CN111404496A - 电源调制器和包括其的无线通信设备 - Google Patents

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Abstract

提供了电源调制器和包括电源调制器的无线通信设备。所述电源调制器包括：线性稳压器；开关稳压器；以及基于模式的连接电路。基于模式的连接电路包括：耦合电路，其构造为在包络跟踪调制模式下将线性稳压器的输出信号降低目标耦合电压；以及耦合电压管理电路，其构造为在另一调制模式下监控耦合电路的耦合电压，并基于监控结果将电压选择性地施加到耦合电压，使得耦合电压维持在目标耦合电压。

Description

电源调制器和包括其的无线通信设备
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年1月3日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2019-0000859的优先权，该申请的公开内容以引用方式全部并入本文中。
技术领域
一个或多个示例实施例涉及用于无线通信系统中的无线通信设备的电源调制器以及包括所述电源调制器的无线通信设备。
背景技术
在其中电池功耗很重要的无线通信设备(特别是便携式终端)中，需要用于长的电池使用时间的高效射频(RF)/模拟功率放大器。近来，无线通信已经发展到下一代通信技术，从而要求即使在高的峰值平均功率比(PAPR)特性下也能够获得高效特性的技术。由于下一代通信技术的发展，需要能够支持高的线性特性和宽带宽的终端硬件。因此，需要用于无线通信设备的RF/模拟功率放大器，以满足所有上述要求，但由于工艺和电路结构的限制，难以满足所有要求。
随着输入信号的PAPR增加，RF功率放大器(或RF PA)的效率降低。然而，高PAPR特性需要高的1-dB增益压缩点(P1dB)和RF功率放大器的饱和功率，因此，使用诸如电池等固定电源来操作的现有RF功率放大器在峰值功率区和回退功率区两者中都具有低功率效率。因此，为了改善回退功率区中的低功率效率特性，已经开发了用于在跟踪平均功率的同时调节电源电压的平均功率跟踪(APT)技术。然而，当采用APT技术时，电源电压不能立即跟随包络信号，因此，RF功率放大器具有额外的功率损耗。为弥补这种功率损耗而开发的技术是包络跟踪(ET)技术。ET技术是改善RF功率放大器的效率的技术之一，并且在瞬时跟随输入包络信号的同时改善了RF功率放大器的功率效率特性。因此，为了将ET技术应用于RF功率放大器，需要用于将电池功率归一化为包络信号的电源调制器。
电源调制器需要具有高带宽和高效率两者，并且为此，通常使用开关稳压器(switching regulator)和包括线性放大器的线性稳压器(linear regulator)的组合的混合结构。然而，当使用该混合结构时，由于浮接状态、周围噪声等，难以将连接在线性稳压器与开关稳压器之间的耦合电路的两个端子的电压维持在一定电平，因此，不能执行有效的调制操作。
发明内容
一个或多个示例实施例提供了一种能够有效地使用功率并改善调制操作的性能的电源调制器以及包括其的无线通信设备。
根据示例实施例的一方面，提供了一种电源调制器，包括：线性稳压器；开关稳压器；以及基于模式的连接电路。基于模式的连接电路包括：耦合电路，其构造为在包络跟踪(ET)调制模式下使线性稳压器的输出信号降低了目标耦合电压；以及耦合电压管理电路，其构造为在另一调制模式下监控耦合电路的耦合电压，并基于监控结果将电压选择性地施加到耦合电压，使得耦合电压维持在目标耦合电压。
根据示例实施例的一方面，提供了一种在多种调制模式下操作的电源调制器，所述电源调制器包括：线性稳压器，其构造为在包络跟踪(ET)调制模式下输出包络信号；开关稳压器，其构造为在ET调制模式或平均功率跟踪(APT)调制模式下输出直流电流(DC)信号；耦合电路，其构造为在ET调制模式下通过耦合来自线性稳压器的包络信号的交流电流(AC)信号使线性稳压器的输出信号降低了目标耦合电压；以及耦合电压管理电路，其构造为在除ET调制模式之外的调制模式下将电压选择性地施加到耦合电路的第一端子和第二端子中的至少一个，以将耦合电路的耦合电压维持在目标耦合电压。
根据示例实施例的一方面，提供了一种无线通信设备，包括电源调制器、调制解调器和射频(RF)功率放大器。电源调制器包括线性稳压器、开关稳压器以及连接在线性稳压器的输出端子与开关稳压器的输出端子之间的耦合电路，电源调制器构造为在多种调制模式下操作，在包络跟踪(ET)调制模式下，跨越耦合电路的第一端子和第二端子施加目标耦合电压。调制解调器构造为控制电源调制器的调制模式。RF功率放大器构造为基于从电源调制器供应的电压来放大RF信号，并输出经放大的RF信号。电源调制器构造为在除ET调制模式之外的至少一个调制模式下监控跨越耦合电路的第一端子和第二端子的电压，并基于监控的结果将电压选择性地施加到耦合电路，使得跨越耦合电路的电压具有目标耦合电压。
附图说明
通过结合附图对实施例的以下的描述，这些和/或其它方面将变得显而易见且更容易理解，在附图中：
图1是根据示例实施例的包括电源调制器的无线通信设备的框图；
图2是根据示例实施例的图1的耦合电压管理电路的操作的流程图；
图3是根据示例实施例的电源调制器的框图；
图4是用于描述电源调制器在包络跟踪(ET)调制模式和平均功率跟踪(APT)调制模式下的操作的示图；
图5A是电源调制器在ET调制模式下的框图；
图5B是电源调制器在APT调制模式下的框图；
图6A、图6B和图6C是根据示例实施例的用于描述电源调制器的效果的时序图；
图7是根据示例实施例的耦合电压管理电路的框图；
图8是根据示例实施例的耦合电压管理电路的操作的流程图；
图9A是根据示例实施例的用于描述耦合电压管理电路的开关控制条件的示图；
图9B是能够执行图9A的操作的耦合电压管理电路的一个示例的电路图；
图10是电源调制器在待机模式下的框图；
图11A和图11B是根据示例实施例的耦合电压管理电路的框图；以及
