集成电路、无线通信单元及电源供应方法

文档序号:9526620
集成电路、无线通信单元及电源供应方法
【技术领域】
[0001]本发明有关于一种无线通信单元,用于提供一种电源的传送器结构以及电路。本发明应用于,但不限于为一用于线性传送器和无线通信单元的电源集成电路以及一相关的功率放大器电源电压供应方法。本发明主要的技术领域为应用于无线通信中的射频(rad1frequency, RF)功率放大器技术领域。
【背景技术】
[0002]随着可用于无线通信系统的有限频谱所带来的压力,推动线性调制体制的效率得到了不断的发展。由于线性调制机制的包络波动,使得送至天线的平均功率远低于最大功率值,从而导致了功率放大器的功率降低。因此,致力于发展一种能够提供功率放大器的「功率回退」(back-off)(即线性)区域的高性能的高效率结构,在本技术领域中具有一定的意义。
[0003]线性调制机制需要对调制后信号进行线性放大,以最小化由频谱再生(spectralre-growth)所引起的不期望的带外(out-of-band)消耗。但是,应用于一普通RF放大设备中的主动装置并非天生就是非线性的,只有当消耗后的直流(DC)功率的一小部分转换为RF功率时,放大设备的转换函数才能够近似地为一直线,即运作为一理想的线性放大器。这种运作模式能够提供一低效率的DC功率至RF功率的转换,但是并不适用于便携式(用户)无线通信单元中。此外,对于基站来说,这种低效率运作模式同样存在一定问题。
[0004]此外,便携式(用户)装置的重点在于增长电池的寿命。为了同时达到线性度以及高效率的目的,所谓的直线化(linearisat1n)技术得到应用以改善更多类别的放大器的线性度,例如AB类、B类或者C类放大器。各种直线化技术纷纷出现,从而可应用于线性传送器的设计当中,例如笛卡尔(Cartesian)反馈、前置反馈(Feed-forward)以及适应性的预失真(Adaptive Pre-distort1n)。
[0005]线性放大器(例如AB类放大器)的输出电压通常可以依据RF功率放大器(PowerAmplifier, PA)设备的需求而设定。通常地,PA的最小电压远大于AB类放大器的输出设备所需求的电压。因此,这还不是效率最好的放大技术。传送器(主要指PA)的效率由输出设备两端的电压,以及任何下拉式设备元件两端的任何过电压(excess voltage)来决定的,该过电压由PA的最小所需电源电压(Vmin)所引起。
[0006]为了提高传送上行链路通信通道中的比特率,需要研究,或者确切地说,需要应用一具有一振幅调制(amplitude modulat1n, AM)元件的更好的调制机制。这些调制机制,例如16位正交振幅调制(16-QAM)机制,需要分别关联于调制包络波形的多个高峰值因子(即波动程度)的多个线性PA。而这于现有技术中常使用的包络调制机制是相互矛盾的,并将导致功率效率以及线性度的大大降低。
[0007]因此,为了克服上述的效率以及线性度问题,多种解决方法得以提出。其中一种方法是关于对PA的电源电压进行调制,以使其与即将被RF PA传送的无线频率波形的包络相匹配。包络调制需要PA电源提供一反馈信号至放大器的控制断。上述应用包络调制的方法包括对包络的去除及恢复(envelope eliminat1n and restorat1n,EER),及包络追踪(envelope tracking,ET)。以及上述的所有操作均需要在PA的电源断使用一带宽电源信号。
[0008]众所周知的是PA电源中对RF包络追踪的应用可以同时改善高功率传送环境下的高峰值平均功率(peak-to-average power,PAPR)的PA效率以及线性度。图1为两种现有的可选技术的示意图100。第一种技术提供了一固定电源电压105至一 PA,第二种技术中,PA的电源电压被调整为对RF包络波形115进行追踪。在第一种技术中,PA电源电压余度110的超额部分得到利用(否则将被浪费),而无需考虑被放大的调制后RF波形的特性。但是,在第二种技术115中,PA电源电压余度的超额部分能够透过RF PA电源得以降低120,从而使得PA电源能够精确地追踪瞬时RF包络。
[0009]众所周知的是开关式电源(SMPS)技术可以用于提高效率。一 SMPS实质为包含一开关式稳压器的电源,其具有高效率的电功率转换能力。与其他类型的电源一样,一 SMPS可以将一电源,例如一无线通信单元的电池转移至一负载,例如一功率放大器中,同时对电压及电流特性进行换转。一 SMPS通常用以有效地提供一调整后输出电压,该输出电压的电压电平通常不同于输入电压。与一线性电源不同,开关模式电源的传输晶体管可以快速地在完全开启及完全关闭状态之间进行切换,从而可以减小能量的消耗。通过改变「开」与「关」之间的切换时间的比率,电压可以得以调整。相反地,一线性电源则必须驱动电压超额部分以调整该输出。其所具有的更高的效率实质上相当于一 SMPS原本便具有的优势。因此,当需要获得更高的效率、更小的尺寸面积或者更小的电源时,可以使用开关式稳压器以替代线性稳压器。但是,开关式稳压器会更复杂,简单的设计又会带来低功率,以及若开关电流未得到很好的抑制,其会引起噪声问题。
[0010]图2为现有技术中输出功率(Pout [dBm]) 205与输入功率(Pin[dBm]) 210的关系示意图200。其中,当一PA电源电压被调整为应用一包络追踪技术时,各种功能及运作上的优势可以得以实现。通过将PA电源电压应用为追踪瞬时RF包络115,PA可以于振幅调制至振幅调制(AM-AM)的曲线220范围内维持一恒定增益215。相比于不使用PA电源电压追踪PA瞬时RF包络的技术,上述通过传送器对瞬时RF包络115的电源电压进行追踪的技术可以促使在相等的线性度(使用包络追踪)下,更高的输出功率能力225的实现。此外,相比于PA增益与一固定电源相关的结构,该包络追踪曲线200还能够在应用ET 230时降低PA增益。本领域技术人员应当了解,明显地,PA特性与PA在为包络追踪选取的运作环境下的运作功能有关。
[0011]因此,相比于应用一固定PA电源电压的情形,PA的增益可以在使用包络追踪时得以降低。包络追踪还可以实现高PAPR环境下的一高效率增益。此外,PA可以于一更低温度下实现相等的输出功率,从而可以降低热量的散失以及可以提高效率。但是,同样需要了解的是,由于包络追踪需要得到一高效率,因此在实际实作中,高带宽电源调制器以及对RF包络的精确追踪难以实现。
[0012]图3A为当调整一 PA电源电压以应用包络追踪技术时,包络频谱密度(PSD(V2/100KhZ))305与所需频率310的关系示意图300。图3B为当调整一 PA电源电压以应用包络追踪技术时,一集成AM功率355与频率360之间的关系示意图350。包络频谱密度呈现了不同的调制状况的一些共同特性,例如,低频区域包含了能量的大部分,而高频区域必须高至4-8MHz。如图所示,上述两个能量区域可通过一区域隔离开来,该隔离区域覆盖的范围为10kHz-400kHz,其中包含了很小部分能量。
[0013]因此,亟需一种改善的电源集成电路、无线通信单元以及功率放大器电源电压控制方法,能够使用上述线性以及高效率的传送器结构,以及特别是一种带宽电源结构能够提供一高效率的电源电压。

