CN110635667B - 一种用于包络跟踪系统的三电平滞回控制电源调制器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于移动通信领域，具体为一种用于提高功率放大器效率的高效率宽带电源调制器，用于解决传统混合型电源调制器难以满足更高信号带宽下实现高效率、低输出纹波的需求、以及滞回控制环路工作在很高频率范围(VHF,30‑300MHz)的电流检测问题。本发明电源调制器包括：线性放大器、电容型电流积分检测电路、滞回控制器、驱动级及三电平开关变换器，采用电容型电流积分检测方式，三电平降压型变换器与宽带线性放大器并联工作，滞回控制混合型电源调制器结构。本发明电源调制器在更高信号带宽下实现高效率、低输出纹波，能够满足第四代(4G)、第五代(5G)移动通信系统对射频前端的需求。

Description

一种用于包络跟踪系统的三电平滞回控制电源调制器
技术领域
本发明属于移动通信领域，涉及一种电源调制器，具体为一种用于提高功率放大器效率的高效率宽带电源调制器。
背景技术
第四代(4G)、第五代(5G)移动通信系统采用高频谱效率的调制方式，允许更高的传输速率和更宽的带宽；同时，信号也具有高峰均功率比(PAPR)。高的PAPR导致射频功率放大器(RFPA)工作在回退区域，效率低；为了提供RFRA的效率，包络跟踪(ET)和包络消除与恢复(EER)已经被提出；其中，高效率宽带的电源调制器是这类系统的重要因素。
电源调制器用来快速跟踪包络信号，动态地调节RFPA电源电压；包含线性放大器和开关调制器并联操作的滞回控制混合型电源调制器已经被广泛研究和应用，但是随着通信系统中分配的信号带宽增大，传统的混合型电源调制器难以满足带宽、功率效率和输出纹波的需求，如图1所示；同时，滞回控制环路工作在很高频率范围(VHF,30-300MHz)存在电流检测的问题。在电源调制解决方案中，满足通信系统的要求，如何在不增加电源调制器的电路复杂性的情况下提供更高效率和更高带宽成为本发明需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于针对传统混合型电源调制器难以满足更高信号带宽下实现高效率、低输出纹波的需求，同时为了解决滞回控制环路工作在很高频率范围(VHF,30-300MHz)的电流检测问题，需要提出一种具有更好动态特性，高效率，宽带的电源调制器结构。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种用于包络跟踪系统的三电平滞回控制电源调制器，包括：线性放大器201、电容型电流积分检测电路202、滞回控制器203、驱动级204、三电平开关变换器205；其特征在于，
所述线性放大器201的第一输入端接收输入包络信号VENV，由第一输出端输出高频负载电流206与负载电压VPA，所述负载电压VPA同时作为反馈信号输入第二输入端，所述高频负载电流206提供给射频功率放大器；第二输出端输出1/N倍输出电流207；
所述电容型电流积分检测电路202由电容CC和滞回比较器208构成；所述电容CC一端接地，另一端与滞回比较器208的反相端相连、且作为电容型电流积分检测电路202输入端接收1/N倍输出电流207；所述滞回比较器208的正相端连接固定电平VR，所述滞回比较器208输出检测信号VSENSE；
所述滞回控制器包括三个输入端口，第一输入端接收检测信号VSENSE、第二输入端接收飞跨电容两端电压VCF、第三输入端接收输入包络信号VENV，滞回控制器的输出经过驱动级204控制三电平开关变换器205，由三电平开关变换器205输出低频负载电流209，提供给射频功率放大器。
进一步的，所述固定电平VR设定范围为VDD/3～2VDD/3，VDD为电源电压。
本发明的有益效果在于：
本发明提供一种用于包络跟踪系统的三电平滞回控制电源调制器，采用电容型电流积分检测方式，三电平降压型变换器与宽带线性放大器并联工作，滞回控制混合型电源调制器结构。本发明中，采用三电平开关变换器与线性放大器配合工作，通过开关变换器输出三种不同幅值的开关电压，进而使得电感电流能够更好的跟踪负载电流变化；同时，通过滞回控制方式提高控制环路响应速度，增大开关级带宽；最后，电容型电流积分检测电路解决线性放大器电流检测问题，规避高速比较器设计的困难，实现对线性放大器输出电流的良好控制。综上，本发明电源调制器在更高信号带宽下实现高效率、低输出纹波，能够满足第四代(4G)、第五代(5G)移动通信系统对射频前端的需求。
附图说明
图1为传统混合型电源调制器结构10示意图；
图2为一种用于包络跟踪系统的三电平滞回控制电源调制器20的结构示意图；
图3为传统线性放大器输出电流检测电路30的电路示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明；贯穿所有附图相同的附图标记表示相同的部件或特征。
为了解决现有技术中如图1所示的宽带线性放大器101效率低，采用buck电路的开关变换器102输出电流纹波大以及滞回控制环路工作在很高频率范围(VHF,30-300MHz)的电流检测问题，本实施例提供一种用于包络跟踪系统的三电平滞回控制电源调制器，如图2所示，该电源调制器包括：线性放大器201、电容型电流积分检测电路202、滞回控制器203、驱动级204、三电平开关变换器205，其中，
所述线性放大器201具有第一输入端，第二输入端，第一输出端和第二输出端，第一输入端接收输入包络信号，线性放大器对输入包络信号进行线性跟随，由第一输出端输出高频负载电流206与负载电压VPA，高频负载电流206提供给射频功率放大器，负载电压VPA同时作为反馈信号输入第二输入端，第二输出端输出1/N倍输出电流207，N表示线性放大器第一输出端与第二输出端的电流比例；
所述电容型电流积分检测电路202由电容CC和滞回比较器208构成；所述电容CC一端接地，另一端与滞回比较器208的反相端相连、且作为电容型电流积分检测电路202输入端；所述滞回比较器208的正相端连接固定电平VR，所述滞回比较器208输出检测信号VSENSE；电容型电流积分检测电路202输入端接收1/N倍输出电流207，对电容CC进行充放电，滞回比较器208将电容电压和设定的固定电平VR进行比较，得到的检测信号VSENSE作为输出；所述固定电平VR设定范围为VDD/3～2VDD/3，VDD为电源电压。
所述滞回控制器包括三个输入端口，第一输入端接收检测信号VSENSE、第二输入端接收飞跨电容两端电压VCF、第三输入端接收输入包络信号VENV，滞回控制器的输出经过驱动级204控制三电平开关变换器205，由三电平开关变换器205输出低频负载电流209，提供给射频功率放大器。
从工作原理上讲：
对于线性放大器输出电流的检测，现有技术检测电路如图3所示，线性放大器第二输出端1/N倍输出电流303通过检测电阻302得到的电压作为检测信号，输入滞回比较器301。本实施例中，采用电容型电流积分检测电路202，线性放大器201第二输出端输出1/N倍输出电流207对电容CC进行充放电，通过滞回比较器208将电容电压和设定的固定电平VR进行比较，生成检测信号VSENSE；这样，线性放大器201的输出电流限制在一个较小的滞环范围内，且阈值上下限对称，以限制线性放大器201的输出功率，降低其损耗，从而提高整个电源系统效率。
另外，三电平开关变换器205相比Buck变换器减小了开关电压VSW，减小了开关损耗，同时电流纹波减小50％，减轻线性放大器201带宽需求，提高了电源系统效率。
综上，本发明提出的一种采用电容型电流积分检测方式，三电平降压型变换器与宽带线性放大器并联工作，滞回控制混合型电源调制器结构，该结构能够在更高信号带宽下实现高效率、低输出纹波，以满足第四代(“4G”)、第五代(“5G”)移动通信系统对射频前端的需求。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。

