DE112020004068T5

DE112020004068T5 - Systeme zur einhüllendennachverfolgung auf mehreren niveaus mit angepassten spannungsschritten

Info

Publication number: DE112020004068T5
Application number: DE112020004068.2T
Authority: DE
Inventors: Serge Francois Drogi; Florinel G. Balteanu
Original assignee: Skyworks Solutions Inc
Current assignee: Skyworks Solutions Inc
Priority date: 2019-09-27
Filing date: 2020-09-23
Publication date: 2022-05-19
Also published as: US20220085765A1; GB2621260A; US11757414B2; GB2602750A; US11223325B2; GB2616986B; JP2022549665A; WO2021061855A1; GB2616986A; GB202204273D0; KR20220070218A; CN114514698A; GB2602750B; US20230387859A1; GB202314067D0; US20210099137A1; GB202306331D0; GB2621260B

Abstract

Mehrniveau-Einhüllendennachverfolgungssysteme mit angepassten Spannungsschritten werden hierin offenbart. In bestimmten Ausführungsformen wird ein Einhüllendennachverfolgungssystem zur Erzeugung einer Leistungsverstärkerversorgungsspannung für einen Leistungsverstärker bereitgestellt. Das Einhüllendennachverfolgungssystem umfasst einen Mehrniveauversorgungs-Gleichspannungswandler („multi-level supply“, MLS), welcher mehrere geregelte Spannungen ausgibt, einen MLS-Modulator, welcher die Auswahl der geregelten Spannungen im zeitlichen Verlauf auf der Basis eines einer Einhüllenden des von dem Leistungsverstärker verstärkten HF-Signals entsprechenden analogen Einhüllendensignals steuert, und einen Modulatorausgangsfilter, welcher zwischen einen Ausgang des MLS-Modulators und die Leistungsverstärkerversorgungsspannung gekoppelt ist. Das Einhüllendennachverfolgungssystem umfasst ferner eine Schaltpunktanpassungsschaltung, welche dazu ausgelegt ist, das Spannungsniveau der von dem MLS- Gleichspannungswandler geregelten Spannungen auf der Basis eines Leistungsniveaus des HF-Signals zu steuern.

Description

HINTERGRUND
Technisches Gebiet
Ausführungsformen der Erfindung beziehen sich auf elektronische Systeme, insbesondere auf Leistungsverstärker für die Hochfrequenzelektronik (HF-Elektronik).
Beschreibung der zugehörigen Technologie
Leistungsverstärker werden in HF-Kommunikationssystemen genutzt, um HF-Signale für die Übertragung durch Antennen zu verstärken. Es ist wichtig, die Leistung der HF-Signalübertragungen steuern zu können, um eine Batterielebensdauer verlängern und/oder für geeignete Übertragungsleistungsniveaus sorgen zu können.
Beispiele für HF-Kommunikationssysteme mit ein oder mehreren Leistungsverstärkern sind unter anderem Mobiltelefone, Tablets, Basisstationen, Netzwerkzugangspunkte, Kundengeräte (Customer-Premises Equipment; CPE), Laptops und tragbare Elektronik (Wearables). Beispielsweise kann in drahtlosen Geräten, welche unter Nutzung eines Mobilfunkstandards, eines Standards für ein drahtloses lokales Netzwerk (WLNA) und/oder jedes anderen geeigneten Kommunikationsstandards kommunizieren ein Leistungsverstärker für die Verstärkung von HF-Signalen eingesetzt werden. Ein HF-Signal kann eine Frequenz in einem Frequenzbereich von etwa 30 kHz bis 300 GHz, wie beispielsweise im Bereich von etwa 410 MHz bis etwa 7,125 GHz für die Kommunikation im Frequenzbereich 1 (FR1) der fünften Generation (5G) von 5G aufweisen.
ZUSAMMENFASSUNG
In bestimmten Ausführungsformen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Einhüllendennachverfolgungssystem. Das Einhüllendennachverfolgungssystem weist einen Leistungsverstärker, welcher dazu ausgelegt ist, ein Hochfrequenzsignal zu verstärken und Leistung über eine Leistungsverstärkerversorgungsspannung zu beziehen, und einen Einhüllendennachverfolger auf, welcher dazu ausgelegt ist, die Leistungsverstärkerversorgungsspannung auf der Basis eines Einhüllendensignals, das einer Einhüllenden des Hochfrequenzsignals entspricht, zu erzeugen. Der Einhüllendennachverfolger umfasst einen Gleichspannungswandler, welcher dazu ausgelegt ist, eine Vielzahl von geregelten Spannungen auszugeben, einen Modulator, welcher dazu ausgelegt ist, eine Modulatorausgangsspannung auf der Basis der Vielzahl von geregelten Spannungen und dem Einhüllendensignal zu erzeugen, und eine Schaltpunktanpassungsschaltung auf, welche dazu ausgelegt ist, ein Spannungsniveau zumindest einer der Vielzahl von geregelten Spannungen auf der Basis eines Leistungspegels des Hochfrequenzsignals zu steuern.
In einigen Ausführungsformen ist die Schaltpunktanpassungsschaltung dazu ausgelegt, das Spannungsniveau jeder der Vielzahl von geregelten Spannungen auf der Basis eines Leistungspegels des Hochfrequenzsignals zu steuern.
