用於功率放大器的dc功率控制的製作方法

2023-10-10 05:14:49

專利名稱：用於功率放大器的dc功率控制的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於功率放大器的直流功率控制。
背景技術：
在諸如例如行動電話之類的移動通信設備中，製造商提供低功率解決方案正變得越來越必要。低功耗是期望的，因為其除了別的之外還在用戶不必對移動通信設備的電池進行充電的情況下幫助延長該設備的可用電池壽命。如圖1所示，傳統的移動通信設備100可以包括信號生成單元102，其提供感興趣的信號s (t)，其中該感興趣的信號具有需要在傳輸之前被放大的低輸出功率。在一些示例中，信號生成單元102包括基帶處理器，並且所述感興趣的信號s (t)表示要由移動通信設備傳輸的數據。例如，感興趣的信號可以表示人的語音(諸如在電話會話期間由移動通信設備100的麥克風檢測到的)和/或其它數據(例如，文本消息、網際網路數據、音樂數據、圖像文件)。由諸如DC/DC轉換器(未示出)之類的DC電源(power supply)對射頻(RF)功率放大器104供電。RF功率放大器將感興趣的低功率信號轉換為放大的強大功率的信號，其典型地用於驅動移動通信設備的天線106。由於功率放大器104提供大的增益，因此功率放大器104基於小量的RF輸入功率而輸出大輸出信號功率。將低功率信號生成單元102與功率放大器104之間分開幫助在低功耗(例如通過在信號生成單元102中執行信號處理來促進)和精確的信號傳輸(例如由來自功率放大器104的高輸出功率來促進)之間提供相對好的平衡。儘管圖1中的基本架構是公知的，但是申請人認識到功率放大器104可以對移動通信設備100的整體功耗做出重要的貢獻。因此，企圖限制移動通信發射器的整體功耗，同時仍保持足夠的增益、足夠的調製精度、以及相鄰信道中足夠的漏洩功率要求；申請人設想了如本文描述的用於功率放大器的DC功率控制技術。

發明內容
在一個方面中，本發明涉及一種通信設備，包括信號生成器，其用於提供要經由功率放大器放大並且通過RF天線傳輸的感興趣的信號；傳輸路徑，其在信號生成器與功率放大器之間延伸並且包括延遲元件，其中所述延遲元件延遲感興趣的信號以在傳輸路徑上提供經過延遲的感興趣的信號；控制路徑，其在信號生成器與功率放大器之間延伸並且包括信號分析器和可調諧的DC電源，其中信號分析器分析感興趣的信號並且基於感興趣的信號的分析而引起由所述可調諧的DC電源提供的DC功率電平中的改變；以及其中功率放大器從可調諧的DC電源接收DC功率並且根據DC功率來放大經過延遲的感興趣的信號，從而便於通過RF天線傳輸感興趣的信號。在另一個方面中，本發明涉及一種發射器，包括傳輸路徑，其在信號生成器與RF 天線之間延伸，其中所述信號生成器在傳輸路徑上提供感興趣的信號；延遲元件，其被布置在傳輸路徑上，並且被適配為延遲所述感興趣的信號，從而提供經過延遲的感興趣的信號；
功率放大器，其被布置在傳輸路徑上，並且被適配為基於所述經過延遲的感興趣的信號來將RF信號提供給RF天線；控制路徑，其用於基於所述感興趣的信號來將時變DC電源信號提供給功率放大器，其中給定時間的DC電源信號對應於被期望在所述給定時間遇到功率放大器的經過延遲的感興趣的信號的振幅或者包絡。在又一個方面中，本發明涉及一種信號傳輸的方法，包括根據感興趣的信號生成經過延遲的感興趣的信號，其中所述經過延遲的感興趣的信號相對於所述感興趣的信號被延遲，但在其它方面與所述感興趣的信號對應；確定與感興趣的信號相關聯的包絡是否與包絡閾值具有預定關係，並且基於所述預定關係是否滿足來提供具有DC功率電平的時變 DC電源；通過使用時變DC電源來放大經過延遲的感興趣的信號，以便於傳輸感興趣的信號。在再一個方面中，本發明涉及一種信號傳輸的方法，包括在多個時間窗口上提供感興趣的信號；分別確定對於多個時間窗口的感興趣的信號的多個幅度值；基於多個幅度值來生成DC電源，其中基於在第一時間窗口中確定的幅度值來設置對於第二時間窗口的 DC功率電平，第二時間窗口是在第一時間窗口之後的預定數量的時間窗口 ；根據感興趣的信號生成經過延遲的感興趣的信號，其中所述經過延遲的感興趣的信號相對於所述感興趣的信號被延遲預定數量的時間窗口，但在其它方面至少基本上與所述感興趣的信號對應； 通過使用所生成的DC電源來放大經過延遲的感興趣的信號。


