DE112020004006T5

DE112020004006T5 - Systeme zur einhüllenden nachverfolgung auf mehreren niveaus mit separaten dc-und ac-pfaden

Info

Publication number: DE112020004006T5
Application number: DE112020004006.2T
Authority: DE
Inventors: Serge Francois Drogi; Florinel G. Balteanu
Original assignee: Skyworks Solutions Inc
Current assignee: Skyworks Solutions Inc
Priority date: 2019-09-27
Filing date: 2020-09-23
Publication date: 2022-05-12
Also published as: GB2602594A; US11996806B2; GB2602594B; US20210099134A1; US11223323B2; US20220085764A1; GB2622518A; GB202204055D0; JP2022549857A; KR20220064976A; WO2021061864A1; CN114514696A; GB202319568D0

Abstract

Mehrniveau-Einhüllendennachverfolgungssysteme mit separaten Gleich- und Wechselspannungspfaden werden hierin offenbart. In bestimmten Ausführungsformen wird ein Einhüllendennachverfolgungssystem zur Erzeugung einer Leistungsverstärkerversorgungsspannung für einen Leistungsverstärker bereitgestellt. Das Einhüllendennachverfolgungssystem umfasst einen Mehrniveauversorgungs-Gleichspannungswandler („multi-level supply“, MLS), welcher mehrere geregelte Spannungen ausgibt, einen MLS-Modulator, welcher die Auswahl der geregelten Spannungen im zeitlichen Verlauf auf der Basis eines einer Einhüllenden des von dem Leistungsverstärker verstärkten HF-Signals entsprechenden analogen Einhüllendensignals steuert, einen Wechselspannungspfadfilter, welcher zwischen dem Ausgang des Modulators und der Leistungsverstärkerversorgungsspannung gekoppelt ist, sowie einen Gleichspannungspfadfilter, welcher zwischen einer Gleichspannung und der Leistungsverstärkerversorgungsspannung gekoppelt ist.

Description

HINTERGRUND
Technisches Gebiet
Ausführungsformen der Erfindung beziehen sich auf elektronische Systeme, insbesondere auf Leistungsverstärker für die Hochfrequenzelektronik (HF-Elektronik).
Beschreibung der zugehörigen Technologie
Leistungsverstärker werden in HF-Kommunikationssystemen genutzt, um HF-Signale für die Übertragung durch Antennen zu verstärken. Es ist wichtig, die Leistung der HF-Signalübertragungen steuern zu können, um eine Batterielebensdauer verlängern und/oder für geeignete Übertragungsleistungsniveaus sorgen zu können.
Beispiele für HF-Kommunikationssysteme mit ein oder mehreren Leistungsverstärkern sind unter anderem Mobiltelefone, Tablets, Basisstationen, Netzwerkzugangspunkte, Kundengeräte (Customer-Premises Equipment; CPE), Laptops und tragbare Elektronik (Wearables). Beispielsweise kann in drahtlosen Geräten, welche unter Nutzung eines Mobilfunkstandards, eines Standards für ein drahtloses lokales Netzwerk (WLNA) und/oder jedes anderen geeigneten Kommunikationsstandards kommunizieren ein Leistungsverstärker für die Verstärkung von HF-Signalen eingesetzt werden. Ein HF-Signal kann eine Frequenz in einem Frequenzbereich von etwa 30 kHz bis 300 GHz, wie beispielsweise im Bereich von etwa 410 MHz bis etwa 7,125 GHz für die Kommunikation im Frequenzbereich 1 (FR1) der fünften Generation (5G) von 5G aufweisen.
ZUSAMMENFASSUNG
In bestimmten Ausführungsformen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Einhüllendennachverfolgungssystem. Das Einhüllendennachverfolgungssystem weist einen Leistungsverstärker, welcher dazu ausgelegt ist, ein Hochfrequenzsignal zu verstärken und Leistung über eine Leistungsverstärkerversorgungsspannung zu beziehen, und einen Einhüllendennachverfolger auf, welcher dazu ausgelegt ist, die Leistungsverstärkerversorgungsspannung auf der Basis eines Einhüllendensignals, das einer Einhüllenden des Hochfrequenzsignals entspricht, zu erzeugen. Der Einhüllendennachverfolger umfasst einen Gleichspannungswandler, welcher dazu ausgelegt ist, eine Vielzahl von geregelten Spannungen auszugeben, einen Modulator, welcher dazu ausgelegt ist, eine Modulatorausgangsspannung auf der Basis der Vielzahl von geregelten Spannungen und dem Einhüllendensignal zu erzeugen, einen zwischen der Modulatorausgangsspannung und der Leistungsverstärkerversorgungsspannung gekoppelten ersten Filter und einen zwischen einer Gleichspannung und der Leistungsverstärkerversorgungsspannung gekoppelten zweiten Filter.
In verschiedenen Ausführungsformen ist der Gleichspannungswandler ferner dazu ausgelegt, die Gleichspannung zu erzeugen. Gemäß einer Anzahl von Ausführungsformen ist der Gleichspannungswandler dazu ausgelegt, die Gleichspannung mit einer in Bezug auf jede der Vielzahl von geregelten Spannungen unterschiedliche Pulsbreitenmodulationssequenz zu erzeugen.
In etlichen Ausführungsformen ist der Gleichspannungswandler dazu ausgelegt, eine Batteriespannung zu empfangen und die Vielzahl von geregelten Spannungen und die Gleichspannung auf der Basis einer Bereitstellung einer Gleichspannungswandlung der Batteriespannung zu erzeugen.
In einigen Ausführungsformen hat jede der Vielzahl von geregelten Spannungen ein unterschiedliches Spannungsniveau.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst der Einhüllendennachverfolger weiterhin eine Vielzahl von entkoppelnden Kondensatoren, die jeweils zwischen Masse und einer entsprechenden der Vielzahl von geregelten Spannungen gekoppelt sind.
In etlichen Ausführungsformen umfasst der Modulator eine Vielzahl von Schaltern, die jeweils zwischen die Modulatorausgangsspannung und eine entsprechende der Vielzahl von geregelten Spannungen gekoppelt sind.
In einigen Ausführungsformen umfasst der erste Filter zumindest eine Reiheninduktivität und zumindest einen Shuntkondensator. Gemäß einer Anzahl von Ausführungsformen umfasst der erste Filter weiterhin einen Gleichspannungssperrkondensator zwischen der Modulatorausgangsspannung und der Leistungsverstärkerversorgungsspannung.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst der zweite Filter zumindest eine Reiheninduktivität und zumindest einen Shuntkondensator.
In etlichen Ausführungsformen umfasst der Einhüllendennachverfolger ferner eine steuerbare Verzögerungsschaltung, welche dazu ausgelegt ist, eine relative Verzögerung zwischen einem Wechselspannungspfad durch den ersten Filter und einem Gleichspannungspfad durch den zweiten Filter zu steuern. Gemäß einer Anzahl von Ausführungsformen weist die steuerbare Verzögerungsschaltung eine Vielzahl von steuerbaren Verzögerungspuffern auf, welche jeweils dazu ausgelegt sind, eine Verzögerung einer entsprechenden der Vielzahl von geregelten Spannungen zu steuern.
In verschiedenen Ausführungsformen trägt ein Gleichspannungspfad durch den zweiten Filter zumindest 75% der dem Leistungsverstärker durch den Einhüllendennachverfolger bereitgestellten Energie.
In bestimmten Ausführungsformen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf einen Einhüllendennachverfolger. Der Einhüllendennachverfolger weist einen Anschluss für eine Leistungsverstärkerversorgungsspannung, der dazu ausgelegt ist, eine Leistungsverstärkerversorgungsspannung auszugeben, einen Gleichspannungswandler, welcher dazu ausgelegt ist, eine Vielzahl von geregelten Spannungen auf der Basis einer Batteriespannung auszugeben, einen Modulator, welcher dazu ausgelegt ist, eine Modulatorausgangsspannung auf der Basis der Vielzahl von geregelten Spannungen und eines Einhüllendensignals zu erzeugen, einen Wechselspannungspfadfilter, welcher zwischen der Modulatorausgangsspannung und der Leistungsverstärkerversorgungsspannung gekoppelt ist, sowie einen Gleichspannungspfadfilter auf, welcher zwischen einer Gleichspannung und der Leistungsverstärkerversorgungsspannung gekoppelt ist.
In etlichen Ausführungsformen ist der Gleichspannungswandler ferner dazu ausgelegt, die Gleichspannung zu erzeugen. Gemäß einer Anzahl von Ausführungsformen ist der Gleichspannungswandler dazu ausgelegt, die Gleichspannung mit einer in Bezug auf jede der Vielzahl von geregelten Spannungen unterschiedliche Pulsbreitenmodulationssequenz zu erzeugen.
In einigen Ausführungsformen ist der Gleichspannungswandler dazu ausgelegt, eine Batteriespannung zu empfangen und die Vielzahl von geregelten Spannungen und die Gleichspannung auf der Basis einer Bereitstellung einer Gleichspannungswandlung der Batteriespannung zu erzeugen.
In verschiedenen Ausführungsformen hat jede der Vielzahl von geregelten Spannungen ein unterschiedliches Spannungsniveau.
In etlichen Ausführungsformen umfasst der Einhüllendennachverfolger weiterhin eine Vielzahl von entkoppelnden Kondensatoren, die jeweils zwischen Masse und einer entsprechenden der Vielzahl von geregelten Spannungen gekoppelt sind.
In einigen Ausführungsformen umfasst der Modulator eine Vielzahl von Schaltern, die jeweils zwischen die Modulatorausgangsspannung und eine entsprechende der Vielzahl von geregelten Spannungen gekoppelt sind.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst der Wechselspannungspfadfilter zumindest eine Reiheninduktivität und zumindest einen Shuntkondensator. Gemäß einer Anzahl von Ausführungsformen umfasst der Wechselspannungspfadfilter weiterhin einen Gleichspannungssperrkondensator zwischen der Modulatorausgangsspannung und der Leistungsverstärkerversorgungsspannung.
In etlichen Ausführungsformen umfasst der Gleichspannungspfadfilter zumindest eine Reiheninduktivität und zumindest einen Shuntkondensator.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst der Einhüllendennachverfolger ferner eine steuerbare Verzögerungsschaltung, welche dazu ausgelegt ist, eine relative Verzögerung zwischen einem Wechselspannungspfad durch den Wechselspannungspfadfilter und einem Gleichspannungspfad durch den Gleichspannungspfadfilter zu steuern. Gemäß einer Anzahl von Ausführungsformen weist die steuerbare Verzögerungsschaltung eine Vielzahl von steuerbaren Verzögerungspuffern auf, welche jeweils dazu ausgelegt sind, eine Verzögerung einer entsprechenden der Vielzahl von geregelten Spannungen zu steuern.
