CN112422088B - 应用于平均功率跟踪的Doherty功率放大电路与电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种应用于平均功率跟踪的Doherty功率放大电路，包括：峰值功放与供电模块，所述供电模块的输出端直接或间接连接至所述峰值功放的第一极，所述峰值功放的第二极直接或间接接地，所述峰值功放的栅极用于接入信号；Doherty功率放大电路，还包括偏置模块，所述峰值功放为CMOS器件，所述偏置模块包括运算放大器；所述运算放大器的第一输入端至直接或间接连接所述供电模块的输出端，所述运算放大器的第二输入端用于接入基准电压，所述运算放大器的输出端直接或间接连接至所述峰值功放的栅极，以根据两个输入端电压的差值，调整所述峰值功放栅极的偏置电压，所述供电模块直接或间接连接平均功率追踪控制模块。

Description

应用于平均功率跟踪的Doherty功率放大电路与电子设备

技术领域

本发明涉及信号处理领域，尤其涉及一种应用于平均功率跟踪的Doherty功率放大电路与电子设备。

背景技术

Doherty功率放大电路中，可设有峰值功放与主功放(也可理解为辅助功放)，峰值功放到设定的峰值才工作，峰值功放与主功放可连接电源模块。平均功率追踪(APT，Average Power Track)，可理解为能够追踪平均功率，进而，基于追踪的结果，可对电源模块的电源电压进行调整，具体可控制公共电源的电压随所追踪的平均功率的变化而变化。

现有相关技术中，如果将Doherty功率放大电路配置为最大输出功率，那么，当使用APT降低电源电压时，Doherty负载调制将不合适。在这种配置中，若对峰值功放栅极(例如栅极)的偏置具有固定的电源直流电压，则：随着电源电压的降低，峰值功放开启得较晚，因此，将导致：具有不同电源电压的Doherty功率放大电路的效率下降，电路只能在较小的输出功率范围内实现Doherty动作，难以满足需求。

发明内容

本发明提供一种应用于平均功率跟踪的Doherty功率放大电路与电子设备，以解决采用固定偏置的缺点。

根据本发明的第一方面，提供了一种应用于平均功率跟踪的Doherty功率放大电路，包括：峰值功放与供电模块，所述供电模块的输出端直接或间接连接至所述峰值功放的第一极，所述峰值功放的第二极直接或间接接地，所述峰值功放的栅极用于接入信号；

Doherty功率放大电路，还包括偏置模块，所述峰值功放为CMOS器件，所述偏置模块包括运算放大器；

所述运算放大器的第一输入端至直接或间接连接所述供电模块的输出端，所述运算放大器的第二输入端用于接入基准电压，所述运算放大器的输出端直接或间接连接至所述峰值功放的栅极，以根据两个输入端电压的差值，调整所述峰值功放栅极的偏置电压，所述供电模块直接或间接连接平均功率追踪控制模块。

可选的，所述偏置模块还包括第一可变电阻，所述运算放大器的第一输入端通过所述第一可变电阻连接所述供电模块的输出端。

可选的，所述偏置模块还包括第二可变电阻，所述第二可变电阻连接于所述运算放大器的输出端与第二输入端之间。

可选的，所述偏置模块还包括负压发生器，所述运算放大器的电源端连接所述负压发生器。

可选的，所述偏置模块还包括偏置电容，所述偏置电容的第一端连接所述运算放大器的输出端，所述偏置电容的第二端接地。

可选的，所述运算放大器的输出端经偏置电阻连接所述峰值功放的栅极。

可选的，所述的Doherty功率放大电路，还包括主功放，所述主功放的第一极直接或间接连接至所述供电模块的输出端，所述主功放的第二极接地。

可选的，所述的Doherty功率放大电路，还包括第一电容与第二电容，所述主功放的栅极经所述第一电容接入信号，所述峰值功放的栅极经所述第二电容接入信号。

可选的，Doherty功率放大电路，还包括第一电阻、第二电阻、第一电感、第二电感、第三电容；

所述主功放的第一极经所述第一电阻连接所述第三电容的一端，所述峰值功放的第一极经所述第二电阻连接所述第三电容的一端，所述主功放的第一极经所述第一电感连接所述供电模块的输出端，所述峰值功放的第一极经所述第二电感连接所述供电模块的输出端。

