用于基于电容性的数模转换器的功率放大器的装置和方法

摘要

本申请提供了用于基于电容性的数模转换器的功率放大器的装置和方法。在示例中，发射器放大器可以包括输入电感器、具有耦合至输入电感器的第一节点和控制节点的开关、以及电容性的数模转换器(CDAC)，放大器被配置为在第一节点处接收包络信号的第一模拟表示，从电感器接收振幅信号的第二模拟表示，在控制节点处接收相位信号，并且使用相位信号、包络信号的第一模拟表示和振幅信号的第二模拟表示来提供第一调制信号，以及电容性的数模转换器(CDAC)被配置为接收振幅信号的数字表示，并且提供振幅信号的第一模拟表示。

说明书

技术领域

本主题涉及功率放大器。一些实施例涉及无线通信。一些实施例涉及包括第三代合作伙伴计划(3GPP)长期演进(LTE)网络的蜂窝网络。

背景技术

数字极性发射器(DPTX)架构对于现代的无线电技术是非常有吸引力的，因为这样的架构与传统模拟架构相比可以提供改进的面积和功耗特性。极性调制技术可能要求线性宽带发射器在所有输出电平上具有有效的操作。E级放大器具有使得它们对于数字极性发射器有吸引力的某些特性。然而，对于诸如与LTE系统相关联的这些要求之类的更高调制带宽要求，当前E级放大器架构无法传输包络信号带宽。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种发射器放大器，包括开关，该开关具有控制节点和开关节点，该开关节点被耦合至输入电感器，以及电容性的数模转换器(CDAC)，该CDAC被配置为接收振幅信号的数字表示，以及提供振幅信号的第一模拟表示。发射器放大器可以被配置为在开关节点处接收振幅信号的第一模拟表示，从输入电感器接收振幅信号的第二模拟表示，在控制节点处接收相位信号，以及使用相位信号、振幅信号的第一模拟表示和振幅信号的第二模拟表示来提供调制信号。

根据本发明的另一个方面，提供了一种使用基于电容性的数模转换器(CDAC)的放大器来提供调制的无线电频率信号的方法，包括：在发射器放大器的第一扼流器的第一节点处接收传输信息的包络信息的第一模拟表示，在第一扼流器的第二节点处接收包络信息的第二模拟表示，在发射器放大器的开关的控制节点处接收相位信号，根据相位信号的状态来使用开关将第一扼流器与接地端耦合和去耦合，使用包络信息的数字表示和耦合至开关和第一扼流器的第一CDAC来将传输信息的高频率分量恢复到第一调制信号，第一CDAC被配置为提供包络信息的第二模拟表示，并且将第一调制信号传递给负载来提供调制的射频信号。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于无线网络的数字发射器可以包括功率放大器和数字时间转换器(DTC)，该功率放大器被布置为基于第一模拟振幅信号和相位信号来生成无线信号，该DTC被布置为生成相位调制信号。功率放大器可以包括输入电感器、开关、和电容性的数模转换器(CDAC)，该开关具有开关节点和控制节点，该开关节点被耦合至输入电感器，该放大器被配置为在开关节点处接收第一模拟振幅信号，从电感器接收第二模拟振幅信号，在控制节点处接收相位信号，并且使用相位信号、第一模拟振幅信号和第二模拟振幅信号来提供调制信号，该CDAC被配置为接收第一振幅信号的数字表示，并且提供振幅信号的第二模拟表示。

附图说明

在附图中，附图不一定按比例绘制，相似的编号可以描述不同视图中类似的组件。具有不同字母后缀的相似编号可以表示类似的组件的不同实例。附图通过示例的方式而不是限制的方式一般地示出了本文件中所讨论的各种实施例。

