DE102015218849A1

DE102015218849A1 - Mehrfachband-Gerät mit mehreren miniaturisierten Einfachband-Leistungsverstärkern

Info

Publication number: DE102015218849A1
Application number: DE102015218849.3A
Authority: DE
Inventors: Philip John Lehtola
Original assignee: Skyworks Solutions Inc
Current assignee: Skyworks Solutions Inc
Priority date: 2015-02-15
Filing date: 2015-09-30
Publication date: 2016-08-18
Anticipated expiration: 2035-10-01
Also published as: JP2016149745A; US10778149B2; CN105897197A; KR20160100797A; TW201630331A; CN105897174A; JP7395778B2; US10177711B2; US20210143776A1; HK1226199A1; US20160241205A1; JP2023052191A; US20160241207A1; TWI716361B; DE102015218849B4; CN105897174B; DE102015218733A1; JP2016149746A; DE102015218750A1; HK1225868A1

Abstract

Mehrfachband-Gerät mit mehreren miniaturisierten Einfachband-Leistungsverstärkern. In einigen Ausführungsformen kann ein Leistungsverstärkerchip ein Halbleitersubstrat und eine Vielzahl von auf dem Halbleitersubstrat implementierten Leistungsverstärkern (PAs) aufweisen. Jeder der PAs kann dazu ausgelegt sein, ungefähr eine charakteristische Lastimpedanz einer entlang eines individuellen Frequenzbandsignalpfades angeordneten nachgeschalteten Komponente zu treiben, so dass jeder der PAs kleiner als ein Breitband-PA dimensioniert ist, welcher dazu ausgelegt ist, mehr als eines der der Vielzahl von PAs zugeordneten Frequenzbänder zu treiben. Die nachgeschaltete Komponente kann einen Ausgangsfilter umfassen.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG(EN)
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 62/116,448, eingereicht am 15. Februar 2015 und betitelt mit VERRINGERTE LEISTUNGSVERSTÄRKERGRÖSSE DURCH BESEITIGUNG EINES ANPASSUNGSNETZWERKS, der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 62/116,449, eingereicht am 15. Februar 2015 und betitelt mit VERBESSERTE LEISTUNGSVERSTÄRKEREFFIZIENZ DURCH BESEITIGUNG EINES ANPASSUNGSNETZWERKS, der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 62/116,450, eingereicht am 15. Februar 2015 und betitelt mit MEHRFACHBAND-LEISTUNGSVERSTÄRKUNGSSYSTEM MIT VERBESSERTER EFFIZIENZ DURCH BESEITIGUNG EINES BANDAUSWAHLSCHALTERS, sowie der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 62/116,451, eingereicht am 15. Februar 2015 und betitelt mit MEHRFACHBAND-GERÄT MIT MEHREREN MINIATURISIERTEN EINFACHBAND-LEISTUNGSVERSTÄRKERN, deren aller Offenbarungsgehalt in dieser Anmeldung durch Bezugnahme explizit in seiner Gesamtheit aufgenommen wird.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf Leistungsverstärker in Hochfrequenz-(HF)-Anwendungen.
Beschreibung bekannter Technik
In Hochfrequenz-(HF)-Anwendungen wird ein zu sendendes HF-Signal üblicherweise durch einen Sendeempfänger erzeugt. Ein derartiges HF-Signal kann dann über einen Leistungsverstärker (PA) verstärkt werden und das verstärkte HF-Signal kann an eine Antenne zur Übertragung weitergeleitet werden.
ZUSAMMENFASSUNG
Gemäß einer Anzahl von Ausführungsvarianten bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Leistungsverstärkungssystem, das einen Leistungsverstärker (PA), welcher dazu ausgelegt ist, ein Hochfrequenz-(HF)-Signal zu empfangen und zu verstärken, und einen mit dem PA gekoppelten Filter aufweist, welcher dazu ausgelegt ist, das verstärkte HF-Signal aufzubereiten. Der PA ist weiterhin dazu ausgelegt, ungefähr eine charakteristische Lastimpedanz des Filters zu treiben.
In einigen Ausführungsformen kann der PA eine Impedanz aufweisen, die größer als ungefähr 40 Ω ist. Die Impedanz des PA kann einen Wert von ungefähr 50 Ω aufweisen.
In einigen Ausführungsformen kann das Leistungsverstärkungssystem weiterhin ein Versorgungssystem aufweisen, um dem PA eine Hochspannungs-(HV)-Versorgung bereitzustellen. Das Versorgungssystem kann einen Hochsetz-Gleichspannungswandler aufweisen, welcher dazu ausgelegt ist, die HV-Versorgung auf der Basis einer Batteriespannung Vbatt zu erzeugen.
In einigen Ausführungsformen kann der PA einen Bipolartransistor mit Heteroübergang (HBT) umfassen. Der HBT kann beispielsweise eine Galliumarsenidvorrichtung (GaAs) sein. Die HV-Versorgung kann einem Kollektor des HBT als Vcc bereitgestellt werden.
In einigen Ausführungsformen kann der Filter ein Sendefilter (Tx-Filter) sein, welcher dazu ausgelegt ist, in einem entsprechenden Tx-Frequenzband betrieben zu werden. Der Tx-Filter kann Teil eines Duplexers sein, welcher dazu ausgelegt ist, in dem Tx-Frequenzband und einem entsprechenden Empfangsfrequenzband (Rx-Frequenzband) betrieben zu werden.
In einigen Ausführungsformen kann der Filter mit dem PA über einen Ausgangspfad gekoppelt sein, welcher im Wesentlichen keine Impedanzwandlungsschaltung aufweist.
In einigen Ausführungsformen kann das Leistungsverstärkungssystem weiterhin ein oder mehrere zusätzliche PAs aufweisen, von denen jeder dazu ausgelegt ist, mit der HV-Versorgung betrieben zu werden und ein entsprechendes HF-Signal zu verstärken. Das Leistungsverstärkungssystem kann weiterhin einen Filter aufweisen, welcher mit jedem der ein oder mehreren zusätzlichen PAs gekoppelt ist und dazu ausgelegt ist, das entsprechende verstärkte HF-Signal aufzubereiten. Jeder der ein oder mehreren zusätzlichen PAs kann weiterhin dazu ausgelegt sein, ungefähr eine charakteristische Lastimpedanz des entsprechenden Filters zu treiben. Jeder der ein oder mehreren zusätzlichen Filter kann mit dem entsprechenden PA über einen Ausgangspfad gekoppelt sein, welcher im Wesentlichen keine Impedanzwandlungsschaltung aufweist.
In einigen Ausführungsformen können der PA und die ein oder mehreren zusätzlichen PAs können M PAs bilden. In einigen Ausführungsformen können die M PAs auf einem einzigen Halbleiterchip implementiert werden. Die M PAs können dazu ausgelegt sein, in separaten Frequenzbändern betrieben zu werden. Das System kann im Wesentlichen keinen Bandauswahlschalter zwischen den M PAs und ihren entsprechenden Filtern aufweisen.
In einigen Ausführungsformen kann das Leistungsverstärkungssystem dazu ausgelegt sein, als ein Nachverfolgungssystem der mittleren Leistung (”average power tracking”, APT) betrieben zu werden. Das APT-System kann geringere Verlustleistung aufweisen als ein anderes Leistungsverstärkungssystem, welches ein ähnliches Bandverarbeitungsvermögen aufweist, aber in welchem die PAs bei Niederspannung betrieben werden. Das andere Leistungsverstärkungssystem kann ein Einhüllendennachverfolgungssystem (”envelope tracking”, ET) sein. Das APT-System kann eine Gesamteffizienz aufweisen, die größer als die Gesamteffizienz des ET-Systems ist.
Gemäß einiger Lehren bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Hochfrequenz-(HF)-Modul, welches ein Gehäusesubstrat, das dazu ausgelegt ist, eine Vielzahl von Komponenten aufzunehmen, und ein auf dem Gehäusesubstrat angeordnetes Leistungsverstärkungssystem aufweist. Das Leistungsverstärkungssystem umfasst eine Vielzahl von Leistungsverstärkern (PAs), von denen jeder PA dazu ausgelegt ist, ein Hochfrequenz-(HF)-Signal zu empfangen und zu verstärken. Das Leistungsverstärkungssystem umfasst weiterhin einen mit jedem derjenigen PAs gekoppelten Filter, die dazu ausgelegt sind, ungefähr eine charakteristische Lastimpedanz des Filters zu treiben.
In einigen Ausführungsformen kann jeder PA dazu ausgelegt sein, in einem Betriebsmodus mit Hochspannungs-(HV)-Versorgung betrieben zu werden. Jeder Filter kann mit dem entsprechenden PA über einen Ausgangspfad gekoppelt sein, welcher im Wesentlichen keine Impedanzwandlungsschaltung aufweist.
In einigen Ausführungsformen kann das HF-Modul im Wesentlichen keinen Bandauswahlschalter zwischen der Vielzahl der PAs und ihren entsprechenden Filtern aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann das HF-Modul beispielsweise ein Frontend-Modul (FEM) sein.
Gemäß einiger Ausführungsvarianten bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein drahtloses Gerät, welches einen Sendeempfänger, der dazu ausgelegt ist, ein Hochfrequenz-(HF)-Signal zu erzeugen, und ein in kommunikativer Verbindung mit dem Sendeempfänger stehendes Frontend-Modul (FEM) aufweist. Das FEM umfasst ein Gehäusesubstrat, das dazu ausgelegt ist, eine Vielzahl von Komponenten aufzunehmen, und ein auf dem Gehäusesubstrat implementiertes Leistungsverstärkungssystem. Das Leistungsverstärkungssystem umfasst eine Vielzahl von Leistungsverstärkern (PAs), von denen jeder PA dazu ausgelegt ist, ein Hochfrequenz-(HF)-Signal zu empfangen und zu verstärken. Das Leistungsverstärkungssystem umfasst weiterhin einen mit jedem derjenigen PAs gekoppelten Filter, die dazu ausgelegt sind, ungefähr eine charakteristische Lastimpedanz des Filters zu treiben. Das drahtlose Gerät umfasst weiterhin eine in kommunikativer Verbindung mit dem FEM stehende Antenne, welche dazu ausgelegt ist, das verstärkte HF-Signal zu übertragen.
Gemäß einiger Lehren bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren zum Verarbeiten eines Hochfrequenz-(HF)-Signals. Das Verfahren umfasst ein Verstärken des HF-Signals mit einem Leistungsverstärker (PA) und ein Weiterleiten des verstärkten HF-Signals an einen Filter. Das Verfahren umfasst weiterhin ein Betreiben des PA derart, dass der PA ungefähr eine charakteristische Lastimpedanz des Filters treibt.
In einigen Ausführungsformen kann der PA eine Impedanz aufweisen, die ungefähr 50 Ω ist. In einigen Ausführungsformen kann das Betreiben des PA ein Versorgen des PA mit einer Hochspannung (HV) umfassen.
In Übereinstimmung mit einer Anzahl von Lehren bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Leistungsverstärkungssystem, das einen Leistungsverstärker (PA) aufweist, welcher dazu ausgelegt ist, ein Hochfrequenz-(HF)-Signal zu empfangen und zu verstärken. Das Leistungsverstärkungssystem umfasst weiterhin einen Ausgangsfilter, der mit dem PA über einen Ausgangspfad gekoppelt ist, welcher im Wesentlichen keine Impedanzwandlungsschaltung aufweist.
In einigen Ausführungsformen kann der PA weiterhin dazu ausgelegt sein, ungefähr eine charakteristische Lastimpedanz des Ausgangsfilters zu treiben. Durch den Betrieb des PAs mit einer Hochspannungs-(HV)-Versorgung kann bewirkt werden, dass der PA dazu ausgelegt ist, ungefähr eine charakteristische Lastimpedanz des Ausgangsfilters zu treiben. Dadurch, dass der Ausgangspfad im Wesentlichen keine Impedanzwandlungsschaltung aufweist, kann eine Verringerung der Verlustleistung um mindestens 0,5 dB zwischen dem PA und dem Ausgangsfilter erreicht werden.
In einigen Ausführungsformen kann der PA eine Impedanz aufweisen, die größer als ungefähr 40 Ω ist. Die Impedanz des PA kann einen Wert von ungefähr 50 Ω aufweisen. Die Impedanz des PA kann zu einem verringerten Stromabfluss in dem PA führen. Durch den verringerten Stromabfluss in dem PA besteht die Möglichkeit, den PA kleiner auszulegen als einen PA mit geringerer Impedanz.
In einigen Ausführungsformen kann das Leistungsverstärkungssystem weiterhin ein Versorgungssystem aufweisen, welches dazu ausgelegt ist, dem PA eine Hochspannungs-(HV)-Versorgung bereitzustellen. Das Versorgungssystem kann einen Hochsetz-Gleichspannungswandler aufweisen, welcher dazu ausgelegt ist, die HV-Versorgung auf der Basis einer Batteriespannung Vbatt zu erzeugen.
In einigen Ausführungsformen kann der PA einen Bipolartransistor mit Heteroübergang (HBT) umfassen. Der HBT kann beispielsweise eine Galliumarsenidvorrichtung (GaAs) sein. Die HV-Versorgung kann einem Kollektor des HBT als Vcc bereitgestellt werden.
In einigen Ausführungsformen kann der Ausgangsfilter ein Sendefilter (Tx-Filter) sein, welcher dazu ausgelegt ist, in einem entsprechenden Tx-Frequenzband betrieben zu werden. Der Tx-Filter kann Teil eines Duplexers sein, welcher dazu ausgelegt ist, in dem Tx-Frequenzband und einem entsprechenden Empfangsfrequenzband (Rx-Frequenzband) betrieben zu werden.
In einigen Ausführungsformen kann das Leistungsverstärkungssystem weiterhin ein oder mehrere zusätzliche PAs aufweisen, von denen jeder dazu ausgelegt ist, mit der HV-Versorgung betrieben zu werden und ein entsprechendes HF-Signal zu verstärken. Das Leistungsverstärkungssystem kann weiterhin einen Ausgangsfilter aufweisen, welcher mit jedem der ein oder mehreren zusätzlichen PAs über einen Ausgangspfad gekoppelt ist, welcher im Wesentlichen keine Impedanzwandlungsschaltung aufweist. Jeder der ein oder mehreren zusätzlichen PAs kann weiterhin dazu ausgelegt sein, ungefähr eine charakteristische Lastimpedanz des entsprechenden Ausgangsfilters zu treiben.
In einigen Ausführungsformen können der PA und die ein oder mehreren zusätzlichen PAs können M PAs bilden. In einigen Ausführungsformen können die M PAs auf einem einzigen Halbleiterchip implementiert werden. Die M PAs können dazu ausgelegt sein, in separaten Frequenzbändern betrieben zu werden.
In einigen Ausführungsformen kann das Leistungsverstärkungssystem im Wesentlichen keinen Bandauswahlschalter zwischen den M PAs und ihren entsprechenden Ausgangsfiltern aufweisen. Dadurch, dass das Leistungsverstärkungssystem im Wesentlichen keinen Bandauswahlschalter aufweist, kann eine Verringerung der Verlustleistung um mindestens 0,3 dB zwischen einem vorgegebenen PA und dem jeweiligen Ausgangsfilter erreicht werden.
