低壓高功率效率的包絡(luò)跟蹤器的制造方法
【專利摘要】描述了用于高效地生成供電的技術(shù)。在一種設(shè)計(jì)中，一裝置包括包絡(luò)放大器和升壓轉(zhuǎn)換器。升壓轉(zhuǎn)換器生成具有高于第一供電電壓（例如，電池電壓）的電壓的經(jīng)推升的供電電壓。包絡(luò)放大器基于包絡(luò)信號(hào)和經(jīng)推升的供電電壓（也可能還有第一供電電壓）來(lái)生成第二供電電壓。功率放大器基于第二供電電壓來(lái)操作。在另一種設(shè)計(jì)中，一種裝置包括切換器、包絡(luò)放大器和功率放大器。切換器接收第一供電電壓并提供第一供電電流。包絡(luò)放大器基于包絡(luò)信號(hào)來(lái)提供第二供電電流。功率放大器接收包括第一和第二供電電流的總供電電流。在一種設(shè)計(jì)中，切換器檢測(cè)第二供電電流并且添加偏置以生成與沒(méi)有該偏置的情形相比更大的第一供電電流。
【專利說(shuō)明】低壓高功率效率的包絡(luò)跟蹤器
[0001]背景
[0002]1.領(lǐng)域
[0003]本公開(kāi)一般涉及電子設(shè)備，尤其涉及用于為放大器和/或其他電路生成供電的技術(shù)。
[0004]I1.背景
[0005]在通信系統(tǒng)中，發(fā)射機(jī)可處理(例如，編碼和調(diào)制)數(shù)據(jù)以生成輸出采樣。發(fā)射機(jī)可進(jìn)一步調(diào)理(例如，轉(zhuǎn)換到模擬、濾波、上變頻、和放大)這些輸出采樣以生成輸出射頻(RF)信號(hào)。發(fā)射機(jī)隨后可經(jīng)由通信信道向接收機(jī)傳送該輸出RF信號(hào)。接收機(jī)可接收所傳送的RF信號(hào)并對(duì)所接收到的RF信號(hào)執(zhí)行互補(bǔ)處理以恢復(fù)所傳送的數(shù)據(jù)。
[0006]發(fā)射機(jī)通常包括功率放大器(PA)以提供輸出RF信號(hào)的高發(fā)射功率。功率放大器應(yīng)當(dāng)能夠提供高輸出功率并且具有高的功率附加效率(PAE)。此外，可能要求功率放大器即便在低電池電壓的情況下也具有良好性能和高PAE。
[0007]概述
[0008]本文描述了用于高效地為功率放大器和/或其他電路生成供電的技術(shù)。在一示例性設(shè)計(jì)中，一裝置(例如，集成電路、無(wú)線設(shè)備、電路模塊等)可包括包絡(luò)放大器和升壓轉(zhuǎn)換器。升壓轉(zhuǎn)換器可接收第一供電電壓(例如，電池電壓)并且生成具有高于第一供電電壓的電壓的經(jīng)推升的供電電壓。包絡(luò)放大器可接收包絡(luò)信號(hào)和經(jīng)推升的供電電壓，并且可基于該包絡(luò)信號(hào)和經(jīng)推升的供電電壓來(lái)生成第二供電電壓。該裝置可進(jìn)一步包括功率放大器，該功率放大器可基于來(lái)自包絡(luò)放大器的第二供電電壓來(lái)操作。在一種設(shè)計(jì)中，包絡(luò)放大器可進(jìn)一步接收第一供電電壓，并且可基于第一供電電壓或經(jīng)推升的供電電壓來(lái)生成第二供電電壓。例如，包絡(luò)放大器可(i)在包絡(luò)信號(hào)超過(guò)第一閾值的情況下和/或在第一供電電壓低于第二閾值的情況下基于經(jīng)推升的供電電壓來(lái)生成第二供電電壓，或(ii)在其他情況下基于第一供電電壓來(lái)生成第二供電電壓。
[0009]在另一種示例性設(shè)計(jì)中，一種裝置可包括切換器、包絡(luò)放大器和功率放大器。切換器可接收第一供電電壓(例如，電池電壓)并提供第一供電電流。包絡(luò)放大器可接收包絡(luò)信號(hào)，并且基于該包絡(luò)信號(hào)來(lái)提供第二供電電流。功率放大器可接收包括第一供電電流和第二供電電流的總供電電流。第一供電電流可包括直流(DC)和低頻分量。第二供電電流可包括較高頻分量。該裝置可進(jìn)一步包括升壓轉(zhuǎn)換器，該升壓轉(zhuǎn)換器可接收第一供電電壓并提供經(jīng)推升的供電電壓。包絡(luò)放大器隨后可基于第一供電電壓或經(jīng)推升的供電電壓來(lái)操作。
[0010]在又一示例性設(shè)計(jì)中，一裝置可包括切換器，該切換器可感測(cè)輸入電流并且生成切換信號(hào)以對(duì)提供供電電流的電感器進(jìn)行充電和放電。該切換器可向輸入電流添加偏置以生成比在沒(méi)有偏置的情況下更大的供電電流。該裝置可進(jìn)一步包括包絡(luò)放大器、升壓轉(zhuǎn)換器和功率放大器，它們可如上所述地那樣進(jìn)行操作。
[0011]以下更加詳細(xì)地描述本公開(kāi)的各種方面和特征。
[0012]附圖簡(jiǎn)述
[0013]圖1示出無(wú)線通信設(shè)備的框圖。[0014]圖2A、2B和2C示出分別基于電池電壓、平均功率跟蹤器和包絡(luò)跟蹤器來(lái)操作功率放大器的圖示。
[0015]圖3示出切換器和包絡(luò)放大器的示意圖。
