專利名稱：具有失配容忍度的rf功率放大器電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于控制RF PA(射頻功率放大器)的電路，并且更具體而言涉及用于調整RF PA的供應電壓的RF PA控制器。
背景技術：
在便攜式電子設備如手機、膝上電腦和其他電子設備中廣泛地使用RF(射頻)發(fā)射器和RF功率放大器。在這些設備中使用的RF發(fā)射器和RF功率放大器放大并且遠程地發(fā)射RF信號。RF PA是在這些電子設備中的最主要的功率消耗源之一，并且其效率對于這些便攜式電子設備的電池壽命具有顯著影響。例如手機制造商進行極大努力來提高RF PA系統(tǒng)的效率，因為RF PA的效率是確定手機的電池壽命和它的通話時間的最關鍵的因素之圖1示出了常規(guī)RF發(fā)射器電路，其包括發(fā)射器集成電路(TXIC) 102和外部功率放大器(PA) 104。在一些情況中，在TXIC 102與PA 104之間可能存在濾波器。例如，RF發(fā)射器電路可以被包括在使用一個或多個手機標準(調制技術)如UMTS(通用移動電話系統(tǒng))或CDMA (碼分多址)的手機設備中，當然RF發(fā)射器電路可以被包括在任何其他類型的RF電子設備中。僅僅為了說明的目的，在這里將RF發(fā)射器電路描述為手機設備的一部分。TXIC102生成要由PA 104放大并且要由天線(未示出)遠程發(fā)射(110)的RF信號。例如，RF信號106可以使由TXIC 102根據UMTTS或CDMA標準調制的RF信號106。RF功率放 大器104通常包括輸出晶體管(未顯示)作為它的最后一個放大級。當由PA 104放大RF已調信號106時，該輸出晶體管往往會使RF已調信號106失真，導致在輸出信號110處比輸入信號106處更寬的頻譜占用。由于RF頻譜是在手機用戶之間共享的，所以該更寬的頻譜占用是不希望的。因此，手機標準典型地調節(jié)可接受的失真的量，因而需要輸出晶體管滿足高的線性要求。就這點而言，當對RF輸入信號106進行幅度調制時，需要對PA 104的輸出晶體管進行偏置使得該輸出晶體管在峰值發(fā)射功率上仍然線性。這典型地導致在RF輸入信號106的幅度的非峰值期間的功率浪費，因為該偏置是針對峰值功率水平處的可接受的失真而保持固定的。某些RF調制技術發(fā)展為需要更得多的頻譜效率，并且因此迫使PA 104犧牲更多的功率效率。例如雖然在PA 104的輸出晶體管的峰值功率處的效率可以高于60%，但是當使用諸如WCDMA的調制格式時，利用某些類型的編碼，PA 104的效率下降到低于30%。該性能改變是由于PA 104中的RF晶體管在RF輸入信號106的幅度的非峰值期間保持在幾乎固定的偏置。存在用于提供PA 104中的效率增益的一些常規(guī)技術。一種常規(guī)技術提供降低由電源(例如開關模式電源(SMPS) 112)向PA 104提供的供應電壓108來提高PA 104中的效率。通過使用較低的電源電壓108，PA 104以提高的功率效率來操作，因為其操作更靠近飽和點。但是，電源電壓108不可以被降得太低，因為這將導致PA 104進行操作的電壓余量不足，導致不可接受的失真。如前所述，該失真可能導致所發(fā)射的信號的能量溢出到相鄰信道上，增加頻譜占用并且產生對工作在那些相鄰信道中的無線電器件的干擾。因此，應該為PA選擇能夠平衡可接受的失真與好的效率的最佳供應電壓?！N常規(guī)方法使用固定輸出電壓下降調節(jié)器(如開關模式電源(SMPS) 112)來降低到PA 104的供應電壓。但是，在許多應用中選擇固定電源電壓是不夠的。例如在大部分蜂窩系統(tǒng)中，PA輸出功率頻繁地改變，因為基站命令手持機調整它的發(fā)射功率以改善網絡性能，或者因為手持機改變它的發(fā)射信息速率。當PA輸出功率改變時，該PA的最佳供應電壓(如上所述)改變。因此，在一些系統(tǒng)中，首先確定RF輸出信號110的期望功率，并且隨后根據該期望功率來調整電源電壓108。通過自適應地調整供應電壓108，在各種PA輸出功率水平上PA104的效率都提高。常規(guī)方法用“開環(huán)”方式估計RF輸出信號110的期望功率，其中在該方式中根據所傳遞的RF輸入信號106的功率來估計RF輸出信號110的功率。但是，RF輸出信號110的功率的估計可能仍然不足以正確地調整供應電壓108。例如需要知道峰均比(PAR)來估計PA的最佳供應電壓。PAR指示已調RF輸出信號110中的平均幅度與峰值幅度之間的差異。利用更高的PAR，需要更高的供應電壓來容納RF輸出信號110的峰值電壓抖動。許多現(xiàn)代蜂窩系統(tǒng)實時地改變調制的PAR，需要相應地調整供應電壓。因此，在這些蜂窩系統(tǒng)中，基于PA輸出功率的估計來調整PA 104的供應電壓108的常規(guī)方法是不適合的。此外，呈現(xiàn)給PA 104的負載帶來另一個重大問題。PA 104通常驅動通常包括濾波器和天線的電路。該電路典型地具有大約50ohm范圍內的標稱阻抗。但是，該電路的阻抗有時候與該標稱相比劇烈改變。例如如果觸摸該天線或者蜂窩設備被放到金屬表面上，則天線的阻抗改變，向PA 104反射阻抗改變。耦合到PA 104的電路的阻抗的改變可能需要改變到PA 104的供應電壓以防止流入該電路的RF輸出信號110失真。但是上述常規(guī)方法不響應于該電路的阻抗的改變而調整供應電壓。雖然可以通過向PA 104恒定地提供比最佳供應電壓更高的電壓來避免在PA 104的輸出處的阻抗改變問題，但是更高的供應電壓導致PA 104的效率更低。換句話說，常規(guī)PA控制器不能夠響應于PA的輸出阻抗的情況來調整PA的供應電壓，以最大化PA效率同時保持放大的RF信號的失真處于可接受的水平。

