專利名稱：可切換功率放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種放大器，尤其涉及在寬范圍的輸出功率級(jí)上有高效率的可切換功率放大器。
背景技術(shù)：
普遍使用諸如晶體管的放大器來(lái)增加電信號(hào)的強(qiáng)度。為增大電信號(hào)的強(qiáng)度，典型地使用電信號(hào)控制來(lái)自能源例如電池的能量流通過(guò)放大器產(chǎn)生一個(gè)輸出信號(hào)，其與原來(lái)的電信號(hào)的變化方式相同，但是具有較大的幅度。例如，通常希望使用最小量的功率有效地放大電信號(hào)以減少能量消耗和增加電池壽命。
放大器的效率隨運(yùn)行條件變化。例如，設(shè)計(jì)為在一個(gè)輸出功率級(jí)的功率效率的放大器可能在另一輸出功率級(jí)效率較低。許多設(shè)備，諸如無(wú)線通信設(shè)備，需要放大器在多種輸出功率級(jí)運(yùn)行。典型的是調(diào)節(jié)放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)在單個(gè)輸出功率級(jí)的峰值效率，例如最大輸出功率級(jí)。如果放大器設(shè)計(jì)為在最大輸出功率級(jí)的效率，則該放大器趨向于在較低輸出功率級(jí)時(shí)低效運(yùn)行。因此，在較低輸出功率級(jí)上將比如果該放大器設(shè)計(jì)為在較低輸出功率級(jí)的效率時(shí)消耗更多的能量。
指定給King等人的美國(guó)專利No.6,181,208中公開(kāi)了一種用于解決在多于一個(gè)輸出功率級(jí)時(shí)高效功率放大的技術(shù)，所述專利的名稱為“具有肖特基二極管組合電路的可切換路徑功率放大器”，這里通過(guò)完全參考加以結(jié)合。在美國(guó)專利No.6,181,208中，使用兩個(gè)單獨(dú)的功率裝置。一個(gè)功率裝置為在第一輸出功率級(jí)的效率設(shè)計(jì)，并且只用于提供為第一功率輸出范圍的功率，另一個(gè)功率裝置為在第二輸出功率級(jí)的效率設(shè)計(jì)，并且只用于提供為第二功率輸出范圍的功率。使用為在兩個(gè)不同的功率級(jí)的效率設(shè)計(jì)的兩個(gè)功率裝置互斥安排，允許在更寬功率級(jí)的范圍上提高效率。然而，使用互斥的功率裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)在兩個(gè)不同的輸出功率級(jí)的效率導(dǎo)致系統(tǒng)部件的效率低下，因?yàn)椋谌魏谓o定的時(shí)間，只使用一個(gè)功率裝置。
因此，需要一種放大器，它能在多于一個(gè)的輸出功率級(jí)高效提供功率，同時(shí)有效地使用系統(tǒng)部件。本發(fā)明正滿足了這一點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種放大器裝置和方法，用于在兩個(gè)或者兩個(gè)以上輸出功率級(jí)上高效放大電信號(hào)。通過(guò)使用一個(gè)可以配置在至少兩個(gè)功率狀態(tài)的第一級(jí)放大器、一個(gè)可以配置在至少兩個(gè)功率狀態(tài)的第二級(jí)放大器和一個(gè)用于根據(jù)輸出功率配置第一和第二級(jí)放大器的狀態(tài)決定電路，該放大器裝置和方法克服了上述問(wèn)題。為在一個(gè)輸出功率級(jí)上高效提供功率，該電路選擇性地配置第一和第二級(jí)放大器使每一級(jí)運(yùn)行在它們其中的一個(gè)輸出狀態(tài)。為在另一輸出功率級(jí)下高效提供電源，該電路選擇性地配置第一和第二級(jí)放大器使每一級(jí)在它們的另一個(gè)輸出功率狀態(tài)下運(yùn)行。
本發(fā)明的一個(gè)方面是一種放大器，該放大器包括有至少兩個(gè)功率狀態(tài)的第一級(jí)放大器，該第一級(jí)放大器具有接收信號(hào)的輸入、控制端口和輸出；具有至少兩個(gè)功率狀態(tài)的第二級(jí)放大器，該第二級(jí)放大器具有連接到第一級(jí)放大器的輸出的輸入、控制端口和輸出；以及連接到第一級(jí)放大器的控制端口的狀態(tài)決定電路，用于選擇性地以至少兩個(gè)功率狀態(tài)中的一個(gè)配置第一級(jí)放大器，并另外連接到第二級(jí)放大器的控制端口，用于選擇性地以至少兩個(gè)功率狀態(tài)中的一個(gè)配置第二級(jí)放大器。
本發(fā)明的另一方面是一種方法，用于放大從電源傳輸?shù)截?fù)載的信號(hào)。該方法包括決定放大器的輸出功率級(jí)，根據(jù)決定的功率級(jí)配置該放大器的第一級(jí)放大器為至少兩個(gè)狀態(tài)中的一個(gè)來(lái)放大信號(hào)，并根據(jù)決定的功率級(jí)配置該放大器的第二級(jí)放大器為至少兩個(gè)狀態(tài)中一個(gè)的來(lái)放大由第一級(jí)放大器放大的信號(hào)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)放大器的原理圖；圖2A-H是適合的靜態(tài)阻抗匹配電路的電路圖，用于圖1的放大器；圖3A和3B是適合的有源輸出阻抗匹配電路的電路圖，用于圖1的放大器。
