功率放大器以及相關(guān)的功率放大方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種功率放大器以及相關(guān)的功率放大方法，該功率放大器包括：多個(gè)放大級(jí)，用于根據(jù)一相位調(diào)制信號(hào)以及多個(gè)幅度調(diào)制信號(hào)在一輸出端產(chǎn)生一輸出信號(hào)，其中，每一放大級(jí)用于接收該相位調(diào)制信號(hào)以及該多個(gè)幅度調(diào)制信號(hào)中的一個(gè)；一匹配電路，耦接在該輸出端以及一負(fù)載電路之間，用于在該輸出端以及該負(fù)載電路之間提供一匹配阻抗；以及一電容電路，與該輸出端耦接，用于根據(jù)一調(diào)整信號(hào)提供一可調(diào)電容量，以調(diào)整該輸出端的一負(fù)載電容量；其中，該調(diào)整信號(hào)表示該輸出信號(hào)的一功率。使用該技術(shù)方案，能夠提高功率放大器的功率效率以及信號(hào)線性度。
【專利說明】功率放大器以及相關(guān)的功率放大方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明關(guān)于一功率放大器以及一相關(guān)的功率放大方法，尤其涉及一數(shù)字功率放大器和一相關(guān)的功率放大方法。
【背景技術(shù)】
[0002]因?yàn)橄冗M(jìn)的互補(bǔ)(complementary)金屬氧化物半導(dǎo)體(metal-oxi de-semi conductor, CMOS)技術(shù)為數(shù)字功率放大器(digital poweramplifier, DPA)提供快速切換速度,所以在無線通信系統(tǒng)中的一些發(fā)射器(transmitter)中使用數(shù)字功率放大器是可取的。傳統(tǒng)的，一個(gè)數(shù)字功率放大器包括一坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)字計(jì)算機(jī)(Coordinate Rotation Digital Computer, C0RDIC)以及一數(shù)字極坐標(biāo)發(fā)射器(digitalpolar transmitter),其中，該坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)字計(jì)算機(jī)用于將一數(shù)字同相信號(hào)I (digitalin-phase signal)以及一數(shù)字正交信號(hào) Q (digital quadrature signal)轉(zhuǎn)換成一數(shù)字相位調(diào)制(phase modulation, PM)信號(hào)以及一數(shù)字幅度調(diào)制(amplitude modulation, AM)信號(hào)，并且數(shù)字極坐標(biāo)發(fā)射器用于根據(jù)該數(shù)字相位調(diào)制信號(hào)以及該數(shù)字幅度調(diào)制信號(hào)輸出一放大的射頻(Radio Frequency, RF)信號(hào)。該數(shù)字極坐標(biāo)發(fā)射器包括一解碼器(decoder)以及多個(gè)功率單元(unit power cell),其中，該多個(gè)功率單元接收該數(shù)字相位調(diào)制信號(hào)，該解碼器對(duì)數(shù)字幅度調(diào)制信號(hào)進(jìn)行解碼，以選擇性的打開一適當(dāng)數(shù)量的功率單元。換句話說，該數(shù)字幅度調(diào)制(AM)信號(hào)作為一控制碼字(codeword)，以控制該放大的RF信號(hào)的功率。在數(shù)字功率放大器的回退(back-off)操作(例如，被放大的RF信號(hào)的大部分或者全部功率)中，因?yàn)樵摂?shù)字極坐標(biāo)發(fā)射器的代碼相關(guān)(code-dependent)的輸出電容量(outputcapacitance),使得數(shù)字功率放大器的功率效率以及信號(hào)線性度被大大的降低。例如，當(dāng)放大的RF信號(hào)的功率大時(shí)數(shù)字極坐標(biāo)發(fā)射器的輸出電容量就變大，反之亦然。因此，需要一個(gè)創(chuàng)新的數(shù)字功率放大器設(shè)計(jì)來處理該數(shù)字極坐標(biāo)發(fā)射器的代碼相關(guān)的輸出電容量，以提高功率效率以及信號(hào)線性度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一具有優(yōu)異的功率效率以及信號(hào)線性度的功率放大器，以及一相關(guān)的功率放大方法。
[0004]根據(jù)一第一實(shí)施方式，揭露一功率放大器，該功率放大器包括:多個(gè)放大級(jí)，一匹配電路以及一電容電路。多個(gè)放大級(jí)，用于根據(jù)一相位調(diào)制信號(hào)以及多個(gè)幅度調(diào)制信號(hào)在一輸出端產(chǎn)生一輸出信號(hào)，其中，每一放大級(jí)用于接收該相位調(diào)制信號(hào)以及該多個(gè)幅度調(diào)制信號(hào)中的一個(gè)；一匹配電路，I禹接在該輸出端以及一負(fù)載電路之間，用于在該輸出端以及該負(fù)載電路之間提供一匹配阻抗；以及一電容電路，與該輸出端耦接，用于根據(jù)一調(diào)整信號(hào)提供一可調(diào)電容量，以調(diào)整該輸出端的一負(fù)載電容量；其中，該調(diào)整信號(hào)表示該輸出信號(hào)的一功率。
