TWI583132B - 用於功率放大器系統中之波封之形塑之裝置及方法 - Google Patents

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Description

用於功率放大器系統中之波封之形塑之裝置及方法
本發明之實施例係關於電子系統，且確切而言，係關於用於射頻(RF)電子裝置之功率放大器。
功率放大器可包括在行動器件中以放大RF信號，以供經由天線傳輸。舉例而言，在具有時分多重存取(TDMA)架構(諸如存在於全球行動通信系統(GSM)中者)、碼分多重存取(CDMA)，及寬頻碼分多重存取(W-CDMA)系統之行動器件中，功率放大器可用以放大具有相對較低功率之RF信號。管理RF信號之放大可為重要的，此係因為所要傳輸功率位準可取決於使用者距基地台之距離及/或行動環境。功率放大器亦可用以幫助隨時間調節RF信號之功率位準，以便在所指派之接收時槽期間防止由傳輸造成的信號干擾。
功率放大器之功率消耗可為重要考慮因素。用於降低功率放大器之功率消耗之一技術為波封追蹤，其中關於RF信號之波封而控制功率放大器之電源供應器的電壓位準。因此，當RF信號之波封增大時，供應至功率放大器之電壓可增大。同樣，當RF信號之波封減小時，供應至功率放大器之電壓可減小以降低功率消耗。
在某些實施例中，本發明係關於一功率放大器系統。該功率放 大器系統包括：一調變器，其經組態以產生一射頻(RF)信號；及一功率放大器，其經組態以放大該RF信號以產生一經放大之RF信號。該功率放大器經組態以接收用於為該功率放大器供電之一功率放大器供應電壓。該功率放大器進一步包括一波封追蹤器，其經組態以產生該功率放大器供應電壓，且基於一經形塑之波封信號而控制該功率放大器供應電壓之一電壓位準。該功率放大器系統進一步包括一波封形塑電路，其經組態以藉由形塑對應於該RF信號之一波封之一波封信號，來產生該經形塑之波封信號。該波封形塑電路包括一形塑表，其經組態以跨越該波封信號之電壓變化在一傳輸頻帶或一接收頻帶中之至少一者中維持一實質上恆定之失真。在一第一功率位準下校準該形塑表。該功率放大器系統進一步包括一增益控制電路，其包括一增益調整表，該增益調整表經組態以針對高於該第一功率位準之一或多個輸出功率位準提昇該功率放大器之該增益。該增益控制電路經組態以增強該調變器與該功率放大器之一組合功率效率。
在各種實施例中，該形塑表經進一步組態以跨越該波封信號之電壓變化在該傳輸頻帶及該接收頻帶兩者中維持一實質上恆定之失真。
在若干實施例中，該增益調整表經進一步組態以針對小於該第一功率位準之一或多個輸出功率位準減小該功率放大器之該增益。
根據某些實施例，該形塑表經組態以將該功率放大器系統之一失真維持為針對該傳輸頻帶小於約-38dBc且針對該接收頻帶小於約-130dBm/Hz。
在一些實施例中，該形塑表包括一查找表，其經組態以接收一數位輸入信號，且產生一數位輸出信號。該數位輸入信號指示該波封信號之一電壓位準，且該數位輸出信號指示經形塑之波封信號之一電壓位準。根據一些實施例，該功率放大器系統進一步包括一數位至類 比轉換器(DAC)，其經組態以轉換該形塑表之該數位輸出以產生該經形塑之波封信號。
在各種實施例中，該增益調整表包括一查找表，其經組態以接收一數位輸入信號，且產生一數位輸出信號。該數位輸入信號指示一功率反饋信號之一電壓位準，且該數位輸出信號指示一功率放大器偏壓信號之一電壓位準。在一些實施例中，功率放大器系統進一步包括一DAC，其經組態以轉換該增益調整表之該數位輸出以產生一類比偏壓控制信號。在某些實施例中，該功率放大器系統進一步包括一功率放大器偏壓電路，其經組態以使用該類比偏壓控制信號來控制該功率放大器之增益。在一些實施例中，該功率放大器包括一雙極電晶體，且該功率放大器偏壓電路經組態以控制該雙極電晶體之一基極偏壓電流或一基極偏壓中的至少一者。在某些實施例中，該功率放大器系統進一步包括一定向耦合器，其經組態以感測該功率放大器之一功率輸出位準，且該功率反饋信號係基於由該定向耦合器感測之該功率輸出位準。
在某些實施例中，本發明係關於一行動器件。該行動器件包括一基頻處理器，其經組態以產生一同相(I)信號、一正交相位(Q)信號，及指示該I信號及該Q信號之一波封的一波封信號。該行動器件進一步包括一I/Q調變器，其經組態以接收該I信號及該Q信號且產生一RF信號。該行動器件進一步包括一功率放大器，其經組態以放大該RF信號以產生一經放大之RF信號，且該功率放大器經組態以接收用於為該功率放大器供電之一功率放大器供應電壓。該行動器件進一步包括一波封形塑電路，其經組態以藉由形塑該波封信號來產生一經形塑之波封信號。該波封形塑電路包括一形塑表，其經組態以跨越該波封信號之電壓變化在一傳輸頻帶或一接收頻帶中之至少一者中維持一實質上恆定之失真，且在一第一功率位準下校準該形塑表。該行動器 件進一步包括：一波封追蹤器，其經組態以產生該功率放大器供應電壓，該波封追蹤器經組態以基於一經形塑之波封信號而控制該功率放大器供應電壓之一電壓位準；及包括一增益調整表之一增益控制電路，該增益調整表經組態以針對高於該第一功率位準之一或多個輸出功率位準提昇該功率放大器之該增益。