图12是根据示例实施例的无线通信设备的框图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细地描述示例实施例。
图1是根据示例实施例的包括电源调制器100的无线通信设备1的框图。
参照图1，无线通信设备1可以包括调制解调器10、射频集成电路(RFIC)20、RF功率放大器30和电源调制器100。调制解调器10可以向RFIC 20提供包括将要发送的信息的传输信号。调制解调器10可以向电源调制器100提供通过对传输信号的振幅调制而产生的包络信号。在此情况下，电源调制器100可以在多种调制模式下操作，并且调制解调器10可以向电源调制器100提供用于调制模式控制的调制模式控制信号。
RFIC 20可以通过将传输信号调制到系统频带的载波中来输出RF信号，RF功率放大器30可以将RF信号放大到适当的功率电平，并通过天线40将经放大的RF信号发送到另一无线通信设备、基站等。
根据实施例，电源调制器100可以通过放大并归一化从调制解调器10输入的包络信号的过程，根据设定的调制模式来调制电源(例如，无线通信设备1的内部电源)的电压，并将经调制的电压提供到RF功率放大器30。电源调制器100可以根据包络信号来控制从无线通信设备1的内部电源(例如，电池)提供的固定的电源电压，使得电源调制器100和RF功率放大器30具有最佳的线性度和能量效率。
为了支持多种调制模式，电源调制器100可以包括线性稳压器110、开关稳压器120和基于模式的连接电路130。根据示例实施例，例如，调制模式可以包括但不限于平均功率跟踪(APT)调制模式、包络跟踪(ET)调制模式、待机模式等。在下文中，将主要描述电源调制器100支持APT调制模式、ET调制模式和待机模式，但是这仅是示例实施例，并且电源调制器100不限于此，并可以支持更多种调制模式。
电源调制器100可以具有线性稳压器110和开关稳压器120的组合的混合结构，并且可以将线性稳压器110和开关稳压器120的输出组合，并将其提供作为RF功率放大器30的电源电压。线性稳压器110可以通过跟踪包络信号的高频区域来保证RF功率放大器30相对于电源电压的高输出精度，并且开关稳压器120可以跟踪包络信号的低频区域以提供宽范围的输出电压。可以根据电源调制器100的调制模式来启用/禁用线性稳压器110和开关稳压器120中的每一个，基于模式的连接电路130可以根据调制模式来控制线性稳压器110与开关稳压器120之间的连接。将参照图5A和图5B等来详细地描述基于模式的连接电路130的结构和操作。
基于模式的连接电路130可以包括耦合电路(未示出)，其构造为：通过在电源调制器100的ET调制模式下耦合来自线性稳压器110的输出信号的交流电流(AC)信号，将线性稳压器110的输出信号降低期望的耦合电压(在下文中，期望的耦合电压被称作目标耦合电压)。在相关领域中，由于诸如当电源调制器100从ET调制模式切换到另一调制模式时的电路连接的变化以及发生的噪声等各种原因，耦合电路难以将耦合电路的两个端子的耦合电压维持为目标耦合电压。因此，当电源调制器100切换为ET调制模式时，直到耦合电路的耦合电压接近目标耦合电压为止花费了一定时间，这对线性稳压器110的输出信号产生负面影响，因此，电源调制器100难以在ET调制模式下平稳地操作。
为了防止这些问题，根据示例实施例，基于模式的连接电路130可以包括耦合电压管理电路135以进行控制，使得即使在除ET调制模式之外的调制模式下，耦合电路的耦合电压也维持为目标耦合电压。可以根据基于模式的连接电路130的电路构造来不同地实现耦合电压管理电路135，所述基于模式的连接电路130构造为根据调制模式来控制线性稳压器110与开关稳压器120之间的连接。耦合电压管理电路135可以执行将电压选择性地施加到耦合电路的两个端子的操作，使得在除ET调制模式之外的调制模式下将耦合电路的耦合电压维持为目标耦合电压。
根据示例实施例，耦合电压管理电路135可以通过连接到耦合电路的两个端子来监控耦合电路的耦合电压。即，耦合电压管理电路135可以在除ET调制模式之外的调制模式下连续地监控耦合电路的耦合电压是否被维持为或接近目标耦合电压，并基于监控结果来对耦合电路执行选择性的电压施加操作。
例如，在除ET调制模式之外的调制模式(例如，APT调制模式)中，耦合电压管理电路135可以在耦合电路的耦合电压高于目标耦合电压时通过使耦合电压降压来将第一电压施加到耦合电路的第一端子，使得耦合电路的耦合电压接近目标耦合电压，并且可以在耦合电压低于目标耦合电压时通过使耦合电压升压来将第二电压施加到耦合电路的第一端子，使得耦合电路的耦合电压接近目标耦合电压。即，耦合电压管理电路135可以将不同的电压选择性地施加到耦合电路的同一端子，使得将耦合电路的耦合电压维持为目标耦合电压。
作为另一示例，在除ET调制模式之外的另一调制模式(例如，待机模式)中，耦合电压管理电路135可以将第三电压施加到耦合电路的第一端子，并将第四电压施加到耦合电路的第二端子，使得耦合电路的耦合电压接近目标耦合电压。即，耦合电压管理电路135可以将不同的电压施加到耦合电路的不同的端子，使得将耦合电路的耦合电压维持为(或接近)目标耦合电压。第一电压至第四电压可以分别具有相同的或不同的电压电平，并且可以根据提供到电源调制器100的电压来不同地实现。将参照图7等来进行第一电压至第四电压的详细描述。在下文中，电源调制器100的待机模式可以是用于准备另一调制模式(例如，ET调制模式或APT调制模式)下的操作的模式。例如，电源调制器100可以在接近无线通信设备1从断电状态切换到通电状态的时间点或者当没有RF信号通过RF功率放大器30输出的时间点的时间点在待机模式下操作。
如上所述，根据示例实施例，耦合电压管理电路135可以根据除ET调制模式之外的调制模式的类型来执行不同的电压施加操作方法，以将耦合电路的耦合电压维持为目标耦合电压。
