专利名称：多模式功率放大器的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及电子器件，且更具体来说，涉及功率放大器(PA)。
背景技术：
功率放大器广泛用于各种无线通信系统中以在空中发射之前为射频(RF)信号提供放大和输出驱动。举例来说，功率放大器用于全球移动通信系统(GSM)系统、宽带码分多 址(WCDMA)系统等中。功率放大器还用于基站中以及终端中。功率放大器通常需要满足对于频谱屏蔽、发射时间屏蔽、谐波失真、输出噪声、输 出功率电平等的各种系统规格。GSM和WCDMA系统还需要终端能够调整其在较广范围上(例 如，对于GSM为30dB或更多，且对于WCDMA为70dB以上)的输出功率。为了满足在最大输 出功率电平处的各种系统规格，功率放大器通常使用大尺寸晶体管来设计并使用高电流和 /或电压来偏置。对于较普通操作情形，高偏置电流和/或电压导致在较低输出功率电平处 的功率放大器的低效率。许多终端为便携式的且由内部电池供电。对于便携式终端，功率放大器可消耗大 量电池功率，大量电池功率的消耗可因此缩短电池再充电之间的待机时间和操作期间的通 话时间两者。因此，高度需要具有较低功率消耗的有效的功率放大器。
发明内容
在本文中描述可支持多种无线电技术和/或多个频带的有效的多模式功率放大 器。在一方面中，线性功率放大器可用以支持多种无线电技术。线性功率放大器为可满足 一种或一种以上无线电技术对于总输出功率范围的全部或一部分上的频谱屏蔽要求的功 率放大器。在一个示范性设计中，支持多种无线电技术的第一线性功率放大器可用以放大 第一 RF输入信号且提供第一 RF输出信号。也支持多种无线电技术的第二线性功率放大器 可用以放大第二 RF输入信号且提供第二 RF输出信号。第一线性功率放大器可支持低频带 (例如，小于一千兆赫(GHz))，且第二线性功率放大器可支持高频带(例如，大于一 GHz)，或 反之还然。每一线性功率放大器可包括并联耦合的多个(例如，三个)链。每一链可为可 选择的，以放大RF输入信号且针对输出功率电平的相应范围而提供RF输出信号。多个链 可使用不同的电流量来偏置和/或使用不同尺寸的晶体管来实施。可选择所有链以用于至 少一种无线电技术(例如，GSM)，且可选择链的一子集以用于至少一种其它无线电技术(例 如，WCDMA)。多种无线电技术可包括具有恒定包络调制信号的无线电技术(例如，GSM)和 具有可变包络调制信号的另一无线电技术(例如，WCDMA)。可结合极性调制和/或正交调制来使用线性功率放大器。RF输入信号可因此包含来自极性调制的经相位调制信号或来自 正交调制的经正交调制信号。在另一方面中，线性功率放大器可用以放大具有恒定包络(例如，对于GSM)的RF 输入信号，且提供RF输出信号。线性功率放大器可包括并联耦合的多个链。可选择一个链 以使用固定增益来放大RF输入信号。RF输入信号可具有可变信号电平，且RF输出信号的 信号电平可追踪RF输入信号的可变信号电平。在又一方面中，功率放大器可用以放大RF输入信号且提供RF输出信号，其中RF 输入信号经预失真以补偿功率放大器的非线性。可将预失真施加到由极性调制产生的包络 信号。可接着基于经预失真的包络信号而产生RF输入信号。在下文中更详细地描述本发明的各个方面和特征。
图1展示能够与多个无线系统进行通信的终端。图2展示针对GSM的发射屏蔽。图3展示具有线性和非线性PA的发射器的框图。图4A和图4B展示具有线性PA的两个发射器的框图。图5A、图5B、图6和图7展示用于多种无线电技术的具有共享线性PA的四个发射 器的框图。图8展示不同PA的总电流对输出功率的曲线图。图9展示支持极性调制的发射器的框图。图10展示支持正交调制的发射器的框图。图11展示在有预失真或无预失真的情况下支持极性调制和正交调制两者的发射 器的框图。图12展示用于产生RF输出信号的过程。