在各種實施例中，該形塑表經進一步組態以跨越該波封信號之電壓變化在該傳輸頻帶及該接收頻帶兩者中維持一實質上恆定之失真。
在某些實施例中，該行動器件進一步包括一電池，其經組態以將一電池電壓提供至該波封追蹤器。
根據一些實施例，該行動器件進一步包括經組態以自該功率放大器接收該經放大之RF信號的一切換器，及電連接至該切換器之一天線。
在各種實施例中，該增益調整表包括一查找表，其經組態以接收一數位輸入信號，且產生一數位輸出信號。該數位輸入信號指示一功率反饋信號之一電壓位準，且該數位輸出信號指示一功率放大器偏壓信號之一電壓位準。在某些實施例中，該行動器件進一步包括一定向耦合器，其經組態以感測該功率放大器之一功率輸出位準，該功率反饋信號係基於由該定向耦合器感測之該功率輸出位準。
在某些實施例中，本發明係關於一種在一功率放大器系統中放大的方法。該方法包括：使用一調變器產生一RF信號；使用一功率放大器來放大該RF信號以產生一經放大之RF信號；及藉由使用一波封形塑電路來形塑對應於該RF信號之一波封的一波封信號，來產生一經形塑之波封信號。該波封形塑電路包括一形塑表，該形塑表用於藉由跨越該波封信號之電壓變化在一傳輸頻帶或一接收頻帶中之至少一者中維持一實質上恆定之失真，來將該波封信號之複數個電壓位準 映射至該經形塑之波封信號的複數個電壓位準。在一第一功率位準下校準該形塑表。該方法進一步包括：使用一波封追蹤器來產生用於該功率放大器之一功率放大器供應電壓；使用該波封追蹤器，基於該經形塑之波封信號而控制該功率放大器供應電壓之一電壓位準；及使用一增益控制電路控制該功率放大器之該增益。該增益控制電路包括一增益調整表，該增益調整表用於針對高於該第一功率位準之一或多個輸出功率位準提昇該功率放大器之一增益，以增強該調變器與該功率放大器之一組合功率效率。
在各種實施例中，該方法進一步包括：使用該形塑表將該功率放大器系統之一失真維持為針對該傳輸頻帶小於約-38dBc且針對該接收頻帶小於約-130dBm/Hz。
根據某些實施例，控制該功率放大器之該增益進一步包括使用該增益調整表，來針對小於該第一功率位準之一或多個輸出功率位準減小該功率放大器之該增益。
10‧‧‧功率放大器模組
11‧‧‧無線器件
12‧‧‧切換器
13‧‧‧收發器
14‧‧‧天線
15‧‧‧傳輸路徑
16‧‧‧接收路徑
17‧‧‧功率放大器
18‧‧‧控制組件
19‧‧‧電腦可讀媒體
20‧‧‧處理器
21‧‧‧電池
24‧‧‧定向耦合器
26‧‧‧功率放大器系統
30‧‧‧波封追蹤器
32‧‧‧功率放大器
33‧‧‧收發器
34‧‧‧基頻處理器
35‧‧‧波封形塑區塊或電路
36‧‧‧數位至類比轉換器(DAC)/第一DAC
37‧‧‧I/Q調變器
38‧‧‧混合器
39‧‧‧類比至數位轉換器(ADC)
50‧‧‧功率放大器系統
51‧‧‧波封形塑電路
52‧‧‧匹配電路
53‧‧‧電感器
55‧‧‧等失真表
59‧‧‧雙極電晶體
61‧‧‧功率放大器增益控制電路
62‧‧‧第二DAC
63‧‧‧功率放大器偏壓電路
65‧‧‧增益調整表
70‧‧‧曲線圖
71‧‧‧增益對輸出功率之第一曲線
72‧‧‧增益對輸出功率之第二曲線
73‧‧‧增益對輸出功率之第三曲線
80‧‧‧曲線圖
81‧‧‧效率對輸出功率之第一曲線
82‧‧‧效率對輸出功率之第二曲線
83‧‧‧效率對輸出功率之第三曲線
90‧‧‧曲線圖
91‧‧‧第一曲線
92‧‧‧第二曲線
93‧‧‧第三曲線
94‧‧‧第四曲線
95‧‧‧第五曲線
96‧‧‧第六曲線
97‧‧‧第七曲線
98‧‧‧第八曲線
100‧‧‧曲線圖
101‧‧‧第一曲線
102‧‧‧第二曲線
103‧‧‧總等失真曲線
圖1為用於放大射頻(RF)信號之一功率放大器模組的示意圖。
圖2為可包括圖1之功率放大器模組中之一或多者的一實例無線器件的示意性方塊圖。
圖3為包括波封追蹤系統之一功率放大器系統之一實例的示意性方塊圖。
圖4為功率放大器系統之一實施例的電路圖。
圖5為展示增益對輸出功率之曲線圖的一實例。
圖6為展示效率對輸出功率之曲線圖的一實例。
圖7為展示針對不同功率放大器偏壓之增益對輸出功率的曲線圖的一實例。
圖8為展示針對不同功率放大器偏壓之瞬時增益(AM/AM)對輸出 功率的曲線圖的一實例。
本文中所提供之標題(若存在)僅為方便起見且未必影響所主張之發明的範疇或含義。
圖1為用於放大射頻(RF)信號之一功率放大器模組10的示意圖。所說明之功率放大器模組10可經組態以放大RF信號RF_IN，以產生經放大之RF信號RF_OUT。如本文中描述的，功率放大器模組10可包括一或多個功率放大器。
圖2為可包括圖1之功率放大器模組10中之一或多者的一實例無線器件11的示意性方塊圖。無線器件11可包括實施本發明之一或多個特徵的功率放大器。
