專利名稱：高頻功率放大電路的電源電路和電源的半導(dǎo)體集成電路及電源的電子器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能用于無線通信設(shè)備(如便攜式電話)中的高頻功率放大電路的電源電路以及一種功率可控制的電源電路，本發(fā)明尤其涉及一種能在多種通信系統(tǒng)如GSM(全球移動通信系統(tǒng))和CDMA(碼分多址)中進(jìn)行通信的便攜式電話中使用的電源電路。
現(xiàn)在的CDMA系統(tǒng)中，將電壓轉(zhuǎn)換電路(如DC-DC轉(zhuǎn)換器)和電源開關(guān)(如MOSFET)結(jié)合起來，作為便攜式電話高頻功率放大電路的電源電路。當(dāng)輸出功率低時，關(guān)掉電源開關(guān)，并使用DC-DC轉(zhuǎn)換器降低的電壓。當(dāng)輸出功率高時，關(guān)掉DC-DC轉(zhuǎn)換器，打開電源開關(guān)，并將電池電壓本身作為電源電壓加到高頻功率放大電路上。利用這種配置，可從整體上提高系統(tǒng)的功率效率。
在GSM中，沒有將DC-DC轉(zhuǎn)換器用做電源電路，因?yàn)镚SM的輸出功率較CDMA系統(tǒng)高，并且由于GSM的專用控制系統(tǒng)要求電源電路的啟動時間很短，故不能使用低響應(yīng)的傳統(tǒng)DC-DC轉(zhuǎn)換器。例如，公開號為2003-189603的日本專利申請披露了一種關(guān)于CDMA系統(tǒng)和GSM中常用的一種電源電路的發(fā)明。在該發(fā)明中，將DC-DC轉(zhuǎn)換器作為電源電路使用，但在GSM通信時間，關(guān)掉DC-DC轉(zhuǎn)換器。公開號為2002-64339的日本專利申請披露了與本發(fā)明相似的發(fā)明，但其控制方法與本發(fā)明不同。

發(fā)明內(nèi)容
現(xiàn)在，在窄帶CDMA系統(tǒng)的便攜式電話中，來自基帶電路的一個啟動信號或偏置信號啟動高頻功率放大電路工作。該信號在傳輸過程中被激活，并且在傳輸期間不會變?yōu)榉羌せ睢Ｔ贑DMA標(biāo)準(zhǔn)中，由于啟動信號被提供給高頻功率放大電路，直到發(fā)送高頻聲音信號或數(shù)據(jù)信號，所以，有100微秒或更長的容差。在普通的開關(guān)調(diào)整器中，輸出信號需要50微秒或更長時間。但是，在上述CDMA標(biāo)準(zhǔn)中，由于啟動信號被提供給高頻功率放大電路，直到傳輸真正開始，所以，給定100微秒或更長時間的容差。因此，可以使用開關(guān)調(diào)整器產(chǎn)生高頻功率放大電路的電源電壓。
但是，我們期望由于啟動信號被提供給高頻功率放大電路，直到發(fā)送高頻聲音信號或數(shù)據(jù)信號為止的容差時間能縮短到窄帶CDMA的容差時間的很小一部分，以增強(qiáng)該功能。因此，必須在很短時間內(nèi)產(chǎn)生高頻功率放大電路的電源電壓，但可能無法使用普通的開關(guān)調(diào)整器及時產(chǎn)生該電源電壓。
另一方面，在GSM便攜式電話系統(tǒng)中，需要在短時間內(nèi)(如23微秒)將高頻功率放大電路的輸出功率從-25dBm或更低的電平增高到+33dBm。在傳輸操作期間，必須控制該高頻功率放大電路，從而在一個頻率(如277Hz)上與基帶信號同步地重復(fù)接通/斷開狀態(tài)(接通狀態(tài)的占空比為1/8)。高頻功率放大電路處于接通狀態(tài)時，呈現(xiàn)高阻抗，更具體地，電源電路處于無負(fù)載狀態(tài)。因此，在該頻率會重復(fù)出現(xiàn)負(fù)載狀態(tài)和無負(fù)載狀態(tài)。
在GSM中，必須在幾微秒內(nèi)從無負(fù)載狀態(tài)切換到負(fù)載狀態(tài)。假設(shè)開關(guān)調(diào)整器被用作高頻功率放大電路的電源電路，從無負(fù)載狀態(tài)切換到負(fù)載狀態(tài)時，輸出端的一個平滑電容器突然放電，并且輸出電源電壓下降。通過反饋輸出電源電壓的變化，開關(guān)調(diào)整器工作，從而使輸出電源電壓變成初始電壓。但是，普通開關(guān)調(diào)整器要花50微秒或更長的時間將輸出電壓增高到上述初始電平，從而無法響應(yīng)啟動信號迅速改變高頻功率放大電路的電源電壓，并且使電壓降低一點(diǎn)需要幾十微秒或更長時間。
