一种用于放大输入信号的设备和方法与流程

文档序号:14448345
一种用于放大输入信号的设备和方法与流程

示例涉及具有电流模式控制的输出级的放大器。具体而言,一些示例涉及用于放大输入信号的设备和方法。一些示例涉及用于放大器的电流模式控制驱动器的斜坡补偿信号发生器以及用于控制放大器的电流模式控制驱动器的方法。



背景技术:

电流模式控制是用于控制DC-DC转换器的已知解决方案。DC-DC转换器通常提供恒定的输出电压或小的输出电压范围(例如,几百毫伏)。然而,当其输出控制信号的占空比高于或低于50%时,电流模式控制可能会受到不稳定的影响,即如果输出控制信号在多于或少于信号周期的一半的时间内有效,则可能导致不稳定。为了避免不稳定,使用斜坡补偿。

尽管其操作原理可以对应于DC-DC转换器的原理,但是由于放大器的输出级提供了全摆幅输出电压而不是像DC-DC转换器那样的恒定电压或小的输出电压范围,因此斜坡补偿的传统方法不可以被用于放大器输出级的电流模式控制。例如,放大器的输出级可以提供具有基本上等于正弦波的形式的信号。放大器的输出信号可能具有高达几伏的动态范围,在短时间内从输出范围的一端摆动到另一端。利用与DC-DC转换器的输出范围相比具有更高的动态范围的全摆幅输出电压,用于斜坡补偿的传统方法可能在放大器输出级的输出处生成干扰和失真,或干脆不能工作。因此,需要改善放大器的电流模式控制。

附图说明

设备和/或方法的一些示例将在下面仅作为示例并参考附图来描述,其中

图1示出了用于放大输入信号的设备的示例;

图2示出了补偿信号的示例,与输出级的电流值相关的信号的示例以及控制信号的示例;

图3示出了补偿信号发生器的示例;

图4示出了放大电路的示例;

图5示出了放大电路的另一示例;

图6示出了电流模式控制器的增益、由电流模式控制器控制的放大器的输出信号的电压值以及补偿信号的值之间的关系的示例;

图7a示出了电流模式控制器的示例的传递函数的示例;

图7b示出了根据现有技术的电流模式控制器的传递函数的示例;

图8示出了根据现有技术的电流模式控制放大器的输入信号和输出信号之间的关系;

图9示出了包括用于放大输入信号的设备和/或斜坡补偿信号发生器的移动通信设备的示例;

图10示出了用于放大输入信号以经由输出级提供输出信号的方法的示例的流程图;和

图11示出了用于控制放大器的电流模式控制驱动器的方法的示例的流程图。

具体实施方式

现在参照附图更全面地描述各种示例,其中示出了一些示例。在附图中,为了清楚起见,线条、层和/或区域的厚度可能被夸大。

因此,虽然进一步的示例可以有各种修改和替代形式,但这里将一些示例在附图中以示例的方式示出并详细描述。然而,应该理解,并不意味将示例限制到所公开的特定形式,而是相反,示例将覆盖落入本公开的范围内的所有修改、等同和替换。贯穿附图的描述,相同的数字指代相同或相似的元件。

应该理解,当元件被称为“连接”或“耦合”到另一元件时,它可以直接连接或耦合到另一元件,或可能存在中间元件。相反,当元件被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一元件时,则不存在中间元件。用于描述元件之间关系的其他词语应该以相似的方式解释(例如,“在...之间”与“直接在...之间”,“相邻的”与“直接相邻的”等等)。

这里使用的术语仅用于描述特定示例的目的,而并不限制其他示例。如本文所使用的,单数形式“一个”和“该”旨在也包括复数形式,除非上下文另有明确指示。应进一步理解的是,术语“包含”、“包括”在本文中使用时,特指所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在,但并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组合。

除非另外定义,否则这里使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与示例所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。应进一步理解的是,除非在本文中另有明确定义,否则术语(例如在通用词典中定义的那些)应被解释为具有与其在相关领域的上下文中的含义相一致的含义。

在下文中,各种示例涉及用在无线或移动通信系统中的设备(例如蜂窝电话,基站)或组件(例如发射器、收发机)。移动通信系统可以例如对应于由第三代合作伙伴计划(3GPP)标准化的移动通信系统之一,例如,全球移动通信系统(GSM)、用于GSM演进的增强数据速率(EDGE)、GSM EDGE无线电接入网络(GERAN)、高速分组接入(HSPA)、通用陆地无线电接入网络(UTRAN)或演进的UTRAN(E-UTRAN)、长期演进(LTE)或者高级LTE(LTE-A)、或者具有不同标准的移动通信系统,例如微波接入的全球互操作性(WIMAX)IEEE802.16或无线局域网(WLAN)IEEE 802.11,一般来说是基于时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)、正交频分多址(OFDMA)、码分多址(CDMA)等的任何系统。术语移动通信系统和移动通信网络可以被同义地使用。

移动通信系统可以包括多个传输点或基站收发器,可操作为与移动收发器进行无线电信号的通信。在这些示例中,移动通信系统可以包括移动收发器、中继站收发器和基站收发器。中继站收发器和基站收发器可以由一个或多个中央单元和一个或多个远程单元组成。

移动收发器或移动设备可以对应于智能电话、手机、用户设备(UE)、便携式电脑、笔记本电脑、个人计算机、个人数字助理(PDA)、通用串行总线(USB)-棒、平板计算机、汽车等。根据3GPP术语,移动收发器或终端也可以被称为UE或用户。基站收发器可以位于网络或系统的固定或静态部分。基站收发器可以对应于远程无线电头端、传输点、接入点、宏小区、小小区、微小区、微微小区、毫微微小区、城域小区等。

术语小小区可以指比宏小区小的任何小区,即,微小区、微微小区、毫微微小区或城域小区。此外,认为毫微微小区比被认为小于微小区的微微小区更小。基站收发器可以是有线网络的无线接口,其允许无线电信号对于UE、移动收发器或中继收发器的发送和接收。这样的无线电信号可以符合例如由3GPP标准化的无线电信号,或者通常符合一个或多个上述系统。因此,基站收发器可对应于节点B、eNodeB、BTS和接入点等。中继站收发器可对应于基站收发器与移动站收发器之间的通信路径中的中间网络节点。中继站收发器可以分别将从移动收发器接收的信号转发给基站收发器,以及将从基站收发器接收的信号转发给移动站收发器。

