CN108768306B - 一种基于反馈的用于射频功率放大器的电源 - Google Patents

Abstract

本公开揭示了一种基于反馈的用于射频功率放大器的电源，包括：第一控制单元，其包括：两个输入端和一个输出端，其中，第一输入端用于接收第一包络信号；第二输入端用于接收射频功率放大器的供给电压端的反馈信号；所述第一控制单元，用于基于所述第一包络信号与所述反馈信号的误差输出第一控制信号以使得所述电源工作在平均功率跟踪模式；第一驱动单元，用于基于所述控制信号提供射频功率放大器的供给电压。本公开实现了一种新的电源，其主要通过第一控制单元更高效的对射频功率放大器提供供给电压。

Description

一种基于反馈的用于射频功率放大器的电源

技术领域

本公开涉及移动通信领域，特别涉及一种基于反馈的用于射频功率放大器的电源。

背景技术

在移动通信领域，为了提高射频功率放大器的效率，可以使用具备包络跟踪能力的电源，此类电源的跟踪模式涉及包络跟踪模式或平均功率跟踪模式。

虽然技术在不断发展，然而如何进一步提高射频功率放大器的电源效率，始终是本领域需要考虑的技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本公开提出了一种基于反馈的用于射频功率放大器的电源，包括：

第一控制单元，其包括：两个输入端和一个输出端，其中，第一输入端用于接收第一包络信号；第二输入端用于接收射频功率放大器的供给电压端的反馈信号；

所述第一控制单元，用于基于所述第一包络信号与所述反馈信号的误差输出第一控制信号以使得所述电源工作在平均功率跟踪模式；

其中，所述平均功率跟踪模式包括两种子模式：具有恒定导通时间的恒定导通时间控制模式、具有恒定关断时间的恒定关断时间控制模式；

第一驱动单元，用于连接所述输出端并基于所述第一控制信号向射频功率放大器的供给电压端供电。

优选的，所述第一包络信号为输入至所述射频功率放大器的包络信号。

优选的，所述第一驱动单元包括第一开关放大器和第一电感。

优选的，所述第一驱动单元至少包括并联的第一开关放大器和第二开关放大器，且所述第一控制单元还用于按照时序使得第一开关放大器、第二开关放大器工作在恒定导通时间控制模式或恒定关断时间控制模式。

优选的，所述电源还包括第一模式选择单元，用于在所述恒定导通时间控制模式与恒定关断时间控制模式之间进行选择。

优选的，所述第一控制单元包括计时单元，用于确定所述恒定导通时间或恒定关断时间。

优选的，所述第一控制单元包括比较单元，用于根据所述第一包络信号与反馈信号的误差确定所述恒定导通时间或启动所述恒定导通时间的时刻，或确定所述恒定关断时间或启动所述恒定关断时间的时刻。

优选的，每一个开关放大器的恒定导通时间或恒定关断时间与其他开关放大器的相同。或者，优选的，至少一个开关放大器的恒定导通时间或恒定关断时间与其他开关放大器的不同。

优选的，比较单元进一步将所述误差与以下任一种额外信号比较：预设信号、与第一包络信号关联的参考信号、与射频功率放大器的供给电压关联的参考信号。

通过上述技术方案，本公开实现了一种新的、用于射频功率放大器的电源，能够以平均功率跟踪的方式工作在恒定导通时间模式或恒定关断时间模式下，且还能够在恒定导通时间和恒定关断时间之间进行选择，充分利用多种模式的优势。

