DE102022204965A1

DE102022204965A1 - Lastmodulierte leistungsverstärker

Info

Publication number: DE102022204965A1
Application number: DE102022204965.9A
Authority: DE
Inventors: Philip John Lehtola; David Steven Ripley
Original assignee: Skyworks Solutions Inc
Current assignee: Skyworks Solutions Inc
Priority date: 2021-05-26
Filing date: 2022-05-18
Publication date: 2022-12-01
Also published as: CN115412035A; JP2022183043A; GB2609288A; KR20220159918A; TW202249421A; US20220385237A1; GB202207708D0

Abstract

Vorrichtungen und Verfahren für Last modulierte Leistungsverstärker werden hierin offenbart. In bestimmten Ausführungsformen umfasst ein Last moduliertes Leistungsverstärkersystem einen Leistungsverstärker, welcher ein Hochfrequenzsignal an einem Eingang empfängt und ein verstärktes Hochfrequenzsignal an einem Ausgang ausgibt, sowie eine mit dem Ausgang des Leistungsverstärkers gekoppelte steuerbare Lastimpedanz. Die steuerbare Lastimpedanz empfängt ein sich in Bezug auf eine Einhüllende des Hochfrequenzsignals änderndes Einhüllendensignal, und das Einhüllendensignal dient dazu, einen Impedanzwert der steuerbaren Lastimpedanz zu steuern, um eine Last an dem Ausgang des Leistungsverstärkers zu modulieren.

Description

HINTERGRUND
Technisches Gebiet
Ausführungsformen der Erfindung beziehen sich auf elektronische Systeme, insbesondere auf Hochfrequenzelektronik (HF-Elektronik).
Beschreibung verwandter Technologie
Leistungsverstärker werden in Hochfrequenzkommunikationssystemen (HF-Kommunikationssysteme) eingesetzt, um HF-Signale für die Übertragung durch Antennen zu verstärken.
Beispiele für Hochfrequenz-(HF)-Kommunikationssysteme mit einem oder mehreren Leistungsverstärkern umfassen ohne Beschränkung der Allgemeinheit Mobiltelefone, Tablets, Basisstationen, Netzwerkzugangspunkte, Teilnehmernetzgeräte („customer premises equipment“, CPE), Laptops und tragbare Elektronik (Wearables). In drahtlosen Geräten beispielsweise, die unter Nutzung eines Mobilfunkstandards, eines Drahtlosnetzwerkstandards (WLAN) und/oder jedweden anderen geeigneten Kommunikationsstandards kommunizieren, kann ein Leistungsverstärker zur HF-Signalverstärkung eingesetzt werden. Ein HF-Signal kann eine Frequenz im Bereich zwischen etwa 30 kHz bis 300 GHz aufweisen, wie beispielsweise im Bereich von etwa 400 MHz bis etwa 7,125 GHz für Mobilfunkkommunikation der Fünften Generation (5G) im Frequenzbereich 1 (FR1) oder im Bereich von etwa 24,250 GHz bis etwa 71,000 GHz für 5G-Mobilfunkkommunikation im Frequenzbereich 2 (FR2).
ZUSAMMENFASSUNG
In bestimmten Ausführungsformen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf eine Mobilvorrichtung. Die Mobilvorrichtung umfasst einen Sendeempfänger, welcher dazu ausgelegt ist, ein Hochfrequenzsignal und ein sich in Bezug auf eine Einhüllende des Hochfrequenzsignals änderndes Einhüllendensignal zu erzeugen, und ein Frontendsystem mit einem Last modulierten Leistungsverstärker, welcher dazu ausgelegt ist, das Hochfrequenzsignal zu verstärken. Der Last modulierte Leistungsverstärker weist einen Leistungsverstärker, welcher dazu ausgelegt ist, das Hochfrequenzsignal an einem Eingang zu empfangen und ein verstärktes Hochfrequenzsignal an einem Ausgang auszugeben, sowie eine mit dem Ausgang des Leistungsverstärkers gekoppelte steuerbare Lastimpedanz auf. Das Einhüllendensignal dient dazu, einen Impedanzwert der steuerbaren Lastimpedanz zu steuern, um eine Last an dem Ausgang des Leistungsverstärkers zu modulieren.
In verschiedenen Ausführungsformen, umfasst der Sendeempfänger eine Umformschaltung, welche dazu ausgelegt ist, das Einhüllendensignal in Abhängigkeit von Kalibrierungsdaten zu formen. Gemäß einer Anzahl von Ausführungsformen ist die Umformschaltung so betreibbar, dass sie eine über die Eingangsleistungswerte des Leistungsverstärkers gleichförmige Verstärkung bewirkt.
In etlichen Ausführungsformen umfasst die steuerbare Lastimpedanz einen steuerbaren Kondensator, welcher durch das Einhüllendensignal gesteuert wird, und einen Ausgangsbalun mit einer mit dem Ausgang des Leistungsverstärkers gekoppelten ersten Windung und einer mit dem steuerbaren Kondensator gekoppelten zweiten Windung. Gemäß einer Anzahl von Ausführungsformen umfasst der Leistungsverstärker einen Eingangsbalun und ein Paar von Verstärkern, die zwischen den Eingangsbalun und den Ausgangsbalun gekoppelt sind. In Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen umfasst die zweite Windung einen ersten Anschluss, welcher das verstärkte Hochfrequenzsignal ausgibt, und einen zweiten Anschluss, welcher mit dem steuerbaren Kondensator gekoppelt ist. Gemäß etlicher Ausführungsformen umfasst der steuerbare Kondensator einen Bipolartransistor und einen Lastkondensator, welcher mit einem Kollektor des Bipolartransistors gekoppelt ist, und das Einhüllendensignal bewirkt eine Steuerung der Basis des Bipolartransistors. In Übereinstimmung mit einer Anzahl von Ausführungsformen umfasst die steuerbare Lastimpedanz eine Reihenschaltung einer Induktivität und eines steuerbaren Kondensators, welcher einen durch das Einhüllendensignal steuerbaren Kapazitätswert aufweist.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die Mobilvorrichtung weiterhin eine Antenne, welche dazu betreibbar ist, das verstärkte Hochfrequenzsignal zu übertragen.
In bestimmten Ausführungsformen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Last moduliertes Leistungsverstärkersystem. Das Last modulierte Leistungsverstärkersystem umfasst einen Leistungsverstärker, welcher dazu ausgelegt ist, ein Hochfrequenzsignal an einem Eingang zu empfangen und ein verstärktes Hochfrequenzsignal an einem Ausgang auszugeben. Das Last modulierte Leistungsverstärkersystem umfasst weiterhin eine mit dem Ausgang des Leistungsverstärkers gekoppelte steuerbare Lastimpedanz, welche dazu ausgelegt ist, ein sich in Bezug auf eine Einhüllende des Hochfrequenzsignals änderndes Einhüllendensignal zu empfangen. Das Einhüllendensignal dient dazu, einen Impedanzwert der steuerbaren Lastimpedanz zu steuern, um eine Last an dem Ausgang des Leistungsverstärkers zu modulieren.
In etlichen Ausführungsformen umfasst die steuerbare Lastimpedanz einen steuerbaren Kondensator, welcher durch das Einhüllendensignal gesteuert wird, und einen Ausgangsbalun mit einer mit dem Ausgang des Leistungsverstärkers gekoppelten ersten Windung und einer mit dem steuerbaren Kondensator gekoppelten zweiten Windung. Gemäß einer Anzahl von Ausführungsformen umfasst der Leistungsverstärker einen Eingangsbalun und ein Paar von Verstärkern, die zwischen den Eingangsbalun und den Ausgangsbalun gekoppelt sind. In Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen umfasst die zweite Windung einen ersten Anschluss, welcher das verstärkte Hochfrequenzsignal ausgibt, und einen zweiten Anschluss, welcher mit dem steuerbaren Kondensator gekoppelt ist. Gemäß etlicher Ausführungsformen umfasst der steuerbare Kondensator einen Bipolartransistor und einen Lastkondensator, welcher mit einem Kollektor des Bipolartransistors gekoppelt ist, und das Einhüllendensignal bewirkt eine Steuerung der Basis des Bipolartransistors.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die steuerbare Lastimpedanz eine Reihenschaltung einer Induktivität und eines steuerbaren Kondensators, welcher einen durch das Einhüllendensignal steuerbaren Kapazitätswert aufweist.
