使用输出网络控制功率制造技术

本申请涉及使用输出网络控制功率。在一个实施例中，本发明专利技术包括多个增益级和耦合到该增益级的输出网络。该增益级中的每一个能够被独立控制以放大射频(RF)信号到输出功率水平从而从移动无线设备传送。当被控制为不活动时，至少一个增益级能够被置于低阻抗状态。

【技术实现步骤摘要】
分案申请的相关信息本申请是国际申请号为PCT/US2009/036480，申请日为2009年3月9日，优先权日为2008年5月5日，专利技术名称为“使用输出网络控制功率”的PCT申请进入中国国家阶段后申请号为200980116171.8的中国专利技术专利申请的分案申请。根据35U.S.C.§119主张优先权本专利申请案主张2008年5月5日申请的题为“Controllingpowerwithanoutputnetwork”的第12/151,199号申请案的优先权，所述美国申请案以引用的方式并入本文。

技术介绍
在许多无线通信系统中，例如蜂窝电话、移动互联网设备(MID)、个人数字助理(PDA)、膝上型电脑、个人计算机等等移动无线设备以射频(RF)进行无线通信。为了在给定的无线通信系统中实现通信，要求这样的设备输出具有给定功率水平的RF信号。不同的无线系统对于功率水平有不同的要求，而且在给定的通信系统中，功率水平可以根据通信模式而变化。为了产生传输信息所需的输出功率，典型的移动设备包括功率放大器(PA)或者其他这样的放大器，其接收来自例如基带处理器和收发机等之类的设备的处理电路的RF信号并且将该RF信号放大到所需的功率水平。由于许多发射机系统中的功率控制要求，平均输出功率可能在宽范围(例如，数十分贝(dB))上变化。这使得功率放大器的效率在功率范围上显著变化。大多数PA在最大输出功率处具有最大效率，并且当功率降低时效率迅速下降。
技术实现思路
根据一方面，本专利技术包括一种具有多个增益级和耦合到该增益级的输出网络的设备。每个增益级能够被独立控制以将射频(RF)信号放大到用于从诸如蜂窝手持送受话器等移动无线设备传输的输出功率水平。当被控制为不活动(inactive)时，增益级中的至少一个能够被置于低阻抗状态。每个增益级在它们活动(active)时可以具有基本上不同的驱动点阻抗，以适应不同的输出功率水平。在一个实施方式中，输出网络可以包括变压器。本专利技术的另一方面针对功率放大器，该功率放大器具有多个级(每个级包括放大器对)和耦合到每个级输出的变压器，其中变压器具有不同的匝比。这些级可以被控制为使得当给定级不活动时，该级能够被置于低阻抗状态，并且净电感(netinductance)被开关成与反相变压器(oppositetransformer)的输出线圈并联耦合。本专利技术的又一个方面针对集成电路，该集成电路包括至少三个增益级和至少三个变压器，每个变压器耦合到对应的一个增益级。所述变压器中的至少两个可以具有基本上相等的匝比，所述匝比又大于另一个变压器的匝比。该增益级能够被单独地使能，并且增益级中的至少两个可以对应于高功率增益通道，而另一个增益级对应于低功率增益通道。本专利技术的更进一步方面针对具有多个差分互补放大器级和输出变压器的功率放大器。该输出变压器可以被耦合以接收来自任何放大器级(取决于哪个被使能)的放大的输出信号。输出变压器的匝比也可以取决于哪个放大器级被使能。在一些实施方式中，非使能的(一个或多个)放大器级能够被置于高阻抗状态。更进一步，本专利技术的一个方面针对集成电路，该集成电路除了多个增益级之外还包括多个变压器。每个变压器可以具有基本上相等的匝比并且包括电感器形成的线圈，该电感器与增益级一起集成在公共的互补型金属氧化物半导体(CMOS)管芯上。更具体地，电感器能够被定尺寸以管理CMOS工艺的电感变化，并且该变压器可使得增益级能够看到远远小于该电路耦合到的负载的负载阻抗的驱动点阻抗。附图说明图1是依照本专利技术的功率放大器输出级和输出网络的概念示意图。