CN114915272A - 负载调制的多尔蒂功率放大器 - Google Patents

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Abstract

本文提供负载经调制的多尔蒂功率放大器。在某些实施例中，负载经调制的多尔蒂功率放大器包括组合器、载波放大器、峰值放大器、负载调制放大器和射频(RF)输出端口，该载波放大器具有与组合器的第一端子耦接的输出端，该峰值放大器具有与组合器的第二端子耦接的输出端，该负载调制放大器具有与组合器的第三端子耦接的输出端，该射频(RF)输出端口与组合器的第四端子耦接并且提供RF输出信号。峰值放大器可操作为以第一功率阈值激活而负载调制放大器可操作为以第二功率阈值激活，来将载波放大器和峰值放大器的负载调低。

Description

负载调制的多尔蒂功率放大器
技术领域
本发明的各实施例涉及电子系统，且特别涉及一种射频(RF)电子装置。
背景技术
功率放大器在RF通信系统中使用以放大用于经由天线发射的RF信号。
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、客户端装置(CPE)、笔记本电脑和可穿戴电子装置。例如，在使用蜂窝标准、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信号的频率在约30kHz至300GHz的范围内，例如用于第五代(5G)通信标准的频率范围1(FR1)的约425MHz至约7.125GHz的范围内或者在用于5G通信标准的频率范围2(FR2)的约24.250GHz至约52.600GHz的范围内。
发明内容
在某些实施例中，本申请涉及功率放大器系统。该功率放大器系统包括组合器，该组合器包括第一端子、第二端子、第三端子和第四端子，该组合器设置为从第四端子提供射频输出信号。该功率放大器系统还包括载波放大器、峰值放大器(peaking amplifier)和负载调制放大器，该载波放大器包括与组合器的第一端子耦接的输出端，该峰值放大器包括与组合器的第二端子耦接的输出端，该负载调制放大器包括与组合器的第三端子耦接的输出端。
在一些实施例中，峰值放大器设置为以第一功率阈值激活，并且负载调制放大器配置为以大于该第一功率阈值的第二功率阈值激活。根据各种实施例，当被激活时，负载调制功率放大器可操作为将载波放大器和峰值放大器的负载调低。依照若干实施例，载波放大器包括设置为监测载波放大器饱和度的量的饱和度检测器，该饱和度检测器可操作为控制峰值放大器的激活以及控制负载调制放大器的激活。根据多个实施例，载波放大器包括AB类偏置电路，峰值放大器包括第一C类偏置电路，并且负载调制放大器包括第二C类偏置电路。
在各种实施例中，负载调制放大器包括共发共基(cascode，共源共栅)放大器级。根据多个实施例，载波放大器包括第一共发射极放大器级，并且峰值放大器包括第二共发射极放大器级。
在若干实施例中，组合器是混合耦合器，第一端子对应于零度端口，第二端子对应于九十度端口，第三端子对应于隔离端口，并且第四端子对应于公共端口。
在一些实施例中，功率放大器系统还包括设置为将射频输入信号分离成多个输入信号分量的输入分离器，多个输入信号分量包括提供至载波放大器的输入端的第一输入信号分量和提供至峰值放大器的输入端的第二输入信号分量。根据多个实施例，多个输入信号分量还包括提供至负载调制放大器的输入端的第三输入信号分量。
在某些实施例中，本申请涉及移动装置。该移动装置包括配置为发射射频输出信号的天线和前端系统。该前端系统包括功率放大器系统，该功率放大器系统包括组合器、载波放大器、峰值放大器和负载调制放大器，该载波放大器具有与组合器的第一端子耦接的输出端，该峰值放大器具有与组合器的第二端子耦接的输出端，并且该负载调制放大器具有与组合器的第三端子耦接的输出端，该组合器设置为在第四端子提供射频输出信号。
在各种实施例中，峰值放大器设置为以第一功率阈值激活，并且负载调制放大器设置为以大于该第一功率阈值的第二功率阈值激活。根据若干实施例，当被激活时，负载调制功率放大器可操作为将载波放大器和峰值放大器的负载调低。根据一些实施例，载波放大器包括设置为监测载波放大器饱和度的量的饱和度检测器，该饱和度检测器则可操作以控制峰值放大器的激活和控制负载调制放大器的激活。根据多个实施例，载波放大器包括AB类偏置电路，峰值放大器包括第一C类偏置电路，并且负载调制放大器包括第二C类偏置电路。
在各种实施例中，负载调制放大器包括cascode放大器级。根据若干实施例，载波放大器包括第一共发射极放大器级，并且峰值放大器包括第二共发射极放大器级。