根据示例实施例，耦合电压管理电路135可以管理支持多种调制模式的电源调制器100的耦合电路，使得耦合电路预先具有目标耦合电压，从而在电源调制器100基于ET调制模式来执行电源调制操作时允许有效地使用功率并且同时改善调制性能。
图2是根据示例实施例的图1的耦合电压管理电路135的操作的流程图。
参照图1和图2，当电源调制器100处于一定(certain)调制模式中时，耦合电压管理电路135可以监控耦合电路的耦合电压。详细地，在操作S100中，耦合电压管理电路135可以通过连接到耦合电路的两个端子来监控耦合电路的两个端子的电压(或耦合电压)。根据示例实施例，耦合电压管理电路135可以在除ET调制模式之外的至少一种调制模式下监控耦合电路的耦合电压。可以预设其中耦合电压管理电路135监控耦合电路的耦合电压的调制模式。例如，可以将监控耦合电压的调制模式设定为APT调制模式或待机模式。
在操作S120中，耦合电压管理电路135可以基于监控结果来执行用于将耦合电路的耦合电压维持为目标耦合电压的管理。然而，根据示例实施例，耦合电压管理电路135可以不在一定调制模式(例如，待机模式)下监控耦合电路的耦合电压，并且可以在没有监控结果的情况下将一定电压施加到耦合电路的一个端子或两个端子，以控制耦合电路的两个端子的电压，使得耦合电路的两个端子的电压接近目标耦合电压。
图3是根据示例实施例的电源调制器200的框图。
参照图3，电源调制器200可以包括线性稳压器210、开关稳压器220和基于模式的连接电路230。基于模式的连接电路230可以包括耦合电路231、直流电流(DC)检测电路232、组合器233和235、缓冲器234(缓冲器234内中使用的“-1”指示构造为提供负反馈的缓冲器)、多路复用器236以及耦合电压管理电路240。用于ET调制操作的DC检测电路232、组合器233和235、缓冲器234以及多路复用器236的构造仅是示例实施例，因此，电源调制器200不限于此，并且可以通过各种电路构造来实现，以执行有效的ET调制操作。
另外，图3中示出的实施例仅是说明性的，因此，示例实施例不限于此，并且基于模式的连接电路230可以通过各种电路构造来实现，以通过使用线性稳压器210和开关稳压器220来支持多种调制模式。在下文中，为了说明的目的，将主要描述图3中示出的电源调制器200的构造，但是将显而易见的是，根据示例实施例的耦合电压管理电路240的构造和操作可以应用于电源调制器200的不同实现的构造。
基于模式的连接电路230可以连接到线性稳压器210的输出端子以及开关稳压器220的输入端子和输出端子。详细地，基于模式的连接电路230可以通过第一节点N1连接到线性稳压器210，线性稳压器210的输出端子与耦合电路231的第一端子在第一节点N1处汇合。另外，基于模式的连接电路230可以通过第二节点N2和多路复用器236的输出端子连接到开关稳压器220，开关稳压器220的输出端子与耦合电路231的第二端子在第二节点N2处汇合。根据示例实施例，耦合电路231可以包括耦合电容器CC，并且耦合电路231的第一端子和第二端子可以分别连接到DC检测电路232和耦合电压管理电路240。例如，在ET调制模式中，线性稳压器210可以从调制解调器(例如，图1的10)接收第一包络信号VET_IN，开关稳压器220可以通过多路复用器236来接收基于模式的连接电路230中产生的信号。作为另一示例，在APT调制模式中，开关稳压器220可以通过多路复用器236从调制解调器接收第二包络信号VAPT_IN。随后将参照图5A和图5B针对每种调制模式进行对基于模式的连接电路230的详细描述。
线性稳压器210可以接收第一电源电压VIN1，其电平已经由无线通信设备(例如，图1的1)的内部电源(例如，电池)的电压调节。电源调制器200还可以包括构造为产生第一电源电压VIN1的DC-DC转换器(例如，降压-升压转换器)。开关稳压器220可以接收无线通信设备的内部电源的电压作为第二电源电压VIN2。根据示例实施例，第一电源电压VIN1的电平可以与第二电源电压VIN2的电平不同。然而，这仅是示例实施例，因此，产生第一电源电压VIN1和第二电源电压VIN2的方法可以根据电源调制器200的构造或无线通信设备的构造而改变。
耦合电压管理电路240可以通过第一节点N1和第二节点N2连接到耦合电路231。尽管图3示出了耦合电压管理电路240通过两条线连接到耦合电路231，但是这仅是说明性的，并且耦合电压管理电路240可以通过超过两条的线连接到耦合电路231。根据示例实施例，耦合电压管理电路240可以通过用于监控耦合电路231的耦合电压的线和用于控制耦合电压维持在目标耦合电压或接近目标耦合电压的线连接到耦合电路231。
随后将参照图5A和图5B来做出通过耦合电压管理电路240向耦合电路231选择性地施加电压以允许耦合电路231具有目标耦合电压的操作的详细描述。
图4是用于描述电源调制器在ET调制模式ET_mode和APT调制模式APT_mode下的操作的示图。
参照图1和图4，电源调制器100可以瞬时跟踪在ET调制模式ET_mode下输入到RF功率放大器30的RF信号RFOUT，并向RF功率放大器30提供所产生的第一电源电压作为跟踪结果。电源调制器100可以跟踪在APT调制模式APT_mode下输入到RF功率放大器30的RF信号RFOUT的一定周期中的平均功率，并向RF功率放大器30提供所产生的第二电源电压作为跟踪结果。即，电源调制器100可以根据通信环境、RF信号中包括的数据量等在ET调制模式ET_mode或APT调制模式APT_mode下操作，还可以在待机模式下操作，以准备ET调制模式ET_mode或APT调制模式APT_mode下的操作。在此情况下，耦合电压管理电路135可以在除ET调制模式ET_mode之外的调制模式下管理耦合电路的耦合电压，使得处于ET调制模式ET_mode中的电源调制器100可以执行精确的电源调制操作。然而，这仅是示例实施例，因此，电源调制器100可以在更多种调制模式下操作。
