專利名稱：具有多功率模式的高效功率放大裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種移動(dòng)手持設(shè)備(mobile handset)中的功率放大器。更具體地說，本發(fā)明涉及一種具有高效率的多功率模式功率放大器，它適合于與多種輸出功率水平相對(duì)應(yīng)來放大功率而不需使用旁路開關(guān)電路。
背景技術(shù)：
最近，隨著用于無線通信服務(wù)的移動(dòng)手持設(shè)備越來越小和越來越輕，對(duì)延長使用小尺寸電池的移動(dòng)手持設(shè)備的通話時(shí)間也進(jìn)行了很多的研究。在常規(guī)的移動(dòng)手持設(shè)備中，射頻(RF)功率放大器消耗了移動(dòng)手持設(shè)備整體系統(tǒng)所消耗的電量的大部分。因此，RF功率放大器的低效率降低了整體系統(tǒng)的效率，從而減少了通話時(shí)間。
為此，本領(lǐng)域的大部分的研究集中于提高RF功率放大器的效率。多功率模式功率放大器是最近作為進(jìn)行這種研究以提高RF功率放大器的效率的結(jié)果而引進(jìn)的裝置中的一個(gè)。
多功率模式功率放大器被配置為可對(duì)應(yīng)于所需情況來操作它自己的功率級(jí)，并且以對(duì)應(yīng)于輸出功率水平的幾種操作模式進(jìn)行操作。通常，旁路開關(guān)電路用于多功率模式功率放大器的這種操作。
如果需要低輸出功率，那么將功率傳輸?shù)穆窂秸{(diào)整為繞過功率級(jí)。相反地，如果需要高輸出功率，那么將功率傳輸?shù)穆窂秸{(diào)整為通過功率級(jí)以便提供高輸出功率。使用根據(jù)所需的輸出功率水平而選擇性地執(zhí)行模式轉(zhuǎn)換的常規(guī)的多功率模式功率放大器，可降低在傳輸?shù)洼敵龉β实男盘?hào)時(shí)的DC(直流)功耗。
但是，為了運(yùn)行多功率模式功率放大器，應(yīng)對(duì)多個(gè)相互串聯(lián)的功率級(jí)中的超過一個(gè)的功率級(jí)進(jìn)行切換，并且需要超過一個(gè)的旁路開關(guān)電路和用于控制旁路開關(guān)電路的復(fù)雜邏輯控制電路以用于切換操作。
由旁路開關(guān)電路的切換操作引起的功率損耗使得輸出功率降低，輸出功率的降低使得多功率模式功率放大器的效率降低。另外，存在另外的問題在于相鄰信道功率比(ACPR)變差。此外，由于旁路開關(guān)電路和用于控制旁路開關(guān)電路而額外增加的復(fù)雜邏輯控制電路，使得整個(gè)系統(tǒng)的尺寸變得較大。因此，考慮到小尺寸的移動(dòng)手持設(shè)備的趨勢，現(xiàn)有技術(shù)的多功率模式功率放大器被認(rèn)為是落后的，而且整個(gè)系統(tǒng)的擴(kuò)大的尺寸在價(jià)格競爭中是不利的。
下面將參考附圖對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的使用旁路開關(guān)電路的多功率模式功率放大器進(jìn)行詳細(xì)說明。


圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的使用旁路開關(guān)電路的多功率模式功率放大器。如圖1所示的多功率模式功率放大器被配置為使用3個(gè)旁路開關(guān)電路。
如果功率放大器以高功率模式操作，那么第一開關(guān)31和第二開關(guān)32都閉合而第三開關(guān)33斷開，這樣使得包括阻抗匹配單元的驅(qū)動(dòng)器10的輸出被輸入到功率級(jí)22中。相反地，如果功率放大器以低功率模式操作，那么第一開關(guān)31和第二開關(guān)32都斷開而第三開關(guān)閉合，從而使得包括阻抗匹配單元的驅(qū)動(dòng)器10的輸出繞過功率級(jí)22。
因?yàn)槿鐖D1所示的多功率模式功率放大器使用3個(gè)旁路開關(guān)電路，所以多功率模式功率放大器的結(jié)構(gòu)中的自由程度增加。但是同時(shí)，其具有整個(gè)系統(tǒng)尺寸增加以及由于旁路開關(guān)電路的功率損耗而引起的整個(gè)系統(tǒng)的功率損耗增加的缺點(diǎn)。尤其是連接到功率級(jí)的輸出端的第二開關(guān)32的功率損耗嚴(yán)重影響了高功率模式下的操作效率和線性度，因此應(yīng)該使用具有大功率容量和良好損耗特性的旁路開關(guān)電路，而使用旁路開關(guān)電路的必要性需要高成本。
