包络跟踪集成电路和相关设备的制作方法

相关申请

本申请要求于2018年12月19日提交的临时专利申请序列第62/782,103号的权益，该临时专利申请的公开内容通过引用以其整体并入本文。

本公开内容的技术总体涉及射频(rf)功率放大器电路。

背景技术：

在当前社会中，用于提供无线通信服务的移动通信装置变得日益普遍。这些移动通信装置的普及一定程度上由现在于此类装置上启用的许多功能来驱动。此类装置的处理能力的提高意味着移动通信装置已经从纯粹的通信工具进化成为能够增强用户体验的复杂移动多媒体中心。

第五代(5g)新无线电(nr)(5g-nr)无线通信技术已被广泛视为超越当前第三代(3g)通信标准(诸如宽带码分多址(wcdma)和第四代(4g)通信标准(诸如长期演进(lte))的下一无线通信标准。这样，与仅支持3g和4g通信标准的常规移动通信装置相比，具有5g-nr能力的移动通信装置预期实现显著更高的数据速率、改进的覆盖范围、增强的信令效率以及减小的延迟。

具有5g-nr能力的移动通信装置可以配置为以毫米波(mmwave)rf频谱(诸如28ghz以上的rf频谱)发射射频(rf)信号。以毫米波rf频谱发射的rf信号容易衰减和受到干扰。在这一方面，具有5g-nr能力的移动通信装置通常采用功率放大器相位阵列和天线阵列，以将rf信号整形为定向rf波束，以便以mmwaverf频谱发射。取决于具有5g-5nr能力的移动通信装置所支持的应用场景，功率放大器相位阵列可以配置为包括数十到数百个功率放大器。值得注意的是，功率放大器相位阵列中的功率放大器在以次最佳的效率操作时可能产生过多的热。这样，可能期望提高功率放大器相位阵列的工作效率，以帮助减少具有5g-nr能力的移动通信装置的散热。

包络跟踪(et)是一种功率管理技术，其设计为提高功率放大器相位阵列中功率放大器的效率水平，以帮助减少具有5g-nr能力的移动通信装置的功耗和散热。在et系统中，每个功率放大器配置为基于根据rf信号的时变功率包络产生的时变et电压来放大rf信号。时变et电压随时变功率包络的升高而增加，并且随时变功率包络的下降而减小。可以理解地是，时变et电压对时变功率包络的跟踪越好，功率放大器中可以获得的效率越高。在这一方面，可能期望在具有5g-nr能力的移动通信装置中启用et，以帮助提高功率放大器相位阵列中功率放大器的效率水平。

技术实现要素：

本公开的实施例涉及包络跟踪(et)集成电路(ic)(etic)和相关的et放大器设备。etic包括联接到多个放大器电路的多个et电路，该放大器电路配置为分别基于多个et电压来放大射频(rf)信号。et电路配置为分别基于多个et目标电压生成et电压。etic还包括配置为基于et目标电压中的最大et目标电压来生成参考et电压的参考et电路。在本文讨论的示例中，et电路中的选择的et电路初始配置为基于碰巧是最大et目标电压的相应et目标电压来生成相应et电压。在这一方面，选择的et电路可以配置为不生成相应et电压。相反，选择的et电路可以将参考et电压作为相应et电压转发到相应放大器电路。这样，可以部分地或完全地关闭选择的et电路，从而帮助降低峰值电池电流并改善包含etic的et放大器设备的散热。

在一方面，提供了一种etic。etic包括联接到多个放大器电路的多个放大器端口，该多个放大器电路配置为分别基于多个et电压来放大rf信号。etic还包括分别联接到放大器端口的多个et电路。et电路配置为分别基于多个et目标电压生成et电压。et电路还配置为将et电压分别提供给放大器端口。etic还包括参考et电路。参考et电路配置为基于et目标电压中的最大et目标电压生成参考et电压。参考et电路还配置为将参考et电压提供给et电路。et电路中的至少一个选择的et电路配置为停止将et电压中的相应et电压提供给联接到至少一个选择的et电路的至少一个选择的放大器端口。et电路中的至少一个选择的et电路还配置为将参考et电压提供给联接到至少一个选择的et电路的至少一个选择的放大器端口。

