CN1364042A - 用于交换式路径功率放大器的组合网络 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有至少两个输出功率设备以及用于在这两个功率设备之间交换输出路径的功率放大器。第一输出功率设备设计成在功率放大器的最高输出功率值处功率有效信号放大。第二输出功率设备设计成用于在功率放大器最有可能运行的输出功率值处的功率有效信号放大。根据输出功率值或者第一或第二输出功率设备被有效。利用一个组合网络将输出阻抗根据有效功率设备正常操作和要求进行转换。通过按照输出功率传值在多个功率设备之间转换,就可以在功率放大器的很宽的操作状态范围内达到很高的功率效率值。

Description

用于交换式路径功率放大器的组合网络

技术领域

本发明涉及如在蜂窝通信系统中使用的功率放大器，尤其是本发明涉及具有至少两个输出功率设备的功率放大器以及用于在两个功率设备之间切换输出路径的机制。针对在功率放大器的最高输出功率值处的功率有效信号放大而设计一个第一输出功率设备，针对在该功率放大器最有可能运行的的输出功率值处的功率有效信号放大而设计一个第二输出功率设备。通过按照该输出功率值而在这两个功率设备之间切换，就可以在该功率放大器的很宽的操作范围内取得很高的效率。

背景技术

放大设备如晶体管的功率效率会随着运行环境的改变而变化。例如，为一种电源功率效率而设计的功率放大器对于另一种电源来说可能效率就很低。但是围绕可能要求该电源放大器能运行在可变的环境下(例如不同的电源)的应用还将从功率有效操作中大大受益。实际上，当对于任何电源放大器应用存在可变的设计要求时，功率有效性最有可能是保持不变的基本设计目标。

举例来说，在大多数的通信系统中，最好该电源放大器能有效地运行，同时希望在期望的电源范围内保持可接受的线性。为此，一般地电源放大器调整成在单一输出功率值和电源处达到峰值效率。一般地，为了在峰值效率处运行，在功率放大器输出处的电压波动尽可能地大。但是通过提高电压波动来改进效率倾向于降低了功率放大器的线性度，因此，在功率效率与线性度之间存在着一种折衷，一方的改进必然要牺牲另一方。

很多的蜂窝通信中CDMA蜂窝系统要求功率放大器输出很宽范围的输出功率。关于CDMA蜂窝系统的详细资料，请参见电子工业协会出版物EIA/TIA IS-95(在此结合作为为参考)。该功率放大器必须安全地运行在最高的功率值处。针对此最高功率值处的设计，一个单一的功率放大器倾向于在低的且更经常使用的功率值处低效运行。因此，用电池运行的设备的寿命就会缩短，因为在通常使用的功率值处不能进行有效的功率放大，因为这种功率放大器专门设计成最高功率值。

象CDMA蜂窝系统这样的通信系统仅说明多个功率放大器应用的一个示例，这些应用要求运行在多个运行状态。为了解决现有技术的问题，所需要的功率放大器可在几种运行状态下达到高功率效率。

发明概述

为达到前述的目的，在此公开了各种具有至少两个输出功率设备的功率放大器以及用于在这两个功率设备之间交换输出路径的机制。第一输出功率设备设计成在功率放大器的最高输出功率值处功率有效信号放大，因此该第一功率设备可描述为高功率放大器(HPA)。第二输出功率设备设计成用于在功率放大器最有可能运行的输出功率值处的功率有效信号放大，因此该第二功率设备可以描述为低功率放大器(LPA)。通过按照输出功率值在这两个功率设备之间切换，就可以在功率放大器处宽范围的操作状态内达到很高的效率。

本发明第一实施例公开一种交换式路径功率放大器，适用于放大在功率放大器输入端处接收的输入信号以便在功率放大器输出端生成一个输出信号。该交换式路径功率放大器具有第一与第二功率设备，第一设备基本上优化成用于在第一输出功率值处的功率有效放大，而第二设备基本上优化成用于在第二输出功率值处的功率有效放大。该交换式路径功率放大器还包括状态检测电路，用于确定该路径功率放大器正在运行的功率值，以及一个组合网络，用于将一个失效的功率设备从连接到该交换式路径功率放大器的输出负载上去耦合，以便该失效的功率设备对由有效功率设备产生的放大的电子信号的任何影响都是可忽略的。该检测电路进一步运行成：a)当交换式路径功率放大器运行在第一输出功率值处时，使第一功率设备有效，同时使第二功率设备无效；以及b)当交换式路径功率放大器运行在第二输出功率值处时，使第二功率设备有效，同时使第一功率设备无效。

第一功率设备用于放大交换式路径功率放大器的第一操作状态期间的输入信号，包括连接到该功率放大器输入端和第一功率设备输出端的第一功率设备输入端。第二功率设备用于放大交换式路径功率放大器的第二操作状态期间的输入信号，包括连接到该功率放大器输入端和第二功率设备输出端的第二功率设备输入端。组合网络设备包括分别连接到第一与第二功率设备输出端的第一与第二组合网络设备输入端，以及连接到该功率放大器输出端的组合网络设备输出端。组合网络设备可以在第一与第二功率设备之间选择以便任何一个功率设备可驱动该功率放大器的输出。