圖2示出了現(xiàn)有技術(shù)的使用另外的旁路開關(guān)電路的多功率模式功率放大器。如圖2所示的多功率模式功率放大器被配置為不使用串聯(lián)開關(guān)而是使用分路開關(guān)(shunt switch)。
在高功率模式下，第二旁路開關(guān)電路49的分路開關(guān)接地，并且與作為阻抗匹配單元的第三阻抗變換器48一起操作。第一阻抗變換器47將包括第二旁路開關(guān)電路49和第三阻抗變換器48的輸出級(jí)的負(fù)載轉(zhuǎn)換為使得功率級(jí)45的輸出最大的最佳阻抗Zopt。第一旁路開關(guān)電路44的開關(guān)連接到功率級(jí)的輸入端43。
在低功率模式下，第二旁路開關(guān)電路49連接到第二阻抗變換器的輸出端，第一阻抗變換器47與第二阻抗變換器46和第三阻抗變換器48一起通過將關(guān)閉的功率級(jí)45的輸出阻抗轉(zhuǎn)換為j50歐姆的阻抗而形成阻抗匹配單元。第一旁路開關(guān)電路44的開關(guān)連接到第二阻抗變換器46的輸入端，以此形成旁路。第一旁路開關(guān)電路44可被配置為使用兩個(gè)二極管開關(guān)，而第二旁路開關(guān)電路49可被配置為使用一個(gè)分路二極管開關(guān)。
因?yàn)槿鐖D2所示的功率放大器應(yīng)該使用至少3個(gè)開關(guān)，所以由于開關(guān)自己的損耗而使得性能變差，并且由于功率放大器尺寸的增加而使得價(jià)格競爭變差。
圖3a示出了使用旁路開關(guān)電路的現(xiàn)有技術(shù)的多功率模式功率放大器，其開關(guān)電路連接到λ/4旁路傳輸線的輸出端。如圖3a所示的多功率模式功率放大器包括載波放大器51并且具有由通過使用λ/4旁路傳輸線52和分路開關(guān)53配置的旁路開關(guān)電路而實(shí)現(xiàn)的旁路。
在高功率模式下，旁路開關(guān)電路的分路開關(guān)53接地，而且包括分路開關(guān)53的旁路開關(guān)電路通過連接到λ/4旁路傳輸線52而作為開放分支線(open stub)操作。
在低功率模式下，旁路開關(guān)電路的分路開關(guān)53連接到載波放大器51的輸出端，且與λ/4旁路傳輸線52一起作為旁路操作。
圖3b示出了使用旁路開關(guān)電路的現(xiàn)有技術(shù)的多功率模式功率放大器，其開關(guān)電路連接到λ/4旁路傳輸線的輸入端。
圖3b中所示的多功率模式功率放大器和圖3a中所示的多功率模式功率放大器之間的差別僅在于λ/4旁路傳輸線和旁路開關(guān)電路的順序。
因?yàn)閳D3a和3b中所示的多功率模式功率放大器只包括一個(gè)旁路開關(guān)電路，所以其優(yōu)點(diǎn)在于整個(gè)系統(tǒng)的尺寸較小。但是同時(shí)，缺點(diǎn)在于由于使用λ/4旁路傳輸線而使帶寬受限。
圖4示出了使用另外的旁路開關(guān)電路的現(xiàn)有技術(shù)的多功率模式功率放大器。
Q3(65)是載波放大器，Q2(62)是運(yùn)算放大器。串聯(lián)開關(guān)66包括兩個(gè)并聯(lián)的二極管，二極管的陽極連接到載波放大器的Vcc。
在高功率模式下，Q1(68)截止并且串聯(lián)開關(guān)66斷開。因此Q2(62)的輸出被輸入到Q3(65)中，并且第一阻抗匹配單元63是將輸入阻抗轉(zhuǎn)換為15歐姆阻抗的阻抗匹配單元。
在低功率模式下，Q3(65)的基極偏壓關(guān)閉并且Q1(68)導(dǎo)通，從而使得開關(guān)66閉合。第二阻抗匹配單元64是將負(fù)載阻抗轉(zhuǎn)換為25歐姆阻抗的阻抗匹配單元。第二阻抗匹配單元64在開關(guān)66閉合時(shí)具有比Q3(65)的輸入阻抗小的阻抗，而在開關(guān)66斷開時(shí)具有比Q3(65)的輸入阻抗大的阻抗。因此，第二阻抗匹配單元64作為旁路操作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的在于至少解決使用旁路開關(guān)電路的現(xiàn)有技術(shù)的多功率模式功率放大器的上述問題，以及提供一種具有高效率的多功率模式功率放大器，通過使用于繞過功率級(jí)的通路和用于穿經(jīng)功率級(jí)的通路在最佳點(diǎn)處接合并在用于繞過功率級(jí)的通路上實(shí)現(xiàn)最佳阻抗變換器，這種多功率模式功率放大器可無需使用旁路開關(guān)電路而放大多種水平的功率。