[0016]圖4A、4B和4C示出對(duì)于切換器和包絡(luò)放大器的不同供電電壓而言，PA供電電流和電感器電流相對(duì)于時(shí)間的標(biāo)繪。
[0017]圖5示出在電流感測(cè)路徑中具有偏置的切換器的示意圖。
[0018]圖6示出升壓轉(zhuǎn)換器的示意圖。
[0019]詳細(xì)描述
[0020]措辭“示例性”在本文中用于表示“用作示例、實(shí)例或解說(shuō)”。本文中描述為“示例性”的任何設(shè)計(jì)不必被解釋為優(yōu)于或勝過(guò)其他設(shè)計(jì)。
[0021]本文描述了用于為放大器和/或其他電路生成供電的技術(shù)。這些技術(shù)可被用于各種類型的放大器，諸如功率放大器、激勵(lì)放大器等。這些技術(shù)還可被用于各種電子設(shè)備，諸如無(wú)線通信設(shè)備、蜂窩電話、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、手持式設(shè)備、無(wú)線調(diào)制解調(diào)器、膝上型計(jì)算機(jī)、無(wú)繩電話、藍(lán)牙設(shè)備、消費(fèi)者電子設(shè)備等。為了清楚起見(jiàn)，以下描述使用這些技術(shù)來(lái)為無(wú)線通信設(shè)備中的功率放大器生成供電。
[0022]圖1示出了無(wú)線通信設(shè)備100的設(shè)計(jì)的框圖。為了清楚起見(jiàn)，圖1中示出無(wú)線設(shè)備100的僅發(fā)射機(jī)部分，而接收機(jī)部分未示出。在無(wú)線設(shè)備100內(nèi)，數(shù)據(jù)處理器110可接收要傳送的數(shù)據(jù)，處理(例如，編碼、交織、和碼元映射)該數(shù)據(jù)，并提供數(shù)據(jù)碼元。數(shù)據(jù)處理器110還可處理導(dǎo)頻并提供導(dǎo)頻碼元。數(shù)據(jù)處理器110還可針對(duì)碼分多址(CDMA)、時(shí)分多址(TDMA)、頻分多址(FDMA)、正交FDMA (OFDMA)、單載波FDMA (SC-FDMA)和/或某一其他復(fù)用方案來(lái)處理數(shù)據(jù)碼元和導(dǎo)頻碼元，并且可提供輸出碼元。
[0023]調(diào)制器112可接收來(lái)自數(shù)據(jù)處理器110的輸出碼元，執(zhí)行正交調(diào)制、極化調(diào)制、或某一其他類型的調(diào)制，并提供輸出采樣。調(diào)制器112還可確定輸出采樣的包絡(luò)，例如通過(guò)計(jì)算每個(gè)輸出采樣的幅值并跨輸出采樣對(duì)幅值取平均。調(diào)制器112可提供指示輸出采樣的包絡(luò)的包絡(luò)信號(hào)。
[0024]RF發(fā)射機(jī)120可處理(例如，轉(zhuǎn)換到模擬、放大、濾波、和上變頻)來(lái)自調(diào)制器112的輸出采樣并提供輸入RF信號(hào)(RFin)。功率放大器(PA)130可放大該輸入RF信號(hào)以獲得期望輸出功率電平并提供輸出RF信號(hào)(RFout)，該輸出RF信號(hào)可經(jīng)由天線(圖1中未示出)傳送。RF發(fā)射機(jī)120還可包括用于生成包絡(luò)信號(hào)的電路，而不是使用調(diào)制器112來(lái)生成包
絡(luò)信號(hào)。
[0025]PA供電發(fā)生器150可接收來(lái)自調(diào)制器112的包絡(luò)信號(hào)并且可為功率放大器130生成供電電壓(Vpa)。PA供電發(fā)生器150也可被稱為包絡(luò)跟蹤器。在圖1中所示的設(shè)計(jì)中，PA供電發(fā)生器150包括切換器160、包絡(luò)放大器(Env Amp) 170、升壓轉(zhuǎn)換器180以及電感器162。切換器160也可以被稱為開(kāi)關(guān)模式電源(SMPS)。切換器160接收電池電壓(Vbat)并且在節(jié)點(diǎn)A提供包括DC和低頻分量的第一供電電流(Iind)。電感器162存儲(chǔ)來(lái)自切換器160的電流并在交替的周期上將所存儲(chǔ)的電流提供給節(jié)點(diǎn)A。升壓轉(zhuǎn)換器180接收Vbat電壓，并且生成高于Vbat電壓的經(jīng)推升的供電電壓(Vboost)。包絡(luò)放大器170在其信號(hào)輸入端接收包絡(luò)信號(hào)，在其兩個(gè)供電電壓輸入端接收Vbat電壓和Vboost電壓，并且在節(jié)點(diǎn)A處提供包括高頻分量的第二供電電流(Ienv)。提供給功率放大器130的PA供電電流(Ipa)包括來(lái)自切換器160的Iind電流和來(lái)自包絡(luò)放大器170的Ienv電流。包絡(luò)放大器170還在節(jié)點(diǎn)A處為功率放大器130提供恰當(dāng)?shù)腜A供電電壓(Vpa)。PA供電發(fā)生器150中的各個(gè)電路在下文中更詳細(xì)地描述。
