带有功率合成功率放大器的多天线无线设备的制作方法
【专利摘要】本发明公开了带有功率合成功率放大器以支持在多个天线上的传输的无线设备。诸功率放大器可一起操作以获得更高的输出功率或单独操作以支持多个天线上的传输。在一示例性设计中，一种装置包括第一功率放大器和第二功率放大器。在第一工作模式（例如，MIMO模式或发射分集模式）中，第一功率放大器放大第一输入信号并且为第一天线提供第一输出信号。在第一工作模式中，第二功率放大器放大第一输入信号或第二输入信号，并且为第二天线提供第二输出信号。在第二工作模式中，对第一功率放大器和第二功率放大器进行功率合成以提供第三输出信号，该第三输出信号具有比第一输出信号或第二输出信号更高的最大输出功率。
【专利说明】带有功率合成功率放大器的多天线无线设备
【背景技术】
[0001]1.领域
[0002]本公开一般涉及电子器件，尤其涉及无线设备。
[0003]I1.背景
[0004]无线设备(例如，蜂窝电话或智能电话)可包括耦合至天线以支持双向通信的发射机和接收机。对于数据传送，发射机可用数据来调制射频(RF)载波信号以获得经调制信号，放大经调制信号以获得具有恰当输出功率电平的输出RF信号，并经由天线将该输出RF信号发射到基站。对于数据接收，接收机可经由天线获得收到RF信号并且可调理和处理该收到RF信号以恢复由基站发送的数据。
[0005]无线设备可包括耦合至多个天线的多个发射机和多个接收机以改善性能。然而，用于支持在多个天线上进行传输的电路系统通常增加了无线设备的成本和大小。
[0006]附图简要说明
[0007]图1示出能够与不同无线通信系统通信的无线设备。
[0008]图2示出具有单个天线的无线设备的框图。
[0009]图3示出用于单个天线的发射模块的框图。
[0010]图4示出具有两个天线的无线设备的框图。
[0011]图5示出用于两个天线的带有功率合成功率放大器的发射模块的框图。
[0012]图6A至6E示出图5中的发射模块中用于五种工作模式的信号路径。
[0013]图7示出匹配电路的示意图。
[0014]图8示出功率放大器的示意图。
[0015]图9示出开关的示意图。
[0016]图10示出用于由无线设备执行放大的过程。
[0017]详细描述
[0018]以下阐述的详细描述旨在作为本公开的示例性设计的描述，而无意表示可在其中实践本公开的仅有设计。术语“示例性”在本文中用于表示“用作示例、实例或解说”。本文中描述为“示例性”的任何设计不必被解释为优于或胜过其他设计。本详细描述包括具体细节以提供对本公开的示例性设计的透彻理解。对于本领域技术人员将明显的是，没有这些具体细节也可实践本文描述的示例性设计。在一些实例中，公知的结构和器件以框图形式示出以免湮没本文中给出的示例性设计的新颖性。
[0019]本文描述了包括功率合成功率放大器以支持在多个天线上的传输的无线设备。功率合成功率放大器是可在其输出处被组合以获得对于某些无线系统可能需要的更高输出功率的功率放大器。如下所述，诸功率合成功率放大器可一起操作以获得更高的输出功率或单独操作以支持多个天线上的传输。
[0020]图1示出能够与不同无线通信系统120和122通信的无线设备110。无线系统120和122各自可以是码分多址(CDMA)系统、全球移动通信系统(GSM)系统、长期演进(LTE)系统、无线局域网(WLAN)系统等等。CDMA系统可实现宽带CDMA (WCDMA)、cdma2000、或CDMA的某个其他版本，它们在本文的描述中可统称为“CDMA”。为简化起见，图1示出了包括一个基站130和一个系统控制器140的无线系统120、以及包括一个基站132和系统控制器142的无线系统122。一般而言，每个无线系统可包括任何数目的基站以及任何网络实体集合。
[0021]无线设备110也可被称为用户装备(UE)、移动站、终端、接入终端、订户单元、站等。无线设备110可以是蜂窝电话、智能电话、平板计算机、无线调制解调器、个人数字助理(PDA)、手持式设备、膝上型计算机、智能本、上网本、无绳电话、无线本地环路(WLL)站、蓝牙设备等。无线设备110可配备有任何数目的天线。多个天线可以用于支持多输入多输出(MMO)传输以增加吞吐量，支持发射分集从而对抗有害路径效应(例如，衰落、多径和干扰)，并且支持载波聚集以增加吞吐量等等。无线设备110可以能够与无线系统120和/或122通信。无线设备110可以还能够接收来自广播站(例如，广播站134)的信号。无线设备110可以还能够接收来自一个或多个全球导航卫星系统(GNSS)中的卫星(例如，卫星150)的信号。