圖2中描繪之實例無線器件11可表示多頻帶及/或多模式器件，諸如多頻帶/多模式行動電話。以舉例方式，全球行動系統(GSM)通信標準為用於世界許多地區中之數位蜂巢式通信模式。GSM模式行動電話可在以下四個頻帶中之一或多者下操作：850MHz(大致上，對於Tx為824至849MHz，對於Rx為869至894MHz)；900MHz(大致上，對於Tx為880至915MHz，對於Rx為925至960MHz)；1800MHz(大致上，對於Tx為1710至1785MHz，對於Rx為1805至1880MHz)；及1900MHz(大致上，對於Tx為1850至1910MHz，對於Rx為1930至1990MHz)。GSM頻帶之變體及/或地區/國家實施亦可用於世界不同地區中。
碼分多重存取(CDMA)為可實施於行動電話器件中之另一標準。在某些實施方案中，CDMA器件可在800MHz、900MHz、1800MHz及1900MHz頻帶中之一或多者中操作，而某些W-CDMA及長期演進(LTE)器件可在(例如)約22個射頻頻譜帶上操作。
本發明之一或多個特徵可實施於前述實例模式及/或頻帶及其他 通信標準中。舉例而言，3G及4G為此等標準之非限制實例。
在某些實施例中，無線器件11可包括切換器12、收發器13、天線14、功率放大器17、控制組件18、電腦可讀媒體19、處理器20、電池21，及波封追蹤器30。
收發器13可產生RF信號以供經由天線14傳輸。此外，收發器13可自天線14接收傳入之RF信號。
將理解，可由圖2中集體表示為收發器13之一或多個組件達成與RF信號之傳輸與接收相關聯的各種功能性。舉例而言，單一組件可經組態以提供傳輸與接收功能性兩者。在另一實例中，傳輸與接收功能性可由單獨組件提供。
類似地，將理解，可由圖2中集體表示為天線14之一或多個組件達成與RF信號之傳輸與接收相關聯的各種天線功能性。舉例而言，單一天線可經組態以提供傳輸與接收功能性兩者。在另一實例中，傳輸與接收功能性可由單獨天線提供。在又另一實例中，可為與無線器件11相關聯之不同頻帶提供不同天線。
在圖2中，來自收發器13之一或多個輸出信號被描繪為經由一或多個傳輸路徑15提供至天線14。在所示之實例中，不同傳輸路徑15可表示與不同頻帶及/或不同功率輸出相關聯的輸出路徑。例如，所示之兩個實例功率放大器17可表示與不同功率輸出組態(例如，低功率輸出及高功率輸出)相關聯之放大，及/或與不同頻帶相關聯之放大。儘管圖2將無線器件11說明為包括兩個傳輸路徑15，但無線器件11可經調適以包括更多或更少傳輸路徑15。
在圖2中，來自天線14之一或多個所偵測之信號被描繪為經由一或多個接收路徑16提供至收發器13。在所示之實例中，不同接收路徑16可表示與不同頻帶相關聯之路徑。舉例而言，所示之四個實例路徑16可表示一些無線器件可具備的四頻帶能力。儘管圖2將無線器件11 說明為包括四個接收路徑16，但無線器件11可經調適以包括更多或更少接收路徑16。
為了促進接收與傳輸路徑之間的切換，切換器12可經組態以將天線14電連接至所選擇之傳輸或接收路徑。因此，切換器12可提供與無線器件11之操作相關聯的若干切換功能性。在某些實施例中，切換器12可包括若干切換器，該等切換器經組態以提供與(例如)不同頻帶之間的切換、不同功率模式之間的切換、傳輸與接收模式之間的切換，或其某一組合相關聯的功能性。切換器12亦可經組態以提供額外功能性，包括信號之濾波及/或雙工。
圖2展示了在某些實施例中可提供控制組件18以用於控制與切換器12、功率放大器17、波封追蹤器30，及/或其他操作組件之操作相關聯的各種控制功能性。
在某些實施例中，處理器20可經組態以促進本文中描述之各種程序的實施。在某些實施方案中，處理器20可使用電腦程式指令操作。在某些實施例中，此等電腦程式指令亦可儲存於電腦可讀記憶體19中，該電腦可讀記憶體可引導電腦或其他可程式化資料處理裝置以特定方式操作。
所說明之無線器件11亦包括波封追蹤器30，該波封追蹤器可用以將功率放大器供應電壓提供至功率放大器17中的一或多者。舉例而言，波封追蹤器30可基於待放大之RF信號的波封，控制或改變提供至功率放大器17之功率放大器供應電壓的電壓位準。
儘管未說明於圖2中，但波封追蹤器30可自電池21接收電池電壓。電池21可為供用於無線器件11中之任何合適電池，包括(例如)鋰離子電池。如下文進一步詳細描述的，藉由控制使用波封追蹤器30提供至功率放大器之功率放大器供應電壓的電壓位準，可減少自電池21消耗的電力，由此改良無線器件11之電池壽命的效能。在某些實施方 案中，波封追蹤器30可自收發器13接收波封信號。然而，可以其他方式判定RF信號之波封，諸如藉由使用任何合適波封偵測器偵測RF信號之波封。
圖3為包括波封追蹤系統之一功率放大器系統26之一實例的示意性方塊圖。所說明之功率放大器系統26包括切換器12、天線14、電池21、定向耦合器24、波封追蹤器30、功率放大器32，及收發器33。所說明之收發器33包括一基頻處理器34、一波封形塑區塊或電路35、一數位至類比轉換器(DAC)36、一I/Q調變器37、一混合器38，及一類比至數位轉換器(ADC)39。
基頻處理器34可用以產生一I信號及一Q信號，該等信號對應於具有所要振幅、頻率及相位之一正弦波或信號之信號分量。舉例而言，I信號可用以表示正弦波之一同相分量，且Q信號可用以表示該正弦波之一正交分量，該等分量可為該正弦波之一等效表示。在某些實施方案中，該等I及Q信號可以數位格式提供至I/Q調變器37。基頻處理器34可為經組態以處理一基頻信號之任何合適處理器。例如，基頻處理器34可包括一數位信號處理器、一微處理器、一可程式化核心，或其任何組合。此外，在一些實施方案中，兩個或兩個以上基頻處理器34可包括在功率放大器系統26中。
