TW201720052A - 具有可程式化負載線之功率放大系統 - Google Patents

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Abstract

本文中揭示功率放大(PA)系統，該等PA系統經組態以放大一信號，諸如一射頻信號。該PA系統包括經組態以放大在一信號輸入端處接收之一信號且在一信號輸出端處輸出該經放大信號的複數個功率放大器。該等功率放大器經組態以接收一供應電壓，該供應電壓為一電池電壓與一包絡追蹤信號之一組合。該PA系統包括一PA控制器，該PA控制器經組態以至少部分地基於該電池電壓或該等功率放大器之一功率輸出而控制該等功率放大器。該PA控制器可經組態以更改該PA系統之阻抗匹配組件以重組態該等功率放大器之一負載線。

Description

具有可程式化負載線之功率放大系統 相關申請案之交叉參考
本申請案主張2015年7月28日申請、題為「具有可程式化負載線之功率放大系統(POWER AMPLIFICATION SYSTEM WITH PROGRAMMABLE LOAD LINE)」的美國臨時申請案第62/198,044號之優先權，該臨時申請案之揭示內容在此明確地以全文引用之方式併入本文中。
本發明係關於經組態以放大信號以用於無線通信之功率放大系統。
功率放大系統可用以放大無線信號以用於傳輸。此等放大系統可使用供應電壓來供電。阻抗匹配電路可用以關於功率放大器匹配輸入及/或輸出阻抗以增大或最大化功率輸出。
根據許多實施，本發明係關於一種功率放大系統，其包括：並聯連接在一信號輸入端子與一信號輸出端子之間的複數個功率放大器，該複數個功率放大器中之每一者包括耦接至該信號輸入端子之一功率放大器輸入端子、耦接至該信號輸出端子之一功率放大器輸出端子及用於接收一啟用信號之一啟用端子。該系統亦包括一功率放大器 控制器，該功率放大器控制器經組態以基於該信號輸出端子處之一輸出阻抗而選擇性地提供一啟用信號至該複數個功率放大器中之一或多者。
在一些實施例中，該複數個功率放大器係由一供應電壓供電。在一些實施例中，該供應電壓未藉由一DC-DC轉換器調節。在一些實施例中，該供應電壓與一包絡追蹤信號組合以為該複數個放大器供電。在一些實施例中，該供應電壓及該包絡追蹤信號係藉由一LC組合器組合。在一些實施例中，該功率放大系統進一步包括安置於該LC組合器與該信號輸出端子之間的一阻斷電感器。在一些實施例中，該包絡追蹤信號係藉由一數位包絡信號之一數位至類比轉換產生。在一些實施例中，該數位包絡信號包括兩個或更多個同作數位信號。
在一些實施例中，該功率放大器控制器經進一步組態以基於該供應電壓而提供該啟用信號。在一些實施例中，該功率放大器控制器係由該供應電壓供電。
在一些實施例中，該功率放大器控制器經進一步組態以基於該信號輸出端子處之一輸出功率而提供該啟用信號。在一些實施例中，該功率放大器控制器經進一步組態以基於一目標輸出功率而提供該啟用信號。
在一些實施例中，該複數個功率放大器包括一或多個共射-共基放大器。在一些實施例中，該功率放大系統進一步包括安置於該信號輸入端子與該等功率放大器輸入端子之間的一輸入阻抗匹配組件。在一些實施例中，該功率放大系統進一步包括安置於該等功率放大器輸出端子與該信號輸出端子之間的一輸出阻抗匹配組件。
在許多實施中，本發明係關於一種射頻(RF)模組，其包括經組態以收納複數個組件之一封裝基板。該模組亦包括實施於該封裝基板上 之一功率放大系統，該功率放大系統包括並聯連接在一射頻(RF)輸入端子與一RF輸出端子之間的複數個功率放大器，該複數個功率放大器中之每一者包括耦接至該RF輸入端子之一功率放大器輸入端子、耦接至該RF輸出端子之一功率放大器輸出端子及用於接收一啟用信號之一啟用端子，該功率放大系統進一步包括一功率放大器控制器，該功率放大器控制器經組態以基於該RF輸出端子處之一輸出阻抗而選擇性地提供一啟用信號至該複數個功率放大器中之一或多者。
在一些實施例中，該模組進一步包括實施於該封裝基板上之一包絡追蹤器，該包絡追蹤器經組態以基於一接收之數位包絡信號而提供一包絡追蹤信號。在一些實施例中，該模組進一步包括實施於該封裝基板上之一LC組合器，該LC組合器經組態以組合一供應電壓與該包絡追蹤信號以為該複數個功率放大器供電。
