專利名稱：具有離散功率控制的功率放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例通常涉及一種功率放大器，更具體地講，涉及一種利用偏置適應(yīng) 和并聯(lián)組合的多初級(jí)變壓器的具有離散功率控制的功率放大器。
背景技術(shù)：
隨著對(duì)無線通信的使用和依賴的增加，對(duì)壓低提供無線電收發(fā)器的成本有很大需 求。從實(shí)施觀點(diǎn)來看，與包括傳統(tǒng)功率放大器的傳統(tǒng)元件相比，具有互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體 (COMS)元件的單芯片無線電裝置(包括諸如射頻功率放大器的前端元件)是更具成本-效 率性的解決方案。然而，由于CMOS器件的特性，CMOS功率放大器的預(yù)期效率通常低于傳統(tǒng) 功率放大器(如III-VHBT功率放大器)的預(yù)期效率。另外，無線通信裝置越來越多地在具 有大峰均功率比的高數(shù)據(jù)率調(diào)制下操作引起這些裝置中的功率放大器在低于ldB壓縮點(diǎn) 的功率回退(power back-off)下操作。另外，由于固定的偏置控制(biascontrol)，在功率 回退電平下操作的傳統(tǒng)功率放大器的效率變低，并且輸出功率減小。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例，可有一種功率放大器系統(tǒng)。該功率放大器系統(tǒng)可包括 多個(gè)單元功率放大器，其中，每一單元功率放大器包括至少一個(gè)輸出端口 、至少一個(gè)偏置控 制端口和至少一個(gè)開關(guān)控制端口?？赏ㄟ^輸出功率的電平來控制偏置控制端口和開關(guān)控制 端口，以通過減小對(duì)每一單元功率放大器的DC供應(yīng)電流來提高功率回退處的效率。該功率 放大器系統(tǒng)還可包括并聯(lián)的多個(gè)初級(jí)繞組以及感應(yīng)地耦合到所述多個(gè)初級(jí)繞組的次級(jí)繞 組，其中，每一初級(jí)繞組連接到所述多個(gè)單元功率放大器的至少一個(gè)輸出端口 。
根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例，有一種功率放大器系統(tǒng)。該系統(tǒng)可包括多個(gè)單元功 率放大器，其中，每一單元功率放大器包括至少一個(gè)對(duì)應(yīng)的輸出端口 、至少一個(gè)對(duì)應(yīng)的偏置 控制端口和至少一個(gè)對(duì)應(yīng)開關(guān)控制端口 ；多個(gè)初級(jí)繞組，其中，每一初級(jí)繞組連接到所述多 個(gè)單元功率放大器中對(duì)應(yīng)的一個(gè)單元功率放大器的所述至少一個(gè)對(duì)應(yīng)的輸出端口 ；次級(jí)繞
組，感應(yīng)地耦合到所述多個(gè)初級(jí)繞組，其中，次級(jí)繞組提供總輸出；偏置控制器，其中，偏置 控制器至少部分地基于輸出功率的電平，經(jīng)所述至少一個(gè)對(duì)應(yīng)的偏置控制端口將對(duì)應(yīng)的偏 置電壓提供給所述多個(gè)單元功率放大器中的一個(gè)或多個(gè)；開關(guān)控制器，其中，開關(guān)控制器操 作，以通過至對(duì)應(yīng)的開關(guān)控制端口的對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)，來激活所述多個(gè)單元功率放大器中 的至少一個(gè)或使所述多個(gè)單元功率放大器中的至少一個(gè)無效。 根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，有另一種功率放大器系統(tǒng)。該系統(tǒng)可包括多個(gè)單元功率放大器，每一單元功率放大器包括對(duì)應(yīng)的輸入端口 、對(duì)應(yīng)的輸出端口 、對(duì)應(yīng)的偏置控制 端口和對(duì)應(yīng)的開關(guān)控制端口 ；變壓器，包括與單個(gè)次級(jí)繞組感應(yīng)地耦合的多個(gè)初級(jí)繞組，其 中，每一初級(jí)繞組連接到所述多個(gè)單元功率放大器中對(duì)應(yīng)的一個(gè)單元功率放大器的對(duì)應(yīng)的 輸出端口 ；一個(gè)或多個(gè)控制器，用于偏置和激活所述多個(gè)單元功率放大器中的單元功率放 大器，其中，來自所述多個(gè)單元功率放大器中的一個(gè)或多個(gè)激活的單元功率放大器的對(duì)應(yīng) 的輸出被提供給對(duì)應(yīng)的初級(jí)繞組，所述初級(jí)繞組在次級(jí)繞組上感應(yīng)電壓，以提供總輸出。


