TWI451693B - 利用可變電壓產生器之射頻放大電路及其操作方法 - Google Patents

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Description

利用可變電壓產生器之射頻放大電路及其操作方法
本發明之實施例通常係有關於電路之領域，而更特別係有關於利用一可變電壓產生器之一射頻(RF)放大電路。
總輻射功率(TRP)為一種效能指標，其與行動裝置的RF放大電路之功能極為相關。行動裝置製造商通常要求RF放大電路提供各種實務事態之目標TRP。目前試圖提供符合要求的TRP效能之RF放大電路同樣也具有各種效率低下之操作。例如：RF放大電路可能藉由過大設計而嘗試遵照TRP目標，且因而過度提供功率放大器(PA)之功率，使得甚至將在一不匹配的負載條件下提供充足功率。儘管過大設計的放大器可能符合TRP目標，然而此放大器在傳輸功率至經匹配負載時便不會操作於所需的效率。
本發明一實施例係提供一種電路，其包含：一功率放大器，以接收RF(射頻)輸入訊號並且用以傳輸一RF輸出訊號；一可變電壓產生器，與該功率放大器相耦合，藉以將處於複數個電壓準位中所選擇一者之一電壓可變地提供給予該功率放大器；及一控制模組，與該功率放大器及該可變電壓調節器相耦合，用以接收該RF輸出訊號之一取樣、接收相應於該電路所需一總順向功率數值之一RF功率準位 控制、及控制該可變電壓產生器給予該功率放大器的可變電壓供應，藉以至少部分基於該取樣與該RF功率準位控制來影該響功率放大器之順向功率。
本發明另一實施例係提供一種方法，其包含：以一功率放大電路將一RF(射頻)輸入訊號放大以提供一RF輸出訊號；對該RF輸出訊號進行取樣以得到一取樣；接收相應於一RF放大電路所需一總順向功率數值之一RF功率準位控制；及控制一可變電壓產生器以將處於複數個電壓準位中所選擇一者的一電壓可變地提供給予該功率放大器，而至少部分基於該取樣與該RF功率準位控制來影響該功率放大器之順向功率。
本發明又另一實施例係提供一種裝置，其包含：一收發器，用以提供一RF(射頻)輸入訊號；及一RF放大電路，與該收發器相耦合，其中該RF放大電路包含一功率放電器、用以接收來自該收發器的一RF輸入訊號且用以傳輸一RF輸出訊號；一可變電壓產生器、與該功率放大器相耦合且藉以將處於複數個電壓準位中所選擇一者之一電壓可變地提供予該功率放大器；及一控制模組，其與該功率放大器和該可變電壓產生器相耦合，用以接收該RF輸出訊號之一取樣、接收相應於該RF放大電路所需一總順向功率數值之RF功率準位控一制、及控制該可變電壓產生器給予該功率放大器的可變電壓供應，藉以至少部分基於該取樣與該RF功率準位控制來影響該功率放大器之順向功率。
將使用熟知該項技術者所共用的專有名詞來說明所闡述實施例之不同觀點，藉以傳達其工作本質給予其他熟知該項技術者。然而對熟知該項技術者所明顯：僅以某些所說明的觀點便極可能實現替代實施例。為解釋之目的而提出特定裝置與配置，藉以提供所闡述的實施例之完善解釋。然而對熟知該項技術者明顯：可以實現替代實施例而不須特定細節。在其他實例中，為了不使所闡述的實施例難以理解便忽略或者簡化眾所周知的特徵。
再者，依序以對了解本發明最有幫助的方式，將不同的操作說明為多數離散的操作；然而，說明的次序不應解釋為意味著這些操作必需是次序相依的。特別的是，這些操作並不需要以所呈現次序來執行之。
重複使用措辭”在一實施例中”。該措辭通常並不指稱相同實施例，但亦可能是。除非文脈有所指定，不然專有名詞”包含”、”具有”、及”包括”為同義，。
以提供可用來連結不同實施利的某些清楚文脈之語言而言，片語”A/B”與”A及/或B”意謂(A)、(B)、或者(A及B)；而片語”A、B、及/或C”則意謂(A)、(B)、(C)、(A及B)、(A及C)、(B及C)、或者(A、B及C)。
