用于放大器的电源电压的可调节旁路电路的制作方法

用于放大器的电源电压的可调节旁路电路的制作方法
【专利摘要】公开了用于放大器的电源电压旁路技术。在一示例性设计中，一种装置包括放大器和可调节旁路电路。所述放大器(例如，功率放大器)接收来自电源的电源电压。所述可调节旁路电路耦合到所述电源，并且提供对所述电源电压的旁路。所述可调节旁路电路包括可调节电容器或耦合到可调节电阻器的固定电容器。所述电源可以是(i)为所述放大器提供固定电源电压的电源，或(ii)为所述放大器提供可变电源电压的包络跟踪器。
【专利说明】用于放大器的电源电压的可调节旁路电路
[0001] 背景
[0002] I.领域
[0003] 本公开一般涉及电子产品，并且更具体而言涉及用于放大器的电源电压旁路的技 术。
[0004] II.背景
[0005] 放大器常用于放大信号，以获得所需的信号电平。放大器也被广泛用于各种应用， 诸如通信、计算、联网、消费电子产品等。不同类型的放大器也用于不同的目的。例如，无 线通信设备可能在发射器中包括功率放大器（PA)以便在经由无线信道传输信号前放大信 号，并且在接收机中包含低噪声放大器（LNA)以便放大经由无线信道接收的信号。
[0006] 放大器通常连接到电源，电源提供支持放大器操作的电源电压。理想情况下，电源 应该具有零输出阻抗，并且电源电压应该只包含有直流（DC)电压，而没有不想要的信号或 噪声。然而，电源的输出阻抗不为零，且电源电压通常包括一些不想要的信号和噪声。电源 和电源电压的这些非理想特性可能对放大器的性能产生不利影响。
[0007] 附图简述
[0008] 图1示出能够与不同无线通信系统进行通信的无线设备。
[0009] 图2示出图1中所述无线设备的框图。
[0010] 图3不出发射机的框图。
[0011] 图4示出具有可调节电源电压旁路的发射机的框图。
[0012] 图5A到5C示出具有可调节电源电压旁路的发射机的三种示例性设计的框图。
[0013] 图6A至6D示出可调节旁路电路的四种示例性设计的示意图。
[0014] 图7A示出对功率放大器使用固定电源电压。
[0015] 图7B示出对功率放大器使用可变电源电压。
[0016] 图8示出具有包络跟踪器和可调节电源电压旁路的发射机的框图。
[0017] 图9示出带有连接至共用电源连接并具有可调节旁路电容的多个功率放大器的 发射机的框图。
[0018] 图10示出为放大器进行电源电压旁路的过程。
[0019] 详细说明
[0020] 以下阐述的详细描述旨在作为本公开的示例性设计的描述，而无意表示可在其中 实践本公开的仅有设计。术语"示例性"在本文中用于表示"用作示例、实例或解说"。本文 中描述为"示例性"的任何设计不必被解释为优于或胜过其他设计。本详细描述包括具体 细节以提供对本公开的示例性设计的透彻理解。对于本领域技术人员将明显的是，没有这 些具体细节也可实践本文描述的示例性设计。在一些实例中，公知的结构和器件以框图形 式示出以免湮没本文中给出的示例性设计的新颖性。
[0021] 本文中公开了用于放大器的电源电压旁路技术。旁路是指对电源电压进行滤波， 以降低/衰减噪声和/或不想要的信号。本文中所描述的技术可用于各种类型的放大器， 诸如功率放大器、激励放大器、可变增益放大器、低噪声放大器等。这些技术也可用于各种 电子设备，诸如无线通信设备、计算设备、消费电子设备等。为清楚起见，下面描述对无线通 信设备使用这些技术。
[0022] 图1示出能够与不同无线通信系统120和122通信的无线设备110。无线系统120 和122各自可以是码分多址（CDMA)系统、全球移动通信系统（GSM)系统、长期演进（LTE) 系统、无线局域网（WLAN)系统、或某一其他无线系统。CDMA系统可实现宽带CDMA(WCDMA)、 cdma2000、或某一其他版本的CDMA。出于简化起见，图1示出了无线系统120包括一个基站 130和一个系统控制器140,而无线系统122包括一个基站132和一个系统控制器142。一 般而言，每个无线系统可包括任何数目的基站以及任何网络实体集合。