In bestimmten Ausführungsformen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren zur Verstärkung in einem Mobiltelefon. Das Verfahren umfasst das Erzeugen eines Hochfrequenzsignals und eines Einhüllendensignals, welches sich in Bezug auf eine Einhüllende des Hochfrequenzsignals ändert, mittels eines Sendeempfängers. Das Verfahren umfasst weiterhin das Verstärken des Hochfrequenzsignals mittels eines Leistungsverstärkers, einschließlich des Empfangens des Hochfrequenzsignals an einem Eingang des Leistungsverstärkers und des Bereitstellens eines verstärkten Hochfrequenzsignals an einem Ausgang des Leistungsverstärkers. Das Verfahren umfasst weiterhin das Modulieren einer Last des Leistungsverstärkers mittels einer Nutzung des Einhüllendensignals, um einen Impedanzwert einer mit dem Ausgang des Leistungsverstärkers gekoppelten steuerbaren Lastimpedanz zu steuern.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst das Verfahren weiterhin das Kalibrieren des Leistungsverstärkers durch Umformung des Einhüllendensignals auf der Basis von Kalibrierungsdaten. Gemäß einer Anzahl von Ausführungsformen umfasst das Kalibrieren des Leistungsverstärkers ein Bereitstellen einer gleichmäßigen Verstärkung gegenüber den Eingangsleistungseigenschaften.
In etlichen Ausführungsformen umfasst das Modulieren der Last des Leistungsverstärkers ein Steuern eines Kapazitätswertes eines mit einem Ausgangsbalun gekoppelten steuerbaren Kondensators. Gemäß einer Anzahl von Ausführungsformen umfasst das Verfahren weiterhin ein Bereitstellen des verstärkten Hochfrequenzsignals an eine erste Windung des Ausgangsbaluns, wobei der steuerbare Kondensator mit einer zweiten Windung des Ausgangsbaluns gekoppelt ist.
Figurenliste
Ausführungsformen dieser Offenbarung werden nun auf dem Wege nicht einschränkender Beispiele in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.

1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Last modulierten Leistungsverstärkers.
2 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Last modulierten Leistungsverstärkers.
3 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Last modulierten Leistungsverstärkersystems.
4A ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Last modulierten Leistungsverstärkersystems.
4B ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Last modulierten Leistungsverstärkersystems.
5A ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines steuerbaren Kondensators für einen Last modulierten Leistungsverstärker.
5B ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines steuerbaren Kondensators für einen Last modulierten Leistungsverstärker.
6 ist ein Beispiel einer Smith-Auftragung des Kollektorimpedanzwertes gegenüber der Steuerspannung für einen Last modulierten Leistungsverstärker.
7 ist eine Auftragung eines Beispiels der Verstärkung gegenüber der Ausgangsleistung bei einem Last modulierten Leistungsverstärker.
8 ist eine Auftragung eines Beispiels des Leistungswirkungsgrades („power added efficiency“, PAE) gegenüber der Ausgangsleistung bei einem Last modulierten Leistungsverstärker.
9 ist eine Auftragung eines weiteren Beispiels der Verstärkung gegenüber der Ausgangsleistung bei einem Last modulierten Leistungsverstärker.
10 ist eine Auftragung eines weiteren Beispiels des PAEs gegenüber der Ausgangsleistung bei einem Last modulierten Leistungsverstärker.
11 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Mobilvorrichtung.
12A ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines gehäusten Moduls.
12B ist ein schematisches Diagramm eines Querschnitts des gehäusten Moduls aus 12A, das entlang der Linien 12B-12B veranschaulicht wurde.
13 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Kommunikationssystems zum Übertragen von Hochfrequenzsignalen (HF-Signalen).

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BESTIMMTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende detaillierte Beschreibung bestimmter Ausführungsformen stellt verschiedene Beschreibungen bestimmter Ausführungsformen dar. Die hier beschriebenen Innovationen können jedoch auf vielfältige Weise verkörpert werden, z.B. durch die Definition und in dem Umfang der Ansprüche. In dieser Beschreibung wird auf die Zeichnungen verwiesen, in denen gleichartige Bezugszeichen identische oder funktional ähnliche Elemente bezeichnen können. Es sei darauf hingewiesen, dass die in den Figuren dargestellten Elemente nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeichnet sind. Darüber hinaus wird davon ausgegangen, dass bestimmte Ausführungsformen mehr Elemente beinhalten können, als in einer Zeichnung und/oder einer Teilmenge der in einer Zeichnung dargestellten Elemente dargestellt sind. Darüber hinaus können einige Ausführungsformen jede geeignete Kombination von Merkmalen aus zwei oder mehr Zeichnungen enthalten.
Last modulierte Leistungsverstärker werden hierin offenbart. In bestimmten Ausführungsformen umfasst ein Last modulierter Leistungsverstärker einen Leistungsverstärker, welcher ein Hochfrequenzsignal (HF-Signal) verstärkt, und eine mit einem Ausgang des Leistungsverstärkers gekoppelte Lastimpedanz. Die Lastimpedanz wird in Abhängigkeit von einer Einhüllenden des HF-Signals gesteuert, um für eine Lastimpedanzmodulation an dem Ausgang des Leistungsverstärkers zu sorgen. Das Bereitstellen einer Lastimpedanzmodulation auf diese Art und Weise sorgt für eine hohe Effizienz über einen weiten dynamischen Bereich.
In bestimmten Implementierungsformen umfasst die Lastimpedanz ein Ausgangsbalun mit einer ersten Windung und einer zweiten Windung, die elektromagnetisch miteinander gekoppelt sind. Zusätzlich ist der Ausgang des Leistungsverstärkers mit einem ersten Anschluss der ersten Windung gekoppelt (oder in einer Gleichtaktstufenkonfiguration bzw. Push-Pull-Konfiguration mit Ausgängen, die mit zwei Anschlüssen der ersten Windung gekoppelt sind), während ein verstärktes HF-Signal von einem ersten Anschluss der zweiten Windung ausgegeben wird. Die Lastimpedanz umfasst zudem einen steuerbaren Kondensator, welcher mit einem zweiten Anschluss der zweiten Windung gekoppelt ist und einen Kapazitätswert aufweist, welcher durch die Einhüllende des HF-Signals gesteuert wird.
Dadurch kann eine Lastmodulation erzielt werden, indem ein Impedanzwert eines Abschlusskondensators an dem zweiten Anschluss des Baluns durchgefahren wird. In bestimmten Implementierungsformen wird der Abschlusskondensators durch ein analoges Einhüllendensteuersignal von einem Sendeempfänger gesteuert, welcher kalibriert werden kann, um gewünschte Eigenschaften der Verstärkung und/oder der Effizienz, wie beispielsweise gleichförmige Verstärkung zu erreichen.
In bestimmten Implementierungsformen umfasst die Lastimpedanz einen Schalter mit einem Bipolartransistor mit Heteroübergang (HBT), dessen Kollektor mit einem Kondensator gekoppelt ist, und dessen Basis durch das Einhüllendensignal gesteuert wird. Zusätzlich wird der HBT-Schalter als variabler Widerstand betrieben, mit welchem die höchste Lastleitung erzielt wird, wenn der Schalter offen ist, und mit welchem die niedrigste Lastleitung bei dem höchsten Einhüllendenspannungsniveau erzielt wird, wenn der Schalter geschlossen ist. In einer derartigen Konfiguration werden die niedrigsten Verluste auf der höchsten Lastleitung erreicht, was für eine modulierte Effizienz bei einem hohen Verhältnis von Spitzenleistung zu mittlerer Leistung („peak-to-average power ratio“, PAPR) vorteilhaft ist, wie solche, die in der 5G-Kommunikation eingesetzt wird.
Im Vergleich zu Leistungsverstärkern, bei denen ein Einhüllendennachverfolger eine Versorgungsspannung des Leistungsverstärkers in Abhängigkeit eines Einhüllendensignals steuert, weist der Last modulierte Leistungsverstärker einen Lastimpedanzwert auf, welcher in Abhängigkeit des Einhüllendensignals gesteuert wird. Das Bereitstellen einer Lastmodulation auf diese Art und Weise sorgt für Leistungsverstärker mit höherer Effizienz, die weniger komplex als Einhüllendnachverfolgungsverstärker aufgebaut sind, während Schaltungen zur Erzeugung und Kalibrierung des Einhüllendensignals für gewünschte Leistungseigenschaften verwendet werden können.
