具有失配容忍度的rf功率放大器電路的制作方法
【專利說明】具有失配容忍度的RF功率放大器電路
[0001]本申請是申請日為2011年5月12日、題為“具有失配容忍度的RF功率放大器電路”的發(fā)明專利申請201180035525.3的分案申請，該母案申請對應(yīng)于2011年5月12日提交的具有相同發(fā)明名稱的國際申請PCT/US2011/036323。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]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(diào)整RF PA的供應(yīng)電壓的RF PA控制器。
【背景技術(shù)】
[0003]在便攜式電子設(shè)備如手機(jī)、膝上電腦和其他電子設(shè)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(shè)備中使用的RF發(fā)射器和RF功率放大器放大并且遠(yuǎn)程地發(fā)射RF信號。RF PA是在這些電子設(shè)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(shè)備的電池壽命具有顯著影響。例如手機(jī)制造商進(jìn)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(jī)的電池壽命和它的通話時間的最關(guān)鍵的因素之
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[0004]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(jī)標(biāo)準(zhǔn)(調(diào)制技術(shù))如UMTS(通用移動電話系統(tǒng))或CDMA (碼分多址)的手機(jī)設(shè)備中，當(dāng)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(shè)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(jī)設(shè)備的一部分。TXIC102生成要由PA 104放大并且要由天線(未示出)遠(yuǎn)程發(fā)射(110)的RF信號。例如，RF信號106可以使由TXIC 102根據(jù)UMTTS或CDMA標(biāo)準(zhǔn)調(diào)制的RF信號106。
[0005]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(dāng)由PA 104放大RF已調(diào)信號106時，該輸出晶體管往往會使RF已調(diào)信號106失真，導(dǎo)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(jī)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(jī)標(biāo)準(zhǔn)典型地調(diào)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(diǎn)而言，當(dāng)對RF輸入信號106進(jìn)行幅度調(diào)制時，需要對PA 104的輸出晶體管進(jìn)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(dǎo)致在RF輸入信號106的幅度的非峰值期間的功率浪費(fèi)，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。
[0006]某些RF調(diào)制技術(shù)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(dāng)使用諸如WCDMA的調(diào)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。
[0007]存在用于提供PA 104中的效率增益的一些常規(guī)技術(shù)。一種常規(guī)技術(shù)提供降低由電源(例如開關(guān)模式電源(SMPS) 112)向PA 104提供的供應(yīng)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(diǎn)。但是，電源電壓108不可以被降得太低，因為這將導(dǎo)致PA 104進(jìn)行操作的電壓余量不足，導(dǎo)致不可接受的失真。如前所述，該失真可能導(dǎo)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(chǎn)生對工作在那些相鄰信道中的無線電器件的干擾。因此，應(yīng)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(yīng)電壓。
[0008]—種常規(guī)方法使用固定輸出電壓下降調(diào)節(jié)器(如開關(guān)模式電源(SMPS) 112)來降低到PA 104的供應(yīng)電壓。但是，在許多應(yīng)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(jī)調(diào)整它的發(fā)射功率以改善網(wǎng)絡(luò)性能，或者因為手持機(jī)改變它的發(fā)射信息速率。當(dāng)PA輸出功率改變時，該P(yáng)A的最佳供應(yīng)電壓(如上所述)改變。
[0009]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(jù)該期望功率來調(diào)整電源電壓108。通過自適應(yīng)地調(diào)整供應(yīng)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(jù)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(diào)整供應(yīng)電壓108。例如需要知道峰均比(PAR)來估計PA的最佳供應(yīng)電壓。PAR指示已調(diào)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(yīng)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(diào)制的PAR，需要相應(yīng)地調(diào)整供應(yīng)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(diào)整PA 104的供應(yīng)電壓108的常規(guī)方法是不適合的。
[0010]此外，呈現(xiàn)給PA 104的負(fù)載帶來另一個重大問題。PA 104通常驅(qū)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(nèi)的標(biāo)稱阻抗。但是，該電路的阻抗有時候與該標(biāo)稱相比劇烈改變。例如如果觸摸該天線或者蜂窩設(shè)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(yīng)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(yīng)于該電路的阻抗的改變而調(diào)整供應(yīng)電壓。
[0011]雖然可以通過向PA 104恒定地提供比最佳供應(yīng)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(yīng)電壓導(dǎo)致PA 104的效率更低。換句話說，常規(guī)PA控制器不能夠響應(yīng)于PA的輸出阻抗的情況來調(diào)整PA的供應(yīng)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(nèi)容】

[0012]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(yīng)于功率放大器(PA)的RF輸出信號的測量或估計功率，調(diào)整向該P(yáng)A提供的供應(yīng)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?shù)乃缴蒖F輸出信號。PA VCC(供應(yīng)電壓)控制器生成供應(yīng)電壓控制信號，該供應(yīng)電壓控制信號用于控制到該P(yáng)A的最后一級的供應(yīng)電壓。響應(yīng)于該RF PA輸出信號的測量或估計功率，并且還可以響應(yīng)于用于指示在該P(yáng)A輸出處經(jīng)歷的阻抗失配的測量參數(shù)，生成該供應(yīng)電壓控制信號。通過控制到該RF PA的供應(yīng)電壓，提高PA的效率。
[0013]在一個實施方式中，響應(yīng)于PA的RF輸出信號的平均功率，并且還響應(yīng)于PA的RF輸出信號的峰均比，生成該供應(yīng)電壓控制信號。在另一個實施方式中，響應(yīng)于PA的RF輸出信號的瞬時功率包絡(luò)，生成該供應(yīng)電壓控制信號。
[0014]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(diào)整到該P(yáng)A的RF輸入信號的相位，以降低當(dāng)PA供應(yīng)電壓調(diào)整時可能發(fā)生的由該功率放大器產(chǎn)生的相位失真。
[0015]在另一個實施方式中，用PA阻抗調(diào)整控制器替換PA VCC控制器，并且調(diào)整該P(yáng)A的輸出處的阻抗調(diào)整電路而不是到該P(yáng)A的供應(yīng)電壓。該阻抗調(diào)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(yīng)于用于指示在該P(yáng)A輸出處經(jīng)歷的阻抗失配的測量參數(shù)。通過控制該阻抗變量器，在該P(yáng)A的輸出處呈現(xiàn)與該天線的阻抗的標(biāo)稱值接近的阻抗，并且因此提高PA的效率。
[0016]在說明書中描述的特征優(yōu)點(diǎn)不是包括一切的，并且具體而言，由于附圖、說明書和權(quán)利要求，許多附加特征和優(yōu)點(diǎn)將對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言變得顯而易見。此外應(yīng)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。
【附圖說明】
[0017]通過結(jié)合附圖來考慮以下詳細(xì)描述，可以容易地理解本發(fā)明的教導(dǎo)。
[0018]圖1示出了常規(guī)RF發(fā)射器系統(tǒng)。
[0019]圖2A示出了包括根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的PA VCC控制器的RF PA系統(tǒng)。
[0020]圖2B更詳細(xì)地示出了包括根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的PA VCC控制器的RF PA系統(tǒng)。
[0021]圖3A示出了包括根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的PA V