CN118117982A - 包络跟踪电源电路、芯片、射频系统和电子设备 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种包络跟踪电源电路、芯片、射频系统和电子设备。包络跟踪电源电路包括第一电压转换模块和放大模块，其中，放大模块用于分别接收包络信号以及第一电压转换模块提供的工作电压，可在工作电压的作用下，在不同工作模式下对包络信号进行放大处理，以向功率放大器提供相应的供电电压。其中，放大模块配置有第一工作模式和第二工作模式，不同工作模式的放大模块对包络信号的放大处理不同，其可等效为类Doherty架构的放大模块，在保证线性度的前提下，还可以提高效率，从而实现超宽带高效率跟踪，使其在可以满超宽带高效率通信需求。

Description

包络跟踪电源电路、芯片、射频系统和电子设备
技术领域
本申请涉及供电技术领域，特别是涉及一种包络跟踪电源电路、芯片、射频系统和电子设备。
背景技术
射频功率放大器是射频前端得重要组成部分，通过射频功率放大器可以使电子终端获取到较高的射频输出功率。其中，为了保证在较高的射频输出功率下电源的工作效率更佳，可以通过实时调节功率放大器的供电电压，以适应射频放大器功率变化，来降低射频功放的功率消耗。
目前，为提升射频功率放大器的效率，电子设备普遍采用包络跟踪(EnvelopeTracking，ET)技术调节功率放大器的供电电压。然而，相关技术中的包络跟踪电源电路难以实现宽带高效率跟踪。
发明内容
本申请提供一种包络跟踪电源电路、芯片、射频系统和电子设备，可以在保证高效率的同时，提升包络跟踪电源的跟踪带宽。
第一方面，本申请的实施例提供一种包络跟踪电源电路，包括：
第一电压转换模块，用于接收外部供电电压，并将所述外部供电电压转换为工作电压；
放大模块，与所述第一电压转换模块连接，用于分别接收包络信号和所述工作电压，用于在所述工作电压的作用下，对所述包络信号进行放大处理，以生成供电电压，并将所述供电电压输出至功率放大器；其中，
所述放大模块配置有第一工作模式和第二工作模式，其中，在所述第一工作模式下，所述放大模块对所述包络信号进行单级放大，以生成第一供电电压；在所述第二工作模式下，所述放大模块对所述包络信号进行双级放大，以生成第二供电电压，其中，所述第二供电电压大于所述第一供电电压。
第二方面，本申请的实施例提供一种供电方法，包络跟踪电源芯片，所述包络跟踪电源芯片被配置有用于与外部电源连接的电源端口，与射频收发器连接的包络端口、以及与功率放大器连接的第一输出端口，所述包络跟踪电源芯片包括如前述的包络跟踪电源电路，其中，
所述第一电压转换模块经所述电源端口连接，以接收所述外部电源提供的所述外部供电电压；
所述放大模块的控制端经所述包络端口接收所述射频收发器输出的所述包络信号；
所述放大模块的输出端经所述第一输出端口输出所述供电电压至所述功率放大器。
第三方面，本申请的实施例提供一种射频系统，包括：
射频收发器，用于提供包络信号和射频信号；
如前述的包络跟踪电源芯片，其中，所述包络端口分别与所述射频收发器连接，用于接收所述包络信号；
功率放大器，所述功率放大器的输入端与所述射频收发器连接，用于接收所述射频信号，所述功率放大器的供电端与所述包络跟踪电源芯片的第一输出端口连接，用于接收所述供电电压，其中，所述功率放大器用于在所述供电电压的作用下，对接收到的所述射频信号进行功率放大后输出至天线。
第四方面，本申请的实施例提供一种电子设备，包括如前述的射频系统。
上述包络跟踪电源电路、芯片、射频系统和电子设备，包括第一电压转换模块和放大模块，其中，放大模块用于分别接收包络信号以及第一电压转换模块提供的工作电压，可在工作电压的作用下，在不同工作模式下对包络信号进行放大处理，以向功率放大器提供相应的供电电压。其中，放大模块配置有第一工作模式和第二工作模式，其中，在所述第一工作模式下，所述放大模块对所述包络信号进行单级放大，以生成第一供电电压；在所述第二工作模式下，所述放大模块对所述包络信号进行双级放大，以生成第二供电电压。本申请实施例中，放大模块配置有两种工作模式，不同工作模式的放大模块对包络信号的放大处理不同，其可等效为类Doherty架构的放大模块，在保证线性度的前提下，还可以提高效率，从而实现超宽带高效率跟踪，使其在可以满超宽带高效率通信需求。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1-5为不同实施例中射频系统的架构示意图；
图6为一个实施例中平均功率跟踪技术的供电示意图；
图7为一个实施例中包络跟踪技术的供电示意图；
图8为一个实施例中功率放大器的供电示意图；
图9为一个实施例中功率附加效率随输入功率的变化示意图；
图10为另一个实施例中射频系统的示意图；
图11-13为不同实施例中包络跟踪电源芯片的示意图；
图14-16为不同实施例中射频系统的架构示意图；
图17为一个实施例中电子设备的架构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以用许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。此外，在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。在本申请的描述中，“若干”的含义是至少一个，例如一个，两个等，除非另有明确具体的限定。
需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。此外，以下实施例中的“连接”，如果被连接的对象之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。
