CN114514698A - 具有调整的电压阶跃的多级包络跟踪系统 - Google Patents

具有调整的电压阶跃的多级包络跟踪系统 Download PDF

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Abstract

提供了具有调整的电压阶跃的多级包络跟踪系统。在某些实施例中，提供了一种用于为功率放大器产生功率放大器电源电压的包络跟踪系统。所述包络跟踪系统包括：输出多个调节电压的多电平电源(MLS)DC‑DC转换器；MLS调制器，基于对应于由功率放大器放大的射频(RF)信号的包络的包络信号，控制随时间的调节电压的选择；以及耦接在MLS调制器的输出和功率放大器电源电压之间的调制器输出滤波器。包络跟踪系统进一步包括：切换点适配电路，配置为基于RF信号的功率水平来控制由MLS DC‑DC转换器输出的调节电压的电压电平。

Description

具有调整的电压阶跃的多级包络跟踪系统
技术领域
本发明的实施例涉及电子系统，尤其涉及用于射频(RF)电子装置的功率放大器。
背景技术
功率放大器用于RF通信系统，以放大RF信号，用于经由天线发射。重要的是管理RF信号发射的功率，以延长电池寿命和/或提供合适的发射功率水平。
具有一个或多个功率放大器的RF通信系统的示例包括但不限于移动电话、平板电脑、基站、网络接入点、客户驻地设备(CPE)、笔记本电脑和可穿戴电子装置。例如，在使用蜂窝电话标准、无线局域网(WLAN)标准和/或任何其他合适的通信标准进行通信的无线设备中，功率放大器可用于RF信号放大。RF信号可以具有在约30kHz至300GHz范围内的频率，诸如在用于频率范围1(FR1)中的第五代(5G)通信的约410MHz至约7.125GHz范围内。
发明内容
在某些实施例中，本申请涉及一种包络跟踪系统。所述包络跟踪系统包括：功率放大器，配置为放大射频信号并从功率放大器电源电压中接收功率；以及包络跟踪器，配置为基于对应于所述射频信号包络的包络信号产生所述功率放大器电源电压。所述包络跟踪器包括：直流-直流(DC-DC)转换器，配置为输出多个调节电压；调制器，配置为基于所述多个调节电压和所述包络信号来控制所述功率放大器电源电压；以及切换点适配电路，配置为基于所述射频信号的功率水平来控制所述多个调节电压中至少一个的电压电平。
在一些实施例中，所述切换点适配电路配置为基于所述射频信号的所述功率水平来控制所述多个调节电压中的每个的电压电平。
在各种实施例中，所述切换点适配电路包括：功率估计电路，配置为基于发射帧或发射符号(symbol)中的至少一个的信号功率值来估计所述射频信号的所述功率水平。根据一些实施例，所述信号功率值指示所述发射帧或符号的平均功率。根据多个实施例，所述信号功率值指示所述发射帧或符号的峰值功率。根据一些实施例，所述切换点适配电路进一步包括：电压估计电路，配置为估计与所述信号功率值相关联的多个期望电压电平。根据多个实施例，切换点适配电路进一步包括：编程电路，配置为控制所述DC-DC转换器，以输出所述多个调节电压，每个调节电压具有所述多个期望电压电平中的对应一个。
在若干实施例中，所述包络跟踪系统进一步包括：两个或多个功率放大器，配置为放大两个或多个射频信号，所述包络跟踪器包括两个或多个调制器，每个调制器配置为接收所述多个调节电压并提供调制以产生用于所述两个或多个功率放大器中对应一个的电源电压。根据多个实施例，所述切换点适配电路配置为基于所述两个或多个射频信号的最大功率水平来控制电压电平。
在若干实施例中，所述DC-DC转换器配置为接收电池电压，并基于提供所述电池电压的DC-DC转换来产生多个调节电压。
在一些实施例中，所述多个调节电压中的每一个具有不同的电压电平。
在各种实施例中，所述包络跟踪器进一步包括：多个去耦电容器，每个所述去耦电容器耦接在地和所述多个调节电压中的对应一个之间。
在多个实施例中，所述调制器包括：多个开关，每个开关耦接在所述调制器输出电压和所述多个调节电压中的对应一个之间。
在若干实施例中，所述包络跟踪器进一步包括：连接在所述调制器的输出和所述功率放大器电源电压之间的调制器输出滤波器，所述调制器输出滤波器包括至少一个串联电感器和至少一个并联电容器。
在某些实施例中，本申请涉及一种移动设备。所述移动设备包括：收发器，配置为产生射频发射信号；前端电路，包括配置为放大所述射频发射信号并从功率放大器电源电压接收功率的功率放大器；以及功率管理电路，包括配置为基于与所述射频发射信号的包络对应的包络信号来产生所述功率放大器电源电压的包络跟踪器。所述包络跟踪器包括：DC-DC转换器，配置为输出多个调节电压；调制器，配置为基于所述多个调节电压和所述包络信号来控制所述功率放大器电源电压；以及切换点适配电路，配置为基于所述射频发射信号的功率水平来控制所述多个调节电压中至少一个的电压电平。
在各种实施例中，所述切换点适配电路配置为基于所述射频发射信号的功率水平来所述控制多个调节电压中的每个的电压电平。
在一些实施例中，所述切换点适配电路包括：功率估计电路，配置为基于发射帧或发射符号中至少一个的信号功率值来估计所述射频发射信号的功率水平。根据多个实施例，所述信号功率值指示所述发射帧或符号的平均功率。根据各种实施例，所述信号功率值指示所述发射帧或符号的峰值功率。根据若干实施例，所述切换点适配电路进一步包括：电压估计电路，配置为估计与所述信号功率值相关联的多个期望电压电平。根据多个实施例，所述切换点适配电路进一步包括：编程电路，配置为控制所述DC-DC转换器以输出所述多个调节电压，每个所述调节电压具有所述多个期望电压电平中的对应一个。
在若干实施例中，所述移动设备进一步包括：两个或多个功率放大器，配置为放大两个或多个射频发射信号，所述包络跟踪器包括两个或多个调制器，每个调制器配置为接收所述多个调节电压并提供调制以产生用于所述两个或多个功率放大器中对应一个的电源电压。根据各种实施例，所述切换点适配电路配置为基于所述两个或多个射频发射信号的最大功率水平来控制电压电平。