图5A是电源调制器200在ET调制模式下的框图，图5B是电源调制器200在APT调制模式下的框图。因为已经参照图3描述了电源调制器200的构造，所以在下文中将主要描述电源调制器200根据各种调制模式的操作。
参照图5A，在ET调制模式中，线性稳压器210可以接收第一包络信号VET_IN，通过使用第一电源电压VIN1来放大第一包络信号VET_IN，并将经放大的第一包络信号VET_IN输出到基于模式的连接电路230。耦合电路231的耦合电压可以在ET调制模式下维持目标耦合电压VTG，并且耦合电路231可以仅耦合已经通过第一节点N1接收的来自线性稳压器210的输出信号的AC信号，并将经耦合的AC信号输出到第二节点N2。另外，基于组合器233和组合器235以及缓冲器234的构造，基于模式的连接电路230可以通过使用线性稳压器210的输出信号、由DC检测电路232检测的目标耦合电压VTG和比较电压VAC_REF来产生用于控制开关稳压器220的输出信号。可以通过多路复用器236将由基于模式的连接电路230产生的输出信号提供到开关稳压器220，开关稳压器220可以通过使用第二电源电压VIN2来放大接收到的信号，并将经放大的信号输出到第二节点N2。即，基于模式的连接电路230可以将通过仅耦合来自线性稳压器210的输出信号的AC信号而获得的信号与来自开关稳压器220的信号输出进行组合，并将经组合的信号作为电源电压VOUT输出到RF功率调制器(例如，图1的30)。
参照图5B，在APT调制模式中，线性稳压器210处于禁用状态，DC检测电路232、组合器233和235以及缓冲器234的构造也可以被多路复用器236禁用。禁用可以表示在基于一定的调制模式的调制操作中不被使用(或不被选择)的状态。多路复用器236可以从调制解调器(例如，图1的10)接收第二包络信号VAPT_IN，并将接收到的第二包络信号VAPT_IN输出到开关稳压器220。开关稳压器220可以放大第二包络信号VAPT_IN，并通过第二节点N2将经放大的第二包络信号VAPT_IN输出到RF功率调制器(例如，图1的30)。
因为线性稳压器210被禁用，所以如果不提供耦合电压管理电路240的构造，则第一节点N1会浮接，因此，由于诸如周围噪声等各种原因，难以将耦合电路231的耦合电压VAC维持为目标耦合电压(例如，图5A的VTG)。如果不将耦合电路231的耦合电压VAC维持为目标耦合电压，则当电源调制器200切换回ET调制模式时，需要用于使耦合电路231的耦合电压VAC接近目标耦合电压的时间，在该时间期间，不会平稳地执行ET调制操作。随后将参照图6A至图6C详细地描述该问题。
根据示例实施例，耦合电压管理电路240可以监控耦合电路231的耦合电压VAC，并基于监控结果来执行用于将耦合电压VAC维持为目标耦合电压(例如，图5A的VTG)的管理操作。详细地，耦合电压管理电路240可以将耦合电压VAC与比较电压(例如，具有与目标耦合电压的电平相同电平的电压)进行比较，耦合电压管理电路240可以根据耦合电压VAC的电平将具有不同电平的电压中的每一个选择性地施加到耦合电路231的一个端子或第一节点N1。例如，当耦合电压VAC高于比较电压时，耦合电压管理电路240可以将第一电压施加到第一节点N1以将耦合电压VAC降低至比较电压，当耦合电压VAC低于比较电压时，耦合电压管理电路240可以将第二电压施加到第一节点N1，以将耦合电压VAC升压至比较电压。
根据示例实施例，第一电压可以与开关稳压器220的输出电压或提供到开关稳压器220的第二电源电压VIN2对应。即，耦合电压管理电路240可以实现为将开关稳压器220的从第二节点N2输出的输出电压施加到第一节点N1，或者将第二电源电压VIN2施加到第一节点N1。开关稳压器220的输出电压的电平可以与第二电源电压VIN2的电平不同，耦合电压管理电路240可以实现为向第一节点N1施加具有可以以其执行进一步的耦合电压管理的电平的电压。然而，这仅是示例实施例，因此，耦合电压管理电路240不限于此，耦合电压管理电路240还可以包括DC-DC转换器，其构造为直接调制无线通信设备(例如，图1的1)的内部电源的电压，以产生可适用于耦合电压管理的电压。
直到电源调制器200从APT调制模式切换到ET调制模式为止，耦合电压管理电路240可以连续地监控耦合电压VAC，并基于监控结果来执行管理耦合电压VAC的操作。
图6A至图6C是用于描述向其应用示例实施例的电源调制器的效果的时序图。
参照图3和图6A，在不包括根据示例实施例的耦合电压管理电路240的情况下，当电源调制器200从第一ET调制模式ET_mode_1切换到APT调制模式APT_mode时，作为耦合电路231的两个端子的电压的耦合电压VAC响应于第一节点N1的浮接状态而降低，并低于目标耦合电压VTG，当电源调制器200从APT调制模式APT_mode切换到第二ET调制模式ET_mode_2时，由于提供到线性稳压器210的第一电源电压VIN1的限制，可能发生线性稳压器210的输出信号VOUT_LA中发生失真的时段。因此，电源调制器200的电源调制性能可能在第二ET调制模式ET_mode_2下劣化。
参照图3和图6B，在不包括根据示例实施例的耦合电压管理电路240的情况下，当电源调制器200从第一ET调制模式ET_mode_1切换到APT调制模式APT_mode时，作为耦合电路231的两个端子的电压的耦合电压VAC响应于第一节点N1的浮接状态而升压，并且高于目标耦合电压VTG，当电源调制器200从APT调制模式APT_mode切换到第二ET调制模式ET_mode_2时，由于提供到线性稳压器210的接地电压0V的限制，可能发生线性稳压器210的输出信号VOUT_LA中发生失真的时段。因此，电源调制器200的电源调制性能可能在第二ET调制模式ET_mode_2下劣化。
参照图3和图6C，为了解决以上描述的问题，根据示例实施例的耦合电压管理电路240在APT调制模式APT_mode下执行将作为耦合电路231的两个端子的电压的耦合电压VAC维持为目标耦合电压VTG的管理操作，因此，与图6A和图6B的示例不同，电源调制器200可以在第二ET调制模式ET_mode_2下平稳地执行电源调制操作。
