使用输出网络控制功率的制作方法
【专利说明】使用输出网络控制功率
[0001 ] 分案申请的相关信息
[0002]本申请是国际申请号为PCT/US2009/036480，申请日为2009年3月9日，优先权日为2008年5月5日，发明名称为“使用输出网络控制功率”的PCT申请进入中国国家阶段后申请号为200980116171.8的中国发明专利申请的分案申请。
[0003]根据35U.S.C.§119主张优先权
[0004]本专利申请案主张2008年5月5日申请的题为“Control I ing power with anoutput network”的第12/151，199号申请案的优先权，所述美国申请案以引用的方式并入本文。
技术领域
【背景技术】
[0005]在许多无线通信系统中，例如蜂窝电话、移动互联网设备(MID)、个人数字助理(PDA)、膝上型电脑、个人计算机等等移动无线设备以射频(RF)进行无线通信。为了在给定的无线通信系统中实现通信，要求这样的设备输出具有给定功率水平的RF信号。不同的无线系统对于功率水平有不同的要求，而且在给定的通信系统中，功率水平可以根据通信模式而变化。为了产生传输信息所需的输出功率，典型的移动设备包括功率放大器(PA)或者其他这样的放大器，其接收来自例如基带处理器和收发机等之类的设备的处理电路的RF信号并且将该RF信号放大到所需的功率水平。
[0006]由于许多发射机系统中的功率控制要求，平均输出功率可能在宽范围(例如，数十分贝(dB))上变化。这使得功率放大器的效率在功率范围上显著变化。大多数PA在最大输出功率处具有最大效率，并且当功率降低时效率迅速下降。
【发明内容】
[0007]根据一方面，本发明包括一种具有多个增益级和耦合到该增益级的输出网络的设备。每个增益级能够被独立控制以将射频(RF)信号放大到用于从诸如蜂窝手持送受话器等移动无线设备传输的输出功率水平。当被控制为不活动(inactive)时，增益级中的至少一个能够被置于低阻抗状态。每个增益级在它们活动(active)时可以具有基本上不同的驱动点阻抗，以适应不同的输出功率水平。在一个实施方式中，输出网络可以包括变压器。
[0008]本发明的另一方面针对功率放大器，该功率放大器具有多个级(每个级包括放大器对)和耦合到每个级输出的变压器，其中变压器具有不同的匝比。这些级可以被控制为使得当给定级不活动时，该级能够被置于低阻抗状态，并且净电感(net inductance)被开关成与反相变压器(opposite transformer)的输出线圈并联親合。
[0009]本发明的又一个方面针对集成电路，该集成电路包括至少三个增益级和至少三个变压器，每个变压器耦合到对应的一个增益级。所述变压器中的至少两个可以具有基本上相等的匝比，所述匝比又大于另一个变压器的匝比。该增益级能够被单独地使能，并且增益级中的至少两个可以对应于高功率增益通道，而另一个增益级对应于低功率增益通道。
[0010]本发明的更进一步方面针对具有多个差分互补放大器级和输出变压器的功率放大器。该输出变压器可以被耦合以接收来自任何放大器级(取决于哪个被使能)的放大的输出信号。输出变压器的匝比也可以取决于哪个放大器级被使能。在一些实施方式中，非使能的(一个或多个)放大器级能够被置于高阻抗状态。
[0011]更进一步，本发明的一个方面针对集成电路，该集成电路除了多个增益级之外还包括多个变压器。每个变压器可以具有基本上相等的匝比并且包括电感器形成的线圈，该电感器与增益级一起集成在公共的互补型金属氧化物半导体(CMOS)管芯上。更具体地，电感器能够被定尺寸以管理CMOS工艺的电感变化，并且该变压器可使得增益级能够看到远远小于该电路耦合到的负载的负载阻抗的驱动点阻抗。
【附图说明】
[0012]图1是依照本发明的功率放大器输出级和输出网络的概念示意图。
[0013]图2是依照本发明的一个实施例的输出网络的概念示意图。
[0014]图3A是依照本发明的一个实施例的多抽头变压器实施方式的概念示意图。
[0015]图3B是依照本发明的实施例的另一多抽头变压器实施方式的概念示意图。
[0016]图3C是图3B所示电路在高功率操作模式下的等效示意图。
[0017]图3D是图3B所示电路在低功率操作模式下的等效示意图。
[0018]图3E是能够结合多抽头变压器使用的调谐电路的实施方式。
