专利名称：电压升压跟随器的集成实现方式及其方法
技术领域：
例如，如在WO040086321中所描述，已知通过用DC至DC转换器将供 电电压改变为与的传输的信号的幅值成比例来改善功率放大器(PA)的功耗。较低的集电极电压被用来实现较低的输出功率而较高的集电极电压被用 来处理待传输的信号的较高幅值部分。假设调节器处于高效率，通过开关模 式技术以低调制频率实现非常低的功耗。当该调制的频率增加时，设计越来 越快的开关模式调节器的难度变得太大并且需要多个线性功率处理级而不产 生效率增长。
006j该调节器方案是先有技术并且是通过变化放大晶体管上的集电极或漏极 电压并且改变功率放大器的负载线来增加功率放大器效率的 一种有效方式。 然而，线性度的要求迫使增益/相位响应与电压变化成线性，或者施加的预失 真。关于这一主题的其他变体试图与一个可变的基极供电相结合在集电极上 使用一种非常快速的、包络跟踪电源。该调制幅值是通过变化供电电压来实 现的而相位信息被注入射频信号。包络跟踪要求比直流至直流转换器方法甚 至要更复杂的电源并且仍有待以实用的方式得到证明。美国专利6，437, 641中 披露了这样一个电路，其中使用一个过量包络传感器来检测峰值电压并且进 而提高反馈到该功率放大器上的输出电压。
008包含功率放大器的RF系统具有带有大的峰值偏移的循环周期并且这些 峰值偏移需要进行处理，以便通过确保该功率放大器的线性度来改进这些系 统的效率。如在WO 01/67598中所讨论的，在先有技术的应用中，用来处理 带有大的峰值与平均值之比的信号的一种方法是控制到功率放大器的直流 (DC)电源。例如，在这种情况下，当该瞬时幅值低于一个希望的水平时， 将一组电压电平提供给功率放大器，而当该瞬时幅值高于一个希望的水平时 提供另一组电压电平。
在先有技术中，美国专利6,831,519披露了一种电路，该电路用于允许 功率放大器在不同的运行供电电压下工作，以响应于不同的输入信号。确切 地说，提供了电路来经由补充的供电路径来控制供给一个功率放大器的电压 水平。在这个电路中，提供了以场效应晶体管形式的两个可控阻抗以及一个 电感器，用于在通过控制脉沖运行时引导电流并且当必要时为该放大器提供 增强电压。然而，这样一个电路的缺点是由于难以将电感和功率放大器集 成于相同的衬底上，在低成本的集成功率放大器中该电路是无法实现。进一步有利的是提供一种方法，该方法适合于在一个单一的集成电路 上的集成。
发明概述根据本发明的一个实施方案，提供了一种电路，该电路包括 一个放 大器电压供应端口； 一个第一电压供应输入端口，用于接收一个第一电压； 一个第二电压供应输入端口 ，用于接收一个第二的、其他的电压；用于电连 接到一个RF放大器的一个输出端口上的检测器，该检测器用于检测由该RF 放大器提供的一个RF输出信号的幅值；以及至少一个开关，该开关响应于该 指示信号，用于在第一运行模式与一个第二的、其他的运行模式之间进行切 换，在该第一运行模式中，该至少一个开关对该放大器电压供应端口提供基 于该第一电压的一个电压而在该第二运行模式中，该至少一个开关用于对该 放大器电压供应端口提供超过该第一电压并且基于该第二电压的另一个电压, 该另 一个电压跟随被检测的幅值。根据本发明的另一个方面，提供了改进一个功率放大器的线性度的一 种方法，该方法包括 一个电路，该电路根据功率放大器输出端口上的一个 检测器产生的电压来控制到一个功率放大器的电压供应，这样，在一个第一 运行模式中，将一个第一电压电势提供给该放大器电压输入端口；在一个第 二的、其他的运行模式中，将一个升压电压电势提供给该放大器电压输入端 口 ，该升压电压电势是通过将来自一个电压供应的一个第一电压电势与另一 个电压电势的至少一部分相加所形成的，该升压电压以一种连续的形式跟随 检测的幅值；并且根据该射频(RF )信号内检测的 一个峰值脉冲的存在，从 该第 一模式切换到该第二模式。根据本发明的一个实施方案，提供了一种存储介质，该介质具有存储 在其中的数据，该数据用于当该被执行时导致一个放大器设计，该放大器设 计包括 一个放大器电压供应端口； 一个第一电压供应输入端口 ，用于接收 一个第一电压； 一个第二电压供应输入端口 ，用于接收一个第二其他电压； 检测器，该检测器电连接到一个RF放大器的一个输出端口上，该检测器用于 检测由该RF放大器提供的一个RF输出信号的幅值；以及至少一个开关，该 开关响应于该指示信号，用于在一个第一运行模式与一个第二的、其他的运 行模式之间进行切换，在该第一运行模式中，该至少一个开关用于对该放大 器电压供应端口提供基于该第一电压的一个电压并且在该第二运行模式中， 该至少一个开关用于对该放大器电压供应端口提供超过该第一电压、并且基 于该第二电压的另一个电压，该另一个电压跟随检测到的幅值。