I/Q調變器37可經組態以自基頻處理器34接收I及Q信號，且處理該等I及Q信號以產生一RF信號。舉例而言，I/Q調變器37可包括：DAC，其經組態以將該等I及Q信號轉換成類比格式；混合器，其用於將該等I及Q信號向上轉換為射頻；及一信號組合器，其用於將經向上轉換之I及Q信號組合成適合於由功率放大器32放大的一RF信號。在某些實施方案中，I/Q調變器37可包括一或多個濾波器，其經組態以過濾本文中處理之信號的頻率內容。
波封形塑區塊35可用以將與該等I及Q信號相關聯之波封或振幅 信號轉換成一經形塑之波封信號。形塑來自基頻處理器34之波封信號可幫助增強功率放大器系統26之效能。在某些實施方案中，波封形塑區塊35為經組態以產生一數位的經形塑之波封信號的一數位電路，且DAC 36用以將該數位的經形塑之波封信號轉換成適合由波封追蹤器30使用之一類比的經形塑之波封信號。然而，在其他實施方案中，可省略DAC 36，而將一數位波封信號提供至波封追蹤器30，以幫助波封追蹤器30進一步處理該波封信號。
波封追蹤器30可自收發器33接收波封信號且自電池21接收電池電壓VBATT，且可使用波封信號來產生用於功率放大器32的關於波封而改變之功率放大器供應電壓VCC_PA。功率放大器32可自收發器33之I/Q調變器37接收RF信號，且可經由切換器12將經放大之RF信號提供至天線14。
定向耦合器24可定位於功率放大器32之輸出與切換器12之輸入之間，由此允許不包括切換器12之插入損耗的功率放大器32之輸出功率量測。可將來自定向耦合器24的所感測之輸出信號提供至混合器38，該混合器可將所感測之輸出信號與具有經控制之頻率的一參考信號相乘(圖3中未說明)，從而將所感測之輸出信號的頻譜向下頻移。可將經向下頻移之信號提供至ADC 39，該ADC可將該經向下頻移之信號轉換為適合於由基頻處理器34處理之一數位格式。藉由在功率放大器32之輸出與基頻處理器34之輸入之間包括一反饋路徑，基頻處理器34可經組態以動態調整I及Q信號及/或與該等I及Q信號相關聯之波封信號，以最佳化功率放大器系統26之操作。舉例而言，以此方式組態功率放大器系統26可幫助控制功率放大器32之功率附加效率(PAE)及/或線性。
儘管功率放大器系統26被說明為包括一單一功率放大器，但本文中之教示可適用於包括多個功率放大器之功率放大器系統，包括 (例如)多模式及/或多模式功率放大器系統。
另外，儘管圖2說明收發器之一特定組態，但其他組態係可能的，包括(例如)收發器33包括較多或較少組件及/或組件之不同配置的組態。
包括等失真表及增益調整表之功率放大器系統之概述
功率附加效率(PAE)為用於評定功率放大器之一量度，且可對應於輸出及輸入信號功率之間的差與功率放大器消耗之DC功率的比率。另外，線性可為用於評定一功率放大器之另一量度。PAE及線性可為客戶藉以判定採購何功率放大器之量度，此係因為PAE可影響行動器件之電池壽命，且線性可影響行動器件之信號品質及/或與特定通信標準之順應性。儘管高PAE及高線性兩者均係合乎要求的，但改良線性可以降低PAE為代價，而增大PAE可降級線性。
波封追蹤為可用以藉由隨時間有效地控制功率放大器供應電壓之電壓位準來增大功率放大器系統之PAE的技術。為了跨越功率放大器供應電壓之變化維持線性，習知波封追蹤系統可使用一等增益表，該等增益表將波封信號映射至或轉換成經形塑之波封信號，以便跨越波封信號範圍維持一實質上恆定的增益。以此方式組態波封追蹤系統可在信號之波封的範圍上提供極高線性，由此幫助確保功率放大器符合特定通信標準。
本文中提供用於功率放大器系統之裝置及方法。在某些實施方案中，功率放大器系統包括：一I/Q調變器，其用於產生一RF信號；一功率放大器，其用於放大該RF信號；一增益控制電路，其用於控制功率放大器之增益；及一波封追蹤系統，其用於基於對應於RF信號之波封的波封信號，控制功率放大器之供應電壓的電壓位準。該增益控制電路包括一增益調整表，且該波封追蹤系統包括一波封形塑電路，該波封形塑電路包括一等失真表。該等失真表可用以將該波封信 號映射至一經形塑之波封信號，以便跨越該波封信號之範圍在該系統之傳輸及/或接收頻帶中維持一實質上恆定的失真。舉例而言，在諸如長期演進(LTE)之某些通信標準中，傳輸信號之頻寬可相對較寬，此可導致功率放大器系統在傳輸及接收頻帶兩者中產生失真。因此，在某些實施方案中，等失真表係基於傳輸失真及/或接收失真而校準。
可在特定功率位準下校準該等失真表，且等失真表可形塑一波封信號以達成傳輸及/或接收頻帶中之特定失真位準，諸如小於由特定通信標準准許之最大失真的一失真位準。舉例而言，諸如3GPP之典型蜂巢式通信標準准許某一位準或某一量之失真，且等失真表可跨越波封信號值提供一實質上恆定之失真，以有利地增大後移功率位準處的功率效率。另外，增益控制電路之增益調整表可用以在高於等失真表之一校準功率位準之高功率位準下提昇功率放大器之增益，且在一些實施方案中，在低於等失真表之校準功率位準的低功率位準下，具有降低或減小的增益。如下文進一步詳細描述的，以此方式組態增益調整表放鬆對I/Q調變器之操作約束，且改良總體系統PAE。
