包絡(luò)跟蹤裝置和方法
【專利摘要】一種裝置包括：放大器，具有通過數(shù)模轉(zhuǎn)換電路耦合至射頻信號的輸入；自適應(yīng)電源，具有耦合至所述放大器的偏置電壓的輸出，其中所述自適應(yīng)電源的所述輸出被配置為具有類似于所述射頻信號的包絡(luò)的形狀；以及具有包括傳感電路和映射電路的反饋電路，其中所述傳感電路用于感測從所述自適應(yīng)電源流向所述放大器的電流并且感測所述放大器的所述偏置電壓，所述映射電路用于感測所述放大器的所述偏置電壓，以及所述映射電路用于產(chǎn)生控制信號以動態(tài)地調(diào)整低通濾波器的參數(shù)，以便穩(wěn)定所述自適應(yīng)電源。
【專利說明】
包絡(luò)跟蹤裝置和方法
[0001] 本發(fā)明要求2014年2月19日遞交的發(fā)明名稱為"包絡(luò)跟蹤裝置和方法化nvelope Tracking ApparaUis and Method)"的第14/184,397號美國非臨時專利申請案的在先申請 優(yōu)先權(quán)，該在先申請的內(nèi)容W引入的方式并入本文本中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明設(shè)及一種包絡(luò)跟蹤裝置，尤其設(shè)及一種能夠動態(tài)調(diào)整控制環(huán)路參數(shù)W穩(wěn)定 所述控制環(huán)路并提高所述包絡(luò)跟蹤裝置的輸入到輸出響應(yīng)的包絡(luò)跟蹤裝置。
【背景技術(shù)】
[0003] 無線通信系統(tǒng)通過各種接入終端，諸如蜂窩電話、膝上型計(jì)算機(jī)和各種多媒體設(shè) 備，廣泛用來提供語音和數(shù)據(jù)服務(wù)給多個用戶。運(yùn)類通信系統(tǒng)可涵蓋諸如IEEE 801.11網(wǎng)絡(luò) 之類的局域網(wǎng)、蜂窩電話和/或移動寬帶網(wǎng)絡(luò)。通信系統(tǒng)可使用一種或多種多址技術(shù)，諸如 頻分多址（Frequen巧 Division Multiple Access,FDMA)、時分多址（Time Division Multiple Access,TDMA)、碼分多址（Code Division Multiple Access,CDMA)、正交頻分多 址（Frequen巧 Division Multiple Access,FDMA)、單載波頻分多址（Single Carrier Frequen巧Division Multiple Access,SC-抑MA)W及其它。移動寬帶網(wǎng)絡(luò)可W符合多個 標(biāo)準(zhǔn)，諸如主流第二代（2nd-Generation,2G)技術(shù)全球移動通信系統(tǒng)（Global System for Mobile Communications，GSM)、主流第S代（3rd-Generation,3G)技術(shù)通用移動通訊系統(tǒng) (Universal Mobile Telecommunications System, UMTS)W 及主流第四代（4th-Generation,4G)技術(shù)長期演進(jìn)(Xong Term Evolution，LTE)。
[0004] 無線網(wǎng)絡(luò)可包括無線設(shè)備和多個基站。該無線設(shè)備可W是筆記本電腦、手機(jī)或個 人數(shù)字助理(Personal Digital Assis化nt，PDA)、媒體播放器、游戲設(shè)備等等。基站與無線 設(shè)備在禪合于無線設(shè)備與基站之間的多個無線信道(例如從一個基站到一個無線設(shè)備的下 行信道)上通信。無線設(shè)備可在多個反饋信道(例如，從該無線設(shè)備到該基站的上行信道)上 向基站發(fā)回信息，包括信道信息。
[0005] 無線設(shè)備可包括禪合于天線與基帶處理器之間的發(fā)射器和接收器。由基帶處理器 產(chǎn)生的數(shù)字信號可映射到星座圖上，該數(shù)字信號通過該星座圖可轉(zhuǎn)換成同相信號和正交信 號。同相信號和正交信號都通過本地振蕩器轉(zhuǎn)換成具有某一載波頻率的同相和正交分量。 同相和正交分量在發(fā)送給功率放大器的輸入之前相加在一起。該功率放大器用于將輸入信 號放大到適于無線電通信的期望功率電平。
[0006] 功率放大器是無線網(wǎng)絡(luò)中的一個重要組件。為了提高無線網(wǎng)絡(luò)的性能，高效率和 高線性功率放大器是可取的。
[0007] 包絡(luò)跟蹤是一種提高功率放大器效率的有效技術(shù)。功率放大器的功耗與功率放大 器的偏置電壓電平成正比。然而，降低的偏置電壓會導(dǎo)致功率放大器的非線性，運(yùn)使功率放 大器的輸出信號惡化。如果調(diào)制功率放大器的偏置電壓使得偏置電壓遵循功率放大器的輸 出信號的包絡(luò)，則可保持功率放大器的線性操作。運(yùn)種經(jīng)調(diào)制的偏置電壓有助于減小偏置 電壓的平均值，從而降低功率放大器的平均功耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例提供了一種穩(wěn)定包絡(luò)跟蹤功率放大器的控制環(huán)路的系統(tǒng)、裝 置和方法，從而大體上解決或克服運(yùn)些和其它問題并大體上實(shí)現(xiàn)技術(shù)上的優(yōu)點(diǎn)。