已概括地描述本發(fā)明，現(xiàn)在將說明附圖，附圖不是必需按照比例繪制的，其中
圖1示出根據(jù)本發(fā)明示例實(shí)施例的功率放大器系統(tǒng)的示例框圖；
圖2示出根據(jù)本發(fā)明示例實(shí)施例的單元功率放大器的示例電路圖；
圖3示出根據(jù)本發(fā)明示例實(shí)施例的變壓器的示例布局結(jié)構(gòu)，該變壓器使用三個(gè)初 級(jí)繞組和單個(gè)次級(jí)繞組，且從一個(gè)初級(jí)繞組到所述單個(gè)次級(jí)繞組的匝數(shù)比為1 : 2;
圖4A示出根據(jù)本發(fā)明示例實(shí)施例的連續(xù)偏置控制電壓對(duì)輸出功率的曲線圖；
圖4B示出根據(jù)本發(fā)明示例實(shí)施例的離散偏置控制電壓對(duì)輸出功率的曲線圖；
圖5示出根據(jù)本發(fā)明示例實(shí)施例的采用示例偏置控制和開關(guān)控制的示例功率放 大器系統(tǒng)的離散功率控制的示例測量結(jié)果； 圖6示出根據(jù)本發(fā)明示例實(shí)施例的在IEEE 802. llg協(xié)議的應(yīng)用中采用示例偏置
控制和開關(guān)控制的示例功率放大器系統(tǒng)的離散功率控制的示例測量結(jié)果； 圖7示出根據(jù)本發(fā)明示例實(shí)施例的在IEEE 802. 16e協(xié)議的應(yīng)用中采用示例偏置
控制和開關(guān)控制的示例功率放大器系統(tǒng)的離散功率控制的示例測量結(jié)果。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將參照附圖更充分地描述本發(fā)明的示例實(shí)施例，在一些附圖(而非所有附 圖)中示出了本發(fā)明的實(shí)施例。當(dāng)然，本發(fā)明可以以許多不同的形式實(shí)施，而不應(yīng)被解釋為 限于這里所闡述的實(shí)施例；相反，提供這些實(shí)施例以使得本公開將滿足應(yīng)用的法定要求。相 同的標(biāo)號(hào)始終表示相同的部件。 本發(fā)明的示例實(shí)施例可以指向具有離散功率控制的功率放大器以及提供和使用 這樣的功率放大器的方法。在本發(fā)明的示例實(shí)施例中，可利用偏置適應(yīng)和并聯(lián)組合的多初 級(jí)變壓器來提供對(duì)功率放大器的輸出功率控制，以將一個(gè)或多個(gè)功率放大器耦合到負(fù)載。 這里描述的功率放大器裝置及其使用方法可以提高在功率回退電平下操作的功率放大器 提供輸出功率的效率，從而減少供應(yīng)的DC功率的浪費(fèi)，延長諸如移動(dòng)裝置(例如，移動(dòng)電 話、無線電裝置、尋呼機(jī)、膝上型計(jì)算機(jī)、手持計(jì)算機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理裝置等)的裝置的電池 壽命。 圖1示出根據(jù)本發(fā)明示例實(shí)施例的功率放大器系統(tǒng)100的示例框圖。如圖1所示， 功率放大器系統(tǒng)100可包括輸入匹配元件101、驅(qū)動(dòng)放大器102、級(jí)間匹配元件103、偏置控 制器104、開關(guān)控制器105、單元功率放大器106U07和108以及輸出匹配元件113。根據(jù)本 發(fā)明示例實(shí)施例，在輸出匹配元件113中，初級(jí)繞組109、110和lll可以感應(yīng)耦合到單個(gè)次 級(jí)繞組112。應(yīng)該理解的是，在不脫離本發(fā)明的示例實(shí)施例的情況下，在圖1中還可以使用
6另外的元件或者替代的元件。 繼續(xù)參照?qǐng)Dl，可分別由偏置控制器104和開關(guān)控制器105，至少基于功率放大器 系統(tǒng)100的輸出功率的電平來控制單元功率放大器106、 107和108的偏置控制端口和/或 開關(guān)控制端口，其可通過減小對(duì)每一單元功率放大器106、 107和108的DC供應(yīng)電流來提高 功率回退電平處的效率。在圖l所示的本發(fā)明示例實(shí)施例中，通過選擇性地激活單元功率 放大器106、 107、 108和使單元功率放大器106、 107、 108無效，可獲得三種不同的操作模式。 根據(jù)本發(fā)明示例實(shí)施例，這三種不同模式這里可被稱為(i)PAl ("低功率操作模式")，(ii) PA1+PA2("中間功率操作模式")和(iii)PAl+PA2+PA3("高功率操作模式")。根據(jù)本發(fā) 明示例實(shí)施例，每一模式可與對(duì)應(yīng)的輸出功率范圍關(guān)聯(lián)。