用于放大器的電源電壓的可調節旁路電路的制作方法
【專利摘要】公開了用于放大器的電源電壓旁路技術。在一示例性設計中,一種裝置包括放大器和可調節旁路電路。所述放大器(例如,功率放大器)接收來自電源的電源電壓。所述可調節旁路電路耦合到所述電源,并且提供對所述電源電壓的旁路。所述可調節旁路電路包括可調節電容器或耦合到可調節電阻器的固定電容器。所述電源可以是(i)為所述放大器提供固定電源電壓的電源,或(ii)為所述放大器提供可變電源電壓的包絡跟蹤器。
【專利說明】用于放大器的電源電壓的可調節旁路電路
[0001] 背景
[0002] I.領域
[0003] 本公開一般涉及電子產品,并且更具體而言涉及用于放大器的電源電壓旁路的技 術。
[0004] II.背景
[0005] 放大器常用于放大信號,以獲得所需的信號電平。放大器也被廣泛用于各種應用, 諸如通信、計算、聯網、消費電子產品等。不同類型的放大器也用于不同的目的。例如,無 線通信設備可能在發射器中包括功率放大器(PA)以便在經由無線信道傳輸信號前放大信 號,并且在接收機中包含低噪聲放大器(LNA)以便放大經由無線信道接收的信號。
[0006] 放大器通常連接到電源,電源提供支持放大器操作的電源電壓。理想情況下,電源 應該具有零輸出阻抗,并且電源電壓應該只包含有直流(DC)電壓,而沒有不想要的信號或 噪聲。然而,電源的輸出阻抗不為零,且電源電壓通常包括一些不想要的信號和噪聲。電源 和電源電壓的這些非理想特性可能對放大器的性能產生不利影響。
[0007] 附圖簡述
[0008] 圖1示出能夠與不同無線通信系統進行通信的無線設備。
[0009] 圖2示出圖1中所述無線設備的框圖。
[0010] 圖3不出發射機的框圖。
[0011] 圖4示出具有可調節電源電壓旁路的發射機的框圖。
[0012] 圖5A到5C示出具有可調節電源電壓旁路的發射機的三種示例性設計的框圖。
[0013] 圖6A至6D示出可調節旁路電路的四種示例性設計的示意圖。
[0014] 圖7A示出對功率放大器使用固定電源電壓。
[0015] 圖7B示出對功率放大器使用可變電源電壓。
[0016] 圖8示出具有包絡跟蹤器和可調節電源電壓旁路的發射機的框圖。
[0017] 圖9示出帶有連接至共用電源連接并具有可調節旁路電容的多個功率放大器的 發射機的框圖。
[0018] 圖10示出為放大器進行電源電壓旁路的過程。
[0019] 詳細說明
[0020] 以下闡述的詳細描述旨在作為本公開的示例性設計的描述,而無意表示可在其中 實踐本公開的僅有設計。術語"示例性"在本文中用于表示"用作示例、實例或解說"。本文 中描述為"示例性"的任何設計不必被解釋為優于或勝過其他設計。本詳細描述包括具體 細節以提供對本公開的示例性設計的透徹理解。對于本領域技術人員將明顯的是,沒有這 些具體細節也可實踐本文描述的示例性設計。在一些實例中,公知的結構和器件以框圖形 式示出以免湮沒本文中給出的示例性設計的新穎性。
[0021] 本文中公開了用于放大器的電源電壓旁路技術。旁路是指對電源電壓進行濾波, 以降低/衰減噪聲和/或不想要的信號。本文中所描述的技術可用于各種類型的放大器, 諸如功率放大器、激勵放大器、可變增益放大器、低噪聲放大器等。這些技術也可用于各種 電子設備,諸如無線通信設備、計算設備、消費電子設備等。為清楚起見,下面描述對無線通 信設備使用這些技術。
[0022] 圖1示出能夠與不同無線通信系統120和122通信的無線設備110。無線系統120 和122各自可以是碼分多址(CDMA)系統、全球移動通信系統(GSM)系統、長期演進(LTE) 系統、無線局域網(WLAN)系統、或某一其他無線系統。CDMA系統可實現寬帶CDMA(WCDMA)、 cdma2000、或某一其他版本的CDMA。出于簡化起見,圖1示出了無線系統120包括一個基站 130和一個系統控制器140,而無線系統122包括一個基站132和一個系統控制器142。一 般而言,每個無線系統可包括任何數目的基站以及任何網絡實體集合。