附图说明

图1是本公开中一个实施例所示的电源结构示意图；

图2A是本公开中一个实施例所示的电源结构示意图；

图2B是本公开中一个实施例所示的时序示意图；

图3A是传统滞环控制的包络追踪的示意图；

图3B是现有技术中带有低通滤波器时滞环控制的包络追踪的示意图；

图3C是现有技术中另一个带有低通滤波器时滞环控制的包络追踪的示意图；

图3D则是本公开所揭示的带有bang-bang比较器以及COT控制的包络追踪的示意图；

其中，S1表示第一包络信号，S2表示反馈信号，210表示第一控制单元，240表示第一驱动单元，Vc表示第一控制信号，Sout表示供给电压端的信号。

具体实施方式

在以下描述中，阐述了多个细节，以提供对本公开的实施例的更全面的说明。然而，对本领域技术人员来说，将显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实施本发明的实施例。在其他实施例中，以框图形式而不是详细地示出了公知的结构和设备，以避免使本公开的实施例模糊。此外，可以将以下描述的不同实施例的特征与彼此组合，除非以其他方式具体声明。

参见图1，在一个实施例中，本公开提出了一种基于反馈的用于射频功率放大器的电源，包括：

第一控制单元(210)，其包括：两个输入端和一个输出端，其中，第一输入端用于接收第一包络信号(S1)；第二输入端用于接收射频功率放大器的供给电压端的反馈信号(S2)；

所述第一控制单元，用于基于所述第一包络信号与所述反馈信号的误差输出第一控制信号(Vc)以使得所述电源工作在平均功率跟踪模式；

其中，所述平均功率跟踪模式包括两种子模式：具有恒定导通时间的恒定导通时间控制模式、具有恒定关断时间的恒定关断时间控制模式；

第一驱动单元(240)，用于连接所述输出端并基于所述第一控制信号向射频功率放大器的供给电压端供电(Sout)。

对于所述实施例，与现有技术中的方案相比，不同在于：所述第一控制单元及第一驱动单元。

能够理解，所述第一控制单元可以是任何能够实现COT控制的 COT控制单元。就COT而言，包括两种：恒定导通时间，即Constant On Time；和恒定关断时间，即ConstantOff Time。

至于反馈信号，其可以通过各种可能的方式感测或采样所述反馈信号。示例性的，图示250示意采样单元，用于从射频放大器的供给电压端获得反馈信号。由于通过感测或采样得到反馈信号，所以反馈信号用S2表示。

此外，上述实施例与现有的包括滤波单元、以及滤波之后实施迟滞控制的电源也有明显的不同，由于上述实施例不需要采用滤波单元和迟滞控制而是采用COT控制，从而使得第一驱动单元频率不受电路参数L、等效负载、迟滞、回路延迟、输入信号等的限制，可以很容易地通过第一控制单元对第一驱动单元的导通时间或关断时间进行快速响应和调整，提高了效率。也就是说，相比采用滤波及滤波后迟滞控制的现有技术，上述实施例不仅方案简单、效率高、能够消除控制信号抖动，还能够降低噪声；而且，COT控制响应速度高，非常适用于包络追踪这样要求输入信号带宽大、方便拓展的应用场景。

需要说明的是，本公开并不着眼于COT控制单元的创新性实现，因此，现有技术中的各种COT控制单元均可以借鉴，包括COT控制时可能涉及的定时器或计时器，或与定时器或计时器配合的其他电路或功能单元，其目的主要在于计算、确定相应的恒定导通时间或恒定关断时间。

至于各个电路之间的时间常数或延时的匹配问题，这属于电路领域的常识。本公开也并不着眼于如何设计、调整时间常数，在此不再赘述。

能够理解，上述实施例中的信号可以是电流信号，也可以是电压信号。下文中的各种电信号，与此类似，后文不再对此赘述。类似的，上述实施例的电源可以为模拟电源，也可以为数字电源，只要能够以模拟电路或数字电路的方式实现即可。

在另一个实施例中，所述第一包络信号为输入至所述射频功率放大器的包络信号。

对于所述实施例，当第一包络信号为输入至所述射频功率放大器的包络信号时，正如现有技术中大多数技术方案中将射频(即RF) 输入信号作为包络跟踪的基准信号那样，所述实施例也是从信号源头，即输入至射频功率放大器的包络信号，来实现包络跟踪。

