帶有具有不同特性的功率放大器的多天線無線設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了帶有具有不同特性的功率放大器以支持在多個天線上進(jìn)行傳輸?shù)牡臒o線設(shè)備。這些功率放大器可具有不同增益、不同最大輸出功率電平等，以便滿足不同無線系統(tǒng)的要求。在一示例性設(shè)計(jì)中，一種裝置包括具有不同特性的第一功率放大器和第二功率放大器。第一功率放大器放大第一輸入信號，并且為第一天線提供第一輸出信號。例如，在MIMO模式或發(fā)射分集模式中，第二功率放大器放大第一輸入信號或第二輸入信號，并且為第二天線提供第二輸出信號。例如，在CDMA模式或GSM模式中，僅第一功率放大器或第二功率放大器放大另一輸入信號，并且向第一天線提供另一輸出信號。
【專利說明】帶有具有不同特性的功率放大器的多天線無線設(shè)備
【背景技術(shù)】
[0001]1.領(lǐng)域
[0002]本公開一般涉及電子器件，尤其涉及無線設(shè)備。
[0003]I1.背景
[0004]無線設(shè)備(例如，蜂窩電話或智能電話)可包括耦合至天線以支持雙向通信的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)。對于數(shù)據(jù)傳送，發(fā)射機(jī)可用數(shù)據(jù)來調(diào)制射頻(RF)載波信號以獲得經(jīng)調(diào)制信號，放大經(jīng)調(diào)制信號以獲得具有恰當(dāng)輸出功率電平的輸出RF信號，并經(jīng)由天線將該輸出RF信號發(fā)射到基站。對于數(shù)據(jù)接收，接收機(jī)可經(jīng)由天線獲得收到RF信號并且可調(diào)理和處理該收到RF信號以恢復(fù)由基站發(fā)送的數(shù)據(jù)。
[0005]無線設(shè)備可包括耦合至多個天線的多個發(fā)射機(jī)和多個接收機(jī)以改善性能。然而，用于支持在多個天線上進(jìn)行傳輸?shù)碾娐废到y(tǒng)通常增加了無線設(shè)備的成本和大小。
[0006]附圖簡要說明
[0007]圖1示出能夠與不同無線通信系統(tǒng)通信的無線設(shè)備。
[0008]圖2示出具有單個天線的無線設(shè)備的框圖。
[0009]圖3示出用于單個天線的發(fā)射模塊的框圖。
[0010]圖4示出具有兩個天線的無線設(shè)備的框圖。
[0011]圖5示出帶有具有不同特性的功率放大器以用于兩個天線的發(fā)射模塊的框圖。
[0012]圖6A至6E示出圖5中的發(fā)射模塊中用于五種操作模式的信號路徑。
[0013]圖7示出阻抗匹配電路的示意圖。
[0014]圖8示出功率放大器的示意圖。
[0015]圖9示出開關(guān)的示意圖。
[0016]圖10示出用于由無線設(shè)備執(zhí)行放大的過程。
[0017]詳細(xì)描述
[0018]以下闡述的詳細(xì)描述旨在作為本公開的示例性設(shè)計(jì)的描述，而無意表示可在其中實(shí)踐本公開的僅有設(shè)計(jì)。術(shù)語“示例性”在本文中用于表示“用作示例、實(shí)例或解說”。本文中描述為“示例性”的任何設(shè)計(jì)不必被解釋為優(yōu)于或勝過其他設(shè)計(jì)。本詳細(xì)描述包括具體細(xì)節(jié)以提供對本公開的示例性設(shè)計(jì)的透徹理解。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將明顯的是，沒有這些具體細(xì)節(jié)也可實(shí)踐本文描述的示例性設(shè)計(jì)。在一些實(shí)例中，公知的結(jié)構(gòu)和器件以框圖形式示出以免湮沒本文中給出的示例性設(shè)計(jì)的新穎性。
