技术领域
[0001] 本公开属于移动通信领域，具体涉及一种带宽可拓展的用于射频
功率放大器的电源。
背景技术
[0002] 传统的包络追踪系统(ET)多采用线性单元结合
开关电源的混合型电源结构，该结构中线性单元一般使用线性放大器与class AB上下功率管相结合的形式，但是由于class AB
下管在反馈调整的过程中，会经常导通形成从输出到地的拉拽
电流。这个电流对输出功率和系统效率而言其贡献为负，在一定程度上对系统整体效率的提升造成限制，同时，class AB输出级整体较大的输出管也会对带宽的进一步扩展及提升锋均比带来限制。
发明内容
[0003] 针对上述不足，本公开的目的在于提供一种带宽可拓展的用于射频功率放大器的电源，通过并联
叠加的多个线性模
块实现对输入至射频功率放大器的包络
信号进行放大处理，并联的多个线性模块因其输出功率的叠加，可以弥补因信号带宽大而导致输出功率不足的问题，从而实现射频功率放大器电源带宽的拓展。
[0004] 为实现上述目的，本公开提供以下技术方案：
[0005] 一种带宽可拓展的用于射频功率放大器的电源，包括：线性单元、比较单元和开关单元；
[0006] 其中，
[0007] 所述线性单元包括2个以上依次并联的线性模块，
[0008] 每个线性模块用于接收同一路包络信号并对包络信号线性放大后输出不同功率等级的线性放大信号，
[0009] 并且，
[0010] 每个线性模块输出的不同功率等级的线性放大信号叠加生成
叠加信号；
[0011] 所述比较单元至少包括一个比较模块，所述比较模块的输入端用于接收所述叠加信号，
[0012] 所述比较模块还包括输出端，用于输出所述叠加信号与所述比较模块内置的比较
阈值电压比较后生成的开关
控制信号；
[0013] 所述开关单元至少包括一个开关模块，所述开关模块的输入端用于接收所述开关控制信号，
[0014] 所述开关模块还包括输出端，用于输出功率至射频功率放大器。
[0015] 优选的，第一线性模块包括第一线性放大器、第一功率开关和第一反馈网络；其中，
[0016] 所述第一线性放大器的同相输入端用于接收包络信号，
[0017] 所述第一线性放大器的输出端与所述第一功率开关的栅极相连；
[0018] 所述第一反馈网络包括第一取样
电阻和第二取样电阻，所述第一取样电阻和第二取样电阻的一端共同接入所述第一线性放大器的
反相输入端，
[0019] 所述第一取样电阻的另一端与所述第一功率开关的源极相连，
[0020] 所述第二取样电阻的另一端接地。
[0021] 优选的，第二线性模块包括第二线性放大器、第二功率开关和第二反馈网络；其中，
[0022] 所述第二线性放大器的同相输入端用于接收同一包络信号，
[0023] 所述第二线性放大器的输出端与所述第二功率开关的栅极相连；
[0024] 所述第二功率开关的漏极与所述第一功率开关的漏极相连；
[0025] 所述第二反馈网络包括第三取样电阻和第四取样电阻，所述第三取样电阻和第四取样电阻的一端共同接入所述第二线性放大器的反相输入端，
[0026] 所述第三取样电阻的另一端与所述第二功率开关的源极相连，
[0027] 所述第四取样电阻的另一端接地。
[0028] 优选的，所述第一功率开关与所述第二功率开关的功率等级不同。
[0029] 优选的，所述第一功率开关和第二功率开关包括如下任一：双极型功率管、CMOS功率管和GaN、GeSi功率管。
[0030] 优选的，所述比较模块包括比较器和检测电阻，
[0031] 所述比较器的第一输入端与所述检测电阻的一端及所述线性单元连接，[0032] 所述比较器还包括第二输入端，所述第二输入端与所述检测电阻的另一端及所述开关单元的输出端连接；
[0033] 所述比较器还包括输出端，所述输出端与所述开关单元的输入端连接。
[0034] 优选的，当所述比较模块的数量大于一个时，每个比较模块内的比较器内置的比较阈值电压的等级范围不同，基于不同等级范围的比较阈值电压对生成的开关控制信号进行分级。
[0035] 优选的，所述开关模块包括续流单元和开关，
