CN114696758A - 包络合成电源及具有包络合成电源的射频功率模块 - Google Patents

Abstract

本申请公开了包络合成电源及具有包络合成电源的射频功率模块。该包络合成电源用于向射频放大器的供电端提供供电电压，包括：电流源，所述电流源的输出端经由第一电感连接至所述供电端，用于根据设定值产生输出电流以提供所述射频放大器的大部分功率，包络驱动器，所述包络驱动器的输出端经由第一电容连接至所述供电端，用于产生随所述射频包络信号变化的输出电压以跟踪所述射频包络信号。该包络合成电源基于对电流源输出电压快速调节的包络合成控制方案产生供电电压，电流源中的开关模块无需跟随参考包络信号的快速变化，因而可以减小开关模块的损耗、电磁干扰和降低成本。

Description

包络合成电源及具有包络合成电源的射频功率模块

技术领域

本发明涉及通信技术领域，更具体地，涉及包络合成电源及具有包络合成电源的射频功率模块。

背景技术

在通信技术中，射频放大器的电源电压大于输出电压幅度才能保证射频放大器的正常工作。射频放大器的电源电压随信号功率变化可以提高功率利用率。因此，采用包络跟踪电源提供射频放大器的电源电压。

在2G无线通信中，语音和GPRS通信均采用恒包络载波，载波幅度取决于基站和终端之间的空中信道耦合关系，包络跟踪电源只需要跟随基站-终端的耦合关系即可。在2.5GEDGE技术和3G CDMA、WCDMA无线通信中，基站覆盖范围大，基站-终端的耦合关系变化大，包络跟踪电源需要跟随基站-终端的耦合关系以及符号间载波幅度的快速变化。在4G LTE技术已经开始使用高突发载波调制，在5G技术中则全面使用高突发载波调制。高突发载波调制例如是正交频率调制(即OFDM)，采用OFDM组成符号时，在符号持续时间内可见有多个频率信号之间相位关系的变化形成的叠加、抵消，因此，信号包络幅度以远大于符号变化的速度出现变化。在高突发载波调制中，在一个符号时间片内存在大幅度的包络变化。由于每个符号时间片都有大幅度的包络变化，射频放大器的电源电压跟随基站-终端的耦合关系以及符号间载波幅度的快速变化并不能获得与2G和3G技术相同的节能效果。

在5G技术中，包络跟踪电源在符号时间片内根据包络幅度的需要供电需要采用包络合成技术以产生快速变化的包络。包络合成技术是提前根据需要合成所需要的包络形状，而不是根据实际状况调整和跟踪包络。即使采用了包络合成，也需要监控所合成的包络与实际需要之间差异调整包络合成的幅度、相位关系等，但包络合成技术中的调整可以比包络跟踪慢。

图1至3示出了根据现有技术的射频功率模块的示意电路图。

如图1所示，射频功率模块10包括射频放大器1和包络合成电源11。包络合成电源11包括包络驱动器111、开关模块112和电感Ls。射频放大器1的输入端接收射频信号，输出端与天线2相连接以发射信号。包络驱动器111的输入端接收参考包络信号Vel，输出端连接至射频放大器1的供电端。开关模块112的输入端接收参考包络信号Vel，输出端经由电感Lss连接至射频放大器1的供电端。如图2所示，射频功率模块20包括射频放大器1和包络合成电源21。包络合成电源21包括包络驱动器211、开关模块212和电感Ls。开关模块212的检测端接收包络驱动器22的输出电流的电流检测信号，用于控制开关模块23，使得包络驱动器22的输出电流最小化。如图3所示，射频功率模块30包括射频放大器1和包络合成电源31。包络合成电源31包括包络驱动器311、开关模块312、电感Ls和电容Co。电容Co用于阻隔直流，仅提供电源电压的高频部分。

在上述现有技术的射频功率模块中，包络合成电源提供的供电电压是包络驱动器产生的交流信号与开关模块产生的交流信号的叠加信号。不论是包络驱动器还是开关模块，均需要快速响应参考包络信号的变化从而快速跟踪射频信号的功率变化。在高突发载波应用中，甚至需要把包络合成速度提高到数ns范围，对速度有限的硅基电路来讲，开关模块的开关频率难以达到包络合成速度的要求。

