使用輸出網(wǎng)絡(luò)控制功率的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】使用輸出網(wǎng)絡(luò)控制功率
[0001 ] 分案申請(qǐng)的相關(guān)信息
[0002]本申請(qǐng)是國(guó)際申請(qǐng)?zhí)枮镻CT/US2009/036480，申請(qǐng)日為2009年3月9日，優(yōu)先權(quán)日為2008年5月5日，發(fā)明名稱(chēng)為“使用輸出網(wǎng)絡(luò)控制功率”的PCT申請(qǐng)進(jìn)入中國(guó)國(guó)家階段后申請(qǐng)?zhí)枮?00980116171.8的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
[0003]根據(jù)35U.S.C.§119主張優(yōu)先權(quán)
[0004]本專(zhuān)利申請(qǐng)案主張2008年5月5日申請(qǐng)的題為“Control I ing power with anoutput network”的第12/151，199號(hào)申請(qǐng)案的優(yōu)先權(quán)，所述美國(guó)申請(qǐng)案以引用的方式并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
【背景技術(shù)】
[0005]在許多無(wú)線通信系統(tǒng)中，例如蜂窩電話、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備(MID)、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、膝上型電腦、個(gè)人計(jì)算機(jī)等等移動(dòng)無(wú)線設(shè)備以射頻(RF)進(jìn)行無(wú)線通信。為了在給定的無(wú)線通信系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)通信，要求這樣的設(shè)備輸出具有給定功率水平的RF信號(hào)。不同的無(wú)線系統(tǒng)對(duì)于功率水平有不同的要求，而且在給定的通信系統(tǒng)中，功率水平可以根據(jù)通信模式而變化。為了產(chǎn)生傳輸信息所需的輸出功率，典型的移動(dòng)設(shè)備包括功率放大器(PA)或者其他這樣的放大器，其接收來(lái)自例如基帶處理器和收發(fā)機(jī)等之類(lèi)的設(shè)備的處理電路的RF信號(hào)并且將該RF信號(hào)放大到所需的功率水平。
[0006]由于許多發(fā)射機(jī)系統(tǒng)中的功率控制要求，平均輸出功率可能在寬范圍(例如，數(shù)十分貝(dB))上變化。這使得功率放大器的效率在功率范圍上顯著變化。大多數(shù)PA在最大輸出功率處具有最大效率，并且當(dāng)功率降低時(shí)效率迅速下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]根據(jù)一方面，本發(fā)明包括一種具有多個(gè)增益級(jí)和耦合到該增益級(jí)的輸出網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備。每個(gè)增益級(jí)能夠被獨(dú)立控制以將射頻(RF)信號(hào)放大到用于從諸如蜂窩手持送受話器等移動(dòng)無(wú)線設(shè)備傳輸?shù)妮敵龉β仕?。?dāng)被控制為不活動(dòng)(inactive)時(shí)，增益級(jí)中的至少一個(gè)能夠被置于低阻抗?fàn)顟B(tài)。每個(gè)增益級(jí)在它們活動(dòng)(active)時(shí)可以具有基本上不同的驅(qū)動(dòng)點(diǎn)阻抗，以適應(yīng)不同的輸出功率水平。在一個(gè)實(shí)施方式中，輸出網(wǎng)絡(luò)可以包括變壓器。
[0008]本發(fā)明的另一方面針對(duì)功率放大器，該功率放大器具有多個(gè)級(jí)(每個(gè)級(jí)包括放大器對(duì))和耦合到每個(gè)級(jí)輸出的變壓器，其中變壓器具有不同的匝比。這些級(jí)可以被控制為使得當(dāng)給定級(jí)不活動(dòng)時(shí)，該級(jí)能夠被置于低阻抗?fàn)顟B(tài)，并且凈電感(net inductance)被開(kāi)關(guān)成與反相變壓器(opposite transformer)的輸出線圈并聯(lián)親合。
[0009]本發(fā)明的又一個(gè)方面針對(duì)集成電路，該集成電路包括至少三個(gè)增益級(jí)和至少三個(gè)變壓器，每個(gè)變壓器耦合到對(duì)應(yīng)的一個(gè)增益級(jí)。所述變壓器中的至少兩個(gè)可以具有基本上相等的匝比，所述匝比又大于另一個(gè)變壓器的匝比。該增益級(jí)能夠被單獨(dú)地使能，并且增益級(jí)中的至少兩個(gè)可以對(duì)應(yīng)于高功率增益通道，而另一個(gè)增益級(jí)對(duì)應(yīng)于低功率增益通道。
