CN115865591A - 分布式电源管理电路 - Google Patents

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Abstract

提供了一种分布式电源管理电路。在本文所公开的实施例中，所述分布式电源管理电路可以同时实现多个性能增强目标。更具体地，所述分布式电源管理电路可以被配置成同时实现以下：在非常短的切换窗口内将调制后的电压从一个电压电平切换到另一个电压电平；减少切换所述调制后的电压所需的起动电流；以及最小化所述调制后的电压中的纹波。因此，所述分布式电源管理电路可以设置在无线装置(例如，智能手机)中，以跨宽调制带宽(例如，400MHz)实现非常快速的电压切换，同时降低功耗和电压失真。

Description

分布式电源管理电路
相关申请
本申请要求于2021年9月16日提交的美国临时专利申请序列号63/245,142的权益，所述美国临时申请的公开内容通过引用整体并入本文。
技术领域
本公开的技术总体上涉及跨多个管芯分布的电源管理电路。
背景技术
第五代(5G)新无线电(NR)(5G-NR)被广泛认为是超越当前第三代(3G)和第四代(4G)技术的下一代无线通信技术。在这方面，能够支持5G-NR无线通信技术的无线通信装置预期将实现更高的数据速率、改进的覆盖范围、增强的信号传导效率和减少的延迟。
5G-NR系统中的下行链路和上行链路传输广泛基于正交频分复用(OFDM)技术。在基于OFDM的系统中，物理无线电资源被划分为频域中的多个副载波和时间域中的多个OFDM符号。副载波通过副载波间隔(SCS)相互正交地分离。OFDM符号由循环前缀(CP)分隔，所述CP充当保护频带，以帮助克服OFDM符号之间的符号间干扰(ISI)。
基于OFDM的系统中传送的射频(RF)信号通常被调制成频率域中的多个副载波和时间域中的多个OFDM符号。由RF信号占据的多个副载波共同地限定RF信号的调制带宽。另一方面，多个OFDM符号限定期间传送RF信号的多个时间间隔。在5G-NR系统中，RF信号通常以超过200MHz(例如，1GHz)的高调制带宽调制。
OFDM符号的持续时间取决于SCS和调制带宽。下表(表1)提供了由用于各种SCS和调制带宽的3G合作伙伴计划(3GPP)标准限定的一些OFDM符号持续时间。值得注意的是，调制带宽越高，OFDM符号持续时间将越短。例如，当SCS为120KHz并且调制带宽为400MHz时，OFDM符号持续时间为8.93微秒。
表1
Figure BDA0003848538100000021
值得注意的是，无线通信装置依赖于电池单元(例如，Li离子电池)为其操作和服务供电。尽管电池技术最近取得了进展，但无线通信装置可能不时地处于低电量状态。在此方面，期望延长电池寿命，同时使得OFDM符号之间能够实现快速电压变化。
发明内容
本公开的实施例涉及分布式电源管理电路。在本文所公开的实施例中，所述分布式电源管理电路可以同时实现多个性能增强目标。更具体地，所述分布式电源管理电路可以被配置成同时实现以下：在非常短的切换窗口内将调制后的电压从一个电压电平切换到另一个电压电平；减少切换所述调制后的电压所需的起动电流；以及最小化所述调制后的电压中的纹波。因此，所述分布式电源管理电路可以设置在无线装置(例如，智能手机)中，以跨宽调制带宽(例如，400MHz)实现非常快速的电压切换，同时降低功耗和电压失真。
一方面，提供了一种分布式电源管理电路。所述分布式电源管理电路包含分布式电压调制电路。所述分布式电压调制电路包含输出调制后的电压的电压输出。所述分布式电压调制电路还包含电压放大器。所述电压放大器被配置成产生调制后的初始电压。所述分布式电压调制电路还包含电压偏移电路。所述电压偏移电路耦合在所述电压放大器与所述电压输出之间。所述电压偏移电路被配置成将调制后的初始电压升高调制后的偏移电压，从而产生调制后的电压。所述分布式电压调制电路还包含控制电路。所述控制电路被配置成接收调制后的目标电压，所述调制后的目标电压指示所述调制后的电压将从当前时间间隔中的当前电压电平改变为即将到来的时间间隔中的未来电压电平。所述控制电路还被配置成在所述即将到来的时间间隔的开始之前激活所述电压放大器，从而在从所述即将到来的时间间隔的所述开始起的限定时间限制内将所述调制后的初始电压改变为所述未来电压电平。
另一方面，提供了一种分布式电压调制电路。所述分布式电压调制电路包含输出调制后的电压的电压输出。所述分布式电压调制电路还包含电压放大器。所述电压放大器被配置成产生调制后的初始电压。所述分布式电压调制电路还包含电压偏移电路。所述电压偏移电路耦合在所述电压放大器与所述电压输出之间。所述电压偏移电路被配置成将调制后的初始电压升高调制后的偏移电压，从而产生调制后的电压。所述分布式电压调制电路还包含控制电路。所述控制电路被配置成接收调制后的目标电压，所述调制后的目标电压指示所述调制后的电压将从当前时间间隔中的当前电压电平改变为即将到来的时间间隔中的未来电压电平。所述控制电路还被配置成在所述即将到来的时间间隔的开始之前激活所述电压放大器，从而在从所述即将到来的时间间隔的所述开始起的限定时间限制内将所述调制后的初始电压改变为所述未来电压电平。
另一方面，提供了一种用于支持分布式电源管理的方法。所述方法包含通过具有第一电感性迹线阻抗的第一导电迹线将分布式电压调制电路耦合到电源管理集成电路(PMIC)。所述方法还包含通过具有第二电感性迹线阻抗的第二导电迹线将所述分布式电压调制电路耦合到一个或多个功率放大器电路的相应电压输入，所述第二电感性迹线阻抗远小于所述第一电感性迹线阻抗。所述方法还包含在所述分布式电压调制电路中接收调制后的目标电压，所述调制后的目标电压指示调制后的电压将从当前时间间隔中的当前电压电平改变为即将到来的时间间隔中的未来电压电平。所述方法还包含在所述分布式电压调制电路中，在所述即将到来的时间间隔的开始之前，改变调制后的初始电压，使得所述调制后的初始电压能够在从所述即将到来的时间间隔的所述开始起的限定时间限制内改变为所述未来电压电平。
