TWI528712B - 回應於減少供應電壓之放大器增益調整 - Google Patents

Description

回應於減少供應電壓之放大器增益調整

本發明係關於放大器，且特定而言係關於用於回應於減少供應電壓條件而改良放大器效率及線性的方法及裝置。

功率放大器通常用於攜帶型通信器件內以將傳出信號自低功率位準放大至適合於經由無線頻道傳輸信號之較高功率位準。如一般所理解，在電池供電器件中，功率放大器係自電池直接供電。隨著時間過去，隨著電子器件自電池汲取電流，來自電池之供應電壓將下降。此又對被迫使用隨時間改變之供應電壓操作之電子系統呈現挑戰。

在先前技術GSM(全球行動通信系統)及GPRS(通用封包無線電服務)功率放大器設計中，用以調變待放大之RF信號之調變類型(例如，高斯最小移位鍵控或GMSK)的類型允許放大器以飽和(非線性)模式操作且向放大器呈現之負載阻抗經選擇以按標稱電力供應電壓提供目標輸出功率。因此且當放大器以飽和模式有效率地工作時，輸出功率可在較低供應電壓下降級但降級一般不影響信號之品質，僅影響其功率。然而，因為由EDGE使用之調變類型(例如，相移鍵控)，所以先前技術EDGE(用於GSM演進之增強型資料速率)功率放大器必須以線性模式操作。因而，將約1.3分貝之功率輸出容限添加至放大器輸出功率能力以支援最小供應電壓下的操作。因此，當供應電壓減少，從而使最大輸出功率同樣減少時，增加之容限允許放大器充分線性地操作且防止輸出信號不能滿足特定信號品質要求。舉例而言，電池電壓可相對於3.5伏特之標稱電池電壓下降至3伏特(1.3分貝=20*log(3.5/3.0))，因而需要1.3分貝之功率輸出容限以維持低電池電壓下的放大器線性。

雖然添加之輸出功率容限方法確實維持線性時，但其遭受若干缺點。一種此缺點為當針對所有供應電壓位準而將1.3分貝之容限添加至輸出功率能力時，放大器之功率效率在供應電壓處於標稱位準時降級。此效率減少導致電流消耗增加且電池壽命減少。

另一建議方法為藉由RF信號偵測器實施回饋迴路，以使得偵測器監視且報告自放大器輸出之RF信號的功率。此建議方法接著基於供應電壓修改偵測器回應。在低電力供應電壓條件下，偵測器之輸出電壓經設定以指示比實際功率位準大1分貝的位準，此又使控制迴路減少至放大器之輸入功率，藉此將輸出功率減少1分貝。此功率減少減少截割及非線性。然而，雖然此先前技術方法改良線性，其為不當地複雜的且要求偵測器，從而增加了解決方案之成本及大小。

因此，在此項技術中需要具成本效益之解決方案，該解決方案改良功率效率且減少經提供低於標稱電壓或標稱電壓範圍之供應電壓的功率放大器的複雜性。

為了克服先前技術之缺點，揭示一種用於監視供應電壓且回應於減少供應電壓而減小放大器之增益的方法及裝置。

在一實施例中，一種方法包含：監視向具有一增益位準之放大器提供之供應電壓；將放大器之增益位準設定為一第一增益位準；及當所監視之供應電壓小於一第一臨限電壓時將放大器之該增益位準設定為一第二增益位準。該第一增益位準大於該第二增益位準。

一實例使用環境係在通信系統中。該通信系統包含經組態以產生RF信號之收發器、經組態以提供供應電壓之電池、放大器及偵測器。放大器具有一增益位準，該增益位準設定由該放大器對RF信號的放大以建立放大之RF信號以供天線傳輸。偵測器經調適以監視供應電壓或自供應電壓衍生之電壓。放大器經調適以當偵測器判定供應電壓小於第一臨限電壓，第二增益位準小於第一增益位準時，回應於偵測器而將放大器之增益位準自一第一增益位準改變至一第二增益位準。

在檢查以下諸圖及詳細描述之後，本發明之其他系統、方法、特徵及優點對熟習此項技術者而言將為或將變得顯而易見。意欲使所有此等額外系統、方法、特徵及優點包括於本描述內，在本發明之範疇內且由隨附申請專利範圍保護。

諸圖中之組件未必按比例繪製，而是將重點置於說明本發明之原理。在諸圖中，相似參考數字遍及不同視圖表示相應部分。

為了克服先前技術之缺點且提供額外益處，揭示一種具有可調增益之功率放大器。在一或多個實施例中，回應於至放大器之供應電壓而調整放大器之增益，藉此在以減少供應電壓操作時維持放大器之線性操作，同時亦在標稱供應電壓之週期期間維持高效率。此解決方案可用於諸如電池操作之行動電話手機的電池供電之應用中，以改良隨著電池電壓改變的功率放大器操作。此等行動電話應用可根據GSM及EDGE標準或任何其他標準操作。此解決方案相對於先前技術線性功率放大器設計而言改良了效率，同時亦在寬電力供應操作範圍上維持與某些信號品質要求(諸如在EDGE標準中的ACPR(鄰近頻道功率比)及EVM(誤差向量幅度)要求)的順應性。不同於針對所有供應電壓添加顯著輸出功率容限且藉此以減少的效率操作之先前技術放大器設計，此揭示之解決方案不會受到此等缺點之顯著影響。另外，可藉由此解決方案避免複雜性及由配對至回饋迴路之偵測器消耗的成本及空間。