[0026]控制器140可控制無(wú)線設(shè)備100內(nèi)各種單元的操作。存儲(chǔ)器142可存儲(chǔ)供控制器140和/或無(wú)線設(shè)備100內(nèi)的其他單元使用的程序代碼和數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理器110、調(diào)制器112、控制器140和存儲(chǔ)器142可實(shí)現(xiàn)在一個(gè)或多個(gè)專用集成電路(ASIC)和/或其他IC上。
[0027]圖1示出了無(wú)線設(shè)備100的示例性設(shè)計(jì)。無(wú)線設(shè)備100還可以其他方式實(shí)現(xiàn)并且可包括與圖1中所示的那些電路不同的電路。RF發(fā)射機(jī)120、功率放大器130、和PA供電發(fā)生器150的全部或一部分可被實(shí)現(xiàn)在一個(gè)或多個(gè)模擬集成電路(1C)、射頻IC (RFIC)、混合信號(hào)IC等上。
[0028]可能期望以低的電池電壓來(lái)操作無(wú)線設(shè)備100以便降低功耗、延長(zhǎng)電池壽命、和/或獲得其他優(yōu)點(diǎn)。新的電池技術(shù)在不久的將來(lái)可以能夠提供低至2.5伏特(V)及以下的能量。然而，功率放大器可能需要以高于電池電壓的PA供電電壓(例如，3.2V)操作。升壓轉(zhuǎn)換器可被用來(lái)推升電池電壓以生成較高的PA供電電壓。然而，使用升壓轉(zhuǎn)換器來(lái)直接供應(yīng)PA供電電壓可能增加成本和功耗，這兩者均是不期望的。
[0029]PA供電發(fā)生器150可以用包絡(luò)跟蹤高效地生成PA供電電壓，以避免使用升壓轉(zhuǎn)換器來(lái)直接提供PA供電電壓的缺點(diǎn)。切換器160可向功率放大器130提供大部分功率并且可被直接連接到電池電壓。升壓轉(zhuǎn)換器180可僅向包絡(luò)放大器170提供功率。PA供電發(fā)生器150可生成PA供電電壓以跟蹤提供給功率放大器130的RFin信號(hào)的包絡(luò)，從而正好將恰當(dāng)量的PA供電電壓供應(yīng)給功率放大器130。
[0030]圖2A示出對(duì)功率放大器210使用電池電壓的圖示。RFout信號(hào)(其追隨RFin信號(hào))具有時(shí)變包絡(luò)并且由標(biāo)繪250示出。電池電壓由標(biāo)繪260示出，并且高于該包絡(luò)的最大振幅以便避免來(lái)自功率放大器210的RFout信號(hào)被削波。電池電壓與RFout信號(hào)的包絡(luò)之差表示被功率放大器210耗散而不是遞送到輸出負(fù)載的被浪費(fèi)的功率。
[0031]圖2B示出用平均功率跟蹤器(APT)220為功率放大器210生成PA供電電壓(Vpa)的圖示。APT220接收指示RFout信號(hào)的包絡(luò)在每個(gè)時(shí)間區(qū)間中的最大振幅的功率控制信號(hào)。APT220基于該功率控制信號(hào)為功率放大器210生成PA供電電壓(由標(biāo)繪270示出)。PA供電電壓與RFout信號(hào)的包絡(luò)之差表示浪費(fèi)的功率。APT220可減少浪費(fèi)的功率，因?yàn)樗缮蒔A供電電壓以跟蹤該包絡(luò)在每個(gè)時(shí)間區(qū)間中的最大振幅。
[0032]圖2C示出用包絡(luò)跟蹤器230為功率放大器210生成PA供電電壓的圖示。包絡(luò)跟蹤器230接收指示RFout信號(hào)的包絡(luò)的包絡(luò)信號(hào)并基于該包絡(luò)信號(hào)為功率放大器210生成PA供電電壓(由標(biāo)繪280示出)。PA供電電壓緊密地跟蹤RFout信號(hào)隨時(shí)間的包絡(luò)。因此，PA供電電壓與RFout信號(hào)的包絡(luò)之差很小，這導(dǎo)致浪費(fèi)的功率更少。功率放大器對(duì)于所有包絡(luò)振幅在飽和狀態(tài)中操作以使PA效率最大化。
[0033]圖1中的PA供電發(fā)生器150可以高效率實(shí)現(xiàn)圖2C中的包絡(luò)跟蹤器230。這通過(guò)以下的組合來(lái)達(dá)成:(i)用開(kāi)關(guān)模式電源來(lái)生成第一供電電流(Iind)的高效切換器160和
(ii)生成第二供電電流(Ienv)的線性包絡(luò)放大器170。
[0034]圖3示出切換器160a和包絡(luò)放大器170a的示意圖，它們分別是圖1中的切換器160和包絡(luò)放大器170的一種設(shè)計(jì)。在包絡(luò)放大器170a內(nèi)，運(yùn)算放大器(op-amp) 310使其非反相輸入端接收包絡(luò)信號(hào)、使其反相輸入端耦合至包絡(luò)放大器170a的輸出端(即節(jié)點(diǎn)