组合网络设备的一个实施例通过利用一个双匹配网络设备将功率放大器阻抗转换成有效功率设备的正常操作所要求的输出阻抗。每个功率设备，包括LPA和HPA都通过并行匹配网络设备连接到该功率放大器输出端，其中该匹配网络设备将功率放大器输出处的输出阻抗转换成有效的功率设备正常运行的正确输出阻抗。

组合网络设备的另一个实施例通过修改该并行连接及由此降低了HPA对LPA性能的影响而进一步地保护LPA的性能。第一匹配网络设备将输出阻抗转换成适于HPA的输出阻抗，并随后通过一个开关和第二匹配网络设备以确保在功率放大器输出处LPA可“看见”正确的输出阻抗以便正常运行。在本实施例中，由此减少了HPA对整个实现方式的影响而改进了整体效率。

本发明的另一个实施例提出一种交换式路径功率放大器，该放大器具有三个或更多的功率设备(例如低功率放大器LPA，中间功率放大器IPA以及高功率放大器HPA)。在本实施例中，该三个或多个功率设备中每一个都相应地设计成用于特定的运行状态(即输出功率值)。状态检测电路因此运行以使相应的功率设备有效并同时使其它的功率设备无效。

本发明的另一个实施例公开一种适用于RF通信系统的交换式路径功率放大器，RF通信系统具有第一与第二输出功率值，第一值对应于RF通信系统的最高输出功率，第二值对应于RF通信系统通常运行的输出功率。

本发明的另一方面公开一种用于放大多个功率值上的电子信号的方法，该放大的电子信号一个输出负载。该方法包括：提供一个具有第一与第二功率设备的交换式路径功率放大器，第一功率设备用于放大在第一功率值期间的电子信号，第二功率设备用于放大在第二功率值期间的电子信号；该方法随后确定交换式路径功率放大器的功率值，并且在功率值处于第一功率值时，选择第一功率设备用于放大该电子信号。但是当该功率值处于第二功率值时，该方法选择第二功率设备用于放大电子信号。

附图描述

图1是按照本发明一个实施例的交换式路径功率放大器的示意图；

图2是适用于图1的交换式路径功率放大器的组合网络设备的一个示意图，该组合网络设备符合本发明的另一个实施例；

图3是适用于图1的交换式路径功率放大器的另一个组合网络设备的示意图，该组合网络设备符合本发明的另一个实施例；

图4是适用于图1的交换式路径功率放大器的另一个组合网络设备的实施例；

图5是图4中组合网络设备的示意图，该组合网络设备符合本发明的另一个实施例；

图6是适用于图1的交换式路径功率放大器的另一个组合网络设备的又一实施例；

图7A是图6中组合网络设备的示意图，该组合网络设备符合本发明的另一个实施例；

图7B是图6中组合网络设备的另一个示意图，该组合网络设备符合本发明的另一个实施例；

图8A是图6中组合网络设备的另一个示意图，该组合网络设备符合本发明的另一个实施例；

图8B是图6中组合网络设备的另一个示意图，该组合网络设备符合本发明的另一个实施例。

实施本发明的最佳模式

图1描述了按照本发明第一实施例的交换式路径功率放大器100，该放大器100适用于象蜂窝电话、无绳电话、双路寻呼机、无线LAN以及AM与FM模拟发送器这样的应用场合。如所明白的，根据系统的复杂性与/或费用，功率放大器100可简单地用于驱动器放大器，或者是用于该系统的完整的功率放大器。

该交换式路径功率放大器100包括第一与第二功率设备102与104、组合网络设备106和状态检测电路108。简要地说，这两个功率设备102与104设计成用于在两个不同的输出功率值处的功率有效操作。组合网络设备106与状态检测电路协同工作以便按照输出功率值在两个功率设备之间切换输出路径，由此在该功率放大器的很宽的操作状态的范围内达到功率有效性与可接受的线性度。

第一功率设备102具有一个信号输入端110和输出端112，以一个使能输入端114。类似地，第一功率设备104具有一个信号输入端120和输出端122，以一个使能输入端124。一个功率放大器输入端126连接到第一与第二功率设备信号输入端110与120。第一与第二功率设备信号输出112与122都连接到该组合网络设备106的输入端。

当第一与第二功率设备有效运行时，在信号输入端处施加的电子信号在输出端处得到放大。在某个实施例中，第一功率设备102被设计成用于高功率值，并且被记为高功率放大器(HPA)，第二功率设备104被设计成用于低功率值，并且被记为低功率放大器(LPA)。第一与第二功率设备102与104在其各自的功率值处都提供线性度可接受的最大的电压波动(swing)。第一功率设备102基本上优化成在功率放大器100所要求的最高输出功率处达到功率效率，第二功率设备104基本上优化成在功率放大器100所要求的最经常使用的输出功率处达到功率效率。