根据本发明的第二方面，提供了一种电子设备，包括第一方面及其可选方案涉及的Doherty功率放大电路。

本发明提供的应用于平均功率跟踪的Doherty功率放大电路与电子设备中，通过偏置模块中的运算放大器，可随着供电模块所提供电源电压的变化而偏移偏置，进而，该电路可在APT电源电压范围内激活峰值功率放大器，以实现较佳的Doherty负载调制。同时，峰值功放的偏置随电源电压而变化的情况下，(配合适当的负载调制的情况下)还可有助于在使用APT的峰值功放上实现一致的导通角。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例中Doherty功率放大电路的电路构造示意图一；

图2是本发明一实施例中Doherty功率放大电路的电路构造示意图二；

图3是本发明一实施例中Doherty功率放大电路的电路构造示意图三。

附图标记说明：

1-偏置模块；

11-运算放大器；

12-负压发生器；

13-基准电压发生器；

2-供电模块；

3-平均功率追踪控制模块；

N1-峰值功放；

N2-主功放；

Ra1-第一可变电阻；

Ra2-第二可变电阻；

Rb-偏置电阻；

R1-第一电阻；

R2-第二电阻；

R3-第三电阻；

R4-第四电阻；

L1-第一电感；

L2-第二电感；

L3-第三电感；

Cb-偏置电容；

C1-第一电容；

C2-第二电容；

C3-第三电容。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

本发明实施例所涉及的Doherty功率放大电路可应用于无线通信领域，同时，也不排除将其应用于其他场景的可能性，此外，Doherty功率放大电路可以形成独立的芯片、装置，也可以是整个芯片、装置的一部分电路。

为了便于对本发明实施例的方案进行说明，以下对部分相关技术进行说明：

Doherty功率放大电路(也可表征为Doherty PA)可进行负载调制，在最高6dB的操作中具有一个高效率区域，因此调制后的信号将具有接近最大输出功率水平的高效率。但是，大多数现代通信系统都在较宽的输出功率范围内运行。功率放大电路在较宽的输出功率范围内具有高效的、更好的工作效果。

平均功率跟踪(APT，Average Power Track)使用不同的直流(DC，DirectCurrent)电源电压来实现不同的射频(RF，Radio Frequency)输出功率水平，是通过功率控制来提高效率的良好解决方案；

但是，如果将Doherty PA配置为最大输出功率，则：

当使用APT降低电源电压时，Doherty PA的负载调制将不合适。在这种配置中，随着电源电压的降低，峰值功放(具体可借鉴于后文所涉及的峰值功放N1理解)开启得较晚。因此，将造成：具有不同电源电压电平的标准Doherty PA的效率下降。当然，在部分方案中，APT本身可以改善Doherty PA的有效运行，但是该方法适用于BJT器件，可以将峰值PA缓慢地打开，从而影响6dB的补偿效率。

本发明实施例的功放(例如后文所涉及的峰值功放N1、主功放N2)，具体可以为CMOS器件，其中的CMOS具体为：Complementary Metal Oxide Semiconducto，可理解为互补金属氧化物半导体。在图示的举例中，可以采用NMOS。

用于APT的Doherty PA在主功放和峰值功放之间进行有源负载调制时，在APT处具有峰值功放的偏置，若峰值功放的偏置具有固定的直流的电源电压，那么，对于峰值功放而言，其负比例偏置对应于电源电压时，最高工作X dB(其中X的范围可以从46dB，具体取决于可编程组件的设置)。但是，随着额外的补偿，效率会下降，具体取决于主功放偏置。如果在所有APT电源电压上固定峰值功放的偏置，则只能在较小的输出功率范围内实现Doherty动作。

