專利名稱：多模功率放大器及相應(yīng)的移動(dòng)通信設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及IC設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其是涉及一種多模功率放大器及相應(yīng)的移動(dòng)通信設(shè)備。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代移動(dòng)通訊系統(tǒng)，特別是手機(jī)，為了延長鋰電池的使用時(shí)間，增加通話時(shí)間，降 低功率放大器的電流，提高功率放大器效率為有效途徑之一。為此人們發(fā)明了很多有效提 高效率的方法，像E類和F類功率放大器。這類功率放大器，在功率輸出接近飽和時(shí)可以達(dá) 到很高的有效效率。但在通訊系統(tǒng)中，有時(shí)系統(tǒng)并不需要很高的發(fā)射功率，為了使得系統(tǒng)在不同的發(fā) 射狀態(tài)下都有很高的效率，人們提出了多模功率放大器。多模功率放大器就是根據(jù)通訊系 統(tǒng)所需功率，設(shè)定發(fā)射功率的大小。通常所述多模功率放大器包括有三種工作模式，分別為 低功率模式(low power mode, LPM)、中功率模式(middle power mode, MPM)、高功率模式 (high power mode，HPM)。多模功率放大器被廣泛應(yīng)用于3G/4G手機(jī)中。盡管此類多模功率放大器可以有效地改進(jìn)系統(tǒng)的有效效率，但此類功率放大器有 一個(gè)明顯的缺點(diǎn)，就是各個(gè)模式之間有不連續(xù)的相位跳變，這種相位的跳變將導(dǎo)致通信信 號的畸變，從而使通訊質(zhì)量下降。因此，希望提出一種改進(jìn)的多模功率放大器來克服上述問題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所解決的技術(shù)問題之一在于提供一種多模功率放大器，其各模式之間的相 位偏差較小。本發(fā)明所解決的技術(shù)問題之二在于提供一種移動(dòng)通信設(shè)備，其采用多模功率放大 器，在各模式之間的相位偏差較小。為了解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種多模功率放大器， 其包括兩條功率放大路徑和控制電路，根據(jù)所述控制電路的控制可在兩條功率放大路徑中 的一條對輸入射頻信號進(jìn)行功率放大以得到輸出射頻信號。在至少一條功率放大路徑中設(shè) 置有相位補(bǔ)償電路。進(jìn)一步的，所述多模功率放大器具有三個(gè)工作模式，分別為低功率模式、中功率模 式和高功率模式，低功率模式和中功率模式共用一條功率放大路徑，所述控制電路通過控 制功率放大路徑中的放大晶體管的集電極電壓來實(shí)現(xiàn)低功率模式和中功率模式的切換，高 功率模式單獨(dú)采用一條功率放大路徑。更進(jìn)一步的，每條功率放大路徑包括依次連接的輸入匹配電路、第一級功率放大 電路、級間匹配電路和末級功率放大電路，在各個(gè)功率放大路徑后連接有一個(gè)輸出匹配電 路。再進(jìn)一步的，所述相位補(bǔ)償電路設(shè)置于對應(yīng)功率放大路徑的輸入匹配電路前。
進(jìn)一步的，所述相位補(bǔ)償電路為延遲線。進(jìn)一步的，所述相位補(bǔ)償電路為相移器。進(jìn)一步的，所述相位補(bǔ)償電路為矢量調(diào)制器。更進(jìn)一步的，所述矢量調(diào)制器包括信號分路器、延遲線、第一衰減器、第二衰減器 和信號合路器，所述信號分路器將輸入信號分為第一路信號和第二路信號，其中第一路信 號經(jīng)由所述延遲線和第一衰減器至所述信號合路器，第二路信號經(jīng)由第二衰減器至所述信 號合路器，所述信號合路器將第一衰減器輸出的衰減后的第一路信號和第二衰減器輸出的 衰減后的第二路信號合成為一路輸出信號。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種移動(dòng)通信設(shè)備，其包括一個(gè)多模功 率放大器。所述多模功率放大器包括兩條功率放大路徑和控制電路，根據(jù)所述控制電路的 控制可在兩條功率放大路徑中的一條對輸入射頻信號進(jìn)行功率放大以得到輸出射頻信號。 在至少一條功率放大路徑中設(shè)置有相位補(bǔ)償電路。與現(xiàn)有技術(shù)相比，在本發(fā)明中的多模功率放大器在其中的至少一條放大路徑中增 設(shè)了相位補(bǔ)償電路來調(diào)整該放大路徑中信號的相位，以使得該被調(diào)整放大路徑中的信號相 位與其它放大路徑中的信號相位的偏差或跳變很小，以降低或避免在模式切換時(shí)引起通信 質(zhì)量下降。關(guān)于本發(fā)明的其他目的，特征以及優(yōu)點(diǎn)，下面將結(jié)合附圖在具體實(shí)施方式