[0019]本文描述了利用具有不同特性的非等同功率放大器來支持多個天線上的傳輸?shù)臒o線設(shè)備。非等同功率放大器是被設(shè)計(jì)成具有不同特性的功率放大器，不同特性諸如有不同增益、不同最大輸出功率電平、不同操作點(diǎn)、不同線性度等。這可以用針對非等同功率放大器的不同電路設(shè)計(jì)、不同晶體管大小、不同偏置電流、不同偏置電壓等來實(shí)現(xiàn)。非等同功率放大器可用于不同無線電技術(shù)，并且這些功率放大器的不同特性可以由于這些無線電技術(shù)所強(qiáng)加的不同要求而造成。
[0020]圖1示出能夠與不同無線通信系統(tǒng)120和122通信的無線設(shè)備110。無線系統(tǒng)120和122各自可以是碼分多址(CDMA)系統(tǒng)、全球移動通信系統(tǒng)(GSM)系統(tǒng)、長期演進(jìn)(LTE)系統(tǒng)、無線局域網(wǎng)(WLAN)系統(tǒng)等等。CDMA系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)寬帶CDMA (WCDMA)、cdma2000、或CDMA的某個其他版本，它們在本文的描述中統(tǒng)稱為“CDMA”。出于簡化起見，圖1示出了無線系統(tǒng)120包括一個基站130和一個系統(tǒng)控制器140,而無線系統(tǒng)122包括一個基站132和系統(tǒng)控制器142。一般而言，每個無線系統(tǒng)可包括任何數(shù)目的基站以及任何網(wǎng)絡(luò)實(shí)體集合。
[0021]無線設(shè)備110也可被稱為用戶裝備(UE)、移動站、終端、接入終端、訂戶單元、站等。無線設(shè)備110可以是蜂窩電話、智能電話、平板計(jì)算機(jī)、無線調(diào)制解調(diào)器、個人數(shù)字助理(PDA)、手持式設(shè)備、膝上型計(jì)算機(jī)、智能本、上網(wǎng)本、無繩電話、無線本地環(huán)路(WLL)站、藍(lán)牙設(shè)備等。無線設(shè)備110可配備有任何數(shù)目的天線。多個天線可以用于支持多輸入多輸出(MIMO)傳輸以增加吞吐量，支持發(fā)射分集從而對抗有害路徑效應(yīng)(例如，衰減、多徑、和干擾)，并且支持載波聚集以增加吞吐量等等。無線設(shè)備110可以能夠與無線系統(tǒng)120和/或122通信。無線設(shè)備110還可以能夠接收來自廣播站(例如，廣播站134)的信號。無線設(shè)備110還可以能夠接收來自一個或多個全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)中的衛(wèi)星(例如，衛(wèi)星150)的信號。
[0022]圖2示出無線設(shè)備200的框圖，該無線設(shè)備200可以是圖1中的無線設(shè)備110的示例性設(shè)計(jì)。在此示例性設(shè)計(jì)中，無線設(shè)備200包括數(shù)據(jù)處理器/控制器210、收發(fā)機(jī)220和天線250。收發(fā)機(jī)220包括支持雙向無線通信的發(fā)射機(jī)230和接收機(jī)260。
[0023]在發(fā)射路徑中，數(shù)據(jù)處理器210處理(例如，編碼和調(diào)制)待發(fā)射的數(shù)據(jù)并且向發(fā)射機(jī)230提供模擬輸出信號。在發(fā)射機(jī)230內(nèi)，發(fā)射(TX)電路232對該模擬輸出信號進(jìn)行放大、濾波并將其從基帶上變頻到RF，并且提供經(jīng)調(diào)制信號。TX電路232可包括放大器、濾波器、混頻器、振蕩器、本地振蕩器(LO)發(fā)生器、鎖相環(huán)(PLL)等。功率放大器(PA)234接收并放大經(jīng)調(diào)制信號并提供具有恰當(dāng)?shù)妮敵龉β孰娖降慕?jīng)放大RF信號。開關(guān)/雙工器240接收來自功率放大器234的經(jīng)放大RF信號，并且向天線250提供輸出RF信號。開關(guān)/雙工器240可包括開關(guān)和/或雙工器。
