申请/专利权人：联发科技股份有限公司

申请日：2018-07-24

公开（公告）日：2020-05-19

公开（公告）号：CN109756110B

主分类号：H02M3/156(20060101)

分类号：H02M3/156(20060101)

优先权：["20171108 US 62/583,069","20180720 US 16/040,594"]

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.05.19#授权;2019.06.07#实质审查的生效;2019.05.14#公开

摘要：本发明实施例提供了一种电源调制器、调制电源电路及其控制方法，用于向功率放大器提供调制电压。其中该电源调制器包括：线性放大器和开关转换器。该线性放大器用于根据调整电压以及包络追踪信号来产生该调制电压的交流分量，该调整电压由DC‑DC电压转换器转换电源电压而得，该包络追踪信号与该功率放大器的输入信号的振幅有关。该开关转换器包括：降压电路，用于将直流输入电压转换为该调制电压的直流分量；以及路径选择电路，用于将该电源电压和该调制电压之一发送至该降压电路以作为该直流输入电压。

主权项：1.一种电源调制器，用于向功率放大器提供调制电压，其特征在于，该电源调制器包括：线性放大器和开关转换器；其中，该线性放大器用于根据调整电压以及包络追踪信号产生该调制电压的交流分量，该调整电压由直流至直流电压转换器转换电源电压而得到，该包络追踪信号与该功率放大器的输入信号的振幅有关；其中，该开关转换器，包括：降压电路，电连接至该功率放大器，用于将直流输入电压转换为该调制电压的直流分量，其中该调制电压的直流分量小于该直流输入电压；以及路径选择电路，电连接至该降压电路，用于将该电源电压和该调整电压之一发送至该降压电路以作为该直流输入电压。