發(fā)明內容
本發(fā)明的實施方式包括一種射頻(RF)功率放大器系統(tǒng),其響應于功率放大器(PA)的RF輸出信號的測量或估計功率，調整向該PA提供的供應電壓。該RF PA系統(tǒng)包括功率放大器(PA)，其接收并且放大RF輸入信號以在適合于天線傳輸的水平生成RF輸出信號。PA VCC(供應電壓)控制器生成供應電壓控制信號，該供應電壓控制信號用于控制到該PA的最后一級的供應電壓。響應于該RF PA輸出信號的測量或估計功率，并且還可以響應于用于指示在該PA輸出處經歷的阻抗失配的測量參數，生成該供應電壓控制信號。通過控制到該RF PA的供應電壓，提高PA的效率。在一個實施方式中，響應于PA的RF輸出信號的平均功率，并且還響應于PA的RF輸出信號的峰均比，生成該供應電壓控制信號。在另一個實施方式中，響應于PA的RF輸出信號的瞬時功率包絡，生成該供應電壓控制信號。
在另一個實施方式中，向該RF PA系統(tǒng)增加相位修正環(huán)路，該相位修正環(huán)路生成用于表示該RF輸入信號的相位與該RF輸出信號的相位之間的差的相位誤差信號，并且基于該相位誤差信號來調整到該PA的RF輸入信號的相位，以降低當PA供應電壓調整時可能發(fā)生的由該功率放大器產生的相位失真。在另一個實施方式中，用PA阻抗調整控制器替換PA VCC控制器，并且調整該PA的輸出處的阻抗調整電路而不是到該PA的供應電壓。該阻抗調整控制器提供阻抗控制信號，該阻抗控制信號用于控制PA的RF輸出處的阻抗變量器。該阻抗控制信號響應于用于指示在該PA輸出處經歷的阻抗失配的測量參數。通過控制該阻抗變量器，在該PA的輸出處呈現(xiàn)與該天線的阻抗的標稱值接近的阻抗，并且因此提高PA的效率。在說明書中描述的特征優(yōu)點不是包括一切的，并且具體而言，由于附圖、說明書和權利要求，許多附加特征和優(yōu)點將對于本領域的普通技術人員而言變得顯而易見。此外應該注意到，原則上出于可讀性和介紹的目的選擇在說明書中使用的語言，而不是被選擇用于界定或限制創(chuàng)造性的主題。


通過結合附圖來考慮以下詳細描述，可以容易地理解本發(fā)明的教導。圖1示出了常規(guī)RF發(fā)射器系統(tǒng)。圖2A示出了包括根據本發(fā)明的一個實施方式的PA VCC控制器的RF PA系統(tǒng)。圖2B更詳細地示出了包括根據本發(fā)明的一個實施方式的PAVCC控制器的RF PA系統(tǒng)。圖3A示出了包括根據本發(fā)明的第一實施方式的PA VCC控制器的細節(jié)的RF PA系統(tǒng)。圖3B示出了包括根據本發(fā)明的第二實施方式的PA VCC控制器的細節(jié)的RF PA系統(tǒng)。圖3C示出了包括根據本發(fā)明的第三實施方式的PA VCC控制器的細節(jié)的RF PA系統(tǒng)。圖3D示出了包括根據本發(fā)明的第四實施方式的PA VCC控制器的細節(jié)的RF PA系統(tǒng)。圖3E示出了包括根據本發(fā)明的第五實施方式的PA VCC控制器的細節(jié)的RF PA系統(tǒng)。圖3F示出了包括根據本發(fā)明的第六實施方式的PA VCC控制器的細節(jié)的RF PA系統(tǒng)。圖4示出了包括根據本發(fā)明的另一個實施方式的PA阻抗控制器的細節(jié)的RF PA系統(tǒng)。圖5示出了根據本發(fā)明的一個實施方式的增益感測塊的細節(jié)。
具體實施例方式附圖和下文的描述僅通過實例的方式涉及本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。應該注意到，通過下文的討論，將容易認識到本文公開的結構和方法的備選的實施方式作為在不脫離所要求的發(fā)明的原理的前提下可以應用的可變的備選?，F(xiàn)在將參考本發(fā)明的多個實施方式，在附圖中說明了它們的實例。在任意可行的情況中，在附圖中可以使用相同或相似的附圖標記并且相同或相似的附圖標記可以指示相同或相似的功能。附圖僅出于說明的目的描述了本發(fā)明的實施方式。本領域的熟練技術人員將容易認識到，通過下文的描述，在不脫離本文所述的本發(fā)明的原理的前提下，可以應用本文所示的結構和方法的備選的實施方式。通常，射頻(RF)功率放大器系統(tǒng)被配置為響應于PA的RF輸出信號的測量或估計功率，自適應地調整向PA提供的供應電壓。還可以響應于用于指示在該PA輸出處經歷的阻抗失配的測量參數，調整到PA的供應電壓。通過控制到RF PA的供應電壓，提高了 PA的效率?；蛘撸琑F PA系統(tǒng)可以被配置為響應于用于指示在該PA輸出處經歷的阻抗失配的測量參數，控制在該PA的輸出處看到的阻抗。通過控制阻抗，在該PA的輸出處提供與天線的阻抗的標稱值接近的阻抗，并且從而提高了 PA的效率。轉到附圖，圖2A示出了用于描述本發(fā)明的元件的RF功率放大器(PA)系統(tǒng)200A。收發(fā)器IC 201向PA 204提供RF輸入信號，并且PA 204將到輸出210的該信號放大到適合于最終被傳遞到天線(未顯示)的水平。到PA 204的供應電壓209由可調電源208提供。電源208的輸出電壓由PA VCC (供應電壓)控制器250控制(206)。PA VCC控制器250響應于功率放大器的RF輸出信號的功率291以及用于指不功率放大器的輸出處的阻抗失配的參數290，調整電源208的輸出電壓209。