TWI596892B - 功率放大器中用於相位補償之裝置及方法 - Google Patents

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Description

功率放大器中用於相位補償之裝置及方法
本發明之實施例係關於電子系統，且特定言之係關於用於射頻(RF)電子器件之功率放大器。
功率放大器可包含於行動器件中以放大經由一天線傳輸之一射頻(RF)信號。例如，在具有諸如全球行動通信系統(GSM)、分碼多重存取(CDMA)及寬頻分碼多重存取(W-CDMA)系統中發現之一分時多重存取(TDMA)架構之行動器件中，可使用一功率放大器以放大具有一相對較低功率之一RF信號。管理一RF信號之放大是很重要的，此係因為一所要傳輸功率位準可取決於使用者遠離一基地台及/或行動環境之距離。亦可採用功率放大器以幫助隨時間調節RF信號之功率位準，以防止在一指派接收時槽期間傳輸信號干擾。
一功率放大器之電力消耗可為一重要考量。一種用於減小一功率放大器之電力消耗之技術係波封追蹤，其中相對於RF信號之波封控制功率放大器之電力供應之電壓位準。因此，當RF信號之波封增加時，供應至功率放大器之電壓可增加。同樣地，當RF信號之波封降低時，供應至功率放大器之電壓可降低以減小電力消耗。
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進 行相位補償之方法。該方法包含：使用一功率放大器之一第一放大級放大一輸入射頻(RF)信號以產生一第一放大RF信號；使用一波封追蹤器產生一功率放大器供應電壓；使用該波封追蹤器基於該輸入RF信號之一波封而控制該功率放大器供應電壓之一電壓位準；使用來自該波封追蹤器之該功率放大器供應電壓給該功率放大器之一第二放大級供電；使用該第二放大級放大該第一放大RF信號以產生一第二放大信號；及使用一補償電路補償與功率放大器供應電壓之電壓位準之改變相關聯之第二放大級之一輸入阻抗之一變動。
在一些實施例中，該方法進一步包含：使用補償電路在第一放大級與第二放大級之間提供在約60Ω至約70Ω之範圍內之一匹配阻抗。
在數項實施例中，放大第一放大RF信號以產生第二放大信號包含：在一雙極電晶體之一基極處接收第一放大RF信號及在該雙極電晶體之一集極處產生第二放大RF信號。在各項實施例中，該方法進一步包含：使用補償電路補償與功率放大器供應電壓之電壓位準之改變相關聯之該雙極電晶體之基極與集極之間的一寄生電容之一變動。
根據若干實施例，該方法進一步包含使用一收發器產生RF信號及RF信號之波封。
在某些實施例中，本發明係關於一種功率放大器系統。該功率放大器系統包含一第一功率放大器級，該第一功率放大器級包含經組態以接收一輸入RF信號之一輸入端及經組態以產生一第一放大RF信號之一輸出端。該功率放大器系統進一步包含一波封追蹤器，該波封追蹤器經組態以產生一功率放大器供應電壓且基於該輸入RF信號之一波封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含一第二功率放大器級，該第二功率放大器級包含經組態以接收該第一放大RF信號之一輸入端及經組態以產生一第二放大RF 信號之一輸出端。該第二功率放大器級經組態以由來自波封追蹤器之功率放大器供應電壓供電。該功率放大器系統進一步包含一補償電路，該補償電路電連接於該第一功率放大器級之輸出端與該第二功率放大器級之輸入端之間。該補償電路經組態以補償與功率放大器供應電壓之電壓位準之改變相關聯之第二功率放大器級之輸入阻抗之變動。
在一些實施例中，補償電路經組態以在第一功率放大器級與第二功率放大器級之間提供在約60Ω至約70Ω之範圍內之一匹配阻抗。
在各項實施例中，第二功率放大器級包含一雙極電晶體，該雙極電晶體包含經組態以接收第一放大RF信號之一基極及經組態以產生第二放大RF信號之一集極。根據若干實施例，補償電路經組態以補償與功率放大器供應電壓之電壓位準之改變相關聯之該雙極電晶體之基極與集極之間的一寄生電容之一變動。
在某些實施例中，補償電路包含電連接於第二功率放大器級之輸入端與第一功率放大器級之一輸出端之間的一第一補償電容器。
在若干實施例中，補償電路進一步包含電連接於第一功率放大器級之輸出端與一輸入級電源供應器之間的一第一補償電感器。根據許多實施例，補償電路進一步包含電連接於第一補償電感器與輸入級電源供應器之間的一第二補償電感器，且第一補償電感器及第二補償電感器電連接於一第一節點處。在各項實施例中，補償電路進一步包含串聯電連接於第一節點與一功率低供應之間的一第三補償電容器及一第二補償電容器。
根據一些實施例，該功率放大器系統進一步包含一輸出級偏壓電流產生電路，該輸出級偏壓電流產生電路經組態以將一偏壓電流提供至第二功率放大器級之輸入端。在若干實施例中，補償電路進一步包含一偏壓電感器，該偏壓電感器經組態以將來自該輸出級偏壓電流 產生電路之偏壓電流提供至第二功率放大器級之輸入端，且該偏壓電感器經組態以將第一放大RF信號之一部分提供至該輸出級偏壓電流產生電路以提供相位補償。
在某些實施例中，本發明係關於一種行動器件。該行動器件包含：一收發器，其經組態以產生一RF信號及對應於該RF信號之一波封之一波封信號；一波封追蹤器，其經組態以產生一功率放大器供應電壓且基於該波封信號而控制該功率放大器供應電壓之一電壓位準；及複數個功率放大器級，其等包含一第一功率放大器級及一第二功率放大器級。該第一功率放大器級包含經組態以接收RF信號之一輸入端及經組態以產生一第一放大RF信號之一輸出端。該第二功率放大器級包含經組態以接收該第一放大RF信號之一輸入端及經組態以產生一第二放大RF信號之一輸出端，且該第二功率放大器級進一步經組態以由來自該波封追蹤器之該功率放大器供應電壓供電。該行動器件進一步包含一補償電路，該補償電路電連接於該第一功率放大器級之輸出端與該第二功率放大器級之一輸入端之間。該補償電路經組態以補償與功率放大器供應電壓之電壓位準之改變相關聯之該第二功率放大器級之輸入阻抗之變動。