[0036] 所述续流单元包括并联的续流开关管和电感，
[0037] 所述续流开关管的负极分别与所述电感的输入端和所述开关的源极连接，所述续流开关管的正极接地；
[0038] 所述电感的输出端作为所述开关模块的输出端连接至射频功率放大器的输入端。
[0039] 优选的，当所述比较模块的数量大于一个时，所述开关模块的数量与所述比较模块的数量对应相同，所述开关模块由所述比较模块输出的开关控制信号分级控制。
[0040] 优选的，所述续流开关管包括快速恢复
二极管、
肖特基二极管、MOS管和新型功率开关中的任意一种。
[0041] 与
现有技术相比，本公开带来的有益效果为：
[0042] 1、通过并联叠加的多个线性模块实现对输入至射频功率放大器的包络信号进行放大处理，并联的多个线性模块因其输出功率的叠加，可以弥补因信号带宽大而导致输出功率不足的问题，从而实现带宽可拓展的用于射频功率放大器的新型电源；
[0043] 2、在线性模块中采用单功率开关代替上下功率管，从而能够实现线性模块的叠加；
[0044] 3、根据在比较模块内设置不同等级范围的阈值电
压实现对开关模块的分级，从而能够降低开关模块的切换
频率，降低开关切换过程中的功率消耗，使得电源的效率得到提高。
附图说明
[0045] 图1是本公开一个
实施例提供的一种带宽可拓展的用于射频功率放大器的电源的结构示意图；
[0046] 图2是本公开一个实施例提供的线性模块的结构示意图；
[0047] 图3是本公开一个实施例提供的2个线性模块并联的结构示意图；
[0048] 图4是本公开一个实施例提供的比较模块的结构示意图；
[0049] 图5是本公开一个实施例提供的开关模块的结构示意图；
[0050] 图6是本公开一个实施例提供的包括多个线性模块和一个比较模块及开关模块的的示意图；
[0051] 图7是本公开另一个实施例提供的包括多个线性模块和多个比较模块及开关模块的示意图；
[0052] 图8是本公开电源结构能够提供输出的输出功率
频谱图。
具体实施方式
[0053] 在以下描述中，阐述了多个细节，以提供对本公开的实施例的更全面的说明。然而，对本领域技术人员来说，将显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实施本公开的实施例。在其他实施例中，以
框图形式而不是详细地示出了公知的结构和设备，以避免使本公开的实施例模糊。此外，可以将以下描述的不同实施例的特征与彼此组合，除非以其他方式具体
声明。
[0054] 本公开所采用的术语“包括”和“具有”以及它们的任何
变形，意图在于
覆盖且不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、或方法、或系统、或产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选的还包括没有列出的步骤或单元，或可选的还包括对于这些过程、方法、系统、产品或设备固有的其他步骤或单元。
[0055] 在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本公开的至少一个实施例中，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。在
说明书中的各个
位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其他实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员可以理解的是，本文所描述的实施例可以与其他实施例相结合。
[0056] 参见图1，在一个实施例中，本公开提供一种带宽可拓展的用于射频功率放大器的电源，包括：线性单元、比较单元和开关单元；
[0057] 其中，
[0058] 所述线性单元包括2个以上依次并联的线性模块，
[0059] 每个线性模块用于接收同一路包络信号并对包络信号线性放大后输出不同功率等级的线性放大信号，
[0060] 并且，