Beispielsweise kann ein Last modulierter Leistungsverstärker von einem Gleichspannungswandler (DC/DC-Wandler) mit höherer Effizienz mit Spannung versorgt werden, zum Beispiel von einer Leistungsverwaltungseinheit („power management unit“, PMU), die mit einer Effizienz von 93% oder mehr arbeitet. Eine solche PMU kann beispielsweise mit einer Nachverfolgung der mittleren Leistung („average power tracking“, APT) zwischen 5,5V+ 2,5-3,0V betrieben werden (die Effizienz eines Leistungsverstärkers kann bei hoher Versorgungsspannung aufgrund einer von Null verschiedenen Kniespannung besser sein). Im Gegensatz dazu kann ein Einhüllendennachverfolgungssystem nur auf 80% Effizienz kommen, mit einer Versorgungsspannung von ungefähr ~2,5-3,0V (die Effizienz eines Leistungsverstärkers kann bei niedriger Versorgungsspannung aufgrund einer von Null verschiedenen Kniespannung schlechter sein). Eine PMU wird hierin auch als integrierte Leistungsverwaltungsschaltung („power management integrated circuit“, PMIC) bezeichnet.
Last modulierte Leistungsverstärker können in einer breiten Vielzahl von HF-Kommunikationssystemen eingesetzt werden, einschließlich und ohne Beschränkung der Allgemeinheit Basisstationen, Netzwerkzugangspunkte, Mobiltelefone, Tablets, Teilnehmernetzgeräte („customer premises equipment“, CPE), Laptops, Computer, tragbare Elektronik (Wearables) und/oder andere Kommunikationsgeräte.
1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Last modulierten Leistungsverstärkers 10. Der Last modulierte Leistungsverstärker 10 umfasst einen Leistungsverstärker 5 und eine steuerbare Lastimpedanz 6. Der Last modulierte Leistungsverstärker 10 verstärkt ein HF-Eingangssignal RF_IN, um ein HF-Ausgangssignal RF_OUT zu erzeugen.
Der Last modulierte Leistungsverstärker 10 empfängt ein sich in Bezug auf eine Einhüllende des HF-Eingangssignals RF_IN änderndes Einhüllendensignal ENV. Das Einhüllendensignal ENV wird dazu eingesetzt, einen Impedanzwert der steuerbaren Lastimpedanz 6 zu steuern. In dieser Ausführungsform umfasst die steuerbare Lastimpedanz 6 beispielsweise eine Reihenschaltung einer Induktivität 8 und eines steuerbaren Kondensators 7 und das Einhüllendensignal ENV wird dazu eingesetzt, einen Kapazitätswert des steuerbaren Kondensators 7 zu steuern. Auch, wenn eine Ausführungsform einer steuerbaren Lastimpedanz gezeigt wird, sind die hierin offenbarten Lehren auf andere Ausgestaltungsformen für steuerbare Lastimpedanzen ebenso anwendbar.
2 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Last modulierten Leistungsverstärkers 20. Der Last modulierte Leistungsverstärker 20 der 2 ist dem Last modulierten Leistungsverstärker 10 der 1 ähnlich aufgebaut, mit der Ausnahme, dass der Last modulierte Leistungsverstärker 20 der 2 eine unterschiedliche Implementierungsform einer steuerbaren Lastimpedanz 16 aufweist.
Insbesondere umfasst die steuerbare Lastimpedanz 16 einen Balun 18 und einen steuerbaren Kondensator 7. Ein Ausgang des Leistungsverstärkers 5 treibt eine erste Windung des Baluns 18. Zusätzlich gibt ein erster Anschluss einer zweiten Windung des Baluns 18 das HF-Ausgangssignal RF_OUT aus, während ein zweiter Anschluss der zweiten Windung mit dem steuerbaren Kondensator 7 gekoppelt ist. Der steuerbare Kondensator 7 wird durch das Einhüllendensignal ENV gesteuert.
Das Ändern eines Kapazitätswertes des steuerbaren Kondensators 7 blendet effektiv einen Teil der Induktivität der zweiten Windung aus, so dass im Ergebnis ein Windungsverhältnis des Baluns 18 erzielt wird.
3 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Last modulierten Leistungsverstärkersystems 40. Das Last modulierte Leistungsverstärkersystem 40 umfasst einen Last modulierten Leistungsverstärker 25, eine Bandumschaltungs- und Abstimmschaltung 26 und eine Antenne 3.
In der dargestellten Ausführungsform umfasst der Last modulierte Leistungsverstärker 25 einen Treiberverstärker 31, einen Eingangsbalun 32, einen ersten Ausgangsverstärker 33, einen zweiten Ausgangsverstärker 34 sowie eine steuerbare Lastimpedanz 16, welche einen Ausgangsbalun 18 und einen steuerbaren Kondensator 7 aufweist.
Der Last modulierte Leistungsverstärker 25 ist in dieser Ausführungsform als Gleichtaktverstärker bzw. Push-Pull-Verstärker ausgebildet. Außerdem ist ein Ausgang des ersten Ausgangsverstärkers 33 mit einem ersten Anschluss einer ersten Windung des Baluns 18 verbunden, während ein Ausgang des zweiten Ausgangsverstärkers 34 mit einem zweiten Anschluss der ersten Windung des Baluns 18 verbunden ist.
4A ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Last modulierten Leistungsverstärkersystems 110. Das Last modulierte Leistungsverstärkersystem 110 umfasst einen Ausgangsbalun 18, einen Leistungsverstärkerchip 101, einen Schalterchip 102, einen Einhüllendenerzeugerchip 103 sowie einen Treiberchip 104. Der Leistungsverstärkerchip 101 weist einen Treiberverstärker 31, einen Eingangsbalun 32, einen ersten Ausgangsverstärker 33, einen zweiten Ausgangsverstärker 34 sowie einen steuerbaren Kondensator 7 auf. Der Schalterchip 102 umfasst einen Kondensator 107 und einen Schalter 108. Weiterhin umfasst der Einhüllendenerzeugerchip 103 eine Umformschaltung 105 zur Umformung eines dem Schalterchip 104 bereitgestellten differentiellen Einhüllendensignals ENV_DIFF. Der Schalterchip 104 weist einen Verstärker 106 zum Empfangen des differentiellen Einhüllendensignals ENV_DIFF auf, welcher ein Einhüllendensteuersignal ENV zur Steuerung des steuerbaren Kondensators 7 ausgibt.
Das Last modulierte Leistungsverstärkersystem 110 kann mit einer Systempegelkalibrierung betrieben werden, um das Einhüllendensteuersignal für den steuerbaren Kondensator 7 an das von dem Gegentaktverstärker verstärkte HF-Eingangssignal anzugleichen und anzuformen.
4B ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Last modulierten Leistungsverstärkersystems 120. Das Last modulierte Leistungsverstärkersystem 120 umfasst einen Ausgangsbalun 18, einen Leistungsverstärkerchip 111, einen Schalterchip 112, einen Einhüllendenerzeugerchip 113 sowie einen Treiberchip 114.
Das Last modulierte Leistungsverstärkersystem 120 der 4B ist dem Last modulierten Leistungsverstärkersystem 110 der 4A ähnlich aufgebaut, mit der Ausnahme, dass das Last modulierte Leistungsverstärkersystem 120 der 4B eine Ausgestaltungsform veranschaulicht, in der der steuerbare Kondensator 7 auf dem Schalterchip 112 angeordnet ist. Da der Schalterchip 112 üblicherweise unter Nutzung eines Silizium-auf-Isolator-Prozesses (SOI) aufgebaut wird, und der Leistungsverstärkerchip 11 unter Nutzung eines Verbundhalbleiterprozesses (beispielsweise GaAs) aufgebaut wird, hilft eine Platzierung des steuerbaren Kondensators 7 auf dem Schalterchip 112 dabei, einen Kondensator mit hohen Qualitätsfaktor (Q-Faktor) zu schaffen.