[0009] 根據(jù)一實(shí)施例，一種裝置包括:放大器，具有通過數(shù)模轉(zhuǎn)換電路禪合至射頻信號的 輸入；自適應(yīng)電源，具有禪合至所述放大器的偏置電壓的輸出，其中所述自適應(yīng)電源的所述 輸出被配置為具有類似于所述射頻信號的包絡(luò)的形狀；W及包括傳感電路和映射電路的反 饋電路，其中所述傳感電路用于感測從所述自適應(yīng)電源流向所述放大器的電流并且感測所 述放大器的所述偏置電壓，所述映射電路用于感測所述放大器的所述偏置電壓，并且所述 映射電路用于產(chǎn)生控制信號W動態(tài)調(diào)整低通濾波器的參數(shù)，W便穩(wěn)定所述自適應(yīng)電源。
[0010] 根據(jù)另一實(shí)施例，一種系統(tǒng)包括：同相和正交信號發(fā)生器，用于產(chǎn)生同相信號和正 交信號;第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器，具有禪合至所述同相和正交信號發(fā)生器的輸出的輸入;包絡(luò)發(fā)生 器，具有禪合至所述同相和正交信號發(fā)生器的所述輸出的輸入;第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器，具有禪合 至所述包絡(luò)發(fā)生器的輸出的輸入；W及包絡(luò)跟蹤調(diào)制器，具有禪合至所述第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器 的輸出的輸入。
[0011] 所述系統(tǒng)還包括:放大器，所述放大器具有禪合至所述第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出的 輸入W及禪合至所述包絡(luò)跟蹤調(diào)制器的輸出的偏置電壓輸入，其中，所述包絡(luò)跟蹤調(diào)制器 包括自適應(yīng)電源，所述自適應(yīng)電源具有禪合至所述放大器的所述偏置電壓輸入的輸出，所 述自適應(yīng)電源的所述輸出被配置為具有類似于所述同相信號和所述正交信號的包絡(luò)的形 狀；W及包括感測電路和映射電路的反饋電路，其中，所述感測電路用于感測從所述自適應(yīng) 電源流向所述放大器的電流并且感測所述放大器的所述偏置電壓，W及所述映射電路用于 調(diào)整低通濾波器的參數(shù)W穩(wěn)定所述自適應(yīng)電源。
[0012] 根據(jù)又一實(shí)施例，一種方法包括:將射頻信號提供給放大器，其中所述放大器具有 禪合至自適應(yīng)電源的輸出的偏置電壓輸入;通過包絡(luò)發(fā)生器提取所述射頻的包絡(luò);所述自 適應(yīng)電源使得所述自適應(yīng)電源的所述輸出被配置為具有類似于所述射頻信號的所述包絡(luò) 的形狀；W及通過包括感測電路和映射電路的反饋電路基于檢測到的所述放大器的電流和 電壓信號來調(diào)整低通濾波器的參數(shù)。
[0013] 本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于使包括跟蹤調(diào)制器能夠基于不同操作條件動態(tài)地 調(diào)整它的控制環(huán)路參數(shù)。因此，包絡(luò)跟蹤調(diào)制器可在不造成性能降低的情況下穩(wěn)定控制環(huán) 路。此外，包絡(luò)跟蹤調(diào)制器可在不同的負(fù)載條件下具有提高的輸入到輸出頻率響應(yīng)。運(yùn)種提 高的輸入到輸出響應(yīng)有助于功率放大器實(shí)現(xiàn)更好的整體系統(tǒng)性能，諸如更高效率等等。
[0014] 上述內(nèi)容寬泛地概述了本發(fā)明的特征和技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，從而使下文對本發(fā)明的詳細(xì)描 述可W得到更好地理解。下文中將描述本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)，運(yùn)些特征和優(yōu)點(diǎn)形成本 發(fā)明的權(quán)利要求書的主題。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解，所公開的概念和具體實(shí)施例很容易作 為修改或設(shè)計(jì)用于執(zhí)行本發(fā)明的相同目的的其它結(jié)構(gòu)或過程的基礎(chǔ)。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng) 意識到此類等效構(gòu)造不脫離所附權(quán)利要求書所闡明的本發(fā)明的精神和范圍。
【附圖說明】
[0015] 為了更完整地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在參考下文結(jié)合附圖進(jìn)行的描述，其中：
[0016] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施例的包絡(luò)跟蹤放大器系統(tǒng)的方框圖；
[0017] 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施例的圖1所示的包絡(luò)跟蹤調(diào)制器的方框圖；
[0018] 圖3示出了根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施例的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的示意圖；
[0019] 圖4示出了根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施例的包絡(luò)跟蹤調(diào)制器的示意圖；W及
[0020] 圖5示出了根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施例的放大器系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的S域方框圖。