图1是本发明一实施例中Doherty功率放大电路的电路构造示意图一；图2是本发明一实施例中Doherty功率放大电路的电路构造示意图二；图3是本发明一实施例中Doherty功率放大电路的电路构造示意图三。

请参考图1至图3，应用于平均功率跟踪的Doherty功率放大电路，包括：峰值功放N1与供电模块2，所述供电模块2的输出端直接或间接连接至所述峰值功放N1的第一极，所述峰值功放N1的第二极直接或间接接地，所述峰值功放N1的栅极用于接入信号，所接入的信号可理解为是需要被放大的部分或全部信号。

本发明实施例中，所述供电模块2直接或间接连接平均功率追踪控制模块3，进而，可通过平均功率追踪控制模块3，实现供电模块2所输出的电源电压、功率的变化，其中，供电模块2所输出的电源电压可表征为：Vsupply。本领域任意可用于实现平均功率跟踪的电路构造，不论其是现有的还是改进的，均可应用于本发明实施例而形成平均功率追踪控制模块3与供电模块2。

本发明实施例中，Doherty功率放大电路，还包括偏置模块1，所述峰值功放N1为CMOS器件，所述偏置模块1包括运算放大器11。

所述运算放大器11的第一输入端至直接或间接连接所述供电模块的输出端，可用于接入采集电压，该采集电压可理解为采集供电模块输出的电源电压而获取到的，例如，在图2、图3所示的举例中，可以是经电阻(例如可变电阻Ra1)分压后而得到的电压，其他举例中，也可直接采用电源电压。

所述运算放大器11的第二输入端用于接入基准电压Vref，其中的基准电压Vref可以是根据需求进行配置的任意电压，在图2、图3所示的举例中，基准电压Vref可以是通过基准电压发生器13产生的，其他举例中，也可以是自其他电路位置获取而来的。

所述运算放大器11的输出端直接或间接连接至所述峰值功放N1的栅极，以根据两个输入端电压的差值，调整所述峰值功放栅极的偏置电压，进而，运算放大器11，以及偏置模块1，也可理解为是形成了一种减法器电路。

以上方案中，通过偏置模块中的运算放大器，可随着供电模块所提供电源电压的变化而偏移偏置，进而，该电路可在APT电源电压范围内激活峰值功率放大器，以实现较佳的Doherty负载调制。同时，峰值功放的偏置随电源电压而变化的情况下，(配合适当的负载调制的情况下)

还可有助于在使用APT的峰值功放上实现一致的导通角。

其中一种实施方式中，所述偏置模块1还包括第一可变电阻Ra1，所述运算放大器11的第一输入端通过所述第一可变电阻Ra1连接所述供电模块2的输出端。

所述偏置模块1还可包括第二可变电阻Ra2，所述第二可变电阻Ra2连接于所述运算放大器11的输出端与第二输入端之间。

其中可变电阻也可理解为可调电阻，第一可变电阻Ra1、第二可变电阻Ra2与基准电压Vref的值可以由射频前端单元控制，其中的射频前端单元可表征为RFFE单元，其具体为：Radio Frequency Front End，通过第一可变电阻Ra1、第二可变电阻Ra2与基准电压Vref的值的控制、变化，可以针对工艺和温度变化进行优化。

部分方案中，数字RFFE单元可作为偏置模块1的一部分，即：偏置模块1还包括数字RFFE单元，数字RFFE单元连接所述第一可变电阻Ra1、第二可变电阻Ra2、基准电压发生器，以控制对应的阻值、基准电压Vref的数值。