例如，可存在與高功率操作模式關(guān) 聯(lián)的高輸出功率范圍、與中間功率操作模式關(guān)聯(lián)的中間輸出功率范圍和與低功率操作模式 關(guān)聯(lián)的低輸出功率范圍。 在高功率操作(針對(duì)高輸出功率范圍)中，在開關(guān)控制器105經(jīng)對(duì)應(yīng)的開關(guān)控制 端口激活所有三個(gè)單元功率放大器106U07和108以產(chǎn)生最大可用輸出功率時(shí)，可使用 PA1+PA2+PA3模式。類似地，偏置控制器104也可經(jīng)對(duì)應(yīng)的偏置控制端口將適當(dāng)?shù)钠秒妷?(這將參照?qǐng)D4A和圖4B加以說明)提供給單元功率放大器106U07和108。具體地講，可 將功率放大器106、107和108的輸出提供給對(duì)應(yīng)的初級(jí)繞組109、110和lll，其中，初級(jí)繞 組109、 110和111感應(yīng)耦合到單個(gè)次級(jí)繞組112，次級(jí)繞組112將三個(gè)初級(jí)繞組109、 110和 111所感應(yīng)的電壓/電流組合，以提供最大可用輸出功率。 當(dāng)輸出功率的要求降低到功率回退范圍(例如，中間輸出功率范圍)時(shí)，中間功率 操作會(huì)是合理的，可將模式切換到PA1+PA2模式，其中，在PA1+PA2模式下，開關(guān)控制器105 經(jīng)對(duì)應(yīng)的開關(guān)控制端口使單元功率放大器108無效，并保持兩個(gè)單元功率放大器106和107 的激活。類似地，偏置控制器104也可經(jīng)對(duì)應(yīng)的偏置控制端口將適當(dāng)?shù)钠秒妷禾峁┙o單 元功率放大器106和107(對(duì)單元功率放大器108可能不提供偏置電壓或者提供最小偏置 電壓)。在這種情況下，功率放大器106和107的輸出可被提供給對(duì)應(yīng)的初級(jí)繞組109和 IIO，其中，初級(jí)繞組109和110感應(yīng)耦合到單個(gè)次級(jí)繞組112，次級(jí)繞組112將兩個(gè)初級(jí)繞 組109和110所感應(yīng)的電壓/電流組合，以提供中間輸出功率。 當(dāng)輸出功率的要求進(jìn)一步降低到另一功率回退范圍(例如，低輸出功率范圍)時(shí)， 低功率操作會(huì)是合理的，可在經(jīng)開關(guān)控制端口使單元功率放大器107和108無效，而僅保持 一個(gè)單元功率放大器106激活時(shí)使用模式PA1 。類似地，偏置控制器104也可經(jīng)對(duì)應(yīng)的偏置 控制端口將適當(dāng)?shù)钠秒妷禾峁┙o單元功率放大器106(對(duì)單元功率放大器107和108可 能不提供偏置電壓或者提供最小偏置電壓)。在這種情況下，功率放大器106的輸出功率可 被提供給初級(jí)繞組109，其中，初級(jí)繞組109感應(yīng)耦合到單個(gè)次級(jí)繞組112，該次級(jí)繞組112 提供低輸出功率。 在本發(fā)明的另一示例實(shí)施例中，當(dāng)功率操作從低增加到中間、增加到高時(shí)，可相應(yīng) 地使用PA1模式、PA1+PA2模式和PA1+PA2+PA3模式。應(yīng)該理解的是，在不脫離本發(fā)明的示 例實(shí)施例的情況下，圖1的許多變形是可用的。根據(jù)一個(gè)示例變形，可存在三個(gè)以上的單元 功率放大器以及相應(yīng)的次級(jí)繞組。因此，根據(jù)本發(fā)明示例實(shí)施例，也可存在三個(gè)以上的功率 模式可用。 圖2示出根據(jù)本發(fā)明示例實(shí)施例的示例單元功率放大器209的電路圖。示例單元功率放大器209可以是單元功率放大器106、 107和108的示例實(shí)現(xiàn)方式，盡管也可使用其 它實(shí)現(xiàn)方式。如圖2所示，單元功率放大器209可包括偏置電阻器202和204、偏置扼流器 205、開關(guān)級(jí)206、增益級(jí)207。開關(guān)級(jí)206可以由開關(guān)控制器203的輸出控制，增益級(jí)207 可以由偏置控制器201的輸出控制。 開關(guān)級(jí)206和增益級(jí)207可包括對(duì)應(yīng)的晶體管，所述晶體管包括場效應(yīng)晶體管 (FET)，如N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體FET (MOSFET)。每一晶體管可具有對(duì)應(yīng)的柵極、源極和漏 極。如圖2所示，增益級(jí)207晶體管的柵極可連接到單元功率放大器209輸入，單元功率放 大器209輸入可以是驅(qū)動(dòng)放大器/級(jí)間匹配元件的輸出。