本领域技术人员在阅读以下对于优选实施例的具体说明以及相关的附图后，将会认识到本公开的范围并且了解其另外的方面。
附图说明
并入本说明书中并形成本说明书的一部分的附图说明了本公开的几个方面，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。
图1A展示了第五代(5G)系统中广泛支持的示例性时隙和微时隙；
图1B是基于常规方法的示例性现有发射电路的示意图，其中电源管理电路被配置成减少调制后的电压中的电压纹波；
图1C是图1B中的电源管理电路的示例性电模型的示意图；
图1D是提供根据调制频率的量值阻抗随的示例性图示的图形；
图2是根据本公开的实施例配置的示例性分布式电源管理电路的示意图；
图3A是提供图2的分布式电源管理电路的示例性图示的时序图，所述分布式电源管理电路被配置成将调制后的电压从当前正交频分复用(OFDM)符号中的当前电压电平增加到即将到来的OFDM符号中的未来电压电平；以及
图3B是提供图2的分布式电源管理电路的示例性图示的时序图，所述电源管理电路被配置成将来自当前OFDM符号中的当前电压电平的平均功率跟踪(APT)电压降低到即将到来的OFDM符号中的未来电压电平；
图4是提供图2的分布式电源管理电路中的电压放大器的示例性图示的示意图；以及
图5是基于图2的分布式电源管理电路的用于支持分布式电源管理的示例性过程的流程图。
具体实施方式
下文阐述的实施例表示使本领域技术人员能够实践实施例并说明实践实施例的最佳模式所必需的信息。在根据附图阅读以下描述时，本领域技术人员将理解本公开的概念，并将认识到这些概念在此未特别述及的应用。应理解，这些概念和应用落入本公开和所附权利要求的范围内。
应理解，尽管项第一、第二等在本文中可以用于描述各种元件，但这些元件不应受这些项限制。这些项仅用于区分一个元件与另一个元件。例如，在不脱离本公开的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元件。如本文所用，项“和/或”包含相关联所列项目中的一个或多个项目的任何和所有组合。
应当理解，当诸如层、区或衬底的元件被称为“在另一元件上”或“延伸到”另一元件上时，其可以直接在另一元件上或直接延伸到另一元件上，或者也可以存在中间元件。相反，当元件被称为“直接在另一元件上”或“直接延伸到另一元件上”时，不存在中间元件。同样，应理解，当诸如层、区或衬底的元件被称为“在另一元件上方”或“在另一元件上方延伸”时，其可以直接在另一元件上方或直接在另一元件上方延伸，或者也可以存在中间元件。相反，当元件被称为“直接在另一元件上方”或“直接在另一元件上方”延伸时，不存在中间元件。还将理解，当元件被称为“连接”或“耦合”到另一元件时，其可以直接连接或耦合到另一元件，或者可以存在中间元件。相反，当元件被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一元件时，不存在中间元件。
诸如“以下”或“以上”或“上”或“下”或“水平”或“竖直”的相对项在本文中可以用于描述一个元件、层或区与如图所示的另一元件、层或区的关系。应理解，这些项和上面讨论的那些旨在包括除附图中描绘的定向之外的装置的不同定向。
本文所用的项仅用于描述特定实施例的目的，并且不旨在限制本公开。如本文所用，除非上下文另外明确指示，否则单数形式“一(a/an)”和“所述”也旨在包含复数形式。还应理解，当在本文中使用时，项“包括(comprises/comprising)”和/或包含(includes/including)指定存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或它们的群组。
除非另外定义，否则本文使用的所有项(包含技术和科学项)具有与本领域普通技术人员通常理解的相同含义。将进一步理解的是，除非本文明确地定义，否则本文使用的项应被解释为具有与其在本说明书的上下文和相关技术中的含义一致的含义，并且将不以理想化或过于正式的意义来解释。
本公开的实施例涉及分布式电源管理电路。在本文所公开的实施例中，所述分布式电源管理电路可以同时实现多个性能增强目标。更具体地，所述分布式电源管理电路可以被配置成同时实现以下：在非常短的切换窗口内将调制后的电压从一个电压电平切换到另一个电压电平；减少切换所述调制后的电压所需的起动电流；以及最小化所述调制后的电压中的纹波。因此，所述分布式电源管理电路可以设置在无线装置(例如，智能手机)中，以跨宽调制带宽(例如，400MHz)实现非常快速的电压切换，同时降低功耗和电压失真。
在讨论从图2开始的本公开的分布式电源管理电路之前，首先参考图1A-1D提供简要讨论，以帮助理解本公开的分布式电源管理电路同时解决的若干技术问题。
图1A展示了在第五代(5G)和/或5G新无线电(5G-NR)系统中广泛支持的示例性时隙10和一对微时隙12(1)-12(2)。时隙10被配置成包含多个符号14(1)-14(14)，如正交频分复用(OFDM)符号。微时隙12(1)-12(2)可以各自包含符号14(1)-14(14)中的至少两个符号。在图1A所示的实例中，微时隙12(1)-12(2)各自包含符号14(1)-14(14)中的四个符号。