In einigen Ausführungsformen trägt ein Gleichspannungspfad durch den Gleichspannungspfadfilter zumindest 75% der dem Anschluss für die Leistungsverstärkerversorgungsspannung durch den Einhüllendennachverfolger bereitgestellten Energie.
In bestimmten Ausführungsformen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf eine Mobilvorrichtung. Die Mobilvorrichtung weist einen Sendeempfänger, welcher dazu ausgelegt ist, ein Hochfrequenzsignal zu erzeugen, eine Frontendschaltung mit einem Leistungsverstärker, welcher dazu ausgelegt ist, das Hochfrequenzsignal zu verstärken und Leistung von einer Leistungsverstärkerversorgungsspannung zu beziehen, sowie eine Leistungsverwaltungsschaltung mit einem Einhüllendennachverfolger auf, welcher dazu ausgelegt ist, die Leistungsverstärkerversorgungsspannung auf der Basis eines einer Einhüllenden des Hochfrequenzsignals entsprechenden Einhüllendensignals zu erzeugen. Der Einhüllendennachverfolger umfasst einen Gleichspannungswandler, welcher dazu ausgelegt ist, eine Vielzahl von geregelten Spannungen auszugeben, einen Modulator, welcher dazu ausgelegt ist, eine Modulatorausgangsspannung auf der Basis der Vielzahl von geregelten Spannungen und dem Einhüllendensignal zu erzeugen, einen zwischen der Modulatorausgangsspannung und der Leistungsverstärkerversorgungsspannung gekoppelten ersten Filter und einen zwischen einer Gleichspannung und der Leistungsverstärkerversorgungsspannung gekoppelten zweiten Filter.
In einigen Ausführungsformen ist der Gleichspannungswandler ferner dazu ausgelegt, die Gleichspannung zu erzeugen. Gemäß einer Anzahl von Ausführungsformen ist der Gleichspannungswandler dazu ausgelegt, die Gleichspannung mit einer in Bezug auf jede der Vielzahl von geregelten Spannungen unterschiedliche Pulsbreitenmodulationssequenz zu erzeugen.
In etlichen Ausführungsformen umfasst die Mobilvorrichtung weiterhin eine Batterie, welche eine Batteriespannung bereitstellt, und der Gleichspannungswandler ist dazu ausgelegt, die Vielzahl von geregelten Spannungen und die Gleichspannung auf der Basis einer Bereitstellung einer Gleichspannungswandlung der Batteriespannung zu erzeugen.
In einigen Ausführungsformen hat jede der Vielzahl von geregelten Spannungen ein unterschiedliches Spannungsniveau.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst der Einhüllendennachverfolger weiterhin eine Vielzahl von entkoppelnden Kondensatoren, die jeweils zwischen Masse und einer entsprechenden der Vielzahl von geregelten Spannungen gekoppelt sind.
In etlichen Ausführungsformen umfasst der Modulator eine Vielzahl von Schaltern, die jeweils zwischen die Modulatorausgangsspannung und eine entsprechende der Vielzahl von geregelten Spannungen gekoppelt sind.
In einigen Ausführungsformen umfasst der erste Filter zumindest eine Reiheninduktivität und zumindest einen Shuntkondensator. Gemäß einer Anzahl von Ausführungsformen umfasst der erste Filter weiterhin einen Gleichspannungssperrkondensator in Reihe zwischen der Modulatorausgangsspannung und der Leistungsverstärkerversorgungsspannung.
In etlichen Ausführungsformen umfasst der zweite Filter zumindest eine Reiheninduktivität und zumindest einen Shuntkondensator.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst der Einhüllendennachverfolger ferner eine steuerbare Verzögerungsschaltung, welche dazu ausgelegt ist, eine relative Verzögerung zwischen einem Wechselspannungspfad durch den ersten Filter und einem Gleichspannungspfad durch den zweiten Filter zu steuern. Gemäß einer Anzahl von Ausführungsformen weist die steuerbare Verzögerungsschaltung eine Vielzahl von steuerbaren Verzögerungspuffern auf, welche jeweils dazu ausgelegt sind, eine Verzögerung einer entsprechenden der Vielzahl von geregelten Spannungen zu steuern.
In einigen Ausführungsformen trägt ein Gleichspannungspfad durch den zweiten Filter zumindest 75% der dem Leistungsverstärker durch den Einhüllendennachverfolger bereitgestellten Energie.
In bestimmten Ausführungsformen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren zur Einhüllendennachverfolgung. Das Verfahren umfasst das Verstärken eines Hochfrequenzsignals mithilfe eines Leistungsverstärkers, das Versorgen des Leistungsverstärkers mit Energie mithilfe einer Leistungsverstärkerversorgungsspannung, das Ausgeben einer Vielzahl von geregelten Spannungen durch einen Gleichspannungswandler sowie das Erzeugen einer Modulatorausgangsspannung auf der Basis der Vielzahl von geregelten Spannungen und einem der Einhüllenden des Hochfrequenzsignals entsprechenden Einhüllendensignal mithilfe eines Modulators. Das Verfahren umfasst weiterhin das Steuern der Leistungsverstärkerversorgungsspannung mithilfe eines zwischen der Modulatorausgangsspannung und der Leistungsverstärkerversorgungsspannung angeordneten ersten Filters und das Steuern der Leistungsverstärkerversorgungsspannung mithilfe eines einer Gleichspannung und der Leistungsverstärkerversorgungsspannung angeordneten zweiten Filters.
In etlichen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner ein Erzeugen der Gleichspannung mithilfe des Gleichspannungswandlers. Gemäß einer Anzahl von Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner ein Erzeugen der Gleichspannung mit einer in Bezug auf jede der Vielzahl von geregelten Spannungen unterschiedliche Pulsbreitenmodulationssequenz.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner das Erzeugen der Vielzahl von geregelten Spannungen und der Gleichspannung auf der Basis einer Bereitstellung einer Gleichspannungswandlung der Batteriespannung.
In einigen Ausführungsformen hat jede der Vielzahl von geregelten Spannungen ein unterschiedliches Spannungsniveau.
In etlichen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner ein Bereitstellen einer Gleichspannungsblockierung mithilfe eines Gleichspannungssperrkondensators des ersten Filters.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner ein Steuern einer relativen Verzögerung zwischen einem Wechselspannungspfad durch den Wechselspannungspfadfilter und einem Gleichspannungspfad durch den Gleichspannungspfadfilter mithilfe einer steuerbaren Verzögerungsschaltung.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung einer Mobilvorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
2 ist eine schematische Darstellung eines Einhüllendennachverfolgungssystems für einen Leistungsverstärker gemäß einer Ausführungsform.
3A ist eine schematische Darstellung eines Einhüllendennachverfolgungssystems für einen Leistungsverstärker gemäß einer weiteren Ausführungsform.
3B ist eine schematische Darstellung eines Einhüllendennachverfolgungssystems für einen Leistungsverstärker gemäß einer weiteren Ausführungsform.
3C ist eine schematische Darstellung eines Einhüllendennachverfolgungssystems für einen Leistungsverstärker gemäß einer weiteren Ausführungsform.
3D ist eine schematische Darstellung eines Einhüllendennachverfolgungssystems für einen Leistungsverstärker gemäß einer weiteren Ausführungsform.
4 ist eine Auftragung der Effizienz gegenüber der Ausgangsleistung.
5 ist eine schematische Darstellung eines Einhüllendennachverfolgungssystems für einen Leistungsverstärker gemäß einer weiteren Ausführungsform.
6 ist eine schematische Darstellung eines Einhüllendennachverfolgungssystems für einen Leistungsverstärker gemäß einer weiteren Ausführungsform.
7 ist eine schematische Darstellung einer Mobilvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform.
8 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Kommunikationssystems zum Übertragen von Hochfrequenzsignalen (HF-Signalen).
9 ist eine schematische Darstellung eines Modulationssystems mit Mehrniveauversorgung („multi-level supply“, MLS) gemäß einer Ausführungsform.
10 ist eine schematische Darstellung eines MLS-DC/DC-Wandlers gemäß einer Ausführungsform
11 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels für den Zeitverlauf einer MLS-DC/DC-Wandlung.
12 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels für MLS-Einhüllendennachverfolgung für ein kontinuierliches Wellensignal.
13 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels für eine Einhüllendenfrequenzverteilung verschiedener Signalwellenformen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON 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.
Einhüllendennachverfolgung ist eine Technik, die eingesetzt werden kann, um den Leistungswirkungsgrad („power added efficiency“, PAE) eines Leistungsverstärkers zu verbessern, indem der Spannungspegel einer Leistungsverstärkerversorgungsspannung in Bezug auf eine Einhüllende eines durch den Leistungsverstärker verstärktes HF-Signal angepasst wird. Wenn sich daher die Einhüllende des HF-Signals erhöht, kann die dem Leistungsverstärker bereitgestellte Versorgungsspannung erhöht werden. Dementsprechend kann, wenn sich die Einhüllende des HF-Signals erniedrigt, die dem Leistungsverstärker bereitgestellte Versorgungsspannung verringert werden, um den Energieverbrauch zu senken.
Ein Mehrniveau-Einhüllendennachverfolger kann einen Mehrniveauversorgungs-Gleichspannungswandler („multi-level supply“, MLS), welcher mehrere geregelte Spannungen ausgibt, einen MLS-Modulator, welcher eine ausgewählte geregelte Spannung aus den geregelten Spannungen ausgibt, und einen Filter aufweisen, welcher die Ausgabe des MLS-Modulators filtert, um eine Leistungsverstärkerversorgungsspannung für einen Leistungsverstärker zu erzeugen.
Ein Mehrniveau-Einhüllendennachverfolger kann unter sich verschlechternder Effizienz leiden, wenn sowohl Gleichströme als auch Wechselströme für eine Leistungsverstärkerversorgungsspannung durch Schalter des MLS-Modulators und/oder eines gemeinsamen Filters zirkulieren. Zum Beispiel werden Leistungsverluste in dem Gleichspannungswiderstand der Schalter des Modulators und/oder in den Induktivitäten des Filters auftreten.