5A ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines steuerbaren Kondensators 210 für einen Last modulierten Leistungsverstärker. Der steuerbare Kondensator 210 umfasst einen Bipolartransistor 201 (beispielsweise einen Bipolartransistor mit Heteroübergang (HBT)), einen Basiswiderstand 202, einen Basiskondensator 203 und einen Lastkondensator 204. Die Basis des Bipolartransistors 201 wird durch ein (von einem Einhüllendennachverfolger durch den Basiswiderstand 202 empfangenes) Einhüllendensignal ENV gesteuert, während ein Emitter des Bipolartransistors 201 auf Masse gelegt wird. Der Lastkondensator 204 ist zwischen einen Kollektor des Bipolartransistors 201 und einen Lastanschluss LD zur Belastung des Leistungsverstärkers gekoppelt (beispielsweise, um als Abschlusskondensator für einen von dem Leistungsverstärker getriebenen Ausgangsbalun zu dienen). Der Basiskondensator 203 ist zwischen der Basis des Bipolartransistors 201 und Masse verbunden.
Der Bipolartransistor 201 wird als ein variabler Widerstand betrieben, mit welchem die höchste Lastleitung erzielt wird, wenn das Einhüllendensignal ENV logisch niedrig ist, und mit welchem die niedrigste Lastleitung erzielt wird, wenn das Einhüllendensignal ENV logisch hoch ist. Die niedrigsten Verluste werden auf der höchsten Lastleitung erreicht, was für eine modulierte Effizienz bei einem hohen Verhältnis von Spitzenleistung zu mittlerer Leistung („peak-to-average power ratio“, PAPR) vorteilhaft ist.
5B ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines steuerbaren Kondensators 220 für einen Last modulierten Leistungsverstärker. Der steuerbare Kondensator 220 umfasst eine Vielzahl von steuerbaren Kondensatorzellen 211a, 211b, 211c, ... 211n, welche parallel zueinander zwischen einem Lastanschluss LD (zur Belastung eines Leistungsverstärkers) und Masse verbunden sind.
Wie in 5B dargestellt umfasst die steuerbare Kondensatorzelle 211a einen Bipolartransistor 201a, einen Basiswiderstand 202a, einen Basiskondensator 203a, einen Lastkondensator 204a, eine Klemmdiode 205a und einen Klemmwiderstand 206a. Die Basis des Bipolartransistors 201 wird durch ein über den Basiswiderstand 202a empfangenes Einhüllendensignal ENV gesteuert, während ein Emitter des Bipolartransistors 201 geerdet ist. Der Lastkondensator 204a ist zwischen einen Kollektor des Bipolartransistors 201a und den Lastanschluss LD gekoppelt. Der Basiskondensator 203a ist zwischen die Basis des Bipolartransistors 201a und Masse gekoppelt. Zusätzlich sind die Klemmdiode 205a und der Klemmwiderstand 206a zwischen der Basis des Bipolartransistors 201a und Masse in Reihe geschaltet, wobei der Kondensator 203a parallel zu der Reihenschaltung aus der Klemmdiode 205a und dem Klemmwiderstand 206a geschaltet ist.
Unter weiterer Bezugnahme auf 5B umfasst die steuerbare Kondensatorzelle 211b einen Bipolartransistor 201b, einen Basiswiderstand 202b, einen Basiskondensator 203b, einen Lastkondensator 204b, eine Klemmdiode 205b, einen Klemmwiderstand 206b, einen Diodenvorspannungswiderstand 207b und eine Schottkydiode 208b1. Darüber hinaus umfasst die steuerbare Kondensatorzelle 211c einen Bipolartransistor 201c, einen Basiswiderstand 202c, einen Basiskondensator 203c, einen Lastkondensator 204c, eine Klemmdiode 205c, einen Klemmwiderstand 206c, einen Diodenvorspannungswiderstand 207c und Schottkydioden 208c1 und 208c2. Darüber hinaus umfasst die steuerbare Kondensatorzelle 211n einen Bipolartransistor 201n, einen Basiswiderstand 202n, einen Basiskondensator 203n, einen Lastkondensator 204n, eine Klemmdiode 205n, einen Klemmwiderstand 206n, einen Diodenvorspannungswiderstand 207n und Schottkydioden 208n1, 208n2, ... 208nm.
Auch, wenn vier steuerbare Kondensatorzellen gezeigt werden, kann jede beliebige Anzahl an steuerbaren Kondensatorzellen eingesetzt werden. Wie in 5B dargestellt, umfasst jede zusätzliche steuerbare Kondensatorzelle eine zusätzliche Schottkydiode im Vergleich zur vorherigen steuerbaren Kondensatorzelle.
6 ist ein Beispiel einer Smith-Auftragung des Kollektorimpedanzwertes gegenüber der Steuerspannung für einen Last modulierten Leistungsverstärker. In diesem Beispiel wird eine Veränderung um mehr als doppelte des Lastimpedanzwertes erzielt, wenn die Einhüllendensteuerspannung (VCTRL) von 0,7 Volt auf 2,1 Volt geändert wird.
7 ist eine Auftragung eines Beispiels der Verstärkung gegenüber der Ausgangsleistung bei einem Last modulierten Leistungsverstärker.
8 ist eine Auftragung eines Beispiels des Leistungswirkungsgrades („power added efficiency“, PAE) gegenüber der Ausgangsleistung bei einem Last modulierten Leistungsverstärker.
In Bezug auf 7 und 8 beziehen sich die Auftragungen auf eine Implementierungsvariante eines zweistufigen Gegentaktleistungsverstärker („Push-Pull“-Leistungsverstärker) mit einem Balunverlust von 0,3dB.
Wasserfallkurven werden mit beispielhaften Werten dargestellt, bei denen gleichförmige Verstärkung mit Einhüllendenkalibrierung erreicht wird (zum Beispiel durch Auswahl von Umformwerten in einer Umformschaltung).
9 ist eine Auftragung eines weiteren Beispiels der Verstärkung gegenüber der Ausgangsleistung bei einem Last modulierten Leistungsverstärker.
10 ist eine Auftragung eines weiteren Beispiels des PAEs gegenüber der Ausgangsleistung bei einem Last modulierten Leistungsverstärker.
In Bezug auf 9 und 10 wird in diesem Beispiel ein sehr gleichförmiger PAE über 6dB eines dynamischen Bereiches erreicht.
11 ist ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform einer Mobilvorrichtung bzw. eines Mobilgeräts 800. Das Mobilgerät 800 beinhaltet ein Basisbandsystem 801, einen Sendeempfänger 802, ein Frontendsystem 803, Antennen 804, ein Leistungssteuerungssystem 805, einen Speicher 806, eine Benutzeroberfläche 807 und eine Batterie 808.
Das Mobilgerät bzw. die Mobilvorrichtung 800 kann über eine Vielzahl von Kommunikationstechnologien kommunizieren, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, 2G, 3G, 4G (einschließlich LTE, LTE-Advanced und LTE-Advanced Pro), 5G NR, WLAN (beispielsweise Wi-Fi), WPAN (beispielsweise Bluetooth und ZigBee). WMAN (beispielsweise WiMAX) und/oder GPS-Technologien.
Der Sendeempfänger 802 erzeugt HF-Signale zur Übertragung und verarbeitet eingehende HF-Signale, die von den Antennen 804 empfangen werden. Es sei darauf hingewiesen, dass verschiedene Funktionalitäten, die mit dem Senden und Empfangen von HF-Signalen verbunden sind, durch eine oder mehrere Komponenten erreicht werden können, die in 11 kollektiv als Sendeempfänger 802 dargestellt sind. In einem Beispiel können separate Komponenten (z.B. separate Schaltungen oder Rohchips) für die Verarbeitung bestimmter Arten von HF-Signalen bereitgestellt werden.
Das Frontendsystem 803 hilft bei der Aufbereitung von Signalen, die von den Antennen 804 gesendet und/oder empfangen werden. In der dargestellten Ausführungsform umfasst das Frontendsystem 803 Antennenabstimmschaltungen 810 Leistungsverstärker (PAs) 811, rauscharme Verstärker („low noise amplifiers“, LNAs) 812, Filter 813, Schalter 814 und Signalteilungs-/-kombinierungsschaltungen 815. Andere Implementierungsformen sind allerdings auch möglich.