图7是根据示例实施例的耦合电压管理电路240的框图。在下文中，假设耦合电路由耦合电容器CC实现，电源调制器在APT调制模式下操作。然而，这仅是为了示意性的目的，并且示例实施例不限于此。
参照图7，耦合电压管理电路240可以包括DC检测电路241、控制电路242以及第一开关元件SW1和第二开关元件SW2。DC检测电路241可以是耦合电压管理电路240所单独包括的电路，并且可以与图3的DC检测电路232相同。即，当电源调制器(例如，图3的200)在ET调制模式下操作时，图3的DC检测电路232可以用于调制操作，当电源调制器在APT调制模式下操作时，图3的DC检测电路232可以用于耦合电压管理操作。DC检测电路241可以连接到耦合电容器CC的两个端子(或者，第一节点N1和第二节点N2)，以检测耦合电容器CC的耦合电压VAC。已经参照图3等描述了第一节点N1和第二节点N2的构造，因此省略其详细描述。
DC检测电路241可以将经检测的耦合电压VAC提供到控制电路242。控制电路242可以基于耦合电压VAC来控制第一开关元件SW1和第二开关元件SW2的接通/关断，使得将耦合电压VAC维持为目标耦合电压。可以将第一开关元件SW1实现为将第一电压VIN3选择性地施加到第一节点N1，并且可以将第二开关元件SW2实现为将0V的接地电压选择性地施加到第一节点N1(换言之，可以将第二开关元件SW2实现为使得第一节点N1接地)。根据示例实施例，第一电压VIN3可以与第二电源电压VIN2或开关稳压器(例如，图5B的220)的输出电压VOUT相同。可替换地，根据另一示例实施例，可以实现通过第二开关元件SW2将接近接地电压0V的DC电压选择性地施加到第一节点N1。即，根据示例实施例的耦合电压管理电路240不限于图7中示出的构造，并且可以被不同地实现为向同一节点选择性地施加适当的电压，可通过所述适当的电压将耦合电压VAC调低或调高。
控制电路242可以将耦合电压VAC与和目标耦合电压相同的比较电压VAC_REF进行比较，并基于比较结果来产生用于分别控制第一开关元件SW1和第二开关元件SW2的控制信号CS_SW1和CS_SW2。根据示例实施例，当耦合电压VAC高于比较电压VAC_REF时，控制电路242可以使第一开关元件SW1接通并使第二开关元件SW2关断，以将第一电压VIN3施加到第一节点N1，使得耦合电压VAC降低至比较电压VAC_REF。另外，当耦合电压VAC低于比较电压VAC_REF时，控制电路242可以使第一开关元件SW1关断并使第二开关元件SW2接通，以将接地电压施加到第一节点N1，使得耦合电压VAC升压至比较电压VAC_REF。
图8是根据示例实施例的耦合电压管理电路(例如，图7的240)的操作的流程图。
参照图7和图8，DC检测电路241可以检测耦合电容器CC的耦合电压VAC，并将经检测的耦合电压VAC提供到控制电路242。在操作S122中，控制电路242可以确定耦合电压VAC是否高于比较电压VAC_REF。当耦合电压VAC高于比较电压VAC_REF时(S122，是)，控制电路242可以在操作S124中使第一开关元件SW1接通并使第二开关元件SW2关断。否则，当耦合电压VAC低于比较电压VAC_REF时(S122，否)，控制电路242可以在操作S126中使第一开关元件SW1关断并使第二开关元件SW2接通。如此，耦合电压管理电路240可以监控耦合电压VAC，并基于监控结果将不同的电压选择性地施加到耦合电容器CC的一个端子(或第一节点N1)。
图9A是用于描述根据示例实施例的耦合电压管理电路(例如，图7的240)的开关控制条件的示图，图9B是能够执行图9A的操作的耦合电压管理电路240的一个示例的电路图。
参照图7和图9A，当耦合电压VAC与比较电压VAC_REF之间的差大于阈值VTH时，控制电路242可以控制第一电压VIN3或接地电压到第一节点N1的施加。根据示例实施例，控制电路242可以根据预设窗来控制第一开关元件SW1和第二开关元件SW2。
根据示例实施例，第一窗WD1包括耦合电压VAC低于通过将阈值VTH与比较电压VAC_REF相加而获得的值(即，VAC_REF+VTH)且高于通过从比较电压VAC_REF减去阈值VTH而获得的值(即，VAC_REF-VTH)的情况，控制电路242可以在第一窗WD1中使第一开关元件SW1关断并使第二开关元件SW2关断，使得没有电压施加到第一节点N1。
第二窗WD2包括耦合电压VAC高于通过将阈值VTH与比较电压VAC_REF相加而获得的值的情况，控制电路242可以在第二窗WD2中使第一开关元件SW1接通并使第二开关元件SW2关断，使得第一电压VIN3施加到第一节点N1。
第三窗WD3包括耦合电压VAC低于通过从比较电压VAC_REF减去阈值VTH而获得的值的情况，控制电路242可以在第三窗WD3中使第一开关元件SW1关断并使第二开关元件SW2接通，使得接地电压施加到第一节点N1。
在下文中，参照图9B，将主要描述用于执行参照图9A描述的操作的DC检测电路241、控制电路242以及第一开关元件SW1和第二开关元件SW2的实现示例。如图9B中示出的，DC检测电路241可以包括能够检测第一节点N1与第二节点N2之间的耦合电压VAC的比较器241a。控制电路242可以包括第一组合器242a和第二组合器242b、第一比较器242c和第二比较器242d以及OR(或)门242e和AND(与)门242f。逻辑门242e和242f可以分别从第一比较器242c和第二比较器242d接收比较结果，并产生分别用于第一开关元件SW1和第二开关元件SW2的控制信号。逻辑门242e和242f的构造可以称为控制信号生成电路。