In verschiedenen Ausführungsformen weist die Schaltpunktanpassungsschaltung eine Leistungsschätzschaltung auf, welche dazu ausgelegt ist, den Leistungspegel des Hochfrequenzsignals auf der Basis eines Signalleistungswertes für einen Übertragungsframe und/oder ein Übertragungssymbol zu schätzen. Gemäß einer Anzahl von Ausführungsformen gibt der Signalleistungswert die mittlere Leistung für den Übertragungsframe oder das Übertragungssymbol an. In Übereinstimmung mit etlichen Ausführungsformen gibt der Signalleistungswert eine Spitzenleistung für den Übertragungsframe oder das Übertragungssymbol an. Gemäß einiger Ausführungsformen weist die Schaltpunktanpassungsschaltung weiterhin eine Spannungsschätzschaltung auf, welche dazu ausgelegt ist, eine Vielzahl von gewünschten Spannungsniveaus zu schätzen, welche dem Signalleistungswert zugeordnet sind. In Übereinstimmung mit einer Anzahl von Ausführungsformen weist die Schaltpunktanpassungsschaltung weiterhin eine Programmierschaltung auf, welche dazu ausgelegt ist, den Gleichspannungswandler so zu steuern, dass er die Vielzahl von geregelten Spannungen jeweils auf einem entsprechenden der Vielzahl von gewünschten Spannungsniveaus ausgibt.
In etlichen Ausführungsformen umfasst das Einhüllendennachverfolgungssystem weiterhin zwei oder mehr Leistungsverstärker, welche dazu ausgelegt sind, zwei oder mehr Hochfrequenzsignale zu verstärken, wobei der Einhüllendennachverfolger zwei oder mehr Modulatoren aufweist, welche jeweils dazu ausgelegt sind, die Vielzahl von geregelten Spannungen zu empfangen und für eine Modulation zu sorgen, so dass eine Versorgungsspannung für einen entsprechenden der zwei oder mehr Leistungsverstärker erzeugt wird. Gemäß einer Anzahl von Ausführungsformen ist die Schaltpunktanpassungsschaltung dazu ausgelegt, das Spannungsniveau auf der Basis des größten Leistungspegels der zwei oder mehr Hochfrequenzsignale zu steuern.
In etlichen Ausführungsformen ist der Gleichspannungswandler dazu ausgelegt, eine Batteriespannung zu empfangen und die Vielzahl von geregelten Spannungen und die Gleichspannung auf der Basis einer Bereitstellung einer Gleichspannungswandlung der Batteriespannung zu erzeugen.
In einigen Ausführungsformen hat jede der Vielzahl von geregelten Spannungen ein unterschiedliches Spannungsniveau.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst der Einhüllendennachverfolger weiterhin eine Vielzahl von entkoppelnden Kondensatoren, die jeweils zwischen Masse und einer entsprechenden der Vielzahl von geregelten Spannungen gekoppelt sind.
In einer Anzahl von Ausführungsformen umfasst der Modulator eine Vielzahl von Schaltern, die jeweils zwischen die Modulatorausgangsspannung und eine entsprechende der Vielzahl von geregelten Spannungen gekoppelt sind.
In etlichen Ausführungsformen umfasst der Einhüllendennachverfolger weiterhin einen Modulatorausgangsfilter, welcher zwischen einen Ausgang des Modulators und die Leistungsverstärkerversorgungsspannung gekoppelt ist, und welcher zumindest eine Reiheninduktivität und zumindest einen Shuntkondensator aufweist.
In bestimmten Ausführungsformen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf eine Mobilvorrichtung. Die Mobilvorrichtung weist einen Sendeempfänger, welcher dazu ausgelegt ist, ein Hochfrequenzsignal zu erzeugen, eine Frontendschaltung mit einem Leistungsverstärker, welcher dazu ausgelegt ist, das Hochfrequenzsignal zu verstärken und Leistung von einer Leistungsverstärkerversorgungsspannung zu beziehen, sowie eine Leistungsverwaltungsschaltung mit einem Einhüllendennachverfolger auf, welcher dazu ausgelegt ist, die Leistungsverstärkerversorgungsspannung auf der Basis eines einer Einhüllenden des Hochfrequenzsignals entsprechenden Einhüllendensignals zu erzeugen. Der Einhüllendennachverfolger umfasst einen Gleichspannungswandler, welcher dazu ausgelegt ist, eine Vielzahl von geregelten Spannungen auszugeben, einen Modulator, welcher dazu ausgelegt ist, eine Modulatorausgangsspannung auf der Basis der Vielzahl von geregelten Spannungen und dem Einhüllendensignal zu erzeugen, und eine Schaltpunktanpassungsschaltung auf, welche dazu ausgelegt ist, ein Spannungsniveau zumindest einer der Vielzahl von geregelten Spannungen auf der Basis eines Leistungspegels des Hochfrequenzsignals zu steuern.
In verschiedenen Ausführungsformen ist die Schaltpunktanpassungsschaltung dazu ausgelegt, das Spannungsniveau jeder der Vielzahl von geregelten Spannungen auf der Basis eines Leistungspegels des Hochfrequenzsignals zu steuern.
In einigen Ausführungsformen weist die Schaltpunktanpassungsschaltung eine Leistungsschätzschaltung auf, welche dazu ausgelegt ist, den Leistungspegel des Hochfrequenzsignals auf der Basis eines Signalleistungswertes für einen Übertragungsframe und/oder ein Übertragungssymbol zu schätzen. Gemäß einer Anzahl von Ausführungsformen gibt der Signalleistungswert die mittlere Leistung für den Übertragungsframe oder das Übertragungssymbol an. In Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen gibt der Signalleistungswert eine Spitzenleistung für den Übertragungsframe oder das Übertragungssymbol an. Gemäß etlicher Ausführungsformen weist die Schaltpunktanpassungsschaltung weiterhin eine Spannungsschätzschaltung auf, welche dazu ausgelegt ist, eine Vielzahl von gewünschten Spannungsniveaus zu schätzen, welche dem Signalleistungswert zugeordnet sind. In Übereinstimmung mit einer Anzahl von Ausführungsformen weist die Schaltpunktanpassungsschaltung weiterhin eine Programmierschaltung auf, welche dazu ausgelegt ist, den Gleichspannungswandler so zu steuern, dass er die Vielzahl von geregelten Spannungen jeweils auf einem entsprechenden der Vielzahl von gewünschten Spannungsniveaus ausgibt.