移动通信系统可以是蜂窝式的。术语小区指的是分别由传输点、远程单元、远程头端、远程无线电头端、基站收发器、中继收发器或节点B、eNodeB提供的无线电服务的覆盖区域。术语小区和基站收发器可以被同义地使用。在一些示例中,小区可以对应于扇区。例如,扇区可以使用扇区天线来实现,扇区天线提供用于覆盖基站收发器或远程单元周围的角形区块的特性。在一些示例中,基站收发器或远程单元例如可以分别操作覆盖120°(三个小区的情况下)和60°(六个小区的情况下)扇区的三个或六个小区。同样,中继收发器可以在其覆盖区域中建立一个或多个小区。移动收发器可以被注册或者与至少一个小区相关联,即它可以与小区相关联,使得数据可以在相关小区的覆盖区域中使用专用信道、链接或连接在网络和移动台之间进行交换。因此,移动收发器可以直接或间接注册或者与中继站或基站收发器相关联,其中,间接注册或关联可以通过一个或多个中继收发器。

图1示意性地示出了用于放大输入信号101以经由输出级110生成输出信号102的设备100的示例。

设备100包括补偿信号发生器120。补偿信号发生器120基于输入信号101的电压值和输出信号102的电压值中的至少一个来生成补偿信号140。在一些示例中,补偿信号发生器120可以仅基于输入信号101的电压值来生成补偿信号140。在一些示例中,补偿信号发生器120可以仅基于输出信号的电压值来生成补偿信号140。在一些示例中,补偿信号发生器120可以基于输入信号101的电压值和输出信号102的电压值的组合来生成补偿信号140。

该设备还包括组合器130。组合器130生成用于输出级110的控制信号150。控制信号150基于目标信号103、补偿信号140以及与输出级110的电流值相关的信号111(在设备100内使用的各种信号的示例在图2中示出)。

目标信号103对应于期望的输出信号,即,目标信号103指示输出信号102的期望进程(course)(例如,输出信号102的期望输出电压功率)。例如,目标信号103可以与输入信号101和输出信号102的组合或者与输入信号101和与输出信号102相关的信号的组合相关联。通过将输入信号101与输出信号102或与输出信号102相关的信号进行组合,目标信号103可以将输出级110的具体特性考虑在内。例如,输入信号101可以由输出信号102或与输出信号102相关的信号整形,以便补偿输出级110的(失真)特性。

在一些示例中,目标信号103可以基于输入信号101、与输出信号102相关的信号以及与控制信号150相关的信号的组合。通过另外使用与控制信号150相关的信号,目标信号103可以将组合器130的具体特性考虑在内。例如,输入信号101可以由与输出信号102相关的信号和与控制信号150相关的信号整形,以便补偿输出级110和组合器130的(失真)特性。

与输出信号102相关的信号可以是输出信号102的滤波或整形副本,其中滤波或整形特性可以是可调整的。与控制信号150相关的信号可以是控制信号150的滤波或整形副本,其中滤波或整形特性可以是可调整的。上述滤波或整形特性可以分别基于设备100的实际实现方式的特性来调整。

组合器130可以包括用于组合目标信号103、补偿信号140以及与输出级110的电流值相关的信号111中的两个或更多个的一个或多个元件。例如,组合器可以包括第一元件,用于组合目标信号103和补偿信号140以生成组合信号,以及第二元件,用于组合所述组合信号以及与输出级110的电流值相关的信号111。例如,组合器130可以包括一个或多个比较器以比较两个或更多个信号,和/或组合器130可以包括一个或多个逻辑门或锁存器。

输出级110使用控制信号150生成输出信号102。在一些示例中,输出级110可以基于开关模式电源(例如,包含开关调节器来转换电力的电子电源)。可以生成控制信号150以控制开关模式电源。在一些示例中,输出级110可以至少包括电感器-电容器网络和电容元件。电感器-电容器网络至少包括耦合在一起的电感元件和电容元件(耦合到参考电位,例如,地面)。输出级110的电感器-电容器网络和电容元件可以基于控制信号150生成输出信号102。输出信号150是全摆幅电压信号。输出信号150可以具有高达几伏的动态范围。

组合器130使用与输出级110的电流值相关的信号111来生成控制信号150。因此,输出级110基于其电流值被控制。例如,输出级110的电流值可以由输出级110的电感元件(例如,线圈或电感器)引起。因此,组合器130可以被视为用于输出级110的电流模式控制器。

为了避免因占空比高于50%(对于开关模式电源的峰值电流模式控制)或占空比低于50%(对于开关模式电源的谷值电流模式控制)的控制不稳定性,生成补偿信号140到组合器130(充当电流模式控制器)。通常,电流模式控制可以使用斜坡补偿信号来调整参考信号(例如,目标信号103)的斜坡,该参考信号与和电流模式控制设备的电流值相关的信号(例如,信号111)进行比较,因为参考信号可能因为占空比高于或低于50%而失真(例如,参考信号的幅值可能太高或太低)。斜坡补偿信号可以允许调整参考信号的斜坡,从而参考信号的失真至少可以被缓解(或补偿)。然后可以将相应经校正的参考信号和与电流模式控制设备的电流值相关的信号进行比较。经校正的参考信号可以允许避免不正确的比较结果。由于基于比较结果来控制电流模式控制设备(例如,放大器的输出级),所以可以避免由电流模式控制设备提供错误的输出信号。与传统斜坡补偿信号不同,图1中示例的补偿信号140基于输入信号101和/或输出信号102。因此,对于补偿信号140而言,输入信号101和/或输出信号102的信号特性可以被考虑在内。例如,补偿信号的幅值可以基于输入信号101和/或输出信号102进行调整。因此,施加到目标信号103的斜坡校正量可基于输入信号101和/或输出信号102的瞬时特性来进行调整。

补偿信号140对输入信号101和/或输出信号102的依赖性可以允许控制输出级110,从而避免输出信号102的干扰。具体地,组合器130的传递函数可以独立于输入信号101的功率水平。因此,生成全摆幅输出信号的输出级110可以是由组合器130控制的电流模式。与传统的电流模式控制放大电路相比,设备100的线性和频率响应可以得到增强。