為了防止電壓出現(xiàn)這樣的降低，可以采用提高開關(guān)調(diào)整器的響應(yīng)度的方法或增加平滑電容器的電容值的方法。但是，就目前的技術(shù)而言，很難設(shè)計一種在GSM標(biāo)準(zhǔn)所要求的短時間內(nèi)做出響應(yīng)的開關(guān)調(diào)整器。由于便攜式電話需要尺寸更小、重量更輕，所以很難再增加平滑電容器的電容值，其是與尺寸更小和重量更輕相矛盾的。當(dāng)增加平滑電容器的電容值時，首先會很不方便的，從而會提高增加電源電路輸出所需要的時間。
本發(fā)明的一個目的是提供一種輸出電壓的響應(yīng)性能優(yōu)異、并可用于GSM或WCDMA系統(tǒng)的便攜式電話的高頻功率放大電路的電源電路。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種可用于能在兩個或更多通信系統(tǒng)(如GSM和CDMA)中進(jìn)行通信的便攜式電話、并且具有很高的功率效率的高頻功率放大電路的電源電路。
此外，本發(fā)明的又一個目的是提供一種有助于便攜式電話尺寸更小、重量更輕的高頻功率放大電路的電源電路。
根據(jù)說明書的描述和附圖，本發(fā)明的上述和其他目的以及新穎特征將變得很易于理解。
下面將對說明書中所披露的本發(fā)明的典型示例進(jìn)行簡單描述。
用于高頻功率放大電路的電源電路的構(gòu)成為第一直流電源電路，如串聯(lián)調(diào)整器，其功率效率不高但能夠快速變成高電平；和第二直流電源電路，如開關(guān)調(diào)整器，其不能快速變成高電平但功率效率較高。當(dāng)電源電壓需要快速變成高電平時，串聯(lián)調(diào)整器和開關(guān)調(diào)整器同時工作。當(dāng)輸出電源電壓達(dá)到預(yù)定電平時，串聯(lián)調(diào)整器停止工作。
上述裝置可用于在需要快速啟動高頻功率放大電路的電源的GSM和WCDMA中進(jìn)行通信的便攜式電話。啟動電源之后，串聯(lián)調(diào)整器立即在極短的時間內(nèi)導(dǎo)通，并且足以在傳輸操作期間只讓開關(guān)調(diào)整器作為主要部分工作。所以，與只由串聯(lián)調(diào)整器構(gòu)成的電源電路相比，功率效率得到了大大的提高。
將本發(fā)明的用于能在兩個或更多通信系統(tǒng)(如GSM和CDMA)中進(jìn)行通信的便攜式電話的高頻功率放大電路的電源電路中時，在GSM和CDMA工作模式下，都可以從一個通用電源電路提供工作電壓，而不必提供大電容的平滑電容器。
下面簡單描述說明書中公開的本發(fā)明的典型示例的效果。
根據(jù)本發(fā)明，使用兩個具有不同特性的調(diào)整器，啟動快的調(diào)整器一旦啟動就立即工作，從而實(shí)現(xiàn)輸出電壓響應(yīng)性能優(yōu)異、并能用于GSM或WCDMA系統(tǒng)的便攜式電話的高頻功率放大電路的電源電路。
根據(jù)本發(fā)明，除啟動時間外，在傳輸操作期間只有開關(guān)調(diào)整器作為主要部分在工作，從而實(shí)現(xiàn)具有高功率效率的高頻功率放大電路的電源電路。
此外，根據(jù)本發(fā)明，可以從通用電源電路提供工作電壓，并且不必提供大電容的平滑電容器，因此，實(shí)現(xiàn)有助于減小便攜式電話大小和重量的高頻功率放大電路的電源電路。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的高頻功率放大電路的電源電路的一個實(shí)施例的框圖和使用該電源電路的CDMA系統(tǒng)的便攜式電話的系統(tǒng)配置示意圖；
圖2是圖1的實(shí)施例的系統(tǒng)中的電源電路的工作時間的示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的高頻功率放大電路的電源電路的一個實(shí)施例的框圖和使用該電源電路的GSM系統(tǒng)的便攜式電話的系統(tǒng)配置示意圖；圖4是圖3的實(shí)施例的系統(tǒng)中的電源電路的工作時間的示意圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的高頻功率放大電路的電源電路的第二個實(shí)施例的框圖；圖6是使用圖5實(shí)施例中的電源電路的系統(tǒng)中的電源電路的工作時間的示意圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明的高頻功率放大電路的電源電路的第三個實(shí)施例的框圖；圖8是作為實(shí)施例的電源電路的一個部件的開關(guān)調(diào)整器的配置實(shí)例的電路圖；圖9是作為實(shí)施例的電源電路的一個部件的串聯(lián)調(diào)整器的修改的電路圖；圖10是可構(gòu)建實(shí)施例的電源電路的串聯(lián)調(diào)整器的另一個實(shí)例的電路圖；圖11是從實(shí)施例的電源電路提供電源電壓到高頻功率放大電路的具體實(shí)例的電路結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。在本發(fā)明實(shí)施例的所有附圖中，相同的標(biāo)號均表示相同功能的部件。