中詳細(xì) 描述。

結(jié)合參考附圖及接下來的詳細(xì)描述，本發(fā)明將更容易理解，其中同樣的附圖標(biāo)記 對應(yīng)同樣的結(jié)構(gòu)部件，其中圖1示出了本發(fā)明中的多模功率放大器的第一實(shí)施例的方框示意圖；圖2示出了本發(fā)明中的多模功率放大器的第二實(shí)施例的方框示意圖；圖3示出了本發(fā)明中的多模功率放大器的第三實(shí)施例的方框示意圖；圖4示出了本發(fā)明中的多模功率放大器的第四實(shí)施例的方框示意圖；圖5示出了本發(fā)明中的多模功率放大器的第五實(shí)施例的方框示意圖；圖6示出了本發(fā)明中的多模功率放大器的第六實(shí)施例的方框示意圖；圖7示出了本發(fā)明中的矢量調(diào)制器的一個(gè)實(shí)施例的方框示意圖；和圖8為圖7中的矢量調(diào)制器的矢量合成示意圖。
具體實(shí)施方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí) 施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。本發(fā)明的詳細(xì)描述主要通過程序、步驟、邏輯塊、過程或其他象征性的描述來呈 現(xiàn)，其直接或間接地模擬本發(fā)明中的技術(shù)方案的運(yùn)作。所屬領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員使用此處的 這些描述和陳述向所屬領(lǐng)域內(nèi)的其他技術(shù)人員有效的介紹他們的工作本質(zhì)。此處所稱的“一個(gè)實(shí)施例”或“實(shí)施例”是指與所述實(shí)施例相關(guān)的特定特征、結(jié)構(gòu) 或特性至少可包含于本發(fā)明至少一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中。在本說明書中不同地方出現(xiàn)的“在一個(gè)實(shí)施例中”并非必須都指同一個(gè)實(shí)施例，也不必須是與其他實(shí)施例互相排斥的單獨(dú)或選擇 實(shí)施例。此外，表示一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的方法、流程圖或功能框圖中的模塊順序并非固定的 指代任何特定順序，也不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。圖1示出了本發(fā)明中的多模功率放大器的第一實(shí)施例100的方框示意圖。所述多 模功率放大器100包括兩個(gè)功率放大路徑和控制電路150，在第一功率放大路徑中包括依 次連接的輸入匹配電路111、第一級功率放大電路112、級間匹配電路113和末級功率放大 電路114，在第二功率放大路徑中包括依次連接的輸入匹配電路121、第一級功率放大電路 122、級間匹配電路123和末級功率放大電路124，在兩條功率放大路徑后連接有一個(gè)輸出 匹配電路130。所述控制電路150控制所述多模功率放大器100的三個(gè)工作模式，分別為低功率 模式(low power mode，LPM)、中功率模式(middle power mode, MPM)和高功率模式(high power mode，HPM)。在輸入控制信號VEN有效時(shí)，使功率放大電路112、114、122和1 處于 工作狀態(tài)(即使能所述功率放大電路)。在輸入控制信號VMO為第一電平(比如高電平) 時(shí)控制第一功率放大路徑工作，這樣射頻輸入信號(RF IN)進(jìn)入第一功率放大路徑進(jìn)行功 率放大，此時(shí)若輸入控制信號VMl為第一電平，則控制功率放大電路112和114的放大晶 體管的集電極為第一電壓，此時(shí)第一功率放大路徑工作在低功率模式，若輸入控制信號VMl 為第二電平，則控制功率放大電路112和114的放大晶體管的集電極為第二電壓，此時(shí)第一 功率放大路徑工作在中功率模式。