[0024]在接收路徑中，天線250接收來自基站和/或其他發(fā)射機(jī)站的信號并且提供收到RF信號，該收到RF信號被路由通過開關(guān)/雙工器240并且提供給接收機(jī)260。在接收機(jī)260內(nèi)，低噪聲放大器(LNA)262放大收到RF信號并提供輸入RF信號。接收(RX)電路264對該輸入RF信號進(jìn)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(shù)據(jù)處理器210。RX電路264可包括放大器、濾波器、混頻器、振蕩器、LO發(fā)生器、PLL，等等。
[0025]數(shù)據(jù)處理器/控制器210可為無線設(shè)備200執(zhí)行各種功能。例如，數(shù)據(jù)處理器210可對經(jīng)由發(fā)射機(jī)230發(fā)射的數(shù)據(jù)以及經(jīng)由接收機(jī)260收到的數(shù)據(jù)執(zhí)行處理。控制器210可以控制TX電路232、功率放大器234、RX電路264、LNA262、和/或開關(guān)/雙工器240的操作。存儲器212可存儲供數(shù)據(jù)處理器/控制器210使用的程序代碼和數(shù)據(jù)。
[0026]無線設(shè)備200可支持與CDMA、GSM、LTE、802.11和/或其他無線系統(tǒng)的通信。不同無線系統(tǒng)可利用不同無線電技術(shù)，并且對于經(jīng)由天線發(fā)射的輸出RF信號可具有不同輸出功率要求。例如，GSM系統(tǒng)可要求+33dBm的最大輸出功率，而CDMA系統(tǒng)可要求+27dBm的最大輸出功率。無線設(shè)備200可被設(shè)計(jì)成為無線設(shè)備200支持的每一系統(tǒng)提供最大輸出功率。
[0027]圖3示出了發(fā)射模塊300的示例性設(shè)計(jì)的框圖，發(fā)射模塊300可用于圖2中的功率放大器234以及開關(guān)/雙工器240。發(fā)射模塊300包括三條發(fā)射路徑310a、310b和310c。發(fā)射路徑310a包括從開關(guān)312a到開關(guān)342a的電路。發(fā)射路徑310b包括從開關(guān)312b到開關(guān)342b的電路。發(fā)射路徑310c包括從開關(guān)312c到開關(guān)342c的電路。
[0028]在發(fā)射路徑310a內(nèi)，開關(guān)312a使其一端耦合到發(fā)射模塊300的輸入(RFin)，并且另一端耦合到輸入匹配電路314a的輸入。激勵放大器(DA)316a使其輸入耦合到匹配電路314a的輸出，并且使其輸出耦合到級間匹配電路318a的輸入。第一功率放大器(PAl)320a使其輸入耦合到匹配電路318a的輸出，并且使其輸出耦合到輸出匹配電路322a的輸入。雙工器330使其發(fā)射(TX)端口耦合到匹配電路322a的輸出。
[0029]發(fā)射路徑310b包括如圖3中所示的串聯(lián)耦合的開關(guān)312b、匹配電路314b、激勵放大器316b、匹配電路318b、第二功率放大器(PA2)320b以及匹配電路322b。發(fā)射路徑310c包括如圖3中所示的串聯(lián)耦合的開關(guān)312c、匹配電路314c、激勵放大器316c以及匹配電路318c。開關(guān)324使其一端耦合到匹配電路318c的輸出，并且另一端耦合到雙工器330的TX端口。
[0030]在開關(guān)共用器340內(nèi)，開關(guān)342a耦合在雙工器330與節(jié)點(diǎn)X之間。開關(guān)342b耦合在匹配電路322b的輸出與節(jié)點(diǎn)X之間。開關(guān)342c耦合在匹配電路318c的輸出與節(jié)點(diǎn)X之間。天線250也耦合到節(jié)點(diǎn)X。開關(guān)342a、342b或342c向天線250提供輸出RF信號。開關(guān)(圖3中未示出)可耦合到節(jié)點(diǎn)X，并且可將收到RF信號從天線250提供給接收機(jī)(圖3中也未示出)。
