CN109120233B - 射频放大系统、装置和方法 - Google Patents

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Abstract

射频放大系统、装置和方法。在一些实施例中，一种放大系统包括：供电电路，配置为以平均功率跟踪模式提供高供电电压。所述放大系统还包括放大器，配置为用所述高供电电压操作并提供与耦接到所述放大器输出的部件的阻抗基本匹配的阻抗。所述放大系统还包括信号路径，配置为将放大后的信号从所述放大器的输出路由到所述部件，所述输出路径基本没有输出匹配网络。

Description

射频放大系统、装置和方法
本申请是申请日为2015年09月30日、题为“由升压转换器驱动的射频功率放大器”的发明专利申请201510641587.9的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请是2015年9月29日提交的题为“RADIO-FREQUENCY POWER AMPLIFIERSDRIVEN BY BOOST CONVERTER”的美国申请No.14/869,957的继续，其主张2015年2月15日提交的题为“RADIO-FREQUENCY POWER AMPLIFIERS DRIVEN BY BOOST CONVERTER”的美国临时申请No.62/116,452的优先权和权益，在此声明其提交日期的权益，并且其每一个的公开内容特此通过引用明确地整体合并于此。
技术领域
本申请总体上涉及用于射频(RF)应用的功率放大器。
背景技术
在射频(RF)应用中，待发射的RF信号一般由收发机生成。然后，这样的RF信号可由功率放大器(PA)放大，放大后的RF信号可被路由到天线以供发射。
发明内容
在一些实施方式中，本申请涉及一种功率放大系统，其包括配置为基于电池电压提供高电压(HV)供电信号的供电系统，以及配置为接收所述HV供电信号并且放大射频(RF)信号的功率放大器(PA)。所述功率放大系统还包括配置为将放大后的RF信号路由到滤波器的输出路径。
在一些实施例中，所述输出路径可以基本没有阻抗变换电路。所述功率放大系统可配置成操作为平均功率跟踪(APT)系统。所述供电系统可包括配置成基于所述电池电压生成所述HV供电信号的升压DC/DC转换器。所述HV供电信号可被选择为使得所述PA和所述滤波器的阻抗充分匹配以允许所述输出路径基本没有阻抗转换电路。所述PA的阻抗具有大于大约40欧姆的值，诸如大约50欧姆的值。
在一些实施例中，所述PA可包括异质结双极晶体管(HBT)。所述HBT可以是砷化镓(GaAs)器件。所述HV供电信号可以被作为VCC提供给所述HBT的集电极。
在一些实施例中，所述滤波器可以是配置为以对应的发射(Tx)频率带操作的Tx滤波器。所述Tx滤波器可以是配置为以所述Tx频率带和对应的接收(Rx)频率带操作的双工器的一部分。
在一些实施例中，所述功率放大系统还可包括一个或多个附加PA，其每个配置为接收所述HV供电信号并且放大RF信号。所述功率放大系统还可包括一个或多个附加输出路径，其每个配置为接收对应的附加PA的放大RF信号并且将其路由到对应的滤波器。所述附加输出路径可以基本没有阻抗变换电路。
在一些实施例中，每个滤波器可以具有与其相关联的对应PA。所述功率放大系统可以基本没有频带选择开关在所述PA和所述滤波器之间。所述功率放大系统可以具有比具有类似频带处理能力但是其中PA以低电压操作的另一功率放大器系统更低的损耗。所述功率放大系统可以是平均功率跟踪(APT)系统，所述另一功率放大器系统可以是包络跟踪(ET)系统。所述APT系统可以具有比所述ET系统的总体效率更高的总体效率。
根据多种实施方式，本申请涉及一种射频(RF)模块，其包括配置为容纳多个部件的封装衬底和实施在所述封装衬底上的功率放大系统。所述功率放大系统包括配置为基于电池电压提供高电压(HV)供电信号的供电系统。所述功率放大系统还包括多个功率放大器(PA)，每个PA配置为接收所述HV供电信号并且放大射频(RF)信号。所述功率放大系统还包括配置为将放大后的RF信号从对应的PA路由到对应的滤波器的输出路径。
在一些实施例中，所述多个PA中的每个还可配置为大约驱动对应的输出滤波器的特征负载阻抗。每个输出路径可以基本没有阻抗变换电路在对应的PA和输出滤波器之间。所述功率放大系统可以基本没有频带选择开关在所述多个PA与它们对应的输出滤波器之间。所述RF模块可以是例如前端模块(FEM)。
在一些教导中，本申请涉及一种无线装置，其包括配置为生成射频(RF)信号的收发机、以及与所述收发机通信的前端模块(FEM)。所述FEM包括配置为容纳多个部件的封装衬底。所述FEM还包括实施在所述封装衬底上的功率放大系统。所述功率放大系统包括配置为基于电池电压提供高电压(HV)供电信号的供电系统。所述功率放大系统还包括多个功率放大器PA，每个PA配置为接收所述HV供电信号并且放大射频(RF)信号，所述功率放大系统还包括配置为将放大后的RF信号从对应的PA路由到对应的滤波器的输出路径。所述无线装置还包括与所述FEM通信的天线，所述天线配置为发射所述放大后的RF信号。
根据多种实施方式，本申请涉及一种功率放大系统，其包括配置为接收和放大射频(RF)信号的功率放大器(PA)，以及耦接到所述PA并且配置为调节放大后的RF信号的滤波器。所述PA还配置为驱动大约所述滤波器的特征负载阻抗。
在一些实施例中，所述PA可具有比大约40欧姆更大的阻抗。所述PA的阻抗可具有大约50欧姆的值。
在一些实施例中，所述功率放大系统还可包括配置为向所述PA提供高电压(HV)供电的供电系统。所述供电系统可包括配置为基于电池电压Vbatt生成所述HV供电的升压DC/DC转换器。
在一些实施例中，所述PA可包括异质结双极晶体管(HBT)。所述HBT可以是例如砷化镓(GaAs)器件。所述HV供电可作为VCC提供给所述HBT的集电极。
在一些实施例中，所述滤波器可以是配置为以对应的发射(Tx)频率带操作的Tx滤波器。所述Tx滤波器可以是配置为以所述Tx频率带和对应的接收(Rx)频率带操作的双工器的一部分。
在一些实施例中，所述滤波器可通过基本没有阻抗变换电路的输出路径耦接到所述PA。
在一些实施例中，所述功率放大系统还可包括一个或多个附加PA，其每个配置为用所述HV供电操作并且放大对应的RF信号。所述功率放大系统还可包括耦接到所述一个或多个附加PA中的每个并且配置为调节对应的放大后的RF信号的滤波器。所述一个或多个附加PA中的每个还可配置为驱动大约对应滤波器的特征负载阻抗。所述一个或多个附加滤波器中的每个通过基本没有阻抗变换电路的输出路径耦接到对应的PA。
在一些实施例中，所述PA和所述一个或多个附加PA可形成M个PA。在一些实施例中，所述M个PA可实施在单个半导体晶片上。所述M个PA可配置为以单独的频率带操作。所述系统可基本没有频带选择开关在所述M个PA与它们对应的滤波器之间。
在一些实施例中，所述功率放大系统可配置成操作为平均功率跟踪(APT)系统。所述APT系统可具有比具有类似频带处理能力但是其中PA以低电压操作的另一功率放大器系统更低的损耗。所述另一功率放大器系统可以是包络跟踪(ET)系统。所述APT系统可具有比所述ET系统的总体效率更高的总体效率。
在一些教导中，本申请涉及一种射频(RF)模块，其包括配置为容纳多个部件的封装衬底，以及实施在所述封装衬底上的功率放大系统。所述功率放大系统包括多个功率放大器(PA)，每个PA配置为接收和放大射频(RF)信号。所述功率放大系统还包括耦接到每个PA的滤波器，每个PA配置为驱动大约所述滤波器的特征负载阻抗。
在一些实施例中，每个PA可配置为以高电压(HV)供电模式操作。每个滤波器可通过基本没有阻抗变换电路的输出路径耦接到对应的PA。
在一些实施例中，所述RF模块可以基本没有频带选择开关在所述多个PA与它们对应的滤波器之间。所述RF模块可以是例如前端模块(FEM)。
根据一些实施方式，本申请涉及一种无线装置，其包括配置为生成射频(RF)信号的收发机和与所述收发机通信的前端模块(FEM)。所述FEM包括配置为容纳多个部件的封装衬底和实施在所述封装衬底上的功率放大系统。所述功率放大系统包括多个功率放大器(PA)，每个PA配置为接收和放大射频(RF)信号。所述功率放大系统还包括耦接到每个PA的滤波器，每个PA配置为驱动大约所述滤波器的特征负载阻抗。所述无线装置还包括与所述FEM通信的天线，所述天线配置为发射放大后的RF信号。
在一些教导中，本申请涉及一种处理射频(RF)信号的方法。所述方法包括用功率放大器(PA)放大所述RF信号，以及将放大后的RF信号路由到滤波器。所述方法还包括操作所述PA使得所述PA驱动大约所述滤波器的特征阻抗。
在一些实施例中，所述PA可具有大约50欧姆的阻抗。在一些实施例中，操作所述PA可包括用高电压(HV)向所述PA供电。
根据多种教导，本申请涉及一种功率放大系统，其包括配置为接收和放大射频(RF)信号的功率放大器PA。所述功率放大系统还包括通过输出路径耦接到所述PA的输出滤波器，所述输出路径基本没有阻抗变换电路。
在一些实施例中，所述PA还可配置为驱动大约所述输出滤波器的特征负载阻抗。所述PA被配置为驱动大约所述输出滤波器的特征负载阻抗可通过用高电压(HV)供电操作所述PA来实现。所述输出路径基本没有阻抗变换电路可导致在所述PA和所述输出滤波器之间损耗减小至少0.5dB。
在一些实施例中，所述PA可具有比大约40欧姆更大的阻抗。所述PA的阻抗可具有大约50欧姆的值。所述PA的阻抗可导致所述PA中减小的电流耗用。所述PA中减小的电流耗用可允许PA的尺寸小于具有更低阻抗的其他PA。
在一些实施例中，所述功率放大系统还可包括配置为向所述PA提供高电压(HV)供电的供电系统。所述供电系统可包括配置为基于电池电压Vbatt生成所述HV供电的升压DC/DC转换器。
在一些实施例中，所述PA可包括异质结双极晶体管(HBT)。所述HBT可以是砷化镓(GaAs)器件。所述HV供电可作为VCC提供给所述HBT的集电极。
在一些实施例中，所述输出滤波器可以是配置为以对应的发射(Tx)频率带操作的Tx滤波器。所述Tx滤波器可以是配置为以所述Tx频率带和对应的接收(Rx)频率带操作的双工器的一部分。
在一些实施例中，所述功率放大系统还可包括一个或多个附加PA，其每个配置为用所述HV供电操作并且放大对应的RF信号。所述功率放大系统还可包括通过基本没有阻抗变换电路的输出路径耦接到所述一个或多个附加PA中的每个的输出滤波器。所述一个或多个附加PA中的每个还可配置为驱动大约对应的输出滤波器的特征负载阻抗。
在一些实施例中，所述PA和所述一个或多个附加PA可形成M个PA。所述M个PA可实施在单个半导体晶片上。所述M个PA可配置为以单独的频率带操作。
在一些实施例中，所述功率放大系统可基本没有频带选择开关在所述M个PA与它们对应的输出滤波器之间。基本没有频带选择开关的所述功率放大系统可导致给定PA与对应的输出滤波器之间至少0.3dB的损耗减小。
在一些实施例中，所述功率放大系统可配置成操作为平均功率跟踪(APT)系统。所述APT系统可具有比具有类似频带处理能力但是其中PA以低电压操作的另一功率放大器系统更低的损耗。所述另一功率放大器系统可以是包络跟踪(ET)系统。所述APT系统可具有比所述ET系统的总体效率更高的总体效率。