[0023] 無線設備110也可以稱為用戶裝備(UE)、移動站、終端、接入終端、用戶單元、站 等。無線設備110可能是蜂窩電話、智能電話、平板電腦、無線調制解調器、個人數字助理 (PDA)、手持設備、膝上型計算機、智能本、上網本、無繩電話、無線本地環路(WLL)站、藍牙 設備等。無線設備110可以能夠與無線系統120和/或122通信。無線設備110可以還能 夠接收來自廣播站(例如,廣播站134)的信號。無線設備110可以還能夠接收來自一個或 多個全球導航衛星系統(GNSS)中的衛星(例如,衛星150)的信號。無線設備110可支持 用于無線通信的一種或多種無線電技術,諸如LTE、cdma2000、WCDMA、GSM、802. 11等等。
[0024] 圖2示出圖1中無線設備110的示例性設計的框圖。在這個示例性設計中,無線 設備110包括數據處理器/控制器210、耦合到天線254的收發機220、以及電源270。在圖 2中示出的示例性設計中,收發機220包括Μ個發射機230a到230m和Μ個接收機260a到 260m,其中Μ可以是任何整數值。一般情況下,收發機可包括任何數量的發射機和任何數量 的接收機,以支持任何數量的頻段、任何數量的無線電技術和任何數量的天線上的無線通 ?目。
[0025] 在圖2中示出的示例性設計中,每個發射機230包括發射電路232、功率放大器 (ΡΑ) 240、以及輸出電路250。對于數據傳送,數據處理器210處理(例如,編碼和調制)要 發射的數據,并且將模擬輸出信號提供給所選發射機。以下描述假定發射機230a是所選發 射機。在發射機230a內,發射電路232a對該模擬輸出信號進行放大、濾波并將其從基帶上 變頻到射頻(RF),并且提供經調制RF信號。發射電路232a可能包括放大器、濾波器、混頻 器、阻抗匹配電路、振蕩器、本地振蕩器(L0)發生器、鎖相環(PLL)等。功率放大器240a接 收和放大經調制的RF信號,并提供具有適當輸出功率電平的經放大RF信號。輸出電路250a 可從功率放大器240a接收經放大RF信號并提供輸出RF信號。輸出電路250a可包括發射 濾波器、阻抗匹配電路、定向耦合器等。輸出RF信號是通過開關共用器/雙工器252路由 并經由天線254發射。
[0026] 在圖2中示出的示例性設計中,每個接收機260包括輸入電路262、LNA264、以及接 收電路266。對于數據接收,天線254接收來自基站和/或其他發射機站的信號并且提供收 到RF信號,該收到RF信號通過開關共用器/雙工器252路由并被提供給所選接收機。以 下描述假定接收機260a是所選接收機。在接收機260a內,輸入電路262a處理收到RF信 號,并提供接收機輸入信號。輸入電路262a可包括接收濾波器、阻抗匹配電路等。低噪聲 放大器(LNA) 264a放大來自輸入電路262a的接收機輸入信號,并提供LNA輸出信號。接收 電路266a對該LNA輸出信號進行放大、濾波并將其從RF下變頻到基帶,并且將模擬輸入信 號提供給數據處理器210。接收電路266可包括放大器、濾波器、混頻器、阻抗匹配電路、振 蕩器、L0發生器、PLL等等。
[0027] 圖2示出發射機230和接收機260的示例性設計。發射器和接收機可能還包括其 它未在圖2中示出的電路,諸如濾波器、阻抗匹配電路等。收發機220的所有或部分可能在 一個或多個模擬集成電路(1C),射頻集成電路(RFIC),混合信號1C等上實施。例如,發射 電路232、功率放大器240、LNA 264和接收電路266可實現在RFIC上。功率放大器240以 及可能還有其它電路亦可實現在單獨的1C或電路模塊上。