[0031]在發(fā)射路徑310a中，匹配電路314a為激勵放大器316a執(zhí)行輸入阻抗匹配。激勵放大器316a為輸入RF信號提供放大。匹配電路318a執(zhí)行激勵放大器316a的輸出與功率放大器320a的輸入之間的阻抗匹配。功率放大器320a為輸入RF信號提供放大和高輸出功率。匹配電路322a為功率放大器320a執(zhí)行輸出阻抗匹配。發(fā)射路徑310b中的電路按照與發(fā)射路徑310a中對應(yīng)電路類似的方式來操作。發(fā)射路徑310c中的電路按照與發(fā)射路徑310a中對應(yīng)電路類似的方式來操作。匹配電路322b執(zhí)行功率放大器320b的輸出與天線250之間的阻抗匹配。
[0032]雙工器330支持以頻分雙工(FDD)方式進(jìn)行的操作，F(xiàn)DD被許多CDMA系統(tǒng)以及其他系統(tǒng)利用。對于FDD，針對下行鏈路和上行鏈路使用不同頻率。雙工器330可同時(i)將來自發(fā)射路徑310a或310c的輸出RF信號路由到天線250，并且(ii)將來自天線250的收到RF信號路由到接收機(jī)(RCVR)，圖3中未示出該接收機(jī)。開關(guān)342a到342c支持以時分雙工(TDD)方式進(jìn)行的操作，TDD被GSM系統(tǒng)以及其他系統(tǒng)利用。對于TDD，針對下行鏈路和上行鏈路兩者使用相同頻率。在發(fā)射區(qū)間期間，開關(guān)342a、342b或342c可將來自雙工器330、匹配電路322b、或匹配電路318c的輸出RF信號耦合到天線250。開關(guān)(圖3中未示出)可將來自天線250的收到RF信號耦合到接收機(jī)(圖3中也未示出)。
[0033]在圖3中示出的示例性設(shè)計(jì)中，發(fā)射模塊300包括具有不同特性的兩個功率放大器320a和320b，并且可支持具有不同要求的不同無線系統(tǒng)。具體而言，功率放大器320a可被選擇以在CDMA中提供具有最高達(dá)+27dBm輸出功率的輸出RF信號。功率放大器320b可被選擇以在GSM中提供具有最高達(dá)+33dBm輸出功率的輸出RF信號。這兩個功率放大器320a和320b是不同的，并且可具有不同增益、不同最大輸出功率電平、不同晶體管大小、不同偏置電流、不同偏置電壓、不同外部匹配網(wǎng)絡(luò)等，以便滿足CDMA和GSM的要求。[0034]取決于無線設(shè)備與之通信的具體系統(tǒng)，可以選擇或者功率放大器320a或者功率放大器320b。當(dāng)發(fā)射路徑310c被用于低輸出功率時，也可不選擇功率放大器。
[0035]發(fā)射模塊300支持?jǐn)?shù)種操作模式。每個操作模式與供輸入RF信號從發(fā)射模塊300的輸入到天線250的不同信號路徑相關(guān)聯(lián)。在任何給定時刻可選擇一種操作模式。用于所選操作模式的信號路徑可通過適當(dāng)?shù)乜刂瓢l(fā)射模塊300內(nèi)的開關(guān)來獲得。在發(fā)射區(qū)間期間，開關(guān)共用器340中這些開關(guān)之一可被閉合，而在接收區(qū)間期間，開關(guān)共用器340中這些開關(guān)之一可被閉合。對于所有操作模式，向發(fā)射模塊300施加單個輸入RF信號，并且由發(fā)射模塊300提供單個輸出RF信號。輸入RF信號可由功率放大器320a或320b來放大，或者不用功率放大器。
[0036]表1列出了發(fā)射模塊300支持的三種操作模式，并且還提供了針對每個操作模式的所選功率放大器(若有)、以及開關(guān)設(shè)置。其他操作模式還可以用更多開關(guān)來支持。
[0037]表1-用于發(fā)射模塊300的各操作模式
[0038]
【權(quán)利要求】
1.一種裝置，包括: 第一功率放大器，其被配置成放大第一輸入信號并且為第一天線提供第一輸出信號；以及 第二功率放大器，其被配置成放大所述第一輸入信號或第二輸入信號，并且為第二天線提供第二輸出信號，所述第一功率放大器和所述第二功率放大器具有不同特性。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一功率放大器和所述第二功率放大器具有以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng):不同增益、不同最大輸出功率電平、不同電路設(shè)計(jì)、不同晶體管大小、不同偏置電壓、和不同偏置電流。