例如,补偿信号发生器120可以为设备100的工作周期生成单个补偿信号140。设备的工作周期可以是例如用于控制输出级110以生成输出信号的控制周期。例如,工作周期可以是用于基于开关模式电源的输出级110的开关周期。为了避免在工作周期(例如开关周期)期间由输出级110生成的输出信号102的干扰,单个补偿信号140可以被比较器用于生成控制信号150。具体地,对于高于或低于50%的占空比(例如,控制信号150在多于或者少于工作周期的一半的时间内有效)而言,补偿信号140对输入信号101和/或输出信号102的依赖性可允许补偿输出信号102的与电流模式控制相关的干扰。

或者,补偿信号发生器120可在设备100的工作周期内生成多个补偿信号140。在工作周期内生成多个补偿信号140可包括在设备100的工作周期内生成两个或更多个、五个或更多个、10个或更多个或者50个或更多个补偿信号140。在工作周期内生成多个补偿信号140(例如,连续更新的补偿信号)可以提高设备100的高频性能。例如,在工作周期内的多个补偿信号140可以用于高频输出信号102。

在一些示例中,补偿信号发生器120可生成用于设备100的第一工作周期的多个补偿信号140,并且生成用于设备100的第二工作周期的单个补偿信号140。改变对不同工作周期提供补偿信号的模式,可以允许使得补偿信号的提供适应于设备100的操作模式。例如,每个工作循环的单个补偿信号可以用于具有较低频率的输出信号,并且每个工作循环的多个补偿信号可以用于具有较高频率的输出信号。

设备100可以包括对应于所提出的构思的一个或多个方面或者下面描述的一个或多个示例的一个或多个另外的可选特征。

一般而言,一些示例涉及用于放大输入信号以经由用于提供输出信号的装置来提供输出信号的装置。用于放大的装置包括用于基于输入信号的电压值和输出信号的电压值中的至少一个来生成补偿信号的装置。此外,用于放大的装置包括用于基于目标信号、补偿信号和与用于生成输出信号的装置的电流值相关的信号来为用于生成输出信号的装置生成控制信号的装置。目标信号对应于期望的输出信号。用于生成输出信号的装置被配置为基于控制信号生成输出信号。用于放大的装置可以由用于放大上面或下面描述的输入信号的装置(例如图1)来实现。用于生成输出信号的装置可以由上面或下面描述的输出级(例如图1)来实现。用于生成补偿信号的装置可以由上面或下面描述的补偿信号发生器(例如图1)来实现。用于生成控制信号的装置可以由上面或下面描述的组合器(例如图1)来实现。

图2示出了时序图中的补偿信号140的时间进程的示例。时序图的横坐标表示时间,纵坐标表示时序图中所示的信号的电流值或电压值的幅值。

例如,图1所示的设备100的补偿信号发生器120可以提供图2中所示的补偿信号140。补偿信号140可以具有三角波信号形状。

此外,图2示出了输入信号101的示例。输入信号101可以具有如图2所示的全摆幅波特性。例如,输入信号101可以基本上是正弦波。输入信号101应该例如通过切换模式电源进行放大。为此,控制信号150由图1所示的电路生成,控制信号150改变开关模式电源的占空比以再现输入信号的波形。

可以看出,补偿信号140的包络的幅值可以随时间变化。具体而言,可以看出,补偿信号的包络的幅值的进程可以类似于输入信号101的进程。例如,补偿信号140可以用输入信号101来调制。在一些示例中,图1中示出的设备100的补偿信号发生器120可以基于输入信号101的电压值和输出信号102的电压值中的至少一个来调整补偿信号140的幅值。

图2进一步示出了与输出级110的电流值相关的信号111的示例。从图2可以看出,信号111可以具有三角波信号形状。此外,与输出级110的电流值相关的信号111的包络的幅值可随时间变化。例如,与输出级的电流值相关的信号111的包络的幅值的进程可以类似于输入信号101的进程。

图2进一步示出了控制信号150的示例。例如,可以通过以下方式来得到控制信号150:组合补偿信号140和输入信号101(例如,目标信号103可以对应于输入信号101),并将组合信号和与输出级110的电流值相关的信号111进行比较。例如,如果组合信号的幅值大于与输出级110的电流值相关的信号111的幅值,则控制信号150可以指示逻辑高电平。例如,如果组合信号的幅值小于与输出级110的电流值相关的信号111的幅值,则控制信号150可以指示逻辑低电平。可以例如基于图2所示的控制信号150来控制图1中示出的设备100的放大器110。

此外,图2示出了时钟信号201的示例。例如,时钟信号201可以表示基于图1所示的设备100的开关模式电源的输出级110的开关时钟,该开关时钟可以确定输出级110的工作周期。

换句话说,图2可以示出自适应斜坡补偿的一些示例如何工作。曲线101可以是输入信号,信号140可以是斜坡补偿信号(Vse),信号111可以是来自电流模式驱动器级(例如,组合器130)的电流反馈信号。曲线201可以是时钟,曲线150可以是驱动器(例如组合器130)的数字输出信号。可以看出,斜坡补偿信号的值可以用输入信号的高度来调制。通常,斜坡控制信号可以由输出信号和/或输入信号来调制。

图3示出了补偿信号发生器300的示例。补偿信号发生器300包括差分放大器301(例如模拟差分放大器)。输入信号101(Vin)的电压值和/或输出信号102(例如,如图1所示的输出级110所提供的)的电压被提供给差分放大器301的一个端口,而设备的电源电压306(例如,图1所示的设备100的电源信号Vs的电压值)被提供给差分放大器301的另一个端口。差分放大器301通过用增益因子K2修正设备100的电源电压306与输入信号101的电压值和输出信号102的电压值中的至少一个之间的差值,来生成电压差信号。差分放大器301将电压差信号提供给第一节点302。第一节点302耦合到第一电位K1。

补偿信号发生器300还包括电容元件304,电容元件304包括耦合到补偿信号发生器120的输出节点303的第一电极304a以及耦合到第二电位vDD的第二电极304b。

此外,补偿信号发生器300包括电压-电流转换器310,其包括耦合到第一节点302的输入和耦合到输出节点303的输出。电压-电流转换器310包括运算放大器311和第二电容元件312。电压-电流转换器310基于由第一节点302提供的电压(例如经由场效应晶体管313)对第一电极304a进行充电。