在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中使用的术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
在一个实施例中，本申请实施例提供了一种包络跟踪电源电路可应用在具有射频系统的电子设备和车载设备中。包络跟踪电源电路可采用包络跟踪技术为射频系统中的功率放大器提供供电电压。在本申请实施例中，为了说明，以包络跟踪电源电路应用在电子设备上为例进行说明。示例性的，电子设备具体可以是用户设备(user equipment，UE)、接入终端、终端单元、终端站、移动站、移动台、远方站、远程终端、移动设备、无线通信设备、终端代理或终端装置等。接入终端可以是蜂窝电话、无绳电话、会话启动协议(sessioninitiation protocol，SIP)电话、无线本地环路(wireless local loop，WLL)站、个人数字处理(personal digital assistant，PDA)、手机、电脑、膝上型计算机、手持式计算设备(例如平板)、以及用于在无线系统上进行通信的其它设备。
如图1所示，本申请实施例提供一种包络跟踪电源电路10，包括第一电压转换模块110和放大模块120。其中，第一电压转换模块110，用于接收外部供电电压，并将供电电压转换为工作电压。第一电压转换模块110可以理解为放大模块120的电源，放电模块可在第一电压转换模块输出的工作电压的作用下开始工作。
外部供电电压可以由外部电源，例如设置在包络跟踪电源电路10外的电源提供。第一电压转换模块110可以为升压模块，例如，Boost电路。可选地，第一电压转换模块110也可以为降压模块，例如，BUCK电路。在本申请实施例中，以外部供电电压可以为3.3V，工作电压为4V为例进行说明。第一电压转换模块110可以为Boost电路，可以将接收到的外部供电电压3.3V进行升压转换以输出4V的工作电压。
放大模块120，与第一电压转换模块110连接，用于分别接收包络信号和工作电压，用于在工作电压的作用下，对包络信号进行放大处理，以生成供电电压，并将供电电压输出至功率放大器30。其中，包络信号可以由射频系统中的射频收发器20根据功率放大器30的输出功率来提供。可以理解，包络信号为射频收发器20提供的初始电压信号。放大模块120可对包络信号进行放大处理，以生成供电电压，输出该供电电压至射频收发器20。射频收发器20在供电电压的作用下，可调节该射频收发器20的输出功率。其中，放大模块120配置有两种工作模式，分别为第一工作模式和第二工作模式。放大模块120工作在不同工作模式下，对包络信号的放大处理不同，生成的供电电压也不相同。具体地，放大模块120在第一工作模式下，可对包络信号进行单级放大，以生成第一供电电压。可以理解，单级放大为对包络信号进行一次放大处理。放大模块120在第二工作模式下，可对包络信号进行双级放大，以生成第二供电电压，其中，第二供电电压大于第一供电电压。可以理解，双级放大为对包络信号进行两次独立的放大处理，例如，第一次放大处理和第二次放大处理，其中，第一次放大处理和第二次放大处理彼此独立。第一次放大处理和第二次放大处理可同时进行。第一次放大处理和第二次放大处理中的一个包括前述的单级放大处理。第二供电电压为两次独立放大处理后对应的两个供电电压的叠加。可以理解，第二供电电压包括第一供电电压的分量。
需要说明的是，在申请实施例中，放大模块120的工作模式的切换控制可以由包络跟踪电源电路10本身控制，也可以由与包络跟踪电源电路10连接的外部控制模块来控制。在本申请实施例中，对放大模块120的工作模块的切换控制的控制主体不做进一步限定。
本申请实施例提供的包络跟踪电源电路包括第一电压转换模块和放大模块，放大模块可分别接收包络信号以及第一电压转换模块提供的工作电压，可在工作电压的作用下，在不同工作模式下对包络信号进行放大处理，以向功率放大器提供相应的供电电压。其中，放大模块配置有第一工作模式和第二工作模式，其中，在第一工作模式下，放大模块对包络信号进行单级放大，以生成第一供电电压；在第二工作模式下，放大模块对包络信号进行双级放大，以生成第二供电电压。本申请实施例中，放大模块配置有两种工作模式，不同工作模式的放大模块对包络信号的放大处理不同，每种工作模式的提供的工作电压不同，其可等效为类Doherty架构的放大模块，可在保证线性度的前提下，还可提高效率，从而实现超宽带高效率跟踪，使其在可以满超宽带高效率通信需求。
如图2所示，在其中一个实施例中，放大模块包括：载波功率放大单元121和峰值功率放大单元122。载波功率放大器30的输入端用于接收包络信号，并对接收的包络信号进行功率放大处理以生成第一供电电压。载波功率放大器30的输入端用于接收包络信号，并对接收的包络信号进行功率放大处理以生成子供电电压。
在不同工作模式下，载波功率放大单元121和峰值功率放大单元122的工作状态不同。在任一工作模式时，载波功率放大单元121一直处于工作状态。其中，在第一工作模式下，载波功率放大单元121处于工作状态，峰值功率放大单元122处于截止状态，放大模块120提供的供电电压为第一供电电压。在第二工作模式下，载波功率放大单元121和峰值功率放大单元122分别处于工作状态，放大模块120提供的供电电压为第二供电电压。第二供电电压为载波功率放大单元121处于工作状态时提供的第一供电电压与峰值功率放大单元122处于工作状态提供的子供电电压的叠加电压。
