CN109768773A - 一种用于包络跟踪的电源 - Google Patents

Abstract

本公开揭示了一种用于包络跟踪的电源，包括：线性放大单元，用于对第一包络信号进行线性放大并输出线性放大的包络信号；第一控制单元，用于对所述线性放大的包络信号中某一频率范围的信号进行滤波处理或变频处理并输出第一控制信号；第一驱动单元，用于基于所述第一控制信号提供第一电信号；叠加单元，用于叠加所述线性放大的包络信号和第一电信号，以便提供射频功率放大器的供给电压。本公开实现了一种新的、用于包络跟踪的电源，能够通过至少叠加第一电信号至线性放大的包络信号的方式来更高效的对射频功率放大器提供供给电压。

Description

一种用于包络跟踪的电源

技术领域

本公开涉及移动通信领域，特别涉及一种用于包络跟踪的电源。

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。

包络跟踪可以随着射频功率放大器所发射的输出功率而动态改变射频功率放大器的供给电压。包络跟踪也可以动态调整功率放大器的供给电压，使其追踪射频输入信号包络的振幅。

当信号包络变大时，便提升供给电压；信号包络变小时，则降低供给电压。如此这般，射频功率放大器能在运作范围的绝大部分，接近其最佳效率点，从而提高移动通信装置对能源的利用率。

如何进一步提高用于包络跟踪的电源的效率，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，本公开提出了一种用于包络跟踪的电源，包括：

线性放大单元，用于对第一包络信号进行线性放大并输出线性放大的包络信号；

第一控制单元，用于对所述第一包络信号中某一频率范围的信号进行滤波处理或变频处理并输出第一控制信号；

第一驱动单元，用于基于所述第一控制信号提供第一电信号；

叠加单元，用于叠加所述线性放大的包络信号和第一电信号，以便提供射频功率放大器的供给电压。

优选的，所述第一控制单元包括以下任一：低通滤波器、带通滤波器、高通滤波器。

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，所述电源还包括：

第二控制单元，用于响应所述第一包络信号与第一电信号经过反馈单元后的信号的第一差值信号生成第二控制信号；

第二驱动单元，用于基于所述第二控制信号提供第二电信号，且所述第二电信号与第一电信号、所述线性放大的包络信号一起被叠加到所述叠加单元，以便提供射频功率放大器的供给电压。

优选的，

第一驱动单元包括第一开关放大器和第一电感；

第二驱动单元包括第二开关放大器和第二电感。

优选的，

所述第二控制单元选自以下任一：脉冲宽度调制器、脉冲密度调制器。

优选的，

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。

优选的，

第三控制单元，用于响应所述第一差值信号与所述第二电信号经过反馈单元后的信号的第二差值信号生成第三控制信号；

第三驱动单元，用于基于所述第三控制信号提供第三电信号，且所述第三电信号与第二电信号、第一电信号、以及所述线性放大的包络信号一起被叠加到所述叠加单元，以便提供射频功率放大器的供给电压。

优选的，

第四控制单元，用于响应所述第二差值信号与所述第三电信号经过反馈单元后的信号的第三差值信号生成第四控制信号；

第四驱动单元，用于基于所述第四控制信号提供第四电信号，且所述第四电信号与第三电信号、第二电信号、第一电信号、以及所述线性放大的包络信号一起被叠加到所述叠加单元，以便提供射频功率放大器的供给电压。