补偿信号发生器300使输出节点303和电容元件304的第二电极304b短路。例如,示例120可以周期性地断开或闭合开关305以短路输出节点303和第二电极304b。在一些示例中,开关305的断开或闭合频率可以基于输出级110的开关时钟(例如,图2所示的时钟信号201)。

补偿信号发生器300在输出节点303处提供补偿信号140(Vse)。例如,补偿信号140可以具有如图2中所示的信号形状。

换句话说,图3可以示出自适应斜坡补偿的实现方式。在左边,输入电压可以被馈送到模拟差分放大器。恒定电压Vs和K1以及增益K2可以与自适应斜坡补偿方程相关,该自适应斜坡补偿方程可以描述补偿信号、电路的电源电压和输入信号之间的关系(例如,线性关系)(例如,下面的方程(1))。第二运算放大器电路可以是电压-电流转换器,并且可以例如通过对随开关时钟周期性复位的输出电容器进行充电,将电压转换成三角斜坡补偿电压。

补偿信号发生器300可以包括对应于所提出的概念的一个或多个方面或者上面或下面描述的一个或多个示例的一个或多个附加可选特征。

图4示出了电流模式控制放大电路400的示例。放大电路400包括放大器410。放大器410提供输出信号402。

放大器410由电流模式控制驱动器430控制。电流模式控制驱动器430向放大器410提供控制信号450以控制放大器410。

电流模式控制驱动器430基于输入信号401和斜坡补偿信号440提供控制信号450。斜坡补偿信号440由斜坡补偿信号发生器420提供。斜坡补偿信号发生器420基于用于放大器410的输入信号401的电压值或由放大器410提供的输出信号402的电压值中的至少一个生成用于电流模式控制驱动器430的斜坡补偿信号440。

在一些示例中,斜坡补偿信号发生器420可以基于输入信号401的电压值来提供补偿信号440。在一些示例中,斜坡补偿信号发生器420可以基于输出信号402的电压值来提供补偿信号440。在一些示例中,斜坡补偿信号发生器420可以基于输入信号401的电压值和输出信号402的电压值的组合来提供补偿信号440。

为避免由于占空比高于50%(用于峰值电流模式控制)或占空比低于50%(对于谷值电流模式控制)造成的控制不稳定性,斜坡补偿信号440被提供给电流模式控制驱动器430。与传统的斜坡补偿方法相反,斜坡补偿信号440是基于输入信号401和/或输出信号402。因此,对于斜坡补偿信号440而言,输入信号401和/或输出信号402的信号特性可以被考虑在内。例如,斜坡补偿信号的幅值可以基于输入信号401和/或输出信号402进行调节。因此,可以基于输入信号401和/或输出信号402的瞬时特性来调整由电流模式控制驱动器430施加到输入信号401的斜坡校正量。

斜坡补偿信号440对输入信号401和/或输出信号402的依赖性可允许控制放大器410,从而避免输出信号402的干扰。具体地,电流模式控制驱动器430的传递函数可以独立于输入信号401的功率水平。因此,提供全摆幅输出信号的放大器410可以是由电流模式控制驱动器430控制的电流模式。与根据现有技术的放大电路相比,可以增强电路400的线性和频率响应。

换句话说,与经典的脉宽调制器相比,电流模式控制驱动器在驱动器的较低延迟下具有较高的速度以及无脉宽调制延迟的优点。反馈稳定性因此可以被改善,并且更高的反馈回路带宽是有可能的。用于电流模式控制驱动器的斜坡控制信号可以例如由输出信号和/或由输入信号调制。由于这种调制,电流模式控制驱动器的传递函数对于所有输入幅值而言可以是恒定的。由于该独立于输入电平的传递函数,可以避免输出信号中的失真。因此,也可以在全摆幅输出级(例如,用于放大器410)中使用电流模式控制。

在一些示例中,斜坡补偿信号生成器420可生成用于电流模式控制驱动器430的工作周期的单一斜坡补偿信号440。电流模式控制驱动器430的工作周期可以是例如用于控制放大器410以提供输出信号的控制周期。例如,工作周期可以是基于开关模式电源的放大器410的开关周期。为了避免在工作周期(例如开关周期)期间由放大器410提供的输出信号402的干扰,单一斜坡补偿信号440可以被电流模式控制驱动器430用以提供控制信号450。具体地,对于高于或低于50%的占空比(例如,控制信号450在多于或者少于工作周期的一半的时间内有效)而言,斜坡补偿信号440对输入信号401和/或输出信号402的依赖性可以允许补偿输出信号402的与电流模式控制相关的干扰。

可选地,斜坡补偿信号发生器420可以在电流模式控制驱动器430的工作周期内生成多个斜坡补偿信号440。在工作循环内生成多个补偿信号440可以包括在电流模式控制驱动器430的工作循环内生成两个或更多个、五个或更多、十个或更多或者50个或更多个补偿信号440。工作周期(例如,连续更新的补偿信号)内生成多个补偿信号440可以改善放大器410的高频性能。

换句话说,电流模式控制的斜坡补偿发生器(例如,斜坡补偿信号发生器420)可以在放大器的采样驱动器级(例如,电流模式控制驱动器430)中的每个周期重新启动。因此,可以将用于放大器的输入信号的更新电压值(和/或输出信号的电压值)提供给斜坡补偿生成器。对于高速放大器而言,如果在运行开关周期(例如设备的工作周期)期间执行斜坡补偿的连续更新,则可以改进高频性能。输出级的输出电压可以作为斜坡补偿发生器的控制输入的一个选项。然而,由于驱动器延迟和输出滤波器延迟,输出电压可能在驱动器输入和放大器输出之间延迟。因此,输入电压可能是有利于自适应斜坡补偿的。放大器的反馈回路可以确保输入电压幅值与输出电压幅值相同。因此输入电压可以提供相同的信息,但没有延迟。一般来说,对于自适应斜坡补偿的实施而言,有不同的选择:输出电压的反馈、输入电压的前馈、定期更新或连续更新。上述选项可以按照不同的排列组合。一些示例可以使用具有持续更新的输入电压。