第一實(shí)施例圖1是電源電路的一個實(shí)施例以及將本發(fā)明用于能夠在GSM和CDMA兩種系統(tǒng)中發(fā)送/接收數(shù)據(jù)的便攜式電話的高頻功率放大電路的電源電路的系統(tǒng)的示意圖。圖1所示為CDMA系統(tǒng)的配置實(shí)例，后面還將描述GSM的系統(tǒng)配置。
圖1中所示為高頻功率放大電路100，用于放大傳輸信號并輸出所放大的信號；電源電路200，用于根據(jù)來自電池BTT的電源電壓Vb，生成高頻功率放大電路100的電源電壓Vdd；以及基帶&調(diào)制解調(diào)器300，其由基帶電路和調(diào)制解調(diào)電路構(gòu)成，基帶電路用于將聲音信號轉(zhuǎn)換為基帶信號、將接收信號轉(zhuǎn)換為聲音信號、并生成發(fā)送/接收切換信號和調(diào)制系統(tǒng)或模式切換信號，調(diào)制解調(diào)電路用于解調(diào)接收信號、生成基帶信號和調(diào)制傳輸信號?；鶐?amp;amp;調(diào)制解調(diào)器300由多個LSI和IC如DSP(數(shù)字信號處理器)、微處理器和半導(dǎo)體存儲器構(gòu)成。從天線經(jīng)由消除諧波的低通濾波器、發(fā)送/接收轉(zhuǎn)換開關(guān)等發(fā)送由高頻功率放大電路100放大的傳輸信號，這一點(diǎn)未在圖中給出。
41C表示功率檢測裝置410，例如，其由一個用于檢測高頻功率放大電路100的輸出功率的耦合器構(gòu)成。420表示可變增益放大器(AGC)，其根據(jù)輸出電平指示信號Vramp，用于放大經(jīng)基帶&調(diào)制解調(diào)器300調(diào)制的傳輸信號。430表示自動功率控制電路(APC)，用于比較基帶&調(diào)制解調(diào)器300輸出的輸出電平指示信號Vramp與功率檢測裝置410檢測的信號，并根據(jù)電勢差，生成一個用于控制可變增益放大器420的增益的電壓。通過將自動功率控制電路430的輸出電壓作為功率控制信號Vapc提供給可變增益放大器420，執(zhí)行反饋控制，從而使高頻功率放大電路100的輸出功率與來自基帶&調(diào)制解調(diào)器300的輸出電平指示信號Vramp相匹配。
電源電路200包括一個用于電壓控制的P溝道MOSFET 231，其連接在電池BTT和高頻功率放大電路100的電源端子之間；一個開關(guān)調(diào)整器232，用于轉(zhuǎn)換電池BTT的電壓Vb；一個電源控制電路233，用于生成MOSFET 231和開關(guān)調(diào)整器232的控制信號；一個電感器(繞組)234，連接在開關(guān)調(diào)整器232的輸出端子和高頻功率放大電路100的電源端子之間；以及一個平滑電容器235，用于穩(wěn)定生成的電源電壓。開關(guān)調(diào)整器232使用PWM(脈寬調(diào)制)方法或PFM(脈沖頻率調(diào)制)方法，通過控制流過電感234的電流，生成具有預(yù)期電勢的直流電壓。將P溝道型的MOSFET作為用于電壓控制的MOSFET 231的原因在于，P溝道MOSFET能夠?qū)⑤敵鲭娫措妷篤dd增高到接近電池電壓Vb，這是與N溝道型的MOSFET所不同的。這樣可以減少功率損失。
本實(shí)施例中的電源電路200還包括參考電壓生成電路236，如帶隙參考電路，用于生成參考電壓；差分放大電路(下面簡稱為放大器)237，用于控制電壓控制的MOSFET 231的柵極電壓；電阻分壓器238，用于通過電阻對電源電路的輸出電源電壓進(jìn)行分壓，并將結(jié)果反饋到放大器237的正相輸入端；轉(zhuǎn)換開關(guān)SW1，用于選擇參考電壓生成電路236生成的參考電壓Vref或地電勢，并將選擇的電壓提供給反相輸入端；轉(zhuǎn)換開關(guān)SW2，用于選擇轉(zhuǎn)換開關(guān)SW1所選擇的電壓或電池電壓Vb，并將所選擇的電壓提供給放大器237的反向輸入端；以及單脈沖生成電路239，根據(jù)電源控制電路233輸出的啟動信號SD，生成開關(guān)SW1的控制信號。