圖2B更詳細地顯示了 RF功率放大器(PA)系統(tǒng)200B，其包括用于生成VCC控制信號206的PA VCC控制器250，VCC控制信號206又控制來自對PA 204供電的電源208的輸出電壓209。根據本發(fā)明的一個實施方式，VCC控制器250響應于輸入的數量，生成VCC控制信號206。在本實例中，PA VCC控制器250被包括在收發(fā)器IC 201中。收發(fā)器IC 201可以是混合的單個1C，其進一步包括下文將描述的基帶信號生成塊270、RF頻率轉換塊271和各種計算塊272、273和276。主發(fā)射信號路徑源自基帶信號生成塊270，在其中數字地生成要傳輸的基帶已調信號。RF頻率轉換塊271將信號285上變頻到希望的RF載波頻率，生成RF信號202。附加的放大和濾波電路(未顯示)可以被包括在轉換塊271中。信號202經過定向耦合器203傳遞，并且進入PA 204。PA 204可以是2或3級RF功率放大器，并且提供RF輸出信號210以驅動多個無源組件，如定向耦合器207和其他組件(未顯示)并且最終驅動天線以便傳輸。稍后描述功率感測塊211和增益感測塊260。PA VCC控制器250包括VCC控制塊311和失配計算塊310。VCC控制塊311基于多個輸入信號生成VCC供應控制信號206。主輸入信號是包絡功率信號275，其表示在PA204的輸出處的包絡功率?；旧?，調整VCC供應控制信號206，以確保PA VCC電壓209追蹤該PA 204的輸出處的包絡功率——對于PA 204的輸出210處的更高的包絡功率，VCC控制塊311調整VCC控制信號206的水平以便增加VCC電壓209，反之亦然。包絡功率計算塊272通過確定在由基帶信號生成塊270生成的信號285中的包絡功率，來估計出現(xiàn)在PA204的輸出210處的包絡功率，并且通過考慮PA 204的輸出210與基帶信號生成塊270的輸出285之間的功率差的增益因子來調整該功率。如果基帶信號生成塊270提供由I (同相)和Q (正交)信道所表示的基帶信號，則包絡功率計算塊272將該包絡功率確定為被該增益因子調整為sqrt(I2+Q2)。PA VCC控制塊311可以生成VCC控制信號206，以使得電源208的輸出209追蹤PA 204的RF輸出信號210的瞬時或平均包絡功率。在追蹤瞬時功率的情況中，將電源208控制為處于與由基帶信號生成塊270生成的信號285的幅度調制速率相等的速度。在該情況中，包絡功率計算塊272可以在一些情況中包括時間延遲以考慮到輸出210的包絡功率是基于信號285估計的的事實，使得PAVCC電壓209將及時很好地追蹤PA 204的輸出210的包絡功率。如果追蹤平均功率，則可以將低通濾波器(未顯示)包括在包絡功率計算塊272中，以確定該平均功率。并且在該情況中，另外向VCC控制塊311輸入PAR指示符信號，因為信號285的調制的瞬時峰值被求平均并且該信息不再出現(xiàn)在包絡功率信號275中。PAR是指由基帶信號生成塊270生成的信號285的峰均比。VCC控制塊311基于PAR指示符信號274調整VCC控制信號206，以便除了基于包絡功率信號275來調整之外，如果指示較高PAR水平則增加PAVCC電壓209，而如果指示較低PAR水平則降低PA VCC電壓209。PAR計算塊273可以利用存儲在其中的關于由基帶信號生成塊270生成的特定調制的預定信息，確定PAR指示符信號274。到VCC控制塊311的另一個輸入是失配指示符信號280。由失配評估塊310生成失配指示符信號280，并且失配指示符信號280指示在PA 204的輸出210處出現(xiàn)的阻抗失配的程度和類型。VCC控制塊311基于失配指示符信號280調整VCC控制信號206，以便根據失配指示符信號280的指示來增加或減少PA VCC電壓209。在后面的章節(jié)中詳細描述失配指示符信號280的生成。VCC控制塊311還可以包括分別提供關于RF信號302的載波頻率和環(huán)境溫度的頻率(freq)312和溫度(temp) 313輸入。VCC控制塊311可以基于頻率312和溫度313輸入來調整VCC控制信號206，以便根據增益因子的期望改變來增加或減少PA VCC電壓209，其中該增益因子表示分別由于載波頻率和溫度的改變而產生的PA 204的輸出210與基帶信號生成塊270的輸出之間的功率差。然后可以通過將增益因子(距標稱值)的改變分別與當前工作頻率和環(huán)境溫度相關聯(lián)的查找表來生成頻率312信號和溫度313信號。例如，內部PA 204可以包括頻率選擇性匹配網絡，其在工作頻帶的中心提供最高增益并且在工作頻帶的邊緣提供最低增益。因此，利用所述查找表，可以對應于該工作載波頻率是處于該工作頻帶的中心還是邊緣，分別從該標稱值增加和減小PA VCC 209。并且PA 204和RF頻率轉換塊271也可能在較低溫度上呈現(xiàn)增益增加。因此，利用所述查找表，可以對應于環(huán)境溫度是較高還是較低，分別從該標稱值增加或減小PA VCC 209。注意到在備選配置中，包絡功率計算塊272可以在包絡功率的計算中包括頻率和溫度的因子，并且因此不再需要到VCC控制塊311的頻率312和溫度313信號。圖3A示出了包括根據本發(fā)明的第一實施方式的PA VCC控制器的細節(jié)的RF PA系統(tǒng)300A。具體而言，圖3A更詳細地說明了失配評估塊310的操作、失配指示符信號331的生成和VCC控制塊311。在該上下文中“失配”是指在PA 204的輸出210處看到的阻抗失配。