增益級(jí)207晶體管的柵極還可經(jīng) 居間的偏置電阻器202連接到偏置控制器201。增益級(jí)207晶體管的源極可接地，而增益級(jí) 207晶體管的漏極可連接到開關(guān)級(jí)206晶體管的源極。開關(guān)級(jí)206晶體管的柵極可經(jīng)居間 的偏置電阻器204連接到開關(guān)控制器203。開關(guān)級(jí)206晶體管的漏極可提供單元功率放大 器209的輸出。開關(guān)級(jí)206晶體管的漏極還可連接到偏置扼流器205的第一端，偏置扼流 器205的第二端可連接到DC電壓源VDD。應(yīng)該理解的是，在本發(fā)明的示例實(shí)施例中，還可使 用具有對(duì)應(yīng)的基極、發(fā)射極和集電極的雙極型晶體管(BJT)代替這里所描述的FET。實(shí)際 上，在不脫離本發(fā)明的示例實(shí)施例的情況下，如果用BJT代替FET，則這里所描述的柵極、源 極和漏極的描述可被相應(yīng)基極、發(fā)射極和集電極替換。 開關(guān)控制器203可通過將適當(dāng)?shù)钠每刂菩盘?hào)(例如，開關(guān)電壓)提供給開關(guān)級(jí) 206晶體管來激活單元功率放大器209或者使單元功率放大器209無效。例如，開關(guān)控制器 203可通過使給開關(guān)級(jí)206晶體管的偏置電壓最小化或者消除該偏置電壓來使單元功率放 大器209無效。另一方面，開關(guān)控制器203可通過將適當(dāng)?shù)钠秒妷禾峁┙o開關(guān)級(jí)206晶 體管來激活單元功率放大器209。如果開關(guān)控制器203激活開關(guān)級(jí)206，則增益級(jí)207的輸 出可被提供給單元功率放大器209的輸出。另一方面，如果開關(guān)控制器203使開關(guān)級(jí)206 無效，則在增益級(jí)207的輸出與單元功率放大器209的輸出之間可存在開路，從而減小VDD 所供應(yīng)的DC電流。偏置控制器201可將偏置信號(hào)(例如，偏置電壓)提供給增益級(jí)207晶 體管。根據(jù)本發(fā)明示例實(shí)施例，偏置信號(hào)可使增益級(jí)207能夠放大接收的輸入信號(hào)，以產(chǎn)生 放大信號(hào)。實(shí)際上，根據(jù)本發(fā)明示例實(shí)施例，偏置信號(hào)可以控制單元功率放大器209的操作 效率和/或增益。 圖3示出根據(jù)本發(fā)明示例實(shí)施例的變壓器301的示例布局結(jié)構(gòu)，該變壓器301使 用三個(gè)初級(jí)繞組和單個(gè)次級(jí)繞組，且從一個(gè)初級(jí)繞組到所述單個(gè)次級(jí)繞組的匝數(shù)比n = Nl : N2為l : 2。根據(jù)本發(fā)明示例實(shí)施例，三個(gè)初級(jí)繞組中的每一個(gè)可包括單匝，而所述單 個(gè)次級(jí)繞組可整體或部分地包括一匝以上(例如，1.5匝、2匝等)。通過使用具有一匝以上 或多匝的單個(gè)次級(jí)繞組，該次級(jí)繞組可在初級(jí)繞組之間交錯(cuò)，如圖3所示。在本發(fā)明的示例 實(shí)施例中，增加次級(jí)繞組305的匝數(shù)比可使初級(jí)繞組的電壓在次級(jí)繞組305處提升N2 : Nl 因子。根據(jù)本發(fā)明示例實(shí)施例，初級(jí)和次級(jí)對(duì)是磁耦合的，并且彼此物理上分離，以在提供 阻抗匹配和功率組合的同時(shí)隔離無效的單元功率放大器。 在本發(fā)明的示例實(shí)施例中，可使用圖3中的示例變壓器301來實(shí)現(xiàn)圖1中的輸出 匹配元件113。類似地，圖1中的初級(jí)繞組109、 110和111可被實(shí)現(xiàn)為圖3中的初級(jí)繞組 302、303和304，圖1中的次級(jí)繞組112可對(duì)應(yīng)于圖3中的次級(jí)繞組。在圖3中，單個(gè)次級(jí) 繞組305可包括兩匝，至少包括彼此基本同心的內(nèi)側(cè)第一匝和外側(cè)第二匝?？砂▎卧训牡谝怀跫?jí)繞組302可具有沿次級(jí)繞組305外側(cè)第二匝的外邊緣設(shè)置的部分、交錯(cuò)部分和沿 著次級(jí)繞組305內(nèi)側(cè)第一匝的內(nèi)邊緣設(shè)置的另一部分。連同交錯(cuò)部分，也可包括單匝的第 二初級(jí)繞組303可基本設(shè)置在內(nèi)側(cè)第一匝和外側(cè)第二匝之間。也可包括單匝的第三初級(jí)繞 組304可具有沿次級(jí)繞組305內(nèi)側(cè)第一匝的內(nèi)邊緣設(shè)置的部分、交錯(cuò)部分和沿次級(jí)繞組305 外側(cè)第二匝的外邊緣設(shè)置的另一部分。應(yīng)該理解的是，在不脫離本發(fā)明的示例實(shí)施例的情 況下，初級(jí)繞組302、303和304至次級(jí)繞組305的相對(duì)設(shè)置的許多變形也是可用的。