In einigen Ausführungsformen kann das Leistungsverstärkungssystem dazu ausgelegt sein, als ein Nachverfolgungssystem der mittleren Leistung (”average power tracking”, APT) betrieben zu werden. Das APT-System kann geringere Verlustleistung aufweisen als ein anderes Leistungsverstärkungssystem, welches ein ähnliches Bandverarbeitungsvermögen aufweist, aber in welchem die PAs bei Niederspannung betrieben werden. Das andere Leistungsverstärkungssystem kann ein Einhüllendennachverfolgungssystem (”envelope tracking”, ET) sein. Das APT-System kann eine Gesamteffizienz aufweisen, die größer als die Gesamteffizienz des ET-Systems ist.
Gemäß einiger Lehren bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Hochfrequenz-(HF)-Modul, welches ein Gehäusesubstrat, das dazu ausgelegt ist, eine Vielzahl von Komponenten aufzunehmen, und ein auf dem Gehäusesubstrat implementiertes Leistungsverstärkungssystem aufweist. Das Leistungsverstärkungssystem umfasst eine Vielzahl von Leistungsverstärkern (PAs), von denen jeder PA dazu ausgelegt ist, ein Hochfrequenz-(HF)-Signal zu empfangen und zu verstärken. Das Leistungsverstärkungssystem umfasst weiterhin einen Ausgangsfilter, welcher mit jedem der PAs über einen Ausgangspfad gekoppelt ist, welcher im Wesentlichen keine Impedanzwandlungsschaltung aufweist.
In einigen Ausführungsformen kann jeder PA dazu ausgelegt sein, in einem Betriebsmodus mit Hochspannungs-(HV)-Versorgung betrieben zu werden. Jeder PA kann weiterhin dazu ausgelegt sein, ungefähr eine charakteristische Lastimpedanz des entsprechenden Ausgangsfilters zu treiben.
In einigen Ausführungsformen kann das HF-Modul im Wesentlichen keinen Bandauswahlschalter zwischen der Vielzahl der PAs und ihren entsprechenden Filtern aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann das HF-Modul beispielsweise ein Frontend-Modul (FEM) sein.
In einigen Ausführungsvarianten bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein drahtloses Gerät, welches einen Sendeempfänger, der dazu ausgelegt ist, ein Hochfrequenz-(HF)-Signal zu erzeugen, und ein in kommunikativer Verbindung mit dem Sendeempfänger stehendes Frontend-Modul (FEM) aufweist. Das FEM umfasst ein Gehäusesubstrat, das dazu ausgelegt ist, eine Vielzahl von Komponenten aufzunehmen, und ein auf dem Gehäusesubstrat implementiertes Leistungsverstärkungssystem. Das Leistungsverstärkungssystem umfasst eine Vielzahl von Leistungsverstärkern (PAs), von denen jeder PA dazu ausgelegt ist, ein Hochfrequenz-(HF)-Signal zu empfangen und zu verstärken. Das Leistungsverstärkungssystem umfasst weiterhin einen Ausgangsfilter, welcher mit jedem der PAs über einen Ausgangspfad gekoppelt ist, welcher im Wesentlichen keine Impedanzwandlungsschaltung aufweist. Das drahtlose Gerät umfasst weiterhin eine in kommunikativer Verbindung mit dem FEM stehende Antenne, welche dazu ausgelegt ist, das verstärkte HF-Signal zu übertragen.
Gemäß einiger Lehren bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren zum Verarbeiten eines Hochfrequenz-(HF)-Signals. Das Verfahren umfasst ein Verstärken des HF-Signals mit einem Leistungsverstärker (PA) und ein Weiterleiten des verstärkten HF-Signals im Wesentlichen ohne Impedanzwandlung an einen Ausgangsfilter. Das Verfahren umfasst weiterhin ein Filtern des verstärkten HF-Signals mit dem Ausgangsfilter.
In einigen Ausführungsformen kann das Verstärken des HF-Signals ein Betreiben des PAs auf eine Art umfassen, in der der PA ungefähr eine charakteristische Impedanz des Ausgangsfilters treibt, um das Weiterleiten im Wesentlichen ohne die Impedanzwandlung zu ermöglichen. Der PA kann eine Impedanz aufweisen, die ungefähr 50 Ω beträgt. In einigen Ausführungsformen kann das Betreiben des PA ein Versorgen des PA mit einer Hochspannung (HV) umfassen.
In Übereinstimmung mit einer Anzahl von Lehren bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Leistungsverstärkungssystem, das eine Vielzahl von Leistungsverstärkern (PAs) aufweist, von denen jeder dazu ausgelegt ist, ein Hochfrequenz-(HF)-Signal in einem Frequenzband zu empfangen und zu verstärken. Das Leistungsverstärkungssystem kann weiterhin einen Ausgangsfilter umfassen, der mit jedem der PAs über einen separaten Ausgangspfad gekoppelt ist, so dass das Leistungsverstärkungssystem im Wesentlichen keinen Bandauswahlschalter zwischen der Vielzahl von PAs und ihren jeweiligen Ausgangsfiltern aufweist.
In einigen Ausführungsformen kann jeder der PAs weiterhin dazu ausgelegt sein, ungefähr eine charakteristische Lastimpedanz des Ausgangsfilters zu treiben. Durch den Betrieb des PAs mit einer Hochspannungs-(HV)-Versorgung kann bewirkt werden, dass der PA dazu ausgelegt ist, ungefähr eine charakteristische Lastimpedanz des Ausgangsfilters zu treiben. Dadurch, dass der Ausgangspfad im Wesentlichen keinen Bandauswahlschalter aufweist, kann eine Verringerung der Verlustleistung um mindestens 0,3 dB zwischen jedem PA und dem entsprechenden Ausgangsfilter erreicht werden.
In einigen Ausführungsformen kann jeder PA eine Impedanz aufweisen, die größer als ungefähr 40 Ω ist. Die Impedanz jedes PAs kann einen Wert von ungefähr 50 Ω aufweisen. Die Impedanz jedes PAs kann zu einem verringerten Stromabfluss in dem PA führen. Durch den verringerten Stromabfluss in jedem PA besteht die Möglichkeit, den PA kleiner auszulegen als einen PA mit geringerer Impedanz.
In einigen Ausführungsformen kann das Leistungsverstärkungssystem weiterhin ein Versorgungssystem aufweisen, welches dazu ausgelegt ist, jedem PA eine Hochspannungs-(HV)-Versorgung bereitzustellen. Das Versorgungssystem kann einen Hochsetz-Gleichspannungswandler aufweisen, welcher dazu ausgelegt ist, die HV-Versorgung auf der Basis einer Batteriespannung Vbatt zu erzeugen.
In einigen Ausführungsformen kann jeder PA einen Bipolartransistor mit Heteroübergang (HBT) umfassen. Der HBT kann beispielsweise eine Galliumarsenidvorrichtung (GaAs) sein. Die HV-Versorgung kann einem Kollektor des HBT als Vcc bereitgestellt werden.
In einigen Ausführungsformen kann jeder Ausgangsfilter ein Sendefilter (Tx-Filter) sein, welcher dazu ausgelegt ist, in einem entsprechenden Tx-Frequenzband betrieben zu werden. Der Tx-Filter kann Teil eines Duplexers sein, welcher dazu ausgelegt ist, in dem Tx-Frequenzband und einem entsprechenden Empfangsfrequenzband (Rx-Frequenzband) betrieben zu werden.
In einigen Ausführungsformen kann jeder Ausgangsfilter mit dem entsprechenden PA über einen Ausgangspfad gekoppelt sein, welcher im Wesentlichen keine Impedanzwandlungsschaltung aufweist. Dadurch, dass der Ausgangspfad im Wesentlichen keine Impedanzwandlungsschaltung aufweist, kann eine Verringerung der Verlustleistung um mindestens 0,5 dB zwischen dem entsprechendem PA und dem Ausgangsfilter erreicht werden.
In einigen Ausführungsformen können die Vielzahl von PAs auf einem einzigen Halbleiterchip implementiert werden. In einigen Ausführungsformen kann das Leistungsverstärkungssystem dazu ausgelegt sein, als ein Nachverfolgungssystem der mittleren Leistung (”average power tracking”, APT) betrieben zu werden. Das APT-System kann geringere Verlustleistung aufweisen als ein anderes Leistungsverstärkungssystem, welches ein ähnliches Bandverarbeitungsvermögen aufweist, aber in welchem die PAs bei Niederspannung betrieben werden. Das andere Leistungsverstärkungssystem kann ein Einhüllendennachverfolgungssystem (”envelope tracking”, ET) sein. Das APT-System kann eine Gesamteffizienz aufweisen, die größer als die Gesamteffizienz des ET-Systems ist.
Gemäß einiger Lehren bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Hochfrequenz-(HF)-Modul, welches ein Gehäusesubstrat, das dazu ausgelegt ist, eine Vielzahl von Komponenten aufzunehmen, und ein auf dem Gehäusesubstrat implementiertes Leistungsverstärkungssystem aufweist. Das Leistungsverstärkungssystem umfasst eine Vielzahl von Leistungsverstärkern (PAs), von denen jeder PA dazu ausgelegt ist, ein Hochfrequenz-(HF)-Signal in einem Frequenzband zu empfangen und zu verstärken. Das Leistungsverstärkungssystem umfasst weiterhin einen Ausgangsfilter, welcher mit jedem der PAs über einen separaten Ausgangspfad gekoppelt ist, so dass das Leistungsverstärkungssystem im Wesentlichen keinen Bandauswahlschalter zwischen der Vielzahl von PAs und ihren jeweiligen Ausgangsfiltern aufweist.
In einigen Ausführungsformen kann jeder PA dazu ausgelegt sein, in einem Betriebsmodus mit Hochspannungs-(HV)-Versorgung betrieben zu werden. Jeder Filter kann weiterhin dazu ausgelegt sein, ungefähr eine charakteristische Lastimpedanz des entsprechenden Ausgangsfilters zu treiben.
In einigen Ausführungsformen kann jeder Ausgangspfad im Wesentlichen keine Impedanzwandlungsschaltung zwischen dem entsprechenden PA und dem Ausgangsfilter aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann das HF-Modul beispielsweise ein Frontend-Modul (FEM) sein.
Gemäß einer Anzahl von Lehren bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein drahtloses Gerät, welches einen Sendeempfänger, der dazu ausgelegt ist, ein Hochfrequenz-(HF)-Signal zu erzeugen, und ein in kommunikativer Verbindung mit dem Sendeempfänger stehendes Frontend-Modul (FEM) aufweist. Das FEM umfasst ein Gehäusesubstrat, das dazu ausgelegt ist, eine Vielzahl von Komponenten aufzunehmen, und ein auf dem Gehäusesubstrat implementiertes Leistungsverstärkungssystem. Das Leistungsverstärkungssystem umfasst eine Vielzahl von Leistungsverstärkern (PAs), von denen jeder PA dazu ausgelegt ist, ein Hochfrequenz-(HF)-Signal in einem Frequenzband zu empfangen und zu verstärken. Das Leistungsverstärkungssystem umfasst weiterhin einen Ausgangsfilter, der mit jedem der PAs über einen separaten Ausgangspfad gekoppelt ist, so dass das Leistungsverstärkungssystem im Wesentlichen keinen Bandauswahlschalter zwischen der Vielzahl von PAs und ihren jeweiligen Ausgangsfiltern aufweist. Das drahtlose Gerät umfasst weiterhin eine in kommunikativer Verbindung mit dem FEM stehende Antenne, welche dazu ausgelegt ist, das verstärkte HF-Signal zu übertragen.
Gemäß einiger Lehren bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren zum Verarbeiten eines Hochfrequenz-(HF)-Signals. Das Verfahren umfasst ein Verstärken des HF-Signals in einem Frequenzband mit einem ausgewählten Leistungsverstärker (PA) einer Vielzahl von Leistungsverstärkern (PAs). Das Verfahren umfasst weiterhin ein Weiterleiten des verstärkten HF-Signals an einen Ausgangsfilter im Wesentlichen ohne einen Schaltvorgang zur Bandauswahl. Das Verfahren umfasst weiterhin ein Filtern des verstärkten HF-Signals mit dem Ausgangsfilter.
In einigen Ausführungsformen kann das Verstärken des HF-Signals ein Betreiben des ausgewählten PAs auf eine Art umfassen, in der der PA ungefähr eine charakteristische Impedanz des Ausgangsfilters treibt, um das Weiterleiten im Wesentlichen ohne die Impedanzwandlung zu ermöglichen. Der PA kann eine Impedanz aufweisen, die ungefähr 50 Ω beträgt.
In einigen Ausführungsformen kann das Betreiben des PA ein Versorgen des PA mit einer Hochspannung (HV) umfassen.
In einigen Ausführungsvarianten bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Leistungsverstärkerchip, welcher ein Halbleitersubstrat und eine Vielzahl von auf dem Halbleitersubstrat implementierten Leistungsverstärkern (PAs) aufweist. Jeder der PAs ist dazu ausgelegt, ungefähr eine charakteristische Lastimpedanz einer entlang eines individuellen Frequenzbandsignalpfades angeordneten nachgeschalteten Komponente zu treiben. Jeder der PAs ist kleiner als ein Breitband-PA dimensioniert, welcher dazu ausgelegt ist, mehr als eines der der Vielzahl von PAs zugeordneten Frequenzbänder zu treiben.
In einigen Ausführungsformen kann die nachgeschaltete Komponente einen Ausgangsfilter umfassen. Der individuelle Frequenzbandsignalpfad kann ein schmalbandiger Signalpfad sein. Durch den Betrieb des PAs mit einer Hochspannungs-(HV)-Versorgung kann bewirkt werden, dass jeder der PAs dazu ausgelegt ist, ungefähr eine charakteristische Lastimpedanz des entsprechenden Ausgangsfilters zu treiben. Jeder PA kann eine Impedanz aufweisen, die größer als ungefähr 40 Ω ist. Die Impedanz jedes PAs kann einen Wert von ungefähr 50 Ω aufweisen. Die Impedanz jedes PAs kann zu einem verringerten Stromabfluss in dem PA führen. Durch den verringerten Stromabfluss in jedem der PAs besteht die Möglichkeit, den PA kleiner auszulegen als einen PA mit geringerer Impedanz.
In einigen Ausführungsformen kann jeder PA einen Bipolartransistor mit Heteroübergang (HBT) umfassen, wie beispielsweise eine Galliumarsenidvorrichtung (GaAs). Der HBT kann dazu ausgelegt sein, die HV-Versorgung durch seinen Kollektor als Vcc zu beziehen.
In einigen Ausführungsformen können die PAs dazu ausgelegt sein, in einem Betriebsmodus der Nachverfolgung der mittleren Leistung (”average power tracking”, APT) betrieben zu werden. Der APT-Betriebsmodus kann geringere Verlustleistung erzielen als ein anderer Chip, welcher ein ähnliches Bandverarbeitungsvermögen aufweist, aber in welchem die PAs bei Niederspannung betrieben werden. Der andere Chip kann dazu ausgelegt sein, in einem Betriebsmodus der Einhüllendennachverfolgung (”envelope tracking”, ET) betrieben zu werden. Der APT-Betriebsmodus kann zu einer Gesamteffizienz führen, die größer als eine mit der Einhüllendennachverfolgung verbundene Gesamteffizienz ist.