斜坡补偿信号发生器420可以包括对应于所提出的构思的一个或多个方面或上面或下面描述的一个或多个示例的一个或多个附加的可选特征。具体地,斜坡补偿信号发生器可以包括与图3所示的补偿信号发生器的示例120类似的示例。

一般而言,一些示例涉及用于放大器的电流模式控制驱动器的装置。所述装置配置为基于放大器的输入信号的电压值或放大器提供的输出信号的电压值中的至少一个生成用于电流模式控制驱动器的斜坡补偿信号。该装置可以由上面或下面描述的斜坡补偿信号发生器(例如图4)实现。

在图5中示出了四相控制的放大电路500的示例。放大电路500基于输入信号501提供输出信号502(Vpa)。输出信号502是经放大的输入信号501。

输入信号501在第一组合器504中与第一反馈信号503组合。例如,第一组合器504可以是加法器。第一反馈信号可以与放大电路500的输出信号502相关(例如,与输出信号502的电压相关的电压信号)。组合信号被提供给第一控制块505。第一控制块505可以修改组合信号。

经修改的组合信号在第二组合器507中与第二反馈信号506组合。例如,第二组合器507可以是加法器。第二个反馈信号506可以与用于放大电路500的输出级530的控制信号相关联(例如,与控制信号的电压相关的电压信号)。再次组合的信号被提供给第二控制块508。第二控制块可以修改该信号以提供目标信号509(s2)。目标信号可以指示或对应于放大电路500的期望输出信号。

目标信号509被提供给调制器510(D(s))。调制器510是用于放大电路500的输出级530的电流模式控制的一部分。调制器510包括四个斜坡补偿单元511-1,...,511-4(slcp1...4),四个电流比较器512-1,...,512-4(CC1...4)以及四个输出功率驱动器(例如,推挽式开关d1...4)。即,在图5所示的示例中,放大电路500使用4相。

在斜坡补偿单元511-1,...,511-4中,根据输入信号501和/或输出信号502将目标信号509与相应的斜坡补偿信号组合。相应的斜坡补偿信号由斜坡补偿单元511-1,...,511-4提供。

对于每个相位分量而言,斜坡补偿信号被提供给相应的电流比较器512-1,...,512-4。相应的电流比较器512-1,...,512-4将斜坡补偿信号与和相应输出电感器513-1,...,513-4的电流值相关的信号进行比较。输出功率驱动器被包含在相应的电流比较器512-1,...,512-4中,并且生成数字脉宽调制信号。驱动器输出电流流过电感器513-1,...,513-4,并且四个电流在输出电容器531处被相加。延迟块514-1,...,514-4在图5中示出,以指示测量延迟和电流比较器512-1,...,512-4中的延迟。由于单相时钟信号的相应移位,4个相位可以以90°的相移操作。也就是说,每个相位可以被同步到不同的相移时钟。

例如,第一反馈信号503可以通过用传递函数Hao(s)对输出信号502进行整形并且以增益Kc2放大得到的整形函数来提供。相应地,放大器电路500的输出被反馈作为第一反馈信号503。

例如,第二反馈信号506可以通过用传递函数Had(s)对输出功率驱动器的控制信号和用于电容元件532的另外的控制信号进行组合和整形并且用增益Kcl放大得到的整形函数来提供。相应地,输出功率驱动器的数字输出信号被反馈作为第二反馈信号506。

放大电路500的示例可以使用峰值电流控制或谷值电流控制。例如,输出功率驱动器可以基于它们各自的峰值电流值(例如,在限定的工作周期期间的电流的最高幅值)或它们各自的谷值电流值(例如,在限定的工作周期期间的电流的最低幅值)被控制。或者,可以使用平均电流控制,即输出功率驱动器可以基于其各自电流的平均值进行控制。例如,输出功率驱动器的电流值可以与输出功率驱动器的电感元件513-1,...,513-4(例如线圈或电感器)相关。

由于斜坡补偿单元511-1,...,511-4根据输入信号501和/或输出信号502将目标信号509与相应的斜坡补偿信号进行组合,所以对于相应的斜坡补偿信号,输入信号501和/或输出信号502的信号特性可以被考虑在内。例如,可以基于输入信号501和/或输出信号502来调整相应的斜坡补偿信号的幅值。因此,可以基于输入信号501和/或输出信号502的瞬时特性调整由斜坡补偿单元511-1,...,511-4施加到目标信号509的斜坡校正量。因此,放大电路500的输出级530的电流模式控制可以独立于输入信号501的功率水平。因此,电流模式控制器520可以具有恒定的传递函数,从而可以避免输出信号502的与电流模式控制相关的干扰。因此,全摆幅输出级530的电流模式控制是可能的。

图5所示的示例包括具有四个输出电感器的四相调制器。或者,可以使用其他合适数量的相。例如,可以使用具有180°的相位差的两个相位,具有120°的相位差的三个相位,或具有60°的相位差的六个相位。因此,斜坡补偿单元、电流比较器和输出功率驱动器的数量可以适应于相位的数量。

例如,图5可以示出具有四相电流模式控制块的数字功率放大器的框图。输入信号(在左边)可以通过两个控制块(内环和外环)馈送,剩余的错误信号可以进入调制器块D(s)。调制器块可以由四个斜坡补偿单元(slcp1...slcp4)、四个具有四个输出功率驱动器(推挽开关)的电流比较器(CC1…CC4)组成。输出信号可以是被馈送到LC输出滤波器的4-数字信号。可以有两个反馈回路。内环可以通过传递函数Had(s)和增益KC1反馈数字输出信号。外环可以经由传递函数Hao(s)和增益KC2来反馈放大器输出信号。该示例可以使用谷值电流控制,但是也可以用于峰值电流控制和平均电流控制。

放大电路500可以包括对应于所提出的概念的一个或多个方面或者在上面或下面描述的一个或多个示例的一个或多个另外的可选特征。

图6示出了电流模式控制器的增益、由电流模式控制器控制的放大器的输出信号的电压值以及用于电流模式控制器的(斜坡)补偿信号的值之间的关系的示例。

电流模式控制器的增益(例如其传输特性)应独立于输入信号的功率和输出信号的功率水平。图6的横坐标以伏特(V)表示由电流模式控制器控制的放大器的输出电压。纵坐标表示电流模式控制器的斜坡补偿,单位为安培每秒(A/s)。图6示出了灰度级图,其中相同的灰度级表示电流模式控制器的恒定增益(例如,电流模式控制器的恒定传输特性)。