Obwohl der Gleichspannungswiderstand der Schalter mit geringem Wert ausgestaltet werden kann (beispielsweise so, dass er nur einen kleinen Prozentanteil der Gleichspannungsleistung des Leistungsverstärkers ausmacht), resultiert eine derartige Implementierungsform der Schalter in einem relativen umfangreichen Layout und/oder erheblichen Schaltverlusten. Wenn beispielsweise eine gewünschte Impedanz des Sourceanschlusses etwa 0,2 Ohm beträgt, können die Schalter des MLS-Modulators gedrosselt werden, so dass sie weniger als 0,2 Ohm als Durchflusswiderstand aufweisen, was zu einem relativ flächengreifenden Schalterlayout führen würde.
Mehrniveau-Einhüllendennachverfolgungssysteme mit separaten Gleich- und Wechselspannungspfaden werden hierin offenbart. In bestimmten Ausführungsformen wird ein Einhüllendennachverfolgungssystem zur Erzeugung einer Leistungsverstärkerversorgungsspannung für einen Leistungsverstärker bereitgestellt. Das Einhüllendennachverfolgungssystem umfasst einen Mehrniveauversorgungs-Gleichspannungswandler („multi-level supply“, MLS), welcher mehrere geregelte Spannungen ausgibt, einen MLS-Modulator, welcher die Auswahl der geregelten Spannungen im zeitlichen Verlauf auf der Basis eines einer Einhüllenden des von dem Leistungsverstärker verstärkten HF-Signals entsprechenden analogen Einhüllendensignals steuert, einen Wechselspannungspfadfilter, welcher zwischen dem Ausgang des Modulators und der Leistungsverstärkerversorgungsspannung gekoppelt ist, sowie einen Gleichspannungspfadfilter, welcher zwischen einer Gleichspannung und der Leistungsverstärkerversorgungsspannung gekoppelt ist.
Durch das Bereitstellen eines Gleichspannungspfades durch den Gleichspannungspfadfilter und einen separaten Wechselspannungspfad durch den Wechselspannungspfadfilter kann eine verbesserte Effizienz des Einhüllendennachverfolgungssystems erzielt werden. Beispielsweise kann ein niederfrequenter Strom, wie etwa ein Gleichstrom, durch den Gleichspannungspfadfilter (zum Beispiel über eine Filterinduktivität) geleitet werden, wodurch sich das Anforderungsprofil an Baugröße und/oder Gleichspannungswiderstand der Schalter des Modulators entspannt. Dementsprechend können geringere Schaltverluste in dem Wechselspannungspfad erzielt werden, wodurch sich die Effizienz des Gesamtsystems verbessert. In einem Beispiel trägt der Gleichspannungspfad zumindest 75% der dem Leistungsverstärker durch das Einhüllendennachverfolgungssystem bereitgestellten Energie.
Da ein schnelles Einhüllendensignal einen Energiegehalt aufweisen kann, welcher um Gleichspannung herum zentriert ist, kann der Gleichspannungspfad für einen hoch effizienten Pfad für Energiegehalt niederer Frequenz sorgen. Darüber hinaus kann der Gleichspannungspfadfilter Komponentengrößen aufweisen, die relativ klein sind, da die Induktivitäten des Gleichspannungspfadfilters ohne Gleichspannungssättigung arbeiten können. In einem Beispiel wird der Gleichspannungspfadfilter mit einer Größe von etwa der halben Größe des Wechselspannungspfadfilters ausgestaltet. In bestimmten Implementierungsformen umfasst der Wechselspannungspfadfilter einen in Reihe geschalteten Gleichspannungssperrkondensator, um beim Blockieren von Gleichstrom durch den Wechselspannungspfadfilter unterstützend zu wirken.
In bestimmten Implementierungsformen ist die Gleichspannung eine von einem Gleichspannungswandler geregelte Spannung. Beispielsweise kann der MLS-Gleichspannungswandler auch dazu genutzt werden, die Gleichspannung zu erzeugen. In solchen Implementierungsformen kann das Spannungsniveau der Gleichspannung das gleiche wie oder ein anderes als das Spannungsniveau einer der dem MLS-Modulator bereitgestellten geregelten Spannungen sein.
1 ist eine schematische Darstellung einer Mobilvorrichtung 70 gemäß einer Ausführungsform. Die Mobilvorrichtung 70 umfasst eine Primärantenne 1, eine Diversitätsantenne 2, eine Primärantennenabstimmschaltung 3, eine Diversitätsantennenabstimmschaltung 4, einen zweipoligen („double-pole double-throw“, DPDT) Antennendiversitätswechselschalter 5, ein primäres Frontendmodul 6, ein Diversitätsfrontendmodul 7, eine Batterie 8, einen MLS-Einhüllendennachverfolger 9, einen Sendeempfänger 10, ein Basisbandmodem 11 und einen Anwendungsprozessor 12.
Auch, wenn eine Ausführungsform einer Mobilvorrichtung gezeigt wird, sind die hierin offenbarten Lehren auf Mobilvorrichtungen, die auf verschiedenste Art und Weise ausgestaltet sind, anwendbar. Dementsprechend sind andere Ausgestaltungsformen möglich.
In der dargestellten Ausführungsform umfasst das primäre Frontendmodul 6 einen ersten Leistungsverstärker 21, einen zweiten Leistungsverstärker 22, einen dritten Leistungsverstärker 23, einen vierten Leistungsverstärker 24, einen ersten rauscharmen Verstärker 31, einen zweiten rauscharmen Verstärker 32, einen dritten rauscharmen Verstärker 33, einen Diplexer 42, einen Sende-/Empfangsbandschalter 41, einen Sendefilter 43, einen ersten Duplexer 45, einen zweiten Duplexer 46, einen dritten Duplexer 47, einen ersten Empfangsfilter 51, einen zweiten Empfangsfilter 52, einen dritten Empfangsfilter 53, einen ersten Richtkoppler 59 und einen zweiten Richtkoppler 60. Außerdem umfasst das Diversitätsfrontendmodul 7 einen ersten rauscharmen Verstärker 35, einen zweiten rauscharmen Verstärker 36, einen ersten Empfangsfilter 55, einen zweiten Empfangsfilter 56, einen ersten Sende-/Empfangsbandschalter 61 und einen zweiten Sende-/Empfangsbandschalter 62.
Auch, wenn eine Ausgestaltungsform einer Frontendschaltung gezeigt wird, sind andere Ausgestaltungsformen von Frontendschaltungen möglich. Beispielsweise kann eine Frontendschaltung Leistungsverstärker (PAs), rauscharme Verstärker („low noise amplifiers“, LNAs), Filter, Schalter, Phasenschieber, Duplexer und/oder andere geeignete Schaltungselemente zur Verarbeitung von HF-Signalen, die von einer oder mehreren Antennen gesendet und/oder empfangen worden sind, aufweisen. Beispielhafte Funktionen eines Frontends umfassen, ohne Beschränkung der Allgemeinheit, Verstärkung von Signalen für das Senden, Verstärkung empfangener Signale, Filterung von Signalen, Umschalten zwischen verschiedenen Bändern, Umschalten zwischen verschiedenen Leistungsmodi, Umschalten zwischen Sende- und Empfangsmodi, Duplexen von Signalen, Multiplexen von Signalen (beispielsweise Diplexen oder Triplexen) oder jede Kombination derselben.
Dementsprechend können andere Ausgestaltungsformen von primären Frontendmodulen, Diversitätsfrontendmodulen, Antennenauswahl und/oder Antennenabstimmung gewählt werden.
Wie in 1 gezeigt, wird der MLS-Einhüllendennachverfolger 9 dazu verwendet, ein oder mehrere Leistungsverstärkerversorgungsspannungen zu erzeugen, die von Leistungsverstärkern genutzt werden, welche in der Mobilvorrichtung 70 zur Verstärkung von HF-Signalen für die Drahtlosübertragung eingesetzt werden. In der dargestellten Ausführungsform empfängt der MLS-Einhüllendennachverfolger 9 eine Batteriespannung V_BATT von der Batterie 8 und erzeugt eine erste Leistungsverstärkerversorgungsspannung V_PA1 für den ersten Leistungsverstärker 21 und eine zweite Leistungsverstärkerversorgungsspannung V_PA2 für den zweiten Leistungsverstärker 22. Auch wenn ein Beispiel gezeigt wird, in dem der MLS-Einhüllendennachverfolger 9 zwei Leistungsverstärkerversorgungsspannungen erzeugt, kann der MLS-Einhüllendennachverfolger 9 mehr oder weniger Leistungsverstärkerversorgungsspannungen erzeugen.
Der MLS-Einhüllendennachverfolger 9 steuert die erste Leistungsverstärkerversorgungsspannung V_PA1, um eine Einhüllende eines ersten durch den ersten Leistungsverstärker 21 verstärkten HF-Signals nachzuverfolgen. Zusätzlich steuert der MLS-Einhüllendennachverfolger 9 die zweite Leistungsverstärkerversorgungsspannung V_PA2, um eine Einhüllende eines zweiten durch den zweiten Leistungsverstärker 22 verstärkten HF-Signals nachzuverfolgen. In bestimmten Ausgestaltungsformen empfängt der MLS-Einhüllendennachverfolger 9 digitale Einhüllendendaten von dem Basisbandmodem 11. Beispielweise kann der MLS-Einhüllendennachverfolger 9 digitale Daten empfangen, welche eine Einhüllende des ersten HF-Signals und eine Einhüllende des zweiten HF-Signals repräsentieren.
Die Batterie 8 kann jedwede geeignete Batterie zur Verwendung in der Mobilvorrichtung 70 sein, beispielsweise eine Lithium-Ionen-Batterie. Die Batteriespannung V_BATT wird durch einen Gleichspannungswandler des MLS-Einhüllendennachverfolgers 9 geregelt, um geregelte Spannung(en) zum Einsatz in der MLS-Einhüllendennachverfolgung gemäß der hierin offenbarten Lehren erzeugen zu können.
Der Sendeempfänger 10 erzeugt HF-Signale für die Übertragung und verarbeitet eingehende HF-Signale, die von der Primärantenne 1 und der Diversitätsantenne 2 empfangen werden. Es sollte klar sein, dass verschiedene Funktionen, die mit der Übertragung und dem Empfang von HF-Signalen durch ein oder mehrere Komponenten erreicht werden können, die gemeinschaftlich als Sendeempfänger 10 in 1 dargestellt werden. In einem Beispiel können separate Komponenten (beispielsweise separate Schaltungen oder Chips) zur Verarbeitung verschiedener Arten von HF-Signalen vorgesehen werden.