圖1為用於行動手機或其類似者之傳輸鏈200之例示性實施例的方塊圖，傳輸鏈200具有功率放大器，該功率放大器具有取決於電力供應電壓的可設定增益。此僅為一可能實例實施例，且因而一般熟習此項技術者可在審視以下揭示內容之後開發此設計之變化。此實施例包括放大器模組202，包括經組態以放大RF信號以用於最終傳輸之功率放大器220。習知收發器204(諸如可自Munich,Germany之Infineon Technologies AG購得之PMB 6272 CMOS收發器)提供RF信號至放大器模組202。收發器204可包含：經組態以控制傳出信號之傳輸的控制系統、經組態以接收及處理傳入信號之接收器系統，及用以控制行動手機之總體操作的控制電路，諸如微處理器或數位信號處理器以及儲存於非暫時性機器可讀媒體中的軟體。供應電壓源208提供電力至放大器模組202及收發器204(如圖所示)。預期供應電壓源208包含電池，但在其他實施例中供應電壓源可包含燃料電池、太陽電壓源、電容器或任何其他電壓源。隨著自電源汲取電流，由供應電壓源208提供之電壓將隨時間自當完全充電時的標稱電壓位準或範圍變化至低於最小標稱電壓的電壓位準。

放大器模組202之輸出饋入至習知匹配網路212中，匹配網路212又連接至混合電路(未圖示)或直接連接至天線216。匹配網路212執行在放大器模組202與天線216之間的阻抗匹配。

放大器模組202包含經組態以放大來自收發器204之RF信號的一或多個放大器220。放大器220亦自鎖存器件230接收控制信號。如下文將更詳細地解釋，控制信號設定放大器級220之增益且鎖存器件230在傳輸週期期間將控制信號保持為恆定的。

放大器模組202包括回應於來自電源208之電壓的電力供應電壓偵測器238，電力供應電壓偵測器238產生耦合至放大器級220之控制信號。如將結合圖3解釋，偵測器238包括電路，該電路提供具有滯後之比較器以在來自供應器208的電壓變化時防止偵測器之振盪或「擺動」。偵測器238判定來自電力供應器208之電壓係在標稱電壓範圍內抑或低於標稱，且作為回應而產生設定放大器級220之增益的控制信號。簡單而言，若供應電壓低於第一臨限位準，則來自供應器208之電壓小於最小標稱電壓且來自偵測器238之控制信號將放大器級220之增益自第一增益位準減少至第二增益位準。若供應器208之電壓隨後超過大於第一臨限電壓之第二臨限電壓，則來自供應器208之電壓再次為標稱的且來自偵測器238之控制信號使放大器級220之增益返回至第一增益位準。預期可按需要使用兩個以上臨限電壓及增益位準。

在此實施例中，雖然偵測器238為類比的，但應理解，由偵測器238進行之電力供應電壓偵測可發生於類比或數位域中。若體現於數位域中，則可取樣通常為類比之供應電壓且藉由類比至數位轉換器(未圖示)將其轉換為數位格式。由在收發器204內之處理器將儲存於收發器204之外部或內部之記憶體中的一或多個數位臨限值與供應電壓作比較。

存在鎖存器件230以防止在傳輸週期期間的增益改變。在一實施例中，傳輸鏈200以叢發模式操作以使得傳輸僅發生於傳輸週期期間。鎖存器件230接收來自偵測器238(240)及收發器204(模式)之一或多個增益控制信號及來自傳輸鏈200(諸如但不限於收發器204)之傳輸啟用信號(Tx Enable)。傳輸啟用信號可包含指示何時系統正在傳輸的任何信號。傳輸啟用信號控制鎖存器件230以防止當系統正在傳輸時的增益改變。在傳輸期間放大器220之增益的改變可使來自放大器220之放大信號超過上文識別之ACPR或EVM要求中的一或多者。在另一實施例中，來自偵測器238及收發器204(模式)之輸出240可直接饋入至放大器220中。在一實施例中，鎖存器件230包含一或多個正反器。

如下文更詳細地解釋，放大器220可以飽和(非線性)模式或線性模式操作。對於GSM操作，放大器級220以飽和模式操作且不要求隨著電力供應電壓對放大器增益的調整。然而，EDGE標準要求放大器作為線性放大器操作以滿足ACPR及EVM要求。在本文描述之實施例中，為了達成飽和模式中的高效率，放大器220以相比於在線性模式下操作時的增益的較高增益操作為有利的。因此，在此實施例中，取決於傳輸鏈200以EDGE模式抑或GSM模式操作，來自收發器204之MODE控制信號設定放大器之增益。當以EDGE模式操作時，放大器220之增益由耦合至輸入A之來自偵測器238的控制信號設定。

圖2說明基於控制輸入MODE及A的放大器220之增益的例示性曲線。此僅為一例示性曲線且經提供以展示在例示性控制輸入與增益之間的關係。預期在其他實施例中或當考慮系統之其他態樣時，可使用額外增益步階以考慮到其他系統能力。在此實例曲線中，增益展示於垂直軸104上，而控制輸入值展示於水平軸108上。在此例示性實施例中，存在兩種操作模式：線性及飽和。在線性模式(MODE=0)中，所展示之控制輸入組態包括控制輸入A=0(112)及控制輸入A=1(116)。在飽和模式(MODE=1)中(增益控制信號組態120)，控制輸入A對增益無影響。特定而言，對於增益控制信號組態112，在放大器模組之輸出處建立第一增益位準130。此表示用於放大器220之最低增益位準。對於增益控制信號組態116，建立第二增益位準134。此為中間增益位準。對於增益控制信號組態120，建立第三增益位準138。此表示用於放大器220之最高增益位準。在一實施例中，此等增益位準分別對應於約33分貝、34分貝及40分貝之增益。在其他實施例中，可建立其他增益位準或步階。如下文更詳細地論述，在線性模式之操作期間，改變增益係回應於供應電壓之改變而發生，且可回應於取決於使用中之通信標準(例如，GSM或EDGE)或調變類型的操作模式而發生。