因此，本文中之教示可使用傳輸及/或接收頻帶中之等失真表與一增益調整表之一組合來增強總體PAE，由此藉由在不考慮總體功率放大器系統之操作的情況下獨立地最佳化功率放大器，最佳化與使用等增益表之組態或試圖達成最大PAE之組態有關的效能。
圖4為功率放大器系統50之一實施例的電路圖。功率放大器系統50包括切換器12、天線14、波封追蹤器30、功率放大器32、I/Q調變器37、波封形塑電路51、匹配電路52、電感器53、第一及第二DAC 36、62、功率放大器增益控制電路61，及功率放大器偏壓電路63。
波封形塑電路51包括一等失真表55，且功率放大器增益控制電路包括一增益調整表65。波封形塑電路51、第一DAC 36，及波封追 蹤器30與功率放大器系統50之波封追蹤系統相關聯。功率放大器增益控制電路61、第二DAC 62，及功率放大器偏壓電路63與功率放大器系統50之增益控制系統相關聯。
波封形塑電路51經組態以接收一波封信號，且使用等失真表55形塑該波封信號以產生一經形塑之波封信號，該經形塑之波封信號可由波封追蹤器30用以控制功率放大器供應電壓VCC_PA之電壓位準。在某些實施方案中，由波封形塑電路51產生之該經形塑之波封信號可為一數位信號。在此組態中，第一DAC 36可用以將數位的經形塑之波封信號轉換成類比的經形塑之波封信號，其中波封追蹤器30可使用該類比的經形塑之波封信號控制功率放大器供應電壓VCC_PA之電壓位準。在一實施例中，等失真表55被實施為一查找表，諸如一可程式化記憶體。舉例而言，該查找表可接收指示波封信號之電壓位準的一數位輸入信號，且可產生指示經形塑之波封信號之電壓位準的一數位輸出信號。
功率放大器增益控制電路61包括經組態以接收一功率反饋信號的一輸入，及經組態以基於增益調整表65產生功率放大器偏壓電路63之一功率控制信號的一輸出。在某些實施方案中，由功率放大器增益控制電路61產生的經形塑之功率控制信號可為一數位信號。在此等組態中，第二DAC 62可用以將數位增益控制信號轉換成一類比增益控制信號，該類比增益控制信號可由功率放大器偏壓電路63用以產生可控制功率放大器之增益的一偏壓信號。
因此，增益調整表65可用以將一功率反饋信號映射至一給定的功率放大器偏壓位準，由此控制功率放大器之增益。在某些實施方案中，反饋信號係部分基於定向耦合器(諸如圖3之定向耦合器24)之一所感測之功率。在高功率位準下，增益調整表65可增大功率放大器32之增益，由此放鬆I/Q調變器37之電流/功率要求。另外，在某些實施 方案中，隨著輸出功率減小或後移，增益調整表65可減小或降下(buck)功率放大器之增益，由此改良放大器之效率。
在一實施例中，增益調整表65被實施為一查找表，諸如一可程式化記憶體。舉例而言，該查找表可接收指示功率反饋信號之電壓位準的一數位輸入信號，且可產生指示偏壓信號之電壓位準的一數位輸出信號。
I/Q調變器37經組態以接收I信號及Q信號，且產生一RF信號。I/Q調變器37之額外細節可為如之前所描述的。
功率放大器32包括一雙極電晶體59，該雙極電晶體包括一基極，其經組態以接收RF信號及來自功率放大器偏壓電路63的偏壓信號。在某些實施方案中，偏壓信號可對應於一基極偏壓及/或一基極偏壓電流。雙極電晶體59進一步包括一發射極，其電連接至接地或低電力供應；及一集電極，其經組態以經由切換器12將經放大之RF信號提供至天線14。雙極電晶體59之集電極亦連接至電感器53，該電感器用以將由波封追蹤器30產生之功率放大器供應電壓VCC_PA提供至功率放大器32。電感器53可用以為低頻信號分量提供一低阻抗，同時抑制或阻擋與經放大之RF信號相關聯的高頻信號分量。
匹配電路52可用以終止功率放大器32之輸出與切換器12之間的電連接。匹配電路52可用以在RF信號之基頻下提供功率放大器32之所要的負載線阻抗。在某些實施方案中，匹配電路52亦可用以提供諧波終止，包括(例如)第二諧波短路及/或第三諧波開路。
習知波封追蹤系統可藉由使用可將功率放大器(AM/AM)之瞬時增益預先失真為一實質上恆定之增益值或等增益的形塑表，來維持功率放大器之線性。藉由使用等增益表來實施波封追蹤系統，可線性化功率放大器，且可將失真控制成大約為可能的最小值。
可基於對瞬時等增益並非為典型通信標準之要求且可准許一些 失真以改良PAE的認識而實施圖4之功率放大器系統50。舉例而言，等失真表55可藉由將功率放大器之供應電壓控制為足以僅僅提供所要求之線性且接收失真的一位準來降低電流消耗，由此在低輸入功率位準下提供增強之PAE。儘管等失真表55可使RF信號失真，但所提供之失真可經選擇而小於由特定通信標準准許之最大失真。由於失真與線性之間存在一取捨，因此等失真表55可增大失真但增強PAE。