为了实现全输出电压范围的恒定增益,可以拟合直线以确定电流模式控制器的(斜坡)补偿信号,其与输入信号的电压值和输出信号的电压值中的至少一个线性相关。例如,(斜坡)补偿信号可以根据下式确定:

Scomp=k1+k2*(Vs-Vi/o) (1)

Scomp表示补偿信号(se),k1和k2表示常数,Vs表示设备的电源电压,Vi/o表示输入信号的电压值、输出信号的电压值或其组合。

在图6所示的示例中,可以为电源电压Vs=4.0V确定k1=106A/s和k2=40/3*106A/s。线610可以表示提供电流模式控制器的恒定传递函数的轨迹。

例如,图1所示的设备100的补偿信号发生器120可以提供补偿信号140,使得其线性地依赖于输入信号101的电压值和输出信号102的电压值中的至少一个。具体地,补偿信号发生器120可以根据数学上对应于上面的等式(1)的操作来提供补偿信号140。

例如,放大电路40的斜坡补偿信号发生器420可以基于输入信号401的电压值和输出信号402的电压值中的至少一个来调整斜坡补偿信号440的幅值。具体地,斜坡补偿信号发生器420可根据数学上对应于上面的等式(1)的操作来提供斜坡补偿信号440。

图7a中示出了根据所提出的构思的一个或多个方面或者上述一个或多个示例的电流模式控制器的传递函数的示例。图7a借助波特图示出了根据所提出的构思的一个或多个方面或者上面描述的一个或多个示例的电流模式控制器的频率响应。图7a的上面部分示出了频率响应的幅值,而图7a的下面部分示出了频率响应的相位。图7a示出了由电流模式控制器控制的放大器的输出电压的各种电压电平的频率响应。

从图7a中显而易见的是,根据所提出的构思的一个或多个方面或者以上描述的一个或多个示例的电流模式控制器的传递函数对于由电流模式控制器控制的放大器的输出电压的不同电压电平可以是恒定的。对于在输出信号的给定频率下的输出信号的变化的电压电平,幅值710-1的传递函数和相位710-2的传递函数都是恒定的。

换句话说,图7a可以示出自适应斜坡补偿对电流模式驱动器级的传递函数的影响的示例。使用自适应斜坡控制可以生成独立于输出电压电平的单个传递函数。

作为参考,图7b示出了传统电流模式控制器的传递函数的示例。图7b示出了传统电流模式控制器的波特图。图7b示出了由传统电流模式控制器控制的放大器的输出电压的各种电压电平的频率响应。

从图7b中显而易见的是,对于由电流模式控制器控制的放大器的输出电压的不同电压电平而言,传统电流模式控制器的传递函数是变化的。幅值720-1的传递函数和相位720-2的传递函数对于输出信号的不同电压电平而言都是变化的。

在图8中示出了根据现有技术的电流模式控制器的变化的传递函数对放大器的操作的具体影响的示例。图8示出了传统的电流模式控制放大器的输入信号801与输出信号802之间的关系。图8的横坐标表示时间,纵坐标表示时序图中所示的信号的电压值的幅值。

输入信号801在时域中引导输出信号802。从图8中显而易见的是,对于高信号幅度(例如,图8中的2.5V以上)而言,输入信号801和输出信号802的幅度基本相等。然而,对于低信号幅度而言,输入信号801和输出信号802的幅度基本不同(例如,通过标记810突显的幅度)。图8示出了针对高信号幅度优化电流模式控制器的情况。相反,在针对低信号幅度优化电流模式控制器的情况下,输入信号801和输出信号802的幅值对于高信号幅度而言基本不同。传统的电流模式控制器可以针对低信号幅度或高信号幅度进行优化。因此,放大器的全摆幅输出信号将包括对于高输出信号幅度的干扰或对于低输出信号幅度的干扰。因此,由传统电流模式控制器控制的放大器不能适当地再现输入信号。

可以使用根据所提出的构思的一个或多个方面或上述一个或多个示例的电流模式控制来避免上述干扰。由于用于电流模式控制的(斜坡)补偿信号是基于输入信号和输出信号中的至少一个来提供的,所以电流模式控制的传递特性在给定频率下对于输出信号的变化的功率电平而言是恒定的。因此,由根据所提出的构思的一个或多个方面或者上述一个或多个示例的电流模式控制器控制的放大器可以适当地再现输入信号的低和高信号幅度。

在一些示例中,图1中示出的设备100的补偿信号发生器120因此可以提供补偿信号140,使得输出信号102与输入信号101相比的增益独立于输出信号102的功率。

在一些示例中,图4中所示出的电路400的斜坡补偿信号发生器420因此可提供斜坡补偿信号440,使得放大器410的信号增益独立于输出信号402的功率。

相应地,图1所示的设备100和图4所示的放大电路400可以适当地再现输入信号的高和低信号幅度。因此,设备100和放大电路400可以允许实现放大器的输出级的高效电流模式控制。

图9示意性地示出了移动通信设备或移动电话或用户设备900的示例,其包括根据本文描述的示例的用于放大输入信号的设备100和/或用于根据本文描述的示例的放大器的电流模式控制驱动器430的斜坡补偿信号发生器420。设备100和/或斜坡补偿信号发生器420可以被包括在发射器920中。移动通信设备800的天线元件910可耦合到发射器920以将信号辐射到环境中并无线地发射信号。为此,可以提供具有电流模式控制的放大级的移动通信设备。

用于放大输入信号以通过输出级提供输出信号的方法1000的示例在图10中以流程图示出。该方法包括基于输入信号的电压值或输出信号的电压值中的至少一个来生成(1002)补偿信号。此外,该方法包括基于目标信号、补偿信号和与输出级的电流值相关的信号来生成(1004)用于输出级的控制信号。目标信号对应于期望的输出信号。该方法还包括使用控制信号来生成(1006)输出信号。

结合所提出的构思或者上面或下面描述的一个或多个示例(例如图1-9)来提及该方法的更多细节和方面。该方法可以包括对应于所提出的构思的一个或多个方面或者上面或下面描述的一个或多个示例中的一个或多个另外的可选特征。