在一些实施例中，所述DC-DC转换器配置为接收电池电压，并基于提供所述电池电压的DC-DC转换来产生所述多个调节电压。
在各种实施例中，所述多个调节电压中的每个具有不同的电压电平。
在若干实施例中，所述包络跟踪器进一步包括：多个去耦电容器，每个所述去耦电容器耦接在地和所述多个调节电压中的对应一个之间。
在一些实施例中，所述调制器包括：多个开关，每个所述开关耦接在所述调制器输出电压和所述多个调节电压中的对应一个之间。
在各种实施例中，所述移动设备进一步包括：调制器输出滤波器，连接在所述调制器的输出和所述功率放大器电源电压之间，所述调制器输出滤波器包括至少一个串联电感器和至少一个并联电容器。
在某些实施例中，本申请涉及一种包络跟踪的方法。所述方法包括：使用功率放大器放大射频信号，使用功率放大器电源电压向所述功率放大器供电，从DC-DC转换器输出多个调节电压，以及使用调制器基于所述多个调节电压和包络信号来控制所述功率放大器电源电压，所述包络信号对应于所述射频信号的包络。所述方法还包括：基于所述射频信号的功率水平来控制所述多个调节电压中至少一个的电压电平。
在各种实施例中，所述方法进一步包括：基于所述射频信号的功率水平来控制所述多个调节电压中的每个。
在一些实施例中，所述方法进一步包括：基于发射帧或发射符号中的至少一个的信号功率值来估计所述射频信号的功率水平。根据多个实施例，所述信号功率值指示所述发射帧或符号的平均功率。根据若干实施例，所述信号功率值指示所述传输帧或符号的峰值功率。根据各种实施例，所述方法进一步包括：估计与所述信号功率值相关联的多个期望电压电平。根据若干实施例，所述方法进一步包括：控制所述DC-DC转换器以输出所述多个调节电压，每个所述调节电压具有所述多个期望电压电平中的对应一个。
在若干实施例中，所述方法进一步包括：基于提供电池电压的DC-DC转换来产生所述多个调节电压。
在各种实施例中，所述多个调节电压中的每一个具有不同的电压电平。
附图说明
图1是根据一个实施例的移动设备的示意图。
图2是用于功率放大器的包络跟踪系统的一个实施方案的示意图。
图3A是包络跟踪系统的另一个实施例的示意图。
图3B是包络跟踪系统的另一个实施例的示意图。
图4是不同功率水平的信号波形的五个示例的电压与时间的曲线图。
图5A是功率放大器电源电压与输入功率的一个示例的曲线图。
图5B是用于信号波形的各种示例的功率附加效率(PAE)与输出功率的一个示例的曲线图。
图6A是功率放大器电源电压与输入功率的另一个示例的曲线图。
图6B是用于信号波形的各种示例的PAE与输出功率的另一个示例的曲线图。
图7是根据另一个实施例的移动设备的示意图。
图8是用于发射射频(RF)信号的通信系统的一个实施例的示意图。
图9是根据一个实施例的多电平电源(MLS)调制系统的示意图。
图10是根据一个实施例的MLS DC-DC转换器的示意图。
图11是用于MLS DC-DC转换的定时的一个示例的示意图。
图12是连续波信号的MLS包络跟踪的一个示例的示意图。
具体实施方式
下面某些实施例的详细描述呈现了特定实施例的各种描述。然而，本文描述的创新可以以多种不同的方式体现，例如，如权利要求书所定义和涵盖的。在本描述中，参考附图，其中相同的附图标记可以表示相同或功能相似的元素。应当理解的是，图中图示的元素不一定按比例绘制的。此外，应当理解的是，某些实施例可以包括比图中图示更多的元素和/或图中图示元素的子集。此外，一些实施例可以包括两张或多张图中的特征的任何适当组合。
包络跟踪是一种可用于通过相对于由功率放大器放大的射频(RF)信号的包络有效地控制功率放大器电源电压的电压电平来提高功率放大器的功率附加效率(PAE)的技术。因此，当RF信号的包络增加时，供应给功率放大器的电压可以增加。同样地，当RF信号的包络降低时，供应给功率放大器的电压可以降低以减少功耗。
包络跟踪可以包括包络信号跟随RF信号的快速变化瞬时功率的应用。在其他应用中，包络信号可以慢得多，例如，由RF信号的较长时间平均值决定。例如，通过符号跟踪使用符号时，与正交频分多路复用(OFDM)信号的快速变化瞬时功率相比，包络信号变化相对不频繁。例如，对于5G OFDM波形，瞬时功率可以在不到10ns内在峰值和波谷之间变化，而符号可以每16us改变。在某些实施方式中，包络信号可以基于RF信号的下一个即将到来的峰值，从而预测而不是跟随RF功率。
提供了具有调整电压阶跃的多级包络跟踪系统。在某些实施例中，提供了一种用于为功率放大器产生功率放大器电源电压的包络跟踪系统。该包络跟踪系统包括：输出多个调节电压的MLS DC-DC转换器；MLS调制器，其基于对应于由功率放大器放大的RF信号包络的包络信号，控制调节电压随时间的选择；以及耦接在MLS调制器的输出和功率放大器电源电压之间的调制器输出滤波器。包络跟踪系统还包括切换点适配电路，其配置为基于RF信号的功率水平控制由MLS DC-DC转换器输出的调节电压的电压电平。
通过基于RF信号的功率水平来控制调节电压的电压电平，可以实现提高的效率。例如，MLS DC-DC转换器的切换点可以基于RF信号的功率水平进行调整，以提供调节电压的预测性调整，从而在宽范围的信号功率上提高效率。
在某些实施方式中，切换点适配电路基于为特定传输时隙或帧指示的信号功率值来控制由MLS DC-DC转换器输出的调节电压。例如，在某些系统中，平均和/或峰值信号功率的量可以在(例如，由通信网络的基站指示的)传输时隙或帧之前知道，并且因此可以用于控制调节电压的电压电平。
多级包络跟踪系统的改进性能可以通过将离散电压电平大小适配于与在发射突发(burst)或帧期间设置的信号功率(例如，平均功率)相对应的合适的电压电平(例如，最小和最大电压值)来实现。这种跟踪可以针对广泛的发射场景，包括但不限于时分双工(TDD)。
因此，在某些实施方式中，功率放大器电源电压可以基于下一个突发或帧的预期峰值功率来控制，或者甚至在发射期间动态调整。通过以这种方式控制调节电压，可以减少所选择的电压阶跃的大小，以允许对功率放大器的电压进行更精细的跟踪。