在圖3中，圖示偵測器238(圖1)之例示性實施例。來自電源208(圖2)之電壓由電阻器串150分率地縮放。沿串150之分接頭152、154分別提供兩個電壓V₂及V₁以用於經由單級雙投開關162耦接至比較器160之非反向輸入。如下文將更詳細地描述，開關162可使用許多熟知設計中之一者(諸如使用由比較器160之輸出控制的兩個習知CMOS傳輸閘)而實施。兩個分接頭152、154及比較器控制之開關162提供偵測器238之上文描述的滯後。電壓基準164(諸如產生實質上不隨溫度變化之電壓的習知帶隙電壓基準，例如，1.2伏特)耦接至比較器160之反向輸入。假設來自供應器208之電壓足夠，使得在兩個分接頭152、154處之電壓大於來自基準164之電壓(亦即，供應電壓為標稱)，則比較器之輸出為「1」，從而組態開關162以使得比較器160之非反向輸入耦接至分接頭154。若分接頭154處之電壓V₁降至小於來自基準164的電壓，則比較器160之輸出轉到「0」且組態開關162以將比較器160之非反向輸入耦接至分接頭152。比較器160之輸出將不會返回至「1」直至小於電壓V₁之在分接頭152上的電壓V₂超過基準電壓為止。因此，將滯後添加至比較器160之操作。應理解，可使用替代技術以實施偵測器238。

將使比較器自「1」切換至「0」及自「0」切換至「1」的供應器208之電壓易於由一般熟習此項技術者設計。出於本文之目的，將引起比較器160之輸出自「1」至「0」之改變的供應電壓為第一臨限電壓，且將引起輸出自「0」至「1」之改變的供應電壓為第二臨限電壓。如本文中所使用，術語標稱電壓經定義為自完全充電之電壓源所得之電壓。最小標稱電壓為將導致來自放大器220之輸出信號品質恰好滿足目標位準的電壓位準。將低於最小標稱電壓的電壓定義為將導致輸出信號品質降至低於目標位準的電壓。將輸出信號品質目標位準定義為使來自放大器220之輸出信號的品質滿足系統之IP3(三階截取點)、ACPR(鄰近頻道功率比)、EVM(誤差向量幅度)及ORFS(輸出RF頻譜)規格的位準。可按需要添加其他規格或丟棄上文識別之規格中的一或多者。

在一實施例中，對於典型Li離子或Ni金屬氫化物可再充電電池，供應電壓之電壓位準在約3伏特與4.8伏特之間，標稱供應為約3.5伏特。因此，將第一臨限電壓設定為約3.3伏特且將第二臨限電壓設定為約3.5伏特。在其他實施例中或對於不同技術(諸如Ni-Cd可再充電電池或非可再充電鹼性電池)，第一及第二臨限電壓可為不同的。

返回至圖1，若收發器204經組態以在(例如)GSM模式中操作，則將MODE控制信號設定為「1」，且如圖2中所展示，放大器220之增益處在最大增益位準138。在此實施例中，控制信號A對放大器增益無影響，但應理解，替代實施例可在於飽和模式中操作時具有設定放大器之增益的額外控制信號，包括控制信號A。

然而，若收發器204經組態以在(例如)EDGE模式中操作，則將MODE控制信號設定為「0」且控制輸入A具有設定放大器204之增益的效果。在電力供應電壓滿足或超過最小標稱供應電壓之狀況下，放大器220以最大效率或接近最大效率操作，此係歸因於供應電壓在標稱電壓範圍內且放大器經組態以按針對此等供應電壓之最大功率操作。

為了在各種電力供應電壓下達成改良之效率及線性，偵測器238操作以監視供應電壓，且根據供應電壓經由控制信號A調整放大器220之增益。鎖存器件230在下一非傳輸週期期間(亦即，當傳輸器不正在傳輸時)將此增益控制信號A提供至放大器級220。鎖存器件230維持對放大器220的相同增益控制信號值，直至鎖存器件230被提供了不同增益控制信號值且傳輸啟用信號(Tx Enable)為「0」或指示系統不正在傳輸之其他邏輯位準為止。在其他實施例中，系統可經組態以在傳輸週期期間改變增益。

供應電壓將隨時間下降直至供應電壓達到低於最小標稱供應電壓之位準為止。偵測器238繼續監視供應電壓且將其與第一臨限比較，並最終偵測供應電壓降至低於第一臨限。第一臨限為表示一電壓之臨限值，該電壓為偵測器238迫使放大器220至減少的增益(本文中稱作第二增益位準)之最小標稱電壓。在一組態中，增益減少為1分貝，但在其他實施例中，可發生不同量之增益減少。因此，偵測器238將指示供應電壓降至低於第一臨限之比較的結果輸出至鎖存器230，鎖存器230如上文所描述改變放大器220之控制輸入A。輸出信號可包含邏輯位準改變或任何其他類型信號。

