CN110061709B - 发送单元 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够不依赖频带宽度的宽窄地提高功率效率的发送单元。发送单元具备：将输入信号的功率放大并输出放大信号的功率放大模块、和基于与输入信号的频带宽度相应的第1控制信号向功率放大模块供给电源电压的电源模块，电源模块基于第1控制电压，在输入信号的频带宽度为第1频带宽度的情况下，根据输入信号的振幅电平使电源电压变动，在输入信号的频带宽度为比第1频带宽度宽的第2频带宽度的情况下，根据功率放大模块的平均输出功率使电源电压变动。

Description

发送单元
技术领域
本发明涉及发送单元。
背景技术
在移动电话等移动通信设备中，为了将向基站发送的无线频率(RF：RadioFrequency)信号的功率放大，可利用功率放大模块。近年来，在移动电话中，采用的是作为高速数据通信标准的LTE(Long Term Evolution；长期演进)、LTE-Advanced等通信标准。在这种通信标准中，为了提高通信速度，大多情况是RF信号的峰值功率与平均功率之比即PAPR(Peak-to-Average Power Ratio；峰值平均功率比)变大。在这样PAPR较大的情况下，为了维持较高的线性，需要较高的电源电压，也存在功率放大模块中的耗电变大的趋势。另一方面，在移动电话中，为了延长可通话、通信的时间，要求降低耗电。
为了应对该问题，例如在专利文献1中公开了根据调制信号的振幅电平来控制电源电压由此提高功率效率的、采用了包络跟踪(ET：Envelope Tracking)方式的发送装置。在该发送装置所具备的电源装置中，通过组合开关放大器部和线性放大器部，由此来生成追随调制信号的振幅的变动的电源电压。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2013/133170号
另一方面，在实现高速数据通信的通信标准中，根据其调制方式，RF信号的频带宽度越来越宽。例如，在5G(第5代移动通信系统)中，也可能存在该频带宽度超过50MHz的情况。在通过如专利文献1公开的ET方式的发送装置来放大这样频带宽度较宽的信号的情况下，为了抑制电源电压的追随的延迟，需要向线性放大器部注入许多电流。由此，存在线性放大器部中的耗电增大，结果发送装置整体的功率效率下降的问题。
发明内容
本发明正是鉴于这种情况而完成的，其目的在于，提供一种能够不依赖于频带宽度的宽窄地提高功率效率的发送单元。
为了实现该目的，本发明的一侧面所涉及的发送单元具备：功率放大模块，将输入信号的功率放大并输出放大信号；和电源模块，基于与输入信号的频带宽度相应的第1控制信号，向功率放大模块供给电源电压，电源模块基于第1控制信号，在输入信号的频带宽度为第1频带宽度的情况下，根据输入信号的振幅电平使电源电压变动，在输入信号的频带宽度为比第1频带宽度宽的第2频带宽度的情况下，根据功率放大模块的平均输出功率使电源电压变动。
根据本发明，能够提供能够不依赖于频带宽度的宽窄地提高功率效率的发送单元。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式所涉及的发送单元的结构例的图。
图2是表示本发明的第1实施方式所涉及的发送单元100A的电路结构的图。
图3是表示本发明的第1实施方式所涉及的发送单元100A按照各种方式进行了动作的情况下的频带宽度与功率效率的关系的示意图。
图4是表示功率放大模块140的结构例(功率放大模块140B)的图。
图5是表示功率放大模块140的结构例(功率放大模块140C)的图。
图6是表示电源模块130的结构例(电源模块130B)的图。
图7是表示本发明的第2实施方式所涉及的发送单元100B的电路结构的图。
图8是表示多级降压开关放大器202的结构例的图。
图9是表示本发明的第2实施方式所涉及的发送单元100B按照各种方式进行了动作的情况下的频带宽度与功率效率的关系的示意图。
图10A是表示电源电压的生成方式为ET方式或者离散级别(Discrete level)ET方式、且功率的放大方式为通常的放大动作的情况下的输出功率与功率效率的关系的示意图。
图10B是表示电源电压的生成方式为ET方式或者离散级别ET方式、且功率的放大方式为多赫蒂动作的情况下的输出功率与功率效率的关系的示意图。
图11是表示能够由发送单元100B实现的动作模式A下的频带宽度与功率效率的关系的示意图。
图12是表示本发明的第3实施方式所涉及的发送单元100C的电路结构的图。
图13是表示能够由发送单元100C实现的动作模式B下的频带宽度与功率效率的关系的示意图。
图14是表示本发明的第4实施方式所涉及的发送单元100D的电路结构的图。
图15是表示能够由发送单元100D实现的动作模式C下的频带宽度与功率效率的关系的示意图。
符号说明
100、100A～100D...发送单元；110...基带部；120...RF部；130、130A～130D...电源模块；131A～131D...电源IC；140、140A～140D...功率放大模块；150...前端部；160...天线；200...升压开关放大器；201...降压开关放大器；202...多级降压开关放大器；203a～203d...降压开关放大器；204a～204c...开关；205...驱动器IC；210...差动放大器；220...线性放大器；300...驱动放大器；310...载波放大器；320...峰值放大器；330...分配器；340、340A、340B...合成器；350...偏置电路；400...四分之一波长线路；410...合成部；L1、L2...电感器；C1、C2...电容器；SW1...开关电路。