图1根据一些实施例示出了具有网络的各种组件的LTE网络的端到端网络架构的一部分。

图2根据本主题的实施例一般地示出了示例发射器。

图3根据本主题一般地示出了示例放大器系统。

图4根据本主题一般地示出了示例放大器系统。

图5A和5B根据本主题示出了采用电容性的数模转换器(CDAC)的功率可控制的E级放大器的示例。

图6A、6B和6C根据本主题示出了开关模式功率放大器和CDAC的组合的拟微分输出示例。

图7根据本主题的各种示例一般地示出了用于操作基于CDAC的放大器的示例方法的流程图。

具体实施方式

图1根据一些实施例示出了具有网络的各种组件的LTE网络的端到端网络架构的一部分。网络包括通过S1接口115耦合在一起的无线电接入网(RAN)(例如，如同所描述的，演进型通用地面无线电接入网(E-UTRAN))和核心网(例如，演进型分组核心(EPC))120。应当注意的是为了方便和简洁，只显示了核心网以及RAN的一部分。

核心(EPC)120包括移动性管理实体(MME)122、服务网关(服务GW)124、和分组数据网络网关(PDNGW)126。RAN包括用于与用户设备(UE)102进行通信的增强型节点B(eNB)104(其可以作为基站运行)。eNB104可以包括宏eNB和低功率(LP)eNB。

MME在功能上类似于传统服务通用分组无线电服务(GPRS)支持节点(SGSN)的控制面。MME管理接入中的移动性方面，例如网关选择和跟踪区域列表管理。服务GW124终止朝向RAN的接口，并且在RAN与核心网之间路由数据分组。此外，它可以是用于eNB间切换的本地移动性锚点，并且还可以为3GPP间移动性提供锚点。其他职责可以包括合法拦截、收费、和一些策略执行。服务GW124和MME122可以在一个物理节点中或分开的物理节点中被实现。PDNGW126终止朝向PDN的SGi接口。PDNGW126在EPC120与外部PDN之间路由数据分组，并且可以是用于策略执行和计费数据收集的关键节点。它还可以提供用于具有非LTE接入的移动性的锚点。外部PDN可以是任意类型的IP网络，以及IP多媒体子系统(IMS)域。PDNGW126和服务GW124可以在一个物理节点中或分开的物理节点中被实现。

eNB104(宏eNB和微eNB)可以终止空中接口协议，并且通常是(如果不是总是)联系UE102的第一点。在一些实施例中，eNB104可以满足RAN的各种逻辑功能，包括但不限于无线电网络控制器(RNC)功能，例如无线电承载管理、上行链路和下行链路动态无线电资源管理和数据分组调度、和移动性管理。

S1接口115是分开RAN和EPC120的接口。它分为两个部分：S1-U，该S1-U在eNB104与服务GW124之间运送流量数据；以及S1-MME，该S1-MME是eNB104与MME122之间的信令接口。X2接口是eNB104之间(至少是大部分如下面将谈到的微eNB之间)的接口。X2接口包括两个部分：X2-C和X2-U。X2-C是eNB104之间的控制面接口，而X2-U是eNB104之间的用户面接口。

在蜂窝网络中，LP小区通常被用来将覆盖扩展到室外信号不容易到达的室内区域，或用来在诸如火车站之类的具有非常密集的电话使用率的区域中增加网络容量。如本文所使用的，术语低功率(LP)eNB指的是用于实现诸如毫微微小区、微微小区、或微小区之类的较窄小区(比宏小区更窄)的任意合适的相对的低功率eNB。毫微微小区eNB通常由移动网络运营商提供给它的住宅客户或企业客户。毫微微小区通常是住宅网关的大小或更小，并且一般地连接至用户的宽带线路。一旦插入，毫微微小区连接至移动运营商的移动网络，并且对住宅毫微微小区提供通常30米到50米范围的额外覆盖。因此，LPeNB可以是毫微微小区eNB，因为它通过PDNGW126被耦合。类似地，微微小区通常是覆盖小型区域(例如，建筑内(写字楼、商场、火车站等等)、或最近以来的飞机内)的无线通信系统。微微小区eNB一般地可以通过它的基站控制器(BSC)功能通过X2链路连接至诸如宏eNB之类的另一个eNB。因此，由于微微小区eNB经由X2接口被耦合至宏eNB，所以LPeNB104可以通过微微小区eNB来实现。微微小区eNB和LPeNB可以包含宏eNB的一些或所有功能。在一些情况下，这可能被称为接入点基站或企业毫微微小区。