具體實(shí)施例方式
圖1表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的放大器100。放大器100對(duì)放大下述設(shè)備中的信號(hào)特別有用，但不只用于這些設(shè)備蜂窩電話、無(wú)繩電話、雙路尋呼機(jī)、無(wú)線LAN設(shè)備和AM和FM模擬發(fā)送器。本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解，取決于設(shè)備的復(fù)雜程度和/或費(fèi)用，放大器100可以只用作驅(qū)動(dòng)放大器，或可以用作設(shè)備的完整的放大器。
在圖示實(shí)施方式的概要中，放大器100包括第一級(jí)放大器102，它具有至少兩個(gè)功率狀態(tài)，用于放大在放大器輸入端口104上接收的信號(hào)，第二級(jí)放大器106，它具有至少兩個(gè)功率狀態(tài)，用于放大由第一級(jí)放大器放大的信號(hào)，在放大器輸出端口108上產(chǎn)生一個(gè)放大的信號(hào)，和狀態(tài)決定電路110，用于配置第一和第二級(jí)放大器102和106的狀態(tài)。將級(jí)放大器102和106設(shè)計(jì)成當(dāng)每一級(jí)放大器102和106被配置在一個(gè)狀態(tài)時(shí)在放大器100的一個(gè)輸出功率級(jí)上高效提供功率，而當(dāng)每一級(jí)放大器102和106被配置在另一個(gè)狀態(tài)時(shí)在另一個(gè)輸出功率級(jí)上高效提供功率。
圖1的狀態(tài)決定電路110根據(jù)一個(gè)例如在放大器輸出108上的放大器100的輸出功率級(jí)的判據(jù)，選擇性地配置兩個(gè)級(jí)放大器102和106。通過(guò)根據(jù)放大器的輸出功率級(jí)選擇性地配置兩個(gè)級(jí)放大器102和106，可以在寬范圍的輸出功率級(jí)上獲得很高的效率。在一個(gè)實(shí)施方式中，將第一和第二級(jí)放大器102和106設(shè)計(jì)成一起操作，以便在兩個(gè)不同的輸出功率級(jí)上有效提供輸出功率。例如，可以這樣設(shè)計(jì)第一和第二級(jí)放大器102和106，使得當(dāng)每一個(gè)被配置在兩個(gè)狀態(tài)中的一個(gè)時(shí)，它們以該放大器的最大輸出功率級(jí)有效提供輸出功率，而當(dāng)每一個(gè)配置在兩個(gè)狀態(tài)中的另一個(gè)時(shí)，它們以放大器100極可能操作的級(jí)提供輸出功率。在一個(gè)備選實(shí)施方式中，第一和第二級(jí)放大器102和106可以這樣設(shè)計(jì)，使得每一個(gè)可以單獨(dú)配置在幾個(gè)狀態(tài)中的一個(gè)，以多于兩個(gè)輸出功率級(jí)有效提供輸出功率?，F(xiàn)在詳細(xì)說(shuō)明圖1的放大器100。
參考圖1，第一級(jí)放大器102放大在放大器100的輸入端口104上接收的信號(hào)。該信號(hào)通過(guò)輸入匹配電路112接收，輸入匹配電路112將第一級(jí)放大器102的輸入114上的阻抗與信號(hào)源的阻抗匹配，下面參考圖2A-H和3A-B說(shuō)明。第一級(jí)放大器102至少可以在兩個(gè)狀態(tài)中配置，而放大量取決于第一級(jí)放大器102配置在哪一個(gè)狀態(tài)。可以通過(guò)在第一級(jí)放大器102的控制端口116上接收的配置信號(hào)來(lái)配置第一級(jí)放大器102的狀態(tài)。在圖示實(shí)施方式中，第一級(jí)放大器102包括第一功率裝置118和第二功率裝置120，而通過(guò)選擇性地啟動(dòng)/禁用這些功率裝置118和120決定第一級(jí)放大器102的狀態(tài)。
在一個(gè)實(shí)施方式中，配置信號(hào)啟動(dòng)/禁用其中一個(gè)功率裝置118或120以配置第一級(jí)放大器102。例如，如果啟動(dòng)第一功率裝置118和通過(guò)控制端口122可以啟動(dòng)/禁用第二功率裝置120的話，則可以通過(guò)啟動(dòng)第二功率裝置120將第一級(jí)放大器102配置在一個(gè)狀態(tài)，使得功率裝置118和120都被啟動(dòng)。相似地，可以通過(guò)禁用第二功率裝置120將第一級(jí)放大器102配置在另一個(gè)狀態(tài)，使得只有第一功率裝置118被啟動(dòng)。通過(guò)給每一功率裝置118和120施加一個(gè)相對(duì)高的正電壓例如2.7V可以啟動(dòng)第一和第二功率裝置118和120的每一個(gè)，而通過(guò)施加一個(gè)相對(duì)低的電壓例如0.1V禁用它們。電壓可以直接施加在功率裝置118和120上，或例如通過(guò)公知的偏置電路間接施加。本領(lǐng)域的技術(shù)人員十分了解啟動(dòng)/禁用功率裝置118和120的各種備選方法，它們被認(rèn)為在本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)。
