TW202249421A - 負載調變的功率放大器 - Google Patents

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菲利浦 約翰 勒托拉
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Abstract

本發明提供用於負載調變之功率放大器之設備及方法。在特定實施例中，一種負載調變之功率放大器系統包含：一功率放大器，其在一輸入處接收一射頻信號且在一輸出處提供一經放大射頻信號；及一可控負載阻抗，其耦合至該功率放大器之該輸出。該可控負載阻抗接收相對於該射頻信號之一包絡改變之一包絡信號，且該包絡信號可操作以控制該可控負載阻抗之一阻抗調變該功率放大器之該輸出處之一負載。

Description

負載調變的功率放大器
本發明之實施例係關於電子系統，且特定言之，本發明之實施例係關於射頻(RF)電子器件。
功率放大器在RF通信系統中用於放大RF信號用於經由天線傳輸。
具有一或多個功率放大器之RF通信系統之實例包含(但不限於)行動電話、平板電腦、基地台、網路存取點、客戶端設備(CPE)、膝上型電腦及可穿戴電子器件。例如，在使用一蜂巢式標準、一無線區域網路(WLAN)標準及/或任何其他適合通信標準通信之無線裝置中，一功率放大器可用於RF信號放大。RF信號具有在自約30 kHz至約300 GHz之範圍內之一頻率，例如在第五代(5G)通信標準之頻率範圍1 (FR1)之約400 MHz至約7.125 GHz之範圍內或在5G通信標準之頻率範圍2 (FR2)之約24.250 GHz至約71.000 GHz之範圍內。
在特定實施例中，本發明係關於一種行動裝置。該行動裝置包括：一收發器，其經組態以產生一射頻信號及相對於該射頻信號之一包絡改變之一包絡信號；及一前端系統，其包含經組態以放大該射頻信號之一負載調變之功率放大器。該負載調變之功率放大器包含經組態以在一輸入處接收該射頻信號且在一輸出處提供一經放大射頻信號之一功率放大器及耦合至該功率放大器之該輸出之一可控負載阻抗。該包絡信號可操作以控制該可控負載阻抗之一阻抗調變該功率放大器之該輸出處之一負載。
在各種實施例中，該收發器包含經組態以基於校準資料對該包絡信號進行整形之一整形電路。根據數個實施例，該整形電路可操作以將一平坦增益對輸入功率特性提供至該功率放大器。
在若干實施例中，該可控負載阻抗包含由該包絡信號控制之一可控電容器及具有耦合至該功率放大器之該輸出之一第一繞組及耦合至該可控電容器之一第二繞組之一輸出換衡器。根據數個實施例，該功率放大器包含一輸入換衡器及耦合於該輸入換衡器與該輸出換衡器之間的一對放大器。根據各種實施例，該第二繞組包含輸出該經放大射頻信號之一第一端子及耦合至該可控電容器之一第二端子。根據一些實施例，該可控電容器包含一雙極電晶體及耦合至該雙極電晶體之一集電極之一負載電容器，該包絡信號可操作以控制該雙極電晶體之一基極。根據數個實施例，該可控負載阻抗包含一電感器及具有由該包絡信號控制之一電容之一可控電容器之一串聯組合。
在各種實施例中，該行動裝置進一步包含可操作以傳輸該經放大射頻信號之一天線。
在特定實施例中，本發明係關於一種負載調變之功率放大器系統。該負載調變之功率放大器系統包含經組態以在一輸入處接收一射頻信號且在一輸出處提供一經放大射頻信號之一功率放大器。該負載調變之功率放大器系統進一步包含耦合至該功率放大器之該輸出且經組態以接收相對於該射頻信號之一包絡改變之一包絡信號之一可控負載阻抗。該包絡信號可操作以控制該可控負載阻抗之一阻抗調變該功率放大器之該輸出處之一負載。
在若干實施例中，該可控負載阻抗包含由該包絡信號控制之一可控電容器及具有耦合至該功率放大器之該輸出之一第一繞組及耦合至該可控電容器之一第二繞組之一輸出換衡器。根據數個實施例，該功率放大器包含一輸入換衡器及耦合於該輸入換衡器與該輸出換衡器之間的一對放大器。根據各種實施例，該第二繞組包含輸出該經放大射頻信號之一第一端子及耦合至該可控電容器之一第二端子。根據一些實施例，該可控電容器包含一雙極電晶體及耦合至該雙極電晶體之一集電極之一負載電容器，該包絡信號可操作以控制該雙極電晶體之一基極。
在各種實施例中，該可控負載阻抗包含一電感器及具有由該包絡信號控制之一電容之一可控電容器之一串聯組合。
在特定實施例中，本發明係關於一種在一行動裝置中放大之方法。該方法包含使用一收發器產生一射頻信號及相對於該射頻信號之一包絡改變之一包絡信號。該方法進一步包含使用一功率放大器放大該射頻信號，其包含在該功率放大器之一輸入處接收該射頻信號及在該功率放大器之一輸出處提供一經放大射頻信號。該方法進一步包含藉由使用該包絡信號控制耦合至該功率放大器之該輸出之一可控負載阻抗之一阻抗來調變該功率放大器之一負載。