DPTX架构对于现代无线电是非常有吸引力的，因为这样的架构与传统的模拟架构相比可以提供改进的面积和功耗特性。根据一些实施例，UE102或eNB104可以包括发射器放大器，该发射器放大器包括输入电感器、开关、和CDAC。在某些示例中，开关可以具有控制节点和耦合至输入电感器的第一开关节点。在某些示例中，CDAC可以接收振幅信号的数字表示，并且可以提供振幅信号的第一模拟表示。发射器放大器可以被配置为在第一开关节点处接收振幅信号的第一模拟表示，从电感器接收振幅信号的第二模拟表示，在控制节点处接收相位信号，并且使用相位信号、振幅信号的第一模拟表示和振幅信号的第二模拟表示来提供第一调制信号。

图2根据本主题的一个实施例一般地示出了数字极性发射器200。所示出的架构被显示为示例发射器无线电电路。应当理解的是，该极性架构还可以在接收器无线电电路中被采用。在某些示例中，发射器200可以包括处理器201、本地振荡器202、数字时间转换器(DTC)203、针对DTC203的可选择的预处理器204、功率放大器205、和天线206。在某些示例中，处理器201可以包括诸如用于移动电子设备之类的基带处理器、数字信号处理器(DSP)、或用于提供数字传输数据的振幅和相位调制信息表示的协调旋转数字计算机(Cordic)转换器。在某些示例中，DTC203的一些已知非线性可以使用预处理器204来补偿。在一些示例中，预处理器204可以从处理器201接收相位调制信息。在一些示例中，预处理器204可以接收用于提供期望的无线电频率的相位斜坡信息(ψ)。在某些示例中，预处理器204可以调整或校正接收到的处理器信息，从而提供校正的信息(ψ_CORR)来补偿DTC203的至少一些非线性。在某些示例中，DTC203可以从本地振荡器202接收参考时钟信息，并且从预处理器204接收校正的处理器信息(ψ_CORR)。DTC203可以使用本地振荡器202在期望的频率提供输出信号(DTC_OUT)，并且提供校正的处理器信息(ψ_CORR)。对于发射器示例，功率放大器205可以将输出信号(DTC_OUT)与振幅信息混合来提供传输信号。天线206可以传播传输信号，以用于由第二设备来接收。

极性调制技术可能要求线性宽带发射器在所有输出电平具有有效的操作。在诸如包络消除和恢复(EER)之类的某些调制技术中，可以提供高效率，但是高线性可能是挑战。EER采用混合有导致输出信号具有包络和相位信息的包络变化振幅信号的相位调制恒包络信号。EER调制技术的混合放大器在相位调制信号和振幅信号的动态范围上应当具有线性电压增益和高效率。E级放大器可以满足EER调制技术的许多要求。除了EER，用于调制的另一个现有技术称为包络跟踪(ET)。ET可以调整E级放大器的电源电压来在每个需要的时刻传递功率。ET技术相比于EER技术的优势是相位信号和振幅信号之间的纳秒范围中的时序不匹配可以被改进。然而，ET技术的效率可能被线性功率放大器限制。

因此，对于诸如与LTE系统相关联的这些要求之类的更高调制带宽的要求，E级放大器受到信号调制带宽的限制。虽然包络信号可以用适当的带宽来提供(其不可能具有高效率)，但是E级放大器无法传输包络信号带宽。

本主题认识到开关模式功率放大器和CDAC的组合可以有效地向通过调制开关模式功率放大器的电源来生成的无线电频率(RF)信号提供低频率分量，并且可以使用CDAC恢复调制信号的高频率分量。