发明内容

鉴于上述问题，本申请的目的在于提供一种包络合成电源，其中基于对电流源输出电压快速调节的包络合成控制方案产生供电电压，电流源中的开关模块无需跟随参考包络信号的快速变化，以减小开关模块的损耗、电磁干扰和降低成本。

根据本发明的第一方面，提供一种包络合成电源，用于向射频放大器的供电端提供供电电压，所述包络合成电源包括：电流源，所述电流源的输出端经由第一电感连接至所述供电端，用于根据设定值产生输出电流以提供所述射频放大器的大部分功率，包络驱动器，所述包络驱动器的输出端经由第一电容连接至所述供电端，用于产生随所述射频包络信号变化的输出电压以跟踪所述射频包络信号。

优选地，所述电流源包括：开关模块，用于根据所述设定值产生大致恒定占空比的脉宽调制信号；以及第二电感和第二电容，串联连接在所述开关模块的输出端和地之间，其中，所述第一电感连接在所述第二电感和所述第二电容的中间节点和所述供电端之间。

优选地，所述第一电感为高频电感。

优选地，所述包络驱动器接收用于表征所述射频信号包络的参考包络信号，并且对所述参考包络信号进行延时。

优选地，所述参考包络信号的每个信号周期具有第一时间段，所述第一时间段包括连续的上升阶段、高电平阶段和下降阶段，所述包络放大器在所述第一时间段工作以产生所述输出电压。

优选地，所述包络驱动器括：第一级放大器和第二级放大器，用于对所述参考包络信号进行至少两级固定增益放大和至少两级倒相延时，以产生中间信号；以及跟随器输出级，用于将所述中间信号输出作为所述输出电压。

优选地，所述第一级放大器包括依次串联连接在所述包络驱动器的第一供电端和地之间的第一电阻、第一晶体管和第二电阻，所述第一晶体管的控制端接收所述参考包络信号；所述第二级放大器包括依次串联连接在所述包络驱动器的第一供电端和地之间的第三电阻、第二晶体管和第四电阻，所述第二晶体管的控制端连接至所述第一电阻和所述第一晶体管的中间节点；以及所述跟随器输出级包括依次串联连接在所述包络驱动器的第二供电端和地之间的第三晶体管、第四晶体管和第五晶体管，所述第三晶体管的控制端连接至所述第二晶体管和所述第四电阻的中间节点，所述第四晶体管的控制端接地，所述第五晶体管的控制端接收使能信号。

优选地，所述第一级放大器和所述第二级放大器的供电电压大于所述跟随器输出级的供电电压。

优选地，所述第一级放大器和所述第二级放大器的供电电压为所述跟随器输出级的供电电压的两倍。

优选地，还包括：电荷泵，所述电荷泵的检测端连接至所述射频放大器的供电端以获得所述供电电压的交流信号的检测信号，输出端经由第三电感连接至所述射频放大器的供电端，所述电荷泵根据所述参考包络信号与所述供电电压的交流信号的差值触发灌出电压或吸入电压。

优选地，在所述包络放大器工作于所述参考包络信号的上升阶段期间，所述电荷泵用于上拉所述包络放大器的输出电压，在所述包络放大器工作于所述参考包络信号的下降阶段期间，所述电荷泵用于下拉所述包络放大器的输出电压。

优选地，根据所述电荷泵在所述参考包络信号的信号周期中的上拉和下拉次数，对所述电流源的设定值进行微调。

根据本发明的另一方面，提供一种射频功率模块，包括：射频放大器，用于将射频信号放大后传送到天线进行发射；以及上述的包络合成电源，所述包络合成电源的输出端与所述射频放大器的供电端相连接，以提供所述射频放大器的供电电压。

根据本发明实施例的包络合成电源和射频功率模块，基于对电流源输出电压快速调节的包络合成控制方案产生供电电压，电流源中的开关模块的开关频率仅需要满足提供大致恒定的输出电流的参数要求，无需跟随参考包络信号的快速变化。包络驱动器对参考包络信号进行延时以获得随参考包络信号变化的输出电压。包络驱动器的信号处理过程仅涉及信号放大和倒相延时，并未涉及开关动作，在高突发载波应用中，可以实现与包络合成速度相当的ns级响应速度。