在一些實施例中，補償電路經組態以在第一功率放大器級與第二功率放大器級之間提供在約60Ω至約70Ω之範圍內之一匹配阻抗。
在數項實施例中，第二功率放大器級包含一雙極電晶體，該雙極電晶體包含經組態以接收第一放大RF信號之一基極及經組態以產生第二放大RF信號之一集極。在各項實施例中，補償電路經組態以補償與功率放大器供應電壓之電壓位準之改變相關聯之該雙極電晶體之基極與集極之間的一寄生電容之一變動。
在一些實施例中，收發器包含用於塑形波封信號以控制與波封追蹤器相關聯之一增益壓縮之一波封塑形區塊。
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/電腦可讀記憶體
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‧‧‧波封塑形區塊
36‧‧‧數位轉類比轉換器(DAC)
37‧‧‧同相/正交相(I/Q)調變器
38‧‧‧混合器
39‧‧‧類比轉數位轉換器(ADC)
41‧‧‧射頻(RF)信號
42‧‧‧波封
43‧‧‧功率放大器供應電壓
44‧‧‧功率放大器供應電壓
47‧‧‧曲線圖
48‧‧‧曲線圖
50‧‧‧功率放大器系統
52‧‧‧功率放大器
60‧‧‧補償電路
61‧‧‧輸入級NPN雙極電晶體
62‧‧‧輸出級NPN雙極電晶體
63‧‧‧扼流電感器
64‧‧‧輸出匹配電路
65‧‧‧輸入級偏壓電路
66‧‧‧輸出級偏壓電路
70‧‧‧功率放大器系統
72‧‧‧功率放大器
76‧‧‧輸出級偏壓電流產生電路
77‧‧‧偏壓電感器
78‧‧‧寄生基極-集極電容
80‧‧‧補償電路
81‧‧‧第一補償電感器
82‧‧‧第一補償電容器
83‧‧‧第二補償電感器
84‧‧‧第三補償電感器
85‧‧‧第二補償電容器
90‧‧‧補償電路
100‧‧‧功率放大器系統
101‧‧‧第一曲線圖
102‧‧‧第二曲線圖
103‧‧‧第一曲線圖
104‧‧‧第二曲線圖
105‧‧‧第一曲線圖
106‧‧‧第二曲線圖
ENVELOPE‧‧‧波封信號
IBIAS‧‧‧偏壓電流
RF_IN‧‧‧射頻(RF)信號
RF_OUT‧‧‧放大射頻(RF)信號
V1‧‧‧功率低供應電壓
VBATT‧‧‧電池電壓
VCC1‧‧‧第一功率放大器供應電壓
VCC2‧‧‧第二功率放大器供應電壓
VCC_PA‧‧‧功率放大器供應電壓
圖1係用於放大一射頻(RF)信號之一功率放大器模組之一示意圖。
圖2係可包含圖1之功率放大器模組之一或多者之一例示性無線器件之一示意方塊圖。
圖3係包含一波封追蹤器之一功率放大器系統之一實例之一示意方塊圖。
圖4A及圖4B係展示功率放大器供應電壓對時間之兩個實例之曲線圖。
圖5係包含一波封追蹤器之一功率放大器系統之一實施例之一電路圖。
圖6係包含一波封追蹤器之一功率放大器系統之另一實施例之一電路圖。
圖7係包含一波封追蹤器之一功率放大器系統之另一實施例之一電路圖。
圖8A及圖8B係阻抗之實部(real part)及虛部(imaginary part)對輸出功率之一實例之曲線圖。
圖9A及圖9B係阻抗之實部及虛部對輸出功率之另一實例之曲線圖。
圖10A及圖10B係展示AM/PM對輸出功率之兩個實例之曲線圖。
本文中提供之標題(若有)僅係為方便起見且不一定影響本發明之範疇及意義。
可包含補償電路之功率放大器系統之概述
圖1係用於放大一射頻(RF)信號之一功率放大器模組10之一示意圖。所繪示之功率放大器模組10可經組態以放大一RF信號RF_IN以產 生一放大RF信號RF_OUT。如本文中所描述，功率放大器模組10可包含根據本文中的教示實施之一或多個功率放大器。
圖2係可包含圖1之功率放大器模組10之一或多者之一例示性無線器件11之一示意方塊圖。無線器件11可包含實施本發明之一或多個特徵之功率放大器。
圖2中所描繪之例示性無線器件11可表示諸如一多頻帶/多模式行動電話之一多頻帶及/或多模式器件。例如，全球行動通信系統(GSM)標準係用於世界上許多地區之數位蜂巢式通信之一模式。GSM模式行動電話可在以下四種頻帶之一或多者下操作：850MHz(對於Tx，大約824MHz至849MHz，對於Rx，大約869MHz至894MHz)，900MHz(對於Tx，大約880MHz至915MHz，對於Rx，大約925MHz至960MHz)，1800MHz(對於Tx，大約1710MHz至1785MHz，對於Rx，大約1805MHz至1880MHz)及1900MHz(對於Tx，大約1850MHz至1910MHz，對於Rx，大約1930MHz至1990MHz)。GSM頻帶之變體及/或區域或國家實施方案亦可用於世界上的不同地區。
分碼多重存取(CDMA)係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頻帶之一或多者下操作，而某些W-CDMA及長期演進(LTE)器件可在例如22個或更多個射頻頻譜頻帶內操作。
可以前述例示性模式及/或頻帶且以其他通信標準實施本發明之一或多個特徵。例如，3G及4G係此等標準之非限制性實例。
在某些實施例中，無線器件11可包含切換器12、一收發器13、一天線14、功率放大器17、一控制組件18、一電腦可讀媒體19、一處理器20、一電池21及一波封追蹤器30。
收發器13可產生經由天線14傳輸之RF信號。此外，收發器13可自天線14接收傳入RF信號。
