CN110166004B - 一种功率放大器减小功耗的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种功率放大器减小功耗的方法，包括如下步骤。步骤31：对功率放大器的供电电压采用平均功率跟踪，即对功率放大器的每一个发射功率值采用各自不同的供电电压值。步骤32：对功率放大器的偏置电压或偏置电流采用离散控制，即对功率放大器的若干相邻的发射功率值采用相同的一个功率放大器的偏置电压或偏置电流值，功率放大器的所有发射功率值的数量大于功率放大器的所有偏置电压或偏置电流值的数量。所述步骤31、步骤32的顺序或者互换，或者同时进行。上述功率放大器减小功耗的方法既满足了降低功耗的需求，又易于实现，并能满足各项射频性能指标，还能减小测试工作量。

Description

一种功率放大器减小功耗的方法及装置

技术领域

本申请涉及一种功率放大器的控制方法。

背景技术

在移动通信***中，用户设备（UE，User Equipment）由于要考虑便携性而使电池容量受限。在电池容量一定的前提下，如何减小用户设备的功耗成为一个重要的课题。对于用户设备中的基带芯片来说，功耗主要集中在基带芯片的发射部分，而发射部分最耗电的则是功率放大器（PA，Power Amplifier）。可以毫不夸张地说，一旦控制了功率放大器的耗电，也就控制了整个用户设备的功耗。

现有方案中，为了控制功率放大器的耗电，可以根据不同的发射功率来调整功率放大器的供电电压（VCC）。发射功率越大，功率放大器的供电电压越高；发射功率越小，功率放大器的供电电压越小；这样可以达到节省功耗的目的。

同时，由于目前的功率放大器基本上是MIPI（Mobile Industry ProcessorInterface，移动行业处理器接口）控制的，这就为根据不同的发射功率调整功率放大器的偏置电压（Bias Voltage）或偏置电流（bias current）提供了条件。功率放大器的厂商会提供一个不同输出功率对应的功率放大器的偏置电压或偏置电流的参数列表，使用该列表中的偏置电压或偏置电流，功率放大器能工作在最佳状态，达到最省电的状态。

发明内容

本申请所要解决的技术问题是提供一种功率放大器减小功耗的方法，同时又要减少测试工作量。为此，本申请还要提供一种功率放大器减小功耗的装置。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种功率放大器减小功耗的方法，包括如下步骤。步骤31：对功率放大器的供电电压采用平均功率跟踪，即对功率放大器的每一个发射功率值采用各自不同的供电电压值。步骤32：对功率放大器的偏置电压或偏置电流采用离散控制，即对功率放大器的若干相邻的发射功率值采用相同的一个功率放大器的偏置电压或偏置电流值，功率放大器的所有发射功率值的数量大于功率放大器的所有偏置电压或偏置电流值的数量。所述步骤31、步骤32的顺序或者互换，或者同时进行。

上述功率放大器减小功耗的方法既满足了降低功耗的需求，又易于实现，并能满足各项射频性能指标，还能减小测试工作量。

优选地，所述步骤31中，所述发射功率值与供电电压值之间的对应关系是在用户设备的发射功率校准阶段取得的。这是对供电电压采用平均功率跟踪的一种优选实现方式。

优选地，所述步骤31中，功率放大器的供电电压值限定在一个最小值和一个最大值之间。这是为了使功率放大器尽可能保持在线性区间工作。

进一步地，所述步骤32中，所述发射功率值与偏置电压或偏置电流值之间的对应关系是这样取得的：将功率放大器的相邻的若干发射功率值分为一组，所有发射功率值分为若干组，一个组内的发射功率值共同对应于相同的一个偏置电压或偏置电流值，不同组的发射功率值则对应于不同的偏置电压或偏置电流值。这是对偏置电压或偏置电流采用离散控制的一种优选实现方式，可以在一定程度上降低功率放大器的功耗，同时大幅减少测试工作量。

本申请还提供了一种功率放大器减小功耗的装置，包括功率放大器、供电单元和偏置单元。所述供电单元采用平均功率跟踪方式为功率放大器供电，即对功率放大器的每一个发射功率值采用各自不同的供电电压值。所述偏置单元采用离散控制方式为功率放大器提供偏置电压或偏置电流，即对功率放大器的若干相邻的发射功率值采用相同的一个偏置电压或偏置电流值，功率放大器的所有发射功率值的数量大于功率放大器的所有偏置电压或偏置电流值的数量。