用于控制放大器的电流模式控制驱动器的方法(1100)的示例在图11中以流程图示出。该方法包括基于用于放大器的输入信号的电压值或者放大器提供的输出信号的电压值中的至少一个来生成(1102)用于电流模式控制驱动器的斜坡补偿信号。

结合所提出的构思或者上述的一个或多个示例(例如图1-9)来提及该方法的更多细节和方面。该方法可以包括对应于所提出的构思的一个或多个方面或者上述的一个或多个示例的一个或多个附加的可选特征。

这里所描述的示例可以总结如下:

示例1是一种用于放大输入信号的设备,其包括:配置为生成输出信号的输出级;配置为基于输入信号的电压值或输出信号的电压值中的至少一个来生成补偿信号输出信号值;以及配置为基于与期望的输出信号对应的目标信号、补偿信号和与输出级电流值相关的信号以生成用于输出级的控制信号的组合器。其中,所述输出级配置为使用控制信号生成输出信号。

在示例2中,示例1的设备的补偿信号发生器配置为在设备的工作周期内生成多个补偿信号。

在示例3中,示例1的设备的补偿信号发生器配置为针对设备的工作周期生成单个补偿信号。

在示例4中,示例1至3中任一示例的设备的补偿信号发生器配置为基于输入信号的电压值和输出信号的电压值中的至少一个调整补偿信号的幅度。

在示例5中,前述任一示例的设备的补偿信号发生器配置为生成具有三角波信号形状的补偿信号。

在示例6中,前述任一项的设备的补偿信号发生器配置为生成补偿信号以线性地依赖于输入信号的电压值或输出信号的电压值中的至少一个。

在示例7中,前述示例中的任一个的设备的补偿信号发生器配置为根据在数学上对应于Scomp=k1+k2*(Vs-Vi/o)的操作来生成补偿信号,其中Scomp表示补偿信号,k1and k2表示常数,Vs表示设备的电源电压,Vi/o表示输入信号的电压值、输出信号的电压值或其组合。

在示例8中,前述示例中的任一个的设备的补偿信号发生器配置为生成补偿信号,其中(即,使得)与输入信号相比的输出信号的增益独立于输出信号的功率。

在示例9中,示例1-8中的任一示例的设备的补偿信号发生器包括:差分放大器,其配置为通过用增益因子修正设备的电源电压与输入信号的电压值和输出信号的电压值中的至少一个之间的差值来生成对于第一节点的电压差信号,其中第一节点耦合到第一电位;电容元件,包括耦合到所述补偿信号发生器的输出节点的第一电极以及耦合到第二电位的第二电极;以及电压-电流转换器,其包括耦合到第一节点的输入和耦合到输出节点的输出,其中电压-电流转换器配置为基于由第一节点提供的电压来对第一电极充电,其中,补偿信号发生器配置为使输出节点和电容元件的第二电极短路。

在示例10中,前述示例中的任一个的设备的输出级包括电感器-电容器网络和电容元件。

在示例11中,前述示例中的任何一个的设备的输出级基于开关模式电源。

示例12是用于放大器的电流模式控制驱动器的斜坡补偿信号发生器,其中,斜坡补偿信号发生器配置成基于用于放大器的输入信号的电压值或由放大器提供的输出信号的电压值中的至少一个来生成用于电流模式控制驱动器的斜坡补偿信号。

在示例13中,示例12的斜坡补偿信号发生器配置为在电流模式控制驱动器的工作周期内生成多个斜坡补偿信号。

在示例14中,示例12的斜坡补偿信号发生器配置成针对电流模式控制驱动器的工作周期生成单个斜坡补偿信号。

在示例15中,示例12至14中任一项的斜坡补偿信号发生器配置为基于输入信号的电压值或输出信号的电压值中的至少一个来调整斜坡补偿信号的幅度。

在示例16中,前述示例中的任一示例的斜坡补偿信号发生器配置为提供斜坡补偿信号以线性地依赖于输入信号的电压值或输出信号的电压值中的至少一个。

在示例17中,前述示例中的任一示例的斜坡补偿信号发生器配置为生成斜坡补偿信号,其中(即,使得)放大器的信号增益独立于输出信号的功率。

示例18是一种发射器,其包括根据示例1至11中的任一个的用于放大输入信号的设备或者根据示例12至17中任一个的斜坡补偿信号发生器,该斜坡补偿信号发生器耦合到放大器的电流模式控制驱动器。

在示例19中,示例18的发射器的输入信号基于射频发射信号。

示例20是包括根据示例18或19中的任一个的发射器的移动通信设备。

在示例21中,示例20的移动通信设备还包括耦合到发射器的至少一个天线。

示例22是用于放大输入信号以经由用于提供输出信号的装置来提供输出信号的装置,其包括:用于基于输入信号的电压值或输出信号的电压值中的至少一个来生成补偿信号的装置;以及用于基于与期望的输出信号对应的目标信号、补偿信号和与输出级的电流值相关的信号来为用于生成输出信号的装置生成控制信号的装置,其中用于生成输出信号的装置配置为基于控制信号生成输出信号。

在示例23中,用于生成示例22的用于放大输入信号的装置的补偿信号的装置被配置为生成补偿信号,其中(即,使得)与输入信号相比的输出信号的增益独立于输出信号的功率。

示例24是用于放大器的电流模式控制驱动器的装置,其中该装置配置成基于放大器的输入信号的电压值或者由放大器提供的输出信号的电压值中的至少一个来生成用于电流模式控制驱动器的斜坡补偿信号。

在示例25中,示例24的装置配置成生成斜坡补偿信号,其中(即,使得)放大器的信号增益独立于输出信号的功率。

示例26是一种用于放大输入信号以经由输出级提供输出信号的方法,其包括:基于输入信号的电压值或输出信号的电压值中的至少一个来生成补偿信号;基于目标信号、补偿信号和与输出级的电流值相关的信号生成用于输出级的控制信号;以及使用控制信号生成输出信号,其中目标信号对应于期望的输出信号。