應瞭解，可藉由在圖2中共同地表示為收發器13之一或多個組件達成與RF信號之傳輸及接收相關聯之各種功能性。例如，一單一組件可經組態以提供傳輸及接收功能性兩者。在另一實例中，可藉由各別的組件提供傳輸及接收功能性。
類似地，應瞭解，可藉由在圖2中共同地表示為天線14之一或多個組件達成與RF信號之傳輸及接收相關聯之各種天線功能性。例如，一單一天線可經組態以提供傳輸及接收功能性兩者。在另一實例中，可藉由各別的天線提供傳輸及接收功能性。在另一實例中，與無線器件11相關聯之不同頻帶可具備不同的天線。
在圖2中，來自收發器13之一或多個輸出信號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，不同的傳輸路徑15可表示與不同的頻帶及/或不同的功率輸出相關聯之輸出路徑。例如，所示之兩個例示性功率放大器17可表示與不同的功率輸出組態(例如，低功率輸出及高功率輸出)相關聯之放大及/或與不同的頻帶相關聯之放大。儘管圖2將無線器件11繪示為包含兩個傳輸路徑15，然無線器件11可經調適以包含更多個或更少個傳輸路徑15。
在圖2中，來自天線14之一或多個經偵測信號係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，不同的接收路徑16可表示與不同的頻帶相關聯之路徑。例如，所示之四個例示性路徑16可表示一些無線器件所具備之四頻帶能力。儘管圖2將無線器件11繪示為包含四個接收路徑16，然無線器件11可經調適以包含更多個或更少個接收路徑16。
為促進接收路徑與傳輸路徑之間的切換，切換器12可經組態以將天線14電連接至一選定傳輸或接收路徑。因此，切換器12可提供與無線器件11之操作相關聯之數個切換功能性。在某些實施例中，切換器12可包含數個切換器，該等切換器經組態以提供與以下各者相關聯 之功能性：例如，不同頻帶之間的切換、不同功率模式之間的切換、傳輸模式與接收模式之間的切換或其等之某種組合。切換器12亦可經組態以提供額外功能性，包含信號之濾波及/或雙工。
圖2展示在某些實施例中，可提供一控制組件18以控制與切換器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之各種控制功能性。
在某些實施例中，一處理器20可經組態以促進本文中描述之各種程序的實施。在某些實施例中，處理器20可使用儲存於一電腦可讀記憶體19中且可以一特定方式引導該處理器20之電腦程式指令來操作。
所繪示之無線器件11亦包含波封追蹤器30，該波封追蹤器30可用以產生用於功率放大器17之一或多者之一功率放大器供應電壓。例如，波封追蹤器30可基於待放大之RF信號之一波封而控制或改變提供至功率放大器17之供應電壓之電壓位準。
波封追蹤器30可由電池21供電。電池21可為用於無線器件11中之任何適合電池，包含例如鋰離子電池。如下文將進一步詳細描述，藉由控制提供至功率放大器之功率放大器供應電壓之電壓位準，可減小由電池21消耗之電力，藉此改良無線器件11之電池壽命之效能。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，可以其他方式判定波封，諸如使用任何適合波封偵測器自RF信號偵測波封。
圖3係包含一波封追蹤器之一功率放大器系統26之一實例之一示意方塊圖。所繪示之功率放大器系統26包含切換器12、天線14、電池21、一定向耦合器24、波封追蹤器30、一功率放大器32及一收發器33。所繪示之收發器33包含一基頻處理器34、一波封塑形區塊35、一數位轉類比轉換器(DAC)36、一I/Q調變器37、一混合器38及一類比 轉數位轉換器(ADC)39。
基頻處理器34可用以產生一同相(in-phase,I)信號及一正交相(quadrature-phase,Q)信號，該等信號可用以表示一所要振幅、頻率及相位之一正弦波或信號。例如，I信號可用以表示正弦波之一同相分量，且Q信號可用以表示正弦波之一正交分量，此可為正弦波之一等效表示。在某些實施方案中，I及Q信號可以一數位格式提供至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適合處理器。例如，基頻處理器34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。此外，在一些實施方案中，功率放大器系統26中可包含兩個或更多個基頻處理器34。
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。例如，I/Q調變器37可包含經組態以將該等I及Q信號轉換為一類比格式之DAC、用於將該等I及Q信號升頻轉換(upconvert)為射頻之混合器及用於將該等經升頻轉換之I及Q信號組合為適於藉由功率放大器32放大之一RF信號之一信號組合器。在某些實施方案中，I/Q調變器37可包含一或多個濾波器，該一或多個濾波器經組態以濾波於其中處理之信號之頻率成分。
波封塑形區塊35可用以將與I及Q信號相關聯之波封或振幅資料轉換為經塑形波封資料。塑形來自基頻處理器34之波封資料可藉由例如調整波封信號以最佳化功率放大器32之線性及/或達成功率放大器32之一所要增益壓縮來幫助增強功率放大器系統26之效能。在某些實施方案中，波封塑形區塊35係一數位區塊，且DAC 36用以將經塑形波封資料轉換為適於由波封追蹤器30使用之一類比波封信號。然而，在其他實施方案中，可省略DAC 36以有利於將一數位波封信號提供給波封追蹤器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接收一電 池電壓VBATT，且可使用該波封信號以針對功率放大器32產生相對於該波封信號而改變之一功率放大器供應電壓VCC_PA。波封追蹤器30可控制功率放大器供應電壓VCC_PA之一電壓位準以追蹤波封信號或隨波封信號改變而增強功率效率。