功率裝置118和120的實(shí)際實(shí)現(xiàn)根據(jù)應(yīng)用、部件費(fèi)用、速度要求等變化。在一個(gè)實(shí)施方式中，每一功率裝置118和120包括晶體管，諸如NPN晶體管124和126。每一功率裝置118和120另外通常包括DC偏置電路，它將晶體管124和126保持在一個(gè)初始狀態(tài)，使得在“正?！边\(yùn)行條件下，輸入信號(hào)控制晶體管124和126的輸出，即，晶體管124和126處于一個(gè)“有效”區(qū)域中。本領(lǐng)域的技術(shù)人員十分了解各種其它適合的功率裝置118和120的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)。
第二級(jí)放大器106放大由第一級(jí)放大器102放大的信號(hào)。由第一級(jí)放大器102放大的信號(hào)通過(guò)級(jí)間匹配電路128接收，后者將第一級(jí)放大器102的輸出130上的阻抗與第二級(jí)放大器106的輸入132匹配，下面參考圖2A-H和3A-B說(shuō)明。第二級(jí)放大器106可以配置在至少兩個(gè)狀態(tài)，放大量依賴于第二級(jí)放大器106配置在哪一個(gè)狀態(tài)。通過(guò)在第二級(jí)放大器106的控制端口134上接收的信號(hào)配置第二級(jí)放大器106的狀態(tài)。在圖示實(shí)施方式中，第二級(jí)放大器106包括第三功率裝置136和第四功率裝置138，并通過(guò)選擇性地啟動(dòng)/禁用這些功率裝置136和138決定第二級(jí)放大器106的狀態(tài)。
如同上面參考第一級(jí)放大器102所說(shuō)明的，配置信號(hào)可以啟動(dòng)/禁用功率裝置136或138來(lái)配置第二級(jí)放大器106。例如，如果第三功率裝置136被啟動(dòng)而可以通過(guò)控制端口140啟動(dòng)/禁用第四功率裝置138，則可以通過(guò)啟動(dòng)第四功率裝置138將第二級(jí)放大器106配置在一個(gè)狀態(tài)，使得兩個(gè)功率裝置136和138都被啟動(dòng)，而且可以通過(guò)禁用第四功率裝置138配置在另一個(gè)狀態(tài)，使得只有第三功率裝置136被啟動(dòng)。功率裝置136和138的實(shí)現(xiàn)可以如上面參考功率裝置118和120描述一樣。
在一個(gè)實(shí)施方式中，第一級(jí)放大器102及其狀態(tài)和第二級(jí)放大器106及其狀態(tài)這樣設(shè)計(jì)使得第一級(jí)放大器102和第二級(jí)放大器106的每一個(gè)被配置在第一狀態(tài)時(shí)一起有效運(yùn)行在放大器100的第一輸出功率級(jí)，而當(dāng)每一個(gè)被配置在第二狀態(tài)時(shí)一起有效運(yùn)行在放大器100的第二輸出功率級(jí)。電子技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員十分了解對(duì)某個(gè)確定功率級(jí)具有最優(yōu)功率效率的多級(jí)功率放大器的設(shè)計(jì)和構(gòu)造。
輸入匹配電路112、級(jí)間匹配電路128和輸出匹配電路142分別匹配放大器輸入104的信號(hào)源和第一級(jí)放大器102的輸入114、第一級(jí)放大器102的輸出130和第二級(jí)放大器106的輸入132、第二級(jí)放大器的輸出144和連接到負(fù)載上的放大器輸出108之間的阻抗級(jí)。如果在各阻抗級(jí)之間的比率低，則可以為輸入、級(jí)間和/或輸出匹配電路112、128和142分別使用如在圖2A和2B中表示的包括電容C和電感L的常規(guī)低通和高通L型靜態(tài)匹配電路。連接到匹配電路一側(cè)的阻抗用R1表示，而連接到匹配電路的另一側(cè)的阻抗用R2表示。于是阻抗比用R1/R2表示。
對(duì)于較大的阻抗比，可以將能用B型和T型變壓器表示的靜態(tài)匹配電路用于阻抗匹配，諸如圖2C-2E(它們表示三個(gè)不同的公知的B型變壓器)和圖2F-2H(它們表示三個(gè)不同的公知的T型變壓器)分別表示的那樣。對(duì)于微波，或者相似的高頻信號(hào)，以公知方式使用傳輸線代替圖2A-H中表示的電路的電感。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員十分顯然，為匹配阻抗級(jí)有各種備選電路，它們被認(rèn)為在本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)。
在一個(gè)備選的實(shí)施方式中，一個(gè)或者多個(gè)匹配電路112、128和142，如圖示輸出匹配電路142，是動(dòng)態(tài)匹配電路，其可以被配置在至少兩個(gè)阻抗級(jí)狀態(tài)，諸如在圖3A和3B中指示的匹配電路。輸出匹配電路1 42的阻抗級(jí)可以由狀態(tài)決定電路110產(chǎn)生的并在輸出匹配電路142的控制端口143上接收的阻抗控制信號(hào)145控制。