在优选的实施例中，包络合成电源还包括电荷泵，电荷泵在包络放大器工作于参考包络信号的上升阶段期间上拉包络放大器的输出电压，在包络放大器工作于参考包络信号的下降阶段期间下拉包络放大器的输出电压，因而可以采用电荷泵改善快速调节的效率。

在优选的实施例中，根据电荷泵在参考包络信号的信号周期中的上拉和下拉次数，对电流源的设定值进行微调，使得电流源提供的输出电流达到射频放大器的亚临界偏置条件以提高功率利用率。

在优选的实施例中，包络驱动器中的第一级放大器和第二级放大器的供电电压大于跟随器输出级的供电电压，从而可以采用更高电压更快速地上拉输出信号，因而可以进一步提高包络合成速度。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。

图1至3示出了根据现有技术的射频功率模块的示意电路图。

图4示出射频通信***的功率注入模型。

图5示出射频信号的幅度包络、功率包络和包络控制之间的关系。

图6示出射频功率模块的槽路功率、槽路电压与射频信号的输入强度之间的关系。

图7示出射频功率模块的槽路电压与功率增益之间的关系。

图8示出根据本发明第一实施例的射频功率模块的示意性电路图。

图9示出根据本发明第二实施例的射频功率模块的示意性电路图。

图10示出根据图9所示射频功率模块中包络驱动器的示意性电路图。

图11示出根据本发明实施例的射频功率模块的时序图。

图12示出根据本发明第三实施例的射频通信***的功率注入模型。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以通过不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反的，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

下面，参照附图对本发明进行详细说明。

图4示出射频通信***的功率注入模型。射频通信***100包括射频放大器1、基带合成模块3、功率注入模块15。

基带合成模块3包括数模转换器16、混频器17、驱动级18。射频数模转换器16对一组正交基带信号进行数模转换，以产生相应的模拟正交信号。混频器17将模拟正交信号与本地振荡器信号进行混频以产生射频信号。驱动级18对射频信号进行放大后提供至射频放大器1。基带合成模块3的各级信号处理均会产生延迟。

射频放大器1包括晶体管M1、电阻R1和R2。晶体管M1例如为MOSFET。晶体管M1的控制端经由电阻R1和R2组成的分压网络连接至基带合成模块3以接收射频信号。晶体管M1的源极和漏极之间连接天线2，将射频信号放大后提供至天线2以发射信号。

功率注入模块15包括电流源CSs、电压源VSs、以及电阻Rs。射频通信***100的谐振槽路包括除了有源元件之外的所有产生或者影响驻波形成的集总的和分布的元件形成的等效电路，例如，图中所示的寄生电感Lr和寄生电容Cr。谐振槽路与天线空中接口构造成一个串联谐振电路。功率注入模块15向谐振槽路供电使能量进入其谐振储能和传输。高频有源元件的快速信号变化一部分进入谐振储能过程、一部分直接送出去，谐振储能部分用来提高高频信号幅度。电压源VSs和电阻Rs串联连接在晶体管M1的源极和漏极之间，与谐振槽路串联连接，电容Cs连接在晶体管M1的源极和漏极之间作为退耦电容。电流源CSs连接在晶体管M1的源极和漏极之间，与谐振槽路并联连接。

功率注入模块15采用电压源VSs给射频放大器1供电时，电压源VSs串联在谐振槽路中，其输出电流随射频功率发生变化。采用电流源CSs供电时，电流源CSs与谐振槽路并联，其输出电压随射频功率变化。晶体管M1的源漏路径等效为直流电流源CSdc、交流电流源CSac、寄生电阻Rpa、以及寄生电容Cpa，其中，交流电流源CSac和寄生电容Cpa串联连接在直流电流源CSdc的两端之间，寄生电阻Rpa连接在直流电流源CSdc的两端之间。晶体管M1的源漏电流包括电流源CSs提供的直流信号Idc和交流信号Iac。