图2是依照本专利技术的一个实施例的输出网络的概念示意图。图3A是依照本专利技术的一个实施例的多抽头变压器实施方式的概念示意图。图3B是依照本专利技术的实施例的另一多抽头变压器实施方式的概念示意图。图3C是图3B所示电路在高功率操作模式下的等效示意图。图3D是图3B所示电路在低功率操作模式下的等效示意图。图3E是能够结合多抽头变压器使用的调谐电路的实施方式。图4A是依照本专利技术的实施例的并联增益级和输出网络的概念示意图。图4B是依照本专利技术的实施例的并联增益级和输出网络的另一个概念示意图。图4C是依照本专利技术的一个实施例的耦合到增益级的替代输入的概念示意图。图5A是依照本专利技术的另一个实施例的可重配置输出网络的概念示意图。图5B是图5A所示电路在高功率操作模式下的等效示意图。图5C是图5A所示电路在低功率操作模式下的等效示意图。图6A是依照本专利技术的另一个实施例的可重配置输出网络的概念示意图。图6B是图6A所示电路在高功率操作模式下的等效示意图。图6C是图6A所示电路在低功率操作模式下的等效示意图。图6D是示出依照本专利技术的一个实施例的可重配置输出网络的单端实施方式的概念示意图。图7是依照本专利技术的另一个实施例的可重配置输出网络的概念示意图。图8A是依照本专利技术的又一个实施例的可重配置输出网络的概念示意图。图8B是图8A的可重配置输出网络的替代实施方式的概念示意图。图9A是依照本专利技术的一个实施例的功率放大器的概念示意图。图9B是依照本专利技术的又一个实施例的功率放大器的一部分的概念示意图。图10是依照本专利技术的实施例的无线设备的框图。具体实施方式实施例可以提供输出网络，该输出网络能够提供可控负载阻抗。这样，输出功率/效率降低问题能够被克服。通过在期望的输出功率减少时增大负载阻抗，效率能够被保持为接近最大值。在各个实施例中，可以提供耦合到功率放大器或其他这样的放大器设备的输出增益级的输出网络的不同实施方式。这样的输出网络可以有助于控制输出功率，同时允许以高效率模式操作。也就是说，放大器的输出功率(Pout)根据以下等式与负载电阻和输出电压有关：Pout＝VRMS2÷RL[等式.1]其中VRMS对应于RMS输出电压电平且RL是负载电阻。在VRMS被最大化时出现最大输出功率和最大效率。VRMS的最大值与电源电压成比例，其中实际的最大值部分地由各种性能要求确定，所述性能要求例如线性度或谐波水平。在不同的实施方式中，通过控制负载电阻来控制功率的各种方式能够通过使用根据本专利技术实施例的输出网络来实现。例如，输出网络可以在两个或更多个功率水平上提供高效率。在这些情况中，输出网络能够为增益级放大器提供最优(或近似最优)的负载，从而在这两个或更多个功率水平上实现高效率操作。而且，该网络提供一种能够电子地选择不同功率水平的方式。因此，该网络可以被称为可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设备，包括：第一增益级，其具有接收第一输入信号并输出第一放大信号的输入；第二增益级，其具有接收第二输入信号并输出第二放大信号的输入；耦合到所述第一增益级和所述第二增益级的输出网络，且其中所述第一增益级和所述第二增益级中的至少一者在不活动时被置于低阻抗状态，所述输出网络包含具有第一线圈和第二线圈的变压器，其中所述第一增益级和所述第二增益级的所述输出耦合到所述第一线圈；和耦合电容器，其将所述第二增益级的所述输出耦合到所述第一线圈，其中所述耦合电容器在所述第二增益级处于低阻抗状态的情形下配置成与所述第一线圈并联，且在所述第二增益级活动的情形下配置成与所述第一线圈串联。

【技术特征摘要】
2008.05.05 US 12/151,1991.一种设备，包括：
第一增益级，其具有接收第一输入信号并输出第一放大信号的输入；
第二增益级，其具有接收第二输入信号并输出第二放大信号的输入；