還如圖3中所示，變壓器301的各個(gè)初級(jí)繞組302、303和304的輸入端口 (P1+/ Pl-， P2+/P2-, P3+/P3-)可均位于變壓器301的同一外側(cè)，盡管這種設(shè)置的變形也是可能 的。類似地，次級(jí)繞組305的輸出端口 (P4+/P4-)可位于變壓器301的內(nèi)側(cè)。然而，輸出 端口也可位于變壓器301的外側(cè)。應(yīng)該理解的是，僅出于示意性目的描述了圖3的變壓器 301，在不脫離本發(fā)明示例實(shí)施例的情況下，變壓器301的其它變形也是可用的。
圖4A示出根據(jù)本發(fā)明示例實(shí)施例的用于連續(xù)控制的偏置控制器(例如，偏置控制 器104)的輸出。圖3中的單元功率放大器309可被初始偏置為接近于乙類(Class-B)(已 知是使用小偏置電流并具有高效率，但是具有低線性)的甲乙類(Class-AB)。隨著輸出功 率增加，偏置控制器的輸出也增加，功率放大器的類移動(dòng)為接近于甲類(Class-A)(已知是 使用大偏置電流并具有低效率，但是具有高線性)的甲乙類。作為示例，偏置控制器電壓 (針對(duì)激活的單元功率放大器)的范圍可以是(i)對(duì)于PAl模式，從Vl至V2;(ii)對(duì)于 PA1+PA2模式，從V2至V3 ;(iii)對(duì)于PA1+PA2+PA3模式，從V3至V4。因此，通過使用偏置 適應(yīng)并在三種模式PA1、 PA1+PA2、 PA1+PA2+PA3之間進(jìn)行模式切換，可減少電流消耗，從而 提高功率回退處的效率。 圖4B示出根據(jù)本發(fā)明示例實(shí)施例的離散偏置控制電壓對(duì)輸出功率的曲線。如圖 4B所示，偏置控制器的輸出不需要是連續(xù)的，而是可以按照離散階段調(diào)節(jié)。另外，可以預(yù)先 決定每一模式的最佳偏置點(diǎn)，以便根據(jù)操作模式的期望輸出功率選擇偏置控制器的輸出。 因此，在本發(fā)明的示例實(shí)施例中，每一模式可具有來自偏置控制器的固定偏置控制電壓。作 為示例，偏置控制器電壓(針對(duì)激活的單元功率放大器)可以是(i)對(duì)于PA1模式，VlOT; (ii)對(duì)于PAl+PA2模式，Vint ;(iii)對(duì)于PA1+PA2+PA3模式，V隨。根據(jù)本發(fā)明示例實(shí)施例， 作為示例，VlOT可以是0. 5V， Vint可以是0. 6V， V隨可以是0. 7V。 圖5示出根據(jù)本發(fā)明示例實(shí)施例的采用偏置控制和開關(guān)控制的示例功率放大器 系統(tǒng)的離散功率控制的測量結(jié)果。根據(jù)本發(fā)明示例實(shí)施例，圖5的測量結(jié)果包含在示出功 率放大器系統(tǒng)的測量的效率對(duì)輸出功率的曲線圖中。如圖5中的曲線圖所示，通過在功率 回退點(diǎn)25dBm和18dBm使用開關(guān)控制器105和偏置控制器104，效率提高，這可通過比較曲 線圖中較淺的線和較深的線來看出。 圖6示出根據(jù)本發(fā)明示例實(shí)施例的在IEEE 802. llg協(xié)議的應(yīng)用中采用偏置控制 和開關(guān)控制的示例功率放大器系統(tǒng)的離散功率控制的測量結(jié)果。圖7示出根據(jù)本發(fā)明示例 實(shí)施例的在IEEE 802. 16e協(xié)議的應(yīng)用中采用偏置控制和開關(guān)控制的示例功率放大器系統(tǒng) 的離散功率控制的測量結(jié)果。功率放大器的線性性能取決于輸入調(diào)制信號(hào)的要求。為了評(píng) 價(jià)數(shù)字調(diào)制的性能，應(yīng)用了 2. 4GHz處的WLAN(無線局域網(wǎng))802. llg 54-Mbps 64_QAM(正 交幅度調(diào)制)OFDM(正交頻分復(fù)用)(EVM限制< -25DB)信號(hào)和WiMAX(全球微波互聯(lián)接 入)802. 16e 54-Mbps 64-QAM OFDM (EVM限制< _31dB)信號(hào)，并且根據(jù)線性規(guī)格執(zhí)行離散功率控制。結(jié)果分別示出于圖6和圖7。 最初，僅一個(gè)單元功率放大器被打開，以保證130mA的最小靜態(tài)電流和最小線性 要求。與全部打開功率放大器的780mA靜態(tài)電流相比，在低輸出功率范圍，一個(gè)單元功率放 大器可節(jié)省超過650mA的電流消耗。