采用图4所示的电路结构，不论射频放大器1中的晶体管M1采用恒压供电还是恒流供电，均可以保证晶体管M1的稳定状态。

功率注入模块15提供的供电电压或供电电流可以调整射频放大器1中的晶体管M1的偏置电压或偏置电流，在特定输出功率时对应一个最高功率增益的电压电流组合，该组合即临界偏置。该临界偏置与试图得到的射频信号包络有关，但与输入包络的关系更大。输入包络经过放大后总是有些非线性压缩，但这些压缩所占的功率不高，对借助于谐振槽路储能积累获得的输出包络影响不方便观察。当偏置略低于临界偏置时，射频放大器1本身的消耗下降的速度与功率增益的下降相比更快些，功率利用率有可能增加，同时对输出功率和谐波影响不大。射频放大器1相对于临界偏置略低的偏置条件即亚临界偏置。如图所示，在射频放大器1中，当电流源CSs提供的直流信号Idc恰好为交流信号Iac的峰值时，射频放大器1中的晶体管M1处于临界偏置条件，可以保证晶体管M1在所有时间都处于良好的偏置状态。在实际产品中，电流源CSs提供的直流信号Idc略低于交流信号Iac的峰值，射频放大器1中的晶体管M1处于亚临界状态，交流部分略有顶部削波以提高功率利用率。该信号压缩导致的高频谐波可由谐振槽路谐振滤除。

当谐振槽路中的电感量相对较大时，功率注入模块15输出电压的短暂变化时电感电流基本不变，可以等效看做是个电流源。

功率注入模块15的输出电压决定电流源的输出功率。如果希望电流源提高输出功率，只要功率注入模块15输出电压提高即可，反之亦然。假设射频放大器1的品质因数为Q，则晶体管M1的注入能量为槽路能量的1/Q。如果电流源提供的直流电流总是略大于交流部分的峰值，当需要提升K倍功率时晶体管M1的交流电流增加1/sqr(N)即可，相应槽路的工作电压也需要增加1/sqr(N)倍。当电流源提供的直流电流不变时，在一定的功率范围内只要槽路电压按平方比例提高，即增加到1/N倍，仍可获得需要的槽路功率。虽然功率注入模块的交流部分增加而直流部分不变，相当于加深了亚临界程度、导致过多顶部削波，但该顶部削波导致的功率下降相对于基波功率不是很显著即可正常工作。

当基波功率变化不大时，槽路的Q值决定槽路输出能力。对于采用电压源串联供电的情况，电压源电流加大、槽路串联谐振元件上的电压随电流增长而增长，空中接口的有效电压摆幅升高、达到与基波功率成比例的输出功率。采用电流源并联激励的情况类似，并联部分的电压升高直到槽路输出达到由基波功率控制的功率。

图5示出射频信号的幅度包络、功率包络和包络控制之间的关系。

如果采用恒压或恒流供电，为了保证槽路输出功率，恒压或者恒流需要按功率包络变化。

图6示出射频功率模块的槽路功率、槽路电压与射频信号的输入强度之间的关系。

当射频信号的输入强度增加时，提高射频放大器的偏置电压或者电流，相应地槽路电流和槽路电压也跟着变化，以达到临界偏置条件。

当采用恒流偏置时，射频功率模块的槽路功率提高使得射频放大器的偏置电压进入亚临界条件。当射频放大器的电流出现削波时导致其通过的直流电流成分提高，导致电流源的输出电压被拉低，使其电流重新平衡到与电流源电流一致。这时由于信号的功率并无显著变化，槽路功率仍符合正常工作的要求。电流源输出功率下降的部分由驱动级补充。参见图6，在临界包络和亚临界包络中间有一个范围，在输出功率由射频放大器和驱动级共同提供，可保持相对稳定。采用恒流供电时电压临界包络按照与功率包络一致的方式变化，也存在图中的与u、c、o对应的电压点。

图7示出射频功率模块的槽路电压与功率增益之间的关系。如果采用功率注入模块中的电流源对射频放大器进行供电以及采用适当的恒流偏置以提供射频放大器的大部分功率，则可以通过快速地控制电流源的输出电压来快速跟踪射频信号的功率变化。因此，包络合成电源的功率注入模块可以仅包括电流源提供供电电流，并且选择合适的恒流值以及快速地控制电流源的输出电压，不需要对恒流值做快速调节。