圖1是圖示傳統的發射器的框圖。圖2圖示了根據本公開的某些方面的發射器的框圖。圖3圖示了根據本公開的某些方面的另一種發射器的框圖。圖4示出了符合圖3的發射器的一種實現方式的一系列波形的示例。圖5是描繪根據一些實施例的方法的流程圖。
具體實施例方式現在參照附圖描述所請求保護的主題，其中通篇相似的參考標號用於指相似的元件。在以下的描述中，出於解釋的目的，陳述了許多特定細節以便提供所請求保護的主題的徹底的理解。然而，可能明顯的是可以在沒有這些特定細節的情況下實踐所請求保護的主題。本公開的一些實施例涉及導致相對於之前的解決方案的功率節省的傳輸技術。這些技術通常通過使用兩個路徑(即傳輸路徑和控制路徑，兩者都向功率放大器饋電)來傳輸感興趣的信號。在控制路徑上以「捷徑」的方式分析感興趣的信號，以使得控制路徑可以「調諧」提供給功率放大器的DC電源。由此，當在傳輸路徑上將感興趣的信號的延遲版本提供給功率放大器時，提供給功率放大器的DC電源(supply)信號幫助確保該功率放大器具有 「恰好足夠的」DC電源來確保所傳輸的信號滿足用於特定通信協議(例如針對與3GPP 4G技術有關的長期演進(LTE)標準)的信號質量要求，而不浪費過多的功率。以此方式，本文公開的技術幫助減少發射器中的功耗，由此潛在地幫助延長電池壽命並且減少對於用戶來說不期望的發熱。圖2示出了根據一些實施例的發射器200。該發射器200包括傳輸路徑202和控制路徑204，兩者都耦接在信號生成器206與功率放大器208之間。傳輸路徑202包括延遲元件210 ；而控制路徑204包括信號分析器214以及可調諧的DC電源216。這些元件合作地放大感興趣的信號，以用於通過RF天線212進行傳輸。在操作期間，信號生成器206提供感興趣的信號s (t)，其通常是表示諸如要傳送的語音數據或者其它數據之類的經過調製的數據的數字比特流。此感興趣的信號s(t)通過延遲元件210延遲，該延遲元件210繼而將經過延遲的感興趣的信號s延遲(t)提供給功率放大器208的輸入端子。該經過延遲的感興趣的信號相對於感興趣的信號被延遲，但這兩個信號在其他方面至少具有基本上對應的形狀和時序特性。同時，在控制路徑204上，信號分析器214分析感興趣的信號，其相對於遞送給功率放大器208的經過延遲的感興趣的信號正向(forward)時移。由於此正向時移，信號分析器214能夠在對應的經過延遲的感興趣的信號(t)到達功率放大器208之前分析感興趣的信號s (t)。基於感興趣的信號的分析，信號分析器214然後向可調諧的DC電源216 提供調諧信號t(t)。該調諧信號t(t)引起DC電源信號DC(t)中的改變，以使得DC電源信號產生被遞送到功率放大器208的輸入端子的經過延遲的感興趣的信號的振幅或者包絡中的預期的改變。功率放大器208在接收到經過延遲的感興趣的信號s延遲(t)以及DC電源DC(t)兩者時放大經過延遲的感興趣的信號，以用於通過天線212進行傳輸。由於被供應給功率放大器208的DC功率被調諧以產生經過延遲的感興趣的信號的期望的振幅或者包絡，因此與之前的實現方式相比，功率放大器208平均消耗更少的功率，同時仍提供可靠的信號傳輸。圖3示出了根據一些實施例的發射器300的另一個實施例。像圖2的實施例那樣， 圖3的發射器300包括傳輸路徑302 (具有延遲元件304)以及控制路徑306 (具有信號分析器308和可調諧DC電源310)，這兩者都耦接在信號生成器312與功率放大器314之間， 以通過天線316傳輸感興趣的信號。除了之前討論的控制路徑組件之外，發射器300還包括包絡生成元件318、包絡分析器320、邏輯變換塊322、以及數字到模擬轉換器(DAC) 324，它們如所示的那樣可操作地耦接。儘管圖3示出了 DC/DC轉換器以作為可調諧的DC電源310的一個示例，但是也可以使用其它電路來實現此功能。