具体实施例方式词“示范性”在本文中用以指“充当实例、例子或说明”。不必将本文中描述为“示 范性”的任何设计解释为比其它设计优选或有优势。图1展示能够与不同无线电技术的多个无线通信系统进行通信的终端110。还可 将终端110称作移动台、用户装备、接入终端、订户单元、站等。终端110可为蜂窝式电话、 个人数字助理(PDA)、无线通信装置、无线调制解调器、手持式装置、膝上型计算机、无绳电 话、无线本地环路(WLL)站等。一般来说，终端110可能够与CDMA系统、时分多址(TDMA)系统、频分多址(FDMA) 系统、正交频分多址(OFDMA)系统、单载波FDMA (SC-FDMA)系统等进行通信。通常可互换 地使用术语“系统”和“网络”。CDMA系统利用码分多路复用(CDM)，OFDMA系统利用正交 频分多路复用(OFDM)，且SC-FDMA系统利用单载波频分多路复用(SC-FDM)。CDMA系统可 实施例如WCDMA、cdma2000等的无线电技术。cdma2000涵盖IS-95、IS-2000和IS-856标 准。通常将IS-95和IS-2000称作CDMA20001X(或简单称作IX)，且通常将IS-856称作 CDMA2000IxEV-DO (或简单称作IxEV-DO)。TDMA系统可实施例如GSM、增强型GSM演进数据(EDGE)等的无线电技术。OFDMA系统可实施例如超移动宽带(UMB)、演进型通用陆地无线 电接入(E-UTRA)等的无线电技术。GSM、WCDMA和E-UTRA描述于来自名为“第三代合作伙 伴计划”(3GPP)的组织的文献中。cdma2000和UMB描述于来自名为“第三代合作伙伴计划 2”(3GPP2)的组织的文献中。3GPP和3GPP2文献是可公开获得的。在图1中所展示的实例中，终端110可与GSM系统中的基站120、GSM/EDGE系统中 的基站122或WCDMA系统中的节点B 124进行通信。通常还将WCDMA系统称作全球移动电 信系统(UMTS)网络。终端110还可能够与更少或更多的无线系统进行通信。为清楚起见， 以下描述的大部分假设终端110支持GSM、EDGE和WCDMA。通常可互换地使用术语“WCDMA” 禾口 "UMTS，，。GSM使用高斯最小移位键控(GMSK)，其为产生具有恒定包络的经调制信号的调制 方案。EDGE使用8元相移键控(8-PSK)，其为使用在一单位圆上具有8个均勻间隔点的信 号星座的调制方案。WCDMA和cdma2000使用正交相移键控(QPSK)和正交调幅(QAM)。用于每一无线电技术的标准通常指定发射屏蔽，发射屏蔽指示在不同频率处所允 许的输出功率的量。发射要求对于不同无线电技术可不同。图2展示针对低频带的GSM的发射屏蔽。由终端110发射的GSM信号具有100千 赫兹(KHz)的单边信号带宽。GSM信号需要具有低于由曲线210在200KHz和200KHz以上 处所给出的电平的输出功率。GSM和GSM/EDGE的发射要求描述于标题为“无线电发射和接 收(Radio transmission and reception) ”版本 1999 的 3GPP TS 05. 03 中，其是可公开获 得的。在标题为“用户装备(UE)无线电发射和接收(FDD) (User Equipment (UE)radio transmission and rec印tion (FDD)) ” 的 3GPP TS 25. 101 中给出 WCDMA 的发射要求。在 标题为“cdma2000扩频移动台的推荐最低性能标准(Recommended Minimum Performance Standards for cdma2000Spread Spectrum Mobile Stations) ”的 3GPP2C. SOOl 1_B 中给出 cdma2000的发射要求。这些文献是可公开获得的。