Gemäß einiger Lehren bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Hochfrequenz-(HF)-Modul, welches ein Gehäusesubstrat, das dazu ausgelegt ist, eine Vielzahl von Komponenten aufzunehmen, und ein auf dem Gehäusesubstrat angeordnetes Leistungsverstärkungssystem aufweist. Das Leistungsverstärkungssystem umfasst eine Vielzahl von auf einem Halbleitersubstrat implementierten Leistungsverstärkern (PAs). Jeder der PAs ist dazu ausgelegt, ungefähr eine charakteristische Lastimpedanz einer entlang eines individuellen Frequenzbandsignalpfades angeordneten nachgeschalteten Komponente zu treiben. Das Leistungsverstärkungssystem umfasst weiterhin einen mit jedem derjenigen PAs gekoppelten Filter, die dazu ausgelegt sind, ungefähr eine charakteristische Lastimpedanz des Filters zu treiben. Jeder der PAs ist kleiner als ein Breitband-PA dimensioniert, welcher dazu ausgelegt ist, mehr als eines der der Vielzahl von PAs zugeordneten Frequenzbänder zu treiben.
In einigen Ausführungsformen kann jeder PA dazu ausgelegt sein, in einem Betriebsmodus mit Hochspannungs-(HV)-Versorgung betrieben zu werden. In einigen Ausführungsformen kann die nachgeschaltete Komponente einen Ausgangsfilter umfassen. Der Ausgangsfilter kann mit dem entsprechenden PA über einen separaten Ausgangspfad derart gekoppelt sein, dass das Leistungsverstärkungssystem im Wesentlichen keinen Bandauswahlschalter zwischen der Vielzahl von PAs und ihren jeweiligen Ausgangsfiltern aufweist. Jeder Ausgangspfad kann im Wesentlichen keine Impedanzwandlungsschaltung zwischen dem entsprechenden PA und dem Ausgangsfilter aufweisen. Das HF-Modul kann beispielsweise ein Frontend-Modul (FEM) sein.
Gemäß einiger Lehren bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein drahtloses Gerät, welches einen Sendeempfänger, der dazu ausgelegt ist, ein Hochfrequenz-(HF)-Signal zu erzeugen, und ein in kommunikativer Verbindung mit dem Sendeempfänger stehendes Frontend-Modul (FEM) aufweist. Das FEM umfasst ein Gehäusesubstrat, das dazu ausgelegt ist, eine Vielzahl von Komponenten aufzunehmen, und ein auf dem Gehäusesubstrat implementiertes Leistungsverstärkungssystem. Das Leistungsverstärkungssystem umfasst eine Vielzahl von auf dem Halbleitersubstrat implementierten Leistungsverstärkern (PAs), von denen jeder der PAs dazu ausgelegt ist, ungefähr eine charakteristische Lastimpedanz einer entlang eines individuellen Frequenzbandsignalpfades angeordneten nachgeschalteten Komponente zu treiben. Jeder der PAs ist kleiner als ein Breitband-PA dimensioniert, welcher dazu ausgelegt ist, mehr als eines der der Vielzahl von PAs zugeordneten Frequenzbänder zu treiben. Das drahtlose Gerät umfasst weiterhin eine in kommunikativer Verbindung mit dem FEM stehende Antenne, welche dazu ausgelegt ist, das verstärkte HF-Signal zu übertragen.
Gemäß einiger Ausführungsvarianten bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren zum Verarbeiten eines Hochfrequenz-(HF)-Signals. Das Verfahren umfasst ein Verstärken des HF-Signals mit einem ausgewählten Leistungsverstärker (PA) einer Vielzahl von Leistungsverstärkern (PAs), von denen der ausgewählte PA ungefähr eine charakteristische Lastimpedanz einer entlang eines individuellen Frequenzbandsignalpfades angeordneten nachgeschalteten Komponente treibt. Der ausgewählte PA ist kleiner als ein Breitband-PA dimensioniert, welcher dazu ausgelegt ist, mehr als eines der der Vielzahl von PAs zugeordneten Frequenzbänder zu treiben. Das Verfahren umfasst weiterhin ein Weiterleiten des verstärkten HF-Signals an die nachgeschaltete Komponente.
In einigen Ausführungsformen kann die nachgeschaltete Komponente einen Ausgangsfilter umfassen. Das Verstärken des HF-Signals kann ein Versorgen des ausgewählten PAs mit einer Hochspannung (HV) umfassen.
In Übereinstimmung mit einigen Lehren bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren zum Herstellen eines Leistungsverstärkerchips. Das Verfahren umfasst ein Ausbilden oder Bereitstellen eines Halbleitersubstrats, und ein Implementieren einer Vielzahl von individuellen Frequenzbandsignalpfaden. Das Verfahren umfasst weiterhin das Ausbilden einer Vielzahl von Leistungsverstärkern (PAs) auf dem Halbleitersubstrat, von denen jeder PA dazu ausgelegt ist, ungefähr eine charakteristische Lastimpedanz einer entlang eines entsprechenden individuellen Frequenzbandsignalpfades angeordneten nachgeschalteten Komponente zu treiben. Jeder der PAs ist kleiner als ein Breitband-PA dimensioniert, welcher dazu ausgelegt ist, mehr als eines der der Vielzahl von PAs zugeordneten Frequenzbänder zu treiben.
Zu Zwecken der Zusammenfassung der Offenbarung sind bestimmte Aspekte, Vorteile und neuartige Merkmale der Erfindungen hierin beschrieben worden. Es sollte dabei klar sein, dass nicht notwendigerweise immer alle derartigen Vorteile in Übereinstimmung mit jeder der Ausführungsformen der Erfindung erzielt werden können. Daher kann die Erfindung in einer Art und Weise ausgestaltet oder ausgeführt werden, die einen Vorteil oder eine Gruppe von Vorteilen, wie sie hierin gelehrt werden, erzielen oder verbessern, ohne dass zwangsläufig andere hierin gelehrte oder vorgeschlagene Vorteile erreicht werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt ein drahtloses Systems oder eine drahtlose Architektur mit einem Verstärkungssystem.
2 zeigt, dass das Verstärkungssystem der 1 einen Hochfrequenz-(HF)-Verstärker mit ein oder mehreren Leistungsverstärkern (PAs) umfassen kann.
3A bis 3E zeigen nicht beschränkende Beispiele, wie jeder PA der 2 ausgelegt werden kann.
4 zeigt, dass das Verstärkungssystem der 2 in einigen Ausführungsformen als ein Hochspannungs-(HV)-Leistungsverstärkungssystem implementiert werden kann.
5 zeigt, dass das HV-Leistungsverstärkungssystem der 4 in einigen Ausführungsformen dazu ausgelegt sein kann, in einem Betriebsmodus der Nachverfolgung der mittleren Leistung (”average power tracking”, APT) betrieben zu werden.
6 zeigt ein beispielhaftes Leistungsverstärkungssystem mit Einhüllendennachverfolgung (”envelope tracking”, ET).
7 zeigt ein beispielhaftes HV-Leistungsverstärkungssystem mit Nachverfolgung der mittleren Leistung (”average power tracking”, APT), welches ein oder mehrere der hierin beschriebenen Merkmale aufweist.
8 zeigt ein HV-APT-Leistungsverstärkungssystem, welches ein detaillierteres Beispiel des HV-APT-Leistungsverstärkungssystems der 7 darstellen kann.
9 zeigt beispielhafte Effizienzdiagramme als Funktion der Ausgangsleistung für Leistungsverstärker, die in Tiefsetz-ET-, Tiefsetz-APT und Hochsetz-APT-Konfigurationen betrieben werden.
10 zeigt, dass ein Leistungsverstärkungssystem mit ein oder mehreren hierin beschriebenen Merkmalen eine Kollektoreffizienz und Profile für den Leistungswirkungsgrad (”power-added efficiency”, PAE) aufweisen kann, die nominellen Fällen ähnlich sind.
11 zeigt, dass ein Leistungsverstärkungssystem mit ein oder mehreren hierin beschriebenen Merkmalen ein Linearitätsverhalten aufweisen kann, das einem nominellen Fall ähnlich ist.
12 zeigt beispielhafte Diagramme des Laststroms des Leistungsverstärkers als Funktion der Lastspannung.
13 zeigt ein Beispiel, in dem ein Leistungsverstärkungssystem mit ein oder mehreren hierin beschriebenen Merkmalen ein oder mehrere vorteilhafte Nutzen mit sich bringen kann.
14 zeigt ein anderes Beispiel, in dem ein Leistungsverstärkungssystem mit ein oder mehreren hierin beschriebenen Merkmalen ein oder mehrere vorteilhafte Nutzen mit sich bringen kann.
15 zeigt noch ein anderes Beispiel, in dem ein Leistungsverstärkungssystem mit ein oder mehreren hierin beschriebenen Merkmalen ein oder mehrere vorteilhafte Nutzen mit sich bringen kann.
16 zeigt noch ein anderes Beispiel, in dem ein Leistungsverstärkungssystem mit ein oder mehreren hierin beschriebenen Merkmalen ein oder mehrere vorteilhafte Nutzen mit sich bringen kann.
17 zeigt, dass in einigen Ausführungsformen einige oder alle Teile eines HV-APT-Leistungsverstärkungssystems mit ein oder mehreren hierin beschriebenen Merkmalen in einem Modul implementiert werden kann.
18 illustriert ein beispielhaftes drahtloses Gerät mit ein oder mehreren der hierin beschriebenen vorteilhaften Merkmale.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON EINIGEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die hierin – falls überhaupt – verwendeten Überschriften dienen allein der Übersicht und beschränken nicht zwangsläufig den Schutzbereich oder die Bedeutung der beanspruchten Erfindung.
Einleitung:
Unter Bezugnahme auf 1 beziehen sich ein oder mehrere Merkmale der vorliegenden Offenbarung im Allgemeinen auf ein drahtloses System oder eine drahtlose Architektur 50 mit einem Verstärkungssystem 52. In einigen Ausführungsformen kann das Verstärkungssystem 52 in ein oder mehreren Vorrichtungen implementiert werden, und derartige Vorrichtungen können in dem drahtlosen System bzw. der drahtlosen Architektur 50 verwendet werden. In einigen Ausführungsformen kann das drahtlose System bzw. die drahtlose Architektur 50 beispielsweise in einem tragbaren drahtlosen Gerät eingesetzt werden. Beispiele für ein solches drahtloses Gerät werden hierin beschrieben.
2 zeigt, dass das Verstärkungssystem 52 der 1 eine Hochfrequenz-(HF)-Verstärkeranordnung 54 mit ein oder mehreren Leistungsverstärkern (PAs) aufweisen kann. Im Beispiel der 2 sind drei PAs 60a bis 60c als die HF-Verstärkeranordnung 54 bildend dargestellt. Es sollte klar sein, dass eine andere Anzahl von PAs auch implementiert werden kann. Es sollte ebenfalls klar sein, dass ein oder mehrere Merkmale der vorliegenden Offenbarung auch in HF-Verstärkeranordnungen mit anderen Typen von HF-Verstärkern eingesetzt werden können.
In einigen Ausführungsformen kann die HF-Verstärkeranordnung 54 auf einem oder mehreren Halbleiterchips implementiert werden, und ein derartiger Chip kann in einem gehäusten Modul wie etwa einem Leistungsverstärkermodul (PAM) oder einem Frontend-Modul (FEM) beinhaltet sein. Solch ein gehäustes Modul wird üblicherweise auf einer beispielsweise einem tragbaren drahtlosen Gerät zugehörigen Schaltplatine angeordnet.
Die PAs (z. B. 60a bis 60c) in dem Verstärkungssystem 52 werden üblicherweise durch ein Vorspannungssystem 56 vorgespannt. Weiterhin wird die Versorgungsspannung für die PAs üblicherweise durch ein Versorgungssystem 58 bereitgestellt. In einigen Ausführungsformen können das Vorspannungssystem 56 und/oder das Versorgungssystem 58 in dem vorstehend erwähnten gehäusten Modul mit der HF-Verstärkeranordnung 54 beinhaltet sein.
In einigen Ausführungsformen kann das Verstärkungssystem 52 ein Anpassungsnetzwerk 62 aufweisen. Ein derartiges Anpassungsnetzwerk 62 kann dazu ausgelegt sein, Aufgaben der Eingangs- und/oder Ausgangsanpassung für die HF-Verstärkeranordnung 54 zu übernehmen.
Zu Zwecken der Beschreibung sollte es klar sein, dass jeder PA (60) der 2 auf verschiedene Arten implementiert werden kann. 3A bis 3E zeigen nicht beschränkende Beispiele, wie solch ein PA ausgelegt werden kann. 3A zeigt einen beispielhaften PA mit einem verstärkenden Transistor 64, bei dem ein Eingangs-HF-Signal (RF_in) an eine Basis des Transistors 64 angelegt wird und ein verstärktes HF-Signal (RF_out) durch einen Kollektor des Transistors 64 ausgegeben wird.
3B zeigt einen beispielhaften PA mit einer Vielzahl von verstärkenden Transistoren (z. B. 64a, 64b), die in Stufen angeordnet sind. Ein Eingangs-HF-Signal (RF_in) wird als an eine Basis des ersten Transistors 64a angelegt und ein verstärktes HF-Signal als durch den Kollektor des ersten Transistors 64a ausgegeben dargestellt. Das verstärkte HF-Signal von dem ersten Transistor 64a wird als an eine Basis des zweiten Transistors 64b angelegt und ein verstärktes HF-Signal von dem zweiten Transistor 64b als durch dessen Kollektor ausgegeben dargestellt, so dass sich dadurch ein Ausgangs-HF-Signal (RF_out) des PA ergibt.
In einigen Ausführungsformen kann die vorstehend erläuterte PA-Konfiguration der 3B in zwei oder mehr Stufen abgebildet werden, wie in 3C gezeigt. Die erste Stufe 64a kann beispielsweise als Treiberstufe ausgelegt werden; und die zweite Stufe 64b beispielsweise als Ausgangsstufe.
3D zeigt, dass in einigen Ausführungsformen ein PA als Doherty-PA ausgelegt werden kann. Ein derartiger Doherty-PA kann verstärkende Transistoren 64a, 64b aufweisen, die dazu ausgelegt sind, für Trägerverstärkung und Spitzenverstärkung eines Eingangs-HF-Signals (RF_in) zu sorgen, so dass sich ein verstärktes Ausgangs-HF-Signal (RF_out) ergibt. Das Eingangs-HF-Signal kann durch einen Teiler in den Trägeranteil und den Spitzenanteil aufgeteilt werden. Die verstärkten Träger- und Spitzensignale können durch einen Kombinierer kombiniert werden, um das Ausgangs-HF-Signal zu erhalten.
3E zeigt, dass in einigen Ausführungsformen ein PA in Kaskodenkonfiguration implementiert werden kann. Ein Eingangs-HF-Signal (RF_in) kann an eine Basis des ersten verstärkenden Transistors 64a angelegt werden, welcher als Vorrichtung in Emitterschaltung betrieben wird. Der Ausgang des ersten verstärkenden Transistors 64a kann durch dessen Kollektor ausgegeben werden und an einen Emitter des zweiten verstärkenden Transistors 64b angelegt werden, welcher als Vorrichtung in Basisschaltung betrieben wird. Der Ausgang des zweiten verstärkenden Transistors 64b kann durch dessen Kollektor ausgegeben werden, so dass ein verstärktes Ausgangs-HF-Signal (RF_out) des PA erhalten wird.
In den verschiedenen Beispielen der 3A bis 3E werden die verstärkenden Transistoren als Bipolartransistoren (BJTs) wie etwa Heteroübergangs-Bipolartransistoren (HBTs) beschrieben. Es sollte klar sein, dass ein oder mehrere Merkmale der vorliegenden Offenbarung auch in oder mit anderen Typen von Transistoren wie beispielsweise Feldeffekttransistoren (FETs) implementiert werden können.