根据一些实施方式，本申请涉及一种射频(RF)模块，其包括配置为容纳多个部件的封装衬底，以及实施在所述封装衬底上的功率放大系统。所述功率放大系统包括多个功率放大器(PA)，每个PA配置为接收和放大射频(RF)信号。所述功率放大系统还包括通过基本没有阻抗变换电路的输出路径耦接到每个PA的输出滤波器。
在一些实施例中，每个PA可配置为以高电压(HV)供电模式操作。每个PA还可配置为驱动大约对应的输出滤波器的特征负载阻抗。
在一些实施例中，所述RF模块可以基本没有频带选择开关在所述多个PA与它们对应的输出滤波器之间。所述RF模块可以是例如前端模块(FEM)。
在一些实施方式中，本申请涉及一种无线装置，其包括配置为生成射频(RF)信号的收发机和与所述收发机通信的前端模块(FEM)。所述FEM包括配置为容纳多个部件的封装衬底和实施在所述封装衬底上的功率放大系统。所述功率放大系统包括多个功率放大器(PA)，每个PA配置为接收和放大射频(RF)信号。所述功率放大系统还包括通过基本没有阻抗变换电路的输出路径耦接到每个PA的输出滤波器。所述无线装置还包括与所述FEM通信的天线，所述天线配置为发射放大后的RF信号。
在一些教导中，本申请涉及一种处理射频(RF)信号的方法。所述方法包括用功率放大器(PA)放大所述RF信号，以及将放大后的RF信号基本无阻抗变换地路由到输出滤波器。所述方法还包括用所述输出滤波器对所述放大后的RF信号进行滤波。
在一些实施例中，放大所述RF信号可包括操作所述PA使得所述PA驱动大约所述输出滤波器的特征阻抗，从而允许基本无阻抗变换的路由。所述PA可具有大约50欧姆的阻抗。在一些实施例中，操作所述PA可包括用高电压(HV)向所述PA供电。
根据一些教导，本申请涉及一种功率放大系统，其包括多个功率放大器(PA)，每个PA配置为接收和放大一频率带中的射频(RF)信号。所述功率放大系统还可包括通过单独的输出路径耦接到每个PA的输出滤波器，使得所述功率放大系统在所述多个PA与它们对应的输出滤波器之间基本没有频带选择开关。
在一些实施例中，每个PA还可配置为驱动大约对应的输出滤波器的特征负载阻抗。每个PA配置为驱动大约对应的输出滤波器的特征负载阻抗可通过用高电压(HV)供电操作所述PA来实现。基本没有频带选择开关的所述功率放大系统可导致每个PA与对应的输出滤波器之间至少0.3dB的损耗减小。
在一些实施例中，每个PA可具有比大约40欧姆更大的阻抗。每个PA的阻抗可具有大约50欧姆的值。每个PA的阻抗导致所述PA中减小的电流耗用。每个PA中减小的电流耗用可允许所述PA的尺寸小于具有更低阻抗的其他PA。
在一些实施例中，所述功率放大系统还可包括配置为向每个PA提供高电压(HV)供电的供电系统。所述供电系统可包括配置为基于电池电压Vbatt生成所述HV供电的升压DC/DC转换器。
在一些实施例中，每个PA可包括异质结双极晶体管(HBT)。所述HBT可以是砷化镓(GaAs)器件。所述HV供电可作为VCC提供给所述HBT的集电极。
在一些实施例中，每个输出滤波器可以是配置为以对应的发射(Tx)频率带操作的Tx滤波器。所述Tx滤波器可以是配置为以所述Tx频率带和对应的接收(Rx)频率带操作的双工器的一部分。
在一些实施例中，每个输出滤波器可通过基本没有阻抗变换电路的输出路径耦接到对应的PA。每个输出路径基本没有阻抗变换电路可导致对应的PA与输出滤波器之间至少0.5dB的损耗减小。
在一些实施例中，所述多个PA可实施在单个半导体晶片上。在一些实施例中，所述功率放大系统可配置成操作为平均功率跟踪(APT)系统。所述APT系统可具有比具有类似频带处理能力但是其中PA以低电压操作的另一功率放大器系统更低的损耗。所述另一功率放大器系统可以是包络跟踪(ET)系统。所述APT系统可具有比所述ET系统的总体效率更高的总体效率。
在一些教导中，本申请涉及一种射频(RF)模块，其具有配置为容纳多个部件的封装衬底，以及实施在所述封装衬底上的功率放大系统。所述功率放大系统包括多个功率放大器(PA)，每个PA配置为接收和放大一频率带内的射频(RF)信号。所述功率放大系统还包括通过单独输出路径耦接到每个PA的输出滤波器，使得所述功率放大系统基本没有频带选择开关在所述多个PA与它们对应的输出滤波器之间。
在一些实施例中，每个PA可配置为以高电压(HV)供电模式操作。每个PA还可配置为驱动大约对应的输出滤波器的特征负载阻抗。
在一些实施例中，每个输出路径可以基本没有阻抗变换电路在对应的PA和输出滤波器之间。在一些实施例中，所述RF模块可以是前端模块(FEM)。
根据多种教导，本申请涉及一种无线装置，其包括配置为生成射频(RF)信号的收发机和与所述收发机通信的前端模块(FEM)。所述FEM包括配置为容纳多个部件的封装衬底和实施在所述封装衬底上的功率放大系统。所述功率放大系统包括多个功率放大器(PA)，每个PA配置为接收和放大一频率带中的射频(RF)信号。所述功率放大系统还包括通过单独输出路径耦接到每个PA的输出滤波器，使得所述功率放大系统基本没有频带选择开关在所述多个PA与它们对应的输出滤波器之间。所述无线装置还包括与所述FEM通信的天线，所述天线配置为发射放大后的RF信号。
在一些教导中，本申请涉及一种处理射频(RF)信号的方法。所述方法包括用多个功率放大器(PA)中选定的一个放大所述RF信号，所述RF信号处于一频率带中。所述方法还包括将放大后的RF信号路由到输出滤波器而基本没有频带选择开关操作。所述方法还包括用所述输出滤波器对所述放大后的RF信号进行滤波。
在一些实施例中，放大所述RF信号可包括操作选定的PA使得所述PA驱动大约对应的输出滤波器的特征阻抗，以允许基本没有阻抗变换的路由。所述PA可具有大约50欧姆的阻抗。
在一些实施例中，操作所述PA可包括用高电压(HV)向所述PA供电。
在一些实施方式中，本申请涉及一种功率放大器晶片，其包括半导体衬底和实施在所述半导体衬底上的多个功率放大器(PA)。每个PA配置为驱动大约沿独立频率带信号路径的下游部件的特征负载阻抗。每个PA的尺寸小于配置为驱动与多个PA相关联的多个频率带中的多于一个频带的宽频带PA。
在一些实施例中，所述下游部件可包括输出滤波器。所述独立频率带信号路径可以是窄频带信号路径。每个PA配置为驱动大约对应的输出滤波器的特征负载阻抗可通过用高电压(HV)供电操作所述PA来实现。每个PA可具有比大约40欧姆更大的阻抗。每个PA的阻抗可具有大约50欧姆的值。每个PA的阻抗可导致所述PA中减小的电流耗用。每个PA中减小的电流耗用可允许所述PA的尺寸小于具有更低阻抗的另一PA。
在一些实施例中，每个PA可包括诸如砷化镓(GaAs)器件之类的异质结双极晶体管(HBT)。所述HBT可配置为通过其集电极接收所述HV供电作为VCC。
在一些实施例中，所述PA可配置为以平均功率跟踪(APT)模式操作。所述APT模式可导致比具有类似频带处理能力但是其中PA以低电压操作的另一晶片更低的损耗。所述另一晶片可配置为以包络跟踪(ET)模式操作。所述APT模式可产生比与所述ET模式关联的总体效率更高的总体效率。
根据一些实施方式，本申请涉及一种射频(RF)模块，其包括配置为容纳多个部件的封装衬底，以及实施在所述封装衬底上的功率放大系统。所述功率放大系统包括实施在半导体衬底上的多个功率放大器(PA)。每个PA配置为驱动大约沿独立频率带信号路径的下游部件的特征负载阻抗。每个PA的尺寸小于配置为驱动与多个PA相关联的多个频率带中的多于一个频带的宽频带PA。
在一些实施例中，每个PA可配置为以高电压(HV)供电模式操作。在一些实施例中，所述下游部件可包括输出滤波器。所述输出滤波器可通过单独的输出路径耦接到对应的PA，使得所述功率放大系统在所述多个PA与它们对应的输出滤波器之间基本没有频带选择开关。每个输出路径可基本没有阻抗变换电路在对应的PA和输出滤波器之间。所述RF模块可以是例如前端模块(FEM)。
在一些教导中，本申请涉及一种无线装置，其包括配置为生成射频(RF)信号的收发机和与所述收发机通信的前端模块(FEM)。所述FEM包括配置为容纳多个部件的封装衬底和实施在所述封装衬底上的功率放大系统。所述功率放大系统包括实施在半导体衬底上的多个功率放大器(PA)，每个PA配置为驱动大约沿独立频率带信号路径的下游部件的特征负载阻抗。每个PA的尺寸小于配置为驱动与多个PA相关联的多个频率带中的多于一个频带的宽频带PA。所述无线装置还包括与所述FEM通信的天线，所述天线配置为发射放大后的RF信号。
在一些实施方式中，本申请涉及一种处理射频(RF)信号的方法。所述方法包括用多个功率放大器(PA)中选定的一个放大所述RF信号，所述选定的PA驱动大约沿独立频率带信号路径的下游部件的特征负载阻抗。所述选定的PA的尺寸小于配置为驱动与多个PA相关联的多个频率带中的多于一个频带的宽频带PA。所述方法还包括将放大后的RF信号路由到所述下游部件。
在一些实施例中，所述下游部件可包括输出滤波器。放大所述RF信号可包括用高电压(HV)向所述选定的PA供电。
根据一些教导，本申请涉及一种制造功率放大器晶片的方法。所述方法包括形成或提供半导体衬底，以及实施多个独立频率带信号路径。所述方法还包括在所述半导体衬底上形成多个功率放大器(PA)，每个PA配置为驱动大约沿对应的独立频率带信号路径的下游部件的特征负载阻抗。每个PA的尺寸小于配置为驱动与多个PA相关联的多个频率带中的多于一个频带的宽频带PA。
出于概述本申请的目的，已经在这里描述了本发明的某些方面、优点和新颖特征。应该理解，根据本发明的任何具体实施例，不一定要实现所有这些优点。因而，可以按照实现或优化如在这里教导的一个优点或一组优点的方式来实施或实现本发明，而不需要实现如在这里可以教导或建议的其它优点。
附图说明
图1示出具有放大系统的无线系统或架构。
图2示出图1的放大系统可包括具有一个或多个功率放大器(PA)的射频(RF)放大器组件(assembly)。
图3A-3E示出可如何配置图2的每个PA的非限制性示例。
图4示出在一些实施例中，图2的放大系统可实施为高电压(HV)功率放大系统。
图5示出在一些实施例中，图4的HV功率放大系统可配置为以平均功率跟踪(APT)模式操作。
图6示出示例包络跟踪(ET)功率放大系统。
图7示出具有一个或多个这里描述的特征的示例高电压(HV)平均功率跟踪(APT)功率放大系统。
图8示出可以是图7的HV APT功率放大系统的更具体示例的HV APT功率放大系统。
图9示出以降压(Buck)ET配置、降压APT配置和升压APT配置操作的功率放大器的、作为输出功率的函数的示例效率曲线图。
图10示出具有一个或多个这里描述的特征的功率放大系统可具有与标称情况类似的集电极效率和功率附加效率(PAE)曲线(profile)。
图11示出具有一个或多个这里描述的特征的功率放大系统可具有与标称情况类似的线性度性能。
图12示出作为负载电压的函数的功率放大器负载电流的示例曲线图。
图13示出具有一个或多个这里描述的特征的功率放大系统可产生一个或多个有利益处的示例。
图14示出具有一个或多个这里描述的特征的功率放大系统可产生一个或多个有利益处的另一示例。
图15示出具有一个或多个这里描述的特征的功率放大系统可产生一个或多个有利益处的又一示例。
图16示出具有一个或多个这里描述的特征的功率放大系统可产生一个或多个有利益处的再一示例。