Claims (2)

1.一种用于包络跟踪系统的三电平滞回控制电源调制器，包括：线性放大器（201）、电容型电流积分检测电路（202）、滞回控制器（203）、驱动级（204）、三电平开关变换器（205）；其特征在于，
所述线性放大器（201）的第一输入端接收输入包络信号VENV，由线性放大器的第一输出端输出高频负载电流（206）与负载电压VPA，所述负载电压VPA同时作为反馈信号输入线性放大器的第二输入端，所述高频负载电流（206）提供给射频功率放大器；线性放大器的第二输出端输出1/N 倍输出电流（207）；N表示线性放大器第一输出端与第二输出端的电流比例；
所述电容型电流积分检测电路（202）由电容CC和滞回比较器（208）构成；所述电容
CC一端接地，另一端与滞回比较器（208）的反相端相连、且作为电容型电流积分检测电路输入端接收1/N 倍输出电流（207）；所述滞回比较器（208）的正相端连接固定电平VR，所述滞回比较器（208）输出检测信号VSENSE；
所述滞回控制器包括三个输入端口，第一输入端接收检测信号VSENSE、第二输入端接收飞跨电容两端电压VCF、第三输入端接收输入包络信号VENV，滞回控制器的输出经过驱动级（204）控制三电平开关变换器（205），由三电平开关变换器（205）输出低频负载电流（209），提供给射频功率放大器。
2.根据权利要求1所述用于包络跟踪系统的三电平滞回控制电源调制器，其特征在于，所述固定电平VR设定范围为V DD /3 ~ 2V DD /3，V DD 为电源电压。
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