如先前在表1中示出的，符号14(1)-14(14)中的每个符号具有取决于副载波间隔(SCS)的符号持续时间并且以循环前缀(CP)开始，所述CP的持续时间也取决于SCS。在这方面，一旦选择了SCS，就将相应地确定符号14(1)-14(14)的符号持续时间和符号14(1)-14(14)中的每个符号中的CP的持续时间。在下文中，符号14(1)-14(14)的符号持续时间和符号14(1)-14(14)中的每个符号的CP持续时间可以分别用于限定“时间间隔(例如，当前或即将到来的时间间隔)”和“从时间间隔的开始起的限定时间限制”。
可以理解的是，符号14(1)-14(14)中的每个符号中的CP被设计成充当符号14(1)-14(14)中的任何两个连续符号之间的任何变化(例如，电压变化)的缓冲区。如此，要通过本公开的分布式电源管理电路解决的技术问题之一是确保可以在符号14(1)-14(14)中的每个符号中的CP持续时间内实现符号14(1)-14(14)中的任何两个连续符号之间的调制后的电压变化(增加或减少)。
图1B是基于常规方法的示例性现有发射电路16的示意图，其中电源管理电路18被配置成减少调制后的电压VCC中的电压纹波VCC-RP。电源管理电路18包含电源管理集成电路(PMIC)20和功率放大器电路22。PMIC 20被配置成基于调制后的目标电压VTGT产生调制后的电压VCC，并且通过耦合在PMIC 20的电压输出26与功率放大器电路22的功率放大器输入28之间的导电路径24(例如，导电迹线)将所述调制后的电压VCC提供给功率放大器电路22。功率放大器电路22被配置成基于调制后的电压VCC放大射频(RF)信号30。
值得注意的是，可能存在从功率放大器输入28到功率放大器电路22的实际电压输入32(例如，收集器节点)的内部路由距离。鉴于内部路由距离远远短于导电路径24，因此下文忽略了内部路由距离。因此，如本文所展示的功率放大器输入28可以等同于功率放大器电路22的实际电压输入32。
电源管理电路18可以耦合到收发器电路34。在本文中，收发器电路34被配置成产生RF信号30和调制后的目标电压VTGT。
电压纹波VCC-RP可以基于电源管理电路18的等效电模型进行定量分析。在这方面，图1C是图1A中的电源管理电路18的示例性等效电模型36的示意图。图1B与1C之间的公共元件在此以公共元件附图标记示出并且将不会在本文中重新描述。
PMIC 20固有地具有可以通过PMIC电感LPMIC建模的电感性阻抗ZPMIC。导电路径24还可以与可以通过迹线电感LTRACE建模的电感性迹线阻抗ZTRACE相关联。因此，从功率放大器输入28朝着PMIC 20看，功率放大器电路22将看到包含电感阻抗ZPMIC和电感性迹线阻抗ZTRACE两者的输出阻抗ZOUT(ZOUT＝ZPMIC+ZTRACE)。
功率放大器电路22可以建模为电流源。在这方面，功率放大器电路22将基于调制后的电压VCC对负载电流ILOAD进行调制。负载电流ILOAD可以与输出阻抗ZOUT相互作用，以在功率放大器输入28处接收的调制后的电压VCC中产生电压纹波VCC-RP。在这方面，电压纹波VCC-RP是调制后的负载电流ILOAD和输出阻抗ZOUT的函数，如下面的等式(等式1)所示。
VCC-RP＝ILOAD*ZOUT(等式1)
值得注意的是，根据等式(等式1)，可以通过降低在功率放大器输入28处看到的输出阻抗ZOUT来减少电压纹波VCC-RP。在这方面，用于减少图1B的电源管理电路18中的电压纹波VCC-RP的常规方法是在功率放大器电路22内部添加解耦电容器CPA并且尽可能靠近功率放大器输入28。通过添加解耦电容器CPA，输出阻抗ZOUT可以简单地表示为等式(等式2)。
ZOUT＝ZCPA||(ZPMIC+ZTRACE)(等式2)
在等式(等式2)中，ZCPA表示解耦电容器CPA的电容性阻抗。电容性阻抗ZCPA和电感性阻抗ZPMIC以及ZTRACE各自可以根据下面的等式(等式3.1-3.3)确定。
|ZCPA|＝1/2πf*CPA (等式3.1)
|ZPMIC|＝2πf*LPMIC (等式3.2)
|ZTRACE|＝2πf*LTRACE (等式3.3)
在等式(等式3.1-3.3)中，f表示负载电流ILOAD的调制频率。在这方面，电容性阻抗ZCPA、电感阻抗ZPMIC和电感性迹线阻抗ZTRACE各自为调制频率f的函数。图1D是提供量值阻抗对调制频率f的示例性图示的图表。
当调制频率f低于10MHz时，输出阻抗ZOUT由电感阻抗ZPMIC的实部和电感性迹线阻抗ZTRACE的实部支配。介于10MHz与100MHz之间时，输出阻抗ZOUT由电感阻抗ZPMIC和电感性迹线阻抗ZTRACE支配。在1000MHz以上时，输出阻抗ZOUT将由电容性阻抗ZCPA支配。
在本文中，RF信号30的调制带宽BWMOD可以落入100MHz与1000MHz之间(例如，100-500MHz)。在此频率范围中，输出阻抗ZOUT将通过输出阻抗ZOUT确定，如等式(等式2)表示的。
值得注意的是，根据等式(等式2和3.1)，电容性阻抗ZCPA以及因此输出阻抗ZOUT将随电容CPA的增加而减小。在这方面，用于降低纹波电压VCC-RP的常规方法主要依赖于添加具有更大电容(例如，1μF至2μF)的解耦电容器CPA。然而，这样做可能引起一些明显的问题。
应当理解，调制后的电压VCC的变化率(ΔVCC或dV/dt)可能受到解耦电容器CPA的电容的相反的影响，如下面的等式(等式4)所示。
ΔVCC＝IDC/CPA(等式4)
在等式(等式4)中，IDC表示当解耦电容器CPA充电或放电时通过PMIC 20提供的低频电流(又称起动电流)。在这方面，解耦电容器CPA具有的电容越大，则需要越大的低频电流IDC来以所需的变化率(ΔVCC)改变调制后的电压VCC。因此，现有发射电路16可能对电池寿命造成负面影响。
