一种手持设备的制作方法

本发明属于通信技术领域，尤其涉及一种手持设备。

背景技术：

随着大数据时代的到来，手持设备(如手机类的消费终端、广播类的无线电通讯终端或者小型移动中短距离基站终端)作为中转站，承载着信息传递的使命。

目前移动通信已经进入4G时代，这主要得益于LTE(长期演进)技术的应用。LTE采用OFDMA(正交频分多址)调制技术，提高了频带利用率，其峰值速率将达到1Gps，最大带宽将达到100MHz。现在广泛使用的LTE频带达到43个Bands(频段)，覆盖700MHz-3.4GHz。手机厂商需要在发射链路上做多通道，以满足各地区覆盖多频段多制式的通信需求。这样一款手机往往需要4到5个发射通道，用以分别处理GSM(全球移动通信系统)、CDMA(码分多址)、WCDMA(宽带码分多址)、LTE等不同频段信号，同时随着通道增加，还需要给每个发射通道配备滤波器、开关、双工器。因此，手机厂商面临着如何提高手持设备的效率、系统宽带化、发射链路面积小尺寸化的难题。

现在主要采用的方法为：采用Multi-Mode Multi-Band(多模多频带)功率放大器，简称为MMMB功率放大器。其中，MMMB功率放大器通常采用GaAs MMMB功率放大器，GaAs为砷化镓。但是，GaAs材料特性中的低迁移率会导致GaAs MMMB功率放大器的效率无法做高，输出电容过大导致明显的窄带特性。同时，GaAs MMMB功率放大器受其可靠性的限制只能应用于低压，这样决定了GaAs MMMB功率放大器无法承担高效、宽带，小尺寸系统的技术需求。

因此，如何提高手持设备系统的发射链路效率和带宽，并减小发射链路 的面积，仍然是本领域技术人员面临的技术难题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种手持设备，具有较高的发射链路效率和带宽，并且其发射链路的面积较小。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明公开一种氮化镓GaN射频功率放大器、电池单元、电池管理单元、数字处理单元、发射机和天线；

所述GaN射频功率放大器分别与所述发射机、所述天线以及所述数字处理单元连接；

所述发射机与所述数字处理单元连接；

所述电池单元包括多个电池；

所述电池管理单元分别与所述数字处理单元以及所述电池单元连接，所述电池管理单元具有第一供电通道，所述电池管理单元在所述数字处理单元的控制下，根据所述GaN射频功率放大器的供电需求调整所述电池单元中电池的串并联关系，通过所述第一供电通道为所述GaN射频功率放大器提供能够动态变化的电压，并且所述电池管理单元为所述GaN射频功率放大器提供的最大电压不小于所述GaN射频功率放大器的最大工作电压；

所述数字处理单元用于处理通信信号，并对所述电池管理单元进行控制。

可选的，上述手持设备中，所述GaN射频功率放大器的最佳工作电压随其输出功率的变化而动态变化。

可选的，上述手持设备包括多个GaN射频功率放大器；所述多个GaN射频功率放大器均为GaN线性功率放大器；或者，所述多个GaN射频功率放大器均为GaN数字开关功率放大器；或者，所述多个GaN射频功率放大器均为GaN宽带功率放大器；或者，所述多个GaN射频功率放大器为GaN线性功率放大器、GaN数字开关功率放大器和GaN宽带功率放大器的任意组合。

可选的，上述手持设备中，所述电池单元中的多个电池依次串联形成电池串，所述电池串的负极接地；

所述电池管理单元包括多个开关管，且所述电池管理单元还具有第二供电通道，所述第二供电通道与所述数字处理单元的供电端、以及所述发射机的供电端连接；

所述多个开关管的控制端与所述数字处理单元连接，每个电池的正极通过一个开关管连接至所述第一供电通道，所述第二供电通道与所述电池单元中特定电池的正极连接。

可选的，上述手持设备中，所述电池管理单元包括多个开关管，且所述电池管理单元还具有第二供电通道，所述第二供电通道与所述数字处理单元的供电端、以及所述发射机的供电端连接；