操作以此減少的增益位準繼續，同時偵測器238繼續相對於一或多個臨限而監視供應電壓。在以第二或減少增益位準操作期間，預期供應電壓可增加回至標稱供應電壓範圍。此可出於任何數目之理由而發生，該等理由包括溫度改變、自電池汲取之電流減少，或電池充電工作階段。為了減少在增益位準之間的不當振盪，需要將滯後添加至偵測器238的操作。在此實施例中，當以第二增益位準操作時，偵測器238相對於第二臨限值監視供應電壓，第二臨限值在此實施例中大於第一臨限值。因為第二臨限值大於第一臨限值，所以在控制信號A轉變之前供應電壓必須將值增加至大於第一臨限值之電壓，從而將放大器220之增益自第二增益位準設定回至第一增益位準。在第一與第二臨限之間的此差異(稱作滯後)防止在增益位準之間的不當振盪或擺動。

若偵測器238判定供應電壓大於第二臨限值，則偵測器輸出在傳輸器不正在傳輸之下一週期經由鎖存器件230迫使放大器220以第一增益位準而非第二增益位準操作。操作以此方式繼續。

藉由減少放大器220之增益，輸出級之擺幅(亦即，在放大器220之最終級中之電晶體的輸出節點(例如，集極或汲極)上的峰間電壓)伴隨地減少，此又減少放大器220之截割及失真。減少截割及失真改良線性。當放大器220包含級聯之一系列級時，輸出功率由自收發器204至模組202之輸入功率及放大器220的增益控制。輸出功率在線性功率放大器中與輸入功率成比例。因此，減少放大器220之增益會減少輸出級上之信號的功率及電壓擺幅。當輸出級上之電壓波形受供應電壓限制時，發生線性之嚴重降級，從而導致失真。對於EDGE系統，此失真將導致放大器220不能滿足上文描述之ACPR及EVM要求。減少電壓擺幅會減少此現象且保留線性。

圖1之系統與先前技術相比具有若干優點。一種此優點為此解決方案為自主的且因而不要求與傳輸鏈200之複雜互動。如上文所論述，其不要求閉合迴路控制且可在不修改操作軟體之情況下實施。

圖4為具有增益控制輸入之例示性RF功率放大器220的電路層級圖。此僅為一可能的電路層級實施。在此例示性電路中，提供至MODE控制輸入304及控制輸入A 308的信號表示圖1及圖2中所展示的增益控制信號。此例示性實施例具有三個不同增益位準，但可藉由以許多熟知方式中之一者修改圖4中之放大器220電路來達成三個以上增益位準。在一實施例中，第一增益位準係隨著標稱供應電壓針對線性操作而建立，而第二增益位準係隨著減少的供應電壓針對線性操作而建立，且第三增益位準係針對飽和模式操作而建立。現逐元件地論述此例示性電路。

RF輸入320將RF信號提供至放大器電路以供放大。RF信號輸入連接至放大器電晶體336，本文為雙極電晶體。偏壓電壓328經由偏壓電阻器340對電晶體336加偏壓。在此實例中，偏壓電壓為固定的，但應理解，可使用包括可變偏壓之其他偏壓配置。電晶體經由包含電感器之RF抗流器344接收供應電壓330。將高阻抗提供至電晶體之集極上之RF信號的RF抗流器344將電晶體336之集極自供應電壓330解耦，同時允許直流電流傳遞至電晶體336。電晶體336之輸出提供至RF輸出324。在一實施例中，在修改增益時，使在RF輸入320上之信號保持為恆定的。

如所展示，電晶體336之發射極連接至串聯之電阻器360、電阻器364及接地之電阻器368。電阻器360、364、368充當發射極退化電阻器，其用以控制電晶體336之增益以使得當電阻增加時，電晶體336及因此放大器220之增益減少。與電阻器368並聯的為具有連接至控制輸入A 308之基極的切換電晶體354。在此實施例中，將邏輯「1」信號提供於輸入A 308上迫使電晶體354進入導電模式，藉此有效地將電阻器368自電晶體336之發射極至接地路徑移除，此又減少發射極退化電阻且增加放大器220之增益。

同樣，與電阻器368及電阻器364並聯的為具有連接至輸入MODE 304之基極的切換電晶體350。在此實施例中，將邏輯「1」信號提供於輸入MODE 304上迫使電晶體350進入導電模式，藉此有效地自發射極至接地路徑移除電阻器368、364，此又減少發射極退化電阻，藉此將放大器220之增益增加至其最大值。在此實施例中，電晶體350、354為組態為開關之雙極器件，該等開關可基於提供至電晶體350、354之基極的邏輯信號而在斷路與短路之間雙態觸發。或者，可使用MOSFET器件或機電器件(例如，繼電器)而非雙極電晶體350、354。

在此實例實施例中，輸入A 308接收回應於來自偵測器238(圖2)之供應電壓位準而控制增益的一控制信號。MODE輸入接收針對在GSM或EDGE通信標準或其類似者中之操作分別設定不同增益位準的一控制信號。然而，預期在其他實施例中可省略MODE輸入。或者，輸入A可回應於不同供應電壓位準而建立不同增益步階以藉此建立回應於不同程度之供應電壓變化的較大增益解析度。以下論述係藉由在GSM或EDGE中之MODE控制操作而呈現，GSM與EDGE各自具有不同操作模式且因此具有不同增益要求。儘管建立在邏輯「1」位準處的MODE消除了由來自電路之A控制輸入進行的增益控制，但在此實施例中GSM操作不利用增益步階，因此當在GSM中操作時，不需要增益步階。在其他實施例中，在GSM中之操作可受益於增益步階，且因而在此等替代實施例中，MODE輸入可用以建立在GSM模式或EDGE模式中之操作，藉此使控制輸入A用於兩種模式之增益調整。