上述功率放大器减小功耗的装置既满足了降低功耗的需求，又易于实现，并能满足各项射频性能指标，还能减小测试工作量。

优选地，所述供电单元采用的发射功率值与供电电压值之间的对应关系是在用户设备的发射功率校准阶段取得的。这是对供电电压采用平均功率跟踪的一种优选实现方式。

优选地，所述供电单元提供的供电电压值限定在一个最小值和一个最大值之间。这是为了使功率放大器尽可能保持在线性区间工作。

优选地，所述偏置单元采用的发射功率值与偏置电压或偏置电流值之间的对应关系是这样取得的：将功率放大器的相邻的若干发射功率值分为一组，所有发射功率值分为若干组，一个组内的发射功率值共同对应于相同的一个偏置电压或偏置电流值，不同组的发射功率值则对应于不同的偏置电压或偏置电流值。这是对偏置电压或偏置电流采用离散控制的一种优选实现方式，可以在一定程度上降低功率放大器的功耗，同时大幅减少测试工作量。

本申请取得的技术效果如下。第一，采用连续平均功率跟踪方式提供供电电压，使不同的发射功率值对应于最低功耗的供电电压值。第二，采用离散控制方式提供偏置电压（或偏置电流），在一定程度上降低功率放大器的功耗，同时大幅减少测试工作量。第三，简化了实现难度，提高了实现效率，又提高了功率放大器的工作效率的。

附图说明

图1是功率放大器使用固定电压供电的能量浪费示意图。

图2是功率放大器使用可变电压供电（平均功率跟踪）的能量浪费示意图。

图3是本申请提供的功率放大器减小功耗的方法的一个实施例的流程示意图。

图4是本申请提供的功率放大器减小功耗的装置的一个实施例的方框示意图。

图中附图标记说明：41为功率放大器、42为供电单元、43为偏置单元。

具体实施方式

平均功率跟踪(average power tracking，APT)就是根据用户设备中的功率放大器的不同发射功率来动态调整功率放大器的供电电压。以LTE FDD（Frequency DivisionDuplexing，频分双工）用户设备为例，LTE用户设备一般情况下最小发送时间单位为1ms。由于发射功率受基站（BS，Base Station）控制，所以用户设备的发射功率经常是变化的。请参阅图1，如果使用固定电压给功率放大器供电，那么可以看到近80%的能量被浪费掉了。请参阅图2，如果根据功率放大器的发射功率以1ms为时间单位来调整供电电压，也就是使用可变电压给功率放大器供电，那么就能大大减少供电能量的浪费，达到省电的目的。图1、图2中的黑色区域表示功率放大器用于发射的能量，斜线填充区域表示供电能量被浪费的部分。这就是平均功率跟踪能够节省功率放大器的功耗的原理。

用户设备在出厂阶段，为了满足协议要求以及生产要求，都要做发射功率校准。校准后，用户设备的发射功率的准确度就能大大提升。平均功率跟踪的实现主要是放在校准阶段来完成，也就是说在校准的时候根据发射功率的不同就要为功率放大器使用不同的供电电压。校准后，功率放大器的供电电压值以及发射功率值一一对应填入校准表中，这个校准表会烧写入用户设备的非易失性存储器（例如flash）中供用户设备使用。用户设备在做发射时，会根据自己的发射功率，在校准表中查找对应的功率放大器的供电电压，然后控制直流-直流（DC-DC）转换器来提供功率放大器的供电电压。

平均功率跟踪的实现分为两种。如果功率放大器的每一个发射功率都对应有一个不同的功率放大器的供电电压，这就是连续平均功率跟踪。请参阅表1，这是连续平均功率跟踪的校准表，记载了功率放大器的每一个发射功率P(n)对应着的各自不同的功率放大器的供电电压VCC(n)。如果功率放大器的几个发射功率都对应着同一个功率放大器的供电电压，这就是离散平均功率跟踪。

表1：连续平均功率跟踪的校准表

在满足协议规定的射频性能的前提下，尽可能的压低功率放大器的供电电压才能做到最省电。显然，连续平均功率跟踪比离散平均功率跟踪更省电，因为做到了每个发射功率都能使用不同的供电电压。但是连续平均功率跟踪需要为每个发射功率都做测试来满足射频性能，花费时间较多。离散平均功率跟踪虽然无法做到让每个发射功率的供电电压都达到最低，但是实现起来比较容易。