根據一些實施，本發明係關於一種無線裝置，其包括：經組態以產生一射頻(RF)信號之一收發器。該裝置亦包括與該收發器通信之一前端模組(FEM)，該FEM包括經組態以收納複數個組件之一封裝基板，該FEM進一步包括實施於該封裝基板上之一功率放大系統，該功率放大系統包括並聯連接在一射頻(RF)輸入端子與一RF輸出端子之間的複數個功率放大器，該複數個功率放大器中之每一者包括耦接至該RF輸入端子之一功率放大器輸入端子、耦接至該RF輸出端子之一功率放大器輸出端子及用於接收一啟用信號之一啟用端子，該功率放大系統進一步包括一功率放大器控制器，該功率放大器控制器經組態以基於該RF輸出端子處之一輸出阻抗而選擇性地提供一啟用信號至該複數個功率放大器中之一或多者。該裝置亦包括與該FEM通信之一天線，該天線經組態以傳輸自該功率放大系統接收之該經放大RF信號。
在一些實施例中，該裝置進一步包括一耦合器，該耦合器經組 態以將該RF輸出端子處之該信號之一複本提供至該功率放大器控制器。
出於概述本發明之目的，本文中已描述本發明之某些態樣、優點以及新穎特徵。應理解，未必所有此等優點皆可根據任何特定實施例來實現。因此，可以達成或最佳化如本文中所教示之一個優點或優點之群組而未必達成如可在本文中教示或建議之其他優點之方式來體現或執行本發明。
100‧‧‧無線通信組態
110‧‧‧功率放大系統
111‧‧‧信號輸入端子
112‧‧‧信號輸出端子
114‧‧‧供電端子
120‧‧‧功率放大控制器
130a‧‧‧功率放大器
130b‧‧‧功率放大器
130c‧‧‧功率放大器
131a‧‧‧功率放大器輸入端子
131b‧‧‧功率放大器輸入端子
131c‧‧‧功率放大器輸入端子
132a‧‧‧功率放大器輸出端子
132b‧‧‧功率放大器輸出端子
132c‧‧‧功率放大器輸出端子
133a‧‧‧啟用端子
133b‧‧‧啟用端子
133c‧‧‧啟用端子
140‧‧‧天線
144‧‧‧耦合器
200‧‧‧無線通信組態
210‧‧‧功率放大系統
220‧‧‧功率放大控制器
230‧‧‧功率放大器
250‧‧‧包絡追蹤器
251‧‧‧電感器
252‧‧‧電容器
253‧‧‧匹配電感器
300‧‧‧無線通信組態
310‧‧‧射頻模組
311‧‧‧信號輸入端子
312‧‧‧信號輸出端子
313‧‧‧包絡端子
314‧‧‧供電端子
320‧‧‧功率放大控制器
330a‧‧‧共射-共基功率放大器
330b‧‧‧共射-共基功率放大器
330c‧‧‧共射-共基功率放大器
361‧‧‧輸入阻抗匹配組件/輸入匹配電路
362‧‧‧輸出阻抗匹配組件/輸出匹配電路
450‧‧‧包絡追蹤器
451‧‧‧第一電阻器
452‧‧‧第二電阻器
455‧‧‧RC電阻器
456‧‧‧RC電容器
459‧‧‧比較器
500‧‧‧處理射頻信號之方法
510‧‧‧區塊
520‧‧‧區塊
530‧‧‧區塊
600‧‧‧模組
602‧‧‧封裝基板
604‧‧‧FE-PMIC組件
606‧‧‧功率放大器組合件
608‧‧‧匹配組件
610‧‧‧多工器組合件
612‧‧‧天線開關模組(ASM)
614‧‧‧SMT裝置
652‧‧‧供應信號
654‧‧‧輸入信號
656‧‧‧輸入阻抗匹配電路
657‧‧‧匹配電感器
658‧‧‧放大器
659‧‧‧阻抗
660‧‧‧輸出阻抗匹配電路
662‧‧‧負載
664‧‧‧經放大信號
700‧‧‧無線裝置
702‧‧‧使用者介面
704‧‧‧記憶體
706‧‧‧功率管理組件
708‧‧‧基頻子系統
710‧‧‧收發器
714‧‧‧天線開關
716‧‧‧共用天線
720‧‧‧功率放大器
722‧‧‧輸出匹配電路
724‧‧‧雙訊器
732‧‧‧輸出匹配電路
734‧‧‧匹配控制器
744‧‧‧耦合器
746‧‧‧調諧器控制器
748‧‧‧天線調諧器
Idd‧‧‧供應電流
Iload‧‧‧負載上之電流
Pout‧‧‧目標輸出功率
RF_out‧‧‧經放大信號
Rload‧‧‧負載
Rlopt‧‧‧放大器之輸出端處之電阻
Vbatt‧‧‧供應電壓
Vdd‧‧‧供應電壓
Vkn‧‧‧膝節電壓
Vload‧‧‧負載上之電壓
圖1說明包括功率放大系統之實例無線通信組態，功率放大系統具有經組態以藉由功率放大控制器選擇性地啟用的複數個功率放大器。
圖2說明包括功率放大系統及包絡追蹤器之實例無線通信組態，功率放大系統由功率放大控制器動態地控制以增大效能。
圖3說明包括複數個共射-共基功率放大器之無線通信組態，複數個共射-共基功率放大器可基於輸出功率及/或供應電壓而由功率放大控制器控制。
圖4說明實例包絡追蹤器，其經組態以接收包絡信號作為兩位元數位信號。
圖5說明至少部分地基於輸出阻抗而處理RF信號之實例方法的流程圖表示。
圖6說明包括輸入及輸出阻抗匹配以動態地組態負載線之功率放大系統的示意性說明。
圖7說明可基於供應電壓、輸出功率及/或輸出阻抗進行程式化的實例負載線之曲線圖。
圖8A及圖8B說明使如本文中所描述之一或多個特徵可完全或部分地實施於模組中的功率放大系統。