當(dāng)在GSM模式中需要高輸出時，開關(guān)SW2被切換到電池電壓Vb一側(cè)；另一方面，在CDMA模式下，開關(guān)SW2不會被切換到電池電壓Vb一側(cè)。當(dāng)開關(guān)SW2切換到電池電壓Vb一側(cè)時，電池電壓Vb加到放大器237的反相輸入端，從而使放大器237的輸出固定為低電平。用于電壓控制的MOSFET 231持續(xù)被設(shè)定為導(dǎo)通狀態(tài)，并將電池電壓Vb作為電源電壓Vdd提供給高頻功率放大電路100。
電阻分壓器238由串聯(lián)連接在電源電路的電壓輸出端OUT和地(GND)之間的分壓電阻R1、R2和R3，以及一個轉(zhuǎn)換開關(guān)SW3構(gòu)成，該轉(zhuǎn)換開關(guān)用于選擇R1和R2之間的連接點(diǎn)N1或R2和R3之間的連接點(diǎn)N2的電勢，并將選擇的電勢提供給放大器237。通過使用來自電源控制電路233的控制信號來切換開關(guān)SW3，可以改變反饋到放大器237的電壓。利用這種配置，電源電路輸出的電源電壓可以在不改變參考電壓的情況下，在兩個電平之間切換。電源控制電路233根據(jù)來自基帶&調(diào)制解調(diào)器300的兩位控制信號，生成開關(guān)SW3的開關(guān)控制信號。
盡管沒有進(jìn)行特別限定，但在本實(shí)施例中，除電源電路200的電感234和平滑電容器235之外的其他部件被構(gòu)造成一個半導(dǎo)體芯片上的半導(dǎo)體集成電路(IC)。該IC和分立的電子器件(如電感234和平滑電容器235)，被裝配到陶瓷等制成的有布線圖的絕緣襯底上，從而構(gòu)成電源模塊。用于電壓控制的P溝道MOSFET 231也可以用分立電子器件(如電感234和平滑電容器235)構(gòu)成。構(gòu)成電阻分壓器238的分壓電阻R1-R3也可以是外部設(shè)備。在該模塊的絕緣襯底上/中印制線路，襯底上裝配的多個半導(dǎo)體芯片和部件經(jīng)由印制線路和焊接線實(shí)現(xiàn)電連接，這樣就可以將它們作為一個單個的電子器件進(jìn)行處理。
下面結(jié)合圖2的時間圖描述圖1的實(shí)施例中的電源電路200的工作過程。
來自基帶&調(diào)制解調(diào)器300的啟動信號SD被設(shè)為高電平時，電源控制電路233將控制信號SD’輸出到脈沖生成電路239和開關(guān)調(diào)整器232，其中，控制信號SD’像啟動信號SD一樣變化。開關(guān)調(diào)整器232開始工作，并且脈沖生成電路239在預(yù)定的時間T0(圖2B)輸出高電平(或低電平)的控制脈沖φp。通過控制脈沖φp，開關(guān)SW1切換到選擇參考電壓Vref的一側(cè)。由于來自電壓輸出端的反饋信號在啟動之后立即變?yōu)榻咏仉妱?，放大?37的輸出變?yōu)榈?，用于電壓控制的MOSFET 231被設(shè)置為導(dǎo)通狀態(tài)，電池電壓Vb作為電源電壓Vdd加到高頻功率放大電路100一側(cè)，輸出電源電壓Vdd立即升高，如圖2E所示。
此時，由電阻分壓器238將電源電壓Vdd分壓所得的電壓被反饋到放大器237的正相輸入端。因此，如果將電源電壓Vdd進(jìn)行分壓所得的電壓升高到參考電壓Vref，放大器237的輸入電勢差就減少，從而輸出增高，并在截止用于電壓控制的MOSFET 231的方向上進(jìn)行控制。亦即，放大器237和用于電壓控制的MOSFET 231作為串聯(lián)調(diào)整器工作。因此，電源電壓Vdd根據(jù)電阻分壓器238的電阻R1到R3的比值升高到預(yù)定的電壓后，就可以維持電源電壓Vdd。
經(jīng)過比啟動開關(guān)調(diào)整器232需要的時間Ts和高頻功率放大電路100作為負(fù)載的導(dǎo)通狀態(tài)的時間長的預(yù)定時間T0之后，開關(guān)SW1被切換到地電勢一側(cè)。放大器237的輸出變到接近電源電壓的電壓，并且用于電壓控制的MOSFET 231完全截止。但是，開關(guān)調(diào)整器232此時處于高電平，即使用于電壓控制的MOSFET 231截止時，電源電壓Vdd仍持續(xù)從開關(guān)調(diào)整器232一側(cè)加到高頻功率放大電路100。
在沒有放大器237，并且只通過開關(guān)調(diào)整器232向高頻功率放大電路100提供電源電壓Vdd的電源電路中，電源電壓Vdd變成高電平晚于本實(shí)施例的電源電路，如圖2F所示。此外，將偏差電壓Vreg加到作為負(fù)載的高頻功率放大電路100并開始工作時，就會出現(xiàn)電流突然流通和輸出暫時降低的現(xiàn)象。相比之下，本實(shí)施例的電源電路200的優(yōu)點(diǎn)在于不會發(fā)生電源電壓Vdd下降的現(xiàn)象，如圖2E所示。