全文数据：电源调制器、调制电源电路及其控制方法技术领域本发明涉及电子电路，尤其涉及一种电源调制器、调制电源电路及相关的控制方法。背景技术图1A为示出了基于固定漏极偏置方案向功率放大器提供电源电压的框图。在图1A中，功率放大器PowerAmplifier，PA11基于具有恒定DCDirectCurrent，直流值的电源电压Vdd进行操作。在接收到输入信号Sin之后，功率放大器11放大该输入信号Sin以产生放大了的输出信号Sout。图1B示出了基于固定漏极偏置方案的供应至功率放大器的功率以及功率放大器消耗的功率的示意图。水平线Ln1表示供应至功率放大器11的电源电压Vdd为恒定的。在图1B中，斜线所示的区域Ppa表示功率放大器11的实际功率消耗，而虚线网点dottedscreentone所示的区域Pa1表示提供给功率放大器而功率放大器没有使用的功率。因此，虚线网点所示的区域Pa1暗示功率放大器11中不必要的功率损失。如图1B所示，在固定漏极偏置方案中，功率放大器使用固定的电源电压Vdd，但是功率放大器消耗的功率始终是变化的。因此，固定漏极偏置方案导致可观的功率损失并带来热问题。上述电源电压Vdd由电压源一般为电池提供。由于固定漏极偏置方案不节能，因此电池寿命缩短。因此，希望一种有效的方案来减少不必要的功率消耗。发明内容有鉴于此，本发明实施例提供了一种电源调制器、调制电源电路及其控制方法，能够向功率放大器提供调制的电压。本发明实施例提供了一种电源调制器，用于向功率放大器提供调制电压，该电源调制器包括：线性放大器和开关转换器；其中，该线性放大器用于根据调整电压以及包络追踪信号产生该调制电压的交流分量，该调整电压由直流至直流电压转换器转换电源电压而得到，该包络追踪信号与该功率放大器的输入信号的振幅有关；其中，该开关转换器，包括：降压电路，电连接至该功率放大器，用于将直流输入电压转换为该调制电压的直流分量，其中该调制电压的直流分量小于该直流输入电压；以及路径选择电路，电连接至该降压电路，用于将该电源电压和该调制电压之一发送至该降压电路以作为该直流输入电压。其中，该路径选择电路包括：第一选择开关，电连接至电压源和该降压电路，用于将该电压源提供的该电源电压传导至该降压电路；以及第二选择开关，电连接在该直流至直流电压转换器和该降压电路之间，用于将该调整电压传导至该降压电路；其中，通过路径选择信号来选择并导通该第一选择开关和该第二选择开关之一。其中，该降压电路包括：电感，电连接至该第一选择开关以及该第二选择开关；以及降压开关，电连接至该第一选择开关，该第二选择开关，该电感以及接地端；其中，通过该路径选择信号选择的该第一选择开关该第二选择开关与该降压开关交替导通。其中，该第一选择开关为第一PMOS晶体管，该第二选择开关为第二PMOS晶体管，以及该降压开关为NMOS晶体管。其中，当该路径选择信号选择并导通该第一PMOS晶体管时，该第一PMOS晶体管将该电源电压传导至该降压电路以作为该直流输入电压，以及该第二PMOS晶体管的体端子连接至该电源电压和该调整电压中具有较大电压电平者。其中，当该路径选择信号选择并导通该第二PMOS晶体管时，该第二PMOS晶体管将该调整电压传导至该降压电路以作为该直流输入电压，以及该第一PMOS晶体管的体端子连接至该电源电压和该调整电压中具有较大电压电平者。其中，该线性放大器通过输出端电连接至该功率放大器，该电源调制器进一步包括：输出电容，电连接至该输出端和接地端，其中在该输出端形成的该调制电压包括：该调制电压的该交流分量以及该调制电压的该直流分量。其中，该电源调制器进一步包括耦合电容，电连接至该线性放大器和该功率放大器，用于提供电容电压差。本发明实施例还提供了一种调制电源电路，用于向功率放大器供应调制电压，该调制电源电路包括：直流至直流电压转换器，用于将电源电压转换为调整电压，其中该调整电压小于或大于该电源电压；以及上述的电源调制器。其中，该直流至直流电压转换器包括：第一电感，具有第一端和第二端；第一模式开关，电连接至该第一端，用于接收该电源电压；第二模式开关，电连接至该第一端和接地端；第三模式开关，电连接至该第二端和接地端；第四模式开关，电连接至该第二端和该路径选择电路；以及负载电容，电连接至该第四模式开关，该接地端以及该路径选择电路；其中，该调整电压与该第一模式开关、该第二模式开关、该第三模式开关以及该第四模式开关的开关状态有关。