[0023] 无线设备110也可以称为用户装备（UE)、移动站、终端、接入终端、用户单元、站 等。无线设备110可能是蜂窝电话、智能电话、平板电脑、无线调制解调器、个人数字助理 (PDA)、手持设备、膝上型计算机、智能本、上网本、无绳电话、无线本地环路（WLL)站、蓝牙 设备等。无线设备110可以能够与无线系统120和/或122通信。无线设备110可以还能 够接收来自广播站（例如，广播站134)的信号。无线设备110可以还能够接收来自一个或 多个全球导航卫星系统（GNSS)中的卫星（例如，卫星150)的信号。无线设备110可支持 用于无线通信的一种或多种无线电技术，诸如LTE、cdma2000、WCDMA、GSM、802. 11等等。
[0024] 图2示出图1中无线设备110的示例性设计的框图。在这个示例性设计中，无线 设备110包括数据处理器/控制器210、耦合到天线254的收发机220、以及电源270。在图 2中示出的示例性设计中，收发机220包括Μ个发射机230a到230m和Μ个接收机260a到 260m，其中Μ可以是任何整数值。一般情况下，收发机可包括任何数量的发射机和任何数量 的接收机，以支持任何数量的频段、任何数量的无线电技术和任何数量的天线上的无线通 ?目。
[0025] 在图2中示出的示例性设计中，每个发射机230包括发射电路232、功率放大器 (ΡΑ) 240、以及输出电路250。对于数据传送，数据处理器210处理（例如，编码和调制）要 发射的数据，并且将模拟输出信号提供给所选发射机。以下描述假定发射机230a是所选发 射机。在发射机230a内，发射电路232a对该模拟输出信号进行放大、滤波并将其从基带上 变频到射频（RF)，并且提供经调制RF信号。发射电路232a可能包括放大器、滤波器、混频 器、阻抗匹配电路、振荡器、本地振荡器（L0)发生器、锁相环（PLL)等。功率放大器240a接 收和放大经调制的RF信号，并提供具有适当输出功率电平的经放大RF信号。输出电路250a 可从功率放大器240a接收经放大RF信号并提供输出RF信号。输出电路250a可包括发射 滤波器、阻抗匹配电路、定向耦合器等。输出RF信号是通过开关共用器/双工器252路由 并经由天线254发射。
[0026] 在图2中示出的示例性设计中，每个接收机260包括输入电路262、LNA264、以及接 收电路266。对于数据接收，天线254接收来自基站和/或其他发射机站的信号并且提供收 到RF信号，该收到RF信号通过开关共用器/双工器252路由并被提供给所选接收机。以 下描述假定接收机260a是所选接收机。在接收机260a内，输入电路262a处理收到RF信 号，并提供接收机输入信号。输入电路262a可包括接收滤波器、阻抗匹配电路等。低噪声 放大器（LNA) 264a放大来自输入电路262a的接收机输入信号，并提供LNA输出信号。接收 电路266a对该LNA输出信号进行放大、滤波并将其从RF下变频到基带，并且将模拟输入信 号提供给数据处理器210。接收电路266可包括放大器、滤波器、混频器、阻抗匹配电路、振 荡器、L0发生器、PLL等等。
[0027] 图2示出发射机230和接收机260的示例性设计。发射器和接收机可能还包括其 它未在图2中示出的电路，诸如滤波器、阻抗匹配电路等。收发机220的所有或部分可能在 一个或多个模拟集成电路（1C)，射频集成电路（RFIC)，混合信号1C等上实施。例如，发射 电路232、功率放大器240、LNA 264和接收电路266可实现在RFIC上。功率放大器240以 及可能还有其它电路亦可实现在单独的1C或电路模块上。