例如，在发射开始之前，峰值到平均值和平均功率是已知的，并且该知识可以计算出所需的最大和最小电压。在某些实施方式中，用于MLS DC-DC转换器的调节电压中的每个的保持电荷的去耦电容器可以被预充电到对应电压。
通过以这种方式实现包络跟踪系统，可以在广泛的信号功率范围内，包括在回退(back off)或操作高和低峰值到平均值时，实现增强的包络跟踪精度。
在某些实施方式中，包络跟踪系统作为能够在多个电压之间切换的电源运行，以通过基带滤波器供给功率放大器。该电源被控制以产生多个不同的电压，这些电压与通过功率放大器的RF信号波形的幅值的调制带宽相比是静态的或固定的。此外，调节电压适配于功率放大器的功率需求(例如，平均功率)。
在某些实施方式中，来自MLS DC-DC转换器的调节电压由两个或多个MLS调制器处理，以产生两个或多个功率放大器的功率放大器电源电压。例如，载波聚合系统、多输入多输出(MIMO)系统和/或其他通信系统可以使用共享的MLS DC-DC转换器来操作。在某些实施方式中，切换点适配电路基于功率放大器放大的最大信号功率来控制调节电压。
例如，在MIMO或载波聚合的情况下，多个功率放大器路径同时运行，包络跟踪系统可以选择适合承载最大功率的功率放大器的电压大小。这有利地允许通过首先适配最高功率消耗的支路的电压来降低功耗。在某些应用中，通过对一个功率放大器使用单个调制器开关位置，并允许其他电压被调制器用于第二功率放大器，从而为一个功率放大器设置固定的供电是很有利的。
在某些实施方式中，数字预失真(DPD)系统基于功率放大器电源电压(Vcc)滤波器特性的知识和功率放大器响应的校准，预先计算电压设置并对RF进行预失真。
图1是根据一个实施例的移动设备70的示意图。移动设备70包括主天线1、分集天线2、主天线调谐电路3、分集天线调谐电路4、双刀双掷(DPDT)天线分集开关5、主前端模块6、分集前端模块7、电池8、MLS包络跟踪器9、收发器10、基带调制解调器11和应用处理器12。
尽管示出了移动设备的一个实施例，但本文的教导适用于以多种方式实现的移动设备。因此，其他实施方式也是可能的。
在图示的实施例中，主前端模块6包括第一功率放大器21、第二功率放大器22、第三功率放大器23、第四功率放大器24、第一低噪声放大器31、第二低噪声放大器32、第三低噪声放大器33、双信器42、发射/接收频带开关41、发射滤波器43、第一双工器45、第二双工器46、第三双工器47、第一接收滤波器51、第二接收滤波器52、第三接收滤波器53、第一定向耦合器59、以及第二定向耦合器60。此外，分集前端模块7包括第一低噪声放大器35、第二低噪声放大器36、第一接收滤波器55、第二接收滤波器56、第一接收频带选择开关61和第二接收频带选择开关62。
尽管示出了前端电路的一个实施例，但前端电路的其他实施方式是可能的。例如，前端电路可以包括功率放大器(PA)、低噪声放大器(LNA)、滤波器、开关、移相器、双工器和/或用于处理从一个或多个天线发射和/或接收的RF信号的其他合适的电路。前端的示例功能包括但不限于：放大用于发射的信号、放大接收信号、滤波信号、在不同频带之间切换、在不同功率模式之间切换、在发射和接收模式之间切换、信号的双工、信号的多路复用(例如，双信或三工)、或其某种组合。
因此，可以使用主前端模块、分集接收前端模块、天线选择和/或天线调谐的其他实施方式。
如图1所示，MLS包络跟踪器9用于产生用于移动设备70中使用的功率放大器的一个或多个功率放大器电源电压，以放大用于无线发射的RF信号。在图示的实施例中，MLS包络跟踪器9从电池8接收电池电压VBATT，并产生用于第一功率放大器21的第一功率放大器电源电压VPA1以及用于第一功率放大器22的第二功率放大器电源电压VPA2。虽然示出了MLS包络跟踪器9产生两个功率放大器供应电压的示例，但MLS包络跟踪器9可以产生更多或更少的功率放大器供应电压。
MLS包络跟踪器9控制第一功率放大器电源电压VPA1，以跟踪由第一功率放大器21放大的第一RF信号的包络。此外，MLS包络跟踪器9控制第二功率放大器电源电压VPA2，以跟踪由第二功率放大器22放大的第二RF信号的包络。在某些实施方式中，MLS包络跟踪器9从基带调制解调器11接收一个或多个包络信号。例如，MLS包络跟踪器9可以接收指示第一RF信号包络的第一包络信号和指示第二RF信号包络的第二包络信号。包络信号可以是模拟的或数字的。
电池8可以是用于在移动装置70中使用的任何合适的电池，包括，例如，锂离子电池。电池电压VBATT由MLS包络跟踪器9的DC-DC转换器调节，以根据本文的教导产生用于多级包络跟踪的调节电压。
收发器10产生用于发射的RF信号，并处理从主天线1和分集天线2接收的输入RF信号。可以理解的是，与RF信号的发射和接收相关联的各种功能可以由在图1中共同表示为收发器10的一个或多个部件实现。在一个示例中，可以提供单独的部件(例如，单独的电路或晶片(die))来处理某些类型的RF信号。
基带调制解调器11向收发器10提供发射信号的数字表示，收发器10对其处理以产生用于发射的RF信号。基带调制解调器11还处理由收发器10提供的接收信号的数字表示。
如图1所示，基带调制解调器11耦接到应用处理器12，应用处理器12用于在移动设备70中提供主要应用处理。应用处理器12可以提供各种各样的功能，诸如提供适合支持应用的系统能力，包括但不限于存储器管理、图形处理和/或多媒体解码。
尽管移动设备70图示了包括多级包络跟踪器的RF系统的一个示例，但各种各样的RF系统可以包括根据本文教导实现的多级包络跟踪器。
图2-3B描绘了用于功率放大器的包络跟踪系统的各种实施例的示意图。然而，这里的教导适用于以多种方式实现的包络跟踪器。因此，其他实施方式也是可能的。
图2是用于功率放大器71的包络跟踪系统100的一个实施例的示意图。包络跟踪系统100包括MLS DC-DC转换器72、切换点适配电路75、MLS调制器81、以及调制器输出滤波器91。MLS DC-DC转换器72在这里也被称为切换调压器。
