專利名稱：多模式功率放大器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明大體上涉及電子器件，且更具體來說，涉及功率放大器(PA)。
背景技術：
功率放大器廣泛用于各種無線通信系統(tǒng)中以在空中發(fā)射之前為射頻(RF)信號提供放大和輸出驅(qū)動。舉例來說，功率放大器用于全球移動通信系統(tǒng)(GSM)系統(tǒng)、寬帶碼分多 址(WCDMA)系統(tǒng)等中。功率放大器還用于基站中以及終端中。功率放大器通常需要滿足對于頻譜屏蔽、發(fā)射時間屏蔽、諧波失真、輸出噪聲、輸 出功率電平等的各種系統(tǒng)規(guī)格。GSM和WCDMA系統(tǒng)還需要終端能夠調(diào)整其在較廣范圍上(例 如，對于GSM為30dB或更多，且對于WCDMA為70dB以上)的輸出功率。為了滿足在最大輸 出功率電平處的各種系統(tǒng)規(guī)格，功率放大器通常使用大尺寸晶體管來設計并使用高電流和 /或電壓來偏置。對于較普通操作情形，高偏置電流和/或電壓導致在較低輸出功率電平處 的功率放大器的低效率。許多終端為便攜式的且由內(nèi)部電池供電。對于便攜式終端，功率放大器可消耗大 量電池功率，大量電池功率的消耗可因此縮短電池再充電之間的待機時間和操作期間的通 話時間兩者。因此，高度需要具有較低功率消耗的有效的功率放大器。

發(fā)明內(nèi)容
在本文中描述可支持多種無線電技術和/或多個頻帶的有效的多模式功率放大 器。在一方面中，線性功率放大器可用以支持多種無線電技術。線性功率放大器為可滿足 一種或一種以上無線電技術對于總輸出功率范圍的全部或一部分上的頻譜屏蔽要求的功 率放大器。在一個示范性設計中，支持多種無線電技術的第一線性功率放大器可用以放大 第一 RF輸入信號且提供第一 RF輸出信號。也支持多種無線電技術的第二線性功率放大器 可用以放大第二 RF輸入信號且提供第二 RF輸出信號。第一線性功率放大器可支持低頻帶 (例如，小于一千兆赫(GHz))，且第二線性功率放大器可支持高頻帶(例如，大于一 GHz)，或 反之還然。每一線性功率放大器可包括并聯(lián)耦合的多個(例如，三個)鏈。每一鏈可為可 選擇的，以放大RF輸入信號且針對輸出功率電平的相應范圍而提供RF輸出信號。多個鏈 可使用不同的電流量來偏置和/或使用不同尺寸的晶體管來實施?？蛇x擇所有鏈以用于至 少一種無線電技術(例如，GSM)，且可選擇鏈的一子集以用于至少一種其它無線電技術(例 如，WCDMA)。多種無線電技術可包括具有恒定包絡調(diào)制信號的無線電技術(例如，GSM)和 具有可變包絡調(diào)制信號的另一無線電技術(例如，WCDMA)。可結(jié)合極性調(diào)制和/或正交調(diào)制來使用線性功率放大器。RF輸入信號可因此包含來自極性調(diào)制的經(jīng)相位調(diào)制信號或來自 正交調(diào)制的經(jīng)正交調(diào)制信號。在另一方面中，線性功率放大器可用以放大具有恒定包絡(例如，對于GSM)的RF 輸入信號，且提供RF輸出信號。線性功率放大器可包括并聯(lián)耦合的多個鏈?？蛇x擇一個鏈 以使用固定增益來放大RF輸入信號。RF輸入信號可具有可變信號電平，且RF輸出信號的 信號電平可追蹤RF輸入信號的可變信號電平。在又一方面中，功率放大器可用以放大RF輸入信號且提供RF輸出信號，其中RF 輸入信號經(jīng)預失真以補償功率放大器的非線性?？蓪㈩A失真施加到由極性調(diào)制產(chǎn)生的包絡 信號?？山又诮?jīng)預失真的包絡信號而產(chǎn)生RF輸入信號。在下文中更詳細地描述本發(fā)明的各個方面和特征。