具体实施方式
以下，关于本发明的实施方式，边参照附图边详细进行说明。另外，对于相同的要素赋予相同的符号，并省略重复的说明。
图1是表示本发明的第1实施方式所涉及的发送单元的结构例的图。图1所示的发送单元100例如在移动电话等移动通信设备中用于向基站发送声音、数据等的各种信号。发送单元100例如按照2G(第2代移动通信系统)、3G(第3代移动通信系统)、4G(第4代移动通信系统)、5G(第5代移动通信系统)、LTE(Long Term Evolution；长期演进)-FDD(FrequencyDivision Duplex；频分双工)、LTE-TDD(Time Division Duplex；时分双工)、LTE-Advanced、LTE-Advanced Pro等的通信标准来生成发送信号。另外，移动通信设备也具备用于从基站接收信号的接收单元，但在此省略说明。
如图1所示，发送单元100例如具备基带部110、RF部120、电源模块130、功率放大模块140、前端部150以及天线160。
基带部110基于正交振幅调制(QAM：Quadrature Amplitude Modulation)或者正交频分复用(OFDM：Orthogonal Frequency Division Multiplexing)等调制方式对声音、数据等输入信号进行调制，并输出调制信号。调制信号的频率例如为几MHz至几百MHz程度。此外，基带部110将用于对生成向功率放大模块140供给的电源电压的方式进行切换的控制信号Ctrl1(第1控制信号)供给至电源模块130，将用于对放大RF信号的功率的方式进行切换的控制信号Ctrl2(第2控制信号)供给至功率放大模块140。进而，基带部110将与调制信号的包络相应的包络信号Env供给至电源模块130。关于电源电压的生成方式的具体例以及功率的放大方式的具体例将后述。另外，例如，包络信号Env也可以取代基带部110而从RF部120供给至电源模块130。
RF部120根据从基带部110输出的调制信号来生成用于进行无线发送的RF信号RFin。RF信号RFin的频率例如为几百MHz至几十GHz程度，具有根据通信标准、频带而不同的频带宽度。上述的从基带部110输出的控制信号Ctrl1、Ctrl2成为与RF信号RFin的频带宽度相应的信号。
电源模块130基于给定的电源电压Vbatt，以与从基带部110供给的控制信号Ctrl1相应的电源电压的生成方式来生成电压Vreg，并供给至功率放大模块140。具体而言，在RF信号RFin的频带宽度为比较窄的第1频带宽度(例如0MHz～50MHz程度。更优选为5MHz以上且小于50MHz)的情况下，电源模块130遵循ET方式。在该情况下，电源模块130将根据包络信号Env而变动(即，根据调制信号的振幅电平而变动)的电压Vreg作为电源电压输出。另一方面，在RF信号RFin的频带宽度为比第1频带宽度宽的第2频带宽度(例如50MHz以上)的情况下，电源模块130遵循平均功率跟踪(APT：Average Power Tracking)方式。在该情况下，电源模块130将根据功率放大模块140的平均输出功率而变动的电压Vreg作为电源电压输出。这样，电源模块130根据RF信号的频带宽度，按照包括ET方式以及APT方式的电源电压的生成方式来生成功率放大模块140的电源电压。
功率放大模块140基于从基带部110供给的控制信号Ctrl2、和从电源模块130供给的电压Vreg，将RF信号RFin的功率放大至为了向基站发送而需要的电平为止，并输出放大信号RFout。
前端部150进行放大信号RFout的滤波、与从基站接收的接收信号的开关等。从前端部150输出的放大信号经由天线160而发送至基站。
接下来，边参照图2边说明电源模块130以及功率放大模块140的具体结构。
图2是表示本发明的第1实施方式所涉及的发送单元100A的电路结构的图。另外，在图2中，前端部150以及天线160省略了图示。
电源模块130A例如包括升压开关放大器200、降压开关放大器201、差动放大器210、线性放大器220以及电感器L1。这些构成要素之中除了电感器L1之外的构成要素例如形成于同一电源IC131A。
升压开关放大器200以及降压开关放大器201分别是生成对给定电平的电源电压Vbatt进行了升压或者降压的电压的、开关方式的电压转换器。升压(开关放大器200以及降压开关放大器201分别由例如开关模式电源(SMPS：Switch-mode Power Supply)构成。升压开关放大器200以及降压开关放大器201与后述的线性放大器220相比，虽然功率效率高但响应却为低速。
差动放大器210在电源模块130A按照ET方式生成电源电压的情况下，放大并输出从基带部110供给的包络信号Env。在本实施方式中，包络信号Env被差动输出，差动放大器210放大并输出差动信号。另外，包络信号可以不被差动输出。在该情况下，电源模块130A不具备差动放大器210，例如包络信号直接供给至线性放大器220。
线性放大器220呈输出信号反馈给输入的电压跟随器结构。具体而言，线性放大器220在电源模块130A按照ET方式生成电源电压的情况下，从升压开关放大器200供给与电源电压Vbatt相应的电源电压，且从差动放大器210供给包络信号Env被放大后的信号，并输出与该信号的振幅相应的电压。由此，从电源模块130A输出与调制信号的振幅电平相应的电压Vreg(即，与RF信号RFin的振幅电平相应的电压)。线性放大器220与升压开关放大器200以及降压开关放大器201相比，虽然响应为高速但功率效率却低。这样，电源模块130A通过组合并具备性质不同的升压开关放大器200以及降压开关放大器201与线性放大器220，从而能够低延迟且高效率地生成追随调制信号的振幅的变动的电压Vreg。
