集成电路、无线通信单元、以及用于提供电源的方法
【专利说明】
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于无线通信单元、用于提供电源的发送机架构和电路。本发明可用于，但不限于，线性发送机的电源集成电路和无线通信单元，以及对应的功率放大器电源方法。
【【背景技术】】
[0002]本发明的主要关注点和应用为可在无线通信应用中使用的射频功率放大器(rad1 frequency power amplifier)。持续加载在有限的可用于射频通信系统的频谱上的压力迫使频谱效率线性调制方案(spectrally-efficient linear modulat1n schemes)的发展。由于大量线性调制方案的包络(envelope)波动，导致传输给天线的平均功率实际上显著地低于最大功率，由此造成了功率放大器的低效率。特别地，在该领域中，已有大量的研究工作用于发展有能力在功率放大器的回退(back-off)(线性(linear))区域提供高性能的高效的拓扑结构。
[0003]为了最小化来自频谱再生长(spectral re-growth)的非期望的带外福射(out-of-band emiss1n)，线性调制方案需要对调制信号进行线性放大。然而，典型的射频放大装置中所使用的有源器件(active devices)本质上是非线性(non-linear)的。仅且仅当很小一部分被消耗的直流电(DC power)转化(transformed into)为射频功率时，放大装置的传递函数(transfer funct1n)可趋近于一条直线，也即，在理想的线性放大器情形下。这样的操作方式(mode of operat1n)提供直流到射频功率的低效率的转化，因此不能被便携式(用户)无线通信单元所接受。另外，该低效率同样被认为会给基站造成问题。
[0004]进一步，便携式(用户)设备的重点在于增加电池的寿命。为同时获得线性度(linearity)和效率(efficiency)，所谓的线性化技术被用于改善更高效率的放大器类别(例如‘AB’类，‘B’类或‘C’类放大器)的线性度。已存在各种各样的线性化技术，例如，笛卡尔反馈(Cartesian Feedback)，前馈(Feed-forward)，自适应预失真(AdaptivePre-distort1n)，这些线性技术通常用于设计线性发送机(transmitter)。
[0005]线性放大器(例如，AB类)的输出端的电压通常根据最终的射频功率放大器设备的要求而设定。通常情况下，所述功率放大器的最小电压会显著地大于AB类的放大器的输出电路所要求的电压。因此，它们并非是最有效的放大技术。由于所述功率放大器的最小电源电压(supply voltage) (Vmin)的要求，所述发送机(主要是功率放大器)的效率由所述输出设备两端的电压，和任意下拉设备元件上的任意过电压(excess voltage)所决定。
[0006]为提升上行通信信道的传输比特率，包括振幅调制(amplitude modulat1n, AM)元件的更大的星座调制机制(constellat1n modulat1n schemes)被研究，实际上，成为需求。这些调整机制，例如16比特的正交幅度调制(16-QAM)，需要使用线性功率放大器(Power Amplifier，PA)，并且与调制包络波形(modulat1n envelope waveform)的高波峰(crest)因素(也即，波动的程度)有关。这与之前通常使用的恒定包络调制机制(constantenvelope modulat1n schemes)形成对比，并导致功率效率和线性度的显著降低。
[0007]为克服上述的效率和线性度问题，提出大量的解决方案。一种使用的技术涉及调制功率放大器的电源电压(supply voltage)来匹配所述射频功率放大器所传输的射频功率波形的包络。包络调制(Envelope modulat1n)需要将来自功率放大器的反馈信号提供给放大器的至少一个控制端口。已提供的使用了包络调制技术的方案包括:包络消除与恢复(Envelope Eliminat1n And Restorat1n，EER)矛口包络足艮踪(Envelope Tracking，ET)。该两种方案均需要给所述功率放大器的电源端(supply port)应用宽频带电源信号。