在多个实施例中，组合器是混合耦合器，第一端子对应于零度端口，第二端子对应于九十度端口，第三端子对应于隔离端口，并且第四端子对应于公共端口。
在若干实施例中，移动装置包括设置为将射频输入信号分离成多个输入信号分量的输入分离器，多个输入信号分量包括提供至载波放大器的输入端的第一输入信号分量和提供至峰值放大器的输入端的第二输入信号分量。根据多个实施例，多个输入信号分量还包括提供至负载调制放大器的输入端的第三输入信号分量。
在某些实施例中，本申请涉及在移动电话中进行放大的方法。该方法包括：从载波放大器的输出端向组合器的第一端子提供第一射频信号，从峰值放大器的输出端向组合器的第二端子提供第二射频信号，从负载调制放大器的输出端向组合器的第三端子提供第三射频信号，且使用组合器将该第一射频信号、该第二射频信号和该第三射频信号组合以生成射频输出信号并且在组合器的第四端子提供射频输出信号。
在各种实施例中，该方法还包括以第一功率阈值激活峰值放大器，并且以大于该第一功率阈值的第二功率阈值激活负载调制放大器。根据多个实施例，激活负载调制放大器包括将载波放大器和峰值放大器的负载调低。
附图说明
下面通过非限制性示例参考附图来描述本申请的各实施例。
图1是负载调制的多尔蒂功率放大器的一个实施例的示意图。
图2是负载调制的多尔蒂功率放大器的另一个实施例的示意图。
图3是负载调制的多尔蒂功率放大器的另一个实施例的示意图。
图4是负载调制的多尔蒂功率放大器的另一个实施例的示意图。
图5是负载调制的多尔蒂功率放大器的另一个实施例的示意图。
图6是负载调制的多尔蒂功率放大器的另一个实施例的示意图。
图7是负载调制的多尔蒂功率放大器的增益对输出功率的一个示例的曲线图。
图8是负载调制的多尔蒂功率放大器的功率附加效率(PAE)对输出功率的一个示例的曲线图。
图9是负载调制的多尔蒂功率放大器的PAE对输出功率的另一个示例的曲线图。
图10是移动装置的一个实施例的示意图。
图11是根据另一个实施例的功率放大器系统的示意图。
图12A是封装模块一个实施例的示意图。
图12B是沿线12B-12B截取的图12A的封装模块横截面的示意图。
具体实施方式
以下对某些实施例的详细说明呈现了特定实施例的各种说明。然而，本文描述的创新可以通过众多不同方式，例如，如权利要求书限定和覆盖的那样来实现。在本说明书中，参考附图，其中相同的参考标记可指示相同或功能相似的元件。将理解，附图中图示的元件不一定成比例绘制。此外，将理解，某些实施例可包括比附图中图示的和/或附图中图示的元件的子集更多的元件。此外，一些实施例可并入来自两个或更多个附图的特征的任何合适的组合。
功率放大器的线性度与功率放大器内的增益压缩水平直接相关。因此，可为定义可接受的线性度的目标负载阻抗的固定电源电压设计功率放大器。
在诸如移动手持终端这样的某些应用中，操作环境导致向功率放大器呈现的负载出现相对大的变化。例如，天线的电压驻波比(VSWR)以及由此功率放大器的负载可基于移动手持终端的操纵而变化。负载变化会降低功率放大器线性度和/或频谱性能。
功率放大器的一种类型是多尔蒂功率放大器，其包括主放大器或载波放大器以及辅放大器或峰值放大器，彼此组合进行操作以放大RF信号。多尔蒂功率放大器将来自载波放大器的载波信号和来自峰值放大器的峰值信号组合从而生成经放大的RF输出信号。在某些实施方式中，载波放大器在宽范围的功率水平(例如，通过AB类偏置电路)内使能而峰值放大器在高功率水平选择性地(例如，通过C类偏置电路)使能。
对于非常高的峰均比(peak-to-average ratio，PAPR)波形和/或当输出功率没有很好地以在依赖于放大器的功率的效率曲线的峰值为中心时，这样的多尔蒂功率放大器以6dB功率回退(back-off)高效地进行操作，但是在更低的功率水平却遭遇低效。例如，具有高PAPR(例如，5G波形)的高级调制方案要求放大器在离最大饱和度输出功率(Psat)若干dB下操作以维持线性度。
此外，在存在负载变化时，多尔蒂功率放大器的线性度尤其容易劣化。例如，载波放大器的幅值失真(AM/AM)是负载VSWR的函数而峰值放大器的AM/AM是输入功率的函数，输入功率通常与负载VSWR不相关。
本文提供负载调制的多尔蒂功率放大器。在某些实施例中，负载调制的多尔蒂功率放大器包括组合器、载波放大器、峰值放大器、负载调制放大器和RF输出端口，该载波放大器具有与组合器的第一端子耦接的输出端，该峰值放大器具有与组合器的第二端子耦接的输出端，该负载调制放大器具有与组合器的第三端子耦接的输出端，并且该RF输出端口与组合器的第四端子耦接并且提供RF输出信号。峰值放大器可操作为以第一功率阈值激活而负载调制放大器可操作为以第二功率阈值激活从而将载波放大器和峰值放大器的负载调低。