图8示出根据本发明第一实施例的射频功率模块的示意性电路图。射频功率模块40包括射频放大器1和包络合成电源41。

射频放大器1的输入端接收射频信号Vrf，输出端与天线2相连接以发射信号。包络合成电源41的输入端接收用于表征射频信号包络的参考包络信号Vel，输出端与射频放大器1的供电端相连接以提供供电电压Vc。

包络合成电源41包括电流源、包络驱动器411、电感Lm、以及电容Co。

包络驱动器411的输入端接收参考包络信号Vel，输出端经由电容Co连接至节点N以提供大致恒定的输出电流。包络驱动器411对参考包络信号Vel进行延时后产生输出电压。参考包络信号Vel是槽路恒流偏置时的测算电压包络信号。电容Co用于阻隔直流信号，使得包络驱动器411的输出电压的高频部分到达节点N。

电流源包括组成开环控制Buck拓扑的开关模块412、电感Ls和电容Cm，基于数字控制数字反馈微调占空比产生连续电流。开关模块412的输入端接收参考包络信号Vel，输出端经由串联连接的电感Ls和Lm连接至节点N，电容Cm连接在电感Ls和Lm的中间节点和地之间。电感Lm例如为高频电感，或者由高频电感和普通电感组合成的电感。电感Ls例如为寄生电感或集总的低感量低损耗电感。

开关模块412根据设定值直接计算导通/关断时间，因而产生大致恒定占空比的脉宽调制信号Vp。开关模块412进一步获得包络驱动器411的输出端的电流检测信号，根据供电电压的交流部分的周期计数微调导通/关断时间。

电流源经由电感Lm连接至节点N，在节点N表现出恒流源特性，因此可以提供大致恒定的输出电流，以及采用适当的恒流偏置以提供射频放大器的大部分功率。即使射频信号Vrf的包络发生变化，开关电源也在节点N处保持恒定的电流输出。电感Lm可以阻止包络驱动器411的输出电压进入电流源中。

图9示出根据本发明第二实施例的射频功率模块的示意性电路图。射频功率模块40包括射频放大器1和包络合成电源51。

射频放大器1的输入端接收射频信号Vrf，输出端与天线2相连接以发射信号。包络合成电源51的输入端接收用于表征射频信号包络的参考包络信号Vel，输出端与射频放大器1的供电端相连接以提供供电电压Vc。

包络合成电源51包括电流源、包络驱动器511、电荷泵513、电感Lm和La、以及电容Co。

包络驱动器511的输入端接收参考包络信号Vel，输出端经由电容Co连接至节点N以提供大致恒定的输出电流。包络驱动器511对参考包络信号Vel进行延时后产生输出电压。参考包络信号Vel是槽路恒流偏置时的测算电压包络信号。电容Co用于阻隔直流信号，使得包络驱动器511的输出电压的高频部分到达节点N。

电流源包括组成开环控制Buck拓扑的开关模块512、电感Ls和电容Cm，基于数字控制数字反馈微调占空比产生连续电流。开关模块512的输入端接收参考包络信号Vel，输出端经由串联连接的电感Ls和Lm连接至节点N，电容Cm连接在电感Ls和Lm的中间节点和地之间。电感Lm例如为高频电感，或者由高频电感和普通电感组合成的电感。电感Ls例如为寄生电感或集总的低感量低损耗电感。

开关模块512根据设定值直接计算导通/关断时间，因而产生大致恒定占空比的脉宽调制信号Vp。开关模块512进一步获得电荷泵513的输出端的电流检测信号，根据供电电压的交流部分的周期计数微调导通/关断时间。

电流源经由电感Lm连接至节点N，在节点N表现出恒流源特性，因此，开关电源作为电流源提供大致恒定的输出电流，以及采用适当的恒流偏置以提供射频放大器的大部分功率。即使射频信号Vrf的包络发生变化，开关电源也在节点N处保持恒定的电流输出。电感Lm可以阻止包络驱动器511的输出电压进入电流源中。