功率放大器71放大RF输入信号RFIN，以产生RF输出信号RFOUT。MLS调制器81接收包络信号(ENVELOPE)，该包络信号相对于RF输入信RFIN的包络变化。
在图示的实施例中，MLS DC-DC转换器72接收电池电压VBATT，并提供DC-DC转换以产生不同电压电平的各种调节电压VMLSa、VMLSb、VMLSc...VMLSn。虽然描述了四个MLS电压的示例，但MLS DC-DC转换器72可以产生如省略号所示的更多或更少的MLS电压。
MLS调制器81接收调节电压VMLSa、VMLSb、VMLSc...VMLSn和包络信号，并向调制器输出滤波器91提供调制器输出电压。在某些实施方式中，MLS调制器81基于包络信号、基于随时间选择合适的调节电压来控制输出的电压。例如，MLS调制器81可以包括一组开关，用于基于包络信号的值选择性地将调节电压VMLSa、VMLSb、VMLSc...VMLSn连接到调制器的输出。
调制器输出滤波器91对MLS调制器81的输出进行滤波，从而产生用于功率放大器71的功率放大器电源电压VPA。
如图2所示，包络跟踪系统100还包括切换点适配电路75，其基于RFIN信号的功率水平来控制一个或多个调节电压RFMLSa、VMLSb、VMLSc...VMLSn的电压电平。在某些实施方式中，切换点适配电路75控制用于调节的MLS DC-DC转换器72的脉冲宽度(参见例如图11)，从而控制调节的切换点和对应调节电压电平。
通过基于RFIN信号的功率水平来控制调节电压RFMLSa、VMLSb、VMLSc...VMLSn的电压电平，可以实现增强效率。例如，MLS DC-DC转换器72的切换点可以基于RF信号的功率水平来适配，从而允许调节电压的预测性调整，从而在宽信号功率范围上提高效率。
在某些实施方式中，切换点适配电路75基于在发射帧或时隙中指示的发送功率量来控制调节电压VMLSa、VMLSb、VMLSc...VMLSn的电压电平。例如，切换点适配电路75可以从基带调制解调器或其他合适的来源接收指示发射功率量的数据。
包络跟踪系统100非常适合于使用逐符号(symbol by symbol)跟踪的应用，这可以适用于高带宽调制。例如，当使用逐符号跟踪时，两个MLS电压可以以符号速率(例如，5G中的16us)连续地编程和使用。因此，MLS调制器81可以通过切换到新的电压保持电容器来改变用于产生功率放大器电源电压的电压。
图3A是用于功率放大器模块101的包络跟踪系统150的另一个实施例的示意图。包络跟踪系统150包括包络跟踪集成电路(IC)102、调制器输出滤波器104、包络整形电路105、包络信号调节电路106、切换点适配电路109、分别的第一至第四去耦电容器111-114、以及电感器117。
尽管图3A中示出了包络跟踪系统的一个实施例，但本文的教导适用于以各种各样的方式实现的包络跟踪系统。因此，其他实施方式也是可能的。
在图示的实施例中，包络跟踪IC 102包括MLS切换电路121、数字控制电路122、基带MLS调制器123和调制器控制电路124。图3A的包络跟踪IC 102被描绘成具有用于提供各种功能(诸如接收电池电压(VBATT)、从切换点适配电路109接收切换点适配数据、通过串行外围接口(SPI)通信、接收包络信号(ENVELOPE)、连接到去耦电容器111-114、以及连接到电感器117)的各种引脚或焊盘。包络跟踪IC在本文中也被称为包络跟踪半导体晶片或芯片。
MLS切换电路121控制通过电感器117的电流以提供电压调节。例如，MLS切换电路121可以包括开关和控制器，该控制器使用任何合适的调节方案(包括但不限于脉宽调制)接通和关断开关以提供DC-DC转换。在图示的实施例中，MLS切换电路121输出四个不同电压电平的稳定MLS电压。然而，MLS切换电路121可以被实现为输出更多或更少的调节电压。
如图3A所示，MLS切换电路121由数字控制电路122控制。数字控制电路122可以向MLS切换电路121、MLS调制器123和/或调制器控制电路124提供可编程性。如图3A所示，数字控制电路122耦接到SPI总线。在某些实施方式中，数字控制电路122基于通过SPI总线和/或其他芯片接口接收的数据来控制MLS切换电路121、MLS调制器123和/或调制器控制电路124。
基带MLS调制器123包括经过调制器输出滤波器104耦接到功率放大器电源电压VPA的输出。在某些实施方式中，基带MLS调制器123包括耦接在稳定MLS电压中的每个和调制器输出滤波器104之间的开关。此外，调制器的开关基于包络信号由调制器控制器124选择性地断开或闭合。
在图示的实施例中，调制器输出滤波器104包括第一串联电感器127、第二串联电感器128、第一并联电容器125和第二并联电容器126。尽管在图3A中描绘了调制器输出滤波器的示例实施方式，但本文的教导适用于以各种各样的方式实现的调制器输出滤波器。因此，根据本文的教导，可以使用滤波器的其他实施方式。
在某些实施方式中，滤波器的一个或多个部件是可控的(例如，数字可编程和/或模拟调谐)，以提供增强的灵活性和/或可配置性。例如，在图示的实施例中，第一并联电容器125和第二并联电容器126具有可控制的电容值。虽然示出了可控滤波器元件的两个示例，但其他滤波器部件也可以附加地或替代地实现可控。
在图示的实施例中，功率放大器模块101包括功率放大器107和电源电压滤波器108。电源电压滤波器108包括串联电感133、第一并联电容器131和第二并联电容器132。虽然示出了功率放大器模块的一种实施方案，但本文的教导适用于以各种各样的方式实现的功率放大器模块。因此，其他实施方式也是可能的。
如图3A所示，切换点适配电路109包括功率估计电路141、电压估计电路142和MLS编程电路143。功率估计电路141运行以估计RF信号RFIN的信号功率。在某些实施方式中，功率估计电路141接收指示与特定发射帧或时隙相关的信号功率的数字数据。