例如，在一个实施方式中，仅载波放大器被激活上升至约24dBm的输入信号功率。另外，载波放大器和峰值放大器两者都被从约24dBm激活至30dBm的输入信号功率并且以多尔蒂模式(作为多尔蒂放大器)进行操作。此外，负载调制放大器被激活高于约30dBm的输入信号功率并且多尔蒂放大器的负载被减小使得输出功率增加。
这样的负载经调制的多尔蒂功率放大器可在宽动态范围内以极高的功率附加效率(PAE)进行操作。在一个示例中，在高于9dB动态范围内实现了超过58％的额定PAE。
除了在宽的动态范围内提供高PAE之外，负载调制的多尔蒂功率放大器还表现出许多其他优势，包括但不限定于，峰值放大器的稳健相位性能、载波放大器和峰值放大器单独控制谐波端接的能力和/或对于宽范围的信号类型和频率范围的优异功率放大特性。
在某些实施方式中，组合器实现为3dB混合耦合器。另外，可将负载调制放大器的输出阻抗缩放为约-jX，其中X是耦合器的特征阻抗。在负载调制放大器接通之前，功率放大器以类似于多尔蒂放大器的方式进行操作。然而，一旦多尔蒂放大器具有与载波放大器通路和峰值放大器路径大致相等的功率贡献，则负载调制放大器就会接通并且会将多尔蒂功率放大器的负载调制到更低的阻抗从而实现更高的输出功率(例如，约5dB更高的功率)。
负载经调制的多尔蒂功率放大器可被包括在多种多样的RF通信系统中，这些RF通信系统包括但不限于基站、网络接入点、移动电话、平板电脑、客户端装置(CPE)、笔记本电脑、计算机、可穿戴电子器件和/或其他通信设备。
图1是负载调制的多尔蒂功率放大器10的一个实施例的示意图。负载调制的多尔蒂功率放大器10包括载波放大器1、峰值放大器2、负载调制放大器3和组合器4(在本实施例中，被实现为3dB混合耦合器)。
在图示的实施例中，组合器4包括第一端子(在该示例中，为直通端口或0°端口)、第二端子(在该示例中，为耦合端口或90°端口)、第三端子(在该示例中，为隔离端口或ISO端口)和第四端子(在该示例中，为公共端口或COM端口)。如图1所示，0°端口与载波放大器1的输出端连接，90°端口与峰值放大器2的输出端耦接，ISO端口与负载调制放大器3的输出端耦接并且COM端口与负载调制的多尔蒂功率放大器10的RF输出端RFOUT耦接。
载波放大器1和峰值放大器2进行操作以放大RF输入信号的各个分量。被载波放大器1和峰值放大器2放大的RF输入信号的各分量可具有相位差或延迟。例如，在某些实施方式中，输入分离器(例如，另一个3dB混合耦合器)输出一对间距为约90度的RF输入信号分量，并且这一对RF输入信号分量会被载波放大器1和峰值放大器2放大。在某些实施方式中，负载调制放大器3还接收RF输入信号的信号分量。
继续参见图1，峰值放大器2可操作为以第一功率阈值激活而负载调制放大器3可操作为以第二功率阈值激活，以将载波放大器1和峰值放大器2的负载调低。该第二功率阈值大于该第一功率阈值。
例如，在一个实施方式中，仅载波放大器1被激活上升至约24dBm的输入信号功率。另外，载波放大器1和峰值放大器2两者都被从约24dBm激活至30dBm的输入信号功率并且以多尔蒂模式(作为多尔蒂放大器)进行操作。此外，负载调制放大器3被激活高于约30dBm的输入信号功率并且多尔蒂放大器的负载被减小使得输出功率增加。
组合器4进行操作以将经放大的RF输入信号分量组合以生成RF输出端RFOUT上提供的经放大的RF输出信号。
负载调制的多尔蒂功率放大器10提供多种优势，包括但不限于宽的动态范围内的高PAE。在一个示例中，在高于9dB动态范围内实现超过58％的额定PAE。由此，负载调制的多尔蒂功率放大器10非常适合于放大具有高PAPR的复合波形，例如5G波形。
图2是负载调制的多尔蒂功率放大器20的另一个实施例的示意图。负载调制的多尔蒂功率放大器20包括载波放大器1、峰值放大器2、负载调制放大器3和3dB混合耦合器14。
图2的负载调制的多尔蒂功率放大器20与图1的负载调制的多尔蒂功率放大器10类似，不同之处在于负载调制的多尔蒂功率放大器20图示组合器的一个特定实施方式。
特别地，图2的3dB混合耦合器14包括彼此电磁地耦合的第一绕组16a和第二绕组16b。此外，第一绕组16a连接在0°端口与COM端口之间而第二绕组16b连接在ISO端口与90°端口之间。3dB混合耦合器14还包括连接在0°端口与ISO端口之间的第一电容器C1、连接在COM端口与90°端口之间的第二电容器C2和连接在ISO端口与地电压(接地)之间的第三电容器C3。
图3是负载调制的多尔蒂功率放大器30的另一个实施例的示意图。负载调制的多尔蒂功率放大器30包括载波放大器1、峰值放大器2、负载调制放大器3、组合器4和输入分离器25。