附图
简要说明图2a示出根据本发明的一个第一实施方案的一个电路的简化框图；
例如，假设该电压源205是3.3V的电源并且可与标准的3.3伏集成电 路技术兼容。在不升压的运行中，该功率放大器经由一个反向电流保护二极 管245由电压源205供电。在升压运行中，当该峰值检测器(例如图2a的负 峰值检测器250 )探测到一个RF输出端口 (图2a的210)处的信号接近发 生截幅的幅值时，将该电荷存储块235连接提供一个升压电压，例如使用片 外升压电容器。在升压运行中，按需要增加施加到该RF放大器(图2a的 230)上的电压。可替代地，每当指示电压升压时，施加到该RF放大器(图 2a的230)上的电压从3.3伏升压至高达6.6V。 一旦不再指示升压运行，再 次经由该反向电流保护装置245提供电力。 在设计时，V—DC2是正参考电压302， V_DC3是负参考电压303,并 且电阻器Rl 321、 R2 324、 R3 331、 R4 334的值确定晶体管Ql 305关断并 且晶体管Q2 304开始跟随的这些阈值点。典型地，V_DC2 302、 V_DC3 303、 Rl 321、 R2 324、 R3 331以及R4 334的值被选择为使晶体管Q.l 305和 晶体管Q2 304不是同时导通；这确保了在;^文大器308的一个电压供应端口上 产生的电压适当地跟随从而避免输出射频信号的截幅。图4b示出一个真实的放大器(即不完美的)的射频输出端口 308b上 的集电极电压，它没有提供集电极升压的电荷泵电路。图中很明显，当峰峰 电压在一个预定的范围之外时发生输出信号的截幅。在这个实例中，该输出 电压被限制为使电压不会降到近似地低于500mV (如图4b所示，使用由 20MHz载波调制的一个2.5GHz的正弦波作为施加的RF输入信号的一个实 例)。这是一个典型的射频功率NPN晶体管装置的非常典型的饱和特性。
[0052图4c示出运行中该电流泵电路的效果， 一旦检测器(图3中的320和 图2中的250)探测到射频输出端口 308b或210上的电压接近幅值(其中发 生截幅/饱和)时，集电极电压在运行中被升压。在这里所示的实例中，该检 测器参考电压已经设置为在输出阶段饱和之前引起该检测器触发，从而允许 该检测器和升压电路的有限速度。这样，图4c示出了该电源轨电压Vcc以一 种相对线性和按请求方式进行升压的结果。在这里，响应与该射频输出端口 308b或210上探测的幅值按需要增该电压加。在该图的这些最高幅值部分中 直流电压的增加(正弦波的平均值)是明显的。当直流成分被去除时，该结 果与原始信号(图4a)相同。[00531参见图5,示出了与图3类似的另一个实施方案，其中提供多个电源 V一ddl 512和V一dd2 513来取代先前的电荷泵340。当多个峰值幅值信号具有 长的持续时间时，这样一个电路有效地工作。相比之下，当幅值大于阈值幅 值的信号很少发生并且没有用于使电荷存储电容器307放电的足够的持续时 间时，图3电路的运行不会截幅。典型地，幅值大于阈值幅值的信号很少发 生并且没有足够大的持续时间。尽管这样说，仍存在着在较长持续时间上提 供峰值幅值信号的应用，在此双电源电路是优选的。此外，存在着已经包括 具有两个电源轨的多个电路，这些电源轨具有足够用于图5的电路的不同幅 值，其中图5的电路是一种较简单的实现方式。
[0054在图5的电路中存在着放大器540、正值检测器520以及负值检测器 530。 一个开关电路510在两个电源之间切换。有利地是，对该输出射频信号 进行监测，这样通过合理的测试确保足够早地开始跟随从而在输出上避免截 幅。此外，电路内的其他因素影响输出幅值，对输出幅值的监测使这些因素 同样有效地被监测。有利地，可实现该电路而在放大器供电电压中没有中 断，这样该射频放大器的供电电压跟随该输出射频信号的射频包络。进一步 有利地是，这里所说明的这些实施方案是高度可集成的。另外，它可以与该 功率放大器集成在同一管芯(die)内。