在本申请实施例中，放大模块120包括载波功率放大单元121和峰值功率放大单元122，其可形成类Doherty架构的放大模块，在保证线性度的前提下，还可以提高效率，从而实现超宽带高效率跟踪，使其在可以满超宽带高效率通信需求。
在其中一个实施例中，放大模块120工作于第一工作模式，其载波功率放大单元121的第一负载阻抗高于放大模块120工作于第二工作模式，其载波功率放大单元121的第二负载阻抗。示例性的，载波功率放大单元121的负载阻抗随着放大模块120的工作模式的变化而变化，在由第一工作模式切换至第二工作模式的情况下，载波功率放大单元121的负载阻抗可逐渐变小。例如，放大模块120工作于第一工作模式，其载波功率放大单元121的第一负载阻抗若为100欧姆，而放大模块120的工作模式由第一工作模式切换至第二工作模式，其载波功率放大单元121的第二负载阻抗可由100欧姆逐渐变为50欧姆。
在第一工作模式下，载波功率放大单元121处于工作状态，且载波功率放大单元121具有负载阻抗，可以使得负载电压升高，进而可提高第一供电电压，进一步可提前使载波功率放大单元121的进入预饱和状态，在保证线性度的前提下，还可工作于最大效率状态，可提高放大模块120的效率，进而可提高包络跟踪电源电路10的效率。
当放大模块120工作由第一工作模式切换至第二工作模式，峰值功率放大单元122开始工作时，载波功率放大单元121的工作状态由最大效率状态转换为最大输出状态。其中，最大输出状态为载波功率放大单元121的输出电流值达到最大。在第二工作模式下，载波功率放大单元121和峰值功率放大单元122同时处于工作状态，就可以避免载波功率放大单元121达到预饱和状态，造成载波功率放大单元121的非线性参量变多的情况发生，峰值功率放大单元122还可以生成子供电电压，与第一供电电压叠加，以共同输出第二供电电压。在确保了包络跟踪电源电路10的线性度的同时，还可以提高放大模块120的效率。
如图3所示，在其中一个实施例中，载波功率放大单元121包括载波功率放大器1211和第一微带线L1。峰值功率放大单元122包括：第二微带线L2和峰值功率放大器1221。在本申请实施例中，载波功率放大器1211和峰值功率放大器1221可分别为线性功率放大器(Linear Power Amplifier，LA)。
可选地，载波功率放大器1211和峰值功率放大器1221可分别为A类功率放大器、B类功率放大器、AB类功率放大器、C类功率放大器中的一种。在本申请实施例中，载波功率放大器1211和峰值功率放大器1221的功率放大器类型不限于上述举例说明，为了便于说明，以载波功率放大器1211和峰值功率放大器1221可分别为AB类功率放大器为例进行说明。
载波功率放大器1211的输入端可与射频收发器20连接，以用于接收包络信号，并对接收的包络信号进行功率放大处理。载波功率放大器1211的输出端与第一微带线L1的第一端连接，第一微带线L1的第二端用于与功率放大器30连接。其中，第一微带线L1可用于调节载波功率放大器1211的输出阻抗，以输出第一供电电压。可以理解，第一微带线L1的等效阻抗为载波功率放大单元121的负载阻抗。当放大模块120开启第二工作模式时，第一微带线L1的等效阻抗具有减小的变化趋势。第一微带线L1的等效阻抗可由100欧姆逐渐向50欧姆的方向减小。
可选地，第一微带线L1可为四分之一波长阻抗变换线。可选的，第一微带线L1还可以用其他阻抗匹配网络替换，在本申请实施例中，对第一微带线L1的替换器件不做限定。
第二微带线L2的第一端用于接收包络信号，第二微带线L2的第二端与峰值功率放大器1221的输入端连接，峰值功率放大器1221的输出端用于与功率放大器30连接。可以理解，第二微带线L2设于峰值功率放大器1221的输入端侧，其可用于调节载波功率放大器1211与峰值功率放大器1221之间的相位差，使载波功率放大器1211与峰值功率放大器1221的相位处于平衡状态。相位调节后的包络信号输入至峰值功率放大器1221，可对包络信号进行功率放大处理，以生成子供电电压。
为了便于说明，以图3为例，对包络跟踪电源电路10的工作原理进行说明。其中，载波功率放大器1211与峰值功率放大器1221分别为AB类功率放大器，其中，载波功率放大器1211可理解为主功率放大器，峰值功率放大器1221可理解为辅功率放大器。第一微带线L1设置在主功率放大器的输出端，可在辅功率放大器的工作状态从截止状态切换至工作状态时，可对主功率放大器的负载阻抗进行调整，对主功率放大器的输出阻抗进行匹配。例如，辅功率放大器处于工作状态时，可将主功率放大器的负载阻抗调制到更低的位置，以提高主功率放大器的输出电流，使其产生较高的功率输出。通过在辅功率放大器的输入端侧设置第二微带线L2，这样，就可以平衡由于主功率放大器的输出端设有四分之一波长阻抗线所导致的相位变化，使得主功率放大器所在通路与辅功率放大器所在通路的相位保持平衡。
其中，主功率放大器、辅功率放大器、第一微带线L1和第二微带线L2可以组成类似Doherty功率放大器架构。其中，主功率放大器、辅功率放大器并不是轮流工作，主功率放大器一直处于工作状态，而辅功率放大器处于截止状态时，放大模块120的工作模式为第一工作模式，辅功率放大器处于工作状态时，放大模块120的工作模式为第二工作模式。在第一工作模式时，辅功率放大器处于截止状态。主功率放大器、辅功率放大器的工作状态和截止状态可由包络跟踪电源电路10本身根据接收到的包络跟踪模式信号来生成，也可以由包络跟踪电源电路10以外的其他控制电路来生成。