例如，如圖8所示，開關(guān)調(diào)整器232包括誤差放大器321，用于比較參考電壓生成電路236生成的參考電壓Vref和由電阻分壓器238分壓所得的反饋電壓VFB，并根據(jù)該電勢差輸出一個電壓；PWM控制電路322，用于根據(jù)誤差放大器的輸出，生成一個具有占空比的脈沖；以及功率MOS晶體管323和324，其由PWM控制電路320生成的驅(qū)動信號驅(qū)動為導(dǎo)通/截止?？梢杂孟喾捶较蜻B接的二極管代替晶體管324。也可以使用根據(jù)誤差放大器321的輸出生成頻率驅(qū)動信號的PFM控制電路，來代替PWM控制電路322。在開關(guān)調(diào)整器232暫時停止工作的情況下，晶體管323和324均為截止，并且PWM控制電路322的輸出端保持在高阻抗?fàn)顟B(tài)。
第二實(shí)施例圖3是本發(fā)明的一種電源電路及將本發(fā)明用于能夠在GSM和CDMA兩種系統(tǒng)下執(zhí)行接收/發(fā)送的便攜式電話的高頻功率放大電路的電源電路的GSM系統(tǒng)的實(shí)例示意圖。由于電源電路200的配置與圖1中所描述的相同，這里就不再贅述。在圖3中，相同的標(biāo)號表示與圖1中相應(yīng)的電路具有相同的功能的電路，這里也不再贅述。
如圖3所示，在GSM系統(tǒng)中，通過比較來自基帶&調(diào)制解調(diào)器300的輸出電平指示信號Ramp和功率檢測裝置410檢測到的檢測信號Vsns，并根據(jù)來自自動功率控制電路(APC)430的電勢差輸出一個電壓，所得到的控制電壓Vabc被加到高頻功率放大電路100，并執(zhí)行增益控制。從基帶&調(diào)制解調(diào)器300提供給高頻功率放大電路100的作為傳輸信號的高頻信號RFin，具有恒定的幅度。在GSM中，將自動功率控制電路(APC)430輸出的控制電壓Vabc作為電源電路200的啟動信號SD，提供給電源電路200。
能夠在GSM和CDMA兩種系統(tǒng)中執(zhí)行發(fā)送和接收的便攜式電話具有結(jié)合圖1所示的系統(tǒng)和圖3所示的系統(tǒng)的配置。這種情況下，在重視特性的系統(tǒng)中，應(yīng)為CDMA和GSM各自提供高頻功率放大電路100；在重視更小體積的系統(tǒng)中，二者共用高頻功率放大電路100。在本實(shí)施例中，自動功率控制電路(APC)430輸出的控制電壓Vabc作為啟動信號SD，被加到電源電路200?？梢赃x擇，啟動信號SD可以由基帶&調(diào)制解調(diào)器300提供。
以下應(yīng)用圖4的時間圖來描述圖3的GSM中的請求輸出電平為中電平或低電平時電源電路200的工作。請求輸出電平為中電平或低電平時，通過來自電源控制電路233的控制信號，將開關(guān)SW2切換到開關(guān)SW1一側(cè)。
在GSM中，每3.6毫秒(277Hz)，傳輸時指示輸出電平的輸出電平指示信號Ramp從基帶&調(diào)制解調(diào)器300輸出到APC電路430。APC電路430接收輸出電平指示信號Vamp，將其與功率檢測裝置410檢測到的檢測信號Vsns進(jìn)行比較，根據(jù)電勢差輸出控制電壓Vabc，并將其作為啟動信號SD提供給高頻功率放大電路100。因此，每次控制電壓Ramp升高時，電源控制電路233將與控制電壓Vramp變化相同的控制信號SD’輸出到脈沖生成電路239和開關(guān)調(diào)整器232(圖4B)。
開關(guān)調(diào)整器232開始工作，并且脈沖生成電路239輸出周期性控制脈沖φp(圖4C)。通過這些操作，只有對于控制脈沖φp為高電平的時間，放大器237的輸出才變低，用于電壓控制的MOSFET 231被設(shè)置為導(dǎo)通狀態(tài)，在此期間，電池電壓Vb作為電源電壓Vdd加到高頻功率放大電路100一側(cè)。在GSM中，基帶&調(diào)制解調(diào)器300輸出和生成作為脈沖的輸出電平指示信號Ramp，使得該脈沖幅度的電平表示請求輸出電平。
在控制脈沖φp位于低電平的時間中，用于電壓控制的MOSFET23 1處于完全截止?fàn)顟B(tài)，并且電源電壓Vdd從開關(guān)調(diào)整器232加到高頻功率放大電路100。在輸出電平指示信號Ramp位于低電平的時間中，開關(guān)調(diào)整器232也停止工作，停止前的電源電壓被保持在平滑電容器內(nèi)，如圖4E所示，電源電壓Vdd保持幾乎相同的電勢。
在沒有放大器237的情況下，僅通過開關(guān)調(diào)整器232將電源電壓Vdd提供給高頻功率放大電路100的電源電路中，如圖4F所示，當(dāng)高頻功率放大電路作為負(fù)載開始工作時，就會發(fā)生電流突然流動及輸出暫時降低的現(xiàn)象。相比之下，本實(shí)施例的電源電路200的優(yōu)點(diǎn)在于電源電壓Vdd的降低非常小，如圖4E所示。