所述多个开关管的控制端与所述数字处理单元连接，每个电池的正极通过一个开关管连接至所述第一供电通道，每个电池的负极通过一个开关管接地，相邻两个电池的正极和负极之间连接一个开关管，所述第二供电通道与所述电池单元中特定电池的正极连接。

可选的，上述手持设备还包括滤波器、射频开关和双工器，所述GaN射频功率放大器依次通过所述滤波器、所述射频开关和所述双工器与所述天线连接。

可选的，上述手持设备中，所述GaN射频功率放大器、所述滤波器和所述射频开关组成GaN集成放大器模块或者GaN单片微波集成电路。

可选的，上述手持设备中，所述射频开关为GaN射频开关；所述GaN射频开关的供电端与所述第一供电通道连接；或者，所述GaN射频开关的供电端与所述电池单元中特定电池的正极连接。

可选的，上述手持设备中，所述电池为锂电池、镍镉电池或者石墨烯电池。

可选的，上述手持设备中，所述电池单元包括10个电压为3.6V的锂电池，或者所述电池单元包括30个电压为1.2V的镍镉电池。

可选的，上述手持设备中，所述数字处理单元为多核中央处理器CPU或者独立数字处理芯片。

由此可见，本发明的有益效果为：

本发明公开的手持设备包括GaN射频功率放大器、电池单元、电池管理单元、数字处理单元、发射机和天线，电池管理单元在数字处理单元的控制下，根据GaN射频功率放大器的供电需求调整电池单元中电池的串并联关系，从而通过第一供电通道为GaN射频功率放大器提供能够动态变化的电压。本发明公开的手持设备，采用GaN射频功率放大器，因此能够提高手持设备的发射链路的带宽，并且由于GaN射频功率放大器具有较高的效率，因此能够提高手持设备的发射链路的效率；另外，手持设备通过调整电池单元中电池的串并联关系为GaN射频功率放大器提供适配的电源电压，能够充分发挥GaN射频功率放大器高效的性能，并且电能的损耗较小，可以提高整个系统的效率；同时，本发明公开的手持设备中的开关管承受的电压为电池串并联后的供电电压，开关切换中不会产生高的dv/dt分量和di/dt分量，因此可以采用面积较小的开关管，也不需要设置防止EMI的辅助电路，而且GaN射频功率放大器的面积较小，因此能够减小发射链路的面积。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明公开的一种手持设备的结构示意图；

图2为本发明公开的另一种手持设备的结构示意图；

图3为本发明公开的另一种手持设备的结构示意图；

图4为本发明公开的另一种手持设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。 基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明公开一种手持设备，具有较高的发射链路效率和带宽，并且其发射链路的面积较小。

参见图1，图1为本发明公开的一种手持设备的结构示意图。该手持设备包括电池单元1、电池管理单元2、数字处理单元3、GaN射频功率放大器4、天线5和发射机6。

其中：

GaN射频功率放大器4分别与发射机6、天线5以及数字处理单元3连接。

发射机6与数字处理单元3连接。

电池单元1包括多个电池。电池单元1中的电池在串联状态下提供的电压不小于GaN射频功率放大器4的最大工作电压。作为优选方案，可以将电池单元1配置为：电池单元1中的电池在串联状态下提供的电压不小于GaN射频功率放大器4的最大工作电压、且不大于人体的安全电压(如36V)。

电池管理单元2分别与数字处理单元3以及电池单元1连接，电池管理单元2具有第一供电通道，电池管理单元2在数字处理单元3的控制下，根据GaN射频功率放大器4的供电需求调整电池单元1中电池的串并联关系，通过第一供电通道为GaN射频功率放大器4提供能够动态变化的电压，并且电池管理单元2为GaN射频功率放大器4提供的最大电压不小于GaN射频功率放大器4的最大工作电压。

