一種用于包絡(luò)跟蹤系統(tǒng)的雙開關(guān)電源調(diào)制器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于集成電路技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于包絡(luò)跟蹤系統(tǒng)的雙開關(guān)電源調(diào)制器。
【背景技術(shù)】
[0002]包絡(luò)跟蹤技術(shù)是提高功率放大器在處理高峰均功率比信號(hào)時(shí)效率的有效手段，電源調(diào)制器是包絡(luò)跟蹤系統(tǒng)中的核心部件，其效率對包絡(luò)跟蹤系統(tǒng)的整體效率具有重要影響。傳統(tǒng)電源調(diào)制器大多采用線性放大器-開關(guān)變換器混合式結(jié)構(gòu)，該種結(jié)構(gòu)具有較好的線性度，同時(shí)結(jié)構(gòu)簡單成本較低，但效率偏低，不能很好滿足系統(tǒng)要求。因此發(fā)明創(chuàng)造一種用于包絡(luò)跟蹤系統(tǒng)的高效率電源調(diào)制器結(jié)構(gòu)為實(shí)際所需。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種用于包絡(luò)跟蹤系統(tǒng)的高效率電源調(diào)制器，主要解決現(xiàn)有技術(shù)存在的電源調(diào)制器效率偏低，不能較好的滿足系統(tǒng)要求的問題。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0005]一種用于包絡(luò)跟蹤系統(tǒng)的雙開關(guān)電源調(diào)制器，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括線性放大器級(jí)1、主開關(guān)變換器級(jí)2、補(bǔ)償開關(guān)級(jí)3及電阻R1，所述線性放大器級(jí)I包括運(yùn)算放大器U1、場效應(yīng)管Ml及場效應(yīng)管M2，所述主開關(guān)變換器級(jí)2包括滯回比較器U2、驅(qū)動(dòng)電路U3、開關(guān)U4及電感LI，所述補(bǔ)償開關(guān)級(jí)3包括電阻R2、電容Cl、滯回比較器U5、與門U6、驅(qū)動(dòng)電路U7、開關(guān)U8及電感L2 ；
[0006]所述場效應(yīng)管Ml的源極與電源VDD連接，其漏極與場效應(yīng)管M2的漏極相連，其柵極及場效應(yīng)管M2的柵極均連接于運(yùn)算放大器Ul的輸出端，場效應(yīng)管M2的源極接地；輸入信號(hào)Vin從運(yùn)算放大器Ul的正相輸入端輸入，運(yùn)算放大器Ul的負(fù)相輸入端與場效應(yīng)管Ml的漏極連接；
[0007]所述電阻Rl的一端記節(jié)點(diǎn)X與場效應(yīng)管Ml及M2的漏極相連，其另一端記節(jié)點(diǎn)Y與所述雙開關(guān)電源調(diào)制器的輸出端連接；
[0008]所述滯回比較器U2的兩個(gè)輸入端分別與電阻Rl的兩端連接，其輸出端與驅(qū)動(dòng)電路U3的輸入端連接；驅(qū)動(dòng)電路U3的輸出端與開關(guān)U4的一端連接，所述開關(guān)U4的另一端通過電感LI與所述雙開關(guān)電源調(diào)制器的輸出端連接；所述開關(guān)U4的一端與電源VDD連接；
[0009]所述電阻R2的一端與節(jié)點(diǎn)X連接，其另一端與電容Cl連接，電容Cl的另一端接地；所述滯回比較器U5的兩個(gè)輸入端分別與電阻R2的兩端連接，其輸出端連接于與門U6的一個(gè)輸入端；與門U6的另一個(gè)輸入端與驅(qū)動(dòng)電路U3的輸入端連接，其輸出端與驅(qū)動(dòng)電路U7的輸入端連接；開關(guān)U8的一端與驅(qū)動(dòng)電路U7的輸出端連接，其另一端通過電感L2與所述雙開關(guān)電源調(diào)制器的輸出端連接；所述開關(guān)U8的一端與電源VDD連接。