[0022]图2示出无线设备200的框图，该无线设备200可以是图1中的无线设备110的示例性设计。在此示例性设计中，无线设备200包括数据处理器/控制器210、收发机220和天线250。收发机220包括支持双向无线通信的发射机230和接收机260。
[0023]在发射路径中，数据处理器210处理(例如，编码和调制)待发射的数据并且向发射机230提供模拟输出信号。在发射机230内，发射(TX)电路232对该模拟输出信号进行放大、滤波并将其从基带上变频到RF，并且提供经调制信号。TX电路232可包括放大器、滤波器、混频器、振荡器、本地振荡器(LO)发生器、锁相环(PLL)等。功率放大器(PA)234接收并放大经调制信号并提供具有恰当的输出功率电平的经放大RF信号。开关/双工器240接收来自功率放大器234的经放大RF信号，并且向天线250提供输出RF信号。开关/双工器240可包括开关和/或双工器。
[0024]在接收路径中，天线250接收来自基站和/或其他发射机站的信号并且提供收到RF信号，该收到RF信号被路由通过开关/双工器240并且提供给接收机260。在接收机260内，低噪声放大器(LNA)262放大收到的RF信号并提供输入RF信号。RX电路264对该输入RF信号进行放大、滤波并将其从RF下变频到基带，并且将模拟输入信号提供给数据处理器210。RX电路264可包括放大器、滤波器、混频器、振荡器、LO发生器、PLL，等等。
[0025]数据处理器/控制器210可为无线设备200执行各种功能。例如，数据处理器210可对经由发射机230发射的数据以及经由接收机260收到的数据执行处理。控制器210可控制TX电路232、功率放大器234、LNA262、RX电路264和/或开关/双工器240的操作。存储器212可存储供数据处理器/控制器210使用的程序代码和数据。
[0026]无线设备200可支持与CDMA、GSM、LTE、802.11和/或其他系统的通信。不同无线系统可利用不同无线电技术，并且对于经由天线发射的输出RF信号可具有不同输出功率要求。例如，GSM系统可要求+33dBm的最大输出功率，而CDMA系统可要求+27dBm的最大输出功率。无线设备200可被设计成为无线设备200支持的每一系统提供最大输出功率。
[0027]图3示出了发射模块300的示例性设计的框图，发射模块300可用于图2中的功率放大器234以及开关/双工器240。发射模块300包括三条发射路径310a、310b和310c。发射路径310a包括从开关312a到开关324a的电路。发射路径310b包括从开关312b到开关324b的电路。发射路径310c包括从开关312c到开关324c的电路。[0028]在发射路径310a内，开关312a的一端耦合到发射模块300的输入(RFin)，并且另一端稱合到输入匹配电路314a的输入。激励放大器(DA)316a的输入稱合到匹配电路314a的输出，并且其输出耦合到级间匹配电路318a的输入。功率放大器320a的输入耦合到匹配电路318a的输出，并且其输出耦合到输出匹配电路322a的输入。开关324a的一端耦合到匹配电路322a的输出，并且另一端耦合到双工器330的发射(TX)端口。开关326的一端耦合到匹配电路322a的输出，并且另一端耦合到匹配电路332的输入。
[0029]发射路径310b包括如图3中所示地串联耦合的开关312b、匹配电路314b、激励放大器316b、匹配电路318b、功率放大器320b、匹配电路322b、以及开关324b。开关324b的一端耦合到匹配电路322b的输出，并且另一端耦合到匹配电路332的输入。
[0030]发射路径310c包括如图3中所示地串联耦合的开关312c、匹配电路314c、激励放大器316c、匹配电路318c、以及开关324c。开关324c的一端耦合到匹配电路318c的输出，并且另一端耦合到双工器330的TX端口。
[0031]在开关共用器340内，开关342a耦合在双工器330与节点X之间。开关342b耦合在匹配电路332的输出与节点X之间。天线250也耦合到节点X。开关342a或342b向天线250提供输出RF信号。开关(图3中未示出)可耦合到节点X，并且可将收到的RF信号从天线250提供给接收机(图3中也未示出)。
[0032]在发射路径310a中，匹配电路314a为激励放大器316a执行输入阻抗匹配。激励放大器316a为输入RF信号提供放大。匹配电路318a执行激励放大器316a的输出与功率放大器320a的输入之间的阻抗匹配。功率放大器320a为输出RF信号提供放大和高输出功率。匹配电路322a为功率放大器320a执行输出阻抗匹配。发射路径310b中的电路按照与发射路径310a中对应电路类似的方式来操作。发射路径310c中的电路按照与发射路径310a中对应电路类似的方式来操作。匹配电路332执行匹配电路322a和322b的输出与天线250之间的阻抗匹配。