其中，当该调整电压小于该电源电压时，该第一模式开关和该第二模式开关交替导通，该第三模式开关断开，以及该第四模式关导通。其中，当该调整电压大于该电源电压时，该第一模式开关导通，该第二模式开关断开，以及该第三模式开关和该第四模式开关交替导通。本发明实施例提供了一种调制电源电路的控制方法，其中该调制电源电路用于向功率放大器供应调制电压，该控制方法包括：将电源电压转换为调整电压；侦测该功率放大器的输入信号的包络以产生包络追踪信号；根据该调整电压和该包络追踪信号产生该调制电压的交流分量；使用该电源电压和该调整电压之一作为直流输入电压；以及将该直流输入电压转换为该调制电压的直流分量，其中该调制电压的直流分量小于该直流输入电压。本发明实施例的有益效果是：本发明实施例，向功率放大器提供调制的电压，从而减少功率放大器的不必要的功率损失。附图说明图1A为示出了基于固定漏极偏置方案向功率放大器供应电源电压的框图；图1B为示出了基于固定漏极偏置方案供应至功率放大器的功率以及功率放大器消耗的功率的示意图；图2A为根据本发明实施例的用于将调制电压Vpa供应至功率放大器的调制电源电路的示意图；图2B为根据本发明实施例的基于包络追踪偏置方案的供应至功率放大器的功率以及功率放大器消耗的功率的示意图；图3为根据本发明实施例的调制电源电路的内部模块的示意图；图4为根据本发明实施例的调制电源电路中使用的DC-DC电压转换器的示意图；图5A为降压模式的DC-DC电压转换器的示意图；图5B为升压模式的DC-DC电压转换器的示意图；图6为波形示意图，示出了用于控制DC-DC电压转换器的模式开关的开关控制信号Ssc1的波形；图7A为当DC-DC电压转换器操作在降压模式时，模式开关的开关状态的示意图；图7B为当DC-DC电压转换器操作在升压模式时，模式开关的开关状态的示意图；图8为根据本发明实施例的调制电源电路的配置的示意图；图9为使用AC耦合方案的调制电源电路的示意图；图10为选择电路的实施方案的示意图；图11为用于控制DC-DC电压转换器的降压开关的开关控制信号Ssc2的示意图；图12A为当调整电压Vm小于电源电压VddVmVdd且选择电源电压Vdd作为DC输入电压Vdc_in时，开关转换器的配置的示意图；图13B为当调整电压Vm大于电源电压VmVdd且选择调整电压Vm作为DC输入电压Vdc_in时，开关转换器的配置的示意图。具体实施方式为了改善电池的工作寿命，在本文中提供了一种包络追踪EnvelopeTracking，ET功率管理方案。该方案向功率放大器提供动态调整的调制电压Vpa，而不是向功率放大器提供固定的电源电压Vdd。由于调制电压Vpa随功率放大器的输入信号Sin的包络变化，因此可以显著地降低功率损失。图2A为根据本发明实施例的能够向功率放大器供应调制电压Vpa的调制电源电路的框图。如图2A所示，该调制电源电路25电连接至电压源23，包络探测器22以及功率放大器21。其中，包络探测器22电连接至功率放大器21。功率放大器21例如可以为AB类放大器。电压源23用于供应具有恒定DC值的电源电压Vdd，以及包络探测器22用于侦测输入信号的包络并产生包络追踪信号Venv。该包络追踪信号Venv表示及或携带与输入信号Sin的振幅变化有关的信息。调制电源电路25用于向功率放大器21供应调制电压Vpa。调制电源电路25进一步包括：DC-DC直流至直流电压转换器26以及电源调制器28。该DC-DC电压转换器26用于将电源电压Vdd转换为调整电压regulatedvoltageVm。根据本发明实施例，DC-DC电压转换器26可以为升压转换器或降压转换器。如此，调整电压Vm可以大于或小于电源电压Vdd也就是，VmVdd或VmVdd且选择电源电压Vdd作为DC输入电压Vdc_in时，开关转换器的配置的示意图。表3列出了图13A中所示的连接状态。第一排对应图13A的上面部分，以及第二排对应图12A的下面部分。表三当选择电源电压Vdd作为DC输入电压Vdc_in时，不管开关控制信号Ssc2如何变化，晶体管M2均保持断开。另一方面，晶体管M1，M3根据开关控制信号Ssc2的电压电平，选择性导通。图13A的上面部分显示：当开关控制信号Ssc2为高电平Ssc2’＝L，脉冲持续时间D2时，晶体管M1导通而晶体管M3断开。图13A的下面部分显示：当开关控制信号Ssc2为低电平Ssc2’＝H，非脉冲持续时间T2-D2时，晶体管M1断开而晶体管M3导通。