根据特定应用的目标、设计上的限制等，功率设备102与104的实际实现还会有所变化。在优选实施例中，每个功率设备包括一个功率晶体管，如npn晶体管Q1和Q2。每个功率设备进一步包括DC偏置电路，使功率晶体管处于初始状态，例如正常的操作环境，该输入信号控制功率晶体管的输出。功率放大器的设计与结构(包括产生功率设备具有优化成某一功率值的功率效率)对于本技术领域内的人是已知的。

状态检测电路108运行时有选择地有效或无效第一与第二功率设备102和104。在图1所实施例中，状态检测电路具有一个连接到第一与第二功率设备的有效输入端114和124的单一数字输出端130。在这种情况下，对于第一与第二功率设备102与104的有效逻辑是彼此相反的。可替换地，该状态检测电路108可以利用独立地连接到第一与第二功率设备102与104的两个控制输出设计。

状态检测电路108可包括一个数字信号处理器，微控制器、功率值传感器、可编程逻辑如PLD或PAL，和/或其它相应电路。例如，当功率放大器100是CDMA蜂窝系统的一部分时，一般地，微控制器操作该系统，控制该输出功率值。可替换地，该状态检测电路108可以是连接到该功率放大器输出端128的一个功率值传感器，用于直接测量该输出功率值。在某些实施例中，状态检测电路108包括一个数字处理器和功率值检测器电路，以及该状态检测决策是基于对输出功率值的直接测量和对该数字处理器是可用的其它信息。

组合网络设备106连接到第一与第二功率设备的信号输出112与122，以及连接到功率放大器输出端128。另外，如虚线132所示，组合网络设备106可连接到状态检测电路108，该组合网络设备106用于连接该有效的功率设备与功率放大器输出端128。组合网络设备106进一步用于将失效的功率设备从该功率放大器输出端128上去耦合，由此补偿(rendering)失效的功率设备对放大的输出信号的可忽略的影响。而且，该组合网络设备将功率放大器输出阻抗匹配成有效的功率设备正常运行所需要的输出阻抗。每个功率设备通过匹配网络设备连接到功率放大器输出端，该匹配网络用于将功率放大器输出端的输出阻抗转换为该功率设备运行的正常输出阻抗。组合网络设备也可用于通过一个开关和第二匹配网络设备传送(pass)第一匹配网络设备的输出阻抗以确保在功率放大器输出端处第二功率设备可看见正确的输出，以进行正常的操作。

该组合网络设备106可利用包含有机械继电器、单刀双掷(SPDT)开关、场效应晶体管(FET)晶体管、二极管开关或电感与电容的组合及其传输线路部件的多个不同的电路来实现，下面参照图1、4、6描述几个相应的实施例。

图2描述了按照本发明一个实施例的组合网络设备200，该组合网络设备200包括第一、第二、第三、第四电感L1、L2、L3、L4，第一、第二、第三电容C1、C2、C3，象肖特基二极管S1这样的二极管以及传输线T1。如图2所示的，还有功率设备晶体管Q1与Q2，功率放大器输出端128以及输出负载210。

组合网络设备包括具有第一与第二端子的电感L1，具有第一与第二端子的电容C1，具有第一与第二端子的电感L2，具有第一与第二端子的传输线，具有第一与第二端子的电容C2，具有第一与第二端子的电容C3，具有第一与第二端子的电感L3，具有第一与第二端子的电感L4。

电感L1第一端子通过肖特基二极管S1电气地连接到第一功率设备Q1集电极，该肖特基二极管的作用是起到在电感L1第一端子与晶体管Q1集电极之间电连接。肖特基二极管S1的阳极电气地连接到电感L1第一端子，阴极电气地连接到晶体管Q1集电极。电感L2第一端子电气地连接到通用参考电压208，电感L2第二端子、电感L1第二端子与电容C1第一端子电气地连接在一起。传输线T1第一端子、电容C1第二端子以及功率放大器输出端128电气地连接在一起。电容C2第二端子电气地连接到通用参考地206。电容C3第一端子、电容C2第一端子以及传输线T1第二端子电气地连接在一起。电感L3第一端子电气地连接到通用参考电压208。电感L4第一端子电气地连接到第二功率设备Q2集电极，电感L4第二端子、电感L3第二端子与电容C3第二端子电气地连接在一起。

当功率设备104(即Q2)有效时，没有电流流过肖特基二极管S1，并且它对功率放大器输出128来说表现出高阻抗。因此，由有效的功率设备104产生的大多数功率被传送到输出负载210。假定该输出负载210具有正常的50欧姆的阻抗，该传输线T1应被选择为50欧姆传输线，长度为λ/4。由于输出负载是50欧姆，传输线T1不再变换由功率设备104所看见的阻抗。当功率设备102(即Q1)有效时，因为到功率设备104的路径的低输出阻抗，传输线T1作用相当于开路。(可以理解，在短路内终止的λ/4传输线提供了到短路终止相反一侧的无穷阻抗)。

在图2的实施例中，选择部件L1、L2、L3、L4和C1、C2、C3以便50欧姆的输出负载210可以看作是期望的阻抗。例如，已经发现当肖特二极管S1的结区是大约微平方米、电感L1是大约1纳亨、电感L2是大约22纳亨、电感L3是大约33纳亨、电感L4是大约1纳亨、电容C1是大约1.6皮法、电容C2是大约4.2皮法、电容C3是大约11皮法时，该组合网络设备200可以正常工作。如所理解的，这些部件值只是简单地适用于CDMA蜂窝通信系统的功率值的示例，并且可以提供相应的功率效率，对于本技术领域内的人员来说，可以选择其它的值以适用于其它的应用。