图3根据本主题的各种示例一般地示出了放大器系统305。放大器系统305可以包括开关模式功率放大器和CDAC306。开关模式功率放大器可以包括扼流器(L0)、开关(S1)、包括一个或多个分立电容器的并联电容器电路(C0)、和输出电感器电容器(L-C)电路(C1，L1)。开关模式功率放大器可以在扼流器(L0)处接收数字通信信息的模拟包络信号(ENVELOPE)表示，例如来自基带处理器的数字通信信息。开关(S1)的控制端可以接收数字通信信息的模拟、相位调制信号(PHASE)。CDAC306的输出可以在与扼流器(L0)、并联电容器电路(C0)和输出L-C电路(C1，L1)共有的第一节点处被接收。CDAC306可以接收数字通信信息的数字表示或它的一部分。在一些示例中，CDAC306可以接收数字通信信息的包络的数字表示。在某些示例中，例如图3中示出的装置，CDAC306可以为RF信号恢复通信信息的高频率分量。

图4根据本主题的各种示例一般地示出了放大器系统405。放大器系统405可以包括将CDAC406作为并联电容器电路(C0)来使用的开关模式功率放大器。在某些示例中，开关模式功率电源可以包括扼流器(L0)、开关(S1)、包括CDAC406的并联电容器电路(C0)、和输出阶段L-C电路(C1，L1)。所示出的放大器系统405在维持E级放大器和CDAC的组合的宽带和线性优势的同时进一步简化了图3的放大器系统305。在某些示例中，在回退阶段(backoff)，组合的放大器可以类似于Doherty功率放大器来工作，其中两个组合的电路中的较小者传递功率。

图5A和5B根据本主题的各种示例示出了采用CDAC506的功率可控制的E级放大器505的示例。控制字可以使用功率选择开关或晶体管(X1，X2，XN)来启用或禁用与调制扼流器电流相关联的附加电流路径，从而调整功率可控制的E级放大器505的功率。在某些示例中，一个或多个相位开关(S1，S2，SN)可以互相并联耦合，并且与输入电感器或扼流器(L0)串联地耦合。在一些示例中，功率选择开关(X1，X2，XN)可以与相应的相位开关(S1，S2，SN)串联。使用一个或多个调谐开关(Y1，Y2)来调谐一个或多个输出匹配网络的电容器(C2，C3)可以控制功率可控制的E级放大器505的输出功率。在一个或多个输出匹配网络的每一个中的CDAC506可以在每一个不同的输出功率设置处协助恢复RF信号的高频率分量。

图6A、6B和6C根据本主题的各种实施例示出了包括开关模式功率放大器和CDAC的发射器或发射器放大器605的拟差分输出示例。放大器605可以包括各自耦合至功率放大器605的输出的第一差分输出电路611和第二差分输出电路612。参见图6A，第一差分输出电路611可以包括扼流器(L0)、第一相位控制的开关(PHASE)、包括第一CDAC606的第一并联电容器电路(C0)、和第一输出L-C电路(L1，C1)。第二差分输出电路612可以包括第二扼流器第二相位控制的开关包括第二CDAC607的并联电容器电路和第二输出L-C电路每一个输出电路的L-C输出电路可以被耦合至负载来提供RF信号。在某些示例中，第二相位控制的开关被耦合来接收第一相位控制的开关(PHASE)的控制信号的补偿。参见图6B，拟差分放大器605包括在两个差分输出路径与负载之间耦合的单一输出电感器(L1)。在某些示例中，发射器放大器605可以包括在诸如接地之类的参考电压与两个差分输出路径的输出之间耦合的可调输出修整电容器(C2)。参见图6C，拟差分放大器605可以包括输出变压器(T1)代替一个或多个输出电感器。

图7根据本主题的各种示例一般地示出了用于提供调制无线电频率信号的方法700的流程图。在701处，方法700可以包括在发射器放大器的第一扼流器的第一节点处接收传输信息的包络信息的第一模拟表示。在702处，方法700可以包括在第一扼流器的第二节点处接收包络信息的第二模拟表示。在703处，方法700可以包括在发射器放大器的第一开关的控制节点处接收相位信号。在704处，方法700可以包括根据相位信号的状态来使用第一开关将第一扼流器与接地端耦合和去耦合。在705处，方法700可以包括使用包络信息的数字表示和耦合至第一开关与第一扼流器的第一CDAC来将传输信息的高频率分量恢复到第一调制信号。第一CDAC可以被配置为提供包络信息的第二模拟表示。在706处，方法700可以包括将第一调制信号传递给诸如一根或多根天线之类的负载来提供无线调制无线电频率信号。