[0010]由于控制電壓Vl與V3的驅(qū)動(dòng)能力較弱，驅(qū)動(dòng)電路U3與U7的作用分別為提高控制電壓Vl與V3帶負(fù)載的能力，使其能夠驅(qū)動(dòng)后級(jí)開關(guān)U4與U8。特別地，如果開關(guān)U4與U8為高電平導(dǎo)通、低電平斷開，則驅(qū)動(dòng)電路U3與U7的作用僅為提高控制電壓Vl與V3的驅(qū)動(dòng)負(fù)載能力，而不改變控制電壓Vl與V3的邏輯電平；反之，如果開關(guān)U4與U8為低電平導(dǎo)通、高電平斷開，則驅(qū)動(dòng)電路U3與U7的作用除提高控制電壓Vl與V3的驅(qū)動(dòng)負(fù)載能力外，還需對控制電壓Vl與V3進(jìn)行反相，即使其邏輯電平反轉(zhuǎn)。
[0011]進(jìn)一步的，驅(qū)動(dòng)電路U3及U7可采用數(shù)個(gè)反相器級(jí)聯(lián)的結(jié)構(gòu)，如圖2所示。如果開關(guān)U4與U8為高電平導(dǎo)通、低電平斷開，則應(yīng)采用圖2中的結(jié)構(gòu)1，即級(jí)聯(lián)反相器的個(gè)數(shù)為偶數(shù)個(gè)；如果開關(guān)U4與U8為低電平導(dǎo)通、高電平斷開，則應(yīng)采用圖2中的結(jié)構(gòu)2，級(jí)聯(lián)反相器的個(gè)數(shù)為奇數(shù)個(gè)。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益結(jié)果:
[0013](I)本發(fā)明提供的用于包絡(luò)跟蹤的雙開關(guān)電源調(diào)制器方案在維持線性度、輸出功率等參數(shù)合理的情況下，采用雙開關(guān)級(jí)(主開關(guān)級(jí)與補(bǔ)償開關(guān)級(jí))結(jié)構(gòu)，有效改善了電源調(diào)制器的效率，且結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)巧妙，所使用元器件較少，成型后體積小巧，符合實(shí)際需求；
[0014](2)本發(fā)明中，補(bǔ)償開關(guān)級(jí)的作用為盡可能多的補(bǔ)償總輸出電流與主開關(guān)級(jí)提供電流的差值，即盡可能減少低效率的線性級(jí)輸出的電流，從而提高電源調(diào)制器的整體效率;
[0015](3)本發(fā)明通過對控制環(huán)路的巧妙設(shè)計(jì)，使得最終輸出電流由三部分組合而成，第一部分為主開關(guān)級(jí)提供的直流與低頻電流分量，其具有高效率但相對低的帶寬；第二部分是線性級(jí)提供的高頻電流分量，其具有低效率但相對大的帶寬；第三部分是補(bǔ)償開關(guān)級(jí)提供的補(bǔ)償電流，其效率低于主開關(guān)級(jí)但仍遠(yuǎn)高于線性級(jí)；因此補(bǔ)償開關(guān)級(jí)有效的減少了線性級(jí)提供的電流，使得整個(gè)電源調(diào)制器，乃至整個(gè)包絡(luò)跟蹤系統(tǒng)的效率得到提高，提高效率效果良好。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明提供的雙開關(guān)電源調(diào)制器的電路原理圖；
[0017]圖2為本發(fā)明提供的雙開關(guān)電源調(diào)制器中驅(qū)動(dòng)電路的電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]為了解決用于包絡(luò)跟蹤系統(tǒng)的電源調(diào)制器效率偏低的問題，本發(fā)明提供一種采用雙開關(guān)變換器結(jié)構(gòu)、提高系統(tǒng)整體效率的電源調(diào)制器，其通過加入補(bǔ)償開關(guān)級(jí)對線性級(jí)輸出的電流進(jìn)行補(bǔ)償，減少低效率的線性放大器輸出電流，實(shí)現(xiàn)效率的提高，其主要構(gòu)成以下部分:
[0019]線性放大器級(jí)，由一個(gè)高增益帶寬積的運(yùn)算放大器與一個(gè)AB類推挽輸出級(jí)組成，其能夠獲得較大帶寬與較好的線性度，同時(shí)具有良好的負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力和一定的電流輸出能力；
[0020]主開關(guān)變換器級(jí)，由一個(gè)高速滯回比較器、驅(qū)動(dòng)級(jí)和一個(gè)開關(guān)輸出級(jí)組成，其具有良好的直流與低頻電流輸出能力；
[0021]補(bǔ)償開關(guān)級(jí)，由控制采樣電路、高速滯回比較器、邏輯控制電路、驅(qū)動(dòng)級(jí)和一個(gè)開關(guān)輸出級(jí)組成，其具有一定的較高頻電流輸出能力；