图3说明了按照本发明另一实施例的网络设备300。该网络设备300示意性地代表可用于切换连接该功率放大器输入126与功率放大器输出128的路径的所有开关，包括电子或机械的。相应的开关包括机械继电器、单刀双掷开关、晶体管与二极管开关。如连接132所指示的，在图3的实施例中，状态检测电路108不仅控制该功率设备102与104，状态检测电路108激活网络设备300的开关。

图4说明了按照本发明另一实施例的网络设备400。该网络设备400包括第一与第二匹配网络设备402与416，以及开关410，以便一起使得第一与第二功率设备、在112与122处所示的输出共享408处的通用输出端口。第一匹配网络设备402具有输入与输出端子404和406。第一匹配网络设备402的输入端子404电气地连接到第一功率设备输出112，第一匹配网络设备402的输出端子406电气地连接到功率放大器输出408。第二匹配网络设备416具有输入与输出端子420与418。第二匹配网络设备416的输入端子420连接到第二功率设备输出122，第二匹配网络设备416的输出端418连接到开关410。开关410具有输入与输出端子412与414，以及一个状态检测连接端422。开关410的输入端412电气地连接到第二匹配网络设备416，开关410的输出端414电气地连接到功率放大器输出408，该状态检测连接端422电气地连接到状态检测电路132。

图4的匹配网络设备用于将功率放大器输出408转换成有效功率设备正常运行所需要的输出阻抗。在402处的第一匹配网络设备将408处的功率放大器输出阻抗转换成有效的第一功率设备的正常运行所要求的输出阻抗，其中该设备的输出112电气地连接到第一匹配网络设备402的输入端404。在416处的第二匹配网络设备将408处的功率放大器输出阻抗转换成有效的第二功率设备的正常运行所要求的输出阻抗，其中该设备的输出122电气地连接到第二匹配网络设备416的输入端420。开关410代表一个P.i.n.二极管，允许在两个匹配网络设备之间切换。

来自状态检测电路的正确信号必须施加给422以便于切换操作。如图1所示，该状态检测电路输出130和132用于使正确的功率设备有效，使余下的功率设备无效以及控制在组合网络设备内的设备之间的切换。该状态检测电路运行以便a)当交换式路径功率放大器运行在第一输出功率值处时，使第一功率设备有效，同时使第二功率设备无效以及b)当交换式路径功率放大器运行在第二输出功率值处时，使第二功率设备有效，同时使第一功率设备无效。该状态检测电路可以是连接到功率放大器输出的功率值传感器，用于直接测量该输出功率值。在某些实施例中，该状态检测电路包括一个数字处理器和一个功率值传感器电路，以及该状态检测决策是基于对输出功率值的直接测量和对该数字处理器可用的其它信息。

该有效的功率设备必须在对其所要求的线性范围内有效运行，一般地，该功率设备被调整成在单一输出功率值和电源处达到峰值效率。峰值效率要求输出端处的电压波动尽可能地大，但这对线性度具有决定性的影响。因此功率设备如放大器的感性耦合是提高效率和维持线性的有效方法。每个匹配网络是一个LC(电感-电容)电路，其部件值被选择成对于每个功率设备都达到正确的阻抗。利用在集电极电路处放置一个电感而不是电阻，集电极电流内的最大波动也是负载电流内的最大波动。如果转换效率是AC负载功率与由电源传送的功率之比，则这种感性连接由于在偏置电路内低的功率耗散而导致非常优秀的效率。如果将多个功率设备调整成在不同的输出功率值处运行，则利用独立的、可切换的感性连接电路是理想的。可以计算适用于CDMA蜂窝系统的功率值部件值以提供对应的功率效率，而且，本技术领域内的人可以理解如何选择对于其它应用来说所必须的部件值。

图5描述了在图4中说明的组合网络设备的一个特定实现。图5中的电路500包括第一与第二匹配网络设备502与504，开关524以及状态检测连接端538。第一匹配网络设备502包括第一与第二电感508、510，第一与第二电容514、512以及输入与输出端子528、526。第一匹配网络设备502的输入端子528电气地连接到第一功率设备112的输出，第一匹配网络设备502的第一电感508具有第一与第二端子，其中第一端子连接到电源506，第二端子连接到第一匹配网络设备输入端528。第一匹配网络设.502的第二电感510具有第一与第二端子，其中第一端子连接到第一匹配网络设备输入端528，电感510的第二端子连接到第二电容512。第一匹配网络设备502的第一电容514具有第一与第二端子，其中第一端子连接到地，第二端子连接到第二电感510与第二电容512的连接端。第一匹配网络设备502的第二电容512具有第一与第二端子，其中第一端子连接到第二电感510，第二端子连接到第一匹配网络设备输出端526。第一匹配网络设备502的输出端电气地连接到功率放大器输出端516。