[0033]双工器330支持以频分双工(FDD)方式进行的操作，FDD被许多CDMA系统以及其他系统利用。对于FDD，针对下行链路和上行链路使用不同频率。双工器330可同时(i)将来自发射路径310a的输出RF信号路由到天线250，并且(ii)将来自天线250的收到RF信号路由到接收机(RCVR)，图3中未示出该接收机。开关342b支持以时分双工(TDD)方式进行的操作，TDD被GSM系统以及其他系统利用。对于TDD，针对下行链路和上行链路两者使用相同频率。在发射区间期间，开关342b可将来自匹配电路332的输出RF信号耦合到天线250。开关(图3中未示出)可将来自天线250的收到RF信号耦合到接收机(图3中也未示出)。
[0034]在图3中示出的示例性设计中，发射模块300包括可支持具有不同输出功率要求的不同无线系统的两个功率合成功率放大器320a和320b。具体而言，可仅选择功率放大器320a以在CDMA中提供具有最高达+27dBm输出功率的输出RF信号。功率放大器320a和320b两者可被选择，并且它们的输出可被组合以在GSM中提供具有最高达+33dBm输出功率的输出RF信号。通过分别经由开关326和324b将匹配电路322a和322b的输出连接到匹配电路332的输入，可实现功率合成。
[0035]发射模块300支持数种工作模式。每种工作模式与供输入RF信号从发射模块300的输入到天线250的不同信号路径相关联。在任何给定时刻可选择一种工作模式。用于所选工作模式的信号路径可通过适当地控制发射模块300内的开关来获得。在发射区间期间，开关共用器340中的这些开关之一可被闭合，而在接收区间期间，开关共用器340中的这些开关之一可被闭合。对于所有工作模式，向发射模块300施加单个输入RF信号，并且由发射模块300提供单个输出RF信号。输入RF信号可被功率放大器320a和320b中的零个、一个、或两个进行放大。
[0036]表1列出了发射模块300支持的三种工作模式，并且还提供了针对每一工作模式的所选(诸)功率放大器(若有)以及开关设置。其他工作模式还可以用更多开关来支持。
[0037]表1-用于发射模块300的各工作模式
[0038]
【权利要求】
1.一种装置，包括: 第一功率放大器，其被配置成在第一工作模式中放大第一输入信号并且为第一天线提供第一输出信号；以及 第二功率放大器，其被配置成在所述第一工作模式中放大所述第一输入信号或第二输入信号，并且为第二天线提供第二输出信号， 在第二工作模式中，对所述第一功率放大器和所述第二功率放大器进行功率合成以提供第三输出信号。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一工作模式支持多输入多输出(MIMO)传输,并且在所述第一工作模式中所述第一功率放大器放大所述第一输入信号而所述第二功率放大器放大所述第二输入信号。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一工作模式支持发射分集，并且在所述第一工作模式中所述第一功率放大器和所述第二功率放大器两者皆放大所述第一输入信号。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一工作模式支持载波聚集，并且在所述第一工作模式中所述第一功率放大器放大第一载波的所述第一输入信号而所述第二功率放大器放大第二载波的所述第二输入信号。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述第二工作模式中，所述第一功率放大器和所述第二功率放大器两者皆放大第三输入信号并且为所述第一天线提供所述第三输出信号，并且所述第三输出信号具有比所述第一输出`信号或所述第二输出信号更高的最大输出功率。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，在第三工作模式中，所述第一功率放大器放大第四输入信号并且为所述第一天线提供第四输出信号，并且所述第二功率放大器在所述第三工作模式中被禁用。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二工作模式和所述第三工作模式与不同无线电技术相关联，并且所述第三输出信号具有比所述第四输出信号更高的最大输出功率。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括: 激励放大器，其被配置成在第三工作模式中放大第四输入信号并且为所述第一天线提供第四输出信号，所述第四输入信号在所述第三工作模式中不被任何功率放大器放大。