在示例27中,在示例26的方法中的工作周期内生成多个补偿信号。

在示例28中,针对示例26的方法中的工作周期生成单个补偿信号。

在示例29中,在示例26至28中的任一示例的方法中生成补偿信号,包括基于输入信号的电压值和输出信号的电压值中的至少一个来调整补偿信号的幅度。

在示例30中,在前述任一示例的方法中生成补偿信号,包括生成具有三角波信号形状的补偿信号。

在示例31中,在前述示例中的任一示例的方法中生成补偿信号,包括生成补偿信号以线性地依赖于输入信号的电压值或输出信号的电压值中的至少一个。

在示例32中,在前述示例中的任一示例的方法中生成补偿信号,包括根据数学上对应于Scomp=k1+k2*(Vs—Vi/o)的操作来生成补偿信号,Scomp表示补偿信号,k1和k2表示常数,Vs表示输出级的电源电压,Vi/o表示输入信号的电压值、输出信号的电压值或其组合。

在示例33中,在前述任一方法中生成补偿信号,包括生成补偿信号,其中(即,使得)与输入信号相比较的输出信号的增益独立于输出信号的功率。

示例34是一种用于控制放大器的电流模式控制驱动器的方法,包括:基于放大器的输入信号的电压值或由放大器提供的输出信号的电压值中的至少一个来生成用于电流模式控制驱动器的斜坡补偿信号。

在示例35中,在示例34的方法中的电流模式控制驱动器的工作周期内生成多个斜坡补偿信号。

在示例36中,针对在示例34的方法中的电流模式控制驱动器的工作周期生成单个斜坡补偿信号。

在示例37中,在示例34至36中的任一示例的方法中生成斜坡补偿信号,包括基于输入信号的电压值和输出信号的电压值中的至少一个来调整斜坡补偿信号的幅度。

在示例38中,在示例34至37中的任一示例的方法中生成斜坡补偿信号,包括生成斜坡补偿信号以线性地依赖于输入信号的电压值或输出信号的电压值中的至少一个。

在示例39中,在示例34至38中的任一示例的方法中生成斜坡补偿信号,包括生成斜坡补偿信号,其中(即,使得)放大器的信号增益独立于输出信号的功率。

示例40是其上存储有包含程序代码的程序的计算机可读存储介质,当所述程序在计算机或处理器上执行时,所述程序代码用于执行示例26至39中的任何示例的方法。

示例41是具有程序代码的计算机程序,该程序代码配置为当计算机程序在计算机或处理器上执行时,执行示例26至39中的任何一个的方法。

当计算机程序在计算机或处理器上执行时,示例还可以提供具有用于执行上述方法之一的程序代码的计算机程序。本领域的技术人员将容易认识到,各种上述方法的步骤可以由经编程的计算机执行。这里,一些示例还旨在覆盖程序存储设备,例如数字数据存储介质,其是机器或计算机可读的并且对机器可执行或计算机可执行的指令程序进行编码,其中指令执行上述方法的一些或全部动作。程序存储设备可以是例如数字存储器、诸如磁盘和磁带的磁存储介质、硬盘驱动器或光可读数字数据存储介质。进一步的示例还旨在涵盖被编程为执行上述方法的动作的计算机,或被编程为执行上述方法的动作的(现场)可编程逻辑阵列((F)PLA)或(现场)可编程门阵列((F)PGA)。

说明书和附图仅仅说明本公开的原理。因此应该认识到,本领域的技术人员将能够设计各种布置,这些布置尽管在这里没有明确地描述或示出,但也体现本公开的原理并且被包括在本公开的精神和范围内。此外,本文所列举的所有示例主要明确地仅用于教导的目的,以帮助读者理解本公开的原理和发明人为促进本领域所贡献的概念,并且应被解释为不限于这样的具体叙述的示例和条件。此外,本文中引述本公开的原理、方面和示例的所有陈述以及具体示例旨在涵盖其等同物。

表示为“用于...的装置”(执行某个功能)的功能块应被理解为包括被配置为分别执行某个功能的电路的功能块。因此,“用于...的装置”也可以理解为“被配置为或适合于...的装置”。被配置为执行某个功能的装置因此不意味着这样的装置必然在执行该功能(在给定的时刻)。

附图中示出的各种元件的功能,包括标记为“装置”、“用于提供传感器信号的装置”、“用于生成发送信号的装置”等的任何功能块,可以通过使用专用硬件来提供,例如“信号提供者”、“信号处理单元”,“处理器”、“控制器”等,以及能够与适当的软件相关联地执行软件的硬件。此外,在此描述为“装置”的任何实体可以对应于或被实施为“一个或多个模块”,“一个或多个设备”、“一个或多个单元”等。当由处理器提供时,功能可以由单个专用处理器、单个共享处理器或多个单独处理器(其中一些可以被共享)来提供。此外,术语“处理器”或“控制器”的明确使用不应该被解释为专指能够执行软件的硬件,并且可以隐含地包括但不限于数字信号处理器(DSP)硬件、网络处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、用于存储软件的只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和非易失性存储器。其他硬件,传统的和/或定制的,也可以包括在内。

本领域技术人员应该理解,这里的任何框图都表示体现本公开的原理的说明性电路的概念性视图。类似地,应该理解任何流程图、流程表、状态转换图、伪代码等代表可以基本上在计算机可读介质中表示并由计算机或处理器执行的各种处理,而不管这样的计算机或处理器是否被明确地示出。

此外,下面的权利要求由此被并入详细描述中,其中每个权利要求均可以独立作为单独的示例。尽管每一项权利要求都可以作为单独的示例,但应当指出,尽管从属权利要求可以在权利要求中引用与一个或多个其他权利要求的特定组合,但是其他示例也可以包括该从属权利要求与每个其他从属或独立权利要求的主题的组合。这里提出了这样的组合,除非声明不打算使用特定的组合。此外,即使某个权利要求不直接依赖于独立权利要求,也意图包括对任何其他独立权利要求的该权利要求的特征。

还要注意的是,说明书或权利要求中公开的方法可以由具有用于执行这些方法的各个动作的装置的设备来实现。

此外,应该理解的是,说明书或权利要求书中公开的多个动作或功能的公开内容可以不被解释为在特定的顺序内。因此,多种动作或功能的公开将不会将这些限制为特定的顺序,除非由于技术原因,这些动作或功能不可互换。此外,在一些示例中,单个动作可以包括或可以分成多个子动作。除非明确排除,这样的子动作可以被包括,并且可以是该单个动作的公开内容的一部分。

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