具有用于包絡(luò)跟蹤的電源負(fù)載變化降噪的通信設(shè)備及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 這里描述的實(shí)施例涉及用于包絡(luò)跟蹤中的負(fù)載變化的降噪。一些實(shí)施例涉及用于 通信設(shè)備中的無線電頻率（RF)功率放大器的電源。一些實(shí)施例涉及蜂窩網(wǎng)絡(luò)（包括第三 代合作伙伴計劃長期演進(jìn)（3GPP LTE)網(wǎng)絡(luò)）中的用戶設(shè)備（UE)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著諸如計算機(jī)、蜂窩電話、以及其他移動設(shè)備的電子設(shè)備發(fā)展到更快速的RF架 構(gòu)，系統(tǒng)遇到了會限制RF性能的增大的電源敏感性問題。由于這種架構(gòu)是基于大型數(shù)字結(jié) 構(gòu)的切換的，所以電源應(yīng)該應(yīng)對導(dǎo)致電源的顯著下降的高電流充電。另外，切換速度可以 是非常高頻率的，這將不允許電壓調(diào)節(jié)器在新切換誤差出現(xiàn)之前對電壓誤差做出反應(yīng)和校 正。所以，期望在基本不增大功率消耗并且基本不增大尺寸的條件下，提供用于具有最小噪 聲的非?？焖俚那袚Q的電源降噪。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于切換數(shù)字結(jié)構(gòu)的切換裝置，該切換裝置 包括：多個切換負(fù)載單元，被配置為在第一電壓和第二電壓進(jìn)行操作來切換數(shù)字信號，多個 切換負(fù)載單元中的每個被配置為由數(shù)字控制信號的相應(yīng)比特位開啟，每個切換負(fù)載單元包 括：充電電容器，被配置為被耦合到功率放大器；輸出節(jié)點(diǎn)，被配置為被耦合到負(fù)載電容； 切換電路，被配置為將充電電容器耦合到負(fù)載電容并且將電壓調(diào)節(jié)器連接到輸出節(jié)點(diǎn)，以 將輸出節(jié)點(diǎn)處的電壓調(diào)節(jié)到第二電壓；以及控制信號源，被配置為提供數(shù)字控制信號。
[0004] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種包絡(luò)跟蹤裝置，包括：功率放大器（PA)，被配 置為被耦合到數(shù)字信號源；多個切換負(fù)載單元，被配置為被切換以在第一電壓和第二電壓 進(jìn)行操作從而切換數(shù)字信號，多個切換負(fù)載單元中的每個被配置為由數(shù)字控制信號的比特 位開啟，每個切換負(fù)載單元包括：充電電容器，被配置為被耦合到PA，輸出節(jié)點(diǎn)，被配置為 被耦合到負(fù)載電容，以及切換電路，被配置為將充電電容器耦合到負(fù)載電容并且將電壓調(diào) 節(jié)器連接到輸出節(jié)點(diǎn)，以將輸出節(jié)點(diǎn)處的電壓調(diào)節(jié)到第二電壓；切換控制器，被耦合到PA 并且被配置為在切換事件期間在第一電壓和第二電壓之間切換PA，以跟蹤包絡(luò)；以及旁路 電容器，被耦合到多個切換負(fù)載單元，并且電容器的電容至少約為被開啟的多個切換負(fù)載 單元的充電電容器的總和。
[0005] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種發(fā)送器，包括：生成供傳輸?shù)闹辽僖粋€多路復(fù) 用信號的電路；以及包絡(luò)跟蹤裝置，被耦合到該電路并且包括：功率放大器（PA)，被配置為 被耦合到將被切換的數(shù)字信號源；多個切換負(fù)載單元，被配置為在第一電壓和第二電壓進(jìn) 行操作以切換數(shù)字信號，多個切換負(fù)載單元中的每個被配置為在至少一些數(shù)字信號的切換 事件期間由數(shù)字控制信號的比特位開啟，每個切換負(fù)載單元包括：充電電容器，被配置為被 耦合到PA ;輸出節(jié)點(diǎn)，被配置為被耦合到負(fù)載電容；以及切換電路，被配置為將充電電容器 耦合到負(fù)載電容并且將電壓調(diào)節(jié)器連接到輸出節(jié)點(diǎn)，以將輸出節(jié)點(diǎn)處的電壓調(diào)節(jié)到第二電 壓；切換控制器，被耦合到PA并且被配置為在每個切換事件期間在第一電壓和第二電壓之 間切換PA，以跟蹤包絡(luò)；以及旁路電容器，被耦合到多個切換負(fù)載單元，電容器的電容至少 約為被開啟的多個切換負(fù)載單元的充電電容器的總和。