[0008]众所周知，在高峰值平均功率(peak-to-average power, PAPR)高功率传输条件下，使用功率放大器电源射频包络跟踪可同时改善功率放大器的效率和线性度。图1描述了两种可选的技术的图示，第一种技术提供固定电压电源105给功率放大器PA，而第二种技术中，功率放大器电源电压调制为跟踪所述射频包络波形115。无论被放大的所述调制后的射频波形的本性是什么，在固定电源方案中，使用了额外的功率放大器电源电压余量110(也因此潜在地被浪费)。然而，在功率放大器电源电压跟踪射频包络波形115的方案中，额外的功率放大器电源电压余量120可通过调制所述射频功率放大器的电源而被降低，因此，允许所述功率放大器电源来精确地跟踪即时的射频包络。
[0009]众所周知，开关模式电源(Switched-Mode Power Supply，SMPS)技术可用于提供改进的效率。开关模式电源为电子的供电电源，其集成有开关稳压器(switchingregulator)以在电能转换时具备高效率。与其他的电源类似，开关模式电源将功率(power)从源端(例如，无线通信单元的电池)传输给负载端(例如，功率放大器单元)，同时改变电压和电流特性。开关模式电源通常用于高效地提供调制后的输出电压，通常该输出电压与输入电压具有不同的电平。与线性电源(linear power supply)不同的是，开关模式电源的通道晶体管在全开(full-on)和截止(full-off)状态之间进行快速切换，由此可将功率的浪费最小化。电压调节则是通过改变开状态(“on”)与关状态(“off”)的时间比例来实现。与此相反，线性电源必须浪费额外的电压来调整输出。高效率为开关模式电源的主要优势。在需要更高的效率、更小的尺寸或更轻的重量的电源时，开关稳压器被用来替代线性稳压器。但是，开关稳压器更为复杂，如果没有得到很好地抑制，开关稳压器的转换电流将产生电气噪声，而简单的设计将具有很差的功率因素。
[0010]图2举例说明了输入功率210与输出功率205的相对示意图200，当功率放大器的电源(漏极)电压(drain voltage)被调制为使用包络跟踪技术后，可获得各种各样的功能优势和操作优势。通过使能功率放大器的电源(漏极)电压跟踪即时的射频包络115，在调幅-调幅(Amplitude Modulat1n to Amplitude Modulat1n，AM-AM)曲线 220 的范围上的恒定增益(constant gain) 215处，功率放大器可保持适度压缩。与不允许功率放大器的电源电压跟踪所述功率放大器的即时的射频包络的技术相比，为了发送机获得相同的线性度，对所述即时的射频包络115的电源电压的跟踪(使用包络跟踪)允许更高的输出功率能力225。进一步，包络跟踪图200还可被看作是，与采用具有固定电源的功率放大器的增益的架构相比，使用包络跟踪230可支持功率放大器增益衰减。本领域技术人员将了解，这主要是由功率放大器本身的特性以及在为包络跟踪选择操作环境时所述功率放大器的工作点的函数(funct1n of the operat1n point)所致。
[0011]因此，与使用固定的功率放大器电源电压的功率放大器增益相比，使用包络跟踪技术所获得的功率放大器的增益将被缩减230。对于高峰值平均功率比环境，包络跟踪技术还可支持高效的增益潜能。此外，对于相同的输出功率，功率放大器可操作在更低的温度下，由此可减少热量损失和增加效率。但是，同样可知，包络跟踪技术要求高效率、高带宽的电源调制器(supply modulator)以及对射频包络进行精确的跟踪，因此，在实际中很难实现。
[0012]图3举例说明了在功率放大器电源(漏极)电压被调制为使用包络跟踪技术时所需的频率310与包络谱线密度(envelope spectral density) 305的相对示意图300。图3还举例说明了频率360与综合振幅调制功率(integrated amplitude modulatedpower) 355的相对示意图350。包络谱线密度展示了不同的调制情形的一些公共特征，例如，包括大部分的能量的低频区(low-frequency reg1n)，和必须在4_8MHz再现的高频区(high-frequency reg1n)。如图所示，该两种能量区域被另一区域所分离，该另一区域大致覆盖10KHz-400KHz的范围，且包括很少的能量。
