用于包络跟踪调制器的负载电流传感器制造技术

一种用于感测包络跟踪(ET)调制器(1150)的负载电流的装置(1000)和方法，所述装置和方法使得能够测量功率放大器(130)的负载阻抗。与负载阻抗特性相关联的损伤可以通过校准和预失真进行抑制，而不是(如现有技术所做的)通过反馈进行抑制。所述ET调制器(1150)提供了可重新配置为用于感测所述负载电流的目的的线性调节器的开关调节器。这允许开环操作所述ET调制器(1150)，从而消除了(现有技术中使用的)由于利用环路滤波器和误差放大器导致的功耗开销，并且实现了更高的整体效率。

Load Current Sensor for Envelope Tracking Modulator

A device (1000) and method for sensing the load current of an envelope tracking (ET) modulator (1150) enable the measurement of the load impedance of a power amplifier (130). Damages associated with load impedance characteristics can be suppressed by calibration and predistortion rather than by feedback (as is done in existing technology). The ET modulator (1150) provides a switching regulator that can be reconfigured as a linear regulator for the purpose of sensing the load current. This allows the open-loop operation of the ET modulator (1150), eliminating the power overhead caused by the use of loop filters and error amplifiers (used in prior art), and achieving higher overall efficiency.

【技术实现步骤摘要】
用于包络跟踪调制器的负载电流传感器本专利技术要求2014年2月24日递交的专利技术名称为“用于包络跟踪调制器的负载电流传感器”的第14/188,305号美国非临时申请的在先申请优先权，该在先申请的内容以引入的方式并入本文本中。
本专利技术涉及无线通信，尤其涉及一种具有带包络跟踪调制器的功率放大器的无线发射器。
技术介绍
在诸如移动电话和USB调制解调器之类的无线通信终端中，调制功率放大器(poweramplifier，PA)的供电电压以跟随传输信号的包络允许PA以更高的效率操作。这种技术被称为包络跟踪(envelopetracking，ET)。在这种类型的系统中，产生PA供电电压的电路/部件被称为ET调制器。转到图1A和图1B，其中示出图示当供电电压VCC是静态的(图1A)和当VCC跟踪Vout的包络(图1B)时功率放大器操作期间的输出电压(Vout)的图。一般情况下，当功率放大器的供电电压VCC降低时，功耗降低，因此提高了效率。然而，它的非线性也增大，这导致输出信号劣化。当VCC是静态时，当VCC等于输出电压Vout的峰值时达到标称线性操作的最大效率，如图1A中所示。当调制VCC使得它跟随Vout的包络时，如图1B中所示，此时标称线性操作得以维持。然而，VCC的平均值低于其为静态时的情况，因此功率放大器的平均功耗更低并且效率提高。因此，在功率放大器操作中利用包络跟踪(ET)技术有益处。现在转到图2，其中示出无线通信终端/设备内的现有技术发射器系统100的电路/部件的一部分的框图。虽然发射器系统100中可能包括其它电路/部件，但图中仅示出对于理解本专利技术必要且相关的那些部分。输入信号“ID”和“QD”是基带信号的数字同相和正交分量。数模转换器(digital-to-analogconverter，DAC)110将这些信号转换成相应的模拟分量“IA”和“QA”。收发器120(其可以包括发射器)将IA和QA转换为射频(radio-frequency，RF)信号“X”。RF信号X被输入到功率放大器(PA)130进行放大以产生具有从发射器系统100的天线(未示出)进行传输所需的功率电平的RF信号Y。信号ID和QD还被输入到产生传输信号的包络波形“E”的包络发生器140。包络跟踪(ET)调制器150接收波形E，并使用开关调节器(也称为开关模式电源或切换器)(从设备的主电源Vsup)产生功率放大器(PA)供电电压VCC。对于“理想的”ET调制器，VCC与波形E相同。对于非理想的ET调制器，可以调节(预失真)波形E来补偿ET调制器150的频率响应和非线性，使得VCC更紧密地对应于波形E现在转到图3，其中示出ET调制器150中开关调节器151的典型的现有技术集成电路(integratedcircuit，IC)实施，以及典型的现有技术滤波器155。开关调节器包括高侧/低侧开关154，高侧/低侧开关154包括晶体管M1和M2(形成高侧开关)和晶体管M3和M4(形成低侧开关)。