4 zeigt, dass in einigen Ausführungsformen das Verstärkungssystem 52 der 2 als Hochspannungsleistungsverstärkungssystem (HV-Verstärkungssystem) 100 implementiert werden kann. Solch ein System kann eine HV-Leistungsverstärkeranordnung 54 aufweisen, die dazu ausgelegt ist, den HV-Verstärkungsbetrieb einiger oder aller der PAs (z. B. 60a bis 60c) durchzuführen. Wie hierin beschrieben können solche PAs durch ein Vorspannungssystem 56 vorgespannt werden. In einigen Ausführungsformen kann der vorstehend genannte HV-Verstärkungsbetrieb durch ein HV-Versorgungssystem 58 ermöglicht werden. In einigen Ausführungsformen kann ein Schnittstellensystem 72 implementiert werden, um Schnittstellenfunktionen zwischen der HV-Leistungsverstärkeranordnung 54 und dem Vorspannungssystem 56 und/oder dem HV-Versorgungssystem 58 bereitzustellen.
Beispiele in Bezug auf HV-APT-Systeme:
Viele drahtlose Geräte wie etwa Mobiltelefone sind dazu ausgelegt, mehrere Frequenzbänder zu unterstützen; und derartige Geräte erfordern und/oder benötigen üblicherweise komplexe Leistungsverstärkerarchitekturen. Eine derartige Komplexität in den Leistungsverstärkerarchitekturen kann jedoch zu einer Verschlechterung der Sendeeffizienz führen, je mehr Bänder unterstützt werden. Eine derartige Verschlechterung der Effizienz kann beispielsweise durch erhöhte Leistungsverluste bedingt sein, die mit der Kombinierung mehrerer Frequenzbänder einhergehen, während wettbewerbsfähige Zielgrößen und Zielkosten beibehalten werden.
In einigen Hochfrequenz-(HF)-Anwendungen können tragbare Sendelösungen einen mit Batteriespannung (z. B. 3,8 V) betriebenen Leistungsverstärker in Kombination mit einer tiefsetzenden geschalteten Spannungsversorgung aufweisen. Bei einem solchen beispielhaften Ansatz wird die maximale Sendeleistung üblicherweise bei der Batteriespannung von 3,8 V erreicht, die üblicherweise ein 13:1-Impedanzwandlungsnetzwerk innerhalb des PA benötigt, um beispielsweise einen Spitzenleistungspegel von fast 1,5 W zu halten.
Im vorstehenden Beispiel kann die Effizienzverbesserung bei geringeren Sendeleistungspegeln dadurch unterstützt werden, dass ein tiefsetzendes Versorgungsgerät bei Spannungen unterhalb der Batteriespannung implementiert wird. Ein Mehrfachband-Betrieb kann erreicht werden, indem ein HF-Schalter eingesetzt wird, welcher einen gewünschten Filter auswählt, der einem gewünschten Frequenzband zugeordnet ist. Es wird angemerkt, dass einige Teile oder alle Teile des tiefsetzenden Versorgungsgerätes, des Impedanzwandlungsnetzwerkes und des HF-Schalters können zu Verlusten beitragen, die wiederum die Sendeeffizienz verringert.
Einige drahtlose Systeme können eine Einhüllendennachverfolgungsfunktion (”envelope tracking”, ET) aufweisen, die in einer tiefsetzenden Versorgung implementiert werden, um eine Verbesserung der Systemeffizienz zu erzielen. Allerdings kann eine Einhüllendennachverfolgung die Kosten der tiefsetzenden Schaltversorgung erhöhen und auch in erheblichem Maße zur Verkomplizierung der Systemcharakterisierung der Kalibrierungsprozesse beitragen.
Hierin werden Beispiele von Systemen, Schaltungen, Vorrichtungen und Verfahren beschrieben, die Verluste erheblich reduzieren können, während wettbewerbsfähige Größen- und/oder Kostenmaße beibehalten oder verbessert werden können. 5 zeigt, dass in einigen Ausführungsformen das HV-Leistungsverstärkungssystem 100 der 4 dazu ausgelegt werden kann, in einem Betriebsmodus der Nachverfolgung der mittleren Leistung (”average power tracking”, APT) betrieben zu werden. Im Beispiel der 5 kann ein HV-APT-Leistungsverstärkungssystem 100 eine Leistungsverstärkeranordnung 104 mit einem oder mehreren PAs aufweisen, welche dazu ausgelegt sind, ein oder mehrere HF-Signale (RF_In) zu verstärken. Derartig verstärkte HF-Signale können an eine Duplexeranordnung 108 mit einem oder mehreren Duplexern durch eine Anpassungskomponente 106 mit einer oder mehreren Anpassungsschaltungen weitergeleitet werden.
Der oder die Duplexer kann bzw. können ein Duplexen von Sendebetrieb (Tx) und Empfangsbetrieb (Rx) ermöglichen. Der Tx-Anteil eines solchen Duplexbetriebs wird als ein oder mehrere verstärkte HF-Signale (RF_Out) dargestellt, die von der Duplexeranordnung 108 zum Senden durch eine (nicht dargestellte) Antenne ausgegeben werden. Im Beispiel der 5 wird der Rx-Anteil nicht dargestellt; allerdings können von einer Antenne empfangene Signale durch die Duplexeranordnung 108 empfangen werden und beispielsweise an rauscharme Verstärker (LNAs) ausgegeben werden.
Verschiedene Beispiele werden hierin im Zusammenhang mit einem Tx- und Rx-Betrieb unter Nutzung von Duplexern beschrieben, und derartige Duplexer können beispielsweise die Funktionalität eines Frequenzduplexens (”frequency-division duplexing”, FDD) ermöglichen. Es sollte klar sein, dass in einigen Ausführungsformen, ein HV-Leistungsverstärkersystem mit ein oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale auch in anderen Duplexerkonfigurationen implementiert werden kann, inklusive beispielsweise einer Konfiguration zum Zeitduplexens (”time-division duplexing”, TDD).
Im Beispiel der 5 wird ein HV-Versorgungssystem 102 dargestellt, welches ein oder mehrere HV-Versorgungssignale für die Leistungsverstärkeranordnung 104 bereitstellt. Detailliertere Beispiele für die Art und Weise, wie ein solches HV-Signal bzw. solche HV-Signale für entsprechende PAs bereitgestellt werden kann bzw. können, werden hierin genauer beschrieben.
In einigen Ausführungsformen kann das HV-APT-Leistungsverstärkersystem 100 der 5 dazu ausgelegt sein, in einem APT-Betriebsmodus betrieben zu werden und die durch Ausführungen mit Einhüllendennachverfolgung (”envelope tracking”, ET) erzielte Leistungsverhalten zu erreichen oder zu übertreffen, und dabei gleichzeitig die Kosten und/oder die Komplexität beizubehalten oder zu verringern. In einigen Ausführungsformen kann so ein HV-APT-Leistungsverstärkersystem die Hochspannungstauglichkeit einiger PAs ausnutzen, wie beispielsweise Galliumarsenid-(GaAs)-Bipolartransistoren mit Heteroübergang (HBT). Es sollte klar sein, dass ein oder mehrere Merkmale der vorliegenden Offenbarung auch unter Einsatz anderer Arten von PAs implementiert werden können. Zum Beispiel können Verstärkungssysteme, die CMOS-Vorrichtungen mit mehrfach kaskodierten LDMOS-Stufen, Silizium-Bipolarvorrichtungen und GaN/HEMT-Vorrichtungen verwenden, ebenfalls von einem Betrieb bei Hochspannung profitieren.
In einem derartigen HV-Betrieb von PAs können ein oder mehrere verlustbehaftete Komponenten aus dem Verstärkungssystem entfernt und/oder andere vorteilhafte Nutzen erzielt werden. Zum Beispiel kann ein oder mehrere Ausgangsanpassungsnetzwerke für den PA weggelassen werden. In einem anderen Beispiel kann die Effizienz der PA-Versorgung verbessert werden. In einem weiteren Beispiel können einige passive Komponenten beseitigt werden. Auf das vorstehend Erläuterte bezogene Beispiele werden hierin genauer beschrieben.
Ein oder mehrere der vorstehend genannten Merkmale, die im Zusammenhang mit dem HV-Betrieb stehen, können dazu führen, dass ein oder mehrere Chips mit kleineren Ausmaßen implementiert werden können, so dass sich dadurch eine größere Flexibilität in der Auslegung der Leistungsverstärkungssysteme ergibt. Beispielsweise kann ein Leistungsverstärkungssystem mit einer höheren Anzahl vergleichsweise kleinerer PAs ausgestaltet werden, um dadurch die Entfernung verlustbehafteter Komponente wie etwa Bandschaltern zu ermöglichen. Beispiele für die Entfernung solcher Bandschalter werden hierin genauer beschrieben.
In einigen Ausführungsformen kann das HV-APT-Leistungsverstärkersystem 100 der 5 dazu ausgelegt sein, die Schwierigkeiten im Zusammenhang mit der Charakterisierung der Einhüllendennachverfolgung und/oder mit Kalibrierungsprozessen im Wesentlichen zu beseitigen oder zu verringern.
Zu Zwecken der Beschreibung sollte es klar sein, dass Hochspannung (HV) Spannungswerte beinhaltet, die höher als eine in tragbaren drahtlosen Geräten eingesetzte Batteriespannung liegen. Beispielsweise kann eine HV größer als 3,7 V oder 4,2 V sein. In einigen Fällen kann eine HV Spannungswerte beinhalten, die größer als eine Batteriespannung sind und bei denen tragbare drahtlose Geräte effizienter arbeiten können. In einigen Fällen kann eine HV Spannungswerte beinhalten, die größer als eine Batteriespannung, aber geringer als eine Durchbruchspannung für einem vorgegebenen Typ von PA sind. Im beispielhaften Zusammenhang mit GaAs-HBTs kann solche eine Durchbruchspannung im Bereich von 15 V bis 25 V liegen. Dementsprechend kann eine HV für einen GaAs-HBT-PA im Bereich von beispielsweise 3,7 V bis 25 V, 4,2 V bis 20 V, 5 V bis 15 V, 6 V bis 14 V, 7 V bis 13 V oder 8 V bis 12 V liegen.
6 und 7 zeigen einen Vergleich zwischen einem Leistungsverstärkungssystem 110 mit Einhüllendennachverfolgung (ET-Leistungsverstärkungssystem, 6) und einem HV-Leistungsverstärkungssystem 100 mit Nachverfolgung der mittleren Leistung (HV-APT-Leistungsverstärkungssystem, 7), um zu zeigen, wie einige verlustbehaftete Komponenten aus dem HV-APT-Leistungsverstärkungssystem 100 im Wesentlichen entfernt werden können. Zu Vergleichszwecken wird angenommen, dass jedes Leistungsverstärkungssystem dazu ausgelegt ist, Verstärkung für drei Frequenzbänder bieten soll. Allerdings sollte klar sein, dass die Anzahl der eingesetzten Frequenzbänder auch größer oder kleiner sein kann.
Im Beispiel der 6 wird das ET-Leistungsverstärkungssystem 110 als eine Leistungsverstärkeranordnung 114 mit einem Breitbandverstärkungspfad 130 aufweisend dargestellt, welche eine Verstärkung in drei Frequenzbändern vornehmen kann. Der Verstärkungspfad 130 kann ein HF-Eingangssignal über einen gemeinsamen Eingangsknoten 126 empfangen, und ein derartiges HF-Signal kann an eine oder mehrere Verstärkungsstufen weitergeleitet werden, zum Beispiel durch einen Gleichspannungs-Blockkondensator 128. Die Verstärkungsstufen können zum Beispiel eine Treiberstufe 132 und einer Ausgangsstufe 134 aufweisen. In einigen Ausführungsformen können die Verstärkungsstufen 132, 134 beispielsweise HBT- oder CMOS-Verstärkungstransistoren aufweisen.
Im Beispiel der 6 wird der Kollektor der Ausgangsstufe 134 als mit einer Versorgungsspannung VCC von einem Einhüllendennachverfolgungs-(ET-)-Modulator 122 über eine Drosselinduktivität 124 versorgt dargestellt. Der ET-Modulator 122 wird als Teil eines ET-Modulationssystems 112 dargestellt. Die Versorgungsspannung VCC, die durch so einen ET-Modulator geliefert wird, wird üblicherweise dynamisch festgelegt und kann einen Wert in einem Bereich von beispielsweise etwa 1 V bis 3 V aufweisen. Der ET-Modulator 122 erzeugt – wie dargestellt – solch eine dynamische VCC-Spannung auf der Basis einer Batteriespannung Vbatt.
Wenn der Verstärkungspfad 130 wie oben erläutert betrieben wird, ist seine Impedanz Z vergleichsweise niedrig (z. B. etwa 3 Ω bis 5 Ω); deshalb muss üblicherweise eine Impedanzwandlung stattfinden, um die Impedanz an eine zu einer nachgeschalteten Komponente zugehörigen Impedanz anzugleichen. Im Beispiel der 6 ist ein Bandschalter 138 (dargestellt als Teil eines Bandschaltersystems 118), welcher die Ausgangssignale des Verstärkungspfades 130 empfängt, üblicherweise als eine Last von 50 Ω ausgelegt. Demgemäß muss unter der Annahme, dass die Impedanz (Z), die sich durch den Verstärkungspfad 130 ergibt, etwa 4 Ω beträgt, eine Impedanzwandlung von etwa 13:1 (50:4) implementiert werden. Im Beispiel der 6 wird eine solche Impedanzwandlung als durch ein Ausgangsanpassungsnetzwerk 136 (”output matching network”, OMN) implementiert dargestellt, welches als Teil eines Lastumformungssystems 116 abgebildet ist.
Im Beispiel der 6 besitzt der Bandschalter 138 – wie dargestellt – einen einzelnen Eingang vom Ausgang des Verstärkungspfades 130 (durch das OMN 136) und drei jeweils einem von drei beispielhaften Frequenzbändern zugeordnete Ausgänge. Drei Duplexer 142a bis 142c werden als für solche drei Frequenzbänder vorgesehen dargestellt.
Jeder der drei Duplexer 142a bis 142c wird als TX- und RX-Filter (z. B. Bandpassfilter) beinhaltend dargestellt. Jeder TX-Filter wird als mit dem Bandschalter 138 gekoppelt dargestellt, um das entsprechende verstärkte und schaltgeleitete HF-Signal zur Übertragung zu empfangen. Ein derartiges HF-Signal wird als gefiltert und an einen Antennenanschluss (ANT) (144a, 144b oder 144c) weitergeleitet dargestellt. Jeder RX-Filter wird als ein RX-Signal von dem entsprechend zugehörigen Antennenanschluss (ANT) (144a, 144b oder 144c) empfangend dargestellt. Solch ein RX-Signal wird – wie dargestellt – gefiltert und an eine RX-Komponenten (z. B. einen LNA) zur Weiterverarbeitung weitergeleitet.
Es ist üblicherweise wünschenswert, für eine Impedanzanpassung zwischen einem bestimmten Duplexer und einer vorgeschalteten Komponente (im TX-Fall) oder einer nachgeschalteten Komponente (im RX-Fall) zu sorgen. Im Beispiel der 6 ist der Bandschalter 138 eine solche vorgeschaltete Komponente in Bezug auf den TX-Filter des Duplexers. Dementsprechend werden Anpassungsschaltungen 140a bis 140c (dargestellt als beispielsweise Teil eines PI-Netzwerks 120) als zwischen den Ausgängen des Bandschalters 138 und den entsprechenden Duplexern 142a bis 142c implementiert dargestellt. In einigen Ausführungsformen kann jede dieser Anpassungsschaltungen 140a bis 140c zum Beispiel als Pi-Anpassungsschaltung ausgestaltet werden.