图3的负载调制的多尔蒂功率放大器30与图1的负载调制的多尔蒂功率放大器10类似，不同之处在于负载调制的多尔蒂功率放大器30还包括输入分离器25，其可操作为将从RF输入端RFIN接收的RF输入信号分离成被载波放大器1放大的第一RF输入信号分量和被峰值放大器2放大的第二RF输入信号分量。在该示例中，该输入分离器25包括用于将第二RF输入信号分量相对于第一RF输入信号延迟约90°的移相器26。尽管未在图3中示出，但在某些实施方式中，RF输入分离器25还为负载调制功率放大器3生成第三RF输入信号分量。
图4是负载调制的多尔蒂功率放大器40的另一个实施例的示意图。负载调制的多尔蒂功率放大器40包括载波放大器31、峰值放大器32、负载调制放大器33和组合器4。
图4的负载调制的多尔蒂功率放大器40与图1的负载调制的多尔蒂功率放大器10类似，不同之处在于负载调制的多尔蒂功率放大器40图示出放大器偏置的特定实施方式。
特别地，在图4的实施例中，载波放大器31包括AB类偏置电路35，峰值放大器32包括C类偏置电路36，并且负载调制放大器33包括以相对于C类偏置电路36更高的功率阈值激活的深度C类偏置电路37。尽管示出将负载调制的多尔蒂功率放大器偏置的一个实施例，但是本文的教导也适用于偏置的其他实施方式。
图5是负载调制的多尔蒂功率放大器50的另一个实施例的示意图。负载调制的多尔蒂功率放大器50包括载波放大器41、峰值放大器42、负载调制放大器43和组合器4。
图5的负载调制的多尔蒂功率放大器50与图1的负载调制的多尔蒂功率放大器10类似，不同之处在于负载调制的多尔蒂功率放大器50图示出放大器偏置的特定实施方式。
特别地，载波放大器41包括检测载波放大器41的饱和度的饱和度检测器45。此外，峰值放大器42包括被来自饱和度检测器45的第一控制信号控制的第一可控偏置电流源46，而负载调制放大器43包括被来自饱和度检测器45的第二控制信号控制的第二可控偏置电流源47。
当载波放大器41开始饱和时，饱和度检测器45使用第一控制信号来控制第一可控偏置电流源46以激活峰值放大器42。此外，作为载波放大器41，当载波放大器41的饱和度更深时，饱和度检测器45使用第二控制信号来控制第二可控偏置电流源47以激活负载调制放大器43。因此，在该实施例中，饱和度检测器45用于设置用于激活峰值放大器42的第一功率阈值和用于激活负载调制放大器43的第二功率阈值。
图6是负载调制的多尔蒂功率放大器140的另一个实施例的示意图。负载调制的多尔蒂功率放大器140包括载波放大器101、峰值放大器102、负载调制放大器103、3dB混合耦合器104和输入分离器105。
在图示的实施例中，输入分离器105包括第一3dB混合耦合器107、第二3dB混合耦合器108、第一端接电阻器109和第二端接电阻器110。第一3dB混合耦合器107的COM端口与RF输入端RFIN耦接而第一3dB混合耦合器107的ISO端口与第一端接电阻器109连接(在某些实施方式中，可接地)。此外，第一3dB混合耦合器107的90°端口输出用于负载调制放大器103的输入信号分量LM而第一3dB混合耦合器107的0°端口与第二3dB混合耦合器108的COM端口连接。此外，第二3dB混合耦合器108的ISO端口与第二端接电阻器110连接(在某些实施方式中，可接地)而第二3dB混合耦合器108的90°端口输出用于载波放大器101的输入信号分量CR并且第二3dB混合耦合器108的0°端口输出用于峰值放大器102的输入信号分量PK。
载波放大器101包括载波放大级111(例如，共发射极放大器级或其他合适的级)、AB类偏置电路113、偏置电阻器114和饱和度检测器115。载波放大器101包括接收输入信号分量CR的输入端和与3dB混合耦合器104的0°端口耦合的输出端。AB类偏置电路113偏置载波放大级111而饱和度检测器115检测载波放大级111的饱和度的量。
继续参见图6，峰值放大器102包括共发射极放大器级121、AB类偏置电路123、偏置电阻器124和由载波放大器101的饱和度检测器115控制的可控电流源125。峰值放大器102包括接收输入信号分量PK的输入端和与3dB混合耦合器104的90°端口耦接的输出端。
负载调制放大器103包括使用增益晶体管131和cascode晶体管132实现的cascode放大器级。负载调制放大器103还包括AB类偏置电路133、偏置电阻器134和由载波放大器101的饱和度检测器115控制的可控电流源135。负载调制放大器103包括接收输入信号分量LM的输入端和与3dB混合耦合器104的ISO端口耦接的输出端。
