专利名称：多模功率放大器及相应的移动通信设备的制作方法
技术领域：
多模功率放大器及相应的移动通信设备
技术领域：
本发明涉及IC设计领域，尤其是涉及一种多模功率放大器及相应的移动通信设备。
背景技术：
现代移动通讯系统，特别是手机，为了延长锂电池的使用时间，增加通话时间，降 低功率放大器的电流，提高功率放大器效率为有效途径之一。为此人们发明了很多有效提 高效率的方法，像E类和F类功率放大器。这类功率放大器，在功率输出接近饱和时可以达 到很高的有效效率。但在通讯系统中，有时系统并不需要很高的发射功率，为了使得系统在不同的发 射状态下都有很高的效率，人们提出了多模功率放大器。多模功率放大器就是根据通讯系 统所需功率，设定发射功率的大小。通常所述多模功率放大器包括有三种工作模式，分别为 低功率模式(low power mode, LPM)、中功率模式(middle power mode, MPM)、高功率模式 (high power mode，HPM)。多模功率放大器被广泛应用于3G/4G手机中。尽管此类多模功率放大器可以有效地改进系统的有效效率，但此类功率放大器有 一个明显的缺点，就是各个模式之间有不连续的相位跳变，这种相位的跳变将导致通信信 号的畸变，从而使通讯质量下降。因此，希望提出一种改进的多模功率放大器来克服上述问题。
发明内容本发明所解决的技术问题之一在于提供一种多模功率放大器，其各模式之间的相 位偏差较小。本发明所解决的技术问题之二在于提供一种移动通信设备，其采用多模功率放大 器，在各模式之间的相位偏差较小。为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了一种多模功率放大器， 其包括两条功率放大路径和控制电路，根据所述控制电路的控制可在两条功率放大路径中 的一条对输入射频信号进行功率放大以得到输出射频信号。在至少一条功率放大路径中设 置有相位补偿电路。进一步的，所述多模功率放大器具有三个工作模式，分别为低功率模式、中功率模 式和高功率模式，低功率模式和中功率模式共用一条功率放大路径，所述控制电路通过控 制功率放大路径中的放大晶体管的集电极电压来实现低功率模式和中功率模式的切换，高 功率模式单独采用一条功率放大路径。更进一步的，每条功率放大路径包括依次连接的输入匹配电路、第一级功率放大 电路、级间匹配电路和末级功率放大电路，在各个功率放大路径后连接有一个输出匹配电 路。再进一步的，所述相位补偿电路设置于对应功率放大路径的输入匹配电路前。[0012]进一步的，所述相位补偿电路为延迟线。进一步的，所述相位补偿电路为相移器。进一步的，所述相位补偿电路为矢量调制器。更进一步的，所述矢量调制器包括信号分路器、延迟线、第一衰减器、第二衰减器 和信号合路器，所述信号分路器将输入信号分为第一路信号和第二路信号，其中第一路信 号经由所述延迟线和第一衰减器至所述信号合路器，第二路信号经由第二衰减器至所述信 号合路器，所述信号合路器将第一衰减器输出的衰减后的第一路信号和第二衰减器输出的 衰减后的第二路信号合成为一路输出信号。根据本发明的另一个方面，本发明提供了一种移动通信设备，其包括一个多模功 率放大器。所述多模功率放大器包括两条功率放大路径和控制电路，根据所述控制电路的 控制可在两条功率放大路径中的一条对输入射频信号进行功率放大以得到输出射频信号。 在至少一条功率放大路径中设置有相位补偿电路。与现有技术相比，在本发明中的多模功率放大器在其中的至少一条放大路径中增 设了相位补偿电路来调整该放大路径中信号的相位，以使得该被调整放大路径中的信号相 位与其它放大路径中的信号相位的偏差或跳变很小，以降低或避免在模式切换时引起通信 质量下降。关于本发明的其他目的，特征以及优点，下面将结合附图在具体实施方式
中详细 描述。
结合参考附图及接下来的详细描述，本发明将更容易理解，其中同样的附图标记 对应同样的结构部件，其中图1示出了本发明中的多模功率放大器的第一实施例的方框示意图；图2示出了本发明中的多模功率放大器的第二实施例的方框示意图；图3示出了本发明中的多模功率放大器的第三实施例的方框示意图；图4示出了本发明中的多模功率放大器的第四实施例的方框示意图；图5示出了本发明中的多模功率放大器的第五实施例的方框示意图；图6示出了本发明中的多模功率放大器的第六实施例的方框示意图；图7示出了本发明中的矢量调制器的一个实施例的方框示意图；和图8为图7中的矢量调制器的矢量合成示意图。