在某些實施方案中，等失真表55被用以將指示波封信號之電壓的資料映射至或轉換成指示經形塑之波封信號之電壓的資料，以維持實質上恆定之失真。等失真表55可跨越波封信號之電壓變化在傳輸頻帶及/或接收頻帶中維持一實質上恆定之失真，且可在一特定功率位準下進行校準。在一實施例中，等失真表55經組態使得功率放大器之失真在波封信號之範圍上針對傳輸頻帶相對於載波改變小於約-38分貝(dBc)且針對接收頻帶dB改變小於-130分貝毫瓦每赫茲(dBm/Hz)。
可針對特定功率位準(諸如輸出功率位準)且針對特定線性而校準等失真表55，且等失真表55可接收失真。等失真表55可針對經校準之輸出功率位準以最佳方式操作，但由於功率放大器32之增益經壓縮以滿足壓縮準則，因此效能可在高平均輸出功率處衰減。為了在此等情形中達成一給定輸出功率，I/Q調變器37可增大提供至功率放大器32之RF信號的功率。然而，I/Q調變器37亦可在增大RF信號之功率時將功率增大得更多，且因而可顯著增大系統之總電流。另外，當功率放大器系統50之輸出功率位準小於等失真表55之經校準之功率位準時，功率放大器之平均增益可高於系統要求之增益，此可增大所要求的來自電池之電流。
為了改良總體PAE，功率放大器系統50不僅包括等失真表55，亦包括增益調整表65，該增益調整表用於在高功率位準下增大功率放大器之增益，以降低驅動功率放大器32的I/Q調變器64之功率/電流要 求。增益調整表65可針對大於校準功率位準之功率位準的至少一部分增大或提昇功率放大器之增益，其中等失真表55係在該校準功率位準下受到校準。另外，在某些實施方案中，增益調整表65可在小於該校準功率位準(等失真表55在該功率位準下受到校準)之功率位準下減小功率放大器的增益。儘管增大功率放大器32之增益可獨立地減小功率放大器之效率，但功率放大器32及I/Q調變器37之總體組合效率可增大。
在所說明之組態中，藉由使用功率放大器偏壓電路63來控制雙極電晶體59之偏壓而調整功率放大器32之增益。舉例而言，功率放大器偏壓電路63可用以控制雙極電晶體59之基極電流及/或基極電壓，由此控制功率放大器之增益。然而，其他組態係可能的。另外，儘管功率放大器系統50係在單級組態之上下文中進行說明，但本文中之教示適用於使用功率放大器偏壓電路63來調整一或多個級之增益的多級組態。
圖5為展示增益對輸出功率之曲線圖70的一實例。曲線圖70包括：固定高增益功率放大器之一實例的增益對輸出功率之第一曲線71，較低固定壓縮增益功率放大器之一實例的增益對輸出功率之第二曲線72；及可變平均增益功率放大器之一實例的增益對輸出功率之第三曲線73。增益對輸出功率之第三曲線73可對應於本文中描述之某些功率放大器的增益。
圖6為展示功率放大器之效率對輸出功率的曲線圖80之一實例。曲線圖80包括：固定高增益功率放大器的效率對輸出功率之第一曲線81；固定等失真壓縮增益功率放大器的效率對輸出功率之第二曲線82；及可變增益等失真功率放大器的效率對輸出功率之第三曲線83。
效率對輸出功率之第三曲線83可對應於本文中描述之某些功率放大器系統的效率，其可使用等失真表及增益調整表兩者。如圖6中 所展示的，在本文中某些實施例中的功率放大器之效率可在高功率位準下減小，此係由於功率放大器可經偏壓以在此等情形中具有增大之增益。儘管功率放大器之效率可在此等情形中獨立減小，但功率放大器與I/Q調變器之總體組合效率(圖6中未展示)可相對於在無增益調整之情況下使用等增益表抑或等失真表的功率放大器系統而增大。
圖7為展示針對不同功率放大器偏壓的增益對輸出功率的曲線圖90的一實例。曲線圖90包括複數個曲線，其對應於以約3.4V之功率放大器供應電壓操作的功率放大器之一組態的針對不同功率放大器偏壓之增益對輸出功率。曲線圖90包括：一第一曲線91，其對應於約1.5V之功率放大器偏壓；一第二曲線92，其對應於約1.4V之功率放大器偏壓；一第三曲線93，其對應於約1.3V之功率放大器偏壓；一第四曲線94，其對應於約1.2V之功率放大器偏壓；一第五曲線95，其對應於約1.1V之功率放大器偏壓；一第六曲線96，其對應於約1.0V之功率放大器偏壓；一第七曲線97，其對應於約0.9V之功率放大器偏壓；及一第八曲線98，其對應於約0.8V之功率放大器偏壓。
圖8為展示針對不同功率放大器偏壓之瞬時增益(AM/AM)對輸出功率的曲線圖100的一實例。曲線圖100包括複數個增益對輸出功率曲線，且已經註釋以包括對應於兩個不同固定等失真值之第一曲線101及第二曲線102。曲線圖100進一步包括一總等失真曲線103，其可對應於根據本文中描述之某些實施例的增益對輸出功率。
如之前描述的，本文中之功率放大器系統可包括在一校準功率位準下校準的一等失真表，及用於基於功率位準而改變功率放大器之增益的形塑表。圖8中所示之總等失真曲線103對應於包括等失真表及增益調整表兩者之功率放大器系統的增益對輸出功率之一實施例。
儘管圖5至圖8說明功率放大器效能特性之各種曲線圖，但功率放大器可以多種方式實施，諸如適用於特定應用及/或通信標準的彼 等方式。因此，僅出於說明性目的而包括該等曲線圖，且其他模擬及/或量測結果係可能的。
應用
上文描述之一些實施例已提供結合行動電話之實例。然而，實施例之原理及優點可用於需要功率放大器系統的任何其他系統或裝置。
