为高和低输出功率电平提供高效率功率放大器的方法和装置制造方法及图纸

本申请公开了用于为高输出功率电平和低输出功率电平提供高效率功率放大器(100)的方法和装置。示例装置包括第一放大器(102a)，用于放大来自主机设备的信号；以及将放大的信号传输至天线；第二放大器(102b)，用于放大来自主机设备的信号；以及将放大的信号传输至天线；第一开关(110)、第二开关(112)和第三开关(114)：以当第一开关(110)和第二开关(112)闭合且第三开关(114)断开时，以并联结构将第一放大器(102a)耦合到第二放大器(102b)；以及当第一开关(110)和第二开关(112)断开且第三开关(114)闭合时，以堆叠结构将第一放大器(102a)耦合到第二放大器(102b)。

Methods and devices for providing high-efficiency power amplifiers for high and low output power levels

This application discloses a method and apparatus for providing a high efficiency power amplifier (100) for high output power level and low output power level. The example device includes a first amplifier (102a) for amplifying the signal from the host device; and transmitting the amplified signal to the antenna; a second amplifier (102b) for amplifying the signal from the host device; and a transmission of the amplified signal to the antenna; a first switch (110), a second switch (112) and a third switch (114): so that when the first switch (110) and the second switch (112) are closed and the second switch (112) is connected to the antenna. When the third switch (114) is disconnected, the first amplifier (102a) is coupled to the second amplifier (102b) in a parallel structure; and when the first switch (110) and the second switch (112) are disconnected and the third switch (114) is closed, the first amplifier (102a) is coupled to the second amplifier (102b) in a stacked structure.

