CN108880491B - 具有升压功能的功率放大装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有升压功能的功率放大装置，所述功率放大装置包括：控制电路，产生偏置电压且使用电池电压和参考电压产生控制信号；以及功率放大电路，根据所述控制信号使所述电池电压升压，以提供操作电压，并且根据所述偏置电压和所述操作电压而操作，以放大输入信号，其中，所述功率放大电路检测所述操作电压并将检测电压提供到所述控制电路，并且所述控制电路根据所述检测电压控制所述控制信号。

Description

具有升压功能的功率放大装置
本申请要求于2017年5月10日在韩国知识产权局提交的第10-2017-0058113号韩国专利申请的优先权的权益，所述韩国专利申请的全部公开内容出于所有目的通过引用被包含于此。
技术领域
以下描述涉及一种具有升压功能的功率放大装置。
背景技术
功率放大器模块(PAM)将从发送器输出的射频(RF)信号进行放大并将放大后的RF信号发送到天线。由于PAM支持各种频带，因此PAM可包括多个开关和滤波器以及放大RF信号的多个功率放大器(PA)。
PAM的性能通过诸如以最大输出、效率和线性度为例的标准来评估。此外，由于PAM在移动电话中使用相对大量的电流，因此电流消耗是另一个评估项目。
为了减少PAM的电流消耗，可使用平均功率跟踪(APT)或包络跟踪(ET)。APT是通过根据平均输出功率调整操作电压Vcc来提高效率的方法，而ET是根据RF信号的包络而改变PA的电源电压的方法。ET是这样一种方法，针对RF信号的具有小幅值的一部分降低PA电源电压以减少平均功率消耗，并针对RF信号的具有大幅值的一部分增大PA电源电压以防止线性度的劣化。
APT是使操作电压(VCC)跟随平均值持续预定时间段的方法，而ET是使VCC跟随瞬时输出的方法，需要用于产生同时跟随包络信号的VCC的ET调制器。
近来，已积极地研究了高电压功率放大器。高电压功率放大器(PA)可包括如下的PA，该PA包括使用比电池电压(VBAT)高的VCC而使电池电压升压的DC升压器。因此，通过使用DC升压器使电池电压升压3到4倍来提高PA的效率。
高电压PA在如下方面是有利的：由于负载阻抗的增大而使得用于匹配的电路的尺寸减小，且效率提高。然而，为了应用这种高电压PA，额外需要DC/DC转换器(DC升压器)IC，导致了整体模块尺寸增大。现有的高电压PA可包括偏置电路、高电压(HV)电源电路和HVPA。
在现有的高电压PA实现为单个模块的情况下，如果偏置电路、HV电源电路和HV PA均实现为IC或组件，则需要至少三个IC或组件。具体地，偏置电路是通过互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺制造的，HV电源电路是通过横向扩散金属氧化物半导体(LD-MOS)工艺制造的，且HV PA是通过异质结双极晶体管(HBT)工艺制造的。也就是说，由于偏置电路、HV电源电路和HV PA通过单独的制造工艺制造为三个IC，因此现有的高电压PA不是很紧凑。
发明内容
提供本发明内容以按照简化形式介绍选择的构思，以下在具体实施方式中进一步描述所述选择的构思。本发明内容并不意在确定所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不意在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。
在一个总体方面，提供一种功率放大装置，包括：控制电路，被配置为产生偏置电压且使用电池电压和参考电压产生控制信号；以及功率放大电路，被配置为根据所述控制信号使所述电池电压升压，以提供操作电压，根据所述偏置电压和所述操作电压放大输入信号，且基于所述操作电压将检测电压提供到所述控制电路，其中，所述控制电路可被配置为根据所述检测电压控制所述控制信号。
所述控制电路可包括：偏置电路，被配置为使用所述电池电压产生所述偏置电压和所述参考电压；以及高电压功率控制器，被配置为使用所述电池电压和所述参考电压产生所述控制信号，且根据所述检测电压控制所述控制信号。
所述功率放大电路可包括：直流(DC)升压器电路，被配置为根据所述控制信号使所述电池电压升压，以提供所述操作电压；放大电路，被配置为根据所述偏置电压和所述操作电压放大输入信号；以及反馈检测电路，被配置为检测所述操作电压且将所述检测电压提供到所述高电压功率控制器。