圖1展示能夠與多個無線系統(tǒng)進行通信的終端。圖2展示針對GSM的發(fā)射屏蔽。圖3展示具有線性和非線性PA的發(fā)射器的框圖。圖4A和圖4B展示具有線性PA的兩個發(fā)射器的框圖。圖5A、圖5B、圖6和圖7展示用于多種無線電技術的具有共享線性PA的四個發(fā)射 器的框圖。圖8展示不同PA的總電流對輸出功率的曲線圖。圖9展示支持極性調(diào)制的發(fā)射器的框圖。圖10展示支持正交調(diào)制的發(fā)射器的框圖。圖11展示在有預失真或無預失真的情況下支持極性調(diào)制和正交調(diào)制兩者的發(fā)射 器的框圖。圖12展示用于產(chǎn)生RF輸出信號的過程。
具體實施例方式詞“示范性”在本文中用以指“充當實例、例子或說明”。不必將本文中描述為“示 范性”的任何設計解釋為比其它設計優(yōu)選或有優(yōu)勢。圖1展示能夠與不同無線電技術的多個無線通信系統(tǒng)進行通信的終端110。還可 將終端110稱作移動臺、用戶裝備、接入終端、訂戶單元、站等。終端110可為蜂窩式電話、 個人數(shù)字助理(PDA)、無線通信裝置、無線調(diào)制解調(diào)器、手持式裝置、膝上型計算機、無繩電 話、無線本地環(huán)路(WLL)站等。一般來說，終端110可能夠與CDMA系統(tǒng)、時分多址(TDMA)系統(tǒng)、頻分多址(FDMA) 系統(tǒng)、正交頻分多址(OFDMA)系統(tǒng)、單載波FDMA (SC-FDMA)系統(tǒng)等進行通信。通?？苫Q 地使用術語“系統(tǒng)”和“網(wǎng)絡”。CDMA系統(tǒng)利用碼分多路復用(CDM)，OFDMA系統(tǒng)利用正交 頻分多路復用(OFDM)，且SC-FDMA系統(tǒng)利用單載波頻分多路復用(SC-FDM)。CDMA系統(tǒng)可 實施例如WCDMA、cdma2000等的無線電技術。cdma2000涵蓋IS-95、IS-2000和IS-856標 準。通常將IS-95和IS-2000稱作CDMA20001X(或簡單稱作IX)，且通常將IS-856稱作 CDMA2000IxEV-DO (或簡單稱作IxEV-DO)。TDMA系統(tǒng)可實施例如GSM、增強型GSM演進數(shù)據(jù)(EDGE)等的無線電技術。OFDMA系統(tǒng)可實施例如超移動寬帶(UMB)、演進型通用陸地無線 電接入(E-UTRA)等的無線電技術。GSM、WCDMA和E-UTRA描述于來自名為“第三代合作伙 伴計劃”(3GPP)的組織的文獻中。cdma2000和UMB描述于來自名為“第三代合作伙伴計劃 2”(3GPP2)的組織的文獻中。3GPP和3GPP2文獻是可公開獲得的。在圖1中所展示的實例中，終端110可與GSM系統(tǒng)中的基站120、GSM/EDGE系統(tǒng)中 的基站122或WCDMA系統(tǒng)中的節(jié)點B 124進行通信。通常還將WCDMA系統(tǒng)稱作全球移動電 信系統(tǒng)(UMTS)網(wǎng)絡。終端110還可能夠與更少或更多的無線系統(tǒng)進行通信。為清楚起見， 以下描述的大部分假設終端110支持GSM、EDGE和WCDMA。通常可互換地使用術語“WCDMA” 禾口 "UMTS，，。GSM使用高斯最小移位鍵控(GMSK)，其為產(chǎn)生具有恒定包絡的經(jīng)調(diào)制信號的調(diào)制 方案。EDGE使用8元相移鍵控(8-PSK)，其為使用在一單位圓上具有8個均勻間隔點的信 號星座的調(diào)制方案。