【技术实现步骤摘要】
为高和低输出功率电平提供高效率功率放大器的方法和装置
本公开总体涉及功率放大器，并且更具体地涉及为高输出功率电平(powerlevel)和低输出功率电平提供高效率功率放大器的方法和装置。
技术介绍
一些电子设备包括一个或更多个收发器以使用射频(RF)信号与其他设备通信。这种收发器包括RF功率放大器，以将对应于数据的低功率RF信号转换为高功率信号，该高功率信号驱动收发器的天线以将数据传输至其他设备。在一些示例中，RF功率放大器可以包括两个或更多个反相放大器，这些反相放大器被串联堆叠以减少用于低输出功率应用的总输出电压。
技术实现思路
某些示例提供一种为高输出功率电平和低输出功率电平提供高效率的装置。示例装置包括第一放大器，用于放大来自主机设备的信号，以及将放大的信号传输至天线。示例装置进一步包括第二放大器，用于放大来自主机设备的信号以及将放大的信号传输至天线。示例装置进一步包括第二放大器，用于放大来自主机设备的信号，以及将放大的信号传输至天线。示例装置进一步包括第一开关、第二开关和第三开关，以当第一开关和第二开关闭合且第三开关断开时，以并联结构将第一放大器耦合到第二放大器，以及，当第一开关和第二开关断开且第三开关闭合时，以堆叠结构将第一放大器耦合到第二放大器。附图说明图1是示例RF功率放大器的图示说明。图2A是图1在并联结构下的示例RF功率放大器的图示说明。图2B是图1在堆叠结构下的示例RF功率放大器的图示说明。图3是替代示例RF功率放大器的图示说明。图4A是并联结构下的图3的示例RF功率放大器的图示说明。图4B是堆叠结构下的图3的示例RF功率放大器的图示说明。图5是图1和/或图3的示例开关控制器的框图。图6是示例机器可读指令的流程图表示，示例机器可读指令可以被执行以实施图5的示例开关控制器，用于以并联结构或堆叠结构来构造图1和/或图3的示例RF功率放大器。图7是经构造以执行图6的示例机器可读指令以控制图1、图3和/或图5的示例开关控制器的处理器平台的框图。这些图并未按比例绘制。只要有可能，在整个(一个或更多个)附图和随附的书面说明书中将使用相同的参考标记来指代相同或相似的部件。具体实施方式一些电子设备包括低功率收发器，以通过传输射频(RF)信号与其他设备通信。例如，智能手表或移动电话可包括：收发器，以将数据传输至其他设备。这种设备可以是小型的和/或电池供电的。相应地，RF收发器应该限制汲取的电流以节省功率并且具有有限的元件以节省硅空间。RF收发器包括功率放大器，其将来自主机设备(例如，智能手表、移动电话等的处理器)的低电压周期信号放大到足够大的高电压周期信号，以经由天线无线地传输。RF功率放大器是收发器的最大且最消耗功率的元件之一。相应地，电子设备制造商和/或用户期望具有有效率的RF功率放大器的有效率的RF收发器，该RF功率放大器消耗较少电流并需要较少空间。用于传输数据的RF功率放大器可以使用(1)需要较高输出功率电平的低功率无线电应用和标准和/或(2)需要较低输出功率电平并且节约功率的低功率无线电应用和标准来操作。例如，可以使用低输出功率电平(例如，节省功率)来执行在短距离上传输少量数据，而可以使用高输出功率电平(例如，快速地且恰当地转移数据)来执行在远距离上传输大量数据。RF功率放大器的输出功率(P)对应于电压摆幅(均方根电压(V))和负载阻抗(R)(例如，P＝V^2/R)。最大电压摆幅受电源(例如，Vdd)限制。为了最大化高输出功率操作的输出功率和效率，期望具有尽可能高的电压摆幅。然而，为了以较低输出电平进行传输，需要降低输出电压的振幅，从而导致较低的效率。相应地，为了提高低输出功率应用的效率，可以使用堆叠来驱动放大器进入饱和，并且最大化将被限制为Vdd/2(例如，用于两个经堆叠的放大器)的输出振幅，从而提高效率。堆叠包括串联耦合功率放大器的两个或更多个反相放大器，从而减小输出电压摆幅。附加地，这种堆叠的反相放大器的输入和输出可以耦合在一起以便偏置电流可以被再用(reuse)，从而降低来自每个反相放大器的电压摆幅并且驱动反相放大器进入压缩以提高效率。然而堆叠功率放大器对应于用于高输出功率应用的较小功率。本文中公开的示例为高输出功率电平和低功率输出电平提供高效率功率放大器。用于提供高效率功率放大器的一种传统技术包括：功率放大器，其包括DC-DC转换器以减小用于低输出功率应用的电源。然而，这种传统的技术需要昂贵的外部元件和大量的硅空间。另一种传统技术包括使用可编程无源元件来增加匹配网络的阻抗(例如，匹配功率放大器输出的阻抗和天线的馈线)。然而，这种传统技术在网络中引入了额外的损耗，其导致以高输出功率的较差的效率。本文中公开的示例需要最小的、廉价的元件以为高输出功率电平和低输出功率电平提供高效率功率放大器，从而节省成本和硅空间。本文中所公开的示例提供一种具有两个或更多个放大反相器的RF功率放大器，该两个或更多个放大反相器可以通过开关网络(例如，开关组)的控制被并联耦合(例如，用于高输出功率应用)或可以被堆叠(例如，用于低功率应用)。例如，使用本文中公开的示例，并联结构是在高(例如，8分贝毫瓦(dBm))输出功率下是有效率的，而堆叠结构在低(例如，0dBm)输出功率下是有效率的。替代性地，任何尺寸放大器可以被配置为堆叠的和并联的，以提高低输出功率应用和高输出功率应用的效率(例如，取决于开关网络的控制)。以这种方式，通过使用开关网络从并联到堆叠来调整结构，本文中所公开的示例能够将高输出功率所需的电流减小到用于低输出功率应用的较低电流水平，从而提供高输出功率和低输出功率的高效率。图1说明了示例RF功率放大器100，其能够实现用于高输出功率电平和低输出功率电平的高效率。图1的示例RF功率放大器100包括：示例的两个示例放大反相器102a-b、示例滤波器104a-b、示例P沟道金属氧化物场效应(PMOS)晶体管106a-b、示例N沟道金属氧化物场效应(NMOS)晶体管108a-b、包括开关110、112、114和示例开关控制器116的示例开关网络。图1的示例放大反相器102a-b接收来自主机设备的输入信号、反相并放大输入信号以及将被反相且放大的信号输出到天线。例如，当主机设备将经由天线传输数据时，主机设备可以将周期信号传输至示例RF功率放大器100，以在信号经由天线传输至另一个设备之前增加信号的功率。示例滤波器104a-b接收和过滤来自主机设备的输入信号(例如，作为高通过滤波器)，以将正确的DC偏置提供到示例PMOS晶体管106a-b和NMOS晶体管108a-b的栅极。当主机设备将周期信号传输至输入端时，周期信号被用于控制对应于示例PMOS晶体管106a-b和NMOS晶体管108a-b的示例补偿晶体管(CMOS)结构。例如，当输入信号是低电压时，低电压被施加到PMOS晶体管106a-b和NMOS晶体管108a-b的栅极，从而启动示例PMOS晶体管106a-b，并且禁用示例NMOS晶体管108a-b。以这种方式，示例输出电压被增大(例如，使用Vdd)。当输入信号是高电压时，高电压被施加到PMOS晶体管106a-b和NMOS晶体管108a-b的栅极，从而禁用示例PMOS晶体管106a-b，并且启动示例NM本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种装置，其包含：第一放大器以：放大来自主机设备的信号；以及将放大的信号传输至天线；第二放大器以：放大来自所述主机设备的所述信号；以及将放大的信号传输至所述天线；以及开关网络，用于以并联结构和堆叠结构连接所述第一放大器和所述第二放大器。