[0028] 数据处理器/控制器210可为无线设备110执行各种功能。例如，数据处理器210 可对经由发射机230发射的数据以及经由接收机260收到的数据执行处理。控制器210可 控制发射电路232、接收电路266、开关共用器/双工器252等的操作。存储器212可为数 据处理器/控制器210存储程序代码和数据。？数据处理器/控制器210可实现在一个或 多个专用集成电路（ASIC)和/或其他1C上。。
[0029] 电源270可接收来自电池（图2中未示出）的电池电压（Vbat)和/或来自外部 电源的线路电压（Vline)。电源270可以产生固定的电源电压（Vdd)和/或可变的电源电 压，以用于收发机220内的各种电路。电源270也可以产生其它电源电压以用于数据处理 器/控制器210和/或收发机220内的其它电路。
[0030] 图3示出发射机330的示例性设计的框图。为简单起见，只在图3中示出发射机 330中的部分电路。发射机330包括功率放大器340、输出电路350、负载360、电源370和 旁路电容器372。功率放大器340接收和放大输入RF信号（RFin)并提供经放大RF信号 (RFamp)。输出电路350接收经放大RF信号，并提供输出RF信号（RFout)给负载360。负 载360可能包括天线、开关共用器、双工器等。
[0031] 电源370为功率放大器340产生固定的电源电压（Vdd)。旁路电容器372耦合在 电源370和电路接地之间，并用来滤除提供给功率放大器340的Vdd电压中不想要的信号 和噪声。电源370具有Zps的输出阻抗，即向电源看进去的阻抗。电源370的输出阻抗在 几百兆赫兹（MHz)情况下看似电感器。这意味着输出阻抗主导地是虚数，且其幅值在特定 频率范围内随频率成比例地增长。此电感器在与旁路电容器372组合时可产生谐振。该谐 振的发生是由于电源阻抗的输出阻抗在与旁路电容器的阻抗相组合时产生等效阻抗，该等 效阻抗的幅值在特定谐振频率附近增长非常迅速。该谐振可能对功率放大器340的性能产 生负面影响。例如，由于该谐振，功率放大器340可能会显现低频不稳定性。
[0032] 图4示出的具有可调节电源电压旁路的发射机430的示例性设计的框图。发射机 430包括放大器（Amp) 440、电源470、和可调节旁路电路480。放大器440接收并放大输入 信号，并提供经放大信号。电源470为放大器440产生电源电压。可调节旁路电路480执 行对电源电压的旁路，并包括至少一个可调节电路元件。
[0033] -般情况下，可调节旁路电路可被用于各种类型的放大器以增进放大器的稳定性 和性能。为清楚起见，以下描述将可调节旁路电路用于功率放大器。
[0034] 图5A示出具有可调节电源电压旁路的发射机530a的示例性设计的框图。发射机 530a包括功率放大器540、输出电路550、负载560、电源电压570、和可调节旁路电路580a。 可调节旁路电路580a是图4中所示的可调节旁路电路480的示例性设计。功率放大器540 接收并放大输入RF信号（RFin)，并提供经放大RF信号（RFamp)。输出电路550接收经放 大RF信号，并提供输出射频信号（RFout)给负载560。功率放大器540可以是图2中的功 率放大器240a到240m的任一个。输出电路550可以是图2中输出电路250a到250m的任 一个。负载560可以包括图2中的开关共用器/双工器252和/或天线254。
[0035] 电源570为功率放大器540产生固定的电源电压（Vdd)。可调节旁路电路580a执 行对来自电源570的Vdd电压的旁路。在图5A示出的示例性设计中，可调节旁路电路580a 包括可调节电容器582,其耦合在电源570和电路接地之间，并用来滤除提供给功率放大器 540的Vdd电压中不想要的信号和噪声。电源570具有输出阻抗Z PS，其在几百MHz处会显 现感性。旁路电容器582具有电容Cvar，其是可变的。谐振电路可由电源570的感性输出 阻抗与旁路电容器582构成。谐振电路具有谐振频率f MS__，其可表达为：