提供了一種高效率的多功率模式功率放大器，包括功率級(jí)，用于通過與用來放大輸入功率的驅(qū)動(dòng)器串聯(lián)的第一阻抗匹配單元和與第一阻抗匹配單元串聯(lián)的第二阻抗匹配單元接收被驅(qū)動(dòng)器放大的功率，再次放大該功率并且輸出再次放大的功率；外加電壓控制電路，其與功率級(jí)并聯(lián)，用于對(duì)應(yīng)于第一功率模式和第二功率模式控制外加電壓；阻抗變換器，用于根據(jù)外加電壓控制電路的操作通過第一阻抗匹配單元接收被驅(qū)動(dòng)器放大的功率；第三阻抗匹配單元，其與功率級(jí)串聯(lián)，用于根據(jù)外加電壓控制電路的操作接收被功率級(jí)放大的功率；以及第四阻抗匹配單元，其與第三阻抗匹配單元串聯(lián)并與阻抗變換器串聯(lián)，用于根據(jù)外加電壓控制電路的操作將從第三阻抗匹配單元或阻抗變換器傳送的功率傳送到輸出級(jí)。
優(yōu)選地，在第二功率模式下，功率級(jí)與第二阻抗匹配單元串聯(lián)，功率級(jí)通過第二阻抗匹配單元接收被驅(qū)動(dòng)器放大的功率并再次放大該功率。
優(yōu)選地，外加電壓控制電路調(diào)整施加到功率級(jí)的電壓，以在第一功率模式下使功率級(jí)關(guān)閉而在第二功率模式下使功率級(jí)開啟。
優(yōu)選地，阻抗變換器與第二阻抗匹配單元、功率級(jí)和第三阻抗匹配單元并聯(lián)，并且在第一功率模式下，阻抗變換器通過第一阻抗匹配單元接收被驅(qū)動(dòng)器放大的功率并且將該功率輸出到第四阻抗匹配單元。另外，阻抗變換器具有帶通濾波器的結(jié)構(gòu)。
優(yōu)選地，第三阻抗匹配單元防止通過阻抗變換器傳送的功率泄漏到功率級(jí)。
優(yōu)選地，第四阻抗匹配單元在第一功率模式下接收來自于阻抗變換器的功率，而第四阻抗匹配單元在第二功率模式下接收來自于第三阻抗匹配單元的功率。
優(yōu)選地，功率經(jīng)過第一阻抗匹配單元被傳送給第四阻抗匹配單元的通路是通過將從第一阻抗匹配單元朝向功率級(jí)觀察到的阻抗與從第一阻抗匹配單元朝向阻抗變換器觀察到的阻抗進(jìn)行比較而確定的。
優(yōu)選地，在第二功率模式下，從第一阻抗匹配單元朝向阻抗變換器觀察到的阻抗與第一阻抗匹配單元一起形成驅(qū)動(dòng)器與功率級(jí)之間的級(jí)間匹配單元。
提供另一種高效率多功率模式功率放大器，包括驅(qū)動(dòng)器，用于使用可變?cè)鲆娣糯笃鱽砜勺兊胤糯筝斎胄盘?hào)的增益；功率級(jí)，用于通過與驅(qū)動(dòng)器串聯(lián)的第一阻抗匹配單元和與第一阻抗匹配單元串聯(lián)的第二阻抗匹配單元接收被驅(qū)動(dòng)器放大的功率，再次放大功率并且輸出再次放大的功率；外加電壓控制單元，其與功率級(jí)并聯(lián)，用于控制對(duì)應(yīng)于第一功率模式和第二功率模式的外加電壓；阻抗變換器，用于根據(jù)外加電壓控制電路的操作通過第一阻抗匹配單元接收被驅(qū)動(dòng)器放大的功率；第三阻抗匹配單元，其與功率級(jí)串聯(lián)，用于根據(jù)外加功率控制電路的操作接收被功率級(jí)放大的功率；以及第四阻抗匹配單元，其與第三阻抗匹配單元串聯(lián)并且與阻抗變換器串聯(lián)，用于根據(jù)外加電壓控制電路的操作將從第三阻抗匹配單元或阻抗變換器傳送的功率傳送到輸出級(jí)。
優(yōu)選地，在第二功率模式下，功率級(jí)與第二阻抗匹配單元串聯(lián)，功率級(jí)通過第二阻抗匹配單元接收被驅(qū)動(dòng)器放大的功率并再次放大該功率。
優(yōu)選地，外加電壓控制電路控制驅(qū)動(dòng)器以便輸入到驅(qū)動(dòng)器中的增益根據(jù)第一功率模式和第二功率模式被不同地放大。外加電壓控制電路調(diào)整施加到功率級(jí)的電壓，以便在第一功率模式下使功率級(jí)關(guān)閉而在第二功率模式下使功率級(jí)開啟。