具体实施方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，
以下结合附图和具体实 施方式对本发明作进一步详细的说明。本发明的详细描述主要通过程序、步骤、逻辑块、过程或其他象征性的描述来呈 现，其直接或间接地模拟本发明中的技术方案的运作。所属领域内的技术人员使用此处的 这些描述和陈述向所属领域内的其他技术人员有效的介绍他们的工作本质。此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指与所述实施例相关的特定特征、结构 或特性至少可包含于本发明至少一个实现方式中。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非必须都指同一个实施例，也不必须是与其他实施例互相排斥的单独或选择 实施例。此外，表示一个或多个实施例的方法、流程图或功能框图中的模块顺序并非固定的 指代任何特定顺序，也不构成对本发明的限制。图1示出了本发明中的多模功率放大器的第一实施例100的方框示意图。所述多 模功率放大器100包括两个功率放大路径和控制电路150，在第一功率放大路径中包括依 次连接的输入匹配电路111、第一级功率放大电路112、级间匹配电路113和末级功率放大 电路114，在第二功率放大路径中包括依次连接的输入匹配电路121、第一级功率放大电路 122、级间匹配电路123和末级功率放大电路124，在两条功率放大路径后连接有一个输出 匹配电路130。所述控制电路150控制所述多模功率放大器100的三个工作模式，分别为低功率 模式(low power mode，LPM)、中功率模式(middle power mode, MPM)和高功率模式(high power mode，HPM)。在输入控制信号VEN有效时，使功率放大电路112、114、122和1 处于 工作状态(即使能所述功率放大电路)。在输入控制信号VMO为第一电平(比如高电平) 时控制第一功率放大路径工作，这样射频输入信号(RF IN)进入第一功率放大路径进行功 率放大，此时若输入控制信号VMl为第一电平，则控制功率放大电路112和114的放大晶 体管的集电极为第一电压，此时第一功率放大路径工作在低功率模式，若输入控制信号VMl 为第二电平，则控制功率放大电路112和114的放大晶体管的集电极为第二电压，此时第一 功率放大路径工作在中功率模式。在输入控制信号VMO为第二电平(比如低电平)时控制 第二功率放大路径工作，这样射频输入信号(RF IN)进入第二功率放大路径进行功率放大， 此时工作在高功率模式。可以看出，低功率模式和中功率模式共同采用一条功率放大路径，通过控制放大 晶体管的集电极电压来实现低功率模式和中功率模式的切换，而高功率模式单独采用一条 功率放大路径，通过输入控制信号VMO来实现低/中功率模式和高功率模式的切换。在所述功率放大器100为低/中功率模式时，射频输入信号RF IN依次经过输入 匹配电路111、第一级功率放大电路112、级间匹配电路113、末级功率放大电路114和输出 匹配电路130得到放大后的射频输出信号。在所述功率放大器100为高功率模式时，射频 输入信号RF IN依次经过输入匹配电路121、第一级功率放大电路122、级间匹配电路123、 末级功率放大电路1 和输出匹配电路130得到放大后的射频输出信号。所述输入匹配电 路、级间匹配电路和输出匹配电路可以起到匹配作用，不额外损耗功率，可以保证最大的传 输系数。第一级功率放大电路可以对射频输入信号RF IN进行第一级功率放大，末级功率 放大电路可以对射频输入信号RF IN进行第二级的功率放大。这样，在每个功率放大路径 中采用了二级功率放大，即使用了两级功率放大电路，在其他实施例中，还可以采用三级、 四级或更多级功率放大，在每两个功率放大电路之间都设置有级间匹配电路。所述多模功率放大器100的具体的功率输出范围如下在低功率模式时，输出功 率Po < 8dBm，其中效率大约为5%;在中功率模式时，8dBm< Po ^ 19dBm，其中效率大约为 20% ；在高功率模式时，19daii < Po彡^dBm,其中效率大约为40%。如背景中所述，多模功率放大器的各个模式之间有不连续的相位跳变。而对于本 发明中的多模功率放大器100来说，在从低功率模式切换到中功率模式或从中功率模式切 换到低功率模式时，由于功率模式跳变在同一功率放大路径内进行，相位跳变表现的不是很明显；在从低/中功率模式切换到高功率模式或从高功率模式切换到低/中功率模式时， 则相位跳变相当大。