當(dāng)隨著輸入增加，第一個(gè)被打開的功率放大器達(dá)到違 反線性要求的點(diǎn)時(shí)，可通過開關(guān)控制器打開第二個(gè)單元功率放大器。以這樣的方式，可在低 功率范圍內(nèi)保持低靜態(tài)電流，同時(shí)在高功率范圍內(nèi)通過供應(yīng)更多電流來滿足線性要求。根 據(jù)功率控制，EVM趨勢表現(xiàn)出鋸齒形，但是不超過要求的限制。根據(jù)本發(fā)明示例實(shí)施例，如 圖6和圖7所示，對(duì)于WLAN信號(hào)，最大線性輸出功率為22dBm，對(duì)于WiMAX信號(hào)，最大線性輸 出功率為18dBm。 受益于前面的描述和附圖中給出的教導(dǎo)，本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員將想到 這里闡述的本發(fā)明的許多修改和其它實(shí)施例。因此，應(yīng)該理解的是，本發(fā)明將不限于公開的 特定實(shí)施例，修改和其它實(shí)施例意在落入權(quán)利要求的范圍內(nèi)。盡管這里采用了特定術(shù)語，但 是這些術(shù)語僅出于一般的描述性目的使用，而不是為了限制。
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權(quán)利要求
一種功率放大器系統(tǒng)，包括多個(gè)單元功率放大器，其中，每一單元功率放大器包括至少一個(gè)對(duì)應(yīng)的輸出端口、至少一個(gè)對(duì)應(yīng)的偏置控制端口和至少一個(gè)對(duì)應(yīng)的開關(guān)控制端口；多個(gè)初級(jí)繞組，其中，每一初級(jí)繞組連接到所述多個(gè)單元功率放大器中對(duì)應(yīng)的一個(gè)單元功率放大器的所述至少一個(gè)對(duì)應(yīng)的輸出端口；次級(jí)繞組，感應(yīng)地耦合到所述多個(gè)初級(jí)繞組，其中，次級(jí)繞組提供總輸出；偏置控制器，其中，偏置控制器至少部分地基于輸出功率的電平，經(jīng)所述至少一個(gè)對(duì)應(yīng)的偏置控制端口將對(duì)應(yīng)的偏置電壓提供給所述多個(gè)單元功率放大器中的一個(gè)或多個(gè)；開關(guān)控制器，其中，開關(guān)控制器操作，以通過至對(duì)應(yīng)的開關(guān)控制端口的對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)，來激活所述多個(gè)單元功率放大器中的至少一個(gè)或使所述多個(gè)單元功率放大器中的至少一個(gè)無效。
2. 如權(quán)利要求1所述的功率放大器系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)單元功率放大器根據(jù)來自偏 置控制器的對(duì)應(yīng)的偏置電壓來操作。
3. 如權(quán)利要求1所述的功率放大器系統(tǒng)，其中，對(duì)應(yīng)的單元功率放大器的效率以對(duì)應(yīng) 的單元功率放大器根據(jù)對(duì)應(yīng)的偏置電壓的操作為特征。
4. 如權(quán)利要求1所述的功率放大器系統(tǒng)，其中，次級(jí)繞組提供具有關(guān)聯(lián)的輸出功率電 平的總輸出，其中，對(duì)應(yīng)的偏置電壓和對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)中的一個(gè)或者對(duì)應(yīng)的偏置電壓和對(duì) 應(yīng)的控制信號(hào)二者至少部分地響應(yīng)于所述輸出功率電平。
5. 如權(quán)利要求4所述的功率放大器系統(tǒng)，其中，所述輸出功率電平在多個(gè)輸出功率范 圍中的一個(gè)輸出功率范圍內(nèi)，所述多個(gè)輸出功率范圍至少包括第一功率輸出范圍以及低于 第一功率輸出范圍的第二功率輸出范圍，第一功率輸出范圍限定第一操作模式，第二功率 輸出范圍限定第二操作模式，其中，對(duì)于第一操作模式，開關(guān)控制器激活所述多個(gè)單元功率放大器中第一數(shù)量的單 元功率放大器；其中，對(duì)于第二操作模式，開關(guān)控制器激活所述多個(gè)單元功率放大器中第二數(shù)量的單 元功率放大器，第二數(shù)量少于第一數(shù)量。
6. 如權(quán)利要求5所述的功率放大器系統(tǒng)，其中，對(duì)于第一操作模式，用于所述多個(gè)單元功率放大器中對(duì)應(yīng)的激活的單元功率放 大器的對(duì)應(yīng)的偏置電壓是第一恒定電壓；其中，對(duì)于第二操作模式，用于所述多個(gè)單元功率放大器中對(duì)應(yīng)的激活的單元功率放 大器的對(duì)應(yīng)的偏置電壓是第二恒定電壓。