[0019]图4A是依照本发明的实施例的并联增益级和输出网络的概念示意图。
[0020]图4B是依照本发明的实施例的并联增益级和输出网络的另一个概念示意图。
[0021]图4C是依照本发明的一个实施例的耦合到增益级的替代输入的概念示意图。
[0022]图5A是依照本发明的另一个实施例的可重配置输出网络的概念示意图。
[0023]图5B是图5A所示电路在高功率操作模式下的等效示意图。
[0024]图5C是图5A所示电路在低功率操作模式下的等效示意图。
[0025]图6A是依照本发明的另一个实施例的可重配置输出网络的概念示意图。
[0026]图6B是图6A所示电路在高功率操作模式下的等效示意图。
[0027]图6C是图6A所示电路在低功率操作模式下的等效示意图。
[0028]图6D是示出依照本发明的一个实施例的可重配置输出网络的单端实施方式的概念示意图。
[0029]图7是依照本发明的另一个实施例的可重配置输出网络的概念示意图。
[0030]图8A是依照本发明的又一个实施例的可重配置输出网络的概念示意图。
[0031]图8B是图8A的可重配置输出网络的替代实施方式的概念示意图。
[0032]图9A是依照本发明的一个实施例的功率放大器的概念示意图。
[0033]图9B是依照本发明的又一个实施例的功率放大器的一部分的概念示意图。
[0034]图10是依照本发明的实施例的无线设备的框图。
【具体实施方式】
[0035]实施例可以提供输出网络，该输出网络能够提供可控负载阻抗。这样，输出功率/效率降低问题能够被克服。通过在期望的输出功率减少时增大负载阻抗，效率能够被保持为接近最大值。
[0036]在各个实施例中，可以提供耦合到功率放大器或其他这样的放大器设备的输出增益级的输出网络的不同实施方式。这样的输出网络可以有助于控制输出功率，同时允许以高效率模式操作。也就是说，放大器的输出功率(Pcmt)根据以下等式与负载电阻和输出电压有关:
[0037]P0Ut = Vrms2+ Rl [等式.1]
[0038]其中Vrms对应于RMS输出电压电平且Rl是负载电阻。在Vrms被最大化时出现最大输出功率和最大效率。Vrms的最大值与电源电压成比例，其中实际的最大值部分地由各种性能要求确定，所述性能要求例如线性度或谐波水平。在不同的实施方式中，通过控制负载电阻来控制功率的各种方式能够通过使用根据本发明实施例的输出网络来实现。例如，输出网络可以在两个或更多个功率水平上提供高效率。在这些情况中，输出网络能够为增益级放大器提供最优(或近似最优)的负载，从而在这两个或更多个功率水平上实现高效率操作。而且，该网络提供一种能够电子地选择不同功率水平的方式。因此，该网络可以被称为可重配置输出网络。在各个实施例中，由禁用的增益级呈现的阻抗能够被用来控制，或者部分控制，该可重配置输出网络的状态。
[0039]依照本发明的实施例，为了实现负载变化，基于变压器的技术可被用于以电学方式重新配置输出网络的变压器以改变其匝比。该重新配置具有改变负载阻抗的效果，并且完成该重新配置使得变压器的RF性能被保持。
[0040]现在参照图1，图示了根据本发明的一个实施例的具有可重配置负载的功率放大器的末级的概念示意图。增益末级100可以包括连接到输出网络101的两个或更多个并联增益级(统称为AU))。该增益级可以是差分或单端拓扑。一个或多个增益级可以被信号C2(x)控制。类似地，该输出网络可以具有各种控制信号，Cl(X)，所述控制信号修改该输出网络的响应。该控制信号C2(x)可以使能或者禁用该增益级并且还可以控制由增益级呈现的输出阻抗，Ro(x)(C2)。例如，当增益级Al被禁用时，信号C2(l)可以促使输出阻抗Ro(I)处于高阻抗水平。因为各个信号通道连接到网络101，每个增益级的驱动点阻抗是所有控制信号的函数，因此命名为Ri(x) (Cl，C2)。通过改变控制信号Cl和C2，呈现给各个使能的增益级的有效负载阻抗能够被改变，从而允许在各个输出功率水平实现高效率操作。该输出网络101也可以提供与外部负载102的阻抗匹配。
[0041]现在参照图2，图示了根据本发明的一个实施例的输出网络的概念示意图。如图2所示，输出网络10(该输出网络可以是PA的一部分)包括多个不同的通道或切片。具体地，可以存在多个放大器20a-20n(统称为放大器20)，每个放大器可以是由一个或多个跨导放大器形成的增益级。在一个实施例中，增益级20是互补型金属氧化物半导体(CMO