本发明中的多模功率放大器100的特点之一就在于在第一功率放大路径中设置 延迟线(delay line) 140，用于将该路径上的射频信号延迟一端时间或一定相位，这样可以 减小模式切换过程中引起的相位跳变。如图1所示，所述延迟线插于所述输入匹配电路111 前。在此实施例中，第一功率放大路径中的射频信号的相位超前于第二功率放大路径中的 射频信号的相位，通过设置所述延迟线可以减少两个功率放大路径中的相位差。图2示出了本发明中的多模功率放大器的第二实施例200的方框示意图。所述多 模功率放大器200与图1中的多模功率放大器100的不同之处在于前者在第二功率放大 路径中设置延迟线(delay line) M0，而后者在第一功率放大路径中设置所述延迟线140。 所述延迟线240可以用于将该路径上的射频信号延迟一端时间或一定相位，这样可以减小 模式切换过程中引起的相位跳变。所述延迟线240插于所述输入匹配电路121前。在此实 施例中，第二功率放大路径中的射频信号的相位超前于第一功率放大路径中的射频信号的 相位，通过设置所述延迟线可以减少两个功率放大路径中的相位差。图3示出了本发明中的多模功率放大器的第三实施例300的方框示意图。所述多 模功率放大器300与图1中的多模功率放大器100的不同之处在于前者在第一功率放大 路径中设置的是相移器(Phase Siifter) 340，而后者则在第一功率放大路径中设置的是延 迟线(delay line) 140。所述相移器340可以用于调整该路径上的射频信号的相位以减小 模式切换过程中引起的相位跳变。所述相移器插于所述输入匹配电路111前。图4示出了本发明中的多模功率放大器的第四实施例400的方框示意图。所述多 模功率放大器400与图3中的多模功率放大器300的不同之处在于前者在第二功率放大 路径中设置相移器440，而后者在第一功率放大路径中设置所述相移器340。所述相移器 440可以用于调整该路径上的射频信号的相位以减小模式切换过程中引起的相位跳变，也 可以还可起到预失真的功能，以补偿由功率放大器的非线性带来的信号失真。所述相移器 440插于所述输入匹配电路121前。图5示出了本发明中的多模功率放大器的第五实施例500的方框示意图。所述多 模功率放大器500与图1中的多模功率放大器100的不同之处在于前者在第一功率放大 路径中设置的是矢量调制器(Vector Modulator) M0，而后者则在第一功率放大路径中设 置的是延迟线(delay line) 140。所述矢量调制器540可以用于调整该路径上的射频信号 的相位以减小模式切换过程中引起的相位跳变，也可以还可起到预失真的功能，以补偿由 功率放大器的非线性带来的信号失真。所述矢量调制器540插于所述输入匹配电路111前。图6示出了本发明中的多模功率放大器的第六实施例600的方框示意图。所述多 模功率放大器600与图5中的多模功率放大器500的不同之处在于前者在第二功率放大 路径中设置矢量调制器640，而后者在第一功率放大路径中设置所述矢量调制器M0。所述 矢量调制器640可以用于调整该路径上的射频信号的相位以减小模式切换过程中引起的 相位跳变，也可以还可起到预失真的功能，以补偿由功率放大器的非线性带来的信号失真。 所述矢量调制器640插于所述输入匹配电路121前。图7示出了本发明中的矢量调制器的一个实施例700的方框示意图。所述矢量调 制器700包括信号分路器710、延迟线720、第一衰减器730、第二衰减器740和信号合路器750。所述信号分路器将输入信号分为第一路信号和第二路信号，其中第一路信号经由延迟 线720和第一衰减器730至所述信号合路器750，第二路信号经由第二衰减器740至所述信 号合路器750。所述延迟线720对所述第一路信号进行延迟，所述第一衰减器730对延迟后 的第一路信号进行衰减，所述第二衰减器720对所述第二路信号进行衰减。所述信号合路 器750将第一衰减器730输出的衰减后的第一路信号和第二衰减器740输出的衰减后的第 二路信号合成为一路输出信号。所述矢量调制器700可以可起到预失真的功能，这样可以补偿由功率放大器的非 线性带来的信号失真。具体设计过程在线性小信号情况下调试相位补偿，即调试衰减器DC 电压和延迟相位，在大信号情况下，第一路在大信号作用下产生强非线性，对于两路信号表 现为两路的两边有交调信号，第二路为线性电路，两路信号合成后为原来输入信号保留原 来的信息，但同时有反向的交调信息，反向的交调信息经功率放大器后，与功率放大器产生 的交调反向，从而抵消，以这种方式补偿放大器引起的非线性效应。