Sigma-delta調(diào)制設(shè)備和sigma-delta調(diào)制功率放大器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及可以用于數(shù)字移動(dòng)通信和移動(dòng)電話的功率放大器，并且更具體地涉及與可以應(yīng)用sigma (西格瑪)-delta (德耳塔)調(diào)制信號(hào)的功率放大器相關(guān)的sigma_delta調(diào)制設(shè)備，并且涉及使用該sigma-delta調(diào)制設(shè)備的sigma_delta調(diào)制功率放大器
【背景技術(shù)】
[0002]單個(gè)移動(dòng)電話(諸如智能電話)可適應(yīng)第三代(3G)中的寬帶CDMA(W-CDMA)和CDMA2000通信方法、以及第四代(4G)中的長(zhǎng)期演進(jìn)(LTE)通信方法兩者是優(yōu)選的。覆蓋多個(gè)頻帶以在全世界很多區(qū)域中工作同樣是優(yōu)選的。用于這種類型的移動(dòng)電話的功率放大器(PA)需要對(duì)具有不同峰均功率比(PAPR)的信號(hào)進(jìn)行操作、在不同的頻率處工作、以及在不同的工作頻帶中工作。此外，由于功率放大器通常消耗很大功率，所以它還需要是高效的。此外，功率放大器需要更線性地工作以滿足標(biāo)準(zhǔn)化的失真。
[0003]功率放大器的效率與線性工作具有深厚的關(guān)系。為了獲得高線性而降低效率。即，隨著要放大的信號(hào)的PAPR變大，需要更高的線性且工作效率必然降低。上面W-CDMA和CDMA2000中的信號(hào)的PAPR為約3.5dB,但是LTE中的SC-FCDMA中的PAPR為約8dB。如果將載波聚合(CA)(將在LTE中考慮其標(biāo)準(zhǔn)化)用于來自終端的傳輸(即，用于上行鏈路)，則PAPR根據(jù)要捆綁的頻帶的數(shù)量而變化。
[0004]不同的功率放大器已經(jīng)被傳統(tǒng)地用于不同的應(yīng)用，以適應(yīng)復(fù)雜信號(hào)結(jié)構(gòu)。必然地，這需要很多功率放大器被安裝在小型終端中，并且由此給使得移動(dòng)電話緊湊的需求強(qiáng)加了壓力。
[0005]這種情況給通信LSI的整個(gè)結(jié)構(gòu)帶來了很多負(fù)擔(dān)，因此正在研究通過利用軟件從而可以適應(yīng)所有通信方法的無線單元。這里所需要的功率放大器是能夠覆蓋所有獨(dú)立于通信方法的應(yīng)用的單個(gè)功率放大器。
[0006]作為滿足這一需求的傳統(tǒng)功率放大器，開關(guān)型功率放大器的研究正在進(jìn)行。開關(guān)型功率放大器是有優(yōu)勢(shì)的，因?yàn)樵摴β史糯笃骺偸菆?zhí)行飽和操作從而可以使得效率很高。但是，所有用于移動(dòng)電話的當(dāng)前信號(hào)都具有幅度方向的信息，放大特定幅度是不可能的。因此，正在研究在開關(guān)型功率放大器中使用已經(jīng)應(yīng)用了 sigma-delta調(diào)制的信號(hào)。在例如專利文獻(xiàn)I “Digitally Controlled Oscillat1n Device”(日本未審查專利申請(qǐng)公開N0.2013-089997)中，嘗試通過優(yōu)化振蕩時(shí)鐘的設(shè)置分辨率來減少寬帶噪聲。在專利文獻(xiàn)2 “High Frequency Amplifier and Efficiency Increasing Method” (日本未審查專利申請(qǐng)公開N0.2011-041002)中，提出了通過優(yōu)化開關(guān)功率放大器的負(fù)載來提升開關(guān)效率的嘗試。這些嘗試是通過利用脈沖密度調(diào)制(PDM)來傳輸幅度方向的信息。這使得不需改變就能使用開關(guān)功率放大器，所以可以期望高效的工作。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)文檔
[0008]專利文獻(xiàn)
[0009][專利文獻(xiàn)I]日本未審查專利申請(qǐng)公開N0.2013-089997
[0010][專利文獻(xiàn)2]日本未審查專利申請(qǐng)公開N0.2011-041002

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]但是，使用sigma-delta調(diào)制信號(hào)的傳統(tǒng)功率放大器具有如下所述的一些問題。