在PA 204之后的天線電路典型地具有大約50ohm范圍的標稱阻抗。但是，該天線電路的阻抗有時候與該標稱阻抗相比劇烈改變。例如如果觸摸該天線或者蜂窩設備被放到金屬表面上，則天線的阻抗改變，向PA 204的輸出210反射阻抗改變。耦合到PA 204的輸出210的電路的阻抗的改變可能需要改變到PA 204的VC供應電壓209以防止流入天線電路的RF輸出信號210的失真。因此，失配評估塊310通過影響PA VCC控制器250以調整提供給PA 204的電源208以考慮該阻抗失配，進一步優(yōu)化功率放大器系統(tǒng)300。在該實施方式中，失配評估塊310通過計算PA 204的電壓增益與正向功率增益之間的差或比，來評估PA 204的輸出210處看到的阻抗失配的程度，并且生成失配指示符信號331以指示由于該阻抗失配應該增加還是減小PA VCC電壓209。然后向VCC控制塊311輸入失配指示符信號331，VCC控制塊311因而控制來自電源208的提供給PA 204的輸出電壓209。在一些情況中，還可以調整PAVCC電壓209的偏移電壓。具體而言，使用定向耦合器207 (在輸出處)和定向耦合器203 (在輸入處)、對數檢測器320和321以及差分放大器324來測量PA 204的正向功率增益。定向耦合器207、203可以是表面貼裝型的，具有20dB的耦合因子，對數檢測器320、321可以是二極管型檢測器，其配置有用于提供對數響應的電路。分別由信號230和240表示在PA 204的輸入和輸出處的正向功率。分別根據這些信號230、240來得出包絡功率，并且它們的差利用差分放大器324確定、由低通濾波器323濾波并且使用模數轉換器(ADC) 322轉換成數字增益信號325。因此，數字功率增益信號325表示PA 204的正向功率增益。使用增益感測塊260 (稍后描述細節(jié))測量PA 204的電壓增益以生成電壓增益信號261。由ADC 328將電壓增益信號261數字化，以提供數字電壓增益信號329。使用數字減法器326確定數字電壓增益信號329與數字功率增益信號325之間的差，其中將差信號327輸入以參考LUT (查找表)330。LUT 330是用于將dVGain映射到dVcc的表格，表示PA204的電壓增益與功率增益之間的差327 (dVGain)的各種值所需要的PA VCC(dVcc)的改變。典型地，當PA 204的電壓增益329大于PA 204的功率增益325時，應該增加PA VCC電壓209，以考慮反射到PA 204中的最后一級晶體管的較高的驅動點阻抗，而小于PA 204的功率增益325的電壓增益329指示應該減小PA VCC電壓209以考慮較低的驅動點阻抗。LUT 330的輸出(參考)331指示如PA 204的電壓增益與正向功率增益之間的差所指示的該阻抗失配所必須的PA供應電壓Vcc的改變的量，并且被輸入到VCC控制塊311以便在生成Vcc控制信號206時使用。圖3A還更詳細地顯示了 VCC控制塊311。在該實例中，VCC控制塊311包括LUT314、由包絡功率信號275參考的VCC控制信號的參考值(Vcc)，將它們輸出到數模轉換器(DAC) 315并且因此提供VCC控制信號206的模擬版本。如前所述，VCC控制信號206控制電源208的輸出209，以密切追蹤包絡功率信號275。LUT314中的值可以用來優(yōu)化功率信號(P)到PA VCC電壓的傳遞函數。另外，可以進一步優(yōu)化LUT 314，以考慮失配指示符信號331、載波頻率315和環(huán)境溫度313的值。另外，LUT 314可以包括有限的值范圍，以便控制電源208限制PA VCC電壓209的電壓擺動。例如可能希望將電壓擺動限制到2V的最小值，以降低在追蹤瞬時功率包絡的情況中在電源208上的快速電壓轉換速率的負擔。圖3B示出了包括根據本發(fā)明的第二實施方式的PA VCC控制器的細節(jié)的RF PA系統(tǒng)。圖3B的RF PA系統(tǒng)300B是圖3A中所示的RF PA系統(tǒng)300A的變形。在該情況中，VCC控制塊310被配置為通過如包絡檢測器2720所指示的、來自定向耦合器207的正向采樣功率信號240直接響應PA 204的輸出信號210的測量功率包絡，而不是如早先參考圖3A所述的，利用用包絡功率計算塊272所作出的計算來響應輸出信號210的功率包絡的估計。在該實例中，包絡檢測器2720追蹤PA 204的RF輸出信號210的瞬時功率包絡。因此，VCC控制塊3110主要包括模擬組件，以便加速PA VCC電壓209的響應，因為必須利用PA VCC電壓209來追蹤輸出信號210的功率包絡。用包絡檢測器2720替換包絡功率計算塊272，并且向包絡檢測器塊2720提供正向采樣功率信號240，該正向采樣功率信號240是從PA 204的輸出處的有向耦合器207的正向功率端口得出的。VCC控制塊3110包括各種各樣的增益放大器(VGA) 3140，其提供來自包絡檢測器2720的測量包絡功率信號2750，以與包絡功率信號2750呼應地控制電源208。失配評估塊310向增益/偏移調整塊3150提供失配指示符信號331，以按照與如前參考圖3A所述的用于調整LUT 314的方式類似的方式調整VGA 3140的增益和偏移。除此之外，RF PA系統(tǒng)300B基本上與圖3A的RF PA系統(tǒng)300A類似。雖然圖3B描述了圖3A中所示的RF PA系統(tǒng)300A的變形，但是應該注意到相同的變形可以應用于圖3C、3D、3E和3F中所示的后續(xù)實施方式中的任意一個。圖3C示出了包括根據本發(fā)明的第三實施方式的PA VCC控制器的細節(jié)的RF PA系統(tǒng)。