在輸入控制信號VMO為第二電平(比如低電平)時(shí)控制 第二功率放大路徑工作，這樣射頻輸入信號(RF IN)進(jìn)入第二功率放大路徑進(jìn)行功率放大， 此時(shí)工作在高功率模式。可以看出，低功率模式和中功率模式共同采用一條功率放大路徑，通過控制放大 晶體管的集電極電壓來實(shí)現(xiàn)低功率模式和中功率模式的切換，而高功率模式單獨(dú)采用一條 功率放大路徑，通過輸入控制信號VMO來實(shí)現(xiàn)低/中功率模式和高功率模式的切換。在所述功率放大器100為低/中功率模式時(shí)，射頻輸入信號RF IN依次經(jīng)過輸入 匹配電路111、第一級功率放大電路112、級間匹配電路113、末級功率放大電路114和輸出 匹配電路130得到放大后的射頻輸出信號。在所述功率放大器100為高功率模式時(shí)，射頻 輸入信號RF IN依次經(jīng)過輸入匹配電路121、第一級功率放大電路122、級間匹配電路123、 末級功率放大電路1 和輸出匹配電路130得到放大后的射頻輸出信號。所述輸入匹配電 路、級間匹配電路和輸出匹配電路可以起到匹配作用，不額外損耗功率，可以保證最大的傳 輸系數(shù)。第一級功率放大電路可以對射頻輸入信號RF IN進(jìn)行第一級功率放大，末級功率 放大電路可以對射頻輸入信號RF IN進(jìn)行第二級的功率放大。這樣，在每個(gè)功率放大路徑 中采用了二級功率放大，即使用了兩級功率放大電路，在其他實(shí)施例中，還可以采用三級、 四級或更多級功率放大，在每兩個(gè)功率放大電路之間都設(shè)置有級間匹配電路。所述多模功率放大器100的具體的功率輸出范圍如下在低功率模式時(shí)，輸出功 率Po < 8dBm，其中效率大約為5%;在中功率模式時(shí)，8dBm< Po ^ 19dBm，其中效率大約為 20% ；在高功率模式時(shí)，19daii < Po彡^dBm,其中效率大約為40%。如背景中所述，多模功率放大器的各個(gè)模式之間有不連續(xù)的相位跳變。而對于本 發(fā)明中的多模功率放大器100來說，在從低功率模式切換到中功率模式或從中功率模式切 換到低功率模式時(shí)，由于功率模式跳變在同一功率放大路徑內(nèi)進(jìn)行，相位跳變表現(xiàn)的不是很明顯；在從低/中功率模式切換到高功率模式或從高功率模式切換到低/中功率模式時(shí)， 則相位跳變相當(dāng)大。本發(fā)明中的多模功率放大器100的特點(diǎn)之一就在于在第一功率放大路徑中設(shè)置 延遲線(delay line) 140，用于將該路徑上的射頻信號延遲一端時(shí)間或一定相位，這樣可以 減小模式切換過程中引起的相位跳變。如圖1所示，所述延遲線插于所述輸入匹配電路111 前。在此實(shí)施例中，第一功率放大路徑中的射頻信號的相位超前于第二功率放大路徑中的 射頻信號的相位，通過設(shè)置所述延遲線可以減少兩個(gè)功率放大路徑中的相位差。圖2示出了本發(fā)明中的多模功率放大器的第二實(shí)施例200的方框示意圖。所述多 模功率放大器200與圖1中的多模功率放大器100的不同之處在于前者在第二功率放大 路徑中設(shè)置延遲線(delay line) M0，而后者在第一功率放大路徑中設(shè)置所述延遲線140。 所述延遲線240可以用于將該路徑上的射頻信號延遲一端時(shí)間或一定相位，這樣可以減小 模式切換過程中引起的相位跳變。所述延遲線240插于所述輸入匹配電路121前。在此實(shí) 施例中，第二功率放大路徑中的射頻信號的相位超前于第一功率放大路徑中的射頻信號的 相位，通過設(shè)置所述延遲線可以減少兩個(gè)功率放大路徑中的相位差。圖3示出了本發(fā)明中的多模功率放大器的第三實(shí)施例300的方框示意圖。所述多 模功率放大器300與圖1中的多模功率放大器100的不同之處在于前者在第一功率放大 路徑中設(shè)置的是相移器(Phase Siifter) 340，而后者則在第一功率放大路徑中設(shè)置的是延 遲線(delay line) 140。所述相移器340可以用于調(diào)整該路徑上的射頻信號的相位以減小 模式切換過程中引起的相位跳變。所述相移器插于所述輸入匹配電路111前。圖4示出了本發(fā)明中的多模功率放大器的第四實(shí)施例400的方框示意圖。所述多 模功率放大器400與圖3中的多模功率放大器300的不同之處在于前者在第二功率放大 路徑中設(shè)置相移器440，而后者在第一功率放大路徑中設(shè)置所述相移器340。所述相移器 440可以用于調(diào)整該路徑上的射頻信號的相位以減小模式切換過程中引起的相位跳變，也 可以還可起到預(yù)失真的功能，以補(bǔ)償由功率放大器的非線性帶來的信號失真。