Beispielsweise kann das Frontendsystem 803 für eine Anzahl von Funktionen sorgen, inklusive, ohne Beschränkung der Allgemeinheit, Sendesignalverstärkung, Empfangssignalverstärkung, Signalfilterung, Umschaltung zwischen verschiedenen Bändern, Umschaltung zwischen verschiedenen Leistungsmodi, Umschaltung zwischen Sende- und Empfangsmodi, Signalduplexen, Signalmultiplexen (beispielsweise Diplexen oder Triplexen) oder jedwede Kombination dieser Funktionen.
Zumindest einer der Leistungsverstärker 811 ist als ein Last modulierter Leistungsverstärker in Übereinstimmung mit den hierin offenbarten Lehren ausgestaltet. Auch wenn die Mobilvorrichtung 800 eine Ausführungsform eines Kommunikationssystems darstellt, welches mit ein oder mehreren Last modulierten Leistungsverstärkern ausgestattet ist, sind die hierin offenbarten Lehren auf eine breite Vielfalt von Systemen anwendbar. Andere Implementierungsformen sind dementsprechend auch möglich.
In bestimmten Implementierungen unterstützt das Mobilgerät bzw. die Mobilvorrichtung 800 eine Trägerbündelung und sorgt somit für eine Flexibilität um Spitzendatenraten zu erhöhen. Trägerbündelung kann sowohl für ein Frequenzaufteilungsduplexen („Frequency Division Duplexing“, FDD) als auch ein Zeitaufteilungsduplexen („Time Division Duplexing“, TDD) genutzt werden und kann dazu eingesetzt werden, eine Vielzahl von Trägern oder Kanälen zu bündeln. Trägerbündelung umfasst eine zusammenhängende Bündelung, bei der aneinandergrenze Träger innerhalb desselben Betriebsfrequenzbandes gebündelt werden. Trägerbündelung kann auch nicht zusammenhängend sein, und kann Träger umfassen, die innerhalb eines gemeinsamen Bandes oder in unterschiedlichen Bändern frequenzgetrennt sind.
Die Antennen 804 können Antennen umfassen, die für eine große Vielzahl unterschiedlicher Kommunikationsarten genutzt werden. Beispielsweise können die Antennen 804 Antennen zum Übertragen und/oder Empfangen von Signalen aufweisen, die mit einer großen Vielzahl unterschiedlicher Frequenzen und Kommunikationsstandards verknüpft sind.
In bestimmten Implementierungen unterstützen die Antennen 804 MIMO-Kommunikation und/oder geschaltete Diversitätskommunikation. Zum Beispiel nutzt MIMO-Kommunikation mehrere Antennen, um mehrere Datenströme über einen einzigen Hochfrequenzkanal zu kommunizieren. MIMO-Kommunikation profitiert von einem besseren Signal-zu-Rausch-Verhältnis, von verbesserter Codierung und/oder von verminderter Signalinterferenz aufgrund räumlicher Multiplexunterschiede der Funkumgebung. Geschaltete Diversität bezieht sich auf eine Kommunikation, bei der eine bestimmte Antenne zu bestimmten Zeitpunkte für einen Betrieb ausgewählt wird. Beispielsweise kann ein Schalter genutzt werden, um eine bestimmte Antenne aus einer Gruppe von Antennen basierend auf einer Vielzahl von Faktoren auszuwählen, wie etwa eine beobachtete Bitfehlerrate und/oder ein Signalstärkenindikator.
Das Mobilgerät bzw. die Mobilvorrichtung 800 kann in bestimmten Implementierungen mit Strahlformung betrieben werden. Beispielsweise kann das Frontendsystem 803 Leistungsverstärker mit steuerbarer Verstärkung und Phasenschieber mit variabler Phase aufweisen, um für eine Strahlformung und Richtungscharakteristik für eine Übertragung und/oder einen Empfang von Signalen unter Nutzung der Antennen 804 zu sorgen. Beispielsweise können im Zusammenhang mit einer Signalübertragung die Amplituden und Phasen der Sendesignale, die den Antennen 804 bereitgestellt werden, derart gesteuert werden, dass die von den Antennen 804 ausgestrahlten Signale unter konstruktiver und destruktiver Interferenz kombiniert werden, um ein gebündeltes Sendesignal mit strahlartigen Eigenschaften zu erhalten, welches in einer vorgegebenen Ausbreitungsrichtung eine höhere Signalstärke aufweist. Im Zusammenhang mit einem Signalempfang können die Amplituden und Phasen so gesteuert werden, dass mehr Signalenergie empfangen wird, wenn das Signal an den Antennen 804 aus einer bestimmten Richtung ankommt. In bestimmten Implementierungen weisen die Antennen 804 ein oder mehrere Anordnungen von Antennenelementen auf, um das Strahlformen zu verstärken.
Das Basisbandsystem 801 ist mit der Nutzerschnittstelle 807 gekoppelt, um eine Verarbeitung von verschiedentlichen Nutzereingaben und -ausgaben (I/O) wie etwa Sprach- und Datensignale zu verarbeiten. Das Basisbandsystem 801 versorgt den Sendeempfänger 802 mit digitalen Darstellungen der Übertragungssignale, die der Sendeempfänger 802 zur Erzeugung von HF-Signalen für die Übertragung verarbeitet. Das Basisbandsystem 801 verarbeitet auch digitale Darstellungen von Empfangssignalen, die von dem Sendeempfänger 802 geliefert werden. Wie in 11 gezeigt, ist das Basisbandsystem 801 mit dem Speicher 806 gekoppelt, um einen Betrieb des Mobilgeräts 800 zu ermöglichen.
Der Speicher 806 kann für eine breite Vielfalt an Zwecken verwendet werden, wie etwa Speichern von Daten und/oder Anweisungen, um den Betrieb des Mobilgeräts 800 zu ermöglichen und/oder Speicher für Nutzerinformationen bereitzustellen.
Das Leistungssteuerungssystem 805 stellt eine Anzahl von Leistungssteuerungsfunktionen für das Mobilgerät 800 bereit. In bestimmen Implementierungen weist das Leistungssteuerungssystem 805 eine Leistungsverstärkerversorgungssteuerschaltung auf, die die Versorgungsspannungen der Leistungsverstärker 811 steuert. Beispielsweise kann das Leistungssteuerungssystem 805 dazu ausgelegt sein, die Versorgungsspannung(en), die ein oder mehreren der Leistungsverstärker 811 bereitgestellt werden, zu ändern, um ihre Effizienz zu verbessern, wie etwa den Leistungswirkungsgrad („power added efficiency“, PAE).
Wie in 11 gezeigt, empfängt das Leistungssteuerungssystem 805 eine Batteriespannung von der Batterie 808. Die Batterie 808 kann jede Art von geeigneter Batterie für die Nutzung in dem Mobilgerät 800 sein, einschließlich beispielsweise einer Lithium-Ionen-Batterie.
12A ist ein schematisches Blockschaubild einer Ausführungsform eines gehäusten Moduls 900. 12B ist ein schematisches Blockschaubild eines Querschnitts durch das gehäuste Modul 900 der 12A entlang der Linien 12B-12B.
Das gehäuste Modul 900 umfasst Hochfrequenzkomponenten 901, einen Halbleiterrohchip bzw. Halbleiter-Die 902, oberflächenmontierte Komponenten 903, Drahtverbindungen 908, ein Gehäusesubstrat 920 und eine Häusungsstruktur 940. Das Gehäusesubstrat 920 umfasst Kontaktplättchen 906, welche auf darin angeordneten Leitern ausgebildet sind. Zusätzlich umfasst der Halbleiterrohchip 902 Kontaktpins oder Kontaktplättchen 904, und die Drahtverbindungen 908 sind genutzt worden, um die Kontaktplättchen 904 des Chips 902 an die Kontaktplättchen 906 des Gehäusesubstrats 920 anzubinden.
Der Halbleiterrohchip 902 umfasst einen Last modulierten Leistungsverstärker 945, der in Übereinstimmung mit jeder der hierin genannten Ausführungsformen ausgeführt werden kann.
Das Gehäusesubstrat 920 kann dazu ausgelegt werden, eine Vielzahl von Komponenten aufzunehmen, wie etwa Hochfrequenzkomponenten 901, den Halbleiterrohchip 902 und die oberflächenmontierten Komponenten 903, welche beispielsweise oberflächenmontierte Kondensatoren und/oder Induktivitäten umfassen können. In einer Ausführungsvariante umfassen die Hochfrequenzkomponenten 901 integrierte passive Vorrichtungen (IPDs).