在另一方面，提供了一种et放大器设备。et放大器设备包括配置为分别基于多个et电压来放大rf信号的多个放大器电路。et放大器设备还包括etic。etic包括分别联接到放大器电路的多个放大器端口。etic还包括分别联接到放大器端口的多个et电路。et电路配置为分别基于多个et目标电压生成et电压。et电路还配置为将et电压分别提供给放大器端口。etic还包括参考et电路。参考et电路配置为基于et目标电压中的最大et目标电压生成参考et电压。参考et电路还配置为将参考et电压提供给et电路。et电路中的至少一个选择的et电路配置为停止将et电压中的相应et电压提供给联接到至少一个选择的et电路的至少一个选择的放大器端口。et电路中的至少一个选择的et电路还配置为将参考et电压提供给联接到至少一个选择的et电路的至少一个选择的放大器端口。

在阅读以下对与附图相关联的优选实施例的详细描述之后，本领域技术人员将理解本公开的范围并认识到本公开的附加方面。

附图说明

并入本说明书中并形成本说明书的一部分的附图示出了本公开的若干方面，并且与描述一起用于解释本公开的原理。

图1是根据本公开的实施例配置的示例性包络跟踪(et)集成电路(ic)(etic)的示意图，以向用于放大射频(rf)信号的多个放大器电路提供多个et电压；和

图2是包含图1的etic的示例性et放大器设备的示意图。

具体实施方式

下面阐述的实施例呈现使本领域技术人员能够实践实施例的必要信息，并且示出了实践实施例的最佳模式。在按照附图阅读以下描述后，本领域技术人员将理解本公开的构思，并且将认识到本文中未特别解决的这些构思的应用。应当理解，这些构思和应用落入本公开和所附权利要求的范围内。

将理解，尽管本文可以使用术语第一、第二等来描述各种元件，但是这些元件不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件和另一元件区分开。例如，在不脱离本公开的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元件。如本文所用，术语“和/或”包括相关所列项中的一个或多个的任何和所有组合。

将理解，当诸如层、区域或基板的元件被称为“在”另一元件“上”或“延伸到”另一元件“上”时，其可以直接在另一元件上或直接延伸到另一元件上，或者也可以存在中间元件。相反，当元件被称为“直接在”另一元件“上”或“直接延伸到”另一元件“上”时，则不存在中间元件。同样，将理解，当诸如层、区域或基板的元件被称为“在”另一元件“之上”或“在”另一元件“之上”延伸时，它可以直接在另一元件之上或直接在另一元件之上延伸，或者也可以存在中间元件。相反，当元件被称为“直接在”另一元件“之上”或“直接在”另一元件“之上”延伸时，则不存在中间元件。还将理解，当元件被称为“连接”或“联接”到另一元件时，它可以直接连接或联接到另一元件，或者可以存在中间元件。相反，当元件被称为“直接连接”或“直接联接”到另一元件时，则不存在中间元件。

在本文中可以使用诸如“下方”或“上方”或“上”或“下”或“水平”或“竖直”的相对术语来描述一个元件、层或区域与另一元件、层或区域的关系，如图所示。将理解，这些术语以及以上讨论的那些术语旨在涵盖除图中描绘的取向之外的装置的不同取向。

本文所使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，而不旨在限制本公开。如本文所用，除非上下文另外明确指出，否则单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式。将进一步理解，当在本文中使用时，术语“包含(comprises)”、“包含(comprising)”、“包括(includes)”和/或“包括(including)”指定存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或增加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或它们的群组。

除非另有定义，否则本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本公开所属领域的普通技术人员通常所理解的相同含义。将进一步理解，除非本文明确地定义，否则本文使用的术语应被解释为具有与其在本说明书的上下文和相关领域中的含义一致的含义，并且将不会以理想化或过度正式的意义来解释。

本公开的实施例涉及包络跟踪(et)集成电路(ic)(etic)和相关的et放大器设备。etic包括联接到多个放大器电路的多个et电路，该放大器电路配置为分别基于多个et电压来放大射频(rf)信号。et电路配置为分别基于多个et目标电压生成et电压。etic还包括配置为基于et目标电压中的最大et目标电压来生成参考et电压的参考et电路。在本文讨论的示例中，et电路中的选择的et电路最初配置为基于恰巧是最大et目标电压的相应et目标电压来生成相应et电压。在这一方面，选择的et电路可以配置为不生成相应et电压。相反，选择的et电路可以将参考et电压作为相应et电压转发到相应放大器电路。这样，可以部分地或完全地关闭选择的et电路，从而帮助降低峰值电池电流并改善包含etic的et放大器设备的散热。