[0061] 每个线性模块输出的不同功率等级的线性放大信号叠加生成叠加信号；
[0062] 所述比较单元至少包括一个比较模块，所述比较模块的输入端用于接收所述叠加信号，
[0063] 所述比较模块还包括输出端，用于输出所述叠加信号与所述比较模块内置的比较阈值电压比较后生成的开关控制信号；
[0064] 所述开关单元至少包括一个开关模块，所述开关模块的输入端用于接收所述开关控制信号，
[0065] 所述开关模块还包括输出端，用于输出功率至射频功率放大器。
[0066] 现有技术中，电源采用的是单一线性模块，由于输出功率和带宽之间存在物理
基础上的相互制约，在线性模块的输出功率为一定的情况下，想进一步拓展电源带宽变得非常困难。本公开创造性的对线性单元进行多模块并联分级设计，通过并联叠加的多个线性模块实现对输入至射频功率放大器的包络信号进行放大处理，在大宽带信号情况下，并联的多个线性模块因其输出功率的叠加，可以弥补因信号带宽大而导致输出功率不足的问题，从而实现带宽可拓展的用于射频功率放大器的新型电源。
[0067] 另一个实施例中，如图2所示，第一线性模块包括第一线性放大器、第一功率开关M11和第一反馈网络；其中，
[0068] 所述第一线性放大器的同相输入端用于接收包络信号，
[0069] 所述第一线性放大器的输出端与所述第一功率开关M11的栅极相连；
[0070] 所述第一反馈网络包括第一取样电阻R11和第二取样电阻R12，所述第一取样电阻R11和第二取样电阻R12的一端共同接入所述第一线性放大器的反相输入端，[0071] 所述第一取样电阻R11的另一端与所述第一功率开关M11的源极相连，[0072] 所述第二取样电阻R12的另一端接地。
[0073] 本实施例中，线性模块主要用于拓展电源带宽，并通过功率开关输出占总功率20％的功率至射频功率放大器，可以理解为，线性模块在保证输出功率的同时也要进行带宽拓展，而采用现有技术的甲乙类输出线性放大器(class AB linear Amp)会导通形成从输出到地的拉拽电流，对输出功率和效率而言造成负贡献。因此，上述实施例在现有线性放大器的基础上，采用单一功率开关，该结构不仅避免上述存在问题并且利于实现线性模块的叠加。
[0074] 传统的包络追踪系统(FT)多采用甲乙类输出线性放大器(class AB linear Amp)和buck DCDC混合控制的并联结构，该结构在实现包络追踪功能的同时，能较好的兼顾线性模块带宽和开关模块功率优化，实现较高效率的快速追踪。但该结构中线性模块即上述实施例所述的线性模块1，在利用class AB linear Amp实现快速追踪的同时，由于class AB下管在反馈调整的过程中，通常会导通形成从输出到地的拉拽电流。这个电流对输出而言是负向电流，虽然有助于系统在包络下降过程中的快速追踪，但对输出功率和系统效率而言其贡献为负。
[0075] 能够理解，为了降低class AB输出级下管对整体系统的各方面限制，上述实施例直接去掉class AB下管，也就是说，在每一线性模块设置一个功率开关，且功率开关的输出端分为两个支路，其中一支路通过检测单元与射频功率放大器PA连接，另一支路与线性放大器反馈回来连接。如此设计将带来如下的优化：
[0076] 1.原class AB下管引入的输出负向电流消失，系统整体效率得以提升。
[0077] 2.没有class AB下管可能的负向电流的约束，使得不同带宽的LDO线性输出级可以直接并联来提升整个ET系统的带宽，有利于系统架构的进一步拓展。
[0078] 需要特别说明的是，通过在每一线性模块中设计单一功率开关，将传统输出级class AB上下管结构调整为单上拉管的LDO输出级，避免了包络追踪过程中class AB中下管可能产生的对地拉拽电流对效率和输出功率的影响，使得多个线性模块的直接并联拓展成为可能。单上拉管LDO输出级结构的调整，使本公开具有现有混合式电源具备的快速高效的包络追踪电源功能的同时，在带宽、效率方面有了更进一步提高，并且其带宽还通过多个线性模块直接并联拓展，实用性更强，更能满足当前无线通讯和射频PA供电领域对带宽和功率飞速发展的需要。