数字处理单元3用于处理通信信号，并对电池管理单元2进行控制。

GaN材料为第三代半导体材料，其具有较大的禁带宽度、高击穿场强、高迁移率以及高电流密度的特性，用GaN材料制作的射频功率放大器具有高功率密度、高效、高可靠性、以及宽带的特性。

GaN射频功率放大器的输出等效电容Cds比较小，只有几pF的量级。与Si(硅)材料和GaAs(砷化镓)材料的射频功率放大器相比，GaN射频功率放大器的输出电阻Rout随频率增长的变化量会小很多，同时GaN射频功率放大器的开关响应时间非常短，因此应用GaN射频功率放大器作为手持设备中 的功放，可以大幅度的提高开关功放的效率，从而可以提高手持设备的效率。

另外，GaN材料与GaAs材料相比，具有更高的功率密度特性，因此GaN射频功率放大器在使用更小面积的情况下，就能够达到手持设备所要求的功率能力。同时，GaN材料具有宽带特性，采用更少的GaN射频功率放大器就可以覆盖多频段，减少手持设备的发射链路的面积。

GaN射频功率放大器需要在10-40V下工作，才能将高效、高功率密度、宽带特性发挥出来。现有的手持设备中的电源为低压电源(通常为3.3V)，如果采用升压模块直接将3.3V的低压电源升压到36V，升压比例将达到11倍，会存在两个方面的缺陷：1)增大了射频链路面积。由于升压模块中的开关管在开关转换过程中要不停进行切换，因此会出现dv/dt分量和di/dt分量，这些分量会产生大到供电电压2-3倍的瞬态电压值，开关管需要能够承受此高压，为了提高开关管的耐压能力，开关管需要很大的面积。同时，需要增加防止EMI(电磁干扰)的辅助电路，这样会增大射频链路面积。2)效率较低。升压模块中的开关管在开关过程会出现非常高的dv/dt分量和di/dt分量，这些分量会增加开关损耗，导致电源的转换效率较低，从而降低整个系统的效率。

而本发明公开的手持设备，通过电池管理单元2调整电池单元1中电池的串并联关系，输出与GaN射频功率放大器4适配的电源，电能的损耗较小，可以提高整个系统的效率。另外，本发明公开的手持设备中的开关管承受的电压为电池串并联后的供电电压，开关在切换中不会产生高的dv/dt分量和di/dt分量，因此可以采用面积较小的开关管，并且也不需要设置防止EMI的辅助电路，可以减小发射链路的面积。

本发明公开的手持设备包括GaN射频功率放大器、电池单元、电池管理单元、数字处理单元、发射机和天线，电池管理单元在数字处理单元的控制下，根据GaN射频功率放大器的供电需求调整电池单元中电池的串并联关系，从而通过第一供电通道为GaN射频功率放大器提供能够动态变化的电压。本发明公开的手持设备，采用GaN射频功率放大器，因此能够提高手持设备的发射链路的带宽，并且由于GaN射频功率放大器具有较高的效率，因此能够提高手持设备的发射链路的效率；另外，手持设备通过调整电池单元中电池 的串并联关系为GaN射频功率放大器提供适配的电源电压，能够充分发挥GaN射频功率放大器高效的性能，并且电能的损耗较小，可以提高整个系统的效率；同时，本发明公开的手持设备中的开关管承受的电压为电池串并联后的供电电压，开关切换中不会产生高的dv/dt分量和di/dt分量，因此可以采用面积较小的开关管，也不需要设置防止EMI的辅助电路，而且GaN射频功率放大器的面积较小，因此能够减小发射链路的面积。

具体应用中，当手持设备的通信距离较远时，GaN射频功率放大器4需要的供电电压较高，此时电源管理单元2控制电池单元1中的部分或全部电池串联，从而向GaN射频功率放大器4提供相应的高电压。当手持设备的通信距离较近时，GaN射频功率放大器4需要的供电电压较低，此时电源管理单元2控制电池单元1中的电池并联，从而向GaN射频功率放大器4提供相应的低电压，同时也使得电量使用时间最大化。