在这一方面，图1是根据本公开的实施例配置的示例性etic10的示意图，以向用于放大rf信号14的多个放大器电路12(1)至12(n)提供多个et电压vcc-1至vcc-n。etic10分别经由多个放大器端口16(1)至16(n)联接到放大器电路12(1)至12(n)。etic10包括分别联接到放大器端口16(1)至16(n)的多个et电路18(1)至18(n)。et电路18(1)至18(n)配置为分别基于多个et目标电压vtgt-1至vtgt-n来生成et电压vcc-1至vcc-n。换句话说，et电压vcc-1至vcc-n分别根据et目标电压vtgt-1至vtgt-n生成为上升和下降。可以理解地是，et电压vcc-1至vcc-n跟踪得越接近et目标电压vtgt-1至vtgt-n，放大器电路12(1)至12(n)将变得越有效。

在非限制性示例中，放大器电路12(1)至12(n)配置为放大rf信号14，该信号可能已经调制为相同或不同的相位项θ1至θn，以在形成的rf波束中并行发射(也称为“波束成形”)。在这一方面，可能需要et电路18(1)至18(n)同时操作以将et电压vcc-1至vcc-n分别提供给放大器电路12(1)至12(n)。值得注意的是，每个et电路18(1)至18(n)将汲取相应电池的电流，同时产生et电压vcc-1至vcc-n中相应的et电压。这样，et电路18(1)至18(n)可能产生大量的热，而这可能降低etic10的性能。

尽管在被放大器电路12(1)至12(n)放大之前，rf信号14可能已经被调制为相位项θ1至θn，但是相位项θ1至θn的一些或所有rf信号14可以对应于相同的峰到峰信号幅度。在这一方面，一些或所有et电路18(1)至18(n)可以基于et目标电压vtgt-1至vtgt-n中相同的et目标电压来产生et电压vcc-1至vcc-n中相同的et电压。这样，可以使用单个et电路生成相同的et电压，并关闭一些或所有et电路18(1)至18(n)的电源，以帮助减少电池电流消耗并改善etic10的散热。

在这一方面，etic10配置为除了et电路18(1)至18(n)之外还包括参考et电路20。参考et电路20配置为基于et目标电压vtgt-1至vtgt-n中最大et目标电压vtgt-max来生成参考et电压vccr。在一个非限制性示例中，最大et目标电压vtgt-max可以等于et目标电压vtgt-1至vtgt-n的最大值。在另一非限制性示例中，最大et目标电压vtgt-max可以等于et目标电压vtgt-1至vtgt-n的最大值加上净空电压(例如，0.1v)。换句话说，最大et目标电压vtgt-max大于或等于et目标电压vtgt-1至vtgt-n中的任何一个。

因此，et电路18(1)至18(n)中的至少一个选择的et电路可以配置为停止向放大器端口16(1)至16(n)中的联接到选择的et电路的至少一个选择的放大器端口提供相应的et电压vcc1。相反，选择的et电路可以配置为向联接的放大器端口提供参考et电压vccr。因此，可以部分或完全关闭选择的et电路，以帮助减少电池电流消耗并改善etic10的散热。

选择的et电路可以是et电路18(1)至18(n)中的任何et电路，其可以配置为接收等于最大et目标电压vtgt-max或在最大et目标电压vtgt-max以下的定义余量(例如，0.1v)内的相应et目标电压。例如，et电路18(1)可能已经配置为接收等于最大et目标电压vtgt-max或比最大et目标电压vtgt-max小定义余量的et目标电压vtgt-1。这样，et电路18(1)可以变为配置为停止将相应et电压vcc1提供给放大器端口16(1)并且改为将参考et电压vccr转发给放大器端口16(1)的选择的et电路。因此，et电路18(1)可以部分或完全关闭。值得注意的是，由于et电路18(1)至18(n)中的更多电路可以作为选择的et电路操作，因此et电路18(1)至18(n)中的更多电路可以部分或完全关闭，并且因此，etic10的散热可以得到进一步改进。

etic10可以配置为包括直流(dc)电路22，该电路可以包括串联联接到电感器26的多级电荷泵(mcp)24。在非限制性示例中，mcp24可以是基于微电感和基于微电容的降压-升压电路的组合，该多级电荷泵配置为基于电池电压vbat生成多个dc电压vdc1至vdcm。尽管mcp24能够产生不同电平的dc电压vdc1至vdcm，但是mcp24配置为在给定时间仅输出dc电压vdc1至vdcm中的选择的dc电压vdc。因此，电感器26可以基于选择的dc电压vdc来生成直流电流idc。