电压估计电路142操作以基于估计的功率估计MLS切换电路121的一个或多个稳定输出电压的期望电压电平。MLS编程电路143操作以基于估计电压对MLS切换电路121编程。在图示的实施例中，MLS切换电路121是在与SPI总线分开的接口上被编程。在另一个实施例中，切换点适配电路109在SPI总线和/或其他公共接口上将MLS切换电路121编程到包络跟踪IC 102。
虽然示出了切换点适配电路的一个实施例，但本文的教导适用于以各种各样的方式实现的切换点适配电路。
图3B是包络跟踪系统160的另一个实施例的示意图。包络跟踪系统160包括包络跟踪IC 152、第一调制器输出滤波器104a、第二调制器输出滤波器104b、第一包络整形电路105a、第二包络整形电路105b、第一包络信号调节电路106a、第二包络信号调节电路106b、切换点适配电路109、第一至第四去耦电容器分别是111-114、以及电感器117。包络跟踪系统160产生用于第一功率放大器模块101a的第一功率放大器电源电压VPA1，以及用于第二功率放大器模块101b的第二功率放大器电源电压VPA2。
在图示的实施例中，包络跟踪IC 152包括MLS切换电路121、数字控制电路122、第一基带MLS调制器123a、第二基带MLS调制器123b、第一调制器控制电路124a、以及第二调制器控制电路124b。
图3B的包络跟踪系统160类似于图3A的包络跟踪系统150，除了包络跟踪系统160图示了一种实施方式，其中公共或共享的MLS DC-DC转换器与多个调制器结合使用，以产生多个功率放大器电源电压。
在某些实施方式中，来自MLS DC-DC转换器的调节电压由两个或多个MLS调制器处理，以产生两个或多个功率放大器的功率放大器电源电压。在某些实施方式中，切换点适配电路基于由功率放大器放大的最大信号功率来控制调节电压。
图4是不同功率水平的信号波形的五个示例的电压与时间的曲线图。图示的示例被描绘用于具有30MHz电源滤波器带宽的五个电平的MCS020MHz WLAN的波形。
如图4所示，该示例中的5个电压电平是基于信号的幅值来设置的，使得电压电平的最小和最大与时间变化的波形相匹配。例如，图4描绘了对于5个不同的平均功率、跟踪幅值对时间的脉冲的5个不同的电压大小。
图5A是功率放大器电源电压与输入功率的一个示例的曲线图。该示例示出了没有适配的电压表的24dBm功率的电压大小。电压阶跃在1.7V和5.5V之间，其中5.5V对应于35dBm的最大峰值功率，满足典型LTE波形的30.5dBm平均输出功率。
图5B是用于信号波形的各种示例的功率附加效率(PAE)与输出功率的一个示例的曲线图。
在x轴上为每个功率选择单个电压，导致在每个功率处为给定电压选择效率曲线。为每个功率选择的单个电压的组合绘制出锯齿状的叠加效率曲线，该曲线表示系统的可实现的功率放大器效率。
该示例示出了各种波形的结果，在24dBm处功率放大器效率平均约为35％。
图6A是功率放大器电源电压对输入功率的另一个示例的曲线图。该示例示出了具有适配电压阶跃的一个示例的功率为24dBm的电压大小。电压阶跃在1.7V和2.7V之间，其中，2.7V对应于28.5dBm的最大峰值功率，满足典型LTE波形的24dBm平均输出功率。
图6B是信号波形的各种示例的PAE对输出功率的另一个示例的曲线图。该示例示出了各种波形的结果，其中在24dBm处功率放大器效率平均约为42％。这是与图5B相关联的35％效率数字的显著改进。通过选择精确适应24dBm平均发射功率的较低电压，可实现的功率放大器效率得到显著提高。
图7是根据另一实施例的移动设备800的示意图。移动设备800包括基带系统801、收发器802、前端系统803、天线804、功率管理系统805、存储器806、用户接口807和电池808。
移动设备800可以使用各种各样通信技术进行通信，包括但不限于2G、3G、4G(LTE、LTE升级(LTE Advanced)以及LTE升级专业(LTE-Advanced Pro)1)、5G NR、WLAN(例如，WiFi)、WPAN(例如，蓝牙和ZigBee)、WMAN(例如，WiMax)和/或GPS技术。
收发器802生成用于发射的RF信号并且处理从天线804接收的传入RF信号。应当理解的是，与RF信号的发射和接收相关联的各种功能可通过在图8整体表示为收发器802的一个或多个部件来获得。在一示例中，不同的部件(例如，不同的电路或芯片)可被提供以用于处理特定类型的RF信号。
前端系统803辅助调节发射到天线804和/或从天线804接收的信号。在图示的实施例中，前端系统803包括移相器810、功率放大器(PA)811、低噪声放大器(LNA)812、滤波器813、开关814以及双工器815。然而，其他实施方式也是可能的。
例如，前端系统803可以提供一些功能，包括但不限于放大用于发射的信号、放大接收的信号、对信号进行滤波、在不同频带之间切换、在不同功率模式之间切换、在发射和接收模式之间切换、信号的双工、信号的复用(例如，双信或三工)、或其一些组合。
在某些实施方式中，移动设备800支持载波聚合，从而提供灵活性以增加峰值数据速率。载波聚合可用于频分双工(FDD)和时分双工(TDD)两者，并且可用于聚合多个载波或信道道。载波聚合包括连续聚合，其中具有相同操作频带的连续载波被聚合。载波聚合也可以是非连续的，并且可以包括在公共频带或不同频带中在频率上分隔的载波。
天线804可以包括用于各种各样类型的通信的天线。例如，天线804可以包括相关联的发射和/或接收与各种各样的频率和通信标准相关的信号的天线。
在某些实施方式中，天线804支持MIMO通信和/或切换分集通信。例如，MIMO通信经由单射频信道使用多个天线来传送多个数据流。MIMO通信得益于由无线电环境的空间复用差异导致的更高信噪比、改进的编码和/或降低的信号干扰。切换分集指的是选择特定天线以在特定时间进行操作的通信。例如，开关可被用于基于各种因素，诸如观测到的误码率和/或信号强度指示符从天线组中选择特定天线。