圖3C的RF PA系統(tǒng)300C也是圖3A中的RFPA系統(tǒng)300A的變形。在圖3C的RF PA系統(tǒng)300C中，失配評估塊310通過計算PA 204的標稱功率增益(利用PA 204在它的輸出處無失配地驅動標稱阻抗所期望的)與PA 204的實際測量增益之間的差或比，計算在PA 204的輸出210看到的阻抗失配的程度，并且生成失配指示符信號351以指示由于PA 204的輸出210處的該阻抗失配而應該增加還是減小PA VCC電壓209。然后向VCC控制塊311輸入失配指示符信號351，影響PA VCC控制器250來產生VCC控制信號206，VCC控制信號206又控制來自電源208的提供給PA 204的輸出電壓209。在一些情況中，還可以調整PA VCC電壓209的偏移電壓。具體而言，使用定向耦合器207 (在輸出處)和定向耦合器203 (在輸入處)、對數檢測器340和341以及差分放大器344來測量PA 204的實際正向功率增益。定向耦合器207、203可以是表面貼裝型的，其具有20dB的耦合因子，而對數檢測器和340和341可以是二極管型的，其被配置有提供對數響應的電路。分別由信號230和240表示在PA 204的輸入和輸出處的正向功率。檢測器和340和341根據這些信號230、240得出包絡功率，并且這些信號230、240的包絡功率之間的差利用差分放大器344確定、由低通濾波器343濾波并且被轉換342成數字增益信號345。因此，數字功率增益信號345表示PA 204的實際的測量功率增益。由期望增益計算塊349提供PA 204的標稱增益，期望增益計算塊349提供在當前工作條件(例如環(huán)境溫度和RF載波頻率)之下期望的PA 204的增益的標稱期望值。典型地，期望增益計算塊349將包括具有該信息的LUT (未顯示)，并且將接收關于該工作條件的信息。然后使用數字減法器346確定期望增益信號348與數字功率增益信號345之間的差。將該差值347輸入到LUT 350。LUT 350將PA 204的測量增益與估計增益之間的各種差(dGain)映射到需要的PA VCC的改變(dVcc)。典型地，如果PA 204的實際增益大于或小于PA 204的期望增益，則應該增加PA VCC電壓209以考慮在PA 204的輸出210處所看到的較高失配程度?？梢酝ㄟ^測量dGain (即PA 204的實際增益與期望增益之間的差)以及所需要的相對于典型PA VC電壓209的對應的調整，經驗地得出在LUT 350中包括的值，以在各種失配條件下維持線性性能。LUT 350的輸出(參考)351被輸入到VCC控制塊311。除此之外，包括LUT 314的操作在內的RF PA系統(tǒng)300C基本上類似于圖3A的RF PA系統(tǒng)300A。圖3D示出了包括根據本發(fā)明的第四實施方式的PA VCC控制器的細節(jié)的RF PA系統(tǒng)。圖3D的RF PA系統(tǒng)300D也是圖3A中所示的RF PA系統(tǒng)300A的變形。在圖3D的RFPA系統(tǒng)300D中，失配評估塊310通過計算PA 204的標稱效率(利用PA 204在它的輸出處無失配地驅動標稱阻抗所期望的)與PA 204的實際測量效率之間的差或比，評估在PA204的輸出210處看到的阻抗失配的程度，并且生成失配指示符信號331以指示由于該阻抗失配而應該增加還是減小PA VCC電壓209。然后向VCC控制塊311輸入失配指示符信號371，影響PA VCC控制器250來生成VCC控制信號206，VCC控制信號206又控制來自電源208的提供給PA 204的輸出電壓209。在一些情況中，還可以調整PA VCC電壓209的偏移電壓。 具體而言，使用功率感測塊211、定向耦合器207 (在輸出處)、功率包絡檢測器360、低通濾波器363和368以及除法器364測量PA 204的實際效率。功率感測塊211通過將在節(jié)點375處測量的電流(通過測量經過一系列未顯示的電流傳感電阻器的電壓來估計)乘以在節(jié)點375處的電壓(PA VCC電壓209的樣本測量)，來測量經過電源208的輸出209提供給PA 204的供應(輸入)功率261。當輸入功率信號261傳遞經過低通濾波器368時，所產生的信號372表示到PA 204的平均輸入功率。功率包絡檢測器360可以是二極管型檢測器。PA 204的RF輸出信號210傳遞經過功率包絡檢測器360，以檢測RF輸出信號210的包絡功率，并且功率包絡檢測器360的輸出傳遞經過低通濾波器363，以生成用于表示平均輸出功率包絡的信號373。可以將PA 204的效率定義為PA 204的輸出功率除以PA 204的輸入功率。因此，除法器364(其可以是在減法器之后的一對對數放大器)有效地將用于表示PA 204的平均輸出包絡功率的信號373除以用于表示PA 204的平均輸入功率的信號372。當除法器364的輸出被ADC 362數字化時，所產生的測量效率信號365指示PA 204的測量效率。由期望效率計算塊374提供PA 204的標稱效率，期望效率計算塊374提供在當前工作條件(例如PA 204的輸出功率、環(huán)境溫度和載波頻率)之下期望的PA 204的效率的標稱期望值。典型地，期望效率計算塊374將包括具有該信息的LUT (未顯示)，并且將接收該工作條件作為輸入以確定PA的期望效率。然后使用數字減法器366確定數字測量效率信號365與期望效率信號366之間的差367，并且輸入差367以參考LUE 370。LUT 370將PA 204的效率的差(dEfff)的各種值映射到所需要的PA VCC的改變(dVcc)。