参考et电路20包括参考电压放大器28(表示为“r-amp”)和参考控制器30(表示为“r-控制器”)。参考电压放大器28配置为接收最大et目标电压vtgt-max，并基于最大et目标电压vtgt-max生成初始参考et电压v’ccr。参考电压放大器28可以联接到参考偏移电容器32。参考偏移电容器32可以配置为将初始参考et电压v’ccr升高参考偏移电压voffr(例如，0.8v)，以生成参考et电压vccr(vccr＝v’ccr+voffr)。另外，参考电压放大器28还可以配置为根据最大et目标vtgt-max来提供参考交流电流iacr。

在非限制性示例中，参考et电路20和dc电路22联接到耦合节点34。在这一方面，参考et电路20配置为将参考et电压vccr和参考交流电流iacr提供给耦合节点34，并且直流电路22配置为将直流电流idc提供给耦合节点34。耦合节点34可以联接到et电路18(1)至18(n)，以将参考et电压vccr和参考et电流iccr(iccr＝idc+iacr)提供给et电路18(1)至18(n)中的任何一个。

参考控制器30可以配置为接收初始参考et电压v’ccr和参考et电压vccr。因此，参考控制器30可以基于初始参考et电压v’ccr和/或参考et电压vccr确定直流电流idc的期望水平。因此，参考控制器30可以控制mcp24输出与直流电流idc的期望水平相对应的选择的dc电压vdc。参考控制器30可以进一步配置为控制参考电压放大器28(例如，通过调节对参考电压放大器28的输出级的供应电压)以根据最大et目标电压vtgt-max改变初始参考et电压v’ccr和/或参考交流电流iacr。

et电路18(1)至18(n)分别包括多个开关/调节电路36(1)至36(n)、多个电压放大器38(1)至38(n)(表示为“amp”)和多个控制器40(1)至40(n)。开关/调节电路36(1)至36(n)分别包括多个输入42(1)至42(n)和多个输出44(1)至44(n)。输入42(1)至42(n)中的每个联接到耦合节点34，并且因此联接到参考et电路和dc电路22。这样，开关/调节电路36(1)至36(n)中的每个可以接收参考et电压vccr、直流电流idc和参考交流电流iacr。输出44(1)至44(n)联接到放大器端口16(1)至16(n)。

电压放大器38(1)至38(n)配置为分别基于et目标电压vtgt-1至vtgt-n生成多个初始et电压v’cc-1至v’cc-n。电压放大器38(1)至38(n)可以分别联接到多个偏移电容器46(1)至46(n)。偏移电容器46(1)至46(n)配置为分别将初始et电压v’cc-1至v’cc-n升高多个偏移电压voff-1至voff-n以生成et电压vcc-1至vcc-n。偏移电容器46(1)至46(n)分别联接到输出44(1)至44(n)，以在输出44(1)至44(n)处呈现et电压vcc-1至vcc-n。另外，电压放大器38(1)至38(n)也可以配置为分别提供多个交流电流iac-1至iac-n，并且在输出44(1)至44(n)处呈现交流电流iac-1至iac-n。

假定参考et电路20配置为基于大于或等于et目标电压vtgt-1至vtgt-n中任何电压的最大et目标电压vtgt-max来生成参考et电压vccr，输入42(1)至42(n)处呈现的参考et电压vccr将高于或等于输出44(1)至44(n)处呈现的et电压vcc-1至vcc-n。这样，开关/调节电路36(1)至36(n)可以防止直流电流idc、参考交流电流iacr和交流电流iac-1至iac-n向参考et电路20和直流电路22回流。

在非限制性示例中，et电路18(1)中的电压放大器38(1)配置为接收等于最大et目标电压vtgt-max或在偏离最大et目标电压vtgt-max所定义余量内的et目标电压vtgt-1。这样，控制器40(1)可以配置为停用电压放大器38(1)以停止向放大器端口16(1)提供et电压vcc-1和交流电流iac-1。相反，控制器40(1)可以配置开关/调节电路36(1)以作为闭合开关来操作，从而将输入42(1)直接联接到放大器端口16(1)，使得放大器端口16(1)可以接收参考et电压vccr、直流电流idc和参考交流电流iacr。