图5中的电路500还包括第二匹配网络设备504。第二匹配网络设备504包括第三电感520，第三电容518以及输入与输出端子530、532。第二匹配网络设备504的输入端子530电气地连接到第二功率设备122的输出，第二匹配网络设备504的第三电感520具有第一与第二端子，其中第一端子连接到电源522，第二端子连接到第二匹配网络设备输入端530。第二匹配网络设备.504的第三电容518具有第一与第二端子，其中第一端子连接到开关524，第三电容518的第二端子连接到第二匹配网络设备504输出端532。第二匹配网络设备504的输出端532电气地连接到功率放大器输出端516。

图5中的电路500还包括一个开关524，其具有一个阳极534和一个阴极536，该阳极536电气地连接到第二匹配网络设备504输入端530，阴极连接到第三电容518。阴极536与第三电容518的连接端通过状态检测连接端538电气地连接到132。

图6描述了按照本发明的另一个实施例的组合网络设备600，该组合网络设备600包括第一与第二匹配网络设备602与616，开关610，以便一起使得第一与第二功率设备、在112与122处所示的输出共享608处的通用输出端口。第一匹配网络设备602具有输入与输出端子604和606。第一匹配网络设备602的输入端子604电气地连接到第一功率设备输出112，第一匹配网络设备602的输出端子606电气地连接到功率放大器输出608。第二匹配网络设备616具有输入与输出端子620与618。输入端子620连接到第二功率设备输出122，第二匹配网络设备616的输出端418连接到开关610。开关610具有输入与输出端子612与614，以及一个状态检测连接端622。开关610的输入端612电气地连接到第二匹配网络设备616，开关610的输出端614电气地连接到第一功率设备输出112，该状态检测连接端622电气地连接到状态检测输出132。

图6的匹配网络设备用于将功率放大器输出608转换成有效功率设备正常运行所需要的输出阻抗。在602处的第一匹配网络设备将608处的功率放大器输出阻抗转换成有效的第一功率设备的正常运行所要求的输出阻抗，其中该设备的输出112电气地连接到第一匹配网络设备602的输入端604。在616处的第二匹配网络设备将608处的功率放大器输出阻抗转换成有效的第二功率设备的正常运行所要求的输出阻抗，其中该设备的输出122电气地连接到第二匹配网络设备616的输入端620。开关610代表一个P.i.n.二极管，允许在两个匹配网络设备之间切换。

来自状态检测电路的正确信号必须施加给622以便于切换操作。如图1所示，该状态检测电路输出130和132用于使正确的功率设备有效，使余下的功率设备无效以及控制在组合网络设备内的设备之间的切换。该状态检测电路运行以便a)当交换式路径功率放大器运行在第一输出功率值处时，使第一功率设备有效，同时使第二功率设备无效以及b)当交换式路径功率放大器运行在第二输出功率值处时，使第二功率设备有效，同时使第一功率设备无效。该状态检测电路可以是连接到功率放大器输出的功率值传感器，用于直接测量该输出功率值。在某些实施例中，该状态检测电路包括一个数字处理器和一个功率值传感器电路，以及该状态检测决策是基于对输出功率值的直接测量和对该数字处理器可用的其它信息。

当将高功率放大器(HPA)与低功率放大器(LPA)一起使用时，组合网络设备600通过进一步考虑高功率放大器(HPA)(用作第一功率设备)在整体实现上的影响来保护性能。修改匹配网络设备的并行连接，以减少HPA对LPA的影响，第二匹配网络设备616、开关610以及第一匹配网络设备并行放置。第一功率设备的输出(在本例中是HPA)电气地连接到开关610与第一匹配网络设备616输入端604的连接端。第二功率设备的输出(在本例中是LPA)电气地连接到第二匹配网络设备616输入端620。在设备600内，第一匹配网络设备将输出阻抗转换为适合HPA的输出阻抗，其随后通过开关和第二匹配网络设备以确保LPA在功率放大器输出端可看见正确的输出阻抗，以进行正确的操作。在本实施例中，由于在整体实现上减少了第一功率设备HPA的影响而提高了整个效率。

图7A描述了图6中组合网络设备的特定实现方式。图7A中的电路700包括包括第一与第二匹配网络设备702与704，开关724以及状态检测连接端738。第一匹配网络设备702包括第一与第二电感708、710，第一与第二电容714、712以及输入与输出端子728、726。第一匹配网络设备702的输入端子728电气地连接到第一功率设备112的输出，第一匹配网络设备702的第一电感708具有第一与第二端子，其中第一端子连接到电源706，第二端子连接到第一匹配网络设备输入端728。第一匹配网络设702的第二电感710具有第一与第二端子，其中第一端子连接到第一匹配网络设备输入端728，电感710的第二端子连接到第二电容712。第一匹配网络设备702的第一电容714具有第一与第二端子，其中第一端子连接到地，第二端子连接到第二电感710与第二电容712的连接端。第一匹配网络设备702的第二电容712具有第一与第二端子，其中第一端子连接到第二电感710，第二端子连接到第一匹配网络设备输出端726。第一匹配网络设备702的输出端726电气地连接到功率放大器输出端716。