In etlichen Ausführungsformen umfasst die Mobilvorrichtung weiterhin zwei oder mehr Leistungsverstärker, welche dazu ausgelegt sind, zwei oder mehr Hochfrequenzsignale zu verstärken, wobei der Einhüllendennachverfolger zwei oder mehr Modulatoren aufweist, welche jeweils dazu ausgelegt sind, die Vielzahl von geregelten Spannungen zu empfangen und für eine Modulation zu sorgen, so dass eine Versorgungsspannung für einen entsprechenden der zwei oder mehr Leistungsverstärker erzeugt wird. Gemäß verschiedener Ausführungsformen ist die Schaltpunktanpassungsschaltung dazu ausgelegt, das Spannungsniveau auf der Basis des größten Leistungspegels der zwei oder mehr Hochfrequenzsignale zu steuern.
In einigen Ausführungsformen ist der Gleichspannungswandler dazu ausgelegt, eine Batteriespannung zu empfangen und die Vielzahl von geregelten Spannungen und die Gleichspannung auf der Basis einer Bereitstellung einer Gleichspannungswandlung der Batteriespannung zu erzeugen.
In verschiedenen Ausführungsformen hat jede der Vielzahl von geregelten Spannungen ein unterschiedliches Spannungsniveau.
In etlichen Ausführungsformen umfasst der Einhüllendennachverfolger weiterhin eine Vielzahl von entkoppelnden Kondensatoren, die jeweils zwischen Masse und einer entsprechenden der Vielzahl von geregelten Spannungen gekoppelt sind.
In einigen Ausführungsformen umfasst der Modulator eine Vielzahl von Schaltern, die jeweils zwischen die Modulatorausgangsspannung und eine entsprechende der Vielzahl von geregelten Spannungen gekoppelt sind.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die Mobilvorrichtung weiterhin einen Modulatorausgangsfilter, welcher zwischen einen Ausgang des Modulators und die Leistungsverstärkerversorgungsspannung gekoppelt ist, und welcher zumindest eine Reiheninduktivität und zumindest einen Shuntkondensator aufweist.
In bestimmten Ausführungsformen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren zur Einhüllendennachverfolgung. Das Verfahren umfasst das Verstärken eines Hochfrequenzsignals mithilfe eines Leistungsverstärkers, das Versorgen des Leistungsverstärkers mit Energie mithilfe einer Leistungsverstärkerversorgungsspannung, das Ausgeben einer Vielzahl von geregelten Spannungen durch einen Gleichspannungswandler sowie das Steuern der Leistungsverstärkerversorgungsspannung auf der Basis der Vielzahl von geregelten Spannungen und einem der Einhüllenden des Hochfrequenzsignals entsprechenden Einhüllendensignal mithilfe eines Modulators. Das Verfahren umfasst weiterhin das Steuern eines Spannungsniveaus zumindest einer der Vielzahl von geregelten Spannungen auf der Basis eines Leistungspegels des Hochfrequenzsignals.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner ein Steuern jeder der Vielzahl von geregelten Spannungen auf der Basis eines Leistungspegels des Hochfrequenzsignals.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner ein Schätzen des Leistungspegels des Hochfrequenzsignals auf der Basis eines Signalleistungswertes für einen Übertragungsframe und/oder ein Übertragungssymbol. Gemäß einer Anzahl von Ausführungsformen gibt der Signalleistungswert die mittlere Leistung für den Übertragungsframe oder das Übertragungssymbol an. In Übereinstimmung mit etlichen Ausführungsformen gibt der Signalleistungswert eine Spitzenleistung für den Übertragungsframe oder das Übertragungssymbol an. Gemäß verschiedener Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner ein Schätzen einer Vielzahl von gewünschten Spannungsniveaus zu schätzen, welche dem Signalleistungswert zugeordnet sind. In Übereinstimmung mit etlichen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner ein Steuern des Gleichspannungswandlers, so dass er die Vielzahl von geregelten Spannungen jeweils auf einem entsprechenden der Vielzahl von gewünschten Spannungsniveaus ausgibt.
In etlichen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner ein Erzeugen der Vielzahl von geregelten Spannungen auf der Basis einer Bereitstellung einer Gleichspannungswandlung einer Batteriespannung.
In verschiedenen Ausführungsformen hat jede der Vielzahl von geregelten Spannungen ein unterschiedliches Spannungsniveau.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung einer Mobilvorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
2 ist eine schematische Darstellung eines Einhüllendennachverfolgungssystems für einen Leistungsverstärker gemäß einer Ausführungsform.
3A ist eine schematische Darstellung eines Einhüllendennachverfolgungssystems gemäß einer weiteren Ausführungsform.
3B ist eine schematische Darstellung eines Einhüllendennachverfolgungssystems gemäß einer weiteren Ausführungsform.
4 ist eine Auftragung der Spannung gegenüber der Zeit für fünf Beispiele von Signalwellenformen verschiedener Leistungsniveaus.
5A ist eine Auftragung eines Beispiels einer Leistungsverstärkerversorgungsspannung gegenüber der Eingangsleistung.
5B ist eine Auftragung eines Beispiels des Leistungswirkungsgrades („power added efficiency“, PAE) gegenüber der Ausgangsleistung für verschiedene Beispiele von Signalwellenformen.
6A ist eine Auftragung eines weiteren Beispiels einer Leistungsverstärkerversorgungsspannung gegenüber der Eingangsleistung.
6B ist eine Auftragung eines weiteren Beispiels des PAEs gegenüber der Ausgangsleistung für verschiedene Beispiele von Signalwellenformen.