在各種實施例中，該方法進一步包含藉由基於校準資料對該包絡信號進行整形來校準該功率放大器。根據數個實施例，校準該功率放大器包含提供一平坦增益對輸入功率特性。
在若干實施例中，調變該功率放大器之該負載包含控制耦合至一輸出換衡器之一可控電容器之一電容。根據數個實施例，該方法進一步包含將該經放大射頻信號提供至該輸出換衡器之一第一繞組，該可控電容器耦合至該輸出換衡器之一第二繞組。
特定實施例之以下詳細描述呈現特定實施例之各種描述。然而，本文中所描述之創新可依各種不同方式體現，例如，如由申請專利範圍所界定及涵蓋。在本描述中，參考圖式，其中相同元件符號可指示相同或功能類似元件。應理解，圖中所繪示之元件未必按比例繪製。此外，應理解，特定實施例可包含比一圖式中所繪示之元件更多之元件及/或一圖式中所繪示之元件之一子集。此外，一些實施例可併入來自兩個或更多個圖式之特徵之任何適合組合。
本文中提供負載調變之功率放大器。在特定實施例中，一種負載調變之功率放大器包含放大一射頻(RF)輸入信號之一功率放大器及耦合至功率放大器之一輸出之一負載阻抗。負載阻抗基於RF輸入信號之一包絡來控制以將負載調變提供至功率放大器之輸出。依此方式提供負載阻抗調變在一寬動態範圍內提供高效率。
在特定實施方案中，負載阻抗包含一輸出換衡器，其包含彼此電磁耦合之一第一繞組及一第二繞組。另外，功率放大器之輸出耦合至第一繞組之一第一端子(或在一推挽組態中，輸出耦合至第一繞組之兩個端子)，而一經放大RF信號自第二繞組之一第一端子輸出。負載阻抗進一步包含耦合至第二繞組之一第二端子且具有由RF信號之包絡控制之一電容之一可控電容器。
因此，負載調變可藉由掃描換衡器之次級埠上之一終端電容器之一阻抗來執行。在特定實施方案中，終端電容器由來自一收發器之一類比包絡控制信號控制，類比包絡控制信號可經校準以達成所要增益及/或效率特性，諸如iso增益。
在特定實施方案中，負載阻抗包含具有耦合至一電容器之一集電極及由包絡信號控制之一基極之一異質接面雙極電晶體(HBT)開關。另外，HBT開關操作為一可變電阻器，其中在開關打開時達成最高負載線且其中在開關閉合時以最高包絡電壓位準達成最低負載線。在此一組態中，在最高負載線處達成最低損耗，其有益於一高峰均功率比(PAPR)波形(諸如用於5G通信中之PAPR波形)之調變效率。
與其中一包絡追蹤器基於一包絡信號控制功率放大器之一供應電壓之功率放大器相比，負載調變之功率放大器具有基於包絡信號控制之一負載阻抗。依此方式提供負載調變提供比包絡追蹤放大器更簡單之更高效率功率放大器，同時利用電路系統來產生及校準包絡信號用於所要效能。
例如，一負載調變之功率放大器可由一高效率DC轉DC轉換器供電，例如，一電源管理單元(PMU)以93%或更高之一效率操作。例如，此一PMU可在5.5 V+2.5 V至3.0 V內使用平均功率追蹤(APT)操作(歸因於非零膝點電壓，功率放大器效率可在更高供應電壓處更佳)。相比而言，一包絡追蹤系統可僅具有80%效率，其中供應電壓約為2.5 V至3.0 V (歸因於非零膝點電壓，功率放大器效率可在較低供應電壓處更差)。一PMU在本文中亦指稱一電源管理積體電路(PMIC)。
負載調變之功率放大器可包含於各種RF通信系統中，包含(但不限於)基地台、網路存取點、行動電話、平板電腦、客戶端設備(CPE)、膝上型電腦、電腦、可穿戴電子器件及/或其他通信裝置。
圖1係一負載調變之功率放大器10之一個實施例之一示意圖。負載調變之功率放大器10包含一功率放大器5及一可控負載阻抗6。負載調變之功率放大器10放大一RF輸入信號RF IN以產生一RF輸出信號RF OUT。
負載調變之功率放大器10接收相對於RF輸入信號RF IN之一包絡改變之一包絡信號ENV。包絡信號ENV用於控制可控負載阻抗6之一阻抗。例如，在此實施例中，可控負載阻抗6包含一電感器8及一可控電容器7之一串聯組合，且包絡信號ENV用於控制可控電容器7之一電容。儘管描述一可控負載阻抗之一個實例，但本文中之教示可應用於可控負載阻抗之其他實施方案。
圖2係一負載調變之功率放大器20之另一實施例之一示意圖。圖2之負載調變之功率放大器20類似於圖1之負載調變之功率放大器10，只是圖2之負載調變之功率放大器20包含一可控負載阻抗16之一不同實施方案。
特定言之，可控負載阻抗16包含一換衡器18及一可控電容器7。功率放大器5之一輸出驅動換衡器18之一第一繞組。另外，換衡器18之一第二繞組之一第一端子輸出RF輸出信號RF OUT，而第二繞組之一第二端子耦合至可控電容器7。可控電容器7由包絡信號ENV控制。