Das Basisbandmodem 11 stellt dem Sendeempfänger 10 digitale Darstellungen von Sendesignalen bereit, welche der Sendeempfänger 10 verarbeitet, um HF-Signale für die Übertragung zu erzeugen. Das Basisbandmodem 11 verarbeitet zudem digitale Darstellungen von Empfangssignalen, die der Sendeempfänger 10 bereitstellt.
Wie in 1 gezeigt, ist das Basisbandmodem 11 mit dem Anwendungsprozessor 12 gekoppelt, welcher dazu dient, für die Verarbeitung primärer Anwendungen in der Mobilvorrichtung 70 zu sorgen. Der Anwendungsprozessor 12 kann eine breite Vielfalt von Funktionen bereitstellen, wie beispielsweise Systemressourcen, die für die Unterstützung von Anwendungen geeignet sind, einschließlich - und ohne Beschränkung der Allgemeinheit - Speicherverwaltung, Grafikverarbeitung und/oder Multimedia-Dekodierung.
Auch, wenn die Mobilvorrichtung 70 ein Beispiel eines HF-Systems mit einem Mehrniveau-Einhüllendennachverfolger darstellt, kann eine breite Vielfalt von HF-Systemen einen Mehrniveau-Einhüllendennachverfolger gemäß der hierin offenbarten Lehren aufweisen.
2 bis 3C, 5 und 6 zeigen schematische Darstellungen von verschiedenen Ausführungsformen von Einhüllendennachverfolgungssystemen für einen Leistungsverstärker. Jedoch sind die hierin offenbarten Lehren auf in vielfältiger Art und Weise ausgestaltete Einhüllendennachverfolger anwendbar. Dementsprechend sind andere Ausgestaltungsformen möglich.
2 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Einhüllendennachverfolgungssystems 100 für einen Leistungsverstärker 71. Das Einhüllendennachverfolgungssystem 100 umfasst einen MLS-Gleichspannungswandler 72, einen Gleichspannungspfadfilter 73, einen MLS-Modulator 81 und einen Wechselspannungspfadfilter 91. Der MLS-Gleichspannungswandler 72 wird hierbei auch als ein MLS-Schaltregler bezeichnet.
Der Leistungsverstärker 71 verstärkt ein HF-Eingangssignal RF_IN, um ein HF-Ausgangssignal RF_OUT zu erzeugen. Der MLS-Modulator 81 empfängt ein Einhüllendensignal (ENVELOPE), welches sich in Abhängigkeit einer Einhüllenden des HF-Eingangssignals RFIN ändert. Das Einhüllendensignal kann analog oder digital sein.
In der dargestellten Ausführungsform empfängt der MLS-Gleichspannungswandler 72 eine Batteriespannung V_BATT, und sorgt für eine DC-DC-Wandlung, um eine Vielfalt von geregelten Spannungen V_MLSa, V_MLSb, V_MLSc ... V_MLSn unterschiedlicher Spannungsniveaus zu erzeugen. Auch wenn ein Beispiel mit vier MLS-geregelten Spannungen gezeigt wird, kann der MLS-Gleichspannungswandler 72 mehr oder weniger MLS-geregelte Spannungen erzeugen, wie durch die Ellipsen angedeutet. In dieser Ausführungsform erzeugt der MLS-Gleichspannungswandler 72 die Gleichspannung V_DC auch durch eine Regulierung der Batteriespannung V_BATT. Die Gleichspannung V_DC kann dasselbe oder ein anderes Spannungsniveau aufweisen wie eine der geregelten Spannungen V_MLSa, V_MLSb, V_MLSc ... V_MLSn.
Der MLS-Modulator 81 empfängt die geregelten Spannungen V_MLSa, V_MLSb, V_MLSc ... V_MLSn sowie das Einhüllendensignal und stellt dem Wechselspannungspfadfilter 91 eine Modulatorausgangsspannung bereit. In bestimmten Ausführungsformen steuert der MLS-Modulator 81 die ausgegebene Spannung in Abhängigkeit der Auswahl einer geeigneten geregelten Spannung im zeitlichen Verlauf auf der Basis des Einhüllendensignals. Beispielweise kann der MLS-Modulator 81 eine Bank von Schaltern aufweisen, um selektiv eine der geregelten Spannungen V_MLSa, V_MLSb, V_MLSc ... V_MLSn mit dem Ausgang des Modulators zu verbinden, in Abhängigkeit von einem Signalpegel des Einhüllendensignals.
Der Gleichspannungspfadfilter 73 und der Wechselspannungspfadfilter 91 filtern die Gleichspannung V_DC von dem MLS-Gleichspannungswandler 72 bzw. dem Ausgang des MLS-Modulators 81, um dadurch eine Leistungsverstärkerversorgungsspannung V_PA für den Leistungsverstärker 71 zu erzeugen.
Durch Bereitstellung eines Gleichspannungspfades durch den Gleichspannungspfadfilter 73 und einen separaten Wechselspannungspfad durch den Wechselspannungspfadfilter 91 kann eine verbesserte Effizienz des Einhüllendennachverfolgungssystems 100 erreicht werden. Beispielsweise kann ein niederfrequenter Strom (ohne Beschränkung der Allgemeinheit auch ein Gleichstrom) durch den Gleichspannungspfadfilter 73 erzielt werden, wodurch die Einschränkungen hinsichtlich Bauraum und/oder die Gleichspannungswiderstand der Schalter des Modulators weniger gravierend sind.
Dementsprechend können geringere Schaltverluste im Wechselspannungspfad erzielt werden, wodurch die Effizienz des Gesamtsystems steigt. In einem Beispiel trägt der Gleichspannungspfad mindestens 75% der dem Leistungsverstärker 71 durch das Einhüllendennachverfolgungssystem 100 bereitgestellten Energie.
3A ist eine schematische Darstellung eines Einhüllendennachverfolgungssystems 140 für einen Leistungsverstärker 101 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Das Einhüllendennachverfolgungssystem 140 umfasst eine integrierte Einhüllendennachverfolgungsschaltung („integrated circuit“, IC) 102, einen Gleichspannungspfadfilter 103, einen Wechselspannungspfadfilter 104, eine DAC-Schaltung 105, einen Einhüllendenfilter 106, erste bis vierte Entkopplungskondensatoren 111 bis 114 und eine Induktivität 117.
Auch, wenn eine Ausführungsform eines Einhüllendennachverfolgungssystems in 3A dargestellt ist, sind die hierin offenbarten Lehren auf in vielfältiger Art und Weise ausgestaltete Einhüllendennachverfolgungssysteme anwendbar. Dementsprechend sind andere Ausgestaltungsformen möglich.
In der dargestellten Ausführungsform weist der Einhüllendennachverfolgungs-IC 102 MLS-Schaltelemente 121, eine digitale Steuerschaltung 122, einen Basisband-MLS-Modulator 123 und eine Modulatorsteuerschaltung 124 auf. Der Einhüllendennachverfolgungs-IC 102 der 3A wird mit verschiedenen Pins oder Kontaktplättchen zur Bereitstellung verschiedener Funktionen abgebildet, wie zum Beispiel Empfangen einer Batteriespannung (V_BATT), Kommunizieren über eine serielle Schnittstelle (SPI), Ausgeben einer Gleichspannung V_DC, Empfangen eines Einhüllendensignals (ENVELOPE), Verbinden mit den Entkopplungskondensatoren 111-114 sowie Verbinden mit der Induktivität 117. Ein Einhüllendennachverfolgungs-IC wird hierin auch als Einhüllendennachverfolgungshalbleiterdie oder -chip bezeichnet.
Die MLS-Schaltelemente 121 steuern einen Strom durch die Induktivität 117, um für Spannungsregelung zu sorgen. Beispielsweise können die MLS-Schaltelemente 121 über Schalter und eine Steuerung verfügen, die die Schalter mittels eines geeigneten Regelungsschemas (einschließlich, ohne Beschränkung der Allgemeinheit, Pulsbreitenmodulation oder PWM) an- und abschaltet, um für DC/DC-Wandlung zu sorgen. In der dargestellten Ausführungsform geben die MLS-Schaltelemente 121 vier geregelte MLS-Spannungen und eine geregelte Gleichspannung V_DC verschiedener Spannungsniveaus aus. Allerdings können die MLS-Schaltelemente 121 ausgestaltet werden, um mehr oder weniger geregelte MLS-Spannungen auszugeben.
Wie in 3A gezeigt, werden die MLS-Schaltelemente 121 durch die digitale Steuerschaltung 122 gesteuert. Die digitale Steuerschaltung 122 kann für eine Programmierbarkeit der MLS-Schaltelemente 121 sorgen, einschließlich, ohne Beschränkung der Allgemeinheit, Steuerung der Spannungsniveaus von ein oder mehreren geregelten Spannungen, die durch die MLS-Schaltelemente 121 ausgegeben werden. Wie in 3A gezeigt, ist die digitale Steuerschaltung 122 mit dem SPI-Bus gekoppelt. In bestimmten Ausgestaltungsformen steuert die digitale Steuerschaltung 122 die MLS-Schaltelemente 121 basierend auf Daten, die über den SPI-Bus und/oder andere Chipschnittstellen empfangen werden.
Die MLS-Schaltelemente 121 können auch von der Modulatorsteuerschaltung 124 gesteuert werden. In einem Beispiel wird die geregelte Gleichspannung V_DC zumindest teilweise durch die Modulatorsteuerschaltung 124 gesteuert.
Der Basisband-MLS-Modulator 123 umfasst einen Ausgang, der mit der Leistungsverstärkerversorgungsspannung V_PA über den Wechselspannungspfadfilter 104 gekoppelt ist. In bestimmten Ausgestaltungsformen umfasst der Basisband-MLS-Modulator 123 Schalter, die zwischen jeweilige der geregelten MLS-Spannungen und den Wechselspannungspfadfilter 104 gekoppelt ist. Zusätzlich werden die Schalter des Modulators selektiv durch die Modulatorsteuerschaltung 124 auf der Basis des analogen Einhüllendensignals geöffnet oder geschlossen.