7. 如權(quán)利要求5所述的功率放大器系統(tǒng)，其中，對(duì)于第一操作模式，用于所述多個(gè)單元功率放大器中對(duì)應(yīng)的激活的單元功率放 大器的對(duì)應(yīng)的偏置電壓根據(jù)輸出功率電平而在第一偏置電壓范圍內(nèi)變化；其中，對(duì)于第二操作模式，用于所述多個(gè)單元功率放大器中對(duì)應(yīng)的激活的單元功率放 大器的對(duì)應(yīng)的偏置電壓根據(jù)輸出功率電平而在第二偏置電壓范圍內(nèi)變化。
8. 如權(quán)利要求5所述的功率放大器系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)輸出功率范圍還包括小于第二功率輸出范圍的第三功率輸出范圍，第 三功率輸出范圍限定第三操作模式，其中，對(duì)于第三操作模式，開關(guān)控制器激活所述多個(gè)單元功率放大器中第三數(shù)量的單 元功率放大器，第三數(shù)量少于第二數(shù)量。
9. 如權(quán)利要求1所述的功率放大器系統(tǒng)，其中，每一單元功率放大器包括對(duì)應(yīng)的增益 級(jí)和對(duì)應(yīng)的開關(guān)級(jí)，其中，對(duì)應(yīng)的增益級(jí)提供所述至少一個(gè)對(duì)應(yīng)的偏置控制端口 ，其中，對(duì) 應(yīng)的開關(guān)級(jí)提供所述至少一個(gè)對(duì)應(yīng)的開關(guān)控制端口 。
10. 如權(quán)利要求9所述的單元功率放大器，其中，如果開關(guān)控制器使所述多個(gè)單元功率 放大器中的對(duì)應(yīng)的單元功率放大器無效，則對(duì)應(yīng)的增益級(jí)的對(duì)應(yīng)的輸出與對(duì)應(yīng)的單元功率 放大器的所述至少一個(gè)對(duì)應(yīng)的輸出端口隔離。
11. 如權(quán)利要求9所述的功率放大器系統(tǒng)，其中，對(duì)應(yīng)的增益級(jí)包括對(duì)應(yīng)的第一晶體 管，第一晶體管具有第一柵極或基極、第一源極或發(fā)射極以及第一漏極或集電極，其中，對(duì) 應(yīng)的開關(guān)級(jí)包括對(duì)應(yīng)的第二晶體管，第二晶體管具有第二柵極或基極、第二源極或發(fā)射極 以及第二漏極或集電極，其中，第一柵極或基極與所述至少一個(gè)對(duì)應(yīng)的偏置控制端口關(guān)聯(lián)， 其中，第一源極或發(fā)射極接地，其中，第一漏極或集電極連接到第二源極或發(fā)射極，其中，第 二柵極或基極與所述至少一個(gè)對(duì)應(yīng)的開關(guān)控制端口關(guān)聯(lián)，第二漏極或集電極與所述至少一 個(gè)對(duì)應(yīng)的輸出端口關(guān)聯(lián)。
12. 如權(quán)利要求11所述的功率放大器系統(tǒng)，其中，第一柵極或基極經(jīng)第一偏置電阻器 連接到偏置控制器，其中，第二柵極或基極經(jīng)第二偏置電阻器連接到開關(guān)控制器。
13. 如權(quán)利要求11所述的功率放大器系統(tǒng)，其中，第二漏極或集電極連接到DC電壓源。
14. 如權(quán)利要求1所述的功率放大器系統(tǒng)，其中，每一初級(jí)繞組包括單匝，其中，單個(gè)次 級(jí)繞組包括一匝以上。
15. —種功率放大器系統(tǒng)，包括多個(gè)單元功率放大器，其中，每一單元功率放大器包括對(duì)應(yīng)的輸入端口 、對(duì)應(yīng)的輸出端 口 、對(duì)應(yīng)的偏置控制端口和對(duì)應(yīng)的開關(guān)控制端口 ；變壓器，包括與單個(gè)次級(jí)繞組感應(yīng)地耦合的多個(gè)初級(jí)繞組，其中，每一初級(jí)繞組連接到 所述多個(gè)單元功率放大器中對(duì)應(yīng)的一個(gè)單元功率放大器的對(duì)應(yīng)的輸出端口 ；一個(gè)或多個(gè)控制器，用于偏置和激活所述多個(gè)單元功率放大器中的單元功率放大器， 其中，來自所述多個(gè)單元功率放大器中的一個(gè)或多個(gè)激活的單元功率放大器的對(duì)應(yīng)的輸出 被提供給對(duì)應(yīng)的初級(jí)繞組，所述初級(jí)繞組在次級(jí)繞組上感應(yīng)電壓，以提供總輸出。