一种举例中，部分正常工作的状态下，可将第一可变电阻Ra1调整为10K欧姆，第二可变电阻Ra2调整为4K欧姆，基准电压Vref可以为0.5V。

其中一种实施方式中，所述偏置模块1还包括负压发生器12，所述运算放大器11的电源端连接所述负压发生器12，进而获取其所产生的电压Vneg。

一种举例中，负压发生器12可以基于负电荷泵和LDO实现，从而使得电路支持负偏置，其中的LDO具体为Low Dropout Regulator，可理解为一种低压差线性稳压器，例如，负电荷泵的输出端可连接LDO的输入端，LDO的输入端可连接至运算放大器11的电源端。

其中一种实施方式中，请参考图2与图3，所述偏置模块1还包括偏置电容Cb，所述偏置电容Cb的第一端连接所述运算放大器11的输出端，所述偏置电容Cb的第二端接地。通过偏置电容Cb，可有助于为峰值功放N1栅极提供稳定的电压。

其中一种实施方式中，请参考图3，所述运算放大器11的输出端经偏置电阻Rb连接所述峰值功放N1的栅极，从而保障了栅极处电压是适配的。

以上方案所提供的偏置模块中，为了支持具有APT的Doherty功率放大电路，峰值功放的偏置模块可调整峰值偏置电压VG_Peaking，它实际可理解为电源电压Vsupply的函数。

其中，偏置模块的面积可例如为0.4mm×1.7mm，其中的内容包含但不限于：图3所示各部分，以及数字RFFE模块。

其中一种实施方式中，所述的Doherty功率放大电路，还包括主功放N2，所述主功放N2的第一极直接或间接连接至所述供电模块2的输出端，所述主功放N2的第二极接地。

其中一种实施方式中，所述的Doherty功率放大电路，还包括第一电容C1与第二电容C2，所述主功放N2的栅极经所述第一电容C1接入信号，所述峰值功放N1的栅极经所述第二电容C2接入信号。

其中一种实施方式中，Doherty功率放大电路，还包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一电感L1、第二电感L2、第三电容C3。

所述主功放N2的第一极经所述第一电阻R1连接所述第三电容C3的一端，所述峰值功放N1的第一极经所述第二电阻R2连接所述第三电容C3的第一端，所述主功放N2的第一极经所述第一电感L1连接所述供电模块2的输出端，所述峰值功放N1的第一极经所述第二电感L2连接所述供电模块2的输出端。

进一步具体方案中，请参考图3，第三电容C3的另一端可连接第三电阻R3的第一端，第三电阻R3的第二端接地。主功放N2的栅极可经第三电感L3接入偏置电压，第二电容C2可经第四电阻R4接入信号。

不论在图1基础上所做的任何变化，均可理解为本发明实施例的一种变化。

发明具体方案所提供的偏置模块，实际可视作一种用于平均功率跟踪(APT)CMOSDoherty PA的峰值功放偏置模块，其中，公共的电源电压随作为追踪目标的平均功率的变化而变化。为了在APT中具有Doherty效率特性，峰值功放(也可表征为峰值PA)必须具有自适应的偏置模块，该偏置模块会随着电源电压的变化而偏移偏置，为了使输出保持在线性区域，所以可以让输出从饱和补偿回退6dB以激活峰值功放。

在实际举例中，可以使用标准的0.18um SOI在CMOS Doherty PA上演示该偏置模块。Doherty PA可以具有符合规范的WCDMA性能(带DPD)，高达29dBm Pout，当电源电压范围为1.5V至4V时，PAE为40-50％(25-29dBm Pout)。其中的PAE具体指射频输出功率与耗散的直流功率之比，具体可表征为：(输出功率-输入功率)/直流功耗。

其中的平均功率跟踪(APT)使用不同的DC电源电压来实现不同的RF(射频)输出功率水平，是通过功率控制来提高效率的良好解决方案；在本发明实施例的具体方案中，为峰值功放提供了一种新的偏置模块，该电路可在平均功率跟踪(APT)电源电压范围内激活峰值功率放大器，以实现最佳的Doherty负载调制。