[0013]有鉴于此，需要有改进的电源集成电路、无线通信单元和使用线性和高效的发送机架构来控制功率放大器的电源电压的方法，特别的，需要有一种能够以高效节能方式(power efficient manner)提供电源电压的宽频带电源架构。
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【发明内容】
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[0014]因此，本发明力图减轻、缓和或消除上面提及的一个或多个缺点中的某一个或者它们的组合。如附加的权利要求所述，本发明提供集成电路和无线通信单元。
[0015]本发明的各方面将明显地来自参下来将要描述的实施例并将参考接下来将描述的实施例进行说明。
[0016]在阅读了接下来的详细的依据各种图形和图示所描述优选的实施例之后，本发明的各方面对于本领域技术人员应该是显而易见地。
【【附图说明】】
[0017]更详细的，本发明的各方面和实施例将以依据附图的实施例进行描述。为了简单和简洁，图形中的元件并未依据比例进行绘制。为了容易理解，参考数字符号已包括在相应的图示中。
[0018]图1描述的附图表示了提供固定电压电源给功率放大器的第一电压技术，和功率放大器电源电压调制为跟踪射频包络的第二电源技术。
[0019]图2以图示的方式描述了当功率放大器电源(漏极)电压调制为使用包络跟踪技术后可获得的各种功能和操作优点。
[0020]图3以图示的方式描述了当功率放大器的电源(漏极)电压调制为使用包络跟踪技术后功率谱密度(power spectral density，PSD)与频率的对照。
[0021]图4描述了适用于支持包络跟踪的无线通信单元的一个实施例方框图。
[0022]图5描述了无线通信单元的发送链的电源电路500的一部分的大致实施例的方框图。
[0023]图6描述了适合于支持包络跟踪的无线通信单元的发送链的电源电路600的一部分的更详细的实施例方框图。
[0024]图7描述了适用于支持包络跟踪和固定漏极的无线通信单元的发送链的电源单元的时序图。
[0025]图8描述了适合于支持包络跟踪的无线通信单元的发送链的电源电路的一部分的更进一步的实施例的方框图。
[0026]图9仍描述了适合于支持包络跟踪的无线通信单元的发送链的电源电路的一部分的更进一步的实施例的方框图。
[0027]图10仍描述了适合于支持包络跟踪的无线通信单元的发送链的电源电路的一部分的更进一步的实施例的方框图。
[0028]图11仍描述了适合于支持包络跟踪的无线通信单元的发送链的电源电路的一部分的更进一步的实施例的方框图。
[0029]图12仍描述了适合于支持包络跟踪的无线通信单元的发送链的电源电路的一部分的更进一步的实施例的方框图。
[0030]图13仍描述了适合于支持包络跟踪的无线通信单元的发送链的电源电路的一部分的更进一步的实施例的方框图。
[0031]图14仍描述了适合于支持包络跟踪的无线通信单元的发送链的电源电路的一部分的更进一步的实施例的方框图。
[0032]图15描述了包络跟踪的一个实施例的流程图。
[0033]图16描述了一种可在本发明的实施例中实施信号处理功能的典型的计算机系统。
【【具体实施方式】】
[0034]本发明实施例将依据无线通信单元(例如，用于第三代合作伙伴计划(ThirdGenerat1n Partnership Project, 3GPP?)的用户设备)中所使用的一个或多个集成电路为例进行描述。但是，对于本领域技术人员而言，本发明的构思可用于任何类型的集成电路、无线通信单元或得益于改进后的线性度和效率的无线发送机。在本发明的一些实施例中，功率放大器(为线性发送机的一部分)的电源，被调整为宽频带电源，该宽频带电源可为射频功率放大器提供改进的线性度和效率。虽然本发明实施例描述的是关于包络跟踪技术的方案，但是实际上本发明可实施