圖3A表示用本發(fā)明的有源匹配電路146，它可以被配置在兩個(gè)不同的狀態(tài)以匹配為兩個(gè)不同阻抗比的阻抗。匹配電路146包括第一傳輸線148和第二傳輸線150，它們每一個(gè)可以連接到第二級(jí)放大器106的輸出144上(圖1)。傳輸線148連接在第二級(jí)放大器的輸出144和二極管154的正極152之間，而另一個(gè)傳輸線150連接在第二級(jí)放大器的輸出144和二極管154的負(fù)極156之間。二極管的正極152通過(guò)第一電容器158接地并通過(guò)第二電容器160連接到放大器100(圖1)的輸出108。二極管154可以是常規(guī)p-i-n二極管，它在p和n型半導(dǎo)體層之間包括一個(gè)本征層。
為將第二級(jí)放大器106的輸出144(圖1)上的較高的阻抗級(jí)與連接到負(fù)載的輸出108匹配，二極管154截止，從而阻止電流流過(guò)第二傳輸線150并增加匹配電路146的阻抗。為將第二級(jí)放大器106的輸出144(圖1)上的較低的阻抗級(jí)與連接到負(fù)載的輸出108匹配，導(dǎo)通二極管154，從而允許電流流過(guò)第二傳輸線150和減小匹配電路146的阻抗。
輸出匹配電路142的控制端口143(圖1)例如可以用于根據(jù)從狀態(tài)決定電路110接收的阻抗控制信號(hào)145選擇性地在二極管154(圖3A)上施加電壓來(lái)截止和導(dǎo)通二極管。為截止二極管154，以公知方式在二極管154的負(fù)極156上施加一個(gè)相對(duì)高的電壓例如2.7V，而在二極管154的正極152上施加一個(gè)相對(duì)低的電壓例如0.1V。同樣，為導(dǎo)通二極管154，在負(fù)極156上施加一個(gè)相對(duì)低的電壓，而在二極管154的正極152上施加一個(gè)相對(duì)高的電壓。
圖3B表示一個(gè)備選的動(dòng)態(tài)匹配電路162。匹配電路162包括連接到第二級(jí)放大器106的輸出144(圖1)的單個(gè)傳輸線164。傳輸線164連接在第二級(jí)放大器的輸出144和二極管168的正極166之間。二極管168的正極166通過(guò)第一電容器170接地并通過(guò)第二電容器172連接到放大器100的輸出108(圖1)。二極管168的負(fù)極174通過(guò)第三電容器176連接到地。
為增加匹配電路162的阻抗，截止二極管168，如同上面參考圖3A的二極管154所說(shuō)明的，從而阻止電流流過(guò)第三電容器176。為減小匹配電路162的阻抗，打開(kāi)二極管168，如同上面參考圖3A的二極管154所說(shuō)明的，從而允許電流流過(guò)第三電容器176。
根據(jù)本發(fā)明，對(duì)在圖3A和3B中表示的動(dòng)態(tài)匹配電路146和162的改變是顯然的，它們被認(rèn)為在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。再次參考圖1，可操作狀態(tài)決定電路110來(lái)配置放大器100的功率級(jí)，這通過(guò)選擇性地配置第一和第二級(jí)放大器102和106實(shí)現(xiàn)。另外，如果使用有源輸出匹配電路的話，狀態(tài)決定電路110也可以選擇性地配置輸出匹配電路142，如同在圖3A和3B中所表示的。狀態(tài)決定電路110可以接收指令端口180上的信息信號(hào)147，它可以由狀態(tài)決定電路110使用來(lái)選擇配置第一級(jí)放大器102、第二級(jí)放大器106以及可選的輸出匹配電路142，以配置放大器100的功率級(jí)。信息信號(hào)147例如可以是由放大器110的輸出108表現(xiàn)的當(dāng)前輸出功率級(jí)，如圖1所示。
在圖示實(shí)施方式中，狀態(tài)決定電路110連接到第一級(jí)放大器102的控制端口116、第二級(jí)放大器106的控制端口134、輸出匹配電路142的控制端口143。特別地，狀態(tài)決定電路110分別連接到第二功率裝置120的控制端口122和第四功率裝置138的控制端口140，以便選擇性地啟動(dòng)/禁用這些設(shè)備120和138，并連接到輸出匹配電路142的輸出端口143，以便選擇性地配置它的阻抗級(jí)狀態(tài)。另外，狀態(tài)決定電路110連接到放大器100的輸出108以接收信息信號(hào)147，用于選擇性地配置第一級(jí)放大器102、第二級(jí)放大器106和輸出匹配電路142。
在一個(gè)實(shí)施方式中，第二功率裝置120和第四功率裝置138可以由狀態(tài)決定電路110選擇性地啟動(dòng)/禁用。在這一特定的實(shí)施方式中，在放大器100的“正常”操作期間，第一功率裝置118和第三功率裝置136總是被啟動(dòng)。為將放大器100配置在第一功率級(jí)，狀態(tài)決定電路110啟動(dòng)第二功率裝置120和第四功率裝置138，使得第一、第二、第三和第四功率裝置118、120、136、和138都被啟動(dòng)，從而提供對(duì)放大器100最大的功率放大。為將放大器100配置在第二功率級(jí)，狀態(tài)決定電路110禁用第二和第四功率裝置120和138，使得只有第一和第三功率裝置118和136被啟動(dòng)，從而提供在放大器100最大功率放大以下的功率放大。如上所述，狀態(tài)決定電路110可以通過(guò)給第二和第四功率裝置120和138施加一個(gè)相對(duì)高的電壓例如2.7V來(lái)啟動(dòng)功率裝置120和138和施加一個(gè)相對(duì)低的電壓例如0.1V來(lái)禁用功率裝置120和138。