[0012]第一個(gè)問題涉及頻譜的擴(kuò)展。圖2示出了傳統(tǒng)sigma-delta調(diào)制器的典型輸出頻譜。該圖示出了在sigma-delta調(diào)制之后的基帶的輸出頻譜。該信號(hào)被上變頻到射頻，并且被功率放大器放大。圖2示出了信號(hào)是具有20MHz帶寬的作為L(zhǎng)TE上行鏈路信號(hào)的SC-FCDMA的情況。除用傳輸信號(hào)TxSg標(biāo)記的部分之外，該圖中的所有部分都表示由sigma-delta調(diào)制導(dǎo)致的數(shù)字噪聲。在靠近傳輸頻帶的部分中該噪聲較低；隨著頻率失諧變大，噪聲電平升高。如果射頻被上變頻，則噪聲以傳輸信號(hào)為中心的低頻區(qū)域和高頻區(qū)域兩者中基本對(duì)稱地出現(xiàn)。在頻分雙工(FDD)通信方法的情況下，如果該噪聲的區(qū)域與接收頻帶重疊，則發(fā)生接收干擾。此外，相鄰信道漏泄功率(ACP)可能根據(jù)調(diào)制參數(shù)的設(shè)置而升聞。
[0013]第二個(gè)問題是，由于能量被分配給寬頻帶上的噪聲分量，所以分配給傳輸信號(hào)的能量減少；結(jié)果，功率放大器的效率降低。
[0014]第三個(gè)問題涉及Sigma-deIta調(diào)制中使用的時(shí)鐘的頻率。在sigma-deIta調(diào)制中，sigma-delta調(diào)制輸出的脈沖密度根據(jù)要調(diào)制的信號(hào)(后面描述的包絡(luò))的微分值而變化。一般地，需要約50倍包絡(luò)頻率作為要在sigma-delta調(diào)制中使用的時(shí)鐘。在LTE全頻帶通信的情況下，例如20MHz的帶寬(BW)是包絡(luò)頻率，所以高達(dá)該帶寬的50倍的時(shí)鐘頻率是IGHz0為了實(shí)現(xiàn)該時(shí)鐘，因此存在很多限制，諸如時(shí)鐘的精度和電流消耗(current draw)。
[0015]第四個(gè)問題是，需要開關(guān)功率放大器作為設(shè)置在sigma-delta調(diào)制設(shè)備之后的級(jí)的功率放大器。即，為了使得功率放大器精確地傳遞作為sigma-delta調(diào)制輸出的高速脈沖，需要將設(shè)置在作為功率放大器的一部分的半導(dǎo)體附近的匹配電路(用線圈、電容等形成)的時(shí)間常數(shù)減少到較小值。因此，需要已經(jīng)為其調(diào)整這些的專用開關(guān)功率放大器。
[0016]上述專利文獻(xiàn)I和2中描述的傳統(tǒng)技術(shù)可以被進(jìn)一步改進(jìn)，以滿足實(shí)際使用所需的功率放大器的性質(zhì)。
[0017]發(fā)明人認(rèn)識(shí)到能夠解決上述問題的sigma-delta調(diào)制功率放大器和sigma-delta調(diào)制設(shè)備的必要性。
[0018]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的sigma-delta調(diào)制設(shè)備包括:閾值比較器，所述閾值比較器將一索引給予來自數(shù)字調(diào)制器的數(shù)字輸出的電平高于預(yù)定閾值的部分，并且發(fā)送得到的輸出，所述數(shù)字調(diào)制器被配置為創(chuàng)建數(shù)字通信中的數(shù)字傳輸信號(hào)；sigma-delta調(diào)制器，所述sigma-delta調(diào)制器根據(jù)預(yù)先給定的時(shí)鐘對(duì)于來自數(shù)字調(diào)制器的數(shù)字輸出創(chuàng)建作為PDM調(diào)制脈沖的sigma-delta調(diào)制信號(hào)；替換單元,所述替換單元用來自對(duì)應(yīng)的疏化單元的輸出替換已經(jīng)給予所述索引的部分，該部分是來自閾值比較器的輸出的一部分；濾波單元，所述濾波單元通過數(shù)字濾波器對(duì)來自替換單元的輸出執(zhí)行帶阻濾波處理；以及D/A轉(zhuǎn)換單元，所述D/A轉(zhuǎn)換單元對(duì)來自濾波單元的輸出執(zhí)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。
[0019]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的sigma-delta調(diào)制功率放大器包括:包絡(luò)創(chuàng)建單元,所述包絡(luò)創(chuàng)建單元從創(chuàng)建數(shù)字通信中的數(shù)字傳輸信號(hào)的數(shù)字調(diào)制器接收調(diào)制輸出I和Q，并且輸出其包絡(luò)分量；相位創(chuàng)建單元，所述相位創(chuàng)建單元接收調(diào)制輸出I和Q并且創(chuàng)建它們的相位分量；sigma_delta調(diào)制設(shè)備,所述sigma-delta調(diào)制設(shè)備接收