改變可控電容器7之一值有效地使第二繞組之一些電感諧振，藉此有效地改變換衡器18之一匝數比。
圖3係一負載調變之功率放大器系統40之一個實施例之一示意圖。負載調變之功率放大器系統40包含一負載調變之功率放大器25、一頻帶切換及調諧電路26及一天線3。
在所繪示之實施例中，負載調變之功率放大器25包含一驅動放大器31、一輸入換衡器32、一第一輸出放大器33、一第二輸出放大器34及包含一輸出換衡器18及一可控電容器7之一可控負載阻抗16。
在此實施例中，負載調變之功率放大器25經實施為一推挽放大器。另外，第一輸出放大器33之一輸出連接至換衡器18之一第一繞組之一第一端子，而第二輸出放大器34之一輸出連接至換衡器18之第一繞組之一第二端子。
圖4A係一負載調變之功率放大器系統110之另一實施例之一示意圖。負載調變之功率放大器系統110包含一輸出換衡器18、一功率放大器晶粒101、一開關晶粒102、一包絡產生器晶粒103及一驅動器晶粒104。功率放大器晶粒101包含一驅動放大器31、一輸入換衡器32、一第一輸出放大器33、一第二輸出放大器34及一可控電容器7。開關晶粒102包含一電容器107及一開關108。此外，包絡產生器晶粒103包含用於對提供至驅動器晶粒104之一差動包絡信號ENV DIFF進行整形之一整形電路105。驅動器晶粒104包含用於接收差動包絡信號ENV DIFF且輸出一包絡控制信號ENV用於控制可控電容器7之一放大器106。
負載調變之功率放大器系統110可使用系統級校準來操作以將用於可控電容器7之包絡控制信號對準及整形至由推挽放大器放大之RF輸入信號。
圖4B係一負載調變之功率放大器系統120之另一實施例之一示意圖。負載調變之功率放大器系統120包含一輸出換衡器18、一功率放大器晶粒111、一開關晶粒112、一包絡產生器晶粒103及一驅動器晶粒104。
圖4B之負載調變之功率放大器系統120類似於圖4A之負載調變之功率放大器系統110，只是負載調變之功率放大器系統120繪示其中可控電容器7位於開關晶粒112上之一實施方案。由於開關晶粒112通常使用一絕緣體上矽(SOI)程序實施且功率放大器晶粒111使用一化合物半導體程序(例如GaAs)實施，因此將可控電容器7放置於開關晶粒112上有助於提供一高品質因數(Q因數)電容器。
圖5A係用於一負載調變之功率放大器之一可控電容器210之一個實施例之一示意圖。可控電容器210包含一雙極電晶體201 (例如一異質接面雙極電晶體或HBT)、一基極電阻器202、一基極電容器203及一負載電容器204。雙極電晶體201之基極由一包絡信號ENV (透過基極電阻器202自一包絡追蹤器接收)控制，而雙極電晶體201之一射極接地。負載電容器204耦合於雙極電晶體201之一集電極與用於負載一功率放大器之一負載端子LD之間(例如，藉由用作由功率放大器驅動之一輸出換衡器之一終端電容器)。基極電容器203連接於雙極電晶體201之基極與接地之間。
雙極電晶體201操作為一可變電阻器，其中在包絡信號ENV為低時達成最高負載線且其中在包絡信號ENV為高時達成最低負載線。在最高負載線處達成最低損耗，其有益於一高PAPR波形之調變效率。
圖5B係用於一負載調變之功率放大器之一可控電容器220之另一實施例之一示意圖。可控電容器220包含彼此並聯連接於一負載端子LD (用於負載一功率放大器)與接地之間的複數個可控電容器單元211a、211b、211c、…211n。
如圖5B中展示，可控電容器單元211a包含一雙極電晶體201a、一基極電阻器202a、一基極電容器203a、一負載電容器204a、一箝位二極體205a及一箝位電阻器206a。雙極電晶體201a之基極由透過基極電阻器202a接收之一包絡信號ENV控制，而雙極電晶體201a之一射極接地。負載電容器204a耦合於雙極電晶體201a之一集電極與負載端子LD之間。基極電容器203a連接於雙極電晶體201a之基極與接地之間。另外，箝位二極體205a及箝位電阻器206a串聯連接於雙極電晶體201a之基極與接地之間，其中電容器203a與箝位二極體205a及箝位電阻器206a之串聯組合並聯。
繼續參考圖5B，可控電容器單元211b包含一雙極電晶體201b、一基極電阻器202b、一基極電容器203b、一負載電容器204b、一箝位二極體205b、一箝位電阻器206b、一二極體偏壓電阻器207b及一肖特基(Schottky)二極體208b1。另外，可控電容器單元211c包含一雙極電晶體201c、一基極電阻器202c、一基極電容器203c、一負載電容器204c、一箝位二極體205c、一箝位電阻器206c、一二極體偏壓電阻器207c及肖特基二極體208c1及208c2。此外，可控電容單元211n包含一雙極電晶體201n、一基極電阻器202n、一基極電容器203n、一負載電容器204n、一箝位二極體205n、一箝位電阻器206n、一二極體偏壓電阻器207n及肖特基二極體208n1、208n2、…208nm。