在某些实施方式中，移动设备800可以用波束成形进行操作。例如，前端系统803可以包括具有由收发器802控制的可变相位的移相器。此外，移相器被控制以提供用于使用天线804的信号的发射和/或接收的波束形成和方向性。例如，在信号发射的情形下，提供给天线804的发射信号的相位被控制，使得来自天线804的辐射信号使用相长干涉和相消干涉相结合，以产生展示具有在给定方向上传播的更多信号强度的类似波束质量的聚合发射信号。在信号接收的情况下，控制相位使得当信号从特定方向到达天线804时接收更多的信号能量。在某些实施方式中，天线804包括一个或多个天线元件阵列以增强波束成形。
基带系统801耦接至用户接口807，以便于处理各种用户输入和输出(I/O)，诸如声音和数据。基带系统801提供具有发射信号的数字表示的收发器802，收发器802处理该数字表示以生成用于发射的RF信号。基带系统801也处理由收发器802提供的接收信号的数字表示。如图7所示，基带系统801耦接到存储器806，以便于移动装置800的操作。
存储器806可用于各种各样目的，例如存储数据和/或指令以便于移动设备800的操作和/或提供用户信息的存储。
功率管理系统805提供移动设备800的多个功率管理功能。功率管理系统805可以包括根据本申请的一个或多个特征实现的MLS包络器860。
如图7所示，功率管理系统805从电池808接收电池电压。电池808可以是用于移动装置800的任何合适的电池，包括例如锂离子电池。
图8是用于发射RF信号的通信系统950的一个实施例的示意图。通信系统950包括电池901、MLS包络跟踪器902、功率放大器903、定向耦合器904、双工和切换电路905、天线906、基带处理器907、信号延迟电路908、数字预失真(DPD)电路909、I/Q调制器910、观测接收器911、互调检测电路912、包络延迟电路921、坐标旋转数字计算(CORDIC)电路922、整形电路923、数模转换器924、以及重构滤波器925。
图8的通信系统950说明了RF系统的一个示例，该RF系统可以包括根据本申请的一个或多个特征实现的包络跟踪系统。然而，本文的教导适用于以各种各样的方式实现的RF系统。
基带处理器907操作以产生同相(I)信号和正交相位(Q)信号，其对应于正弦波的信号分量或期望振幅、频率和相位的信号。例如，I信号和Q信号提供了正弦波的等效表示。在某些实施方式中，I和Q信号以数字格式输出。基带处理器907可以是用于处理基带信号的任何合适的处理器。例如，基带处理器907可以包括数字信号处理器、微处理器、可编程核心、或其任何组合。
信号延迟电路908向I和Q信号提供可调节的延迟，以帮助控制提供给MLS包络跟踪器902的差分包络信号ENV_p、ENV_n和提供给功率放大器903的RF信号RFIN之间的相对对准。信号延迟电路908提供的延迟量是基于互调检测电路912检测到的相邻频带的互调量来控制的。
DPD电路909操作以向来自信号延迟电路908的延迟I和Q信号提供数字整形，以产生数字预失真I和Q信号。在图示的实施例中，由DPD电路909提供的DPD是基于由互调检测电路912检测到的互调量来控制的。DPD电路909用于减少功率放大器903的失真和/或提高功率放大器903的效率。
I/Q调制器910接收数字预失真I和Q信号，其被处理以产生RF信号RFIN。例如，I/Q调制器910可以包括配置为将数字预失真I和Q信号转换为模拟格式的DAC、用于将模拟I和Q信号上变频为射频的混频器、以及用于将上变频的I和Q信号组合为RF信号RFIN的信号合成器。在某些实施方式中，I/Q调制器910可以包括配置为滤波其中处理的信号的频率内容的一个或多个滤波器。
包络延迟电路921延迟来自基带处理器907的I和Q信号。此外，CORDIC电路922处理延迟的I和Q信号以产生表示RF信号RFIN的包络的数字包络信号。尽管图8图示了使用CORDIC电路922的实施方式，但包络信号也可以通过其他方式获得。
整形电路923操作以整形数字包络信号以增强通信系统950的性能。在某些实施方式中，整形电路923包括整形表，该整形表将数字包络信号的每个电平映射到对应的整形包络信号电平。包络整形可以帮助控制功率放大器903的线性度、失真和/或效率。
在图示的实施例中，成型包络信号是由DAC 924转换为差分模拟包络信号的数字信号。此外，差分模拟包络信号由重构滤波器925滤波，以产生适合由MLS包络跟踪器902的差分包络放大器使用的差分包络信号ENV_p、ENV_n。在某些实施方式中，重构滤波器925包括差分低通滤波器。
尽管示出了包络信号的一个示例，但本文的教导适用于以多种方式实现的包络信号。例如，在另一个示例中，省略了DAC 924和重构滤波器925，以有利于向MLS包络跟踪器902提供数字包络数据。
继续参考图8，MLS包络跟踪器902接收来自重构滤波器925的包络信号和来自电池901的电池电压VBATT，并使用差分包络信号ENV_p、ENV_n来生成用于功率放大器903的功率放大器电源电压VCC_PA。在这个示例中，功率放大器903从I/Q调制器910接收RF信号RFIN，并经过双工和切换电路905向天线906提供放大的RF信号RFOUT。
定向耦合器904位于功率放大器903的输出以及双工和切换电路905的输入之间，从而允许测量不包括双工和切换电路905的插入损耗的功率放大器903的输出功率。来自定向耦合器904的感应输出信号被提供给观测接收器911，观测接收器911可以包括用于提供下变频以产生下变频的I和Q信号的混频器，以及从下变频I和Q信号产生I和Q观测信号的DAC。
互调检测电路912确定I和Q观察信号与来自基带处理器907的I和Q信号之间的互调产物。此外，互调检测电路912控制由DPD电路909提供的DPD和/或信号延迟电路908的延迟，以控制差分包络信号ENV_p、ENV_n和RF信号RFIN之间的相对对准。在另一个实施例中，互调检测电路912附加地或替代地控制信号延迟电路921的延迟。
通过包括来自功率放大器903的输出和基带的反馈路径，I和Q信号可以被动态地调整以优化通信系统950的操作。例如，以这种方式配置通信系统950可以帮助提供功率控制、补偿发射器的损伤和/或执行DPD。