除了之前討論的傳輸路徑組件之外，發射器300還包括RF信號生成元件326，用於將經過延遲的感興趣的信號從數字比特流轉換為RF模擬信號。功率放大器314的RF前端 328下遊也被包括。現在參照圖4中示出的波形來討論符合圖3的發射器300的操作的一個示例。儘管為了清楚的目的提供了這些波形，但是將了解除了其他因素之外還取決於被傳輸的實際數據、所利用的通信協議、以及在其上執行所述技術的特定硬體，實際的波形可以根據所圖示的那些顯著地變化。在操作期間，信號生成器312提供感興趣的信號s (t)，其通常是表示具有一系列峰值(例如峰值402)和谷值(valley)(例如谷值404)的經過調製的信號的數字比特流。信號的時變振幅產生包絡406。潛在的波形的特定形狀可以大大地變化，並且通常表示用戶的語音、FM無線電信號、文本消息、網際網路內容、或者實際上任何類型的要經由發射器300傳輸的數據。包絡生成器318分析感興趣的信號s (t)，並且基於其提供包絡信號e (t)，其中包絡信號e(t)典型地是作為時間的函數的表示包絡幅度或者寬度的比特流。由此，當感興趣的信號s(t)具有相對較大的包絡幅度或者寬度(例如在峰值402處)時，e(t)相對較大。反之，當感興趣的信號s (t)具有相對較小的包絡幅度或者寬度(例如在谷值404處)時，e(t) 相對較小。包絡分析器320在一系列時間窗口 408上分析包絡信號e (t)，並且輸出用於相應的時間窗口的相應的最大包絡值m(t)。在圖4的示例中，包絡分析器320提供用於第一時間窗口 412的第一最大包絡值410、用於第二時間窗口 416的第二最大包絡值414、用於第三時間窗口 418的第三最大包絡值417，等等。變換邏輯塊322接收最大包絡值m(t)，並且將每個最大的包絡值變換為用於隨後的時間窗口的對應的目標DC值。例如，第一最大包絡值410被變換為第一目標DC值436， 第二最大包絡值414被變換為第二目標DC值438，第三最大包絡值417被變換為第三目標 DC值440，依此類推。目標DC值可以是分段連續的，儘管不需要如此，並且可以考慮對於給定的時間窗口要將什麼DC電源電壓用於經過延遲的感興趣的信號S3ffi⑴。在許多實施例中，變換邏輯塊322將最大包絡值與包絡閾值442相比較以提供目標DC值。例如，在時間窗口 4 中，相關的最大包絡值444落到包絡閾值442以下，因此在時間窗口 4 期間使用基線目標DC值446。相比之下，由於用於時間窗口 432的最大包絡值448在包絡閾值442 之上，因此取決於最大包絡值448超出包絡閾值442的量來對於時間窗口 432縮放目標DC 值 450。DC/DC轉換器310在接收到目標DC值目標_DC (t)時，輸出對應的DC電源信號 DC(t)。此DC電源信號可以是分段連續的，以反映潛在的時間窗口。然而，將了解不需要時間窗口，並且可以使用不使用這些時間窗口的模擬電路來實現DC調諧功能。在所圖示的實現方式中，任何人可以看到由於DC/DC轉換器310有限的上升時間，在目標_DC (t)與 DC(t)之間存在延遲。由此，在所圖示的示例中，DC/DC轉換器310實際上在目標_DC (t) 改變之後的一個時間窗口實現期望的DC (t)值。由於DC/DC轉換器310的上升時間的此延遲是對於包括用於生成經過延遲的感興趣的信號S3ffi (t)的延遲元件304的至少一部分動機。最後，以對於給定的時間窗口的DC電源信號DC(t)對應於對於所述給定的時間窗口的經過延遲的感興趣的信號的包絡的這種方式，功率放大器314接收DC電源信號DC(t) 和經過延遲的感興趣的信號S3ffi (t)。例如，當經過延遲的感興趣的信號S3ffi (t)遍布給定的時間窗口(例如在時間窗口 4 期間)具有相對較大的包絡時，DC電源信號對於給定的時間窗口相對較大。反之，當經過延遲的感興趣的信號遍布另一個給定的時間窗口(例如在時間窗口 430期間)具有相對較小的包絡時，DC電源信號對於所述另一個給定的時間窗口相對較小。現在參照圖5描述根據一些實施例的方法。