儘管描繪四個可控電容器單元，但可包含任何數目個可控電容器單元。如圖5B中展示，與先前可控電容器相比，各額外可控電容器單元包含一額外肖特基二極體。
圖6係用於一負載調變之功率放大器之集電極阻抗對控制電壓之一史密斯圖之一個實例。在此實例中，當包絡控制電壓(VCTRL)自0.7 V變為2.1 V時，負載阻抗達成一2x以上變化(加倍)。
圖7係用於一負載調變之功率放大器之增益對輸出功率圖之一個實例之一曲線圖。
圖8係用於一負載調變之功率放大器之功率附加效率(PAE)對輸出功率圖之一個實例之一曲線圖。
參考圖7及圖8，曲線圖與具有0.3 dB換衡器損耗之一兩級推挽功率放大器之一個實施方案有關。
使用經展示用於達成具有包絡校準之iso增益(例如，藉由在一包絡整形電路中選擇整形值)之實例值來描繪瀑布曲線。
圖9係用於一負載調變之功率放大器之增益對輸出功率圖之另一實例之一曲線圖。
圖10係用於一負載調變之功率放大器之PAE對輸出功率圖之另一實例之一曲線圖。
參考圖9及圖10，在此實例中，在6 dB之動態範圍內達成一非常平坦PAE。
圖11係一行動裝置800之一個實施例之一示意圖。行動裝置800包含一基頻系統801、一收發器802、一前端系統803、天線804、一電源管理系統805、一記憶體806、一使用者介面807及一電池808。
行動裝置800可用於使用各種通信技術進行通信，包含(但不限於) 2G、3G、4G (包含LTE、LTE進階及LTE進階Pro)、5G NR、WLAN (例如WiFi)、WPAN (例如藍牙及ZigBee)、WMAN (例如WiMax)及/或GPS技術。
收發器802產生用於傳輸之RF信號且處理自天線804接收之傳入RF信號。應理解，與RF信號之傳輸及接收相關聯之各種功能可由在圖11中共同表示為收發器802之一或多個組件達成。在一個實例中，可提供單獨組件(例如單獨電路或晶粒)用於處置特定類型之RF信號。
前端系統803有助於調節傳輸至天線804及/或自天線804接收之信號。在所繪示之實施例中，前端系統803包含天線調諧電路系統810、功率放大器(PA) 811、低雜訊放大器(LNA) 812、濾波器813、開關814及信號分離/組合電路系統815。然而，其他實施方案係可行的。
例如，前端系統803可提供多種功能，包含(但不限於)放大用於傳輸之信號、放大所接收信號、過濾信號、在不同頻帶之間切換、在不同功率模式之間切換、在傳輸與接收模式之間切換、信號雙工、信號多工(例如雙工或三工)或其等之一些組合。
根據本文中之教示，功率放大器811之至少一者經實施為一負載調變之功率放大器。儘管行動裝置800繪示可用一或多個負載調變之功率放大器實施之一通信系統之一個實施例，但本文中之教示可應用於各種系統。因此，其他實施方案係可行的。
在特定實施方案中，行動裝置800支援載波聚合，藉此提供增大峰值資料速率之靈活性。載波聚合可用於頻分雙工(FDD)及時分雙工(TDD)兩者，且可用於聚合複數個載波或通道。載波聚合包含連續聚合，其中聚合相同操作頻帶內之連續載波。載波聚合亦可為不連續的，且可包含在一共同頻帶或不同頻帶內頻率分離之載波。
天線804可包含用於各種類型之通信之天線。例如，天線804可包含用於傳輸及/或接收與各種頻率及通信標準相關聯之信號之天線。
在特定實施方案中，天線804支援MIMO通信及/或切換分集通信。例如，MIMO通信使用多個天線在一單一射頻通道上傳送多個資料串流。歸因於無線電環境之空間多工差異，MIMO通信受益於更高雜訊比、改良編碼及/或減少信號干擾。切換分集係指在一特定時間選擇一特定天線用於操作之通信。例如，一開關可用於基於各種因數自一天線群組選擇一特定天線，諸如一觀測位元錯誤率及/或一信號強度指標。
在特定實施方案中，行動裝置800可使用波束成形來操作。例如，前端系統803可包含具有可控增益之放大器及具有可控相位之移相器以提供波束形成及方向性用於使用天線804傳輸及/或接收信號。例如，在信號傳輸之背景中，提供至天線804之傳輸信號之振幅及相位經控制使得來自天線804之輻射信號使用相長及相消干擾組合以產生展現具有在一給定方向上傳播之更多信號強度之波束狀質量之一聚合傳輸信號。在信號接收之背景中，振幅及相位經控制使得當信號自一特定方向到達天線804時接收更多信號能量。在特定實施方案中，天線804包含一或多個天線元件陣列以增強波束成形。