对于终端110，在不同频率处的带外发射的量可视各种因素而定，例如用以产生 RF输出信号的功率放大器的线性、用于经调制信号的调制方案等。一般来说，线性较高的功 率放大器可产生较少带外发射，而线性较低的功率放大器可产生较多带外发射。此外，例如 GMSK的恒定调幅方案可比例如8-PSK、QPSK和QAM的调制方案产生更少带外发射。终端110可支持与不同无线系统的通信，如图1中所展示。终端110还可支持针 对每一无线系统在一个或一个以上频带上的通信。举例来说，终端110可支持表1中所给 出的频带中的任一者。一般来说，众多频带可用于无线通信。终端110可因此支持不同于 表1中所列出的频带的频带。表 权利要求
一种设备，其包含第一线性功率放大器，其支持多种无线电技术，且操作以放大第一射频(RF)输入信号并提供第一RF输出信号，所述第一线性功率放大器包含并联耦合的多个链，每一链是可选择的，以放大所述第一RF输入信号并针对输出功率电平的相应范围而提供所述第一RF输出信号。
2.根据权利要求1所述的设备，其进一步包含第二线性功率放大器，其支持所述多种无线电技术，且操作以放大第二 RF输入信号并 提供第二 RF输出信号，所述第一线性功率放大器支持低频带和高频带中的一者，且所述第 二线性功率放大器支持所述低频带和高频带中的另一者。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述低频带小于一千兆赫(GHz)且所述高频带大 于一 GHz。
4.根据权利要求1所述的设备，其中所述多个链包含第一链，可选择所述第一链以放大所述第一 RF输入信号并针对输出功率电平的第一 范围而提供所述第一 RF输出信号，和第二链，可选择所述第二链以放大所述第一 RF输入信号并针对输出功率电平的高于 所述第一范围的第二范围而提供所述第一 RF输出信号。
5.根据权利要求4所述的设备，其中所述多个链进一步包含第三链，可选择所述第三链以放大所述第一 RF输入信号并针对输出功率电平的等于 或高于所述第二范围的第三范围而提供所述第一 RF输出信号。
6.根据权利要求5所述的设备，其中所述第二链和第三链是可同时选择的，以提供较 高输出功率。
7.根据权利要求1所述的设备，其中所述多个链包含第一链，其包含第一放大器级，和第二链，其包含所述第一放大器级和至少一个额外放大器级。
8.根据权利要求1所述的设备，其中所述多个链包含第一链，其包含第一放大器级，第二链，其包含所述第一放大器级和至少一个中等功率放大器级，和第三链，其包含所述第一放大器级和至少一个高功率放大器级。
9.根据权利要求1所述的设备，其中所述多个链被不同量的电流偏置。
10.根据权利要求1所述的设备，其中所述多个链中的至少一个链针对输出功率电平 的不同范围而被不同量的电流偏置。
11.根据权利要求1所述的设备，其中所述多个链是使用不同大小的晶体管来实施。
12.根据权利要求1所述的设备，其中所有所述多个链是可选择的，以用于所述多种无 线电技术中的至少一者，且其中所述多个链的一子集是可选择的，以用于所述多种无线电 技术中的至少一种其它技术。
13.根据权利要求1所述的设备，其进一步包含开关，其耦合到所述多个链中的至少两者且操作以将所述第一 RF输出信号提供到用 于所述多种无线电技术中的一者的第一输出且将所述第一 RF输出信号提供到用于所述多 种无线电技术中的另一者的第二输出。
14.根据权利要求1所述的设备，其进一步包含调制器，其操作以针对所述多种无线电技术中的至少一者而执行正交调制，针对所述 多种无线电技术中的至少另一者而执行极性调制，并提供经调制信号；以及驱动器放大器，其操作以放大所述经调制信号并提供所述第一 RF输入信号。
15.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一RF输入信号包含用于所述多种无线电 技术中的一者的经相位调制信号且包含用于所述多种无线电技术中的另一者的经正交调 制信号。