所述高电压功率控制器可包括：电压输入电路，被配置为对所述检测电压进行分压，以提供反馈电压；误差放大电路，被配置为提供在所述反馈电压和所述参考电压之间的误差电压；比较电路，被配置为将所述误差电压与三角波电压进行比较，以提供脉冲波电压；以及驱动电路，被配置为将所述脉冲波电压转换为所述控制信号。
所述控制电路可以是通过互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺制造的。
所述功率放大电路可以是通过异质结双极晶体管(HBT)工艺制造的。
所述放大电路可包括：驱动放大器，被配置为基于所述电池电压和所述偏置电压放大所述输入信号，且将放大后的输入信号输出到功率放大器，并且所述功率放大器被配置为基于所述偏置电压和所述操作电压对接收到的放大后的输入信号进行放大。
所述比较电路还可被配置为响应于所述误差电压比所述三角波电压低而提供具有低水平电压的所述脉冲波电压。
所述比较电路还可被配置为响应于所述误差电压比所述三角波电压高而提供具有高水平电压的所述脉冲波电压。
在另一总体方面，提供一种功率放大装置，包括：控制电路，被配置为产生偏置电压且使用电池电压和参考电压产生控制信号；以及功率放大电路，被配置为根据所述控制信号使所述电池电压升压，以提供操作电压，并且根据所述电池电压、所述偏置电压和所述操作电压放大输入信号，且基于所述操作电压将检测电压提供到所述控制电路，其中，所述控制电路还被配置为根据所述检测电压控制所述控制信号，并且所述功率放大电路包括在接收到所述电池电压和所述偏置电压时进行操作的驱动放大器以及在接收到所述偏置电压和所述操作电压时进行操作的功率放大器。
所述控制电路可包括：偏置电路，被配置为使用所述电池电压产生所述偏置电压和所述参考电压；以及高电压功率控制器，被配置为使用所述电池电压和所述参考电压产生所述控制信号，且根据所述检测电压控制所述控制信号。
所述功率放大电路可包括：直流(DC)升压器电路，被配置为根据所述控制信号使所述电池电压升压，以提供所述操作电压；放大电路，包括所述驱动放大器和所述功率放大器，且被配置为放大输入信号；以及反馈检测电路，被配置为检测所述操作电压且将所述检测电压提供到所述高电压功率控制器。
所述高电压功率控制器可包括：电压输入电路，被配置为对所述检测电压进行分压，以提供反馈电压；误差放大电路，被配置为提供在所述反馈电压和所述参考电压之间的误差电压；比较电路，被配置为将所述误差电压与三角波电压进行比较，以提供脉冲波电压；以及驱动电路，被配置为将所述脉冲波电压转换为所述控制信号。
所述控制电路可以是通过互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺制造的。
所述功率放大电路可以是通过异质结双极晶体管(HBT)工艺制造的。
通过以下具体实施方式、附图以及权利要求，其他特征和方面将显而易见。
附图说明
图1是示出功率放大装置的示例的示图。
图2是示出功率放大装置的示例的示图。
图3是示出高电压功率控制器的示例的示图。
图4是示出主信号的时序图的示例的示图。
图5是示出功率放大装置的示例的示图。
在所有的附图和具体实施方式中，相同的附图标号指示相同的元件。附图可不按照比例绘制，并且为了清楚、说明和便利，可夸大附图中的元件的相对尺寸、比例和描绘。
具体实施方式
提供以下具体实施方式，以帮助读者获得对在此描述的方法、装置和/或系统的全面理解。然而，在经过彻底理解本申请的公开内容后，在此所描述的方法、装置和/或系统的各种变化、变型及等同物将是显而易见的。例如，在此描述的操作顺序仅仅是示例，且不限于在此所阐述的示例，而是除了必须按照特定顺序发生的操作外，可在理解了本申请的公开内容后做出将是显而易见的变化。此外，为了增加清楚性和简洁性，可省略本领域中已知的特征的描述。
在此描述的特征可按照不同的形式实施，并且将不被解释为局限于在此描述的示例。更确切地说，已经提供在此描述的示例，仅仅为了示出在理解了本申请的公开内容后将是显而易见的实现在此描述的方法、装置和/或系统的多种可行方式中的一些可行方式。
在整个说明书中，当诸如层、区域或晶圆(基板)的元件被描述为“在”另一元件“上”、“连接到”另一元件或“结合到”另一元件时，其可直接“在”另一元件“上”、“连接到”另一元件或“结合到”另一元件，或者可存在介于他们之间的其他元件。相比之下，当元件被称为“直接在”另一元件“上”、“直接连接到”另一元件或“直接结合到”另一元件时，可不存在介于他们之间的其他元件或层。如在此使用的术语“和/或”包括相关所列项中的一个或更多个的任意组合和所有组合。
