CN109768778B - 一种用于扩展带宽的包络跟踪电源 - Google Patents

Abstract

一种用于扩展带宽的包络跟踪电源，包括：第一、第二放大单元，分别根据第一增益、和比第一增益小的第二增益对第一包络信号进行放大并输出第一、第二电压，其中第一、第二电压的频率分别为第一低频、第二高频阈值或阈值区间；第一叠加单元，用于叠加第一电压、第二电压，以便提供一第一输出电压；第三放大单元，用于根据第三增益对第一包络信号与第一输出电压经过反馈单元后的信号的误差进行放大并输出第三电压，第三电压的频率为第三超高频阈值或阈值区间，且第三增益小于所述第二增益；第二叠加单元，用于叠加第一输出电压、第三电压，以便提供一第二输出电压作为射频功率放大器的供给电压。从而实现了一种新的、用于扩展带宽的包络跟踪电源。

Description

一种用于扩展带宽的包络跟踪电源

技术领域

本公开涉及电源供电领域，特别涉及一种带宽扩展的包络跟踪电源。

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，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。因此，包络跟踪可视为一个电源电路，一般的包络跟踪电源的电路设计上，增益与带宽之乘积为一个定值，在增益增大时带宽就要被限制；然而为了拓展带宽，则要牺牲掉增益，目前的包络跟踪电源电路提供的带宽范围大约在40MHz。由此可见，为了尽可能的扩展带宽，解决带宽的限制是目前亟需解决的问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本公开提出了一种用于扩展带宽的包络跟踪电源，包括：

第一放大单元，用于根据第一增益对第一包络信号进行放大并输出第一电压，其中所述第一电压的频率为低频阈值或阈值区间；

第二放大单元，用于根据第二增益对所述第一包络信号进行放大并输出第二电压，其中所述第二电压的频率为高频阈值或阈值区间，且所述第二增益小于所述第一增益；

第一叠加单元，用于叠加所述第一电压、所述第二电压，以便提供一第一输出电压；

第三放大单元，用于根据第三增益对所述第一包络信号与所述第一输出电压经过反馈单元后的信号的误差进行放大并输出所述第三电压，其中所述第三电压的频率为超高频阈值或阈值区间，且所述第三增益小于所述第二增益；

第二叠加单元，用于叠加所述第一输出电压、所述第三电压，以便提供一第二输出电压作为射频功率放大器的供给电压。

通过上述技术方案，本公开实现了一种新的、用于扩展带宽的包络跟踪电源，能够通过叠加相关电压的方式来扩展带宽。

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电源结构示意图；

图4是本公开中一个实施例所示的电源结构示意图；

图5是本公开中一个实施例所示的电源结构示意图。

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，本公开提出了一种用于扩展带宽的包络跟踪电源，包括：

第一放大单元，用于根据第一增益对第一包络信号进行放大并输出第一电压，其中所述第一电压的频率为低频阈值或阈值区间；

第二放大单元，用于根据第二增益对所述第一包络信号进行放大并输出第二电压，其中所述第二电压的频率为高频阈值或阈值区间，且所述第二增益小于所述第一增益；

第一叠加单元，用于叠加所述第一电压、所述第二电压，以便提供一第一输出电压；

第三放大单元，用于根据第三增益对所述第一包络信号与所述第一输出电压的耦合信号经过反馈单元后的信号的误差进行放大并输出所述第三电压，其中所述第三电压的频率为超高频阈值或阈值区间，且所述第三增益小于所述第二增益；

第二叠加单元，用于叠加所述第一输出电压、所述第三电压，以便提供一第二输出电压作为射频功率放大器的供给电压。

对于所述实施例，其最大特点在于：本实施例是在不同频段分别采用不同的增益从而在不同频段具有不同的带宽，第二叠加单元最终叠加后提供射频功率放大器的供给电压。简言之，本实施例巧妙的利用了带宽与频率反相关的机理：在低频时设定的增益大，在高频时设定的增益小，在超高频时设定的增益更小；相应的，在低频时带宽相对较小，在高频时带宽则进一步增大，在超高频时带宽相比高频时则进一步增大。因此，所述实施例有效的平衡了增益与带宽，实现扩展带宽的目的。