电荷泵513为基于滞回触发调宽脉冲开关控制的电荷泵。电感La例如是寄生电感或集总的低感量低损耗电感。电感La限制电荷泵513的输出电流。电荷泵513采用已知的导通时间估算(COT)电路推算导通时间，实现不是本发明的重点，在此不予进一步说明和描述。

在该优选的实施例中，电荷泵513用于修正包络驱动器512的电压偏差。由于电容Co的容量有限，当其较长时间输出单一方向的电流时，由于充电效果，会使其对电感Lm的输出电压的控制出现偏差。电荷泵的工作原理相当于短时间将节点N经由低阻开关连接至高电位(例如，上拉至2倍电源电压)或接地(例如，下拉至零电压)。如果预期出现的偏差较大，将由电荷泵513短时间输出一个向上或者向下的短促脉冲电压，快速补充电容Co上的电压偏差。

电荷泵513通过低阻开关接通一个有大压差的电源和容性负载，将由压差和开关电阻决定接通瞬时的电流。如果不利用电感加以限制，将导致过大的电流脉冲和由于仅仅是导通电阻自身限制的电流，将导致很大损耗。如果串入一个电感量很小的电感，则短促脉冲期间的电流受到开关电阻和电感两者限制，而电感以储能的形式限制电流，可降低损耗。该短促脉冲的持续时间以及在持续时间过后允许电感电流续流的时间是根据当时的电荷泵脉冲电压与节点N的电压值做前馈估算的(该脉冲时间太短，无法采用反馈控制精确实现控制)。因此，电荷泵513经由电感La连接至节点N。

电感La上的电流波形设计为一个向上或者向下的三角波；其前沿持续对应脉冲宽度，后沿持续时间对应电感续流时间。电荷泵驱动电感La的输出有四个状态：不输出时为高阻、输出高电压、输出地电压和输出电源电压。其中输出高电压或地对应电流三角波前沿，输出电源电压对应电流三角波后沿；后沿时间过后电荷泵输出重新进入高阻态。

图10示出根据图9所示射频功率模块中包络驱动器的示意性电路图。包络驱动器511包括电阻R11至R14、以及晶体管M1至M5，例如MOSFET。

电阻R11、晶体管M1和电阻R12依次串联在包络驱动器511的第一供电端和地之间，形成第一级固定增益倒相放大器。晶体管M1的控制端接收参考包络信号Vel。电阻R13、晶体管M2和电阻R14依次串联在包络驱动器511的第一供电端和地之间，形成第二级固定增益倒相放大器。晶体管M2的控制端连接至电阻R11和晶体管M1的中间节点。

晶体管M3至M5依次串联连接在包络驱动器511的第二供电端和地之间。缓冲器5111的输入端连接至电阻M2和电阻R14的中间节点，输出端连接至晶体管M3的控制端。晶体管M4的控制端接地，晶体管M5的控制端接收使能信号，用于使能输出信号的下拉部分。晶体管M3至M5与缓冲器5111一起组成跟随器输出级。晶体管M3和M4的中间节点连接至电容Co，从而提供输出电压Vla。

包络驱动器511具有良好的稳定性和驱动能力，同时具有较长时间的延时。包络驱动器511对参考包络信号Vel进行延时后产生输出电压Vla，该延时允许开关模块512较早参与对参考包络信号Vel的响应。包络驱动器511的各级电路为独立的源极反馈，可保证带宽和增益稳定，其输出低阻也由跟随器自身保证。

第一级放大器和第二级放大器的供电电压大于跟随器输出级的供电电压，从而可以采用更高电压更快速地上拉输出信号。优选地，第一级放大器和第二级放大器的供电电压大于等于跟随器输出级的供电电压的两倍。

图11示出根据本发明实施例的射频功率模块的时序图。

参考包络信号Vel例如是通信信***中的基带合成模块3根据正交基带信号针对预定槽路恒流偏置时的测算电压包络信号，相对于在射频放大器1实际需要的理想偏置电压信号相位超前。不论是参考包络信号，还是理想偏置电压信号，每个包络信号周期中均包括上升阶段、高电平阶段、以及下降阶段。