In der dargestellten Ausführungsform umfasst der Gleichspannungspfadfilter 103 einen Shuntkondensator 127 und eine Serieninduktivität 128. Zusätzlich umfasst der Wechselspannungspfadfilter 104 eine erste Serieninduktivität 131, eine zweite Serieninduktivität 132, einen ersten Shuntkondensator 135 und einen zweiten Shuntkondensator 136. Auch wenn beispielhafte Implementierungsformen eines Gleichspannungspfadfilters und eines Wechselspannungspfadfilters in 3A dargestellt werden, sind die hierin offenbarten Lehren auf in einer vielfältigen Art und Weise implementierte Gleichspannungspfadfilter und Wechselspannungspfadfilter anwendbar. Dementsprechend können andere Implementierungsformen in Übereinstimmung der hierin offenbarten Lehren verwendet werden.
In bestimmten Implementierungsformen sind ein oder mehrere Komponenten eines Filters steuerbar (zum Beispiel digital programmierbar und/oder analog abstimmbar), um für verbesserte Flexibilität und/oder Konfigurierbarkeit zu sorgen. In diesem dargestellten Ausführungsbeispiel sind der erste Shuntkondensator 135 und der zweite Shuntkondensator 136 steuerbar. Auch wenn zwei Beispiele steuerbarer Filterkomponenten dargestellt werden, können andere Filterkomponenten zusätzlich oder alternativ dazu als steuerbar ausgeführt werden.
3B ist eine schematische Darstellung eines Einhüllendennachverfolgungssystems 150 für einen Leistungsverstärker 101 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Das Einhüllendennachverfolgungssystem 150 der 3B ist dem Einhüllendennachverfolgungssystem 140 der 3A ähnlich aufgebaut, mit der Ausnahme, dass das Einhüllendennachverfolgungssystem 150 eine unterschiedliche Ausgestaltungsform eines Wechselspannungspfadfilters 144 aufweist.
Im Vergleich zu dem Wechselspannungspfadfilter 104 der 3A umfasst der Wechselspannungspfadfilter 144 der 3B weiterhin einen Gleichspannungssperrkondensator 138 zur Blockierung eines niederfrequenten Stroms durch den Wechselspannungspfadfilter 144. In der dargestellten Ausführungsform wird der Gleichspannungssperrkondensator 138 mit dem Ausgang des Wechselspannungspfadfilters 144 gekoppelt.
Durch Aufnahme des Gleichspannungssperrkondensators 138 können geringere Schaltverluste in dem Wechselspannungspfad erzielt werden, wodurch sich die Effizienz des gesamten Systems verbessert. Beispielsweise kann die Aufnahme des Gleichspannungssperrkondensators 138 dabei helfen, einen Anteil der durch den Gleichspannungspfad über den Gleichspannungspfadfilter 103 im Vergleich zu der durch den Wechselspannungspfad über den Wechselspannungspfadfilter 144 übertragenen Energie zu erhöhen. In einem Beispiel trägt der Gleichspannungspfad über den Gleichspannungspfadfilter 103 mindestens 75% der dem Leistungsverstärker 101 durch das Einhüllendennachverfolgungssystem 150 bereitgestellten Energie.
3C ist eine schematische Darstellung eines Einhüllendennachverfolgungssystems 160 für einen Leistungsverstärker 101 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Das Einhüllendennachverfolgungssystem 160 der 3C ist dem Einhüllendennachverfolgungssystem 150 der 3B ähnlich aufgebaut, mit der Ausnahme, dass das Einhüllendennachverfolgungssystem 160 eine unterschiedliche Ausgestaltungsform eines Wechselspannungspfadfilters 154 aufweist.
Im Vergleich zu dem Wechselspannungspfadfilter 144 der 3B umfasst der Wechselspannungspfadfilter 154 der 3C beispielsweise weiterhin den Gleichspannungssperrkondensator 138, welcher mit dem Eingang des Filters gekoppelt ist. Ein Gleichspannungssperrkondensator kann in einem Wechselspannungspfadfilter an einer Vielzahl von Stellen verwendet werden, beispielsweise am Eingang, am Ausgang oder entlang des Signalpfades zwischen dem Eingang und dem Ausgang.
3D ist eine schematische Darstellung eines Einhüllendennachverfolgungssystems 170 für einen Leistungsverstärker 101 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Das Einhüllendennachverfolgungssystem 170 der 3D ist dem Einhüllendennachverfolgungssystem 140 der 3A ähnlich aufgebaut, mit der Ausnahme, dass das Einhüllendennachverfolgungssystem 170 einen Einhüllendennachverfolgungs-IC 102 aufweist, welcher mit zwei MLS-geregelten Spannungen arbeitet. Zusätzlich sind die Enkopplungskondensatoren 113 und 114 im Hinblick auf die geringere Anzahl MLS-geregelter Spannungen weggelassen worden.
Das Einhüllendennachverfolgungssystem 170 der 3D hat den Vorteil geringerer Komplexität. Darüber hinaus eignet sich das Einhüllendennachverfolgungssystem 170 gut für Anwendungen, die eine Nachverfolgung Symbol zu Symbol einsetzen, was für Modulationsschemata mit hoher Bandbreite geeignet sein kann. Wenn beispielsweise eine Nachverfolgung Symbol zu Symbol eingesetzt wird, können zwei MLS-Spannungen programmiert und nacheinander mit der Symbolrate (beispielsweise 16 µs) verwendet werden. Damit kann der MLS-Modulator 123 die zur Erzeugung der Leistungsverstärkerversorgungsspannung notwendige Spannung durch Umschalten auf den neuen die Spannung haltenden Kondensator ändern.
Wenn eine Nachverfolgung Symbol zu Symbol eingesetzt wird, kann weniger Filterung eingesetzt werden, aber die Aufteilung zwischen Gleich- und Wechselspannung ist nach wie vor nützlich und vermeidet die Notwendigkeit eines Reihenschalters.
4 ist eine Auftragung der Effizienz gegenüber der Ausgangsleistung. Die Auftragung weist drei Kurven der kombinierten Effizienz des Leistungsverstärkers und des Einhüllendennachverfolgers gegenüber der Ausgangsleistung unter verschiedenen simulierten Randbedingungen auf. Beispielsweise entspricht die erste Kurve 171 einer Simulation, in der 0,1 Ohm an Schalterwiderstand in den Gleichspannungspfad aufgenommen worden ist, eine zweite Kurve einer LTE-Effizienz, und eine dritte Kurve 173 einer Simulation, in der 1,0 Ohm an Schalterwiderstand in den Gleichspannungspfad aufgenommen worden ist. Da ein geringerer Widerstand des Gleichspannungspfade erreicht werden kann, indem separate Wechselspannungspfade und Gleichspannungspfade vorgesehen werden, kann auch eine verbesserte Effizienz erzielt werden.
Obwohl spezifische Beispiele für Simulationsergebnisse von Einhüllendennachverfolgungssystemen in 4 gezeigt werden, sind andere Simulationsergebnisse ebenso möglich. Zum Beispiel können die Simulationsergebnisse auf der Basis einer breiten Vielfalt von Faktoren variieren, einschließlich und ohne Beschränkung der Allgemeinheit auf der Basis von Simulationsparametern (inklusive des Arbeitstaktes), der Schaltauslegung und/oder der Herstellungstechnologie.
5 ist eine schematische Darstellung eines Einhüllendennachverfolgungssystems 180 für einen Leistungsverstärker 71 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Das Einhüllendennachverfolgungssystem 180 der 5 ist dem Einhüllendennachverfolgungssystem 100 der 2 ähnlich aufgebaut, mit der Ausnahme, dass das Einhüllendennachverfolgungssystem 180 weiterhin eine steuerbare Verzögerungsschaltung 98 aufweist.
In der dargestellten Ausführungsform arbeitet das Einhüllendennachverfolgungssystem 180 mit einer Gleichspannungspfadverzögerung t₁ von dem MLS-Gleichspannungswandler 72 bis zu einem Versorgungseingang des Leistungsverstärkers 71 durch den Gleichspannungspfadfilter 73. Zusätzlich dazu arbeitet das Einhüllendennachverfolgungssystem 180 mit einer Wechselspannungspfadverzögerung t₂ von dem MLS-Gleichspannungswandler 72 bis zu dem Versorgungseingang des Leistungsverstärkers 71 durch den Wechselspannungspfadfilter 91.
Durch das Aufnehmen der steuerbaren Verzögerungsschaltung 98 kann eine relative Verzögerung zwischen dem Wechselspannungspfad und dem Gleichspannungspfad gesteuert werden, um die Effizienz des Einhüllendennachverfolgungssystems 180 zu verbessern. In bestimmten Implementierungsformen fungiert die Verzögerung der steuerbaren Verzögerungsschaltung 98, die Gleichspannungspfadverzögerung t₁ und die Wechselspannungspfadverzögerung t₂ mit einer gewünschten Phasenverschiebung anzugleichen, um die Effizienz zu steigern.
Beispielsweise können sich ohne den Ausgleich der Verzögerungsdifferenzen Ströme in dem Wechselspannungspfad und dem Gleichspannungspfad konterkarieren, da die Steuerbandbreite des Gleichspannungspfades geringer als die Steuerbandbreite des Wechselspannungspfades ist. In diesem Beispiel wird der Wechselspannungspfad durch die steuerbare Verzögerungsschaltung 98 verzögert, um aus Sicht der Last eine relative Verzögerung des Gleichspannungspfades zu steuern. In bestimmten Ausgestaltungsformen sorgt eine Phasenverschiebung von etwa 90° über die Bandbreite hinweg, über die eine Kombinierung erfolgt, für relativ hohe Effizienz. In bestimmten Ausgestaltungsformen wird ein digitaler Zustandsautomat oder eine andere geeignete Steuerschaltung so betrieben, dass eine Einsteuerung von etwa 90° Phasenverschiebung möglich ist.
6 ist eine schematische Darstellung eines Einhüllendennachverfolgungssystems 200 für einen Leistungsverstärker 101 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Das Einhüllendennachverfolgungssystem 200 der 6 ist dem Einhüllendennachverfolgungssystem 140 der 3A ähnlich aufgebaut, mit der Ausnahme, dass das Einhüllendennachverfolgungssystem 200 eine andere Ausgestaltungsformen eines Einhüllendennachverfolgungs-ICs 182 aufweist.
Zum Beispiel weist der Einhüllendennachverfolgungs-IC 182 der 6 im Gegensatz zu dem Einhüllendennachverfolgungs-IC 102 der 3A weiterhin steuerbare Verzögerungspuffer 191-194 auf. Wie in 3A gezeigt sorgen die steuerbaren Verzögerungspuffer 191-194 für eine steuerbare Verzögerung für jede MLS-geregelte Spannung, die von den MLS-Schaltelementen 121 erzeugt wird, wodurch eine relative Anpassung der Wechselspannungspfadverzögerung t₂ gegenüber der Gleichspannungspfadverzögerung t₁ ermöglicht wird.