E)、并使其輸出端耦合至AB類激勵(lì)器312的輸入端。激勵(lì)器312使其第一輸出端(Rl)耦合至P溝道金屬氧化物半導(dǎo)體(PMOS)晶體管314的柵極并使其第二輸出端(R2)耦合至N溝道MOS (NMOS)晶體管316的柵極。NMOS晶體管316使其漏極耦合至節(jié)點(diǎn)E并使其源極耦合至電路接地。PMOS晶體管314使其漏極耦合到節(jié)點(diǎn)E并使其源極耦合到PMOS晶體管318和320的漏極。PMOS晶體管318使其柵極接收Cl控制信號(hào)并使其源極接收Vboost電壓。PMOS晶體管320使其柵極接收C2控制信號(hào)并使其源極接收Vbat電壓。
[0035]電流傳感器164耦合在節(jié)點(diǎn)E與節(jié)點(diǎn)A之間，并且感測(cè)由包絡(luò)放大器170a提供的Ienv電流。傳感器164將Ienv電流的大部分傳遞給節(jié)點(diǎn)A并且將較小的感測(cè)電流(Isen)提供給切換器160a。Isen電流是來(lái)自包絡(luò)放大器170a的Ienv電流的一小部分。
[0036]在切換器160a內(nèi)，電流感測(cè)放大器330使其輸入端耦合到電流傳感器164并使其輸出端耦合到切換器激勵(lì)器332的輸入端。激勵(lì)器332使其第一輸出端(SI)耦合到PMOS晶體管334的柵極并使其第二輸出端(S2)耦合到NMOS晶體管336的柵極。NMOS晶體管336使其漏極耦合到切換器160a的輸出端(其為節(jié)點(diǎn)B)并且使其源極耦合到電路接地。PMOS晶體管334使其漏極耦合至節(jié)點(diǎn)B并使其源極接收Vbat電壓。電感器162耦合在節(jié)點(diǎn)A與節(jié)點(diǎn)B之間。
[0037]切換器160a如下操作。當(dāng)電流傳感器164感測(cè)到來(lái)自包絡(luò)放大器170a的高輸出電流并且將低感測(cè)電壓提供給激勵(lì)器332時(shí)，切換器160a處于開(kāi)啟(On)狀態(tài)。激勵(lì)器332隨后向PMOS晶體管334的柵極提供低電壓并向NMOS晶體管336的柵極提供低電壓。PMOS晶體管334導(dǎo)通并將Vbat電壓耦合至電感器162，電感器162存儲(chǔ)來(lái)自Vbat電壓的能量。流過(guò)電感器162的電流在該開(kāi)啟狀態(tài)期間上升，其中上升的速率取決于(i)Vbat電壓與節(jié)點(diǎn)A處的Vpa電壓之差以及(ii)電感器162的電感。相反地，當(dāng)電流傳感器164感測(cè)到來(lái)自包絡(luò)放大器170a的低輸出電流并且將高感測(cè)電壓提供給激勵(lì)器332時(shí)，切換器160a處于關(guān)閉(Off)狀態(tài)。激勵(lì)器332隨后向PMOS晶體管334的柵極提供高電壓并向NMOS晶體管336的柵極提供高電壓。NMOS晶體管336導(dǎo)通，并且電感器162被耦合在節(jié)點(diǎn)A與電路接地之間。流過(guò)電感器162的電流在該關(guān)閉狀態(tài)期間下降，其中下降的速率取決于節(jié)點(diǎn)A處的Vpa電壓以及電感器162的電感。從而，在開(kāi)啟狀態(tài)期間，Vbat電壓經(jīng)由電感器162向功率放大器130提供電流，而在關(guān)閉狀態(tài)期間，電感器120將其存儲(chǔ)的能量提供給功率放大器 130。
[0038]在一種設(shè)計(jì)中，包絡(luò)放大器170a僅在需要時(shí)基于Vboost電壓來(lái)操作而在其余時(shí)間基于Vbat電壓來(lái)操作以便提高效率。例如，包絡(luò)放大器170a可基于Vbat電壓來(lái)提供約85%的功率而基于Vboost電壓來(lái)提供僅約15%的功率。當(dāng)由于RFout信號(hào)上的大包絡(luò)導(dǎo)致需要高Vpa電壓用于功率放大器130時(shí)，Cl控制信號(hào)處于邏輯低，而C2控制信號(hào)處于邏輯高。在這種情形中，升壓轉(zhuǎn)換器180被啟用并生成Vboost電壓，PMOS晶體管318導(dǎo)通并將Vboost電壓提供給PMOS晶體管314的源極，而PMOS晶體管320截止。相反，當(dāng)不需要高Vpa電壓用于功率放大器130時(shí)，Cl控制信號(hào)處于邏輯高，而C2控制信號(hào)處于邏輯低。在這種情形中，升壓轉(zhuǎn)換器180被禁用，PMOS晶體管318截止，而PMOS晶體管320導(dǎo)通并將Vbat電壓提供給PMOS晶體管314的源極。[0039]包絡(luò)放大器170a如下操作。當(dāng)包絡(luò)信號(hào)增大時(shí)，op-amp310的輸出增大，激勵(lì)器312的Rl輸出減小并且激勵(lì)器312的R2輸出減小，直至NMOS晶體管316幾乎截止，并且包絡(luò)放大器170a的輸出增大。當(dāng)包絡(luò)信號(hào)減小時(shí)，相反的情況成立。從包絡(luò)放大器170a的輸出端到op-amp310的反相輸入端的負(fù)反饋導(dǎo)致包絡(luò)放大器170a具有單位增益。因此，包絡(luò)放大器170a的輸出追隨包絡(luò)信號(hào)，并且Vpa電壓大致等于包絡(luò)信號(hào)。激勵(lì)器312可用AB類放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)以提高效率，從而即使晶體管314和316中的偏置電流非常低，還是可以供應(yīng)大的輸出電流。