在此可能使用專有名詞”與之耦合”與其衍生詞。”耦合”可意為兩個或者多個元件直接實體或電接觸。然而，”耦合”同樣也可意謂兩個或者多個元件彼此並非直接接觸，但仍彼此共同操作或交互作用，並且可意謂一個或多個其他元 件耦合或者連接於所謂彼此耦合的元件之間。
可能依據方塊所提供的操作來介紹與說明不同的方塊。這些方塊可包含不同的硬體、軟體、及/或韌體元件，藉以提供所說明的操作。儘管可能以具體等級來顯示某些方塊，例如以所設定的排列來提供離散元件，然而其他的實施例仍可引用元件/排列不同的修改，藉以在特別實施例的限制/目標之內提供相關連的操作。
圖1闡述根據本發明不同實施例之RF放大電路100。RF放大電路100可具有一可變電壓產生器108，藉以接收電壓Vbat，其具有來自一DC電壓源之一設定電壓準位，且藉以可變地將處於複數個電壓準位中所選擇一者一操作電壓Vop提供給予PA 112。如同在此所使用的，”操作電壓的可變供應”意謂可變電壓產生器108能夠於至少兩個非零電壓準位之間動態地改變操作電壓Vop之電壓準位。
在不同實施例中，可變電壓產生器108可能是一種DC對DC轉換器，用以將DC電源從某一電壓準位的轉換成為另一準位。在不同實施例中，DC對DC轉換器可能是一種降壓型轉換器、升壓型轉換器、或者降升壓型轉換器。
PA 112可接收RF輸入訊號RFin且將之放大，藉以提供一RF輸出訊號RFout。可能與放大量有關的PA 112之順向功率可能會受操作電壓Vop之可變供應所影響。
在某些實施例中，RF放大電路100可具有一耦合器116，其經配置以取樣RF輸出訊號且將取樣饋送至一控制模組120。RF輸出訊號RFout同樣也可與負載124耦合。
控制模組120可接收一來自諸如基頻帶控制器之RF功率準位控制RFcontrol。RF功率準位控制RFcontrol之數值可相應於RF放大電路100之總順向功率(TFP)目標值。可能至少部分基於來自裝置的回授以產生TFP目標值，例如具有與諸如代管RF放大電路100的行動電台之裝置進行無線連接之基地台。該基地台可判斷無線連接正在變弱，並且可傳送請求給予行動電台以增加TFP目標值來強化無線連接。所以，基頻帶控制器接著可增加RF功率準位控制RFcontrol。以上所探討的TRP目標值可能是TFP目標值減去至少部分基於線路反射之反向功率。
控制模組120可包含某一些電路元件，共同操作地配置用以提供在此所說明的相關控制功能。這些元件可包含諸如偵測器、比較器等等。
在不同實施例中，PA 112可能易受負載影響而產生RF輸出訊號RFout之數值，其至少部分基於與負載124相關連的輸入阻抗。更具體，RF輸出訊號RFout的數值可至少部分基於與負載124相關連之輸入阻抗是否匹配於與PA 112相關連之有效輸出阻抗。例如，如果負載124的輸入阻抗匹配於PA 112的有效輸出阻抗(例如50歐姆)，則RF輸出訊號可能具有第一數值。然而，如果負載124的輸入阻抗改變(例如因附加天線受到屏蔽)，則阻抗不匹配的條件便可能發生。此不匹配可能導致RF輸出訊號RFout的數值(假設可變電壓產生器108的功能固定)從第一數值改變些微改變。因此不匹配條件所導致的RF輸出訊號Rfout之數值改 變可能危及RF放大電路100符合TFP目標值之能力。
所以在某些實施例中，控制模組120可能使用由耦合器116所提供的RF取樣Vdet，來偵測與不匹配條件相關連的順向功率之改變。如果偵測到如此事件，則控制模組120便可能會以有效率地輔助符合所需TFP目標值之方式，提供一產生器電壓Vgen給予可變電壓產生器108，此時將參照圖2說明之。
圖2闡述控制操作200，其可根據本發明之實施例藉由控制模組120來執行。在方塊204，可接收一諸如來自基頻帶控制器之RF功率準位控制、並且可接收諸如來自耦合器116的RF取樣Vdet。在不同實施例中，RF輸出訊號的取樣可為連續的、週期性的、及/或事件驅動的。
在方塊208，RF取樣Vdet可與RF功率準位控制RFcontrol相比較。此一比較結果可提供關於TFP目標值是否符合RF放大電路目前操作之資訊。