图7A中的电路700还包括第二匹配网络设备704。第二匹配网络设备704包括第三电感720，第三电容718以及输入与输出端子730、732。第二匹配网络设备704的输入端子730电气地连接到第二功率设备122的输出，第二匹配网络设备704的第三电感720具有第一与第二端子，其中第一端子连接到第二匹配网络设备输出端732。第二匹配网络设备704的输出端732电气地连接到第一匹配网络设备702输入端728。第三电感720第二端子连接到第二匹配网络设备704输入端730。第二匹配网络设备704的第三电容718具有第一与第二端子，其中第一端子连接到开关724，第三电容718的第二端子连接到地。

图7A中的电路700还包括一个开关724，其具有一个阳极734和一个阴极736，该阳极734电气地连接到第二匹配网络设备704输入端730，阴极736连接到第三电容718。阴极736与第三电容718的连接端通过状态检测连接端738电气地连接到132。

图7B中的电路750是对图7A中电路700的稍作改变。开关724与第三电容718的位置关于状态检测连接端738进行了调换。第三电容718具有第一与第二端子，但在电路750中，第一端子电气地连接到第二匹配网络设备输入端730。第三电容718的第二端子电气地连接到开关724。开关724具有一个阳极734和一个阴极736，该阳极734电气地连接到第三电容718，阴极736连接到地。状态检测连接端738电气地连接到阴极与第三电容718的连接端。

图8A描述了图6中组合网络设备的另一个特定实现方式。图8A中的电路800包括包括第一与第二匹配网络设备802与804，开关824以及状态检测连接端838。第一匹配网络设备802包括第一与第二电感808、810，第一与第二电容814、812以及输入与输出端子828、826。第一匹配网络设备802的输入端子828电气地连接到第一功率设备112的输出，第一匹配网络设备802的第一电感808具有第一与第二端子，其中第一端子连接到电源806，第二端子连接到第一匹配网络设备输入端828。第一匹配网络设802的第二电感810具有第一与第二端子，其中第一端子连接到第一匹配网络设备输入端828，电感810的第二端子连接到第二电容812。第一匹配网络设备802的第一电容814具有第一与第二端子，其中第一端子连接到地，第二端子连接到第二电感810与第二电容812的连接端。第一匹配网络设备802的第二电容812具有第一与第二端子，其中第一端子连接到第二电感810，第二端子连接到第一匹配网络设备输出端826。第一匹配网络设备802的输出端826电气地连接到功率放大器输出端816。

图8A中的电路800还包括第二匹配网络设备804。第二匹配网络设备804包括第三、第四电感820、842，第三、第四电容818、840以及输入与输出端子830、832。第二匹配网络设备704的输入端子830电气地连接到第二功率设备122的输出，第二匹配网络设备804的第三电感820具有第一与第二端子，其中第二端子连接到第二匹配网络设备804输入端830，第一端子连接到电源822。第二匹配网络设备804的第三电容718具有第一与第二端子，其中第一端子连接到第二匹配网络设备804输出端832。第二匹配网络设备804的输出端832电气地连接到第一匹配网络设备802输入端828。第三电容818的第二端子电气地连接到第二匹配网络设备804输入端830。第二匹配网络设备804的第四电容840具有第一与第二端子，其中第一端子连接到第二匹配网络设备804输入端830，第四电容840的第二端连接到第四电感842。第四电感842具有第一与第二端子，第一端子电气地连接到第四电容840，第四电感842的第二端子连接到开关824。

图8A中的电路800还包括一个开关824具有一个阳极834和一个阴极836，该阳极834电气地连接到第四电感842，阴极836连接到地。第四电感842与阳极834的连接端通过状态检测连接端838电气地连接到132。

图8B中的电路850是对图8A中电路800的稍作改变。开关824与连接的第四电容840、第四电感842的位置关于状态检测连接端838进行了调换。第四电容840具有第一与第二端子，但在电路800中，第一端子电气地连接到开关834。第四电容840的第二端子仍然电气地连接到第四电感842。第四电感842具有第一与第二端子，第一端子保持连接到第四电容840，第四电感842的第二端子电气地连接到地。开关824具有一个阳极834和一个阴极836，该阳极834电气地连接到第二匹配网络设备804输入端830，阴极836连接到第四电容840。状态检测连接端838电气地连接到阴极836与第四电容840的连接端。

每个组合网络设备中的匹配网络设备将在功率放大器输出处的输出阻抗转换成有效功率设备正常操作所要求的输出阻抗。每个匹配网络是一个IC(电感-电容)电路，其部件值可以进行选择以达到每个功率设备的正常阻抗。该开关表示一个P.i.n.二极管(开关的优选部件)，允许在两个匹配网络设备之间转换。可以计算出适用于CDMA蜂窝系统的功率值，以提供相应的功率效率。而且，对于本技术内的人员来说，是可以理解如何选择其它应用场合的部件值的。