升压开关放大器200、降压开关放大器201、差动放大器210以及线性放大器220分别根据从基带部110供给的控制信号Ctrl1来切换接通(ON)状态或者断开(OFF)状态。具体而言，在电源模块130A按照ET方式生成电源电压的情况下，升压开关放大器200、降压开关放大器201、差动放大器210以及线性放大器220均成为接通状态。由此，输出根据包络信号Env变动的电压Vreg。另一方面，在电源模块130A按照APT方式生成电源电压的情况下，升压开关放大器200、差动放大器210以及线性放大器220成为断开状态，仅降压开关放大器201成为接通状态(参照图2虚线)。在该情况下，降压开关放大器201作为DC-DC转换器发挥功能，经由电感器L1而输出与功率放大模块140A的平均输出功率相应的电压Vreg。
另外，升压开关放大器200、降压开关放大器201、差动放大器210以及线性放大器220的接通状态例如可以根据从偏置电路(未图示)向各放大器供给的偏置电压或者偏置电流来控制。
功率放大模块140A例如具备驱动放大器300、载波放大器310、峰值放大器320、分配器330、合成器340以及偏置电路350。
驱动放大器300将从RF部120供给的RF信号RFin放大，并将RF信号RFin′(输入信号)供给至分配器330。驱动放大器300并未特别限定，但例如由异质结双极晶体管(HBT：Heterojunction Bipolar Transistor)等双极晶体管、或者MOSFET(Metal-oxide-semiconductor Field-Effect Transistor；金属氧化物半导体场效应晶体管)等场效应晶体管构成。另外，在载波放大器310以及峰值放大器320中也是同样的。
载波放大器310、峰值放大器320、分配器330以及合成器340构成将RF信号RFin′进一步放大的、所谓的多赫蒂(Doherty)放大器。
分配器330将RF信号RFin′分配为向载波放大器310供给的RF信号RF1(第1信号)、和向峰值放大器320供给的RF信号RF2(第2信号)。分配器330例如由电感器、电阻元件以及电容器构成。从分配器330输出的RF信号RF1、RF2例如被分配为相位差成大致90度。
载波放大器310将所输入的RF信号RF1(第1信号)放大，并输出RF信号RF3(第3信号)。峰值放大器320将所输入的RF信号RF2(第2信号)放大，并输出RF信号RF4(第4信号)。在载波放大器310以及峰值放大器320作为所谓的多赫蒂放大器发挥功能(以下也称为“多赫蒂动作”。)的情况下，载波放大器310与RF信号RFin′的功率电平无关地进行动作。另一方面，峰值放大器320在RF信号RFin′的功率电平为比最大电平低给定电平的值(退避点)以上的区域中进行动作。由此，在RF信号RFin′的功率电平比较低的区域(小于退避点的区域)中，仅载波放大器310进行动作。此外，在RF信号RFin′的功率电平比较高的区域(退避点以上的区域)中，载波放大器310以及峰值放大器320双方进行动作。这样，多赫蒂放大器是通过具备在RF信号RFin′的功率电平比较高的区域中在饱和输出功率附近进行动作的载波放大器310，从而与仅利用一个放大器的结构相比功率效率得到提高的结构。
合成器340对从载波放大器310输出的RF信号RF3和从峰值放大器320输出的RF信号RF4进行合成，并输出放大信号RFout。合成器340不仅对RF信号RF3和RF信号RF4的相位进行变换，还兼具对载波放大器310的输出阻抗和峰值放大器320的输出阻抗的任意一方或者双方进行变换的阻抗匹配的功能。例如，在RF信号RF1与RF信号RF2的相位差为大致90度的情况下，合成器340变换相位，以使得RF信号RF3与RF信号RF4的相位差成为大致0度。
偏置电路350向驱动放大器300、载波放大器310以及峰值放大器320分别供给偏置电流或者偏置电压。偏置电路350基于控制信号Ctrl2来调整偏置电流或者偏置电压，由此控制驱动放大器300、载波放大器310以及峰值放大器320的接通状态或者断开状态以及动作点。换言之，控制信号Ctrl2是对偏置电路350生成的偏置电流或者偏置电压进行控制的信号。另外，偏置电路350也可以通过偏置电流或者偏置电压的调整来控制驱动放大器300、载波放大器310以及峰值放大器320的增益。
对于驱动放大器300、载波放大器310以及峰值放大器320，分别从电源模块130A供给电压Vreg来作为电源电压。
功率放大模块140A按照根据RF信号的频带宽度而不同的放大方式来动作。具体而言，在RF信号的频带宽度比较窄、且电源模块130A按照ET方式生成电源电压的情况下，功率放大模块140A进行通常的放大动作而非多赫蒂动作。在该情况下，偏置电路350例如调整偏置电流或者偏置电压，以使得载波放大器310和峰值放大器320在相等的动作点进行动作。由此，载波放大器310以及峰值放大器320均与RF信号RFin′的功率电平无关地成为接通状态。另外，载波放大器310以及峰值放大器320例如也可以被偏置为均成为A级动作或者AB级动作，为了与多赫蒂动作进行区分，将此时的放大动作也称为“通常的放大动作”。