優(yōu)選地，阻抗變換器與第二阻抗匹配單元、功率級(jí)和第三阻抗匹配單元并聯(lián)，在第一功率模式下，阻抗變換器通過第一阻抗匹配單元接收被驅(qū)動(dòng)器放大的功率并且將該功率輸出到第四阻抗匹配單元。阻抗變換器具有帶通濾波器的結(jié)構(gòu)。
優(yōu)選地，第三阻抗匹配單元防止通過阻抗變換器傳送的功率泄漏到功率級(jí)。
優(yōu)選地，第四阻抗匹配單元在第一功率模式下接收來自于阻抗變換器的功率，而第四阻抗匹配單元接收來自于第三阻抗匹配單元的功率。
優(yōu)選地，功率經(jīng)過第一阻抗匹配單元的功率被傳送給第四阻抗匹配單元的通路是通過將從第一阻抗匹配單元朝向功率級(jí)觀察到的阻抗與從第一阻抗匹配單元朝向阻抗變換器觀察到的阻抗進(jìn)行比較而確定的。
優(yōu)選地，在第二功率模式下，從第一阻抗匹配單元朝向阻抗變換器觀察到的阻抗與第一阻抗匹配單元一起形成驅(qū)動(dòng)器和功率級(jí)之間的級(jí)間匹配單元。
附圖的簡要說明圖1示出了使用旁路開關(guān)電路的現(xiàn)有技術(shù)的多功率模式功率放大器；圖2示出了使用其它旁路開關(guān)電路的現(xiàn)有技術(shù)的多功率模式功率放大器；圖3a示出了使用旁路開關(guān)電路的現(xiàn)有技術(shù)的多功率模式功率放大器，其開關(guān)電路連接到λ/4旁路傳輸線的輸出端；圖3b示出了使用旁路開關(guān)電路的現(xiàn)有技術(shù)的多功率模式功率放大器，其開關(guān)電路連接到λ/4旁路傳輸線的輸入端；圖4表示使用另外的旁路開關(guān)電路的現(xiàn)有技術(shù)的多功率模式功率放大器；
圖5示出了按照本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案所述的高效率多功率模式功率放大器，其采用了沒有旁路開關(guān)電路的功率模式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)；圖6詳細(xì)示出了如圖5所示的高效率多功率模式功率放大器，用于解釋沒有旁路開關(guān)電路的功率模式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)；圖7a的曲線圖示出了與按照本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案所述的多功率模式功率放大器的高功率模式和低功率模式相對(duì)應(yīng)的增益特性；圖7b的曲線圖示出了與按照本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案所述的多功率模式功率放大器的高功率模式和低功率模式相對(duì)應(yīng)的功率添加效率(PAE)特性；圖8示出了按照本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案所述的高效率多功率模式功率放大器，其采用了沒有旁路開關(guān)電路的功率模式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)；實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最佳方式下面將給出參照附圖對(duì)按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案所述的高效率多功率模式功率放大器的詳細(xì)說明。在下文中，第一功率模式被稱為低功率模式而第二功率模式被稱為高功率模式。
圖5示出了按照本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案所述的采用了沒有旁路開關(guān)電路的功率模式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的高效率多功率模式功率放大器。