优选的，

第三驱动单元包括第三开关放大器和第三电感；

第四驱动单元包括第四开关放大器和第四电感；

第三开关放大器、第四开关放大器选自以下任一：GaN开关放大器，Si-based开关放大器；

第三控制单元、第四控制单元选自以下任一：脉冲宽度调制器、脉冲密度调制器。

通过上述技术方案，本公开实现了一种新的、用于包络跟踪的电源，能够通过至少叠加第一电信号至线性放大的包络信号的方式来更高效的对射频功率放大器提供供给电压。

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2是本公开中一个实施例所示的电源结构示意图；

图3是本公开中一个实施例所示的包络线在时域中示意图；

图4是本公开中一个实施例所示的包络线在频域中示意图；

图5是本公开中一个实施例所示的电源结构示意图；

图6是本公开中一个实施例所示的电源结构示意图；

图7是本公开中一个实施例所示的带宽分布示意图；

图8是本公开中一个实施例所示的电源结构示意图；

图9是本公开中一个实施例所示的带宽分布示意图；

图10是本公开中一个实施例所示的电源结构示意图。

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，本公开提出了一种用于包络跟踪的电源，包括：

线性放大单元，用于对第一包络信号进行线性放大并输出线性放大的包络信号；

第一控制单元，用于对所述线性放大的包络信号中某一频率范围的信号进行滤波处理或变频处理并输出第一控制信号；

第一驱动单元，用于基于所述第一控制信号提供第一电信号；

叠加单元，用于叠加所述线性放大的包络信号和第一电信号，以便提供射频功率放大器的供给电压。

对于所述实施例，通过叠加所述线性放大的包络信号和第一电信号提供射频功率放大器的供给电压，这与现有技术中通过简单的并联两路电流后向射频功率放大器提供供给电压截然不同，很重要的一点不同在于：所述第一控制单元及第一驱动单元。

优选的，所述第一控制单元可以是如下之一：低通滤波器、带通滤波器、高通滤波器、变频单元。

以滤波为例，无论第一控制单元对线性放大的包络信号中某一频率范围的信号进行滤波处理或变频处理时，第一控制单元都具有固定截止频率，其输出频率带宽也固定。如此，经由第一驱动单元的电路所得到的第一电信号的带宽也就不会随第一包络信号的频率、带宽变化而变化，从而能够在一定频率范围内保持电源效率，防止随第一包络信号的带宽剧烈变化而效率下降。

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。本公开并不在于如何设计、调整时间常数，在此不再赘述。需要注意的是，就该实施例而言，由线性放大单元的输出端取得的信号作为第一控制单元的输入，此时不用考虑因线性放大单元这一单元所产生的延时。

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。

能够理解，上述实施例中的第一电信号可以是第一电流信号，也可以是第一电压信号。如果是第一电流信号，那么只需要确保线性放大的包络信号为电流信号，即可满足叠加单元对同类信号的叠加；同样，如果是第一电压信号，那么只需要确保线性放大的包络信号为电压信号，即可满足叠加单元对同类信号的叠加。下文中的各种电信号，与此类似，后文不再对此赘述。

需要说明的是，如果上述实施例的电源为模拟电源，那么：(1)当第一电信号为第一电流信号时，第一电信号与线性放大的包络信号各自所对应的电路可以通过并联方式来实现叠加单元；(2)当第一电信号为第一电压信号时，第一电信号与线性放大的包络信号各自所对应的电路可以通过串联方式来实现叠加单元；此外，如果上述实施例的电源为数字电源，那么只要能够以任何数字电路叠加代表第一电信号、线性放大的包络信号的数字信号，则这些数字电路均可以实现叠加单元。对于下文中的各个实施例，如果电源为模拟电源或数字电源时，与本段落类似。

在另一个实施例中，参见图2，所述电源还包括：

第二控制单元，用于响应所述第一包络信号与第一电信号经过反馈单元后的信号的第一差值信号生成第二控制信号；

第二驱动单元，用于基于所述第二控制信号提供第二电信号，且所述第二电信号与第一电信号、所述线性放大的包络信号一起被叠加到所述叠加单元，以便提供射频功率放大器的供给电压。

对于该实施例，其通过第一包络信号与第一电信号经过反馈单元后的信号作差获得第一差值信号，相当于获得那些被第一控制单元过滤掉的频率范围所对应的信号。进一步的，所述实施例以第一差值信号来生成第二控制信号，并最终通过第二驱动单元获得第二电信号，再叠加到所述叠加单元中去。这样，叠加单元最终输出的信号更加的完整，更加趋近于包络信号所覆盖的完整的频率范围，且提高了电源的效率。

参见图3所示，红色破折间隔点划线10表示第二电信号所对应的电压，蓝色破折线20表示第一电信号所对应的电压，绿色点划线30表示线性放大的包络信号所对应的电压，洋红色实线40则表示第二电信号、第一电信号、线性放大的包络信号叠加后所转换的全部包络电压。

进一步参见图4，图4则为图3中时域信号在频域中的表示。

上述实施例的特点还在于，第一电信号、第二电信号、第三电信号均与所述第一包络信号有关，因此，上述实施例才能够实现一种用于包络跟踪的电源。能够理解，在第一包络信号存在的前提下，在第一控制信号、第二控制信号的基础上，才产生了上述第一电信号、第二电信号。