附加注意事项

在示例1中，发射器放大器可以包括开关，该开关具有控制节点和开关节点，该开关节点被耦合至输入电感器，以及电容性的数模转换器(CDAC)，该CDAC被配置为接收振幅信号的数字表示，以及提供振幅信号的第一模拟表示。发射器放大器可以被配置为在开关节点处接收振幅信号的第一模拟表示，从输入电感器接收振幅信号的第二模拟表示，在控制节点处接收相位信号，以及使用相位信号、振幅信号的第一模拟表示和振幅信号的第二模拟表示来提供调制信号。

在示例2中，示例1的放大器可选择地是E级放大器。

在示例3中，示例1-2中的任一个或多个的放大器可选择地是开关模式功率放大器。

在示例4中，示例1-3中的任一个或多个的放大器可选择地包括耦合至开关节点的并联电容器电路。

在示例5中，示例1-4中的任一个或多个的并联电容器电路可选择地包括CDAC。

在示例6中，示例1-5中的任一个或多个的发射器放大器可选择地包括输入电感器、输出电容器以及输出电感器，该输出电容器具有耦合至开关、输入电感器和并联电容器电路的节点，该输出电感器与输出电容器和发射器放大器的输出串联耦合。

在示例7中，示例1-6中的任一个或多个的发射器放大器可选择地包括耦合至输出电感器的多个可选择的电容器，该多个可选择的电容器中的每一个可选择的电容器包括电容器和选择开关。

在示例8中，示例1-7中的任一个或多个的开关可选择地包括多个相位开关以及多个功率选择开关，该多个相位开关互相并联耦合，该多个相位开关与输入电感器串联耦合，并且被配置为在每一个相位开关的控制节点处接收相位信号，每一个功率选择开关与多个相位开关中的相应的相位开关串联耦合，并且被配置为在每一个功率选择开关的控制节点处接收功率控制信号。

在示例9中，示例1-8中的任一个或多个的CDAC可选择地是第一CDAC，并且示例1-8中的任一个或多个的发射器放大器可选择地包括第一差分输出电路和第二差分输出电路。第二差分输出电路可以包括第二输入电感器、第二开关，该第二开关具有开关节点和控制节点，该开关节点被耦合至第二输入电感器，其中第二差分输出电路被配置为在第二开关的开关节点处接收振幅信号的第三模拟表示，从第二输入电感器接收振幅信号的第二模拟表示，在第二开关的控制节点处接收相位信号的补偿，以及使用相位信号的补偿、振幅信号的第一模拟表示和振幅信号的第二模拟表示来提供第二调制信号。第二差分输出电路的第二CDAC可以被配置为接收振幅信号的数字表示，并且提供振幅信号的第三模拟表示。第一差分输出电路可以包括输入电感器、开关和第一CDAC。

在示例10中，示例1-9中的任一个或多个的第一差分输出电路可选择地包括第一输出电感器，并且第二差分输出电路包括第二输出电感器。

在示例11中，示例1-10中的任一个或多个的发射器放大器可选择地包括输出电感器，该输出电感器被配置为将第一差分输出电路和第二差分输出电路两者耦合至负载。

在示例12中，示例1-11中的任一个或多个的发射器放大器可选择地包括可调输出电容器，该可调输出电容器被配置为将第一差分输出路径、第二差分输出路径、和单输出电感器耦合至参考电位。

