集成电路、无线通信单元及电源供应方法技术

本发明专利技术提供一种集成电路、无线通信单元以及电源供应方法。该集成电路用以提供一电源至一射频功率放大器，该集成电路包括一包含一开关式稳压器的低频电源路径以及一高频电源路径，该高频电源路径用以透过耦接一负载以调整该集成电路的输出端的一组合电源的输出电压，其中该组合电源由该低频电源路径以及高频电源路径所组成，以及该高频电源路径包括：一包含一电压反馈的放大器，用于在高频电源路径施加一电源信号；以及一耦接于放大器的输出的电容器，用以对该电源信号执行直流电压电平偏移。本发明专利技术能够提供一高效率及高线性度的电源电压。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术有关于一种无线通信单元，用于提供一种电源的传送器结构以及电路。本专利技术应用于，但不限于为一用于线性传送器和无线通信单元的电源集成电路以及一相关的功率放大器电源电压供应方法。本专利技术主要的
为应用于无线通信中的射频(radiofrequency，RF)功率放大器

技术介绍
随着可用于无线通信系统的有限频谱所带来的压力，推动线性调制体制的效率得到了不断的发展。由于线性调制机制的包络波动,使得送至天线的平均功率远低于最大功率值，从而导致了功率放大器的功率降低。因此，致力于发展一种能够提供功率放大器的「功率回退」(back-off)(即线性)区域的高性能的高效率结构，在本
中具有一定的意义。线性调制机制需要对调制后信号进行线性放大，以最小化由频谱再生(spectralre-growth)所引起的不期望的带外(out-of-band)消耗。但是，应用于一普通RF放大设备中的主动装置并非天生就是非线性的，只有当消耗后的直流(DC)功率的一小部分转换为RF功率时，放大设备的转换函数才能够近似地为一直线，即运作为一理想的线性放大器。这种运作模式能够提供一低效率的DC功率至RF功率的转换，但是并不适用于便携式(用户)无线通信单元中。此外，对于基站来说，这种低效率运作模式同样存在一定问题。此外，便携式(用户)装置的重点在于增长电池的寿命。为了同时达到线性度以及高效率的目的，所谓的直线化(linearisation)技术得到应用以改善更多类别的放大器的线性度，例如AB类、B类或者C类放大器。各种直线化技术纷纷出现，从而可应用于线性传送器的设计当中，例如笛卡尔(Cartesian)反馈、前置反馈(Feed-forward)以及适应性的预失真(AdaptivePre-distortion)。线性放大器(例如AB类放大器)的输出电压通常可以依据RF功率放大器(PowerAmplifier，PA)设备的需求而设定。通常地，PA的最小电压远大于AB类放大器的输出设备所需求的电压。因此，这还不是效率最好的放大技术。传送器(主要指PA)的效率由输出设备两端的电压，以及任何下拉式设备元件两端的任何过电压(excessvoltage)来决定的，该过电压由PA的最小所需电源电压(Vmin)所引起。为了提高传送上行链路通信通道中的比特率，需要研究，或者确切地说，需要应用一具有一振幅调制(amplitudemodulation，AM)元件的更好的调制机制。这些调制机制，例如16位正交振幅调制(16-QAM)机制，需要分别关联于调制包络波形的多个高峰值因子(即波动程度)的多个线性PA。而这于现有技术中常使用的包络调制机制是相互矛盾的，并将导致功率效率以及线性度的大大降低。因此，为了克服上述的效率以及线性度问题，多种解决方法得以提出。其中一种方法是关于对PA的电源电压进行调制，以使其与即将被RFPA传送的无线频率波形的包络相匹配。包络调制需要PA电源提供一反馈信号至放大器的控制断。上述应用包络调制的方法包括对包络的去除及恢复(envelopeeliminationandrestoration，EER)，及包络追踪(envelopetracking，ET)。以及上述的所有操作均需要在PA的电源断使用一带宽电源信号。众所周知的是PA电源中对RF包络追踪的应用可以同时改善高功率传送环境下的高峰值平均功率(peak-to-averagepower，PAPR)的PA效率以及线性度。图1为两种现有的可选技术的示意图100。第一种技术提供了一固定电源电压105至一PA，第二种技术中，PA的电源电压被调整为对RF包络波形115进行追踪。在第一种技术中，PA电源电压余度110的超额部分得到利用(否则将被浪费)，而无需考虑被放大的调制后RF波形的特性。但是，在第二种技术115中，PA电源电压余度的超额部分能够透过RFPA电源得以降低120，从而使得PA电源能够精确地追踪瞬时RF包络。众所周知的是开关式电源(SMPS)技术可以用于提高效率。一SMPS实质为包含一开关式稳压器的电源，其具有高效率的电功率转换能力。与其他类型的电源一样，一SMPS可以将一电源，例如一无线通信单元的电池转移至一负载，例如一功率放大器中，同时对电压及电流特性进行换转。一SMPS通常用以有效地提供一调整后输出电压，该输出电压的电压电平通常不同于输入电压。与一线性电源不同，开关模式电源的传输晶体管可以快速地在完全开启及完全关闭状态之间进行切换，从而可以减小能量的消耗。通过改变「开」与「关」之间的切换时间的比率，电压可以得以调整。相反地，一线性电源则必须驱动电压超额部分以调整该输出。其所具有的更高的效率实质上相当于一SMPS原本便具有的优势。因此，当需要获得更高的效率、更小的尺寸面积或者更小的电源时，可以使用开关式稳压器以替代线性稳压器。但是，开关式稳压器会更复杂，简单的设计又会带来低功率，以及若开关电流未得到很好的抑制，其会引起噪声问题。图2为现有技术中输出功率(Pout[dBm])205与输入功率(Pin[dBm])210的关系示意图200。其中，当一PA电源电压被调整为应用一包络追踪技术时，各种功能及运作上的优势可以得以实现。通过将PA电源电压应用为追踪瞬时RF包络115，PA可以于振幅调制至振幅调制(AM-AM)的曲线220范围内维持一恒定增益215。相比于不使用PA电源电压追踪PA瞬时RF包络的技术，上述通过传送器对瞬时RF包络115的电源电压进行追踪的技术可以促使在相等的线性度(使用包络追踪)下，更高的输出功率能力225的实现。此外，相比于PA增益与一固定电源相关的结构，该包络追踪曲线200还能够在应用ET230时降低PA增益。本领域技术人员应当了解，明显地，PA特性与PA在为包络追踪选取的运作环境下的运作功能有关。因此，相比于应用一固定PA电源电压的情形，PA的增益可以在使用包络追踪时得以降低。包络追踪还可以实现高PAPR环境下的一高效率增益。此外，PA可以于一更低温度下实现相等的输出功率，从而可以降低热量的散失以及可以提高效率。但是，同样需要了解的是，由于包络追踪需要得到一高效率，因此在实际实作中，高带宽电源调制器以及对RF包络的精确追踪难以实现。图3A为当调整一PA电源电压以应用包络追踪技术时，包络频谱密度(PSD(V2/100KhZ))305与所需频率310的关系示意图300。图3B为当调整一PA电源电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成电路，其特征在于，用以提供一电源至一射频功率放大器，该集成电路包括：一包含一开关式稳压器的低频电源路径；以及一高频电源路径，用以调整该集成电路的输出端的该电源的输出电压，其中该电源为一组合电源，该组合电源由该低频电源路径及该高频电源路径组合提供，以及该高频电源路径包括：一放大器，用于在高频电源路径施加一电源信号；以及一耦接于该放大器的输出的电容，用以对该电源信号执行直流电压电平偏移；其中，该放大器包含一用以接收一反馈电压的第一输入，以及一用以接收一调制后包络输入信号的第二输入，其中当该放大器处于包络追踪运作模式时，该低频电源路径被该放大器的输出和参考信号控制。