16. 如權(quán)利要求15所述的功率放大器系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)單元功率放大器中的單元 功率放大器的偏置和激活至少部分地響應(yīng)于與所述總輸出關(guān)聯(lián)的輸出功率電平。
17. 如權(quán)利要求16所述的功率放大器系統(tǒng)，其中，所述輸出功率電平在多個(gè)輸出功率 范圍中的一個(gè)內(nèi)，所述多個(gè)輸出功率范圍至少包括第一功率輸出范圍以及低于第一功率輸 出范圍的第二功率輸出范圍，第一功率輸出范圍限定第一操作模式，第二功率輸出范圍限 定第二操作模式，其中，對(duì)于第一操作模式，通過所述一個(gè)或多個(gè)控制器激活所述多個(gè)單元功率放大器 中第一數(shù)量的單元功率放大器；其中，對(duì)于第二操作模式，通過所述一個(gè)或多個(gè)控制器激活所述多個(gè)單元功率放大器 中第二數(shù)量的單元功率放大器，第二數(shù)量少于第一數(shù)量。
18. 如權(quán)利要求17所述的功率放大器系統(tǒng)，其中，對(duì)于第一操作模式，用于所述多個(gè)單元功率放大器中對(duì)應(yīng)的激活的單元功率放 大器的偏置是第一恒定電壓；其中，對(duì)于第二操作模式，用于所述多個(gè)單元功率放大器中對(duì)應(yīng)的激活的單元功率放 大器的偏置是第二恒定電壓。
19. 如權(quán)利要求17所述的功率放大器系統(tǒng)，其中，對(duì)于第一操作模式，用于所述多個(gè)單元功率放大器中對(duì)應(yīng)的激活的單元功率放 大器的偏置根據(jù)輸出功率電平而在第一偏置電壓范圍內(nèi)變化；其中，對(duì)于第二操作模式，用于所述多個(gè)單元功率放大器中對(duì)應(yīng)的激活的單元功率放 大器的偏置根據(jù)輸出功率電平而在第二偏置電壓范圍內(nèi)變化。
20. 如權(quán)利要求17所述的功率放大器系統(tǒng)，其中，每一單元功率放大器包括對(duì)應(yīng)的增 益級(jí)和對(duì)應(yīng)的開關(guān)級(jí)，其中，對(duì)應(yīng)的增益級(jí)提供對(duì)應(yīng)的偏置控制端口 ，其中，對(duì)應(yīng)的開關(guān)級(jí) 提供對(duì)應(yīng)的開關(guān)控制端口 ，這里，對(duì)應(yīng)的增益級(jí)包括對(duì)應(yīng)的第一晶體管，第一晶體管具有第 一柵極或基極、第一源極或發(fā)射極以及第一漏極或集電極，其中，對(duì)應(yīng)的開關(guān)級(jí)包括對(duì)應(yīng)的 第二晶體管，第二晶體管具有第二柵極或基極、第二源極或發(fā)射極以及第二漏極或集電極， 其中，第一柵極或基極與所述至少一個(gè)對(duì)應(yīng)的偏置控制端口關(guān)聯(lián)，其中，第一源極或發(fā)射極 接地，其中，第一漏極或集電極連接到第二源極或發(fā)射極，其中，第二柵極或基極與所述至 少一個(gè)對(duì)應(yīng)的開關(guān)控制端口關(guān)聯(lián)，第二漏極或集電極與所述至少一個(gè)對(duì)應(yīng)的輸出端口關(guān) 聯(lián)。
全文摘要
提供一種具有離散功率控制的功率放大器。提供一種用于具有離散功率控制的功率放大器的系統(tǒng)和方法。所述系統(tǒng)和方法可包括多個(gè)單元功率放大器；多個(gè)初級(jí)繞組，其中，每一初級(jí)繞組連接到所述多個(gè)單元功率放大器中對(duì)應(yīng)的一個(gè)單元功率放大器的至少一個(gè)對(duì)應(yīng)的輸出端口；次級(jí)繞組，感應(yīng)地耦合到所述多個(gè)初級(jí)繞組，其中，次級(jí)繞組提供總輸出；偏置控制器，其中，偏置控制器至少部分地基于輸出功率的電平，將對(duì)應(yīng)的偏置電壓提供給所述多個(gè)單元功率放大器中的一個(gè)或多個(gè)；開關(guān)控制器，其中，開關(guān)控制器操作，以通過對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)，來激活所述多個(gè)單元功率放大器中的至少一個(gè)或使所述多個(gè)單元功率放大器中的至少一個(gè)無效。
文檔編號(hào)H03F1/02GK101741322SQ200910226068
公開日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2009年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月25日
發(fā)明者喬伊·拉斯卡爾, 安奎煥, 李彰浩, 李洞護(hù) 申請(qǐng)人:三星電機(jī)株式會(huì)社;佐治亞科技研究公司