在示例13中，示例1-12中的任一个或多个的输出电感器可选择地包括变压器。

在示例14中，使用基于电容性的数模转换器(CDAC)的放大器来提供调制的无线电频率信号的方法可以包括：在发射器放大器的第一扼流器的第一节点处接收传输信息的包络信息的第一模拟表示，在第一扼流器的第二节点处接收包络信息的第二模拟表示，在发射器放大器的开关的控制节点处接收相位信号，根据相位信号的状态来使用开关将第一扼流器与接地端耦合和去耦合，使用包络信息的数字表示和耦合至开关和第一扼流器的第一CDAC来将传输信息的高频率分量恢复到第一调制信号，第一CDAC被配置为提供包络信息的第二模拟表示，并且将第一调制信号传递给负载来提供调制的射频信号。

在示例15中，示例1-14中的任一个或多个的方法可选择地包括：在发射器放大器的第二扼流器的第一节点处接收传输信息的包络信息的第一模拟表示，在第二扼流器的第二节点处接收包络信息的第三模拟表示，在发射器放大器的第二开关的控制节点处接收相位信号的补偿，根据相位信号的补偿的状态来使用第二开关将第二扼流器与接地端耦合和去耦合，使用包络信息的数字表示和耦合至第二开关和第二扼流器的第二CDAC来将传输信息的高频率分量恢复到第二调制信号，第二CDAC被配置为提供包络信息的第三模拟表示，其中第一调制信号和第二调制信号提供差分调制输出，并且其中该方法包括将第二调制信号与第一调制信号一起传递给负载来提供调制的射频信号。

在示例16中，示例1-15中的任一个或多个的方法可选择地包括：在发射器放大器的多个功率选择晶体管处接收多个功率选择信号，以及使用功率选择晶体管将多个功率选择电容器中的一个或多个功率选择电容器选择性地耦合至放大器发射器的输出电感器。

在示例17中，用于无线网络的数字发射器可以包括功率放大器和数字时间转换器(DTC)，该功率放大器被布置为基于第一模拟振幅信号和相位信号来生成无线信号，该DTC被布置为生成相位调制信号。功率放大器可以包括输入电感器、开关、和电容性的数模转换器(CDAC)，该开关具有开关节点和控制节点，该开关节点被耦合至输入电感器，该放大器被配置为在开关节点处接收第一模拟振幅信号，从电感器接收第二模拟振幅信号，在控制节点处接收相位信号，并且使用相位信号、第一模拟振幅信号和第二模拟振幅信号来提供调制信号，该CDAC被配置为接收第一振幅信号的数字表示，并且提供振幅信号的第二模拟表示。

在示例18中，示例1-17中的任一个或多个的功率放大器可选择地包括并联电容器电路、输出电容器、和输出电感器，该并联电容器电路被耦合至第一输入，该输出电容器具有被耦合至开关、输入电感器和并联电容器电路的节点，该输出电感器与输出电容器和发射器放大器的输出串联耦合。

在示例19中，示例1-18中的任一个或多个的功率放大器可选择地包括被耦合至输出电感器的多个可选择的电容器，该多个可选择的电容器中的每一个可选择的电容器包括电容器和选择开关。

在示例20中，示例1-19中的任一个或多个的并联电容器电路可选择地是CDAC。

在示例21中，示例1-20中的任一个或多个的数字发射器可选择地包括被耦合至功率放大器的一根或多根天线。

示例22可以包括示例1到21中的任一个或多个的任意部分，或可以可选择地与示例1到21中的任一个或多个的任意部分的组合相结合，从而包括主题，该主题可以包括用于执行示例1到21的功能中的任一个或多个功能的装置，或包括指令的机器可读介质，当机器执行该指令时，使得机器执行示例1到21的功能中的任一个或多个功能。

上述详细描述包括对附图的引用，这些附图构成了详细描述的一部分。附图通过图示的方式示出了其中可实施本主题的具体实施例。这些实施例在本文中也被称作“示例”。在本文件中所提到的出版物、专利、和专利文献通过引用的方式被全部并入本文，就如同各自通过引用被并入一样。如果在通过引用而被并入的那些文件和本文件之间存在不一致的用法，则通过引用被并入的(一个或多个)参考文件中的用法是对本文件的用法的补充；对于不可协调的不一致性，以本文件中的用法为准。

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