在操作中，將RF信號提供至電晶體336之基極，電晶體336基於供應電壓208及與電晶體336之發射極串聯的退化電阻放大RF信號。在操作期間，提供於MODE輸入304上之信號係由系統處於GSM抑或EDGE模式而判定，且因而MODE輸入可分別接收邏輯「1」或「0」信號。

耦接至圖1中之偵測器238的輸入A 308在標稱供應電壓範圍期間被提供有邏輯「1」位準信號。此又迫使電晶體354表現為短路。此有效地移除作為發射極退化電阻之部分的電阻器368之電阻，相比於電阻器368為電路之部分時的增益，此情形提供電晶體336之較高增益。

操作以此方式繼續直至系統偵測到供應電壓已降至標稱電壓範圍以外為止。當供應電壓降至低於最小標稱電壓時，將邏輯「0」位準提供於輸入A上。此迫使電晶體354在其集極與發射極端子之間表現為斷開。此有效地將電阻器368置放至電路中，藉此增加發射極電阻。此又減少增益，此舉具有在減少供應電壓之週期期間減少截割且改良線性的效應。此後，輸入A可取決於供應電壓值及其與第一臨限電壓及第二臨限電壓的關係而在邏輯「1」位準或邏輯「0」位準之間轉變。提供滯後控制以防止如結合圖1及圖3所論述之振盪。

在替代實施例中，替代於藉由改變放大器中之一或多個組件值而使放大器220的增益變化，可取決於如由偵測器238監視之供應電壓而取代具有不同增益之放大器級或將具有不同增益之放大器級切換入放大器220中及切換出放大器220。舉例而言，對於標稱供應電壓，將具有高增益之放大器級用於放大器220中。然而，若供應電壓降至低於第一臨限電壓，則用低增益放大器級取代高增益放大器。用於取代具有不同增益之放大器級的合適技術揭示於美國專利7,482,868中，其全文以引用的方式併入本文中。

亦預期，FET或其他類似器件可取代雙極電晶體336。藉由FET而非雙極電晶體336之操作將實質上如上文所描述而發生，但其中電阻器360、364、368作為以類似於針對雙極版本所描述之方式操作的源極退化電阻器而操作。

圖5為當針對線性(MODE=0)放大而組態時之放大器模組200(圖2)之操作的實例方法的例示性操作流程圖。此僅為一可能之操作方法，且因而預期在其他實施例中，其他操作方法可在不脫離隨附申請專利範圍的情況下發生。在以下實例中，假設電力供應為正的且第一臨限值的正性稍差於第二臨限值以提供上文描述之滯後；一般熟習此項技術者可調適本文中所描述之電路及功能性以用於負電力供應電壓。若放大器模組200經組態以用於飽和非線性放大(MODE=1)，則可跳過以下步驟。

在此實施例中，操作開始於步驟404處。首先，在步驟406中最初將放大器之增益設定為Gain_Level_1。此後，操作前進至步驟408且系統監視供應電壓。可直接監視來自供應器208之電壓，或可監視諸如來自分壓器網路之縮放版本以作為此過程之部分。基於監視，操作前進至決策步驟412。在決策步驟412處，操作判定供應電壓是否小於第一臨限。藉由比較供應電壓與第一臨限，操作判定供應電壓是否在標稱電壓範圍中或低於標稱範圍。基於比較，放大器220之增益位準可經調整以在低供應電壓下維持線性。若在決策步驟412處供應電壓不小於第一臨限(亦即，供應電壓高於最小標稱電壓)，則操作前進至步驟416且在此實施例中將現有增益位準維持於Gain_Level_1處，且操作如所展示返回至決策步驟412。

或者，若在決策步驟412處，操作判定供應電壓小於第一臨限(亦即，供應電壓低於最小標稱電壓)，則操作前進至步驟420。在步驟420處，操作判定系統是否正在傳輸資料。在此實施例中，若系統正在傳輸資料，則改變增益位準為不當的。若系統正在傳輸，則操作前進至步驟424，且系統在返回至步驟424之前進入短等待循環。若反之在步驟420處，操作判定系統不正在傳輸，則操作前進至步驟428且系統實施Gain_Level_2。在此實施例中，Gain_Level_2回應於較低供應電壓相比於Gain_Level_1在放大器220中建立較低增益位準。此具有減少截割且藉此維持放大器220之線性的效應。操作如下文所描述以此增益位準繼續。

在步驟432處，系統繼續相對於第二臨限監視供應電壓，其中第二臨限不同於第一臨限。若供應電壓不大於第二臨限，則操作前進至步驟440且系統維持Gain_Level_2。此發生係因為供應電壓仍低於標稱電壓範圍且低於第二臨限。儘管供應電壓可能已增加超過第一臨限值，但其尚未增加超過第二臨限。因此，操作如所展示返回至步驟436且維持相同增益位準直至在步驟436處供應電壓上升至超過第二臨限為止。若供應電壓大於第二臨限，則操作前進至決策步驟444且操作判定系統是否正在傳輸。

若系統正在傳輸，則操作如所展示前進至步驟448且其執行等待循環並接著返回至決策步驟444。如上文所論述，不應在傳輸週期期間改變增益。若在決策步驟444處系統不正在傳輸，則操作前進至步驟406且放大器220之增益位準被調整回至Gain_Level_1，Gain_Level_1為當供應電壓處在標稱範圍中時的增益位準。在步驟406之後，操作返回至步驟408且系統監視供應電壓。