圖9A及圖9B說明具有本文中所描述之一或多個有利特徵的實例無線裝置。
本文所提供之標題(若存在)僅為便利起見，且未必影響所主張發明之範疇或含義。
功率放大系統常常使用供應電壓(例如，來自電池)來供電。在一些實施中，來自電池之電壓經調節(例如，利用降壓式轉換器或升壓式轉換器)至固定值，以補償由於製造偏差、老化、溫度或其他效應引起的電池之電壓輸出中之變化。未能使用此調節器可導致功率放大器之壓縮特性的改變且使功率放大器之線性降級。然而，使用調節器增大系統之總成本。
本文中揭示電路、裝置及方法之各種實例，其可經組態以(尤其)解決與功率放大系統相關聯的前述挑戰。在如本文中所描述之一些實施中，功率放大系統係由供應電壓供電，供應電壓與包絡追蹤信號組合以提供動態升壓。在一些實施中，功率放大系統基於供應電壓、輸出功率位準及/或輸出阻抗而經組態有可程式化負載線。
圖1示意性地展示實例無線通信組態100，其包括耦接至天線140之功率放大(PA)系統110。PA系統110包括功率放大(PA)控制器120及並聯連接在信號輸入端子111與信號輸出端子112之間的複數個功率放大器130a至130c。在操作中，PA系統110在信號輸入端子111處接收信號(例如，射頻信號)且在信號輸出端子112處輸出該信號之放大版本。在某些實施方案中，該複數個功率放大器130a至130c可串聯連接或以多級放大組態配置。類似地，可使用不同數目個功率放大器，諸如兩個、四個、五個、六個、七個等。
該複數個功率放大器130a至130c中之每一者包括耦接至信號輸入端子111之功率放大器輸入端子131a至131c、耦接至信號輸出端子112 之功率放大器輸出端子132a至132c及用於接收啟用信號之啟用端子133a至133c。當啟用時，功率放大器130a至130c中之每一者在功率放大器輸出端子132a至132c處產生於功率放大器輸入端子131a至131c處所接收之信號的放大版本。在各種實施中，啟用信號可為使功率放大器130a至130c之一或多個電晶體偏壓的偏壓電壓、使信號輸入端子111與功率放大器輸入端子131a至131c之間或信號輸出端子112與功率放大器輸出端子132a至132c之間的一或多個開關閉合的切換信號，或任何其他種類之啟用(或停用)信號。
在一些實施中，功率放大器130a至130c中之每一者相同(例如，產生相同電流)。在一些實施中，功率放大器130a至130c不同(例如，產生不同量之電流)。舉例而言，每一功率放大器130a至130c可輸出兩倍於功率放大器130a至130c中之另一者的電流，從而以二進位方式提供多種電流輸出。
無線通信組態100進一步包括安置於信號輸出端子112與天線140之間的耦合器144。耦合器144提供經放大信號之複本至PA控制器120。基於輸出信號之此接收到複本，PA控制器120可判定信號輸出端子112處之輸出阻抗。在一些實施中，PA控制器120可另外(或替代地)判定信號輸出端子112處之輸出功率或PA系統110之電壓駐波率(Voltage Standing Wave Ratio，VSWR)。輸出阻抗可基於諸如以下各者之環境因素而改變：天線140周圍之空氣的濕度或溫度，接近天線140之物件、天線140之老化或其他因素。
基於輸出阻抗(及/或輸出功率)，PA控制器120判定啟用(或不啟用)複數個功率放大器130a至130c中之哪些功率放大器。因此，PA控制器120基於信號輸出端子112處之輸出阻抗(及/或輸出功率)而選擇性地提供啟用信號至複數個功率放大器130a至130c中之一或多者(經由啟用端子133a至133c)。
圖2展示，在一些實施例中，無線通信組態200可包括由供應電壓供電之PA系統210。無線通信組態200包括PA系統210，該PA系統包括連接在信號輸入端子111與信號輸出端子112之間的複數個功率放大器230。該等功率放大器230可包括並聯配置、串聯配置、經配置以具有多個放大級或此等配置之任何組合的複數個放大器。
該等功率放大器230係經由供電端子114由供應電壓(Vbatt)供電。在一些實施中(例如，如圖2中所示)，供應電壓未經DC-DC轉換器(諸如降壓式轉換器或升壓式轉換器)調節。然而，組合供應電壓與包絡追蹤信號以為該等功率放大器230供電。包絡追蹤器250接收指示待放大之信號之包絡的信號且產生包絡追蹤信號。供應電壓及包絡追蹤信號係用LC組合器組合，該LC組合器包括耦接於供應電壓與供電端子114之間的電感器251及耦接於包絡追蹤器250與供電端子114之間的電容器252。