[0022]三者的輸出電流合并為整個(gè)電源調(diào)制器的輸出信號(hào)，為射頻功放供電。
[0023]實(shí)施例
[0024]本實(shí)施例結(jié)構(gòu)如圖1所示，該電源調(diào)制器包括:線性放大器級(jí)(圖1中的I區(qū))、主開關(guān)變換器級(jí)(圖1中的2區(qū))，以及補(bǔ)償開關(guān)級(jí)(圖1中的3區(qū))，I1、12、13和1ut指輸出節(jié)點(diǎn)的電流流向。圖1中X節(jié)點(diǎn)電壓跟隨輸入電壓Vin變化，電阻Rl阻止很小，輸出節(jié)點(diǎn)Y的電壓近似等于節(jié)點(diǎn)X電壓，其由線性級(jí)I決定。
[0025]當(dāng)有輸入時(shí)，X節(jié)點(diǎn)電壓跟隨輸入電壓Vin變化，線性級(jí)I在X節(jié)點(diǎn)輸出電流到輸出節(jié)點(diǎn)Y，這些電流在電阻Rl兩端形成一個(gè)電壓差，比較器U2感知這一電壓差輸出控制電壓Vl為高電平，經(jīng)過驅(qū)動(dòng)級(jí)U3控制開關(guān)U4導(dǎo)通。電感LI的作用為一個(gè)積分器，使得當(dāng)開關(guān)U4導(dǎo)通時(shí)主開關(guān)級(jí)2輸出的電流隨時(shí)間增加。當(dāng)輸入電壓減小或主開關(guān)級(jí)2輸出的電流超過負(fù)載需要的電流時(shí)，多余的電流由Y節(jié)點(diǎn)向X節(jié)點(diǎn)流入線性級(jí)I，使得電阻Rl兩端電壓差極性反轉(zhuǎn)，比較器U2感知極性反轉(zhuǎn)后輸出控制電壓Vl變?yōu)榱?，?jīng)過驅(qū)動(dòng)級(jí)U3控制開關(guān)U4關(guān)斷；即主開關(guān)級(jí)2提供大部分低頻和直流電流分量12。當(dāng)I2〈1ut時(shí)，線性級(jí)I向Y節(jié)點(diǎn)提供電流Il ;當(dāng)I2>1ut時(shí)，線性級(jí)I吸收掉多余的電流-11。
[0026]補(bǔ)償開關(guān)級(jí)3對主開關(guān)級(jí)2輸出的電流12和電源調(diào)制器的總輸出電流1ut進(jìn)行檢測，當(dāng)總輸出電流1ut與主開關(guān)級(jí)電流12差值為正值，且該差值在增大時(shí)補(bǔ)償開關(guān)級(jí)3輸出電流，反之則補(bǔ)償開關(guān)級(jí)關(guān)斷，此過程由R2和Cl組成的控制采樣電路來控制。其具體過程為:
[0027]當(dāng)總輸出電流1ut與主開關(guān)級(jí)電流12差值為正值時(shí)，線性級(jí)I開始在X節(jié)點(diǎn)輸出電流Il流向輸出端節(jié)點(diǎn)Y，這些電流在電阻Rl兩端形成一個(gè)正的電壓差，比較器U2感知這一壓差輸出電壓Vl為高電平；若Il增大，則一部分電流流經(jīng)R2為電容Cl充電，這些電流在電阻R2兩端形成一個(gè)正的電壓差，比較器U5感知這一壓差輸出電壓V2為高電平；V1與V2經(jīng)過與門U6后得到輸出電壓V3為高電平，再經(jīng)過驅(qū)動(dòng)級(jí)U7使得開關(guān)U8導(dǎo)通，輸出補(bǔ)償電流。即Vl為高電平說明總輸出電流1ut與主開關(guān)級(jí)電流12差值為正，V2為高電平說明該差值在增大。反之，當(dāng)電壓Vl與V2中任何一個(gè)為零時(shí)，電壓V3為零，開關(guān)U8關(guān)斷，補(bǔ)償開關(guān)級(jí)不輸出電流。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于包絡(luò)跟蹤系統(tǒng)的雙開關(guān)電源調(diào)制器，其特征在于，包括線性放大器級(jí)(I)、主開關(guān)變換器級(jí)(2)、補(bǔ)償開關(guān)級(jí)(3)及電阻(Rl)，所述線性放大器級(jí)(I)包括運(yùn)算放大器(Ul)、場效應(yīng)管(Ml)及場效應(yīng)管(M2)，所述主開關(guān)變換器級(jí)(2)包括滯回比較器(U2)、驅(qū)動(dòng)電路(U3)、開關(guān)(U4)及電感(LI)，所述補(bǔ)償開關(guān)級(jí)(3)包括電阻(R2)、電容(Cl)、滯回比較器(U5)、與門(U6)、驅(qū)動(dòng)電路(U7)、開關(guān)(U8)及電感(L2)； 