当辅功率放大器接收到相应的切换指令，从截止状态切换至工作状态时，辅功率放大器开启的负载阻抗也逐渐减小，而电流逐渐增强，有源调制效应出现。具体地，辅功率放大器所在通路相当于在主功率放大器的输出端并入的一个阻抗，主功率放大器通路的负载阻抗随着辅功率放大器的负载的减小而逐渐变大，原本主功率放大器的等效负载增大，但是由于第一微带线L1的存在，使得主功率放大器的等效负载随着辅功率放大器的负载的减小而逐渐减小(例如，由100欧姆向50欧姆的方向减小，但未到达50欧姆)，而主功率放大器由最大效率状态向最大输出状态转变，主功率放大器的输出电压受到辅功率放大器的牵制而保持预饱和状态，可以避免主功率放大器的非线性参量的增多，可以保持足够的线性度，可提高放大模块120的效率。
如图4所示，在其中一个实施例中，包络跟踪电源电路10还包括与放大模块120连接的控制模块130。控制模块130可与射频收发器20连接，用于根据接收到包络跟踪模式信号，以控制放大模块120的工作模式。其中，射频收发器20可根据功率放大器30的目标输出功率来输出包络跟踪模式信号。包络跟踪模式信号可包括第一包络跟踪模式信号和第二包络跟踪模式信号。射频收发器20可根据输出功率的大小来输出对应的包络跟踪信号。
第一包络跟踪模式信号和第二包络跟踪模式信号的输出可根据目标输出功率的相对大小决定。例如，当目标输出功率为第一功率时，射频收发器20可输出第一包络跟踪模式信号至控制模块130，以控制放大模块120工作在第一工作模式。当目标输出功率为第二功率时，射频收发器20可输出第二包络跟踪模式信号至控制模块130，以控制放大模块120工作在第二工作模式。其中，第一功率小于第二功率。
具体地，控制模块130可根据第一包络跟踪模式信号控制载波功率放大器1211，使其工作在工作状态，控制峰值功率放大器1221处于截止状态，进而使放大模块120工作在第一工作模式，载波功率放大器1211由于四分之一波长变换线将等效负载变为100Ω，负载电压升高，使载波功率放大器1211提前进入预饱和状态，效率提高。控制模块130可根据第二包络跟踪模式信号分别控制载波功率放大器1211、峰值功率放大器1221，使其工作在工作状态，进而使放大模块120工作在第二工作模式。也即，峰值功率放大器1221开启，有源调制效应出现，载波功率放大器1211的等效负载由100Ω向50Ω的方向减小(并没有达到50Ω)，而载波功率放大器1211的电压受到辅助功放牵制保持预饱和状态，辅助功放的负载由开路状态向50Ω转变。同时，峰值功率放大器1221的工作状态由最大效率状态向最大输出状态转变，可以保持足够的线性度，可提高放大模块120的效率。
在其中一个实施例中，包络跟踪电源电路10可工作在包络跟踪(EnvelopeTracking，ET)供电模式和平均功率跟踪(Average Power Tracking，APT)供电模式。其中，包络跟踪电源电路10工作在包络跟踪供电模式时提供的供电电压大于工作在平均功率跟踪供电模式时提供的供电电压。其中，平均功率跟踪的基本原理是，通过算法根据功率放大器30的输出功率调节功率放大器30的供电电压，而功率放大器30的实际输出功率仍然通过功率放大器30的输入信号的大小决定，如图6所示。
包络跟踪，是指通过检测功率放大器30的瞬时输出功率来动态调整功率放大器30的供电电压，旨在提高功率放大器30的工作效率，从而达到省电的目的，如图7所示。因此功率放大器30电源电压(或供电电压)会以对应的关系对输出信号的包络进行跟踪，同时一般保持功率放大器30工作在饱和区。如图8所示，功率放大器30的输入信号为单音信号，则PA的漏极效率为：
公式(1)中，I1是输出电流基波分量的振幅，V1是输出电压基波分量的振幅，Ids是功率放大器30的漏极电流，VCC是PA的电源电压，在理想情况下，PA的漏极电流是取输出电流的平均值，因此输出电流的基波分量振幅与漏极电流是等比例的，可认为I1/Ids恒定的。因此PA的漏极效率主要取决于V1/VCC，电源电压VCC是固定不变的，PA的基波输出电压幅度V1随输出功率变化，所以固定电源的功率放大器30的漏极效率也随输出功率变化。当输出功率很低时，V1很小，因此漏极效率也低。
包络跟踪技术的本质就是令V1与电源电压VCC的比例固定在最高值，这样PA可以在全部输出功率保持最高效率。而功率附加效率(Power-Added Efficiency，PAE)可由公式(2)计算：
具有固定电源电压VCC的功率放大器30的漏极效率是随输出/输入功率增加而增加，但是当输入功率过大，由于增益下降，导致Pin/Pout的增大，因此会导致功率附加效率PAE下降，如图9所示。由此可知：固定电源电压的功率放大器30只能在一个输出功率时可达到最高效率；不同电源电压的功率放大器30在不同的输出功率可达到最高效率。而包络跟踪技术的目的就是当功率放大器30达到某一输出功率时，改变其电源电压，使功率放大器30在该输出功率时具有最高的效率。
可选地，如图10所示，包络跟踪电源电路10包括：第一电压转换模块110、放大模块120、第二电压转换模块140和开关模块150。开关模块150的两个第一端分别与第一电压转换模块110、第二电压转换模块140连接，开关模块150的第二端用于连接功率放大器30。