典型地，當PA 204的測量效率大于PA 204的期望效率時，應該增加PA VCC電壓209以考慮向PA204中的最后一級晶體管反映的較高的驅動點阻抗，而測量效率小于PA 204的期望效率指示應該減小PA VCC電壓209以考慮較低的驅動點阻抗。將LUT 370的輸出(參考)371輸入到VCC控制塊311。除此之外，包括LUT 314的操作在內的RF PA系統(tǒng)300D基本上類似于圖3A的RF PA系統(tǒng)300A。圖3E示出了包括根據本發(fā)明的第五實施方式的PA VCC控制器的細節(jié)的RF PA系統(tǒng)。圖3E的RF PA系統(tǒng)300E也是圖3A中所示的RF PA系統(tǒng)300A的變形。在圖3E的RFPA系統(tǒng)300E中，失配評估塊310通過使用定向耦合器207確定在PA 204的輸出210處的反射功率的角度和幅度，評估在PA 204的輸出210處看到的失配的程度。如前所述，失配評估塊310生成失配指示符信號392以指示由于該阻抗失配是應該增加還是減少PA VCC電壓209。然后向VCC控制塊311輸入失配指示符信號392，影響PA VCC控制器250以生成VCC控制信號206，VCC控制信號206又控制來自電源208的提供給PA 204的輸出電壓209。在一些情況中，還可以調整PA VCC電壓209的偏移電壓。具體而言，通過分別利用由定向耦合器207信號240和241提供的PA 204的正向和反射功率的樣本比較PA 204的正向功率和反射功率的相位差和幅度比，來確定在PA204的輸出處的反射功率的角度和幅度。對于失配幅度估計，將正向耦合功率信號240和反向耦合信號241分別饋入對數檢測器381和380，產生被差分放大器384減去的功率包絡信號。該輸出差信號然后被低通濾波器383濾波并且被ADC 382轉換到數字域，產生反射幅度比信號385。該信號表示在PA 204的輸出210處的反射功率與正向功率的比，并且因此是失配伽馬值的量化指示。對于失配角度估計，在信號240和241分別傳遞經過限幅器396和395以去除任意幅度信息之后，由相位檢測器394輸出正向耦合功率信號240和反向I禹合信號241之間的相位差。相位檢測器394向低通濾波器393輸出相位差，以對結果求平均，并且去除來自相位檢測器394的任意人為成分，并且隨后由ADC 392數字化低通濾波器393的輸出以產生反射相位角度信號387。反射相位角度信號387參考LUT 390中的值。LUT 390將反射相位角度信號387的各種值映射到反射相位角387的各種值所需要的PA VCC的改變。頻率輸入312可以調整LUT中的值以考慮通過PA匹配網絡的延遲，該延遲可能導致在PA輸出晶體管驅動點處的依賴于頻率的改變的反射相位角。由乘法器386將LUT 390的輸出(參考)391進一步乘以反射幅度比信號385。因此，PA VCC的改變被失配的量級加權。乘法器386可以基本上是LUT與乘法器的組合，這可以比由乘法器386所提供的簡單乘法提供更加客戶化的功能。向VCC控制塊311輸入失配指示符信號392。除此之外，包括LUT 314的操作在內的RF PA系統(tǒng)300E基本上類似于圖3A的RFPA系統(tǒng)300A。圖3F示出了包括根據本發(fā)明的第六實施方式的PA VCC控制器的細節(jié)的RF PA系統(tǒng)。圖3F的RF PA系統(tǒng)300F也是圖3A中所示的RF PA系統(tǒng)300A的變形，并且增加了相位修正電路以減小由于PA VCC控制器250對PA VCC電壓209的調整而從PA 204輸出的相位失真。具體而言，使用傳感器410 (傳感器410可以是電容性耦合的)來感測PA 204的輸入信號202并且將其饋入限幅器411以去除來自該信號的任意幅度信息。由定向耦合器感測PA 204的輸出信號210并且將其饋入限幅器412以去除來自該信號的任意幅度信息。相位檢測器413然后實際上將PA輸入信號202的相位與PA輸出信號210的相位進行比較，以生成相位誤差信號416，該相位誤差信號416被低通濾波器415濾波并且被輸入到移相器417,移相器417基于濾波后的相位誤差信號調整輸入信號202的相位，以修正RF輸入信號202的相位中的任意改變。雖然圖3F顯示了在圖3A中顯示的系統(tǒng)中增加相位修正電路，但是應該注意到可以向圖3B、3C、3D和3E中所不的任意一個系統(tǒng)增加相同的相位修正電路。圖4示出了包括根據本發(fā)明的另一個實施方式的PA阻抗控制器的細節(jié)的RF PA系統(tǒng)。RF PA系統(tǒng)400基本上與圖3A中所示的RFPA系統(tǒng)300A類似，但是用PA阻抗控制器550替換PA VCC控制器250，PA阻抗控制器550現(xiàn)在包括改進的失配評估塊510，并且在PA 204的輸出210處增加阻抗變量器590。如前所述，使用數字減法器326確定數字電壓增益信號329與數字功率增益信號325之間的差，但是在該情況中，將差327輸入到調諧算法塊430。調諧算法塊430輸出調諧調整控制信號431以調諧阻抗變量器590，從而將差信號327降低到零。換句話說，調諧算法塊430可以是用于試圖迫使PA 204的電壓增益與功率增益之間的差327為零的伺服環(huán)路的一部分。或者，調諧算法塊430可以使得調諧調整控制信號431循環(huán)經過各種獨立步驟直到將PA 204的電壓增益與功率增益之間的差327最小化為止。