作为优选方案，GaN射频功率放大器4的最佳工作电压随其输出功率的变化而动态变化。在GaN射频功率放大器4的输出功率较大时，GaN射频功率放大器4的工作电压为较大的数值，在GaN射频功率放大器4的输出功率较小时，GaN射频功率放大器4的工作电压为较小的数值。

实施中，手持终端可以设置一个GaN射频功率放大器，该GaN射频功率放大器可以为GaN线性功率放大器、GaN数字开关功率放大器或者GaN宽带功率放大器。

另外，手持终端也可以设置多个GaN射频功率放大器，使得手持终端能够覆盖更多的频段。在手持终端设置多个GaN射频功率放大器的情况下，多个GaN射频功率放大器可以均为GaN线性功率放大器；或者，多个GaN射频功率放大器均为GaN数字开关功率放大器；或者，多个GaN射频功率放大器均为GaN宽带功率放大器；或者，多个GaN射频功率放大器为GaN线性功率放大器、GaN数字开关功率放大器和GaN宽带功率放大器的任意组合。

实施中，电池单元1和电池管理单元2具有多种结构。下面结合图2和图3进行说明。

参见图2，图2为本发明公开的另一种手持设备的结构示意图。该手持设备包括电池单元1、电池管理单元2、数字处理单元3、GaN射频功率放大器4、天线5和发射机6。

其中：

GaN射频功率放大器4分别与发射机6、天线5以及数字处理单元3连接。

发射机6与数字处理单元3连接。

电池单元1包括多个电池，并且电池单元1中的电池依次串联形成电池串，该电池串的负极接地。在图2中，电池单元中的电池分别以第1节、第2节、…第N-1节，第N节标示，第1节电池的负极即为电池串的负极。

电池管理单元2包括多个开关管，且电池管理单元2具有第一供电通道21和第二供电通道22。其中，第一供电通道21与GaN射频功率放大器4的供电端连接，第二供电通道22与数字处理单元3的供电端、以及发射机6的供电端连接。

电池管理单元2中各个开关管的控制端与数字处理单元3连接。电池单元1中每个电池的正极通过一个开关管连接至第一供电通道21。第二供电通道22与电池单元1中特定电池的正极连接，在图2中，第二供电通道22与第1节电池的正极连接。

数字处理单元3用于处理通信信号，并对电池管理单元2进行控制，以便电池管理单元2调整电池单元1中的电池的串并联关系。具体的：数字处理单元3根据GaN射频功率放大器4的供电需求调整各个开关管的通断状态，在同一时刻，多个开关管中仅有一个开关管处于导通状态，其他开关管均处于关断状态。

例如：第1节电池至第5节电池串联后的电压与GaN射频功率放大器4所需供电电压匹配的情况下，数字处理单元3控制与第五节电池的正极连接的开关管导通，控制其他开关管关断。

本发明图2所示的手持设备，电池单元包括多个串联的电池，电池管理 单元包括多个开关管、第一供电通道和第二供电通道。电池单元中的每个电池的正极通过一个开关管连接至第一供电通道，GaN射频功率放大器的供电端与第一供电通道连接，数字处理单元通过控制开关管的运行，就可以控制电池单元中的全部或部分电池串联为GaN射频功率放大器供电，或者仅由一个电池为GaN射频功率放大器供电，从而为GaN射频功率放大器提供适配的供电电压。另外，电池管理单元中的第二供电通道与特定电池的正极连接，为数字处理单元以及发射机供电。