9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括: 第一激励放大器，其被配置成放大所述第一输入信号； 耦合在所述第一激励放大器与所述第一功率放大器之间的第一匹配电路； 第二激励放大器，其被配置成放大所述第一输入信号或所述第二输入信号；以及 耦合在所述第二激励放大器与所述第二功率放大器之间的第二匹配电路。
10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括: 第一开关，其被配置成向所述第一功率放大器路由所述第一输入信号； 第二开关，其被配置成向所述第二功率放大器路由所述第二输入信号；以及 第三开关，其被配置成向所述第二功率放大器路由所述第一输入信号。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，还包括:第四开关，其被配置成向所述第一功率放大器路由所述第二输入信号，所述第一开关和所述第三开关耦合到第一输入端口，而所述第二开关和所述第四开关耦合到第二输入端□。
12.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括: 耦合到所述第一功率放大器的第一匹配电路； 耦合到所述第二功率放大器的第二匹配电路；以及 耦合到所述第一匹配电路和所述第二匹配电路的第三匹配电路，并且所述第三匹配电路被配置成在所述第二工作模式中对所述第一功率放大器和所述第二功率放大器进行功率合成。
13.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括: 第一开关，其耦合在所述第一功率放大器和所述第一天线之间并且被配置成将所述第一输出信号路由到所述第一天线；以及 第二开关，其耦合在所述第二功率放大器和所述第二天线之间并且被配置成将所述第二输出信号路由到所述第二天线。
14.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一功率放大器和所述第二功率放大器被制造在单个集成电路(IC)上。
15.一种用于执行信号放大的方法，包括: 在第一工作模式中，用第一功率放大器放大第一输入信号，以获得用于第一天线的第一输出信号； 在所述第一工作模式中，用第二功率放大器放大所述第一输入信号或第二输入信号，以获得用于第二天线的第二输出信号；以及 在第二工作模式中，用所述第一功率放大器和所述第二功率放大器两者放大第三输入信号，以获得用于所述第一天线的第三输出信号，在所述第二工作模式中对所述第一功率放大器和所述第二功率放大器进行功率合成。
16.如权利要求15所述的方法,其特征在于,所述第一工作模式支持多输入多输出(MIMO)传输，并且放大所述第一输入信号或所述第二输入信号包括在所述第一工作模式中用所述第二功率放大器放大所述第二输入信号。
17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述第一工作模式支持发射分集，并且放大所述第一输入信号或所述第二输入信号包括在所述第一工作模式中用所述第二功率放大器放大所述第一输入信号。
18.—种设备,包括: 用于放大的第一装置，其被配置成在第一工作模式中放大第一输入信号并且为第一天线提供第一输出信号；以及 用于放大的第二装置，其被配置成在所述第一工作模式中放大所述第一输入信号或第二输入信号并且为第二天线提供第二输出信号，在第二工作模式中对所述用于放大的第一装置和所述用于放大的第二装置进行功率合成以提供第三输出信号。
19.如权利要求18所述的设备，其特征在于，所述第一工作模式支持多输入多输出(MIMO)传输，并且在所述第一工作模式中所述用于放大的第二装置被配置成放大所述第二输入信号。
20.如权利要求18所述的 设备，其特征在于，所述第一工作模式支持发射分集，并且在所述第一工作模式中所述用于放大的第二装置被配置成放大所述第一输入信号。
【文档编号】H04B1/40GK103891151SQ201280050074
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2012年10月15日 优先权日:2011年10月14日
【发明者】B·S·阿苏里, B·内杰蒂 申请人:高通股份有限公司