[0005]根據(jù)一第二實(shí)施方式，揭露一功率放大方法，該功率放大方法包括:提供多個(gè)放大級(jí)，以根據(jù)一相位調(diào)制信號(hào)以及多個(gè)幅度調(diào)制信號(hào)在一輸出端產(chǎn)生一輸出信號(hào)，其中，每一放大級(jí)用于接收該相位調(diào)制信號(hào)以及該多個(gè)幅度調(diào)制信號(hào)中的一個(gè)；提供一匹配電路，用以在該輸出端以及一負(fù)載電路之間提供一匹配阻抗；以及提供一具有一可調(diào)電容量的電容電路，用以根據(jù)一調(diào)整信號(hào)調(diào)整在該輸出端上的一負(fù)載電容量；其中，該調(diào)整信號(hào)表示該輸出信號(hào)的一功率。
[0006]上述功率放大器以及功率放大方法通過采用具有可調(diào)電容量的電容電路，使得輸出端的負(fù)載電容量對(duì)輸出信號(hào)的功率的依賴性降低，進(jìn)而提高了功率放大器的功率效率以及信號(hào)線性度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1為一數(shù)字功率放大器的一理想漏極效率(drain efficiency)的示意圖；
[0008]圖2為基于本發(fā)明一第一實(shí)施例的一數(shù)字功率放大器的不意圖；
[0009]圖3為基于本發(fā)明一實(shí)施例的多個(gè)放大級(jí)中一單個(gè)放大級(jí)的示意圖；
[0010]圖4為基于本發(fā)明一實(shí)施例的一放大級(jí)的半部電路(half-circuit)的示意圖；
[0011]圖5為基于本發(fā)明一實(shí)施例的半部電路(half-circuit)的一簡(jiǎn)化電路示意圖；
[0012]圖6為在功率回退狀態(tài)，如果該數(shù)字功率放大器中沒有電容電路以及控制電路，在一輸出端上的一輸出電壓以及一輸出電流的一時(shí)間不意圖(timing diagram)；
[0013]圖7為依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，與多個(gè)幅度調(diào)制信號(hào)對(duì)應(yīng)的幅度調(diào)制(AM)控制字以及電容電路的電容量之間的關(guān)系的示意圖；
[0014]圖8為在功率回退狀態(tài)，如果該數(shù)字功率放大器中有電容電路以及控制電路，在該輸出端上的一輸出電壓以及一輸出電流的時(shí)間不意圖。
[0015]圖9為基于本發(fā)明一第二實(shí)施例的一數(shù)字功率放大器的不意圖；
[0016]圖10為基于本發(fā)明一第三實(shí)施例的一數(shù)字功率放大器的不意圖；
[0017]圖11為基于本發(fā)明一第四實(shí)施例的一數(shù)字功率放大器的示意圖；
[0018]圖12為基于本發(fā)明一第一實(shí)施例的一電容電路的不意圖；
[0019]圖13為基于本發(fā)明一第二實(shí)施例的一電容電路的不意圖；
[0020]圖14為基于本發(fā)明一第三實(shí)施例的一電容電路的不意圖；
[0021]圖15為基于本發(fā)明一實(shí)施例的一功率放大方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]在說明書及所附的權(quán)利要求書當(dāng)中使用了某些詞匯來指稱特定的組件。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)可理解，制造商可能會(huì)用不同的名詞來稱呼同樣的組件。本說明書及所附的權(quán)利要求書并不以名稱的差異來作為區(qū)分組件的方式，而是以組件在功能上的差異來作為區(qū)分的準(zhǔn)則。在通篇說明書及所附的權(quán)利要求書當(dāng)中所提及的「包含」是為一開放式的用語，故應(yīng)解釋成「包含但不限定于」。另外，「耦接」一詞在此包含任何直接及間接的電氣連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接于一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電氣連接于該第二裝置，或透過其他裝置或連接手段間接地電氣連接至該第二裝置。