同时，其余电压放大器38(2)至38(n)可以配置为接收比最大et目标电压vtgt-max低所定义余量的et目标电压vtgt-2至vtgt-n。在这一方面，控制器40(2)至40(n)配置为分别保持电压放大器38(2)至38(n)被停用，以生成et电压vcc-2至vcc-n和交流电流iac-2至iac-n。因此，控制器40(2)至40(n)可以控制开关/调节电路36(2)至36(n)，以分别阻止来自放大器端口16(2)至16(n)的参考et电压vccr和/或参考交流电流iacr。进一步地，控制器40(2)至40(n)可以分别配置开关/调节电路36(2)至36(n)作为调节器(例如，低压差调节器)操作，以调整流向放大器端口16(2)至16(n)的直流电流idc的量。在非限制性示例中，控制器40(2)至40(n)可以配置开关/调节电路36(2)至36(n)以分别根据et电压vcc-2至vcc-n调整流向放大器端口16(2)至16(n)的直流电流idc的量。

在另一非限制性示例中，代替停用et电路18(1)中的电压放大器38(1)，控制器40(1)可以配置为保持电压放大器38(1)被激活以将et电压vcc-1提供给放大器端口16(1)。控制器40(1)可以控制开关/调节电路36(1)以阻止参考et电压vccr。控制器40(1)可以配置开关/调节电路36(1)作为调节器操作，以调节直流电流idc和/或参考交流电流iacr。例如，控制器40(1)可以配置开关/调节电路36(1)以使参考交流电流iacr的一半(1/2)通过，并且控制电压放大器38(1)以补充参考交流电流iacr的另外1/2(iac-1＝1/2iacr)。

在所有电压放大器38(1)至38(n)配置为接收等于最大et目标电压vtgt-max或在最大et目标电压vtgt-max以下的所定义余量内的et目标电压vtgt-1至vtgt-n的情况下，控制器40(1)至40(n)可以配置为分别停用所有电压放大器38(1)至38(n)。在这方面，控制器40(1)至40(n)可以配置所有开关/调节电路36(1)至36(n)作为开关操作，以将参考et电压vccr、直流电流idc和参考交流电流iacr分别提供给放大器端口16(1)至16(n)。

替代地，控制器40(1)至40(n)也可以保持所有电压放大器38(1)至38(n)被激活以分别向放大器端口16(1)至16(n)提供et电压vcc-1至vcc-n。另外，控制器40(1)至40(n)可以配置开关/调节电路36(1)至36(n)以分别阻止来自放大器端口16(1)至16(n)的参考et电压vccr。进一步地，控制器40(1)至40(n)可以控制开关/调节电路36(1)至36(n)以调节从开关/调节电路36(1)至36(n)流向放大器端口16(1)至16(n)的直流电流idc和参考交流电流iacr。因此，控制器40(1)至40(n)可以使电压放大器38(1)至38(n)减小或消除交流电流iac-1至iac-n，以帮助提高电压放大器38(1)至38(n)的效率。

etic10可以设置在et放大器设备中，以启用具有改善散热的et操作。在这一方面，图2是包含图1的etic10的示例性et放大器设备48的示意图。图1和图2之间的公共元件以公共元件编号在本文示出，并且本文不再重复描述。

et放大器设备48包括目标电压电路50，该目标电压电路配置为生成并将最大et目标电压vtgt-max和et目标电压vtgt-1至vtgt-n提供给etic10。在非限制性示例中，目标电压电路50包括电压控制器52、多个倍增器54(1)至54(n)和多个组合器56(1)-56(n)。电压控制器52配置为接收最大et目标电压vtgt-max作为输入，并将最大et目标电压vtgt-max转发给etic10。电压控制器52可以配置为向倍增器54(1)至54(n)提供最大et目标电压vtgt-max，该倍增器配置为缩放最大et目标电压vtgt-max以分别基于对应于多个斜率slope1至slopen的多个查找表(lut)生成小于或等于最大et目标电压vtgt-max的目标电压vtgt-1至vtgt-n。组合器56(1)至56(n)配置为分别基于多个偏移因子offset1至offsetn来进一步调整et目标电压vtgt-1至vtgt-n。对于目标电压电路(诸如目标电压电路50)的示例性实现方式，请参照于2019年2月7日提交的标题为“multi-voltagegenerationcircuitandrelatedenvelopetrackingamplifierapparatus(多电压生成电路和相关包络跟踪放大器设备)”的美国专利申请序列第16/270,119号。

et放大器设备48可以包括或联接到收发器电路58，该收发器电路配置为生成最大et目标电压vtgt-max和rf信号14。et放大器设备48还可以包括信号处理电路60，该信号处理电路配置为将rf信号14分别调制成相位项θ1至θn，并且将相位项θ1至θn的rf信号14提供给放大器电路12(1)至12(n)。

本领域技术人员将认识到对本公开的优选实施例的改进和修改。所有此类改进和修改被认为在本文公开的构思和下面的权利要求的范围内。