【技术特征摘要】
2011.02.01 US 61/438,347;2011.11.23 US 61/563,316;1.一种集成电路，其特征在于，用以提供一电源至一射频功率放大器，该集
成电路包括：
一包含一开关式稳压器的低频电源路径；以及
一高频电源路径，用以调整该集成电路的输出端的该电源的输出电压，其
中该电源为一组合电源，该组合电源由该低频电源路径及该高频电源路径组合
提供，以及该高频电源路径包括：
一放大器，用于在高频电源路径施加一电源信号；以及
一耦接于该放大器的输出的电容，用以对该电源信号执行直流电压电平偏
移；其中，该放大器包含一用以接收一反馈电压的第一输入，以及一用以接收
一调制后包络输入信号的第二输入，其中当该放大器处于包络追踪运作模式时，
该低频电源路径被该放大器的输出和参考信号控制。
2.如权利要求1所述的集成电路，其特征在于，其中该反馈电压是该组合
电源的电压。
3.如权利要求2所述的集成电路，其特征在于，来自该输出端的该反馈电
压依据该调制后包络输入信号对提供给该输出端的电源的输出电压进行调整。
4.如权利要求2所述的集成电路，其特征在于，该放大器为一线性放大器，
该集成电路还包括耦接于该线性放大器的一处理器，用以接收该调制后包络输
入信号，以及对该调制后包络输入信号的至少一波谷槽进行削减，以提供该调
制后包络输入信号的至少一削减后的波谷槽至该线性放大器。
5.如权利要求1所述的集成电路，其特征在于，该低频电源路径的开关稳
压器通过将该电容运作为一积分器，以控制该放大器的平均输出电压。
6.如权利要求1所述的集成电路，其特征在于，该集成电路提供的电源为
一带宽混合电源，该带宽混合电源包含一开关式电源。
7.如权利要求2所述的集成电路，其特征在于，该集成电路还包含一模式
控制模块，用以在该放大器的该包络追踪运作模式与一固定消耗运作模式之间
进行选取。
8.如权利要求7所述的集成电路，其特征在于，该集成电路还包含至少一
开关，可操作性地耦接于该模式控制模块，用以提供该放大器的该包络追踪运
作模式与固定消耗运作模式之间的模式转换。
9.如权利要求7所述的集成电路，其特征在于，该模式控制模块用以基于
下述集合中的至少一者：该射频功率放大器的输出功率电平、具有一低峰值因
子的一调制机制的应用，在该包络追踪运作模式与固定消耗运作模式之间进行
选择。
10.如权利要求7所述的集成电路，其特征在于，该放大器的第二输入用以
在该包络追踪运作模式与固定消耗运作模式的转换期间，接收一逐渐变化的调
制后包络输入信号。
11.如权利要求7所述的集成电路，其特征在于，该放大器包含至少一n通
道晶体管以及一p通道晶体管，其中，当该放大器运作于该固定消耗运作模式
时，执行下述配置：
该n通道晶体管开启以及该p通道晶体管关闭，该放大器作为一开关；或
者
该p通道晶体管切换至一直流电压。
12.如权利要求8所述的集成电路，其特征在于，该至少一开关可操作性地
耦接至一电感与该电容的组合，该电感与该电...

【专利技术属性】
技术研发人员：保罗·福罗斯，派翠克·史丹利·里尔，
申请(专利权)人：联发科技新加坡私人有限公司，
类型：发明
国别省市：新加坡;SG