7 ist eine schematische Darstellung einer Mobilvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform.
8 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Kommunikationssystems zum Übertragen von Hochfrequenzsignalen (HF-Signalen).
9 ist eine schematische Darstellung eines Modulationssystems mit Mehrniveauversorgung („multi-level supply“, MLS) gemäß einer Ausführungsform.
10 ist eine schematische Darstellung eines MLS-DC/DC-Wandlers gemäß einer Ausführungsform.
11 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels für den Zeitverlauf einer MLS-DC/DC-Wandlung.
12 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels für MLS-Einhüllendennachverfolgung für ein kontinuierliches Wellensignal.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende detaillierte Beschreibung bestimmter Ausführungsformen stellt verschiedene Beschreibungen bestimmter Ausführungsformen dar. Die hier beschriebenen Innovationen können jedoch auf vielfältige Weise verkörpert werden, z.B. durch die Definition und in dem Umfang der Ansprüche. In dieser Beschreibung wird auf die Zeichnungen verwiesen, in denen gleichartige Bezugszeichen identische oder funktional ähnliche Elemente bezeichnen können. Es sei darauf hingewiesen, dass die in den Figuren dargestellten Elemente nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeichnet sind. Darüber hinaus wird davon ausgegangen, dass bestimmte Ausführungsformen mehr Elemente beinhalten können, als in einer Zeichnung und/oder einer Teilmenge der in einer Zeichnung dargestellten Elemente dargestellt sind. Darüber hinaus können einige Ausführungsformen jede geeignete Kombination von Merkmalen aus zwei oder mehr Zeichnungen enthalten.
Einhüllendennachverfolgung ist eine Technik, die eingesetzt werden kann, um den Leistungswirkungsgrad („power added efficiency“, PAE) eines Leistungsverstärkers zu verbessern, indem der Spannungspegel einer Leistungsverstärkerversorgungsspannung in Bezug auf eine Einhüllende eines durch den Leistungsverstärker verstärktes HF-Signal angepasst wird. Wenn sich daher die Einhüllende des HF-Signals erhöht, kann die dem Leistungsverstärker bereitgestellte Versorgungsspannung erhöht werden. Dementsprechend kann, wenn sich die Einhüllende des HF-Signals erniedrigt, die dem Leistungsverstärker bereitgestellte Versorgungsspannung verringert werden, um den Energieverbrauch zu senken.
Einhüllendennachverfolgung kann Anwendungen umfassen, in denen das Einhüllendensignal der sich schnell ändernden momentanen Leistung des HF-Signals folgt. In anderen Anwendungen kann das Einhüllendensignal viel langsamer sein, beispielsweise in Abhängigkeit von einem längerfristigen Mittelwert des HF-Signals. Zum Beispiel ändert sich bei Verwendung einer Nachverfolgung von Symbol zu Symbol das Einhüllendensignal relative selten im Vergleich zu der sich schnell ändernden momentanen Leistung eines Signals mit orthogonaler Frequenzteilungsmodulation („orthogonal frequency division multiplexing“, OFDM). Beispielsweise kann sich die momentane Leistung einer 5G-OFDM-Wellenform zwischen Spitzen und Tälern innerhalb von weniger als 10 ns ändern, während sich Symbole alle 16 µs ändern. In bestimmten Implementierungsformen kann das Einhüllendensignal auf der nächsten eingehenden Spitze des HF-Signals basieren, so dass es die HF-Leistung antizipiert anstatt derselben zu folgen.
Mehrniveau-Einhüllendennachverfolgungssysteme mit angepassten Spannungsschritten werden hierin offenbart. In bestimmten Ausführungsformen wird ein Einhüllendennachverfolgungssystem zur Erzeugung einer Leistungsverstärkerversorgungsspannung für einen Leistungsverstärker bereitgestellt. Das Einhüllendennachverfolgungssystem umfasst einen Mehrniveauversorgungs-Gleichspannungswandler („multi-level supply“, MLS), welcher mehrere geregelte Spannungen ausgibt, einen MLS-Modulator, welcher die Auswahl der geregelten Spannungen im zeitlichen Verlauf auf der Basis eines einer Einhüllenden des von dem Leistungsverstärker verstärkten HF-Signals entsprechenden analogen Einhüllendensignals steuert, und einen Modulatorausgangsfilter, welcher zwischen einen Ausgang des MLS-Modulators und die Leistungsverstärkerversorgungsspannung gekoppelt ist. Das Einhüllendennachverfolgungssystem umfasst ferner eine Schaltpunktanpassungsschaltung, welche dazu ausgelegt ist, das Spannungsniveau der von dem MLS- Gleichspannungswandler geregelten Spannungen auf der Basis eines Leistungsniveaus des HF-Signals zu steuern.
Durch die Steuerung des Spannungsniveaus der geregelten Spannungen kann eine verbesserte Effizienz erzielt werden. Zum Beispiel kann der Schaltpunkt des MLS-Gleichspannungswandlers auf der Basis des Leistungsniveaus des HF-Signals angepasst werden, um für eine vorausschauende Anpassung der geregelten Spannungen zu sorgen, so dass die Effizienz über einen weiten Bereich von Signalleistungen steigt.
In bestimmten Implementierungsformen steuert die Schaltpunktanpassungsschaltung die geregelten Spannungen, die durch den MLS-Gleichspannungswandler ausgegeben werden, auf der Basis eines Signalleistungswertes, welcher für einen bestimmten Übertragungsslot oder Übertragungsframe angegeben wird. In bestimmten Systemen kann beispielsweise eine Größe der mittleren Signalleistung und/oder Signalspitzenleistung im Vorhinein bekannt sein, bevor ein Übertragungsslot oder Übertragungsframe (zum Beispiel durch eine Basisstation eines Kommunikationsnetzwerks instruiert) ankommt, so dass diese genutzt werden kann, um die Spannungsniveaus der geregelten Spannungen zu steuern.