虽然诸如“第一”、“第二”和“第三”的术语可在此用于描述各种构件、组件、区域、层和/或部分，但是这些构件、组件、区域、层和/或部分不受这些术语限制。更确切地说，这些术语仅用于将一个构件、组件、区域、层或部分与另一构件、组件、区域、层或部分区分开。因此，在不脱离示例的教导的情况下，在以下的示例中被称为的第一构件、组件、区域、层或部分还可被称为第二构件、组件、区域、层或部分。
为了方便描述，在此可使用诸如“在……之上”、“上方”、“在……之下”以及“下方”的空间相关术语来描述如附图中所示的一个元件与另一元件的关系。这样的空间相关术语意在包含除了附图中描绘的方位之外设备在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的设备被翻转，则被描述为相对于其他元件位于“之上”或“上方”的元件随后将相对于其他元件位于“之下”或“下方”。因此，术语“在……之上”根据附图的特定方向可包括“在……之上”和“在……之下”两种方位。设备还可被其他定位(旋转90度或处于其他方位)，并将对在此使用的空间相关术语做出相应的解释。
在此使用的术语仅是用于描述各种示例，而不被意图限制本公开。除非上下文另外清楚地指明，否则单数形式也包含复数形式。如在此使用的术语“和/或”包括相关所列项中的任意一个和任意两个或更多个的任意组合。
由于制造技术和/或公差，可发生附图中所示出的形状的变化。因此，下面描述的示例不被理解为限于附图中示出的区域的特定的形状，而是包括制造期间发生的形状上的变化。
图1是示出功率放大装置的示例的示图，图2是示出功率放大装置的示例的示图。
参照图1和图2，功率放大装置包括控制电路100和功率放大电路200。
在示例中，控制电路100产生偏置电压Vbias并使用电池电压VBAT和参考电压Vref产生控制信号Vc。
例如，控制电路100包括偏置电路110和高电压功率控制器(high voltagepowercontroller)120。在示例中，偏置电路110使用电池电压VBAT产生偏置电压Vbias和参考电压Vref。
在示例中，高电压功率控制器120使用电池电压VBAT和参考电压Vref产生控制信号Vc，且根据检测电压Vd对控制信号Vc进行控制。
在示例中，功率放大电路200根据控制信号Vc增大(或升压)电池电压VBAT，且提供操作电压Vcc。功率放大电路200根据偏置电压Vbias和操作电压Vcc放大输入信号。
例如，操作电压Vcc可根据频带或功率模式而不同。在示例中，控制信号Vc为适用于频带或功率模式的信号。
功率放大电路200可检测操作电压Vcc且将检测电压Vd提供到控制电路100。在示例中，控制电路100根据检测电压Vd对控制信号Vc进行控制。
在示例中，功率放大电路200包括升压器电路210和放大电路220。在另一示例中，功率放大电路200包括直流(DC)升压器电路210、放大电路220和反馈检测电路230。
DC升压器电路210可根据控制信号Vc增大电池电压VBAT，以提供操作电压Vcc。
在示例中，DC升压器电路210包括电感器L1、开关晶体管Q1和二极管D1。电感器L1的一端连接到电池电压VBAT端子，电感器L1的另一端连接到开关晶体管Q1的集电极。开关晶体管Q1包括连接到电感器L1的另一端的集电极、接收控制信号Vc的基极和连接到地的发射极。二极管D1包括连接到开关晶体管Q1的集电极的阳极和连接到反馈检测电路230的阴极。
开关晶体管Q1根据控制信号Vc执行开关操作，且通过一系列过程(其中，根据开关操作通过二极管D1对积聚在电感器L1中的能量电压进行整流)，电池电压VBAT(例如，3.2V至4.7V)可增大到较高的操作电压Vcc(例如，12V至20V)。
在示例中，放大电路220根据偏置电压Vbias和操作电压Vcc进行操作，以放大输入信号。
反馈检测电路230检测操作电压Vcc且将检测电压Vd提供至高电压功率控制器120。
在示例中，反馈检测电路230包括串联连接到DC升压器电路210的输出端子和地的第一电阻器R1和第二电阻器R2。在示例中，反馈检测电路230从第一电阻器R1和第二电阻器R2之间的连接节点向控制电路100提供检测电压Vd。