16.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一RF输入信号经预失真以补偿所述第一 线性功率放大器的非线性。
17.根据权利要求1所述的设备，其进一步包含直流(DC)-DC切换器，其操作以接收电源电压且产生用于所述第一线性功率放大器的 供应电压。
18.根据权利要求1所述的设备，其进一步包含电压调节器，其操作以接收包络信号和电源电压且产生用于所述第一线性功率放大器 的供应电压，所述供应电压包含来自所述包络信号的包络信息。
19.根据权利要求18所述的设备，所述包络信号经预失真以补偿所述第一线性功率放 大器的非线性。
20.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一线性功率放大器提供用于不同无线电 技术的多个RF输出。
21.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一线性功率放大器提供用于不同频带的 多个RF输出。
22.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一线性功率放大器提供用于不同输出功 率范围的多个RF输出。
23.根据权利要求1所述的设备，其中所述多种无线电技术包含具有恒定包络调制信 号的第一无线电技术和具有可变包络调制信号的第二无线电技术。
24.一种设备，其包含线性功率放大器，其操作以放大具有恒定包络的射频(RF)输入信号且提供RF输出信 号，所述线性功率放大器包含并联耦合的多个链，每一链是可选择的，以放大所述RF输入 信号且针对输出功率电平的相应范围而提供所述RF输出信号。
25.根据权利要求24所述的设备，其进一步包含调制器，其操作以执行极性调制且提供经相位调制信号；以及驱动器放大器，其操作以放大所述经相位调制信号且提供使所述线性功率放大器的输 出饱和的所述RF输入信号。
26.根据权利要求25所述的设备，其进一步包含电压调节器，其操作以接收包络信号和电源电压且产生用于所述线性功率放大器的供 应电压，所述供应电压包含来自所述包络信号的包络信息。
27.根据权利要求24所述的设备，其进一步包含直流(DC) -DC切换器，其操作以接收包络信号或电源电压且产生用于所述线性功率放 大器的供应电压。
28.根据权利要求24所述的设备，其中所述线性功率放大器操作以用固定增益来放大 所述RF输入信号，其中所述RF输入信号具有可变信号电平，且其中所述RF输出信号的信 号电平追踪所述RF输入信号的所述可变信号电平。
29.一种设备，其包含功率放大器，其操作以放大射频(RF)输入信号且提供RF输出信号，所述RF输入信号 经预失真以补偿所述功率放大器的非线性，所述功率放大器包含并联耦合的多个链，每一 链是可选择的，以放大所述RF输入信号且针对输出功率电平的相应范围而提供所述RF输 出信号。
30.根据权利要求29所述的设备，其进一步包含预失真单元，其操作以基于所述RF输出信号的输出功率电平而使所述RF输入信号预 失真或不预失真。
31.根据权利要求30所述的设备，其中所述预失真单元在所述输出功率电平超过阈值 的情况下使所述RF输入信号预失真，且在所述输出功率电平低于所述阈值的情况下使所 述RF输入信号不预失真。
32.根据权利要求29所述的设备，其进一步包含调制器，其操作以执行极性调制且提供经相位调制信号；以及驱动器放大器，其操作以放大所述经相位调制信号且提供所述RF输入信号。
33.根据权利要求29所述的设备，其进一步包含直流(DC)-DC切换器，其操作以接收包络信号或电源电压且产生用于所述功率放大器 的供应电压。