如果低频电流IDC保持在较低水平以延长电池寿命，则现有发射电路16可能难以满足所需的变化率(ΔVCC)，特别是当基于OFDM对RF信号30进行调制从而以毫米波(mm波)频谱发射时。因此，现有发射电路16可能无法改变符号14(1)-14(14)中的任何两个连续符号之间的调制后的电压VCC，所述改变可以在符号14(1)-14(14)中的每个符号的CP持续时间内进行。
另一方面，如果减小解耦电容器CPA的电容有助于改进调制后的电压VCC的变化率(ΔVCC)并减少起动电流IDC，则输出阻抗ZOUT可能变得太大而引起电压纹波VCC-RP。在这方面，本公开的分布式电源管理电路要解决的另一个技术问题是在不引起电压纹波VCC-RP的情况下减少起动电流。
在这方面，图2是根据本公开的实施例配置的示例性分布式电源管理电路38的示意图。在本文中，分布式电源管理电路38包含PMIC40、分布式电压调制电路42和一个或多个功率放大器电路44(1)-44(N)。在实施例中，PMIC 40和分布式电压调制电路42设置在不同管芯中。另一方面，功率放大器电路44(1)-44(N)可以设置在同一管芯中或多个不同管芯中。
分布式电压调制电路42被配置成基于调制后的目标电压VTGT在电压输出46处产生调制后的电压VCC，所述调制后的电压可以通过RF前端(RFFE)接口从收发器电路(未示出)接收。PMIC 40被配置成产生低频电流(又称起动电流)IDC，以帮助将调制后的电压VCC从一个电压电平切换到另一个电压电平。功率放大器电路44(1)-44(N)各自被配置成基于调制后的电压VCC放大一个或多个RF信号47。类似于图1B中的功率放大器电路22，功率放大器电路44(1)-44(N)各自可以由于在相应的电压输出48处呈现的输出阻抗ZOUT而在相应的电压输入48处看到纹波电压VCC-RP。
如下文详细讨论的，分布式电源管理电路38可以在任何一对连续时间间隔(例如，OFDM符号)SN-1、SN之间将调制后的电压VCC从一个电压电平切换到另一个电压电平。分布式电源管理电路38还可以减少在连续时间间隔SN-1、SN之间切换调制后的电压VCC所需的起动电流IDC。分布式电源管理电路38还可以通过减小功率放大器电路44(1)-44(N)看到的输出阻抗ZOUT来抑制纹波电压VCC-RP。更重要的是，分布式电源管理电路38可以同时进行调制后的电压VCC的快速切换、减少起动电流IDC以及抑制纹波电压VCC-RP。在这方面，分布式电源管理电路38可以解决先前在图1B的电源管理电路18中鉴定出的所有技术问题。
PMIC 40包含被配置成根据电池电压VBAT产生低频电压VDC的多级电荷泵(MCP)50。例如，MCP 50可以是基于占空比在降压模式与升压模式之间切换的降压-升压直流(DC)到DC(DC-DC)转换器。在降压模式下操作时，MCP 50可以产生0×VBAT或1×VBAT的低频电压VDC。在升压模式下操作时，MCP 50可以产生2×VBAT的低频电压VDC。因此，通过基于占空比在0×VBAT、1×VBAT和2×VBAT之间切换，MCP 50可以产生任何期望电压电平的低频电压VDC。在非限制性实例中，占空比可以基于调制后的目标电压VTGT来确定，所述调制后的目标电压指示调制后的电压VCC将如何从前一个时间间隔SN-1改变(增加或减少)到后一个时间间隔SN。
PMIC 40还包含功率电感器52。在本文中，功率电感器52被配置成产生低频电流(又称起动电流)IDC，以帮助将调制后的电压VCC从时间间隔SN-1中的当前电压电平切换到时间间隔SN中的未来电压电平。
分布式电压调制电路42包含电压放大器54和电压偏移电路56。如此，分布式电压调制电路42可以具有等同于图1B中的阻抗ZPMIC的固有阻抗ZDPMIC。电压放大器54被配置成基于调制后的电压VTGT和供电电压VSUP产生调制后的初始电压VAMP。电压偏移电路56耦合在电压放大器54的输出58与电压输出46之间。在实施例中，电压偏移电路56包含耦合在电压放大器54的输出58与电压输出46之间的偏移电容器COFF，以及耦合在电压放大器54的输出58与接地(GND)之间的旁路开关SBYP。
偏移电容器COFF被配置成将调制后的初始电压VAMP升高偏移电压VOFF，以在电压输出46处产生调制后的电压VCC(VCC＝VAMP+VOFF)。偏移电压VOFF可以通过根据调制后的电压VCC的增加或减少对偏移电容器COFF进行充电或放电来调制。在非限制性实例中，偏移电压VOFF可以根据下面的等式(等式5)进行调制。
VOFF＝VCC-MIN-NHEAD(等式5)
在上文的等式(等式5)中，VCC-MIN表示在任何时间间隔，如本文所展示的时间间隔SN-2、SN-1、SN和SN+1中的调制后的电压VCC的最小电平。NHEAD表示底部净空电压。鉴于NHEAD通常是固定的，偏移电压VOFF将根据VCC-MIN波动。如此，偏移电容器COFF需要在VCC-MIN增大时充电，并且在VCC-MIN减小时放电。根据实施例，旁路开关SBYP闭合以允许偏移电容器COFF充电，并且断开以允许偏移电容器COFF放电。
分布式电压调制电路42还包含控制电路60，所述控制电路可以是例如现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)或砰-砰控制器(bang-bang controller)。如在图3A和3B中的实例中所讨论的，控制电路60选择性地激活/去激活电压放大器54以及断开/闭合旁路开关SBYP，以使调制后的电压VCC在连续时间间隔SN-1、SN之间改变(增加或减少)。在非限制性实例中，控制电路60可以通过控制信号62控制电压放大器54和旁路开关SBYP。