[0079] 需要强调的是，上述实施例提出的基于多个线性模块的拓展架构，若是基于现有Class AB上下管结构，由于受到可能产生的负向电流的约束，即多个class AB上下管的导通、关断控制不同步，容易产生一个或多个
上管与下管同时导通的情况，在电源与地之间产生巨大导通电流，甚至造成器件的烧毁的，所以传统class AB输出级的线性单元很难通过多个线性模块实现带宽和功率的拓展。本方案适用单一的上拉功率管设计，无负向电流约束，可通过多个线性模块对带宽或功率的优化，实现带宽和功率的进一步拓展，满足现代无线通讯领域对包络追踪电源更高带宽、更高功率的需要。
[0080] 另一个实施例中，如图3所示，所述第二线性模块包括第二线性放大器、第二功率开关M12和第二反馈网络；其中，
[0081] 所述第二线性放大器的同相输入端用于接收同一包络信号，
[0082] 所述第二线性放大器的输出端与所述第二功率开关M12的栅极相连；
[0083] 所述第二功率开关M12的漏极与所述第一功率开关M11的漏极相连；
[0084] 所述第二反馈网络包括第三取样电阻R13和第四取样电阻R14，所述第三取样电阻R13和第四取样电阻R14的一端共同接入所述第二线性放大器的反相输入端，[0085] 所述第三取样电阻R13的另一端与所述第二功率开关M12的源极相连，[0086] 所述第四取样电阻R14的另一端接地。
[0087] 本实施例中，可以理解的，当线性单元所包含的线性模块的数量为m时(m＞2)，相应的，第m个线性模块的第m功率开关Mm1的漏极与第m-1个线性模块的第m-1功率开关的漏极相连。
[0088] 特别需要强调的是，因为第一线性放大器和第二线性放大器的器件特性不同，且又因为第一功率开关M11和第二功率开关M12的功率等级不同，导致第一线性放大信号和第二线性放大信号的带宽和输出功率不同。
[0089] 另一个实施例中，所述第一功率开关M11与所述第二功率开关M12的功率等级不同。
[0090] 本实施例中，由于要进行大带宽包络信号的处理，若第一功率开关M11至第n功率开关M1n的功率等级相同，则很难满足射频功率放大器对输出功率的需求，因此，本公开在每个并联的线性模块中采用功率等级不同的功率开关，即第一功率开关M11至第m功率开关M1m中的每一级功率开关的功率都不同，如此可弥补功率输出不足的问题。
[0091] 另一个实施例中，所述功率开关包括如下任一：双极型功率管、CMOS功率管和GaN、GeSi功率管。
[0092] 本实施例中，不同功率开关的选用主要是传输极性的不同，导致线性放大器正向端和反向端连接可能有不同，但无论选用上述功率开关中的哪一种，都需要能够构成
负反馈网络。
[0093] 另一个实施例中，如图4所示，所述比较模块包括比较器和检测电阻，[0094] 所述比较器的第一输入端与所述检测电阻R1的一端及所述线性单元连接，[0095] 所述比较器还包括第二输入端，所述第二输入端与所述检测电阻R1的另一端及所述开关单元的输出端连接；
[0096] 所述比较器还包括输出端，所述输出端与所述开关单元的输入端连接。
[0097] 另一个实施例中，当所述比较模块的数量大于一个时，每个比较模块内的比较器内置的比较阈值电压的等级范围不同，基于不同等级范围的比较阈值电压对生成的开关控制信号进行分级。
[0098] 本实施例中，比较模块与开关模块连接，通过在不同比较模块的比较器内设不同等级范围的比较阈值电压Vth，可以实现对线性模块所输出的叠加信号分级控制的效果，进一步的，开关模块的分级需要根据线性模块输出的叠加信号与比较模块内的不同比较阈值电压比较后实现，具体为：比较模块将所接收的叠加信号与比较器内置的比较阈值电压Vth比较，当叠加信号达到其中一个比较模块的比较阈值电压时，该比较模块生成开关控制信号，所生成的开关控制信号将驱动与之对应的开关模块，从而实现开关模块的分级输出。
[0099] 另一个实施例中，如图5所示，所述开关模块包括续流单元和开关M21，[0100] 所述续流单元包括并联的续流开关管D11和电感L11，