如圖5所示的高效率多功率模式功率放大器包括驅(qū)動(dòng)器100，用于放大輸入功率；功率級(jí)120，用于通過與驅(qū)動(dòng)器串聯(lián)的第一阻抗匹配單元130以及與第一阻抗匹配單元130串聯(lián)的第二阻抗匹配單元140接收被驅(qū)動(dòng)器100放大的功率，并且再次放大功率及輸出被再次放大的功率；外加電壓控制電路90，其與功率級(jí)120并聯(lián)，用于與低功率模式和高功率模式相對(duì)應(yīng)地控制外加電壓；阻抗變換器170，用于根據(jù)外加電壓控制電路90的操作通過第一阻抗匹配單元130接收被驅(qū)動(dòng)器100放大的功率，并且將功率傳送到第四阻抗匹配單元160；第三阻抗匹配單元150，其與功率級(jí)120串聯(lián)，用于將被功率級(jí)120放大的功率傳送到第四功率匹配單元160；以及第四阻抗匹配單元160，其與第三阻抗匹配單元150串聯(lián)并且與阻抗變換器170串聯(lián)，用于根據(jù)外加電壓控制電路90的操作將從第三阻抗匹配單元150或者阻抗變換器170傳送的功率傳送到輸出級(jí)78。
外加電壓控制電路90利用與低功率模式和高功率模式相對(duì)應(yīng)的外部控制信號(hào)輸入來調(diào)整施加到功率級(jí)120的電壓。在低功率模式下，由于輸出功率不是穿經(jīng)功率級(jí)120而是經(jīng)過最佳的第一阻抗匹配單元130和最佳的阻抗變換器170而得到的，所以外加電壓控制電路90調(diào)整施加到功率級(jí)120的電壓以便使功率級(jí)120的晶體管關(guān)閉。
相反地，因?yàn)檩敵龉β适墙?jīng)過第一阻抗匹配單元130、第二阻抗匹配單元140和功率級(jí)120獲得的，所以外加電壓控制電路90施加適合于功率級(jí)120的晶體管操作的電壓。
低功率模式下的驅(qū)動(dòng)器100放大輸入功率并通過最佳的第一阻抗匹配單元130將放大的功率傳送到阻抗變換器170。相反地，高功率模式下的驅(qū)動(dòng)器100放大輸入功率并通過最佳的第一阻抗匹配單元130和最佳的第二阻抗匹配單元140將放大的功率傳送到功率級(jí)120。
低功率模式下的功率級(jí)120被外加電壓控制電路90關(guān)閉，而高功率模式下的功率級(jí)120放大被驅(qū)動(dòng)器100放大并輸入到功率級(jí)120中的信號(hào)。
第一阻抗匹配單元130是用于對(duì)應(yīng)于低功率模式和高功率模式的最佳操作的最佳的電路。第一阻抗匹配單元130對(duì)應(yīng)于操作模式而選擇性地將被驅(qū)動(dòng)器100放大的輸入功率傳送到阻抗變換器170或功率級(jí)120。
第二阻抗匹配單元140是用于對(duì)應(yīng)于低功率模式和高功率模式的最佳操作的最佳的電路。第二阻抗匹配單元140將被驅(qū)動(dòng)器100放大且通過第一阻抗匹配單元130傳送的功率在低功率模式下傳送到阻抗變換器170以及在高功率模式下傳送到功率級(jí)120。
阻抗變換器170是對(duì)應(yīng)于低功率模式和高功率模式而適當(dāng)變換阻抗的阻抗變換電路。在低功率模式下，阻抗變換器170形成繞過功率級(jí)120的通路，使得驅(qū)動(dòng)器100的輸出傳送到功率放大器的輸出級(jí)78。
圖6詳細(xì)表示如圖5所示的高效率多功率模式功率放大器，用于說明沒有旁路開關(guān)電路的功率模式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。
驅(qū)動(dòng)器100的輸出功率通過第一阻抗匹配單元130到達(dá)用來使對(duì)應(yīng)于功率模式的通路分開的接合處72。
在低功率模式下，功率級(jí)120被由外加電壓控制電路90施加的電壓關(guān)閉，并且從第一阻抗匹配單元130的角度觀察到的功率級(jí)120的輸入阻抗ZINT-H比從第一阻抗匹配單元130的角度觀察到的繞過功率級(jí)120的通路的輸入阻抗ZINT-L大很多。因此，被驅(qū)動(dòng)器100放大并傳送到接合處72的功率被優(yōu)化，從而使得輸入到阻抗變換器170中的功率量比輸入到功率級(jí)120中的功率量要大很多。輸出功率被第三阻抗匹配單元150和第四阻抗匹配單元160以最小化的泄漏到功率級(jí)的功率而傳送給輸出級(jí)78。
在高功率模式下，功率級(jí)120被由外加電壓控制電路90施加的電壓開啟，并且從第一阻抗匹配單元130的角度觀察到的功率級(jí)120的輸入阻抗ZINT-H比從第一阻抗匹配單元130的角度觀察到的繞過功率級(jí)120的通路的輸入阻抗ZINT-L要小。因此，被驅(qū)動(dòng)器100放大并傳送到接合處72的大部分功率被功率級(jí)120放大并由最佳的第三阻抗匹配單元150和最佳的第四阻抗匹配單元160以最小化的泄漏到阻抗變換器170的功率而傳送到功率放大器的輸出級(jí)78。