PA系統210進一步包括PA控制器220，該PA控制器經組態以基於信號輸出端子112處之輸出阻抗而選擇性地提供啟用信號至該複數個功率放大器230中之一或多者。如上所述，輸出阻抗可基於自安置於信號輸出端子112與天線140之間的耦合器144接收之信號進行判定。
在一些實施中，PA控制器220經進一步組態以基於供應電壓而提供啟用信號。在一些實施中，PA控制器220係由供應電壓供電，且由此可判定供應電壓及其任何變化。在一些實施中，PA控制器220係由不同電壓供電且接收指示供應電壓之信號。在各種實施中，信號可為供應電壓、供應電壓之衰減版本、指示供應電壓高於抑或低於一臨限值的數位信號，或指示供應電壓超過臨限值之量的類比電壓。
在一些實施中，PA控制器220經進一步組態以基於信號輸出端子112處之輸出功率而提供啟用信號。如上所述，輸出功率可基於自安置於信號輸出端子112與天線140之間的耦合器144接收之信號進行判 定。在一些實施中，PA控制器220經進一步組態以基於自基頻控制器或其他組件接收之目標輸出功率(Pout)而提供啟用信號。
在一些實施中，回應於較高輸出阻抗，PA控制器220啟用較多的功率放大器230(或啟用輸出較大電流的功率放大器230之不同集合)。類似地，回應於較低輸出阻抗，PA控制器220啟用較少功率放大器230(或啟用輸出較小電流的功率放大器230之不同集合)。在一些實施中，若輸出功率低於目標輸出功率，則PA控制器220啟用較多功率放大器230(或啟用輸出較大電流的功率放大器230之不同集合)。類似地，若輸出功率高於目標輸出功率，則PA控制器220啟用較少功率放大器230(或啟用輸出較小電流的功率放大器230之不同集合)。
在一些實施中，回應於較低供應電壓，PA控制器220啟用較多功率放大器230(或啟用輸出較大電流的功率放大器230之不同集合)。類似地，回應於較高供應電壓，PA控制器220啟用較少功率放大器230(或啟用輸出較小電流的功率放大器230之不同集合)。
在許多實施例中，本發明提供經組態以放大信號(諸如射頻信號)之功率放大(PA)系統210。PA系統210包括信號輸入端111及信號輸出端112，以及耦接於信號輸入端111與信號輸出端112之間的複數個功率放大器230。功率放大器230經組態以放大在信號輸入端111處接收之信號且在信號輸出端112處輸出經放大信號。功率放大器230經組態以接收供應電壓，該供應電壓為電池電壓與包絡追蹤信號之組合。PA系統210包括PA控制器220，該PA控制器經組態以至少部分地基於電池電壓或功率放大器230之功率輸出來控制該等功率放大器230。PA控制器220經組態以自耦合器144接收指示信號輸出端112處之輸出信號的信號。該PA控制器經進一步組態以更改PA系統210之阻抗匹配組件以重組態該等功率放大器230之負載線。
圖3展示，在一些實施例中，無線通信組態300可包括複數個共 射-共基功率放大器330a至330c。無線通信組態300包括RF模組310，該RF模組包括並聯連接在RF模組310之信號輸入端子311與RF模組310之信號輸出端子312之間的複數個功率放大器330a至330c。
功率放大器330a至330c中之每一者為包括兩個電晶體之共射-共基功率放大器，第一電晶體之汲極耦接至第二電晶體之源極。功率放大器330a至330c中之每一者係經由RF模組310之供電端子314由供應電壓(Vbatt)供電。在一些實施中(例如，如圖3中所示)，供應電壓未經DC-DC轉換器(諸如降壓式轉換器或升壓式轉換器)調節。然而，組合供應電壓與包絡追蹤信號以為功率放大器330a至330c供電。包絡追蹤器250(例如，如下文關於圖4所描述)在RF模組310之一或多個包絡端子313處接收指示待放大之信號之包絡的信號，且產生包絡追蹤信號。
用LC組合器來組合供應電壓與包絡追蹤信號，該LC組合器包括耦接於供應電壓與LC節點之間的電感器251及耦接於包絡追蹤信號與LC節點之間的電容器252。匹配電感器253安置於LC節點與功率放大器330a至330c之間。詳言之，匹配電感器253安置於LC組合器與信號輸出端子312之間。LC組合器操作以組合供應電壓之恆定分量及包絡追蹤信號之可變分量。匹配電感器253操作以阻斷經放大信號(在輸出端子312處)傳播至RF模組310之包絡追蹤器250或其他組件。
與包絡追蹤信號組合之供應電壓用以藉由(經由匹配電感器253)將供應電壓饋送至該等共射-共基功率放大器中之每一者之第一電晶體的源極來為功率放大器330a至330c供電。
功率放大器330a至330c中之每一者(經由輸入阻抗匹配組件361)自RF模組310之信號輸入端子311接收待放大之信號，且(經由輸出阻抗匹配組件362)在RF模組310之信號輸出端子312處提供該信號之放大版本。因此，輸入阻抗匹配組件361安置於信號輸入端子311與該等功 率放大器輸入端子之間，且輸出阻抗匹配組件362安置於該等功率放大器輸出端子與信號輸出端子312之間。