當(dāng)請求輸出電平為高時，開關(guān)SW2根據(jù)輸出電平指示信號Ramp的高電平時間，周期性地切換到電池電壓Vb一側(cè)，從而將用于電壓控制的MOSFET 231周期性地設(shè)為導(dǎo)通狀態(tài)。在導(dǎo)通狀態(tài)下，電池電壓Vb本身作為電源電壓Vdd加到高頻功率放大電路100。
第三實(shí)施例圖5是本發(fā)明的用于高頻功率放大電路的電源電路的另一個實(shí)施例的示意圖。本實(shí)施例的電源電路200的配置幾乎與圖1所示相同，除了在電源電路200的電壓輸出端和接地點(diǎn)之間增加了一個放電MOSFET TR1，在MOSFET TR1和接地點(diǎn)之間增加了一個MOSFETTR2，這樣，當(dāng)用于電壓控制的MOSFET 231被截止時，可以將輸出電源電壓Vdd快速降低到預(yù)定的電勢。
在第三實(shí)施例中，放電MOSFET TR1是N溝道MOSFET，并根據(jù)放大器237的輸出，與用于電壓控制的P溝道MOSFET 231互補(bǔ)工作。如圖6所示，控制信號DCS變?yōu)榈碗娖胶螅琈OSFET TR1只在時間ΔT內(nèi)受控被控制為導(dǎo)通，在時間ΔT內(nèi)，根據(jù)將單脈沖生成電路239生成的脈沖信號φp顛倒所得的信號/φp，MOSFET TR2截止。因此，當(dāng)用于電壓控制的MOSFET 231截止時，可以將輸出電源電壓Vdd快速減少到預(yù)定電勢Vref·R1/(R1+R2)。
第四實(shí)施例圖7是本發(fā)明的高頻功率放大電路的電源電路的又一實(shí)施例的示意圖。第四個實(shí)施例的電源電路200的配置與圖1所示幾乎相同，除了在電阻分壓器238的電阻R3和接地點(diǎn)之間串聯(lián)連接了一個通/斷開關(guān)SW4，從而當(dāng)電源電路200斷開時，可以中斷平滑電容器235中存儲的電荷的放電路徑。由通過一個倒相器INV將外面提供的啟動信號SD進(jìn)行倒相獲得的信號來使開關(guān)SW4接通/斷開。其他配置與圖1所示相同，故這里不再贅述。
沒有開關(guān)SW4時，電荷經(jīng)由電阻R1至R3進(jìn)行放電。在開關(guān)調(diào)整器232處于斷開狀態(tài)期間，輸出電源電壓Vdd的電平會逐漸降低，如圖4E中虛線所示。但是，通過提供本實(shí)施例中的開關(guān)SW4，可以防止輸出電源電壓Vdd的降低。在圖3的實(shí)施例中，通過提高平滑電容器235的電容值和電阻R1至R3的電阻值，可以將輸出電源電壓Vdd的降低抑制到在實(shí)際使用中不發(fā)生問題的程度。這種情況下，仍然有一個問題無法實(shí)現(xiàn)電路尺寸的降低。因此，本實(shí)施例的配置是令人滿意的。
修改下面介紹對上述實(shí)施例的修改。
在上述實(shí)施例中，描述了使用用于電壓控制的MOSFET 231和用于驅(qū)動FET 231的放大器237構(gòu)成的串聯(lián)調(diào)整器的實(shí)例。也可以選擇用一個簡單的調(diào)整器作為串聯(lián)調(diào)整器，而不使用放大器，其中，用串聯(lián)的電阻R0和齊納二極管D0構(gòu)成的恒電壓電路生成的恒電壓驅(qū)動FET 231，如圖9所示。也可以采用與負(fù)載LD串聯(lián)的電阻R0和與負(fù)載LD并聯(lián)的用于電壓控制的MOSFET 231’構(gòu)成的并聯(lián)調(diào)整器，如圖10所示，代替串聯(lián)調(diào)整器。
圖11所示為高頻功率放大電路100的一個電路配置實(shí)例。本實(shí)施例的高頻功率放大電路100的結(jié)構(gòu)為多個場效應(yīng)晶體管(下文簡稱為晶體管)作為活動器件順序級連成多級。具體地，高頻功率放大電路100具有三級配置中間級晶體管Q2的柵極端連接第一級晶體管Q1的漏極端，末級晶體管Q3的柵極端連接中間級晶體管Q2的漏極端。
在圖11所示的高頻功率放大電路100中，高頻信號Pin經(jīng)由電容元件C1輸入到第一級晶體管Q1的柵極端，并且末級晶體管Q3的漏極端通過電容元件C4連接到輸出端Pout。高頻輸入信號Pin的直流成分被去除，而交流成分被放大，并輸出結(jié)果信號。此時的輸出電平受控于偏置控制電壓Vreg和來自電源電路230的電源電壓Vdd。經(jīng)由電阻R1、R2和R3，偏置控制電壓分別作為偏置電壓Vg1、Vg2和Vg3，加到晶體管Q1、Q2和Q3的柵極。例如，基帶&調(diào)制解調(diào)器300根據(jù)需要的輸出電平提供偏置控制電壓Vreg。