高功率模式下，從第一阻抗匹配單元130的角度觀察到的繞過功率級(jí)120的通路的輸入阻抗ZINT-L與第一阻抗匹配單元130一起在驅(qū)動(dòng)器100和功率級(jí)120之間形成級(jí)間匹配單元，從而使得驅(qū)動(dòng)器100的輸出功率良好地傳送到功率級(jí)120。
圖7a的曲線圖示出了與按照本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案所述的多功率模式功率放大器的高功率模式和低功率模式相對(duì)應(yīng)的增益特性。
在低功率模式下，功率級(jí)120被外加電壓控制電路90關(guān)閉，以使得驅(qū)動(dòng)器100的輸出不被功率級(jí)120放大，并且使驅(qū)動(dòng)器100的輸出通過阻抗變換器170傳送到輸出級(jí)78。因此，不可能得到被功率級(jí)120放大時(shí)的增益特性。但是，這樣可消除功率級(jí)120消耗的DC功率，從而使得PAE特性優(yōu)秀。
相反地，在高功率模式下，驅(qū)動(dòng)器100的輸出被功率級(jí)120放大并到達(dá)輸出級(jí)78，這樣使得被功率級(jí)120放大時(shí)的增益特性增加到通過低功率模式下的操作的增益特性，并且PAE特性取決于通常具有高輸出功率水平的功率級(jí)120。
因此，如圖7a所示，低功率模式下的增益特性相對(duì)較低而高功率模式下的增益特性相對(duì)較高。
圖7b的曲線圖示出了與按照本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案所述的多功率模式功率放大器的高功率模式和低功率模式相對(duì)應(yīng)的功率添加效率特性。
如圖7a所示，因?yàn)橛晒β始?jí)120消耗的DC功率可被消除，所以低功率模式下的PAE特性優(yōu)秀。在高功率模式下，功率級(jí)120的輸出通過第三阻抗匹配單元150和第四阻抗匹配單元160傳送到輸出級(jí)78，并且第三阻抗匹配單元150、第四阻抗匹配單元160和阻抗變換器170不使用開關(guān)，因此使得功率級(jí)120的輸出沒有損耗地傳送到輸出級(jí)78，因而使高功率模式下的PAE特性優(yōu)秀。
圖8示出了按照本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方案的采用沒有旁路開關(guān)電路的功率模式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的高效率多功率模式功率放大器。
按照本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方案的采用沒有旁路開關(guān)電路的功率模式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的高效率多功率模式功率放大器包括驅(qū)動(dòng)器210，用于使用可變?cè)鲆娣糯笃鱽砜勺兊胤糯筝斎胄盘?hào)的增益；功率級(jí)220，用于通過與驅(qū)動(dòng)器210串聯(lián)的第一阻抗匹配單元230和與第一阻抗匹配單元230串聯(lián)的第二阻抗匹配單元240接收被驅(qū)動(dòng)器210放大的功率，再次放大功率并輸出再次放大的功率；外加電壓控制單元190，其與功率級(jí)220并聯(lián)，用于控制對(duì)應(yīng)于低功率模式和高功率模式的外加電壓；阻抗變換器270，用于根據(jù)外加電壓控制電路190的操作通過第一阻抗匹配單元230接收被驅(qū)動(dòng)器210放大的功率；第三阻抗匹配單元250，其與功率級(jí)220串聯(lián)，用于根據(jù)外加功率控制電路的操作接收被功率級(jí)220放大的功率；以及第四阻抗匹配單元260，其與第三阻抗匹配單元250串聯(lián)并且與阻抗變換器270串聯(lián)，用于根據(jù)外加電壓控制電路的操作將從第三阻抗匹配單元250或阻抗變換器270傳送的功率傳送到輸出級(jí)178。