图17示出包括升压转换器和电荷泵的示例电压供电系统。
图18示出图17的电压供电系统的更具体示例。
图19示出可用作图17的电荷泵的电荷泵的示例。
图20示出具有示例控制器的功率放大配置的框图，所述示例控制器具有集成的功率放大器控制部件和电源控制部件。
图21示出具有包括控制寄存器的示例控制器的功率放大配置的框图。
图22示出图21的电源可以如何针对不同的操作模式生成各种电压的示例。
图23示出包括升压转换器的功率放大系统的框图。
图24示出可以如何用来自升压转换器的可变供电电压去除或实质性放松集电极供电电压限制的示例。
图25示出在一些实施例中，具有一个或多个这里描述的特征的HV APT功率放大系统的一些或全部可实施在模块中。
图26示出具有一个或多个这里描述的有利特征的示例无线装置。
具体实施方式
这里提供的小标题(如果有的话)仅是为了便利，而不一定影响所要求保护的发明的范围或含义。
引言
参照图1，本申请的一个或多个特征总体上涉及具有放大系统52的无线系统或架构50。在一些实施例中，放大系统52可实施为一个或多个器件，这样的一个或多个器件可用在无线系统/架构50中。在一些实施例中，无线系统/架构50可实施在例如便携式无线装置中。这样的无线装置的示例描述于此。
图2示出图1的放大系统52可包括具有一个或多个功率放大器(PA)的射频(RF)放大器组件54。在图2的示例中，三个PA 60a-60c示为形成RF放大器组件54。将理解，亦可以实施其他数量的PA。还将理解，本申请的一个或多个特征也可实施在具有其他类型的RF放大器的RF放大器组件中。
在一些实施例中，RF放大器组件54可实施在一个或多个半导体晶片(die)上，这样的晶片可包括在诸如功率放大器模块(PAM)或前端模块(FEM)之类的封装模块中。这样的封装模块一般配置为安装在与便携式无线装置相关联的电路板上。
放大系统52中的PA(例如60a-60c)可一般由偏压系统56偏置。此外，PA的供电电压可一般由供电系统58提供。在一些实施例中，偏压系统56和供电系统58中的任一个或两者可包括在具有RF放大器组件54的前述封装模块中。
在一些实施例中，放大系统52可包括匹配网络62。这样的匹配网络可配置为向RF放大器组件54提供输入匹配和/或输出匹配功能。
为了说明，将理解，图2的每个PA(60)能以多种方式实施。图3A-3E示出可如何配置这样的PA的非限制性示例。图3A示出具有放大晶体管64的示例PA，其中输入RF信号(RF_In)被提供给晶体管64的基极，放大后的RF信号(RF_Out)通过晶体管64的集电极输出。
图3B示出具有分级布置的多个放大晶体管(例如64a、64b)的示例PA。输入RF信号(RF_In)示为被提供给第一晶体管64a的基极，来自第一晶体管64a的放大后的RF信号通过其集电极输出。来自第一晶体管64a的放大后的RF信号被提供给第二晶体管64b的基极，来自第二晶体管64b的放大后的RF信号示为通过其集电极输出，由此产生PA的输出RF信号(RF_Out)。
在一些实施例中，图3B的前述示例PA配置可被描绘为图3C所示的两级或更多级。第一级64a可配置为例如驱动级，第二级64b可配置为例如输出级。
图3D示出在一些实施例中，PA可配置为多尔蒂(Doherty)PA。这样的多尔蒂PA可包括放大晶体管64a、64b，配置为分别提供输入RF信号(RF_In)的载波放大和峰值放大以产生放大输出RF信号(RF_Out)。输入RF信号可由分离器(splitter)分离为载波部分和峰值部分。放大后的载波和峰值信号可由组合器(combiner)组合以产生输出RF信号。
图3E示出在一些实施例中，PA可以用共射共基(cascode)配置来实施。输入RF信号(RF_In)可被提供给操作为共发射极(common emitter)器件的第一放大晶体管64a的基极。第一放大晶体管64a的输出可通过其集电极提供并且可被提供至操作为共基极(commonbase)器件的第二放大晶体管64b的发射极。第二放大晶体管64b的输出可通过其集电极提供，从而产生PA的放大输出RF信号(RF_Out)。
在图3A-3E的各种示例中，放大晶体管描述为诸如异质结双极晶体管(HBT)之类的双极结晶体管(BJT)。将理解，本申请的一个或多个特征也可实施在其他类型的晶体管诸如场效应晶体管(FET)中或者用其来实施。
图4示出在一些实施例中，图2的放大系统52可实施为高电压功率放大系统100。这样的系统可包括HV功率放大器组件54，其配置为包括一些或全部PA(例如60a-60c)的HV放大操作。如这里描述的那样，这样的PA可被偏压系统56偏置。在一些实施例中，前述HV放大操作可由HV供电系统58促成。在一些实施例中，可实施接口系统72以提供HV功率放大器组件54与偏压系统56和HV供电系统58中的任一个或两者之间的接口功能。
HV APT系统相关示例
诸如蜂窝手持设备之类的许多无线装置配置为支持多个频率带，这样的装置一般需要和/或混杂有多种功率放大器架构。然而，功率放大器架构的这种复杂性(complexity)会导致发射效率随支持的频带数量增大而下降。这样的效率下降可归因于例如组合多个频率带且同时维持有竞争性的尺寸和成本目标所招致的损耗增大。
在一些射频(RF)应用中，便携式发射方案可包括与降压(Buck)开关电源结合的电池电压(例如3.8V)功率放大器(PA)。在这样的示例方案中，最大发射功率一般在3.8V电池电压处实现，其一般需要或使用PA内的13:1阻抗变换网络以支持例如近乎1.5瓦特的峰值功率水平。
在前述示例中，较低发射功率水平处的效率改善可通过实施电池电压以下的电压处的降压电源来得到支持。使用RF开关选择与期望频率带对应的期望滤波器，可实现多频带操作。注意，降压电源、阻抗变换网络和RF开关中的一些或全部可对损耗有贡献，这又减小了发射效率。
一些无线系统可包括包络跟踪(ET)特征，其实施到降压供电中以提供增大的系统效率。然而，包络跟踪可增大降压开关供电的成本，并且还会使系统特征化和校准过程显著复杂化。
这里描述可显著减小损耗，同时维持或改善尺寸和/或成本的有竞争性的水平的系统、电路、装置和方法的示例。图5示出在一些实施例中，图4的HV功率放大系统可配置为以平均功率跟踪(APT)模式操作。在图5的示例中，HV APT功率放大系统100可包括功率放大器组件104，其具有配置为放大一个或多个RF信号(RF_In)的一个或多个PA。这种放大后的一个或多个RF信号可通过具有一个或多个匹配电路的匹配部件106路由到具有一个或多个双工器的双工器组件108。
双工器可允许发射(Tx)和接收(Rx)操作的双工。这样的双工操作的Tx部分示为一个或多个放大后的RF信号(RF_Out)被从双工器组件108输出以供天线(未示出)发射。在图5的示例中，Rx部分未示出；然而，来自天线的接收信号可被双工器组件108接收并且输出到例如低噪声放大器(LNA)。
这里在利用双工器的Tx和Rx操作的上下文中描述各种示例，这样的双工器可实施例如频分双工(FDD)功能。将理解，在一些实施例中，具有一个或多个这里描述的特征的HV功率放大系统还能以其他双工配置实施，包括例如时分双工(TDD)配置。
在图5的示例中，HV供电系统102示为向功率放大器组件104提供一个或多个HV供电信号。这里将更详细地描述这样的HV信号可如何提供到对应PA的更具体示例。
在一些实施例中，图5的HV APT功率放大系统100可配置为以APT模式操作并且满足或超过包络跟踪(ET)实施方式所提供的性能，同时维持或减小成本和/或复杂性。在一些实施例中，这样的HV APT功率放大系统可利用例如诸如砷化镓(GaAs)异质结双极晶体管(HBT)PA之类的一些PA的高电压能力。将理解，本申请的一个或多个特征也可以用其他类型的PA来实施。例如，利用带有LDMOS多个共射共基级的CMOS器件、硅双极器件和GaN/HEMT器件的放大系统也可受益于高电压区域的操作。
利用PA的这种HV操作，可以从放大系统消除一个或多个有损耗的部件，且/或可实现其他有利益处。例如，PA输出匹配网络可被消除。在另一示例中，PA供电效率可增大。在又一示例中，一些无源部件可被去除。这里更详细地描述与前述相关的示例。
与HV操作相关的前述特征中的一个或多个可导致一个或多个晶片以更小的尺度实现，由此允许功率放大系统设计的更大灵活性。例如，功率放大系统可用更多数量的较小PA实现，由此允许消除有损耗的部件，诸如频带开关。这里更详细地描述与这种频带开关的消除相关的示例。
在一些实施例中，图5的HV APT功率放大系统100可配置为基本消除或减小与包络跟踪特征化和/或校准过程相关联的复杂性。
为了说明，将理解，高电压(HV)可包括比便携式无线装置中使用的电池电压更高的电压值。例如，HV可大于3.7V或4.2V。在一些情形中，HV可包括大于电池电压并且便携式无线装置能更高效率地操作的电压值。在一些情形中，HV可包括大于电池电压并且小于与给定类型的PA相关联的击穿电压的电压值。在GaAs HBT的示例上下文中，这样的击穿电压可以在15V至25V的范围。因此，GaAs HBT PA的HV可以在例如3.7V至25V、4.2V至20V、5V至15V、6V至14V、7V至13V或8V至12V的范围。
图6和7示出包络跟踪(ET)功率放大系统110(图6)和高电压(HV)平均功率跟踪(APT)功率放大系统100(图7)之间的比较，以演示在HV APT功率放大系统100中可以如何基本消除某些有损耗的部件。为了比较，将假定每个功率放大系统配置为提供三个频率带的放大。然而将理解，可以使用更多或更少数量的频率带。
在图6的示例中，ET功率放大系统110示为包括功率放大器组件114，其具有能够为三个频率带提供放大的宽频带放大路径130。放大路径130可通过公共输入节点126接收输入RF信号，这样的RF信号可通过例如DC隔离(DC-blocking)电容128路由到一个或多个放大级。放大级可包括例如驱动级132和输出级134。在一些实施例中，放大级132、134可包括例如HBT或CMOS放大晶体管。
在图6的示例中，输出级134的集电极示为被提供有来自包络跟踪(ET)调制器122的通过扼流电感124的供电电压VCC。ET调制器122示为是ET调制系统112的一部分。由这样的ET调制器提供的供电电压VCC一般以动态方式确定，并且可具有在例如大约1V至3V范围的值。ET调制器122示为基于电池电压Vbatt生成这样的动态VCC电压。
当放大路径130以前述方式操作时，其阻抗Z较低(例如大约3至5欧姆)；因此一般需要进行阻抗变换以匹配与下游部件相关联的阻抗。在图6的示例中，接收放大路径130的输出的频带开关138(示为是频带开关系统118的一部分)一般配置为50欧姆负载。因此，假定由放大路径130给出的阻抗(Z)为大约4欧姆，需要实施约13:1(50:4)的阻抗变换。在图6的示例中，这样的阻抗变换示为通过输出匹配网络(OMN)136来实施，输出匹配网络136示为是负载变换系统116的一部分。
在图6的示例中，频带开关138示为具有来自放大路径130的输出(通过OMN 136)的单个输入和与三个示例频率带对应的三个输出。示出了针对这样的三个频率带提供三个双工器142a-142c。