Eine verbesserte Leistungsfähigkeit eines Mehrniveau-Einhüllendennachverfolgungssystems kann dadurch erreicht werden, dass die Skala der diskreten Spannungspegel auf geeignete der während des übertragenen Bursts oder Frames gesetzten Signalleistung (zum Beispiel mittlere Leistung) entsprechende Spannungsniveaus (beispielsweise die minimalen und maximalen Spannungswerte) angepasst wird. So eine Nachverfolgung kann für einen weiten Bereich von Übertragungssituationen genutzt werden, einschließlich und ohne Beschränkung der Allgemeinheit Zeitaufteilungsduplexen („Time Division Duplexing“, TDD).
Dementsprechend kann in bestimmten Implementierungen die Leistungsverstärkerversorgungsspannung auf der Basis der erwarteten Spitzenleistung für den nächsten Burst oder Frame ausgesteuert werden, oder sogar dynamisch während der Übertragung angepasst werden. Durch eine Steuerung der geregelten Spannungen auf diese Art und Weise kann die Größe der gewählten Spannungsschritte verringert werden, um eine feinere Nachverfolgung der Spannung des Leistungsverstärkers zu ermöglichen.
Beispielsweise können vor dem Beginn einer Übertragung das Verhältnis von Spitzenleistung zu mittlerer Leistung und die mittlere Leistung bekannt sein, was es ermöglicht, die maximale und minimale gewünschte Spannung zu berechnen. In bestimmten Implementierungen können Entkopplungskondensatoren, welche die Ladung für jede der geregelten Spannungen des MLS-Gleichspannungswandlers halten, auf die entsprechenden Spannungen vorgeladen werden.
Durch die Ausgestaltung eines Einhüllendennachverfolgungssystems auf diese Art und Weise kann eine verbesserte Präzision der Einhüllendennachverfolgung über einen weiteren Bereich der Signalleistung erzielt werden, einschließlich bei einem Abbruch oder wenn unter einem hohen oder niedrigen Verhältnis von Spitzenleistung zu mittlerer Leistung verarbeitet wird.
In bestimmten Implementierungen arbeitet das Einhüllendennachverfolgungssystem als eine Leistungsversorgung, welche dazu in der Lage ist, zwischen mehreren Spannungen hin und her zu schalten, um einen Leistungsverstärker durch einen Basisbandfilter zu versorgen. Die Leistungsversorgung wird gesteuert, um eine Anzahl verschiedener Spannungen zu erzeugen, die statisch oder fix im Vergleich zu der Modulationsbandbreite der Amplitude der HF-Signalwellenform durch den Leistungsverstärker sind. Zusätzlich dazu werden die geregelten Spannungen an einen Energieverbrauch (beispielsweise die mittlere Leistung) des Leistungsverstärkers angepasst.
In bestimmten Implementierungen werden die geregelten Spannungen von dem MLS-Gleichspannungswandler durch zwei oder mehr MLS-Modulatoren verarbeitet, um die Leistungsverstärkerversorgungsspannungen für zwei oder mehr Leistungsverstärker zu erzeugen. Beispielsweise können Trägerbündelungssysteme, Systeme mehrfachem Eingang und mehrfachem Ausgang („multi-input multiple-output“, MIMO) und/oder andere Kommunikationssystem unter Nutzung eines geteilten MLS-Gleichspannungswandlers arbeiten. In bestimmten Ausgestaltungsformen steuert die Schaltpunktanpassungsschaltung die geregelten Spannungen auf der Basis der größten Signalleistung, die von den Leistungsverstärkern verstärkt werden.
Im Falle von MIMO oder Trägerbündelung beispielsweise, bei denen mehrere Leistungsverstärkerpfade simultan betrieben werden, kann das Einhüllendennachverfolgungssystem die Spannungsskalierung in angemessener Weise an den die meiste Leistung führenden Leistungsverstärker angepasst ausgewählt werden. Die erlaubt es vorteilhafterweise, den Energieverbrauch zu senken, indem die Spannungen für den Zweig, der die meiste Energie verbraucht, zuerst anzupassen. In bestimmten Anwendungen kann es vorteilhaft sein, eine feste Versorgungsspannung an einen Leistungsverstärker anzulegen, indem eine einzige Modulatorschalterposition für einen Leistungsverstärker gewählt wird und die anderen Spannungen für die Nutzung durch den Modulator für den zweiten Leistungsverstärker freigegeben werden.
In bestimmten Ausgestaltungsformen berechnet ein digitales Vorverzerrungssystem („digital pre-distortion“, DPD) die Spannungseinstellung vorab und verzerrt das HF-Signal vor, basierend auf der Kenntnis der Filtercharakteristik der Leistungsverstärkerversorgungsspannung (Vcc) und einer Kalibrierung der Antwort des Leistungsverstärkers.
1 ist eine schematische Darstellung einer Mobilvorrichtung 70 gemäß einer Ausführungsform. Die Mobilvorrichtung 70 umfasst eine Primärantenne 1, eine Diversitätsantenne 2, eine Primärantennenabstimmschaltung 3, eine Diversitätsantennenabstimmschaltung 4, einen zweipoligen („double-pole double-throw“, DPDT) Antennendiversitätswechselschalter 5, ein primäres Frontendmodul 6, ein Diversitätsfrontendmodul 7, eine Batterie 8, einen MLS-Einhüllendennachverfolger 9, einen Sendeempfänger 10, ein Basisbandmodem 11 und einen Anwendungsprozessor 12.
Auch, wenn eine Ausführungsform einer Mobilvorrichtung gezeigt wird, sind die hierin offenbarten Lehren auf Mobilvorrichtungen, die auf verschiedenste Art und Weise ausgestaltet sind, anwendbar. Dementsprechend sind andere Ausgestaltungsformen möglich.