在方塊212，可至少部分基於方塊208之比較結果來控制可變電壓產生器108。在某些實施例中，該比較結果可揭示RF取樣Vdet不再等於RF功率準位控制或者處於其預定範圍之內。此可能是因導致PA 112所提供的順向功率改變之阻抗不匹配條件發生所造成。順向功率此一改變可能會危及RF放大電路100符合TFP目標值之能力。
在方塊208的比較結果揭示RF取樣Vdet大於RF功率準位控制RFcontrol之事件中，可將操作電壓Vop的準位降低。相反地，在方塊208的比較結果揭示RF取樣Vdet小 於RF功率準位控制RFcontrol之事件中，可將操作電壓Vop的準位升高。
在方塊212控制處理後，控制操作200可返回方塊204以提供回授控制迴路，其針對RF功率準位控制Rfcontrol來持續監視RF取樣Vdet，並據此控制操作電壓Vop。
在某些實施例中，可藉由控制模組120以所需方式調整產生器之電壓Vgen來控制可變電壓產生器108，而將操作電壓Vop步階升高或降低。操作電壓Vop可在設定電壓Vbat中一給定範圍內設定於任何數值。在某些實施例中，端視所使用可變電壓產生器108的型式，操作電壓Vop可等於、大於、及/或小於設定電壓Vbat。
依如此方式，至少部分基於RF取樣Vbat，可控制可變電壓產生器108以將處於複數個電壓準位中所選擇一者之一操作電壓可變地提供PA 112，藉以影響PA 112所需的順向功率。因此，可變電壓產生器108可動態提供PA 112充分的電壓餘裕，以在不匹配的條件下遵照所設定TFP目標值。
在特別範例中，考慮所設定電壓Vbat為3.5伏特，操作電壓Vop初始設定為4.5伏特的基本準位。如果在控制操作200期間，操作電壓Vop增加至5.4伏特的提升準位，該提升準位便可大約為基本準位的1.2倍。在此一實施例中，PA 112可具有大約1.5分貝(dB)的功率餘裕，藉以克服不匹配的阻抗。然而，不像習知技術的超功率應用，由於本文所述可變電壓產生器108之控制，所以PA 112的順向 功率係控制於相對固定的效率下。因此，PA 112可在4.5伏特的基本準位下有效地驅動匹配之負載，如同在5.4伏特的提升準位下驅動不匹配的負載一般。
在另一實施例中，在本範例中可為一降壓型轉換器之可變電壓產生器108於常態操作可設定操作電壓Vop為3.1伏特。在其中PA 112額外提供1.5dB功率之不匹配條件下，可變電壓產生器108可增加操作電壓Vop至3.5伏特。
圖3闡述根據本發明不同實施例中包含RF放大電路100之行動裝置300。行動裝置300如所示可包含一電源304、一基頻帶控制器308、以及一與RF放大電路100耦合的收發器312。
RF放大電路100可接收來自電源304的設定電壓Vbat、來自基頻帶控制器308的RF功率準位控制RFcontrol、及來自收發器312的RF輸入訊號RFin。RF放大電路100可放大RF輸入訊號RFin以提供RF輸出訊號RFout。分別在圖3中以Tx-RFin與Tx-RFout所註明之RF輸入訊號Rin與RF輸出訊號RFout皆可為傳輸鏈之部分。
可將已放大的RF輸出訊號RFout供給天線切換模組(ASM)316，其透過一天線架構320實現RF輸出訊號RFout的無線傳輸(OTA)。ASM 316亦可透過天線架構320接收RF訊號且沿著一接收鏈將所收到訊號耦合至收發器312。
在不同實施例中，天線架構320可包含一個或多個指向性及/或全向性天線，例如包含雙極天線、單極天線、矩形平面天線、環形天線、微帶天線或者適用於RF訊號OTA 傳輸/接收的任何其他型式之天線。
在不同實施例中，電源304可為但不受限於一種電池、太陽能板、整流器、DC產生器等等。
