射频功率放大器的电源制造技术

在电池供电的无线发射机设备中用于射频（ＲＦ）功率放大器的开关模式电源（ＳＭＰＳ）及其控制方法。根据本发明专利技术的实施例，控制级联连接的升压型ＳＭＰＳ和降压型ＳＭＰＳ，因此为各种负载和传输功率电平提供了高效率。可以基于发射机的操作模式控制升压ＳＭＰＳ　２和降压ＳＭＰＳ，例如实际电池电压、所需输出功率、选择的频率频带、选择的射频功率放大器（ＰＡ）、选择的传输信号调制方法，和／或诸如包络消除与恢复（ＥＥＲ）技术、包络跟踪（ＥＴ）技术、或功率电平跟踪（ＰＴ）之类的选择的ＰＡ电压控制方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及开关模式电源，尤其涉及在电池供电的无线发射机设备中用于射频(RF)功率放大器的开关模式电源及其控制方法。
技术介绍
高能效的射频(RF)功率放大器(PA)在例如移动电话、个人数 字助理(PDA)等等移动的、电池供电的无线通信设备中是关键性的元 件，因为它们决定了这类设备的总功率消耗的重要部分。即使效率已经 下降了一些，便携设备中一般也使用3V的低电源电压的电池。设计一 种用于3V电池电压的PA也是可能的。为了从PA获得高效率，需要通 常称为升压转换器或递升转换器(step-up converter)的开关模式电源 (SMPS)将电池电压上转换成比最大电池电压更高的值。用这种方法， 能够容易地从PA获得所需的输出传输功率，但是对于小传输功率电平 来说效率不佳。为了在小传输功率电平也提高效率，必须降低PA的电 源电压。这用升压型电源是不可能的，但是提供另一种类型的开关模式 电源(往往被称为降压转换器或递降转换器)用于将升高的电池电压下 转换为实际传输功率电平所需的功率电平。如果将这两个转换器级联， 则低传输功率电平的效率会因为级联的转换器和它们之间的高电压而 遭受损失。一些具有开关才莫式电源(SMPS)的RFPA应用使用诸如包络消除 与恢复(EER)技术之类的动态偏置PA以实现高效率的、线性的功率 放大。在EER中，从原始调制信号中提取相位和包络信息。包含相位 信息的恒定包络信号用RFPA来放大。因为相位信息具有恒定的包络， 所以PA能够高度过载以实现高效率。包络信息被馈送给电源电路以调 制RFPA的电源电压(例如，漏极或集电极电压)，乂人而叠加了包络变化。通过改变电源电压，输出波形将被成形并且总放大率会是线性的。EER还有简化版本，例如包络跟踪(ET)技术。在ET技术中，到射频 放大器的输入信号包括相位信息和振幅信息二者，并且只提取包络信息 以用于开关电源。RFPA操作在线性区域中，其电源电压根据所提取的 包络信息而变化。电源电压随足够的净空而变化以最小化失真。US 6，256，482和WO2006/085，177中公开了采用EER技术的发射机架构的 例子。还有一个版本是功率电平跟踪(PT),其中，开关模式电源只跟 踪緩慢变化的平均功率电平而不是快速改变的包络，并且调制线性PA 的漏极或集电极电压。还存在所谓的降压-升压转换器。美国专利6,348,781中公开了降压 -升压转换器的例子。降压-升压转换器被设计用于将模式自动从降压变 成升压以提供在任何特定传输功率电平都确保RF PA良好效率的电源 电压。不需要级联。然而，在使用包络消除与恢复(EER)技术的应用 中，需要非常紧密控制的频率和群时延响应。用降压-升压型开关模式 电源，模式变化的输出电压范围很不稳定，并且出现失真。此外，在操 作的升压模式中很难保持响应不受影响。对于频率与群时延需求较松的 功率电平跟踪来说，降压-升压转换器是好的选择。关于效率的问题随着电池技术(例如锂电池技术)变得更加重要， 电池技术将截止电压从例如3V的当前范围降低到大约2.5V或更低。因 此，如果例如针对2.3V电源电压设计传输(TX)功率放大器，则它变 得非常低效并且其性能中的变化增加了。
技术实现思路