In dieser Ausführungsform sind die Verzögerungen der steuerbaren Verzögerungspuffer 191-194 separat steuerbar durch die digitale Steuerschaltung 122, wodurch für eine gesteigerte Flexibilität bei der Berücksichtigung aller möglichen Variationen der Verzögerung zwischen den verschiedenen MLS-geregelten Spannungspfaden gesorgt wird.
7 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels einer Mobilvorrichtung 800 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Die Mobilvorrichtung 800 umfasst ein Basisbandsystem 801, einen Sendeempfänger 802, ein Frontendsystem 803, Antennen 804, ein Leistungsverwaltungssystem 805, einen Speicher 806, eine Nutzerschnittstelle 807 und eine Batterie 808.
Die Mobilvorrichtung 800 kann dazu genutzt werden, mithilfe einer großen Vielzahl an Kommunikationstechnologie zu kommunizieren, einschließlich und ohne Beschränkung der Allgemeinheit 2G, 3G, 4G (inclusive LTE, LTE-Advanced und LTE-Advanced Pro), 5G, WLAN (zum Beispiel WiFi), WPAN (zum Beispiel Bluetooth und ZigBee), WMAN (zum Beispiel WiMax) und/oder GPS-Technologien.
Der Sendeempfänger 802 erzeugt HF-Signale für die Übertragung und verarbeitetet eingehende HF-Signale, die mit den Antennen 804 empfangen werden. Es sollte klar sein, dass verschiedene Funktionalitäten im Zusammenhang mit der Übertragung und dem Empfang von HF-Signalen durch eine oder mehrere Komponenten erreicht werden können, die gemeinschaftlich als der Sendeempfänger 802 in 7 dargestellt sind. In einem Beispiel können separate Komponenten (beispielsweise separate Schaltungen oder Chips) vorgesehen werden, um bestimmte Arten von HF-Signalen zu verarbeiten.
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 Leistungsverstärker (PAs) 811, rauscharme Verstärker („low noise amplifiers“, LNAs) 812, Filter 813, Schalter 814 und Duplexer 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.
In bestimmten Implementierungen unterstützt 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.
Die Mobilvorrichtung 800 kann in bestimmten Implementierungen mit Strahlformung betrieben werden. Beispielsweise kann das Frontendsystem 803 Phasenschieber mit variabler Phase aufweisen, die durch den Sendeempfänger 802 gesteuert werden. Zusätzlich können die Phasenschieber angesteuert werden, 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 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 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 7 gezeigt, ist das Basisbandsystem 801 mit dem Speicher 806 gekoppelt, um einen Betrieb der Mobilvorrichtung 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 der Mobilvorrichtung 800 zu ermöglichen und/oder Speicher für Nutzerinformationen bereitzustellen.
Das Leistungsverwaltungssystem 805 stellt eine Anzahl von Leistungssteuerungsfunktionen für die Mobilvorrichtung 800 bereit. Das Leistungsverwaltungssystem 805 kann einen MLS-Einhüllendennachverfolger 860 aufweisen, der gemäß ein oder mehrerer Merkmale der vorliegenden Offenbarung ausgestaltet ist.
Wie in 7 dargestellt empfängt das Leistungsverwaltungssystem 805 eine Batteriespannung von der Batterie 808. Die Batterie 808 kann jede für den Einsatz in der Mobilvorrichtung 800 geeignete Batterie sein, einschließlich beispielsweise eine Lithium-Ionen-Batterie.
8 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Kommunikationssystems 950 zum Übertragen von HF-Signalen. Das Kommunikationssystem 950 weist eine Batterie 901, einen MLS-Einhüllendennachverfolger 902, einen Leistungsverstärker 903, einen Richtkoppler 904, eine Duplex- und Schaltanordnung 905, eine Antenne 906, einen Basisbandprozessor 907, eine Signalverzögerungsschaltung 908, eine digitale Vorverzerrungsschaltung („digital pre-distortion“, DPD) 909, einen I/Q-Modulator 910, einen Beobachtungsempfänger 911, eine Intermodulationserkennungsschaltung 912, eine Einhüllendenverzögerungsschaltung 921, eine digitale Koordinatenrotationsberechnungsschaltung („coordinate rotation digital computation“, CORDIC) 922, eine Formschaltung 923, einen Digital-zu-Analog-Wandler 924 und einen Wiederherstellungsfilter bzw. Rekonstruktionsfilter 925 auf.
Das Kommunikationssystem 950 der 8 veranschaulicht ein Beispiel eines HF-Kommunikationssystems, welches ein Einhüllendennachverfolgungssystem aufweisen kann, das gemäß einem oder mehrerer Merkmale der vorliegenden Offenbarung ausgestaltet ist. Die Lehren hierin sind allerdings auf in vielfältiger Art und Weise ausgestaltete HF-Kommunikationssysteme anwendbar.
Der Basisbandprozessor 907 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 können beispielsweise die I- und Q-Signale eine äquivalente Darstellung der sinusförmigen Welle sein. In bestimmten Implementierungen können die I- und Q-Signale in einem digitalen Format ausgegeben werden. Der Basisbandprozessor 907 kann jeder geeignete Prozessor sein, der zur Verarbeitung eines Basisbandsignals konfiguriert ist. So kann beispielsweise der Basisbandprozessor 907 einen digitalen Signalprozessor, einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Kern oder eine beliebige Kombination davon beinhalten.
Die Signalverzögerungsschaltung 908 sorgt für eine einstellbare Verzögerung der I- und Q-Signale, um bei der Steuerung der relativen Angleichung zwischen dem differentiellen Einhüllendensignal ENV_p, ENV_n, welches dem MLS-Einhüllendennachverfolger 902 bereitgestellt wird, und für das dem Leistungsverstärker 903 bereitgestellte HF-Signal RF_IN unterstützend zu wirken. Das Ausmaß der Verzögerung, für die durch die Signalverzögerungsschaltung 908 gesorgt wird, wird auf der Basis der Größe der durch die Intermodulationserkennungsschaltung 912 detektierten Intermodulation benachbarter Bänder gesteuert.
Die DPD-Schaltung 909 dient dazu, für eine digitale Umformung der von der Signalverzögerungsschaltung 908 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 909 bereitgestellte DPD auf der Basis der Größe der durch die Intermodulationserkennungsschaltung 912 detektierten Intermodulation gesteuert. Die DPD-Schaltung 909 dient einer Verringerung der Verzerrung des Leistungsverstärkers 903 und/oder einer Erhöhung der Effizienz des Leistungsverstärkers 903.
Der I/Q-Modulator 910 empfängt die digital vorverzerrten I- und Q-Signale, die verarbeitet werden, um das HF-Signal RF_IN zu erzeugen. So kann beispielsweise der I/Q-Modulator 910 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 das HF-Signal RFIN aufweisen. In bestimmten Implementierungen kann der I/Q-Modulator 910 ein oder mehrere Filter beinhalten, die dazu ausgelegt sind, den Frequenzgehalt von darin verarbeiteten Signale zu filtern.
Die Einhüllendenverzögerungsschaltung 921 verzögert die I- und Q-Signale von dem Basisbandprozessor 907. Zusätzlich verarbeitet die CORDIC-Schaltung 922 die verzögerten I- und Q-Signale, um ein digitales Einhüllendensignal zu erzeugen, welches eine Einhüllende des HF-Signals RFIN darstellt. Obschon 8 eine Ausgestaltungsform unter Zuhilfenahme der CORDIC-Schaltung 922 zeigt, kann ein Einhüllendensignal auch auf andere Art und Weise gewonnen werden.
Die Formschaltung 923 wird so betrieben, dass sie das digitale Einhüllendensignal formt, um die Leistungsfähigkeit des Kommunikationssystems 950 zu erhöhen. In bestimmten Implementierungen weist die Formschaltung 923 eine Formtabelle auf, welche jeden Pegel des digitalen Einhüllendensignals auf ein entsprechendes geformtes Einhüllendensignalniveau abbildet. Einhüllendenformung kann dabei helfen, die Linearität, Verzerrung und/oder Effizienz des Leistungsverstärkers 903 zu steuern.
In der dargestellten Ausführungsform ist das geformte Einhüllendensignal ein digitales Signal, welches von dem DAC 924 in ein differentielles analoges Einhüllendensignal gewandelt wird. Zusätzlich wird das differentielle analoge Einhüllendensignal durch den Rekonstruktionsfilter 925 gefiltert, um ein differentielles analoges Einhüllendensignal ENV_p, ENV_n zur Nutzung durch einen differentiellen Einhüllendenverstärker des MLS-Einhüllendennachverfolgers 902 zu erzeugen. In bestimmten Implementierungsformen umfasst der Rekonstruktionsfilter 925 einen differentiellen Tiefpassfilter.
Auch, wenn ein Beispiel für Einhüllendensignalgebung gezeigt wird, sind die Lehren hierin auf Einhüllendensignalgebung anwendbar, die auf vielfältige Weise ausgestaltet sein kann. In einem anderen Beispiel können der DAC 924 und der Rekonstruktionsfilter 925 weggelassen und der MLS-Einhüllendennachverfolger 902 stattdessen mit digitalen Einhüllendendaten versorgt werden.
Unter weiterer Bezugnahme auf 8, empfängt der MLS-Einhüllendennachverfolger 902 das differentielle analoge Einhüllendensignal von dem Rekonstruktionsfilter 925 und eine Batteriespannung V_BATT von der Batterie 901, und verwendet das differentielle analoge Einhüllendensignal ENV_p, ENV_n, um eine Leistungsversorgungsspannung V_{CC_PA} für den Leistungsverstärker 903 zu erzeugen, die sich in Bezug auf die Einhüllende des HF-Signals RFIN ändert. Der Leistungsverstärker 903 empfängt das HF-Signal RFIN von dem FQ-Modulator 910, und stellt in diesem Beispiel ein verstärktes HF-Signal RF_OUT an der Antenne 906 über die Duplex- und Schaltanordnung 905 bereit.