Tabelle 1 zählt beispielhafte Werte für Einfügedämpfung und Effizienz in Bezug auf die verschiedentlichen Komponenten des ET-Leistungsverstärkungssystems 110 der 6 auf. Es sollte klar sein, dass die verschiedenen aufgezählten Werte Schätzwerte sind. Tabelle 1

Komponente	Einfügedämpfung	Effizienz
ET Mod (112)	N/A	83%
LV-Anordnung (114)	N/A	70% bis 75% (PAE)
Lastumformung (116)	0,5 dB bis 0,7 dB	85% bis 89%
Bandschalter (118)	0,3 dB bis 0,5 dB	89% bis 93%
PI (120)	0,3 dB	93%
Duplex (122)	2,0 dB	63%

Aus Tabelle 1 wird ersichtlich, dass das ET-Leistungsverstärkungssystem 110 der 6 eine erhebliche Anzahl von Komponenten aufweist, die zu Verlusten beitragen. Sogar, wenn angenommen wird, dass jede Komponente des Systems 110 an ihrer oberen Effizienzgrenze arbeitet, beträgt die Gesamteffizienz des ET-Leistungsverstärkungssystems 110 in etwa 31% (0.83 × 0.75 × 0.89 × 0.93 × 0.93 × 0.63).
Im Beispiel der 7 ist das HV-APT-Leistungsverstärkungssystem 100 – wie dargestellt – dazu ausgelegt, Verstärkung für die gleichen drei Frequenzbänder wie das beispielhafte ET-Leistungsverstärkungssystem 110 der 6 zu bieten. In einer Leistungsverstärkeranordnung 104 können drei separate Verstärkungspfade implementiert werden, so dass jeder Verstärkungspfad für Verstärkung bezüglich seines jeweiligen Frequenzbandes sorgt. Beispielsweise wird der erste Verstärkungspfad als einen PA 168a aufweisend dargestellt, der ein HF-Signal von einem Eingangsknoten 162a durch einen Gleichspannungsblockkondensator 164a empfängt. Das verstärkte HF-Signal von dem PA 168a wird als durch einen Kondensator 170a an eine nachgeschaltete Komponente weitergeleitet dargestellt. In ähnlicher Weise wird der zweite Verstärkungspfad als einen PA 168b aufweisend dargestellt, der ein HF-Signal von einem Eingangsknoten 162b durch einen Gleichspannungsblockkondensator 164b empfängt; und das verstärkte HF-Signal von dem PA 168b wird als durch einen Kondensator 170b an eine nachgeschaltete Komponente weitergeleitet dargestellt. In ähnlicher Weise wird der dritte Verstärkungspfad als einen PA 168c aufweisend dargestellt, der ein HF-Signal von einem Eingangsknoten 162c durch einen Gleichspannungsblockkondensator 164c empfängt; und das verstärkte HF-Signal von dem PA 168c wird als durch einen Kondensator 170c an eine nachgeschaltete Komponente weitergeleitet dargestellt.
In einigen Ausführungsformen können einige oder alle der PAs 168a bis 168c beispielsweise HBT-PAs aufweisen. Es sollte klar sein, dass ein oder mehrere Merkmale der vorliegenden Offenbarung auf mit anderen Arten von PAs implementiert werden können. Beispielsweise können PAs, die im Betrieb den Impedanzen nachgeschalteter Komponenten gleiche oder ähnliche Impedanzen (z. B. durch HV-Betrieb und/oder durch andere Betriebsparameter) ergeben, zur Erzielung eines oder mehrerer der hierin beschriebenen Nutzen eingesetzt werden.
Im Beispiel der 7 wird jeder PA (168a, 168b oder 168c) als mit einer Versorgungsspannung VCC von einem Hochsetzgleichspannungswandler 160 durch einen Drosselinduktivität (166a, 166b oder 166c) versorgt dargestellt. Der Hochsetzgleichspannungswandler 160 wird als Teil eines HV-Systems 102 gezeigt. Der Hochsetzgleichspannungswandler 160 kann dazu ausgelegt sein, Versorgungsspannungen in einem Bereich von VCC-Spannungswerten (z. B. etwa 1 V bis 10 V) inklusive der HV-Bereiche oder HV-Werte wie hierin beschrieben bereitzustellen. Der Hochsetzgleichspannungswandler 160 erzeugt – wie dargestellt – eine derart hoch VCC-Spannung auf der Basis einer Batteriespannung Vbatt.
Wenn die PAs 168a bis 168c wie vorstehend erläutert mit hoher VCC-Spannung (z. B. bei etwa 10 V) betrieben werden, ist die Impedanz Z jedes PAs relativ hoch (z. B. etwa 40 Ω bis 50 Ω); deshalb ist eine Impedanzwandlung nicht notwendig, um die Impedanz an die einer nachgeschalteten Komponente zugehörige Impedanz anzupassen. Im Beispiel der 7 ist jeder der Duplexer 174a bis 174c (gezeigt als Teile einer Duplexeranordnung 108), welcher das Ausgangssignal des jeweils zugeordneten PAs (168a, 168b oder 168c) empfängt, üblicherweise als eine 50Ω-Last ausgestaltet. Dementsprechend ist unter der Annahme, dass die Impedanz (Z), die sich durch den PA (168a, 168b oder 168c) ergibt, etwa 50 Ω beträgt, eine Impedanzwandlung (wie etwa das Lastumformsystem 116 der 6) nicht notwendig.
Es ist üblicherweise wünschenswert, für eine Impedanzanpassung zwischen einem bestimmten Duplexer und einer vorgeschalteten Komponente (im TX-Fall) oder einer nachgeschalteten Komponente (im RX-Fall) zu sorgen. Im Beispiel der 7 ist der PA (168a, 168b oder 168c) eine solche vorgeschaltete Komponente in Bezug auf den TX-Filter des Duplexers (174a, 174b oder 174c). Dementsprechend können Anpassungsschaltungen 172a bis 172c (wie dargestellt als beispielsweise Teil eines PI-Netzwerks 106) zwischen den Ausgängen der PAs 168a bis 168c und den entsprechenden Duplexern 174a bis 174c implementiert werden. In einigen Ausführungsformen kann jede dieser Anpassungsschaltungen 172a bis 172c zum Beispiel als Pi-Anpassungsschaltung ausgestaltet werden.
Im Beispiel der 7 kann der HV-Betrieb der PAs 168a bis 168c dazu führen, dass jeder der PAs 168a bis 168c eine Impedanz Z aufweist, die ähnlich der Impedanz des zugehörigen Duplexers ist. Da eine Impedanzwandlung in einer solchen Konfiguration nicht notwendig ist, besteht kein Bedarf an einem Impedanzumformer (116 in 6).
Es wird außerdem angemerkt, dass der Betrieb der PAs 168a bis 168c bei höherer Impedanz in viel niedrigeren Strompegeln innerhalb der PAs 168a bis 168c resultieren kann. Derartige niedrigere Strompegel können es ermöglichen, dass die PAs 168a bis 168c mit erheblich verringerter Chipgröße bzw. Chipgrößen implementiert werden können.
In einigen Ausführungsformen kann eines oder können beide vorstehenden Maßnahmen (Weglassen eines Impedanzumformers und verringerte Chipgröße des PA) für zusätzliche Designfreiheit in der Auslegung von Leistungsverstärkungsarchitekturen sorgen. Beispielsweise können es Platzbedarfs- und/oder Kostenersparnisse durch die vorstehend genannten Maßnahmen ermöglichen, relativ kleine PAs (168a, 168b oder 168c in 7) für jedes Frequenzband zu verwenden, so dass kein Bedarf mehr für ein Bandschaltersystem (z. B. 118 in 6) besteht. Dementsprechend können die Größe, die Kosten und/oder die Komplexität des HV-APT-Leistungsverstärkungssystems 100 der 7 im Vergleich zu dem ET-Leistungsverstärkungssystem 110 der 6 beibehalten oder verringert werden, währenddessen gleichzeitig die Gesamtverluste des Leistungsverstärkungssystems 100 deutlich reduziert werden.
Tabelle 2 zählt beispielhafte Werte für Einfügedämpfung und Effizienz in Bezug auf die verschiedentlichen Komponenten des HV-APT-Leistungsverstärkungssystems 100 der 7 auf. Es sollte klar sein, dass die verschiedenen aufgezählten Werte Schätzwerte sind. Tabelle 2

Komponente Einfügedämpfung Effizienz

HV (102) N/A 93%

LV-Anordnung (104) N/A 80% bis 82% (PAE)