【发明内容】

[0014]有鉴于此,本发明寻求一种设计以减轻、缓和或消除上述提及的一个或多个问题。
[0015]—方面,本发明实施例提供一种集成电路,用以提供一电源至一射频功率放大器,该集成电路包括:一包含一开关式稳压器的低频电源路径;以及一高电源路径,用以调整该集成电路的输出端的该电源的输出电压,其中该电源为一组合电源,该组合电源由该低频电源路径及该高频电源路径组合提供,以及该高频电源路径包括:一放大器,用于在高频电源路径施加一电源信号;以及一耦接于该放大器的输出的电容,用以对该电源信号执行直流电压电平偏移;其中,该放大器包含一用以接收一反馈电压的第一输入,以及一用以接收一调制后包络输入信号的第二输入,其中当该放大器处于包络追踪运作模式时,该低频电源路径被该放大器的输出和参考信号控制。
[0016]另一方面,本发明实施例另提供一种无线通信单元,包含一射频功率放大器及用以为该射频功率放大器提供电源信号的一电源,该无线通信单元包括:一低频电源路径,包含一开关式稳压器;以及一高频电源路径,用以调整该集成电路的输出端的该电源的输出电压,其中该电源为一组合电源,该组合电源由该低频电源路径及该高频电源路径组合提供,以及该高频电源路径包括:一包含一电压反馈的放大器,用于在高频电源路径施加一电源信号;以及一耦接于放大器的输出的电容器,用以对该电源信号执行直流电压电平偏移;其中,该放大器包含一用以接收一反馈电压的第一输入,以及一用以接收一调制后包络输入信号的第二输入,其中当该放大器处于包络追踪运作模式时,该低频电源路径被该放大器的输出和参考信号控制。
[0017]再一方面,本发明提供一种电源供应方法,用于为一射频功率放大器提供电源,包括:通过一开关式稳压器提供一低频电源至该射频功率放大器;通过一高频电源路径提供一高频电源至该射频功率放大器;将一放大器输出的电源驱动至该射频功率放大器,该放大器位于该高频电源路径,其中,该放大器包含一用以接收一反馈电压的第一输入,以及一用以接收一调制后包络输入信号的第二输入,其中当该放大器处于包络追踪运作模式时,该低频电源路径被该放大器的输出和参考信号控制;以及对该高频电源路径提供的高频电源执行直流电压电平偏移。
[0018]以上所述的集成电路、无线通信单元以及电源供应方法能够提供一高效率及高线性度的电源电压。
【附图说明】
[0019]图1为现有的提供一固定电源电压至一 PA的第一电源技术以及将该PA电源电压调整为对RF包络进行追踪的第二电源技术的实施例的示意图;
[0020]图2为当调整一 PA电源电压以应用包络追踪技术时,各种功能及运作优势得以实现的示意图;
[0021]图3A为当调整一 PA电源电压以应用包络追踪技术时,包络频谱密度与频率之间的关系不意图;
[0022]图3B为当调整一 PA电源电压以应用包络追踪技术时,一整合AM功率与频率之间的关系不意图;
[0023]图4为依据本发明一实施例的应用包络追踪的一无线通讯单元的结构示意图;
[0024]图5为依据本发明一实施例的应用包络追踪的无线通讯单元的传送链中的部分电源电路的结构示意图;
[0025]图6为依据本发明另一实施例的应用包络追踪的无线通讯单元的传送链中的部分电源电路的模块示意图;
[0026]图7为依
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