【技术特征摘要】
2017.11.30 US 15/827,9951.一种装置，其包含：第一放大器以：放大来自主机设备的信号；以及将放大的信号传输至天线；第二放大器以：放大来自所述主机设备的所述信号；以及将放大的信号传输至所述天线；以及开关网络，用于以并联结构和堆叠结构连接所述第一放大器和所述第二放大器。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述开关网络包括：第一开关、第二开关和第三开关，其用于：当所述第一开关和所述第二开关闭合并且所述第三开关断开时，以并联结构将所述第一放大器耦合到所述第二放大器；以及当所述第一开关和所述第二开关断开并且所述第三开关闭合时，以堆叠结构将所述第一放大器耦合到所述第二放大器。3.根据权利要求2所述的装置，进一步包括：第三放大器以：放大来自所述主机设备的所述信号；以及将放大的信号传输至所述天线；第四开关、第五开关和第六开关，其用于：当所述第四开关和所述第五开关闭合并且所述第六开关断开时，以并联结构将所述第三放大器耦合到所述第一放大器和所述第二放大器；以及当所述第四开关和所述第五开关断开并且所述第六开关闭合时，以堆叠结构将所述第三放大器耦合到所述第一放大器和所述第二放大器。4.根据权利要求2所述的装置，进一步包括：开关控制器，以基于来自所述主机设备的指令控制所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关。5.根据权利要求2所述的装置，进一步包括：开关控制器，以基于存储在寄存器中的值控制所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关，所述值对应于高输出功率应用或低输出功率应用。6.根据权利要求2所述的装置，其中所述第三开关对应于传输门。7.根据权利要求1所述的装置，其中所述并联结构对应于高输出功率应用的高效率。8.根据权利要求1所述的装置，其中所述堆叠结构对应于低输出功率应用的高效率。9.根据权利要求1所述的装置，其中所述堆叠结构对应于第一最大输出功率，所述第一最大输出功率小于对应于所述并联结构的第二最大输出功率。10.一种方法，包含：接收来自主机设备的指令；当所述指令对应于高输出功率应用时，控制开关网络以并联结构将第一放大器耦合到第二放大器；以及当所述指令对应于低输出功率应用时，控制所述开关网络以堆叠结构将所述第一放大器耦合到所述第二放大器。11.根据权利要求10所述的方法，其中控制所述开关网络以所述并联结构将所述第一放大器耦合到所述第二放大器包括闭合第一开关和第二开关并且断开第三开关。12.根据权利要求10所述的方法，其中控制所述开关网络以所述堆叠结构将所述第一放大器耦合到所述第二放大器包括断开所述第一开关和所述第二开关并且闭合所述第三开关。13....

【专利技术属性】
技术研发人员：O·菲克斯韦特，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US