尽管在此详细地描述了本发明一些实施例，本应明白本发明可以在很多其它的特定应用中实现而不会脱离本发明的精神与范围。例如象图1中的第一与第二功率设备102和104这样的功率设备即可以是线性的，也可以是非线性的，甚至可以是它们的组合。而且，这样的功率设备也可以使用其它的功率放大技术，例如双极型晶体管或场应管(FET)技术。

在功率放大器100的优选实施例中，第一功率设备102与第二功率设备104形成在一个单一的设备上。该单一的设备与组合网络设备106随后形成上一个单一的集成电路封装内。可替换地，在某些其它的机制中如印刷电路板上，这些部件也可以独立地封装，然后通过导线将其连接起来。

图1的功率放大器100表示了这两个功率设备的使用。但是可以理解可以使用更多的功率设备。在这种情况下，每个功率设备都要在该功率放大器的一个特定的状态(例如运行功率值)优化其功率效率。相应地，状态检测电路108与组合网络设备106运行以选择正确的功率设备，从输出128处隔离无效的功率设备。

上面详细地描述了在特定的功率值处针对有效操作而设计的不贮存器功率设备的应用。但是，也可以对应其它的操作条件例如信号波形(例如数字与模拟)、室温、电源波形等而设计这些功率设备以进行功率有效操作。在这些实施例中，状态检测电路将合最佳可用功率设备有效而同时无效掉所有其它设备。类似地，可以想象也可以为其它目的而优化功率设备，例如在某个操作范围内的线性度，以及随该状态检测电路根据包含除功率效率之外其它因素而使最佳功率设备有效。

因此，本发明的这些示例及实施例可以看作是说明性而非限制性，以及本发明并不受限于这里给出的细节，而是可以在所附权利要求的范围内进行修改。

Claims (28)

1、一种适用于交换式路径功率放大器的组合网络设备，包括连接到第一功率设备的第一组合网络设备输入端，连接到第二功率设备的第二组合网络设备输入端，以及连接到功率放大器输出的单一组合网络设备输出端，其中，

a.所述的第一功率设备是一个高功率放大器；

b.所述的第二功率设备是一个低功率放大器；

c.所述的组合网络设备运行时将所述的第一功率设备或第二功率设备连接到所述的功率放大器输出端以便仅有一个有效的功率设备驱动所述的功率放大器输出；

b.所述的组合网络设备运行时将一个无效的功率设备从所述的功率放大器输出端断开以便该无效掉的功率设备对由该有效功率设备产生的放大的电子信号的影响是可忽略的；

d.所述的组合网络设备运行时将所述功率放大器输出处的输出阻抗转换成所述的有效功率设备正常运行所要求的正确的输出阻抗。

2、如权利要求1所述的组合网络设备，其中所述组合网络设备包括：

a.具有第一与第二电感、以及具有第一与第二电容的第一匹配网络设备；

b.具有第三电感与电容的第二匹配网络设备；

c.状态检测连接端；以及

d.二极管开关。

3、如权利要求2所述的第一匹配网络设备，其中

a.第一电感具有第一与第二端子，其中第一端子连接到电源，第二端子连接到所述第一功率设备的输出端；

b.第二电感具有第一与第二端子，其中第一端子连接到所述第一功率设备输出端，第二端子连接到第二电容；

c.第一电容具有第一与第二端子，其中第一端子连接到地，第二端子连接到第二电感与第二电容的连接端；以及

d.第二电容具有第一与第二端子，其中第一端子连接到第二电感，第二端子连接到所述的功率放大器输出端。

4、如权利要求2所述的第二匹配网络设备，其中，

a.第三电感具有第一与第二端子，其中第一端子连接到电源，第二端子连接到所述的第二功率设备的输出；

b.第三电容具有第一与第二端子，其中第一端子连接到所述二极管开关，第二端子连接到所述功率放大器输出端。

5、如权利要求2所述的状态检测连接端，其中所述的状态检测连接端电气地连接到所述的二极管开关和第三电容的连接端。

6、如权利要求2所述的二极管开关，其中所述的二极管具有一个阳极和阴极，所述的阳极电气地连接到所述的第二功率设备输出端，以及所述的阴极电气地连接到所述第三电容。

7、如权利要求2所述的二极管开关，其中所述的二极管是肖特基二极管。

8、一种适用于交换式路径功率放大器的组合网络设备，包括连接到第一功率设备的第一组合网络设备输入端，连接到第二功率设备的第二组合网络设备输入端，以及连接到功率放大器输出的单一组合网络设备输出端，其中，

