功率电平的所述属性超过所述第一阈值时，在所述通信时隙的所述持续时间期间将非恒定偏压信号供应到所述载波偏压输入，其中在所述通信时隙期间从所述RF输入信号的所述包络导出所述非恒定偏压信号。
10.一种已封装放大器装置，其特征在于，包括：
第一、第二和第三引线；
射频(RF)放大器，其具有耦合到所述第一引线且被配置成接收RF输入信号的输入、被配置成接收偏压电压的偏压输入，和耦合到所述第二引线且被配置成输出经放大RF信号的输出；以及
偏压调制电路，其耦合到所述第三引线和所述偏压输入，其中所述偏压调制电路被配置成接收指示所述偏压电压的幅值的控制信号，且基于所述控制信号而将所述偏压电压供应到所述偏压输入，其中
在通信时隙期间从所述RF输入信号的包络的功率电平导出所述控制信号，
在所述RF输入信号的所述包络的所述功率电平未超过第一阈值时，所述控制信号在所述通信时隙的持续时间期间致使所述偏压调制电路将基本上恒定偏压电压供应到所述偏压输入，且
在所述RF输入信号的所述包络的所述功率电平超过所述第一阈值时，所述控制信号在所述通信时隙的所述持续时间期间致使所述偏压调制电路将非恒定偏压电压供应到所述偏压输入，其中所述非恒定偏压电压遍及所述通信时隙的所述持续时间跟踪所述RF输入信号的所述包络。
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