功率放大器32可自收發器33之I/Q調變器37接收RF信號，且可透過切換器12將一經放大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之輸出端與切換器12之輸入端之間，藉此容許功率放大器32之一輸出功率量測不包含切換器12之插入損耗。可將來自定向耦合器24之經感測輸出信號提供至混合器38，該混合器38可將該經感測輸出信號乘以一受控頻率之一參考信號以下頻移(downshift)該經感測輸出信號之頻譜。可將經下頻移信號提供至ADC 39，該ADC 39可將該經下頻移信號轉換為適於由基頻處理器34處理之一數位格式。藉由在功率放大器32之輸出端與基頻處理器34之一輸入端之間包含一回饋路徑，基頻處理器34可經組態以動態地調整I及Q信號及/或與I及Q信號相關聯之波封資料以最佳化功率放大器系統26之操作。例如，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。
圖4A及圖4B係展示功率放大器供應電壓對時間之兩個實例之曲線圖。
在圖4A中，一曲線圖47繪示一RF信號41之電壓及一功率放大器供應電壓43對時間。RF信號41具有一波封42。
重要的是，一功率放大器之功率放大器供應電壓43具有大於RF信號41之電壓之一電壓。例如，將具有小於RF信號41之量值之一量值之一功率放大器供應電壓提供至一功率放大器可對RF信號進行削波(clip)，藉此產生信號失真及/或影響信號完整性。因此，重要的是，功率放大器供應電壓43可大於波封42之電壓。然而，可期望減小 功率放大器供應電壓43與RF信號41之波封42之間的一電壓差，此係因為功率放大器供應電壓43與波封42之間的面積可表示損耗能量，此可減小電池壽命且增加一行動器件中產生的熱。
在圖4B中，一曲線圖48繪示一RF信號41之電壓及一功率放大器供應電壓44對時間。與圖4A之功率放大器供應電壓43相比，圖4B之功率放大器供應電壓44相對於RF信號41之波封42改變。圖4B中之功率放大器供應電壓44與波封42之間的面積小於圖4A中之功率放大器供應電壓43與波封42之間的面積，且因此圖4B之曲線圖48可與具有較大能量效率之一功率放大器系統相關聯。
包含補償電路之功率放大器系統之概述
功率附加效率(PAE)係評定一功率放大器之一度量，且可對應於輸出信號功率與輸入信號功率之間的差對由功率放大器消耗的DC電力之比。另外，相位失真(AM/PM)可為評定一功率放大器之另一度量，且可對應於輸出相位之一改變對輸入功率之一改變。PAE及AM/PM可為消費者判定購買哪些功率放大器之度量，此係因為PAE可影響一電子器件之電池壽命，且AM/PM可影響電子器件之信號品質。儘管期望高PAE及低AM/PM，然改良AM/PM可以減小PAE為代價，而增加PAE可使AM/PM降級。
波封追蹤係一種可用以藉由有效率地隨時間改變一功率放大器供應電壓之一電壓位準而增加一功率放大器系統之PAE之技術。然而，已發現：使用波封追蹤亦可使功率放大器之AM/PM降級，此係因為與不同功率放大器供應電壓位準相關聯之偏壓狀況之變動可導致阻抗改變，此可藉由改變功率放大器之相位延遲而使AM/PM降級。
在本文中的某些組態中，一功率放大器包含一輸入級、一輸出級、一波封追蹤器及一補償電路。輸入級及輸出級係串接的且放大一輸入RF信號以產生一放大輸出RF信號。另外，波封追蹤器至少針對 該輸出級產生一功率放大器供應電壓，且補償電路補償與功率放大器供應電壓之電壓位準之改變相關聯之輸出級之輸入阻抗之改變。藉由包含補償電路，可減小功率放大器之相位延遲對輸入功率之一變動，藉此導致功率放大器之AM/PM之一改良。
圖5係一功率放大器系統50之一實施例之一電路圖。所繪示之功率放大器系統50包含切換器12、天線14、波封追蹤器30及一功率放大器52。功率放大器52包含一補償電路60、一第一或輸入級NPN雙極電晶體61、一第二或輸出級NPN雙極電晶體62、一扼流電感器63、一輸出匹配電路64、一第一或輸入級偏壓電路65及一第二或輸出級偏壓電路66。
功率放大器52經組態以接收一RF信號RF_IN，且透過切換器12將一放大RF信號提供至天線14。波封追蹤器30經組態以接收一電池電壓VBATT及對應於RF信號RF_IN之一波封之一波封信號ENVELOPE。波封追蹤器30產生用於功率放大器52之一功率放大器供應電壓VCC_PA。另外，波封追蹤器30可使用波封信號ENVELOPE而隨時間控制功率放大器供應電壓VCC_PA之一電壓位準。例如，當波封信號增加時，波封追蹤器可增加功率放大器供應電壓VCC_PA之電壓位準。另外，當波封信號降低時，波封追蹤器可減少功率放大器供應電壓VCC_PA之電壓位準。
輸入級NPN雙極電晶體61包含電連接至一第一或功率低供應電壓V1(其可為例如一功率低供應或接地供應)之一射極。輸入級NPN雙極電晶體61進一步包含電連接至補償電路60之一第一終端之一集極，及在經組態以接收RF信號RF_IN之一節點處電連接至輸入級偏壓電路65之一輸出端之一基極。
輸出級NPN雙極電晶體62包含電連接至功率低供應電壓V1之一射極，及電連接至補償電路60之一第二終端及輸出級偏壓電路66之一輸 出端之一基極。輸出級NPN雙極電晶體62進一步包含電連接至扼流電感器63之一第一端及輸出匹配電路64之一第一終端之一集極。扼流電感器63進一步包含自波封追蹤器30接收功率放大器供應電壓VCC_PA之一第二端。輸出匹配電路64進一步包含透過切換器12將由功率放大器52產生之放大RF信號提供至天線14之一第二終端。