为了在整个平均功率跟踪(APT)的电压范围内实现高效的Doherty PA，峰值偏置必须随平均功率跟踪(APT)电源电压而变化，并保持适当的Doherty负载调制，因而，为了在使用APT的峰值PA上实现一致的导通角，可利用偏置模块实现一个减法器电路。

经实验证明，用标准的0.18um CMOS SOI实现了以上所涉及的偏置模块，且测量结果表明，对于平均功率跟踪(APT)操作，R99信号的PAE高于40％。

根据本发明的第二方面，提供了一种电子设备，包括第一方面及其可选方案涉及的Doherty功率放大电路。

以上电子设备可以是具有通信功能的任意电子设备，例如可以为手机、平板电脑、计算机、智能穿戴设备、网络设备、车载设备，以及其他专用于通讯或非专用于通讯的设备等等。

综上可见，本发明实施例提供的应用于平均功率跟踪的Doherty功率放大电路与电子设备中，通过偏置模块中的运算放大器，可随着供电模块所提供电源电压的变化而偏移偏置，进而，该电路可在APT电源电压范围内激活峰值功率放大器，以实现较佳的Doherty负载调制。同时，峰值功放的偏置随电源电压而变化的情况下，(配合适当的负载调制的情况下)还可有助于在使用APT的峰值功放上实现一致的导通角。

在本说明书的描述中，参考术语“一种实施方式”、“一种实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种应用于平均功率跟踪的Doherty功率放大电路，包括：峰值功放与供电模块，所述供电模块的输出端直接或间接连接至所述峰值功放的第一极，所述峰值功放的第二极直接或间接接地，所述峰值功放的栅极用于接入信号；其特征在于，还包括偏置模块，所述峰值功放为CMOS器件，所述偏置模块包括运算放大器；

所述运算放大器的第一输入端至直接或间接连接所述供电模块的输出端，所述运算放大器的第二输入端用于接入基准电压，所述运算放大器的输出端直接或间接连接至所述峰值功放的栅极，以根据两个输入端电压的差值，调整所述峰值功放栅极的偏置电压，所述供电模块直接或间接连接平均功率追踪控制模块；

所述偏置模块还包括第一可变电阻，所述运算放大器的第一输入端通过所述第一可变电阻连接所述供电模块的输出端；

所述偏置模块还包括第二可变电阻，所述第二可变电阻连接于所述运算放大器的输出端与第二输入端之间；

所述偏置模块还包括负压发生器，所述运算放大器的电源端连接所述负压发生器；

所述偏置模块还包括偏置电容，所述偏置电容的第一端连接所述运算放大器的输出端，所述偏置电容的第二端接地；

所述偏置模块还包括数字RFFE单元，数字RFFE单元连接所述第一可变电阻、第二可变电阻和基准电压，以控制第一可变电阻的阻值、第二可变电阻的阻值和基准电压的数值。

2.根据权利要求1任一项所述的Doherty功率放大电路，其特征在于，所述运算放大器的输出端经偏置电阻连接所述峰值功放的栅极。

3.根据权利要求1任一项所述的Doherty功率放大电路，其特征在于，还包括主功放，所述主功放的第一极直接或间接连接至所述供电模块的输出端，所述主功放的第二极接地。

4.根据权利要求3所述的Doherty功率放大电路，其特征在于，还包括第一电容与第二电容，所述主功放的栅极经所述第一电容接入信号，所述峰值功放的栅极经所述第二电容接入信号。

5.根据权利要求3所述的Doherty功率放大电路，其特征在于，还包括第一电阻、第二电阻、第一电感、第二电感、第三电容；

所述主功放的第一极经所述第一电阻连接所述第三电容的一端，所述峰值功放的第一极经所述第二电阻连接所述第三电容的一端，所述主功放的第一极经所述第一电感连接所述供电模块的输出端，所述峰值功放的第一极经所述第二电感连接所述供电模块的输出端。

6.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1至5任一项所述的Doherty功率放大电路。