阻抗變量器590可以包括至少一個用于可變地轉換PA 204輸出210與阻抗變量器590的輸出591之間的阻抗的可調諧無功組件，并且調諧算法塊430可以包括至少一個用于通過調諧調整控制信號431來調整阻抗變量器590的可變電壓輸出。圖4顯示了阻抗變量器在PA 204的輸出210附近。但是，在一些實現(xiàn)中，阻抗變量器590可以改為更靠近天線。雖然圖4顯示了與圖3A中所示的系統(tǒng)類似的實施方式，但是應該注意到通過用PA阻抗控制器550來替換PA VCC控制器并且增加阻抗變量器590，可以對圖3A、3B、3C、3D、3E或3F中所示的系統(tǒng)中的任意一個系統(tǒng)作出改變。雖然圖2A、2B、3A、3B、3C、3D、3E和3F顯示了包括在收發(fā)器IC 201中的PA VCC控制器250，但是其他劃分也是可行的。例如，PA VCC控制器250可以改為與收發(fā)器IC 201分離，并且可以改為位于還包括PA 204的模塊中。這樣，由于PA VCC控制器250靠近PA204，可以更容易地實現(xiàn)各種失配參數的感測。類似地，雖然圖4顯示了包括在收發(fā)器IC201中的PA阻抗控制器550。但是PA阻抗控制器550可以改為分離地位于還包括PA 204的模塊中，以便由于PA阻抗控制器550靠近PA 204而更容易地實現(xiàn)各種失配參數的感測。圖5示出了根據本發(fā)明的一個實施方式的在圖2B、3A、3B、3F和4中使用的增益感測塊260的細節(jié)。電壓峰值檢測器/對數放大器406和407中的每一個包括峰值檢測器配置中的二極管和電容器，緊接著是對數放大器，該對數放大器將來自峰值檢測器的電壓轉換成電壓的對數。利用電容性抽頭410對PA 204的輸入進行采樣并且將其饋入電壓峰值檢測器/對數放大器406，而在PA 204的最后一級中的輸出晶體管401的集電極驅動點處直接利用電容性抽頭405對PA204的輸出進行采樣并且將其饋入電壓峰值檢測器/對數放大器407。因此，可以測量PA 204的準確的電壓增益，其與包括PA 204的最后一級的晶體管401的集電極所經歷的電壓抖動相關。使用差分放大器408確定并且使用低通濾波器409濾波電壓峰值檢測器/對數放大器406的輸出與407的輸出之間的差。因此，增益感測塊260的輸出261是PA 204的電壓增益的真實指示。圖5還示出了 PA 204的細節(jié)。在一個實施方式中，PA VCC 209 ( “VCC”)被顯示為僅向PA 204的最后一級中的輸出晶體管401傳遞功率。因此，VCC 209與普通偏置或電源連接饋入PA 204不同。在另一個實施方式中，由PA 204消耗的功率的大于50%通過VCC209傳遞。由于輸出晶體管401包括PA 204的最后一級，所以該晶體管401生成PA 204中的全部放大級的最大輸出功率。在閱讀了本文公開之后，本領域的熟練技術人員將通過本發(fā)明的所公開的原理認識到用于RF功率放大器VCC控制器的其他附加備選結構和功能設計。因此，雖然已經說明并且描述了本發(fā)明的具體實施方式
和應用，但是要理解本發(fā)明不限于本文公開的精確的構造和組件，并且在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下可以在本文公開的本發(fā)明的方法和裝置的配置、操作和細節(jié)中做出對于本領域的熟練技術人員而言顯而易見的各種修改、改 變和變形。
權利要求
1.一種射頻(RF)功率放大器系統(tǒng)，包括: 功率放大器，其被配置為接收并且放大RF輸入信號以生成RF輸出信號； 功率放大器VCC控制器，其被耦合到所述功率放大器并且被配置為響應于所述功率放大器的所述RF輸出信號的功率和用于指示所述功率放大器的輸出處的阻抗失配的參數，生成用于控制所述功率放大器的供應電壓的供應電壓控制信號。
2.如權利要求1所述的RF功率放大器系統(tǒng)，其中所述供應電壓僅向所述功率放大器的最后一級中的輸出晶體管傳遞功率。
3.如權利要求1所述的RF功率放大器系統(tǒng)，其中由所述功率放大器消耗的功率的多于50 %通過所述供應電壓傳遞到所述功率放大器。
4.如權利要求1所述的RF功率放大器系統(tǒng)，其中所述功率放大器VCC控制器響應于所述RF輸出信號的估計瞬時包絡功率，生成所述供應電壓控制信號。
5.如權利要求4所述的RF功率放大器系統(tǒng)，其中根據所述功率放大器的輸入功率和所述功率放大器的增益的估計，確定所述RF輸出信號的所述估計瞬時包絡功率。
6.如權利要求1所述的RF功率放大器系統(tǒng)，其中所述功率放大器VCC控制器響應于所述RF輸出信號的估計平均包絡功率和所述RF輸出信號的峰均比，生成所述供應電壓控制信號。
7.如權利要求1所述的RF功率放大器系統(tǒng)，其中將用于指示阻抗失配的所述參數確定為所述功率放大器的電壓增益與正向功率增益之間的差或比。
8.如權利要求7 所述的RF功率放大器系統(tǒng)，其中所述功率放大器VCC控制器響應于所述RF輸出信號的測量瞬時包絡功率，生成所述供應電壓控制信號。
9.如權利要求1所述的RF功率放大器系統(tǒng)，其中將用于指示阻抗失配的所述參數確定為所述功率放大器的測量功率增益與期望功率增益之間的差或比。
10.如權利要求1所述的RF功率放大器系統(tǒng)，其中將用于指示阻抗失配的所述參數確定為所述功率放大器的測量功率效率與期望功率效率之間的差或比。
11.如權利要求1所述的RF功率放大器系統(tǒng)，其中將用于指示阻抗失配的所述參數確定為所述功率放大器的正向功率與反射功率之間的相位差。