由于假定图13A的调整电压Vm大于电源电压Vdd，因此保持断开的晶体管也就是，图13A上面部分和下面部分中所示的晶体管M2的体端子偏置在调整电压Vm处以保证在晶体管M2处没有产生泄漏电流。因此，在图13A中，晶体管M1的体端子偏置在电源电压Vdd处而晶体管M2的体端子偏置在调整电压Vm。图13B为当调整电压Vm大于电源电压VmVdd且选择调整电压Vm作为DC输入电压Vdc_in时，开关转换器的配置的示意图。表4列出了图13B中所示的连接状态。第一排对应图13B的上面部分，以及第二排对应图13B的下面部分。表四当选择调整电压Vm作为DC输入电压Vdc_in时，不管开关控制信号Ssc2如何变化，晶体管M1均保持断开。另一方面，晶体管M2，M3根据开关控制信号Ssc2的电压电平，交替导通。图13B的上面部分显示：当开关控制信号Ssc2为高电平Ssc2’＝L，脉冲持续时间D2时，晶体管M2导通而晶体管M3断开。图13A的下面部分显示：当开关控制信号Ssc2为低电平Ssc2’＝H，非脉冲持续时间T2-D2时，晶体管M1断开而晶体管M3导通。由于假定图13B中的调整电压Vm大于电源电压Vdd，因此保持断开的晶体管也就是，图13B上面部分和下面部分中所示的晶体管M1的体端子偏置在调整电压Vm处以保证在晶体管M1处没有产生泄漏电流。因此，在图13B中，晶体管M1和M2的体端子偏置调整电压Vm。请一并参考图12A和13A。在选择电源电压Vdd作为DC输入电压Vdc_in的情形中，晶体管M1的体端子连接至电源电压Vdd，同时晶体管M2的体端子的连接不固定但是取决于电源电压Vdd和调整电压Vm之间的大小。尽管晶体管M2在图12A和13A中均保持为断开，但是晶体管M2在这些图中的连接并不完全相同。当电源电压Vdd大于调整电压Vm时，晶体管M2的体端子接收电源电压Vdd图12A。当电源电压Vdd小于调整电压Vm时，晶体管M2的体端子接收调整电压Vm图13A。或者说，晶体管M2其在电源电压Vdd被视为DC输入电压Vdc_in时保持断开的体端子电连接至电源电压Vdd和调整电压Vm中具有较大电压电平者。请一并参考图12B和13B。在选择调整电压Vm作为DC输入电压Vdc_in的情形中，晶体管M2的体端子连接至调整电压Vm，同时晶体管M1的体端子的连接不固定但是取决于电源电压Vdd和调整电压Vm之间的大小。尽管晶体管M1在图12B和13B中均保持为断开，但是晶体管M1在这些图中的连接并不完全相同。当电源电压Vdd大于调整电压Vm时，晶体管M1的体端子接收电源电压Vdd图12B。当电源电压Vdd小于调整电压Vm时，晶体管M1的体端子接收调整电压Vm图13B。或者说，晶体管M1其在调整电压Vm被视为DC输入电压Vdc_in时保持断开的体端子电连接至电源电压Vdd和调整电压Vm中具有更大电压电平者。如上所述，调制电源电路包括：电源调制器，向功率放大器供应调制电压Vpa，该调制电压Vpa包括：AC分量Vpa_ac和DC分量Vpa_dc。另外，提供了一种调制电源电路的控制方法。该控制方法可以归结为如下步骤。首先，通过DC-DC电压转换器将电源电压Vdd转换为调整电压Vm。调整电压Vm可以大于或小于电源电压Vdd。接着，线性放大器根据调整电压和包络追踪信号Venv，产生调制电压的AC分量Vpa_ac。包络追踪信号Venv实时追踪功率放大器的输入信号Sin的振幅变化。另一方面，开关转换器也接收电源电压Vdd。开关转换器进一步利用电源电压Vdd和调整电压Vm之一作为DC输入电压Vdc_in并且转换DC输入电压Vdc_in为调制电压的DC分量Vpa_dc。开关转换器执行降压转换使得调制电压的DC分量Vpa_dc小于DC输入电压Vdc_in。如上所述，可以改善调制电源电路的功率效率和热降低thermalreduction。另外，可以改善功率放大器的线性度，以及功率放大器可以提供更高的操作功率。调制电源电路可以在许多效率和电池寿命至关重要的门户应用中使用。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种电源调制器，用于向功率放大器提供调制电压，其特征在于，该电源调制器包括：线性放大器和开关转换器；其中，该线性放大器用于根据调整电压以及包络追踪信号产生该调制电压的交流分量，该调整电压由直流至直流电压转换器转换电源电压而得到，该包络追踪信号与该功率放大器的输入信号的振幅有关；其中，该开关转换器，包括：降压电路，电连接至该功率放大器，用于将直流输入电压转换为该调制电压的直流分量，其中该调制电压的直流分量小于该直流输入电压；以及路径选择电路，电连接至该降压电路，用于将该电源电压和该调制电压之一发送至该降压电路以作为该直流输入电压。