参见图3，图3为本发明公开的另一种手持设备的结构示意图。该手持设备包括电池单元1、电池管理单元2、数字处理单元3、GaN射频功率放大器4、天线5和发射机6。

其中：

GaN射频功率放大器4分别与发射机6、天线5以及数字处理单元3连接。

发射机6与数字处理单元3连接。

电池单元1包括多个电池。在图3中，电池单元中的电池分别以第1节、第2节、…第N-1节，第N节标示。

电池管理单元2包括多个开关管，并且电池管理单元2具有第一供电通道21和第二供电通道22，第一供电通道21与GaN射频功率放大器4的供电端连接，第二供电通道22与数字处理单元3的供电端、以及发射机6的供电端连接。

电池管理单元2中多个开关管的控制端与数字处理单元3连接。电池单元1中相邻两个电池的正极和负极之间连接一个开关管。第2节电池至第N节电池，每个电池的正极各通过一个开关管连接至第一供电通道21，每个电池的负极各通过一个开关管接地。第1节电池的正极通过一个开关管连接至第一供电通道21，第1节电池的负极接地。第二供电通道22与电池单元1中特定电池的正极连接，在图3中，第二供电通道22与第1节电池的正极连接。

实施中，也可以采用如下方式：电池单元中相邻两个电池的正极和负极之间连接一个开关管，每个电池的正极通过一个开关管连接至第一供电通道 21，每个电池的负极通过一个开关管连接至第二供电通道22。

下面对手持设备运行过程中，数字处理单元3的控制过程进行说明。

第一种控制方式：

数字处理单元3控制位于第i节电池至第i+m节电池之间的开关管导通，控制连接于第i节电池的负极与接地端之间的开关管导通，控制与第i+m节电池的正极连接的开关管导通，控制其他开关管关断，此时，由第i节电池至第i+m节电池串联为GaN射频功率放大器4供电。其中，i为不大于N的正整数，且i+m不大于N。

例如：控制位于第1节电池至第3节电池之间的开关管导通，控制与第3节电池的正极连接的开关管导通，控制其他开关管关断。此时，由第1节电池至第3节电池串联为GaN射频功率放大器4供电。

例如：控制位于第2节电池至第5节电池之间的开关管导通，控制连接于第2节电池的负极和接地端之间的开关管导通，控制与第5节电池的正极连接的开关管导通，控制其他开关管关断。此时，由第2节电池至第5节电池串联为GaN射频功率放大器4供电。

例如：控制位于第1节电池至第N节电池之间的开关管导通，控制与第N节电池的正极连接的开关管导通，控制其他开关管关断。此时，由第1节电池至第N节电池串联为GaN射频功率放大器4供电，也就是全部的电池串联为GaN射频功率放大器4供电。

当然，数字处理单元3仅控制与第1节电池的正极连接的开关管导通，也是可以的，此时由第1节电池为GaN射频功率放大器4供电。

第二种控制方式：

数字处理单元3控制位于相邻两个电池之间的开关管均关断，控制全部电池的正负极所连接的开关管导通，或者控制部分电池的正负极所连接的开关管导通。

在控制位于相邻两个电池之间的开关管均关断，控制电池单元1中全部电池的正负极所连接的开关管均导通时，其达到的效果为：电池单元1中全部电池并联为GaN射频功率放大器4供电，使得单一电压的电量最大化。

在控制位于相邻两个电池之间的开关管均关断，控制电池单元中部分电池的正负极所连接的开关管均导通时，其达到的效果为：电池单元1中的部分电池并联为GaN射频功率放大器4供电。例如：控制电池单元1中的3个电池并联为GaN射频功率放大器4供电。

当然，数字处理单元3仅控制1个电池的正负极所连接的开关管导通，也是可以的，此时由该电池为GaN射频功率放大器4供电。

第三种控制方式：

数字处理单元3将电池单元1中的电池划分为多个电池组，其中各个电池组包含的电池数量一致，并且一个电池组中的各电池能够通过开关管依次串联。数字处理单元3控制全部或者部分电池组并联为GaN射频功率放大器4供电。

