集成電路、無線通信單元及電源供應(yīng)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明有關(guān)于一種無線通信單元，用于提供一種電源的傳送器結(jié)構(gòu)以及電路。本發(fā)明應(yīng)用于，但不限于為一用于線性傳送器和無線通信單元的電源集成電路以及一相關(guān)的功率放大器電源電壓供應(yīng)方法。本發(fā)明主要的技術(shù)領(lǐng)域?yàn)閼?yīng)用于無線通信中的射頻(rad1frequency, RF)功率放大器技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著可用于無線通信系統(tǒng)的有限頻譜所帶來的壓力，推動(dòng)線性調(diào)制體制的效率得到了不斷的發(fā)展。由于線性調(diào)制機(jī)制的包絡(luò)波動(dòng)，使得送至天線的平均功率遠(yuǎn)低于最大功率值，從而導(dǎo)致了功率放大器的功率降低。因此，致力于發(fā)展一種能夠提供功率放大器的「功率回退」(back-off)(即線性)區(qū)域的高性能的高效率結(jié)構(gòu)，在本技術(shù)領(lǐng)域中具有一定的意義。
[0003]線性調(diào)制機(jī)制需要對調(diào)制后信號進(jìn)行線性放大，以最小化由頻譜再生(spectralre-growth)所引起的不期望的帶外(out-of-band)消耗。但是，應(yīng)用于一普通RF放大設(shè)備中的主動(dòng)裝置并非天生就是非線性的，只有當(dāng)消耗后的直流(DC)功率的一小部分轉(zhuǎn)換為RF功率時(shí)，放大設(shè)備的轉(zhuǎn)換函數(shù)才能夠近似地為一直線，即運(yùn)作為一理想的線性放大器。這種運(yùn)作模式能夠提供一低效率的DC功率至RF功率的轉(zhuǎn)換，但是并不適用于便攜式(用戶)無線通信單元中。此外，對于基站來說，這種低效率運(yùn)作模式同樣存在一定問題。
[0004]此外，便攜式(用戶)裝置的重點(diǎn)在于增長電池的壽命。為了同時(shí)達(dá)到線性度以及高效率的目的，所謂的直線化(linearisat1n)技術(shù)得到應(yīng)用以改善更多類別的放大器的線性度，例如AB類、B類或者C類放大器。各種直線化技術(shù)紛紛出現(xiàn)，從而可應(yīng)用于線性傳送器的設(shè)計(jì)當(dāng)中，例如笛卡爾(Cartesian)反饋、前置反饋(Feed-forward)以及適應(yīng)性的預(yù)失真(Adaptive Pre-distort1n)。
[0005]線性放大器(例如AB類放大器)的輸出電壓通?？梢砸罁?jù)RF功率放大器(PowerAmplifier, PA)設(shè)備的需求而設(shè)定。通常地，PA的最小電壓遠(yuǎn)大于AB類放大器的輸出設(shè)備所需求的電壓。因此，這還不是效率最好的放大技術(shù)。傳送器(主要指PA)的效率由輸出設(shè)備兩端的電壓，以及任何下拉式設(shè)備元件兩端的任何過電壓(excess voltage)來決定的，該過電壓由PA的最小所需電源電壓(Vmin)所引起。
[0006]為了提高傳送上行鏈路通信通道中的比特率，需要研究，或者確切地說，需要應(yīng)用一具有一振幅調(diào)制(amplitude modulat1n, AM)元件的更好的調(diào)制機(jī)制。這些調(diào)制機(jī)制，例如16位正交振幅調(diào)制(16-QAM)機(jī)制，需要分別關(guān)聯(lián)于調(diào)制包絡(luò)波形的多個(gè)高峰值因子(即波動(dòng)程度)的多個(gè)線性PA。而這于現(xiàn)有技術(shù)中常使用的包絡(luò)調(diào)制機(jī)制是相互矛盾的，并將導(dǎo)致功率效率以及線性度的大大降低。
[0007]因此，為了克服上述的效率以及線性度問題，多種解決方法得以提出。其中一種方法是關(guān)于對PA的電源電壓進(jìn)行調(diào)制，以使其與即將被RF PA傳送的無線頻率波形的包絡(luò)相匹配。包絡(luò)調(diào)制需要PA電源提供一反饋信號至放大器的控制斷。上述應(yīng)用包絡(luò)調(diào)制的方法包括對包絡(luò)的去除及恢復(fù)(envelope eliminat1n and restorat1n，EER)，及包絡(luò)追蹤(envelope tracking，ET)。以及上述的所有操作均需要在PA的電源斷使用一帶寬電源信號。