参照图1，放大电路220包括功率放大器(PA)。在示例中，PA在接收到偏置电压Vbias和操作电压Vcc时操作，放大输入信号且输出放大后的信号。
参照图2，在示例中，放大电路220包括驱动放大器DA和功率放大器PA。
在示例中，DA在接收到电池电压VBAT和偏置电压Vbias时操作，以放大输入信号且输出放大后的信号。
在示例中，PA在接收到偏置电压Vbias和操作电压Vcc时操作，以放大来自DA的信号且输出放大后的信号。
在图1和图2中，C1为用于从操作电压Vcc去除诸如波纹(ripple)的AC噪声的交流(AC)接地电容器。
在示例中，控制电路100为通过互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺制造的第一集成电路(IC1)。与图1和图2所示的示例不同，在另一示例中，第一电容器C1和第一电感器L1可设置在第一IC(IC1)之外。
在示例中，功率放大电路200为通过异质结双极晶体管(HBT)工艺制造的第二IC(IC2)。
图3是示出高电压功率控制器的示图。
参照图3，在示例中，高电压功率控制器120包括电压输入电路121、误差放大电路122、比较电路123和驱动电路124。
在示例中，电压输入电路121对检测电压Vd进行分压，以提供反馈电压Vf。例如，电压输入电路121可包括串联连接在接收检测电压Vd的端子和地之间的第三电阻器R3和第四电阻器R4，且从在第三电阻器R3和第四电阻器R4之间的连接节点提供反馈电压Vf
在示例中，误差放大电路122提供在反馈电压Vf和参考电压Vref之间的误差电压Ve。例如，误差放大电路122可包括第一运算放大器A1、第五电阻器R5以及两个电容器C2和C4。第一运算放大器A1可将反馈电压Vf与参考电压Vref进行比较且提供与这两个电压之间的差对应的误差电压Ve。
比较电路123可将误差电压Ve与三角波电压Vramp进行比较，且提供脉冲波电压Vpwm。例如，比较电路123可包括第二运算放大器A2。第二运算放大器A2可将误差电压Ve与三角波电压Vramp进行比较，且当误差电压Ve低于三角波电压Vramp时提供具有低水平电压的脉冲波电压Vpwm，并当误差电压Ve高于三角波电压Vramp时提供具有高水平电压的脉冲波电压Vpwm。
在示例中，驱动电路124将脉冲波电压Vpwm转换为控制信号Vc。例如，驱动电路124将脉冲波电压Vpwm的水平转换为用于控制DC升压器电路210的控制信号Vc的水平。
图4是示出主信号的时序图的示例的示图。
在图4中，Ve是从误差放大电路122输出的电压并与反馈电压Vf和参考电压Vref之间的差值电压(difference voltage)对应。Vramp是将通过比较电路123与误差电压Ve进行比较的三角波电压。
Vc是从驱动电路214输出并用于控制DC升压器电路210的脉冲波电压Vpwm形式的电压。Vcc为从DC升压器电路210输出的操作电压。
图5是示出功率放大装置的另一示例的示图。
参照图5，功率放大装置可包括控制电路100和功率放大电路200，功率放大电路200包括第一功率放大电路200-1、第二功率放大电路200-2、…、第n功率放大电路200-n等多个功率放大电路。
第一功率放大电路200-1、第二功率放大电路200-2、…、第n功率放大电路200-n可分别具有图1中所示的功率放大电路的结构或图2中所示的功率放大电路的结构，且可针对不同的频带进行操作和按照不同的功率模式进行操作。
控制电路100可控制第一功率放大电路200-1、第二功率放大电路200-2、…、第n功率放大电路200-n，以选择频带或控制功率模式。
在示例中，控制电路100可以是可通过CMOS工艺制造的第一集成电路IC1，功率放大电路200可以是可通过HBT工艺制造的第二集成电路IC2。
根据上述示例，由于功率放大装置包括第一IC和第二IC两者，因此减小了功率放大装置的尺寸且减少了材料成本。
如上所阐述的，由于减少了通过不同工艺制造的IC的数量，因此减小了尺寸，使电池电压升压的升压电压被反馈控制，且因此更加精确地控制操作功率。
虽然本公开包括特定的示例，但是在不脱离权利要求及他们的等同物的精神和范围的情况下，可在这些示例中做出形式上和细节上的各种变化。在此所描述的示例将仅被认为描述性含义，而非出于限制的目的。在每个示例中的特征或方面的描述将被认为是可适用于其他示例中的类似特征或方面。如果以不同的顺序执行描述的技术，和/或如果以不同的方式组合描述的系统、架构、设备或者电路中的组件和/或用其他组件或者他们的等同物进行替换或者补充描述的系统、架构、设备或者电路中的组件，则可获得适当的结果。因此，本公开的范围不由具体实施方式限定，而是由权利要求及他们的等同物限定，并且在权利要求及他们的等同物的范围内的所有变化将被解释为包括在本公开中。