Der Richtkoppler 904 ist zwischen dem Ausgang des Leistungsverstärkers 903 und dem Eingang der Duplex- und Schaltanordnung 905 platziert, wodurch eine Messung der Ausgangsleistung des Leistungsverstärkers 903 ermöglicht wird, ohne dass dabei Einfügeverluste seitens der Duplex- und Schaltanordnung 905 auftreten. Das erfasste Ausgangssignal des Richtkopplers 904 wird dem Beobachtungsempfänger 911 bereitgestellt, welcher Mischer zum Abwärtswandeln von I- und Q-Signalkomponenten des erfassten Ausgangssignals sowie DACs zum Erzeugen von I- und Q-Beobachtungssignalen aus den abwärts gewandelten Signalen aufweisen kann.
Die Intermodulationserkennungsschaltung 912 bestimmt ein Intermodulationsprodukt aus den I- und Q-Signalkomponenten des erfassten Ausgangssignals und den I- und Q-Signalen des Basisbandprozessors 907. Außerdem steuert die Intermodulationserkennungsschaltung 912 die von der DPD-Schaltung 909 bereitgestellte DPD und/oder eine Verzögerung der Signalverzögerungsschaltung 908, um die relative Ausrichtung zwischen dem differentiellen analogen Einhüllendensignal ENV_p, ENV_n und dem HF-Signal RFIN zu steuern. In einer anderen Ausführungsform steuert die Intermodulationserkennungsschaltung 912 zusätzlich oder alternativ dazu eine Verzögerung der Signalverzögerungsschaltung 921.
Durch das Einbauen eines Rückkopplungspfades von dem Ausgang des Leistungsverstärkers 903 und Basisband können die I- und Q-Signale dynamisch angepasst werden, um den Betrieb des Kommunikationssystems 950 zu optimieren. Beispielweise kann eine derartige Konfiguration des Kommunikationssystems 950 dabei helfen, Leistungssteuerung auszuüben, Senderbeeinträchtigungen auszugleichen und/oder DPD durchzuführen.
Auch, wenn der Leistungsverstärker 903 nur als einstufig dargestellt ist, kann er eine oder mehrere Stufen aufweisen. Weiterhin sind die hierin offenbarten Lehren auf Kommunikationssysteme anwendbar, die mehrere Leistungsverstärker aufweisen.
9 ist eine schematische Darstellung eines Modulationssystems 1050 mit Mehrniveauversorgung (MLS-Modulationssystem) gemäß einer Ausführungsform. Das MLS-Modulationssystem 1050 umfasst eine Modulatorsteuerschaltung 1025, einen MLS-Gleichspannungswandler 1025, eine Modulatorschaltbank 1027 und eine Bank mit Entkopplungskondensatoren 1030.
Das MLS-Modulationssystem 1050 der 9 stellt eine Ausgestaltungsform einer MLS-Modulatorschaltung dar, die zum Einbau in einen Mehrniveaueinhüllendennachverfolger geeignet ist. Allerdings können auch anderen Ausgestaltungsformen von MLS-Modulatorschaltungen in Mehrniveaueinhüllendennachverfolger gemäß den hierin offenbarten Lehren aufgenommen werden.
Der MLS-Gleichspannungswandler 1025 erzeugt eine erste geregelte Spannung V_MLS1, eine zweite geregelte Spannung V_MLS2 und eine dritte geregelte Spannung V_MLS3 in Abhängigkeit von der Bereitstellung einer Gleichspannungswandlung einer Batteriespannung V_BATT. Auch wenn ein Beispiel mit drei geregelten Spannungen gezeigt wird, kann der MLS-Gleichspannungswandler 1025 mehr oder weniger geregelte Spannungen erzeugen. In bestimmten Ausgestaltungsformen wird zumindest ein Teil der geregelten Spannungen relativ zu der Batteriespannung V_BATT im Spannungsniveau angehoben. Zusätzlich oder alternativ dazu sind eine oder mehrere der geregelten Spannungen heruntergesetzte Spannungen mit einem relativ zu der Batteriespannung V_BATT geringeren Spannungsniveau.
Die Bank mit Entkopplungskondensatoren 1030 hilft bei der Stabilisierung der geregelten Spannungen, die von dem MLS-Gleichspannungswandler 1025 erzeugt werden. Beispielsweise umfasst die Bank mit Entkopplungskondensatoren 1030 der 9 einen ersten Entkopplungskondensator 1031 zur Entkopplung der ersten geregelten Spannung V_MLS1, einen zweiten Entkopplungskondensator 1032 zur Entkopplung der zweiten geregelten Spannung V_MLS2 und einen dritten Entkopplungskondensator 1033 zur Entkopplung der dritten geregelten Spannung V_MLS3.
Unter weiterer Bezugnahme auf 13 umfasst die Modulatorschalterbank 1027 einen ersten Schalter 1041, welcher zwischen den Ausgang des Modulators (MOD_OUT) und die erste geregelte Spannung V_MLS1 geschaltet ist, einen zweiten Schalter 1042, welcher zwischen den Ausgang des Modulators und die zweite geregelte Spannung V_MLS2 geschaltet ist, und einen dritten Schalter 1043, welcher zwischen den Ausgang des Modulators und die zweite geregelte Spannung V_MLS3 geschaltet ist. Die Modulatorsteuerung 1020 wird so betrieben, dass sie die Schalter 1041 bis 1043 auswählbar öffnet oder schließt, um dadurch die Ausgabe des Modulators zu steuern.
10 ist eine schematische Darstellung eines MLS-Gleichspannungswandlers 1073 gemäß einer Ausführungsform. Der MLS-Gleichspannungswandler 1073 umfasst eine Induktivität 1075, einen ersten Schalter S₁, einen zweiten Schalter S₂, einen dritten Schalter S₃, einen vierten Schalter S₄, einen fünften Schalter S₅ und einen sechsten Schalter S₆. Der MLS-Gleichspannungswandler 1073 umfasst weiterhin eine (nicht in 10 dargestellte) Steuerschaltung zum Öffnen und Schließen der Schalter zur Bereitstellung einer Regelung.
Der MLS-Gleichspannungswandler 1073 der 10 veranschaulicht eine mögliche Ausgestaltungsform eines MLS-Gleichspannungswandlers, welcher zum Einbau in einen Mehrniveaueinhüllendennachverfolger geeignet ist. Allerdings können auch andere Ausgestaltungsformen von MLS-Gleichspannungswandlern in Mehrniveaueinhüllendennachverfolger gemäß den hierin offenbarten Lehren aufgenommen werden.
In der dargestellten Ausführungsform umfasst der erste Schalter S₁ ein erstes mit der Batteriespannung V_BATT elektrisch verbundenes Ende und ein zweites elektrisch mit einem ersten Ende des zweiten Schalters S₂ und einem ersten Ende der Induktivität 1075 verbundenes Ende. Der zweite Schalter S₂ umfasst weiterhin ein zweites elektrisch mit einer ersten Versorgung oder auch Masseversorgung V_GND elektrisch verbundenes Ende. Auch wenn 10 eine Konfiguration eines DC/DC-Wandlers veranschaulicht, welcher unter Nutzung einer Masseversorgung und einer Batteriespannung energetisiert wird, sind die hierin offenbarten Lehren auf DC/DC-Wandler mit beliebigen geeigneten Spannungsversorgungen anwendbar. Die Induktivität 1075 umfasst weiterhin ein zweites elektrisch mit einem ersten Ende jedes der dritten bis sechsten Schalter S₃-S₆ verbundenes Ende. Der dritte Schalter S₃ umfasst weiterhin ein zweites elektrisch mit der Masseversorgung V_GND verbundenes Ende. Die vierten, fünften und sechsten Schalter S₄-S₆ umfassend jeweils ein zweites Ende, welche jeweils dazu ausgelegt sind, die ersten, zweiten und dritten geregelten Spannungen V_MLS1, VMLS2 bzw. V_MLS3 zu erzeugen.
Die ersten bis sechsten Schalter S₁-S₆ werden selektiv geschlossen oder geöffnet, um geregelte Spannungen innerhalb einer bestimmten Fehlertoleranz von Sollspannungsniveaus zu halten. Auch wenn ein Beispiel mit drei geregelten Spannungen gezeigt wird, kann der MLS-Gleichspannungswandler 1073 dazu ausgelegt werden, mehr oder weniger geregelte Spannungen zu erzeugen.
In der dargestellten Ausführungsform wird der MLS-Gleichspannungswandler 1073 als Abwärts-Aufwärts-Wandler betrieben, um geregelte aufwärts gewandelte Spannungen höher als die Batteriespannung V_BATT und/oder abwärts gewandelte Spannungen geringer als die Batteriespannung V_BATT zu erzeugen. Andere Ausgestaltungsformen sind jedoch auch möglich.
11 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels für den Zeitverlauf einer MLS-Gleichspannungswandlung. Wie in 11 dargestellt, kann die Breite der Regelzyklen genutzt werden, um das Spannungsniveau der durch die MLS-Gleichspannungswandlung erzeugten geregelten Spannungen zu steuern. Beispielsweise kann eine MLS-geregelte Spannung einem Zeitraum t1 zugeordnet sein, währen eine zweite geregelte Spannung einem unterschiedlichen Zeitraum t2 zugeordnet sein kann. Zusätzlich kann eine Zeitspanne ohne Überlapp tovlp verwendet werden, um Klemmschaltungsströme zwischen unterschiedlichen Spannungsniveaus zu vermeiden.
In bestimmten hierin offenbarten Implementierungsformen sind eine oder mehrere Regelungszeiträume (zum Beispiel t1 und/oder t2) und/oder ein oder mehrere Zeitspannen ohne Überlapp (zum Beispiel tovlp) digital steuerbar. In bestimmten Implementierungsformen werden die Verzögerungen auf der Basis eines digitalen Zustandsautomaten und/oder anderer geeigneter Schaltungen gesteuert.
Die durch die MLS-Gleichspannungswandlung erzeugten geregelten Spannungen können durch einen Modulator selektiv einem Modulatorausgangsfilter bereitgestellt werden. In dem dargestellten Beispiel wird der Modulatorausgangsfilter mit Shuntkondensatoren C1 und C2 sowie Reiheninduktivitäten L1 und L2 dargestellt. Andere Ausgestaltungsformen von Modulatorausgangsfiltern sind jedoch ebenfalls möglich.
Das Bereitstellen eines Wechselspannungspfades durch einen Modulatorausgangsfilter als auch eines separaten Gleichspannungspfades, welcher den Modulator umgeht, sorgt für verbesserte Effizienz. Durch eine Ausgestaltung des Einhüllendennachverfolgungssystems auf diese Art und Weise kann beispielsweise die in den Induktivitäten des Ausgangsfilters des Modulators (zum Beispiel Induktivitäten L1 und/oder L2) akkumulierte Energie verringert werden. Diese Verringerung der Energie führt wiederum zu einer Verringerung des Überschießens in den Filter und/oder Rückflussströme aus der Klemmschaltung in die MLS-Schalter.