另一方面，在RF信号的频带宽度比较宽、且电源模块130A按照APT方式生成电源电压的情况下，功率放大模块140A进行多赫蒂动作。在该情况下，偏置电路350调整偏置电流或者偏置电压，以使得载波放大器310成为A级动作或者AB级动作，峰值放大器320成为C级动作。由此，与载波放大器310以及峰值放大器320双方均进行A级动作或者AB级动作的情况相比，能够提高功率效率。
接下来，边参照图3边说明在发送单元100A中分别切换电源电压的生成方式以及功率的放大方式的效果。图3是表示本发明的第1实施方式所涉及的发送单元100A按照各种方式进行了动作的情况下的频带宽度与功率效率的关系的示意图。该图所示的电源电压的生成方式与功率的放大方式的组合如以下的表1。另外，在图3所示的曲线图中，横轴表示RF信号的频带宽度(MHz)，纵轴表示功率效率。
[表1]
Figure BDA0001894808820000091
如图3的(1)所示，在APT方式和通常的放大动作(PA)的组合的情况下，功率效率不依赖于频带宽度而成为恒定。另一方面，如图3的(2)所示，在APT方式和多赫蒂动作的组合的情况下，与通常的放大动作相比，功率效率得到提高。这是因为，如上所述，在多赫蒂动作中，伴随着输出功率的增大而载波放大器310在接近饱和的状态下进行动作。
另一方面，如图3的(3)所示，在ET方式和通常的放大动作的组合的情况下，在频带宽度比较窄的区域(例如0MHz～50MHz程度)中，功率效率比(2)所示的多赫蒂动作高。这是因为，在ET方式中，根据调制信号的振幅电平动态地调整电压Vreg。然而，在ET方式中，伴随着频带宽度变宽，为了抑制线性放大器220的延迟，应供给至线性放大器220的电流量增加。因此，该线性放大器220中的消耗电流增大，结果发送单元整体的功率效率下降。例如，在50MHz以上的区域中，如图3所示，ET方式和通常的放大动作的组合与APT方式和多赫蒂动作的组合相比，功率效率变低。
在此，例如在作为当前通信标准的3G、4G或者LTE等通信标准中，RF信号的频带宽度为1.4MHz～20MHz程度的范围内的情况下，根据ET方式能够获得高效率。然而，在5G等新通信标准中，RF信号的频带宽度可以成为5MHz～100MHz程度。因此，在这种新通信标准中，如果是频带宽度窄的频带的话则没有问题，但在为频带宽度宽的频带的情况下，在ET方式中却存在功率效率可能反倒恶化的问题。
为了应对该问题，在本实施方式中，根据RF信号的频带宽度来切换电源电压的生成方式，由此能够使得ET方式和APT方式适当地发挥功能。即，在发送单元100A中控制电源模块130A，以使得在频带宽度较窄的情况下遵循ET方式，在频带宽度较宽的情况下遵循APT方式。由此，例如与始终遵循ET方式的结构相比，能够不依赖于频带宽度的宽窄地提高功率效率。
进而，在发送单元100A中控制功率放大模块140A，以使得在频带宽度较窄的情况下进行通常的放大动作，在频带宽度较宽的情况下进行多赫蒂动作。由此，与不依赖于频带宽度的宽窄进行通常的放大动作的结构相比，能够进一步提高功率效率。另外，电源电压的生成方式以及功率的放大方式例如可以在ET方式和通常的放大动作的组合中的功率效率、与APT方式和多赫蒂动作的组合中的功率效率交叉的点(在图3中为50MHz程度)进行切换。
此外，在发送单元100A中，功率放大模块140A在通常的放大动作以及多赫蒂动作中被兼用。由此，例如与按照每种功率的放大方式而具备不同的功率放大模块的结构相比，既能抑制电路面积的增大又能提高功率效率。
另外，在图2中，虽然示出功率放大模块140A具备初级的放大器(驱动放大器300)和后级的放大器(载波放大器310以及峰值放大器320)的结构，但功率放大模块也可以不具备初级的放大器。或者，功率放大模块也可以具备三级以上的放大器。
此外，供给至驱动放大器300的电源电压也可以取代电压Vreg而是给定的电压。
图4以及图5分别是表示功率放大模块140的结构例的图。另外，在本实施方式以后，省略关于与上述的实施方式共同的事项的记述，仅说明不同点。尤其是，关于同样的结构带来的同样的作用效果，不在每个实施方式中依次提及。
图4所示的功率放大模块140B以及图5所示的功率放大模块140C分别表示图2所示的合成器340的具体的结构例。
在功率放大模块140B中，合成器340A包括四分之一波长线路400以及合成部410。
四分之一波长线路400串联连接在载波放大器310的输出与合成部410之间。合成部410对经由了四分之一波长线路400的RF信号RF3和RF信号RF4进行合成。四分之一波长线路400使从载波放大器310输出的RF信号RF3的相位滞后大致90度。由此，在分配器330中RF信号RF1的相位比RF信号RF2的相位超前了大致90度的情况下，在合成部410中RF信号RF3和RF信号RF4的相位差成为大致0度从而被合成。
在在功率放大模块140C中，合成器340B包括合成部410、电感器L2以及电容器C1。
电感器L2串联连接在载波放大器310的输出与合成部410之间。电容器C1(第1电容器)串联连接在峰值放大器320的输出与合成部410之间。电感器L2以及电容器C1分别具有对RF信号RF3、RF4的相位进行变换的移相器的功能。例如，电感器L2使从载波放大器310输出的RF信号RF3的相位滞后大致45度。另一方面，电容器C1使从峰值放大器320输出的RF信号RF4的相位超前大致45度。由此，在分配器330中RF信号RF1的相位超前了大致45度、且RF信号RF2的相位滞后了大致45度的情况下，在合成部410中RF信号RF3和RF信号RF4的相位差成为大致0度从而被合成。
对于图1所示的功率放大模块140，也可以适用这种功率放大模块140B、140C的结构。功率放大模块140C与功率放大模块140B相比，不具备四分之一波长线路400，因此能够缩小电路面积。