在所附的独立权利要求中公开了本专利技术的 一些方面。在从属权利要 求中公开了本专利技术的各种实施例。根据本专利技术的一方面， 一种控制方法，包括测量输入到向射频功率放大器提供电源电压的升压型开关模式电 源和降压型开关模式电源的级联连接的电池电压；比较测量的电池电压与对应于降压型开关电源所需的输入电源电压的阈值；如果所述测量的电池电压超过所述所需的输入电源电压，则绕过所 述升压型开关模式电源并且将所述电池电压直接耦合到所述降压型开 关模式电源；如果所述测量的电池电压低于所述所需的输入电源电压，则控制所 述升压型开关模式电源以便将所述电池电压升高到至少所述所需的输 入电源电压；根据下列 一个或多个条件，控制所述降压型开关模式电源以在至少 两个分段模式中的一个中操作所述功率放大器的操作模式、所述功率 放大器的频带、调制方法以及所述功率放大器的传输功率。根据本专利技术的又一个方面， 一种设备，包括至少一个射频功率放大器；升压型开关模式电源，其具有用于来自电池的电池电压的输入； 降压型开关模式电源，其与所述升压型开关模式电源级联连接并且 具有用于所述射频功率放大器的电源电压输出，的输入电源电压的阈值，则其可控制以绕过所述升压型开关模式电源并 且将所述电池电压直接耦合到所述降压型开关模式电源；如果所述电池电压低于所述阈值，则所述升压型开关模式电源可控 制以将所述电池电压升高到至少所述所需的输入电源电压；以及根据下列一个或多个条件，所述降压型开关模式电源包括可选的至 少两个分段模式所述功率放大器的操作模式、所述功率放大器的频带、 调制方法以及所述功率放大器的传输功率。根据本专利技术的还一个方面， 一种控制方法，包括提供升压型开关模式电源和降压型开关模式电源的级联连接，以 从电池电压向射频功率放大器提供电源电压；控制所述升压型开关模式电源以将所述电池电压升高到至少所 述降压型开关模式电源所需的输入电源电压；根据下列一个或多个条件，控制所述降压型开关模式电源以在至ii少两个分段模式中的一个中操作所述功率放大器的操作模式、所述功 率放大器的频带、调制方法以及所述功率放大器的传输功率。 根据本专利技术的还一个方面， 一种控制方法，包括 提供升压型开关模式电源和降压型开关模式电源的级联连接，以 从电池电压向射频功率放大器提供电源电压；控制所述升压型开关模式电源以将所述电池电压升高到至少所 述降压型开关模式电源所需的输入电源电压；当所述功率放大器操作在包络消除与恢复(EER)模式或包络跟 踪(ET)模式中时，控制所述降压型开关模式电源以操作在较高的开关 频率，并且当所述功率放大器操作在线性模型中时，控制所述降压型开 关模式电源以操作在较低的开关频率。本专利技术的另 一个方面是在计算机可读媒介上实现的计算机程序， 所述计算机程序包括用于控制处理器以执行根据本专利技术的各个实施例 的控制方法的程序代码。本专利技术的另 一个方面是一种控制器，其包括用于体现根据本专利技术 的各个实施例的控制方法的装置。附图说明本专利技术将在下面借助于参考附图的示例性实施例被详细地描述，其中图1是图解了根据本专利技术实施例的发射机例子的框图2是图解了根据本专利技术实施例的升压型开关模式电源例子的示意图3是图解了根据本专利技术实施例的降压型开关模式电源例子的示意图4是图解了根据本专利技术实施例的用于控制升压型开关模式电源 的控制算法例子的流程图；以及图5是图解了根据本专利技术实施例的用于控制降压型开关模式电源 控制算法例子的流程图。具体实施例方式参见图1，示出了示例性射频发射机(TX)电路的框图，其中， 通过级联升压和降压开关才莫式电源(SMPS) 2、 3从电池1向功率》文大 器(PA) 4、 5提供电源电压。电池1向根据本专利技术实施例的升压型开关模式电源2提供电池电 AVbatt。电池可以是适于便携设备的任何类型的电池，例如锂电池或镍镉电池。取决于应用和所选择的电池技术，电池电压Vbatt可以具有任何低压值。典型的电池电压可以是大约3伏特或更低，乃至2.5伏特本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制方法，包括　测量输入到向射频功率放大器提供电源电压的升压型开关模式电源和降压型开关模式电源的级联连接的电池电压；　比较测量的电池电压与对应于降压型开关模式电源所需的输入电源电压的阈值；　如果所述测量的电池电压超过所 述所需的输入电源电压，则绕过所述升压型开关模式电源并且将所述电池电压直接耦合到所述降压型开关模式电源；　如果所述测量的电池电压低于所述所需的输入电源电压，则控制所述升压型开关模式电源以便将所述电池电压升高到至少所述所需的输入电源电压； 　根据下列一个或多个条件，控制降压型开关模式电源以操作在至少两个分段模式中的一个模式中：所述功率放大器的操作模式、所述功率放大器的频带、调制方法以及所述功率放大器的传输功率。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：S玛尔托雅尔维，
申请(专利权)人：诺基亚公司，
类型：发明
国别省市：FI[芬兰]