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于切換事件的包絡(luò)跟蹤中的降噪方法，該 方法包括：基于用于每個切換事件的數(shù)字控制信號的比特位數(shù)來配置切換負(fù)載單元的數(shù) 目；配置每個切換負(fù)載單元在第一電壓和第二電壓進(jìn)行操作；將每個切換負(fù)載單元的充電 電容器耦合到每個切換負(fù)載單元的輸出節(jié)點(diǎn)處的負(fù)載電容；以及將被配置為調(diào)節(jié)到第二電 壓的電壓調(diào)節(jié)器耦合到每個切換負(fù)載單元的輸出節(jié)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0007] 圖1是根據(jù)一些實(shí)施例的電源降噪負(fù)載單元切換的示例。
[0008] 圖2示出了根據(jù)一些實(shí)施例的具有電平轉(zhuǎn)換器的包絡(luò)跟蹤系統(tǒng)。
[0009] 圖3是根據(jù)一些實(shí)施例的圖3A和圖1之間的關(guān)系的圖示。
[0010] 圖3A是根據(jù)一些實(shí)施例的到用于包絡(luò)跟蹤操作的功率放大器（PA)的P型金屬氧 化物半導(dǎo)體（PM0S)開關(guān)的電平轉(zhuǎn)換器連接的示意性框圖。
[0011] 圖3B示出了根據(jù)一些實(shí)施例的用于圖3A的電平轉(zhuǎn)換器的電平轉(zhuǎn)換器示意性實(shí)施 方式。
[0012] 圖3C示出了根據(jù)一些實(shí)施例的用于對圖3A的電平轉(zhuǎn)換器進(jìn)行定時的邏輯。
[0013] 圖4A是根據(jù)一些實(shí)施例的用于電平轉(zhuǎn)換器的不同轉(zhuǎn)變的電平轉(zhuǎn)換器切換狀態(tài)的 示意圖。
[0014] 圖4B是根據(jù)一些實(shí)施例的電平轉(zhuǎn)換器控制波形的時序圖。
[0015] 圖5是用于切換事件的包絡(luò)跟蹤中的降噪過程的流程圖。
[0016] 圖6是根據(jù)一些實(shí)施例的UE的框圖。
[0017] 圖7是根據(jù)一些實(shí)施例的LTE網(wǎng)絡(luò)的端到端網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的一部分的功能示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 隨著電子設(shè)備向更快速的數(shù)字RF架構(gòu)發(fā)展，系統(tǒng)遇到了限制RF性能的增大的電 源靈敏性問題。由于該架構(gòu)是以大型數(shù)字結(jié)構(gòu)的切換為基礎(chǔ)的，所以電源需要應(yīng)對導(dǎo)致電 源的顯著下降的高電流充電。如這里所使用的，單個切換可以被稱為"切換事件"。在當(dāng)前 已知的解決方案中，如果電源上的波動被限制到例如10毫伏，則對于5pF的負(fù)載和1伏的 電壓，可能需要500皮法（pF)量級的電容來降低壓降。另外，用在實(shí)施例中的低壓差（LD0) 穩(wěn)壓器將在下一切換事件出現(xiàn)之前對切換誤差進(jìn)行反應(yīng)和校正。但是，切換速度是非常高 頻率的，這不允許調(diào)節(jié)器在下一切換誤差出現(xiàn)之前對電壓誤差進(jìn)行反應(yīng)和校正。在過去的 解決方案中，旁路電容器大大增加，并且通過添加更多電流來加速調(diào)節(jié)器響應(yīng)，這是有問題 的。
[0019] 所公開的主題通過考慮以下事實(shí)來解決這個問題：負(fù)載電流充電在很多情況下 被預(yù)先定義，并且因此每個切換事件所需的適當(dāng)充電量可以被準(zhǔn)備好，從而減少半導(dǎo)體芯 片中需要的旁路電容量和電源的波動。在一個實(shí)施例中，該技術(shù)可以作為包絡(luò)跟蹤系統(tǒng)被 實(shí)現(xiàn)在RF發(fā)送器中，其中該包絡(luò)跟蹤系統(tǒng)具有顯著減小的旁路電容。在一些實(shí)施例中，數(shù) 百皮法（pF)的電容可以被減小到lOpF左右。這種實(shí)施方式會對在第三代合作伙伴計劃 (3GPP)規(guī)范中進(jìn)行操作的發(fā)送器的功率放大器產(chǎn)生影響。發(fā)送器可以利用非恒定包絡(luò)調(diào)制 (例如，寬帶碼分多址（WCDMA)、或者正交頻分復(fù)用（OFDM))進(jìn)行操作。用于這種發(fā)送器的 RF PA的包絡(luò)跟蹤可能需要切換定義PA看到的實(shí)際電壓的不同電阻性負(fù)載，通過切換不同 電阻性負(fù)載可以創(chuàng)建包絡(luò)跟蹤實(shí)施方案。