基頻系統801耦合至使用者介面807以促進各種使用者輸入及輸出(I/O)之處理，諸如語音及資料。基頻系統801向收發器802提供傳輸信號之數位表示，收發器802處理傳輸信號以產生RF信號用於傳輸。基頻系統801亦處理由收發器802提供之接收信號之數位表示。如圖11中展示，基頻系統801耦合至記憶體806以促進行動裝置800操作。
記憶體806可用於各種目的，諸如儲存資料及/或指令以促進行動裝置800操作及/或提供使用者資訊之儲存。
電源管理系統805提供行動裝置800之數個電源管理功能。在特定實施方案中，電源管理系統805包含控制功率放大器811之供應電壓之一PA供應控制電路。例如，電源管理系統805可經組態以改變提供至功率放大器811之一或多者之(若干)供應電壓以提高效率，諸如功率附加效率(PAE)。
如圖11中展示，電源管理系統805自電池808接收一電池電壓。電池808可為用於行動裝置800中之任何適合電池，包含(例如)一鋰離子電池。
圖12A係一封裝模組900之一個實施例之一示意圖。圖12B係沿線12B-12B截取之圖12A之封裝模組900之一橫截面之一示意圖。
封裝模組900包含射頻組件901、一半導體晶粒902、表面安裝裝置903、接線908、一封裝基板920及一囊封結構940。封裝基板920包含由安置於其中之導體形成之墊906。另外，半導體晶粒902包含接針或墊904，且接線908已用於將晶粒902之墊904連接至封裝基板920之墊906。
半導體晶粒902包含一負載調變之功率放大器945，其可根據本文中之實施例之任何者實施。
封裝基板920可經組態以接收複數個組件，諸如射頻組件901、半導體晶粒902及表面安裝裝置903，表面安裝裝置903可包含(例如)表面安裝電容器及/或電感器。在一個實施方案中，射頻組件901包含積體被動裝置(IPD)。
如圖12B中展示，封裝模組900經展示為包含複數個接觸墊932，其等安置於與用於安裝半導體晶粒902之側對置之封裝模組900之側上。依此方式組態封裝模組900可有助於將封裝模組900連接至一電路板，諸如一行動裝置之一電話板。實例接觸墊932可經組態以將射頻信號、偏壓信號及/或功率(例如一電源供應電壓及接地)提供至半導體晶粒902及/或其他組件。如圖12B中展示，接觸墊932與半導體晶粒902之間的電連接可由通過封裝基板920之連接933促進。連接933可表示透過封裝基板920形成之電路徑，諸如與一多層層壓封裝基板之通路及導體相關聯之連接。
在一些實施例中，封裝模組900亦可包含一或多個封裝結構以(例如)提供保護及/或促進處置。此一封裝結構可包含形成於封裝基板920及安置於封裝基板920上之組件及(若干)晶粒上方之包覆成型或囊封結構940。
應理解，儘管封裝模組900在基於接線之電連接之背景中描述，但本發明之一或多個特徵亦可在其他封裝組態中實施，包含(例如)覆晶組態。
圖13係用於傳輸RF信號之一通信系統1130之一個實施例之一示意圖。通信系統1130包含一基頻處理器1107、一信號延遲電路1108、一數位預失真(DPD)電路1109、一I/Q調變器1110、一觀測接收器1111、一互調變偵測電路1112、一功率放大器1113、一定向耦合器1114、一雙工及切換電路1115、一天線1116、一包絡延遲電路1121、一座標旋轉數位運算(CORDIC)電路1122、一整形電路1123、一數位轉類比轉換器1124及一重建濾波器1125。
圖13之通信系統1130繪示根據本文中之教示之包含一負載調變之功率放大器之一RF系統之一個實例。然而，負載調變之功率放大器可用於各種RF系統中。
基頻處理器1107操作以產生一I信號及一Q信號，其等對應於一所要振幅、頻率及相位之一正弦波或信號之信號分量。例如，I信號可用於表示正弦波之同相分量且Q信號可用於表示正弦波之一正交相位分量，其可為正弦波之一等效表示。在特定實施方案中，I及Q信號以一數位格式提供至I/Q調變器1110。基頻處理器1107可為經組態以處理一基頻信號之任何適合處理器。例如，基頻處理器1107可包含一數位信號處理器、一微處理器、一可程式化核心或其等之任何組合。
信號延遲電路1108將可調延遲提供至I及Q信號以有助於控制包絡信號與RF信號RF IN之間的相對對準。由信號延遲電路1108提供之延遲量基於由互調變偵測電路1112偵測到之互調變量控制。
DPD電路1109操作以將數位整形自信號延遲電路1108提供至延遲I及Q信號以產生數位預失真I及Q信號。在所繪示之實施例中，由DPD電路1109提供之預失真基於由互調變偵測電路1112偵測到之互調變量控制。DPD電路1109用於減少功率放大器1113之一失真及/或提高功率放大器1113之效率。