Wie in 12B gezeigt, wird das gehäuste Modul 900 als eine Vielzahl von Kontaktplättchen 932 aufweisend dargestellt, welche auf derjenigen Seite des gehäusten Moduls 900 angebracht sind, welche der Seite gegenüberliegt, die dazu genutzt wird, den Halbleiterrohchip 902 zu montieren. Eine derartige Konfiguration des gehäusten Moduls 900 kann dabei helfen, das gehäuste Modul 900 mit einer Schaltplatine wie etwa einer Telefonplatine einer Mobilvorrichtung zu verbinden. Die beispielhaften Kontaktplättchen 932 können dazu ausgelegt werden, HF-Signale, Vorspannungssignale und/oder Versorgungsspannung(en) (zum Beispiel eine Leistungsversorgungsspannung und eine Massespannung) für den Halbleiterrohchip 902 und/oder andere Komponenten bereitzustellen. Wie in 12B gezeigt, können die elektrischen Verbindungen zwischen den Kontaktplättchen 932 und dem Halbleiterrohchip 902 durch Verbindungen 933 durch das Gehäusesubstrat 920 ermöglicht werden. Die Verbindungen 933 können elektrische Leitpfade durch das Gehäusesubstrat 920 hindurch bilden, wie etwa zu Durchkontaktierungen und Leiterbahnen eines mehrschichtigen laminierten Gehäusesubstrates zugehörig.
In einigen Ausführungsformen kann das gehäuste Modul 900 auch eine oder mehrere Packungsstrukturen aufweisen, um zum Beispiel für Schutz zu sorgen und/oder die Handhabung zu erleichtern. Eine derartige Packungsstruktur kann eine Überformungs- oder Einkapselungsstruktur 940 umfassen, die über dem Gehäusesubstrat 920 und den darauf angebrachten Komponenten und Chip(s) ausgebildet ist.
Es sollte klar sein, dass ein oder mehrere Merkmale der vorliegenden Offenbarung auch in anderen Packungskonfigurationen, wie beispielsweise Flip-Chip-Konfigurationen implementiert werden können, auch wenn das gehäuste Modul 900 im Zusammenhang mit auf Drahtverbindungen basierenden elektrischen Verbindungen beschrieben worden ist.
13 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Kommunikationssystems 1130 zum Übertragen von HF-Signalen. Das Kommunikationssystem 1130 weist einen Basisbandprozessor 1107, eine Signalverzögerungsschaltung 1108, eine digitale Vorverzerrungsschaltung („digital predistortion“, DPD) 1109, einen I/Q-Modulator 1110, einen Beobachtungsempfänger 1111, eine Intermodulationserkennungsschaltung 1112, einen Leistungsverstärker 1113, einen Richtkoppler 1114, eine Duplex- und Schaltanordnung 1115, eine Antenne 1116, eine Einhüllendenverzögerungsschaltung 1121, eine digitale Koordinatenrotationsberechnungsschaltung („coordinate rotation digital computation“, CORDIC) 1122, eine Umformschaltung bzw. Formschaltung 1123, einen Digital-zu-Analog-Wandler 1124 und einen Wiederherstellungsfilter 1125 auf.
Das Kommunikationssystem 1130 der 13 veranschaulicht ein Beispiel eines HF-Systems, welches Last modulierte Leistungsverstärker aufweisen kann, die gemäß einem oder mehrerer Merkmale der vorliegenden Offenbarung ausgestaltet sind. Last modulierte Leistungsverstärker können allerdings in einer breiten Vielfalt von HF-Systemen eingesetzt werden.
Der Basisbandprozessor 1107 kann verwendet werden, um ein Inphasen-(I)-Signal und ein Quadratur-(Q)-Signal zu erzeugen, die Signalkomponenten einer sinusförmigen Welle oder eines Signals mit einer gewünschten Amplitude, Frequenz und Phase entsprechen. So kann beispielsweise das I-Signal verwendet werden, um eine phasengleiche Komponente der sinusförmigen Welle darzustellen, und das Q-Signal kann verwendet werden, um eine Quadraturkomponente der sinusförmigen Welle darzustellen, was eine äquivalente Darstellung der sinusförmigen Welle sein kann. In bestimmten Implementierungen können die I- und Q-Signale dem I/Q-Modulator 1110 in einem digitalen Format zur Verfügung gestellt werden. Der Basisbandprozessor 1107 kann jeder geeignete Prozessor sein, der zur Verarbeitung eines Basisbandsignals konfiguriert ist. So kann beispielsweise der Basisbandprozessor 1107 einen digitalen Signalprozessor, einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Kern oder eine beliebige Kombination davon beinhalten.
Die Signalverzögerungsschaltung 1108 sorgt für eine einstellbare Verzögerung der I- und Q-Signale, um bei der Steuerung der relativen Angleichung zwischen dem Einhüllendensignal und dem HF-Signal RF_IN unterstützend zu wirken. Das Ausmaß der Verzögerung, für die durch die Signalverzögerungsschaltung 1108 gesorgt wird, wird auf der Basis der Größe der durch die Intermodulationserkennungsschaltung 1112 detektierten Intermodulation gesteuert.
Die DPD-Schaltung 1109 dient dazu, für eine digitale Umformung der von der Signalverzögerungsschaltung 1108 verzögerten I- und Q-Signale zu sorgen, um digital vorverzerrte I- und Q-Signale zu erzeugen. In der dargestellten Ausführungsform wird die von der DPD-Schaltung 1109 bereitgestellte DPD auf der Basis der Größe der durch die Intermodulationserkennungsschaltung 1112 detektierten Intermodulation gesteuert. Die DPD-Schaltung 1109 dient einer Verringerung der Verzerrung des Leistungsverstärkers 1113 und/oder einer Erhöhung der Effizienz des Leistungsverstärkers 1113.
Der I/Q-Modulator 1110 empfängt die digital vorverzerrten I- und Q-Signale, die verarbeitet werden, um ein HF-Signal RFIN zu erzeugen. So kann beispielsweise der I/Q-Modulator 1110 Digital-zu-Analog-Wandler (DAC), die konfiguriert sind, um die digital vorverzerrten I- und Q-Signale in ein analoges Format umzuwandeln, Mischer zur Hochkonvertierung der analogen I- und Q-Signale in Hochfrequenz und einen Signalkombinierer zur Kombination der hochkonvertierten I- und Q-Signale in ein HF-Signal, das für die Verstärkung durch den Leistungsverstärker 1113 geeignet ist, beinhalten. In bestimmten Implementierungen kann der I/Q-Modulator 1110 ein oder mehrere Filter beinhalten, die dazu ausgelegt sind, den Frequenzgehalt von darin verarbeiteten Signale zu filtern.
Die Einhüllendenverzögerungsschaltung 1121 verzögert die I- und Q-Signale vom Basisbandprozessor 1107. Außerdem verarbeitet die CORDIC-Schaltung 1122 die verzögerten I- und Q-Signale, um ein digitales Einhüllendensignal zu erzeugen, welches eine Einhüllende des HF-Signals RFIN darstellt. Auch wenn 13 eine Ausgestaltungsform mit einer CORDIC-Schaltung 1122 zeigt, kann ein Einhüllendensignal auch auf andere Art und Weise erhalten werden.
Die Formschaltung 1123 dient dazu, das digitale Einhüllendensignal zu formen, um so die Leistungsfähigkeit des Kommunikationssystems 1130 zu verbessern. In bestimmten Ausgestaltungsvarianten umfasst die Formschaltung 1123 eine Formtabelle, in der jeder Pegel des digitalen Einhüllendensignals einem entsprechend geformten Einhüllendensignalpegel zugeordnet wird. Einhüllendenformung kann dabei helfen, die Linearität, Verzerrung und/oder Effizienz des Leistungsverstärkers 1113 zu steuern.
In der dargestellten Ausführungsform ist das geformte Einhüllendensignal ein digitales Signal, welches von dem DAC 1124 in ein analoges Einhüllendensignal gewandelt wird. Zusätzlich wird das analoge Einhüllendensignal durch den Rekonstruktionsfilter 1125 gefiltert, um ein Einhüllendensignal zu erzeugen, welches geeignet für eine Modulation einer Last des Leistungsverstärkers 1113 ist. In bestimmten Ausgestaltungsvarianten umfasst der Rekonstruktionsfilter 1125 einen Tiefpassfilter.