本实施例另外一个特点则在于其利用了反馈控制的原理，使用了第一包络信号与第一输出电压的耦合信号经过反馈单元后的信号的误差来控制第三电压：由于第三电压是面向超高频阈值或阈值区间的，且超高频的信号通过滤波或变频直接获得相对复杂，本实施例巧妙的利用了第一包络信号与第一输出电压的耦合信号经过反馈单元后的信号的误差来获得超高频阈值或阈值区间的信号，实现按照不同频率范围进行带宽扩展的目的。

需要说明的是，如果上述实施例的电源为模拟电源，那么第一叠加单元可以包括串联电路来实现第一电压和第二电压的叠加，第二叠加单元可以包括串联电路来实现第一输出电压和第三电压的叠加；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压和第二电压，或者叠加代表第一输出电压和第三电压的数字信号，则这些数字电路均可以用于实现第一叠加单元、第二叠加单元。

还需要说明的是，所述第一输出电压的耦合信号经过反馈单元后的信号与所述第一包络信号是同一类型的信号，即如果所述第一包络信号为电流信号，则所述第一输出电压的耦合信号经过反馈单元后的信号也为电流信号；如果所述第一包络信号为电压信号，则所述第一输出电压的耦合信号经过反馈单元后的信号也为电压信号。

所述第一输出电压的耦合信号也可以是直接取自所述第一输出电压的电压信号，本申请中的耦合并不仅仅限于耦合这一间接取得信号的方式，还包括直接取得信号的方式。

另外，对于上述实施例中的低频阈值或阈值区间、高频阈值或阈值区间、超高频阈值或阈值区间而言，其并不代表狭义的包络跟踪电源中的低频、高频或超高频的含义，而是仅仅表示上述三个阈值或阈值区间之间的相对定义，即低频、高频、超高频三者之间属于相对概念，这种相对概念应当这样理解：从频率的阈值或阈值区间的数值角度来讲，低频阈值或阈值区间所表示的频段往往低于高频阈值或阈值区间，高频阈值或阈值区间所表示的频段则往往低于超高频阈值或阈值区间。

能够理解，如果低频阈值或阈值区间针对的是包络信号的频段中最下限的一段低频频段，且高频阈值或阈值区间针对的是紧随所述包络信号的频段中低频阈值或阈值区间的中间高频频段，那么：基于上述实施例中的第一包络信号与第一输出电压的包络信号的误差，这意味着第三放大单元的输入信号对应的是整个包络信号中除了所述最下限的一段低频频段、和所述中间高频频段之外剩下的其余频段，即剩下的超高频频段，假设第三放大单元能够对剩下的超高频频段全部进行放大，这就意味着，上述实施例理论上能够进行全频段的带宽扩展。

虽然本公开的上述实施例采用了反馈控制，但是能够理解，本公开并不排斥进一步综合前馈控制，如果需要采用前馈控制，那么需根据实际情况考虑反馈控制与前馈控制的结合。根据控制理论，在采用反馈控制的情况下，结合前馈控制，可能针对某些系统有更好的控制能力。至于反馈控制所需要的第一输出电压的获得，可以通过反馈单元来感测，正如图1所示。

更进一步的，由于各个单元存在时间常数，那么，在满足对于射频功率放大器的效率的基本要求下，本公开允许采用各种控制方式以更好的控制整个电源的同步，包括但不限于对包络信号或各个单元的输入或输出进行时延和误差的补偿。对于时延而言，延迟效应的匹配问题，这属于电路领域的常识。本公开并不试图针对各个单元或支路之间的时延设计、调整延迟电路的时间常数等提出任何新的技术手段，在此不再赘述。

在另一个实施例中，所述包络跟踪电源还包括第一包络检波单元，所述第一包络检波单元用于对输入至所述射频功率放大器的包络信号进行检波，以获得所述第一包络信号。

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输入信号的包络信号时，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，所述包络跟踪电源还包括第二包络检波单元，所述第二包络检波单元用于对第一输出电压进行检波，以获得所述第一输出电压的包络信号。

在另一个实施例中，所述第一增益、第二增益均为预设且可变的增益。如前所述，如果第一增益、第二增益是预设的且可变设置的，那么如前所述，视第一电压的低频频段和第二电压的高频频段，本实施例能够通过改变或调整第一增益和/或第二增益，确保第一电压的低频频段和第二电压的高频频段既不重叠又能在理想的情况下尽量实现低频、高频等各个频段范围的衔接甚至是无缝衔接，从而尽可能实现带宽在足够的频段范围内进行扩展。