[0021 ]除非另有指示，否則不同圖中的對應(yīng)標(biāo)號和符號通常指代對應(yīng)部分。繪制各圖是 為了清楚地說明實(shí)施例的相關(guān)方面，因此未必是按比例繪制的。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 下文將詳細(xì)論述當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例的制作和使用。然而，應(yīng)了解，本發(fā)明提供可在各 種具體上下文中體現(xiàn)的許多適用的發(fā)明性概念。所論述的具體實(shí)施例僅僅說明用W實(shí)施和 使用本發(fā)明的具體方式，而不限制本發(fā)明的范圍。
[0023] 本發(fā)明將參考具體上下文中的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行描述，該具體上下文即動態(tài)地調(diào)整 包絡(luò)跟蹤放大器的控制環(huán)路參數(shù)。然而，本發(fā)明還可W應(yīng)用于各種功率放大器。W下將結(jié)合 附圖詳細(xì)說明各實(shí)施例。
[0024] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例的包絡(luò)跟蹤放大器系統(tǒng)的方框圖。包絡(luò)跟蹤 放大器系統(tǒng)100包括同相和正交信號發(fā)生器102、第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器104、收發(fā)器106和功率放 大器108。如圖1所示，同相和正交信號發(fā)生器102、第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器104、收發(fā)器106和功率放 大器108級聯(lián)連接。
[0025] 包絡(luò)跟蹤放大器系統(tǒng)100還包括由包絡(luò)生成單元112、第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器114和包絡(luò) 跟蹤調(diào)制器116構(gòu)成的包絡(luò)跟蹤裝置110。如圖1所示，包絡(luò)跟蹤裝置110禪合于同相和正交 信號發(fā)生器102與功率放大器108之間。具體而言，包絡(luò)跟蹤裝置110從同相和正交信號發(fā)生 器102接收輸入信號并產(chǎn)生控制信號(例如數(shù)字形式的Ed和模擬形式的E)，該控制信號用于 控制包絡(luò)跟蹤調(diào)制器116的操作W便進(jìn)一步控制施加到功率放大器108的偏置電壓Vcc。 [00%]在一些實(shí)施例中，同相和正交信號發(fā)生器102可實(shí)施為星座圖。由基帶處理器(未 示出）產(chǎn)生的數(shù)字信號可映射到星座圖上，該數(shù)字信號通過該星座圖可轉(zhuǎn)換成同相信號和 正交信號。
[0027] 第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器104用于將同相信號和正交信號轉(zhuǎn)換為它們對應(yīng)的模擬信號。數(shù) 模轉(zhuǎn)換器的操作原理眾所周知，因此在本文不進(jìn)一步詳細(xì)討論W避免不必要的重復(fù)。
[0028] 收發(fā)器106用于將同相信號和正交信號轉(zhuǎn)換為它們對應(yīng)的具有RF載波頻率的信 號。此外，同相信號和正交信號在收發(fā)器106中相加在一起。將由收發(fā)器106產(chǎn)生的所得信號 發(fā)送給功率放大器108。
[0029] 功率放大器108能夠?qū)⒂墒瞻l(fā)器106產(chǎn)生的輸出信號放大為適合進(jìn)行天線（未示 出）傳輸?shù)男盘?。針對RF應(yīng)用的功率放大器的操作原理眾所周知，因此在本文不討論W避免 重復(fù)。
[0030] 包絡(luò)生成單元112可接收與第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器104相同的同相和正交信號。包絡(luò)生成 單元112可從所接收到的同相和正交信號提取包絡(luò)。所接收到的同相和正交信號的包絡(luò)可 通過合適的包絡(luò)生成算法生成。在一些實(shí)施例中，所接收到的同相和正交信號的包絡(luò)可通 過W下方程給出：
[0031]
Cl)
[0032] 其中I為同相信號的振幅，而Q為正交信號的振幅。K為系數(shù)，其可通過預(yù)定查找表 獲取。
[0033] 在一些實(shí)施例中，Ed是數(shù)字信號，其可通過第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器114轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的模擬 信號E。如圖1所示，將包絡(luò)信號E提供給包絡(luò)跟蹤調(diào)制器116。在一些實(shí)施例中，包絡(luò)跟蹤調(diào) 制器116可實(shí)施為開關(guān)調(diào)節(jié)器。運(yùn)種開關(guān)調(diào)節(jié)器能夠基于包絡(luò)信號E調(diào)整它的輸出電壓。在 一些實(shí)施例中，開關(guān)調(diào)節(jié)器可替代地稱為自適應(yīng)電源。示例性開關(guān)調(diào)節(jié)器的詳細(xì)示意圖將 在下文參照圖3描述。