Claims (11)

1.一种功率放大装置，包括：
控制电路，通过互补金属氧化物半导体工艺被制造，并且被配置为产生偏置电压且使用电池电压和参考电压产生控制信号；以及
功率放大电路，通过异质结双极晶体管工艺被制造，并且被配置为响应于所述控制信号使所述电池电压升压，以提供比所述电池电压高的操作电压，根据所述偏置电压和所述操作电压放大输入信号，且基于所述操作电压将检测电压提供到所述控制电路，
其中，所述控制电路还被配置为根据所述检测电压控制所述控制信号。
2.根据权利要求1所述的功率放大装置，其中，所述控制电路包括：
偏置电路，被配置为使用所述电池电压产生所述偏置电压和所述参考电压；以及
高电压功率控制器，被配置为使用所述电池电压和所述参考电压产生所述控制信号，且根据所述检测电压控制所述控制信号。
3.根据权利要求2所述的功率放大装置，其中，所述功率放大电路包括：
直流升压器电路，被配置为根据所述控制信号使所述电池电压升压，以提供所述操作电压；
放大电路，被配置为根据所述偏置电压和所述操作电压放大输入信号；以及
反馈检测电路，被配置为检测所述操作电压且将所述检测电压提供到所述高电压功率控制器。
4.根据权利要求2所述的功率放大装置，其中，所述高电压功率控制器包括：
电压输入电路，被配置为对所述检测电压进行分压，以提供反馈电压；
误差放大电路，被配置为提供在所述反馈电压和所述参考电压之间的误差电压；
比较电路，被配置为将所述误差电压与三角波电压进行比较，以提供脉冲波电压；以及
驱动电路，被配置为将所述脉冲波电压转换为所述控制信号。
5.根据权利要求3所述的功率放大装置，其中，所述放大电路包括：
驱动放大器，被配置为基于所述电池电压和所述偏置电压放大所述输入信号，且将放大后的输入信号输出到功率放大器，并且
所述功率放大器被配置为基于所述偏置电压和所述操作电压对接收到的放大后的输入信号进行放大。
6.根据权利要求4所述的功率放大装置，其中，所述比较电路还被配置为响应于所述误差电压比所述三角波电压低而提供具有低水平电压的所述脉冲波电压。
7.根据权利要求4所述的功率放大装置，其中，所述比较电路还被配置为响应于所述误差电压比所述三角波电压高而提供具有高水平电压的所述脉冲波电压。
8.一种功率放大装置，包括：
控制电路，通过互补金属氧化物半导体工艺被制造，并且被配置为产生偏置电压且使用电池电压和参考电压产生控制信号；以及
功率放大电路，通过异质结双极晶体管工艺被制造，并且被配置为响应于所述控制信号使所述电池电压升压，以提供比所述电池电压高的操作电压，根据所述电池电压、所述偏置电压和所述操作电压放大输入信号，且基于所述操作电压将检测电压提供到所述控制电路，其中，
所述控制电路还被配置为根据所述检测电压控制所述控制信号，并且
所述功率放大电路包括在接收到所述电池电压和所述偏置电压时进行操作的驱动放大器以及在接收到所述偏置电压和所述操作电压时进行操作的功率放大器。
9.根据权利要求8所述的功率放大装置，其中，所述控制电路包括：
偏置电路，被配置为使用所述电池电压产生所述偏置电压和所述参考电压；以及
高电压功率控制器，被配置为使用所述电池电压和所述参考电压产生所述控制信号，且根据所述检测电压控制所述控制信号。
10.根据权利要求9所述的功率放大装置，其中，所述功率放大电路包括：
直流升压器电路，被配置为根据所述控制信号使所述电池电压升压，以提供所述操作电压；
放大电路，包括所述驱动放大器和所述功率放大器，且被配置为放大输入信号；以及
反馈检测电路，被配置为检测所述操作电压且将所述检测电压提供到所述高电压功率控制器。
11.根据权利要求9所述的功率放大装置，其中，所述高电压功率控制器包括：
电压输入电路，被配置为对所述检测电压进行分压，以提供反馈电压；
误差放大电路，被配置为提供在所述反馈电压和所述参考电压之间的误差电压；
比较电路，被配置为将所述误差电压与三角波电压进行比较，以提供脉冲波电压；以及
驱动电路，被配置为将所述脉冲波电压转换为所述控制信号。
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