In der dargestellten Ausführungsform umfasst das primäre Frontendmodul 6 einen ersten Leistungsverstärker 21, einen zweiten Leistungsverstärker 22, einen dritten Leistungsverstärker 23, einen vierten Leistungsverstärker 24, einen ersten rauscharmen Verstärker 31, einen zweiten rauscharmen Verstärker 32, einen dritten rauscharmen Verstärker 33, einen Diplexer 42, einen Sende-/Empfangsbandschalter 41, einen Sendefilter 43, einen ersten Duplexer 45, einen zweiten Duplexer 46, einen dritten Duplexer 47, einen ersten Empfangsfilter 51, einen zweiten Empfangsfilter 52, einen dritten Empfangsfilter 53, einen ersten Richtkoppler 59 und einen zweiten Richtkoppler 60. Außerdem umfasst das Diversitätsfrontendmodul 7 einen ersten rauscharmen Verstärker 35, einen zweiten rauscharmen Verstärker 36, einen ersten Empfangsfilter 55, einen zweiten Empfangsfilter 56, einen ersten Sende-/Empfangsbandschalter 61 und einen zweiten Sende-/Empfangsbandschalter 62.
Auch, wenn eine Ausgestaltungsform einer Frontendschaltung gezeigt wird, sind andere Ausgestaltungsformen von Frontendschaltungen möglich. Beispielsweise kann eine Frontendschaltung Leistungsverstärker (PAs), rauscharme Verstärker („low noise amplifiers“, LNAs), Filter, Schalter, Phasenschieber, Duplexer und/oder andere geeignete Schaltungselemente zur Verarbeitung von HF-Signalen, die von einer oder mehreren Antennen gesendet und/oder empfangen worden sind, aufweisen. Beispielhafte Funktionen eines Frontends umfassen, ohne Beschränkung der Allgemeinheit, Verstärkung von Signalen für das Senden, Verstärkung empfangener Signale, Filterung von Signalen, Umschalten zwischen verschiedenen Bändern, Umschalten zwischen verschiedenen Leistungsmodi, Umschalten zwischen Sende- und Empfangsmodi, Duplexen von Signalen, Multiplexen von Signalen (beispielsweise Diplexen oder Triplexen) oder jede Kombination derselben.
Dementsprechend können andere Ausgestaltungsformen von primären Frontendmodulen, Diversitätsfrontendmodulen, Antennenauswahl und/oder Antennenabstimmung gewählt werden.
Wie in 1 gezeigt, wird der MLS-Einhüllendennachverfolger 9 dazu verwendet, ein oder mehrere Leistungsverstärkerversorgungsspannungen zu erzeugen, die von Leistungsverstärkern genutzt werden, welche in der Mobilvorrichtung 70 zur Verstärkung von HF-Signalen für die Drahtlosübertragung eingesetzt werden. In der dargestellten Ausführungsform empfängt der MLS-Einhüllendennachverfolger 9 eine Batteriespannung V_BATT von der Batterie 8 und erzeugt eine erste Leistungsverstärkerversorgungsspannung V_PA1 für den ersten Leistungsverstärker 21 und eine zweite Leistungsverstärkerversorgungsspannung V_PA2 für den zweiten Leistungsverstärker 22. Auch wenn ein Beispiel gezeigt wird, in dem der MLS-Einhüllendennachverfolger 9 zwei Leistungsverstärkerversorgungsspannungen erzeugt, kann der MLS-Einhüllendennachverfolger 9 mehr oder weniger Leistungsverstärkerversorgungsspannungen erzeugen.
Der MLS-Einhüllendennachverfolger 9 steuert die erste Leistungsverstärkerversorgungsspannung V_PA1, um eine Einhüllende eines ersten durch den ersten Leistungsverstärker 21 verstärkten HF-Signals nachzuverfolgen. Zusätzlich steuert der MLS-Einhüllendennachverfolger 9 die zweite Leistungsverstärkerversorgungsspannung V_PA2, um eine Einhüllende eines zweiten durch den zweiten Leistungsverstärker 22 verstärkten HF-Signals nachzuverfolgen. In bestimmten Ausgestaltungsformen empfängt der MLS-Einhüllendennachverfolger 9 ein oder mehrere Einhüllendensignale von dem Basisbandmodem 11. Beispielweise kann der MLS-Einhüllendennachverfolger 9 ein erstes Einhüllendensignal, welches eine Einhüllende des ersten HF-Signals repräsentiert, und ein zweites Einhüllendensignal, welches eine Einhüllende des zweiten HF-Signals repräsentiert, empfangen. Das/die Einhüllendensignal(e) kann/können analog oder digital sein.
Die Batterie 8 kann jedwede geeignete Batterie zur Verwendung in der Mobilvorrichtung 70 sein, beispielsweise eine Lithium-Ionen-Batterie. Die Batteriespannung V_BATT wird durch einen Gleichspannungswandler des MLS-Einhüllendennachverfolgers 9 geregelt, um geregelte Spannung(en) zum Einsatz in der MLS-Einhüllendennachverfolgung gemäß der hierin offenbarten Lehren erzeugen zu können.
Der Sendeempfänger 10 erzeugt HF-Signale für die Übertragung und verarbeitet eingehende HF-Signale, die von der Primärantenne 1 und der Diversitätsantenne 2 empfangen werden. Es sollte klar sein, dass verschiedene Funktionen, die mit der Übertragung und dem Empfang von HF-Signalen durch ein oder mehrere Komponenten erreicht werden können, die gemeinschaftlich als Sendeempfänger 10 in 1 dargestellt werden. In einem Beispiel können separate Komponenten (beispielsweise separate Schaltungen oder Chips) zur Verarbeitung verschiedener Arten von HF-Signalen vorgesehen werden.