三个双工器142a-142c中的每个示为包括TX和RX滤波器(例如带通滤波器)。每个TX滤波器示为耦接到频带开关138以接收对应的放大后的并且开关路由的RF信号以供发射。这样的RF信号示为被滤波并且被路由到天线端口(ANT)(144a、144b或144c)。每个RX滤波器示为接收来自对应的天线端口(ANT)(144a、144b或144c)的RX信号。这样的RX信号示为被滤波并且被路由到RX部件(例如LNA)以供进一步处理。
一般期望的是在给定双工器与处于上游(TX的情况下)或下游(RX的情况下)的部件之间提供阻抗匹配。在图6的示例中，对于双工器的TX滤波器，频带开关138是这样的上游部件。因此，匹配电路140a-140c(示为是例如PI网络120的若干部分)示为实施在频带开关138的输出和相应的双工器142a-142c之间。在一些实施例中，每个这种匹配电路140a-140c可实施为例如pi(π)匹配电路。
表1列出图6的ET功率放大系统110的各种部件的插入损耗和效率的示例值。将理解，所列的各种值是近似值。从表1可以看出，图6的ET功率放大系统110包括许多个损耗贡献者。即使系统110的每个部件假定为以其效率上限操作，ET功率放大系统110的总效率大约为31％(0.83×0.75×0.89×0.93×0.93×0.63)。
表1
部件 插入损耗 效率
ET调制器(112) N/A 83％
功率放大器组件(114) N/A 70％至75％(PAE)
负载变换(116) 0.5dB至0.7dB 85％至89％
频带开关(118) 0.3dB至0.5dB 89％至93％
PI(120) 0.3dB 93％
双工器(122) 2.0dB 63％
在图7的示例中，HV APT功率放大系统100示为配置为提供相同三个频率带的放大，如图6的示例ET功率放大系统110中那样。在功率放大器组件104中，可实施三个单独的放大路径，使得每个放大路径提供对其相应频率带的放大。例如，第一放大路径示为包括PA168a，其接收来自输入节点162a的通过DC隔离电容164a的RF信号。来自PA 168a的放大后的RF信号示为通过电容170a被路由到下游部件。类似地，第二放大路径示为包括PA 168b，其接收来自输入节点162b的通过DC隔离电容164b的RF信号。来自PA 168b的放大后的RF信号示为通过电容170b被路由到下游部件。类似地，第三放大路径示为包括PA 168c，其接收来自输入节点162c的通过DC隔离电容164c的RF信号。来自PA 168c的放大后的RF信号示为通过电容170c被路由到下游部件。
在一些实施例中，一些或全部PA 168a-168c可包括例如HBT PA。将理解，本申请的一个或多个特征还可以用其他类型的PA实施。例如，可以利用能操作来产生与下游部件匹配或接近的阻抗(例如通过HV操作和/或通过其他操作参数)的PA来产生这里描述的益处中的一个或多个。
在图7的示例中，每个PA(168a、168b或168c)示为被提供有来自升压DC/DC转换器160的通过扼流电感(166a、166b或166c)的供电电压VCC。升压DC/DC转换器160示为是HV系统102的一部分。升压DC/DC转换器160可配置为供应包括这里描述的HV范围或值的这种VCC电压值范围(例如约1V至10V)。升压DC/DC转换器160示为基于电池电压Vbatt生成这样的高VCC电压。
这里参照图17-24描述与前述升压DC/DC转换器相关的附加细节和示例。与这样的升压DC/DC转换器相关联的一个或更多特征可以是可用作这里描述的HV系统(例如图7中的102)的供电系统的一部分。这样的供电系统还可包括其他供电部件以用于生成例如低电压(例如在电池电压以下)和电池水平的电压，以用于各种PA应用。在一些实施例中，参照图17-24描述的各种供电部件中的一些或全部，单独地或以任何组合，可以包括在具有一个或多个这里描述的特征的HV功率放大系统中。
如这里描述的那样，通过用高电压操作PA可以实现各种性能改善。还如这里描述的那样，PA的这种高电压操作可通过升压转换器得到支持。在一些实施例中，这种升压转换器的使用可以提供附加的期望性能改善。升压转换器在功率放大系统中的这种使用以及可以如何控制这种升压转换器的示例也参照图17-24来进行描述。
当PA 168a-168c用高VCC电压(例如大约10V)以前述方式操作时，每个PA的阻抗Z较高(例如大约40欧姆至50欧姆)，因此不需要阻抗变换来匹配与下游部件相关联的阻抗。在图7的示例中，接收对应PA(168a、168b或168c)的输出的每个双工器174a-174c(示为是双工器组件108的若干部分)一般配置为50欧姆负载。因此，假定由PA(168a、168b或168c)给出的阻抗(Z)为大约50欧姆，则不需要阻抗变换(诸如图6中的负载变换系统116)。
一般期望的是在给定双工器与处于上游(TX的情况下)或下游(RX的情况下)的部件之间提供阻抗匹配。在图7的示例中，对于双工器(174a、174b或174c)的TX滤波器，PA(168a、168b或168c)是这样的上游部件。因此，匹配电路172a-172c(示为是例如PI网络106的若干部分)可实施在相应的PA 168a-168c的输出与相应的双工器174a-174c之间。在一些实施例中，每个这种匹配电路172a-172c可实施为例如pi匹配电路。
在图7的示例中，PA 168a-168c的HV操作可导致每个PA 168a-168c呈现与对应的双工器的阻抗类似的阻抗Z。因为在这样的配置中不需要阻抗变换，所以不需要阻抗变换器(图6中的116)。
还应注意，PA 168a-168c在更高阻抗处的操作可导致PA 168a-168c内低得多的电流水平。这样的低得多的电流水平可允许PA 168a-168c以显著减小的晶片尺寸实施。
在一些实施例中，前述特征(阻抗变换器的消除和减小的PA晶片尺寸)中的任一者或两者可提供功率放大架构设计的附加灵活性。例如，前述特征提供的空间和/或成本节省可允许实现较小的PA(图7中的168a、168b或168c)以用于各个频率带，由此去除对频带开关系统(例如图6中的118)的需要。相应地，当与图6的ET功率放大系统110相比较时，与图7的HV APT功率放大系统100相关联的尺寸、成本和/或复杂性可得到维持或减小，同时显著减小功率放大系统100的总体损耗。
表2列出图7的HV APT功率放大系统100的各种部件的插入损耗和效率的示例值。将理解，所列的各种值是近似值。
表2
部件 插入损耗 效率
HV(102) N/A 93％
功率放大组件(104) N/A 80％至82％(PAE)
PI(106) 0.3dB 93％
双工器(108) 2.0dB 63％
从表2可以看出，图7的HV APT功率放大系统100包括多个损耗贡献者。然而，当与图6的ET功率放大系统110和表1相比较时，在图7的HV APT功率放大系统100中没有了两个重要损耗贡献者(负载变换(116)和频带开关(118))。对这种损耗贡献者的消除示为在图7的示例和表2中的发射路径中去除了大约1dB。
还参照表2，如果假定系统100的每个部件以其效率上限操作(如表1的示例中那样)，HV APT功率放大系统100的总效率为大约45％(0.93×0.82×0.93×0.63)。即使假定每个部件以其效率下限操作，HV APT功率放大系统100的总效率也为大约44％(0.93×0.80×0.93×0.63)。可以看出，在任一情况中，图7的HV APT功率放大系统100的总效率显著高于图6的ET功率放大系统110的总效率(大约31％)。
参照图6和7，可注意到多个特征。应注意，DC/DC升压转换器(图7中的160)的使用可允许消除可在PA系统中使用的一个或多个其他功率转换器。例如，当操作为产生HV供电电压(例如10V DC)时，在没有谐波终端(harmonic termination)的情况下可产生1瓦特((10V)2/(2×50Ω))的RF功率。
还应注意，驱动为50欧姆负载的PA(例如图7)导致比驱动为3欧姆负载的PA(例如图6)显著更低的每欧姆损耗。例如，当以3欧姆驱动PA时，0.1欧姆的等效串联电阻(ESR)具有约0.14dB的插入损耗，而对于以50欧姆驱动的PA，0.1欧姆的ESR具有大约0.008dB的插入损耗。因此，3欧姆的PA可具有约4.2dB的总插入损耗(0.14dB×30)，而50欧姆的PA可具有大约4.0dB的总插入损耗(0.008dB×500)，其仍小于3欧姆的PA的总插入损耗。
还应注意，50欧姆PA可具有比3欧姆PA显著更高的增益。例如，增益可近似为GM×RLL；如果对于两种情况GM相近，那么50欧姆的更高值产生更高的增益。
图8示出可以是图7的HV APT功率放大系统100的更具体示例的HV APT功率放大系统100。在图8的示例中，功率放大器组件可包括低频带(LB)功率放大器组件190、中频带(MB)功率放大器组件200以及高频带(HB)功率放大器组件210，这些组件中的一些或全部PA能以这里描述的高电压操作。功率放大器组件还可包括不以高电压操作的其他PA。例如，2G功率放大器组件220和功率放大器组件230、232能以低电压操作。
在图8的示例中，前述高电压可从例如前端功率管理集成电路(FE-PMIC)160提供给LB、MB和HB功率放大器组件190、200、210。在一些实施例中，这种FE-PMIC可包括这里描述的DC/DC升压转换器(例如图7的160)。
FE-PMIC 160可接收电池电压Vbatt并且生成高电压输出182作为LB、MB和HB功率放大器组件190、200、210的供电电压(VCC)。在一些实施例中，这样的高电压VCC可具有大致10V的值，伴随着大致250mA的最大电流。将理解，还可以使用这种高电压VCC和/或最大电流的其他值。
FE-PMIC 160还可生成其他输出。例如，输出184可向与LB、MB和HB功率放大器组件190、200、210相关联的PA以及向2G功率放大器组件220提供偏压信号。在一些实施例中，这样的偏压信号可具有大约4V的值，伴随着大约50mA的最大电流。将理解，还可以使用这种偏压信号和/或最大电流的其他值。
在图8的示例中，FE-PMIC 160可以是这里参照图7描述的HV系统102的一部分。FE-PMIC 160可包括一个或多个接口节点180。这样的接口节点可用于进行例如对FE-PMIC 160的控制。
在图8的示例中，用于2G功率放大器组件220的供电电压VCC示为被基本直接从电池电压Vbatt提供(例如线186)。这种Vbatt还示为提供用于与LB、MB和HB功率放大器组件190、200、210相关联的各种开关的操作电压。在一些实施例中，这种Vbatt可具有在月2.5V至4.5V范围的值。将理解，还可以使用这种Vbatt的其他值。
在图8的示例中，用于功率放大器组件230、232的供电电压VCC可从DC/DC开关调压器(regulator)234提供。
参照图8，LB功率放大器组件190示为包括用于八个示例频率带B27、B28A、B28B、B20、B8、B26、B17和B13的单独PA。每个PA示为将其放大后的RF信号提供给对应的双工器。如这里描述的那样，这八个PA可耦接到它们相应的双工器而中间没有频带选择开关。
LB功率放大器组件190还示为包括和/或耦接到输入开关192和输出开关196。输入开关192示为包括两个输入节点194a、194b和与八个PA对应的八个输出节点。在输入开关192中，两个输入节点194a、194b示为可切换到公共节点，该公共节点耦接到用于切换到八个输出节点之一的另一公共节点。这种在这些公共节点之间的耦接可包括放大元件。