在圖11中，信號MS1-MS6表示用于匹配各級阻抗的起電感器作用的微帶線，以及MS7-MS9表示用于匹配電源電路200阻抗的微帶線。與微帶線MS1-MS6串聯(lián)的電容C1、C2、C3和C4具有阻斷電源電壓Vdd和柵極偏置電壓(Vg1、Vg2和Vg3)的直流電壓的功能。圖11中的高頻功率放大電路100只是一個例子，根據(jù)本發(fā)明的電源電路的電源電壓而工作的高頻功率放大電路100不限于此種配置。
上面根據(jù)實(shí)施例，對發(fā)明人的本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述。顯而易見，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，而是可以在不脫離本發(fā)明的原理的情況下做出各種修改。例如，在上述實(shí)施例中，將功率放大器的輸出設(shè)為高電平時，同時啟動串聯(lián)調(diào)整器和開關(guān)調(diào)整器，在預(yù)定時間后，用單脈沖只關(guān)掉串聯(lián)調(diào)整器。也可以提供用于檢測輸出電源電壓的裝置，并且在輸出電源電壓達(dá)到預(yù)定電平的時間點(diǎn)時，只關(guān)掉串聯(lián)調(diào)整器。也可以不關(guān)掉串聯(lián)調(diào)整器，而是控制串聯(lián)調(diào)整器的驅(qū)動電壓降低。
雖然在上述實(shí)施例中，電阻分壓器238由分壓電阻R1、R2和R3以及開關(guān)SW3構(gòu)成，輸出電平在兩個電平之間切換，但是也可以讓電阻分壓器238將輸出電平在三個或更多的電平間切換。相應(yīng)地，來自基帶&調(diào)制解調(diào)器300的控制信號CNT可以是三位或更多位的信號。
在第二實(shí)施例中，GSM系統(tǒng)包括功率檢測裝置410和自動功率控制電路430，本發(fā)明用于比較輸出電平指示信號Ramp和檢測信號Vsns并且控制功率放大器100的功率的閉環(huán)型的電源電路。通過提供將輸出電平指示信號Ramp加到放大器237的反相輸入端的路徑，本發(fā)明還可用于只根據(jù)來自電源電路200的電源電壓Vdd來控制功率放大器100的功率，而不必提供功率檢測裝置410和自動功率控制電路430的開路型電源電路。
此外，在前述實(shí)施例的電源電路中，優(yōu)選提供一個由鐵氧體磁珠構(gòu)成的濾波器和一個位于電感234和平滑電容器235之間的電容器。通過該濾波器，可去除開關(guān)調(diào)整器232切換期間發(fā)生的噪音，從而提高該模塊上裝配的模擬電路和開關(guān)調(diào)整器的功能。
在此描述了發(fā)明人的本發(fā)明種的高頻功率放大電路的電源電路，正如同在背景技術(shù)中所描述的應(yīng)用領(lǐng)域那樣，其能夠在GSM和CDMA兩種系統(tǒng)中進(jìn)行通信。本發(fā)明也可用于能夠進(jìn)行通信的便攜式電話的高頻功率放大電路的電源電路，不僅可用于上述兩種系統(tǒng)，而且還可用于能夠處理如頻帶1710至1785MHz的DCS(數(shù)字蜂窩系統(tǒng))和CDMA系統(tǒng)的頻帶信號的雙頻系統(tǒng)，以及用于能夠處理頻帶1850至1915MHz的PCS(個人通信系統(tǒng))和CDMA系統(tǒng)的頻帶信號的三頻系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種用于高頻功率放大電路的電源電路，包括第一直流電源，具有第一功率效率和第一響應(yīng)特性；以及第二直流電源，具有高于所述第一功率效率的第二功率效率和低于所述第一響應(yīng)特性的第二響應(yīng)特性；所述第一和第二直流電源并聯(lián)設(shè)置有電壓輸出端；電源電壓被加到連接到該電壓輸出端的該高頻功率放大電路；其中，當(dāng)改變提供給所述高頻功率放大電路的電源電壓從而改變所述高頻功率放大電路的輸出功率時，所述第一和第二直流電源電路均被啟動，并且經(jīng)過預(yù)定的時間或輸出電源電壓達(dá)到預(yù)定電平后，所述第一直流電源電路停止工作，或降低電源供應(yīng)能力。
2.一種用于高頻功率放大電路的電源電路，其向該高頻功率放大電路提供電源電壓，包括第一直流電源電路，由串聯(lián)調(diào)整器或并聯(lián)調(diào)整器構(gòu)成；以及第二直流電源電路，由開關(guān)調(diào)整器構(gòu)成；所述第一和第二直流電源并聯(lián)設(shè)置有電壓輸出端；以及電源端與所述電壓輸出端相連；其中，當(dāng)改變提供給所述高頻功率放大電路的電源電壓從而改變所述高頻功率放大電路的輸出功率時，所述第一和第二直流電源電路均被啟動，并且經(jīng)過預(yù)定的時間或輸出電源電壓達(dá)到預(yù)定電平后，所述第一直流電源電路停止工作，或降低電源供應(yīng)能力。