参见图9所示的包络合成电源51，包络驱动器511对参考包络信号Vel进行延时以提供随参考包络信号Vel变化的输出电压，开关模块512、电感Ls、以及电容Cm组成电流源以提供大致恒定的输出电流。包络驱动器511在对应于参考包络信号周期的上升阶段、高电平阶段、以及下降阶段的时间段t0-t5期间提供输出电压。

开关模块512根据参考包络信号Vel相对应的设定值决定自己的占空比，并不能也不需要快速地跟随参考包络信号Vel变化，对电感Lm的电流进行微调。包络驱动器511的输出端经由晶体管M4接地，并且具有较强的上拉能力和较弱的下拉能力。因此，在需要提升电感Lm的输出电压时可快速提升，而在下拉时以有限能力拉低。

电荷泵513根据参考包络信号Vel和供电电压的交流信号的差值决定灌出还是吸入一个周期，但其接通时间也只与启动当时的差值有关、与接通后是否参考包络信号Vel与供电电压的交流信号的差值是否充分降低无关，因此，可以避免超快速的导通/关断控制。在对应于参考包络信号周期的上升阶段t0-t2的时间段，包络驱动器511不能充分拉高时，电荷泵513将触发进行上拉以提升电感Lm的输出电压。在对应于参考包络信号周期的下降阶段t3-t5的时间段，包络驱动器511不能充分拉低时，电荷泵513将触发进行下拉以降低电感Lm的输出电压。无论是电荷泵513上拉和下拉期间还是开关模块512的开关期间，高速的电流波动通过电容Co流入包络驱动器511的低源内阻输出，对高频分量滤波。

电荷泵513的上拉和下拉次数用来反映电流源的输出电流是否偏离合理值，上拉次数偏多则反映其输出偏低，反之反映输出偏高。根据电荷泵513的上拉和下拉次数输入到开关模块512对电流源的输出控制微调。

如图所示，包络合成电源51在节点N产生的供电电压为电流源、包络驱动器、电荷泵的叠加信号，使得供电电压与理想偏置电压信号近似。

图12示出根据本发明第三实施例的射频通信***的功率注入模型。射频通信***200包括射频放大器1、基带合成模块3、包络合成电源51。

基带合成模块3包括数模转换器16、混频器17、驱动级18。射频数模转换器16对一组正交基带信号进行数模转换，以产生相应的模拟正交信号。混频器17将模拟正交信号与本地振荡器信号进行混频以产生射频信号。驱动级18对射频信号进行放大后提供至射频放大器1。基带合成模块3的各级信号处理均会产生延迟。

射频放大器1包括晶体管M1、电阻R1和R2。晶体管M1例如为MOSFET。晶体管M1的控制端经由电阻R1和R2组成的分压网络连接至基带合成模块3以接收射频信号。晶体管M1的源极和漏极之间连接天线2，将射频信号放大后提供至天线2以发射信号。电容Cs连接在晶体管M1的源极和漏极之间作为退耦电容。

包络合成电源51包括包络驱动器511、开关模块512、电荷泵513、电感Ls、Lm和La、以及电容Co。开关模块512与电感Ls和电容Cm连接成电流源以提供大致恒定的输出电流，包络驱动器511产生随参考包络信号变化的输出电压，电荷泵513用于在参考包络信号的上升阶段辅助上拉包络驱动器511的输出，以及在参考包络信号的下降阶段辅助下拉包络驱动器511的输出。包络合成电源51在节点N产生的供电电压与理想偏置电压信号近似。

射频通信***200的谐振槽路包括除了有源元件之外的所有产生或者影响驻波形成的集总的和分布的元件形成的等效电路，例如，图中所示的寄生电感Lr和寄生电容Cr。谐振槽路与天线空中接口构造成一个串联谐振电路。包络合成电源51的输出端连接至电容Cs和电感Lr的中间节点，向谐振槽路供电使能量进入其谐振储能和传输。高频有源元件的快速信号变化一部分进入谐振储能过程、一部分直接送出去，谐振储能部分用来提高高频信号幅度。包络合成电源51的节点N连接至晶体管M1的源极，包络合成电源51的接地端连接至晶体管M1的漏极。包络合成电源51提供供电电压时，电流源与谐振槽路并联，其输出电压随射频功率变化。晶体管M1的源漏电流包括包络合成电源51提供的直流信号Idc和交流信号Iac。