另外，在功率放大模块140A～140C进行通常的放大动作的情况下，峰值放大器320可以被控制为如上所述那样在与载波放大器310相等的动作点进行动作，或者也可以被控制为断开状态。在峰值放大器320被控制为断开状态的情况下，仅载波放大器310进行RF信号RF1的放大动作。
在此，在通常的放大动作时，峰值放大器320被控制为在与载波放大器310相等的动作点进行动作的情况下，功率放大模块140A～140C中的通常的放大动作时的饱和输出功率与多赫蒂动作时的饱和输出功率相等。因此，优选电源模块130A输出的电压Vreg被控制为ET方式中的最大输出电压与APT方式中的输出电压相等。
另一方面，在功率放大模块140B中，在通常的放大动作时峰值放大器320被控制为断开状态的情况下，通常的放大动作时的饱和输出功率与多赫蒂动作时的饱和输出功率相比下降6dB。因此，为了在通常的放大动作时和多赫蒂动作时获得相等的饱和输出功率，优选电源模块130A输出的电压Vreg被控制为ET方式中的最大输出电压与APT方式中的输出电压的两倍相等。
此外，在功率放大模块140C中，在通常的放大动作时峰值放大器320被控制为断开状态的情况下，通常的放大动作时的饱和输出功率与多赫蒂动作时的饱和输出功率相比下降3dB。因此，为了在通常的放大动作时和多赫蒂动作时获得相等的饱和输出功率，优选电源模块130A输出的电压Vreg被控制为ET方式中的最大输出电压与APT方式中的输出电压的√2倍相等。
图6是表示电源模块130的结构例的图。图6所示的电源模块130B与图2所示的电源模块130A相比，还具备电容器C2以及开关电路SW1。这些构成要素之中除了电感器L1以及电容器C2之外的构成要素例如形成于同一电源IC131B。
电容器C2(第2电容器)的一端经由电感器L1而与降压开关放大器201的输出连接，另一端与线性放大器220的输出连接。电容器C2的电容值例如为1μF～10μF程度。
开关电路SW1设置在线性放大器220和电容器C2的连接点与接地之间。开关电路SW1为了根据电源电压的生成方式切换电容器C2的功能而被设置。具体而言，在电源模块130B按照ET方式生成电源电压的情况下，开关电路SW1成为断开(参照图6)。此时，电容器C2具有阻断线性放大器220的输出电压中包含的直流成分而使交流成分通过的耦合的功能。另一方面，在电源模块130B按照APT方式生成电源电压的情况下，开关电路SW1成为接通，将电容器C2的另一端连接至接地。此时，电容器C2具有将从电源模块130B至功率放大模块140的路径的交流成分(例如在降压开关放大器201中产生的开关噪声)释放到接地的去耦的功能。
对于图1所示的电源模块130，也可以适用这种电源模块130B的结构。通过该结构，能够由一个电容器C2实现耦合以及去耦这两者的功能。
接下来，说明电源电压的生成方式除了上述的APT方式以及ET方式之外还包括作为ET方式的变形例的离散级别ET方式的情况下的各实施方式。
图7是表示本发明的第2实施方式所涉及的发送单元100B的电路结构的图。
如图7所示，发送单元100B与发送单元100A相比，具备电源模块130C来取代电源模块130A。电源模块130C与电源模块130A相比，具备多级降压开关放大器202来取代降压开关放大器201。
多级降压开关放大器202对给定电平的电源电压Vbatt进行升压或者降压，并输出伴随RF信号RFin的振幅电平的变动而离散性地变动的电压Vreg。
图8是表示多级降压开关放大器202的结构例的图。如该图所示，多级降压开关放大器202例如具备：四个降压开关放大器203a～203d、三个开关204a～204c、以及根据所供给的控制信号Ctrl1(第1控制信号)来切换三个开关204a～204c的接通以及断开的驱动器IC205。
四个降压开关放大器203a～203d分别输出多级降压开关放大器202的最大输出电压的二分之一、四分之一、八分之一以及八分之一的电压。通过变更这四个降压开关放大器203a～203d分别输出的电压之中被相加的电压的组合，由此生成离散性地变动的电压Vreg。当然，通过将三个开关204a～204c的接通以及断开的状态保持恒定，多级降压开关放大器202也能够输出恒压。降压开关放大器203a～203d以及开关204a～204c的个数为一例，并不限定于此。
由以上可知，本实施方式所涉及的电源模块130C能够输出伴随着RF信号的振幅电平的变动而连续性地变动的电源电压、伴随着RF信号的振幅电平的变动而离散性地变动的电源电压、和根据功率放大模块140A的平均输出功率而变动的电源电压。另外，以下，将伴随着RF信号的振幅电平的变动而离散性地变动的电压作为电源电压的方式也称为离散级别ET方式。
图9是表示本发明的第2实施方式所涉及的发送单元100B按照各种方式进行了动作的情况下的频带宽度与功率效率的关系的示意图。该图所示的电源电压的生成方式和功率的放大方式的组合如以下的表2。另外，在该图所示的曲线图中，横轴表示RF信号的频带宽度(MHz)，纵轴表示功率效率。
[表2]
Figure BDA0001894808820000141
如图9的(4)所示，根据离散级别ET方式和通常的放大动作的组合可知，频带宽度比较窄的区域中的功率效率虽然比图9的(3)所示的组合差，但却比图9的(1)所示的组合高。然而，在频带宽度比较宽的区域中，离散级别ET方式和通常的放大动作的组合的效率比图9的(1)所示的组合差。
此外，根据图9的(5)所示的离散级别ET方式和多赫蒂动作的组合可知，在任意的频带宽度效率均比图9的(4)所示的组合高。因此，如后述，根据频带宽度来适当选择效率变高的电源电压的生成方式和功率的放大方式的组合，从而能够不依赖于频带宽度且高效率地放大功率。