在另一个实施例中，所述第一驱动单元包括第一开关放大器和第一电感。

能够理解，开关放大器适宜频率较高的场合。支路中的电流，通过相应的第一电感储存、释放。此外，如果有必要，可以进一步包括电容作为储能装置。

参见图2A，在另一个实施例中，所述第一驱动单元至少包括并联的第一开关放大器和第二开关放大器，且所述第一控制单元还用于按照时序使得第一开关放大器、第二开关放大器工作在恒定导通时间控制模式或恒定关断时间控制模式。

能够理解，由于多个开关放大器按照时序而受控，上述实施例能够实现平均功率跟踪模式下的多相控制。

如图2B所示，第一控制单元按照时序提供恒定导通或关断时间控制信号给各开关放大器，各开关放大器按照时序而导通，并输出驱动信号。其中，第一控制单元210输出具有恒定导通时间Ton的控制信号Vc1给第一开关放大器SW1、输出具有恒定导通时间Ton的控制信号Vc2给第二开关放大器SW2、以及输出具有恒定导通时间Ton的控制信号Vc3给第三开关放大器SW3。在控制信号Vc1导通脉冲的下降沿时刻，使能控制信号Vc2，同样，在控制信号Vc2导通脉冲的下降沿时刻，使能控制信号Vc3。这种按照时序而导通的控制方式，使第一驱动单元240实现了平均功率跟踪模式下的多相控制。能够理解，图2B所示的时序仅是示例之一；能够理解，在另一时序下，在控制信号Vc2导通脉冲的下降沿时刻，使能控制信号Vc1，并且，在控制信号Vc1导通脉冲的下降沿时刻，使能控制信号Vc3。

需要指出的是，图2B所示的三路Ton可以是相同的，也可以是不同的。

能够理解，对于多路并联的开关放大器，不完全相同的恒定导通时间Ton能够应对包络信号的多变性和复杂性。进一步的，恒定导通时间或恒定关断时间可以是动态调整的。此种情形下，每路的恒定导通时间或恒定关断时间，可以根据第一包络信号或反馈信号的具体情况进行计算，或者根据第一包络信号与反馈信号的误差的具体情况 (例如误差的数值范围)进行计算，甚至如果将射频功率放大器供给电压端的电压视为输出，将第一输入端和第二输入端的信号均视为输入，那么还可以在计算恒定导通时间或恒定关断时间时引入输入的参考信号或引入输出的参考信号，或者其他预设的参考信号。能够理解，当第一驱动单元只有一路开关放大器时，其恒定导通时间或恒定关断时间，自然也可以参考上述计算的方式来确定恒定导通时间或恒定关断时间。

需要说明的是，优选每一个开关放大器的恒定导通时间或恒定关断时间与其他开关放大器的相同。这是因为相同的恒定导通时间或恒定关断时间，有利于工程上的实现，实现更简单。

但是，也存在一种情形：至少一个开关放大器的恒定导通时间或恒定关断时间与其他开关放大器的不同。然而这样提高了实现的复杂度，在某种情况下有利于提高电源效率，但却可能造成纹波比较明显。

在另一个实施例中，所述电源还包括第一模式选择单元，用于在所述恒定导通时间控制模式与恒定关断时间控制模式之间进行选择。

对于该实施例而言，其给出了模式选择的实施方式，即通过第一模式选择单元进行选择。能够理解，所述选择可以通过硬件电路实现，也可以通过软件计算实现。

在另一个实施例中，所述第一控制单元包括计时单元，用于确定所述恒定导通时间或恒定关断时间。如前所述，该实施例给出了确定恒定导通时间或恒定关断时间的实施方式。同样的，与前文提及的那样，本公开并不着眼于提出新的确定恒定导通时间或恒定关断时间的方式，因此，此处不对计时单元进行赘述。理论上，现有技术中关于恒定导通时间或恒定关断时间的一切技术均可以用于直接实现计时单元。一般而言，可以认为计时单元是一个定时器电路。