所述場效應(yīng)管(Ml)的源極與電源(VDD)連接，其漏極與場效應(yīng)管(M2)的漏極相連，其柵極及場效應(yīng)管(M2)的柵極均連接于運(yùn)算放大器(Ul)的輸出端，場效應(yīng)管(M2)的源極接地；輸入信號(hào)(Vin)從運(yùn)算放大器(Ul)的正相輸入端輸入，運(yùn)算放大器(Ul)的負(fù)相輸入端與場效應(yīng)管(Ml)的漏極連接； 所述電阻(Rl)的一端記節(jié)點(diǎn)X與場效應(yīng)管(Ml)、(M2)的漏極相連，其另一端記節(jié)點(diǎn)Y與所述雙開關(guān)電源調(diào)制器的輸出端連接； 所述滯回比較器(U2)的兩個(gè)輸入端分別與電阻(Rl)的兩端連接，其輸出端與驅(qū)動(dòng)電路(U3)的輸入端連接；驅(qū)動(dòng)電路(U3)的輸出端與開關(guān)(U4)的一端連接，所述開關(guān)(U4)的另一端通過電感(LI)與所述雙開關(guān)電源調(diào)制器的輸出端連接；所述開關(guān)(U4)的一端與電源(VDD)連接； 所述電阻(R2)的一端與節(jié)點(diǎn)X連接，其另一端與電容(Cl)連接，電容(Cl)的另一端接地；所述滯回比較器(U5)的兩個(gè)輸入端分別與電阻(R2)的兩端連接，其輸出端連接于與門(U6)的一個(gè)輸入端；與門(U6)的另一個(gè)輸入端與驅(qū)動(dòng)電路(U3)的輸入端連接，其輸出端與驅(qū)動(dòng)電路(U7)的輸入端連接；開關(guān)(U8)的一端與驅(qū)動(dòng)電路(U7)的輸出端連接，其另一端通過電感(L2)與所述雙開關(guān)電源調(diào)制器的輸出端連接；所述開關(guān)(U8)的一端與電源(VDD)連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于包絡(luò)跟蹤系統(tǒng)的雙開關(guān)電源調(diào)制器，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)電路(U3)、(U7)均為數(shù)個(gè)反相器級(jí)聯(lián)的結(jié)構(gòu)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于包絡(luò)跟蹤系統(tǒng)的雙開關(guān)電源調(diào)制器，其特征在于，所述開關(guān)(U4)、(U8)均為高電平導(dǎo)通、低電平斷開的開關(guān)，且所述驅(qū)動(dòng)電路(U3)、(U7)均為由偶數(shù)個(gè)反相器級(jí)聯(lián)的結(jié)構(gòu)。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于包絡(luò)跟蹤系統(tǒng)的雙開關(guān)電源調(diào)制器，其特征在于，所述開關(guān)(U4)、(U8)均為低電平導(dǎo)通、高電平斷開的開關(guān)，且所述驅(qū)動(dòng)電路(U3)、(U7)均為由奇數(shù)個(gè)反相器級(jí)聯(lián)的結(jié)構(gòu)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于包絡(luò)跟蹤系統(tǒng)的雙開關(guān)電源調(diào)制器，屬于集成電路領(lǐng)域，主要解決了包絡(luò)跟蹤功率放大器現(xiàn)有技術(shù)中存在的電源調(diào)制器的效率偏低，不能較好的滿足系統(tǒng)要求的問題。本發(fā)明提供的電源調(diào)制器采用雙開關(guān)變換器結(jié)構(gòu)，包括線性放大器級(jí)、主開關(guān)變換器級(jí)及補(bǔ)償開關(guān)級(jí)，將輸出電流合并為整個(gè)電源調(diào)制器的輸出信號(hào)，為射頻功放供電。本發(fā)明通過加入補(bǔ)償開關(guān)級(jí)對線性級(jí)輸出的電流進(jìn)行補(bǔ)償，減少低效率的線性放大器輸出電流，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體效率的提高。
【IPC分類】H03F1/32, H03F3/45, G05F1/46
【公開號(hào)】CN104883139
【申請?zhí)枴緾N201510266972
【發(fā)明人】康凱, 熊翼通, 趙晨曦, 陳東
【申請人】電子科技大學(xué)
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2015年5月22日