[0034] 在一些實(shí)施例中，功率放大器108的偏置電壓Vcc與功率放大器108的功率損失成 正比。然而，如果偏置電壓低于由功率放大器108處理的信號的包絡(luò)，則偏置電壓無法提供 功率放大器108的線性操作。為了實(shí)現(xiàn)高效率功率放大器，調(diào)制包絡(luò)跟蹤調(diào)制器116的輸出 使得輸出電壓與目標(biāo)信號E相同是可取的，該目標(biāo)信號基于正交信號（例如同相信號I和正 交信號Q)的包絡(luò)而產(chǎn)生。
[0035] 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施例的圖1所示的包絡(luò)跟蹤調(diào)制器的方框圖。包絡(luò)跟 蹤調(diào)制器116可包括低通濾波器202、脈沖寬度調(diào)制(pulse width modulation，PWM)發(fā)生器 204、開關(guān)網(wǎng)絡(luò)206和心(：濾波器208。低通濾波器201、PWM發(fā)生器204、開關(guān)網(wǎng)絡(luò)206和心(：濾波 器208如圖2所示級聯(lián)連接。
[0036] 在一些實(shí)施例中，開關(guān)網(wǎng)絡(luò)206和心(：濾波器208構(gòu)成具有可調(diào)整輸出電壓Vcc的功 率轉(zhuǎn)換器。PWM發(fā)生器204用于產(chǎn)生開關(guān)網(wǎng)絡(luò)206的柵極驅(qū)動信號。如圖2所示，PWM發(fā)生器204 接收兩個控制信號，即銀齒形信號化和誤差信號Ve。銀齒形信號化可由獨(dú)立的信號發(fā)生器 (未示出)產(chǎn)生。誤差信號Ve由低通濾波器202產(chǎn)生。
[0037] 包絡(luò)跟蹤模塊116還包括反饋環(huán)路。該反饋環(huán)路還可包括如圖2所示的外環(huán)路和內(nèi) 環(huán)路。外環(huán)路用于調(diào)節(jié)功率放大器108的偏置電壓Vcc。具體而言，將檢測到的偏置電壓與包 絡(luò)信號E進(jìn)行比較，并使用所得誤差來調(diào)整由Pmi發(fā)生器204產(chǎn)生的HVM信號的占空比。換言 之，外環(huán)路用于確保包絡(luò)跟蹤模塊116的輸出電壓Vcc大約是包絡(luò)信號E的一個副本。
[0038] 在一些實(shí)施例中，從包絡(luò)信號E到輸出電壓Vcc存在期望的頻率響應(yīng)，運(yùn)樣包絡(luò)信 號E可W在最小失真的情況下穿過包絡(luò)跟蹤模塊116。當(dāng)功率放大器108的輸入非常低時，功 率放大器108可汲取少量電流，運(yùn)通常意味著等效阻抗Zloa巧自常大。另一方面，當(dāng)功率放大 器108的輸入非常高時，功率放大器108可汲取大量電流，運(yùn)通常意味著等效阻抗Zloa巧戶常 小。
[0039] 如圖2所示，等效阻抗Zload是反饋環(huán)路的一部分。運(yùn)意味著等效阻抗Zload的變化 可能對輸入到輸出響應(yīng)造成影響。例如，功率放大器108可W具有正常操作下的正常阻抗水 平。當(dāng)?shù)刃ё杩筞load小于正常阻抗水平時，頻率響應(yīng)為過阻尼的，運(yùn)意味著只有包絡(luò)信號E 的低頻部分將在包絡(luò)跟蹤模塊116的輸出處顯示，運(yùn)樣降低了性能。另一方面，當(dāng)?shù)刃ё杩?Zload大于正常阻抗水平時，頻率響應(yīng)為欠阻尼的，運(yùn)意味著包絡(luò)信號E的高頻內(nèi)容放大太 多，經(jīng)常導(dǎo)致不穩(wěn)定?？偠灾?，響應(yīng)于不同的等效阻抗Zload水平而動態(tài)地調(diào)整控制環(huán)路 的參數(shù)是可取的。
[0040] 內(nèi)環(huán)路用于動態(tài)地調(diào)整控制環(huán)路的參數(shù)。具體而言，內(nèi)環(huán)路可基于不同的負(fù)載條 件調(diào)整低通濾波器202的參數(shù)。如圖2所示，內(nèi)環(huán)路由傳感電路214和映射電路212組成。為了 提高包絡(luò)跟蹤模塊116的穩(wěn)定性，檢測偏置電壓VccW及流進(jìn)功率放大器108的電流并將它 們發(fā)送給映射電路212。具體而言，通過傳感電路214感測功率放大器108的瞬時電流和瞬時 偏置電壓Vcc?？苫谒袦y到的瞬時電流和電壓估計(jì)瞬時阻抗Zload。
[0041] 基于所檢測到的電流和電壓W及等效阻抗Zload，映射電路212可相應(yīng)地調(diào)整低通 濾波器202的參數(shù)。低通濾波器202的參數(shù)調(diào)整導(dǎo)致包絡(luò)跟蹤模塊116的零點(diǎn)/極點(diǎn)的不同分 配。運(yùn)種不同分配有助于穩(wěn)定包絡(luò)跟蹤模塊116。如何分配零點(diǎn)/極點(diǎn)的詳細(xì)實(shí)施將在下文 參照圖4至圖5進(jìn)行描述。
[0042] 上文描述的內(nèi)環(huán)路的一個有利特征是，內(nèi)環(huán)路有助于提高包絡(luò)跟蹤模塊116的輸 入到輸出響應(yīng)。包絡(luò)跟蹤模塊116的負(fù)載是電源檢測到的功率放大器108的等效阻抗Zload (例如包絡(luò)跟蹤模塊116的輸出）。功率放大器108的等效阻抗是高度非線性的。在沒有內(nèi)環(huán) 路的情況下，運(yùn)種非線性負(fù)載會導(dǎo)致不穩(wěn)定的控制環(huán)路W及不可取的輸入到輸出響應(yīng)。