输出开关196示为包括与八个双工器对应的八个输入节点以及两个输出节点198a、198b。输出开关196还可包括用于接收2G功率放大器组件220的输出和功率放大器组件230的输出的输入。
将理解，LB功率放大器组件190可包括频率带的不同组合。
参照图8，MB功率放大器组件200示为包括用于四个示例频率带B1、B25、B3和B4的单独PA。每个PA示为将其放大后的RF信号提供给对应的双工器。如这里描述的那样，这四个PA可耦接到它们相应的双工器而中间没有频带选择开关。
MB功率放大器组件200还示为包括和/或耦接到输入开关202和输出开关206。输入开关202示为包括输入节点204和与四个PA对应的四个输出节点。在输入开关202中，输入节点204示为耦接到用于切换到四个输出节点之一的公共节点。这种节点之间的耦接可包括放大元件。
输出开关206示为包括与四个双工器对应的四个输入节点以及输出节点208。输出开关206还可包括用于接收2G功率放大器组件220的输出的输入。
将理解，MB功率放大器组件200可包括频率带的不同组合。
参照图8，HB功率放大器组件210示为包括用于两个示例频率带B7和B20的单独PA。每个PA示为将其放大后的RF信号提供给对应的双工器。如这里描述的那样，这两个PA可耦接到它们相应的双工器而中间没有频带选择开关。
HB功率放大器组件210还示为包括和/或耦接到输入开关212和输出开关216。输入开关212示为包括输入节点214和与两个PA对应的两个输出节点。在输入开关212中，输入节点214示为耦接到用于切换到两个输出节点之一的公共节点。这种节点之间的耦接可包括放大元件。
输出开关216示为包括与两个双工器对应的两个输入节点以及输出节点218。输出开关216还可包括用于接收功率放大器组件232的输出的输入。
将理解，HB功率放大器组件210可包括频率带的不同组合。
在图8的示例中，LB、MB和HB功率放大器组件190、200、210的PA可实施为一个或多个晶片。例如，这些PA可实施在单个HBT(例如GaAs)晶片上，在与LB、MB和HB功率放大器组件190、200、210对应的单独HBT晶片上，或者其某种组合。
在图8的示例中，输入开关192、202、212中的每个可配置为提供这里描述的切换功能，以及实施这里描述的偏压功能。在某些实施例中，开关192、196、202、206、212、216可实施在例如单个绝缘体上硅(SOI)晶片上，在于各种功能群组对应的单独晶片上，或者其某种组合。
图9示出以78％降压ET、97％降压APT和87％升压APT配置操作的功率放大器的、作为输出功率的函数的示例效率曲线图。应注意，对于高达15dBm的输出功率，所有三种示例配置产生类似高效的效率曲线。超过这样的输出水平，可以看出87％升压APT配置具有比97％降压APT和78％降压ET配置两者都显著更高的效率值。这样的升压APT配置可实施在图7和8的示例HV APT功率放大系统中的任一种或两者中。
图10示出具有一个或多个这里描述的特征的功率放大系统(例如图8的HV APT功率放大系统100)可具有与标称情况类似的集电极效率和功率附加效率(PAE)曲线。例如，与图8的HV APT功率放大系统相关联的集电极效率曲线图示为具有与相应的标称集电极效率的曲线图基本相同的曲线。类似地，与图8的HV APT功率放大系统相关联的PAE曲线图(作为输出功率的函数)示为具有与相应的标称PAE的曲线图基本相同的曲线。
图11示出具有一个或多个这里描述的特征的功率放大系统(例如图8的HA APT功率放大系统100)可具有与标称情况类似的线性度性能(例如相邻信道泄漏比(ACLR))。例如，与图8的HV APT功率放大系统相关联的ACLR曲线图(作为输出功率的函数)示为在较高输出功率值处(例如高于29dBm)具有与相应的标称ACLR的曲线图基本相同的曲线。
图12示出指示为“R99”和“50RB LTE”的功率放大器配置的作为负载电压的函数的功率放大器负载电流的示例曲线图。假设40mA的较低电流条件对于功率放大器配置是所希望的。例如，40mA的这种电流可由从供电电流(图12的负载电流)扣除固定偏压电流和静态电流(quiescent current)而得到。对于图12中的50RB LTE示例，约104mA的负载电流可产生用于该功率放大器配置的这样的低电流(40mA)条件。104mA的这种负载电流对应于约9.5V的负载电压(VCC)，如点250所指示的。因此可以看出，这里描述的高电压功率放大器操作条件可产生用于功率放大器的较低电流条件。
有利特征的示例
图13-16示出在具有一个或多个这里描述的特征的HV APT功率放大系统中可获得的有利益处的示例。如这里描述的那样，图13示出在一些实施例中，功率放大系统100可包括配置为接收输入节点260处的射频(RF)信号(RF_in)的功率放大器(PA)。这样的PA可被提供有供电电压Vcc，这样的供电电压可包括这里描述的高电压(HV)值。放大后的RF信号可作为RF_out输出，并且被路由到滤波器，滤波器配置为调节放大后的RF信号并且产生输出节点262处的滤波信号。PA可操作为(例如在HV模式中)近似以滤波器的特征负载阻抗驱动。滤波器的这种特征负载阻抗可以为例如大约50欧姆。
在一些实施例中，前述配置可实施在平均功率跟踪(APT)PA系统中以产生一个或多个有利特征。例如，可实现更低复杂性的供电配置、降低损耗、以及改善的效率。在另一示例中，前述PA、具有前述功率放大系统100的晶片、和/或具有前述功率放大系统100的模块可实施为减小尺寸的器件。在一些实施例中，至少部分地归因于功率放大系统中PA的输出匹配网络(OMN)的一些或全部的消除，可实现这种减小尺寸的器件。
图14示出功率放大系统100的示例，其中在PA与滤波器之间基本消除了与PA相关联的输出匹配网络(OMN)(这里也称为阻抗变换电路)。在图14的示例中，PA、其供电电压Vcc和滤波器可配置和操作为与图13的示例类似。这种PA配置可包括这里描述的HV操作模式。
在图14的示例中，功率放大系统100的一些或全部可实施在诸如PA晶片或PA模块之类的器件270上。通过前述对OMN的消除，与器件270相关联的尺度(例如d1×d2)可得到减小。此外，诸如减小损耗和改善效率之类的其他有利特征可以用OMN的消除来实现。
图15示出配置为处理多个频带的RF信号的功率放大系统100的示例。这样的频带可以是例如频带A和频带B。将理解，对于功率放大系统100，可以实施其他数量的频带。
在图15的示例中，每个频带示为具有与其关联的单独放大路径。在每个放大路径中，其PA、供电电压Vcc和滤波器可配置和操作为与图14的示例类似。这种PA配置可包括这里描述的HV操作模式。
在图15的示例中，具有其自身专用放大路径的每个频带可允许消除频带选择开关。因此，具有功率放大系统100的一些或全部的器件270(诸如PA晶片或PA模块)可具有减小的尺度(例如d3×d4)。此外，利用频带选择开关的消除，还可以实现诸如减小损耗和改善效率之类的其他有利特征。
图16示出与图15的示例类似的配置为处理多个频带的RF信号的功率放大系统100的示例。在图16的示例中，与图14的示例类似，多个放大路径中的一些或全部每个都可基本上没有输出匹配网络(OMN)(这里也称为阻抗变换电路)。因此，具有功率放大系统100的一些或全部的器件270(诸如PA晶片或PA模块)可具有减小的尺度(例如d5×d6)。此外，利用频带选择开关以及一些或全部OMN的消除，还可以实现诸如减小损耗和改善效率之类的其他有利特征。
在图15和16的示例中，其上实施其相应的功率放大系统100的器件270可以是例如具有半导体衬底的功率放大器晶片。多个PA可如图所示地并行实施在半导体衬底上，每个PA可配置为驱动独立窄频率带信号路径。因此，每个PA的尺寸可小于能够驱动与多个PA相关联的多个频率带中的超过一个的宽频带PA。如这里描述的那样，使用这种小型化的单频带PA可产生多个期望特征。
与功率放大系统的电源相关的示例
在一些实施例中，包括与图7-9和13-16相关联的一个或多个示例配置中，升压DC/DC转换器可以实施为供电系统的一部分，所述供电系统可以用于提供用于一个或多个功率放大器(PA)的操作的高电压(HV)。参照图17-24描述与这种供电系统相关的示例。
图17示出包括升压转换器和电荷泵的电压供电系统500。电压供电系统可包括供电器件502(例如晶片(die)或模块)，其具有接收输入电压(Vbatt)的输入节点591和提供输出电压(Vcc)的输出节点592。输入节点可经由第一电容器531耦合到地电压，第一电容器531分流(shunt)输入电压中的变化(variation)。输出节点592可经由第二电容器532耦合到地电压，第二电容器532分流输出电压中的变化，并且实现升压转换器的电容器。
供电器件502可包括两个开关节点593a、593b，其经由电感器521耦接到输入电压。电感器521可以实施为升压转换器的电感器。供电器件502可包括两个电荷泵节点594a、594b，其经由第三电容器532耦接在一起，第三电容器532可实施为电荷泵的电容器。
供电器件502可包括升压转换器电路系统504，其是可控的以生成大于(升压功能)或等于(旁路(bypass)功能)输入电压的输出电压。输出电压可以作为供电电压提供给例如高电压(HV)功率放大器(PA)。这样的HV PA可包括例如HV平均功率跟踪(APT)PA。电压供电系统500可包括具有升压转换器电路系统504、电感器521和第二电容器532的升压转换器。
供电器件502还可包括电荷泵电路系统508，其是可控的以生成小于输入电压的输出电压。电荷泵电路系统508可配置为生成低电压(LV)输出，其示为被通过旁路电路510提供给输出节点592。
在一些实施例中，电荷泵电路系统508可以和第三电容器533(例如，飞跨(flying)电容)一起操作以生成期望的输出，其可以大于输入电压(例如是输入电压的两倍)或小于输入电压(例如是输入电压的一半)。可用作电荷泵508的示例电荷泵将参照图19进行描述。
图18示出包括多个开关611-613的电压供电系统600。电压供电系统600可包括供电器件602(例如晶片或模块)，其具有接收输入电压(Vbatt)的输入节点691和提供输出电压(Vcc)的输出节点692。输入节点691可经由第一电容器631耦合到地，第一电容器631分流输入电压中的变化。输出节点692可经由第二电容器632耦合到地，第二电容器632分流输出电压中的变化，并且实现升压转换器的电容器。
供电器件602可包括两个开关节点693a、693b，其经由电感器621耦接到输入电压。电感器621可以实施为升压转换器的电感器。升压转换器还可包括居于供电器件602上的升压转换器电路系统604，其包括耦接在第一开关节点693a和地之间的第一开关611以及耦接在第二开关节点693b和输出节点692之间的第二开关612。
第一开关611和第二开关612可被控制(例如由控制器601控制)以用于积累和转移与电感器621和电容器632相关联的能量，从而生成输出节点692处的输出电压，其大于输入节点691处的输入电压。因此，控制器601可配置为周期性地操作开关611、612以提升输入电压，从而产生输出节点692处的输出电压。