在另一个实施例中，

第一驱动单元包括第一开关放大器和第一电感；

第二驱动单元包括第二开关放大器和第二电感。

能够理解，开关放大器适宜频率较高的场合。各自支路中的电流，通过相应的第一电感、第二电感储存、释放。

在另一个实施例中，

所述第二控制单元选自以下任一：脉冲宽度调制器、脉冲密度调制器。本实施例意在对控制单元的选型做出限定。

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。

在另一个实施例中，所述电源还包括：

第三控制单元，用于响应所述第一差值信号与所述第二电信号经过反馈单元后的信号的第二差值信号生成第三控制信号；

第三驱动单元，用于基于所述第三控制信号提供第三电信号，且所述第三电信号与第二电信号、第一电信号、以及所述线性放大的包络信号一起被叠加到所述叠加单元，以便提供射频功率放大器的供给电压。

对于该实施例，其通过第一差值信号与第二电信号经过反馈单元后的信号作差获得第二差值信号，与前文第一差值信号的实施例类似，本实施例的叠加单元最终输出的信号更加的完整，更加趋近于包络信号所覆盖的完整的频率范围，且提高了电源的效率。

能够理解，所述电源还可以进一步包括：

第四控制单元，用于响应所述第二差值信号与所述第三电信号经过反馈单元后的信号的第三差值信号生成第四控制信号；

第四驱动单元，用于基于所述第四控制信号提供第四电信号，且所述第四电信号与第三电信号、第二电信号、第一电信号、以及所述线性放大的包络信号一起被叠加到所述叠加单元，以便提供射频功率放大器的供给电压。

显然，相比前一个实施例，该实施例的叠加单元最终输出的信号更加的完整，更加趋近于包络信号所覆盖的完整的频率范围，且提高了电源的效率。

参见图5，以第一控制单元10包括低通滤波器为例来说明本公开的一个实施例：

对于线性放大器LR、开关放大器SR1、电感器L1和第一控制单元10，其中线性放大器LR用于将输入信号Vin对应的包络信号R进行线性放大，并输出线性放大的包络信号A，而第一控制单元10的输入端则从线性放大器LR的输出端耦合线性放大的包络信号A，其中，如果第一控制单元10包括低通滤波器，由于所述第一控制单元10具有固定截止频率，其输出频率带宽固定，线性放大的包络信号A经过第一控制单元10、开关放大器SR1、电感器L1的串联电路后，得到低频信号B，低频信号B的带宽并不随输入信号Vin的频率带宽变化而变化，这样的第一控制单元10，能够保持电源效率，防止在带宽增大时效率下降。鉴于低通滤波，所述第一驱动单元可以采用开关放大器或线性放大器。

进一步的，在另一个实施例中，参见图6：

额外的，第二控制单元20具有固定截止频率的带通滤波功能，由于第二控制单元20的输入信号源于包络信号R与信号H(其中，信号H是信号B经过第一反馈单元后所得的反馈信号)的差，因此通过第二控制单元的信号的带宽位于第一控制单元10截止频率的外侧，其带宽分布如图7所示，其中，B1-B2之间的带宽由第一控制单元10控制，B1-B3和B2-B4之间的带宽由第二控制单元20决定，第二控制单元20、开关放大器SR2、电感器L2的串联电路实现对输入信号Vin的带宽拓展，对低频滤波器截止频率之外的信号进行检波，得到检波电压信号D。包络信号A、包络信号B与包络信号D叠加合成后的信号包络更趋近包络信号R，也提高效率。

进一步的，在另一个实施例中，图8所示的用于包络跟踪的电源，在图6所示的基础上，还额外包括第三控制单元30、开关放大器SR3、电感器L3。第三控制单元30、开关放大器SR3、电感器L3依次串联连接，额外的：第三控制单元30的输入端信号K由第二控制单元的输入信号H与信号D经过第二反馈单元后的信号相减，再经过第三控制单元30、开关放大器SR3、电感器L3的串联电路后，得到信号E，其带宽位于信号D的带宽之外，如图9所示，第三控制单元30是具有固定带宽的滤波电路，其能通过的频率高于第二控制单元20的频率，B3-B5和B4-B6之间的带宽由第三控制单元30决定。包络信号A、包络信号B、包络信号D、包络信号E的叠加合成更趋近包络信号R。