[0040]控制信號(hào)發(fā)生器190接收包絡(luò)信號(hào)和Vbat電壓，并且生成Cl和C2控制信號(hào)。Cl控制信號(hào)與C2控制信號(hào)互補(bǔ)。在一種設(shè)計(jì)中，當(dāng)包絡(luò)信號(hào)的幅值超過(guò)第一閾值時(shí)，發(fā)生器190生成Cl和C2控制信號(hào)以選擇Vboost電壓用于包絡(luò)放大器170。第一閾值可以是固定閾值或者可基于Vbat電壓來(lái)確定。在另一種設(shè)計(jì)中，當(dāng)包絡(luò)信號(hào)的幅值超過(guò)第一閾值并且Vbat電壓低于第二閾值時(shí),發(fā)生器190生成Cl和C2控制信號(hào)以選擇Vboost電壓用于包絡(luò)放大器170。發(fā)生器190也可基于其他信號(hào)、其他電壓和/或其他準(zhǔn)則來(lái)生成Cl和C2信號(hào)。
[0041]圖3示出了圖1中的切換器160和包絡(luò)放大器170的示例性設(shè)計(jì)。切換器160和包絡(luò)放大器170也可用其他方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，包絡(luò)放大器170可如于2001年10月9日授權(quán)的、題為 “Apparatus and Method for Efficiently Amplifying Wideband EnvelopeSignals (用于高效地放大寬帶包絡(luò)信號(hào)的裝置和方法)”的美國(guó)專利N0.6，300, 826中所描述的那樣來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0042]切換器160a具有高效率并為功率放大器130遞送大部分供電電流。包絡(luò)放大器170a作為線性級(jí)來(lái)操作并且具有相對(duì)較高的帶寬(例如，在MHz范圍內(nèi))。切換器160a操作用于減小來(lái)自包絡(luò)放大器170a的輸出電流，這提高了總效率。
[0043]可能期望以低電池電壓(例如，低于2.5V)來(lái)支持無(wú)線設(shè)備100的操作。這可通過(guò)基于Vbat電壓操作切換器160并且基于較高的Vboost電壓操作包絡(luò)放大器170來(lái)達(dá)成。然而，可以通過(guò)僅在對(duì)于大振幅包絡(luò)需要時(shí)基于Vboost電壓操作包絡(luò)放大器170而在其余時(shí)間基于Vbat電壓操作包絡(luò)放大器170來(lái)提高效率，如圖3中所示以及上文所描述的。
[0044]圖4A針對(duì)其中切換器160a具有3.7V的供電電壓(Vsw)且包絡(luò)放大器170a具有
3.7V的供電電壓(Venv)的情形示出了 PA供電電流(Ipa)和來(lái)自電感器162的電感器電流(Iind)相對(duì)于時(shí)間的示例的標(biāo)繪。Iind電流是流過(guò)電感器162的電流并且由標(biāo)繪410示出。Ipa電流是提供給功率放大器130的電流并且由標(biāo)繪420示出。Ipa電流包括Iind電流以及來(lái)自包絡(luò)放大器170a的Ienv電流。每當(dāng)Ipa電流高于Iind電流時(shí),包絡(luò)放大器170a就提供輸出電流。在一示例性設(shè)計(jì)中，切換器160a和包絡(luò)放大器170a的效率約為80%。
[0045]圖4B針對(duì)其中切換器160a具有2.3V的供電電壓且包絡(luò)放大器170a具有3.7V的供電電壓的情形示出了 PA供電電流(Ipa)和電感器電流(Iind)相對(duì)于時(shí)間的標(biāo)繪。Iind電流由標(biāo)繪412示出，并且Ipa電流由標(biāo)繪420示出。當(dāng)切換器160a的供電電壓降低至
2.3V時(shí)，電感器162更慢地充電，這導(dǎo)致與圖4A中切換器160a的供電電壓是3.7V的情形相比更低的平均Iind電流。更低的Iind電流致使包絡(luò)放大器170a提供Ipa電流的更大部分。在一示例性設(shè)計(jì)中，這使總效率降低至約65%，因?yàn)榘j(luò)放大器170a不如切換器160a效率高。效率下降可通過(guò)增大來(lái)自切換器的Iind電流來(lái)改良。