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一功率放大器和所述第二功率放大器被配置成放大所述第一輸入信號和所述第二輸入信號，并且為所述第一天線和所述第二天線提供所述第一輸出信號和所述第二輸出信號以實(shí)現(xiàn)多輸入多輸出(MIMO)傳輸。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一功率放大器和所述第二功率放大器兩者均被配置成放大所述第一輸入信號，并且為所述第一天線和所述第二天線提供所述第一輸出信號和所述第二輸出信號以實(shí)現(xiàn)發(fā)射分集。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一功率放大器被配置成放大第一載波的所述第一輸入信號并且所述第二功率放大器被配置成放大第二載波的所述第二輸入信號以實(shí)現(xiàn)載波聚集。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，在第一操作模式中所述第一功率放大器和所述第二功率放大器被配置成并發(fā)地為所述第一天線和所述第二天線提供所述第一輸出信號和所述第二輸出信號，其中在第二操作模式中僅所述第一功率放大器被配置成放大第三輸入信號并且為所述第一天線提供第三輸出信號，并且其中在第三操作模式中僅所述第二功率放大器被配置成放大第四輸入信號并且為所述第一天線提供第四輸出信號。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述第二功率放大器在所述第二操作模式中被禁用，而所述第一功率放大器在所述第三操作模式中被禁用。
8.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述第二操作模式和所述第三操作模式與不同無線電技術(shù)相關(guān)聯(lián)，并且所述第四輸出信號具有比所述第三輸出信號更高的最大輸出功率。
9.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括: 激勵放大器，其被配置成在第四操作模式中放大第五輸入信號并且為所述第一天線提供第五輸出信號，所述第五輸入信號在所述第四操作模式中不由任何功率放大器進(jìn)行放大。
10.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括: 第一激勵放大器，其被配置成放大所述第一輸入信號； 耦合在所述第一激勵放大器與所述第一功率放大器之間的第一匹配電路； 第二激勵放大器，其被配置成放大所述第一輸入信號或所述第二輸入信號；以及 耦合在所述第二激勵放大器與所述第二功率放大器之間的第二匹配電路。
11.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括: 第一開關(guān)，其被配置成在所述第一開關(guān)被啟用時將所述第一輸入信號朝向所述第一功率放大器路由；第二開關(guān)，其被配置成在所述第二開關(guān)被啟用時將所述第一輸入信號朝向所述第二功率放大器路由；以及 第三開關(guān)，其被配置成在所述第三開關(guān)被啟用時將所述第二輸入信號朝向所述第二功率放大器路由。
12.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括: 第一開關(guān)，其被配置成在所述第一開關(guān)被啟用時將所述第一輸出信號從所述第一功率放大器朝向所述第一天線路由；以及 第二開關(guān)，其被配置成在所述第二開關(guān)被啟用時將所述第二輸出信號朝向所述第二天線路由。
13.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一功率放大器和所述第二功率放大器制造在單個集成電路(IC)上。
14.一種方法，包括: 用第一功率放大器來放大第一輸入信號，以便為第一天線獲得第一輸出信號；以及 用第二功率放大器來放大所述第一輸入信號或第二輸入信號，以便為第二天線獲得第二輸出信號，所述第一功率放大器和所述第二功率放大器具有不同特性。