來自包絡(luò)創(chuàng)建單元的輸出；混合器，所述混合器通過利用來自sigma-delta調(diào)制設(shè)備的輸出和來自相位創(chuàng)建單元的輸出來創(chuàng)建sigma-delta正交調(diào)制信號(hào)；以及功率放大器，所述功率放大器接收來自混合器的輸出并且將所述輸出放大為希望的輸出；所述sigma-delta調(diào)制設(shè)備包括:閾值比較器，所述閾值比較器將索引給予來自包絡(luò)創(chuàng)建單元的輸出的電平高于預(yù)定閾值的部分，并且發(fā)送得到的輸出；sigma-delta調(diào)制器,所述sigma-delta調(diào)制器根據(jù)預(yù)先給定的時(shí)鐘對(duì)于來自數(shù)字調(diào)制器的數(shù)字輸出創(chuàng)建作為PDM調(diào)制脈沖的sigma-delta調(diào)制信號(hào)；疏化單元，所述疏化單元以預(yù)先指定的比例去除從sigma-delta調(diào)制器輸出的PDM調(diào)制脈沖；替換單元，所述替換單元用來自對(duì)應(yīng)的疏化單元的輸出替換已經(jīng)給予索引的部分，該部分是來自閾值比較器的輸出的一部分；濾波單元，所述濾波單元通過數(shù)字濾波器對(duì)來自替換單元的輸出執(zhí)行帶阻濾波處理；以及D/A轉(zhuǎn)換單元，所述D/A轉(zhuǎn)換單元對(duì)來自濾波單元的輸出執(zhí)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的這些實(shí)施例，可以抑制寬區(qū)域中的噪聲產(chǎn)生，并且抑制時(shí)鐘速度升高，因?yàn)橹辉诎j(luò)高的部分中將sigma-delta調(diào)制應(yīng)用于傳統(tǒng)sigma-delta調(diào)制功率放大器，并且移除了某些調(diào)制脈沖以防止高速度。另一個(gè)效果是，可以使用傳統(tǒng)功率放大器而不是專用開關(guān)功率放大器。
【附圖說明】
[0021]圖1是此實(shí)施例中的sigma-delta調(diào)制設(shè)備的框圖。
[0022]圖2示出了傳統(tǒng)sigma-delta調(diào)制器的典型輸出頻譜。
[0023]圖3 (a)至3 (C)示出了圖1中的功率放大器的工作。
[0024]圖4 (a)示出了在未使用此濾波器的情況下信號(hào)S3的頻譜，并且圖4(b)示出了由此濾波器濾波之后的頻譜。
[0025]圖5是示出使用圖1中示出的sigma-delta調(diào)制設(shè)備的功率放大器的結(jié)構(gòu)的第一個(gè)例子的框圖。
[0026]圖6是示出使用圖1中示出的sigma-delta調(diào)制設(shè)備的sigma-delta調(diào)制功率放大器的結(jié)構(gòu)的第二個(gè)例子的框圖。
[0027]圖7(a)示出了線性化器(LIN)被設(shè)置在功率放大器前面的級(jí)中的功率放大器(PA)的結(jié)構(gòu)，并且圖7(b)示出了功率放大器的輸入/輸出特性，以示出通過使用線性化器而獲得的效果。
[0028]圖8示出了使用數(shù)字前置補(bǔ)償器作為線性化器(LIN)的sigma-delta調(diào)制設(shè)備的結(jié)構(gòu)的例子。
[0029]圖9(a)示出了表示相鄰信道漏泄功率比(ACPR) [dBc]和輸出(Pout) [dBm]之間的關(guān)系的四條曲線，并且圖9(b)示出了為獲得此關(guān)系而執(zhí)行的仿真中使用的參數(shù)。
[0030]圖10示出了表示輸出(Pout) [dBm]和效率)之間的關(guān)系的三條曲線。
[0031]圖11示出了表示誤差矢量幅度(EVM)的數(shù)據(jù)的三條曲線。
[0032]圖12(a)和12(b)示出了表示來自此實(shí)施例中的sigma-delta調(diào)制功率放大器和傳統(tǒng)sigma-delta調(diào)制功率放大器的輸出的頻譜特性的曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0033]如下，將詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。
[0034]圖1是示意地示出此實(shí)施例中的sigma-delta調(diào)制設(shè)備的結(jié)構(gòu)的框圖。在圖1中，此sigma-delta調(diào)制設(shè)備(Σ-ΔΜ(?)24配置有時(shí)鐘發(fā)生器(Clk) 12、sigma-delta調(diào)制器(Σ-Δ) 13、閾值比較器(Vth) 14、疏化(thinning)單元15、替換單元16、數(shù)字帶阻濾波器(BE