WCDMA和cdma2000使用正交相移鍵控(QPSK)和正交調(diào)幅(QAM)。用于每一無線電技術的標準通常指定發(fā)射屏蔽，發(fā)射屏蔽指示在不同頻率處所允 許的輸出功率的量。發(fā)射要求對于不同無線電技術可不同。圖2展示針對低頻帶的GSM的發(fā)射屏蔽。由終端110發(fā)射的GSM信號具有100千 赫茲(KHz)的單邊信號帶寬。GSM信號需要具有低于由曲線210在200KHz和200KHz以上 處所給出的電平的輸出功率。GSM和GSM/EDGE的發(fā)射要求描述于標題為“無線電發(fā)射和接 收(Radio transmission and reception) ”版本 1999 的 3GPP TS 05. 03 中，其是可公開獲 得的。在標題為“用戶裝備(UE)無線電發(fā)射和接收(FDD) (User Equipment (UE)radio transmission and rec印tion (FDD)) ” 的 3GPP TS 25. 101 中給出 WCDMA 的發(fā)射要求。在 標題為“cdma2000擴頻移動臺的推薦最低性能標準(Recommended Minimum Performance Standards for cdma2000Spread Spectrum Mobile Stations) ”的 3GPP2C. SOOl 1_B 中給出 cdma2000的發(fā)射要求。這些文獻是可公開獲得的。對于終端110，在不同頻率處的帶外發(fā)射的量可視各種因素而定，例如用以產(chǎn)生 RF輸出信號的功率放大器的線性、用于經(jīng)調(diào)制信號的調(diào)制方案等。一般來說，線性較高的功 率放大器可產(chǎn)生較少帶外發(fā)射，而線性較低的功率放大器可產(chǎn)生較多帶外發(fā)射。此外，例如 GMSK的恒定調(diào)幅方案可比例如8-PSK、QPSK和QAM的調(diào)制方案產(chǎn)生更少帶外發(fā)射。終端110可支持與不同無線系統(tǒng)的通信，如圖1中所展示。終端110還可支持針 對每一無線系統(tǒng)在一個或一個以上頻帶上的通信。舉例來說，終端110可支持表1中所給 出的頻帶中的任一者。一般來說，眾多頻帶可用于無線通信。終端110可因此支持不同于 表1中所列出的頻帶的頻帶。表 權利要求
一種設備，其包含第一線性功率放大器，其支持多種無線電技術，且操作以放大第一射頻(RF)輸入信號并提供第一RF輸出信號，所述第一線性功率放大器包含并聯(lián)耦合的多個鏈，每一鏈是可選擇的，以放大所述第一RF輸入信號并針對輸出功率電平的相應范圍而提供所述第一RF輸出信號。
2.根據(jù)權利要求1所述的設備，其進一步包含第二線性功率放大器，其支持所述多種無線電技術，且操作以放大第二 RF輸入信號并 提供第二 RF輸出信號，所述第一線性功率放大器支持低頻帶和高頻帶中的一者，且所述第 二線性功率放大器支持所述低頻帶和高頻帶中的另一者。
3.根據(jù)權利要求2所述的設備，其中所述低頻帶小于一千兆赫(GHz)且所述高頻帶大 于一 GHz。
4.根據(jù)權利要求1所述的設備，其中所述多個鏈包含第一鏈，可選擇所述第一鏈以放大所述第一 RF輸入信號并針對輸出功率電平的第一 范圍而提供所述第一 RF輸出信號，和第二鏈，可選擇所述第二鏈以放大所述第一 RF輸入信號并針對輸出功率電平的高于 所述第一范圍的第二范圍而提供所述第一 RF輸出信號。