第一开关元件SW1可以包括第一晶体管(或正沟道金属氧化物半导体(PMOS))TR1，第二开关元件SW2可以包括第二晶体管(或负沟道金属氧化物半导体(NMOS))TR2。第一组合器242a可以接收比较电压VAC_REF，将阈值VTH与比较电压VAC_REF相加，然后将相加结果提供到第一比较器242c。第一比较器242c还可以从比较器241a接收耦合电压VAC，并将耦合电压VAC与从第一组合器242a接收的相加结果进行比较，并将取反(inverted)的比较结果提供到OR门242e。第二组合器242b可以接收比较电压VAC_REF，从比较电压VAC_REF减去阈值VTH，然后将相减结果提供到第二比较器242d。第二比较器242d还可以从比较器241a接收耦合电压VAC，并将耦合电压VAC与从第二组合器242b接收的相减结果进行比较，并将比较结果提供到AND门242f。OR门242e的一个输入端子可以连接到AND门242f的输出端子，使得OR门242e可以从AND门242f接收信号输出作为反馈信号。另外，AND门242f的一个输入端子可以连接到OR门242e的输出端子，使得AND门242f可以从OR门242e接收信号输出作为反馈信号。第一晶体管TR1可以通过第一晶体管TR1的栅极端子从OR门242e接收信号输出，并且基于接收到的信号将第一电压VIN3选择性地施加到第一节点N1。第二晶体管TR2可以通过第二晶体管TR2的栅极端子从AND门242f接收信号输出，并且基于接收到的信号将接地电压选择性地施加到第一节点N1。
通过图9B中示出的耦合电压管理电路240的构造，仅当耦合电压VAC偏离比较电压VAC_REF阈值VTH或更多时，控制电路242可以控制第一开关元件SW1和第二开关元件SW2，从而根据切换操作使功耗最小化，并且能够保证电源调制器在ET调制模式下的平稳操作。
图10是电源调制器200在待机模式下的框图。在下文中，电源调制器200的构造与参照图3描述的相同，因此，将主要描述电源调制器200在待机模式下的操作。
参照图10，因为在待机模式下禁用线性稳压器210和开关稳压器220两者，所以耦合电路231的两个端子(或者，第一节点N1和第二节点N2)可能浮接，因此，由于诸如周围噪声等各种因素，可能难以控制使得耦合电路231的耦合电压VAC维持为目标耦合电压(例如，图5A的VTG)。另外，如果电源调制器200在新开启了无线通信设备时进入待机模式，则可能有必要在之前就将耦合电路231充电至目标耦合电压，以准备切换为ET调制模式。
根据示例实施例的耦合电压管理电路240’可以将接地电压施加到第一节点N1，并将第二电压施加到第二节点N2，线性稳压器210的输出端子和耦合电路231的第一端子连接到第一节点N1，开关稳压器220的输出端子和耦合电路231的第二端子连接到第二节点N2。根据示例实施例，第二电压可以与提供到开关稳压器220的第二电源电压VIN2相同。即，在待机模式中，耦合电压管理电路240’可以分别将适当的电压提供到耦合电路231的两个端子，使得耦合电路231的耦合电压VAC接近或维持为目标耦合电压(例如，图5A的VTG)。
图11A和图11B是根据示例实施例的耦合电压管理电路240’和耦合电压管理电路240”的框图。在下文中，假设耦合电路通过耦合电容器CC来实现，并且电源调制器在待机模式下操作。
参照图11A，耦合电压管理电路240’可以包括DC检测电路241’、控制电路242’以及第一开关元件SW1、第二开关元件SW2和第三开关元件SW3。DC检测电路241’可以连接到耦合电容器CC的两个端子(或者，第一节点N1和第二节点N2)以检测耦合电容器CC的耦合电压VAC。
DC检测电路241’可以将经检测的耦合电压VAC提供到控制电路242’。控制电路242’可以基于耦合电压VAC来控制第一开关元件SW1、第二开关元件SW2和第三开关元件SW3的接通/关断切换，使得耦合电路231的耦合电压VAC接近或维持为目标耦合电压。第二开关元件SW2可以实现为将0V的接地电压选择性地施加到第一节点N1，第三开关元件SW3可以实现为将第二电压VIN4选择性地施加到第二节点N2。根据示例实施例，第二电压VIN4可以与开关稳压器(例如，图5B的220)的第二电源电压VIN2相同。另外，第三开关元件SW3可以实现为将第一电压VIN3选择性地施加到第一节点N1。即，根据示例实施例的耦合电压管理电路240’不局限于图11A中示出的构造，并且可以被不同地实现在为分别将适当的电压选择性地施加到第一节点N1和第二节点N2，使得耦合电压VAC接近或维持为目标耦合电压。
控制电路242’可以将耦合电压VAC与和目标耦合电压相同的比较电压VAC_REF进行比较，并基于比较结果来产生用于分别控制第一开关元件SW1、第二开关元件SW2和第三开关元件SW3的控制信号CS_SW1、CS_SW3和CS_SW3。根据示例实施例，控制电路242’可以使第一开关元件SW1关断，使第二开关元件SW2接通，并使第三开关元件SW3接通，直到耦合电压VAC接近或维持为目标耦合电压为止。
参照图11B，耦合电压管理电路240”可以包括DC检测电路241”、控制电路242”、预充电电路243”以及第一开关元件SW1、第二开关元件SW2和第三开关元件SW3。如图11B中示出的，与图11A的耦合电压管理电路240’相比，耦合电压管理电路240”还可以包括预充电电路243”，并且可以禁用DC检测电路241”。可以通过包括晶体管TR和比较器CP的低压差(LDO)电路来实现预充电电路243”。预充电电路243”可以实现为通过比较器CP将耦合电容器CC的耦合电压与比较电压VAC_REF进行比较，并将第二电压VIN4施加到第二节点N2，直到耦合电压与比较电压VAC_REF相同。然而，这仅是示例实施例，因此，预充电电路243”不限于此，并且可以由能够对耦合电容器CC充电的各种电路构造来实现，使得耦合电压接近或达到目标耦合电压。
当电源调制器在待机模式下操作时，控制电路242”可以产生用于分别控制第一开关元件SW1、第二开关元件SW2和第三开关元件SW3的控制信号CS_SW1、CS_SW2和CS_SW3。根据示例实施例，控制电路242”可以使第一开关元件SW1关断，使第二开关元件SW2接通，并使第三开关元件SW3接通，直到耦合电压接近或维持为目标耦合电压为止。