耦合到所述第一增益级和所述第二增益级的输出网络，且其中所述第一增益级和
所述第二增益级中的至少一者在不活动时被置于低阻抗状态，所述输出网络包含具有
第一线圈和第二线圈的变压器，其中所述第一增益级和所述第二增益级的所述输出耦
合到所述第一线圈；和
耦合电容器，其将所述第二增益级的所述输出耦合到所述第一线圈，其中所述耦
合电容器在所述第二增益级处于低阻抗状态的情形下配置成与所述第一线圈并联，且
在所述第二增益级活动的情形下配置成与所述第一线圈串联。
2.权利要求1的设备，其中所述第一增益级和所述第二增益级在活动时具有基
本上不同的驱动点阻抗。
3.权利要求1的设备，进一步包括耦合到所述第一增益级的所述输出的可开关
电容，其中当所述第一增益级被禁用时，所述可开关电容能够被控制为使能或禁用。
4.利要求1的设备，其中所述第二增益级包括：一对互补放大器，每个均具有
输出；以及并联耦合在所述一对互补放大器的所述输出之间的电感器。
5.权利要求1的设备，其中当所述第一增益级被使能时，所述第一增益级的驱
动点阻抗基本上小于输出负载的输出阻抗，并且当所述第二增益级被使能时，所述第
二增益级的驱动点阻抗基本上接近所述输出负载的所述输出阻抗。
6.一种功率放大器，包括：
第一级，其包含第一对放大器以接收第一输入信号并输出第一放大信号；
第二级，其包含第二对放大器以接收第二输入信号并输出第二放大信号；
第一变压器，其具有接收所述第一放大信号的第一线圈和输出所述第一放大信号
至输出负载的第二线圈；和
第二变压器，其具有接收所述第二放大信号的第三线圈和输出所述第二放大信号
至所述输出负载的第四线圈，所述第二变压器具有与所述第一变压器不同的匝比，并
且其中所述第一变压器的匝比大于所述第二变压器的匝比，其中所述第一级是高功率
增益级且所述第二级是低功率增益级。
7.权利要求6的功率放大器，其中所述第四线圈电容性地耦合至所述输出负载。
8.权利要求7的功率放大器，其中所述第四线圈通过串联耦合在所述第四线圈
和所述输出负载之间的至少一个耦合电容器耦合到所述输出负载。
9.权利要求6的功率放大器，其中当所述第二级不活动时，所述第二级被置于
低阻抗状态，并且净电感被有效地开关以并联耦合到所述第一变压器的所述第二线
圈。
10.权利要求9的功率放大器，其中当所述第一级不活动时，所述第二线圈充当
与所述输出负载并联耦合的阻抗。
11.权利要求10的功率放大器，进一步包括耦合到所述第一线圈的可开关电容，
其中当所述第一级被禁用时，所述可开关电容被有效地控制为使能或禁用。
12.权利要求10的功率放大器，进一步包括耦合到所述第二线圈的电容，用以
当所述第二级不活动时使所述第四线圈的电感失谐。
13.权利要求6的功率放大器，其中所述第一变压器和所述第二变压器具有弱磁
耦合。
14.一种集成电路，包括：
第一增益级，其具有接收第一输入信号并且输出第一放大信号的输入；
第二增益级，其具有接收第二输入信号并且输出第二放大信号的输入；
第三增益级，其具有接收第三输入信号并且输出第三放大信号的输入；和
至少三个变压器，每个变压器耦合到所述第一增益级、所述第二增益级和所述第
三增益级中对应的一个，其中所述第一变压器和所述第二变压器的每个具有基本上相
等的匝比，且其中所述基本上相等的匝比的每一匝比大于所述第三变压器的匝比。
15.权利要求14的集成电路，其中所述第一增益级、所述第二增益级和所述第
三增益级中的每个被单独使能。
16.权利要求15的集成电路，其中所述第一增益级和所述第二增益级对应于高
功率增益通道，且所述第三增益级对应于低功率增益通道。
17.权利要求16的集成电路，其中所述第一增益级和所述第二增益级...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·E·博克尔曼，V·斯里尼瓦桑，
申请(专利权)人：安华高科技通用IP新加坡公司，
类型：发明
国别省市：新加坡;SG