5.根據(jù)權利要求4所述的設備，其中所述多個鏈進一步包含第三鏈，可選擇所述第三鏈以放大所述第一 RF輸入信號并針對輸出功率電平的等于 或高于所述第二范圍的第三范圍而提供所述第一 RF輸出信號。
6.根據(jù)權利要求5所述的設備，其中所述第二鏈和第三鏈是可同時選擇的，以提供較 高輸出功率。
7.根據(jù)權利要求1所述的設備，其中所述多個鏈包含第一鏈，其包含第一放大器級，和第二鏈，其包含所述第一放大器級和至少一個額外放大器級。
8.根據(jù)權利要求1所述的設備，其中所述多個鏈包含第一鏈，其包含第一放大器級，第二鏈，其包含所述第一放大器級和至少一個中等功率放大器級，和第三鏈，其包含所述第一放大器級和至少一個高功率放大器級。
9.根據(jù)權利要求1所述的設備，其中所述多個鏈被不同量的電流偏置。
10.根據(jù)權利要求1所述的設備，其中所述多個鏈中的至少一個鏈針對輸出功率電平 的不同范圍而被不同量的電流偏置。
11.根據(jù)權利要求1所述的設備，其中所述多個鏈是使用不同大小的晶體管來實施。
12.根據(jù)權利要求1所述的設備，其中所有所述多個鏈是可選擇的，以用于所述多種無 線電技術中的至少一者，且其中所述多個鏈的一子集是可選擇的，以用于所述多種無線電 技術中的至少一種其它技術。
13.根據(jù)權利要求1所述的設備，其進一步包含開關，其耦合到所述多個鏈中的至少兩者且操作以將所述第一 RF輸出信號提供到用 于所述多種無線電技術中的一者的第一輸出且將所述第一 RF輸出信號提供到用于所述多 種無線電技術中的另一者的第二輸出。
14.根據(jù)權利要求1所述的設備，其進一步包含調(diào)制器，其操作以針對所述多種無線電技術中的至少一者而執(zhí)行正交調(diào)制，針對所述 多種無線電技術中的至少另一者而執(zhí)行極性調(diào)制，并提供經(jīng)調(diào)制信號；以及驅(qū)動器放大器，其操作以放大所述經(jīng)調(diào)制信號并提供所述第一 RF輸入信號。
15.根據(jù)權利要求1所述的設備，其中所述第一RF輸入信號包含用于所述多種無線電 技術中的一者的經(jīng)相位調(diào)制信號且包含用于所述多種無線電技術中的另一者的經(jīng)正交調(diào) 制信號。
16.根據(jù)權利要求1所述的設備，其中所述第一RF輸入信號經(jīng)預失真以補償所述第一 線性功率放大器的非線性。
17.根據(jù)權利要求1所述的設備，其進一步包含直流(DC)-DC切換器，其操作以接收電源電壓且產(chǎn)生用于所述第一線性功率放大器的 供應電壓。
18.根據(jù)權利要求1所述的設備，其進一步包含電壓調(diào)節(jié)器，其操作以接收包絡信號和電源電壓且產(chǎn)生用于所述第一線性功率放大器 的供應電壓，所述供應電壓包含來自所述包絡信號的包絡信息。
19.根據(jù)權利要求18所述的設備，所述包絡信號經(jīng)預失真以補償所述第一線性功率放 大器的非線性。
20.根據(jù)權利要求1所述的設備，其中所述第一線性功率放大器提供用于不同無線電 技術的多個RF輸出。
21.根據(jù)權利要求1所述的設備，其中所述第一線性功率放大器提供用于不同頻帶的 多個RF輸出。
22.根據(jù)權利要求1所述的設備，其中所述第一線性功率放大器提供用于不同輸出功 率范圍的多個RF輸出。
23.根據(jù)權利要求1所述的設備，其中所述多種無線電技術包含具有恒定包絡調(diào)制信 號的第一無線電技術和具有可變包絡調(diào)制信號的第二無線電技術。
24.一種設備，其包含線性功率放大器，其操作以放大具有恒定包絡的射頻(RF)輸入信號且提供RF輸出信 號，所述線性功率放大器包含并聯(lián)耦合的多個鏈，每一鏈是可選擇的，以放大所述RF輸入 信號且針對輸出功率電平的相應范圍而提供所述RF輸出信號。