[0046]圖5示出切換器160b的示意圖，其是圖1中的切換器160的另一種設(shè)計(jì)。切換器160b包括電流感測(cè)放大器330、激勵(lì)器332、以及MOS晶體管334和336，它們?nèi)缫陨厢槍?duì)圖3中的切換器160a所述的那樣被耦合。切換器160b進(jìn)一步包括電流加法器328，電流加法器328的第一輸入端稱合到電流傳感器164,第二輸入端接收偏置(例如,偏置電流),且輸出端耦合到電流感測(cè)放大器330的輸入端。加法器328可用加法電路(例如，放大器)、加法節(jié)點(diǎn)等來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0047]切換器160b如下操作。加法器328接收來(lái)自電流傳感器164的Isen電流，添加偏置電流，并且提供比Isen電流低該偏置電流的累加電流。切換器160b內(nèi)的其余電路如以上針對(duì)圖3中的切換器160a所述的那樣來(lái)操作。加法器328有意地減小提供給電流感測(cè)放大器330的Isen電流，從而切換器160開(kāi)啟達(dá)更長(zhǎng)一段時(shí)間，并且能提供更大的Iind電流，該Iind電流是提供給功率放大器130的Ipa電流的一部分。提供給加法器328的偏置決定相對(duì)于圖3中的切換器160a提供的Iind電流而言Iind電流被切換器160b增大的量。
[0048]一般地，逐漸變大的偏置可用于生成與沒(méi)有偏置的情況相比逐漸變大的電感器電流。在一種設(shè)計(jì)中，該偏置可以是被選為提供良好性能(例如，良好效率)的固定值。在另一種設(shè)計(jì)中，該偏置可基于電池電壓來(lái)確定。例如，逐漸變大的偏置可用于逐漸變低的電池電壓。該偏置還可基于包絡(luò)信號(hào)和/或其他信息來(lái)確定。
[0049]可經(jīng)由加法器328來(lái)添加用于增大電感器電流的偏置，如圖5中所示。還可通過(guò)經(jīng)由任何合適的機(jī)制增大來(lái)自電流感測(cè)放大器的輸出信號(hào)的脈沖寬度來(lái)添加偏置。
[0050]圖4C針對(duì)其中圖5中的切換器160b具有2.3V的供電電壓且包絡(luò)放大器170a具有3.7V的供電電壓的情形示出了 PA供電電流(Ipa)和電感器電流(Iind)相對(duì)于時(shí)間的標(biāo)繪。Iind電流由標(biāo)繪414示出，并且Ipa電流由標(biāo)繪420示出。當(dāng)切換器160b的供電電壓降低至2.3V時(shí)，電感器162更慢地充電，這導(dǎo)致如圖4B中所示的更低的Iind電流。圖5中由加法器328添加的偏置減小提供給`電流感測(cè)放大器330的感測(cè)電流，并且導(dǎo)致切換器160b開(kāi)啟更久。因此，圖5中具有偏置的切換器160b可提供與圖3中沒(méi)有偏置的切換器160a相比更高的Iind電流。在一示例性設(shè)計(jì)中，切換器160b和包絡(luò)放大器170a的總效率提高至約78%。
[0051]圖6示出圖1、3和5中的升壓轉(zhuǎn)換器180的設(shè)計(jì)的示意圖。在升壓轉(zhuǎn)換器180內(nèi)，電感器162使其一端接收Vbat電壓，并且使其另一端耦合至節(jié)點(diǎn)D。NMOS晶體管614使其源極耦合到電路接地，使其柵極接收Cb控制信號(hào)，并使其漏極耦合至節(jié)點(diǎn)D。二極管616使其陽(yáng)極耦合至節(jié)點(diǎn)D，并使其陰極耦合至升壓轉(zhuǎn)換器180的輸出端。電感器618使其一端耦合至電路接地并且使其另一端耦合至升壓轉(zhuǎn)換器180的輸出端。
[0052]升壓轉(zhuǎn)換器180如下操作。在開(kāi)啟狀態(tài)，NMOS晶體管614閉合，電感器612耦合在Vbat電壓和電路接地之間，并且經(jīng)由電感器612的電流增大。在關(guān)閉狀態(tài)，NMOS晶體管614斷開(kāi)，并且來(lái)自電感器612的電流經(jīng)由二極管616流向電容器618以及在升壓轉(zhuǎn)換器180的輸出端處的負(fù)載(圖6中未不出)。Vboost電壓可表達(dá)為:
【權(quán)利要求】
1.一種裝置，包括: 升壓轉(zhuǎn)換器，所述升壓轉(zhuǎn)換器能操作用于接收第一供電電壓并且生成具有高于所述第一供電電壓的電壓的經(jīng)推升的供電電壓；以及 包絡(luò)放大器，所述包絡(luò)放大器能操作用于接收包絡(luò)信號(hào)和所述經(jīng)推升的供電電壓，并且基于所述包絡(luò)信號(hào)和所述經(jīng)推升的供電電壓來(lái)生成第二供電電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述包絡(luò)放大器進(jìn)一步能操作用于接收所述第一供電電壓，并且基于所述第一供電電壓或所述經(jīng)推升的供電電壓來(lái)生成所述第二供電電壓。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述包絡(luò)放大器能操作用于在所述包絡(luò)信號(hào)超過(guò)第一閾值的情況下、或者在所述第一供電電壓低于第二閾值的情況下、或者在這兩種情況下基于所述經(jīng)推升的供電電壓來(lái)生成所述第二供電電壓。