輸入級NPN雙極電晶體61及輸出級NPN雙極電晶體62可用以放大RF信號RF_IN以產生一放大RF信號。例如，輸入級NPN雙極電晶體61可操作為一第一放大級，且輸出級NPN雙極電晶體62可操作為一第二放大級。儘管圖5繪示使用NPN雙極電晶體之一組態，然可使用功率放大器級之其他實施方案。在一實施例中，輸入級NPN雙極電晶體61及輸出級NPN雙極電晶體62係異質接面雙極電晶體(HBT)。
輸出匹配電路64可用以終止功率放大器52之輸出端與切換器12之間的電連接。輸出匹配電路64可用以在RF信號RF_IN之基頻下提供功率放大器52之一所要負載線阻抗。例如，當功率放大器52透過切換器12驅動天線14時，輸出匹配電路64可提供一阻抗變換以達成功率放大器52之一所要負載阻抗。在某些實施方案中，輸出匹配電路64亦可用以提供諧波終端(harmonic termination)，包含例如二次諧波短路及/或三次諧波開路。
可包含扼流電感器63以幫助使用由波封追蹤器30產生之功率放大器供應電壓VCC_PA來給功率放大器52供電。扼流電感器63可用以將低阻抗提供至低頻信號分量，而扼制(choking)或阻擋與放大RF信號相關聯之高頻信號分量。
輸入級偏壓電路65及輸出級偏壓電路66可分別用以加偏壓於輸入級NPN雙極電晶體61及輸出級NPN雙極電晶體62。例如，在某些實施方案中，輸入級偏壓電路65經組態以藉由控制輸入級NPN雙極電晶體61之一基極電流及/或一基極-射極電壓而加偏壓於輸入級NPN雙極 電晶體61。另外，在某些實施方案中，輸出級偏壓電路66經組態以藉由控制輸出級NPN雙極電晶體62之一基極電流及/或基極-射極電壓而加偏壓於輸出級NPN雙極電晶體62。
波封追蹤器32可基於波封信號ENVELOPE而控制功率放大器供應電壓VCC_PA之一電壓位準。在波封追蹤器32改變功率放大器供應電壓VCC_PA之電壓位準時，輸出級NPN雙極電晶體62之一輸入阻抗可改變。
補償電路60可用以補償與功率放大器供應電壓VCC_PA之電壓位準之改變相關聯之輸出級NPN雙極電晶體62之一輸入阻抗之變動。藉由包含補償電路60，可減小功率放大器52之相位延遲對信號功率之一變動，藉此相對於省略補償電路60之方案改良功率放大器之AM/PM。
輸出級NPN雙極電晶體62之輸入阻抗變動可增加功率放大器52之非線性。例如，AM/PM可由與功率放大器供應電壓VCC_PA之電壓位準之改變相關聯之輸出級NPN雙極電晶體62之基極之一輸入電抗之一變動降級。因此，使用補償電路60補償輸入阻抗變動可改良功率放大器52之AM/PM。
相對於單獨使用收發器層級AM/PM減小技術之方案，包含補償電路60可增強功率放大器52之AM/PM效能。例如，再參考圖3，收發器33可包含波封塑形區塊35，該波封塑形區塊35可塑形信號波封以達成功率放大器32之一實質上恆定的增益壓縮。儘管使用波封塑形區塊35可改良功率放大器之線性且幫助改良AM/PM，然波封塑形區塊35無法直接控制AM/PM失真，且因此可限制線性之一總體改良。相比之下，補償電路60可與功率放大器整合，且可對AM/PM改良提供一低成本及有效解決方案。例如，補償電路60可與功率放大器52整合在晶片上。
在一實施例中，補償電路60經組態以為輸入級NPN雙極電晶體61 及輸出級NPN雙極電晶體62提供在約60歐姆(Ω)至約70Ω之範圍內之一級間阻抗匹配。藉由提供一相對較大的級間阻抗匹配，輸入級NPN雙極電晶體61之集極處之一電壓擺動可相對較大，藉此減小電晶體之輸入阻抗變動對AM/PM之影響。
圖6係一功率放大器系統70之另一實施例之一電路圖。所繪示之功率放大器系統70包含切換器12、天線14、波封追蹤器30及一功率放大器72。功率放大器72包含一補償電路80、輸入級NPN雙極電晶體61、輸出級NPN雙極電晶體62、扼流電感器63、輸出匹配電路64、輸入級偏壓電路65及一輸出級偏壓電流產生電路76。
圖6之功率放大器系統70類似於圖5之功率放大器系統50，惟圖6中所示之功率放大器72相對於圖5中所示之功率放大器52包含一輸出級偏壓電路及一補償電路之一不同配置除外。另外，功率放大器系統70繪示其中輸入級NPN雙極電晶體61由一第一功率放大器供應電壓VCC1供電而輸出級NPN雙極電晶體62由波封追蹤器30產生之一第二功率放大器供應電壓VCC2供電之一方案。在某些實施方案中，第一功率放大器供應電壓VCC1具有隨時間實質上恆定或固定之一電壓位準。
輸出級偏壓電流產生電路76可用以加偏壓於輸出級NPN雙極電晶體62。例如，在所繪示之組態中，輸出級NPN雙極電晶體62之基極經組態以自輸出級偏壓電流產生電路76接收一偏壓電流IBIAS。
補償電路80包含一偏壓電感器77、一補償電感器81及一補償電容器82。偏壓電感器77包含電連接至輸出級偏壓電流產生電路76之一第一端，及電連接至輸出級NPN雙極電晶體62之基極之一第二端。補償電感器81包含電連接至輸入級NPN雙極電晶體61之集極之一第一端，及電連接至第一功率放大器供應電壓VCC1之一第二端。補償電容器82包含電連接至輸入級NPN雙極電晶體61之集極之一第一端，及電連接至輸出級NPN雙極電晶體62之基極之一第二端。補償電路80可具 有經設計大小以隨時間提供輸出級NPN雙極電晶體62之一相對較小的輸入阻抗變動(諸如小於約15%之一阻抗變動)之組件。
當波封追蹤器30基於波封信號ENVELOPE而改變第二功率放大器供應電壓VCC2之電壓位準時，輸出級NPN雙極電晶體62之輸入阻抗可改變。例如，輸出級NPN雙極電晶體62可具有可相對於第二功率放大器供應電壓VCC2之電壓位準改變之一寄生基極-集極電容78。在無補償的情況下，寄生基極-集極電容78隨時間之改變可使AM/PM降級。例如，寄生基極-集極電容78之改變可產生輸出級NPN雙極電晶體62之基極之一輸入電抗之變動。在一實施例中，補償電路80經組態以補償由改變與波封追蹤相關聯之電晶體偏壓狀況引起的與寄生基極-集極電容78之改變相關聯之輸出級NPN雙極電晶體62之一輸入電抗變動。