在图示的实施例中，3dB混合耦合器104还包括与RF输出端RFOUT连接的COM端口。在该实施例中，3dB混合耦合器104具有特征阻抗X并且负载调制放大器103的输出阻抗为约-jX。在一个示例中，X为约35Ohm。
图7是负载调制的多尔蒂功率放大器的增益对输出功率的一个示例的曲线图。该曲线图包括针对图6的负载调制的多尔蒂功率放大器140的一个实施方式中不同偏置电流条件的增益对输出功率的曲线图。
图8是负载调制的多尔蒂功率放大器的功率附加效率(PAE)对输出功率的一个示例的曲线图。该曲线图包括针对图6的负载调制的多尔蒂功率放大器140的一个实施方式中不同偏置电流条件的PAE对输出功率的曲线图。
图9是负载调制的多尔蒂功率放大器的PAE对输出功率的另一个示例的曲线图。该曲线图描绘图6的负载调制的多尔蒂功率放大器140的一个实施方式的PAE性能。在该示例中，以5dB的功率回退(PBO)实现了70％的PAE。
尽管图7-9描绘负载调制的多尔蒂功率放大器的性能结果的一个示例，但是其他性能结果也是可能的。例如，负载调制的多尔蒂功率放大器的性能结果可取决于各种因素，包括但不限于放大器实施方式、操作条件、频率范围和/或模拟/测量环境。
图10是移动设备800的一个实施例的示意图。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可使用各种各样的通信技术进行通信，这些通信技术包括但不限于2G、3G、4G(包括LTE、LTE-Advanced和LTE-AdvancedPro)、5GNR、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。将理解，与RF信号的发射和接收相关联的各种功能可通过在图10集体表示为收发器802的一个或多个部件来实现。在一个示例中，可为处理某些类型的RF信号提供单独的部件(例如，单独的电路或芯片(die))。
前端系统803辅助调节发射至天线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包括天线调谐电路810、功率放大器(PA)811、低噪声放大器(LNA)812、滤波器813、开关814和信号分离/组合电路815。然而，其他实施方式也是可能的。
例如，前端系统803可提供多种功能，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、信号的多路复用(例如，双信或三工)或其一些组合。
根据本文的教导，至少一个功率放大器811被实现为负载调制的多尔蒂功率放大器。尽管移动设备800图示出可采用一个或多个负载调制的多尔蒂功率放大器实现的通信系统的一个实施例，但是本文的教导可适用于各种各样的系统。因此，其他实施方式也是可能的。
在某些实施方式中，移动设备800支持载波聚合，由此提供灵活性以增大峰值数据速率。载波聚合可被用于频分双工(FDD)和时分双工(TDD)两者，并且可被用于聚合多种载波或信道。载波聚合包括连续聚合，其中相同的操作频带内的连续载波被聚合。载波聚合也可是非连续的并且可包括在共同频带内或不同频带中在频率上分离的载波。
天线804可包括用于各种各样类型通信的天线。例如，天线804可包括用于发射和/或接收与各种各样频率和通信标准关联的信号的天线。
在某些实施方式中，天线804支持MIMO通信和/或切换的分集通信。例如，MIMO通信使用多个天线来在单射频信道内传输多个数据流。MIMO通信受益于因无线电环境的空间多路复用差异导致的更高的信噪比、改进的编码和/或降低的信号干扰。切换的分集是指为在特定时间的操作选择特定天线的通信。例如，可基于各种因素，诸如观察到的误码率和/或信号强度指示器，使用开关来从一组天线中选择特定的天线。
在某些实施方式中，移动设备800可采用波束成形来进行操作。例如，前端系统803可包括具有可控增益的放大器和具有可控相位的移相器从而使用天线804来提供用于信号的发射和/或接收的波束形成和方向性。例如，在信号发射的情形下，控制提供至天线804的发射信号的幅值和相位使得来自天线804的辐射信号使用相长和相消干涉进行组合以生成聚合发射信号，该聚合发射信号展现出束状特性且在给定方向传播具有更大信号强度。在信号接收的背景下，控制幅值和相位使得当信号从特定方向到达天线804时更多的信号能量被接收。在某些实施方式中，天线804包括一个或多个天线元件的阵列以增强波束成形。
基带系统801与用户接口807耦接从而便于诸如语音和数据这样的各种用户输入和输出(I/O)的处理。基带系统801为收发器802提供发射信号的数字表示，收发器802处理这些发射信号以生成用于发射的RF信号。基带系统801还处理由收发器802提供的接收信号的数字表示。如图10所示，基带系统801与存储器806耦接以便于移动设备800的操作。