图3A是提供图2的分布式电源管理电路38的示例性图示的时序图，所述分布式电源管理电路被配置成将调制后的电压VCC从OFDM符号SN-1(也被称为“当前OFDM符号”或“当前时间间隔”)中的当前电压电平VLP增加到OFDM符号SN(也被称为“即将到来的OFDM符号”或“即将到来的时间间隔”)中的未来电压电平VLF。图2与3A之间的公共元件在此以公共元件附图标记示出并且将不会在本文中重新描述。
在本文中，控制电路60在OFDM符号SN-1期间并且在OFDM符号SN的开始时间T1之前接收目标电压VTGT。目标电压VTGT指示调制后的电压VCC被设置为从OFDM符号SN-1中的当前电压电平VLP(例如，1V)增加到OFDM符号SN中的未来电压电平VLF(例如，5.5V)。值得注意的是，在OFDM符号SN-1期间，旁路开关SBYP闭合，并且偏移电容器COFF充电，以将调制后的电压VCC维持在当前电压电平VLP。
在OFDM符号SN的开始时间T1之前(例如，在时间T2处)，控制电路60激活电压放大器54以产生调制后的初始电压VAMP并且提供高频电流IAMP(例如，交流电)。在非限制性实例中，可以如此确定时间T2以考虑电压放大器54的斜升和稳定时间。另外，可以进一步确定时间T2以确保电压放大器54可以在OFDM符号SN的CP持续时间内将调制后的初始电压VAMP斜升到基本上等于(VLF-VOFF)的电平。
在产生调制后的初始电压VAMP以快速将调制后的电压VCC升高到(VLF-VOFF)电平的同时，高频电流IAMP将对负载电容器CPA进行充电，以帮助将调制后的电压VCC维持在(VLF-VOFF)。可以设置在功率放大器电路44(1)-44(N)中的每个功率放大器电路内部或外部的负载电容器CPA具有较小的电容(例如，100pF)。因此，根据等式(等式4)，可以通过减少的量的低频电流IDC对负载电容器CPA进行快速充电。
在OFDM符号SN的开始时间T1处，控制电路60断开旁路开关SBYP，使得偏移电容器COFF可以通过低频电流IDC进行充电，以将偏移电压VOFF从当前电压电平VLP升高到未来电压电平VLF。鉴于调制后的电压VCC已经通过电压放大器54升高并通过负载电容器CPA维持，因此可以以较慢的速率对偏移电容器COFF进行充电，以帮助进一步减少对低频电流IDC(又称起动电流)的需求。随着偏移电压VOFF逐渐增加，电压放大器54可以逐渐降低调制后的初始电压VAMP，使得调制后的初始电压VAMP和偏移电压VOFF之和将等于未来电压电平VLF。
在时间T3处，偏移电压VOFF升高到未来电压值VLF。在这方面，不再需要调制后的初始电压VAMP。因此，控制电路60可以闭合旁路开关SBYP并且去激活电压放大器54。在一个实施例中，控制电路60可以在时间T3处同时闭合旁路开关SBYP以及去激活电压放大器54。可替代地，控制电路60可以在从闭合旁路开关SBYP起的定时延迟TDLY的情况下去激活电压放大器54。
图3B是提供图2的分布式电源管理电路38的示例性图示的时序图，所述分布式电源管理电路被配置成将调制后的电压VCC从OFDM符号SN-1(也被称为“当前OFDM符号”)中的当前电压电平VLP降低到OFDM符号SN(也被称为“即将到来的OFDM符号”)中的未来电压电平VLF。图2与3B之间的公共元件在此以公共元件附图标记示出并且将不会在本文中重新描述。
在本文中，控制电路60在OFDM符号SN-1期间并且在OFDM符号SN的开始时间T1之前接收目标电压VTGT。目标电压VTGT指示调制后的电压VCC被设置为从OFDM符号SN-1中的当前电压电平VLP(例如，5.5V)降低到OFDM符号SN中的未来电压电平VLF(例如，1V)。值得注意的是，在OFDM符号SN-1期间，旁路开关SBYP闭合，并且偏移电容器COFF充电，以将调制后的电压VCC维持在当前电压电平VLP。
在OFDM符号SN的开始时间T1之前(例如，在时间T2处)，控制电路60断开旁路开关SBYP，以使偏移电容器COFF放电，以将偏移电压VOFF从当前电压电平VLP降低到未来电压电平VLF。可以如此确定时间T2，以确保偏移电压VOFF可以在OFDM符号SN的CP持续时间内降低到未来电压电平VLF。
值得注意的是，分布式电压调制电路42在OFDM符号SN-1期间仍需将调制后的电压VCC维持在当前电压电平VLP，同时使偏移电容器COFF放电以降低偏移电压VOFF。在这方面，控制电路60进一步被配置成激活电压放大器54，以帮助在偏移电容器COFF放电之前将调制后的电压VCC维持在当前电压电平VLP。另外，电压放大器54还充当电流宿以吸收与使偏移电容器COFF放电相关联的放电电流。控制电路60可以在断开旁路开关SBYP以开始使偏移电容器COFF放电之前，在定时提前TADV的情况下激活电压放大器54。可以如此确定定时提前TADV，以确保电压放大器54可以斜升和稳定以在时间T2之前将调制后的电压VCC维持在当前电压电平VLP。
在时间T3处，偏移电压VOFF降低到未来电压值VLF。在这方面，不再需要调制后的初始电压VAMP。因此，控制电路60可以闭合旁路开关SBYP并且去激活电压放大器54。在一个实施例中，控制电路60可以在时间T3处同时闭合旁路开关SBYP以及去激活电压放大器54。可替代地，控制电路60可以在从闭合旁路开关SBYP起的定时延迟TDLY的情况下去激活电压放大器54。
返回参考图2，功率放大器电路44(1)-44(N)中的每个功率放大器电路包含相应放大器电路64。值得注意的是，放大器电路64中的每个放大器电路可以包含一个或多个功率放大器66，用于根据如多输入多输出(MIMO)和RF波束成形等发射方案，基于调制后的电压VCC同时放大RF信号47，以用于通过多个天线(未示出)同时发射。