第一开关611和第二开关612还可以是可控的(例如由控制器601控制)以通过断开第一开关611并且闭合第二开关612来提供旁路功能，使得输出节点692处的输出电压大约等于输入节点691处的输入电压。因此，控制器601可配置为操作开关611-612以把输入电压作为输出电压传递到输出节点。
在一些实施方式中，供电器件602可包括与升压转换器电路系统604分开的旁路电路(未示出)以把输入电压作为输出电压传递到输出节点。例如在一些实施例中，第一开关611和第二开关612可实施为以更高的开关损耗为代价而急速地改变状态(在执行升压功能的同时)。因此，供电器件602可包括具有更慢开关(串联耦接在输入节点691和输出节点692之间)的旁路电路，其与第二开关612相比不会急速地改变状态，但是具有更低的开关损耗。
供电器件602可包括两个电荷泵节点694a、694b，其经由第三电容器632耦接在一起，第三电容器632实现电荷泵的电容器。供电器件602可包括电荷泵电路系统608，其是可控的(例如由控制器601控制)以生成比输入电压更低的输出电压。在一些实施例中，电荷泵电路系统608可与第三电容器633(例如飞跨电容)一起操作以生成期望的输出，其可以例如是输入电压的两倍，或者是输入电压的一半。电荷泵电路系统608的输出可通过旁路电路610提供至输出节点692，旁路电路610包括可由控制器601控制的第三开关613。
供电器件602可包括一个或更多控制节点695以用于接收一个或更多控制信号。控制节点695可耦接到控制器601，控制器601可接收和处理控制信号。因此，电压供电系统600可包括可控的(例如由控制器601控制)升压转换器以接收输入节点691处的输入电压，并且在输出电压大于(升压功能)或等于(旁路功能)输入电压时生成输出电压。升压转换器可包括居于供电器件602上的升压控制电路系统604以及在供电器件602外的一个或多个无源器件(例如电感器621和第二电容器632)。电压供电系统600可包括可控的(例如由控制器601控制)电荷泵以接收输入节点691处的输入电压，并且在输出电压小于输入电压时生成输出电压。电荷泵可包括居于供电器件602上的电荷泵电路系统608以及在供电器件602外的一个或多个无源器件(例如第三电容器633)。电压供电系统600可包括控制器601，其配置为接收控制信号(例如经由控制节点695)和控制升压转换器或电荷泵以基于控制信号生成输出节点692处的期望的输出电压。
在一些实施方式中，控制信号可指示操作模式。控制信号可以以多种方式指示操作模式。在一些实施方式中，控制信号可直接指示多种模式之一。在一些实施方式中，控制信号可指示与多种模式之一对应的目标输出功率。在一些实施方式中，控制信号可指示与多种模式之一对应的目标供电电压。
响应于指示第一模式(例如低电压模式、降压模式或电压减小模式)的控制信号，控制器601可配置为控制电荷泵(例如电荷泵电路系统608或电荷泵电路系统608的一个或多个开关)以生成小于输入电压的输出电压。在一些实施方式中，控制器601可配置为控制电荷泵以生成大约是输入电压的一半的输出电压。在一些实施方式中，当控制信号指示所述第一模式时，控制器601可配置为控制所述电荷泵旁路电路610以将输出电压(来自电荷泵输出)传递至输出节点692。例如，控制器601可配置为响应于指示第一模式的控制信号而接通第三开关613。
响应于指示第二模式(例如中电压模式、旁路模式或等电压模式)的控制信号，控制器601可配置为控制升压转换器以生成大约等于输入电压的输出电压。在一些实施方式中，控制器601可配置为操作升压转换器的一个或多个开关以将输入电压作为输出端电压传递到输出节点692。例如，控制器601可配置为断开第一开关611并且接通第二开关612以将输入电压作为输出电压传递到输出节点692。
如上所述，在一些实施方式中，供电器件602可包括与升压转换器电路系统604分开的旁路电路(未示出)。因此，在一些实施方式中，响应于指示第二模式的控制信号，控制器601可配置为控制旁路电路以将输入电压作为输出电压传递至输出节点692。
响应于指示第三模式(例如高电压模式、升压模式或电压增大模式)的控制信号，控制器可配置为控制升压转换器以生成大于输入电压的输出电压。除了指示第三模式之外，控制信号还可指示目标输出电压。控制器601可控制升压转换器以提升输入电压，从而得到目标输出电压。在一些实施方式中，控制器601可配置为周期性地操作升压转换器的一个或多个开关以提升输入电压从而产生输出节点692处的输出电压。例如，控制器601可配置为周期性地断开和接通第一开关611和第二开关612以提升输入电压从而产生输出节点692处的输出电压。
如上所述，升压转换器可包括电感器621以及一个或多个开关(例如耦接在电感器621和地电压之间的第一开关611以及耦接在电感器621和输出节点692之间的第二开关612)。在一些实施方式中，升压转换器不包括耦接在电感器621和输入节点691之间的开关。特别地，电压供电系统600不包括耦接在电感器621和输入节点691之间的开关。
电荷泵可包括一个或多个电容器(例如第三电容器633)。电荷泵还可包括一个或多个开关(例如电荷泵电路系统608的开关)。然而在一些实施方式中，电荷泵不包括电感器。
表3包括响应于指示一模式的控制信号的第一开关611(S1)、第二开关612(S2)和第三开关613(S3)的状态表。特别地，响应于指示第一模式(例如低电压模式)的控制信号，第一开关611和第二开关612可截止(例如断开)，第三开关613可导通(例如闭合)。响应于指示第二模式(例如中电压模式)的控制信号，第一开关611和第三开关613可截止，第二开关612可导通。响应于指示第三模式(例如高电压模式)的控制信号，第三开关613可截止，第一开关611和第二开关612可以以切换模式操作。
表3
模式 S1 S2 S3
地电压(电荷泵) 截止 截止 导通
中电压(旁路) 截止 导通 截止
高电压(升压转换器) 切换模式 切换模式 截止
图19示出可配置和操作为提供倍电压(voltage-doubling)和半电压(voltage-halving)功能二者的电荷泵电路系统700的示例。虽然在加倍和减半的上下文中描述各种示例，但是将理解，电压增减因子可以不是2。
参照图19，电荷泵电路系统700可配置为接收输入电压Vin(例如电池电压Vbatt)，并且生成倍电压输出(2×Vin)和半电压输出(Vin/2)。更特别地，输入电压Vin示出为提供到输入节点702，输入节点702通过第一开关S1耦接到节点704。第二开关S2示为将输入节点702通过第二开关S2耦接到节点706。节点704和706示为通过飞跨电容器(CFly)耦接。节点706示为通过第三开关S3耦接到地。
仍然参考图19，节点704示为通过第四开关S4耦接到第一输出节点708，并且通过第五开关S5耦接到第二输出节点710。节点706示为通过第六开关S6耦接到第二输出节点710。第一输出节点708示为通过第一保持电容器(CHold1)耦接到地，第二输出节点710示为通过第二保持电容器(CHold2)耦接到地。
在一些实施例中，图19的电荷泵电路700可以操作在四个阶段(Φ1、Φ2、Φ3、Φ4)中，以基于输入电压Vin来生成倍电压(2×Vin)和半电压(Vin/2)输出两者。表4列出了用于这四个阶段中的每个的开关配置。
表4
阶段 S1 S2 S3 S4 S5 S6
Φ<sub>1</sub> 闭合 断开 断开 断开 断开 闭合
Φ<sub>2</sub> 断开 断开 闭合 断开 闭合 断开
Φ<sub>3</sub> 闭合 断开 闭合 断开 断开 断开
Φ<sub>4</sub> 断开 闭合 断开 闭合 断开 断开
除了别的之外，与图19的电荷泵电路系统700相关的附加细节和示例描述于题为“INTERLEAVED DUAL OUTPUT CHARGE PUMP”的美国临时申请No.62/116,457和题为“INTERLEAVED DUAL OUTPUT CHARGE PUMP”的美国申请No.14/861,058中，它们的公开内容特此通过引用明确地整体合并于此。
图20示出具有示例控制器758的功率放大配置750的框图，控制器758具有集成的功率放大器控制和电源控制部件764、766。功率放大配置750可包括功率放大器760和电源754。在一些实施方式中，电源754可包括开关模式电源(SMPS)，诸如升压转换器、降压转换器、升降压转换器、电荷泵等。
电源754可接收输入电压(例如来自电池或其他来源的Vbatt)并且提供供电电压(Vcc)给功率放大器760。功率放大器760示为由供电电压供电。供电电压的大小可以由控制器758提供的并且电源754接收的电源控制信号来设置。特别地，电源控制信号可由控制器758的电源控制部件764提供。电源控制部件764可基于经由接口762从收发机752接收到的收发机控制信号或者基于从功率放大器控制部件766接收到的本地控制信号来生成电源控制信号。本地控制信号可以基于例如所感测的功率放大器760的状况。如图20所示，电源控制部件764可包括耦接到接口762以接收收发机控制信号的至少一部分的第一输入和耦接到功率放大器控制部件766以接收来自功率放大器控制部件766的本地控制信号的第二输入。
功率放大器760可接收输入信号(RFin)并且产生作为输出信号(RFout)的输入信号放大版本。可从经由接口762接收来自收发机752的信号(如图20所示)的功率放大器控制部件766接收输入信号，可以直接从收发机752接收输入信号，或者可以从其他来源接收输入信号。功率放大器760可以被由功率放大器控制部件766提供并且由功率放大器760接收的功率放大器控制信号(例如，诸如偏置电压或偏置电流之类的偏置信号)偏置。功率放大器控制部件766可基于经由接口762从收发机752接收到的收发机控制信号生成功率放大器控制信号。控制器758和功率放大器760可集成到单个模块756上，这里称为PA主器件(master)。特别地，控制器758和功率放大器760可以集成在单个晶片上。在一些实施方式中，电源754也可集成到模块或集成到晶片上。
因此，图20的功率放大配置750可包括具有控制器758的功率放大控制系统。控制器758可包括配置成接收来自收发机752的收发机控制信号的接口762。控制器758可包括配置成基于来自收发机752的收发机控制信号生成功率放大器控制信号的功率放大器控制部件766和配置成基于来自收发机752的收发机控制信号生成电源控制信号并且基于来自功率放大器控制部件766的本地控制信号生成电源控制信号的电源控制部件764。
在一些实施例中，由功率放大器控制部件766提供给功率放大器760的功率放大器控制信号可包括用于偏置功率放大器760的偏置电压。在一些实施方式中，功率放大器控制信号可包括用于使能(或禁止)功率放大器760的使能信号。
在一些实施例中，由电源控制部件764提供给电源754的电源控制信号可包括指示将要提供给功率放大器760的供电电压的大小的基准电压。在一些实施方式中，电源控制信号可包括用于使能(或禁止)电源754的使能信号。
在一些实施例中，由功率放大器控制部件766提供给电源控制部件764的本地控制信号可指示供电电压将要增大。在一些实施方式中，本地控制信号可指示供电电压将要减小。在一些实施方式中，本地控制信号可指示电源754将被禁止。