PI (106) 0,3 dB 93%

Duplex (108) 2,0 dB 63%
Aus Tabelle 2 wird ersichtlich, dass das HV-APT-Leistungsverstärkungssystems 100 der 7 eine Anzahl von Komponenten aufweist, die zu Verlusten beitragen. Allerdings fehlen im Vergleich zu dem ET-Leistungsverstärkungssystem 110 der 6 und Tabelle 1, in dem HV-APT-Leistungsverstärkungssystems 100 der 7 zwei Komponenten, die zu den Verlusten in erheblichem Maße beitragen (Lastumformung (116) und Bandschalter (118)). Die Entfernung solcher Komponenten, die zu den Verlusten beitragen, führt wie gezeigt zu einer Beseitigung von etwa 1 dB im Sendepfad des Beispiels der 7 und Tabelle 2.
Ebenfalls unter Bezugnahme auf Tabelle 2 beträgt die Gesamteffizienz des HV-APT-Leistungsverstärkungssystems 100 ungefähr 45% (0.93 × 0.82 × 0.93 × 0.63), wenn (wie im Beispiel der Tabelle 1) angenommen wird, dass jede Komponente des Systems 100 an ihrer oberen Effizienzgrenze arbeitet. Sogar, wenn angenommen wird, dass jede Komponente des Systems 100 nur an ihrer unteren Effizienzgrenze arbeitet, beträgt die Gesamteffizienz des HV-APT-Leistungsverstärkungssystems 100 in etwa 44% (0.93 × 0.80 × 0.93 × 0.63). Es ist klar ersichtlich, dass die Gesamteffizienz des HV-APT-Leistungsverstärkungssystems 100 der 7 in jedem Fall deutlich höher liegt als die Gesamteffizienz des ET-Leistungsverstärkungssystems 110 der 6 (etwa 31%).
In Anbetracht der 6 und 7 lassen eine Anzahl von Merkmalen feststellen. Es wird deutlich, dass der Einsatz des Hochsetzgleichspannungswandlers (160 in 7) ein Weglassen eines oder mehrerer Leistungswandler, die in einem PA-System zum Einsatz kommen können, ermöglichen kann. Zum Beispiel kann im Betrieb zur Erzeugung eines HV-Versorgungsspannung (z. B. 10 VDC) 1 W ((10 V)²/(2×50Ω)) HF-Leistung ohne Harmonischenabschluss erreicht werden.
Es wird weiterhin angemerkt, dass ein PA, der als 50Ω-Last betrieben wird (z. B. 7), wesentlich geringere Verlusten pro Ohm verursacht als ein PA, der als 3Ω-Last betrieben wird (z. B. 6). Zum Beispiel weist ein äquivalenter Serienwiderstand (”equivalent series resistance”, ESR) von 0,1 Ω eine Einfügedämpfung von etwa 0,14 dB auf, wenn der PA bei 3 Ω betrieben wird, während für einen bei 50 Ω betriebenen PA ein ESR eine Einfügedämpfung von etwa 0,008 dB aufweist. Dementsprechend kann der 3Ω-PA eine gesamte Einfügedämpfung von etwa 4,2 dB (0,14 dB × 30) aufweisen, während der 50Ω-PA eine gesamte Einfügedämpfung von etwa 4,0 dB (0,008 dB × 500) aufweisen kann, was immer noch geringer ist als die gesamte Einfügedämpfung für den 3Ω-PA.
Es wird weiterhin angemerkt, dass der 50Ω-PA einen erheblich höheren Verstärkungsfaktor als der 3Ω-PA aufweisen kann. Beispielsweise kann der Verstärkungsfaktor mit G_M × R_LL abgeschätzt werden; falls G_M in beiden Fällen ähnlich ist, resultiert der höhere Wert von 50 Ω in einem höheren Verstärkungsfaktor.
8 zeigt ein HV-APT-Leistungsverstärkungssystem 100, welches ein detaillierteres Beispiel des HV-APT-Leistungsverstärkungssystems 100 der 7 darstellen kann. Im Beispiel der 8 kann eine Leistungsverstärkeranordnung eine Niederband-Leistungsverstärkeranordnung 190 (LB-Leistungsverstärkeranordnung), eine Mittenband-Leistungsverstärkeranordnung 200 (MB-Leistungsverstärkeranordnung) und eine Hochband-Leistungsverstärkeranordnung 210 (HB-Leistungsverstärkeranordnung) aufweisen, bei denen einige oder aller der darin eingesetzten PAs in der Lage sind, mit Hochspannung wie hierin beschrieben betrieben zu werden. Die Leistungsverstärkeranordnung kann auch andere PAs aufweisen, die nicht unter Hochspannung betrieben werden. Beispielsweise können eine 2G-Leistungsverstärkeranordnung 220 und Leistungsverstärkeranordnungen 230, 232 bei niedrigeren Spannungen betrieben werden.
Im Beispiel der 8 können die vorstehend genannten Hochspannung bzw. Hochspannungswerte an die LB-, MB- und HB-Leistungsverstärkeranordnungen 190, 200, 210 angelegt werden, zum Beispiel von einer integrierten Frontend-Energieverwaltungsschaltung („front-end power management integrated circuit”, FE-PMIC) 160. In einigen Ausführungsformen kann solch eine FE-PMIC einen Hochsetzgleichspannungswandler (z. B. 160 in 7) wie hierin beschrieben umfassen.
Die FE-PMIC 160 kann eine Batteriespannung Vbatt empfangen und eine Hochspannungsausgabesignal 182 als Versorgungsspannungen (VCC) für die LB-, MB- und HB-Leistungsverstärkeranordnungen 190, 200, 210 erzeugen. In einigen Ausführungsformen kann solch eine Hochspannung-VCC einen Wert von etwa 10 V bei einem Maximalstromwert von etwa 250 mA annehmen. Es sollte klar sein, dass andere Werte derartiger Hochspannungs-VCCs und/oder andere Maximalstromwerte ebenso eingesetzt werden können.
Die FE-PMIC 160 kann auch andere Ausgabesignale erzeugen. Beispielsweise kann eine Ausgabe 184 Vorspannungssignale sowohl für die den LB-, MB- und HB-Leistungsverstärkeranordnungen 190, 200, 210 zugeordneten PAs als auch für die 2G-Leistungsverstärkeranordnung 220 bereitstellen. In einigen Ausführungsformen kann ein solches Vorspannungssignal einen Wert von etwa 4 V bei einem Maximalstromwert von etwa 50 mA aufweisen. Es sollte klar sein, dass andere Werte derartiger Vorspannungssignale und/oder andere Maximalstromwerte ebenso eingesetzt werden können.
Im Beispiel der 8 kann die FE-PMIC 160 Teil eines HV-Systems 102 sein, welches hierin in Bezug auf 7 beschrieben worden ist. Die FE-PMIC 160 kann ein oder mehrere Schnittstellenknoten 180 aufweisen. Solche Schnittstellenknoten können beispielsweise zur Steuerung der FE-PMIC 160 implementiert werden.
Im Beispiel der 8 kann die Versorgungsspannung VCC für die 2G-Leistungsverstärkeranordnung 220 – wie dargestellt – im Wesentlichen direkt aus der Batteriespannung bezogen werden (z. B. Leitung 186). Solch eine Batteriespannung wird auch – wie gezeigt – zur Bereitstellung von Betriebsspannungswerten für die den LB-, MB- und HB-Leistungsverstärkeranordnungen 190, 200, 210 zugeordneten verschiedenen Schalter genutzt. In einigen Ausführungsformen kann eine derartige Vbatt Werte in einem Bereich von etwa 2,5 V bis 4,5 V annehmen. Es sollte klar sein, dass andere Werte für eine derartige Vbatt ebenso eingesetzt werden können.
Im Beispiel der 8 können die Versorgungsspannungen VCC für die Leistungsverstärkeranordnungen 230, 232 durch einen Gleichspannungsschaltsteller 234 bereitgestellt werden.
Unter Bezugnahme auf 8 wird die LB-Leistungsverstärkeranordnung 190 als separate PAs für acht beispielhafte Frequenzbänder B27, B28A, B28B, B20, B8, B26, B17 und B13 aufweisend dargestellt. Jeder PA stellt – wie gezeigt – sein verstärktes HF-Signal an einem zugehörigen Duplexer bereit. Wie hierin beschrieben können solche acht PAs an ihre jeweils zugehörigen Duplexer ohne die Zwischenschaltung eines Bandauswahlschalters angekoppelt werden.
Wie dargestellt, beinhaltet die LB-Leistungsverstärkeranordnung 190 weiterhin einen Eingangsschalter 192 und einen Ausgangsschalter 196 bzw. ist an jene angekoppelt. Der Eingangsschalter 192 wird als zwei Eingangsknoten 194a, 194b und acht den acht PAs entsprechenden Ausgangsknoten aufweisend dargestellt. Im Eingangsschalter 192 sind die zwei Eingangsknoten 194a, 194b als schaltbar zwischen einem gemeinsamen Knoten dargestellt, welcher mit einem weiteren gemeinsamen Knoten zum Umschalten auf einen der acht Ausgangsknoten gekoppelt ist. Die Kopplung zwischen derartigen gemeinsamen Knoten kann ein Verstärkungselement aufweisen.
Der Ausgangsschalter 196 wird als acht den acht Duplexern entsprechenden Eingangsknoten und zwei Ausgangsknoten 198a, 198b aufweisend dargestellt. Der Ausgangsschalter 196 kann weiterhin Eingänge zum Empfang einer Ausgabe der 2G-Leistungsverstärkeranordnung 220 und einer Ausgabe der Leistungsverstärkeranordnung 230 aufweisen.
Es sollte klar sein, dass die LB-Leistungsverstärkeranordnung 190 verschiedene Kombinationen von Frequenzbändern aufweisen kann.
Unter Bezugnahme auf 8 wird die MB-Leistungsverstärkeranordnung 200 als separate PAs für vier beispielhafte Frequenzbänder B1, B25, B3 und B4 aufweisend dargestellt. Jeder PA stellt – wie gezeigt – sein verstärktes HF-Signal an einem zugehörigen Duplexer bereit. Wie hierin beschrieben können solche vier PAs an ihre jeweils zugehörigen Duplexer ohne die Zwischenschaltung eines Bandauswahlschalters angekoppelt werden.
Wie dargestellt, beinhaltet die MB-Leistungsverstärkeranordnung 200 weiterhin einen Eingangsschalter 202 und einen Ausgangsschalter 206 bzw. ist an jene angekoppelt. Der Eingangsschalter 202 wird als einen Eingangsknoten 204 und vier den vier PAs entsprechenden Ausgangsknoten aufweisend dargestellt. Im Eingangsschalter 202 ist der Eingangsknoten 204 als schaltbar mit einem gemeinsamen Knoten zum Umschalten auf einen der vier Ausgangsknoten gekoppelt dargestellt. Die Kopplung zwischen derartigen Knoten kann ein Verstärkungselement aufweisen.
Der Ausgangsschalter 206 wird als vier den vier Duplexern entsprechenden Eingangsknoten und einen Ausgangsknoten 208 aufweisend dargestellt. Der Ausgangsschalter 206 kann weiterhin einen Eingang zum Empfang einer Ausgabe der 2G-Leistungsverstärkeranordnung 220 aufweisen.
Es sollte klar sein, dass die MB-Leistungsverstärkeranordnung 200 verschiedene Kombinationen von Frequenzbändern aufweisen kann.
Unter Bezugnahme auf 8 wird die HB-Leistungsverstärkeranordnung 210 als separate PAs für zwei beispielhafte Frequenzbänder B7 und B20 aufweisend dargestellt. Jeder PA stellt – wie gezeigt – sein verstärktes HF-Signal an einem zugehörigen Duplexer bereit. Wie hierin beschrieben können solche zwei PAs an ihre jeweils zugehörigen Duplexer ohne die Zwischenschaltung eines Bandauswahlschalters angekoppelt werden.
Wie dargestellt, beinhaltet die HB-Leistungsverstärkeranordnung 210 weiterhin einen Eingangsschalter 212 und einen Ausgangsschalter 216 bzw. ist an jene angekoppelt. Der Eingangsschalter 212 wird als einen Eingangsknoten 214 und zwei den zwei PAs entsprechenden Ausgangsknoten aufweisend dargestellt. Im Eingangsschalter 212 ist der Eingangsknoten 214 als schaltbar mit einem gemeinsamen Knoten zum Umschalten auf einen der zwei Ausgangsknoten gekoppelt dargestellt. Die Kopplung zwischen derartigen Knoten kann ein Verstärkungselement aufweisen.
Der Ausgangsschalter 216 wird als zwei den zwei Duplexern entsprechenden Eingangsknoten und einen Ausgangsknoten 218 aufweisend dargestellt. Der Ausgangsschalter 216 kann weiterhin einen Eingang zum Empfang einer Ausgabe der Leistungsverstärkeranordnung 232 aufweisen.
Es sollte klar sein, dass die HB-Leistungsverstärkeranordnung 210 verschiedene Kombinationen von Frequenzbändern aufweisen kann.
Im Beispiel der 8 können die PAs der LB-, MB- und HB-Leistungsverstärkeranordnungen 190, 200, 210 als ein oder mehrere Chips implementiert werden. Beispielsweise können solche PAs auf einem einzelnen HBT-Chip (z. B. GaAs), auf separaten HBT-Chips, die den jeweiligen der LB-, MB- und HB-Leistungsverstärkeranordnungen 190, 200, 210 zugeordnet sind, oder auf Kombinationen davon implementiert werden.
Im Beispiel der 8 kann jeder der Schalter 192, 202, 212 dazu ausgelegt sein, Schaltfunktionsweisen wie hierin beschrieben bereitzustellen und auch Vorspannungsfunktionen wie hierin beschrieben zu ermöglichen. In einigen Ausführungsformen können die Schalter 192, 196, 202, 206, 212, 216 zum Beispiel auf einem einzelnen Silizium-auf-Isolator-Chip (”silicon-on-insulator”, SOI), auf separaten, den entsprechenden funktionalen Gruppen zugeordneten Chips, oder auf Kombinationen davon implementiert werden.
9 zeigt beispielhafte Effizienzdiagramme als Funktion der Ausgangsleistung für Leistungsverstärker, die in Tiefsetz-ET-Konfiguration bei 78%, in Tiefsetz-APT-Konfiguration bei 97% und in Hochsetz-APT-Konfiguration bei 87% betrieben werden. Dabei ist zu beachten, dass alle drei beispielhafte Konfigurationen ein ähnlich effizientes Effizienzprofil bis hin zu etwa 15 dBm Ausgangsleistung bieten. Über dieser Ausgangsleistung hinaus lässt sich erkennen, dass die Hochsetz-APT-Konfiguration bei 87% erheblich höhere Effizienzwerte gegenüber sowohl der Tiefsetz-APT-Konfiguration bei 97% als auch der Tiefsetz-ET-Konfiguration bei 78% aufweist. So eine Hochsetz-APT-Konfiguration kann in einem oder beiden der beispielhaften HV-APT-Leistungsverstärkungssysteme der 7 und 8 implementiert werden.
10 zeigt, dass ein Leistungsverstärkungssystem mit ein oder mehreren hierin beschriebenen Merkmalen (z. B. das HV-APT-Leistungsverstärkungssystem 100 der 8) eine Kollektoreffizienz und Profile für den Leistungswirkungsgrad (”power-added efficiency”, PAE) aufweisen kann, die nominellen Fällen ähnlich sind. Beispielsweise ist dargestellt, wie die Kollektoreffizienzdiagramme (als Funktion der Ausgangsleistung), die dem HV-APT-Leistungsverstärkungssystem 100 der 8 zugeordnet sind, im Wesentlichen den gleichen Verlauf haben wie Profile nomineller Kollektoreffizienzen. In ähnlicher Weise ist dargestellt, wie die PAE-Diagramme (als Funktion der Ausgangsleistung), die dem HV-APT-Leistungsverstärkungssystem der 8 zugeordnet sind, im Wesentlichen den gleichen Verlauf haben wie Profile nomineller PAEs.
11 zeigt, dass ein Leistungsverstärkungssystem mit ein oder mehreren hierin beschriebenen Merkmalen (z. B. das HV-APT-Leistungsverstärkungssystem 100 der 8) ein Linearitätsverhalten aufweisen kann (z. B. Nachbarkanalleistung, ”adjacent-channel leakage ratio”, ACLR), das einem nominellen Fall ähnlich ist. Wie gezeigt, haben beispielsweise ACLR-Profile (als Funktion der Ausgangsleistung), die dem HV-APT-Leistungsverstärkungssystem der 8 zugeordnet sind, im Wesentlichen den gleichen Verlauf haben wie Profile entsprechender nomineller ACLRs bei höheren Ausgangsleistungswerten (z. B. höher als 29 dBm).