a.所述的第一功率设备是一个高功率放大器；

b.所述的第二功率设备是一个低功率放大器；

c.所述的组合网络设备运行时将所述的第一功率设备或第二功率设备连接到所述的功率放大器输出端以便仅有一个有效的功率设备驱动所述的功率放大器输出；

d.所述的组合网络设备运行时将一个无效的功率设备从所述的功率放大器输出端断开以便该无效掉的功率设备对由该有效功率设备产生的放大的电子信号的影响是可忽略的；以及

e.所述的组合网络设备运行时将所述功率放大器输出处的输出阻抗转换成所述的有效的功率设备正常运行所要求的正确的输出阻抗以便所述的高功率放大器具有降低的影响。

9、如权利要求8所述的组合网络设备，其中所述组合网络设备包括：

a.具有第一与第二电感、以及具有第一与第二电容的第一匹配网络设备；

b.具有第三电感与电容的第二匹配网络设备；

c.状态检测连接端；以及

d.二极管开关。

10、如权利要求9所述的第一匹配网络设备，其中

a.第一电感具有第一与第二端子，其中第一端子连接到电源，第二端子连接到所述第一功率设备的输出端；

b.第二电感具有第一与第二端子，其中第一端子连接到所述第一功率设备输出端，第二端子连接到第二电容；

c.第一电容具有第一与第二端子，其中第一端子连接到地，第二端子连接到第二电感与第二电容的连接端；以及

d.第二电容具有第一与第二端子，其中第一端子连接到第二电感，第二端子连接到所述的功率放大器输出端。

11、如权利要求9所述的第二匹配网络设备，其中，

a.第三电感具有第一与第二端子，其中第一端子连接到所述的第一功率设备输出端，第二端子连接到所述的第二功率设备的输出；

b.第三电容具有第一与第二端子，其中第一端子连接到所述二极管开关，第二端子连接到地。

12、如权利要求9所述的状态检测连接端，其中所述的状态检测连接端电气地连接到所述的二极管开关和第三电容的连接端。

13、如权利要求9所述的二极管开关，其中所述的二极管开关具有一个阳极和阴极，所述的阳极电气地连接到所述的第二功率设备输出端，以及所述的阴极电气地连接到所述第三电容。

14、如权利要求9所述的二极管开关，其中所述的二极管是肖特基二极管。

15、如权利要求9所述的第二匹配网络设备，其中，

a.第三电感具有第一与第二端子，其中第一端子连接到所述第一功率设备输出端，第二端子连接到所述第二功率设备的输出端；

b.第三电容具有第一与第二端子，其中第一端子连接到所述第二功率设备输出端，第二端子连接到所述二极管开关。

16、如权利要求9所述的状态检测连接端，其中所述的状态检测连接端电气地连接到所述二极管开关与第述第三电容的连接端。

17、如权利要求9所述的二极管开关，其中所述的二极管开关具有一个阳极和一个阴极，阳极连接到所述的第三电容，阴极连接到地。

18、如权利要求9所述的二极管开关，其中所述的二极管是肖特基二极管。

19、如权利要求8所述的组合网络设备，其中所组合网络设备包括：

a.具有第一与第二电感、以及具有第一与第二电容的第一匹配网络设备；

b.具有第三和第四电感以及具有第三和第四电容的第二匹配网络设备；

c.状态检测连接端；以及

d.二极管开关。

20、如权利要求19所述的第一匹配网络设备，其中

a.所述第一电感具有第一与第二端子，其中第一端子连接到电源，第二端子连接到所述第一功率设备的输出端；

b.第二电感具有第一与第二端子，其中第一端子连接到所述第一功率设备输出端，第二端子连接到第二电容；

c.第一电容具有第一与第二端子，其中第一端子连接到地，第二端子连接到第二电感与第二电容的连接端；以及

d.第二电容具有第一与第二端子，其中第一端子连接到第二电感，第二端子连接到所述的功率放大器输出端。

21、如权利要求19所述的第二匹配网络设备，其中

a.第三电感具有第一与第二端子，其中第一端子连接到电源，第二端子连接到所述第二功率设备的输出端；

b.第四电感具有第一与第二端子，其中第一端子连接到所述第四电容，第二端子连接到所述二极管开关；

c.第三电容具有第一与第二端子，其中第一端子连接到所述第一功率设备输出端，第二端子连接到第二功率设备输出端；以及

d.第四电容具有第一与第二端子，其中第一端子连接到所述第二功率设备输出，第二端子连接到所述的第四电感。

22、如权利要求19所述的状态检测连接端，其中所述的状态检测连接端电气地连接到所述的二极管开关和第四电感的连接端。

23、如权利要求19所述的二极管开关，其中所述的二极管具有一个阳极和阴极，所述的阳极电气地连接到所述的第四电感，以及所述的阴极电气地连接到地。

24、如权利要求19所述的二极管开关，其中所述的二极管是肖特基二极管。

25、如权利要求19所述的第二匹配网络设备，其中：

a.第三电感具有第一与第二端子，其中第一端子连接到电源，第二端子连接到所述第二功率设备的输出端；

b.第四电感具有第一与第二端子，其中第一端子连接到所述第四电容，第二端子连接到地；

c.第三电容具有第一与第二端子，其中第一端子连接到所述第一功率设备输出端，第二端子连接到第二功率设备输出端；以及

d.第四电容具有第一与第二端子，其中第一端子连接到所述二极管开关，第二端子连接到所述的第四电感。

26、如权利要求19所述的状态检测连接端，其中所述的状态检测连接端电气地连接到所第四电容与二极管开关的连接端。

27、如权利要求19所述的二极管开关，其中所述的二极管开关具有一个阳极和阴极，阳极连接到所述的第二功率设备输出端，所述阴极连接到第四电容。

28、如权利要求19所述的二极管开关，其中所述的二极管是肖特基二极管。

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