尽管图示为单级，但功率放大器903可以包括一个或多个级。此外，本文的教导适用于包括多个功率放大器的通信系统。
图9是根据一个实施例的MLS调制系统1050的示意图。MLS调制系统1050包括调制器控制电路1020、MLS DC-DC转换器1025、调制器开关组1027和去耦电容器组1030。
图9的MLS调制系统1050图示了适合并入多级包络跟踪器的MLS调制器电路的一种实施方式。然而，MLS调制器电路的其他实施方式可以包括在根据本文的教导实现的多级包络跟踪器中。
MLS DC-DC转换器1025基于提供电池电压VBATT的DC-DC转换，产生第一调节电压VMLS1、第二调节电压VMLS2和第三调节电压VMLS3。虽然显示了具有三个调节电压的示例，但MLSDC-DC转换器1025可以产生更多或更少的调节电压。在某些实施方式中，相对于电池电压VBATT，调节电压中的至少有一部分被升高。附加地或替代地，一个或多个调节电压是具有低于电池电压VBATT电压的降压电压。
去耦电容器组1030有助于稳定由MLS DC-DC转换器1025产生的调节电压。例如，图9的去耦电容器组1030包括用于去耦第一调节电压VMLS1的第一去耦电容器1031，用于去耦第二调节电压VMLS2的第二去耦电容器1032、以及用于去耦第三调节电压VMLS3的第三去耦电容器1033。
继续参考图9，调制器开关组1027包括连接在调制器的输出(MODOUT)和第一调节电压VMLS1之间的第一开关1041、连接在调制器的输出和第二调节电压VMLS2之间的第二开关1042、以及连接在调制器的输出和第三调节电压VMLS3之间的第三开关1043。调制器控制1020操作以选择性断开或闭合开关1041-1043，从而控制调制器的输出。
图10是根据一个实施例的MLS DC-DC转换器1073的示意图。MLS DC-DC转换器1073包括电感1075、第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4、第五开关S5和第六开关S6。MLS DC-DC转换器1073进一步包括用于断开或闭合开关以提供调节的控制电路(图10中未示出)。
图10的MLS DC-DC转换器1073图示了适合并入多级包络跟踪器的MLS DC-DC转换器的一种实施方式。然而，MLS DC-to-DC转换器的其他实施方式可以包括在根据本文的教导实现的多级包络跟踪器中。
在图示的实施例中，第一开关S1包括电连接到电池电压VBATT的第一端、以及电连接到第二开关S2的第一端和电感器1075的第一端的第二端。第二开关S2进一步包括电连接到第一或接地电源VGND的第二端。虽然图10图示了使用接地电源和电池电压供电的DC-DC转换器的配置，但本文的教导适用于使用任何合适的电源供电的DC-DC转换器。电感器1075进一步包括电连接到第三至第六开关S3-S6中的每一个的第一端的第二端。第三开关S3进一步包括电连接到接地电源VGND的第二端。第四、第五和第六开关S4-S6各包括配置为分别产生第一、第二和第三调节电压VMLS1、VMLS2和VMLS3的第二端。
第一至第六开关S1-S6被选择性地断开或闭合，以将调节电压维持在目标电压电平的特定误差容限内。虽然显示了具有三个调节电压的示例，但MLS DC-DC转换器1073可以被实现以产生更多或更少的调节电压。
在图示的实施例中，MLS DC-DC转换器1073作为降压-升压转换器操作，该降压-升压转换器可操作以产生大于电池电压VBATT的调节升压电压和/或低于电池电压VBATT的调节降压电压。然而，其他实施方式是可能的。
图11是用于MLS DC-to-DC转换的定时的一个示例的示意图。如图11所示，调节周期的宽度可用于控制由MLS DC-DC转换产生的调节电压的电压电平。例如，一个MLS调节电压可以与周期t1相关联，而第二个调节电压可以与不同的周期t2相关联。此外，非重叠的周期tovlp可以用来避免不同电压电平之间的交叉电流(crowbar current)。
在本文的某些实施方式中，一个或多个调节周期(例如，t1和/或t2)和/或一个或多个非重叠周期(例如，tovlop)是数字可控制的。在某些实施方式中，延迟是基于数字状态机和/或其他合适的电路来控制。
由MLS DC-DC转换产生的调节电压可由调制器选择性地提供给调制器输出滤波器。在图示示例中，调制器输出滤波器被描绘为包括并联电容器C1和C2以及串联电感器L1和L2。然而，调制器输出滤波器的其他实施方式也是可能的。
图12是连续波信号的MLS包络跟踪的一个示例的示意图。所示的示例是针对具有约100MHz的频率和约10ns的对应周期的连续波信号。示出了用于信号的合适MLS电压电平的示例。
总结
上面描述的一些实施例已经提供了与移动设备有关的示例。然而，实施例的原理和优点可用于需要包络跟踪的任何其他系统或装置。
除非上下文另有明确要求，否则在整个说明书和权利要求书中，与排他或排他意义相反地，单词“包括”、“包括了”和类似单词以包括性意义来理解；也就是说，在“包括，但不限定于”的意义中。如本文通常使用的，单词“耦接”指的是两个或更多元件可直接连接或通过一个或多个中间元件的方式连接。类似地，如本文通常使用的，单词“连接”指的是两个或更多元件两个或更多元件可直接连接或通过一个或多个中间元件的方式连接。另外，当在本申请中适用，单词“本文中”、“以上”、“以下”和相似含义的单词，应该指的是作为整体的本申请而非本申请的任意特定部分。当上下文允许时，在使用单数或复数的以上详细说明的单词也可分别包括单数或复数。提及两个或更多项目的列表时的措词“或”，此措词涵盖该措词的所有以下解释：列表中的任何项目、列表中的所有项目、列表中项目的任何组合。
此外，除非另外说明或在上下文内理解而使用，本文使用的条件语言诸如，其中，“可”“可能”“可(might)”“可以”“例”“例如”“诸如”和类似语言通常旨在表达某些实施例包括而其它实施例不包括某些特征、元件和/或状态。因此，这种条件语言通常不旨在暗示特征、元素和/或状态是一个或多个实施例以任何方式所必需的，或者一个或多个实施例必须包括用于在有或没有作者输入或提示的情况下，决定这些特征、元素和/或状态是否被包括或在任何特定实施例中执行的逻辑。