第一电压转换模块110不仅可为放大模块120提供工作电压，还可以对外部供电电压进行升压处理，以输出第三供电电压。示例性的，第一电压转换模块110可包括Boost电路。其中，第三供电电压可直接给功率放大器30。具体地，第一电压转换模块110包括两个输出端口，其中一个输出端口与放大模块120连接，用于输出工作电压至放大模块120；另一输出端口可与功率放大器30连接，用于输出第三供电电压至功率放大器30。需要说明的是，第一电压转换模块110提供的工作电压和第三供电电压的大小可以相同也可以不同。第二电压转换模块140用于接收外部供电电压，对外部供电电压进行压降处理，以输出第四供电电压。示例性的，第二电压转换模块140可包括Buck电路。其中，第三供电电压大于第四供电电压。开关模块150用于在控制模块130的控制下，选择输出第三供电电压或第四供电电压至功率放大器30。控制模块130可根据接收到的供电信号选择导通不同的供电通路，以输出第三供电电压或第四供电电压。
在本申请实施例中，包络跟踪电源电路10可包括第一输出端和第二输出端，其中，放大模块120的输出端与第一输出端连接，用于输出第一供电电压或第二供电电压至功率放大器30。开关模块150的第二端与第二输出端连接，用于输出第三供电电压或第四供电电压至功率放大器30。控制模块130可接收外部的控制信号，并控制放大模块120的工作状态以及开关模块150的导通状态，以使包络跟踪电源电路10兼容包络跟踪供电模式和平均功率跟踪供电模式。
当包络跟踪电源电路10工作在平均功率跟踪供电模式时，可仅通过第二输出端口输出第三供电电压或第四供电电压至功率放大器30。当包络跟踪电源电路10工作在包络跟踪供电模式时，可通过第一输出端输出第一供电电压或第二供电电压至功率放大器30，同时，还可通过第二输出端输出第三供电电压至功率放大器30。可以理解，功率放大器30接收的供电电压为第一输出端的供电电压和第二输出端的供电电压的叠加电压。
本申请实施例中提供的包络跟踪电源电路可实现APT供电模式和ET供电模式的兼容，可以根据功率放大的实际通信需求，采用不同的供电模式为功率放大器提供供电电压，在ET供电模式下，还可以在保证高效率的同时，进一步提升包络跟踪电源电路的跟踪带宽，从而实现超宽带高效率跟踪，使其在可以满足超宽带高效率通信需求。
在其中一个实施例中，控制模块130接收到的供电信号是由射频收发器20生成发出的。供电信号可包括平均功率跟踪模式信号和包络跟踪模式信号。射频收发器20可根据目标输出功率输出相应的供电信号。
当射频系统处于低功率模式时，射频收发器20可输出第一平均功率跟踪模式信号，以使包络跟踪电源电路10工作在平均功率跟踪供电模式。控制模块130可接收第一平均功率跟踪模式信号，并根据第一平均功率跟踪模式信号控制开关模块150选择输出第四供电电压，以及同时控制放大模块120处于非工作状态，以输出第四供电电压至功率放大器30。其中，在低功率模式时，功率放大器30的目标功率对应的供电电压小于外部供电电压，控制模块130可导通第二电压转换模块140所在的供电通路，以提供第四供电电压至功率放大器30。
当射频系统处于第一高功率模式时，射频收发器20可输出第二平均功率跟踪模式信号，以使包络跟踪电源电路10工作在平均功率跟踪供电模式。控制模块130可接收第二平均功率跟踪模式信号，并根据第二平均功率跟踪模式信号控制开关模块150选择输出第三供电电压，以及同时控制放大模块120处于非工作状态，以输出第三供电电压至功率放大器30。其中，在第一高功率模式时，功率放大器30的目标功率对应的供电电压大于外部供电电压，控制模块130可导通第一电压转换模块130所在的供电通路，以提供第三供电电压至功率放大器30。
当射频系统处于第二高功率模式时，射频收发器20可输出包络跟踪模式信号，以使包络跟踪电源电路10工作在包络跟踪供电模式。控制模块130还用于接收包络跟踪模式信号，并根据包络跟踪模式信号控制放大模块120的工作模式以放大模块120处于工作状态，以及控制开关模块150的导通状态，以使包络跟踪电源电路10输出第一目标供电电压和第三供电电压。其中，第一目标供电电压为第一供电电压或第二供电电压。
在包络跟踪供电模式下，放大模块120可工作在第一工作模式，也可以工作在第二工作模式。具体地，当目标输出功率为第一功率时，可输出第一包络跟踪模式信号至控制模块130，控制模块130可根据第一包络跟踪模式信号控制载波功率放大器1211，使其工作在工作状态，控制峰值功率放大器1221处于截止状态，进而使放大模块120工作在第一工作模式，载波功率放大器1211由于四分之一波长变换线将等效负载变为100Ω，负载电压升高，使载波功率放大器1211提前进入预饱和状态，效率提高。当目标输出功率为第二功率时，可输出第二包络跟踪模式信号至控制模块130，控制模块130可根据第二包络跟踪模式信号分别控制载波功率放大器1211、峰值功率放大器1221，使其工作在工作状态，进而使放大模块120工作在第二工作模式。其中，第二功率大于第一功率。也即，峰值功率放大器1221开启，有源调制效应出现，载波功率放大器1211的等效负载由100Ω向50Ω的方向减小(并没有达到50Ω)，而载波功率放大器1211的电压受到辅助功放牵制保持预饱和状态，辅助功放的负载由开路状态向50Ω转变。同时，峰值功率放大器1221的工作状态由最大效率状态向最大输出状态转变，可以保持足够的线性度，放大模块120的效率能够提高到78％。
在本申请实施例中，当包络跟踪电源电路10中的放大模块120才用类Doherty架构，在保证线性度的前提下，放大模块120的效率理论上可以从50％提高到78％，包络跟踪电源电路10的效率也可以进一步提高。同时，包络跟踪电源电路10效率提高可以支持更大的带宽要求，也更具有省电性能。