在一個(gè)備選實(shí)施方式中，狀態(tài)決定電路110可以連接到所有功率裝置118、120、136和138以提供另外可能的配置。于是放大器100的功率級(jí)可以通過(guò)選擇性地以各種組合啟動(dòng)/禁用功率裝置118、120、136和138來(lái)配置。例如，可以通過(guò)啟動(dòng)第一、第三和第四功率裝置118、136和138得到放大器100的一個(gè)功率級(jí)，使得只有第二功率裝置120被禁用。類似地，當(dāng)放大器100不起作用時(shí)可以由狀態(tài)決定電路110禁用所有功率裝置118、120、136和138。各種相似的實(shí)施方式對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員十分明顯，它們被認(rèn)為在本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)。
狀態(tài)決定電路110可以通過(guò)選擇性地給輸出匹配電路142施加電壓來(lái)配置輸出匹配電路142。例如，為將圖3A所示輸出匹配電路146配置在一個(gè)相對(duì)高的阻抗?fàn)顟B(tài)，狀態(tài)決定電路110可以使一個(gè)相對(duì)高的電壓例如2.7V施加到二極管154的負(fù)極156和一個(gè)相對(duì)低的電壓例如0.1V施加到二極管154的正極152上。相似地，為將輸出匹配電路146配置在一個(gè)相對(duì)低的阻抗?fàn)顟B(tài)，狀態(tài)決定電路110可以使一個(gè)相對(duì)低的電壓施加到二極管154的負(fù)極156和一個(gè)相對(duì)高的電壓例如0.1V施加到二極管154的正極152上。對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯然，可以以相似的方式控制圖3B表示的輸出匹配電路162。
狀態(tài)決定電路110(圖1)根據(jù)預(yù)先決定的準(zhǔn)則諸如在正常運(yùn)行期間放大器100的輸出功率選擇性地配置第一級(jí)放大器102、第二級(jí)放大器106和可選地，輸出匹配電路142。例如，如果放大器100的輸出功率在某一范圍內(nèi)，例如接近放大器100的最大輸出功率，狀態(tài)決定電路110可設(shè)計(jì)成將放大器100選擇性地配置在一個(gè)功率級(jí)，而如果放大器100的輸出功率在另一范圍內(nèi)，例如低于放大器100的最大輸出功率的某個(gè)地方，則將放大器100配置在另一個(gè)功率級(jí)。
也可以由狀態(tài)決定電路110根據(jù)放大器100的輸出功率配置輸出匹配電路142。例如，在相對(duì)低的輸出功率條件下，第二級(jí)放大器106的輸出144上的阻抗將相對(duì)高。因此，匹配電路142將用較高阻抗配置。反之，在相對(duì)高的輸出功率條件下，第二級(jí)放大器106的輸出144上的阻抗將相對(duì)低。因此，匹配電路142將用較低阻抗配置。
在一個(gè)實(shí)施方式中，如果在一個(gè)與基站通信的無(wú)線設(shè)備中使用放大器100，則與該無(wú)線設(shè)備通信的基站可以給該無(wú)線設(shè)備發(fā)送一個(gè)信號(hào)，指示由基站從該無(wú)線設(shè)備接收的信號(hào)的強(qiáng)度。信號(hào)強(qiáng)度指示符可以由無(wú)線設(shè)備使用來(lái)設(shè)定無(wú)線設(shè)備的輸出功率，它又可以用于配置放大器100。當(dāng)不需要高輸出功率時(shí)可以設(shè)定無(wú)線設(shè)備的輸出功率以低輸出功率運(yùn)行，從而保存能量。例如，如果無(wú)線設(shè)備接近基站而該基站正從該無(wú)線設(shè)備接收一個(gè)強(qiáng)信號(hào)，則基站可以發(fā)送一個(gè)信號(hào)給該無(wú)線設(shè)備，無(wú)線設(shè)備可以使用該信號(hào)設(shè)定它在低輸出功率運(yùn)行，這又通過(guò)狀態(tài)決定電路110將放大器100配置在低輸出功率級(jí)，從而保存能量。同樣，如果無(wú)線設(shè)備遠(yuǎn)離基站而基站正從該無(wú)線設(shè)備接收一個(gè)弱信號(hào)，則基站可以發(fā)送一個(gè)信號(hào)給該無(wú)線設(shè)備，可以使用該信號(hào)設(shè)定無(wú)線設(shè)備以高輸出功率運(yùn)行，這又將放大器100配置在高輸出功率級(jí)，從而發(fā)送一個(gè)較強(qiáng)的信號(hào)。