例如：将第1节电池至第3节电池划分为一个电池组，将第4节电池至第6节电池划分为一个电池组，对于其他电池，以此类推进行划分。

当然，也可以仅对电池单元中的部分电池进行划分，只要保证各个电池组包含的电池数量一致，且一个电池组中的各电池可以通过开关管依次串联即可。例如：将第2节至第5节电池划分为一个电池组，将第7节电池至第10节电池划分为一个电池组。

数字处理单元3控制部分电池组或者全部电池组中位于相邻电池之间的开关管导通，控制与上述电池组的负极连接的开关管导通，控制与上述电池组的正极连接的开关管导通，控制其他开关管关断。其达到的效果为：位于一个电池组中的电池串联，全部或部分电池组并联为GaN射频功率放大器4供电，既可以提供与GaN射频功率放大器4适配的供电电压，也可以提高电源电量，从而优化系统性能。

实施中，数字处理单元3可以控制剩余电量较多的电池组并联为GaN射频功率放大器4供电。

本发明图3所示的手持设备，数字处理单元通过控制电池管理单元中开关管的通断状态，能够控制电池单元中电池以多种串并联形式为GaN射频功率放大器供电。与图2所示手持设备相比，在为GaN射频功率放大器提供较 低供电电压的情况下，可以提高电源电量，从而优化系统性能。

需要说明的是，在图2和图3所示的手持设备中，第二供电通道22具体与电池单元1中的哪个电池的正极连接，决定于电池的供电电压以及数字处理单元3和发射机6所需的供电电压。

另外，第二供电通道22可以为多个，多个第二供电通道22可以与电池单元1中不同电池的正极连接，也就是说各个第二供电通道22具有不同的电压，数字处理单元3以及发射机6可以连接至相应的第二供电通道22，以获得适配的供电电压。

另外，手持终端中的其他用电器件也可以连接至相应的第二供电通道22，从而为各用电器件供电。

作为优选方案，在本发明图1至图3所示的手持设备中，可以进一步设置射频开关7、双工器8和滤波器9，GaN射频功率放大器4依次通过滤波器9、射频开关7、双工器8与天线5连接，如图4所示。滤波器9用于对经GaN射频功率放大器4放大的信号进行滤波。

需要说明的是，GaN射频功率放大器4、滤波器9和射频开关7可以组成GaN集成放大器模块或者GaN单片微波集成电路。

作为优选方案，射频开关7采用GaN射频开关。该GaN射频开关的供电端与第一供电通道21连接，也就是GaN射频开关与GaN射频功率放大器4采用相同的供电电压。或者，GaN射频开关的供电端与电池单元1中特定电池的正极连接。

另外，在本发明上述公开的手持设备中，电池可以采用锂电池、镍镉电池或者石墨烯电池。实施中，电池的形态可以为固态电池、薄膜电池或者液态封装电池。

作为一种优选方式，电池单元1包括10个电压为3.6V的锂电池。电池管理单元2通过调整各锂电池的串并联关系，可以向GaN射频功率放大器4 提供3.6V至36V的电源。

作为另一种优选方式，电池单元1包括30个电压为1.2V的镍镉电池。电池管理单元2通过调整各镍镉电池的串并联关系，可以向GaN射频功率放大器4提供1.2V至36V的电源。

另外，本发明上述公开的手持设备中，数字处理单元3可以采用多核CPU(中央处理器)，也可以采用独立数字处理芯片。

通过数字处理单元3控制电池管理单元2的运行，以此调整电池单元1中电池的串并联关系，从而调整电池单元1的输出电压，实现1.2V-36V的宽范围电源电压调节，能够将GaN射频功率放大器或者GaN包络跟踪发射系统(简称为ET)的性能发挥到极致。另外，对于采用GaAs射频功率放大器或者采用Si(硅)材料射频功率放大器的手持设备而言，也可以采用本发明公开的电池单元和电池管理单元，以实现低压动态调节的供电方式，达到提升手持设备的效率的目的。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。