在对实现高效率的方式的组合的模式进行说明之前，关于在图9中未示出ET方式和多赫蒂动作的组合而示出了离散级别ET方式和多赫蒂动作的组合的理由，参照图10A以及图10B来进行说明。
图10A是表示电源电压的生成方式为ET方式或者离散级别ET方式、且功率的放大方式为通常的放大动作的情况下的输出功率与功率效率的关系的示意图。图10B是表示电源电压的生成方式为ET方式或者离散级别ET方式、且功率的放大方式为多赫蒂动作的情况下的输出功率与功率效率的关系的示意图。另外，图10A以及图10B中的曲线图表示使电源电压变化为五种的情况下的各功率效率。
在按照离散级别ET方式生成电源电压的情况下，功率效率较之于通常的放大动作而提高至多赫蒂动作的情况。例如，若比较平均输出功率ave下的功率效率，则在离散级别ET方式的情况下，通过组合多赫蒂动作，从而无论电源电压为那种的情况，均达到与ET方式的情况大致相同的电平(参照图10B)。另一方面，在按照ET方式生成电源电压的情况下，即便是通常的放大动作，也实现了比较高的效率(参照图10A)。因此，如将图10A和图10B进行比较也可知的那样，ET方式与离散级别ET方式相比，组合多赫蒂动作的效果弱。如以上，优选对于离散级别ET方式而组合多赫蒂动作，对于ET方式而组合通常的放大动作。
图11是表示能够由发送单元100B实现的动作模式A下的频带宽度与功率效率的关系的示意图。动作模式A是以下的表3所示的方式的组合。
[表3]
Figure BDA0001894808820000151
动作模式A是在比较窄的第1频带宽度将ET方式和通常的放大动作进行组合，在比较宽的第2频带宽度将APT方式和多赫蒂动作进行组合，在比第1频带宽度宽且比第2频带宽度窄的第3频带宽度将离散级别ET方式和多赫蒂动作进行组合的模式。在动作模式A下，电源模块130C需要升压开关放大器200以及多级降压开关放大器202，功率放大模块140A需要多赫蒂放大器的结构，但与后述的动作模式B以及动作模式C相比，具有能够遍及频带宽度的整体地实现高效率的优点。
图12是表示本发明的第3实施方式所涉及的发送单元100C的电路结构的图。
如图12所示，发送单元100C与发送单元100B相比，具备电源模块130D来取代电源模块130C。电源模块130D与电源模块130C相比，是不具备升压开关放大器200、差动放大器210、以及线性放大器220的结构。即，电源模块130D是能够适用于电源模块130D不遵循ET方式的情况的结构。另外，多级降压开关放大器202例如形成于电源IC131D。
图13是表示能够由发送单元100C实现的动作模式B下的频带宽度与功率效率的关系的示意图。动作模式B是以下的表4所示的方式的组合。
[表4]
Figure BDA0001894808820000161
动作模式B是在比较窄的频带宽度以及中间的频带宽度将离散级别ET方式和多赫蒂动作进行组合、在比较宽的频带宽度将APT方式和多赫蒂动作进行组合的模式。在该情况下，比较窄的频带宽度以及中间的频带宽度相当于第1频带宽度，比较宽的频带宽度相当于第2频带宽度。在动作模式B下，与上述的动作模式A相比，虽然频带宽度为比较窄的区域中的功率效率稍差，但却具有电源模块130D不需要升压开关放大器200等的优点。
图14是表示本发明的第4实施方式所涉及的发送单元100D的电路结构的图。
如图14所示，发送单元100D与发送单元100B相比，具备功率放大模块140D来取代功率放大模块140A。功率放大模块140D与功率放大模块140A相比，是不具备峰值放大器320、分配器330、以及合成器340的结构。即，功率放大模块140D是能够适用于不进行多赫蒂动作而进行通常的放大动作的情况的结构。具体而言，在功率放大模块140D中，驱动放大器300将RF信号RFin放大并输出RF信号RFin′。载波放大器310将该RF信号RFin′放大并输出放大信号RFout。
图15是表示能够由发送单元100D实现的动作模式C下的频带宽度与功率效率的关系的示意图。动作模式C是以下的表5所示的方式的组合。
[表5]
Figure BDA0001894808820000171
动作模式C是在比较窄的频带宽度将ET方式和通常的放大动作进行组合、在中间的频带宽度将离散级别ET方式和通常的放大动作进行组合、在比较宽的频带宽度将APT方式和通常的放大动作进行组合的模式。在该情况下，比较窄的频带宽度以及中间的频带宽度相当于第1频带宽度，比较宽的频带宽度相当于第2频带宽度。在动作模式C下，与上述的动作模式A相比，虽然比较宽的频带宽度下的功率效率稍差，但却具有功率放大模块140D不需要多赫蒂放大器的结构的优点。
如上述那样，在发送单元100B～100D中，根据RF信号RFin的频带宽度来适当变更电源电压的生成方式以及功率的放大方式的组合，从而能够不依赖于频带宽度且高功率效率地放大功率。另外，上述的各实施方式中的电源电压的生成方式以及功率的放大方式的组合为一例，该组合并不限定于此。此外，电源模块130A～130D和功率放大模块140A～140D的组合也不限定于此。
例如，上述的功率放大模块140A～140C包括多赫蒂放大器的结构，但在发送模块不进行多赫蒂动作的情况下，也可以适用不包括多赫蒂放大器的结构的功率放大模块140D的结构。
此外，在上述的各实施方式中，示出基带部110输出控制信号Ctrl1、Ctrl2以及包络信号Env的例子，但也可以取代基带部110而由RF部120检测调制信号的振幅电平并输出控制信号Ctrl1、Ctrl2以及包络信号Env。