功率放大器电路44(1)-44(N)中的每个功率放大器电路包含耦合到相应电压输入48的相应负载电容器CPA(又称解耦电容器)。如先前所描述的，负载电容器CPA被选择为较小(例如，100pF)，以允许调制后的电压VCC在OFDM符号SN-1与SN之间快速切换。然而，较小负载电容器CPA也将具有较小电容性阻抗ZCPA，这可能不足以正确匹配在电压输入48处呈现的输出阻抗ZOUT。因此，纹波电压VCC-RP可以在电压输入48处接收的调制后的电压VCC中产生。在这方面，分布式电源管理电路38还被配置成抑制纹波电压VCC-RP。
在实施例中，分布式电压调制电路42中的电压输出46通过具有第一电感性迹线阻抗ZTRACE1的第一导电迹线68耦合到功率电感器52，并且通过具有第二电感性迹线阻抗ZTRACE2的第二导电迹线70耦合到功率放大器电路44(1)-44(N)中的每个功率放大器电路中的相应电压输入48。因此，在相应电压输入48处看到的输出阻抗ZOUT将包含分布式电压调制电路42的固有阻抗ZDPMIC和第二导电迹线70的第二电感性迹线阻抗ZTRACE2。因此，为了降低输出阻抗ZOUT以帮助抑制纹波电压VCC-RP，有必要降低固有阻抗ZDPMIC和第二电感性迹线阻抗ZTRACE2。
一方面，通过将分布式电压调制电路42设置为基本上靠近功率放大器电路44(1)-44(N)的相应电压输入48，可以减小第二电感性迹线阻抗ZTRACE2。在实施例中，分布式电压调制电路42可以设置为足够靠近相应电压输入48，使得第二电感性迹线阻抗ZTRACE2小于0.7纳亨(nH)。相比之下，由于PMIC 40仅提供低频电流IDC，第一导电迹线68可以远长于第二导电迹线70(例如，50倍更长)。换句话说，PMIC 40可以设置得离相应电压输入48更远，以提供更多实施灵活性。
另一方面，可以减小电压放大器54内部的固有阻抗ZDPMIC。在这方面，图4是提供图2中的分布式电压调制电路42中的电压放大器54的内部结构的示例性图示的示意图。图2与4之间的公共元件在此以公共元件附图标记示出并且将不会在本文中重新描述。
在实施例中，电压放大器54包含输入/偏置级72和输出级74。输入/偏置级72被配置成接收调制后的电压VTGT并且在电压输出46处指示调制后的电压VCC的反馈信号VCC-FB。因此，输入/偏置级72产生一对偏置信号76P(又称第一偏置信号)、76N(又称第二偏置信号)以控制输出级74。
在实施例中，输出级74被配置成基于偏置信号76P、76N中的所选一个在输出58处产生调制后的初始电压VAMP。输出级74也被配置成接收反馈信号VCC-FB。因此，输出级74可以基于反馈信号VCC-FB修改调制后的初始电压VAMP，以减小固有阻抗ZDPMIC，从而减小输出阻抗ZOUT。
在实施例中，输出级74包含第一晶体管78P和第二晶体管78N。在非限制性实例中，第一晶体管78P是p型场效应晶体管(pFET)，并且第二晶体管78N是n型场效应晶体管(nFET)。在此实例中，第一晶体管78P包含第一源电极C1、第一漏电极D1和第一栅电极G1，并且第二晶体管78N包含第二源电极C2、第二漏电极D2和第二栅电极G2。具体地，第一漏电极D1被配置成接收供电电压VSUP，第二漏电极D2耦合到接地(GND)，并且第一源电极C1和第二源电极C2均耦合到电压放大器54的输出58。
第一栅电极G1耦合到输入/偏置级72以接收偏置信号76P，并且第二栅电极G2耦合到输入/偏置级72以接收偏置信号76N。在本文中，输入/偏置级72被配置成响应于调制后的电压VCC的升高产生偏置信号76P或响应于调制后的电压VCC的降低产生偏置信号76N。具体地，第一晶体管78P将响应于接收到偏置信号76P而被导通以输出调制后的初始电压VAMP并提供来自供电电压VSUP的高频电流IAMP(例如，交流电)，并且第二晶体管78N将响应于接收到偏置信号76N而被导通以输出来自供电电压VSUP的调制后的初始电压VAMP并将高频电流IAMP下沉到GND。
在此实施例中，输出级74还包含第一米勒电容器(Miller capacitor)CMiller1和第二米勒电容器CMiller2。具体地，第一米勒电容器CMiller1耦合在电压放大器54的输出58与第一栅电极G1之间，并且第二米勒电容器CMiller2耦合在电压放大器54的输出58与第二栅电极G2之间。在这方面，输出级74可以被视为典型AB类轨到轨OpAmp输出级(rail-rail OpAmpoutput stage)。第一米勒电容器CMiller1和第二米勒电容器CMiller2不仅可以稳定第一晶体管78P和第二晶体管78N的控制(例如，缓解所谓的米勒效应(Miller effect))，还可以减小电压放大器54的闭环输出阻抗。
值得注意的是，由于第一米勒电容器CMiller1和第二米勒电容器CMiller2各自耦合到电压放大器54的输出端58，第一米勒电容器CMiller1和第二米勒电容器CMiller2可以减小作为输出阻抗ZOUT的一部分的固有阻抗ZDPMIC。
在实施例中，可以基于过程配置分布式电源管理电路38以支持上文所描述的实施例。在这方面，图5是图2的分布式电源管理电路38中的用于支持分布式电源管理的示例性过程200的流程图。