[0010]本發(fā)明的更進(jìn)一步方面針對(duì)具有多個(gè)差分互補(bǔ)放大器級(jí)和輸出變壓器的功率放大器。該輸出變壓器可以被耦合以接收來(lái)自任何放大器級(jí)(取決于哪個(gè)被使能)的放大的輸出信號(hào)。輸出變壓器的匝比也可以取決于哪個(gè)放大器級(jí)被使能。在一些實(shí)施方式中，非使能的(一個(gè)或多個(gè))放大器級(jí)能夠被置于高阻抗?fàn)顟B(tài)。
[0011]更進(jìn)一步，本發(fā)明的一個(gè)方面針對(duì)集成電路，該集成電路除了多個(gè)增益級(jí)之外還包括多個(gè)變壓器。每個(gè)變壓器可以具有基本上相等的匝比并且包括電感器形成的線圈，該電感器與增益級(jí)一起集成在公共的互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)管芯上。更具體地，電感器能夠被定尺寸以管理CMOS工藝的電感變化，并且該變壓器可使得增益級(jí)能夠看到遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于該電路耦合到的負(fù)載的負(fù)載阻抗的驅(qū)動(dòng)點(diǎn)阻抗。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是依照本發(fā)明的功率放大器輸出級(jí)和輸出網(wǎng)絡(luò)的概念示意圖。
[0013]圖2是依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的輸出網(wǎng)絡(luò)的概念示意圖。
[0014]圖3A是依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的多抽頭變壓器實(shí)施方式的概念示意圖。
[0015]圖3B是依照本發(fā)明的實(shí)施例的另一多抽頭變壓器實(shí)施方式的概念示意圖。
[0016]圖3C是圖3B所示電路在高功率操作模式下的等效示意圖。
[0017]圖3D是圖3B所示電路在低功率操作模式下的等效示意圖。
[0018]圖3E是能夠結(jié)合多抽頭變壓器使用的調(diào)諧電路的實(shí)施方式。
[0019]圖4A是依照本發(fā)明的實(shí)施例的并聯(lián)增益級(jí)和輸出網(wǎng)絡(luò)的概念示意圖。
[0020]圖4B是依照本發(fā)明的實(shí)施例的并聯(lián)增益級(jí)和輸出網(wǎng)絡(luò)的另一個(gè)概念示意圖。
[0021]圖4C是依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的耦合到增益級(jí)的替代輸入的概念示意圖。
[0022]圖5A是依照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的可重配置輸出網(wǎng)絡(luò)的概念示意圖。
[0023]圖5B是圖5A所示電路在高功率操作模式下的等效示意圖。
[0024]圖5C是圖5A所示電路在低功率操作模式下的等效示意圖。
[0025]圖6A是依照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的可重配置輸出網(wǎng)絡(luò)的概念示意圖。
[0026]圖6B是圖6A所示電路在高功率操作模式下的等效示意圖。
[0027]圖6C是圖6A所示電路在低功率操作模式下的等效示意圖。
[0028]圖6D是示出依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的可重配置輸出網(wǎng)絡(luò)的單端實(shí)施方式的概念示意圖。
[0029]圖7是依照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的可重配置輸出網(wǎng)絡(luò)的概念示意圖。
[0030]圖8A是依照本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例的可重配置輸出網(wǎng)絡(luò)的概念示意圖。
[0031]圖8B是圖8A的可重配置輸出網(wǎng)絡(luò)的替代實(shí)施方式的概念示意圖。
[0032]圖9A是依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的功率放大器的概念示意圖。
[0033]圖9B是依照本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例的功率放大器的一部分的概念示意圖。
[0034]圖10是依照本發(fā)明的實(shí)施例的無(wú)線設(shè)備的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]實(shí)施例可以提供輸出網(wǎng)絡(luò)，該輸出網(wǎng)絡(luò)能夠提供可控負(fù)載阻抗。這樣，輸出功率/效率降低問(wèn)題能夠被克服。通過(guò)在期望的輸出功率減少時(shí)增大負(fù)載阻抗，效率能夠被保持為接近最大值。