儘管以下將此方法圖示和描述為一系列動作或者事件，但本公開不限於這種動作或事件的所圖示的排序。對於本文所公開的其它方法來說也是如此。例如，一些動作可以以不同的順序發生或者與除本文圖示的和/或描述的動作或事件以外的其他動作或事件同時發生。另外，並非所有圖示的動作都是需要的，並且任何波形的形狀僅僅是圖示性的，並且其它波形可以根據所圖示的波形顯著地變化。另外，本文描繪的一個或者多個動作可以以一個或者多個單獨的動作或者階段來執行。 將了解關於圖1-3在上面描述的嵌入式系統可以包括適當的硬體和/或軟體來實現這些方法。圖5的方法500在502處通過根據感興趣的信號生成經過延遲的感興趣的信號而開始。所述經過延遲的感興趣的信號相對於所述感興趣的信號被延遲，但在其它方面至少基本上與所述感興趣的信號對應。在504處，所述方法確定與感興趣的信號相關聯的包絡是否與包絡閾值具有預定關係。在一些實施例中時變DC電源(其可以例如是分段連續的)被提供有基於預定關係是否滿足的DC功率電平。在506處，所述方法通過使用時變DC電源來放大經過延遲的感興趣的信號，以便於傳輸感興趣的信號。儘管已經關於一個或者多個實現方式示出和描述本公開，但是基於此說明書和附圖的閱讀和理解，等效的更改和修改將被本領域技術人員想到。例如，儘管上面關於諸如一些實施例中的行動電話之類的移動通信設備描述了本公開，但本公開還適用於其它電子設備。由此，在其它實施例中，包絡跟蹤技術可以結合驅動高功率電源、驅動發射天線、執行微波加熱、和/或激勵諧振腔結構的功率放大器使用。發射器可以不僅用於語音和數據通信， 也可以除了其他應用之外還用於天氣感測(例如以RADAR的形式)、微波或RF加熱、和/或粒子加速器。另外，儘管上述的一些實施例使用分段的連續DC電源，但是其它實施例可以使用全差分DC電源。全差分DC功率信號連續地變化，而無信號電平中的任何明顯的「中斷」，並且通常由模擬電路來實現。本公開包括所有這種修改和更改，並且僅由以下的權利要求的範圍限制。具體地，關於由上述組件(例如元件和/或資源)執行的各種功能，用於描述這種組件的術語意圖對應於(除非另外表明)任何執行所描述的組件的所指定的功能的(例如功能上等效的)組件，即使在結構上不等效於在本公開的本文中例示的示例性實現方式中的功能的所公開的結構。另外，儘管關於若干實現方式中的僅僅一個公開了本公開的特定特徵，但是這種特徵可以與對於任何給定的或者特定的應用來說可能是期望的和有利的其它實現方式的一個或者多個其它特徵組合。另外，本申請和所附權利要求書中使用的冠詞 「一」和「一個」應被解釋為意指「一個或者多個」。另外，就在具體實施方式
或者權利要求中使用的術語「包括」、「具有」、「帶有」或者其變型的範圍來說，這種術語意圖是以類似於術語「包括」的方式的包括。
權利要求
1.一種通信設備，包括信號生成器，其用於提供要經由功率放大器放大並且通過RF天線傳輸的感興趣的信號；傳輸路徑，其在信號生成器與功率放大器之間延伸並且包括延遲元件，其中所述延遲元件延遲感興趣的信號以在傳輸路徑上提供經過延遲的感興趣的信號；控制路徑，其在信號生成器與功率放大器之間延伸並且包括信號分析器和可調諧的DC 電源，其中信號分析器分析感興趣的信號並且基於感興趣的信號的分析而引起由所述可調諧的DC電源提供的DC功率電平中的改變；以及其中功率放大器從可調諧的DC電源接收DC功率並且根據DC功率來放大經過延遲的感興趣的信號，從而便於通過RF天線傳輸感興趣的信號。
2.如權利要求1所述的通信設備，其中信號分析器包括包絡生成器，其用於確定感興趣的信號的包絡；以及包絡分析器，其用於將給定時間的感興趣的信號的包絡的幅度或寬度與包絡閾值進行比較，並且基於該比較提供目標DC信號，其中所述目標DC信號用於設置DC功率電平。
3.如權利要求2所述的通信設備，其中可調諧DC電源包括DC到DC轉換器。
4.如權利要求3所述的通信設備，其中所述DC到DC轉換器具有有限的上升時間，並且其中由延遲元件提供的延遲對應於所述有限的上升時間。
5.如權利要求2所述的通信設備，其中控制路徑還包括查找表，其用於接收包絡值並且基於其輸出對應的目標DC信號值。