所述相移器 440插于所述輸入匹配電路121前。圖5示出了本發(fā)明中的多模功率放大器的第五實(shí)施例500的方框示意圖。所述多 模功率放大器500與圖1中的多模功率放大器100的不同之處在于前者在第一功率放大 路徑中設(shè)置的是矢量調(diào)制器(Vector Modulator) M0，而后者則在第一功率放大路徑中設(shè) 置的是延遲線(delay line) 140。所述矢量調(diào)制器540可以用于調(diào)整該路徑上的射頻信號 的相位以減小模式切換過程中引起的相位跳變，也可以還可起到預(yù)失真的功能，以補(bǔ)償由 功率放大器的非線性帶來的信號失真。所述矢量調(diào)制器540插于所述輸入匹配電路111前。圖6示出了本發(fā)明中的多模功率放大器的第六實(shí)施例600的方框示意圖。所述多 模功率放大器600與圖5中的多模功率放大器500的不同之處在于前者在第二功率放大 路徑中設(shè)置矢量調(diào)制器640，而后者在第一功率放大路徑中設(shè)置所述矢量調(diào)制器M0。所述 矢量調(diào)制器640可以用于調(diào)整該路徑上的射頻信號的相位以減小模式切換過程中引起的 相位跳變，也可以還可起到預(yù)失真的功能，以補(bǔ)償由功率放大器的非線性帶來的信號失真。 所述矢量調(diào)制器640插于所述輸入匹配電路121前。圖7示出了本發(fā)明中的矢量調(diào)制器的一個(gè)實(shí)施例700的方框示意圖。所述矢量調(diào) 制器700包括信號分路器710、延遲線720、第一衰減器730、第二衰減器740和信號合路器750。所述信號分路器將輸入信號分為第一路信號和第二路信號，其中第一路信號經(jīng)由延遲 線720和第一衰減器730至所述信號合路器750，第二路信號經(jīng)由第二衰減器740至所述信 號合路器750。所述延遲線720對所述第一路信號進(jìn)行延遲，所述第一衰減器730對延遲后 的第一路信號進(jìn)行衰減，所述第二衰減器720對所述第二路信號進(jìn)行衰減。所述信號合路 器750將第一衰減器730輸出的衰減后的第一路信號和第二衰減器740輸出的衰減后的第 二路信號合成為一路輸出信號。所述矢量調(diào)制器700可以可起到預(yù)失真的功能，這樣可以補(bǔ)償由功率放大器的非 線性帶來的信號失真。具體設(shè)計(jì)過程在線性小信號情況下調(diào)試相位補(bǔ)償，即調(diào)試衰減器DC 電壓和延遲相位，在大信號情況下，第一路在大信號作用下產(chǎn)生強(qiáng)非線性，對于兩路信號表 現(xiàn)為兩路的兩邊有交調(diào)信號，第二路為線性電路，兩路信號合成后為原來輸入信號保留原 來的信息，但同時(shí)有反向的交調(diào)信息，反向的交調(diào)信息經(jīng)功率放大器后，與功率放大器產(chǎn)生 的交調(diào)反向，從而抵消，以這種方式補(bǔ)償放大器引起的非線性效應(yīng)。圖8為圖7中的矢量調(diào)制器700的矢量合成示意圖，其中Al為信號合路器的第 一路輸入信號的幅度，Φ 1為信號合路器的第一路信號的相位，Α2為信號合路器的第二路 輸入信號的幅度，Φ 2為信號合路器的第一路信號的相位，A為信號合路器的輸出信號的幅 度，Φ為信號合路器的輸出信號的相位。Al與第一衰減器730的衰減幅度有關(guān)，Α2與第二 衰減器740的衰減幅度有關(guān)，Φ 1與延遲線720的延遲時(shí)間有關(guān)。從矢量合成圖可以看出， 只要選擇合適的Al和Α2，就可以得到所需的任意A和Φ。由此可以得到所需的相移。相 應(yīng)的從圖中可看出，只要選擇合適的幅度，任意幅度的A都可得到。在選擇相移和預(yù)失真信 號過程中，我們總能找到一個(gè)信號同時(shí)滿足相移和預(yù)失真的要求，這兩個(gè)信號即為所需的 信號。在其他實(shí)施例中，所述補(bǔ)償電路(比如延遲線、相移器、矢量調(diào)制器或其他相位補(bǔ) 償電路等)也可以被設(shè)置在級間匹配電路前或該功率放大路徑中的其他位置。綜上所述，本發(fā)明中的多模功率放大器中包括有至少兩條功率放大路徑，在至少 一條功率放大路徑中設(shè)置相位補(bǔ)償電路(比如延遲線、相移器、矢量調(diào)制器或其他相位補(bǔ) 償電路等)，以使得該被調(diào)整放大路徑中的信號相位與其它功率放大路徑中的信號相位的 偏差或跳變很小，以降低或避免在模式切換時(shí)引起通信質(zhì)量下降。