[0028] 數據處理器/控制器210可為無線設備110執行各種功能。例如,數據處理器210 可對經由發射機230發射的數據以及經由接收機260收到的數據執行處理。控制器210可 控制發射電路232、接收電路266、開關共用器/雙工器252等的操作。存儲器212可為數 據處理器/控制器210存儲程序代碼和數據。?數據處理器/控制器210可實現在一個或 多個專用集成電路(ASIC)和/或其他1C上。。
[0029] 電源270可接收來自電池(圖2中未示出)的電池電壓(Vbat)和/或來自外部 電源的線路電壓(Vline)。電源270可以產生固定的電源電壓(Vdd)和/或可變的電源電 壓,以用于收發機220內的各種電路。電源270也可以產生其它電源電壓以用于數據處理 器/控制器210和/或收發機220內的其它電路。
[0030] 圖3示出發射機330的示例性設計的框圖。為簡單起見,只在圖3中示出發射機 330中的部分電路。發射機330包括功率放大器340、輸出電路350、負載360、電源370和 旁路電容器372。功率放大器340接收和放大輸入RF信號(RFin)并提供經放大RF信號 (RFamp)。輸出電路350接收經放大RF信號,并提供輸出RF信號(RFout)給負載360。負 載360可能包括天線、開關共用器、雙工器等。
[0031] 電源370為功率放大器340產生固定的電源電壓(Vdd)。旁路電容器372耦合在 電源370和電路接地之間,并用來濾除提供給功率放大器340的Vdd電壓中不想要的信號 和噪聲。電源370具有Zps的輸出阻抗,即向電源看進去的阻抗。電源370的輸出阻抗在 幾百兆赫茲(MHz)情況下看似電感器。這意味著輸出阻抗主導地是虛數,且其幅值在特定 頻率范圍內隨頻率成比例地增長。此電感器在與旁路電容器372組合時可產生諧振。該諧 振的發生是由于電源阻抗的輸出阻抗在與旁路電容器的阻抗相組合時產生等效阻抗,該等 效阻抗的幅值在特定諧振頻率附近增長非常迅速。該諧振可能對功率放大器340的性能產 生負面影響。例如,由于該諧振,功率放大器340可能會顯現低頻不穩定性。
[0032] 圖4示出的具有可調節電源電壓旁路的發射機430的示例性設計的框圖。發射機 430包括放大器(Amp) 440、電源470、和可調節旁路電路480。放大器440接收并放大輸入 信號,并提供經放大信號。電源470為放大器440產生電源電壓。可調節旁路電路480執 行對電源電壓的旁路,并包括至少一個可調節電路元件。
[0033] -般情況下,可調節旁路電路可被用于各種類型的放大器以增進放大器的穩定性 和性能。為清楚起見,以下描述將可調節旁路電路用于功率放大器。
[0034] 圖5A示出具有可調節電源電壓旁路的發射機530a的示例性設計的框圖。發射機 530a包括功率放大器540、輸出電路550、負載560、電源電壓570、和可調節旁路電路580a。 可調節旁路電路580a是圖4中所示的可調節旁路電路480的示例性設計。功率放大器540 接收并放大輸入RF信號(RFin),并提供經放大RF信號(RFamp)。輸出電路550接收經放 大RF信號,并提供輸出射頻信號(RFout)給負載560。功率放大器540可以是圖2中的功 率放大器240a到240m的任一個。輸出電路550可以是圖2中輸出電路250a到250m的任 一個。負載560可以包括圖2中的開關共用器/雙工器252和/或天線254。
[0035] 電源570為功率放大器540產生固定的電源電壓(Vdd)。可調節旁路電路580a執 行對來自電源570的Vdd電壓的旁路。在圖5A示出的示例性設計中,可調節旁路電路580a 包括可調節電容器582,其耦合在電源570和電路接地之間,并用來濾除提供給功率放大器 540的Vdd電壓中不想要的信號和噪聲。電源570具有輸出阻抗Z PS,其在幾百MHz處會顯 現感性。旁路電容器582具有電容Cvar,其是可變的。諧振電路可由電源570的感性輸出 阻抗與旁路電容器582構成。諧振電路具有諧振頻率f MS__,其可表達為:
[0036]
【權利要求】
1. 一種裝置,包括: 放大器,其配置為接收來自電源的電源電壓;以及 可調節旁路電路,其耦合至所述電源,并被配置為旁路所述電源電壓,所述可調節旁路 電路包括可調節電容器和耦合至可調節電阻器的固定電容器中的至少一者。
2. 如權利要求1所述的裝置,所述可調節旁路電路包括耦合在所述電源與電路接地之 間的所述可調節電容器。
3. 如權利要求2所述的裝置,所述可調節電容器包括多個可切換電容器,每個可切換 電容器基于用于該可切換電容器的相應控制信號來被選中或取消選中。
4. 如權利要求1所述的裝置,所述可調節旁路電路包括串聯耦合并且耦合在所述電源 和電路接地之間的所述固定電容器和所述可調節電阻器。
5. 如權利要求4所述的裝置,所述可調節電阻器包括多個可切換電阻器,每個可切換 電阻器基于用于該可切換電阻器的相應控制信號來被選中或取消選中。
6. 如權利要求4所述的裝置,所述可調節電阻器包括多個晶體管,每個晶體管基于用 于該晶體管的相應控制信號被選中或取消選中,每個晶體管在被選中時提供ON電阻。
7. 如權利要求6所述的裝置,所述多個晶體管具有不同的尺寸,并且在被選中時提供 不同的ON電阻。
8. 如權利要求1所述的裝置,所述可調節旁路電路包括耦合到所述可調節電容器的可 調節電阻器。
9. 如權利要求8所述的裝置,所述可調節電容器和所述可調節電阻器串聯耦合并且耦 合在所述電源與電路接地之間。
10. 如權利要求9所述的裝置,所述可調節電容器包括多個可切換電容器,每個可切換 電容器基于用于該可切換電容器的相應第一控制信號來被選中或取消選中,并且所述可調 節電阻器包括多個可切換電阻器,每個可切換電阻器是基于用于該可切換電阻器的相應第 二控制信號來被選中或取消選中。
11. 如權利要求1所述的裝置,所述電源包括包絡跟蹤器,其被配置成為所述放大器提 供可變電源電壓。
12. -種裝置,包括: 多個放大器,其耦合到共用電源連接,并且配置成接收由電源提供給所述共用電源連 接的電源電壓;以及 多個可切換旁路電容器,其耦合到所述共用電源連接,并與所述多個放大器關聯,所述 多個可切換旁路電容器中的每一者與所述共用電源連接進行連接或者斷開連接。
13. 如權利要求12所述的裝置,所述電源包括包絡跟蹤器,其被配置成將可變電源電 壓提供給所述共用電源連接。
14. 如權利要求12所述的裝置,其中所述多個可切換旁路電容器中的每一者與所述多 個放大器之一相關聯,并且其中每個可切換旁路電容器在關聯的放大器被啟用時被連接到 所述共用電源連接,而在關聯的放大器被禁用時從所述共用電源連接斷開。
15. 如權利要求12所述的裝置,進一步包括: 固定旁路電容器,其耦合到所述共用電源連接。
16. -種方法,包括: 用放大器放大輸入信號,以獲得經放大信號;以及 用可調節旁路電路來旁路用于所述放大器的電源電壓,所述可調節旁路電路包括可調 節電容器或者耦合至可調節電阻器的固定電容器中的至少一者。
17. 如權利要求16所述的方法,進一步包括: 用包絡跟蹤器產生可變電源電壓以作為所述電源;以及 提供所述可變電源電壓作為用于所述放大器的電源電壓。
18. -種設備,包括: 用于放大輸入信號以獲得經放大信號的裝置;以及 用于旁路用于所述用于放大的裝置的電源電壓的裝置,所述用于旁路的裝置包括可調 節電容器或者耦合至可調節電阻器的固定電容器中的至少一者。
19. 如權利要求18所述的設備,進一步包括: 用于產生可變電源電壓以作為所述電源的裝置;以及 用于提供所述可變電源電壓以作為用于所述放大器的電源電壓的裝置。
【文檔編號】H03F1/02GK104115396SQ201380010005
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2013年2月21日 優先權日:2012年2月21日
【發明者】C·D·普萊斯蒂 申請人:高通股份有限公司