存储器806可被用于各种各样的目的，诸如存储数据和/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。在某些实施方式中，功率管理系统805包括控制功率放大器811的电源电压的PA电源控制电路。例如，功率管理系统805可设置为改变提供至一个或多个功率放大器811的电源电压以提高诸如功率附加效率(PAE)这样的效率。
如图10所示，功率管理系统805从电池808接收电池电压。电池808可是在移动设备800中使用的任意合适的电池，包括例如锂离子电池。
图11是根据另一个实施例的功率放大器系统860的示意图。图示的功率放大器系统860包括基带处理器841、发射器/观察接收器842、功率放大器(PA)843、定向耦合器844、前端电路845、天线846、PA偏置控制电路847和PA电源控制电路848。图示的发射器/观察接收器842包括I/Q调制器857、混频器858和模数转换器(ADC)859。在某些实施方式中，发射器/观察接收器842并入到收发器中。
基带处理器841可被用于生成同相(I)信号和正交(Q)信号，它们可用于代表期望幅值、频率和相位的正弦波或信号。例如，I信号可被用于表示正弦波的同相分量并且Q信号可被用于表示正弦波的正交分量，它们可以是正弦波的等效表示。在某些实施方式中，可以以数字格式将I和Q信号提供至I/Q调制器857。基带处理器841可以是设置为处理基带信号的任意合适的处理器。例如，基带处理器841可包括数字信号处理器、微处理器、可编程核心或其任何组合。此外，在一些实施方式中，两个或更多个基带处理器821可被包括在功率放大器系统860中。
I/Q调制器857可设置为从基带处理器821接收I和Q信号并处理I和Q信号以生成RF信号。例如，I/Q调制器857可包括设置为将I和Q信号转换为模拟格式的数模转换器(DAC)、用于将I和Q信号升频为RF的混频器和信号组合器、和将经升频的I和Q信号组合为适合由功率放大器843放大的RF信号的信号组合器。在某些实施方式中，I/Q调制器857可包括一个或多个滤波器，该滤波器设置为对在其中处理的信号的频率成分进行滤波。
功率放大器843可从I/Q调制器857接收RF信号并且当被启动时其可经由前端电路845向天线846提供放大的RF信号。功率放大器843可依照本文中任何负载调制方案来实现。
前端电路845可以以各种各样的方式来实现。在一个示例中，前端电路845包括一个或多个开关、滤波器、双工器、多路复用器和/或其他部件。在另一个示例中，为了支持功率放大器843将放大的RF信号直接提供至天线846，省略前端电路845。
定向耦合器844感测功率放大器823的输出信号。此外，从定向耦合器844感测到的输出信号提供至混频器858，其将感应到的输出信号乘以具有受控频率的参考信号。混频器858进行操作通过将感应到的输出信号的频率成分降频(downshift)从而生成降频信号。降频信号可被提供至ADC859，其可将降频信号转换为适合由基带处理器841处理的数字格式。包括从功率放大器843的输出端到基带处理器841的反馈通路可提供多种优势。例如，以这种方式实现基带处理器841可辅助提供功率控制、补偿发射器损伤和/或执行数字预失真(DPD)。尽管示出用于功率放大器的感应通路的一个示例，但是其他实施方式也是可能的。
PA电源控制电路848从基带处理器841接收功率控制信号并且控制功率放大器843的电源电压。在图示的设置中，PA电源控制电路848生成用于对功率放大器843的输入级供电的第一电源电压VCC1和用于对功率放大器843的输出级供电的第二电源电压VCC2。PA电源控制电路848可控制第一电源电压VCC1和/或第二电源电压VCC2的电压电平以增强功率放大器系统的PAE。
PA电源控制电路848可采用各种功率管理技术以随着时间改变一个或多个电源电压的电压电平从而改善功率放大器的功率附加效率(PAE)，由此减少功率损耗。
提高功率放大器的效率的一种技术是平均功率跟踪(APT)，其中DC-DC转换器被用于基于功率放大器的平均输出功率为功率放大器生成电源电压。用于提高功率放大器的效率的另一种技术是包络跟踪(ET)，其中根据RF信号的包络来控制功率放大器的电源电压。因而，当RF信号的包络的电压电平增大时，功率放大器电源电压的电压电平可增大。同样地，当RF信号的包络的电压电平降低时，功率放大器的电源电压的电压电平可降低以减少功率损耗。
在某些设置中，PA电源控制电路848是多模式电源控制电路，其可以以包括APT模式和ET模式在内的多种电源控制模式进行操作。例如，来自基带处理器841的功率控制信号可指示PA电源控制电路848以特定的电源控制模式进行操作。