34.一种无线装置，其包含第一调制器，其操作以接收第一本机振荡器(LO)信号并使用第一调制信号对其进行 调制，且提供第一经调制信号；第一驱动器放大器，其耦合到所述第一调制器，且操作以放大所述第一经调制信号并 提供第一射频(RF)输入信号；第一线性功率放大器，其耦合到所述第一调制器且支持多种无线电技术，所述第一线 性功率放大器操作以放大所述第一 RF输入信号并提供第一 RF输出信号，所述第一线性功 率放大器包含并联耦合的多个链，每一链是可选择的，以放大所述第一 RF输入信号并针对 输出功率电平的相应范围而提供所述第一 RF输出信号；以及天线，其耦合到所述第一线性功率放大器。
35.根据权利要求34所述的无线装置，其进一步包含第二调制器，其操作以接收第二 LO信号并使用第二调制信号对其进行调制，且提供第 二经调制信号；第二驱动器放大器，其耦合到所述第二调制器，且操作以放大所述第二经调制信号并 提供第二 RF输入信号；以及第二线性功率放大器，其支持所述多种无线电技术，且操作以放大所述第二 RF输入信 号并提供第二 RF输出信号，所述第一线性功率放大器支持低频带和高频带中的一者，且所 述第二线性功率放大器支持所述低频带和高频带中的另一者。
36.根据权利要求34所述的无线装置，其进一步包含预失真单元，其操作以基于所述第一 RF输出信号的输出功率电平而使所述第一 RF输 入信号预失真或不预失真。
37.一种执行放大的方法，其包含选择支持多种无线电技术的线性功率放大器的多个链中的一者，每一链是可操作的， 以提供输出功率电平的相应范围；以及使用所述线性功率放大器的所述选定链来放大用于所述多种无线电技术中的一者的 射频(RF)输入信号以获得RF输出信号。
38.根据权利要求37所述的方法，其进一步包含基于输出功率电平来调整所述选定链中的至少一个放大器级的偏置电流。
39.根据权利要求37所述的方法，其进一步包含针对所述多种无线电技术中的第一无线电技术而产生经相位调制信号； 针对所述多种无线电技术中的第二无线电技术而产生经正交调制信号；以及 基于所述经相位调制信号或所述经正交调制信号而产生所述RF输入信号。
40.根据权利要求37所述的方法，其进一步包含使所述RF输入信号预失真以补偿所述线性功率放大器的非线性。
41.一种设备，其包含用于选择支持多种无线电技术的线性功率放大器的多个链中的一者的装置，每一链是 可操作的，以提供相应范围的输出功率电平；以及用于使用所述线性功率放大器的所述选定链来放大用于所述多种无线电技术中的一 者的射频(RF)输入信号以获得RF输出信号的装置。
42.根据权利要求41所述的设备，其进一步包含用于基于输出功率电平来调整所述选定链中的至少一个放大器级的偏置电流的装置。
43.根据权利要求41所述的设备，其进一步包含用于针对所述多种无线电技术中的第一无线电技术而产生经相位调制信号的装置； 用于针对所述多种无线电技术中的第二无线电技术而产生经正交调制信号的装置；以及用于基于所述经相位调制信号或所述经正交调制信号而产生所述RF输入信号的装置。
44.根据权利要求41所述的设备，其进一步包含用于使所述RF输入信号预失真以补偿所述线性功率放大器的非线性的装置。
全文摘要
本发明描述可支持多种无线电技术和/或多个频带的多模式功率放大器。在一个示范性设计中，支持多种无线电技术的第一线性功率放大器可用以放大第一RF输入信号(例如，针对低频带)且提供第一RF输出信号。也支持所述多种无线电技术的第二线性功率放大器可用以放大第二RF输入信号(例如，针对高频带)且提供第二RF输出信号。每一线性功率放大器可包括并联耦合的多个(例如，三个)链。每一链可为可选择的，以放大RF输入信号且针对输出功率电平的相应范围而提供RF输出信号。RF输入信号可为经相位调制信号或经正交调制信号，且可经预失真以解决所述功率放大器的非线性。
文档编号H03F1/02GK101965682SQ200980108039
公开日2011年2月2日 申请日期2009年2月6日 优先权日2008年2月8日
发明者普威·H·西伊, 理查德·席尔贝克二世 申请人:高通股份有限公司