[0023]請(qǐng)參閱圖1，圖1示出一數(shù)字功率放大器的一理想的漏極效率(drainefficiency),在圖1中線條(curve) 101是與幅度對(duì)應(yīng)的漏極效率(drain efficiency), X軸繪制了幅度控制字(即輸出功率)，Y軸繪制了漏極效率(drain efficiency).因此，該理想的數(shù)字功率放大器提供線性的漏極效率(drain efficiency)回退,其中，該理想的數(shù)字功率放大器具有固定的供電電源(power supply)以及負(fù)載阻抗(load impedance)。值得注意的是當(dāng)DPA操作在回退操作狀態(tài)時(shí)，DPA可以產(chǎn)生具有最大功率或者比較大(comparablylarge)的功率的輸出信號(hào)。實(shí)際上，為了具有高的初始功率效率，將該數(shù)字功率放大器設(shè)計(jì)為在飽和功率(saturation power) Psat上具有最大效率，即將η。最大化，其中η。是在數(shù)字功率放大器產(chǎn)生該具有飽和功率Psat的輸出信號(hào)時(shí)的漏極效率。
【權(quán)利要求】
1.一種功率放大器,其特征在于,包括: 多個(gè)放大級(jí)，用于根據(jù)一相位調(diào)制信號(hào)以及多個(gè)幅度調(diào)制信號(hào)在一輸出端產(chǎn)生一輸出信號(hào)，其中，每一放大級(jí)用于接收該相位調(diào)制信號(hào)以及該多個(gè)幅度調(diào)制信號(hào)中的一個(gè)； 一匹配電路，耦接在該輸出端以及一負(fù)載電路之間，用于在該輸出端以及該負(fù)載電路之間提供一匹配阻抗；以及 一電容電路，與該輸出端耦接，用于根據(jù)一調(diào)整信號(hào)提供一可調(diào)電容量，以調(diào)整該輸出端的一負(fù)載電容量； 其中，該調(diào)整信號(hào)表示該輸出信號(hào)的一功率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率放大器，其特征在于，進(jìn)一步包括: 一控制電路，用于根據(jù)該多個(gè)幅度調(diào)制信號(hào)中的至少一個(gè)產(chǎn)生該調(diào)整信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率放大器，其特征在于，進(jìn)一步包括: 一控制電路，用于根據(jù)該輸出信號(hào)的該功率產(chǎn)生該調(diào)整信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的功率放大器，其特征在于，該控制電路包括: 一檢測(cè)電路，用于檢測(cè)該輸出信號(hào)的功率，以產(chǎn)生一檢測(cè)信號(hào)；以及 一控制單元，用于根據(jù)該檢測(cè)信號(hào)，產(chǎn)生該調(diào)整信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率放大器，其特征在于，進(jìn)一步包括: 一電感電路，I禹接在該輸出端以及一第一參考電壓之間； 一控制電路，用于根據(jù)流經(jīng)該電感電路的一電流產(chǎn)生該調(diào)整信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的功率放大器，其特征在于，該控制電路包括: 一檢測(cè)電路，用于檢測(cè)流經(jīng)該電感電路的電流，以產(chǎn)生一檢測(cè)信號(hào)；以及 一控制單元，用于根據(jù)該檢測(cè)信號(hào)產(chǎn)生該調(diào)整信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率放大器，其特征在于，該電容電路包括: 多個(gè)電容，每一個(gè)電容具有稱接到該輸出端的一第一端； 多個(gè)開關(guān)，每一個(gè)開關(guān)稱接在該多個(gè)電容中的一個(gè)電容的一第二端以及一第二參考電壓之間； 其中，該調(diào)整信號(hào)選擇性的控制該多個(gè)開關(guān)中的開關(guān)導(dǎo)通，以調(diào)整該可調(diào)電容量。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率放大器，其特征在于，該電容電路包括: 一可變電容，具有I禹接到該輸出端的一第一端以及I禹接到一第二參考電壓的一第二端；以及 一轉(zhuǎn)換電路，用于將該調(diào)整信號(hào)轉(zhuǎn)換成一轉(zhuǎn)換后的信號(hào)，用以控制該可變電容以調(diào)整該可調(diào)電容量。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率放大器，其特征在于，該電容電路包括: 多個(gè)可變電容，每一個(gè)可變電容具有I禹接到該輸出端的一第一端以及I禹接到一第二參考電壓的一第二端；以及 多個(gè)轉(zhuǎn)換電路，每一個(gè)轉(zhuǎn)換電路用于根據(jù)該調(diào)整信號(hào)產(chǎn)生一轉(zhuǎn)換后的信號(hào)來控制多個(gè)可變電容中的一個(gè)，以調(diào)整該可調(diào)電容量。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率放大器，其特征在于，該相位調(diào)制信號(hào)以及該多個(gè)幅度調(diào)制信號(hào)是數(shù)字基帶信號(hào)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率放大器，其特征在于，該調(diào)整信號(hào)用于改變?cè)撾娙蓦娐返目烧{(diào)電容量使得該可調(diào)電容量與該輸出信號(hào)的功率成反比； 或者，該調(diào)整信號(hào)用于改變?cè)撾娙蓦娐返目烧{(diào)電容量使得該可調(diào)電容量與該輸出信號(hào)的幅度成反比。