I/Q調變器1110接收數位預失真I及Q信號，其等經處理以產生一RF信號RF IN。例如，I/Q調變器1110可包含經組態以將數位預失真I及Q信號轉換成一類比格式之DAC、用於將類比I及Q信號升頻轉換成射頻之混頻器及用於將經升頻轉換I及Q信號組合成適合於由功率放大器1113放大之一RF信號之一信號組合器。在特定實施方案中，I/Q調變器1110可包含經組態以過濾在其中處理之信號之頻率內容之一或多個濾波器。
包絡延遲電路1121使來自基頻處理器1107之I及Q信號延遲。另外，CORDIC電路1122處理經延遲I及Q信號以產生表示RF信號RF IN之一包絡之一數位包絡信號。儘管圖13繪示使用CORDIC電路1122之一實施方案，但可依其他方式獲得一包絡信號。
整形電路1123操作以對數位包絡信號進行整形以增強通信系統1130之效能。在特定實施方案中，整形電路1123包含將數位包絡信號之各位準映射至一對應整形包絡信號位準之一整形表。包絡整形可有助於控制功率放大器1113之線性度、失真及/或效率。
在所繪示之實施例中，整形包絡信號係由DAC 1124轉換成一類比包絡信號之一數位信號。另外，類比包絡信號由重建濾波器1125過濾以產生適合於調變功率放大器1113之一負載之一包絡信號。在特定實施方案中，重建濾波器1125包含一低通濾波器。
繼續參考圖13，在此實例中，功率放大器1113自I/Q調變器1110接收RF信號RF IN，且透過雙工及切換電路1115將一經放大RF信號RF OUT提供至天線1116。
定向耦合器1114定位於功率放大器1113之輸出與雙工及切換電路1115之輸入之間，藉此允許量測不包含雙工及切換電路1115之插入損耗之功率放大器1113之輸出功率。來自定向耦合器1114之感測輸出信號經提供至觀測接收器1111，觀測接收器1111可包含用於降頻轉換感測輸出信號之I及Q信號分量之混頻器及用於自降頻轉換信號產生I及Q觀測信號之DAC。
互調變偵測電路1112判定I及Q觀測信號與來自基頻處理器1107之I及Q信號之間的一互調變乘積。另外，互調變偵測電路1112控制由DPD電路1109提供之預失真及/或信號延遲電路1108之一延遲以控制包絡信號與RF信號RF IN之間的相對對準。在特定實施方案中，互調變偵測電路1112亦用於控制由整形電路1123提供之整形。
藉由包含自功率放大器1113之輸出至基頻之一回饋路徑，I及Q信號可經動態調整以最佳化通信系統1130之操作。例如，依此方式組態通信系統1130可有助於提供功率控制、補償傳輸器損害及/或執行DPD。
儘管繪示為一單一級，但功率放大器1113可包含一或多個級。此外，本文中之教示可應用於包含多個功率放大器之通信系統。 結論
除非內文另有明確要求，否則在整個描述及申請專利範圍中，用語「包括(comprise/comprising)」及其類似者應被解釋為包容性意義而非排他或窮舉性意義，即，「包含(但不限於)」意義。如本文中一般使用，用語「耦合」係指可直接連接或藉由一或多個中間元件連接之兩個或更多個元件。同樣地，如本文中一般使用，用語「連接」係指可直接連接或藉由一或多個中間元件連接之兩個或更多個元件。另外，本申請案中所使用之用語「本文中」、「上文」、「下文」及類似含義用語應係指整個本申請案而非本申請案之任何特定部分。在內文容許之情況下，在[實施方式]中使用單數或複數之用語亦可分別包含複數或單數。用語「或」涉及兩個或更多個項目之一清單，該用語涵蓋用語之所有以下解譯：清單中之任何項目、清單中之所有項目及清單中項目之任何組合。
此外，除非另有明確說明或在所使用之內文中另有理解，否則本文中所使用之條件語言(諸如「可(may/could/might/can)」、「例如(e.g.,/for example)」、「諸如」及其類似者等等)一般意欲傳達特定實施例包含而其他實施例不包含特定特徵、元件及/或狀態。因此，此條件語言一般不意欲隱含無論如何一或多個實施例需要特徵、元件及/或狀態或一或多個實施例必然包含用於在具有或沒有作者輸入或提示之情況下決定此等特徵、元件及/或狀態是否包含於任何特定實施例中或將在任何特定實施例中執行之邏輯。
本發明之實施例之以上詳細描述不意欲具窮舉性或將本發明限制於上文所揭示之精確形式。儘管上文為了說明而描述本發明之特定實施例及實例，但熟習相關技術者將認識到，各種等效修改可在本發明之範疇內。例如，儘管程序或區塊依一給定順序呈現，但替代實施例可依一不同順序執行具有步驟之常式或採用具有區塊之系統，且一些程序或區塊可經刪除、移動、添加、細分、組合及/或修改。此等程序或區塊之各者可依各種不同方式實施。此外，儘管程序或區塊有時展示為連續執行，但此等程序或區塊可代以並行執行或可在不同時間執行。