狀態(tài)決定電路110可以包括一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器、一個(gè)微控制器、一個(gè)功率級(jí)傳感器、可編程邏輯諸如PLD或PAL和/或其它合適的電路。例如，當(dāng)放大器100是CDMA蜂窩電話系統(tǒng)的一部分時(shí)，微控制器典型地操作該系統(tǒng)，尤其控制輸出功率級(jí)?；蛘撸瑺顟B(tài)決定電路110可以是連接到功率放大器輸出108的功率級(jí)傳感器，用于直接測(cè)量輸出功率級(jí)。在一定的實(shí)施方式中，狀態(tài)決定電路110包括數(shù)字處理器和功率級(jí)傳感器電路兩者，狀態(tài)決定是根據(jù)直接測(cè)量的輸出功率級(jí)和可用于數(shù)字處理器的其它信息進(jìn)行的。
根據(jù)放大器100的某個(gè)實(shí)施方式，第一級(jí)放大器102、第二級(jí)放大器106和阻抗匹配電路112、128和142在單個(gè)設(shè)備上形成。這一單個(gè)設(shè)備在單個(gè)集成電路組件內(nèi)形成。或者，這些部件可以分別封裝，然后在某種適合的機(jī)構(gòu)上諸如印刷電路板上連接到一起。
上面說(shuō)明了使用為在不同輸出功率級(jí)有效操作功率而設(shè)計(jì)的具有多個(gè)狀態(tài)的級(jí)放大器。然而，該級(jí)放大器也可以設(shè)計(jì)用于相應(yīng)于其它操作條件的功率高效操作，這些操作條件例如有信號(hào)波形(例如數(shù)字-模擬)、環(huán)境溫度、電源波形等。在這些實(shí)施方式中，狀態(tài)決定電路110將根據(jù)為這些運(yùn)行條件中選擇的一個(gè)條件的功率效率配置放大器級(jí)。同樣，還考慮級(jí)放大器可以為其它目的而優(yōu)化，諸如在一定運(yùn)行范圍內(nèi)的線性，于是狀態(tài)決定電路110會(huì)根據(jù)包括除功率效率以外的因素例如線性的判據(jù)將級(jí)放大器配置在最佳狀態(tài)。
已經(jīng)如此說(shuō)明了本發(fā)明的幾個(gè)特定的實(shí)施方式，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，各種改變、修改和改進(jìn)很容易做出。例如，在圖示實(shí)施方式中，使用兩個(gè)放大器級(jí)，每一級(jí)有兩個(gè)功率狀態(tài)。然而，可以考慮使用多于兩個(gè)級(jí)和/或每一級(jí)多于兩個(gè)狀態(tài)的放大器。這些改變、修改和改進(jìn)通過(guò)本公開(kāi)將十分顯然，它們意圖成為本說(shuō)明書(shū)的一部分，雖然未在這里清楚說(shuō)明，但仍在本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)。因此，前述說(shuō)明僅作為舉例，并不是限制。本發(fā)明僅限制在權(quán)利要求和等價(jià)于這些權(quán)利要求定義的內(nèi)容中。
權(quán)利要求
1.一種放大器，包括一個(gè)具有至少兩個(gè)功率狀態(tài)的第一級(jí)，所述第一級(jí)具有接收數(shù)據(jù)信號(hào)的輸入、控制端口和輸出；一個(gè)具有至少兩個(gè)功率狀態(tài)的第二級(jí)，所述第二級(jí)具有連接到所述第一級(jí)的輸出上的輸入、控制端口和輸出；和一個(gè)狀態(tài)決定電路，連接到所述第一級(jí)的控制端口上，用于將該第一級(jí)選擇性地配置在至少兩個(gè)功率狀態(tài)中的一個(gè)，而且還連接到所述第二級(jí)的控制端口，用于將該第二級(jí)選擇性地配置在至少兩個(gè)功率狀態(tài)中的一個(gè)。
2.權(quán)利要求1所述的放大器，還包括一個(gè)具有至少兩個(gè)阻抗匹配狀態(tài)的輸出阻抗匹配電路，所述輸出阻抗匹配電路具有連接到所述第二級(jí)的輸出的輸入、控制端口和連接負(fù)載的輸出，所述狀態(tài)決定電路還用于將所述輸出阻抗匹配電路選擇性地配置在至少兩個(gè)阻抗匹配狀態(tài)的一個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的放大器，其中，所述狀態(tài)決定電路選擇性地配置所述第一級(jí)、所述第二級(jí)和所述輸出阻抗匹配電路，使得所述放大器在輸出功率級(jí)在第一范圍內(nèi)時(shí)運(yùn)行在第一功率級(jí)，在輸出功率級(jí)在第二范圍內(nèi)時(shí)運(yùn)行在第二功率級(jí)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的放大器，其中，所述第一級(jí)至少包括一個(gè)第一功率裝置；和一個(gè)與所述第一功率裝置并聯(lián)連接的第二功率裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的放大器，其中，所述第二級(jí)至少包括一個(gè)第三功率裝置；和一個(gè)與所述第一功率裝置并聯(lián)連接的第四功率裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的放大器，其中，所述狀態(tài)決定電路通過(guò)選擇性地啟動(dòng)所述第二功率裝置選擇性地配置所述第一級(jí)，當(dāng)所述第一和第二功率裝置被啟動(dòng)時(shí)所述第一級(jí)在至少兩個(gè)功率狀態(tài