在另一个实施例中，所述第一控制单元包括比较单元，用于根据所述第一包络信号与反馈信号的误差确定所述恒定导通时间或恒定关断时间。

能够理解，该实施例提出了利用比较单元确定恒定导通时间或恒定关断时间的方案。

在另一个实施例中，所述比较单元还可以进一步将所述误差与以下任一种额外信号比较：预设信号、与第一包络信号关联的参考信号、与射频功率放大器的供给电压关联的参考信号。

当额外信号参与计算或确定恒定导通时间或恒定关断时间时，其可以是预设信号，也可以是与输入、即第一包络信号关联的参考信号，还可以是与输出、即射频功率放大器的供给电压关联的参考信号。

需要强调的是，恒定导通时间或恒定关断时间，即Constant On Time或ConstantOff Time，可以视为一时间间隔。本领域技术人员可以将所述误差与所述额外信号进行比较并确定所述恒定导通时间或恒定关断时间。例如，将误差与所述额外信号进行作差运算，确定恒定导通时间或恒定关断时间。对于本领域技术人员而言，通过比较单元确定上述时间间隔，意味着输出的电压等级可以适应于多种电压等级，例如，当输出1.5V时，是一种数量级的时间间隔，但输出2.0V 时，则是另一种确定了的数量级的时间间隔。

更进一步的，可以将所述误差与所述额外信号进行比较并确定哪一时刻启动恒定导通时间，或哪一时刻启动恒定关断时间，即：将所述误差与所述额外信号进行比较并确定恒定导通控制模式的起始时刻，或恒定关断模式的起始时刻。例如，将误差与额外信号进行作差运算，可以是电压信号作差，也可以是电流信号作差，判断当前差值与前次差值的变化趋势，确定哪一时刻启动恒定导通时间，或哪一时刻启动恒定关断时间。对于本领域技术人员而言，哪一时刻启动，对电源效率有影响。

在另一个实施例中，

所述第一开关放大器、第二开关放大器选自以下任一：GaN开关放大器，Si-based开关放大器。显然，该实施例是针对较高频率的信号，这是因为GaN开关放大器的开关频率可以达到很高的水平。类似的，还可以采用开关频率也很高的Si-based开关放大器(即硅基开关放大器，也称矽基开关放大器)。能够理解，如果不需要针对较高频率的信号，那么相关开关放大器可以有更多的选择。就本公开的各个实施例而言，开关放大器的选择取决于其处理的信号的频率范围。

图3A是传统滞环控制的包络追踪的示意图，其中，黑色线1表示包络信号，蓝色线2表示电感L中的电流，洋红色3表示Vc处开关波形，其中，导通时间为0.12us～2us，平均开关频率为1.2MHz；

图3B是现有技术中带有低通滤波器时滞环控制的包络追踪的示意图，其中，黑色线1表示包络信号，蓝色线2表示电感L中的电流，洋红色3表示Vc处开关波形，其中，低通滤波器带宽为15MHz，，导通时间为0.12us～2us，平均开关频率为880kHz；

图3C是现有技术中另一个带有低通滤波器时滞环控制的包络追踪的示意图，其中，黑色线1表示包络信号，蓝色线2表示电感L中的电流，洋红色3表示Vc处开关波形，其中，低通滤波器带宽为8MHz，，平均开关频率为73kHz；

图3D则是本公开所揭示的带有bang-bang比较器以及COT控制的包络追踪的示意图，其中，黑色线1表示包络信号，蓝色线2表示电感L中的电流，洋红色3表示Vc处开关波形，其中，导通时间为 1us。