由于目前的功率放大器多是MIPI控制，这就提供了更改功率放大器的偏置电压（或偏置电流）的便利。功率放大器的供应商也会提供一个不同发射功率对应的最佳偏置电压（或偏置电流）的参数列表。如果为了省电，最佳的方法就是功率放大器的每一个发射功率都对应着不同的供电电压以及不同的偏置电压（或偏置电流）。请参阅表2，这是连续平均功率跟踪和连续偏置控制的查找表，记载了功率放大器的每一个发射功率P(n)对应着的各自不同的功率放大器的供电电压VCC(n)以及各自不同的功率放大器的偏置电压（或偏置电流）Bias(n)。

表2：连续平均功率跟踪和连续偏置控制的查找表

这种连续平均功率跟踪和连续偏置的控制方法固然能使功率放大器的功耗达到最低，但是由于功率放大器实现连续的二维控制的难度较大，并且由于芯片之间的差异性，很容易导致射频性能无法满足指标。要想实现这种方法，工作量巨大，测试任务繁重，从效率上讲，并不划算。

本申请提出了一种混合平均功率跟踪方法，就是既能根据用户设备中的功率放大器的不同发射功率动态调整功率放大器的供电电压，又能根据功率放大器的的不同发射功率使用不同的功率放大器的偏置电压，同时又简化了实现方法，以达到功率放大器节省功耗的最终目的。所述混合平均功率跟踪方法优选地应用在LTE和WCDMA用户设备中。

请参阅图3，所述混合平均功率跟踪方法实际上就是连续平均功率跟踪和离散偏置的控制方法，该方法的一个实施例包括如下步骤。

步骤31：对功率放大器的供电电压采用平均功率跟踪，即对功率放大器的每一个发射功率值采用各自不同的供电电压值。所述发射功率值与供电电压值之间的对应关系例如是在用户设备的发射功率校准阶段取得的。

步骤32：对功率放大器的偏置电压（或偏置电流）采用离散控制，即对功率放大器的若干相邻的发射功率值采用相同的一个功率放大器的偏置电压（或偏置电流）值，功率放大器的所有发射功率值的数量大于功率放大器的所有偏置电压（或偏置电流）值的数量。例如，功率放大器对于发射功率的取值共有E种，对于偏置电压（或偏置电流）的取值共有F种，则E＞F。所述发射功率值与偏置电压（或偏置电流）值之间的对应关系例如是这样取得的：将功率放大器的相邻的若干发射功率值分为一组，一个组内的发射功率值相接近，所有发射功率值分为若干组，一个组内的发射功率值共同对应于相同的一个偏置电压（或偏置电流）值，不同组的发射功率值则对应于不同的偏置电压（或偏置电流）值。

所述步骤31、步骤32的顺序或者互换，或者同时进行。

请参阅表3，这是连续平均功率跟踪和离散偏置控制的查找表，记载了功率放大器的每一个发射功率P(n)对应着的各自不同的功率放大器的供电电压VCC(n)。索引1至n的发射功率值为组一，组一共同对应于相同的一个偏置电压（或偏置电流）Bias(1)。索引m至m+k的发射功率值为组m，组m共同对应于相同的一个偏置电压（或偏置电流）Bias(m)。索引N至N+p的发射功率值为组N，组N共同对应于相同的一个偏置电压（或偏置电流）Bias(N)。

表3：连续平均功率跟踪和离散偏置控制的查找表

所述混合平均功率跟踪方法中，每一个偏置电压（或偏置电流）值对应的发射功率值以及供电电压值都是实测出来的，需要满足协议规定的各项射频指标。一个偏置电压（或偏置电流）值对应多个不同的发射功率值，每个发射功率值对应着不同的供电电压值。

功率放大器的供电电压值通常限定在一个最小值VCC(min）和一个最大值VCC(max）之间。在功率放大器的发射功率低于某个值后，供电电压保持为最小值VCC(min）。当功率放大器的发射功率大于某个值后，为了尽量不使功率放大器进入饱和状态，在大功率下使功率放大器也能工作在线性区间，供电电压保持为最大值VCC(max)。

请参阅图4，本申请还提供了一种功率放大器减小功耗的装置，该装置的一个实施例包括功率放大器41、供电单元42和偏置单元43。

所述供电单元42采用平均功率跟踪方式为功率放大器41供电，即对功率放大器41的每一个发射功率值采用各自不同的供电电压值。所述发射功率值与供电电压值之间的对应关系例如是在用户设备的发射功率校准阶段取得的。