[0036]
【权利要求】
1. 一种装置，包括： 放大器，其配置为接收来自电源的电源电压；以及 可调节旁路电路，其耦合至所述电源，并被配置为旁路所述电源电压，所述可调节旁路 电路包括可调节电容器和耦合至可调节电阻器的固定电容器中的至少一者。
2. 如权利要求1所述的装置，所述可调节旁路电路包括耦合在所述电源与电路接地之 间的所述可调节电容器。
3. 如权利要求2所述的装置，所述可调节电容器包括多个可切换电容器，每个可切换 电容器基于用于该可切换电容器的相应控制信号来被选中或取消选中。
4. 如权利要求1所述的装置，所述可调节旁路电路包括串联耦合并且耦合在所述电源 和电路接地之间的所述固定电容器和所述可调节电阻器。
5. 如权利要求4所述的装置，所述可调节电阻器包括多个可切换电阻器，每个可切换 电阻器基于用于该可切换电阻器的相应控制信号来被选中或取消选中。
6. 如权利要求4所述的装置，所述可调节电阻器包括多个晶体管，每个晶体管基于用 于该晶体管的相应控制信号被选中或取消选中，每个晶体管在被选中时提供ON电阻。
7. 如权利要求6所述的装置，所述多个晶体管具有不同的尺寸，并且在被选中时提供 不同的ON电阻。
8. 如权利要求1所述的装置，所述可调节旁路电路包括耦合到所述可调节电容器的可 调节电阻器。
9. 如权利要求8所述的装置，所述可调节电容器和所述可调节电阻器串联耦合并且耦 合在所述电源与电路接地之间。
10. 如权利要求9所述的装置，所述可调节电容器包括多个可切换电容器，每个可切换 电容器基于用于该可切换电容器的相应第一控制信号来被选中或取消选中，并且所述可调 节电阻器包括多个可切换电阻器，每个可切换电阻器是基于用于该可切换电阻器的相应第 二控制信号来被选中或取消选中。
11. 如权利要求1所述的装置，所述电源包括包络跟踪器，其被配置成为所述放大器提 供可变电源电压。
12. -种装置，包括： 多个放大器，其耦合到共用电源连接，并且配置成接收由电源提供给所述共用电源连 接的电源电压；以及 多个可切换旁路电容器，其耦合到所述共用电源连接，并与所述多个放大器关联，所述 多个可切换旁路电容器中的每一者与所述共用电源连接进行连接或者断开连接。
13. 如权利要求12所述的装置，所述电源包括包络跟踪器，其被配置成将可变电源电 压提供给所述共用电源连接。
14. 如权利要求12所述的装置，其中所述多个可切换旁路电容器中的每一者与所述多 个放大器之一相关联，并且其中每个可切换旁路电容器在关联的放大器被启用时被连接到 所述共用电源连接，而在关联的放大器被禁用时从所述共用电源连接断开。
15. 如权利要求12所述的装置，进一步包括： 固定旁路电容器，其耦合到所述共用电源连接。
16. -种方法，包括： 用放大器放大输入信号，以获得经放大信号；以及 用可调节旁路电路来旁路用于所述放大器的电源电压，所述可调节旁路电路包括可调 节电容器或者耦合至可调节电阻器的固定电容器中的至少一者。
17. 如权利要求16所述的方法，进一步包括： 用包络跟踪器产生可变电源电压以作为所述电源；以及 提供所述可变电源电压作为用于所述放大器的电源电压。
18. -种设备，包括： 用于放大输入信号以获得经放大信号的装置；以及 用于旁路用于所述用于放大的装置的电源电压的装置，所述用于旁路的装置包括可调 节电容器或者耦合至可调节电阻器的固定电容器中的至少一者。
19. 如权利要求18所述的设备，进一步包括： 用于产生可变电源电压以作为所述电源的装置；以及 用于提供所述可变电源电压以作为用于所述放大器的电源电压的装置。
【文档编号】H03F1/02GK104115396SQ201380010005
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2013年2月21日 优先权日:2012年2月21日
【发明者】C·D·普莱斯蒂 申请人:高通股份有限公司