4.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述包絡(luò)放大器包括: 運(yùn)算放大器(op-amp )，所述運(yùn)算放大器能操作用于接收所述包絡(luò)信號(hào)并提供經(jīng)放大的信號(hào)， 激勵(lì)器，所述激勵(lì)器能操作用于接收所述經(jīng)放大的信號(hào)，并提供第一控制信號(hào)和第二控制信號(hào)， P溝道金屬氧化物半導(dǎo)體(PMOS)晶體管，其具有接收所述第一控制信號(hào)的柵極、接收所述經(jīng)推升的供電電壓或所述第一供電電壓的源極、以及提供所述第二供電電壓的漏極，以及 N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體(NMOS)晶體管，其具有接收所述第二控制信號(hào)的柵極、提供所述第二供電電壓的漏極、以及耦合到電路接地的源極。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述包絡(luò)放大器進(jìn)一步包括: 第二PMOS晶體管，所述第二PMOS晶體管具有接收第三控制信號(hào)的柵極、接收所述經(jīng)推升的供電電壓的源極、以及耦合到所述PMOS晶體管的源極的漏極，以及 第三PMOS晶體管，所述第三PMOS晶體管具有接收第四控制信號(hào)的柵極、接收所述第一供電電壓的源極、以及耦合到所述PMOS晶體管的源極的漏極。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括: 功率放大器，所述功率放大器能操作用于接收來(lái)自所述包絡(luò)放大器的所述第二供電電壓，以及接收和放大輸入射頻(RF)信號(hào)并提供輸出RF信號(hào)。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一供電電壓是用于所述裝置的電池電壓。
8.—種集成電路，包括: 升壓轉(zhuǎn)換器，所述升壓轉(zhuǎn)換器能操作用于接收第一供電電壓并且生成具有高于所述第一供電電壓的電壓的經(jīng)推升的供電電壓；以及 包絡(luò)放大器，所述包絡(luò)放大器能操作用于接收包絡(luò)信號(hào)和所述經(jīng)推升的供電電壓，并且基于所述包絡(luò)信號(hào)和所述經(jīng)推升的供電電壓來(lái)生成第二供電電壓。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述包絡(luò)放大器進(jìn)一步能操作用于接收所述第一供電電壓，并且基于所述第一供電電壓或所述經(jīng)推升的供電電壓來(lái)生成所述第二供電電壓。
10.一種用于無(wú)線通信的裝置，包括: 功率放大器，所述功率放大器能操作用于接收和放大輸入射頻(RF)信號(hào)并提供輸出RF信號(hào)；以及 供電發(fā)生器，所述供電發(fā)生器能操作用于接收包絡(luò)信號(hào)和第一供電電壓，生成具有高于所述第一供電電壓的電壓的經(jīng)推升的供電電壓，并且基于所述包絡(luò)信號(hào)和所述經(jīng)推升的供電電壓來(lái)生成用于所述功率放大器的第二供電電壓。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，所述供電發(fā)生器能操作用于基于所述包絡(luò)信號(hào)以及基于所述經(jīng)推升的供電電壓或所述第一供電電壓中的任一者來(lái)生成所述第二供電電壓。
12.—種生成供電電壓的方法，包括: 基于第一供電電壓來(lái)生成經(jīng)推升的供電電壓，所述經(jīng)推升的供電電壓具有高于所述第一供電電壓的電壓；以及 基于包絡(luò)信號(hào)和所述經(jīng)推升的供電電壓來(lái)生成第二供電電壓。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述生成第二供電電壓包括:基于所述包絡(luò)信號(hào)以及基于所述經(jīng)推升的供電電壓或所述第一供電電壓中的任一者來(lái)生成所述第二供電電壓。
14.一種用于生成供電電壓的設(shè)備,包括: 用于基于第一供電電壓來(lái)生成經(jīng)推升的供電電壓的裝置，所述經(jīng)推升的供電電壓具有高于所述第一供電電壓的電壓 ；以及 用于基于包絡(luò)信號(hào)和所述經(jīng)推升的供電電壓來(lái)生成第二供電電壓的裝置。
15.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于，所述用于生成第二供電電壓的裝置包括:用于基于包絡(luò)信號(hào)以及基于所述經(jīng)推升的供電電壓或所述第一供電電壓中的任一者來(lái)生成所述第二供電電壓的裝置。
16.一種裝置,包括: 切換器，所述切換器能操作用于接收第一供電電壓并提供第一供電電流； 包絡(luò)放大器，所述包絡(luò)放大器能操作用于接收包絡(luò)信號(hào)并基于所述包絡(luò)信號(hào)來(lái)提供第二供電電流；以及 功率放大器，所述功率放大器能操作用于接收包括所述第一供電電流和所述第二供電電流的總供電電流。