外加電壓控制電路190控制驅(qū)動(dòng)器以便輸入到驅(qū)動(dòng)器中的信號(hào)增益根據(jù)低功率模式和高功率模式被不同地放大。外加電壓控制電路利用與低功率模式和高功率模式相對(duì)應(yīng)的外部控制信號(hào)輸入來調(diào)整施加到功率級(jí)220的電壓。因?yàn)樵诘凸β誓Ｊ较螺敵龉β什皇墙?jīng)過功率級(jí)220而是經(jīng)過最佳的第一阻抗匹配單元230和最佳的阻抗變換器270而得到的，所以外加電壓控制電路調(diào)整施加到功率級(jí)220的電壓以使功率級(jí)220的晶體管關(guān)閉。
相反地，因?yàn)檩敵龉β适墙?jīng)過第一阻抗匹配單元230、第二阻抗匹配單元240和功率級(jí)220得到的，所以外加電壓控制電路190施加適合于功率級(jí)220的晶體管操作的電壓。
可變?cè)鲆娣糯笃鞲鶕?jù)外加電壓控制電路190的操作可變地放大通過功率放大器的輸入端180輸入的信號(hào)的增益，并且將放大的增益供應(yīng)給第一阻抗匹配單元230、功率級(jí)220和阻抗變換器270。可變?cè)鲆娣糯笃鞑粌H起到驅(qū)動(dòng)器的功能而且也起到線性電路的功能，這樣就使得電路的效率和線性度得到優(yōu)化。另外，可根據(jù)用途而對(duì)如圖7a所示的功率放大器的不連續(xù)的增益特性做出相應(yīng)調(diào)整。
低功率模式下的功率級(jí)220被外加電壓控制電路190關(guān)閉，而高功率模式下的功率級(jí)220對(duì)被驅(qū)動(dòng)器210放大并輸入到功率級(jí)220中的信號(hào)進(jìn)行放大。
第一阻抗匹配單元230是用于對(duì)應(yīng)于低功率模式和高功率模式的最佳操作的最佳的電路。第一阻抗匹配單元230對(duì)應(yīng)于操作模式而選擇性地將被驅(qū)動(dòng)器210放大的輸入功率傳送到阻抗變換器270或功率級(jí)220。
第二阻抗匹配單元240是用于對(duì)應(yīng)于低功率模式和高功率模式的最佳的操作的最佳的電路。第二阻抗匹配單元240將被可變?cè)鲆娣糯笃鞣糯笄彝ㄟ^第一阻抗匹配單元230傳送的功率在低功率模式下傳送到阻抗變換器270而在高功率模式下傳送到功率級(jí)220。
阻抗變換器270是對(duì)應(yīng)于低功率模式和高功率模式而適當(dāng)變換阻抗的阻抗變換電路。在低功率模式下，阻抗變換器270形成繞過功率級(jí)220的通路，從而使得驅(qū)動(dòng)器210的輸出傳送到功率放大器的輸出級(jí)178。
按照本發(fā)明的多功率模式功率放大器不局限于這些優(yōu)選實(shí)施方案，而是可由本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離由所附的權(quán)利要求所公開的本發(fā)明的范圍和精神通過多種修改來實(shí)現(xiàn)。
工業(yè)應(yīng)用性按照本發(fā)明的多功率模式功率放大器在不使用旁路開關(guān)電路的情況下即可放大多種水平的功率，從而使得現(xiàn)有技術(shù)中的多功率模式功率放大器中因使用旁路開關(guān)電路而引起的損耗、功率放大器尺寸的增加、價(jià)格競爭變差等問題可得到解決。另外，按照本發(fā)明的多功率模式功率放大器降低了在低功率模式下實(shí)際地影響電池壽命的DC功率消耗，從而使得功率放大器的PAE性能可提高，并且使配備有按照本發(fā)明的多功率模式功率放大器的移動(dòng)手持設(shè)備的通話時(shí)間可延長。
另外，采用可變?cè)鲆娣糯笃髯鳛轵?qū)動(dòng)器的本發(fā)明將現(xiàn)有技術(shù)的多功率模式功率放大器在高功率模式下的損耗降到最低，這樣使得高功率模式下的PAE特性可提高，并且可以解決高功率模式下的壞的線性度問題。另外，可實(shí)現(xiàn)配備有按照本發(fā)明的多功率模式功率放大器的移動(dòng)手持設(shè)備的通話質(zhì)量的提高以及配備有按照本發(fā)明的多功率模式功率放大器的手持設(shè)備的尺寸的減小。
權(quán)利要求