如图11所示，PA偏置控制电路847从基带处理器841接收偏置控制信号并且为功率放大器843生成偏置控制信号。在图示的设置中，偏置控制电路847为功率放大器843的输入级和功率放大器843的输出级生成偏置控制信号。然而，其他实施方式也是可能的。
图12A是封装模块900的一个实施例的示意图。图12B是沿线12B-12B截取图12A的封装模块900的横截面的示意图。
封装模块900包括射频部件901、半导体芯片902、表面安装器件903、引线键合908、封装基板920和包封结构940。封装基板920包括由配置在其中的导体形成的焊盘906。此外，半导体芯片902包括引脚或焊盘904并且引线键合908已被用于将芯片902的焊盘904与封装基板920的焊盘906连接。
半导体芯片902包括负载经调制的多尔蒂功率放大器945，其可根据本文的任何实施例来实现。在该实施例中，还包括饱和度检测器946，其用于控制峰值放大器和负载调制放大器的激活。然而，偏置/激活控制的其他实施方式也是可能的。
封装基板920可设置为接收多个部件，诸如射频部件901、半导体芯片902和表面安装器件903，它们可包括例如表面安装电容器和/或电感器。在一个实施方式中，射频部件901包括集成的无源器件(IPD)。
如图12B所示，封装模块900示出为包括多个接触焊盘932，它们被设置在封装模块900的、与被用于安装半导体压模902的一侧相对的一侧。以这种方式设置封装模块900可辅助将封装模块900与例如移动设备的电话板这样的电路板连接。示例接触焊盘932可设置为向半导体芯片902和/或其他部件提供射频信号、偏置信号和/或功率(例如，电源电压和接地)。如图12B所示，可通过封装基板920由连接部933来便于接触焊盘932与半导体芯片902之间的电气连接。连接部933可表示由封装基板920形成的电气通路，例如与多层夹层的封装基板的通孔和导体相关联的连接。
在一些实施例中，封装模块900还可包括一个或多个封装结构以例如提供保护和/或便于拿取。这种封装结构可包括在封装基板920上方形成的包模(overmold)或设置在其上的包封结构940和部件和芯片。
将理解，尽管在基于引线键合的电气连接的上下文中描述封装模块900，但是本申请的一个或多个特征也可以在包括例如倒装芯片配置这样的其他封装配置中实现。
结论
除非上下文另有说明，否则在整个说明书和权利要求书中，词语“包括”、“包括了”等以包容性含义而非排除性或穷举性含义进行解释；也就是说，为“包括，但不限定于”的含义。如本文通常使用的，词语“耦接”是指可以直接连接或通过一个或多个中间元件的方式连接的两个或更多个元件。同样地，如本文通常使用的，词语“连接”是指可以直接连接或通过一个或多个中间元件的方式连接的两个或更多个元件。此外，当在本申请中使用时，词语“本文”、“以上”、“以下”和类似引入的词语，应该是指作为整体的本申请称而不是本申请的任何特定部分。在上下文允许的情况下，使用单数或复数的上述详细的说明书中的词语还可分别包括复数或单数。关于两个或多个项目列表中的词语“或”，该词语覆盖该词语的所有下述解释：列表中的任何项目、列表中的所有项目以及列表中的项目的任何组合。
此外，本文使用的条件性语言，诸如“可”、“可能”、“可以”、“可(can)，”、“比如，”、“例如，”和“诸如”等，除非另有特别说明或者如所使用的使用的背景下以其他方式理解，否则通常旨在传达某些实施例包括而其他实施例不包括某些特征、元件和/或状态。由此，这种条件性语言通常不是旨在暗示一个或多个实施例以任何方式需要特征、元件和/或状态或者暗示一个或多个实施例必须包括在具有或不具有作者输入或提示时作出决定的逻辑，无论是否在任何特定实施例中包括或执行这些特征、元件和/或状态。
本发明各实施例的上述详细描述不旨在穷举或将本发明限制于以上公开的精确形式。虽然本发明的特定实施例和示例是出于图示性目的而如上描述，但是如相关领域的技术人员将认识到的，可在本发明的范围内进行各种等效修改。例如，尽管以给定的顺序呈现过程或框图，但是替代实施例可以以不同的顺序执行具有步骤的例程或者采用具有框图的系统，并且一些过程或框图可以被删除、移动、添加、细分、组合和/或修改。这些过程或框图中的每一个可以以各种不同的方式实施。此外，虽然过程或框图有时显示为串联执行，但是这些过程或框图可改为并联执行，或者可以在不同的时间执行。
本文提供的本发明的教导可应用于其他系统，而不一定是以上描述的系统。可组合以上描述的各种实施例的元件和作用从而提供其他实施例。