17.如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，還包括: 升壓轉(zhuǎn)換器，所述升壓轉(zhuǎn)換器能操作用于接收所述第一供電電壓并提供具有高于所述第一供電電壓的電壓的經(jīng)推升的供電電壓，其中所述包絡(luò)放大器基于所述第一供電電壓或所述經(jīng)推升的供電電壓來(lái)操作。
18.如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，所述切換器包括: 電流感測(cè)放大器，所述電流感測(cè)放大器能操作用于感測(cè)所述第一供電電流、或所述第二供電電流、或所述總供電電流，并且提供感測(cè)信號(hào)， 激勵(lì)器，所述激勵(lì)器能操作用于接收所述感測(cè)信號(hào)并提供第一控制信號(hào)和第二控制信號(hào)， P溝道金屬氧化物半導(dǎo)體(PMOS)晶體管，其具有接收所述第一控制信號(hào)的柵極、接收所述第一供電電壓的源極、以及為提供所述第一供電電流的電感器提供切換信號(hào)的漏極，以及 N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體(NMOS)晶體管，其具有接收所述第二控制信號(hào)的柵極、提供所述切換信號(hào)的漏極、以及耦合到電路接地的源極。
19.如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，所述第一供電電流包括直流(DC)和低頻分量，且其中所述第二供電電流包括較高頻分量。
20.一種裝置,包括: 電感器，所述電感器能操作用于接收切換信號(hào)并提供供電電流；以及 切換器，所述切換器能操作用于感測(cè)輸入電流并生成所述切換信號(hào)以對(duì)用于提供所述供電電流的所述電感器進(jìn)行充電和放電，所述切換器向所述輸入電流添加偏置以生成與沒(méi)有所述偏置的情形相比更大的經(jīng)由所述電感器的供電電流。
21.如權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于，所述切換器基于第一供電電壓來(lái)操作，并且其中所述偏置是基于所述第一供電電壓來(lái)確定的。
22.如權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于，所述切換器包括: 加法器，所述加法器能操作用于對(duì)所述輸入電流和偏置電流求和，并且提供累加電流， 電流感測(cè)放大器，所述電流感測(cè)放大器能操作用于接收所述累加電流并提供感測(cè)信號(hào)，以及 激勵(lì)器，所述激勵(lì)器能操作用于接收所述感測(cè)信號(hào)并且提供用于為所述電感器生成所述切換信號(hào)的至少一個(gè)控制信號(hào)。
23.如權(quán)利要求22所述的裝置，其特征在于，所述至少一個(gè)控制信號(hào)包括第一控制信號(hào)和第二控制信號(hào)，并且所述切換器進(jìn)一步包括: P溝道金屬氧化物半導(dǎo)體(PMOS)晶體管，其具有接收所述第一控制信號(hào)的柵極、接收第一供電電壓的源極、以及提供所述切換信號(hào)的漏極，以及 N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體(NMOS)晶體管，其具有接收所述第二控制信號(hào)的柵極、提供所述切換信號(hào)的漏極、以及耦合到電路接地的源極。
24.如權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括: 包絡(luò)放大器，所述包絡(luò)放大器能操作用于接收包絡(luò)信號(hào)并基于所述包絡(luò)信號(hào)來(lái)提供第二供電電流，其中總供電電流包括來(lái)自所述切換器的供電電流以及來(lái)自所述包絡(luò)放大器的所述第二供電電流。
25.如權(quán)利要求24所述的裝置，其特征在于，還包括: 升壓轉(zhuǎn)換器，所述升壓轉(zhuǎn)換器能操作用于接收所述第一供電電壓并提供具有高于所述第一供電電壓的電壓的經(jīng)推升的供電電壓，其中所述包絡(luò)放大器基于所述第一供電電壓或所述經(jīng)推升的供電電壓來(lái)操作。
26.如權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于，還包括: 功率放大器，所述功率放大器能操作用于接收來(lái)自所述電感器的所述供電電流，以及接收和放大輸入射頻(RF)信號(hào)并提供輸出RF信號(hào)。
【文檔編號(hào)】H03F1/02GK103620951SQ201280030998
【公開(kāi)日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2012年6月24日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月23日
【發(fā)明者】L·K·馬特, T·D·馬拉, T·R·薩頓 申請(qǐng)人:高通股份有限公司