Unter weiterer Bezugnahme auf 13, empfängt der Leistungsverstärker 1113 das HF-Signal RFIN von dem I/Q-Modulator 1110, und stellt in diesem Beispiel ein verstärktes HF-Signal RF_OUT an der Antenne 1116 über die Duplex- und Schaltanordnung 1115 bereit.
Der Richtkoppler 1114 ist zwischen dem Ausgang des Leistungsverstärkers 1113 und dem Eingang der Duplex- und Schaltanordnung 1115 platziert, wodurch eine Messung der Ausgangsleistung des Leistungsverstärkers 1113 ermöglicht wird, ohne dass dabei Einfügeverluste seitens der Duplex- und Schaltanordnung 1115 auftreten. Das erfasste Ausgangssignal des Richtkopplers 1114 wird dem Beobachtungsempfänger 1111 bereitgestellt, welcher Mischer zum Abwärtswandeln von I- und Q-Signalkomponenten des erfassten Ausgangssignals sowie DACs zum Erzeugen von I- und Q-Beobachtungssignalen aus den abwärtsgewandelten Signalen aufweisen kann.
Die Intermodulationserkennungsschaltung 1112 bestimmt ein Intermodulationsprodukt aus den I- und Q-Signalkomponenten des erfassten Ausgangssignals und den I- und Q-Signalen des Basisbandprozessors 1107. Außerdem steuert die Intermodulationserkennungsschaltung 1112 die von der DPD-Schaltung 1109 bereitgestellte DPD und/oder eine Verzögerung der Signalverzögerungsschaltung 1108, um die relative Ausrichtung zwischen dem Einhüllendensignal und dem HF-Signal RFIN zu steuern. In bestimmten Implementierungsformen dient die Intermodulationserkennungsschaltung 1112 auch einer Steuerung der durch die Umformschaltung 1123 bereitgestellten Formung.
Durch das Einbauen eines Rückkopplungspfades von dem Ausgang des Leistungsverstärkers 1113 und Basisband können die I- und Q-Signale dynamisch angepasst werden, um den Betrieb des Kommunikationssystems 1130 zu optimieren. Beispielweise kann eine derartige Konfiguration des Kommunikationssystems 1130 dabei helfen, Leistungssteuerung auszuüben, Senderbeeinträchtigungen auszugleichen und/oder DPD durchzuführen.
Auch, wenn der Leistungsverstärker 1113 nur als einstufig dargestellt ist, kann er eine oder mehrere Stufen aufweisen. Darüber hinaus sind die hierin offenbarten Lehren auf Kommunikationssysteme mit mehreren Leistungsverstärkern anwendbar.
Schlussbemerkungen
Sofern der Kontext nicht eindeutig etwas Anderes erfordert, sind die Worte „umfassen“, „umfassend“ und dergleichen in der Beschreibung und den Ansprüchen in einem inklusiven Sinne auszulegen, im Gegensatz zu einem exklusiven oder erschöpfenden Sinne; das heißt, im Sinne von „einschließlich, aber nicht beschränkt auf‟. Das Wort „gekoppelt“, wie hier allgemein verwendet, bezieht sich auf zwei oder mehrere Elemente, die entweder direkt miteinander verbunden sind oder über ein oder mehrere Zwischenelemente verbunden sein können. Ebenso bezieht sich das Wort „verbunden“, wie es hier allgemein verwendet wird, auf zwei oder mehrere Elemente, die entweder direkt verbunden sind oder über ein oder mehrere Zwischenelemente verbunden sein können. Darüber hinaus beziehen sich die Worte „hier“, „oben“, „unten“ und Worte von ähnlicher Bedeutung, wenn sie in dieser Anmeldung verwendet werden, auf diese Anmeldung als Ganzes und nicht auf einen bestimmten Teil dieser Anmeldung. Wenn der Kontext es zulässt, können Wörter in der obigen Detailbeschreibung mit der Ein- oder Mehrzahl auch die Mehr- oder Einzahl beinhalten. Das Wort „oder“ in Bezug auf eine Liste von zwei oder mehr Elementen deckt alle folgenden Interpretationen des Wortes ab: eines der Elemente in der Liste, alle Elemente in der Liste und jede Kombination der Elemente in der Liste.
Darüber hinaus ist die hier verwendete bedingte Sprache, wie unter anderem „könnte unter Umständen“, „könnte“, „könnte möglicherweise“, „kann“, „z.B.“, „wie“ und dergleichen, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben oder anderweitig im Rahmen des verwendeten Kontexts verstanden, im Allgemeinen dazu bestimmt, zu vermitteln, dass bestimmte Ausführungsformen bestimmte Merkmale, Elemente und/oder Zustände beinhalten, während andere Ausführungsformen bestimmte Merkmale, Elemente und/oder Zustände nicht beinhalten. Daher ist eine solche bedingte Sprache im Allgemeinen nicht dazu bestimmt, zu implizieren, dass Merkmale, Elemente und/oder Zustände in irgendeiner Weise für eine oder mehrere Ausführungsformen erforderlich sind, oder dass eine oder mehrere Ausführungsformen notwendigerweise eine Logik beinhalten, um zu entscheiden, ob diese Merkmale, Elemente und/oder Zustände in einer bestimmten Ausführungsform enthalten sind oder ausgeführt werden sollen, mit oder ohne Einbindung oder Aufforderung durch den Autor.
Die vorstehende detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung soll nicht abschließend sein oder die Erfindung auf die vorstehend offenbarte genaue Form beschränken. Während spezifische Ausführungsformen und Beispiele für die Erfindung vorstehend zur Veranschaulichung beschrieben sind, sind im Rahmen der Erfindung verschiedene gleichwertige Änderungen möglich, wie Durchschnittsfachleute in dem technischen Gebiet erkennen werden. Während beispielsweise Prozesse oder Blöcke in einer bestimmten Reihenfolge dargestellt werden, können alternative Ausführungsformen Routinen mit Schritten ausführen oder Systeme mit Blöcken in einer anderen Reihenfolge verwenden, und einige Prozesse oder Blöcke können gelöscht, verschoben, hinzugefügt, unterteilt, kombiniert und/oder geändert werden. Jeder dieser Prozesse oder Blöcke kann auf unterschiedliche Weise implementiert werden. Auch während Prozesse oder Blöcke manchmal als in Serie ausgeführt dargestellt werden, können diese Prozesse oder Blöcke stattdessen parallel oder zu unterschiedlichen Zeiten ausgeführt werden.
Die Lehren der hier angegebenen Erfindung können auf andere Systeme angewendet werden, nicht unbedingt auf das vorstehend beschriebene System. Die Elemente und Handlungen der verschiedenen oben beschriebenen Ausführungsformen können zu weiteren Ausführungsformen kombiniert werden.
Obwohl bestimmte Ausführungsformen der Erfindungen beschrieben wurden, wurden diese Ausführungsformen nur als Beispiel dargestellt und sollen den Umfang der Offenbarung nicht einschränken. Tatsächlich können die hier beschriebenen neuen Verfahren und Systeme in einer Vielzahl anderer Ausbildungen umgesetzt werden; ferner können verschiedene Auslassungen, Substitutionen und Änderungen in der Ausbildung der hier beschriebenen Methoden und Systeme vorgenommen werden, ohne vom Grundgedanken der Offenbarung abzuweichen. Die beiliegenden Ansprüche und deren äquivalente Ausbildungen sollen solche Ausbildungen oder Modifikationen abdecken, die in den Schutzbereich und den Grundgedanken der Offenbarung fallen.