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率放大器，其特征在于，該調(diào)整信號(hào)用于在該功率放大器操作在一功率回退狀態(tài)下時(shí)，降低該電容電路的可調(diào)電容量。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率放大器，其特征在于，該多個(gè)放大級(jí)是數(shù)字放大電路。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率放大器，其特征在于，該功率放大器是一數(shù)字功率放大器。
15.—功率放大方法,其特征在于,包括: 提供多個(gè)放大級(jí)，以根據(jù)一相位調(diào)制信號(hào)以及多個(gè)幅度調(diào)制信號(hào)在一輸出端產(chǎn)生一輸出信號(hào)，其中，每一放大級(jí)用于接收該相位調(diào)制信號(hào)以及該多個(gè)幅度調(diào)制信號(hào)中的一個(gè)；提供一匹配電路，用以在該輸出端以及一負(fù)載電路之間提供一匹配阻抗；以及提供一具有一可調(diào)電容量的電容電路，用以根據(jù)一調(diào)整信號(hào)調(diào)整在該輸出端上的一負(fù)載電容量； 其中，該調(diào)整信號(hào)表示該輸出信號(hào)的一功率。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的功率放大方法，其特征在于，進(jìn)一步包括: 根據(jù)該多個(gè)幅度調(diào)制信號(hào)中的至少一個(gè)產(chǎn)生該調(diào)整信號(hào)。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的功率放大方法，其特征在于，進(jìn)一步包括: 根據(jù)該輸出信號(hào)的該功率產(chǎn)生該調(diào)整信號(hào)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的功率放大方法，其特征在于，根據(jù)該輸出信號(hào)的該功率產(chǎn)生該調(diào)整信號(hào)的步驟包括: 檢測(cè)輸出信號(hào)的功率，以產(chǎn)生一檢測(cè)信號(hào)；以及 根據(jù)該檢測(cè)信號(hào)，產(chǎn)生該調(diào)整信號(hào)。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的功率放大方法，其特征在于，進(jìn)一步包括: 提供一電感電路，該電感電路I禹接在該輸出端以及一第一參考電壓之間； 根據(jù)流經(jīng)該電感電路的一電流產(chǎn)生該調(diào)整信號(hào)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的功率放大方法，其特征在于，根據(jù)流經(jīng)該電感電路的一電流產(chǎn)生該調(diào)整信號(hào)的步驟包括: 檢測(cè)流經(jīng)該電感電路的電流，以產(chǎn)生一檢測(cè)信號(hào)；以及 根據(jù)該檢測(cè)信號(hào)產(chǎn)生該調(diào)整信號(hào)。
21.根據(jù)權(quán)利要求15所述的功率放大方法，其特征在于，該相位調(diào)制信號(hào)以及該多個(gè)幅度調(diào)制信號(hào)是數(shù)字基帶信號(hào)。
22.根據(jù)權(quán)利要求15所述的功率放大方法，其特征在于，提供一具有一可調(diào)電容量的電容電路，用以根據(jù)一調(diào)整信號(hào)調(diào)整在該輸出端上的一負(fù)載電容量的步驟包括: 控制該調(diào)整信號(hào)以改變?cè)撾娙蓦娐返目烧{(diào)電容量，使得該可調(diào)電容量與該輸出信號(hào)的功率成反比； 或者， 控制該調(diào)整信號(hào)以改變?cè)撾娙蓦娐返目烧{(diào)電容量，使得該可調(diào)電容量與該輸出信號(hào)的幅度成反比。
23.根據(jù)權(quán)利要求15所述的功率放大方法，其特征在于，提供一具有一可調(diào)電容量的電容電路，用以根據(jù)一調(diào)整信號(hào)調(diào)整在該輸出端上的一負(fù)載電容量的步驟包括: 在一功率回退狀態(tài)下，控制該調(diào)`整信號(hào)來減少該電容電路的該可調(diào)電容量。
【文檔編號(hào)】H03F3/20GK103780210SQ201310491481
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2013年10月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月18日
【發(fā)明者】路超, 商升望 申請(qǐng)人:聯(lián)發(fā)科技（新加坡）私人有限公司