应当说明的是，在本发明的描述中，所含术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (13)

1.一种包络合成电源，用于向射频放大器的供电端提供供电电压，所述包络合成电源包括：

电流源，所述电流源的输出端经由第一电感连接至所述供电端，用于根据设定值产生输出电流以提供所述射频放大器的大部分功率，

包络驱动器，所述包络驱动器的输出端经由第一电容连接至所述供电端，用于产生随所述射频包络信号变化的输出电压以跟踪所述射频包络信号。

2.根据权利要求1所述的包络合成电源，其中，所述电流源包括：

开关模块，用于根据所述设定值产生大致恒定占空比的脉宽调制信号；以及

第二电感和第二电容，串联连接在所述开关模块的输出端和地之间，

其中，所述第一电感连接在所述第二电感和所述第二电容的中间节点和所述供电端之间。

3.根据权利要求2所述的包络合成电源，其中，所述第一电感为高频电感。

4.根据权利要求2所述的包络合成电源，其中，所述包络驱动器接收用于表征所述射频信号包络的参考包络信号，并且对所述参考包络信号进行延时。

5.根据权利要求4所述的包络合成电源，其中，所述参考包络信号的每个信号周期具有第一时间段，所述第一时间段包括连续的上升阶段、高电平阶段和下降阶段，所述包络放大器在所述第一时间段工作以产生所述输出电压。

6.根据权利要求5所述的包络合成电源，其中，所述包络驱动器括：

第一级放大器和第二级放大器，用于对所述参考包络信号进行至少两级固定增益放大和至少两级倒相延时，以产生中间信号；以及

跟随器输出级，用于将所述中间信号输出作为所述输出电压。

7.根据权利要求6所述的包络合成电源，其中，

所述第一级放大器包括依次串联连接在所述包络驱动器的第一供电端和地之间的第一电阻、第一晶体管和第二电阻，所述第一晶体管的控制端接收所述参考包络信号；

所述第二级放大器包括依次串联连接在所述包络驱动器的第一供电端和地之间的第三电阻、第二晶体管和第四电阻，所述第二晶体管的控制端连接至所述第一电阻和所述第一晶体管的中间节点；以及

所述跟随器输出级包括依次串联连接在所述包络驱动器的第二供电端和地之间的第三晶体管、第四晶体管和第五晶体管，所述第三晶体管的控制端连接至所述第二晶体管和所述第四电阻的中间节点，所述第四晶体管的控制端接地，所述第五晶体管的控制端接收使能信号。

8.根据权利要求7所述的包络合成电源，其中，所述第一级放大器和所述第二级放大器的供电电压大于所述跟随器输出级的供电电压。

9.根据权利要求8所述的包络合成电源，其中，所述第一级放大器和所述第二级放大器的供电电压为所述跟随器输出级的供电电压的两倍。

10.根据权利要求5所述的包络合成电源，还包括：电荷泵，所述电荷泵的检测端连接至所述射频放大器的供电端以获得所述供电电压的交流信号的检测信号，输出端经由第三电感连接至所述射频放大器的供电端，所述电荷泵根据所述参考包络信号与所述供电电压的交流信号的差值触发灌出电压或吸入电压。

11.根据权利要求10所述的包络合成电源，其中，在所述包络放大器工作于所述参考包络信号的上升阶段期间，所述电荷泵用于上拉所述包络放大器的输出电压，

在所述包络放大器工作于所述参考包络信号的下降阶段期间，所述电荷泵用于下拉所述包络放大器的输出电压。

12.根据权利要求11所述的包络合成电源，其中，根据所述电荷泵在所述参考包络信号的信号周期中的上拉和下拉次数，对所述电流源的设定值进行微调。

13.一种射频功率模块，包括：

射频放大器，用于将射频信号放大后传送到天线进行发射；以及

根据权利要求1至12中任一项所述的包络合成电源，所述包络合成电源的输出端与所述射频放大器的供电端相连接，以提供所述射频放大器的供电电压。

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