[0043] 通過使用內(nèi)環(huán)路，控制環(huán)路的參數(shù)可基于不同的負(fù)載條件進(jìn)行動態(tài)地調(diào)整。因此， 包絡(luò)跟蹤調(diào)制器116在不同的負(fù)載條件下可具有提高的輸入到輸出頻率響應(yīng)。運(yùn)種提高的 輸入到輸出頻率響應(yīng)有助于功率放大器108實(shí)現(xiàn)更高效率。
[0044] 總而言之，由于包絡(luò)跟蹤模塊116能夠在不同的負(fù)載條件下動態(tài)地調(diào)整控制環(huán)路 的參數(shù)，所W包絡(luò)跟蹤模塊116可實(shí)現(xiàn)更好的整體系統(tǒng)性能，諸如更高效率等等。
[0045] 圖3示出了根據(jù)本發(fā)明各種實(shí)施例的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的示意圖。如圖3所示，開關(guān)網(wǎng)絡(luò)206 禪合至kC濾波器208。在一些實(shí)施例中，kC濾波器208可由串聯(lián)連接的兩個レC濾波器組 成。如圖3所示，每個濾波器由電感器和電容器組成。L-C濾波器208禪合于開關(guān)網(wǎng)絡(luò)206與負(fù) 載電阻器之間DkC濾波器208有助于過濾P麗電壓(開關(guān)M2和M3的共同節(jié)點(diǎn)處的電壓）W在 kC濾波器208的輸出處獲取無噪波形。
[0046] 應(yīng)注意，圖3示出了僅一個kC濾波器。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識到許多變體、替 代物和修改。例如，存在多個級聯(lián)連接的心(：濾波器。限制本文圖示的kC濾波器的數(shù)目僅僅 是為了清楚地說明各種實(shí)施例的創(chuàng)造性方面。本發(fā)明不限于任何特定數(shù)目的心城!波器。
[0047] 開關(guān)網(wǎng)絡(luò)206包括串聯(lián)連接于電源Vsup與地之間的四個開關(guān)Ml、M2、M3和M4。在一 些實(shí)施例中，開關(guān)Ml和M4可實(shí)施為薄氧化物（亦稱為低壓）晶體管。選擇低壓晶體管用來實(shí) 現(xiàn)高開關(guān)頻率和低功耗。開關(guān)M2和M3可實(shí)施為厚氧化物(亦稱為高壓）晶體管。選擇高壓晶 體管用來允許開關(guān)在比低壓晶體管(例如，Ml和M4)的最大額定電壓高的電壓電平下操作。 [00 4引開關(guān)M2和M3的共同節(jié)點(diǎn)禪合至kC濾波器208的輸入。開關(guān)M2和M3的開/關(guān)分別由 如圖3所示的Vcas地和VcascH控制。在正常操作下，開關(guān)M2和M3的柵極保持在恒定電位處。 換言之，開關(guān)M2和開關(guān)M3都是接通的。輸出電壓Vcc通過調(diào)整HVM信號PWMH和PWML的占空比 可調(diào)，運(yùn)兩個PWM信號分別禪合至Ml和M4的柵極。
[0049] 如圖3所示，PWMH和PWML由HVM發(fā)生器204產(chǎn)生并用于控制開關(guān)Ml和M4的開/關(guān)。在 一些實(shí)施例中，PWM發(fā)生器204接收誤差信號Ve和斜坡信號化。誤差信號可由誤差放大器(未 示出）通過將所檢測到的輸出電壓Vcc與包絡(luò)信號E(在圖2中示出）進(jìn)行比較來產(chǎn)生。斜坡信 號化是具有固定振幅的電壓斜坡。斜坡信號可通過信號發(fā)生器(未示出）使用內(nèi)部時鐘來產(chǎn) 生。
[0050] 在一些實(shí)施例中，內(nèi)部時鐘設(shè)定一個鎖存器來啟動驅(qū)動循環(huán)，諸如接通開關(guān)Ml。誤 差放大器將所檢測到的輸出電壓與包絡(luò)信號E進(jìn)行比較并產(chǎn)生誤差信號Ve。當(dāng)誤差信號Ve 和電壓斜坡化交叉時，重置鎖存器，并且關(guān)閉開關(guān)(例如開關(guān)Ml)。在正常操作下，當(dāng)功率放 大器的輸入變化時，包絡(luò)信號E可相應(yīng)地變化。包絡(luò)信號E的變化可能導(dǎo)致誤差信號Ve相對 于電壓斜坡化的變化。運(yùn)種變化可能導(dǎo)致PWM信號（例如PWMH)的占空比的變化W迫使輸出 電壓Vcc的形狀基本上類似于包絡(luò)信號E的形狀。
[0051] 應(yīng)注意，圖3所示的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)206只是組成電源的一種方式，可W采用其它和替代 的實(shí)施例電源(諸如采用不同數(shù)目的上臂開關(guān)和下臂開關(guān))且可W為此功能采用其它電路 (例如線性調(diào)節(jié)器、充電累調(diào)節(jié)器等）。
[0052] 圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例的包絡(luò)跟蹤調(diào)制器的示意圖。如圖4所示，傳 感電路214實(shí)施為禪合于kC濾波器208的輸出與功率放大器108的偏置電壓端口之間的傳 感電阻器。傳感電路214用于實(shí)時感測負(fù)載電流和輸出電壓。
[0053] 映射電路212禪合于傳感電路214與低通濾波器202之間。將所感測到的負(fù)載電流 和輸出電壓發(fā)送給映射電路212,電流和輸出電壓在該映射電路中基于功率放大器108的特 性映射到控制信號。使用由映射電路212產(chǎn)生的控制信號調(diào)整低通濾波器202的參數(shù)W消除 功率放大器108的負(fù)載變化造成的影響。
[0化4] 應(yīng)注意，功率放大器108的特性可通過合適工藝，諸如工廠校準(zhǔn)工藝、特性工藝等 確定。