如图10所示，在其中一个实施例中，包络跟踪电源电路10还包括与第一电压转换模块110连接的稳压模块160。其中，稳压模块160用于对工作电压进行稳压处理，以并输出稳压处理后的稳定电压。其中，稳定电压可提供给第二功率放大器320，例如用于对2G信号进行功率放大的功率放大器。放大模块120可提供对应的供电电压至第一功率放大器310，例如可支持对3G/4G/5G信号的功率放大器。其中，稳压模块160可包括低压差线性稳压器(Low Dropout Liner Regulator，LDO)，或其他具有稳压功能的器件或电路。在本申请实施例中，对稳压模块160的具体类型不做限定。
在本申请实施例中，通过设置稳压模块160，可以拓展包络跟踪电源电路10提供的供电电压的电压范围，以适用于不同的功率放大器，例如，第一功率放大器310和第二功率放大器320。
在本申请实施例中，还提供一种包络跟踪电源芯片。如图11所示，包络跟踪电源芯片包括前述任意实施例中的包络跟踪电源电路。其中，包络跟踪电源芯片被配置有用于与外部电源连接的电源端口Vbatt，与射频收发器20连接的包络端口ET_DAC、以及与功率放大器30连接的第一输出端口ET_OUT。第一电压转换模块110经电源端口Vbatt连接，以接收外部电源提供的外部供电电压。放大模块120的控制端经包络端口ET_DAC接收射频收发器20输出的包络信号；放大模块120的输出端经第一输出端口ET_OUT输出供电电压至功率放大器30。
其中，包络跟踪电源芯片可以理解为以封装芯片，其配置的电源端口Vbatt、包络端口ET_DAC和第一输出端口ET_OUT可以理解为封装芯片的引脚。
本申请实施例中提供的包络跟踪电源芯片，可以将前述任意实施例中的包络跟踪电源电路的集成封装在一起，可以提高包络跟踪电源电路的集成度，有利于包络跟踪电源电路的小型化设置。另外，包络跟踪电源芯片具有类Doherty架构的放大模块，在保证线性度的前提下，还可以提高效率，从而实现超宽带高效率跟踪，使其在可以满超宽带高效率通信需求。
如图12和图13所示，在其中一个实施例中，包络跟踪电源芯片还配置有多个端口，例如，与功率放大器30连接的第二输出端口APT_OUT。其中，第二电压转换模块140的输出端经第二输出端口APT_OUT输出相应的供电电压至功率放大器30。第二输出端口APT_OUT输出的供电电压为第三供电电压或第四供电电压。
可选地，包络跟踪电源芯片还被配置有与射频收发器20连接的控制端口MIPI，其中，包络跟踪电源电路10中的控制模块130经控制端口MIPI接收射频收发器20生成的平均功率跟踪模式信号和跟踪模式信号中的一种。可选地，控制端口MIPI还可用于传输包络跟踪模式信号，控制模块130可根据接收到的包络跟踪模式信号，控制放大模块120的工作模式。
在本申请实施例中，包络跟踪电源芯片可将前述任意实施例中的包络跟踪电源电路集成封装在封装芯片中，可以提高包络跟踪电源芯片的集成度，有利于器件的小型化设置，同时，还可以兼容跟踪供电模式和平均功率跟踪供电模式两种供电模式，提高了包络跟踪电源芯片的供电模式的兼容性和适用多样性。同时，在包络跟踪供电模式下，具有第一工作模式和第二工作模式，可以提高在包络跟踪供电模式下的效率以及线性度。
如图14所示，本申请实施例还提供一种射频系统，包括:射频收发器20、功率放大器30和如前述任一实施例中的包络跟踪电源芯片。其中，射频收发器20，用于提供包络信号和射频信号；包络跟踪电源芯片的包络端口ET_DAC分别与射频收发器20连接，用于接收包络信号。功率放大器30的输入端与射频收发器20连接，用于接收射频信号，述功率放大器30的供电端与包络跟踪电源芯片的第一输出端口ET_OUT连接，用于接收供电电压，其中，功率放大器30用于在供电电压的作用下，对接收到的射频进行功率放大后输出至天线。
本申请实施例中提供的射频系统，包括射频收发器20、功率放大器30以及前述任意实施例中的包络跟踪电源芯片，可以根据功率放大器30的目标输出功率需求控制包络跟踪电源芯片中放大模块120的工作模式，使其能够兼容第一工作模式和第二工作模式，可为功率放大器30提供更具有多样性的供电电压，同时，其可等效为类Doherty架构的放大模块，在保证线性度的前提下，还可以提高效率，从而实现超宽带高效率跟踪，使其在可以满超宽带高效率通信需求，还可以达到省电的目的。
如图15所示，在其中一个实施例中，射频系统还包括设置在功率放大器30与天线之间的发射通路上的功率检测电路40。功率检测电路40用于检测功率放大器30的输出功率，并将输出功率传输至射频收发器20，进而射频收发器20用于根据输出功率控制放大模块120的工作模式。其中，功率检测电路40可包括定向耦合器、双向耦合器等。
在本申请实施例中，功率检测电路40可用于实时检测射频功率放大的瞬时输出功率，进而根据该瞬时输出功率控制放大模块120的工作模式，以调节功率放大器30的供电电压来匹配功率放大器30的输出功率，这样，包络跟踪电源芯片可通过改变功率放大器30的功率效率从而了达到省电目的效果。
在其中一个实施例中，射频收发器20还用于根据输出功率控制包络跟踪电源芯片的供电模式。供电模式包括平均功率跟踪供电模式和包络跟踪供电模式，其中，包络跟踪供电模式包括第一工作模式和第二工作模式，在平均功率跟踪供电模式下提供的工作电压小于在包络跟踪供电模式下提供的工作电压。
为了便于说明，以如图16所示的射频系统为例进行说明阐述射频信号和电源相关信号的工作路径，如表1所示。
表1为射频信号和电源相关信号的工作路径
其中，射频系统可包括多个功率放大器，可分别记为第一功率放大器30和第二功率放大器30，其中，第一功率放大器310可只用支持对3G/4G/5G信号的功率放大，第二功率放大器320可支持对2G信号的功率放大。其中，第一功率放大器310的供电端分别与第一输出端口ET_OUT、第二输出端口APT_OUT连接，可用接收放大模块120提供的供电电压，以及开关模块150选择输出的供电电压。第二功率放大器320的供电端与稳压端口连接，用于接收稳压模块160输出的稳定电压。