在不同實施例中，行動裝置300可為一種行動電話、個人數位助理(PDA)、行動電腦等等。行動裝置300可相容於一些蜂巢式通信協定之任一種，例如全球行動通訊系統(GSM)、通用行動通訊系統(UMTS)、分碼多重接取(CDMA)等等。在其他實施例中，行動裝置300可額外/交替地相容於電腦網路通信協定，例如，全球互通微波存取(WiMax)、高性能無線電都會網路(HIPERMAN)等等。
藉由使用所說明的RF放大電路100，行動裝置300便能夠在廣泛的實務事態中仍維持所需TRP性能的同時，節省電源304所提供的能量，此可轉譯成通常稱為”通話時間”之較長操作時間。
儘管已經依據以上所闡述的實施例說明了本發明，然熟知該項技術者應察知廣泛用以實現相同目的之替代及/或等效的實現方式可代替所顯示以及所說明的特定實施例，而不違反本發明之範疇。熟知該項技術者簡易地察知本發明可以各種廣泛不同實施例來實現。咸認為本說明書闡述本發明之實施例而非予以限制。
100‧‧‧RF放大電路
108‧‧‧可變電壓產生器
112‧‧‧功率放大器
116‧‧‧耦合器
120‧‧‧控制模組
124‧‧‧負載
300‧‧‧行動裝置
304‧‧‧電源
308‧‧‧基頻帶控制器
312‧‧‧收發器
316‧‧‧天線切換模組(ASM)
320‧‧‧天線架構
RFcontrol‧‧‧RF功率準位控制
RFin‧‧‧RF輸入訊號
RFout‧‧‧RF輸出訊號
Vbat‧‧‧設定電壓
Vdet‧‧‧RF取樣
Vgen‧‧‧產生器電壓
Vop‧‧‧操作電壓
Tx-RFin,Tx-RFout‧‧‧傳輸鏈
業已藉由範例但不限制於所附圖式來闡述本發明之實施例，其中相似參考符號指示相似元件，且其中： 圖1闡述根據本發明不同實施例之RF放大電路；圖2為敘述根據本發明不同實施例的控制模組之操作流程圖；以及圖3闡述根據本發明不同實施例中具有RF放大電路之行動裝置。
100‧‧‧RF放大電路
108‧‧‧可變電壓產生器
112‧‧‧功率放大器
116‧‧‧耦合器
120‧‧‧控制模組
124‧‧‧負載
RFcontrol‧‧‧RF功率準位控制
RFin‧‧‧RF輸入訊號
RFout‧‧‧RF輸出訊號
Vbat‧‧‧設定電壓
Vdet‧‧‧RF取樣
Vgen‧‧‧產生器電壓
Vop‧‧‧操作電壓

Claims (16)

  1. 一種射頻放大電路，包含：一功率放大器，以接收RF(射頻)輸入訊號並且用以傳輸一RF輸出訊號；一可變電壓產生器，與該功率放大器相耦合，藉以將處於複數個電壓準位中所選擇一者之一電壓可變地提供給予該功率放大器；以及一控制模組，與該功率放大器及該可變電壓產生器相耦合，該控制模組經配置用以接收該RF輸出訊號之一取樣、接收相應於該射頻放大電路所需一總順向功率數值之一RF功率準位控制、及控制該可變電壓產生器給子該功率放大器的可變電壓供應，藉以至少部分基於該取樣與該RF功率準位控制來影該響功率放大器之順向功率，其中該控制模組經配置以通過下述設置來控制該電壓的可變供應：控制該可變電壓產生器以一第一準位提供該電壓，來滿足處於一匹配條件所需的該總順向功率數值，其中一有效輸出阻抗係匹配於一負載的一輸入阻抗，該第一準位進一步對以一第二準位提供該電壓來提供電壓餘裕；至少部份基於該取樣來偵測一不匹配條件，其中該有效輸出阻抗係不匹配於該負載的該輸入阻抗；且至少部份基於對該不匹配條件的偵測而以該第二準位提供該電壓，以滿足所需的該總順向功率數值。
  2. 如申請專利範圍第1項之射頻放大電路，其中該可變電壓產生器為一直流(DC)對DC轉換器。
  3. 如申請專利範圍第2項之射頻放大電路，其中該DC對DC轉換器為一升壓型轉換器、一降壓型轉換器、或一降升壓型轉換器。
  4. 如申請專利範圍第1項之射頻放大電路，其中該控制模組用以比較該RF輸出訊號之取樣及該RF功率準位控制，並用以至少部分基於比較結果來控制該可變電壓產生器。