Das Basisbandmodem 11 stellt dem Sendeempfänger 10 digitale Darstellungen von Sendesignalen bereit, welche der Sendeempfänger 10 verarbeitet, um HF-Signale für die Übertragung zu erzeugen. Das Basisbandmodem 11 verarbeitet zudem digitale Darstellungen von Empfangssignalen, die der Sendeempfänger 10 bereitstellt.
Wie in 1 gezeigt, ist das Basisbandmodem 11 mit dem Anwendungsprozessor 12 gekoppelt, welcher dazu dient, für die Verarbeitung primärer Anwendungen in der Mobilvorrichtung 70 zu sorgen. Der Anwendungsprozessor 12 kann eine breite Vielfalt von Funktionen bereitstellen, wie beispielsweise Systemressourcen, die für die Unterstützung von Anwendungen geeignet sind, einschließlich - und ohne Beschränkung der Allgemeinheit - Speicherverwaltung, Grafikverarbeitung und/oder Multimedia-Dekodierung.
Auch, wenn die Mobilvorrichtung 70 ein Beispiel eines HF-Systems mit einem Mehrniveau-Einhüllendennachverfolger darstellt, kann eine breite Vielfalt von HF-Systemen einen Mehrniveau-Einhüllendennachverfolger gemäß der hierin offenbarten Lehren aufweisen.
2 bis 3B zeigen schematische Darstellungen von verschiedenen Ausführungsformen von Einhüllendennachverfolgungssystemen für einen Leistungsverstärker. Jedoch sind die hierin offenbarten Lehren auf in vielfältiger Art und Weise ausgestaltete Einhüllendennachverfolger anwendbar. Dementsprechend sind andere Ausgestaltungsformen möglich.
2 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Einhüllendennachverfolgungssystems 100 für einen Leistungsverstärker 71. Das Einhüllendennachverfolgungssystem 100 umfasst einen MLS-Gleichspannungswandler 72, eine Schaltpunktanpassungsschaltung 75, einen MLS-Modulator 81 und einen Modulatorausgangsfilter 91. Der MLS-Gleichspannungswandler 72 wird hierbei auch als ein MLS-Schaltregler bezeichnet.
Der Leistungsverstärker 71 verstärkt ein HF-Eingangssignal RF_IN, um ein HF-Ausgangssignal RF_OUT zu erzeugen. Der MLS-Modulator 81 empfängt ein Einhüllendensignal (ENVELOPE), welches sich in Abhängigkeit einer Einhüllenden des HF-Eingangssignals RFIN ändert.
In der dargestellten Ausführungsform empfängt der MLS-Gleichspannungswandler 72 eine Batteriespannung V_BATT, und sorgt für eine DC-DC-Wandlung, um eine Vielfalt von geregelten Spannungen V_MLSa, V_MLSb, V_MLSc ... V_MLSn unterschiedlicher Spannungsniveaus zu erzeugen. Auch wenn ein Beispiel mit vier MLSgeregelten Spannungen gezeigt wird, kann der MLS-Gleichspannungswandler 72 mehr oder weniger MLS-geregelte Spannungen erzeugen, wie durch die Ellipsen angedeutet.
Der MLS-Modulator 81 empfängt die geregelten Spannungen VMLSa, V_MLSb, V_MLSc ... V_MLSn sowie das Einhüllendensignal und stellt dem Modulatorausgangsfilter 91 eine Modulatorausgangsspannung bereit. In bestimmten Ausführungsformen steuert der MLS-Modulator 81 die ausgegebene Spannung in Abhängigkeit der Auswahl einer geeigneten geregelten Spannung im zeitlichen Verlauf auf der Basis des Einhüllendensignals. Beispielweise kann der MLS-Modulator 81 eine Bank von Schaltern aufweisen, um selektiv eine der geregelten Spannungen V_MLSa, V_MLSb, V_MLSc ... V_MLSn mit dem Ausgang des Modulators zu verbinden, in Abhängigkeit von einem Signalpegel des Einhüllendensignals.
Der Modulatorausgangsfilter 91 filtert die Ausgabe des MLS-Modulators 81, um dadurch eine Leistungsverstärkerversorgungsspannung V_PA für den Leistungsverstärker 71 zu erzeugen.
Wie in 2 gezeigt, weist das Einhüllendennachverfolgungssystem 100 weiterhin die Schaltpunktanpassungsschaltung 75 auf, die die Spannungsniveaus einer oder mehrerer der geregelten Spannungen V_MLSa, V_MLSb, V_MLSc ... V_MLSn auf der Basis eines Spannungspegels des HF-Signals RFIN steuert. In bestimmten Ausgestaltungsformen steuert die Schaltpunktanpassungsschaltung 75 die für die Regelung verwendeten Pulsbreiten des MLS-Gleichspannungswandlers 72 (siehe beispielsweise 11), wodurch die Schaltpunkte der Regelung und die zugeordneten Spannungspegel gesteuert werden.
Durch Steuerung der Spannungsniveaus der geregelten Spannungen V_MLSa, V_MLSb, V_MLSc ... V_MLSn auf der Basis eines Spannungspegels des HF-Signals RFIN kann eine gesteigerte Effizienz erreicht werden. Beispielsweise kann der Schaltpunkt des MLS-Gleichspannungswandlers 72 auf der Basis des Spannungspegels des HF-Signals angepasst werden, so dass eine vorausschauende Anpassung der geregelten Spannungen möglich ist, um dadurch die Effizienz über einen weiten Bereich von Signalleistungen steigern zu können.