图10则相对于图8所示，提供了另一种实施方式：第二控制单元20的输入端信号由包络信号R与信号B经过第一反馈单元后的信号相减得到，经过第二控制单元20、开关放大器SR2、电感器L2的串联电路后得到包络信号D，通过第二控制单元的信号的带宽位于第一控制单元10截止频率的外侧；第三控制单元30的输入端信号K由包络信号R与信号D经过第二反馈单元后的信号相减，经过第三控制单元30、开关放大器SR3、电感器L3的串联电路后得到包络信号E，通过第三控制单元30的信号的带宽位于第二控制单元20截止频率的外侧，信号E的带宽位于信号D的带宽之外。类似的，包络信号A、包络信号B、包络信号D、包络信号E的叠加合成更趋近包络信号R。

多级并联的带宽拓展，且每一级的带宽固定，这样的方法可以在保证效率的同时拓展带宽，并使每级模块化，简化电路设计；同时多级并联的包络信号追踪，使施加到功率放大器上的包络信号更完整，效率更高。

更进一步地，所述的多级并联带宽拓展可以无限次。

进一步地，各控制单元具有各自不同的频率阈值或阈值区间，第i驱动单元的频率阈值或阈值区间与第i控制单元的频率阈值或阈值区间相应，且第i控制单元的频率阈值或阈值区间与第i-1控制单元的频率阈值或阈值区间在频带上依次排布。

各级并联电路中的控制单元、开关放大器以及低频滤波器可集成在一个电路中，由数字电路或模拟电路实现均可。

综上所述，本公开最突出的技术效果在于：由于叠加单元的存在，以及能够基于信号差不断的拓展，这就意味着本实施例可以用于未来的第5代移动通信技术、第6代移动通信技术甚至更新的技术，而不受限于以LTE为代表的第4代移动通信技术或者以WCDMA为代表的第3代移动通信技术。

本公开的另一个技术效果在于，线性放大的包络信号、第一电信号，乃至第二电信号、第三电信号等等，均源于同一包络信号，正是在此前提下，上述各个实施例才能够实现一种用于包络跟踪的电源且维持在一定的效率水准。

综合上述两个技术效果，也就是说，本公开能够在不同频率方面做到兼顾，在一定的效率上实现带宽的拓展，不仅能够很好的向下兼容，而且能够面向未来，满足将来的移动通信技术在射频功率放大器供电方面的需求。

结合前文，不难发现，本公开的实施例如果需要充分发挥叠加单元的作用，开关放大器与线性放大器的组合是较佳的选择，但这并不意味着各个驱动单元只能选择某种放大器。原因在于：无论是采用开关放大器还是线性放大器，根据本公开的原理，其始终能够在一定效率的基础上实现带宽的拓展。

除前文频率、延迟之外，对于包络跟踪，当采用上述开关放大器或线性放大器时，还可能涉及包络信号的振幅调整。利用各种放大器进行不同的振幅调整，现有技术已经公开很多这方面内容，本公开并不试图提出新的振幅调整手段，在此不再赘述。

此外，虽然前文披露第一控制单元包括以下任一：低通滤波器、带通滤波器、高通滤波器。参考图3中的包络示意，由于包络信号对应了多种频率的射频信号，那么对于不同的频率，可以针对性的选择低通滤波器、带通滤波器、高通滤波器，甚至其组合：

例如，如果采用低通滤波器，那么对应于第一频率区间范围的包络信号能够通过滤波器，并用于得到一滤波信号，并进而通过某驱动单元用于提供某电流。如果采用带通滤波器，那么对应于第二频率区间范围的包络信号能够通过带通滤波器，并用于得到一频带滤波信号，并进而通过某驱动单元用于提供某电流。如果采用高通滤波器，那么对应于第三频率区间范围的包络信号能够通过高通滤波器，并用于得到一高频滤波信号，并进而通过某驱动单元用于提供某电流。其中，对于低通滤波器、带通滤波器、高通滤波器，顾名思义，从频率的阈值或阈值范围的数值角度来讲，第一频率区间范围往往低于第二频率区间范围，第二频率区间范围则低于第三频率区间范围。

对于本公开而言，采用低通滤波器、带通滤波器和高通滤波器的组合是很有意义的，例如：当采用单一滤波器无法很好的发挥第一控制单元的功能、无法很好的适用于频率范围较宽的包络信号时，进而无法很好的发挥本公开所述的用于包络跟踪的电源的功能时，那么该滤波单元可以是组合型的：例如该滤波单元包括低通滤波器的同时还包括带通滤波器和/或高通滤波器，从而更加精确的进行包络跟踪。具体视包络信号的自身特点和所述电源偏向的应用场合而定。容易理解，此种组合情况下，相应驱动单元也最好有对应于各种滤波器的驱动电路，例如各种对应的开关放大器。