儘管結合具有關於供應電壓之兩個臨限及兩個相應增益位準之系統描述，預期可建立兩個以上臨限，此又建立兩個以上增益位準。此可選實施例將建立增益調整之額外解析度以匹配供應電壓。另外，預期增益可在傳輸週期期間改變。此外，儘管將兩個臨限用於兩個增益位準之系統，但可利用單一臨限，但振盪可發生。其他構件(諸如計時器或其他延遲器)可用以防止振盪。

圖6說明包含例示性攜帶型收發器之實例使用環境。此為本文中所揭示之革新之一可能的實例使用環境，且因而預期革新可用於許多其他環境中。攜帶型收發器800包括：揚聲器802、顯示器804、鍵盤806及麥克風808，其均連接至基頻子系統810。可為直流(DC)電池或其他電源之電源208亦經由連接件844連接至基頻子系統110以將電力提供至攜帶型收發器800。在特定實施例中，攜帶型收發器800可為(例如但不限於)諸如行動蜂巢類型電話的攜帶型電信器件。如對於熟習此項技術者而言為已知的，揚聲器802及顯示器804分別經由連接件812及814自基頻子系統810接收信號。類似地，鍵盤806及麥克風808分別經由連接件816及818將信號供應至基頻子系統810。基頻子系統810包括：經由匯流排828通信之微處理器(.mu.P)820、記憶體822、類比電路824及數位信號處理器(DSP)826。儘管展示為單一匯流排，但匯流排828可使用按需要連接於基頻子系統810內之子系統間之多個匯流排而實施。基頻子系統810亦可包括特殊應用積體電路(ASIC)835及場可程式化閘陣列(FPGA)833。

微處理器820及記憶體822提供用於攜帶型收發器800之信號計時、處理及儲存功能。類比電路824提供用於基頻子系統810內之信號的類比處理功能。基頻子系統810諸如經由(例如)連接件832將控制信號提供至傳輸器850、接收器870及功率放大器模組202。

基頻子系統810產生在本文中稱作V_APC之功率控制信號，V_APC經由連接件846供應至功率放大器模組202。功率放大器模組202可對應於圖1中展示之放大器模組。信號V_APC係由基頻子系統810產生且一般由下文待描述之數位至類比轉換器(DAC)836或838中之一者轉換為類比控制信號。亦可自匯流排828供應功率控制信號V_APC以指示可以熟習此項技術者已知之不同方式產生信號。一般而言，功率控制信號V_APC係產生於基頻子系統810中且隨在校準期間判定之功率放大器的峰值電壓而變地控制功率放大器之輸出，並對應於功率放大器輸出功率。

在連接件832及846上之控制信號可源自DSP 826、ASIC 835、FPGA 833，來自微處理器820或可產生於傳輸器850、接收器870上或其上定位有傳輸器850及接收器870之收發器晶片上，且經供應至在傳輸器850、接收器870內之多種連接及功率放大器模組202。應注意，出於簡單起見，本文中僅說明攜帶型收發器800之基本組件。由基頻子系統810提供之控制信號控制在攜帶型收發器800內之各種組件。另外，傳輸器850及接收器870之功能可整合至收發器中。

基頻子系統810亦包括類比至數位轉換器(ADC)834及數位至類比轉換器(DAC)836及838。儘管DAC 836及838被說明為兩個獨立器件，但應理解，可使用執行DAC 836及838之功能的單一數位至類比轉換器。ADC 834、DAC 836及DAC 838亦經由匯流排828與微處理器820、記憶體822、類比電路824及DSP 826通信。DAC 836將在基頻子系統810內之數位通信資訊轉換為類比信號以用於經由連接件840傳輸至調變器852。雖然展示為雙向箭頭，但連接件840包括待在自數位域轉換至類比域之後由傳輸器850傳輸之資訊。

傳輸器850包括調變連接件840上之類比資訊且經由連接件858將調變信號提供至增頻轉換器854的調變器852。增頻轉換器854將連接件858上之調變信號變換至適當傳輸頻率且將增頻轉換之信號經由連接件884提供至功率放大器模組202。功率放大器模組202含有將信號放大至用於系統的適當功率位準之一或多個功率放大器，在該系統中攜帶型收發器800經設計以操作。下文描述功率放大器模組202之結構及操作的細節。

已省略調變器852及增頻轉換器854之細節，此係因為其將為熟習此項技術者所瞭解。舉例而言，連接件840上之資料一般由基頻子系統110格式化為同相(I)及正交(Q)分量。I及Q分量可採用不同形式且取決於使用之通信標準而經不同地格式化。舉例而言，當功率放大器模組用於恆定振幅之相位(或頻率)調變應用(諸如全球行動通信系統(GSM))中時，調變器852提供相位調變資訊。當功率放大器模組用於要求相位及振幅調變兩者之應用(諸如(例如)用於GSM演進之擴展資料速率，稱作EDGE)中時，傳輸信號之笛卡爾同相(I)及正交(Q)分量被轉換為其極性對應物，振幅及相位。相位調變係由調變器852執行，而振幅調變係由功率放大器控制元件之元件執行，其中振幅波封係由功率放大器功率控制電壓V_APC定義，V_APC係由功率放大器控制元件產生。功率放大器模組202之瞬時功率位準追蹤V_APC，因此產生具有相位及振幅分量兩者之傳輸信號。已知為極性調變之此技術消除對藉由功率放大器模組進行之線性放大的需要，從而允許使用更有效之飽和操作模式，同時提供相位及振幅調變兩者。