在一些实施例中，本地控制信号可基于感测到的功率放大器760的状况。感测状况可以是饱和状况或安全状况。例如，功率放大器控制部件766可检测到功率放大器760(或者功率放大器760的一个或多个晶体管)饱和。作为响应，功率放大器控制部件766可向电源控制部件764提供本地控制信号以指示供电电压将要增大。作为另一示例，功率放大器控制部件766可检测到功率放大器760操作在(或者逼近操作在)不安全状况下，其可能导致对功率放大器760的损坏。作为响应，功率放大器控制部件766可向电源控制部件764提供本地控制信号以指示供电电压将要减小或者电源754将被禁止。
图21示出具有包括控制寄存器810的示例控制器806的功率放大配置800。功率放大配置800示为包括功率放大器808和开关模式电源(SMPS)802。开关模式电源可包括升压转换器、降压转换器、升降压转换器、电荷泵等。功率放大器808可以是高电压功率放大器。
SMPS 802示为接收输入电压(例如来自电池或者来自其他来源)并且在输出处提供供电电压给功率放大器808。功率放大器808可由该供电电压供电。供电电压的大小可由控制器806提供的电源802接收的电源控制信号来设置。特别地，电源控制信号可由控制器806的SMPS控制部件812提供。电源控制信号可由数模转换器816从数字信号转换成模拟基准电压(Vref)。SMPS控制部件812可基于经由接口810从调制解调器/收发机(未示出)接收到的收发机控制信号或者基于从功率放大器偏置控制部件814接收到的本地控制信号而生成电源控制信号。本地控制信号可以例如基于所感测的功率放大器808的状况。如图21所示，SMPS控制部件812可包括耦接到接口810以接收收发机控制信号的至少一部分的第一输入和耦接到功率放大器偏置控制部件814以接收来自功率放大器偏置控制部件814的本地控制信号的第二输入。
SMPS控制部件812还可基于从替用的PA模块818接收到的外部控制信号生成电源控制信号，替用PA模块818包括由SMPS 802的供电电压供电的功率放大器。特别地，外部控制信号可接收自替用PA模块818的功率放大器控制部件(例如，功率放大器偏置控制部件)。
功率放大器808可接收输入信号(RFin)并且提供作为输出信号(RFout)的输入信号放大版本。可从经由接口810接收来自收发机的信号(如图21所示)的功率放大器偏置控制部件814接收输入信号，可直接从收发机接收输入信号，或者可以从其他来源(例如另一功率放大器控制部件)接收输入信号。功率放大器808可以被由功率放大器偏置控制部件814提供并且由功率放大器808接收的功率放大器控制信号(例如，诸如偏置电压或偏置电流之类的偏置信号)偏置。功率放大器偏置控制部件814可基于经由接口810从收发机接收到的收发机控制信号生成功率放大器控制信号。控制器806和功率放大器808可集成到单个模块804上，这里称为PA主器件。特别地，控制器806和功率放大器808可以集成在单个晶片上。在一些实施方式中，电源802也可集成到模块或集成到晶片上。
控制器806的接口810可包括一个或多个控制寄存器。控制寄存器可以是例如MIPI控制寄存器。特别地，如图21所示，接口810可包括一个或多个功率放大器控制寄存器以及一个或多个电源控制寄存器。接口810还可包括一次性可编程(OTP)存储器。
功率放大器偏置控制部件814可配置为基于写入到一个或多个功率放大器控制寄存器的收发机控制信号的一部分生成功率放大器控制信号，SMPS控制部件812可配置为基于写入到一个或多个电源控制寄存器的收发机控制信号的一部分生成电源控制信号。在一些实施例中，功率放大器偏置控制部件814可配置为用本地控制信号覆写(overwrite)一个或多个电源控制寄存器。因此，在一些实施例中，可以经由接口810向SMPS控制部件812提供本地控制信号。
接口810可包括输入/输出电压(VIO)引脚，时钟(CLK)引脚、地(GND)引脚和数据引脚。收发机控制信号可从调制解调器/收发机经数据引脚发送(并且写入到控制寄存器)。
因此，图21的功率放大配置800可包括具有控制器806的功率放大控制系统。控制器806可包括配置成接收来自收发机的收发机控制信号的接口810。控制器806可包括配置成基于来自收发机的收发机控制信号生成功率放大器控制信号(例如偏置电压)的功率放大器控制部件(例如功率放大器偏置控制部件)和配置成基于来自收发机的收发机控制信号生成电源控制信号(例如基准电压)并且基于来自功率放大器控制部件的本地控制信号生成电源控制信号的电源控制部件(例如SMPS控制部件812)。
表5列出可由SMPS控制部件812通过使用3比特信号(其可写入到SMPS控制寄存器之一)产生各种Vref值而生成的控制信号的示例。表5示出可以用变化的Vref值实施多种操作模式，包括禁止模式。在“升压”模式中，可以使用写入到SMPS控制寄存器中的另一个的值指示具体的Vref输出。
表5
Figure BDA0001760944740000331
Figure BDA0001760944740000341
图22示出图21的SMPS 802可以如何对基准电压Vref的各种输入进行响应的示例，基准电压Vref的各种输入中的一些列于表5中。在2G偏置模式中(例如Vref<0.3V)，SMPS可输出适于2G偏置的电压。在降压模式中(例如Vref介于0.3V和0.4V之间)，SMPS可输出例如是电池电压的一半的电压。在旁路模式中(例如Vref介于0.4V和0.8V之间)，SMPS可输出与电池电压基本相等的电压。在升压模式中(例如Vref>0.8V)，SMPS可输出与Vref成比例的提升电压。这种输出可用作例如以HV模式操作的一个或多个PA的供电电压。
图23示出包括升压转换器860的功率放大系统850的框图。在一些实施例中，这种功率放大系统可包括高电压(HV)放大能力。功率放大系统可包括功率放大器862和配置为向功率放大器862提供供电电压的供电系统858。功率放大器862可配置为接收输入射频信号，并且产生作为输出射频信号的输入射频信号的放大版本。供电系统858可配置为接收电池电压(Vbatt)并且输出供应电压(Vcc)以给功率放大器862供电。供电系统858可包括例如开关模式电源(SMPS)。供电系统858包括升压转换器860，其可用于生成比电池电压更大(或相等)的供电电压。在一些实施方式中，供电系统858还可包括可用于例如生成小于电池电压的供电电压的其他部件。
供电系统858和功率放大器862可由包括供电系统控制部件854和功率放大器控制部件856的控制系统852控制。控制系统852(例如供电系统控制部件854)可配置为基于与功率放大器862相关联的参数向供电系统提供供电系统控制信号以调节供电电压。特别地，控制系统852可配置为基于与功率放大器860相关联的参数向升压转换器860提供升压转换器控制信号以调节供电电压。
升压转换器控制信号可以是基准电压、德尔塔(delta)信号、使能信号、或者任何其他数字或模拟信号。例如，升压转换器控制信号可以是基准电压。响应于增大的基准电压，升压转换器860可配置为通过增大供电电压来调节供电电压。增大供电电压可以为功率放大器862提供附加净空(headroom)。类似地，响应于减小的基准电压，升压转换器860可配置为通过降低供电电压来调节供电电压。降低供电电压可以改善功率放大器862的功率附加效率(PAE)。
作为另一示例，升压转换器控制信号可以是德尔塔信号。响应于德尔塔信号，升压转换器860可配置为通过将供电电压增大预设量来调节供电电压。
在一些实施方式中，与功率放大器862相关联的参数可包括所感测的功率放大器862的状况。在一些实施方式中，功率放大器控制部件856(进而，控制系统852)可配置为检测功率放大器的感测状况。在一些实施方式中，控制系统854可配置为接收指示功率放大器862的感测状况的信号。例如，供电系统控制部件854可从功率放大器控制部件856接收指示功率放大器的感测状况的信号。作为另一示例，控制系统852可从收发机接收指示功率放大器的感测状况的信号。在一些实施方式中，控制系统852可配置为接收基于功率放大器862的感测状况的信号。
功率放大器的感测状况可以是例如功率放大器862的饱和状况。功率放大器862(或者功率放大器862的一个或多个晶体管)可以是饱和的，降低了功率放大器的线性度。
在一些实施方式中，与功率放大器862相关联的参数包括功率放大器862的操作模式，升压转换器控制信号可被提供给升压转换器860以支持该操作模式。例如，操作模式可以是增大线性度模式。更大线性度模式可以是高电压模式或高输出功率模式。
控制系统852(例如，功率放大器控制部件856)可配置为向功率放大器862提供功率放大器控制信号。功率放大器控制信号可以是用于偏置功率放大器862(或者功率放大器862的一个或多个晶体管)的偏置信号(例如偏置电压或偏置电流)、使能信号、或者任何其他数字或模拟信号。
具有提升输入电压(例如由电池提供的电池电压)的能力的功率放大系统(例如图23的功率放大系统850)可提供可如何利用这种升压供电方面的灵活性。在一些实施例中，这种提升的供电电压可以根据诸如基准电压(Vref)之类的控制输入而是可变的(例如，如图22所示)。因此，可以以多种方式利用提升的供电电压的这种可变属性，包括可编程供电电压的实施。
有了前述从升压转换器提供宽范围供电电压的能力，可以利用这种能力来获得有利的功率放大器性能改善。线性度是这种功率放大器性能的示例。虽然这里在线性度的上下文中描述了各种示例，但是将理解，可以利用供电电压的可变属性调节功率放大器相关的其他性能。
注意，功率放大器非线性度通常受到由集电极/漏极电压供电的可用电平确定的幅值调制压缩(compression)的限制。这种幅值调制压缩可影响其他参数，例如无线电一致性所需的频带内误差矢量大小(EVM)和频谱再生相邻信道泄露比(ACLR)线性度性能，并且如果双工间隙足够小的话甚至可影响接收机灵敏性。
图24示出可以如何用来自升压转换器870的可变供电电压去除或实质性放松前述集电极供电电压限制的示例。这种升压转换器示为生成供电电压Vcc并且将之提供给功率放大器，由此允许功率放大器以改善的线性度操作。
例如，利用升压转换器870，标称最优值Vccnom可被提供给功率放大器以实现给定水平的线性度。然而，当期望附加线性度时(例如对于大的包络(872)幅值)，设置更高的供电电压电平提供更多净空，进而更佳的线性度。这种净空增大可导致DC消耗和效率性能的恶化；然而，这种牺牲仅在涉及更高水平的发射(emission)和线性度性能的操作情形下才会受到困扰。
在图24的示例中，前述增大的净空可通过将Vcc从标称值Vccnom增大ΔV量以产生增大的供电电压Vccnom+ΔV来实现。增大量ΔV可被选择以适应示例包络872所示的高发射水平。在一些实施例中，与升压转换器870生成Vcc相关的操作可关于与Vccnom和ΔV中的任一个或两者相关联的值被编程。
Vcc可通过升压转换器的编程操作而增大的前述示例是这里描述的更一般概念的示例，在这里描述的更一般概念中，升压转换器的输出可基于功率放大器相关的某种参数而被调节。
产品示例