待放大之信號經饋送至該等共射-共基功率放大器中之每一者之第二電晶體的閘極。儘管圖3中未示，但偏壓電壓亦可提供至該等共射-共基功率放大器中之每一者之第二電晶體的閘極。經放大信號係自(例如，藉由PA控制器320)經啟用之該等共射-共基功率放大器中之每一者之第一電晶體的源極輸出。該等共射-共基功率放大器係藉由將偏壓電壓提供至共射-共基功率放大器之第一電晶體的閘極而啟用。
無線通信組態300進一步包括PA控制器320，該PA控制器經組態以基於信號輸出端子312處之輸出阻抗而選擇性地提供啟用信號至複數個功率放大器330a至330c中之一或多者。如上所述，輸出阻抗可基於自安置於信號輸出端子312與天線140之間的耦合器144接收之信號進行判定。
在一些實施中，PA控制器320經進一步組態以基於供應電壓而提供啟用信號。在一些實施中，PA控制器320係由供應電壓供電，且由此可判定供應電壓及其任何變化。在一些實施中，PA控制器320係由不同電壓供電且接收指示供應電壓之信號。
在一些實施中，PA控制器320經進一步組態以基於信號輸出端子312處之輸出功率而提供啟用信號。如上所述，輸出功率可基於自安置於信號輸出端子312與天線140之間的耦合器144接收之信號進行判定。在一些實施中，PA控制器320經進一步組態以基於自基頻控制器或其他組件接收之目標輸出功率(Pout)而提供啟用信號。
儘管圖3將複數個功率放大器330a至330c說明為複數個共射-共基放大器，但在各種實施中，該等功率放大器可包括不同類型之功率放大器，諸如一或多個單電晶體放大器、一或多個多級放大器(例如， 包括驅動級及輸出級)、一或多個杜赫(Doherty)放大器，或其他類型之功率放大器。類似地，在複數個功率放大器330a至330c經配置為多級放大器之情況下，級間阻抗匹配可在級之間實施，在功能上類似於輸入端匹配電路361及輸出匹配電路362。
圖4展示，在一些實施例中，包絡追蹤器450可接收包絡信號作為兩位元數位信號。包絡追蹤器450經由第一電阻器451接收第一一位元數位信號且經由第二電阻器452接收第二一位元數位信號。第二電阻器452的電阻可為第一電阻器451的電阻的兩倍。在一些實施中，包絡信號為經由單一端子接收之一位元信號，或經由三個或更多端子接收之三位元或更多位元之信號。因此，藉由包絡追蹤器接收之數位包絡信號可包括兩個或更多個同作數位信號。
該等數位包絡信號經饋送至比較器459以實行數位至類比轉換。比較器459之輸出係經由包括並聯連接之RC電阻器455及RC電容器456的低通RC濾波器回饋至輸入端。比較器459之輸出提供包絡追蹤信號，其可與供應電壓組合(例如，經由LC組合器)以如上所述地為複數個功率放大器供電。因此，該包絡追蹤信號係藉由一數位包絡信號之一數位至類比轉換產生。
圖5展示處理RF信號之方法500的流程圖表示。在一些實施中(且如下文詳述為一實例)，方法500至少部分地由PA控制器(諸如圖3之PA控制器320)執行。在一些實施中，方法500至少部分地由處理邏輯(其包括硬體、韌體、軟體或其一組合)執行。在一些實施中，方法500至少部分地由處理器執行，該處理器執行儲存於非暫時性電腦可讀媒體(例如，記憶體)中之程式碼。
方法500在區塊510開始，其中PA控制器判定輸出阻抗。在一些實施中，PA控制器基於經由耦合器接收的RF輸出信號之複本而判定輸出阻抗。在一些實施中，PA控制器進一步判定輸出功率及/或 VSWR。
在區塊520，PA控制器基於輸出阻抗而判定要啟用的複數個功率放大器之一子集。該複數個功率放大器之該子集可包括該複數個功率放大器中之一者、兩者或全部。在一些實施中，回應於較高輸出阻抗，PA控制器啟用較多功率放大器(或啟用功率放大器之不同子集以示出較大電流)。類似地，回應於較低輸出阻抗，PA控制器啟用較少功率放大器(或啟用功率放大器之不同子集以輸出較小電流)。
在區塊530，PA控制器啟用該複數個功率放大器之該子集。在一些實施中，PA控制器藉由提供偏壓電壓至該子集中之每一者的偏壓端子而啟用該複數個放大器之該子集中之每一者。
圖6說明功率放大(PA)系統之示意性說明，功率放大系統包括輸入及輸出阻抗匹配以動態地組態負載線。PA系統可類似於本文中參看圖1至圖3所描述之PA系統。PA系統經組態以接收輸入信號654(例如，RF信號)且提供該信號至主動式裝置，諸如放大器658(例如，一或多個電晶體)。PA系統之輸入係經由輸入阻抗匹配電路656耦接至放大器658。放大器658可經由組件659耦接至接地或接地電位，組件659經組態以提供至接地的接近零阻抗，以增大放大程序之效率。