以上对本发明实施例的详细描述并非旨在穷举或将本发明限制为以上公开的精确形式。虽然以上出于说明性目的描述了本发明的特定实施例和示例，但是如相关领域的技术人员将认识到的，在本发明的范围内各种等效修改是可能的。例如，虽然流程或块是以给定的顺序呈现，但替代实施例可以以不同的顺序执行具有步骤的例程，或采用具有块的系统，并且一些流程或块可以被删除、移动、添加、细分、组合和/或修改。这些流程或块中的每一个都可以用各种不同的方式来实现。另外，虽然流程或块有时示为串行执行，但这些流程或块反而可以并行执行，或者可以在不同时间执行。
本文提供的本发明的教导可以应用于其他系统，不一定是上述系统。上述各种实施例的元件和行为可以结合起来，以提供进一步的实施例。
尽管已描述了本发明某些实施例，但是这些实施例仅以示例的方式呈现，且并非旨在限定本申请的范围。实际上，本文说明的新型方法和系统也可以各种其它行使而实现；此外，可以以本文描述的方法和系统的形式来作出各种省略、替换和改变而不偏离本申请的精神。所附的权利要求和其等效物旨在覆盖会落入本申请的范围和精神的形式或修改。

Claims (20)

1.一种包络跟踪系统，包括：
功率放大器，配置为放大射频信号并从功率放大器电源电压中接收功率；以及
包络跟踪器，配置为基于与所述射频信号的包络对应的包络信号产生所述功率放大器电源电压，所述包络跟踪器包括配置为输出多个调节电压的DC-DC转换器、配置为根据多个调节电压和包络信号控制功率放大器电源电压的调制器、以及配置为基于所述射频信号的功率水平来控制所述多个调节电压中至少一个的电压电平的切换点适配电路。
2.根据权利要求1所述的包络跟踪系统，其中，所述切换点适配电路配置为基于所述射频信号的功率水平来控制所述多个调节电压中的每个的电压电平。
3.根据权利要求1所述的包络跟踪系统，其中，所述切换点适配电路包括功率估计电路，所述功率估计电路配置为基于发射帧或发射符号中的至少一个的信号功率值来估计所述射频信号的所述功率水平。
4.根据权利要求3所述的包络跟踪系统，其中，所述信号功率值指示平均功率。
5.根据权利要求3所述的包络跟踪系统，其中，所述信号功率值指示峰值功率。
6.根据权利要求3所述的包络跟踪系统，其中，所述切换点适配电路进一步包括电压估计电路，所述电压估计电路配置为估计与所述信号功率值相关联的多个期望电压电平。
7.根据权利要求6所述的包络跟踪系统，其中，所述切换点适配电路进一步包括编程电路，所述编程电路配置为控制所述DC-DC转换器，以输出所述多个调节电压，每个调节电压具有所述多个期望电压电平中的对应一个。
8.根据权利要求1所述的包络跟踪系统，包括：两个或多个功率放大器，配置为放大两个或多个射频信号，所述包络跟踪器包括两个或多个调制器，每个调制器配置为接收所述多个调节电压并提供调制以产生用于所述两个或多个功率放大器中对应一个的电源电压。
9.根据权利要求8所述的包络跟踪系统，其中，所述切换点适配电路配置为基于所述两个或多个射频信号的最大功率水平来控制电压电平。
10.根据权利要求1所述的包络跟踪系统，其中，所述多个调节电压中的每一个具有不同的电压电平。
11.根据权利要求1所述的包络跟踪系统，其中，所述调制器包括多个开关，每个开关耦接在所述调制器的输出和所述多个调节电压中的对应一个之间。
12.根据权利要求1所述的包络跟踪系统，进一步包括：连接在所述调制器的输出和所述功率放大器电源电压之间的调制器输出滤波器，所述调制器输出滤波器包括至少一个串联电感器和至少一个并联电容器。
13.一种移动设备，包括：
收发器，配置为产生射频发射信号；
前端电路，包括配置为放大所述射频发射信号并从功率放大器电源电压接收功率的功率放大器；以及
功率管理电路，包括配置为基于与所述射频发射信号的包络对应的包络信号来产生所述功率放大器电源电压的包络跟踪器，所述包络跟踪器包括配置为输出多个调节电压的DC-DC转换器、配置为基于所述多个调节电压和所述包络信号来控制所述功率放大器电源电压的调制器、以及配置为基于所述射频发射信号的功率水平来控制多个调节电压中至少一个的电压水平的切换点适配电路。
14.根据权利要求13所述的移动设备，其中，所述切换点适配电路包括功率估计电路，所述功率估计电路配置为基于发射帧或发射符号中至少一个的信号功率值来估计所述射频发射信号的功率水平。
15.根据权利要求14所述的移动设备，其中，所述切换点适配电路进一步包括电压估计电路，所述电压估计电路配置为估计与所述信号功率值相关联的多个期望电压电平。
16.根据权利要求15所述的移动设备，其中，所述切换点适配电路进一步包括编程电路，所述编程电路配置为控制所述DC-DC转换器以输出所述多个调节电压，每个调节电压具有所述多个期望电压电平中的对应一个。
17.根据权利要求13所述的移动设备，包括：两个或多个功率放大器，配置为放大两个或多个射频发射信号，所述包络跟踪器包括两个或多个调制器，每个调制器配置为接收所述多个调节电压并提供调制以产生用于所述两个或多个功率放大器中对应一个的电源电压。
18.根据权利要求17所述的移动设备，其中，所述切换点适配电路配置为基于所述两个或多个射频发射信号的最大功率水平来控制电压电平。
19.一种包络跟踪的方法，所述方法包括：
使用功率放大器放大射频信号；
使用功率放大器电源电压向所述功率放大器供电；
从DC-DC转换器输出多个调节电压；
使用调制器基于所述多个调节电压和包络信号来控制所述功率放大器电源电压，所述包络信号对应于射频信号的包络；以及
基于所述射频信号的功率水平来控制所述多个调节电压中至少一个的电压电平。
20.根据权利要求19所述的方法，进一步包括：基于发射帧或发射符号中的至少一个的信号功率值来估计所述射频信号的功率水平，以及，估计与所述信号功率值相关联的多个期望电压电平。
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