1.一種高效率多功率模式功率放大器，包括功率級(jí)，其被配置為通過與用來放大輸入功率的驅(qū)動(dòng)器串聯(lián)的第一阻抗匹配單元和與所述第一阻抗匹配單元串聯(lián)的第二阻抗匹配單元接收被所述驅(qū)動(dòng)器放大的功率，再次放大所述功率并且輸出所述再次放大的功率；外加電壓控制電路，其與所述功率級(jí)并聯(lián)，并且被配置為對(duì)應(yīng)于第一功率模式和第二功率模式控制外加電壓；阻抗變換器，其被配置為根據(jù)所述外加電壓控制電路的操作通過所述第一阻抗匹配單元接收被所述驅(qū)動(dòng)器放大的功率；第三阻抗匹配單元，其與所述功率級(jí)串聯(lián)，并被配置為根據(jù)所述外加電壓控制電路的操作接收被所述功率級(jí)放大的功率；以及第四阻抗匹配單元，其與所述第三阻抗匹配單元串聯(lián)并與所述阻抗變換器串聯(lián)，并且被配置為根據(jù)所述外加電壓控制電路的操作將從所述第三阻抗匹配單元或所述阻抗變換器傳送的功率傳送到輸出級(jí)。
2.如權(quán)利要求1所述的多功率模式功率放大器，其中，在所述第二功率模式下，所述功率級(jí)與所述第二阻抗匹配單元串聯(lián)，所述功率級(jí)通過所述第二阻抗匹配單元接收被所述驅(qū)動(dòng)器放大的功率并再次放大所述功率。
3.如權(quán)利要求1所述的多功率模式功率放大器，其中，所述外加電壓控制電路調(diào)整施加到所述功率級(jí)的電壓，以在所述第一功率模式下使所述功率級(jí)關(guān)閉而在所述第二功率模式下使所述功率級(jí)開啟。
4.如權(quán)利要求1所述的多功率模式功率放大器，其中，所述阻抗變換器與所述第二阻抗匹配單元、所述功率級(jí)和所述第三阻抗匹配單元并聯(lián)，并且在第一功率模式下，所述阻抗變換器通過所述第一阻抗匹配單元接收被所述驅(qū)動(dòng)器放大的所述功率并且將所述功率輸出到所述第四阻抗匹配單元。
5.如權(quán)利要求1所述的多功率模式功率放大器，其中，所述第三阻抗匹配單元防止通過所述阻抗變換器傳送的功率泄漏到所述功率級(jí)。
6.如權(quán)利要求1所述的多功率模式功率放大器，其中，所述第四阻抗匹配單元在所述第一功率模式下接收來自于所述阻抗變換器的功率，在所述第二功率模式下接收來自于所述第三阻抗匹配單元的功率。
7.如權(quán)利要求1所述的多功率模式功率放大器，其中，功率經(jīng)過所述第一阻抗匹配單元被傳送給所述第四阻抗匹配單元的通路是通過將從所述第一阻抗匹配單元朝向所述功率級(jí)觀察到的阻抗與從所述第一阻抗匹配單元朝向所述阻抗變換器觀察到的阻抗進(jìn)行比較而確定的。
8.如權(quán)利要求7所述的多功率模式功率放大器，其中，在所述第二功率模式下，從所述第一阻抗匹配單元朝向所述阻抗變換器觀察到的阻抗與所述第一阻抗匹配單元一起形成所述驅(qū)動(dòng)器與所述功率級(jí)之間的級(jí)間匹配單元。
9.如權(quán)利要求1所述的多功率模式功率放大器，其中，所述驅(qū)動(dòng)器是被配置為可變地放大輸入信號(hào)的增益的可變?cè)鲆娣糯笃鳌?br> 10.如權(quán)利要求9所述的多功率模式功率放大器，其中，所述外加電壓控制電路控制所述驅(qū)動(dòng)器以使輸入到所述驅(qū)動(dòng)器中的信號(hào)的增益對(duì)應(yīng)于所述第一功率模式和所述第二功率模式而被不同地放大，并且調(diào)整施加到所述功率級(jí)的電壓以在所述第一功率模式下使所述功率級(jí)關(guān)閉而在所述第二功率模式下使所述功率級(jí)開啟。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種設(shè)置在無線通信終端中的功率放大裝置，尤其涉及一種高效率的功率放大裝置，其可根據(jù)多種輸出功率水平來有效地放大功率而不需使用旁路開關(guān)電路。按照本發(fā)明的高效率功率放大裝置使得可不使用旁路開關(guān)電路來放大多種水平的功率，以使得能夠解決現(xiàn)有技術(shù)的多模式功率放大裝置中的問題，例如由使用旁路開關(guān)電路而引起的功率損耗、功率放大裝置尺寸的增加、價(jià)格競爭變差等。同樣地，按照本發(fā)明的高效率功率放大裝置降低了在低功率模式下的DC功率消耗，使得功率放大裝置的功率添加效率特性可被提高。
文檔編號(hào)H03F1/32GK1742428SQ03825968
公開日2006年3月1日 申請(qǐng)日期2003年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月3日
發(fā)明者金正鉉, 李大熙, 鄭相華, 權(quán)泳佑 申請(qǐng)人:維弗克斯株式會(huì)社