2.如权利要求1所述的电源调制器，其特征在于，该路径选择电路包括：第一选择开关，电连接至电压源和该降压电路，用于将该电压源提供的该电源电压传导至该降压电路；以及第二选择开关，电连接在该直流至直流电压转换器和该降压电路之间，用于将该调整电压传导至该降压电路；其中，通过路径选择信号来选择并导通该第一选择开关和该第二选择开关之一。3.如权利要求2所述的电源调制器，其特征在于，该降压电路包括：电感，电连接至该第一选择开关以及该第二选择开关；以及降压开关，电连接至该第一选择开关，该第二选择开关，该电感以及接地端；其中，通过该路径选择信号选择的该第一选择开关该第二选择开关与该降压开关交替导通。4.如权利要求3所述的电源调制器，其特征在于，该第一选择开关为第一PMOS晶体管，该第二选择开关为第二PMOS晶体管，以及该降压开关为NMOS晶体管。5.如权利要求4所述的电源调制器，其特征在于，当该路径选择信号选择并导通该第一PMOS晶体管时，该第一PMOS晶体管将该电源电压传导至该降压电路以作为该直流输入电压，以及该第二PMOS晶体管的体端子连接至该电源电压和该调整电压中具有较大电压电平者。6.如权利要求4所述的电源调制器，其特征在于，当该路径选择信号选择并导通该第二PMOS晶体管时，该第二PMOS晶体管将该调整电压传导至该降压电路以作为该直流输入电压，以及该第一PMOS晶体管的体端子连接至该电源电压和该调整电压中具有较大电压电平者。7.如权利要求1所述的电源调制器，其特征在于，该线性放大器通过输出端电连接至该功率放大器，该电源调制器进一步包括：输出电容，电连接至该输出端和接地端，其中在该输出端形成的该调制电压包括：该调制电压的该交流分量以及该调制电压的该直流分量。8.如权利要求1所述的电源调制器，其特征在于，该电源调制器进一步包括：耦合电容，电连接至该线性放大器和该功率放大器，用于提供电容电压差。9.一种调制电源电路，用于向功率放大器供应调制电压，其特征在于，该调制电源电路包括：直流至直流电压转换器，用于将电源电压转换为调整电压，其中该调整电压小于或大于该电源电压；以及如权利要求1至8中任一项所述的电源调制器。10.如权利要求9所述的调制电源电路，其特征在于，该直流至直流电压转换器包括：第一电感，具有第一端和第二端；第一模式开关，电连接至该第一端，用于接收该电源电压；第二模式开关，电连接至该第一端和接地端；第三模式开关，电连接至该第二端和接地端；第四模式开关，电连接至该第二端和该路径选择电路；以及负载电容，电连接至该第四模式开关，该接地端以及该路径选择电路；其中，该调整电压与该第一模式开关、该第二模式开关、该第三模式开关以及该第四模式开关的开关状态有关。11.如权利要求10所述的调制电源电路，其特征在于，当该调整电压小于该电源电压时，该第一模式开关和该第二模式开关交替导通，该第三模式开关断开，以及该第四模式关导通。12.如权利要求10所述的调制电源电路，其特征在于，当该调整电压大于该电源电压时，该第一模式开关导通，该第二模式开关断开，以及该第三模式开关和该第四模式开关交替导通。13.一种调制电源电路的控制方法，其中该调制电源电路用于向功率放大器供应调制电压，其特征在于，该控制方法包括：将电源电压转换为调整电压；侦测该功率放大器的输入信号的包络以产生包络追踪信号；根据该调整电压和该包络追踪信号产生该调制电压的交流分量；使用该电源电压和该调整电压之一作为直流输入电压；以及将该直流输入电压转换为该调制电压的直流分量，其中该调制电压的直流分量小于该直流输入电压。

百度查询： 联发科技股份有限公司 电源调制器、调制电源电路及其控制方法

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息，力求客观、公正，但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解，仅供参考使用，不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

阅读全文 双屏查看 官方信息 专利公告 收藏专利 下载PDF 下载WORD