6.如權利要求1所述的通信設備，其中DC電源提供分段的連續DC功率電平。
7.如權利要求1所述的通信設備，其中DC電源在正常操作期間提供全差分的DC功率電平。
8.一種發射器，包括傳輸路徑，其在信號生成器與RF天線之間延伸，其中所述信號生成器在傳輸路徑上提供感興趣的信號；延遲元件，其被布置在傳輸路徑上，並且被適配為延遲所述感興趣的信號，從而提供經過延遲的感興趣的信號；功率放大器，其被布置在傳輸路徑上，並且被適配為基於所述經過延遲的感興趣的信號來將RF信號提供給RF天線；控制路徑，其用於基於所述感興趣的信號來將時變DC電源信號提供給功率放大器，其中給定時間的DC電源信號對應於被期望在所述給定時間遇到功率放大器的經過延遲的感興趣的信號的振幅或者包絡。
9.如權利要求8所述的發射器，其中控制路徑包括包絡生成器，其用於確定感興趣的信號的包絡；以及包絡分析器，其用於將給定時間的感興趣的信號的包絡的幅度或寬度與包絡閾值進行比較，並且基於所述比較提供目標DC信號，其中目標DC信號用於設置DC電源信號。
10.如權利要求9所述的發射器，其中控制路徑還包括DC到DC轉換器，其用於基於目標DC信號提供DC電源信號。
11.如權利要求10所述的發射器，其中DC到DC轉換器具有有限的上升時間，並且其中由延遲元件提供的延遲對應於所述有限的上升時間。
12.如權利要求8所述的發射器，其中控制路徑還包括查找表，其用於接收包絡值並且基於其輸出對應的目標DC信號值。
13.如權利要求8所述的發射器，其中時變的DC電源信號提供分段的連續DC功率電平。
14.如權利要求8所述的發射器，其中時變的DC電源信號在正常操作期間是全差分的。
15.一種信號傳輸的方法，包括根據感興趣的信號生成經過延遲的感興趣的信號，其中所述經過延遲的感興趣的信號相對於所述感興趣的信號被延遲，但在其它方面與所述感興趣的信號對應；確定與感興趣的信號相關聯的包絡是否與包絡閾值具有預定關係，並且基於所述預定關係是否滿足來提供具有DC功率電平的時變DC電源；通過使用時變DC電源來放大經過延遲的感興趣的信號，以便於傳輸感興趣的信號。
16.如權利要求15所述的方法，其中時變DC電源提供分段的連續DC功率電平。
17.如權利要求15所述的方法，其中時變DC電源在正常操作期間提供全差分的DC功率電平。
18.一種信號傳輸的方法，包括在多個時間窗口上提供感興趣的信號；分別確定對於多個時間窗口的感興趣的信號的多個幅度值；基於多個幅度值來生成DC電源，其中基於在第一時間窗口中確定的幅度值來設置對於第二時間窗口的DC功率電平，第二時間窗口是在第一時間窗口之後的預定數量的時間窗口 ；根據感興趣的信號生成經過延遲的感興趣的信號，其中所述經過延遲的感興趣的信號相對於所述感興趣的信號被延遲預定數量的時間窗口，但在其它方面至少基本上與所述感興趣的信號對應；通過使用所生成的DC電源來放大經過延遲的感興趣的信號。
19.如權利要求18所述的方法，其中多個幅度值中的每一個是對於時間窗口的最大幅度值。
20.如權利要求18所述的方法，其中DC功率電平是分段的連續DC功率電平。
全文摘要
本發明涉及用於功率放大器的DC功率控制。本公開的一些實施例涉及導致相對於之前的解決方案的功率節省的傳輸技術。這些技術通常通過使用兩個路徑來傳輸感興趣的信號，所述兩個路徑即傳輸路徑(其包括功率放大器)和控制路徑。在控制路徑上以「捷徑」的方式評估感興趣的信號，以使得控制路徑可以「調諧」被提供給功率放大器的DC電源信號。由此，當在傳輸路徑上將感興趣的信號的經過延遲的版本提供給功率放大器時，被提供給功率放大器的DC電源信號幫助確保功率放大器具有「恰好足夠的」DC電源來確保可靠的操作，而不耗費過多的功率。以此方式，本文公開的技術幫助減少發射器中的功耗，由此潛在地幫助延長電池壽命並且減少對於用戶來說不期望的發熱。
文檔編號H03F3/24GK102437860SQ20111025238
公開日2012年5月2日 申請日期2011年8月30日 優先權日2010年8月30日
發明者蘭格 A. 申請人:英特爾移動通信技術有限公司