[0101] 所述续流开关管D11的负极分别与所述电感L11的输入端和所述开关M21的源极连接，所述续流开关管D11的正极接地；
[0102] 所述电感L11的输出端作为所述开关模块的输出端连接至射频功率放大器的输入端。
[0103] 本实施例中，续流单元采用续流开关管D与电感L相结合的方式实现续流功能，当开关M21截止时，续流开关管D可防止电压电流突变，提供通路，平滑电流，可提高
开关电源的可靠性。
[0104] 需要说明的是，当比较模块所接收的叠加信号达到其中一个比较模块的比较阈值电压时，该比较模块生成开关控制信号，控制对应的开关模块的开关导通，向射频功率放大器输出功率，当叠加信号小于其中一个比较模块的比较阈值电压时，所述开关M21截止，所述续流单元D向射频功率放大器提供续流电流，直至开关模块再次启动。
[0105] 需要进一步说明的是，本公开并不对开关模块内部结构进行创新性研究，因此，现有技术中的开关模块均可适当借鉴。
[0106] 另一个实施例中，当所述比较模块的数量大于一个时，所述开关模块的数量与所述比较模块的数量对应相同，所述开关模块由所述比较模块输出的开关控制信号分级控制。
[0107] 本实施例中，最终输出至射频功率放大器的功率
能量中约有20％由线性单元提供，另外80％由开关单元提供。这是因为，若包络追踪全部由开关处理，受到开关频率的限制，其带宽极为有限；若全部由线性单元处理，受到输出功率与带宽的相互制约，其功率输出能
力同样受限，且效率大大降低。
[0108] 需要说明的是，开关单元在提供约80％的高功率输出时，为了进一步提高电源效率，本公开创造性的基于比较单元内置阈值电压Vth对开关单元所包含的多个开关模块进行分级，其中每一个开关模块可以仅提供一部分高功率输出。
[0109] 上述分级方式可以理解为，将总的开关模块所能提供的功率分成若干不同的功率范围，每一比较模块内设比较阈值电压对应每一功率范围，当比较模块接收的叠加信号达到其中某一比较模块的比较阈值电压时，该比较模块将驱动与之相对应的开关模块导通，从而实现开关模块的分级。
[0110] 如图6所示，当开关单元仅包括一个开关模块时，比较单元也仅包括一个比较模块，一个开关模块与一个比较模块形成的单模块结构与前述多个线性模块相结合，能够实现电源带宽的拓展，但是因为开关单元需要提供占电源80％的输出功率，因此，开关单元的损耗以及噪声相对较大。
[0111] 在上述结构的基础上，本实施例提供一种更优的解决方案，如图7所示，开关单元包括多个并联的开关模块，相应的，比较单元也包括同样数量的比较模块，各开关模块根据与之对应连接的比较模块的分级而分级。可以理解为，相比现有混合模式电源，在提供相同输出功率时，由于各模块之间的分级，使得开关单元内开关的切换频率降低，从而能够减少切换过程的功率损耗，使得电源的效率得到提高，与此同时，降低了噪声对电源的影响，增强电源的
稳定性。
[0112] 能够理解，与现有技术不同的是：上述实施例所述电源，一方面使得电源效率和稳定性得以提高，另一方面使得电源带宽进一步拓展并且不因拓展带宽而影响整体效率。
[0113] 另一个实施例中，所述续流开关管包括快速恢复二极管、肖特基二极管、MOS管和新型功率开关中的任意一种。
[0114] 另一个实施例中，图8是本公开电源结构能够提供输出的输出功率频谱图。图8可以与不同通讯协议下的包络信号功率频谱需求相对应，可以直接的反映带宽和功率之间的关系：对整个包络追踪不同的线性模块和开关模块而言，当某一模块其带宽最大时，功率最低，当其带宽最小时，功率最高，根据包络信号的功率频谱需求设计相应的多个不同模块的带宽和功率特性，可以方便的实现带宽和功率的需求，并最大限度的提升整个系统的效率。
[0115] 上述实施例对本公开的原理仅是示意性的。应当理解，本文描述的布置和细节的
修改和变型将对本领域技术人员来说显而易见。因此，意图是仅受接下来的
专利权利要求的范围限制，而不受通过本文对实施例的描述和说明而提出的具体细节限制。