[0036]在各個(gè)實(shí)施例中，可以提供耦合到功率放大器或其他這樣的放大器設(shè)備的輸出增益級(jí)的輸出網(wǎng)絡(luò)的不同實(shí)施方式。這樣的輸出網(wǎng)絡(luò)可以有助于控制輸出功率，同時(shí)允許以高效率模式操作。也就是說(shuō)，放大器的輸出功率(Pcmt)根據(jù)以下等式與負(fù)載電阻和輸出電壓有關(guān):
[0037]P0Ut = Vrms2+ Rl [等式.1]
[0038]其中Vrms對(duì)應(yīng)于RMS輸出電壓電平且Rl是負(fù)載電阻。在Vrms被最大化時(shí)出現(xiàn)最大輸出功率和最大效率。Vrms的最大值與電源電壓成比例，其中實(shí)際的最大值部分地由各種性能要求確定，所述性能要求例如線性度或諧波水平。在不同的實(shí)施方式中，通過(guò)控制負(fù)載電阻來(lái)控制功率的各種方式能夠通過(guò)使用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的輸出網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，輸出網(wǎng)絡(luò)可以在兩個(gè)或更多個(gè)功率水平上提供高效率。在這些情況中，輸出網(wǎng)絡(luò)能夠?yàn)樵鲆婕?jí)放大器提供最優(yōu)(或近似最優(yōu))的負(fù)載，從而在這兩個(gè)或更多個(gè)功率水平上實(shí)現(xiàn)高效率操作。而且，該網(wǎng)絡(luò)提供一種能夠電子地選擇不同功率水平的方式。因此，該網(wǎng)絡(luò)可以被稱(chēng)為可重配置輸出網(wǎng)絡(luò)。在各個(gè)實(shí)施例中，由禁用的增益級(jí)呈現(xiàn)的阻抗能夠被用來(lái)控制，或者部分控制，該可重配置輸出網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)。
[0039]依照本發(fā)明的實(shí)施例，為了實(shí)現(xiàn)負(fù)載變化，基于變壓器的技術(shù)可被用于以電學(xué)方式重新配置輸出網(wǎng)絡(luò)的變壓器以改變其匝比。該重新配置具有改變負(fù)載阻抗的效果，并且完成該重新配置使得變壓器的RF性能被保持。
[0040]現(xiàn)在參照?qǐng)D1，圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的具有可重配置負(fù)載的功率放大器的末級(jí)的概念示意圖。增益末級(jí)100可以包括連接到輸出網(wǎng)絡(luò)101的兩個(gè)或更多個(gè)并聯(lián)增益級(jí)(統(tǒng)稱(chēng)為AU))。該增益級(jí)可以是差分或單端拓?fù)?。一個(gè)或多個(gè)增益級(jí)可以被信號(hào)C2(x)控制。類(lèi)似地，該輸出網(wǎng)絡(luò)可以具有各種控制信號(hào)，Cl(X)，所述控制信號(hào)修改該輸出網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)。該控制信號(hào)C2(x)可以使能或者禁用該增益級(jí)并且還可以控制由增益級(jí)呈現(xiàn)的輸出阻抗，Ro(x)(C2)。例如，當(dāng)增益級(jí)Al被禁用時(shí)，信號(hào)C2(l)可以促使輸出阻抗Ro(I)處于高阻抗水平。因?yàn)楦鱾€(gè)信號(hào)通道連接到網(wǎng)絡(luò)101，每個(gè)增益級(jí)的驅(qū)動(dòng)點(diǎn)阻抗是所有控制信號(hào)的函數(shù)，因此命名為Ri(x) (Cl，C2)。通過(guò)改變控制信號(hào)Cl和C2，呈現(xiàn)給各個(gè)使能的增益級(jí)的有效負(fù)載阻抗能夠被改變，從而允許在各個(gè)輸出功率水平實(shí)現(xiàn)高效率操作。該輸出網(wǎng)絡(luò)101也可以提供與外部負(fù)載102的阻抗匹配。
[0041]現(xiàn)在參照?qǐng)D2，圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的輸出網(wǎng)絡(luò)的概念示意圖。如圖2所示，輸出網(wǎng)絡(luò)10(該輸出網(wǎng)絡(luò)可以是PA的一部分)包括多個(gè)不同的通道或切片。具體地，可以存在多個(gè)放大器20a-20n(統(tǒng)稱(chēng)為放大器20)，每個(gè)放大器可以是由一個(gè)或多個(gè)跨導(dǎo)放大器形成的增益級(jí)。在一個(gè)實(shí)施例中，增益級(jí)20是互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體(CMO