PA系統包括可隨時間變化之供應電壓Vdd，諸如供應信號652。如本文中所更詳細描述，供應信號652可為來自電池之電壓與包絡追蹤信號之組合。相應地，供應信號652即時變化，從而導致通過匹配電感器657至放大器658之變化電流Idd改變的供應電壓Vdd及/或供應電流Idd可導致放大器658之負載線之特性的改變。
PA系統包括輸出阻抗匹配電路660，其經組態以在放大器658之輸出端處提供匹配或目標阻抗及/或提供負載662(例如，Rload)之目標阻抗。在一些實施中，輸出阻抗匹配電路660經控制以提供目標阻抗，從而在放大器之輸出Rlopt處提供目標電阻。可進行此控制以達 成來自放大器之更大功率輸出。PA系統輸出經放大信號664(例如RF_out)，其具有負載662上之電壓Vload及負載662上之電流Iload。
在一些實施例中，PA系統包括控制器，諸如本文中參看圖2至圖4及圖8A至圖9B所描述之控制器。控制器經組態以修改輸出阻抗以提供用於放大器之可程式化負載線。舉例而言，PA系統可經組態以基於供應電壓(例如，由電池或其他電源提供之電壓)及/或電壓駐波率(VSWR)而重組態至放大器658之負載線，以增大或最大化放大器658之效率。在一些實施例中，PA系統修改輸出阻抗匹配電路660以導致用於放大器658之目標負載線。在一些實施例中，PA系統修改至放大器之電流以達成用於放大器658之目標負載線。在某些實施方案中，使用電池而非DC至DC轉換器之PA系統可更有效地執行可程式化或可組態負載線或經由使用可程式化或可組態負載線以其他方式改良效能，如本文中所描述。舉例而言，圖9B說明無線裝置之實例實施，該無線裝置包括經組態以重組態至放大器之負載線之一或多個組件。
圖7說明可基於供應電壓、輸出功率及/或輸出阻抗進行程式化的實例負載線之曲線圖。如參看圖6所描述，至放大器之供應電壓可隨時間變化。可執行至放大器之電流的修改以達成目標或所要之效能特性。包括於圖7中之負載線1至3中之每一者表示負載線之不同斜率，該等斜率係基於不同電壓及不同電流，斜率與放大器之輸出端處之電阻(例如，Rlopt)相關。至少部分地由於至放大器之電壓及/或電流經組態以改變，PA系統可經組態以改變負載線以達成相對於具有不可程式化或不可重組態之負載線之PA系統的效能改良(例如，更大效率)。
圖7中之曲線圖亦說明膝形區中之膝節電壓Vkn，其可在判定目標輸出功率時使用。舉例而言，最大輸出功率P_out-max可使用下式進行計算，其中Vkn為膝節電壓，Vdd為供應電壓，且Rlopt為放大器 之輸出端處之電阻。
圖8A及圖8B展示，在一些實施例中，功率放大組態(例如，圖1至圖3中所示之功率放大組態)中的一些或全部可完全或部分地實施於模組中。此模組可為(例如)前端模組(FEM)。在圖8A及圖8B之實例中，模組600可包括封裝基板602及可安裝於此封裝基板602上之數個組件。舉例而言，FE-PMIC組件604、功率放大器組合件606(其包括控制器220，PA控制器之實例在本文中參看圖1至圖3、圖9A及圖9B進行描述)、匹配組件608及多工器組合件610可安裝於及/或實施於封裝基板602上及/或內。諸如數個SMT裝置614及天線開關模組(ASM)612之其他組件亦可安裝於封裝基板602上。儘管所有各種組件經描繪為佈置於封裝基板602上，但應理解，一些組件可實施於其他組件上方。
在一些實施例中，如圖8B中所說明，功率放大器組合件606包括包絡追蹤器250，包絡追蹤器之實例在本文中參看圖2至圖4進行描述。
在一些實施中，具有本文中所描述之一或多個特徵之裝置及/或電路可包括於諸如無線裝置之RF電子裝置中。可在無線裝置中，以如本文中所描述之模組形式或以其某一組合直接實施此裝置及/或電路。在一些實施例中，此無線裝置可包括(例如)蜂巢式電話、智慧型電話、具有或不具有電話功能性之手持式無線裝置、無線平板電腦等。
圖9A及圖9B描繪具有本文中所描述之一或多個有利特徵之實例無線裝置700。在具有如本文中所描述之一或多個特徵之模組的上下文中，此模組大體上可藉由虛線框600描繪，且可實施為(例如)前端 模組(FEM)。
參看圖9，功率放大器(PA)720可自收發器710接收其各自RF信號且處理所接收信號，收發器可以已知方式組態及操作以產生待放大及傳輸之RF信號。收發器710經展示為與基頻子系統708互動，該基頻子系統經組態以提供適於使用者之資料及/或語音信號與適於收發器710之RF信號之間的轉換。收發器710亦可與經組態以管理無線裝置700之操作之功率的功率管理組件706通信。此功率管理亦可控制基頻子系統708及模組600之操作。