当射频系统工作在低功率模式时，只有Channel 0/1/3工作，此时，包络跟踪电源芯片工作在APT Buck模式。
当射频系统工作在第一高功率模式时，Channel 0/1/4工作，此时，包络跟踪电源芯片工作在APT Boost模式。
当射频系统工作在第二高功率(包络跟踪供电模式)时，Chanel 0/1/2/4都会工作，此时射频系统会输出包络信号(电源包络波形)来动态满足第一功率放大器310线性度所需的功率电平。Channel 2通路中放大模块120输出的供电电压的正弦波形叠加到Channel 4的输出供电电压的APT波形上，以叠加形成提供至第一功率放大器的电源电压的包络波形。Channel5是外部供电电压通过稳压模块160后，输出至第二功率放大器320。
在本实施例中，射频系统中的包络跟踪电源芯片采用了双线性功率放大器，其采用了类Doherty架构，在保证线性度的前提下，线性功率放大器部分的效率理论上可以从50％提高到78％，包络跟踪电源芯片的效率得到了进一步提高。同时，包络跟踪电源芯片效率提高可以支持更大的带宽要求，其更具省电。
本申请实施例还提供一种电子设备，包括前述任一实施例中的射频系统。其包括第一电压转换模块和放大模块，其中，放大模块用于分别接收包络信号以及第一电压转换模块提供的工作电压，可在工作电压的作用下，在不同工作模式下对包络信号进行放大处理，以向功率放大器提供相应的供电电压。其中，放大模块配置有第一工作模式和第二工作模式，其中，在第一工作模式下，放大模块对包络信号进行单级放大，以生成第一供电电压；在第二工作模式下，放大模块对包络信号进行双级放大，以生成第二供电电压。本申请实施例中，放大模块配置有两种工作模式，不同工作模式的放大模块对包络信号的放大处理不同，其可等效为类Doherty架构的放大模块，在保证线性度的前提下，还可以提高效率，从而实现超宽带高效率跟踪，使其在可以满超宽带高效率通信需求。
如图17所示，进一步的，以电子设备11为手机为例进行说明，具体的，如图17所示，该手机可包括存储器21(其任选地包括一个或多个计算机可读存储介质)、处理模块22、外围设备接口23、输入/输出(I/O)子系统26。这些部件任选地通过一个或多个通信总线或信号线29进行通信。本领域技术人员可以理解，图17所示的手机并不构成对手机的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。图17中所示的各种部件以硬件、软件、或硬件与软件两者的组合来实现，包括一个或多个信号处理和/或专用集成电路。
存储器21任选地包括高速随机存取存储器，并且还任选地包括非易失性存储器，诸如一个或多个磁盘存储设备、闪存存储器设备、或其他非易失性固态存储器设备。示例性的，存储于存储器21中的软件部件包括操作系统211、通信模块(或指令集)212、全球定位系统(GPS)模块(或指令集)213等。
处理模块22和其他控制电路(诸如电子设备中的处理电路)可以用于控制手机的操作。该处理模块22可以包括一个或多个微处理器、微控制器、数字信号处理器、基带处理器、功率管理单元、音频编解码器芯片、专用集成电路等。
处理模块22可以被配置为实现控制手机中的天线的使用的控制算法。处理模块22还可以发出用于控制电子设备24中各开关的控制命令等。
I/O子系统26将手机上的输入/输出外围设备诸如键区和其他输入控制设备耦接到外围设备接口23。I/O子系统26任选地包括触摸屏、按键、音调发生器、加速度计(运动传感器)、周围光传感器和其他传感器、发光二极管以及其他状态指示器、数据端口等。示例性的，用户可以通过经由I/O子系统26供给命令来控制手机的操作，并且可以使用I/O子系统26的输出资源来从手机接收状态信息和其他输出。例如，用户按压按钮261即可启动手机或者关闭手机。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (18)

1.一种包络跟踪电源电路，其特征在于，包括：
第一电压转换模块，用于接收外部供电电压，并将所述外部供电电压转换为工作电压；
放大模块，与所述第一电压转换模块连接，用于分别接收包络信号和所述工作电压，用于在所述工作电压的作用下，对所述包络信号进行放大处理，以生成供电电压，并将所述供电电压输出至功率放大器；其中，
所述放大模块配置有第一工作模式和第二工作模式，其中，在所述第一工作模式下，所述放大模块对所述包络信号进行单级放大，以生成第一供电电压；在所述第二工作模式下，所述放大模块对所述包络信号进行双级放大，以生成第二供电电压，其中，所述第二供电电压大于所述第一供电电压。
2.根据权利要求1所述的包络跟踪电源电路，其特征在于，所述放大模块包括：
载波功率放大单元，所述载波功率放大器的输入端用于接收所述包络信号，并对接收的所述包络信号进行功率放大处理以生成所述第一供电电压；
峰值功率放大单元，所述载波功率放大器的输入端用于接收所述包络信号，并对接收的所述包络信号进行功率放大处理以生成子供电电压；其中，
在所述第一工作模式下，所述载波功率放大单元处于工作状态，所述峰值功率放大单元处于截止状态；
在所述第二工作模式下，所述载波功率放大单元和所述峰值功率放大单元分别处于工作状态，所述第二供电电压为所述第一供电电压与所述子供电电压的叠加电压。
3.根据权利要求2所述的包络跟踪电源电路，其特征在于，在所述第一工作模式下所述载波功率放大单元的第一负载阻抗高于在所述第二工作模式下所述载波功率放大单元的第二负载阻抗。