[0020] 圖1是根據(jù)實(shí)施例的電源降噪單元切換的示例。數(shù)字結(jié)構(gòu)包括多個單元，其中每 個單元可以由用于切換的數(shù)字控制信號的相應(yīng)比特位控制。示出了單元的三個實(shí)例（該數(shù) 目僅用于示例目的）。在實(shí)際的切換情形中，將存在遠(yuǎn)多于3個單元。每個單元都具有負(fù) 載電容（例如，對于一個實(shí)例（即，單元1)在60處示出的(^_)、和用于降噪的附加電容和 開關(guān)（例如，10處示出的C e_E1和開關(guān)50)。在這種情況下，電容器10 (C e_E)被耦合到PA 30，PA 30經(jīng)由50處表示的開關(guān)被連接到兩個電源電壓中的較高的一個電源電壓40VH。在 切換事件期間，PA 30的電容器10被從VH分離，并且經(jīng)由切換組件（未示出）被連接到負(fù) 載電容60(Cload)。通過選擇CeHAR(；jP Cload之間的適當(dāng)比例，切換將創(chuàng)建希望的負(fù)載電壓 值（VL)。對于一般系統(tǒng)，VH可以大約為1.8V，并且VL可以大約為IV。以下根據(jù)等式（1) 給出了比例1. 25。
[0022] 這使得電容器CCHARffi具有僅6. 25pF的值（對于5pF C _)。
[0023] 如以上討論的，圖1示出了作為示例的三個單元實(shí)例，單元1、單元2、單元3。實(shí)例 的數(shù)目取決于用于控制數(shù)字結(jié)構(gòu)或者數(shù)字塊的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的比特位數(shù)。為了簡單僅示出了三 個單元實(shí)例，但是通常存在數(shù)百個單元實(shí)例。每個單元被設(shè)計為：其在被切換時將防止切換 噪聲，其中該切換與同樣可能正在切換的其他單元無關(guān)。換言之，可以針對每個負(fù)載單元重 復(fù)以上示例，如圖1中的示例形式中所示，例如：
[0024] 切換事件1 :數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)1， CcHARGEl? CL〇A[)1? VL1?
[0025] 切換事件2 :數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)2, CcHARGE2，ClcWD2，VL2，
[0026]切換事件 3 :數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù) 3, CCHARGE3, CL(]AD3, VL3，
[0027] …
[0028] 切換事件N :數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)N，CCHARGEN，CL。細(xì)，VLN〇
[0029] 圖1的實(shí)施例已經(jīng)通過仿真被示出，以利用非常小的電容器而幾乎不產(chǎn)生誤差。 另外，每個切換單元現(xiàn)在具有其自身的CCHARGE值，使得如同對于所有切換單元使用單個 電源的情況一樣，基本上沒有從一個單元拖拽到另一個單元的誤差。這一分割消除了需要 在所使用的低壓差（LD0)穩(wěn)壓器中投入大量電流以進(jìn)行快速建立的現(xiàn)有解決方案中的"存 儲器"問題。在所討論的實(shí)施例中，每個切換事件所需要的充電量已經(jīng)被準(zhǔn)備好，以降低電 源上的噪聲。注入的電荷可以被存儲在與將被切換到的負(fù)載成比例的不同電容器上。這在 基本上不增大功率消耗、并且僅少量增大尺寸的條件下，以最小噪聲提供了非?？焖俚那?換。實(shí)際上，增加的尺寸相對較小，因此相對于現(xiàn)有選項(xiàng)產(chǎn)生了實(shí)質(zhì)改進(jìn)。
[0030] 圖2示出了根據(jù)實(shí)施例的具有電平轉(zhuǎn)換器或LS的包絡(luò)跟蹤系統(tǒng)。當(dāng)被用在用于 RF PA的包絡(luò)跟蹤的實(shí)際電路中時，圖1的實(shí)施例將需要切換定義PA看到的實(shí)際電壓VLn 的不同電阻性負(fù)載，這樣可以創(chuàng)建包絡(luò)跟蹤實(shí)施例。包絡(luò)跟蹤