在本文中，分布式电压调制电路42通过具有第一电感性迹线阻抗ZTRACE1的第一导电迹线68耦合到PMIC 40(步骤202)。接下来，通过具有第二电感性迹线阻抗ZTRACE2的第二导电迹线70将分布式电压调制电路42耦合到功率放大器电路44(1)-44(N)中的每个功率放大器电路中的相应电压输入48，所述第二电感性迹线阻抗远小于第一电感性迹线阻抗ZTRACE1(例如，50倍更小)(步骤204)。分布式电压调制电路42接收调制后的目标电压VTGT，所述调制后的目标电压指示调制后的电压VCC将从当前时间间隔SN-1中的当前电压电平VLP改变为即将到来的时间间隔SN中的未来电压电平VLF(步骤206)。因此，分布式电压调制电路42中的电压放大器54将被激活，以在即将到来的时间间隔SN的开始之前，改变调制后的初始电压VAMP，使得调制后的初始电压VAMP可以在从即将到来的时间间隔SN的开始起的限定时间限制内改变为未来电压电平VLF(步骤208)。
本领域的技术人员将认识到对本公开的优选实施例的改进和修改。所有此类改进和修改都被认为是在本文所公开的概念和以下权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种分布式电源管理电路，其包括：
分布式电压调制电路，所述分布式电压调制电路包括：
电压输出，所述电压输出输出调制后的电压；
电压放大器，所述电压放大器被配置成产生调制后的初始电压；
电压偏移电路，所述电压偏移电路耦合在所述电压放大器与所述电压输出之间，并且被配置成将所述调制后的初始电压升高调制后的偏移电压，从而产生所述调制后的电压；以及
控制电路，所述控制电路被配置成：
接收调制后的目标电压，所述调制后的目标电压指示所述调制后的电压将从当前时间间隔中的当前电压电平改变为即将到来的时间间隔中的未来电压电平；并且
在所述即将到来的时间间隔的开始之前激活所述电压放大器，从而在从所述即将到来的时间间隔的所述开始起的限定时间限制内将所述调制后的初始电压改变为所述未来电压电平。
2.根据权利要求1所述的分布式电源管理电路，其中：
所述当前时间间隔对应于一对连续正交频分复用(OFDM)符号中的前一个OFDM符号；
所述即将到来的时间间隔对应于所述一对连续OFDM符号中的后一个OFDM符号；并且
所述限定时间限制对应于所述一对连续OFDM符号中的每个OFDM符号中的循环前缀(CP)。
3.根据权利要求1所述的分布式电源管理电路，其进一步包括：
电源管理集成电路(PMIC)，所述PMIC通过具有第一电感性迹线阻抗的第一导电迹线耦合到所述电压输出；以及
一个或多个功率放大器电路，所述一个或多个功率放大器电路各自包括相应电压输入，所述相应电压输入通过具有第二电感性迹线阻抗的第二导电迹线耦合到所述电压输出，所述第二电感性迹线阻抗远小于所述第一电感性迹线阻抗。
4.根据权利要求3所述的分布式电源管理电路，其中所述PMIC和所述分布式电压调制电路设置在不同的管芯中。
5.根据权利要求3所述的分布式电源管理电路，其中所述PMIC包括：
多级电荷泵MCP，所述MCP被配置成根据电池电压并且基于根据所述调制后的目标电压确定的占空比产生低频电压；以及
功率电感器，所述功率电感器通过所述第一导电迹线耦合到所述电压输出，并且被配置成基于所述低频电压感生低频电流。
6.根据权利要求5所述的分布式电源管理电路，其中所述电压偏移电路包括：
偏移电容器，所述偏移电容器耦合在所述电压放大器的输出与所述电压输出之间；以及
旁路开关，所述旁路开关耦合在所述电压放大器的所述输出与接地之间。
7.根据权利要求6所述的分布式电源管理电路，其中所述控制电路被进一步配置成：
接收指示所述调制后的电压将从所述当前电压电平增加到所述未来电压电平的所述调制后的目标电压；
在所述即将到来的时间间隔的所述开始之前激活所述电压放大器，从而在所述限定时间限制内将所述调制后的电压从所述当前电压电平升高到所述未来电压电平；
在激活所述电压放大器之后断开所述旁路开关，从而基于所述低频电流将所述偏移电容器从所述当前电压电平充电到所述未来电压电平；
响应于所述偏移电容器被充电到所述未来电压电平而闭合所述旁路开关；并且
在闭合所述旁路开关之后去激活所述电压放大器。
8.根据权利要求6所述的分布式电源管理电路，其中所述控制电路被进一步配置成：
接收指示所述调制后的电压将从所述当前电压电平降低到所述未来电压电平的所述调制后的目标电压；
在所述即将到来的时间间隔的所述开始之前激活所述电压放大器，从而将所述调制后的电压维持在所述当前电压电平；
响应于所述偏移电容器被放电到所述未来电压电平而闭合所述旁路开关；并且
在闭合所述旁路开关之后去激活所述电压放大器。
9.根据权利要求3所述的分布式电源管理电路，其中所述电压放大器包括：
输入/偏置级，所述输入/偏置级被配置成：
接收所述调制后的目标电压和指示所述电压输出处的所述调制后的电压的反馈信号；并且
基于所述调制后的目标电压和所述反馈信号中所指示的所述调制后的电压产生一对偏置信号；以及
输出级，所述输出级耦合到所述输入/偏置级，并且被配置成基于所述一对偏置信号产生所述调制后的初始电压。
10.根据权利要求9所述的分布式电源管理电路，其中所述输出级包括：
第一晶体管，所述第一晶体管包括：
第一漏电极，所述第一漏电极被配置成接收供电电压；
第一栅电极，所述第一栅电极被配置成接收所述一对偏置信号中的第一偏置信号；以及
第一源电极，所述第一源电极耦合到所述电压放大器的输出；以及
第二晶体管，所述第二晶体管包括：
第二源电极，所述第二源电极耦合到所述电压放大器的所述输出；
第二栅电极，所述第二栅电极被配置成接收所述一对偏置信号中的第二偏置信号；以及
第二漏电极，所述第二漏电极耦合到接地；
其中所述第一晶体管和所述第二晶体管中的所选一个被所述第一偏置信号和所述第二偏置信号中的所选一个偏置，以在所述电压放大器的所述输出处输出所述调制后的初始电压。
11.根据权利要求10所述的分布式电源管理电路，其中所述输出级进一步包括：