基頻子系統708經展示為連接至使用者介面702，以有助於提供至使用者及自使用者接收的語音及/或資料之各種輸入及輸出。基頻子系統708亦可連接至記憶體704，其經組態以儲存資料及/或指令以促進無線裝置之操作，及/或為使用者提供資訊之儲存。
在實例無線裝置700中，PA 720之輸出經展示為匹配的(經由各別輸出匹配電路722)且經路由至該等PA之各別雙訊器724。此等經放大且經濾波信號可經由天線開關714路由至天線716(或多個天線)以供傳輸。在一些實施例中，雙訊器724可允許使用共用天線(例如，716)同時執行傳輸操作及接收操作。在圖9A及圖9B中，所接收信號經展示為經路由至可包括(例如)低雜訊放大器(LNA)之「Rx」路徑(未圖示)。
無線裝置700包括功率放大(PA)控制器220，其經組態以選擇性地控制PA 720以增大效能。PA控制器220可經組態以(例如)至少部分地基於供應電壓、功率輸出及/或輸出阻抗(例如，輸出匹配電路722之阻抗)而修改負載線。PA控制器之另外細節及實例在本文中將參看圖1至圖3及圖8A至圖8B進行描述。
圖9B說明無線裝置700之實例實施，其包括功率放大控制器220、匹配控制器734及調諧器控制器746。在一些實施例中，功率放 大控制器220、匹配控制器734及調諧器控制器746中之一或多者可實施於單一控制器(例如，PA控制器220)中。如本文中別處所描述，PA控制器220、匹配控制器734及/或調諧器控制器746可接收來自耦合器744、來自電力或電壓供應之信號，及/或指示輸出阻抗及/或輸出功率之其他信號。
PA控制器220經組態以選擇性地啟用及/或停用個別功率放大器720。匹配控制器734經組態以控制輸出匹配電路732之阻抗。如所說明，每一輸出匹配電路732包括電感式組件及兩個可變電容組件。在一些實施例中，匹配控制器734控制個別輸出匹配電路732之電容，以提供目標輸出電阻(例如，本文中參看圖6及圖7所描述之Rlopt)。然而，輸出匹配電路732可不同於所說明組態而組態。類似地，個別輸出匹配電路732可彼此不同且不必彼此相同。
調諧器控制器746經組態以控制耦接至天線716之天線調諧器748。如所說明，天線調諧器748經組態有兩個可變電容組件及電感式組件。在某些實施例中，調諧器控制器746經組態以控制可變電容組件之電容以調諧至天線716之輸出。調諧器控制器746可接收來自耦合器744的與自ASM 714輸出之信號相關的信號。調諧器控制器746可經組態以至少部分地基於由耦合器744提供之信號而組態天線調諧器748。
許多其他無線裝置組態可利用本文中所描述之一或多個特徵。舉例而言，無線裝置無需為多頻帶裝置。在另一實例中，無線裝置可包括諸如分集天線之額外天線，及諸如Wi-Fi、藍芽及GPS之額外連接性特徵。
除非上下文另外明確要求，否則貫穿說明書及申請專利範圍，詞「包含」及其類似者應以包括性意義解釋，而非排他性或窮盡性意義；換言之，呈「包括(但不限於)」之意義。如本文中一般所使用， 詞「耦接」指可直接連接或藉助於一或多個中間元件連接之兩個或更多個元件。另外，當用於本申請案中時，詞「本文中」、「上文」、「下文」及類似意義之詞應指本申請案整體而非本申請案之任何特定部分。在上下文准許之情況下，使用單數或複數數目進行之上述【實施方式】中之詞亦可分別包括複數或單數數目。涉及兩個或更多個項目之清單之詞「或」，該詞涵蓋所有以下該詞之解釋：清單中之項目中之任一者、清單中之所有項目及清單中之項目之任何組合。
本發明之實施例之以上詳細描述並不意欲為窮盡的或將本發明限於上文所揭示之精確形式。熟習相關技術者將認識到，雖然上文出於說明之目的描述本發明之特定實施例及實例，但在本發明之範疇內各種等效修改係有可能的。舉例而言，雖然以給定次序呈現程序或區塊，但替代實施例可以不同次序執行具有步驟之常式，或採用具有區塊之系統，且可刪除、移動、添加、次分、組合及/或修改一些程序或區塊。此等程序或區塊中之每一者可以多種不同方式實施。此外，雖然程序或區塊有時顯示為連續執行，但此等程序或區塊可替代地同時執行，或可在不同時間執行。
本文中所提供的本發明之教示可應用於其他系統，未必為上文所描述之系統。上文所描述之各種實施例的元件及動作可組合以提供其他實施例。
雖然已描述本發明之一些實施例，但此等實施例僅藉助於實例呈現，且並不意欲限制本發明之範疇。實際上，本文中所描述之新穎方法及系統可以多種其他形式實施；此外，在不背離本發明精神之情況下，可對本文中所描述之方法及系統的形式進行各種省略、替代及改變。隨附申請專利範圍及其等效物意欲涵蓋將屬於本發明之範疇及精神內的此等形式或修改。