所繪示之功率放大器系統70使用其中偏壓電感器77已包含為補償電路80之部分之一方案。在某些實施方案中，偏壓電感器77具有小於一習知扼流電感器之一阻抗之一阻抗。例如，在一實施例中，偏壓電感器77在1GHz下具有小於約15Ω之一阻抗。
以此方式組態偏壓電感器77可幫助容許由輸入級NPN雙極電晶體61產生之放大RF信號之一部分到達輸出級偏壓電流產生電路76，此可引起偏壓電流IBIAS之一振幅以給功率放大器72提供相位補償之一方式改變。例如，當RF信號RF_IN之一振幅為大時，由輸入級NPN雙極電晶體61產生之放大RF信號之一部分可到達輸出級偏壓電流產生電路76且引起偏壓電流IBIAS之量值之一增加，藉此給輸出級NPN雙極電晶體72提供相位補償。相應地，包含輸出級偏壓電流產生電路76及偏壓電感器77可改良功率放大器之線性及AM/PM。
圖7係包含一波封追蹤器之一功率放大器系統100之另一實施例之一電路圖。所繪示之功率放大器系統100包含切換器12、天線14、 波封追蹤器30及一功率放大器72。功率放大器72包含一補償電路90、輸入級NPN雙極電晶體61、輸出級NPN雙極電晶體62、扼流電感器63、輸出匹配電路64、輸入級偏壓電路65及一輸出級偏壓電流產生電路76。
圖7之功率放大器系統100類似於圖6之功率放大器系統70，惟圖7之功率放大器系統100相對於圖6中所示之組態包含一補償電路之一不同配置除外。
例如，圖7之補償電路100包含偏壓電感器77、第一補償電感器81、第一補償電容器82、一第二補償電感器83、一第三補償電感器84及一第二補償電容器85。偏壓電感器77包含電連接至輸出級偏壓電流產生電路76之一第一端，及電連接至輸出級NPN雙極電晶體62之基極之一第二端。第一補償電感器81包含電連接至輸入級NPN雙極電晶體61之集極之一第一端，及電連接至第二補償電容器85之一第一端及第二補償電感器83之一第一端之一第二端。第二補償電感器83進一步包含電連接至第一功率放大器供應電壓VCC1之一第二端。第二補償電容器85進一步包含電連接至第三補償電感器84之一第一端之一第二端。第三補償電感器84進一步包含電連接至功率低供應V1之一第二端。
相對於某些其他補償電路組態，所繪示之補償電路90可幫助提供增強的效能。例如，相對於圖6之補償電路80，圖7之補償電路90可提供可幫助減小功率放大器之相位延遲對輸入功率之變動之增強的調諧。另外，在某些實施方案中，第二補償電容器85及第三補償電感器84可經組態以在信號頻率下提供一相對較小的阻抗，藉此有助於防止由輸入級NPN雙極電晶體61產生之放大信號到達第一功率放大器供應電壓VCC1。
圖8A及圖8B係阻抗之實部及虛部對輸出功率之一實例之曲線圖。該等曲線圖對應於針對省略補償電路60之圖5之功率放大器52之 一實施方案取得之量測資料。
圖8A繪示級間匹配阻抗之一實部對輸出功率之一第一曲線圖101。圖8B繪示級間匹配阻抗之一虛部對輸出功率之一第二曲線圖102。第一曲線圖101及第二曲線圖102各包含與在約1.5V與約5.0V之間的範圍內之功率放大器供應電壓VCC_PA之不同電壓位準相關聯之複數個曲線。如圖8A及圖8B中所示，缺乏一補償電路之一功率放大器之級間匹配阻抗可具有一相對較大的變動。例如，所繪示之級間匹配阻抗之實部之變動係約30Ω，且所繪示之級間匹配阻抗之虛部之變動係約10Ω。
圖9A及圖9B係阻抗之實部及虛部對輸出功率之另一實例之曲線圖。該等曲線圖對應於針對包含一補償電路之圖5之功率放大器52之一實施方案取得之量測資料。
圖9A繪示輸出級NPN雙極電晶體62之級間匹配阻抗之一實部對輸出功率之一第一曲線圖103。圖9B繪示輸出級NPN雙極電晶體62之級間匹配阻抗之一虛部對輸出功率之一第二曲線圖104。第一曲線圖103及第二曲線圖104各包含與在約1.5V與約5.0V之間的範圍內之功率放大器供應電壓VCC_PA之不同電壓位準相關聯之複數個曲線。如圖9A及圖9B中所示，包含一補償電路可減小級間匹配阻抗之變動。例如，所繪示之級間匹配阻抗之實部之變動係約7Ω，且所繪示之級間匹配阻抗之虛部之變動係約5Ω。
圖10A及圖10B係展示AM/PM對輸出功率之兩個實例之曲線圖。圖10A繪示對應於與圖8A及圖8B之曲線圖相關聯之功率放大器之AM/PM之一第一曲線圖105。圖10B繪示對應於與圖9A及圖9B之曲線圖相關聯之功率放大器之AM/PM之一第二曲線圖106。如由圖10A與圖10B之一比較展示，包含一補償電路可改良AM/PM。
應用
上述實施例之一些者已結合行動電話提供實例。然而，該等實施例之原理及優點可用於需要功率放大器系統之任何其他系統或裝置。
此等功率放大器系統可實施於各種電子器件中。電子器件之實例可包含(但不限於)消費性電子產品、消費性電子產品之零件、電子測試設備等。電子器件之實例亦可包含(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。消費性電子產品可包含(但不限於)一行動電話、一電話、一電視機、一電腦監視器、一電腦、一掌上型電腦、一個人數位助理(PDA)、一微波爐、一冰箱、一汽車、一立體聲系統、一卡式錄音機或播放器、一DVD播放器、一CD播放器、一VCR、一MP3播放器、一收音機、一攝錄影機、一相機、一數位相機、一可攜式記憶體晶片、一洗衣器、一乾衣器、一洗衣器/乾衣器、一影印機、一傳真機、一掃描儀、一多功能周邊器件、一腕錶、一時鐘等。此外，電子器件可包含未完成產品。