[0055] 如圖4所示，低通濾波器202由=個可調(diào)增益放大器構(gòu)成。第一可調(diào)增益放大器412 可提供零點(diǎn)給包絡(luò)跟蹤調(diào)制器116的控制環(huán)路。第一可調(diào)增益放大器412的轉(zhuǎn)移函數(shù)通過下 面的方巧給出：
[0056]
《2)
[0057]其中Cl表示第一可調(diào)增益放大器412的輸出電容，gmi為第一可調(diào)增益放大器412的 增益。
[005引第二可調(diào)增益放大器414可提供零點(diǎn)給包絡(luò)跟蹤調(diào)制器116的控制環(huán)路。第二可調(diào) 增益放大器414的轉(zhuǎn)移函數(shù)通過下面的方程給出：
[0059]
U')
[0060] 其中Cl表示第二可調(diào)增益放大器414的輸出電容，gmc為第二可調(diào)增益放大器414的 增益。
[0061] 第=可調(diào)增益放大器416可提供增益，該增益與包絡(luò)跟蹤調(diào)制器116的當(dāng)前誤差成 正比。第=可調(diào)增益放大器416的轉(zhuǎn)移函數(shù)通過下面的方程給出：
[0062] A3(S)=g郵.R (4)
[0063] 其中R表示第S可調(diào)增益放大器416的輸出負(fù)載電阻，gmR為第S可調(diào)增益放大器 416的增益。
[0064] 圖4還示出了第一加法和減法單元402 W及第二加法和減法單元404。如圖4所示， 第一加法和減法單元402具有禪合至第=可調(diào)增益放大器416輸出的正輸入和禪合至第二 可調(diào)增益放大器414輸出的負(fù)輸入。第二加法和減法單元404具有禪合至第一加法和減法 402輸出的正輸入和禪合至第一可調(diào)增益放大器412輸出的負(fù)輸入。第二加法和減法單元 404的輸出是誤差電壓Ve，將該誤差電壓與如圖4所示的PWM發(fā)生器406處的電壓斜坡化進(jìn)行 比較。
[0065] L-C濾波器208包括輸出電感器和輸出電容器。包絡(luò)跟蹤調(diào)制器116的負(fù)載是輸入 到功率放大器108的阻抗，該阻抗被稱為如圖4所示的ZloacL功率放大器108的阻抗Zload可 視不同的負(fù)載條件而變化。通過感測功率放大器108的電流和偏置電壓，控制環(huán)路可估計(jì)阻 抗Zload的值并動態(tài)調(diào)整可調(diào)增益放大器412、414和416的參數(shù)(例如增益）W實(shí)現(xiàn)可取的二 階響應(yīng)。調(diào)整可調(diào)增益放大器412、414和416的參數(shù)的詳細(xì)過程將在下文參照圖5進(jìn)行描述。
[0066] 圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例的放大器系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的S域方框圖。在圖 5所示的S域方框圖中，存在一個內(nèi)反饋環(huán)路和兩個外反饋環(huán)路。在第一外環(huán)路中，將輸出電 壓通過映射塊提供給低通濾波器。在第二外反饋回路中，將輸出電壓從包絡(luò)信號E中減去， 將包絡(luò)電壓E與輸出電壓之間的所得差提供給如圖5所示的低通濾波器。
[0067] 在內(nèi)反饋環(huán)路中，將輸出電壓從開關(guān)電壓中減去，并將所得差提供給B塊。如圖5所 示，B塊接收差信號W及映射塊的輸出并產(chǎn)生信號，將該信號從G塊的輸出中減去。將G塊的 輸出與B塊的輸出之差提供給PWM發(fā)生器(例如，圖5中示出的A塊)和延遲級，其中該延遲級 表示PWM發(fā)生器的延遲。將延遲級的輸出提供給如圖5所示的LC網(wǎng)絡(luò)H。
[0068] 為了獲取放大器系統(tǒng)的閉環(huán)轉(zhuǎn)移方程，A塊的增益和延遲塊的延遲定義如下：
[0069] A=I (5)
[0070] e_ST=l (6)
[0071] 在一些實(shí)施例中，H塊表示kC濾波器和負(fù)載阻抗。H塊是二階系統(tǒng)。H塊的轉(zhuǎn)移方程 可表不為：
[0072]
巧）
[0073] 由于H塊表示kC濾波器和負(fù)載阻抗，所W方程(7)中的hi和h2可通過下面的方程 給出：
[0074] (8)
[0075] (9)
[0076] 在一些實(shí)施例中，放大器系統(tǒng)的目標(biāo)閉環(huán)響應(yīng)可通過下面的方程給出：
[0077]
(10)
[0078] 在一些實(shí)施例中，B塊的轉(zhuǎn)移方程可通過下面的方程給出：
[0079] (11)
[0080] 。2)
[0081 ]在一些實(shí)施例中，G塊的轉(zhuǎn)移方程可通過下面的方程給出：
[00 劇 （13)
[0083] (14)
[0084]
(巧）
[0085] 目標(biāo)控制環(huán)路轉(zhuǎn)移方程可等同于閉環(huán)轉(zhuǎn)移函數(shù)。如果下面的條件滿足，則可實(shí)現(xiàn) 運(yùn)種關(guān)系：
[0086] ( 16)
[0087] (巧）
[0088] Cl 8)
[0089] 方程（16)、（17)和（18)所示為a、b和C與負(fù)載阻抗R之間的映射關(guān)系。換言之，一旦 負(fù)載阻抗R可用，就可W通過方程16至18計(jì)算a、b和C來推導(dǎo)出目標(biāo)閉環(huán)轉(zhuǎn)移函數(shù)。
[0090] 返回參考圖4，a是第S可調(diào)增益放大器416的增益;b是第二可調(diào)增益放大器414的 增益；C是第一可調(diào)增益放大器412的增益。如上所描述，a、b和C可從方程16至18中推導(dǎo)出。 低通濾波器202的參數(shù)可相應(yīng)地動態(tài)調(diào)整。