Claims

Eine Mobilvorrichtung (800) umfassend: einen Sendeempfänger (802), welcher dazu ausgelegt ist, ein Hochfrequenzsignal (RF_IN) und ein sich in Bezug auf eine Einhüllende des Hochfrequenzsignals (RF_IN) änderndes Einhüllendensignal (ENV) zu erzeugen; und ein Frontendsystem (803) mit einem Last modulierten Leistungsverstärker (10; 20; 25), welcher dazu ausgelegt ist, das Hochfrequenzsignal (RF_IN) zu verstärken, und welcher einen Leistungsverstärker (5; 31; 33; 34), welcher dazu ausgelegt ist, das Hochfrequenzsignal (RF_IN) an einem Eingang zu empfangen und ein verstärktes Hochfrequenzsignal (RF_OUT) an einem Ausgang auszugeben, sowie eine mit dem Ausgang des Leistungsverstärkers (5; 31; 33; 34) gekoppelte steuerbare Lastimpedanz (6; 16) aufweist, so dass das Einhüllendensignal (ENV) dazu dient, einen Impedanzwert der steuerbaren Lastimpedanz (6; 16) zu steuern, um eine Last an dem Ausgang des Leistungsverstärkers (5; 31; 33; 34) zu modulieren.
Die Mobilvorrichtung (800) gemäß Anspruch 1, wobei der Sendeempfänger (802) eine Umformschaltung (105) aufweist, welche dazu ausgelegt ist, das Einhüllendensignal (ENV) in Abhängigkeit von Kalibrierungsdaten zu formen.
Die Mobilvorrichtung (800) gemäß Anspruch 2, wobei die Umformschaltung (105) so betreibbar ist, dass sie eine über die Eingangsleistungswerte des Leistungsverstärkers (5; 31; 33; 34) gleichförmige Verstärkung bewirkt.
Die Mobilvorrichtung (800) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die steuerbare Lastimpedanz (16) einen steuerbaren Kondensator (7; 210), welcher durch das Einhüllendensignal (ENV) gesteuert wird, und einen Ausgangsbalun (18) mit einer mit dem Ausgang des Leistungsverstärkers (5; 31; 33; 34) gekoppelten ersten Windung und einer mit dem steuerbaren Kondensator (7; 210) gekoppelten zweiten Windung aufweist.
Die Mobilvorrichtung (800) gemäß Anspruch 4, wobei der Leistungsverstärker (5; 31; 33; 34) einen Eingangsbalun (32) und ein Paar von Verstärkern (33, 34) aufweist, die zwischen den Eingangsbalun (32) und den Ausgangsbalun (18) gekoppelt sind.
Die Mobilvorrichtung (800) gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei die zweite Windung einen ersten Anschluss, welcher das verstärkte Hochfrequenzsignal ausgibt, und einen zweiten Anschluss, welcher mit dem steuerbaren Kondensator (7; 210) gekoppelt ist, umfasst.
Die Mobilvorrichtung (800) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei der steuerbare Kondensator (210) einen Bipolartransistor (201) und einen Lastkondensator (204) welcher mit einem Kollektor des Bipolartransistors (201) gekoppelt ist, aufweist, und das Einhüllendensignal (ENV) eine Steuerung der Basis des Bipolartransistors (201) bewirkt.
Die Mobilvorrichtung (800) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die steuerbare Lastimpedanz (6) eine Reihenschaltung einer Induktivität (8) und eines steuerbaren Kondensators (7) umfasst, welcher einen durch das Einhüllendensignal (ENV) steuerbaren Kapazitätswert aufweist.
Die Mobilvorrichtung (800) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, weiterhin mit einer Antenne (3; 804), welche dazu betreibbar ist, das verstärkte Hochfrequenzsignal (RF_OUT) zu übertragen.
Ein Last moduliertes Leistungsverstärkersystem (40; 110; 120) umfassend: einen Leistungsverstärker (5; 31; 33; 34), welcher dazu ausgelegt ist, das Hochfrequenzsignal (RF_IN) an einem Eingang zu empfangen und ein verstärktes Hochfrequenzsignal (RF_OUT) an einem Ausgang auszugeben; und eine mit dem Ausgang des Leistungsverstärkers (5; 31; 33; 34) gekoppelte steuerbare Lastimpedanz (6; 16), welche dazu ausgelegt ist, ein sich in Bezug auf eine Einhüllende des Hochfrequenzsignals (RF_IN) änderndes Einhüllendensignal (ENV) zu empfangen, welches dazu dient, einen Impedanzwert der steuerbaren Lastimpedanz (6; 16) zu steuern, um eine Last an dem Ausgang des Leistungsverstärkers (5; 31; 33; 34) zu modulieren.
Das Last modulierte Leistungsverstärkersystem (40; 110; 120) gemäß Anspruch 10, wobei die steuerbare Lastimpedanz (16) einen steuerbaren Kondensator (7; 210), welcher durch das Einhüllendensignal (ENV) gesteuert wird, und einen Ausgangsbalun (18) mit einer mit dem Ausgang des Leistungsverstärkers (5; 31; 33; 34) gekoppelten ersten Windung und einer mit dem steuerbaren Kondensator (7; 210) gekoppelten zweiten Windung aufweist.
Das Last modulierte Leistungsverstärkersystem (40; 110; 120) gemäß Anspruch 11, wobei der Leistungsverstärker (5; 31; 33; 34) einen Eingangsbalun (32) und ein Paar von Verstärkern (33, 34) aufweist, die zwischen den Eingangsbalun (32) und den Ausgangsbalun (18) gekoppelt sind.
Das Last modulierte Leistungsverstärkersystem (40; 110; 120) gemäß Anspruch 11 oder 12, wobei die zweite Windung einen ersten Anschluss, welcher das verstärkte Hochfrequenzsignal ausgibt, und einen zweiten Anschluss, welcher mit dem steuerbaren Kondensator (7; 210) gekoppelt ist, umfasst.
Das Last modulierte Leistungsverstärkersystem (40; 110; 120) gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei der steuerbare Kondensator (210) einen Bipolartransistor (201) und einen Lastkondensator (204) welcher mit einem Kollektor des Bipolartransistors (201) gekoppelt ist, aufweist, und das Einhüllendensignal (ENV) eine Steuerung der Basis des Bipolartransistors (201) bewirkt.
Das Last modulierte Leistungsverstärkersystem (40; 110; 120) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die steuerbare Lastimpedanz (6) eine Reihenschaltung einer Induktivität (8) und eines steuerbaren Kondensators (7) umfasst, welcher einen durch das Einhüllendensignal (ENV) steuerbaren Kapazitätswert aufweist.
Ein Verfahren zur Verstärkung in einem Mobiltelefon (800), umfassend: Erzeugen eines Hochfrequenzsignals (RF_IN) und eines Einhüllendensignals (ENV), welches sich in Bezug auf eine Einhüllende des Hochfrequenzsignals (RF_IN) mittels eines Sendeempfängers (802); Verstärken des Hochfrequenzsignals (RF_IN) mittels eines Leistungsverstärkers (5; 31; 33; 34), einschließlich des Empfangens des Hochfrequenzsignals (RF_IN) an einem Eingang des Leistungsverstärkers (5; 31; 33; 34) und des Bereitstellens eines verstärkten Hochfrequenzsignals (RF_OUT) an einem Ausgang des Leistungsverstärkers (5; 31; 33; 34); und Modulieren einer Last des Leistungsverstärkers (5; 31; 33; 34) mittels einer Nutzung des Einhüllendensignals (ENV) um einen Impedanzwert einer mit dem Ausgang des Leistungsverstärkers (5; 31; 33; 34) gekoppelten steuerbaren Lastimpedanz (6; 16) zu steuern.
Das Verfahren gemäß Anspruch 16, weiterhin umfassend das Kalibrieren des Leistungsverstärkers (5; 31; 33; 34) durch Umformung des Einhüllendensignals (ENV) auf der Basis von Kalibrierungsdaten.
Das Verfahren gemäß Anspruch 17, wobei das Kalibrieren des Leistungsverstärkers (5; 31; 33; 34) ein Bereitstellen einer gleichmäßigen Verstärkung gegenüber den Eingangsleistungseigenschaften umfasst.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei das Modulieren der Last des Leistungsverstärkers (5; 31; 33; 34) ein Steuern eines Kapazitätswertes eines mit einem Ausgangsbalun (18) gekoppelten steuerbaren Kondensators (7; 201) umfasst.
Das Verfahren gemäß Anspruch 19, weiterhin umfassend ein Bereitstellen des verstärkten Hochfrequenzsignals an eine erste Windung des Ausgangsbaluns (18), wobei der steuerbare Kondensator (2; 210) mit einer zweiten Windung des Ausgangsbaluns (18) gekoppelt ist.