此功率放大器系統可實施於各種電子器件中。該等電子器件之實例可包括(但不限於)消費型電子產品、消費型電子產品之部分、電子測試設備等。該等電子器件之實例亦可包括(但不限於)記憶體晶片、記憶體模組、光學網路或其他通信網路之電路，及磁碟機電路。消費型電子產品可包括(但不限於)行動電話、電話、電視、電腦監視器、電腦、手持型電腦、個人數位助理(PDA)、微波爐、冰箱、汽車、立體聲系統、磁帶錄音機或播放器、DVD播放器、CD播放器、VCR、MP3播放器、無線電、攝錄影機、攝影機、數位攝影機、攜帶型記憶體晶片、洗滌器、乾燥器、洗滌器/乾燥器、影印機、傳真機、掃描儀、多功能周邊器件、腕錶、鐘等等。此外，該等電子器件可包括未完成之產品。
結論
除非上下文另外明確要求，否則在本說明書及申請專利範圍中，詞語「包含」及其類似者應以包括性意義理解，而非以排他性或詳盡性意義理解；亦即，意義為「包括(但不限於)」。如本文中通常使用，詞語「耦接」係指兩個或兩個以上元件可能直接連接或經由一或多個中間元件連接。同樣，如本文中通常使用，詞語「連接」係指兩個或兩個以上元件可能直接連接或經由一或多個中間元件連接。另外，在用於本申請案中時，詞語「本文中」、「上文」、「下文」及類似意義之詞語應指本申請案整體而非指本申請案之任何特定部分。當上 下文允許時，前述【實施方式】中之使用單數或複數數目之詞語亦可分別包括複數或單數數目。關於兩種或兩種以上項目之清單的詞語「或」，該詞語涵蓋詞語之所有以下解釋：清單中之任何項目、清單中之所有項目及清單中之項目之任何組合。
此外，除非另有特別陳述或在使用時可在上下文中以其他方式理解，否則本文中所用之條件性語言，諸如(尤其)「可」、「可能」、「例如」、「舉例而言」、「諸如」及其類似語言通常意欲表達某些實施例包括(而其他實施例不包括)某些特徵、元件及/或狀態。因此，此條件性語言通常不意欲意味著特徵、元件及/或狀態以任何方式為一或多個實施例所必需，或者一或多個實施例必定包括用於在存在或不存在作者輸入或提示的情況下決定此等特徵、元件及/或狀態是否包括在任何特定實施例中或將在任何特定實施例中執行的邏輯。
本發明實施例之以上【實施方式】不意欲為詳盡的或將本發明限於上文揭示之精確形式。如熟習相關技術者將認識到，儘管上文出於說明之目的而描述了本發明之特定實施例及實例，但在本發明之範疇內可做出多種等效修改。舉例而言，雖然以給定次序呈現程序或區塊，但替代性實施例可按不同次序執行具有步驟之常式或使用具有區塊之系統，且可刪除、移動、添加、再分、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皆可以多種不同方式來實施。又，儘管有時將程序或區塊展示為連續執行的，但是可改為並行執行此等程序或區塊，或可在不同時間執行此等程序或區塊。
本文中提供的本發明教示可應用於其他系統，未必為上文描述之系統。可組合前述之各種實施例之元件及動作以提供其他實施例。
雖然已描述本發明之某些實施例，但僅以實例之方式呈現此等實施例，且不意欲用此等實施例限制本發明之範疇。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體現；此外，在不偏離本 發明之精神的情況下，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。意欲使隨附申請專利範圍及其等效物涵蓋將屬於本發明之範疇及精神內的該等形式或修改。
12‧‧‧切換器
14‧‧‧天線
30‧‧‧波封追蹤器
32‧‧‧功率放大器
36‧‧‧數位至類比轉換器(DAC)/第一DAC
37‧‧‧I/Q調變器
50‧‧‧功率放大器系統
51‧‧‧波封形塑電路
52‧‧‧匹配電路
53‧‧‧電感器
55‧‧‧等失真表
59‧‧‧雙極電晶體
61‧‧‧功率放大器增益控制電路
62‧‧‧第二DAC
63‧‧‧功率放大器偏壓電路
65‧‧‧增益調整表

Claims (20)

  1. 一種功率放大器系統，其包含：一調變器，其經組態以產生一射頻(RF)信號；一功率放大器，其經組態以放大該射頻信號以產生一經放大之射頻信號，該功率放大器經組態以接收用於為該功率放大器供電之一功率放大器供應電壓；一波封追蹤器，其經組態以產生該功率放大器供應電壓，該波封追蹤器經組態以基於一經形塑之波封信號而控制該功率放大器供應電壓之一電壓位準；一波封形塑電路，其經組態以藉由形塑對應於該射頻信號之一波封之一波封信號，來產生該經形塑之波封信號，該波封形塑電路包括一形塑表，該形塑表經組態以跨越該波封信號之電壓變化在一傳輸頻帶或一接收頻帶中之至少一者中維持一實質上恆定之失真，在一第一射頻功率位準下校準該形塑表；及一增益控制電路，其包括一增益調整表，該增益調整表經組態以針對高於該第一射頻功率位準之一或多個輸出功率位準提昇該功率放大器之該增益，該增益控制電路經組態以增強該調變器與該功率放大器之一組合功率效率。
  2. 如請求項1之功率放大器系統，其中該形塑表經進一步組態以跨越該波封信號之電壓變化在該傳輸頻帶及該接收頻帶兩者中維持一實質上恆定之失真。
  3. 如請求項1之功率放大器系統，其中該增益調整表經進一步組態以針對小於該第一射頻功率位準之一或多個輸出功率位準減小該功率放大器之該增益。