[00551本发明在一个典型地用于短暂间隔的功率放大器的一级的放大晶体管 上增加了集电极电压。该增加的集电极电压在一个峰值脉冲期间在输入信号 中提供更高的峰值功率。集电极是通过用一个低于正常所需要的电压的集电 极电压进行偏置，并且这项技术被用来响应OFDM信号中的多个尖峰。处于 静止态的较低的集电极电压允许减少功耗。为了适当地提供一个非失真的输 出信号，在正确的时间而没有相对于该RF输出信号的延迟地增加该集电极电 压并且维持至少正确的 一段持续时间。集电极电压在峰值脉冲期间的增加允 许一个放大的信号带有比配备较低集电极电压更少的失真。[0056有利地，如所说明的本发明支持完全集成，从而允许其低成本实施。
[0057虽然以上说明提到OFDM,本发明还可适用于其他高的峰值对平均值 之比的形式，例如多载体FDM和CDMA 。
[0058可以想象出众多其他的实施方案而无需背离本发明的精神或范围。
权利要求
1. 一种电路，包括一个电荷存储部件；一个放大器电压供应端口；一个电压供应输入端口，用于接收一个第一电压；一个检测器，该检测器电连接到一个RF放大器的一个输出端口上，该检测器用于检测由该RF放大器提供的一个RF输出信号的幅值并且用于提供来自其中的一个指示信号；以及，至少一个开关，该开关响应于该指示信号用于在一个第一运行模式与一个第二的、其他的运行模式之间进行切换，在该第一运行模式中，该至少一个开关用于该电荷存储部件的充电并且用于将该第一电压提供给该放大器电压供应端口，并且在该第二运行模式中，该至少一个开关用于对该放大器电压供应端口提供一个超过该第一电压的升压电压，该升压电压产生自该电荷存储部件与该第一电压的合作并且跟随该检测的幅值。
2. 如权利要求1所述的电路，其中，该电路包括BJT (双极型晶体管)、FET (场效应晶体管)、电容器以 及电阻器中的至少一个。
3. 如权利要求1至2中任一项所述的电路，包括； 一个放大晶体管，该放大晶体管具有包括一个基极、 一个发射极以及一个集电极的一种配置以及包括一个栅极、一个源极以及一个漏极的一种配置 中的至少一种，其中该放大晶体管被连接以用于从该放大器电压供应端口接 收一个供电电压。
4. 如权利要求1至3中任一项所述的电路，其中，该放大晶体管被偏置为用于A类、AB类、B类以及F类运行中的至少 一种。
5. 如权利要求1至4中任一项所述的电路，包括；一个RF信号输入端口 ，该输入端口用于接收一个RF (射频)信号并 且与该放大晶体管连接用于放大所述接收的RF信号。
6. 如权利要求1至5中任一项所述的电路，其中，该检测器是用于将由该RF放大器提供的输出射频信号幅值与 一个阈值 幅值进行比较并且用于提供相对于该阈值幅值的一个驱动信号，该驱动信号 用于直接在截幅将发生之前在该第一运行模式与该第二运行模式之间对该 电路进行切换。
7. 如权利要求1至6中任一项所述的电路，其中， 将该驱动信号提供给一个晶体管以便在一个近似线性的运行范围中驱动该晶体管。
8. 如权利要求1所述的电路，其中， 提供给该RF放大器供电电压端口的该升压电压是平滑变化的。
9. 如权利要求1所述的电路，其中， 除该电荷存储部件以外的这些电路部件被集成在一个单一的集成电路之内。
10. 如权利要求9所述的电路，其中， 除该电荷存储装置以外的该电路与该功率放大器集成在同一管芯之内。
11. 如权利要求l所述的电路，包括；一个电荷泵电路，该电荷泵电路包括以下情况中的至少一个彼此串联 连接的两个晶体管，用于对该电荷存储部件进行充电并且用于响应于该驱动 信号而产生一个较高的漏极电压，以及彼此串联连接的一个第一晶体管和第二晶体管，用于该电荷存储部件充电；连接到该第一晶体管的栅极上的一个 正检测器电路；以及连接到该第二晶体管的栅极上的一个负检测器电路。
12. 如权利要求11所述的电路，其中， 该第二晶体管正常地偏置为导通，该第二晶体管在导通时形成从一个第一电压供应至地的一个电流路径用于该电荷存储部件的充电。
13. 如权利要求11至12中任一项所述的电路，其中，该电荷存储部件包括一个电容器，并且其中该电流路径与该电容器串联。