以上，关于本发明的例示的实施方式进行了说明。发送单元100、100A～100D具备：功率放大模块，将输入信号(RF信号RFin′)的功率放大并输出放大信号Rfout；和电源模块130、130A～130D，基于与输入信号的频带宽度相应的第1控制信号，向功率放大模块供给电源电压，电源模块130、130A～130D基于第1控制信号，在输入信号的频带宽度为第1频带宽度的情况下，根据输入信号的振幅电平使电源电压变动，在输入信号的频带宽度为比第1频带宽度宽的第2频带宽度的情况下，根据功率放大模块的平均输出功率使电源电压变动。由此，在发送单元100、100A～100D中，在RF信号的频带宽度比较窄的情况下遵循ET方式，在该频带宽度比较宽的情况下遵循APT方式。因此，例如与始终遵循ET方式的结构相比，能够不依赖于频带宽度的宽窄地提高功率效率。
此外，功率放大模块140A～140C具备：分配器330，将输入信号分配为RF信号RF1和RF信号RF2；载波放大器310，将RF信号RF1放大并输出RF信号RF3；峰值放大器320，将RF信号RF2放大并输出RF信号RF4；合成器340，对RF信号RF3和RF信号RF4进行合成，并输出放大信号RFout；和偏置电路350，向载波放大器310以及峰值放大器320分别供给偏置电流或者偏置电压，偏置电路350基于第2控制信号调整偏置电流或者偏置电压，以使得在输入信号的频带宽度为第2频带宽度的情况下，载波放大器310成为A级动作或者AB级动作，峰值放大器320成为C级动作。由此，在发送单元100A～100C中，在频带宽度较宽的情况下，功率放大模块140A～140C进行多赫蒂动作。因此，与不依赖于频带宽度来进行通常的放大动作的结构相比，能够进一步提高功率效率。
此外，在功率放大模块140A～140C中，偏置电路350也可以基于第2控制信号调整偏置电流或者偏置电压，以使得在输入信号的频带宽度为第1频带宽度的情况下，载波放大器310和峰值放大器320在相等的动作点进行动作。由此，能够由一个功率放大模块140A～140C进行通常的放大动作以及多赫蒂动作这两者。因此，与按照每个功率的放大方式而具备不同的功率放大模块的结构相比，能够抑制电路面积的增大。此外，在通常的放大动作时，载波放大器310和峰值放大器320均成为动作状态。因此，在通常的放大动作时，能够获得与多赫蒂动作时相同的电平的饱和输出功率。
此外，在功率放大模块140A～140C中，偏置电路350也可以基于第2控制信号调整偏置电流或者偏置电压，以使得在输入信号的频带宽度为第1频带宽度的情况下，峰值放大器320成为断开状态。
此外，合成器340A包括：合成部410，对RF信号RF3和RF信号RF4进行合成；和四分之一波长线路400，串联连接在载波放大器310的输出与合成部410之间。由此，在分配器330中RF信号RF1的相位比RF信号RF2的相位超前了大致90度的情况下，在合成部410中RF信号RF3和RF信号RF4的相位差成为大致0度从而被合成。
此外，合成器340B包括：合成部410，对RF信号RF3和RF信号RF4进行合成；电感器L2，串联连接在载波放大器310的输出与合成部410之间；和电容器C1，串联连接在峰值放大器320与合成部410之间，电感器L2使RF信号RF3的相位滞后大致45度，电容器C1使RF信号RF4的相位超前大致45度。由此，在分配器330中RF信号RF1的相位超前了大致45度、且RF信号RF2的相位滞后了大致45度的情况下，在合成部410中RF信号RF3和RF信号RF4的相位差成为大致0度从而被合成。
此外，电源模块130B具备：降压开关放大器201，对电源电压Vbatt进行升压或者降压；线性放大器220，输出与输入信号的振幅电平相应的电压Vreg；电容器C2，一端与降压开关放大器201的输出连接，另一端与线性放大器220的输出连接；和开关电路SW1，在输入信号的频带宽度为第2频带宽度的情况下，将电容器C2的另一端连接至接地。由此，能够由一个电容器C2实现耦合以及去耦这两者的功能。
此外，电源模块130C也可以基于第1控制信号，在输入信号的频带宽度为第1频带宽度的情况下，伴随输入信号的振幅电平的变动而连续性地使电源电压变动，在输入信号的频带宽度为比第1频带宽度宽且比第2频带宽度窄的第3频带宽度的情况下，伴随输入信号的振幅电平的变动而离散性地使电源电压变动。由此，与发送单元100A相比，能够进一步提高第3频带宽度下的功率效率。
此外，在发送单元100B中，偏置电路350也可以基于第2控制信号调整偏置电流或者偏置电压，以使得在输入信号的频带宽度为第2频带宽度的情况以及输入信号的频带宽度为第3频带宽度的情况下，载波放大器成为A级动作或者AB级动作，峰值放大器成为C级动作。由此，与进行通常的放大动作的情况相比，能够提高第2频带宽度以及第3频带宽度下的功率效率。
此外，电源模块130D也可以基于第1控制信号，在输入信号的频带宽度为第1频带宽度的情况下，伴随输入信号的振幅电平的变动而使电源电压离散性地变动。由此，能够在第1频带宽度按照离散级别ET方式生成电源电压。
此外，在发送单元100C中，偏置电路350也可以基于第2控制信号调整偏置电流或者偏置电压，以使得在输入信号的频带宽度为第1频带宽度的情况以及输入信号的频带宽度为第2频带宽度的情况下，载波放大器成为A级动作或者AB级动作，峰值放大器成为C级动作。由此，与进行通常的放大动作的情况相比，能够提高第1频带宽度以及第2频带宽度下的功率效率。