結論
除非上下文另有清楚要求，否則在整個描述及申請專利範圍中，字詞「包括(comprise)」、「包括(comprising)」及類似者應理解為包含性意義而非排他性或窮舉性意義；即，「包含，但不限於」之意義。如本文中普遍使用，字詞「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，如本文中普遍使用，字詞「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，字詞「本文中」、「上文」、「下文」及類似含義之字詞在用於本申請案中時，應將本申請案稱為一整體且並非本申請案之任何特定部分。在上下文允許的情況下，上述實施方式中使用單數或複數之字詞亦可分別包含複數或單數。關於兩個或更多個品項之一清單之字詞「或」，該字詞涵蓋全部以下字詞之解釋：清單中之任一 品項、清單中之全部品項或清單中品項之任何組合。
此外，除非另有明確規定或如所使用在上下文內以其他方式理解，否則本文中使用之條件式語言，尤其諸如「可(can)」、「可以(could)」、「會(might)」、「例如(e.g.)」、「舉例而言(for example)」、「諸如(such as)」及類似者通常旨在傳達某些實施例包含某些特徵、元件及/或狀態而其他實施例不包含某些特徵、元件及/或狀態。因此，此條件式語言通常不用以暗示一或多個實施例始終需要特徵、元件及/或狀態，或一或多個實施例必需包含用於在作者輸入或提示或無作者輸入或提示之情況下決定此等特徵、元件及/或狀態是否包含或執行於任何特定實施例中之邏輯。
本發明之實施例之上述詳細描述不用以窮舉或將本發明限制於上文所揭示之精確形式。雖然上文為闡釋性目的而描述本發明之特定實施例及實例，但如熟習相關技術者將認知，在本發明之範疇內之各種等效修改亦係可行的。例如，雖然以給定順序呈現程序或方塊，但替代實施例可以一不同順序執行具有步驟之常式或採用具有方塊之系統，且可刪除、移動、添加、細分、組合及/或修改一些程序或方塊。可以多種不同方式實施此等程序或方塊之各者。再者，雖然程序或方塊有時係展示為串行執行，但代之可並行執行或可在不同時間執行此等程序或方塊。
本文提供之本發明的教示可應用於其他系統，而不一定是上述之系統。可組合上述各項實施例之元件及動作以提供進一步實施例。
雖然已描述本發明之某些實施例，但此等實施例僅藉由實例之方式呈現，且並不旨在限制本發明之範疇。實際上，本文中描述之新穎方法及系統可以多種其他形式體現；此外，在不脫離本發明之精神之情況下，可進行呈本文中描述之方法及系統之形式之各種省略、替代及改變。隨附申請專利範圍及其等等效物旨在涵蓋如將落於本發明 之範疇及精神內之此等形式或修改。
12‧‧‧切換器
14‧‧‧天線
30‧‧‧波封追蹤器
50‧‧‧功率放大器系統
52‧‧‧功率放大器
60‧‧‧補償電路
61‧‧‧輸入級NPN雙極電晶體
62‧‧‧輸出級NPN雙極電晶體
63‧‧‧扼流電感器
64‧‧‧輸出匹配電路
65‧‧‧輸入級偏壓電路
66‧‧‧輸出級偏壓電路
ENVELOPE‧‧‧波封信號
RF_IN‧‧‧射頻(RF)信號
V1‧‧‧功率低供應電壓
VBATT‧‧‧電池電壓
VCC_PA‧‧‧功率放大器供應電壓

Claims (20)

  1. 一種在一功率放大器系統中進行相位補償之方法，該方法包括：使用一功率放大器之一第一放大級來放大一輸入射頻信號以產生一第一放大射頻信號；使用一波封追蹤器來產生一功率放大器供應電壓；使用該波封追蹤器基於該輸入射頻信號之一波封而控制該功率放大器供應電壓之一電壓位準；使用來自該波封追蹤器之該功率放大器供應電壓來給該功率放大器之一第二放大級供電；使用該第二放大級來放大該第一放大射頻信號以產生一第二放大信號，放大該第一放大射頻信號以產生該第二放大信號包括在一雙極電晶體之一基極處接收該第一放大射頻信號，及在該雙極電晶體之一集極處產生該第二放大射頻信號；及使用一補償電路來補償與該功率放大器供應電壓之該電壓位準之改變相關聯之該第二放大級之一輸入阻抗之一變動。
  2. 如請求項1之方法，其進一步包括：使用該補償電路在該第一放大級與該第二放大級之間提供在約60Ω至約70Ω之範圍內之一匹配阻抗。
  3. 如請求項1之方法，其進一步包括：使用該補償電路補償與該功率放大器供應電壓之該電壓位準之改變相關聯之該雙極電晶體之該基極與該集極之間的一寄生電容之一變動。
  4. 如請求項1之方法，其進一步包括使用一收發器產生該射頻信號及該射頻信號之該波封。
  5. 一種功率放大器系統，其包括： 一第一功率放大器級，其包含經組態以接收一輸入射頻信號之一輸入端及經組態以產生一第一放大射頻信號之一輸出端；一波封追蹤器，其經組態以產生一功率放大器供應電壓，且基於該輸入射頻信號之一波封而控制該功率放大器供應電壓之一電壓位準；一第二功率放大器級，其包含經組態以接收該第一放大射頻信號之一輸入端及經組態以產生一第二放大射頻信號之一輸出端，該第二功率放大器級經組態以由來自該波封追蹤器之該功率放大器供應電壓所供電，該第二功率放大器級進一步包含一雙極電晶體，該雙極電晶體包含經組態以接收該第一放大射頻信號之一基極及經組態以產生該第二放大射頻信號之一集極；及一補償電路，其電連接於該第一功率放大器級之該輸出端與該第二功率放大器級之該輸入端之間，該補償電路經組態以補償與該功率放大器供應電壓之該電壓位準之改變相關聯之該第二功率放大器級之輸入阻抗之變動。
  6. 如請求項5之功率放大器系統，其中該補償電路經組態以在該第一功率放大器級與該第二功率放大器級之間提供在約60Ω至約70Ω之範圍內之一匹配阻抗。
  7. 如請求項5之功率放大器系統，其中該補償電路經組態以補償與該功率放大器供應電壓之該電壓位準之改變相關聯之該雙極電晶體之該基極與該集極之間的一寄生電容之一變動。