  5. 一種與一射頻放大電路進行通訊之方法，該方法係包含：以一功率放大電路將一RF(射頻)輸入訊號放大以提供一RF輸出訊號；對該RF輸出訊號進行取樣以得到一取樣；接收相應於一RF放大電路所需一總順向功率數值之一RF功率準位控制；以及控制一可變電壓產生器以將處於複數個電壓準位中所選擇一者的一電壓可變地提供給予該功率放大器，而至少部分基於該取樣與該RF功率準位控制來影響該功率放大器之順向功率，其中控制該可變電壓產生器係進一步包含：控制該可變電壓產生器以一第一準位提供該電壓，來滿足處於一匹配條件所需的該總順向功率數值，其中一有效輸出阻抗係匹配於一負載的一輸入阻 抗，該第一準位進一步對以一第二準位提供該電壓來提供電壓餘裕；至少部份基於該取樣來偵測一不匹配條件，其中該有效輸出阻抗係不匹配於該負載的該輸入阻抗；且至少部份基於偵測該不匹配條件而以該第二準位提供該電壓，以滿足所需的該總順向功率數值。
  6. 如申請專利範圍第5項之方法，進一步包含：比較該取樣與該RF功率準位控制；以及至少部分基於該取樣與該RF功率準位控制之比較結果來控制該可變電壓產生器。
  7. 如申請專利範圍第6項之方法，其中控制該可變電壓產生器進一步包含：至少部分基於該取樣與該RF功率準位控制之比較結果來偵測該功率放大器的一順向功率改變；以及控制該可變電壓產生器以至少部分基於所偵測的順向功率改變，來增加所提供給予該功率放大器之電壓的所選擇電壓準位。
  8. 如申請專利範圍第6項之方法，其中該取樣為一第一取樣，且該方法進一步包含：取樣該RF輸出訊號以得到一第二取樣；比較該第二取樣與該RF功率準位控制；以及控制該可變電壓產生器以至少部分基於該第二取樣與該RF功率準位控制之比較結果，而可變地提供處於該複數個電壓準位之一第二電壓準位的電壓。
  9. 如申請專利範圍第5項之方法，進一步包含：將該RF輸出訊號傳送於一無線傳輸鏈路上。
  10. 一種包含一射頻放大電路之行動裝置，該行動裝置係包含：一收發器，用以提供一RF(射頻)輸入訊號；以及一RF放大電路，與該收發器相耦合，其中該RF放大電路包含一功率放電器、用以接收來自該收發器的一RF輸入訊號且用以傳輸一RF輸出訊號；一可變電壓產生器、與該功率放大器相耦合且藉以將處於複數個電壓準位中所選擇一者之一電壓可變地提供予該功率放大器；及一控制模組，其與該功率放大器和該可變電壓產生器相耦合，用以接收該RF輸出訊號之一取樣、接收相應於該RF放大電路所需一總順向功率數值之RF功率準位控一制、及控制該可變電壓產生器給予該功率放大器的可變電壓供應，藉以至少部分基於該取樣與該RF功率準位控制來影響該功率放大器之順向功率，其中該控制模組經配置以通過下述設置來控制該電壓的可變供應：控制該可變電壓產生器以一第一準位提供該電壓，來滿足處於一匹配條件所需的該總順向功率數值，其中一有效輸出阻抗係匹配於一負載的一輸入阻抗，該第一準位進一步對以一第二準位提供該電壓來提供電壓餘裕；至少部份基於該取樣來偵測一不匹配條件，其中 該有效輸出阻抗係不匹配於該負載的該輸入阻抗；且至少部份基於對該不匹配條件的偵測而以該第二準位提供該電壓，以滿足所需的該總順向功率數值。
  11. 如申請專利範圍第10項之行動裝置，其中該可變電壓產生器為一直流(DC)對DC轉換器。
  12. 如申請專利範圍第11項之行動裝置，其中該DC對DC轉換器為一升壓型轉換器、一降壓型轉換器、或一降升壓型轉換器。
  13. 如申請專利範圍第10項之行動裝置，進一步包含：一電源，與該可變電壓產生器相耦合，藉以提供一設定電壓準位給予該可變電壓產生器，該設定電壓準位小於該複數個電壓準位中的至少一個電壓準位。
  14. 如申請專利範圍第10項之行動裝置，其中該控制模組用以比較該RF輸出訊號之取樣及該RF功率準位控制，並且至少部分基於比較結果來控制該可變電壓產生器。
  15. 如申請專利範圍第10項之行動裝置，進一步包含：一天線架構，與該RF放大電路相耦合，藉以傳送該RF輸出訊號於一無線傳輸鏈路上。
  16. 如申請專利範圍第10項之行動裝置，其中該輸入阻抗和該有效輸出阻抗之匹配為50歐姆。
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