功率放大器模組202經由連接件856將放大信號供應至前端模組862。前端模組862包含可包括(例如)具有濾波器對之雙訊器的天線系統介面，該濾波器對允許傳輸信號及接收信號兩者之同時傳遞，如一般熟習此項技術者所已知。在一實施例中，功率放大器模組202及前端模組862可組合為單一元件。傳輸信號係自前端模組862供應至天線216。

由天線216接收之信號將自前端模組862導向至接收器870。接收器870包括降頻轉換器872、濾波器882及解調變器878。若使用直接轉換接收器(DCR)實施，則降頻轉換器872將所接收信號自RF位準轉換為基頻位準(DC)。或者，取決於應用，所接收RF信號可降頻轉換至中間頻率(IF)信號。經由連接件874將降頻轉換信號發送至濾波器882。濾波器包含至少一濾波器級以過濾所接收的降頻轉換之信號，如此項技術中已知。

將過濾之信號自濾波器882經由連接件876發送至解調變器878。解調變器878恢復傳輸之類比資訊且經由連接件886將表示此資訊之信號供應至ADC 834。ADC 934以基頻頻率將此等類比信號轉換為數位信號且經由匯流排828將信號傳送至DSP 826以用於進一步處理。

本文中描述之方法及裝置將用於功率放大器202及基頻系統810中。基頻子系統810(諸如ASCI 835或其他處理器件)可將控制信號提供至接收器功率放大器模組202。

儘管已描述本發明之各種實施例，但一般熟習此項技術者將顯而易見，在本發明之範疇內的更多實施例及實施係可能的。另外，本文中描述之各種特徵、元件及實施例可經主張或組合於任何組合或配置中。

104．．．垂直軸

108．．．水平軸

112．．．增益控制信號組態

116．．．增益控制信號組態

120．．．增益控制信號組態

130．．．第一增益位準

134．．．第二增益位準

138．．．第三增益位準

150．．．電阻器串

152．．．分接頭

154．．．分接頭

160．．．比較器

162．．．單級雙投開關

164．．．電壓基準

200．．．傳輸鏈

202．．．放大器模組

204．．．收發器

208．．．供應電壓源

212．．．匹配網路

216．．．天線

220．．．功率放大器

230．．．鎖存器件

238．．．電力供應電壓偵測器

240．．．輸出

304．．．控制輸入

308．．．控制輸入

320．．．射頻(RF)輸入

324．．．射頻(RF)輸出

328．．．偏壓電壓

336．．．電晶體

340．．．偏壓電阻器

344．．．射頻(RF)抗流器

350．．．切換電晶體

354．．．切換電晶體

360．．．電阻器

364．．．電阻器

368．．．電阻器

800．．．攜帶型收發器

802．．．揚聲器

804．．．顯示器

806．．．鍵盤

808．．．麥克風

810．．．基頻子系統

812．．．連接件

814．．．連接件

816．．．連接件

818．．．連接件

820．．．微處理器

822．．．記憶體

824．．．類比電路

826．．．數位信號處理器(DSP)

828．．．匯流排

832．．．連接件

833．．．場可程式化閘陣列(FPGA)

834．．．類比至數位轉換器(ADC)

835．．．特殊應用積體電路(ASIC)

836．．．數位至類比轉換器(DAC)

838．．．數位至類比轉換器(DAC)

840．．．連接件

844．．．連接件

846．．．連接件

850．．．傳輸器

852．．．調變器

854．．．增頻轉換器

856．．．連接件

858．．．連接件

862．．．前端模組

870．．．接收器

872．．．降頻轉換器

874．．．連接件

876．．．連接件

878．．．解調變器

882．．．濾波器

884．．．連接件

886．．．連接件

V₁．．．電壓

V2．．．電壓

V_APC．．．功率控制信號

圖1為根據本發明之一實施例之行動手機或其類似者中的傳輸鏈之例示性實施例的方塊圖。

圖2為相對於控制輸入之放大器增益的例示性曲線。

圖3為具有滯後之比較器的例示性電路圖。

圖4為根據本發明之一實施例的具有增益控制輸入之RF放大器的例示性電路圖。

圖5為本發明之例示性實施例之操作的例示性操作流程圖。

圖6說明包含攜帶型收發器之實例使用環境。

200．．．傳輸鏈

202．．．放大器模組

204．．．收發器

208．．．供應電壓源

212．．．匹配網路

216．．．天線

220．．．功率放大器

230．．．鎖存器件

238．．．電力供應電壓偵測器

240．．．輸出

Claims (32)