由图3A-图3D可以看出，图3D采用COT控制时，电感L中的电流波形更能提供一稳定的电流信号，几乎不受包络信号的影响，且固定的导通时间/关断时间有利于开关电源设计，进而优化提高电源效率。

此外，在一些实施例中，控制单元可以被提供在数字发射机的芯片或处理器(例如，硅)上。此外，驱动单元也可以被提供在数字发射机的芯片或处理器上。更推而广之的，其余单元也可以被提供在有关芯片或处理器上。上述电源也自然可以被提供在数字发射机的芯片或处理器上。

根据特定实现需求，可以以硬件方式或以软件方式实现本发明的实施例。该实现可以使用其上存储有电子可读控制信号的数字存储介质(例如，软盘、DVD、蓝光、CD、ROM、PROM、EPROM、EEPROM或FLASH 存储器)来加以执行。因此，该数字存储介质可以是计算机可读的。

在一些实施例中，可以使用可编程逻辑器件(例如，现场可编程门阵列)来执行本文描述的方法的功能中的一些或全部。在一些实施例中，现场可编程门阵列可以与微处理器协作，以实现本文描述的电源。

上述实施例对本公开的原理仅是示意性的。应当理解，本文描述的布置和细节的修改和变型将对本领域技术人员来说显而易见。因此，意图是仅受接下来的专利权利要求的范围限制，而不受通过本文对实施例的描述和说明而提出的具体细节限制。

Claims (10)

1.一种基于反馈的用于射频功率放大器的电源，一种基于反馈的用于射频功率放大器的电源包括：

第一控制单元，其包括：两个输入端和一个输出端，其中，第一输入端用于接收第一包络信号；第二输入端用于接收射频功率放大器的供给电压端的反馈信号；

所述第一控制单元，用于基于所述第一包络信号与所述反馈信号的误差输出第一控制信号以使得所述电源工作在平均功率跟踪模式；

其中，所述平均功率跟踪模式包括两种子模式：具有恒定导通时间的恒定导通时间控制模式、具有恒定关断时间的恒定关断时间控制模式；

第一驱动单元，用于连接所述输出端并基于所述第一控制信号向射频功率放大器的供给电压端供电；

其中，所述第一驱动单元至少包括并联的第一开关放大器和第二开关放大器；

所述第一控制单元按照时序提供恒定导通或关断时间控制信号给各开关放大器，各开关放大器按照时序而导通，使得第一驱动单元实现平均功率跟踪模式下的多相控制并输出驱动信号。

2.如权利要求1所述的电源，其中，所述第一包络信号为输入至所述射频功率放大器的包络信号。

3.如权利要求1所述的电源，其中，所述第一驱动单元包括第一开关放大器和第一电感。

4.如权利要求1所述的电源，其中，所述第一控制单元还用于按照时序使得第一开关放大器、第二开关放大器工作在恒定导通时间控制模式或恒定关断时间控制模式。

5.如权利要求1所述的电源，其中，所述电源还包括第一模式选择单元，用于在所述恒定导通时间控制模式与恒定关断时间控制模式之间进行选择。

6.如权利要求1所述的电源，其中，所述第一控制单元包括计时单元，用于确定所述恒定导通时间或恒定关断时间。

7.如权利要求1所述的电源，其中，所述第一控制单元包括比较单元，用于根据所述第一包络信号与反馈信号的误差确定所述恒定导通时间或启动所述恒定导通时间的时刻，或确定所述恒定关断时间或启动所述恒定关断时间的时刻。

8.如权利要求4所述的电源，其中，每一个开关放大器的恒定导通时间或恒定关断时间与其他开关放大器的相同。

9.如权利要求4所述的电源，其中，至少一个开关放大器的恒定导通时间或恒定关断时间与其他开关放大器的不同。

10.如权利要求7所述的电源，其中，比较单元进一步将所述误差与以下任一种额外信号比较：预设信号、与第一包络信号关联的参考信号、与射频功率放大器的供给电压关联的参考信号。

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