本文中所提供之本發明之教示可應用於其他系統，未必為上述系統。可組合上述各種實施例之元件及動作以提供進一步實施例。
儘管已描述本發明之特定實施例，但此等實施例僅藉由實例呈現且不意欲限制本發明之範疇。其實，本文中所描述之新穎方法及系統可以各種其他形式體現；此外，在不背離本發明之精神之情況下，可對本文中所描述之方法及系統之形式進行各種省略、替換及改變。隨附申請專利範圍及其等效物意欲涵蓋落入本發明之範疇及精神內之此等形式或修改。
3:天線 5:功率放大器 6:可控負載阻抗 7:可控電容器 8:電感器 10:負載調變之功率放大器 16:可控負載阻抗 18:換衡器 20:負載調變之功率放大器 25:負載調變之功率放大器 26:頻帶切換及調諧電路 31:驅動放大器 32:輸入換衡器 33:第一輸出放大器 34:第二輸出放大器 40:負載調變之功率放大器系統 101:功率放大器晶粒 102:開關晶粒 103:包絡產生器晶粒 104:驅動器晶粒 105:整形電路 106:放大器 107:電容器 108:開關 110:負載調變之功率放大器系統 111:功率放大器晶粒 112:開關晶粒 120:負載調變之功率放大器系統 201:雙極電晶體 201a:雙極電晶體 201b:雙極電晶體 201c:雙極電晶體 201n:雙極電晶體 202:基極電阻器 202a:基極電阻器 202b:基極電阻器 202c:基極電阻器 202n:基極電阻器 203:基極電容器 203a:基極電容器 203b:基極電容器 203c:基極電容器 203n:基極電容器 204:負載電容器 204a:負載電容器 204b:負載電容器 204c:負載電容器 204n:負載電容器 205a:箝位二極體 205b:箝位二極體 205c:箝位二極體 205n:箝位二極體 206a:箝位電阻器 206b:箝位電阻器 206c:箝位電阻器 206n:箝位電阻器 207b:二極體偏壓電阻器 207c:二極體偏壓電阻器 207n:二極體偏壓電阻器 208b1:肖特基二極體 208c1:肖特基二極體 208c2:肖特基二極體 208n1,208n2…208nm:肖特基二極體 210:可控電容器 211a,211b, 211c…211n:可控電容器單元 220:可控電容器 800:行動裝置 801:基頻系統 802:收發器 803:前端系統 804:天線 805:電源管理系統 806:記憶體 807:使用者介面 808:電池 810:天線調諧電路系統 811:功率放大器(PA) 812:低雜訊放大器(LNA) 813:濾波器 814:開關 815:信號分離/組合電路系統 900:封裝模組 901:射頻組件 902:半導體晶粒 903:表面安裝裝置 904:接針/墊 906:墊 908:接線 920:封裝基板 932:接觸墊 933:連接 940:囊封結構 945:負載調變之功率放大器 1107:基頻處理器 1108:信號延遲電路 1109:數位預失真(DPD)電路 1110:I/Q調變器 1111:觀測接收器 1112:互調變偵測電路 1113:功率放大器 1114:定向耦合器 1115:雙工及切換電路 1116:天線 1121:包絡延遲電路 1122:座標旋轉數位運算(CORDIC)電路 1123:整形電路 1124:數位轉類比轉換器(DAC) 1125:重建濾波器 1130:通信系統 ENV:包絡信號 ENV DIFF:差動包絡信號 LD:負載端子 RF IN:RF輸入信號 RF OUT:RF輸出信號
現將參考附圖、藉由非限制性實例來描述本發明之實施例。
圖1係一負載調變之功率放大器之一個實施例之一示意圖。
圖2係一負載調變之功率放大器之另一實施例之一示意圖。
圖3係一負載調變之功率放大器系統之一個實施例之一示意圖。
圖4A係一負載調變之功率放大器系統之另一實施例之一示意圖。
圖4B係一負載調變之功率放大器系統之另一實施例之一示意圖。
圖5A係用於一負載調變之功率放大器之一可控電容器之一個實施例之一示意圖。
圖5B係用於一負載調變之功率放大器之一可控電容器之另一實施例之一示意圖。
圖6係用於一負載調變之功率放大器之集電極阻抗對控制電壓之一史密斯(Smith)圖之一個實例。
圖7係用於一負載調變之功率放大器之增益對輸出功率圖之一個實例之一曲線圖。
圖8係用於一負載調變之功率放大器之功率附加效率(PAE)對輸出功率圖之一個實例之一曲線圖。