图8为图7中的矢量调制器700的矢量合成示意图，其中Al为信号合路器的第 一路输入信号的幅度，Φ 1为信号合路器的第一路信号的相位，Α2为信号合路器的第二路 输入信号的幅度，Φ 2为信号合路器的第一路信号的相位，A为信号合路器的输出信号的幅 度，Φ为信号合路器的输出信号的相位。Al与第一衰减器730的衰减幅度有关，Α2与第二 衰减器740的衰减幅度有关，Φ 1与延迟线720的延迟时间有关。从矢量合成图可以看出， 只要选择合适的Al和Α2，就可以得到所需的任意A和Φ。由此可以得到所需的相移。相 应的从图中可看出，只要选择合适的幅度，任意幅度的A都可得到。在选择相移和预失真信 号过程中，我们总能找到一个信号同时满足相移和预失真的要求，这两个信号即为所需的 信号。在其他实施例中，所述补偿电路(比如延迟线、相移器、矢量调制器或其他相位补 偿电路等)也可以被设置在级间匹配电路前或该功率放大路径中的其他位置。综上所述，本发明中的多模功率放大器中包括有至少两条功率放大路径，在至少 一条功率放大路径中设置相位补偿电路(比如延迟线、相移器、矢量调制器或其他相位补 偿电路等)，以使得该被调整放大路径中的信号相位与其它功率放大路径中的信号相位的 偏差或跳变很小，以降低或避免在模式切换时引起通信质量下降。本发明还提出了一种采用改进后的多模功率放大器的移动通信设备，在模式切换 时，该移动通信设备仍具有较高的通信质量。本发明中的相连或连接的含义不仅包括直接相接或连接，还包括间接相连或连 接，比如经由一个电阻、功能电路后相连。上文对本发明进行了足够详细的具有一定特殊性的描述。所属领域内的普通技术 人员应该理解，实施例中的描述仅仅是示例性的，在不偏离本发明的真实精神和范围的前 提下做出所有改变都应该属于本发明的保护范围。本发明所要求保护的范围是由所述的权 利要求书进行限定的，而不是由实施例中的上述描述来限定的。
权利要求1.一种多模功率放大器，其包括两条功率放大路径和控制电路，根据所述控制电路的 控制可在两条功率放大路径中的一条对输入射频信号进行功率放大以得到输出射频信号， 其特征在于，在至少一条功率放大路径中设置有相位补偿电路。
2.根据权利要求1所述的多模功率放大器，其特征在于，所述多模功率放大器具有三 个工作模式，分别为低功率模式、中功率模式和高功率模式，低功率模式和中功率模式共用 一条功率放大路径，所述控制电路通过控制功率放大路径中的放大晶体管的集电极电压来 实现低功率模式和中功率模式的切换，高功率模式单独采用一条功率放大路径。
3.根据权利要求2所述的多模功率放大器，其特征在于，每条功率放大路径包括依次 连接的输入匹配电路、第一级功率放大电路、级间匹配电路和末级功率放大电路，在各个功 率放大路径后连接有一个输出匹配电路。
4.根据权利要求3所述的多模功率放大器，其特征在于，所述相位补偿电路设置于对 应功率放大路径的输入匹配电路前。
5.根据权利要求1-4任一所述的多模功率放大器，其特征在于，所述相位补偿电路为 延迟线。
6.根据权利要求1-4任一所述的多模功率放大器，其特征在于，所述相位补偿电路为 相移器。
7.根据权利要求1-4任一所述的多模功率放大器，其特征在于，所述相位补偿电路为矢量调制器。
8.根据权利要求7所述的多模功率放大器，其特征在于，所述矢量调制器包括信号分 路器、延迟线、第一衰减器、第二衰减器和信号合路器，所述信号分路器将输入信号分为第 一路信号和第二路信号，其中第一路信号经由所述延迟线和第一衰减器至所述信号合路 器，第二路信号经由第二衰减器至所述信号合路器，所述信号合路器将第一衰减器输出的 衰减后的第一路信号和第二衰减器输出的衰减后的第二路信号合成为一路输出信号。
9.一种移动通信设备，其特征在于，其包括根据权利要求1-8任一所述的多模功率放 大器。
专利摘要本实用新型公开了一种多模功率放大器，其包括两条功率放大路径和控制电路。据所述控制电路的控制可在两条功率放大路径中的一条对输入射频信号进行功率放大以得到输出射频信号，其中至少一条功率放大路径中设置有相位补偿电路。以使得该被调整放大路径中的信号相位与其它放大路径中的信号相位的偏差或跳变很小，以降低或避免在模式切换时引起通信质量下降。
文档编号H03F3/20GK201937550SQ20112004432
公开日2011年8月17日 申请日期2011年2月22日 优先权日2011年2月22日
发明者任启明, 雷良军 申请人:任启明, 雷良军