12 zeigt beispielhafte Diagramme des Laststroms des Leistungsverstärkers als Funktion der Lastspannung für mit „R99” und „50 RB LTE” bezeichnete Leistungsverstärkerkonfigurationen. Angenommen, ein relativ geringer Stromaufnahmezustand von 40 mA ist für die Leistungsverstärkerkonfigurationen angestrebt. Dann kann beispielsweise ein solcher Strom von 40 mA durch Subtrahieren eines konstanten Vorspannungsstroms und Ruhestroms von dem Versorgungsstrom (Laststrom in 12) erzielt werden. Für das Beispiel der 50 RB LTE in 12 kann ein Laststrom von ungefähr 104 mA einen solchen geringen Stromaufnahmezustand (40 mA) für die Leistungsverstärkerkonfiguration erzielen. Ein derartiger Laststrom von 104 mA entspricht einer Lastspannung (VCC) von etwa 9,5 V, wie durch den Punkt 250 angedeutet. Demgemäß lässt sich erkennen, dass eine Betriebskonfiguration für einen Hochspannungsleistungsverstärker wie hierin beschrieben eine relativ niedrige Stromaufnahme für den Leistungsverstärker bedeuten kann.
Beispiele für vorteilhafte Merkmale:
13 bis 16 zeigen Beispiele von vorteilhaften Nutzen, die in HV-APT-Leistungsverstärkungssystemen mit ein oder mehreren hierin beschriebenen Merkmalen erzielt werden können. Wie hierin beschrieben zeigt 13, dass in einigen Ausführungsformen ein Leistungsverstärkungssystem 100 einen Leistungsverstärker (PA) aufweisen kann, der dazu ausgelegt ist, ein Hochfrequenzsignal (HF-Signal, RF_in) an einem Eingangsknoten 260 zu empfangen. Ein derartiger PA kann mit einer Versorgungsspannung von Vcc versorgt werden, und eine derartige Versorgungsspannung kann einen Hochspannungswert (HV-Wert) wie hierin beschrieben aufweisen. Das verstärkte HF-Signal kann als RF_out ausgegeben und an einen Filter weitergeleitet werden, welcher dazu ausgelegt ist, das verstärkte HF-Signal aufzubereiten und ein gefiltertes Signal an einem Ausgangsknoten 262 auszugeben. Der PA kann auf eine Art und Weise betrieben werden (z. B. in einem HV-Modus), dass er ungefähr eine charakteristische Lastimpedanz des Filters treibt. Eine derartige charakteristische Lastimpedanz des Filters kann beispielsweise ungefähr 50 Ω betragen.
In einigen Ausführungsformen kann die vorstehend genannte Konfiguration in einem PA-System mit Nachverfolgung der mittleren Leistung (”average power tracking”, APT) implementiert werden, um für ein oder mehrere vorteilhafte Merkmale zu sorgen. Beispielsweise kann eine weniger komplexe Versorgungskonfiguration erzielt, Verluste verringert und eine verbesserte Effizienz erreicht werden. In einem anderen Beispiel können der vorstehend genannte PA, ein Chip mit dem vorstehend genannten Leistungsverstärkungssystem 100 und/oder ein Modul mit dem vorstehend genannten Leistungsverstärkungssystem 100 in einem Gerät mit geringeren Dimensionen implementiert werden. In einigen Ausführungsformen kann ein solches Gerät mit geringeren Dimensionen zumindest teilweise dadurch erreicht werden, dass einige oder alle der Anpassungsnetzwerke (OMNs) für die Ausgaben des PAs in einem Leistungsverstärkungssystem weggelassen werden können.
14 zeigt ein Beispiel eines Leistungsverstärkungssystems 100, in dem ein Ausgangsanpassungsnetzwerk (OMN – hierin auch als Impedanzumformschaltung bezeichnet), welches dem PA zugeordnet ist, zwischen dem PA und dem Filter im Wesentlichen beseitigt ist. Im Beispiel der 14 können der PA, seine Versorgungsspannung Vcc und der Filter in ähnlicher Weise wie in dem Beispiel der 13 ausgelegt und betrieben werden. Eine derartige PA-Konfiguration kann einen HV-Betriebsmodus wie hierin beschrieben umfassen.
In dem Beispiel der 14 können einige oder alle Teile des Leistungsverstärkungssystems 100 auf einer Vorrichtung 270 wie etwa einem PA-Chip oder einem PA-Modul implementiert werden. Mit der vorstehend genannten Beseitigung des OMN können die für die Vorrichtung 270 maßgeblichen Dimensionen (z. B. d1 × d2) verkleinert werden. Außerdem können andere vorteilhafte Merkmale wie etwa verringerte Verluste und verbesserte Effizienz gleichfalls mit der Beseitigung des OMN erreicht werden.
15 zeigt ein Beispiel eines Leistungsverstärkungssystems 100, welches dazu ausgelegt ist, HF-Signale für eine Vielzahl von Bändern zu verarbeiten. Solche Bänder können zum Beispiel Band A und Band B sein. Es sollte klar sein, dass eine andere Anzahl von Bändern für das Leistungsverstärkungssystem 100 implementiert werden kann.
In dem Beispiel der 15 wird jedes Band als einem separaten Verstärkungspfad zugeordnet dargestellt. In jedem der Verstärkungspfade können der PA, seine Versorgungsspannung Vcc und der Filter in ähnlicher Weise wie in dem Beispiel der 14 ausgelegt und betrieben werden. Eine derartige PA-Konfiguration kann einen HV-Betriebsmodus wie hierin beschrieben umfassen.
In dem Beispiel der 15 kann dadurch, dass jedes Band seinen eigenen dedizierten Verstärkungspfad aufweist, eine Beseitigung eines Bandauswahlschalters erfolgen. Demgemäß kann die Vorrichtung 270 (wie etwa ein PA-Chip oder ein PA-Modul) mit einigen oder allen Teilen des Leistungsverstärkungssystems 100 mit verkleinerten Dimensionen (z. B. d3 × d4) ausgestaltet werden. Außerdem können andere vorteilhafte Merkmale wie etwa verringerte Verluste und verbesserte Effizienz gleichfalls mit der Beseitigung des Bandauswahlschalters erreicht werden.
16 zeigt ein Beispiel eines Leistungsverstärkungssystems 100, welches dazu ausgelegt ist, HF-Signale für eine Vielzahl von Bändern zu verarbeiten, ähnlich dem Beispiel der 15. In dem Beispiel der 16 können einige oder alle der Vielzahl von Verstärkungspfaden im Wesentlichen kein Ausgangsanpassungsnetzwerk (OMN – hierin auch als Impedanzumformschaltung bezeichnet) aufweisen, ähnlich wie in dem Beispiel der 14. Demgemäß kann eine Vorrichtung 270 (wie etwa ein PA-Chip oder ein PA-Modul) mit einigen oder allen Teilen des Leistungsverstärkungssystems 100 mit verkleinerten Dimensionen (z. B. d5 × d6) ausgestaltet werden. Außerdem können andere vorteilhafte Merkmale wie etwa verringerte Verluste und verbesserte Effizienz gleichfalls mit der Beseitigung des Bandauswahlschalters und oder einiger oder aller der OMNs erreicht werden.
In den Beispielen der 15 und 16 kann die Vorrichtung 270, auf der sein entsprechendes Leistungsverstärkungssystem 100 implementiert ist, beispielsweise ein Leistungsverstärkerchip mit einem Halbleitersubstrat sein. Die Vielzahl von PAs kann in paralleler Anordnung (wie gezeigt) auf dem Halbleitersubstrat implementiert werden, und jeder PA kann dazu ausgelegt sein, in einem schmalen Frequenzbandsignalpfad betrieben zu werden. Daher kann jeder PA kleiner als ein Breitband-PA ausgelegt werden, der in der Lage ist, mehr als eines der der Vielzahl von PAs zugeordneten Frequenzbänder zu treiben. Wie hierin beschrieben kann der Einsatz solcher verkleinerter einbandiger PAs eine Reihe von erstrebenswerten Merkmale mit sich bringen.
Beispiele für Erzeugnisse:
17 zeigt, dass in einigen Ausführungsformen einige Teile oder alle Teile eines HV-APT-Leistungsverstärkungssystems mit einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale in einem Modul implementiert werden kann. Ein derartiges Modul kann zum Beispiel ein Frontend-Modul (FEM) sein. Im Beispiel der 17 kann ein Modul 300 ein Gehäusesubstrat 302 aufweisen, und eine Anzahl von Komponenten kann auf solch einem Gehäusesubstrat aufgebracht werden. Zum Beispiel können eine Frontend-Energieverwaltungskomponente (FE-PMIC) 102, eine Leistungsverstärkeranordnung 104, eine Anpassungskomponente 106 und eine Duplexeranordnung 108 auf dem Gehäusesubstrat 302 aufgebracht und/oder auf und/oder in dem Gehäusesubstrat 302 implementiert werden. Andere Komponenten wie etwa eine Anzahl von Vorrichtungen 304 in Oberflächenmontagetechnik (”surface mount technology”, SMT) und ein Antennenschaltmodul (ASM) 306 können ebenfalls auf dem Gehäusesubstrat 302 aufgebracht werden. Obwohl alle der verschiedenen Komponenten als über das Gehäusesubstrat 302 verteilt dargestellt werden, sollte es klar sein, dass einige Komponenten auf oder über anderen Komponenten implementiert werden können.
In einigen Ausführungsvarianten kann ein Leistungsverstärkungssystem mit einem oder mehreren hierin beschriebenen Merkmalen in einem HF-Gerät wie etwa einem drahtlosen Gerät umfasst sein. Solch ein Leistungsverstärkungssystem kann in dem drahtlosen Gerät implementiert sein, entweder als ein oder mehrere Schaltungen, als ein oder mehrere Chips, als ein oder mehrere gehäuste Module, oder in Kombinationen solcher. In einigen Ausführungsformen kann solch ein drahtloses Gerät zum Beispiel ein Mobiltelefon, ein Smartphone, ein tragbares drahtloses Gerät mit oder ohne Funktionsumfang eines Telefons, ein drahtloses Tablet oder ähnliches umfassen.
18 zeigt ein beispielhaftes drahtloses Gerät 400 mit ein oder mehreren der hierin beschriebenen vorteilhaften Merkmale. Im Zusammenhang mit einem ein oder mehrere der hierin beschriebenen Merkmale aufweisenden Modul kann solch ein Modul im Allgemeinen durch einen gestrichelten Kasten 300 angedeutet werden, und kann beispielsweise als Frontend-Modul (FEM) implementiert werden.
Bezugnehmend auf 18 können Leistungsverstärker (PAs) 420 ihre jeweiligen HF-Signale von einem Sendeempfänger 410 beziehen, der dazu ausgelegt ist und betrieben werden kann, zu verstärkende und zu sendende HF-Signale zu erzeugen und empfangene Signale zu verarbeiten. Der Sendeempfänger 410 interagiert – wie dargestellt – mit einem Basisband-Subsystem 408, welches dazu ausgelegt ist, eine für einen Nutzer geeignete Wandlung von Daten- und/oder Sprachsignalen in für den Sendeempfänger 410 nutzbare HF-Signale und umgekehrt durchzuführen. Der Sendeempfänger 410 wird auch als mit einer Energieverwaltungskomponente 406 verbunden dargestellt, die dazu ausgelegt ist, die für den Betrieb des drahtlosen Geräts 400 notwendige Leistung einzuteilen. In einigen Ausführungsvarianten kann die Energieverwaltungskomponente 406 ebenso den Betrieb des Basisband-Subsystems 408 und des Moduls 300 steuern.
Das Basisband-Subsystem 408 wird als mit einer Nutzerschnittstelle 402 verbunden dargestellt, um verschiedentliche Eingaben und Ausgaben von Sprache und/oder Daten von dem und für den Nutzer zu ermöglichen. Das Basisband-Subsystem 408 kann auch mit einem Speicher 404 verbunden werden, der dazu ausgelegt ist, Daten und/oder Befehle zu speichern, die einen Betrieb des drahtlosen Geräts ermöglichen, und/oder einen Informationsspeicher für den Nutzer bereitzuhalten.
In dem beispielhaften drahtlosen Gerät 400 können Ausgangssignale der PAs 420 wie dargestellt (über entsprechende Anpassungsschaltungen 422) angepasst werden und an jeweils zugeordnete Duplexer 424 weitergeleitet werden. In einigen Ausführungsformen können die Anpassungsschaltungen 422 den beispielhaften Anpassungsschaltungen 172a bis 172c ähnlich, wie sie in Bezug auf 7 hierin beschrieben werden. Wie ebenfalls in Bezug auf 7 hierin beschrieben, können die Ausgangssignale der PAs 420 an ihre entsprechenden Duplexer 424 ohne Impedanzwandlung (z. B. mit Lastwandlung 116 in 6) weitergeleitet werden, wenn die PAs 420 in einem HV-Betriebsmodus mit HV-Versorgungsspannung betrieben werden. Solche verstärkten und gefilterten Signale, welche gesendet werden sollen, können durch einen Antennenschalter 414 an eine Antenne 416 geleitet werden. In einigen Ausführungsformen können die Duplexer 424 einen gleichzeitigen Betrieb von Sende- und Empfangsoperationen unter Nutzung einer gemeinsamen Antenne (z. B. 416) ermöglichen. In 18 werden die empfangenen Signale durch die Duplexer 424 als an ”Rx”-Pfade weitergeleitet dargestellt, welche zum Beispiel einen oder mehrere rauscharme Verstärker (LNA) aufweisen können.
Im Beispiel der 18 kann die vorstehend beschrieben HV-Versorgung für die PAs 420 durch eine HV-Komponente 102 bereitgestellt werden. Solch eine HV-Komponente kann beispielsweise einen Hochsetz-Gleichspannungswandler wie hierin beschrieben aufweisen.
Eine Anzahl von anderen Konfigurationen drahtloser Geräte können ein oder mehrere der hierin beschriebenen Merkmale verwenden. Beispielsweise muss ein drahtloses Gerät nicht zwangsläufig ein Mehrfachbandgerät sein. In einem anderen Beispiel kann ein drahtloses Gerät zusätzliche Antennen wie etwa eine Diversitätsantenne und zusätzliches Vernetzungsfunktionen wie etwa WiFi, Bluetooth^® und GPS aufweisen.
Wie hierin beschrieben, können ein oder mehrere Merkmale der vorliegenden Offenbarung eine Anzahl von Vorteilen nach sich ziehen, wenn sie in Systemen wie denjenigen, die das drahtlose Gerät der 18 beinhalten, implementiert werden. Beispielsweise kann eine erhebliche Stromabflussverringerung durch eine Beseitigung oder Verringerung von Ausgangsverlustleistung erzielt werden. In einem anderen Beispiel kann eine geringere Stücklistenanzahl für das Leistungsverstärkungssystem und/oder das drahtlose Gerät erreicht werden. In einem weiteren Beispiel kann eine unabhängige Optimierung oder eine gewünschte Konfiguration jedes unterstützten Frequenzbandes dadurch erreicht werden, dass beispielsweise separate PAs für ihre jeweiligen Frequenzbänder eingesetzt werden. In einem weiteren Beispiel kann eine Optimierung oder eine gewünschte Konfiguration maximaler oder erhöhter Ausgangsleistung durch den Einsatz beispielsweise eines Hochsetzspannungsversorgungssystems erreicht werden. In einem weiteren Beispiel kann eine Anzahl verschiedener Batterietechnologien verwendet werden, da die maximale oder erhöhte Leistung nicht notwendigerweise durch die Batteriespannung begrenzt ist.