[0008]眾所周知的是PA電源中對RF包絡(luò)追蹤的應(yīng)用可以同時(shí)改善高功率傳送環(huán)境下的高峰值平均功率(peak-to-average power,PAPR)的PA效率以及線性度。圖1為兩種現(xiàn)有的可選技術(shù)的示意圖100。第一種技術(shù)提供了一固定電源電壓105至一 PA，第二種技術(shù)中，PA的電源電壓被調(diào)整為對RF包絡(luò)波形115進(jìn)行追蹤。在第一種技術(shù)中，PA電源電壓余度110的超額部分得到利用(否則將被浪費(fèi))，而無需考慮被放大的調(diào)制后RF波形的特性。但是，在第二種技術(shù)115中，PA電源電壓余度的超額部分能夠透過RF PA電源得以降低120，從而使得PA電源能夠精確地追蹤瞬時(shí)RF包絡(luò)。
[0009]眾所周知的是開關(guān)式電源(SMPS)技術(shù)可以用于提高效率。一 SMPS實(shí)質(zhì)為包含一開關(guān)式穩(wěn)壓器的電源，其具有高效率的電功率轉(zhuǎn)換能力。與其他類型的電源一樣，一 SMPS可以將一電源，例如一無線通信單元的電池轉(zhuǎn)移至一負(fù)載，例如一功率放大器中，同時(shí)對電壓及電流特性進(jìn)行換轉(zhuǎn)。一 SMPS通常用以有效地提供一調(diào)整后輸出電壓，該輸出電壓的電壓電平通常不同于輸入電壓。與一線性電源不同，開關(guān)模式電源的傳輸晶體管可以快速地在完全開啟及完全關(guān)閉狀態(tài)之間進(jìn)行切換，從而可以減小能量的消耗。通過改變「開」與「關(guān)」之間的切換時(shí)間的比率，電壓可以得以調(diào)整。相反地，一線性電源則必須驅(qū)動(dòng)電壓超額部分以調(diào)整該輸出。其所具有的更高的效率實(shí)質(zhì)上相當(dāng)于一 SMPS原本便具有的優(yōu)勢。因此，當(dāng)需要獲得更高的效率、更小的尺寸面積或者更小的電源時(shí)，可以使用開關(guān)式穩(wěn)壓器以替代線性穩(wěn)壓器。但是，開關(guān)式穩(wěn)壓器會(huì)更復(fù)雜，簡單的設(shè)計(jì)又會(huì)帶來低功率，以及若開關(guān)電流未得到很好的抑制，其會(huì)引起噪聲問題。
[0010]圖2為現(xiàn)有技術(shù)中輸出功率(Pout [dBm]) 205與輸入功率(Pin[dBm]) 210的關(guān)系示意圖200。其中，當(dāng)一PA電源電壓被調(diào)整為應(yīng)用一包絡(luò)追蹤技術(shù)時(shí)，各種功能及運(yùn)作上的優(yōu)勢可以得以實(shí)現(xiàn)。通過將PA電源電壓應(yīng)用為追蹤瞬時(shí)RF包絡(luò)115，PA可以于振幅調(diào)制至振幅調(diào)制(AM-AM)的曲線220范圍內(nèi)維持一恒定增益215。相比于不使用PA電源電壓追蹤PA瞬時(shí)RF包絡(luò)的技術(shù)，上述通過傳送器對瞬時(shí)RF包絡(luò)115的電源電壓進(jìn)行追蹤的技術(shù)可以促使在相等的線性度(使用包絡(luò)追蹤)下，更高的輸出功率能力225的實(shí)現(xiàn)。此外，相比于PA增益與一固定電源相關(guān)的結(jié)構(gòu)，該包絡(luò)追蹤曲線200還能夠在應(yīng)用ET 230時(shí)降低PA增益。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，明顯地，PA特性與PA在為包絡(luò)追蹤選取的運(yùn)作環(huán)境下的運(yùn)作功能有關(guān)。
[0011]因此，相比于應(yīng)用一固定PA電源電壓的情形，PA的增益可以在使用包絡(luò)追蹤時(shí)得以降低。包絡(luò)追蹤還可以實(shí)現(xiàn)高PAPR環(huán)境下的一高效率增益。此外，PA可以于一更低溫度下實(shí)現(xiàn)相等的輸出功率，從而可以降低熱量的散失以及可以提高效率。但是，同樣需要了解的是，由于包絡(luò)追蹤需要得到一高效率，因此在實(shí)際實(shí)作中，高帶寬電源調(diào)制器以及對RF包絡(luò)的精確追蹤難以實(shí)現(xiàn)。
[0012]圖3A為當(dāng)調(diào)整一 PA電源電壓以應(yīng)用包絡(luò)追蹤技術(shù)時(shí)，包絡(luò)頻譜密度(PSD(V2/100KhZ))305與所需頻率310的關(guān)系示意圖300。圖3B為當(dāng)調(diào)整一 PA電源電壓以應(yīng)用包絡(luò)追蹤技術(shù)時(shí)，一集成AM功率355與頻率360之間的關(guān)系示意圖350。包絡(luò)頻譜密度呈現(xiàn)了不同的調(diào)制狀況的一些共同特性，例如，低頻區(qū)域包含了能量的大部分，而高頻區(qū)域必須高至4-8MHz。如圖所示，上述兩個(gè)能量區(qū)域可通過一區(qū)域隔離開來，該隔離區(qū)域覆蓋的范圍為10kHz-400kHz，其中包含了很小部分能量。