3.如權(quán)利要求2所述的用于高頻功率放大電路的電源電路，其中所述第一直流電源電路包括一個晶體管，其源極和漏極之間的通道連接在電壓輸入端和電壓輸出端之間或連接在所述電壓輸出端和接地點(diǎn)之間；以及一個差分放大器，連接到該晶體管的柵極端；以及其中，一個根據(jù)輸出電源電壓的電壓被反饋到所述差分放大器的一個輸入端，參考電壓被加到所述差分放大器的另一輸入端，并且所述晶體管根據(jù)所述差分放大器的輸出進(jìn)行工作。
4.如權(quán)利要求3所述的用于高頻功率放大電路的電源電路，其中，與反饋到所述差分放大器的一個輸入端的電壓相同的電壓被反饋到所述第二直流電源電路，并且所述第二直流電源電路根據(jù)所述反饋電壓進(jìn)行工作。
5.如權(quán)利要求3所述的用于高頻功率放大電路的電源電路，其中，在所述電壓輸出端和所述差分放大器的一個輸入端之間的反饋路徑中的某個中間點(diǎn)，提供能切換分壓率的電阻分壓器，并且通過切換從該電阻分壓器反饋的電壓，來切換要輸出的電源電壓的電平。
6.如權(quán)利要求3所述的用于高頻功率放大電路的電源電路，其中，當(dāng)所述第二直流電源電路停止工作時，所述反饋路徑從地電勢斷開連接，從而將所述電壓輸出端轉(zhuǎn)換為高阻抗?fàn)顟B(tài)，并且抑制連接到所述第二直流電源電路的平滑電容器中積累電荷的放電。
7.如權(quán)利要求3所述的用于高頻功率放大電路的電源電路，其中，與加到所述差分放大器的所述另一個輸入端的參考電壓相同的電壓被加到所述第二直流電源電路，并且所述第一和第二直流電源電路根據(jù)共用的參考電壓進(jìn)行工作。
8.一種用于電源的半導(dǎo)體集成電路，包括電壓控制晶體管，作為串聯(lián)調(diào)整器或并聯(lián)調(diào)整器的一個部件；差分放大器，用于輸出控制所述電壓控制晶體管的電壓；以及開關(guān)調(diào)整器；其中，所述差分放大器和所述開關(guān)調(diào)整器同時啟動，并且經(jīng)過預(yù)定的時間或輸出電源電壓達(dá)到預(yù)定的電平后，所述開關(guān)調(diào)整器停止工作，或降低電源供應(yīng)能力。
9.如權(quán)利要求8所述的用于電源的半導(dǎo)體集成電路，還包括一個反饋路徑，用于根據(jù)輸出電源電壓，將一個電壓反饋到所述差分放大器的一個輸入端；其中，與反饋到所述差分放大器的一個輸入端的電壓相同的電壓被反饋到所述開關(guān)調(diào)整器，向所述差分放大器的另一個輸入端和所述開關(guān)調(diào)整器提供共用的參考電壓，并且所述差分放大器和所述開關(guān)調(diào)整器分別根據(jù)所述參考電壓和所述反饋電壓進(jìn)行工作。
10.一種用于電源的電子器件，其中，根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于電源的半導(dǎo)體集成電路、連接到電源輸出端的平滑電容器和連接在所述開關(guān)調(diào)整器和所述電源輸出端之間的電感器被裝配到一個單一的絕緣襯底上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于高頻功率放大電路的電源電路，其輸出電壓響應(yīng)性能優(yōu)異，可用于GSM或WCDMA便攜式電話和能夠在兩種或以上通信系統(tǒng)(如GSM和CDMA)中進(jìn)行通信的便攜式電話，此外，具有較高的功率效率。用于高頻功率放大電路的電源電路的構(gòu)成為第一直流電源電路，如串聯(lián)調(diào)整器，其功率效率不高但能夠快速變成高電平；以及第二直流電源電路，如開關(guān)調(diào)整器，其不能快速變成高電平但功率效率較高。當(dāng)電源電壓需要快速變成高電平時，串聯(lián)調(diào)整器和開關(guān)調(diào)整器同時工作。當(dāng)輸出電源電壓達(dá)到預(yù)定電平時，串聯(lián)調(diào)整器停止工作。
文檔編號H03G1/00GK1627631SQ200410098380
公開日2005年6月15日 申請日期2004年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月8日
發(fā)明者三木修, 布川康弘, 伴野秀司, 森山史人 申請人:株式會社瑞薩科技