12.如權利要求11所述的RF功率放大器系統(tǒng)，其中根據所述功率放大器的正向功率與反射功率之間的振幅差，進一步調整用于指示阻抗失配的所述參數。
13.如權利要求1所述的RF功率放大器系統(tǒng)，還包括相位控制環(huán)路，其用于確定用于指示所述RF輸入信號的相位與所述RF輸出信號的相位之間的相位差的相位誤差信號，并且用于基于所述相位誤差信號調整所述RF輸入信號的相位以降低由所述功率放大器產生的相位失真。
14.如權利要求1所述的RF功率放大器系統(tǒng)，其中所述功率放大器VCC控制器還基于所述RF輸入信號的載波頻率或環(huán)境溫度，調整所述供應電壓控制信號。
15.一種射頻(RF)功率放大器系統(tǒng)，包括: 功率放大器，其被耦合為接收并且放大RF輸入信號以生成RF輸出信號； 耦合到所述功率放大器的輸出的阻抗變換器； 功率放大器VCC控制器，其被耦合到所述功率放大器并且被配置為響應于所述功率放大器的所述RF輸出信號的功率，生成用于控制所述功率放大器的供應電壓的供應電壓控制信號，并且響應于用于指示所述功率放大器的所述輸出處的阻抗失配的參數，生成用于控制所述阻抗變換器的阻抗的調諧調整控制信號。
16.如權利要求15所述的RF功率放大器系統(tǒng)，其中所述供應電壓僅向所述功率放大器的最后一級中的輸出晶體管傳遞功率。
17.如權利要求15所述的RF功率放大器系統(tǒng)，其中由所述功率放大器消耗的功率的多于50%通過所述供應電壓傳遞到所述功率放大器。
18.如權利要求15所述的RF功率放大器系統(tǒng)，其中將用于指示阻抗失配的所述參數確定為所述功率放大器的電壓增益與正向功率增益之間的差或比。
19.一種用于控制功率放大器的方法，所述功率放大器被配置為接收并且放大RF輸入信號以生成RF輸出信號，所述方法包括: 確定所述功率放大器的所述RF輸出信號的功率和用于指示所述功率放大器的輸出處的阻抗失配的參數；并且 響應于所確定的所述RF輸出信號的功率和用于指示阻抗失配的所述參數，生成用于控制所述功率放大器的供應電壓的供應電壓控制信號。
20.如權利要求19所述的方法，其中所述供應電壓僅向所述功率放大器的最后一級中的輸出晶體管傳遞功率。
21.如權利要求19所述的方法，其中由所述功率放大器消耗的功率的多于50%通過所述供應電壓傳遞到所述功率放 大器。
22.如權利要求19所述的方法，其中響應于所述RF輸出信號的估計瞬時包絡功率，生成所述供應電壓控制信號。
23.如權利要求22所述的方法，其中根據所述功率放大器的輸入功率和所述功率放大器的增益的估計，確定所述RF輸出信號的所述估計瞬時包絡功率。
24.如權利要求19所述的方法，其中響應于所述RF輸出信號的估計平均包絡功率和所述RF輸出信號的峰均比，生成所述供應電壓控制信號。
25.如權利要求19所述的方法，其中將用于指示阻抗失配的所述參數確定為所述功率放大器的電壓增益與正向功率增益之間的差或比。
26.如權利要求25所述的方法，其中響應于所述RF輸出信號的測量瞬時包絡功率，生成所述供應電壓控制信號。
27.如權利要求19所述的方法，其中將用于指示阻抗失配的所述參數確定為所述功率放大器的測量功率增益與期望功率增益之間的差或比。
28.如權利要求19所述的方法，其中將用于指示阻抗失配的所述參數確定為所述功率放大器的測量功率效率與期望功率效率之間的差或比。
29.如權利要求19所述的方法，其中將用于指示阻抗失配的所述參數確定為所述功率放大器的正向功率與反射功率之間的相位差。
30.如權利要求29所述的方法，其中根據所述功率放大器的正向功率與反射功率之間的振幅差，進一步調整用于指示阻抗失配的所述參數。
31.如權利要求19所述的方法，還包括: 生成用于指示所述RF輸入信號的相位與所述RF輸出信號的相位之間的相位差的相位誤差信號；并且基于所述相位誤差信號調整所述RF輸入信號的相位以降低由所述功率放大器產生的相位失真。
32.如權利要求19所述的方法，其中基于所述RF輸入信號的載波頻率或環(huán)境溫度，進一步調整所述供應電壓控制信號。
33.一種用于控制功率放大器的方法，所述功率放大器被配置為接收并且放大RF輸入信號以生成RF輸出信號，所述方法包括: 確定所述功率放大器的所述RF輸出信號的功率和用于指示所述功率放大器的輸出處的阻抗失配的參數； 響應于所確定的所述RF輸出信號的功率，生成用于控制所述功率放大器的供應電壓的供應電壓控制信號；并且 響應于用于指示 阻抗失配的所述參數，生成用于控制耦合到所述功率放大器的輸出的阻抗變換器的阻抗的調諧調整控制信號。
34.如權利要求33所述的方法，其中所述供應電壓僅向所述功率放大器的最后一級中的輸出晶體管傳遞功率。
35.如權利要求33所述的方法，其中由所述功率放大器消耗的功率的多于50%通過所述供應電壓傳遞到所述功率放大器。
全文摘要
一種射頻(RF)功率放大器系統(tǒng)響應于功率放大器(PA)的RF輸出信號的測量或估計功率，自適應地調整向該PA提供的供應電壓。該RF PA系統(tǒng)包括功率放大器(PA)，其接收并且放大RF輸入信號以在適合于天線傳輸的水平生成RF輸出信號。PA供應電壓控制器生成供應電壓控制信號，該供應電壓控制信號用于控制到該PA的最后一級的供應電壓。響應于該RF PA輸出信號的測量或估計功率，并且還可以響應于用于指示在該PA輸出處經歷的阻抗失配的參數，生成該供應電壓控制信號。通過控制該RF PA的供應電壓，提高該PA的效率。
文檔編號H03F3/04GK103210582SQ201180035525
公開日2013年7月17日 申請日期2011年5月12日 優(yōu)先權日2010年6月4日
發(fā)明者S·F·德羅吉, M·托馬茲 申請人:匡坦斯公司