[0013]因此，亟需一種改善的電源集成電路、無線通信單元以及功率放大器電源電壓控制方法，能夠使用上述線性以及高效率的傳送器結(jié)構(gòu)，以及特別是一種帶寬電源結(jié)構(gòu)能夠提供一高效率的電源電壓。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]有鑒于此，本發(fā)明尋求一種設(shè)計(jì)以減輕、緩和或消除上述提及的一個(gè)或多個(gè)問題。
[0015]—方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種集成電路，用以提供一電源至一射頻功率放大器，該集成電路包括:一包含一開關(guān)式穩(wěn)壓器的低頻電源路徑；以及一高電源路徑，用以調(diào)整該集成電路的輸出端的該電源的輸出電壓，其中該電源為一組合電源，該組合電源由該低頻電源路徑及該高頻電源路徑組合提供，以及該高頻電源路徑包括:一放大器，用于在高頻電源路徑施加一電源信號；以及一耦接于該放大器的輸出的電容，用以對該電源信號執(zhí)行直流電壓電平偏移；其中，該放大器包含一用以接收一反饋電壓的第一輸入，以及一用以接收一調(diào)制后包絡(luò)輸入信號的第二輸入，其中當(dāng)該放大器處于包絡(luò)追蹤運(yùn)作模式時(shí)，該低頻電源路徑被該放大器的輸出和參考信號控制。
[0016]另一方面，本發(fā)明實(shí)施例另提供一種無線通信單元，包含一射頻功率放大器及用以為該射頻功率放大器提供電源信號的一電源，該無線通信單元包括:一低頻電源路徑，包含一開關(guān)式穩(wěn)壓器；以及一高頻電源路徑，用以調(diào)整該集成電路的輸出端的該電源的輸出電壓，其中該電源為一組合電源，該組合電源由該低頻電源路徑及該高頻電源路徑組合提供，以及該高頻電源路徑包括:一包含一電壓反饋的放大器，用于在高頻電源路徑施加一電源信號；以及一耦接于放大器的輸出的電容器，用以對該電源信號執(zhí)行直流電壓電平偏移；其中，該放大器包含一用以接收一反饋電壓的第一輸入，以及一用以接收一調(diào)制后包絡(luò)輸入信號的第二輸入，其中當(dāng)該放大器處于包絡(luò)追蹤運(yùn)作模式時(shí)，該低頻電源路徑被該放大器的輸出和參考信號控制。
[0017]再一方面，本發(fā)明提供一種電源供應(yīng)方法，用于為一射頻功率放大器提供電源，包括:通過一開關(guān)式穩(wěn)壓器提供一低頻電源至該射頻功率放大器；通過一高頻電源路徑提供一高頻電源至該射頻功率放大器；將一放大器輸出的電源驅(qū)動(dòng)至該射頻功率放大器，該放大器位于該高頻電源路徑，其中，該放大器包含一用以接收一反饋電壓的第一輸入，以及一用以接收一調(diào)制后包絡(luò)輸入信號的第二輸入，其中當(dāng)該放大器處于包絡(luò)追蹤運(yùn)作模式時(shí)，該低頻電源路徑被該放大器的輸出和參考信號控制；以及對該高頻電源路徑提供的高頻電源執(zhí)行直流電壓電平偏移。
[0018]以上所述的集成電路、無線通信單元以及電源供應(yīng)方法能夠提供一高效率及高線性度的電源電壓。
【附圖說明】
[0019]圖1為現(xiàn)有的提供一固定電源電壓至一 PA的第一電源技術(shù)以及將該P(yáng)A電源電壓調(diào)整為對RF包絡(luò)進(jìn)行追蹤的第二電源技術(shù)的實(shí)施例的示意圖；
[0020]圖2為當(dāng)調(diào)整一 PA電源電壓以應(yīng)用包絡(luò)追蹤技術(shù)時(shí)，各種功能及運(yùn)作優(yōu)勢得以實(shí)現(xiàn)的示意圖；
[0021]圖3A為當(dāng)調(diào)整一 PA電源電壓以應(yīng)用包絡(luò)追蹤技術(shù)時(shí)，包絡(luò)頻譜密度與頻率之間的關(guān)系不意圖；
[0022]圖3B為當(dāng)調(diào)整一 PA電源電壓以應(yīng)用包絡(luò)追蹤技術(shù)時(shí)，一整合AM功率與頻率之間的關(guān)系不意圖；
[0023]圖4為依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的應(yīng)用包絡(luò)追蹤的一無線通訊單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖5為依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的應(yīng)用包絡(luò)追蹤的無線通訊單元的傳送鏈中的部分電源電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖6為依據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的應(yīng)用包絡(luò)追蹤的無線通訊單元的傳送鏈中的部分電源電路的模塊示意圖；
[0026]圖7為依