111‧‧‧信號輸入端子
112‧‧‧信號輸出端子
114‧‧‧供電端子
140‧‧‧天線
144‧‧‧耦合器
200‧‧‧無線通信組態
210‧‧‧功率放大系統
220‧‧‧功率放大控制器
230‧‧‧功率放大器
250‧‧‧包絡追蹤器
251‧‧‧電感器
252‧‧‧電容器
Pout‧‧‧目標輸出功率
Vbatt‧‧‧供應電壓

Claims (20)

  1. 一種功率放大系統，其包含：並聯連接在一信號輸入端子與一信號輸出端子之間的複數個功率放大器，該複數個功率放大器中之每一者包括耦接至該信號輸入端子之一功率放大器輸入端子、耦接至該信號輸出端子之一功率放大器輸出端子及用於接收一啟用信號之一啟用端子；及一功率放大器控制器，該功率放大器控制器經組態以基於該信號輸出端子處之一輸出阻抗而選擇性地提供一啟用信號至該複數個功率放大器中之一或多者。
  2. 如請求項1之功率放大系統，其中該複數個功率放大器係由一供應電壓供電。
  3. 如請求項2之功率放大系統，其中該供應電壓未藉由一DC-DC轉換器調節。
  4. 如請求項2之功率放大系統，其中該供應電壓與一包絡追蹤信號組合以為該複數個放大器供電。
  5. 如請求項4之功率放大系統，其中該供應電壓及該包絡追蹤信號係藉由一LC組合器組合。
  6. 如請求項5之功率放大系統，其進一步包含安置於該LC組合器與該信號輸出端子之間的一阻斷電感器。
  7. 如請求項4之功率放大系統，其中該包絡追蹤信號係藉由一數位包絡信號之一數位至類比轉換產生。
  8. 如請求項7之功率放大系統，其中該數位包絡信號包括兩個或更多個同作數位信號。
  9. 如請求項2之功率放大系統，其中該功率放大器控制器經進一步 組態以基於該供應電壓而提供該啟用信號。
  10. 如請求項2之功率放大系統，其中該功率放大器控制器係由該供應電壓供電。
  11. 如請求項1之功率放大系統，其中該功率放大器控制器經進一步組態以基於該信號輸出端子處之一輸出功率而提供該啟用信號。
  12. 如請求項11之功率放大系統，其中該功率放大器控制器經進一步組態以基於一目標輸出功率而提供該啟用信號。
  13. 如請求項1之功率放大系統，其中該複數個功率放大器包括一或多個共射-共基放大器。
  14. 如請求項1之功率放大系統，其進一步包含安置於該信號輸入端子與該等功率放大器輸入端子之間的一輸入阻抗匹配組件。
  15. 如請求項1之功率放大系統，其進一步包含安置於該等功率放大器輸出端子與該信號輸出端子之間的一輸出阻抗匹配組件。
  16. 一種射頻(RF)模組，其包含：經組態以收納複數個組件之一封裝基板；及實施於該封裝基板上之一功率放大系統，該功率放大系統包括並聯連接在一射頻(RF)輸入端子與一RF輸出端子之間的複數個功率放大器，該複數個功率放大器中之每一者包括耦接至該RF輸入端子之一功率放大器輸入端子、耦接至該RF輸出端子之一功率放大器輸出端子及用於接收一啟用信號之一啟用端子，該功率放大系統進一步包括一功率放大器控制器，該功率放大器控制器經組態以基於該RF輸出端子處之一輸出阻抗而選擇性地提供一啟用信號至該複數個功率放大器中之一或多者。
  17. 如請求項16之RF模組，其進一步包含實施於該封裝基板上之一包絡追蹤器，該包絡追蹤器經組態以基於一接收之數位包絡信 號而提供一包絡追蹤信號。
  18. 如請求項16之RF模組，其進一步包含實施於該封裝基板上之一LC組合器，該LC組合器經組態以組合一供應電壓與該包絡追蹤信號以為該複數個功率放大器供電。
  19. 一種無線裝置，其包含：經組態以產生一射頻(RF)信號之一收發器；與該收發器通信之一前端模組(FEM)，該FEM包括經組態以收納複數個組件之一封裝基板，該FEM進一步包括實施於該封裝基板上之一功率放大系統，該功率放大系統包括並聯連接在一射頻(RF)輸入端子與一RF輸出端子之間的複數個功率放大器，該複數個功率放大器中之每一者包括耦接至該RF輸入端子之一功率放大器輸入端子、耦接至該RF輸出端子之一功率放大器輸出端子及用於接收一啟用信號之一啟用端子，該功率放大系統進一步包括一功率放大器控制器，該功率放大器控制器經組態以基於該RF輸出端子處之一輸出阻抗而選擇性地提供一啟用信號至該複數個功率放大器中之一或多者；及與該FEM通信之一天線，該天線經組態以傳輸自該功率放大系統接收之該經放大RF信號。
  20. 如請求項19之無線裝置，其進一步包含一耦合器，該耦合器經組態以將該RF輸出端子處之該信號之一複本提供至該功率放大器控制器。
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