4.根据权利要求2所述的包络跟踪电源电路，其特征在于，所述载波功率放大单元包括：
载波功率放大器，所述载波功率放大器的输入端用于接收所述包络信号，并对接收的所述包络信号进行功率放大处理；
第一微带线，所述第一微带线的第一端与所述载波功率放大器的输出端连接，所述第一微带线的第二端用于与所述功率放大器连接，用于调节所述载波功率放大器的输出阻抗，以输出所述第一供电电压；其中，
所述放大模块开启所述第二工作模式时，所述第一微带线的等效阻抗具有减小的变化趋势。
5.根据权利要求4所述的包络跟踪电源电路，其特征在于，所述峰值功率放大单元包括：第二微带线和峰值功率放大器，其中，
所述第二微带线的第一端用于接收所述包络信号，所述第二微带线的第二端与所述峰值功率放大器的输入端连接，用于调节所述载波功率放大器与所述峰值功率放大器之间的相位差；
所述峰值功率放大器的输出端用于与所述功率放大器连接，用于接收的所述包络信号进行功率放大处理，以生成所述子供电电压。
6.根据权利要求5所述的包络跟踪电源电路，其特征在于，所述载波功率放大器和所述载波功率放大器分别为AB类功率放大器。
7.根据权利要求5所述的包络跟踪电源电路，其特征在于，所述第一微带线和所述第二微带线分别为四分之一波长阻抗变换线。
8.根据权利要求1所述的包络跟踪电源电路，其特征在于，所述包络跟踪电源电路还包括：
控制模块，与所述放大模块连接，用于根据接收到的包络跟踪模式信号，控制所述放大模块的工作模式，其中，所述工作模式包括所述第一工作模式和所述第二工作模式。
9.根据权利要求8所述的包络跟踪电源电路，其特征在于，所述第一电压转换模块还用于对所述外部供电电压进行升压处理，以输出第三供电电压；
所述包络跟踪电源电路还包括：
第二电压转换模块，用于接收所述外部供电电压，对所述外部供电电压进行压降处理，以输出第四供电电压；
开关模块，所述开关模块的两个第一端分别与所述第一电压转换模块、所述第二电压转换模块连接，所述开关模块的第二端用于连接所述功率放大器，所述开关模块用于在所述控制模块的控制下，选择输出所述第三供电电压或所述第四供电电压至所述功率放大器。
10.根据权利要求9所述的包络跟踪电源电路，其特征在于，所述控制模块还用于接收平均功率跟踪模式信号，并根据平均功率跟踪模式信号控制所述开关模块选择输出所述第三供电电压或所述第四供电电压，以及同时控制所述放大模块处于非工作状态，或，
所述控制模块还用于接收包络跟踪模式信号，并根据包络跟踪模式信号控制所述放大模块的工作模式以所述放大模块处于工作状态，以及控制所述开关模块的导通状态，以使包络跟踪电源电路输出所述供电电压和所述第三供电电压。
11.根据权利要求1所述的包络跟踪电源电路，其特征在于，所述包络跟踪电源电路还包括：
稳压模块，与所述第一电压转换模块连接，用于对所述工作电压进行稳压处理，以并输出稳压处理后的稳定电压。
12.一种包络跟踪电源芯片，其特征在于，所述包络跟踪电源芯片被配置有用于与外部电源连接的电源端口，与射频收发器连接的包络端口、以及与功率放大器连接的第一输出端口，所述包络跟踪电源芯片包括如权利要求1-11任一项所述的包络跟踪电源电路，其中，
所述第一电压转换模块经所述电源端口连接，以接收所述外部电源提供的所述外部供电电压；
所述放大模块的控制端经所述包络端口接收所述射频收发器输出的所述包络信号；
所述放大模块的输出端经所述第一输出端口输出所述供电电压至所述功率放大器。
13.根据权利要求12所述的包络跟踪电源芯片，其特征在于，所述包络跟踪电源芯片还被配置有与功率放大器连接的第二输出端口，其中，
所述包络跟踪电源电路的第二电压转换模块的输出端经所述第二输出端口输出所述第二电压转换模块生成的第三供电电压至所述功率放大器。
14.根据权利要求12所述的包络跟踪电源芯片，其特征在于，所述包络跟踪电源芯片还被配置有与所述射频收发器连接的控制端口，其中，
所述包络跟踪电源电路中的控制模块经所述控制端口接收所述射频收发器生成的平均功率跟踪模式信号和跟踪模式信号中的一种。
15.一种射频系统，其特征在于，包括：
射频收发器，用于提供包络信号和射频信号；
如权利要求12-14任一项所述的包络跟踪电源芯片，其中，所述包络端口分别与所述射频收发器连接，用于接收所述包络信号；
功率放大器，所述功率放大器的输入端与所述射频收发器连接，用于接收所述射频信号，所述功率放大器的供电端与所述包络跟踪电源芯片的第一输出端口连接，用于接收所述供电电压，其中，所述功率放大器用于在所述供电电压的作用下，对接收到的所述射频信号进行功率放大后输出至天线。
16.根据权利要求15所述的射频系统，其特征在于，所述射频系统还包括：
功率检测电路，设置在所述功率放大器与所述天线之间的发射通路上，用于检测所述功率放大器的输出功率，并将所述输出功率传输至所述射频收发器；
所述射频收发器用于根据所述输出功率控制所述放大模块的工作模式。
17.根据权利要求16所述的射频系统，其特征在于，所述射频收发器还用于根据所述输出功率控制所述包络跟踪电源芯片的供电模式，所述供电模式包括平均功率跟踪供电模式和包络跟踪供电模式，其中，所述包络跟踪供电模式包括所述第一工作模式和所述第二工作模式，在所述平均功率跟踪供电模式下提供的供电电压小于在所述包络跟踪供电模式下提供的供电电压。
18.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求15-17任一项所述的射频系统。
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