Ein oder mehrere der Merkmale der vorliegenden Offenbarung können im Zusammenhang mit verschiedenen Mobilfunkfrequenzbändern wie hierin beschrieben implementiert werden. Beispiele für solche Bänder sind in Tabelle 3 aufgelistet. Es sollte klar sein, dass zumindest einige der Bänder in Sub-Bänder aufgeteilt sein können. Es sollte auch klar sein, dass ein oder mehrere der Merkmale der vorliegenden Offenbarung in Frequenzbereichen implementiert werden können, die keine Bezeichnungen wie die Beispiele der Tabelle 3 tragen. Tabelle 3

Band	Modus	Tx-Frequenzbereich (MHz)	Rx-Frequenzbereich (MHz)
B1	FDD	1.920–1.980	2.110–2.170
B2	FDD	1.850–1.910	1.930–1.990
B3	FDD	1.710–1.785	1.805–1.880
B4	FDD	1.710–1.755	2.110–2.155
B5	FDD	824–849	869–894
B6	FDD	830–840	875–885
B7	FDD	2.500–2.570	2.620–2.690
B8	FDD	880–915	925–960
B9	FDD	1.749,9–1.784,9	1.844,9–1.879,9
B10	FDD	1.710–1.770	2.110–2.170
B11	FDD	1.427,9–1.447,9	1.475,9–1.495,9
B12	FDD	699–716	729–746
B13	FDD	777–787	746–756
B14	FDD	788–798	758–768
B15	FDD	1.900–1.920	2.600–2.620
B16	FDD	2.010–2.025	2.585–2.600
B17	FDD	704–716	734–746
B18	FDD	815–830	860–875
B19	FDD	830–845	875–890
B20	FDD	832–862	791–821
B21	FDD	1.447,9–1.462,9	1.495,9–1.510,9
B22	FDD	3.410–3.490	3.510–3.590
B23	FDD	2.000–2.020	2.180–2.200
B24	FDD	1.626,5–1.660,5	1.525–1.559
B25	FDD	1.850–1.915	1.930–1.995
B26	FDD	814–849	859–894
B27	FDD	807–824	852–869
B28	FDD	703–748	758–803
B29	FDD	N/A	716–728
B30	FDD	2.305–2.315	2.350–2.360
B31	FDD	452,5–457,5	462,5–467,5
B33	TDD	1.900–1.920	1.900–1.920
B34	TDD	2.010–2.025	2.010–2.025
B35	TDD	1.850–1.910	1.850–1.910
B36	TDD	1.930–1.990	1.930–1.990
B37	TDD	1.910–1.930	1.910–1.930
B38	TDD	2.570–2.620	2.570–2.620
B39	TDD	1.880–1.920	1.880–1.920
B40	TDD	2.300–2.400	2.300–2.400
B41	TDD	2.496–2.690	2.496–2.690
B42	TDD	3.400–3.600	3.400–3.600
B43	TDD	3.600–3.800	3.600–3.800
B44	TDD	703–803	703–803

In dieser Beschreibung wird Bezug genommen auf verschiedene Formen der Impedanz. Beispielsweise wird von einem PA manchmal gesagt, dass er eine Lastimpedanz einer nachgeschalteten Komponente wie etwa einem Filter treibt. In einem anderen Beispiel wird von einem PA manchmal gesagt, dass er einen Impedanzwert aufweist. Zu Zwecken der Beschreibung sollte es klar sein, dass eine solche Bezugnahme auf eine Impedanz eines PAs austauschbar verwendet werden kann. Darüber hinaus kann die Impedanz eines PAs seine Ausgangsimpedanz wie sie an der Ausgangsseite des PAs auftritt umfassen kann. Es kann für einen derartigen PA, welcher dazu ausgelegt ist, eine Lastimpedanz einer nachgeschalteten Komponente zu treiben, dementsprechend auch bedeuten, dass der PA eine Ausgangsimpedanz aufweist, die ungefähr der Lastimpedanz der nachgeschalteten Komponente entspricht.
Solange es der Zusammenhang nicht eindeutig anders ergibt, sollen in der Beschreibung und den Ansprüchen die Wörter „umfassen”, „umfassend” und dergleichen im einschließenden Sinne und nicht im ausschließlichen oder erschöpfenden Sinne verstanden werden, das heißt, im Sinne von „einschließlich, aber nicht darauf beschränkt”. Das Wort „gekoppelt”, wie es generell hierin verwendet wird, bezieht sich auf zwei oder mehr Elemente die entweder direkt verbunden sind und unter Einbeziehung ein oder mehrerer dazwischen liegender Elemente verbunden sind. Außerdem sollen sich die Wörter „hierin”, „darüber”, „darunter” und Wörter ähnlichen Bedeutungsgehalts, sofern sie in dieser Beschreibung verwendet werden, auf die Beschreibung im Gesamten und nicht auf spezielle Teile dieser Beschreibung beziehen. Wenn es der Zusammenhang erlaubt, sollen Wörter in der oben stehenden ausführlichen Beschreibung im Singular oder Plural auch den jeweiligen Plural bzw. Singular miteinschließen. Das Wort „oder” in Bezug auf eine Liste zweier oder mehr Elemente schließt alle folgenden Interpretationsmöglichkeiten mit ein: beliebige Elemente in der Liste, alle Elemente in der Liste, und jede Kombination von Elementen in der Liste.
Die obige detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung ist nicht als abschließend oder die Erfindung auf die exakte oben offenbarte Form einschränkend zu verstehen. Während bestimmte Ausführungsformen und Beispiele für die Erfindung oben zu veranschaulichenden Zwecken beschrieben worden sind, sind verschiedene äquivalente Modifizierungen im Rahmen des Schutzbereichs der Erfindung möglich, wie es sich einem Fachmann des relevanten technischen Gebiets erschließen wird. Während beispielsweise Verfahren oder Blöcke in einer bestimmten Reihenfolge dargestellt sind, können alternative Ausführungsformen Prozesse durchführen oder ein System verwenden, die Schritte bzw. Blöcke in einer anderen Reihenfolge bzw. Anordnung aufweisen, oder bei denen Schritte bzw. Blöcke entfernt, hinzugefügt, unterteilt, kombiniert und/oder modifiziert worden sind. Jeder der Prozesse oder Blöcke kann in eine Vielfalt unterschiedlicher Arten implementiert werden. Ferner können Prozesse oder Blöcke gleichzeitig oder zu verschiedenen Zeitpunkten durchgeführt werden, auch wenn diese Prozesse oder Blöcke manchmal als hintereinander durchgeführt dargestellt werden.
Die Lehren der hierin dargestellten Erfindung können auf andere Systeme übertragen werden, die nicht notwendigerweise den oben beschriebenen Systemen entsprechen. Die Elemente und Handlungen der verschiedenen oben beschriebenen Ausführungsformen können kombiniert werden, um zu weiteren Ausführungsformen zu gelangen.
Während einige Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden sind, sind diese Ausführungsformen nur beispielhafter Natur und nicht zur Einschränkung des Offenbarungsgehalts gedacht. Tatsächlich können die hierin beschriebenen neuen Verfahren und Systeme in einer Vielzahl anderer Arten implementiert werden; darüber hinaus können verschiedentliche Auslassungen, Ersetzungen und Änderungen in der Art der hierin beschriebenen Verfahren und Systeme vorgenommen werden, ohne die Grundkonzeption der Erfindung zu verlassen. Die beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente sollen derartige Ausprägungen und Modifikationen, die von der Grundidee der Erfindung umfasst werden, mit einschließen.

Claims

Ein Leistungsverstärkerchip, umfassend: ein Halbleitersubstrat; und eine Vielzahl von auf dem Halbleitersubstrat implementierten Leistungsverstärkern, PAs, von denen jeder der PAs dazu ausgelegt ist, ungefähr eine charakteristische Lastimpedanz einer entlang eines individuellen Frequenzbandsignalpfades angeordneten nachgeschalteten Komponente zu treiben, und jeder der PAs kleiner als ein Breitband-PA dimensioniert ist, welcher dazu ausgelegt ist, mehr als eines der der Vielzahl von PAs zugeordneten Frequenzbänder zu treiben.
Der Leistungsverstärkerchip gemäß Anspruch 1, wobei die nachgeschaltete Komponente einen Ausgangsfilter umfasst.
Der Leistungsverstärkerchip gemäß Anspruch 2, wobei der individuelle Frequenzbandsignalpfad ein schmalbandiger Signalpfad ist.
Der Leistungsverstärkerchip gemäß Anspruch 3, wobei durch den Betrieb der PAs mit einer Hochspannungsversorgung, HV-Versorgung, bewirkt wird, dass jeder der PAs dazu ausgelegt ist, ungefähr die charakteristische Lastimpedanz des entsprechenden Ausgangsfilters zu treiben.
Der Leistungsverstärkerchip gemäß Anspruch 4, wobei jeder der PAs eine Impedanz aufweist, die größer als ungefähr 40 Ω ist.
Der Leistungsverstärkerchip gemäß Anspruch 5, wobei die Impedanz jedes PA einen Wert von ungefähr 50 Ω aufweist.
Der Leistungsverstärkerchip gemäß einem der Ansprüche 5 und 6, wobei die Impedanz jedes PAs zu einem verringerten Stromabfluss in dem PA führt.
Der Leistungsverstärkerchip gemäß Anspruch 7, wobei es der verringerte Stromabfluss in jedem der PAs ermöglicht, den PA kleiner auszulegen als einen PA mit geringerer Impedanz.
Der Leistungsverstärkerchip gemäß einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei jeder PA einen Bipolartransistor mit Heteroübergang (HBT) umfasst.
Der Leistungsverstärkerchip gemäß Anspruch 9, wobei der HBT eine Galliumarsenidvorrichtung ist.
Der Leistungsverstärkerchip gemäß einem der Ansprüche 9 und 10, wobei der HBT dazu ausgelegt ist, die HV-Versorgung durch seinen Kollektor als VCC zu empfangen.
Der Leistungsverstärkerchip gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die PAs dazu ausgelegt sind, in einem Betriebsmodus der Nachverfolgungs der mittleren Leistung, APT, betrieben zu werden.
Der Leistungsverstärkerchip gemäß Anspruch 12, wobei der APT-Betriebsmodus in einer geringeren Verlustleistung resultiert als bei einem anderen Chip, welcher ein ähnliches Bandverarbeitungsvermögen aufweist, aber in welchem die PAs bei Niederspannung betrieben werden.
Der Leistungsverstärkerchip gemäß Anspruch 13, wobei der andere Chip dazu ausgelegt ist, in einem Betriebsmodus der Einhüllendennachverfolgung, ET, betrieben zu werden.
Der Leistungsverstärkerchip gemäß Anspruch 14, wobei der APT-Betriebsmodus zu einer Gesamteffizienz aufweist, die größer als eine mit der Einhüllendennachverfolgung verbundene Gesamteffizienz ist.
Ein Hochfrequenzmodul, HF-Modul, umfassend: ein Gehäusesubstrat, das dazu ausgelegt ist, eine Vielzahl von Komponenten aufzunehmen; und ein auf dem Gehäusesubstrat angeordnetes Leistungsverstärkungssystem, welches eine Vielzahl von auf einem Halbleitersubstrat implementierten Leistungsverstärkern, PAs, aufweist, von denen jeder PA dazu ausgelegt ist, ungefähr eine charakteristische Lastimpedanz einer entlang eines individuellen Frequenzbandsignalpfades angeordneten nachgeschalteten Komponente zu treiben, und kleiner als ein Breitband-PA dimensioniert ist, welcher dazu ausgelegt ist, mehr als eines der der Vielzahl von PAs zugeordneten Frequenzbänder zu treiben.
Das HF-Modul gemäß Anspruch 16, wobei jeder PA dazu ausgelegt ist, in einem Betriebsmodus mit Hochspannungsversorgung betrieben zu werden.
Das HF-Modul gemäß Anspruch 17, wobei die nachgeschalte Komponente einen Ausgangsfilter aufweist.
Das HF-Modul gemäß Anspruch 18, wobei der Ausgangsfilter mit dem entsprechenden PA über einen separaten Ausgangspfad derart gekoppelt ist, dass das Leistungsverstärkungssystem im Wesentlichen keinen Bandauswahlschalter zwischen der Vielzahl von PAs und ihren jeweiligen Ausgangsfiltern aufweist.
Das HF-Modul gemäß Anspruch 19, wobei jeder Ausgangspfad im Wesentlichen keine Impedanzwandlungsschaltung zwischen dem entsprechenden PA und dem Ausgangsfilter aufweist.
Das HF-Modul gemäß Anspruch 20, wobei das HF-Modul ein Frontend-Modul, FEM, ist.
Ein drahtloses Gerät, umfassend: einen Sendeempfänger, der dazu ausgelegt ist, ein Hochfrequenzsignal, HF-Signal, zu erzeugen; ein in kommunikativer Verbindung mit dem Sendeempfänger stehendes Frontend-Modul, FEM, welches ein Gehäusesubstrat, das dazu ausgelegt ist, eine Vielzahl von Komponenten aufzunehmen, und ein auf dem Gehäusesubstrat implementiertes Leistungsverstärkungssystem aufweist, welches eine Vielzahl von Leistungsverstärkern, PAs, aufweist, von denen jeder PA dazu ausgelegt ist, ungefähr eine charakteristische Lastimpedanz einer entlang eines individuellen Frequenzbandsignalpfades angeordneten nachgeschalteten Komponente zu treiben, und kleiner als ein Breitband-PA dimensioniert ist, welcher dazu ausgelegt ist, mehr als eines der der Vielzahl von PAs zugeordneten Frequenzbänder zu treiben; und eine in kommunikativer Verbindung mit dem FEM stehende Antenne, welche dazu ausgelegt ist, das verstärkte HF-Signal zu übertragen.
Ein Verfahren zum Verarbeiten eines Hochfrequenzsignals, HF-Signals, welches umfasst: Verstärken des HF-Signals mit einem ausgewählten Leistungsverstärker einer Vielzahl von Leistungsverstärkern, PAs, von denen der ausgewählte PA ungefähr eine charakteristische Lastimpedanz einer entlang eines individuellen Frequenzbandsignalpfades angeordneten nachgeschalteten Komponente treibt und kleiner als ein Breitband-PA dimensioniert ist, welcher dazu ausgelegt ist, mehr als eines der der Vielzahl von PAs zugeordneten Frequenzbänder zu treiben; Weiterleiten des verstärkten HF-Signals an die nachgeschaltete Komponente.
Das Verfahren gemäß Anspruch 23, wobei die nachgeschaltete Komponente einen Ausgangsfilter umfasst.
Das Verfahren gemäß Anspruch 24, wobei das Verstärken des HF-Signals ein Versorgen des ausgewählten PAs mit einer Hochspannung, HV, umfasst.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Leistungsverstärkerchips, welches umfasst: Ausbilden oder Bereitstellen eines Halbleitersubstrats; Implementieren einer Vielzahl von individuellen Frequenzbandsignalpfaden; und Ausbilden einer Vielzahl von Leistungsverstärkern, PAs, auf dem Halbleitersubstrat, von denen jeder PA dazu ausgelegt ist, ungefähr eine charakteristische Lastimpedanz einer entlang eines entsprechenden individuellen Frequenzbandsignalpfades angeordneten nachgeschalteten Komponente zu treiben, und kleiner als ein Breitband-PA dimensioniert ist, welcher dazu ausgelegt ist, mehr als eines der der Vielzahl von PAs zugeordneten Frequenzbänder zu treiben.