虽然已经描述了本发明的某些实施例，但是仅通过示例的方式呈现这些实施例并且不是旨在限制本申请的范围。实际上，本文描述的新的方法和系统可以以各种其他形式实现；此外，在不脱离本申请的精神的情况下，可对本文描述的方法和系统的形式进行各种省略、替代和变化。附随的权利要求书和它们的等同物旨在覆盖将落入本申请的范围和精神的这样的形式或修改。

Claims (20)

1.一种功率放大器系统，包含：
组合器，其包括第一端子、第二端子、第三端子和第四端子，所述组合器配置为从第四端子提供射频输出信号；
载波放大器，其包括与所述组合器的所述第一端子耦接的输出端；
峰值放大器，所述峰值放大器包括与所述组合器的所述第二端子耦接的输出端；和
负载调制放大器，其包括与所述组合器的所述第三端子耦接的输出端。
2.如权利要求1所述的功率放大器系统，其中所述峰值放大器配置为以第一功率阈值激活并且所述负载调制放大器设置为以大于所述第一功率阈值的第二功率阈值激活。
3.如权利要求2所述的功率放大器系统，其中当被激活时，所述负载调制功率放大器操作为将所述载波放大器和所述峰值放大器的负载调低。
4.如权利要求2所述的功率放大器系统，其中所述载波放大器包括饱和度检测器，所述饱和度检测器配置为监测所述载波放大器的饱和度的量，所述饱和度检测器操作为控制所述峰值放大器的激活并控制所述负载调制放大器的激活。
5.如权利要求2所述的功率放大器系统，其中所述载波放大器包括AB类偏置电路，所述峰值放大器包括第一C类偏置电路并且所述负载调制放大器包括第二C类偏置电路。
6.如权利要求1所述的功率放大器系统，其中所述负载调制放大器包括共发共基(cascode)放大器级。
7.如权利要求6所述的功率放大器系统，其中所述载波放大器包括第一共发射极放大器级并且所述峰值放大器包括第二共发射极放大器级。
8.根据权利要求1所述的功率放大器系统，其中所述组合器是混合耦合器，所述第一端子对应于零度端口，所述第二端子对应于九十度端口，所述第三端子对应于隔离端口并且所述第四端子对应于公共端口。
9.如权利要求1所述的功率放大器系统，还包含输入分离器，其配置为将射频输入信号分离成多个输入信号分量，所述多个输入信号分量包括被提供至所述载波放大器的输入端的第一输入信号分量和被提供至所述峰值放大器的输入端的第二输入信号分量。
10.根据权利要求9所述的功率放大器系统，其中所述多个输入信号分量还包括被提供至所述负载调制放大器的输入端的第三输入信号分量。
11.一种移动装置，包括：
天线，其配置为发射射频输出信号；和
前端系统，其包括功率放大器系统，所述功率放大器系统包括组合器、具有与所述组合器的第一端子耦接的输出端的载波放大器、具有与所述组合器的第二端子耦接的输出端的峰值放大器和具有与所述组合器的第三端子耦接的输出端的负载调制放大器，所述组合器设置为在第四端子提供射频输出信号。
12.如权利要求11所述的移动装置，其中所述峰值放大器设置为以第一功率阈值激活并且所述负载调制放大器设置为以大于所述第一功率阈值的第二功率阈值激活。
13.如权利要求12所述的移动装置，其中当被激活时，所述负载调制功率放大器操作为将所述载波放大器和所述峰值放大器的负载调低。
14.如权利要求12所述的移动装置，其中所述载波放大器包括饱和度检测器，所述饱和度检测器设置为监测所述载波放大器的饱和度的量，所述饱和度检测器操作为控制所述峰值放大器的激活并控制所述负载调制放大器的激活。
15.根据权利要求12所述的移动装置，其中所述载波放大器包括AB类偏置电路，所述峰值放大器包括第一C类偏置电路并且所述负载调制放大器包括第二C类偏置电路。
16.如权利要求11所述的移动装置，其中所述负载调制放大器包括共发共基放大器级。
17.如权利要求11所述的移动装置，其中所述组合器是混合耦合器，所述第一端子对应于零度端口，所述第二端子对应于九十度端口，所述第三端子对应于隔离端口并且所述第四端子对应于公共端口。
18.一种在移动电话中进行放大的方法，所述方法包括：
从载波放大器的输出端向组合器的第一端子提供第一射频信号；
从峰值放大器的输出端向所述组合器的第二端子提供第二射频信号；
从负载调制放大器的输出端向所述组合器的第三端子提供第三射频信号；及
使用所述组合器将所述第一射频信号、所述第二射频信号和所述第三射频信号组合以生成射频输出信号，且在所述组合器的第四端子提供所述射频输出信号。
19.如权利要求18所述的方法，还包含以第一功率阈值激活所述峰值放大器并且以大于所述第一功率阈值的第二功率阈值激活所述负载调制放大器。
20.如权利要求19所述的方法，其中激活所述负载调制放大器包括将所述载波放大器和所述峰值放大器的负载调低。
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