)的第一狀態(tài)，當(dāng)所述第一功率裝置被啟動(dòng)而所述第二功率裝置不被啟動(dòng)時(shí)在至少兩個(gè)功率狀態(tài)的第二狀態(tài)；其中，所述狀態(tài)決定電路通過(guò)選擇性地啟動(dòng)所述第四功率裝置選擇性地配置所述第二級(jí)，當(dāng)所述第三和第四功率裝置被啟動(dòng)時(shí)所述第二級(jí)在至少兩個(gè)功率狀態(tài)的第一狀態(tài)，當(dāng)所述第三功率裝置被啟動(dòng)而所述第四功率裝置不被啟動(dòng)時(shí)在至少兩個(gè)功率狀態(tài)的第二狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的放大器，其中所述第一級(jí)的至少兩個(gè)功率狀態(tài)包括所述第一級(jí)的至少兩個(gè)功率狀態(tài)的第一和第二狀態(tài)；所述第二級(jí)的至少兩個(gè)功率狀態(tài)包括所述第二級(jí)的至少兩個(gè)功率狀態(tài)的第一和第二狀態(tài)；當(dāng)所述第一和第二級(jí)在它們的至少兩個(gè)功率狀態(tài)的所述第一狀態(tài)時(shí)，所述放大器在第一功率級(jí)，當(dāng)所述第一和第二級(jí)在它們的至少兩個(gè)功率狀態(tài)的所述第二狀態(tài)時(shí)，所述放大器在第二功率級(jí)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的放大器，其中，所述第一、第二、第三和第四功率裝置是晶體管。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的放大器，還包括一個(gè)級(jí)間阻抗匹配電路，它連接在所述第一級(jí)的輸出和所述第二級(jí)的輸入之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的放大器，還包括一個(gè)輸入級(jí)阻抗匹配電路，它連接到所述第一級(jí)的輸入，所述信號(hào)通過(guò)所述輸入級(jí)阻抗匹配電路被接收。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的放大器，其中，所述輸出阻抗匹配電路包括一個(gè)第一傳輸線，具有連接到所述第二級(jí)的輸出的第一端且還具有第二端；一個(gè)第二傳輸線，具有連接到所述第二級(jí)的輸出的第一端且還具有第二端；和一個(gè)二極管，其正極連接到所述第一傳輸線的第二端，負(fù)極連接到所述第二傳輸線的第二端。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的放大器，其中，所述輸出阻抗匹配電路包括一個(gè)傳輸線，具有連接到所述第二級(jí)的輸出的第一端且還具有第二端；一個(gè)電容器，具有連接到地的第一端且還具有一個(gè)第二端；一個(gè)二極管，其正極連接到所述傳輸線的第二端，負(fù)極連接到所述電容器的第二端。
13.一種包括放大器的無(wú)線設(shè)備，所述無(wú)線設(shè)備能夠建立與基站的通信，所述放大器包括一個(gè)具有至少兩個(gè)功率狀態(tài)的第一級(jí)，所述第一級(jí)具有接收數(shù)據(jù)信號(hào)的輸入、控制端口和輸出；一個(gè)具有至少兩個(gè)功率狀態(tài)的第二級(jí)，所述第二級(jí)具有連接到所述第一級(jí)的輸出的輸入、控制端口和能夠傳送由所述第一和第二級(jí)放大的所述信號(hào)的輸出；一個(gè)具有至少兩個(gè)阻抗匹配狀態(tài)的輸出電路，所述輸出電路具有連接到所述第二級(jí)的輸出的輸入、控制端口和用于連接負(fù)載的輸出；一個(gè)狀態(tài)決定電路，連接到所述第一級(jí)的控制端口上，用于將所述第一級(jí)選擇性地配置在至少兩個(gè)功率狀態(tài)中的一個(gè)，連接到所述第二級(jí)的控制端口，用于將所述第二級(jí)選擇性地配置在至少兩個(gè)功率狀態(tài)中的一個(gè)，連接到所述輸出電路的控制端口，用于將所述輸出電路選擇性地配置在至少兩個(gè)阻抗匹配級(jí)中的一個(gè)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的放大器，其中，當(dāng)所述狀態(tài)決定電路將所述第一級(jí)配置在至少兩個(gè)功率狀態(tài)的第一狀態(tài)，將所述第二級(jí)配置在至少兩個(gè)功率狀態(tài)的第一狀態(tài)，將所述輸出電路配置在至少兩個(gè)阻抗匹配狀態(tài)的第一狀態(tài)時(shí)，所述放大器在第一功率效率級(jí)運(yùn)行；其中，當(dāng)所述狀態(tài)決定電路將所述第一級(jí)配置在至少兩個(gè)功率狀態(tài)的第二狀態(tài)，將所述第二級(jí)配置在至少兩個(gè)功率狀態(tài)的第二狀態(tài)，將所述輸出電路配置在至少兩個(gè)阻抗匹配狀態(tài)的第二狀態(tài)時(shí)，所述放大器在第二功率效率級(jí)運(yùn)行