1. 一種放大器增益控制方法，其包含：監視提供至一放大器之一供應電壓，該放大器具有一增益位準且經調適以選擇性地操作於一飽和模式或一線性模式中之一者；將該放大器之該增益位準設定至一第一增益位準；當該經監視的供應電壓小於一第一臨限電壓時將該放大器之該增益位準設定至一第二增益位準，該第二增益位準小於該第一增益位準；及當該經監視的供應電壓超過一第二臨限電壓時將該放大器之該增益位準設定至該第一增益位準，該第二臨限電壓大於該第一臨限電壓。
2. 如請求項1之方法，其中該供應電壓源自一電池。
3. 如請求項1之方法，其中該放大器之該增益位準至少部分由耦合至該放大器中之一電晶體的退化電阻之一量所控制。
4. 如請求項1之方法，其中該方法在經組態以執行儲存於一記憶體中之軟體的一處理器上執行。
5. 如請求項1之方法，其中當該電力供應電壓低於該第一臨限電壓時，該放大器不能滿足鄰近頻道功率比或誤差向量幅度信號品質要求。
6. 如請求項1之方法，其中該放大器為實施於經調適以按叢發傳輸之一傳輸器中的一功率放大器，且該放大器之該增益位準僅在叢發之間改變。
7. 如請求項6之方法，其中對該供應電壓之該監視僅在叢發期間發生。
8. 如請求項1之方法，其進一步包含當該放大器以該飽和模式操作時，將該放大器之該增益位準設定至一第三增益位準，該第三增益位準大於該第一增益位準。
9. 如請求項1之方法，其中當以該線性模式操作時，該放大器之該增益位準係選自僅由該第一增益位準及該第二增益位準組成之群組。
10. 如請求項1之方法，其中該放大器為實施於經調適以按叢發傳輸之一傳輸器中的一功率放大器，且該放大器之該模式僅在叢發之間改變。
11. 如請求項1之方法，其中該放大器實施於一傳輸器中且該供應電壓之監視僅發生於傳輸時。
12. 一種通信系統，其包含：一收發器，其經組態以產生一RF信號；一電池，其經組態以提供一供應電壓；一放大器，其具有一控制對該RF信號之放大以建立一放大之RF信號以供一天線傳輸的增益位準；一偵測器，其經組態以比較該供應電壓與至少一第一臨限值，且回應於該比較，產生將該放大器之該增益位準自一第一增益位準改變至一第二增益位準的一或多個增益控制信號；安置於該偵測器與該放大器之間的一鎖存器件，該鎖存器件經調適以僅在該通信系統不正在傳輸之週期期間 改變該放大器之該增益位準。
13. 如請求項12之系統，其中該偵測器進一步經組態以比較該供應電壓與至少一第二臨限值，且回應於供應電壓大於該第二臨限值，將該增益位準改變至該第一增益位準。
14. 如請求項12之系統，其進一步包含由該一或多個增益控制信號控制之一或多個切換電晶體，該一或多個切換電晶體經組態以選擇性地將一或多個電阻器切換入或切換出與該放大器相關聯之一電路。
15. 如請求項12之系統，其中該放大器包含一或多個雙極放大器電晶體及回應於該一或多個增益控制信號而改變一退化電阻之一或多個開關。
16. 如請求項12之系統，其中該放大器包含：一或多個場效電晶體；一退化電阻，其安置為與該一或多個場效電晶體之一源極端子串聯；及一或多個開關，其回應於該一或多個增益控制信號而藉由改變在該放大器內之該退化電阻來控制該放大器之該增益位準。
17. 如請求項12之系統，其中該放大器包含具有一第一增益之一第一放大器級及具有一第二增益之一第二放大器級，且該放大器之該增益位準係藉由以該第二放大器級取代該第一放大器級而加以控制。
18. 如請求項12之系統，其中該偵測器係經組態以執行儲存 於一機器可讀媒體中之軟體的一處理器。
19. 如請求項12之系統，其中當該電力供應電壓降至低於該第一臨限值時，該放大器不能滿足鄰近頻道功率比或誤差向量幅度信號品質要求。
20. 如請求項12之系統，其進一步包含經組態以儲存該第一臨限值之一記憶體，該記憶體可由該偵測器讀取。
21. 如請求項12之系統，其中該偵測器係一比較器。
22. 一種放大器增益控制系統，其包含：一放大器模組，其具有至少部分由一增益控制信號控制的一增益；一記憶體，其經組態以儲存至少一臨限值；一比較器，其經組態以比較一供應電壓與該至少一臨限值，且回應於該比較而產生該增益控制信號；一鎖存器件，其經組態以：接收一傳輸啟用信號及該增益控制信號，及僅當該放大器模組不正在放大用於傳輸之一信號時，將該增益控制信號之一改變提供至該放大器模組。
23. 如請求項22之系統，其中該至少一臨限值包含一第一臨限及一第二臨限。
24. 如請求項22之系統，其中該增益控制信號回應於該供應電壓小於一第一臨限而減小該增益。
25. 如請求項22之系統，其中該鎖存器件係一正反器。
26. 如請求項22之系統，其進一步包含一增益控制電路，該增益控制電路回應於該增益控制信號而增加及減小在該 放大器模組中之一電阻以改變該放大器模組之該增益。
27. 如請求項22之系統，其中該供應電壓係源自一電池且該供應電壓隨時間改變。
28. 一種通信系統，其包含：一收發器，其經組態以產生一RF信號；一電池，其經組態以提供一供應電壓；一放大器，其具有一控制對該RF信號之放大以建立一放大之RF信號以供一天線傳輸的增益位準；一偵測器，其經組態以比較該供應電壓與至少一第一臨限值，且回應於該比較，產生將該放大器之該增益位準自一第一增益位準改變至一第二增益位準的一或多個增益控制信號；及由該一或多個增益控制信號控制之一或多個切換電晶體，該一或多個切換電晶體經組態以選擇性地將一或多個電阻器切換入或切換出與該放大器相關聯之一電路，致使該切換係回應於該比較該供應電壓與該至少該第一臨限值而發生。
29. 如請求項28之系統，其中該偵測器進一步經組態以比較該供應電壓與至少一第二臨限值，且回應於供應電壓大於該第二臨限值，將該增益位準改變至該第一增益位準。
30. 如請求項28之系統，其中該偵測器係經組態以執行儲存於一機器可讀媒體中之軟體的一處理器。
31. 如請求項28之系統，其進一步包含經組態以儲存該第一 臨限值之一記憶體，該記憶體可由該偵測器讀取。
32. 如請求項28之系統，其中該偵測器係一比較器。