15.如權(quán)利要求14所述的方法,其特征在于,用第二功率放大器來放大所述第一輸入信號或所述第二輸入信號包括用所述第二功率放大器來放大所述第二輸入信號以便為所述第二天線獲得所述第二輸出信號，所述第一輸出信號和所述第二輸出信號經(jīng)由所述第一天線和所述第二天線發(fā)射以實(shí)現(xiàn)多輸入多輸出(MIMO)傳輸。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，用所述第二功率放大器來放大所述第一輸入信號或所述第二輸入信號包括用所述第二功率放大器來放大所述第一輸入信號以便為所述第二天線獲得所述第二輸出信號，所述第一輸出信號和所述第二輸出信號經(jīng)由所述第一天線和所述第二天線發(fā)射以實(shí)現(xiàn)發(fā)射分集。
17.如權(quán)利要求14所述的方法,其特征在于,用第一功率放大器來放大所述第一輸入信號包括用所述第一功率放大器來放大第一載波的所述第一輸入信號，并且其中用第二功率放大器來放大所述第一輸入信號或所述第二輸入信號包括用所述第二功率放大器來放大第二載波的所述第二輸入信號以便為所述第二天線獲得所述第二輸出信號，所述第一輸出信號和所述第二輸出信號經(jīng)由所述第一天線和所述第二天線發(fā)射以實(shí)現(xiàn)載波聚集。
18.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述第一功率放大器和所述第二功率放大器被配置成在第一操作模式中為所述第一天線和所述第二天線并發(fā)地提供所述第一輸出信號和所述第二輸出信號，所述方法進(jìn)一步包括: 在第二操作模式中，用所述第一功率放大器來放大第三輸入信號，以便為所述第一天線獲得第三輸出信號； 在所述第二操作模式中禁用所述第二功率放大器； 在第三操作模式中，用所述第二功率放大器來放大第四輸入信號，以便為所述第一天線獲得第四輸出信號；以及 在所述第三操作 模式中禁用所述第一功率放大器。
19.一種設(shè)備,包括: 用于放大的第一裝置，其被配置成放大第一輸入信號并且為第一天線提供第一輸出信號；以及 用于放大的第二裝置，其被配置成放大所述第一輸入信號或第二輸入信號，并且為第二天線提供第二輸出信號，所述用于放大的第一裝置和所述用于放大的第二裝置具有不同特性。
20.如權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其特征在于，所述用于放大的第二裝置被配置成放大所述第二輸入信號，并且為所述第二天線提供所述第二輸出信號，所述第一輸出信號和所述第二輸出信號經(jīng)由所述第一天線和所述第二天線發(fā)射以實(shí)現(xiàn)多輸入多輸出(MMO)傳輸。
21.如權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其特征在于，所述用于放大的第二裝置被配置成放大所述第一輸入信號，并且為所述第二天線提供所述第二輸出信號，所述第一輸出信號和所述第二輸出信號經(jīng)由所述第一天線和所述第二天線發(fā)射以實(shí)現(xiàn)發(fā)射分集。
22.如權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其特征在于，所述用于放大的第一裝置被配置成放大第一載波的所述第一輸入信號并為所述第一天線提供所述第一輸出信號，并且所述用于放大的第二裝置被配置成放大第二載波的所述第二輸入信號并為所述第二天線提供所述第二輸出信號，所述第一輸出信號和所述第二輸出信號經(jīng)由所述第一天線和所述第二天線發(fā)射以實(shí)現(xiàn)載波聚集。
【文檔編號】H04B1/04GK103843254SQ201280049118
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2012年10月4日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月4日
【發(fā)明者】B·S·阿蘇里, Y·趙 申請人:高通股份有限公司