  4. 如請求項1之功率放大器系統，其中該形塑表經組態以將該功率放大器系統之一失真維持為針對該傳輸頻帶小於約-38dBc且針對該接收頻帶小於約-130dBm/Hz。
  5. 如請求項1之功率放大器系統，其中該形塑表包括一查找表，該查找表經組態以接收一數位輸入信號且產生一數位輸出信號，該數位輸入信號指示該波封信號之一電壓位準，且該數位輸出信號指示該經形塑之波封信號的一電壓位準。
  6. 如請求項5之功率放大器系統，其進一步包含一數位至類比轉換器(DAC)，該數位至類比轉換器經組態以轉換該形塑表之該數位輸出信號以產生該經形塑之波封信號。
  7. 如請求項1之功率放大器系統，其中該增益調整表包括一查找表，該查找表經組態以接收一數位輸入信號且產生一數位輸出信號，該數位輸入信號指示一功率反饋信號之一電壓位準，且該數位輸出信號指示一功率放大器偏壓信號的一電壓位準。
  8. 如請求項7之功率放大器系統，其進一步包含一數位至類比轉換器，該數位至類比轉換器經組態以轉換該增益調整表之該數位輸出信號以產生一類比偏壓控制信號。
  9. 如請求項8之功率放大器系統，其進一步包含一功率放大器偏壓電路，其經組態以使用該類比偏壓控制信號來控制該功率放大器之該增益。
  10. 如請求項9之功率放大器系統，其中該功率放大器包括一雙極電晶體，該功率放大器偏壓電路經組態以控制該雙極電晶體之一基極偏壓電流或一基極偏壓中之至少一者。
  11. 如請求項7之功率放大器系統，其進一步包含一定向耦合器，該定向耦合器經組態以感測該功率放大器之一功率輸出位準，該功率反饋信號係基於由該定向耦合器感測之該功率輸出位準。
  12. 一種行動器件，其包含：一基頻處理器，其經組態以產生一同相(I)信號、一正交相位(Q)信號，及一波封信號，該波封信號指示該同相信號及該正交相位信號之一波封；一同相/正交相位調變器，其經組態以接收該同相信號及該正交相位信號，且產生一射頻(RF)信號；一功率放大器，其經組態以放大該射頻信號以產生一經放大之射頻信號，該功率放大器經組態以接收用於為該功率放大器供電之一功率放大器供應電壓；一波封形塑電路，其經組態以藉由形塑該波封信號來產生一經形塑之波封信號，該波封形塑電路包括一形塑表，該形塑表經組態以跨越該波封信號之電壓變化在一傳輸頻帶或一接收頻帶中之至少一者中維持一實質上恆定之失真；在一第一射頻功率位準下校準該形塑表；一波封追蹤器，其經組態以產生該功率放大器供應電壓，該波封追蹤器經組態以基於一經形塑之波封信號而控制該功率放大器供應電壓之一電壓位準；及一增益控制電路，其包括一增益調整表，該增益調整表經組態以針對高於該第一射頻功率位準之一或多個輸出功率位準提昇該功率放大器之該增益。
  13. 如請求項12之行動器件，其中該形塑表經進一步組態以跨越該波封信號之電壓變化在該傳輸頻帶及該接收頻帶兩者中維持一實質上恆定之失真。
  14. 如請求項12之行動器件，其進一步包含一電池，該電池經組態以將一電池電壓提供至該波封追蹤器。
  15. 如請求項12之行動器件，其進一步包含經組態以自該功率放大 器接收該經放大之射頻信號的一切換器，及電連接至該切換器之一天線。
  16. 如請求項12之行動器件，其中該增益調整表包括一查找表，該查找表經組態以接收一數位輸入信號且產生一數位輸出信號，該數位輸入信號指示一功率反饋信號之一電壓位準，且該數位輸出信號指示一功率放大器偏壓信號的一電壓位準。
  17. 如請求項16之行動器件，其進一步包含一定向耦合器，該定向耦合器經組態以感測該功率放大器之一功率輸出位準，該功率反饋信號係基於由該定向耦合器感測之該功率輸出位準。
  18. 一種在一功率放大器系統中放大的方法，該方法包含：使用一調變器產生一射頻(RF)信號；使用一功率放大器放大該射頻信號以產生一經放大之射頻信號；藉由使用一波封形塑電路來形塑對應於該射頻信號之一波封的一波封信號，來產生一經形塑之波封信號，該波封形塑電路包括一形塑表，該形塑表用於藉由跨越該波封信號之電壓變化在一傳輸頻帶或一接收頻帶中之至少一者中維持一實質上恆定之失真，來將該波封信號之複數個電壓位準映射至該經形塑之波封信號的複數個電壓位準，在一第一射頻功率位準下校準該形塑表；使用一波封追蹤器產生用於該功率放大器之一功率放大器供應電壓；使用該波封追蹤器，基於該經形塑之波封信號而控制該功率放大器供應電壓之一電壓位準；及使用一增益控制電路來控制該功率放大器之該增益，該增益控制電路包括一增益調整表，該增益調整表用於針對高於該第 一射頻功率位準之一或多個輸出功率位準提昇該功率放大器之一增益，以增強該調變器與該功率放大器之一組合功率效率。
  19. 如請求項18之方法，其進一步包含：使用該形塑表將該功率放大器系統之一失真維持為針對該傳輸頻帶小於約-38dBc且針對該接收頻帶小於約-130dBm/Hz。
  20. 如請求項18之方法，其中控制該功率放大器之該增益進一步包括使用該增益調整表來針對小於該第一射頻功率位準之一或多個輸出功率位準減小該功率放大器之該增益。
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