在另一个实施例中，所述第三增益受所述第一包络信号与所述第一输出电压的误差所决定，当所述第一包络信号与所述第一输出电压的误差越大，所述第三增益越大，当所述第一包络信号与所述第一输出电压的误差越小，所述第三增益越小。

对于该实施例，其意味着第三增益也是可变的，然而这与前一实施例所述的第一增益或第二增益的可变是不同的：由于第三增益涉及基于第一包络信号与第一输出电压的耦合信号经过反馈单元后的信号的误差的反馈控制，因此第三增益如果选择可变设置时，其将受所述第一包络信号与所述误差所决定。所述误差越大，所述第三增益则可以设置的越大，反之则越小，因为这是为了改善第三电压的调控效率，以便尽快、高效的实现希望获得的第三电压，从而有利于实现本公开所述的用于扩展带宽的包络跟踪电源。

在另一个实施例中，所述第一放大单元包括线性放大器或开关放大器。

能够理解，本实施例意在对第一放大单元在放大器方面进行选型。由于第一放大单元针对的是第一低频阈值或阈值区间，所以能够对应低频放大的线性放大器自然是可行的，自然的，开关放大器同样是能够对应低频放大的。

在另一个实施例中，所述第二放大单元、第三放大单元中的至少一个，优选线性放大器。

对于该实施例而言，虽然第二放大单元和第三放大单元对应的是高频阈值和超高频阈值，尽管开关放大器更容易用于高频信号，但是为了实现扩展带宽的目的，第二放大单元和第三放大单元中至少一个应当优先考虑采用线性放大器，这是因为：既然本公开的目的侧重于扩展带宽，而扩展带宽在高频或者超高频频段更有现实的应用价值和意义，那么对应高频阈值和/或超高频阈值的放大器就应当优先考虑线性放大器。能够理解，最佳的情形是：第二放大单元、第三放大单元均选择线性放大器，自然的，此时的线性放大器要能够适应高频或超高频频段的线性放大。

在另一个实施例中，所述第一放大单元还可以包括开关电流源。

参见图2，

当第一放大单元包括开关电流源时，第一放大单元可以通过开关电流源选择性的针对第一包络信号中的某低频频段进行开关放大并调变输出第一电压；

示例性的，第二放大单元则可以包括变频单元和驱动单元，其中驱动单元也可以选择线性放大器，需要指出的是，此处的变频单元也可以用滤波单元来代替；线性放大器的输出则是第二电压；

第一叠加单元对第一电压和第二电压进行叠加后输出第一输出电压；

第三放大单元则可以通过线性放大单元，例如超高频线性放大单元，对第一包络信号与第一输出电压的耦合信号经过反馈单元后的信号的误差进行线性放大后获得第三电压。

能够理解，以上各个放大单元具体的构成和器件选型属于更加具体的实施方式；同样能够理解，本公开所披露的各个技术方案的实施并不受限于此，只要能够以任何具体电路实现前述各个实施例即可。

在另一个实施例中，所述第一叠加单元包括以下任一：变压器，电容。类似的，第二叠加单元也包括以下任一：变压器，电容。

对于该实施例而言，其给出了第一叠加单元的具体选型。能够理解，变压器或电容可以对多个包络信号起到叠加作用。需要说明的是，假如使用一个变压器或一个电容用于叠加两个包络信号，那么就能够利用多个变压器和/或电容用于叠加更多个包络信号。正如前文所述，本公开中的叠加单元的实现方式很多，无论是对于模拟的包络追踪电源还是数字的包络追踪电源。

在另一个实施例中，

当所述第一叠加单元包括变压器时，所述第一电压输入至变压器的第一电感线圈，所述第二电压输入至变压器的第二电感线圈；

当所述第一叠加单元包括电容时，所述第一电压输入至电容的一端，所述第二电压输入至电容的另一端。

能够理解，本实施例进一步提供了具体示例，来说明第一叠加单元如何叠加本公开所述的第一电压和第二电压。更多的电压的叠加，可以延伸该实施方式。

参见图3，在另一个实施例中，其正是通过变压器作为第一叠加单元的实施方式，且第一放大单元通过开关单元来实施，第二放大单元通过变频单元和驱动单元来实施；能够理解，第一放大单元中的开关单元包括开关放大器。从图3可见，变压器的第一电感线圈L1具有电感的功能，不仅耦合第一电压，而且也耦合第二电感线圈L2上的第二电压。