通常，选择薄氧化物用于开关晶体管M1和M4，以允许低功耗下的高切换频率。对于共源共栅晶体管M2和M3，其栅极电压保持为恒定值VcascH、VcascL，选择厚氧化物，以允许在超过薄氧化物晶体管的最大电压额定值的Vsup值下运行。脉冲宽度调制(pulsewidthmodulation，PWM)发生器152利用非重叠(发生前断开)的高侧和低侧波形PWMH和PWML来驱动开关154的开关晶体管的栅极，其中高侧和低侧波形PWMH和PWML的随时间变化的脉冲宽度对应于包络波形E。在切换级的输出处，由L1、C1、L2、C2形成的低通电感电容(inductor-capacitor，LC)滤波器155以及电阻Rload(即，功率放大器带给滤波器的负载电阻)移除从开关调节器152输出的输出电压Vsw的高频分量以便产生所需的功率放大器供电电压波形VCC。将了解，LC滤波器的频率响应取决于Rload的值，如图4中所示。对于给定的Rload，可以选择电感器和电容器的值使得频率响应是最优的(即，它在包络信号的带宽内具有足够的平整度，并使切换过程所产生的Vsw的较高频分量具有足够衰减)。然而，在实践中，Rload是E和VCC的递减函数，并且通常在10：1范围内变化。由于这一点，如果针对这一范围的中间附近的负载对滤波器进行优化，频率响应将在包络的负偏移过程中表现出过量上升并在包络的正偏移过程中表现出过量下降。具有功率放大器供电电压VCC的Rload的变化导致的一个另外结果是由于增益(或衰减)是Rload的函数而造成的从E到VCC的总传递特性的非线性。这种非线性以及前一段中描述的变化的频率响应导致传输信号的劣化。对于给定的功率放大器(PA)阻抗特性，对ET调制器150的频率响应和非线性的影响可以通过调整(预失真)ET调制器150的输入波形E而得到补偿。然而，因为功率放大器阻抗特性部分由于一种或多种制造特性和容差而变化，期望的是作为确定必要补偿的工厂校准的一部分来测量每个设备/终端的功率放大器阻抗特性。在这一过程中，为了执行这种测量中，需要感测ET调制器150的负载电流。在一种现有技术方法中，测量负载阻抗特性的需要通过增加反馈环路而得以避免，如图5中所示，该反馈环路包括环路滤波器160和加和器/加法器161。如果环路增益和环路带宽足够高，那么反馈将抑制VCC与信号E的偏差从而使得传输信号的损伤可接受地低。环路滤波器160的目的是提供足够的环路增益，这种环路增益具有确保压制Rload的所有变化的稳定性的频率响应。这对于具有静态输出的开关调节器而言是相对简单的，因为可以使得带宽任意低。然而，对于ET调制器150，高带宽要求(例如，对于长期演进(LTE)蜂窝标准，高达20MHz)使得环路滤波器的设计出现困难，因为要实现足够的环路增益和带宽以使得反馈有效，同时保持在负载阻抗的全范围变化(通常约10：1，例如4到40)上的稳定性。由于环路增益、带宽和稳定性之间的权衡，大多数其它现有技术解决方案需要额外的误差放大器162(如图5中所示)以实现可接受的发射器性能。环路滤波器160(其必须是有源滤波器)和误差放大器162均从主供电电压汲取功率，这降低了系统100的总体效率并且大大减弱了使用包络跟踪的优势。设计使用包络跟踪的解决方案时的一个挑战是以下事实：功率放大器(PA)130带给ET调制器150的负载阻抗随功率放大器供电电压并随传输信号的包络而变化。这造成ET调制器150的频率响应的变化及其传输特性的非线性，这两者导致传输信号的劣化。因此，需要这样一种发射器系统，它使得能够感测ET调制器的负载电流，并因此能够测量功率放大器(PA)的负载阻抗。这将使得能够通过校准和预失真而不是通过反馈来抑制阻抗特性。
技术实现思路
根据本专利技术，提供了一种具有包络发生器的发射器，所述包络发生器用于接收(待传输的)数据信号并基于所述接收的数据信号产生包络信号。耦合到所述包络发生器的包络跟踪(ET)调制器用于接收所述包络信号，所述包络跟踪调制器包括脉冲宽度调制(PWM)发生器以及具有第一输出和感测输出的开关电路。所述PWM发生器和所述开关电路用于作为处于第一模式的线性调节器运行并在所述第一输出处产生第一功率放大器电源信号作为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种发射器，其特征在于，包括：包络发生器，用于接收待传输的数据信号并基于所述接收的数据信号产生包络信号；包络跟踪ET调制器，其耦合到所述包络发生器并且用于接收所述包络信号，所述包络跟踪调制器包括脉冲宽度调制PWM发生器以及具有第一输出和感测输出的开关电路，其中所述PWM发生器和所述开关电路用于：作为处于第一模式的线性调节器运行并在所述第一输出处产生第一功率放大器电源信号作为校准信号，以及作为处于第二模式的开关调节器运行并在所述第一输出处产生第二功率放大器电源信号作为所述接收的包络信号；电流传感器电路，其耦合到所述ET调制器的第二输出并且用于感测所述第一输出处所述第一功率放大器电源信号的电流；滤波器，其耦合到所述ET调制器的所述第一输出以过滤所述第一输出信号并产生功率放大器开关式供电源；以及耦合到所述滤波器的功率放大器，其中当处于所述第二模式时，所述功率放大器用于：接收所述功率放大器开关式供电源作为供电电压，接收并放大从所述数据信号产生的第一发射器信号，以及输出放大后的发射器信号。