25.根據(jù)權利要求24所述的設備，其進一步包含調(diào)制器，其操作以執(zhí)行極性調(diào)制且提供經(jīng)相位調(diào)制信號；以及驅(qū)動器放大器，其操作以放大所述經(jīng)相位調(diào)制信號且提供使所述線性功率放大器的輸 出飽和的所述RF輸入信號。
26.根據(jù)權利要求25所述的設備，其進一步包含電壓調(diào)節(jié)器，其操作以接收包絡信號和電源電壓且產(chǎn)生用于所述線性功率放大器的供 應電壓，所述供應電壓包含來自所述包絡信號的包絡信息。
27.根據(jù)權利要求24所述的設備，其進一步包含直流(DC) -DC切換器，其操作以接收包絡信號或電源電壓且產(chǎn)生用于所述線性功率放 大器的供應電壓。
28.根據(jù)權利要求24所述的設備，其中所述線性功率放大器操作以用固定增益來放大 所述RF輸入信號，其中所述RF輸入信號具有可變信號電平，且其中所述RF輸出信號的信 號電平追蹤所述RF輸入信號的所述可變信號電平。
29.一種設備，其包含功率放大器，其操作以放大射頻(RF)輸入信號且提供RF輸出信號，所述RF輸入信號 經(jīng)預失真以補償所述功率放大器的非線性，所述功率放大器包含并聯(lián)耦合的多個鏈，每一 鏈是可選擇的，以放大所述RF輸入信號且針對輸出功率電平的相應范圍而提供所述RF輸 出信號。
30.根據(jù)權利要求29所述的設備，其進一步包含預失真單元，其操作以基于所述RF輸出信號的輸出功率電平而使所述RF輸入信號預 失真或不預失真。
31.根據(jù)權利要求30所述的設備，其中所述預失真單元在所述輸出功率電平超過閾值 的情況下使所述RF輸入信號預失真，且在所述輸出功率電平低于所述閾值的情況下使所 述RF輸入信號不預失真。
32.根據(jù)權利要求29所述的設備，其進一步包含調(diào)制器，其操作以執(zhí)行極性調(diào)制且提供經(jīng)相位調(diào)制信號；以及驅(qū)動器放大器，其操作以放大所述經(jīng)相位調(diào)制信號且提供所述RF輸入信號。
33.根據(jù)權利要求29所述的設備，其進一步包含直流(DC)-DC切換器，其操作以接收包絡信號或電源電壓且產(chǎn)生用于所述功率放大器 的供應電壓。
34.一種無線裝置，其包含第一調(diào)制器，其操作以接收第一本機振蕩器(LO)信號并使用第一調(diào)制信號對其進行 調(diào)制，且提供第一經(jīng)調(diào)制信號；第一驅(qū)動器放大器，其耦合到所述第一調(diào)制器，且操作以放大所述第一經(jīng)調(diào)制信號并 提供第一射頻(RF)輸入信號；第一線性功率放大器，其耦合到所述第一調(diào)制器且支持多種無線電技術，所述第一線 性功率放大器操作以放大所述第一 RF輸入信號并提供第一 RF輸出信號，所述第一線性功 率放大器包含并聯(lián)耦合的多個鏈，每一鏈是可選擇的，以放大所述第一 RF輸入信號并針對 輸出功率電平的相應范圍而提供所述第一 RF輸出信號；以及天線，其耦合到所述第一線性功率放大器。
35.根據(jù)權利要求34所述的無線裝置，其進一步包含第二調(diào)制器，其操作以接收第二 LO信號并使用第二調(diào)制信號對其進行調(diào)制，且提供第 二經(jīng)調(diào)制信號；第二驅(qū)動器放大器，其耦合到所述第二調(diào)制器，且操作以放大所述第二經(jīng)調(diào)制信號并 提供第二 RF輸入信號；以及第二線性功率放大器，其支持所述多種無線電技術，且操作以放大所述第二 RF輸入信 號并提供第二 RF輸出信號，所述第一線性功率放大器支持低頻帶和高頻帶中的一者，且所 述第二線性功率放大器支持所述低頻帶和高頻帶中的另一者。