14. 一个电路，包括 一个放大器电压供应端口；一个第一电压供应输入端口，用于接收一个第一电压； 一个第二电压供应输入端口，用于接收一个第二的、其他的电压； 一个检测器，该检测器电连接到一个RF放大器的一个输出端口上，该 检测器用于检测由该RF放大器提供的一个RF输出信号的幅值并且用于提 供一个指示信号；以及，至少一个开关，该开关响应于该指示信号用于在一个第一运行模式与一 个第二的、其他的运行模式之间进行切换，在的第一运行模式中，该至少一 个开关用于对该放大器电压供应端口提供一个基于该第一电压的电压，并且 在该第二运行模式中，该至少一个开关用于对该放大器电压供应端口提供超 过该第 一 电压并且基于该第二电压的另 一个电压，该另 一个电压跟随该检测 的幅值。
15. 改进一个功率》丈大器的线性度的一种方法，包括放大一个RF信号以提供一个放大的RF信号，包括 提供包括一个放大器电压输入端口的一个放大器电路； 检测在一个放大器输出端口的一个信号的幅值；在一个第一运行模式中，将一个第一电压电势提供给该放大器电压输入 端口；在一个第二的、其他的运行模式中，将一个升压的电压电势提供给该放 大器电压输入端口，该升压的电压电势是通过将来自一个电压源的一个第一 电压电势与另一个电压电势的至少一部分相加而形成，该升压的电压以一种连续的形式跟随该检测的幅值；并且，根据在该RF信号内检测到的一个峰值脉冲的存在，从该第 一模式切换 到该第二模式。
16. 如权利要求15所述的方法，包括； 将该RF信号提供给该放大器电路；提供在该RF信号内存在一个峰值脉沖的 一个指示；在该指示的峰值脉冲的一段持续时间的过程中，切换一个正值检测器电 路以便在一个线性运行范围内驱动一个晶体管，从而维持该第二的、其他的 运行模式。
17. 如权利要求15至16中任一项所述的方法，其中，提供该RF信号包括提供一个RF信号，其特征为一个高的峰值对平均 功率之比。
18. 如权利要求15至17中任一项所述的方法，其中， 该峰值脉冲是在该放大器电路的一个输出上检测的。
19. 如权利要求15至18中任一项所述的方法，其中，从该第一模式到该第二模式的切换发生在一个检测的峰值电压处，该检 测的峰值电压低于一个电压，在该电压下将造成该放大器电路的过载以及该放大的RF信号的截幅。
20.—种存储介质，具有存储在其中的数据，该数据用于当被执行时产 生一种放大器设计，该放大器设计包括一个电荷存储部件；一个放大器电压供应端口；一个电压供应输入端口，用于接收一个第一电压；一个检测器，该检测器连接到一个RF放大器的一个输出端口上，该检 测器用于检测由该RF放大器提供的 一个RF输出信号的幅值；以及，至少一个开关，该开关响应于用于在一个第一运行模式与一个第二的、 其他的运行模式之间进行切换的指示信号，在该第一运行模式中，该至少一 个开关用于对该电荷存储电容器进行充电并且用于将该第一电压提供给该 放大器电压供应端口，并且在该第二运行模式中，该至少一个开关用于对该 放大器电压供应端口提供超过该第一电压的一个升压电压，该升压电压产生 自该电荷存储电容器与该第 一 电压的合作并且跟随该检测的幅值。
21. —个存储介质，具有存储在其中的数据，该数据用于当被执行时产生一 种放大器设计，该放大器设计包括 一个放大器电压供应端口；一个第一电压供应输入端口，用于接收一个第一电压； 一个第二电压供应输入端口，用于接收一个第二的、其他的电压； 一个检测器，该检测器电连接到一个RF放大器的一个输出端口，该检 测器用于检测由该RF放大器提供的一个RF输出信号的幅值；以及，至少一个开关，该开关响应于用于在一个第一运行模式与一个第二的、 其他的运行模式之间进行切换的指示信号，在该第一运行模式中，该至少一 个开关用于对该放大器电压供应端口提供基于该第一电压的一个电压，并且在该第二运行模式中，该至少一个开关用于对该放大器电压供应端口提供超 过该第一电压、并且基于该第二电压的另一个电压，该另一个电压跟随该检 测的幅值。
全文摘要
披露了一种集电极升压电路，该电路用于在第一运行模式中将一个第一电压提供给功率放大器，并且在一个第二运行模式中将另一个电压提供给功率放大器。该集电极升压电路使用由一个射频检测器导出的一个指示信号以便在第一与第二运行模式之间进行切换。该另一个电压是大于该第一电压的一个升压电压、并且它是在峰值偏移过程中在要求时提供的，以避免放大器通过一个升压电容器进行截幅。该另一个电压是连续的并且根据检测的峰值信号的幅值而变化。
文档编号H03F3/189GK101473531SQ200780022646
公开日2009年7月1日 申请日期2007年6月21日 优先权日2006年6月22日
发明者E·J·W·惠特克, G·G·拉伯琼, J·格拉丁 申请人:SiGe半导体公司