  8. 如請求項5之功率放大器系統，其中該補償電路包含電連接於該第二功率放大器級之該輸入端與該第一功率放大器級之一輸出端之間的一第一補償電容器。
  9. 如請求項8之功率放大器系統，其中該補償電路進一步包含電連接於該第一功率放大器級之該輸出端與一輸入級電源供應器之 間的一第一補償電感器。
  10. 一種功率放大器系統，其包括：一第一功率放大器級，其包含經組態以接收一輸入射頻信號的一輸入端和經組態以產生一第一放大射頻信號的一輸出端；一波封追蹤器，其經組態以產生一功率放大器供應電壓和基於該輸入射頻信號之一波封而控制該功率放大器供應電壓之一電壓位準；一第二功率放大器級，其包含經組態以接收該第一放大射頻信號的一輸入端和經組態以產生一第二放大射頻信號的一輸出端，該第二功率放大器級經組態以藉由自該波封追蹤器之該功率放大器供應電壓供電；及一補償電路，其電連接在該第一功率放大器級的該輸出端和該第二功率放大器級的該輸入端之間，該補償電路經組態以補償與該功率放大器供應電壓之該電壓位準之改變相關聯之該第二功率放大器級之一輸入阻抗之一變動，該補償電路包含電連接於該第二功率放大器級的該輸入端與該第一功率放大器級的該輸出端之間的一第一補償電容器、電連接於該第一功率放大器級的該輸出端與一輸入級電源供應器之間的一第一補償電感器、和電連接於該第一補償電感器與該輸入級電源供應器之間的一第二補償電感器，該第一補償電感器及該第二補償電感器電連接於一第一節點處。
  11. 如請求項10之功率放大器系統，其中該補償電路進一步包含串聯電連接於該第一節點與一功率低供應之間的一第三補償電感器及一第二補償電容器。
  12. 一種功率放大器系統，其包括：一第一功率放大器級，其包含經組態以接收一輸入射頻信號 之一輸入端及經組態以產生一第一放大射頻信號之一輸出端；一波封追蹤器，其經組態以產生一功率放大器供應電壓，且基於該輸入射頻信號之一波封而控制該功率放大器供應電壓之一電壓位準；一第二功率放大器級，其包含經組態以接收該第一放大射頻信號之一輸入端及經組態以產生一第二放大射頻信號之一輸出端，該第二功率放大器級經組態以藉由自該波封追蹤器之該功率放大器供應電壓所供電；一補償電路，其電連接在該第一功率放大器級的該輸出端和該第二功率放大器級的該輸入端之間，該補償電路經組態以補償與該功率放大器供應電壓之該電壓位準之改變相關聯之該第二功率放大器級之一輸入阻抗之一變動，該補償電路包含電連接於該第二功率放大器級的該輸入端與該第一功率放大器級的該輸出端之間的一第一補償電容器、電連接於該第一功率放大器級的該輸出端與一輸入級電源供應器之間的一第一補償電感器；及經組態以將一偏壓電流提供至該第二功率放大器級之該輸入端之一輸出級偏壓電流產生電路。
  13. 如請求項12之功率放大器系統，其中該補償電路進一步包含一偏壓電感器，該偏壓電感器經組態以將來自該輸出級偏壓電流產生電路之該偏壓電流提供至該第二功率放大器級之該輸入端，該偏壓電感器經組態以將該第一放大射頻信號之一部分提供至該輸出級偏壓電流產生電路以提供相位補償。
  14. 一種行動器件，其包括：一收發器，其經組態以產生一射頻信號及對應於該射頻信號之一波封之一波封信號；一波封追蹤器，其經組態以產生一功率放大器供應電壓，且 基於該波封信號而控制該功率放大器供應電壓之一電壓位準；複數個功率放大器級，其等包含一第一功率放大器級及一第二功率放大器級，該第一功率放大器級包含經組態以接收該射頻信號之一輸入端及經組態以產生一第一放大射頻信號之一輸出端，該第二功率放大器級包含經組態以接收該第一放大射頻信號之一輸入端及經組態以產生一第二放大射頻信號之一輸出端，該第二功率放大器級進一步經組態以由來自該波封追蹤器之該功率放大器供應電壓供電，該第二功率放大器級進一步包含一雙極電晶體，該雙極電晶體包含經組態以接收該第一放大射頻信號之一基極及經組態以產生該第二放大射頻信號之一集極；及一補償電路，其電連接於該第一功率放大器級之該輸出端與該第二功率放大器級之一輸入端之間，該補償電路經組態以補償與該功率放大器供應電壓之該電壓位準之改變相關聯之該第二功率放大器級之輸入阻抗之變動。
  15. 如請求項14之行動器件，其中該補償電路經組態以在該第一功率放大器級與該第二功率放大器級之間提供在約60Ω至約70Ω之範圍內之一匹配阻抗。
  16. 如請求項14之行動器件，其中該補償電路經組態以補償與該功率放大器供應電壓之該電壓位準之改變相關聯之該雙極電晶體之該基極與該集極之間的一寄生電容之一變動。
  17. 如請求項14之行動器件，其中該收發器包含用於塑形該波封信號以控制與該波封追蹤器相關聯之一增益壓縮之一波封塑形區塊。
  18. 如請求項14之行動器件，其進一步包含經組態以將一偏壓電流提供至該第二功率放大器級之該輸入端之一輸出級偏壓電流產 生電路。
  19. 如請求項14之行動器件，其中該補償電路進一步包含一偏壓電感器，該偏壓電感器經組態以將來自該輸出級偏壓電流產生電路之該偏壓電流提供至該第二功率放大器級之該輸入端，該偏壓電感器經組態以將該第一放大射頻信號之一部分提供至該輸出級偏壓電流產生電路以提供相位補償。
  20. 如請求項14之行動器件，其中該補償電路進一步包含電連接於該第二功率放大器級的該輸入端與該第一功率放大器級的該輸出端之間的一第一補償電容器、電連接於該第一功率放大器級的該輸出端與一輸入級電源供應器之間的一第一補償電感器、和電連接於該第一補償電感器與該輸入級電源供應器之間的一第二補償電感器，該第一補償電感器及該第二補償電感器電連接於一第一節點處。
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