36.根據(jù)權利要求34所述的無線裝置，其進一步包含預失真單元，其操作以基于所述第一 RF輸出信號的輸出功率電平而使所述第一 RF輸 入信號預失真或不預失真。
37.一種執(zhí)行放大的方法，其包含選擇支持多種無線電技術的線性功率放大器的多個鏈中的一者，每一鏈是可操作的， 以提供輸出功率電平的相應范圍；以及使用所述線性功率放大器的所述選定鏈來放大用于所述多種無線電技術中的一者的 射頻(RF)輸入信號以獲得RF輸出信號。
38.根據(jù)權利要求37所述的方法，其進一步包含基于輸出功率電平來調(diào)整所述選定鏈中的至少一個放大器級的偏置電流。
39.根據(jù)權利要求37所述的方法，其進一步包含針對所述多種無線電技術中的第一無線電技術而產(chǎn)生經(jīng)相位調(diào)制信號； 針對所述多種無線電技術中的第二無線電技術而產(chǎn)生經(jīng)正交調(diào)制信號；以及 基于所述經(jīng)相位調(diào)制信號或所述經(jīng)正交調(diào)制信號而產(chǎn)生所述RF輸入信號。
40.根據(jù)權利要求37所述的方法，其進一步包含使所述RF輸入信號預失真以補償所述線性功率放大器的非線性。
41.一種設備，其包含用于選擇支持多種無線電技術的線性功率放大器的多個鏈中的一者的裝置，每一鏈是 可操作的，以提供相應范圍的輸出功率電平；以及用于使用所述線性功率放大器的所述選定鏈來放大用于所述多種無線電技術中的一 者的射頻(RF)輸入信號以獲得RF輸出信號的裝置。
42.根據(jù)權利要求41所述的設備，其進一步包含用于基于輸出功率電平來調(diào)整所述選定鏈中的至少一個放大器級的偏置電流的裝置。
43.根據(jù)權利要求41所述的設備，其進一步包含用于針對所述多種無線電技術中的第一無線電技術而產(chǎn)生經(jīng)相位調(diào)制信號的裝置； 用于針對所述多種無線電技術中的第二無線電技術而產(chǎn)生經(jīng)正交調(diào)制信號的裝置；以及用于基于所述經(jīng)相位調(diào)制信號或所述經(jīng)正交調(diào)制信號而產(chǎn)生所述RF輸入信號的裝置。
44.根據(jù)權利要求41所述的設備，其進一步包含用于使所述RF輸入信號預失真以補償所述線性功率放大器的非線性的裝置。
全文摘要
本發(fā)明描述可支持多種無線電技術和/或多個頻帶的多模式功率放大器。在一個示范性設計中，支持多種無線電技術的第一線性功率放大器可用以放大第一RF輸入信號(例如，針對低頻帶)且提供第一RF輸出信號。也支持所述多種無線電技術的第二線性功率放大器可用以放大第二RF輸入信號(例如，針對高頻帶)且提供第二RF輸出信號。每一線性功率放大器可包括并聯(lián)耦合的多個(例如，三個)鏈。每一鏈可為可選擇的，以放大RF輸入信號且針對輸出功率電平的相應范圍而提供RF輸出信號。RF輸入信號可為經(jīng)相位調(diào)制信號或經(jīng)正交調(diào)制信號，且可經(jīng)預失真以解決所述功率放大器的非線性。
文檔編號H03F1/02GK101965682SQ200980108039
公開日2011年2月2日 申請日期2009年2月6日 優(yōu)先權日2008年2月8日
發(fā)明者普威·H·西伊, 理查德·席爾貝克二世 申請人:高通股份有限公司