进一步参见图4，其在图3的基础上，示意了第二放大单元中的驱动单元，其中驱动单元通过放大器P1来实施，正如前文实施例所述，第二放大单元中的驱动单元可以具体的通过线性放大器来实施。

进一步的，参见图5，第一叠加单元通过电容C和电感L来具体实施。

在另一个实施例中，所述变压器的铁芯选择镍锌铁氧体(ferrite),或空心磁芯(air core)。这是因为，所述铁芯的高频特征较好。

在另一个实施例中，所述第二放大单元选择多级并联结构，其中每一级包括滤波单元和线性放大器。能够理解，该实施例重点披露了针对高频阈值或阈值区间的第二电压，可以采用多级并联结构来更有利于扩展带宽。每一级的滤波单元可以针对特定的一个高频阈值或阈值区间，相对应的每一级也有一个与滤波单元串联的线性放大器。多级并联后能够获得并联的电流信号，并进一步转换为电压信号从而形成第二电压。

能够理解，对于以上各种具体的放大器的示例，如果需要控制所述放大器，可以采用现有技术中的各种控制放大器的方案，从而构成本公开中的诸多种实施例。另外，变频单元或滤波单元的具体选择，也可以参考现有技术中的可用方案。这些同样不属于本公开试图提出的新技术，在此也不进行赘述。

此外，当信号频率越来越高时，开关放大器可以考虑选择GaN开关放大器。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)。

除前文提及的频率、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。

在一些实施例中，各个单元可以被提供在数字发射机的芯片或处理器(例如，硅)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、R0M、PR0M、EPR0M、EEPR0M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 (9)

1.一种用于扩展带宽的包络跟踪电源，其特征在于，包括：

第一放大单元，用于根据第一增益对第一包络信号进行放大并输出第一电压，其中所述第一电压的频率为低频阈值或阈值区间；

第二放大单元，用于根据第二增益对所述第一包络信号进行放大并输出第二电压，其中所述第二电压的频率为高频阈值或阈值区间，且所述第二增益小于所述第一增益；

第一叠加单元，用于叠加所述第一电压、所述第二电压，以便提供一第一输出电压；

第三放大单元，用于根据第三增益对所述第一包络信号与所述第一输出电压经过反馈单元后的信号的误差进行放大并输出所述第三电压，其中所述第三电压的频率为超高频阈值或阈值区间，且所述第三增益小于所述第二增益；所述第三增益受所述第一包络信号与所述第一输出电压的误差的大小所决定；当所述第一包络信号与所述第一输出电压的误差越大，所述第三增益越大；当所述第一包络信号与所述第一输出电压的误差越小，所述第三增益越小；

第二叠加单元，用于叠加所述第一输出电压、所述第三电压，以便提供一第二输出电压作为射频功率放大器的供给电压；

其中低频阈值或阈值区间针对的是包络信号的频段中最下限的一段低频段，高频阈值或阈值区间针对的是紧随所述包络信号的频段中低频阈值或阈值区间的中间高频频段；第三放大单元的输入信号对应的是整个包络信号中除了所述最下限的一段低频段、和所述中间高频段之外剩下的其余频段。

2.如权利要求1所述的包络跟踪电源，其特征在于：所述第一增益、第二增益均为预设且可变的增益。

3.如权利要求1所述的包络跟踪电源，其特征在于：所述包络跟踪电源还包括第一包络检波单元，所述包络检波单元用于对输入至所述射频功率放大器的信号进行检波，以获得所述第一包络信号。

4.如权利要求1所述的包络跟踪电源，其特征在于：所述包络跟踪电源还包括第二包络检波单元，用于对第一输出电压进行检波，以获得所述第一输出电压的包络信号。

5.如权利要求1所述的包络跟踪电源，其特征在于：所述第一放大单元包括线性放大器或开关放大器。

6.如权利要求1所述的包络跟踪电源，其特征在于：所述第二放大单元、第三放大单元包括线性放大器。

7.如权利要求1所述的包络跟踪电源，其特征在于：所述第一叠加单元包括以下任一：变压器，电容。

8.如权利要求7所述的包络跟踪电源，其特征在于：当所述第一叠加单元包括变压器时，所述第一电压输入至变压器的第一电感线圈，所述第二电压输入至变压器的第二电感线圈；当所述第一叠加单元包括电容时，所述第一电压输入至电容的一端，所述第二电压输入至电容的另一端。

9.如权利要求8所述的包络跟踪电源，其特征在于：所述变压器的铁芯选择镍锌铁氧体或空心磁芯。

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