所述偏置单元43采用离散控制方式为功率放大器41提供偏置电压（或偏置电流），即对功率放大器41的若干相邻的发射功率值采用相同的一个偏置电压（或偏置电流）值，功率放大器的所有发射功率值的数量大于功率放大器的所有偏置电压（或偏置电流）值的数量。所述发射功率值与偏置电压（或偏置电流）值之间的对应关系例如是这样取得的：将功率放大器的相邻的若干发射功率值分为一组，一个组内的发射功率值相接近，所有发射功率值分为若干组，一个组内的发射功率值共同对应于相同的一个偏置电压（或偏置电流）值，不同组的发射功率值则对应于不同的偏置电压（或偏置电流）值。

优选地，所述供电单元42提供的供电电压值限定在一个最小值VCC(min）和一个最大值VCC(max）之间。在功率放大器的发射功率低于某个值后，供电电压保持为最小值VCC(min）。当功率放大器的发射功率大于某个值后，为了尽量不使功率放大器进入饱和状态，在大功率下使功率放大器也能工作在线性区间，供电电压保持为最大值VCC(max)。

综上所述，本申请提出的功率放大器减小功耗的方法及装置既兼顾了功率放大器的低功耗要求，又减少了控制难度，易于满足射频性能指标，减少测试工作量。

以上仅为本申请的优选实施例，并不用于限定本申请。对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种功率放大器减小功耗的方法，其特征是，包括如下步骤：

步骤31：对功率放大器的供电电压采用平均功率跟踪，即根据功率放大器的不同发射功率来动态调整功率放大器的供电电压，对功率放大器的每一个发射功率值采用各自不同的供电电压值；

步骤32：对功率放大器的偏置电压或偏置电流采用离散控制，即根据功率放大器的不同组发射功率使用不同的偏置电压或偏置电流，对功率放大器的若干相邻的发射功率值分为一组采用相同的一个功率放大器的偏置电压或偏置电流值，功率放大器的所有发射功率值的数量大于功率放大器的所有偏置电压或偏置电流值的数量；

功率放大器的每一个发射功率对应的各自不同的功率放大器的供电电压、功率放大器的每一组发射功率对应的相同的一个偏置电压或偏置电流，记载于一份查找表中；

所述步骤31、步骤32的顺序或者互换，或者同时进行。

2.根据权利要求1所述的功率放大器减小功耗的方法，其特征是，所述步骤31中，所述发射功率值与供电电压值之间的对应关系是在用户设备的发射功率校准阶段取得的。

3.根据权利要求1所述的功率放大器减小功耗的方法，其特征是，所述步骤31中，功率放大器的供电电压值限定在一个最小值和一个最大值之间。

4.根据权利要求1所述的功率放大器减小功耗的方法，其特征是，所述步骤32中，所述发射功率值与偏置电压或偏置电流值之间的对应关系是这样取得的：将功率放大器的相邻的若干发射功率值分为一组，所有发射功率值分为若干组，一个组内的发射功率值共同对应于相同的一个偏置电压或偏置电流值，不同组的发射功率值则对应于不同的偏置电压或偏置电流值。

5.一种功率放大器减小功耗的装置，其特征是，包括功率放大器、供电单元和偏置单元；

所述供电单元采用平均功率跟踪方式为功率放大器供电，即根据功率放大器的不同发射功率来动态调整功率放大器的供电电压，对功率放大器的每一个发射功率值采用各自不同的供电电压值；

所述偏置单元采用离散控制方式为功率放大器提供偏置电压或偏置电流，即根据功率放大器的不同组发射功率使用不同的偏置电压或偏置电流，对功率放大器的若干相邻的发射功率值分为一组采用相同的一个偏置电压或偏置电流值，功率放大器的所有发射功率值的数量大于功率放大器的所有偏置电压或偏置电流值的数量；

功率放大器的每一个发射功率对应的各自不同的功率放大器的供电电压、功率放大器的每一组发射功率对应的相同的一个偏置电压或偏置电流，记载于一份查找表中。

6.根据权利要求5所述的功率放大器减小功耗的装置，其特征是，所述供电单元采用的发射功率值与供电电压值之间的对应关系是在用户设备的发射功率校准阶段取得的。

7.根据权利要求5所述的功率放大器减小功耗的装置，其特征是，所述供电单元提供的供电电压值限定在一个最小值和一个最大值之间。

8.根据权利要求5所述的功率放大器减小功耗的装置，其特征是，所述偏置单元采用的发射功率值与偏置电压或偏置电流值之间的对应关系是这样取得的：将功率放大器的相邻的若干发射功率值分为一组，所有发射功率值分为若干组，一个组内的发射功率值共同对应于相同的一个偏置电压或偏置电流值，不同组的发射功率值则对应于不同的偏置电压或偏置电流值。