通过图11A和图11B中示出的构造，当电源调制器处于待机模式中时，耦合电容器CC可以预充电(或预先充电)，使得电源调制器可以当电源调制器在ET调制模式下操作时立即执行平稳的ET调制操作。
图12是根据示例实施例的无线通信设备1000的框图。
参照图12，作为通信设备的示例，无线通信设备1000可以包括专用集成电路(ASIC)1010、电源管理模块1020、专用指令集处理器(ASIP)1030、存储器1050、主处理器1070和主存储器1090。ASIC 1010、电源管理模块1020、ASIP 1030和主处理器1070中的两个或多个可以彼此通信。另外，ASIC 1010、ASIP 1030、存储器1050、主处理器1070和主存储器1090中的至少两个可以嵌入单个芯片中。
ASIP 1030是针对特定用途定制的集成电路，可以支持针对特定应用的专用指令集，并且可以执行包括在指令集中的指令。存储器1050可以与ASIP 1030通信，作为非暂时性存储装置存储待由ASIP 1030执行的多个指令，并且根据一些实施例存储用于执行耦合电压管理操作的指令。作为非限制性示例，存储器1050可以包括ASIP 1030可访问的随机类型的存储器，诸如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、磁带、磁盘、光盘、易失性存储器、非易失性存储器和它们的组合。ASIP 1030或主处理器1070可以通过执行存储在存储器1050中的一系列指令来执行根据实施例的如上所述的耦合电压管理操作。
电源管理模块1020可以包括根据示例实施例的电源调制器，电源调制器可以管理耦合电路的耦合电压，使得在除ET调制模式之外的调制模式下将耦合电压恒定地维持为目标耦合电压。
主处理器1070可以通过执行多个指令来控制无线通信设备1000。例如，主处理器1070可以控制ASIC 1010和ASIP 1030，处理通过无线通信网络接收的数据，并且处理对无线通信设备1000的用户输入。主存储器1090可以与主处理器1070通信，并且作为非暂时性存储装置存储待由主处理器1070执行的多个指令。
根据示例性实施例，在此描述的部件、元件、模块和单元中的至少一个可以体现为执行上述相应功能的各种数量的硬件、软件和/或固件结构。例如，这些部件、元件和单元中的至少一个可以使用直接电路结构，诸如可以通过控制一个或多个微处理器或其它控制设备来执行相应功能的存储器、处理器、逻辑电路、查找表等。另外，这些部件、元件和单元中的至少一个可以由模块、程序或代码的一部分具体地实现，其包含用于执行指定逻辑功能的一个或多个可执行的指令，并且由一个或多个微处理器或其它控制设备来执行。另外，这些部件、元件和单元中的至少一个还可以包括诸如执行相应功能的中央处理单元(CPU)的处理器、微处理器等，或者由诸如执行相应功能的中央处理单元(CPU)的处理器、微处理器等来实现。这些部件、元件和单元中的两个或多个可以组合成一个单独的部件、元件或单元，其执行所组合的两个或多个部件、元件或单元的所有操作或功能。另外，这些部件、元件和单元中的至少一个的至少一部分功能可以由这些部件、元件和单元中的另一个来执行。另外，尽管在一些框图中未示出总线，但是部件、元件或单元之间的通信可以通过总线来执行。可以在一个或多个处理器上执行的算法中实现上述示例性实施例的功能方面。另外，由框或处理操作表示的部件、元件或单元可以采用用于电子构造、信号处理和/或控制、数据处理等的任何数量的相关技术。
上述实施例仅旨在描述技术内容，而不旨在限制本公开。尽管参照上述实施例详细地描述本公开，但是本领域普通技术人员应理解的是，在不脱离实施例的技术方案的精神和范围的情况下，本领域普通技术人员仍然可以对上述实施例中描述的技术方案进行修改或者对其一些技术特征进行等同替换。

Claims (25)

1.一种在多种调制模式下操作的电源调制器，所述电源调制器包括：
线性稳压器；
开关稳压器；以及
基于模式的连接电路，其构造为基于调制模式来控制所述线性稳压器与所述开关稳压器之间的连接，所述基于模式的连接电路包括：
耦合电路，其构造为在包络跟踪调制模式下将所述线性稳压器的输出信号降低目标耦合电压，以及
耦合电压管理电路，其构造为在另一调制模式下监控所述耦合电路的耦合电压，并且基于监控结果将电压选择性地施加到所述耦合电压，使得所述耦合电压维持在所述目标耦合电压。
2.根据权利要求1所述的电源调制器，其中，所述耦合电压管理电路还构造为将第一电压和接地电压中的任一个选择性地施加到第一节点，所述线性稳压器的输出端子和所述耦合电路的第一端子连接到所述第一节点。
3.根据权利要求2所述的电源调制器，其中，所述第一电压与所述开关稳压器的输出电压或提供到所述开关稳压器的电源电压对应。
4.根据权利要求2所述的电源调制器，其中，所述耦合电压管理电路还构造为响应于所述耦合电压高于所述目标耦合电压而将所述第一电压施加到所述第一节点，并且构造为响应于所述耦合电压低于所述目标耦合电压而将所述接地电压施加到所述第一节点。
5.根据权利要求2所述的电源调制器，其中，所述耦合电压管理电路还构造为响应于所述耦合电压与所述目标耦合电压之间的差大于阈值而将所述第一电压和所述接地电压中的任一个选择性地施加到所述第一节点。
6.根据权利要求5所述的电源调制器，其中，所述耦合电压管理电路包括：
第一开关元件，其构造为将所述第一电压选择性地施加到所述第一节点；
第二开关元件，其构造为将所述接地电压选择性地施加到所述第一节点；
第一比较器，其连接到所述耦合电路的所述第一端子和第二端子，并且构造为基于所述第一端子的电压与所述第二端子的电压之间的比较来输出所述耦合电压；
第一组合器，其构造为接收与所述目标耦合电压对应的比较电压，并且输出通过将所述阈值加到所述比较电压而获得的第一结果；
第二组合器，其构造为接收所述比较电压，并且输出通过从所述比较电压减去所述阈值而获得的第二结果；