进一步的，推而广之，第一控制单元、第二控制单元等各个控制单元不仅可以包括滤波器，也可以是包括变频单元，用于通过变频处理而不是简单的滤波处理来实现类似的方案。

更佳的，参见图10，正如前文所述，在本公开所揭示的原理的基础上，基于上述多个驱动单元、控制单元的结构及其不断利用信号差来进行进一步的多级扩展的情形，其中：第一驱动单元可以包括GaN等高速或超高速开关放大器，第二驱动单元可以包括快速开关放大器，第三驱动单元可以包括中速开关放大器，第四驱动单元可以包括慢速开关放大器。相应的，各个不同开关放大器，受控于不同的控制单元所发出的控制信号。需要说明的是，此处的超高速、快速、中速、慢速互相构成相对概念，含义是清楚的。此外，前文所述高频、低频同样互相构成相对概念。这些相对概念均与移动通信技术领域的常规认知相符，均为清楚的概念。如此，本公开能够实现相当均匀的、呈阶梯型的带宽逐级拓展。

至此，能够理解：在不考虑功耗或性价比的情况下，图8或10及其实施例属于本公开中较佳的实施例，以图10为例，其全面的覆盖高中低频的宽广范围，且各个范围是不同的或不重叠的。这两个较佳实施例的特点就在于其精细化的、充分的覆盖了有关带宽，并多次的利用信号差来实现带宽拓展，使得叠加单元的输出高度趋近于第一包络信号。

综上所述，本公开可以用于未来的第5代移动通信技术、第6代移动通信技术甚至更新的技术，而不受限于以LTE为代表的第4代移动通信技术或者以WCDMA为代表的第3代移动通信技术。

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)

1.一种用于包络跟踪的电源，包括：

线性放大单元，用于对第一包络信号进行线性放大并输出线性放大的包络信号；

第一控制单元，用于对所述线性放大的包络信号中某一频率范围的信号进行滤波处理或变频处理并输出第一控制信号；

第一驱动单元，用于基于所述第一控制信号提供第一电信号；

叠加单元，用于叠加所述线性放大的包络信号和第一电信号，以便提供射频功率放大器的供给电压。

2.如权利要求1所述的电源，其中，优选的，所述第一控制单元包括以下任一：低通滤波器、带通滤波器、高通滤波器、变频单元。

3.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。

4.如权利要求1或2或3所述的电源，所述电源还包括：

第二控制单元，用于响应所述第一包络信号与第一电信号经过反馈单元后的信号的第一差值信号生成第二控制信号；第二驱动单元，用于基于所述第二控制信号提供第二电信号，且所述第二电信号与第一电信号、所述线性放大的包络信号一起被叠加到所述叠加单元，以便提供射频功率放大器的供给电压。

5.如权利要求4所述的电源，其中，

第一驱动单元包括第一开关放大器和第一电感；

第二驱动单元包括第二开关放大器和第二电感；。

6.如权利要求4所述的电源，其中，

所述第二控制单元选自以下任一：脉冲宽度调制器、脉冲密度调制器。

7.如权利要求4所述的电源，其中，

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。

8.如权利要求4所述的电源，所述电源还包括：N个控制单元和N个驱动单元，其中，

第i控制单元，用于响应所述第一包络信号与第i-1电信号经过反馈单元后的信号的第i-1差值信号生成第i控制信号；

第i驱动单元，用于基于所述第i控制信号提供第i电信号，且所述第i电信号与其余i-1个电信号、以及所述线性放大的包络信号一起被叠加到所述叠加单元，以便提供射频功率放大器的供给电压；

其中，i小于等于N，i、N均是大于2的正整数。

9.如权利要求4所述的电源，所述电源还包括：N个控制单元和N个驱动单元，其中，

第i控制单元，用于响应第i-2包络信号与第i-1电信号经过反馈单元后的信号的第i-1差值信号生成第i控制信号；

第i驱动单元，用于基于所述第i控制信号提供第i电信号，且所述第i电信号与其余i-1个电信号、以及所述线性放大的包络信号一起被叠加到所述叠加单元，以便提供射频功率放大器的供给电压；

其中，i小于等于N，i、N均是大于2的正整数。

10.如权利要求8或9所述的电源，其中：

第i驱动单元包括第i开关放大器和第i电感；

第i开关放大器选自以下任一：GaN开关放大器，Si-based开关放大器；

第i控制单元选自以下任一：脉冲宽度调制器、脉冲密度调制器。