[0091] 雖然已詳細(xì)地描述了本發(fā)明的實(shí)施例及其優(yōu)點(diǎn)，但是應(yīng)理解，可W在不脫離如所 附權(quán)利要求書所界定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下對本發(fā)明做出各種改變、替代和更 改。
[0092] 此外，本發(fā)明的范圍并不局限于說明書中所述的過程、機(jī)器、制造、物質(zhì)組分、構(gòu) 件、方法和步驟的具體實(shí)施例。所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員可從本發(fā)明中輕易地了解，可根據(jù) 本發(fā)明使用現(xiàn)有的或即將開發(fā)出的，具有與本文所描述的相應(yīng)實(shí)施例實(shí)質(zhì)相同的功能，或 能夠取得與所述實(shí)施例實(shí)質(zhì)相同的結(jié)果的過程、機(jī)器、制造、物質(zhì)組分、構(gòu)件、方法或步驟。 相應(yīng)地，所附權(quán)利要求范圍包括運(yùn)些過程，機(jī)器，制造，物質(zhì)組分，構(gòu)件，方法或步驟。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種裝置，其特征在于，包括： 放大器，具有通過數(shù)模轉(zhuǎn)換電路耦合至射頻信號的輸入； 自適應(yīng)電源，具有耦合至所述放大器的偏置電壓的輸出，其中所述自適應(yīng)電源的所述 輸出被配置為具有類似于所述射頻信號的包絡(luò)的形狀;以及 反饋電路，包括傳感電路和映射電路，其中所述傳感電路用于： 感測從所述自適應(yīng)電源流向所述放大器的電流；以及 感測所述放大器的所述偏置電壓，所述映射電路用于產(chǎn)生控制信號以動態(tài)地調(diào)整低通 濾波器的參數(shù)，以便穩(wěn)定所述自適應(yīng)電源。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于： 所述自適應(yīng)電源包括所述低通濾波器、脈沖寬度調(diào)制（pulse widthmodulation，P麗） 發(fā)生器、開關(guān)網(wǎng)絡(luò)和輸出濾波器。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于： 所述開關(guān)網(wǎng)絡(luò)包括串聯(lián)連接于固定直流電源與地之間的四個開關(guān)，其中所述四個開關(guān) 被控制使得所述自適應(yīng)電源的輸出電壓跟蹤所述射頻信號的所述包絡(luò)。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述低通濾波器包括： 第一可調(diào)運(yùn)算放大器，用于提供第一可調(diào)零點(diǎn)給所述自適應(yīng)電源的控制環(huán)路； 第二可調(diào)運(yùn)算放大器，用于提供第二可調(diào)零點(diǎn)給所述自適應(yīng)電源的所述控制環(huán)路；以 及 第三可調(diào)運(yùn)算放大器，用于提供可調(diào)增益給所述自適應(yīng)電源的所述控制環(huán)路。5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于： 具有輸入的所述PWM發(fā)生器，用于接收跟蹤所述射頻信號的所述包絡(luò)的控制信號并產(chǎn) 生耦合至所述開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的輸出信號。6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于： 所述傳感電路和所述映射電路級聯(lián)連接。7. -種系統(tǒng)，其特征在于，包括： 同相和正交信號發(fā)生器，用于產(chǎn)生同相信號和正交信號； 第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器，具有耦合至所述同相和正交信號發(fā)生器的輸出的輸入； 包絡(luò)發(fā)生器，具有耦合至所述同相和正交信號發(fā)生器的所述輸出的輸入； 第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器，具有耦合至所述包絡(luò)發(fā)生器的輸出的輸入； 包絡(luò)跟蹤調(diào)制器，具有耦合至所述第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出的輸入； 放大器，具有耦合至所述第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出的輸入以及耦合至所述包絡(luò)跟蹤調(diào)制 器的輸出的偏置電壓輸入，其中所述包絡(luò)跟蹤調(diào)制器包括： 自適應(yīng)電源，具有耦合至所述放大器的所述偏置電壓輸入的輸出，其中所述自適應(yīng)電 源的所述輸出被配置為具有類似于所述同相信號和所述正交信號的包絡(luò)的形狀;以及 反饋電路，包括傳感電路和映射電路，其中所述傳感電路用于： 感測從所述自適應(yīng)電源流向所述放大器的電流；以及 感測所述放大器的所述偏置電壓，所述映射電路用于調(diào)整低通濾波器的參數(shù)以便穩(wěn)定 所述自適應(yīng)電源。