以上说明过的各实施方式用于使本发明的理解变得容易，并非用于限定解释本发明。本发明在不脱离其主旨的情况下能够变更或者改良，并且在本发明中也包含其等价物。即，只要具备本发明的特征，本领域技术人员对各实施方式适当施加设计变更而成的方式也包含在本发明的范围内。例如，各实施方式具备的各要素及其配置、材料、条件、形状、尺寸等并非限定例示的内容，能够适当变更。此外，各实施方式具备的各要素只要在技术上可以实现便能够组合，将它们组合后的方式只要包含本发明的特征也包含在本发明的范围内。

Claims (11)

1.一种发送单元，具备：
功率放大模块，将输入信号的功率放大并输出放大信号；和
电源模块，基于与所述输入信号的频带宽度相应的第1控制信号，向所述功率放大模块供给电源电压，
所述电源模块基于所述第1控制信号，
在所述输入信号的频带宽度为第1频带宽度的情况下，根据所述输入信号的振幅电平使所述电源电压变动，
在所述输入信号的频带宽度为比所述第1频带宽度宽的第2频带宽度的情况下，根据所述功率放大模块的平均输出功率使所述电源电压变动。
2.根据权利要求1所述的发送单元，其中，
所述功率放大模块具备：
分配器，将所述输入信号分配为第1信号和第2信号；
载波放大器，将所述第1信号放大并输出第3信号；
峰值放大器，将所述第2信号放大并输出第4信号；
合成器，对所述第3信号和所述第4信号进行合成，并输出所述放大信号；和
偏置电路，基于与所述输入信号的频带宽度相应的第2控制信号，向所述载波放大器以及所述峰值放大器分别供给偏置电流或者偏置电压，
所述偏置电路基于所述第2控制信号调整所述偏置电流或者偏置电压，以使得在所述输入信号的频带宽度为所述第2频带宽度的情况下，所述载波放大器成为A级动作或者AB级动作，所述峰值放大器成为C级动作。
3.根据权利要求2所述的发送单元，其中，
所述偏置电路基于所述第2控制信号调整所述偏置电流或者偏置电压，以使得在所述输入信号的频带宽度为所述第1频带宽度的情况下，所述载波放大器和所述峰值放大器在相等的动作点进行动作。
4.根据权利要求2所述的发送单元，其中，
所述偏置电路基于所述第2控制信号调整所述偏置电流或者偏置电压，以使得在所述输入信号的频带宽度为所述第1频带宽度的情况下，所述峰值放大器成为断开状态。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的发送单元，其中，
所述合成器包括：
合成部，对所述第3信号和所述第4信号进行合成；和
四分之一波长线路，串联连接在所述载波放大器的输出与所述合成部之间。
6.根据权利要求2至4中任一项所述的发送单元，其中，
所述合成器包括：
合成部，对所述第3信号和所述第4信号进行合成；
电感器，串联连接在所述载波放大器的输出与所述合成部之间；和
第1电容器，串联连接在所述峰值放大器与所述合成部之间，
所述电感器使所述第3信号的相位滞后大致45度，所述第1电容器使所述第4信号的相位超前大致45度。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的发送单元，其中，
所述电源模块具备：
开关放大器，对给定的电压进行升压或者降压；
线性放大器，输出与所述输入信号的振幅电平相应的所述电源电压；
第2电容器，一端与所述开关放大器的输出连接，另一端与所述线性放大器的输出连接；和
开关电路，在所述输入信号的频带宽度为所述第2频带宽度的情况下，将所述第2电容器的所述另一端连接至接地。
8.根据权利要求1所述的发送单元，其中，
所述电源模块基于所述第1控制信号，
在所述输入信号的频带宽度为所述第1频带宽度的情况下，伴随所述输入信号的振幅电平的变动而使所述电源电压连续性地变动，
在所述输入信号的频带宽度为比所述第1频带宽度宽且比所述第2频带宽度窄的第3频带宽度的情况下，伴随所述输入信号的振幅电平的变动而使所述电源电压离散性地变动。
9.根据权利要求8所述的发送单元，其中，
所述功率放大模块具备：
分配器，将所述输入信号分配为第1信号和第2信号；
载波放大器，将所述第1信号放大并输出第3信号；
峰值放大器，将所述第2信号放大并输出第4信号；
合成器，对所述第3信号和所述第4信号进行合成，并输出所述放大信号；和
偏置电路，基于与所述输入信号的频带宽度相应的第2控制信号，向所述载波放大器以及所述峰值放大器分别供给偏置电流或者偏置电压，
所述偏置电路基于所述第2控制信号调整所述偏置电流或者偏置电压，以使得在所述输入信号的频带宽度为所述第2频带宽度的情况以及所述输入信号的频带宽度为所述第3频带宽度的情况下，所述载波放大器成为A级动作或者AB级动作，所述峰值放大器成为C级动作。
10.根据权利要求1所述的发送单元，其中，
所述电源模块基于所述第1控制信号，在所述输入信号的频带宽度为所述第1频带宽度的情况下，伴随所述输入信号的振幅电平的变动而使所述电源电压离散性地变动。
11.根据权利要求10所述的发送单元，其中，
所述功率放大模块具备：
分配器，将所述输入信号分配为第1信号和第2信号；
载波放大器，将所述第1信号放大并输出第3信号；
峰值放大器，将所述第2信号放大并输出第4信号；
合成器，对所述第3信号和所述第4信号进行合成，输出所述放大信号；和
偏置电路，基于与所述输入信号的频带宽度相应的第2控制信号，向所述载波放大器以及所述峰值放大器分别供给偏置电流或者偏置电压，
所述偏置电路基于所述第2控制信号调整所述偏置电流或者偏置电压，以使得在所述输入信号的频带宽度为所述第1频带宽度的情况以及所述输入信号的频带宽度为所述第2频带宽度的情况下，所述载波放大器成为A级动作或者AB级动作，所述峰值放大器成为C级动作。
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