第二比较器，其构造为接收所述耦合电压和所述第一结果，并且基于所述耦合电压与所述第一结果之间的比较来输出第三结果；
第三比较器，其构造为接收所述耦合电压和所述第二结果，并且基于所述耦合电压与所述第二结果之间的比较来输出第四结果；以及
控制信号生成电路，其构造为接收所述第三结果和所述第四结果，并且产生用于所述第一开关元件和所述第二开关元件的控制信号。
7.根据权利要求6所述的电源调制器，其中，所述控制信号生成电路包括或门和与门，
所述或门的第一输入端子连接到所述与门的输出端子，所述或门的第二输入端子从所述第二比较器接收所述第三结果输出的反相信号，并且
所述与门的第一输入端子连接到所述或门的输出端子，并且所述与门的第二输入端子从所述第三比较器接收所述第四结果输出。
8.根据权利要求1所述的电源调制器，其中，所述耦合电压管理电路还构造为将接地电压施加到第一节点，并将第二电压施加到第二节点，所述线性稳压器的输出端子和所述耦合电路的第一端子连接到所述第一节点，所述线性稳压器的输出端子和所述耦合电路的第二端子连接到所述第二节点。
9.根据权利要求8所述的电源调制器，其中，所述第二电压与提供到所述开关稳压器的电源电压对应。
10.根据权利要求1所述的电源调制器，其中，所述另一调制模式包括平均功率跟踪调制模式和待机模式中的至少一种。
11.根据权利要求1所述的电源调制器，其中，所述耦合电压管理电路包括：
第一开关元件，其构造为将第一电压选择性地施加到第一节点，所述线性稳压器的输出端子和所述耦合电路的第一端子连接到所述第一节点；
第二开关元件，其构造为将接地电压选择性地施加到所述第一节点；
检测电路，其连接到所述耦合电路的所述第一端子和第二端子，并且构造为检测所述耦合电压；以及
控制电路，其构造为从所述检测电路接收经检测的耦合电压，并且构造为基于所述耦合电压与所述目标耦合电压之间的比较来控制所述第一开关元件和所述第二开关元件的接通/关断切换。
12.根据权利要求11所述的电源调制器，其中，所述控制电路还构造为在所述包络跟踪调制模式下关断所述第一开关元件和所述第二开关元件。
13.根据权利要求11所述的电源调制器，其中，在平均功率跟踪调制模式下，所述控制电路还构造为：
响应于经检测的耦合电压高于所述目标耦合电压来接通所述第一开关元件并关断所述第二开关元件，并且
响应于经检测的耦合电压低于所述目标耦合电压来关断所述第一开关元件并接通所述第二开关元件。
14.根据权利要求11所述的电源调制器，其中，所述耦合电压管理电路还包括构造为将第二电压选择性地施加到第二节点的第三开关元件，所述开关稳压器的输出端子和所述耦合电路的第二端子连接到所述第二节点。
15.根据权利要求14所述的电源调制器，其中，所述控制电路还构造为在待机模式下关断所述第一开关元件，接通所述第二开关元件，并接通所述第三开关元件。
16.根据权利要求14所述的电源调制器，其中，所述第一电压的电平大于所述第二电压的电平。
17.根据权利要求14所述的电源调制器，其中，所述第一电压的电平与所述第二电压的电平相同。
18.一种在多种调制模式下操作的电源调制器，所述电源调制器包括：
线性稳压器，其构造为在包络跟踪调制模式下输出包络信号；
开关稳压器，其构造为在所述包络跟踪调制模式或平均功率跟踪调制模式下输出直流电流信号；
耦合电路，其构造为在所述包络跟踪调制模式下通过耦合来自所述线性稳压器的包络信号的交流电流信号将所述线性稳压器的输出信号降低目标耦合电压；以及
耦合电压管理电路，其构造为选择性地将电压施加到所述耦合电路的第一端子和第二端子中的至少一个，以在除所述包络跟踪调制模式之外的调制模式下将所述耦合电路的耦合电压维持在所述目标耦合电压。
19.根据权利要求18所述的电源调制器，其中，所述耦合电压管理电路还构造为在所述平均功率跟踪调制模式下将第一电压和接地电压中的任一个选择性地施加到第一节点，所述线性稳压器的输出端子和所述耦合电路的第一端子连接到所述第一节点。
20.根据权利要求19所述的电源调制器，其中，所述第一电压的电平与第二节点的电平相同，所述线性稳压器的输出端子和所述耦合电路的第二端子连接到所述第二节点。
21.根据权利要求20所述的电源调制器，其中，所述耦合电压管理电路还构造为在待机模式下将将所述接地电压施加到所述第一节点，并将第二电压施加到所述第二节点。
22.根据权利要求18所述的电源调制器，其中，所述耦合电压管理电路还包括检测电路，所述检测电路在除所述包络跟踪调制模式之外的调制模式下连接到所述耦合电路的第一端子和第二端子，并且
其中，所述检测电路构造为检测所述耦合电压，并基于经检测的耦合电压与所述目标耦合电压之间的比较来选择性地施加所述电压。
23.根据权利要求22所述的电源调制器，其中，所述耦合电压管理电路还构造为通过第一线并通过第二线连接到所述耦合电路，所述第一线用于检测所述耦合电压，所述第二线用于将所述电压施加到所述耦合电路的第一端子和第二端子中的至少一个。
24.一种无线通信设备，包括：
电源调制器，其包括线性稳压器、开关稳压器和连接在线性稳压器的输出端子与开关稳压器的输出端子之间的耦合电路，所述电源调制器构造为在多种调制模式下操作，在包络跟踪调制模式下跨越所述耦合电路的第一端子和第二端子施加目标耦合电压；
调制解调器，其构造为控制所述电源调制器的调制模式；以及
射频功率放大器，其构造为基于从所述电源调制器施加的电压来放大射频信号，并输出经放大的射频信号，
其中，所述电源调制器构造为在除所述包络跟踪调制模式之外的至少一种调制模式下监控跨越所述耦合电路的第一端子和第二端子的电压，并且基于监控结果将电压选择性地到所述耦合电路，使得跨越所述耦合电路的所述电压具有所述目标耦合电压。
25.根据权利要求24所述的无线通信设备，其中，所述电源调制器还构造为在平均功率跟踪调制模式下基于所述监控结果将第一电压和接地电压中的任一个选择性地施加到第一节点，所述线性稳压器的输出端子和所述耦合电路的第一端子连接到所述第一节点。
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