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括： 耦合于所述放大器與所述第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器之間的收發(fā)器。9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于： 所述自適應(yīng)電源包括所述低通濾波器、脈沖寬度調(diào)制（pulse widthmodulation，P麗） 發(fā)生器、開關(guān)網(wǎng)絡(luò)和輸出濾波器。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于： 所述低通濾波器、所述PWM發(fā)生器、所述開關(guān)網(wǎng)絡(luò)和所述輸出濾波器級聯(lián)連接。11. 根據(jù)權(quán)利要求9至10中的任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于： 所述PWM具有耦合至斜坡發(fā)生器的第一輸入以及耦合至所述低通濾波器的輸出的第二 輸入。12. 根據(jù)權(quán)利要求9至11中的任一權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述低通濾波器 包括： 第一可調(diào)運(yùn)算放大器，用于提供第一可調(diào)零點(diǎn)給所述自適應(yīng)電源的控制環(huán)路； 第二可調(diào)運(yùn)算放大器，用于提供第二可調(diào)零點(diǎn)給所述自適應(yīng)電源的所述控制環(huán)路；以 及 第三可調(diào)運(yùn)算放大器，用于提供可調(diào)增益給所述自適應(yīng)電源的所述控制環(huán)路。13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括： 第一加法和減法單元，具有耦合至所述第三可調(diào)運(yùn)算放大器的輸出的正輸入以及耦合 至所述第二可調(diào)運(yùn)算放大器的輸出的負(fù)輸入；以及 第二加法和減法單元，具有耦合至所述第一加法和減法單元的輸出的正輸入以及耦合 至所述第一可調(diào)運(yùn)算放大器的輸出的負(fù)輸入。14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于： 所述第二加法和減法單元的輸出耦合至所述PWM發(fā)生器的所述第二輸入。15. -種方法，其特征在于，包括： 將射頻信號提供給放大器，其中所述放大器的偏置電壓輸入耦合至自適應(yīng)電源的輸 出； 通過包絡(luò)發(fā)生器提取所述射頻的包絡(luò)； 所述自適應(yīng)電源使得所述自適應(yīng)電源的所述輸出被配置為具有類似于所述射頻信號 的所述包絡(luò)的形狀；以及 基于通過包括感測電路和映射電路的反饋電路檢測到的所述放大器的電流和電壓信 號調(diào)整低通濾波器的參數(shù)。16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，還包括： 感測從所述自適應(yīng)電源流向所述放大器的電流；以及 感測所述放大器的所述偏置電壓，其中所述映射電路用于產(chǎn)生控制信號以動態(tài)地調(diào)整 低通濾波器的所述參數(shù)，以便穩(wěn)定所述自適應(yīng)電源。17. 根據(jù)權(quán)利要求15至16中的任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述低通濾波器 包括： 第一可調(diào)運(yùn)算放大器，用于提供第一可調(diào)零點(diǎn)給所述自適應(yīng)電源的控制環(huán)路； 第二可調(diào)運(yùn)算放大器，用于提供第二可調(diào)零點(diǎn)給所述自適應(yīng)電源的所述控制環(huán)路；以 及 第三可調(diào)運(yùn)算放大器，用于提供可調(diào)增益給所述自適應(yīng)電源的所述控制環(huán)路。18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于： 基于所述檢測到的所述放大器的電流和電壓信號調(diào)整所述第一可調(diào)運(yùn)算放大器的增 益； 基于所述檢測到的所述放大器的電流和電壓信號調(diào)整所述第二可調(diào)運(yùn)算放大器的增 益； 基于所述檢測到的所述放大器的電流和電壓信號調(diào)整所述第三可調(diào)運(yùn)算放大器的增 益。19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，還包括： 通過第一加法/減法單元將所述第三可調(diào)運(yùn)算放大器的輸出從所述第二可調(diào)運(yùn)算放大 器的輸出中減去；以及 通過第二加法/減法單元將所述第三可調(diào)運(yùn)算放大器的輸出從所述第二可調(diào)運(yùn)算放大 器的輸出中減去。20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于： 基于所述第二加法/減法單元的輸出信號與鋸齒形信號之間的比較產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制 (pulse width modulation，PWM)信號。
【文檔編號】H04B1/04GK105850050SQ201580003393
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2015年2月13日
【發(fā)明人】姜虹, 瓦埃勒·高格, 馬太·科斯迪尼克
【申請人】華為技術(shù)有限公司