【技术特征摘要】
2014.02.24 US 14/188,3051.一种发射器，其特征在于，包括：包络发生器，用于接收待传输的数据信号并基于所述接收的数据信号产生包络信号；包络跟踪ET调制器，其耦合到所述包络发生器并且用于接收所述包络信号，所述包络跟踪调制器包括脉冲宽度调制PWM发生器以及具有第一输出和感测输出的开关电路，其中所述PWM发生器和所述开关电路用于：作为处于第一模式的线性调节器运行并在所述第一输出处产生第一功率放大器电源信号作为校准信号，以及作为处于第二模式的开关调节器运行并在所述第一输出处产生第二功率放大器电源信号作为所述接收的包络信号；电流传感器电路，其耦合到所述ET调制器的第二输出并且用于感测所述第一输出处所述第一功率放大器电源信号的电流；滤波器，其耦合到所述ET调制器的所述第一输出以过滤所述第一输出信号并产生功率放大器开关式供电源；以及耦合到所述滤波器的功率放大器，其中当处于所述第二模式时，所述功率放大器用于：接收所述功率放大器开关式供电源作为供电电压，接收并放大从所述数据信号产生的第一发射器信号，以及输出放大后的发射器信号。2.根据权利要求1所述的发射器，其特征在于，还包括：校准控制电路，其耦合至所述包络发生器和感测电路并且用于：产生所述校准信号并将所述校准信号输出到所述包络发生器，从所述电流传感器电路接收电流感测信息，基于所述电流感测信息计算所述功率放大器的负载阻抗，以及存储所述计算的负载阻抗。3.根据权利要求2所述的发射器，其特征在于，所述校准控制电路还用于基于所述存储的负载阻抗产生补偿信号以输入到所述包络发生器，并且所述包络发生器还用于响应于所述补偿信号预失真所述包络信号。4.根据权利要求3所述的发射器，其特征在于，还包括：功率调节电路，其耦合到所述校准控制电路并且用于在所述第一模式期间调整所述数据信号的功率。5.根据权利要求2至4中任一项所述的发射器，其特征在于，所述校准控制电路基于所述校准信号的多个值计算并存储多个负载阻抗。6.根据权利要求1至4中任一项所述的发射器，其特征在于，所述ET调制器包括用于将所述PWM发生器耦合到所述开关电路以及将所述PWM发生器从所述开关电路解耦的装置。7.根据权利要求5所述的发射器，其特征在于，所述ET调制器包括用于将所述PWM发生器耦合到所述开关电路以及将所述PWM发生器从所述开关电路解耦的装置。8.根据权利要求7所述的发射器，其特征在于，所述用于耦合和解耦的装置包括至少一个开关。9.根据权利要求7所述的发射器，其特征在于，所述开关电路包括：放大器，用于接收校准信号；以及电流镜像，用于输出流入所述功率放大器的电流镜像电流。10.一种针对发射器中的功率放大器的负载阻抗特性的变化的调整方法，其中所述发射器包括包络信号发生器和包络跟踪ET调制器，所述ET调制器包括用于供电以操作所述功率放大器的电压调节器，其特征在于，所述方法包括：在校准操作模式期间作为处于第一模式的线性电压调节器操作所述电压调节器，其中在所述第一模式下运行包括：感测由所述电压调节器供电给所述功率放大器的功率，计算所述功率放大器的负载阻抗信...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特·艾文，姜虹，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44