本發(fā)明還提出了一種采用改進(jìn)后的多模功率放大器的移動(dòng)通信設(shè)備，在模式切換 時(shí)，該移動(dòng)通信設(shè)備仍具有較高的通信質(zhì)量。本發(fā)明中的相連或連接的含義不僅包括直接相接或連接，還包括間接相連或連 接，比如經(jīng)由一個(gè)電阻、功能電路后相連。上文對本發(fā)明進(jìn)行了足夠詳細(xì)的具有一定特殊性的描述。所屬領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù) 人員應(yīng)該理解，實(shí)施例中的描述僅僅是示例性的，在不偏離本發(fā)明的真實(shí)精神和范圍的前 提下做出所有改變都應(yīng)該屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍是由所述的權(quán) 利要求書進(jìn)行限定的，而不是由實(shí)施例中的上述描述來限定的。
權(quán)利要求
1.一種多模功率放大器，其包括兩條功率放大路徑和控制電路，根據(jù)所述控制電路的 控制可在兩條功率放大路徑中的一條對輸入射頻信號進(jìn)行功率放大以得到輸出射頻信號， 其特征在于，在至少一條功率放大路徑中設(shè)置有相位補(bǔ)償電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多模功率放大器，其特征在于，所述多模功率放大器具有三 個(gè)工作模式，分別為低功率模式、中功率模式和高功率模式，低功率模式和中功率模式共用 一條功率放大路徑，所述控制電路通過控制功率放大路徑中的放大晶體管的集電極電壓來 實(shí)現(xiàn)低功率模式和中功率模式的切換，高功率模式單獨(dú)采用一條功率放大路徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多模功率放大器，其特征在于，每條功率放大路徑包括依次 連接的輸入匹配電路、第一級功率放大電路、級間匹配電路和末級功率放大電路，在各個(gè)功 率放大路徑后連接有一個(gè)輸出匹配電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多模功率放大器，其特征在于，所述相位補(bǔ)償電路設(shè)置于對 應(yīng)功率放大路徑的輸入匹配電路前。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的多模功率放大器，其特征在于，所述相位補(bǔ)償電路為 延遲線。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的多模功率放大器，其特征在于，所述相位補(bǔ)償電路為 相移器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的多模功率放大器，其特征在于，所述相位補(bǔ)償電路為矢量調(diào)制器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的多模功率放大器，其特征在于，所述矢量調(diào)制器包括信號分 路器、延遲線、第一衰減器、第二衰減器和信號合路器，所述信號分路器將輸入信號分為第 一路信號和第二路信號，其中第一路信號經(jīng)由所述延遲線和第一衰減器至所述信號合路 器，第二路信號經(jīng)由第二衰減器至所述信號合路器，所述信號合路器將第一衰減器輸出的 衰減后的第一路信號和第二衰減器輸出的衰減后的第二路信號合成為一路輸出信號。
9.一種移動(dòng)通信設(shè)備，其特征在于，其包括根據(jù)權(quán)利要求1-8任一所述的多模功率放 大器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多模功率放大器，其包括兩條功率放大路徑和控制電路。據(jù)所述控制電路的控制可在兩條功率放大路徑中的一條對輸入射頻信號進(jìn)行功率放大以得到輸出射頻信號，其中至少一條功率放大路徑中設(shè)置有相位補(bǔ)償電路。以使得該被調(diào)整放大路徑中的信號相位與其它放大路徑中的信號相位的偏差或跳變很小，以降低或避免在模式切換時(shí)引起通信質(zhì)量下降。
文檔編號H03F3/20GK102122922SQ20111004265
公開日2011年7月13日 申請日期2011年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月22日
發(fā)明者任啟明, 雷良軍 申請人:任啟明, 雷良軍