图25示出在一些实施例中，具有一个或多个这里描述的特征的HV APT功率放大系统的一些或全部可实施在模块中。这样的模块可以是例如前端模块(FEM)。在图25的示例中，模块300可包括封装衬底302，多个部件可安装在这种封装衬底上。例如，FE-PMIC部件102、功率放大器组件104、匹配部件106和双工器组件108可安装和/或实施在封装衬底302上和/或内。诸如多个SMT器件304和天线开关模块(ASM)306之类的其他部件也可以安装在封装衬底302上。尽管全部各种部件示为布局在封装衬底302上，但是将理解，某些部件可实施在其他部件上方或下方。
在一些实施方式中，具有一个或多个这里描述的特征的功率放大系统可包括在诸如无线装置之类的RF装置中。这种功率放大系统可在无线装置中实施为一个或多个电路、一个或多个晶片、一个或多个封装模块、或其任意组合。在一些实施例中，这种无线装置可包括例如蜂窝电话、智能电话、具有或没有电话功能的手持无线装置、无线平板等。
图26示出具有一个或多个这里描述的有利特征的示例无线装置400。在具有一个或多个这里描述的特征的模块的上下文中，这样的模块可一般地由虚线框300示出，并且可实施为例如前端模块(FEM)。
参照图26，功率放大器(PA)420可从收发机410接收其相应的RF信号，收发机410可配置和操作为生成待放大和发射的RF信号，并且处理所接收的信号。收发机410示为与基带子系统408相交互，基带子系统408配置为提供适于用户的数据和/或话音信号与适于收发机410的RF信号之间的转换。收发机410还可以与功率管理部件406通信，功率管理部件406配置为管理用于无线装置400的操作的功率。这样的功率管理还可控制基带子系统408和模块300的操作。
基带子系统408示为连接到用户接口402以促成提供给和接收自用户的话音和/或数据的各种输入和输出。基带子系统408还可连接到存储器404，存储器404配置为储存用于促成无线装置的操作的数据和/或指令，和/或为用户提供信息储存。
在示例无线装置400中，PA 420的输出示为被匹配(经由相应的匹配电路422)和路由到它们相应的双工器424。在一些实施例中，匹配电路422可以类似于这里参照图7描述的示例匹配电路172a-172c。还如这里参照图7描述的那样，当PA420用HV供电以HV模式操作时，PA420的输出可被路由到它们相应的双工器424而没有阻抗变换(例如用图6中的负载变换116)。这种放大和滤波后的信号可通过天线开关414路由到天线416以供发射。在一些实施例中，双工器424可允许利用公共天线(例如416)同时进行发射和接收操作。在图26中，接收信号示为通过双工器424路由到“Rx”路径，“Rx”路径可包括例如一个或多个低噪声放大器(LNA)。
在图26的示例中，前述用于PA 420的HV供电可由HV部件102提供。这种HV部件可包括例如这里描述的升压DC/DC转换器。
多种其他无线装置配置可利用一个或多个这里描述的特征。例如，无线装置无需是多频带装置。在另一示例中，无线装置可包括诸如分集天线之类的附加天线和诸如Wi-Fi、蓝牙和GPS之类的附加连接特征。
如这里描述的那样，当实施在诸如涉及图26的无线装置的系统之类的系统中时，本申请的一个或多个特征可提供许多优点。例如，通过消除或减小输出损耗，可实现显著的电流耗用减小。在另一示例中，可针对功率放大系统和/或无线装置实现更低的物料清单数量。在另一示例中，归因于例如单独的PA用于它们的相应频率带，可以实现每个所支持的频率带的阻抗优化或期望配置。在又一示例中，可以通过例如升压供电电压系统实现最大或更大输出功率的优化或期望配置。在再一示例中，可以利用多种不同的电池技术，因为最大或更大功率不必受电池电压限制。
本申请的一个或多个特征可与各种蜂窝频率带一起实施，如这里描述的那样。这种频带的示例列于表6中。将理解，至少一些频带可分成多个子带。还将理解，本申请的一个或多个特征可与没有诸如表6的示例之类的指定(designation)的频率范围一起实施。
表6
Figure BDA0001760944740000381
Figure BDA0001760944740000391
在这里的描述中，提及了各种阻抗形式。例如，PA有时称为驱动诸如滤波器之类的下游部件的负载阻抗。在另一示例中，PA有时称为具有阻抗值。为了说明，将理解，这种对PA的阻抗相关引用可以互换地使用。此外，PA的阻抗可包括在PA的输出侧看到的其输出阻抗。因此，这样的PA被配置为驱动下游部件的负载阻抗可包括PA具有与下游部件的负载阻抗近似相同的输出阻抗。
除非上下文清楚地另有要求，否则贯穿说明书和权利要求书，要按照与排他性或穷尽性的意义相反的包括性的意义，也就是说，按照“包括但不限于”的意义来阐释术语“包括(comprise)”、“包含(comprising)”等。如在这里一般使用的术语“耦接”是指可以直接连接的、或者借助于一个或多个中间元件连接的两个或更多元件。另外，当在本申请中使用时，术语“在这里”、“上面”、“下面”和相似含义的术语应该是指作为整体的本申请，而不是本申请的任何具体部分。在上下文允许时，使用单数或复数的以上说明书中的术语也可以分别包括复数或单数。提及两个或更多项目的列表时的术语“或”，这个术语涵盖该术语的全部以下解释：列表中的任何项目、列表中的所有项目、和列表中项目的任何组合。
本发明实施例的以上详细描述不意欲是穷尽性的，或是将本发明限于上面所公开的精确形式。尽管上面出于说明性的目的描述了本发明的具体实施例和用于本发明的示例，但是如本领域技术人员将认识到的，在本发明范围内的各种等效修改是可能的。例如，尽管按照给定顺序呈现了处理或块，但是替换的实施例可以执行具有不同顺序的步骤的处理，或采用具有不同顺序的块的系统，并且一些处理或块可以被删除、移动、添加、减去、组合和/或修改。可以按照各种不同的方式来实现这些处理或块中的每一个。同样地，尽管有时将处理或块示出为串行地执行，但是相反地，这些处理或块也可以并行地执行，或者可以在不同时间进行执行。
可以将在这里提供的本发明的教导应用于其它系统，而不必是上述的系统。可以对上述的各个实施例的元素和动作进行组合，以提供进一步的实施例。
尽管已经描述了本发明的一些实施例，但是已经仅仅借助于示例呈现了这些实施例，并且所述实施例不意欲限制本申请的范围。其实，可以按照多种其它形式来实施在这里描述的新颖方法和系统；此外，可以做出在这里描述的方法和系统的形式上的各种省略、替换和改变，而没有脱离本申请的精神。附图和它们的等效物意欲涵盖如将落入本公开的范围和精神内的这种形式或修改。

Claims (21)

1.一种放大系统，包括：
供电电路，配置为以平均功率跟踪模式提供高供电电压；
放大器，配置为用所述高供电电压操作并提供与耦接到所述放大器的输出部的部件的阻抗基本匹配的阻抗；以及
信号路径，配置为将放大后的信号从所述放大器的输出部路由到所述部件，所述输出路径基本没有将所述放大器的阻抗变换为所述部件的阻抗以用于所述放大后的信号的输出匹配网络。
2.如权利要求1所述的放大系统，还包括所述部件。
3.如权利要求1所述的放大系统，其中，所述部件包括滤波器。
4.如权利要求3所述的放大系统，其中，所述放大器的阻抗具有大于大约40欧姆的值。
5.如权利要求1所述的放大系统，其中，所述供电电路包括配置为基于电池电压生成所述高供电电压的升压DC/DC转换器。
6.如权利要求1所述的放大系统，其中，所述放大器配置为功率放大器。
7.如权利要求6所述的放大系统，其中，所述功率放大器包括实施为砷化镓器件的异质结双极晶体管。
8.如权利要求1所述的放大系统，还包括一个或多个附加放大器，每个配置为用所述高供电电压操作，并且提供与耦接到所述附加放大器的输出部的相应的附加部件的阻抗基本匹配的阻抗。
9.如权利要求8所述的放大系统，还包括为所述一个或多个附加放大器中的每个实施的附加信号路径，所述附加信号路径配置为将放大后的信号从相应的附加放大器的输出部路由到相应的附加部件，所述附加信号路径基本没有将相应放大器的阻抗变换为相应部件的阻抗以用于对应的放大后的信号的输出匹配网络。
10.如权利要求9所述的放大系统，其中，所述放大系统基本没有频带选择开关在所述放大器和所述部件之间。
11.一种射频模块，包括：
封装衬底；以及
放大系统，实施在所述封装衬底上，并且包括配置为以平均功率跟踪模式提供高供电电压的供电电路，所述放大系统还包括放大器，其配置为用所述高供电电压操作并提供与耦接到所述放大器的输出部的部件的阻抗基本匹配的阻抗，所述放大系统还包括配置为将放大后的信号从所述放大器的输出部路由到所述部件的信号路径，所述输出路径基本没有将所述放大器的阻抗变换为所述部件的阻抗以用于所述放大后的信号的输出匹配网络。
12.如权利要求11所述的射频模块，还包括一个或多个附加放大器和一个或多个对应的附加信号路径，每个附加放大器配置为用所述高供电电压操作并提供与耦接到所述附加放大器的输出部的相应的附加部件的阻抗基本匹配的阻抗，所述对应的附加信号路径配置为将放大后的信号从所述附加放大器的输出部路由到所述附加部件，所述附加信号路径基本没有将相应放大器的阻抗变换为相应部件的阻抗以用于对应的放大后的信号的输出匹配网络。
13.如权利要求12所述的射频模块，其中，所述射频模块基本没有频带选择开关在所述放大器和所述部件之间。
14.如权利要求11所述的射频模块，其中，所述部件包括滤波器。
15.如权利要求11所述的射频模块，其中，所述射频模块是前端模块或功率放大器模块。
16.一种无线装置，包括：
收发机；
放大系统，与所述收发机通信，并且包括供电电路，所述供电电路配置为以平均功率跟踪模式提供高供电电压，所述放大系统还包括放大器，所述放大器配置为用所述高供电电压操作并提供与耦接到所述放大器的输出部的部件的阻抗基本匹配的阻抗，所述放大系统还包括信号路径，其配置为将放大后的信号从所述放大器的输出部路由到所述部件，所述输出路径基本没有将所述放大器的阻抗变换为所述部件的阻抗以用于所述放大后的信号的输出匹配网络；以及
天线，与所述放大系统通信，并且配置为促成相应信号的发射和接收中的任一或两者。
17.如权利要求16所述的无线装置，其中，所述放大器是功率放大器，所述部件是发射滤波器，所述天线配置为促成至少所述放大后的信号的发射。
18.如权利要求16所述的无线装置，其中，所述放大系统还包括一个或多个附加放大器和一个或多个对应的附加信号路径，每个附加放大器配置为用所述高供电电压操作并提供与耦接到所述附加放大器的输出部的相应的附加部件的阻抗基本匹配的阻抗，所述对应的附加信号路径配置为将放大后的信号从所述附加放大器的输出部路由到所述附加部件，所述附加信号路径基本没有将相应放大器的阻抗变换为相应部件的阻抗以用于对应的放大后的信号的输出匹配网络。
19.如权利要求18所述的无线装置，其中，所述无线装置基本没有频带选择开关在所述放大器和所述部件之间。
20.如权利要求19所述的无线装置，其中，所述无线装置是具有多频带能力的蜂窝电话。
21.一种用于放大信号的方法，所述方法包括：
以平均功率跟踪模式提供高供电电压；
用所述高供电电压操作放大器以提供与耦接到所述放大器的输出部的部件的阻抗基本匹配的阻抗；以及
将放大后的信号从所述放大器的输出部路由到所述部件，而不使所述放大后的信号经过将所述放大器的阻抗变换为所述部件的阻抗以用于所述放大后的信号的输出匹配网络。
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