圖9係用於一負載調變之功率放大器之增益對輸出功率圖之另一實例之一曲線圖。
圖10係用於一負載調變之功率放大器之PAE對輸出功率圖之另一實例之一曲線圖。
圖11係一行動裝置之一個實施例之一示意圖。
圖12A係一封裝模組之一個實施例之一示意圖。
圖12B係沿線12B-12B截取之圖12A之封裝模組之一橫截面之一示意圖。
圖13係用於傳輸RF信號之一通信系統之一個實施例之一示意圖。
5:功率放大器
7:可控電容器
16:可控負載阻抗
18:換衡器
20:負載調變之功率放大器
ENV:包絡信號
RFIN:RF輸入信號
RFOUT:RF輸出信號

Claims (20)

  1. 一種行動裝置，其包括： 一收發器，其經組態以產生一射頻信號及相對於該射頻信號之一包絡改變之一包絡信號；及 一前端系統，其包含經組態以放大該射頻信號之一負載調變之功率放大器，該負載調變之功率放大器包含經組態以在一輸入處接收該射頻信號且在一輸出處提供一經放大射頻信號之一功率放大器及耦合至該功率放大器之該輸出之一可控負載阻抗，該包絡信號可操作以控制該可控負載阻抗之一阻抗調變該功率放大器之該輸出處之一負載。
  2. 如請求項1之行動裝置，其中該收發器包含經組態以基於校準資料對該包絡信號進行整形之一整形電路。
  3. 如請求項2之行動裝置，其中該整形電路可操作以將一平坦增益對輸入功率特性提供至該功率放大器。
  4. 如請求項1之行動裝置，其中該可控負載阻抗包含由該包絡信號控制之一可控電容器及具有耦合至該功率放大器之該輸出之一第一繞組及耦合至該可控電容器之一第二繞組之一輸出換衡器。
  5. 如請求項4之行動裝置，其中該功率放大器包含一輸入換衡器及耦合於該輸入換衡器與該輸出換衡器之間的一對放大器。
  6. 如請求項4之行動裝置，其中該第二繞組包含輸出該經放大射頻信號之一第一端子及耦合至該可控電容器之一第二端子。
  7. 如請求項4之行動裝置，其中該可控電容器包含一雙極電晶體及耦合至該雙極電晶體之一集電極之一負載電容器，該包絡信號可操作以控制該雙極電晶體之一基極。
  8. 如請求項4之行動裝置，其中該可控負載阻抗包含一電感器及具有由該包絡信號控制之一電容之一可控電容器之一串聯組合。
  9. 如請求項1之行動裝置，其進一步包括可操作以傳輸該經放大射頻信號之一天線。
  10. 一種負載調變之功率放大器系統，其包括： 一功率放大器，其經組態以在一輸入處接收一射頻信號且在一輸出處提供一經放大射頻信號；及 一可控負載阻抗，其耦合至該功率放大器之該輸出且經組態以接收相對於該射頻信號之一包絡改變之一包絡信號，該包絡信號可操作以控制該可控負載阻抗之一阻抗調變該功率放大器之該輸出處之一負載。
  11. 如請求項10之負載調變之功率放大器系統，其中該可控負載阻抗包含由該包絡信號控制之一可控電容器及具有耦合至該功率放大器之該輸出之一第一繞組及耦合至該可控電容器之一第二繞組之一輸出換衡器。
  12. 如請求項11之負載調變之功率放大器系統，其中該功率放大器包含一輸入換衡器及耦合於該輸入換衡器與該輸出換衡器之間的一對放大器。
  13. 如請求項11之負載調變之功率放大器系統，其中該第二繞組包含輸出該經放大射頻信號之一第一端子及耦合至該可控電容器之一第二端子。
  14. 如請求項11之負載調變之功率放大器系統，其中該可控電容器包含一雙極電晶體及耦合至該雙極電晶體之一集電極之一負載電容器，該包絡信號可操作以控制該雙極電晶體之一基極。
  15. 如請求項10之負載調變之功率放大器系統，其中該可控負載阻抗包含一電感器及具有由該包絡信號控制之一電容之一可控電容器之一串聯組合。
  16. 一種在一行動裝置中放大之方法，該方法包括： 使用一收發器產生一射頻信號及相對於該射頻信號之一包絡改變之一包絡信號； 使用一功率放大器放大該射頻信號，其包含在該功率放大器之一輸入處接收該射頻信號及在該功率放大器之一輸出處提供一經放大射頻信號；及 藉由使用該包絡信號控制耦合至該功率放大器之該輸出之一可控負載阻抗之一阻抗來調變該功率放大器之一負載。
  17. 如請求項16之方法，其進一步包括藉由基於校準資料對該包絡信號進行整形來校準該功率放大器。
  18. 如請求項17之方法，其中校準該功率放大器包含提供一平坦增益對輸入功率特性。
  19. 如請求項16之方法，其中調變該功率放大器之該負載包含控制耦合至一輸出換衡器之一可控電容器之一電容。
  20. 如請求項19之方法，其進一步包括將該經放大射頻信號提供至該輸出換衡器之一第一繞組，該可控電容器耦合至該輸出換衡器之一第二繞組。
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