第一米勒电容器，所述第一米勒电容器耦合在所述第一栅电极与所述第一源电极之间，并且被配置成减小所述电压输出处的阻抗，从而减小所述第一晶体管被所述第一偏置信号偏置时所述分布式电压调制电路的电感性阻抗；以及
第二米勒电容器，所述第二米勒电容器耦合在所述第二栅电极与所述第二源电极之间，并且被配置成减小所述电压输出处的所述阻抗，从而减小所述第二晶体管被所述第二偏置信号偏置时所述分布式电压调制电路的所述电感性阻抗。
12.一种分布式电压调制电路，其包括：
电压输出，所述电压输出输出调制后的电压；
电压放大器，所述电压放大器被配置成产生调制后的初始电压；
电压偏移电路，所述电压偏移电路耦合在所述电压放大器与所述电压输出之间，并且被配置成将所述调制后的初始电压升高调制后的偏移电压，从而产生所述调制后的电压；以及
控制电路，所述控制电路被配置成：
接收调制后的目标电压，所述调制后的目标电压指示所述调制后的电压将从当前时间间隔中的当前电压电平改变为即将到来的时间间隔中的未来电压电平；并且
在所述即将到来的时间间隔的开始之前激活所述电压放大器，从而在从所述即将到来的时间间隔的所述开始起的限定时间限制内将所述调制后的初始电压改变为所述未来电压电平。
13.根据权利要求12所述的分布式电压调制电路，其中所述电压偏移电路包括：
偏移电容器，所述偏移电容器耦合在所述电压放大器的输出与所述电压输出之间；以及
旁路开关，所述旁路开关耦合在所述电压放大器的所述输出与接地之间。
14.根据权利要求12所述的分布式电压调制电路，其中所述电压放大器包括：
输入/偏置级，所述输入/偏置级被配置成：
接收所述调制后的目标电压和指示所述电压输出处的所述调制后的电压的反馈信号；并且
基于所述调制后的目标电压和所述反馈信号中所指示的所述调制后的电压产生一对偏置信号；以及
输出级，所述输出级耦合到所述输入/偏置级，并且被配置成基于所述一对偏置信号产生所述调制后的初始电压。
15.根据权利要求14所述的分布式电压调制电路，其中所述输出级包括：
第一晶体管，所述第一晶体管包括：
第一漏电极，所述第一漏电极被配置成接收供电电压；
第一栅电极，所述第一栅电极被配置成接收所述一对偏置信号中的第一偏置信号；以及
第一源电极，所述第一源电极耦合到所述电压放大器的输出；以及
第二晶体管，所述第二晶体管包括：
第二源电极，所述第二源电极耦合到所述电压放大器的所述输出；
第二栅电极，所述第二栅电极被配置成接收所述一对偏置信号中的第二偏置信号；以及
第二漏电极，所述第二漏电极耦合到接地；
其中所述第一晶体管和所述第二晶体管中的所选一个被所述第一偏置信号和所述第二偏置信号中的所选一个偏置，以在所述电压放大器的所述输出处输出所述调制后的初始电压。
16.根据权利要求15所述的分布式电压调制电路，其中所述输出级进一步包括：
第一米勒电容器，所述第一米勒电容器耦合在所述第一栅电极与所述第一源电极之间，并且被配置成减小所述电压输出处的阻抗，从而减小所述第一晶体管被所述第一偏置信号偏置时所述分布式电压调制电路的电感性阻抗；以及
第二米勒电容器，所述第二米勒电容器耦合在所述第二栅电极与所述第二源电极之间，并且被配置成减小所述电压输出处的所述阻抗，从而减小所述第二晶体管被所述第二偏置信号偏置时所述分布式电压调制电路的所述电感性阻抗。
17.一种支持分布式电源管理的方法，其包括：
通过具有第一电感性迹线阻抗的第一导电迹线将分布式电压调制电路耦合到电源管理集成电路(PMIC)；
通过具有第二电感性迹线阻抗的第二导电迹线将所述分布式电压调制电路耦合到一个或多个功率放大器电路的相应电压输入，所述第二电感性迹线阻抗远小于所述第一电感性迹线阻抗；
在所述分布式电压调制电路中接收调制后的目标电压，所述调制后的目标电压指示调制后的电压将从当前时间间隔中的当前电压电平改变为即将到来的时间间隔中的未来电压电平；以及
在所述分布式电压调制电路中，在所述即将到来的时间间隔的开始之前，改变调制后的初始电压，使得所述调制后的初始电压能够在从所述即将到来的时间间隔的所述开始起的限定时间限制内改变为所述未来电压电平。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述分布式电压调制电路包括：
电压输出，所述电压输出输出所述调制后的电压；
电压放大器，所述电压放大器被配置成产生所述调制后的初始电压；以及
电压偏移电路，所述电压偏移电路包括：
偏移电容器，所述偏移电容器耦合在所述电压放大器的输出与所述电压输出之间，并且被配置成将所述调制后的初始电压升高调制后的偏移电压，从而产生所述调制后的电压；以及
旁路开关，所述旁路开关耦合在所述电压放大器的所述输出与接地之间。
19.根据权利要求18所述的方法，其进一步包括：
接收指示所述调制后的电压将从所述当前电压电平增加到所述未来电压电平的所述调制后的目标电压；
在所述即将到来的时间间隔的所述开始之前激活所述电压放大器，从而在所述限定时间限制内将所述调制后的电压从所述当前电压电平升高到所述未来电压电平；
在激活所述电压放大器之后断开所述旁路开关，从而将所述偏移电容器从所述当前电压电平充电到所述未来电压电平；
响应于所述偏移电容器被充电到所述未来电压电平而闭合所述旁路开关；以及
在闭合所述旁路开关之后去激活所述电压放大器。
20.根据权利要求18所述的方法，其进一步包括：
接收指示所述调制后的电压将从所述当前电压电平降低到所述未来电压电平的所述调制后的目标电压；
在所述即将到来的时间间隔的所述开始之前激活所述电压放大器，从而将所述调制后的电压维持在所述当前电压电平；
响应于所述偏移电容器被放电到所述未来电压电平而闭合所述旁路开关；以及
在闭合所述旁路开关之后去激活所述电压放大器。
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