In einer Ausführungsform erzeugt ein MLS-Gleichspannungswandler zwei oder mehr MLS-Spannungen für einen Modulator, der eine Leistungsverstärkerversorgungsspannung steuert, und eine Gleichspannung, die die Leistungsverstärkerversorgungsspannung durch einen den Modulator umgehenden Gleichspannungspfad steuert. Zusätzlich dazu unterscheidet sich die Regulierung der Gleichspannung von der Regulierung der MLS-Spannungen. Zum Beispiel kann die Regulierungszeitspanne und/oder die Zeitspanne des Nicht-Überlapps für die Gleichspannung im Vergleich zu den MLS-Spannungen unterschiedlich sein. Daher kann die Pulsweitenmodulationssequenz („pulse-width modulator“, PWM) für den Gleichspannungspfad gegenüber dem Wechselspannungspfad unterschiedlich sein.
12 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels für MLS-Einhüllendennachverfolgung eines kontinuierlichen Wellensignals. Das gezeigte Beispiel gilt für ein kontinuierliches Wellensignal mit einer Frequenz von etwa 100 MHz und einer entsprechenden Periode von etwa 10 ns. Beispiele geeigneter MLS-Spannungsniveaus für das Signal sind gezeigt.
13 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels einer Einhüllendenfrequenzverteilung für verschiedene Signalwellenformen. Für jede Art von Signalwellenform zeigt die Auftragung den Prozentsatz der Gleichspannungseinhüllendenenergie, Wechselspannungseinhüllendenenergie bei weniger als 1MHz und die Wechselspannungseinhüllendenenergie bei mehr als 1 MHz. Das Bereitstellen sowohl eines Wechselspannungspfades durch einen Modulatorausgangsfilter als auch eines separaten Gleichspannungspfades, welcher den Modulator umgeht, sorgt für verbesserte Effizienz für eine Vielzahl von Arten von HF-Signalwellenformen.
Schlussbemerkungen
Einige der oben beschriebenen Ausführungsformen haben Beispiele im Zusammenhang mit Mobilvorrichtungen bereitgestellt. Die Prinzipien und Vorteile der Ausführungsformen können jedoch für jedes andere System oder jedes andere Gerät genutzt werden, bei denen ein Bedarf an Einhüllendennachverfolgung besteht.
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

Ein Einhüllendennachverfolgungssystem umfassend: einen Leistungsverstärker, welcher dazu ausgelegt ist, ein Hochfrequenzsignal zu verstärken und Leistung über eine Leistungsverstärkerversorgungsspannung zu beziehen; und einen Einhüllendennachverfolger auf, welcher dazu ausgelegt ist, die Leistungsverstärkerversorgungsspannung auf der Basis eines Einhüllendensignals, das einer Einhüllenden des Hochfrequenzsignals entspricht, zu erzeugen, und welcher einen Gleichspannungswandler, welcher dazu ausgelegt ist, eine Vielzahl von geregelten Spannungen auszugeben, einen Modulator, welcher dazu ausgelegt ist, eine Modulatorausgangsspannung auf der Basis der Vielzahl von geregelten Spannungen und dem Einhüllendensignal zu erzeugen, einen zwischen der Modulatorausgangsspannung und der Leistungsverstärkerversorgungsspannung gekoppelten ersten Filter und einen zwischen einer Gleichspannung und der Leistungsverstärkerversorgungsspannung gekoppelten zweiten Filter aufweist.
Das Einhüllendennachverfolgungssystem gemäß Anspruch 1, wobei der Gleichspannungswandler ferner dazu ausgelegt ist, die Gleichspannung zu erzeugen.
Das Einhüllendennachverfolgungssystem gemäß Anspruch 1, wobei jede der Vielzahl von geregelten Spannungen ein unterschiedliches Spannungsniveau aufweist.
Das Einhüllendennachverfolgungssystem gemäß Anspruch 1, wobei der Modulator eine Vielzahl von Schaltern aufweist, die jeweils zwischen die Modulatorausgangsspannung und eine entsprechende der Vielzahl von geregelten Spannungen gekoppelt sind.
Das Einhüllendennachverfolgungssystem gemäß Anspruch 1, wobei der erste Filter zumindest eine Reiheninduktivität und zumindest einen Shuntkondensator aufweist.
Das Einhüllendennachverfolgungssystem gemäß Anspruch 5, wobei der erste Filter weiterhin einen Gleichspannungssperrkondensator zwischen der Modulatorausgangsspannung und der Leistungsverstärkerversorgungsspannung aufweist.
Das Einhüllendennachverfolgungssystem gemäß Anspruch 1, wobei der zweite Filter zumindest eine Reiheninduktivität und zumindest einen Shuntkondensator aufweist.
Das Einhüllendennachverfolgungssystem gemäß Anspruch 1, wobei der Einhüllendennachverfolger ferner eine steuerbare Verzögerungsschaltung umfasst, welche dazu ausgelegt ist, eine relative Verzögerung zwischen einem Wechselspannungspfad durch den ersten Filter und einem Gleichspannungspfad durch den zweiten Filter zu steuern.
Das Einhüllendennachverfolgungssystem gemäß Anspruch 8, wobei die steuerbare Verzögerungsschaltung eine Vielzahl von steuerbaren Verzögerungspuffern aufweist, welche jeweils dazu ausgelegt sind, eine Verzögerung einer entsprechenden der Vielzahl von geregelten Spannungen zu steuern.
Das Einhüllendennachverfolgungssystem gemäß Anspruch 1, wobei ein Gleichspannungspfad durch den Gleichspannungspfadfilter zumindest 75% der dem Anschluss für die Leistungsverstärkerversorgungsspannung durch den Einhüllendennachverfolger bereitgestellten Energie trägt.
Eine Mobilvorrichtung umfassend: einen Sendeempfänger, welcher dazu ausgelegt ist, ein Hochfrequenzsignal zu erzeugen; eine Frontendschaltung mit einem Leistungsverstärker, welcher dazu ausgelegt ist, das Hochfrequenzsignal zu verstärken und Leistung von einer Leistungsverstärkerversorgungsspannung zu beziehen; und eine Leistungsverwaltungsschaltung mit einem Einhüllendennachverfolger, welcher dazu ausgelegt ist, die Leistungsverstärkerversorgungsspannung auf der Basis eines einer Einhüllenden des Hochfrequenzsignals entsprechenden Einhüllendensignals zu erzeugen, und welcher einen Gleichspannungswandler, welcher dazu ausgelegt ist, eine Vielzahl von geregelten Spannungen auszugeben, einen Modulator, welcher dazu ausgelegt ist, eine Modulatorausgangsspannung auf der Basis der Vielzahl von geregelten Spannungen und dem Einhüllendensignal zu erzeugen, einen zwischen der Modulatorausgangsspannung und der Leistungsverstärkerversorgungsspannung gekoppelten ersten Filter und einen zwischen einer Gleichspannung und der Leistungsverstärkerversorgungsspannung gekoppelten zweiten Filter aufweist.
Die Mobilvorrichtung gemäß Anspruch 11, wobei der Gleichspannungswandler ferner dazu ausgelegt ist, die Gleichspannung zu erzeugen.
Die Mobilvorrichtung gemäß Anspruch 11, weiterhin umfassend eine Batterie, welche eine Batteriespannung bereitstellt, wobei der Gleichspannungswandler dazu ausgelegt ist, die Vielzahl von geregelten Spannungen und die Gleichspannung auf der Basis einer Bereitstellung einer Gleichspannungswandlung der Batteriespannung zu erzeugen.
Die Mobilvorrichtung gemäß Anspruch 11, wobei der erste Filter zumindest eine Reiheninduktivität und zumindest einen Shuntkondensator sowie einen Gleichspannungssperrkondensator in Reihe zwischen der Modulatorausgangsspannung und der Leistungsverstärkerversorgungsspannung aufweist.
Die Mobilvorrichtung gemäß Anspruch 11, wobei der Einhüllendennachverfolger ferner eine steuerbare Verzögerungsschaltung aufweist, welche dazu ausgelegt ist, eine relative Verzögerung zwischen einem Wechselspannungspfad durch den ersten Filter und einem Gleichspannungspfad durch den zweiten Filter zu steuern.
Die Mobilvorrichtung gemäß Anspruch 15, wobei der Einhüllendennachverfolger ferner eine steuerbare Verzögerungsschaltung aufweist, welche dazu ausgelegt ist, eine relative Verzögerung zwischen einem Wechselspannungspfad durch den ersten Filter und einem Gleichspannungspfad durch den zweiten Filter zu steuern.
Ein Verfahren zur Einhüllendennachverfolgung, umfassend: Verstärken eines Hochfrequenzsignals mithilfe eines Leistungsverstärkers; Versorgen des Leistungsverstärkers mit Energie mithilfe einer Leistungsverstärkerversorgungsspannung; Ausgeben einer Vielzahl von geregelten Spannungen durch einen Gleichspannungswandler; Erzeugen einer Modulatorausgangsspannung auf der Basis der Vielzahl von geregelten Spannungen und einem der Einhüllenden des Hochfrequenzsignals entsprechenden Einhüllendensignal mithilfe eines Modulators; Steuern der Leistungsverstärkerversorgungsspannung mithilfe eines zwischen der Modulatorausgangsspannung und der Leistungsverstärkerversorgungsspannung angeordneten ersten Filters; und Steuern der Leistungsverstärkerversorgungsspannung mithilfe eines einer Gleichspannung und der Leistungsverstärkerversorgungsspannung angeordneten zweiten Filters.
Das Verfahren gemäß Anspruch 17, weiterhin umfassend ein Erzeugen der Gleichspannung mithilfe des Gleichspannungswandlers.
Das Verfahren gemäß Anspruch 17, weiterhin umfassend ein Bereitstellen einer Gleichspannungsblockierung mithilfe eines Gleichspannungssperrkondensators des ersten Filters.
Das Verfahren gemäß Anspruch 17, weiterhin umfassend ein Steuern einer relativen Verzögerung zwischen einem Wechselspannungspfad durch den Wechselspannungspfadfilter und einem Gleichspannungspfad durch den Gleichspannungspfadfilter mithilfe einer steuerbaren Verzögerungsschaltung.