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的放大器，其中，所述狀態(tài)決定電路根據(jù)一個(gè)由基站產(chǎn)生的信號(hào)強(qiáng)度指示符信號(hào)選擇性地配置所述第一級(jí)、所述第二級(jí)和所述輸出電路。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的放大器，其中，所述第一級(jí)至少包括一個(gè)第一功率裝置；和一個(gè)與所述第一功率裝置連接并聯(lián)的第二功率裝置。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的放大器，其中，所述第二級(jí)至少包括一個(gè)第三功率裝置；和一個(gè)與所述第一功率裝置連接并聯(lián)的第四功率裝置。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的放大器，其中，所述狀態(tài)決定電路通過(guò)選擇性地啟動(dòng)所述第二功率裝置選擇性地配置所述第一級(jí)，當(dāng)所述第一和第二功率裝置被啟動(dòng)時(shí)所述第一級(jí)處于至少兩個(gè)功率狀態(tài)的一個(gè)狀態(tài)，當(dāng)所述第一功率裝置被啟動(dòng)而所述第二功率裝置不被啟動(dòng)時(shí)，處于至少兩個(gè)功率狀態(tài)的另一狀態(tài)；其中，所述狀態(tài)決定電路通過(guò)選擇性地啟動(dòng)所述第四功率裝置選擇性地配置所述第二級(jí)，當(dāng)所述第三和第四功率裝置被啟動(dòng)時(shí)，所述第二級(jí)處于至少兩個(gè)功率狀態(tài)的一個(gè)狀態(tài)，當(dāng)所述第三功率裝置被啟動(dòng)而所述第四功率裝置不被啟動(dòng)時(shí)，處于至少兩個(gè)功率狀態(tài)的另一狀態(tài)。
19.一種放大從信號(hào)源傳送到負(fù)載的信號(hào)的方法，所述方法包括步驟決定放大器的輸出功率級(jí)；根據(jù)所述決定的輸出功率級(jí)將放大器的第一級(jí)放大器配置在至少兩個(gè)狀態(tài)的一個(gè)狀態(tài)，所述第一級(jí)放大器放大所述信號(hào)；根據(jù)所述決定的輸出功率級(jí)將放大器的第二級(jí)放大器配置在至少兩個(gè)狀態(tài)的一個(gè)狀態(tài)，所述第二級(jí)放大器放大由所述第一級(jí)放大器放大的所述信號(hào)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，還包括步驟根據(jù)所述決定的級(jí)，將一個(gè)輸出匹配電路配置在至少兩個(gè)阻抗?fàn)顟B(tài)的一個(gè)狀態(tài)，所述輸出匹配電路匹配所述第二級(jí)放大器的阻抗和負(fù)載的阻抗。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，配置所述第一級(jí)放大器的所述步驟包括步驟當(dāng)所述功率級(jí)在第一輸出功率范圍內(nèi)時(shí)，啟動(dòng)所述第一級(jí)放大器的第一功率裝置，所述第一級(jí)放大器至少包括所述第一功率裝置和被啟動(dòng)的第二功率裝置，使得所述第一功率裝置和所述第二功率裝置都被啟動(dòng)；當(dāng)所述功率級(jí)在第二輸出功率范圍內(nèi)時(shí)禁用所述第一功率裝置，使得只有所述第二功率裝置被啟動(dòng)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中，配置所述第二級(jí)放大器的所述步驟包括步驟當(dāng)所述功率級(jí)在所述第一輸出功率范圍內(nèi)時(shí)，啟動(dòng)所述第二級(jí)放大器的第三功率裝置，所述第二級(jí)放大器至少包括所述第三功率裝置和被啟動(dòng)的第四功率裝置，使得所述第三功率裝置和所述第四功率裝置都被啟動(dòng)；當(dāng)所述功率級(jí)在所述第二輸出功率范圍內(nèi)時(shí)，禁用所述第三功率裝置，使得只有所述第四功率裝置被啟動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有第一級(jí)放大器和第二級(jí)放大器的功率放大器，該功率放大器的每一級(jí)根據(jù)希望的功率輸出配置為至少兩個(gè)功率狀態(tài)的一個(gè)狀態(tài)。當(dāng)?shù)谝缓偷诙?jí)被配置在第一狀態(tài)時(shí)，該功率放大器提供在第一輸出功率范圍內(nèi)的有效放大，當(dāng)?shù)谝缓偷诙?jí)被配置在第二狀態(tài)時(shí)，該功率放大器提供在第二輸出功率范圍內(nèi)的有效放大。通過(guò)配置每一級(jí)在至少兩個(gè)狀態(tài)中的一個(gè)狀態(tài)，可以為寬范圍的功率級(jí)獲得高水平的功率效率。
文檔編號(hào)H03F3/20GK1433145SQ0310544
公開(kāi)日2003年7月30日 申請(qǐng)日期2003年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月15日
發(fā)明者安德烈·V·格雷本尼科夫, 尤金·P·希尼, 赫伯特·耶格 申請(qǐng)人:M/A－Com尤羅泰克公司