In bestimmten Ausgestaltungsformen steuert die Schaltpunktanpassungsschaltung 75 die Spannungsniveaus der geregelten Spannungen V_MLSa, V_MLSb, V_MLSc ... V_MLSn auf der Basis eines Wertes der Übertragungsleistung, die in einem Übertragungsframe oder Übertragungsslot angegeben sind. Beispielsweise kann die Schaltpunktanpassungsschaltung 75 Daten empfangen, die den Wert der Übertragungsleistung angeben, von einem Basisbandmodem oder einer anderen geeigneten Quelle.
Das Einhüllendennachverfolgungssystem 100 eignet sich gut für Anwendungen, die eine Nachverfolgung von Symbol zu Symbol verwenden, was für Modulationen hoher Bandbreite nützlich sein kann. Zum Beispiel können bei Verwendung einer Nachverfolgung von Symbol zu Symbol zwei MLS-Spannungen programmiert und in Abfolge mit der Symbolrate (zum Beispiel 16 µs bei 5G) verwendet werden. Daher kann der MLS-Modulator 81 die Spannung, die zur Erzeugung der Leistungsverstärkerversorgungsspannung verwendet wird, durch ein Umschalten auf einen neuen, eine Spannung haltenden Kondensator geändert werden.
3A ist eine schematische Darstellung eines Einhüllendennachverfolgungssystems 150 für einen Leistungsverstärker 101 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Das Einhüllendennachverfolgungssystem 150 umfasst eine integrierte Einhüllendennachverfolgungsschaltung („integrated circuit“, IC) 102, einen Modulatorausgangsfilter 104, eine Einhüllendenformungsschaltung 105, eine Einhüllendensignalbearbeitungsschaltung 106, eine Schaltpunktanpassungsschaltung 109, erste bis vierte Entkopplungskondensatoren 111 bis 114 und eine Induktivität 117.
Auch, wenn eine Ausführungsform eines Einhüllendennachverfolgungssystems in 3A dargestellt ist, sind die hierin offenbarten Lehren auf in vielfältiger Art und Weise ausgestaltete Einhüllendennachverfolgungssysteme anwendbar. Dementsprechend sind andere Ausgestaltungsformen möglich.
In der dargestellten Ausführungsform weist der Einhüllendennachverfolgungs-IC 102 MLS-Schaltelemente 121, eine digitale Steuerschaltung 122, einen Basisband-MLS-Modulator 123 und eine Modulatorsteuerschaltung 124 auf. Der Einhüllendennachverfolgungs-IC 102 der 3A wird mit verschiedenen Pins oder Kontaktplättchen zur Bereitstellung verschiedener Funktionen abgebildet, wie zum Beispiel Empfangen einer Batteriespannung (V_BATT), Erhalten von Schaltpunktanpassungsdaten von der Schaltpunktanpassungsschaltung 109, Kommunizieren über eine serielle Schnittstelle (SPI), Empfangen eines Einhüllendensignals (ENVELOPE), Verbinden mit den Entkopplungskondensatoren 111-114 sowie Verbinden mit der Induktivität 117. Ein Einhüllendennachverfolgungs-IC wird hierin auch als Einhüllendennachverfolgungshalbleiterdie oder -chip bezeichnet.
Die MLS-Schaltelemente 121 steuern einen Strom durch die Induktivität 117, um für Spannungsregelung zu sorgen. Beispielsweise können die MLS-Schaltelemente 121 über Schalter und eine Steuerung verfügen, die die Schalter mittels eines geeigneten Regelungsschemas (einschließlich, ohne Beschränkung der Allgemeinheit, Pulsbreitenmodulation oder PWM) an- und abschaltet, um für DC/DC-Wandlung zu sorgen. In der dargestellten Ausführungsform geben die MLS-Schaltelemente 121 vier geregelte MLS-Spannungen verschiedener Spannungsniveaus aus. Allerdings können die MLS-Schaltelemente 121 ausgestaltet werden, um mehr oder weniger geregelte MLS-Spannungen auszugeben.
Wie in 3A gezeigt, werden die MLS-Schaltelemente 121 durch die digitale Steuerschaltung 122 gesteuert. Die digitale Steuerschaltung 122 kann für eine Programmierbarkeit der MLS-Schaltelemente 121, des MLS-Modulators 123 und/oder der Modulatorsteuerschaltung 124 sorgen. Wie in 3A gezeigt, ist die digitale Steuerschaltung 122 mit dem SPI-Bus gekoppelt. In bestimmten Ausgestaltungsformen steuert die digitale Steuerschaltung 122 die MLS-Schaltelemente 121, den MLS-Modulator 123 und/oder die Modulatorsteuerschaltung 124 basierend auf Daten, die über den SPI-Bus und/oder andere Chipschnittstellen empfangen werden.
Der Basisband-MLS-Modulator 123 umfasst einen Ausgang, der mit der Leistungsverstärkerversorgungsspannung V_PA über den Modulatorausgangsfilter 104 gekoppelt ist. In bestimmten Ausgestaltungsformen umfasst der Basisband-MLS-Modulator 123 Schalter, die zwischen jeweilige der geregelten MLS-Spannungen und den Modulatorausgangsfilter 104 gekoppelt sind. Zusätzlich werden die Schalter des Modulators selektiv durch die Modulatorsteuerschaltung 124 auf der Basis des Einhüllendensignals geöffnet oder geschlossen.
In der dargestellten Ausführungsform umfasst der Modulatorausgangsfilter 104 eine erste Serieninduktivität 127, eine zweite Serieninduktivität 128, einen ersten Shuntkondensator 125 und einen zweiten Shuntkondensator 126. Auch wenn eine beispielhafte Implementierungsform eines Modulatorausgangsfilters in 3A dargestellt wird, sind die hierin offenbarten Lehren auf in einer vielfältigen Art und Weise implementierte Modulatorausgangsfilter anwendbar. Dementsprechend können andere Implementierungsformen in Übereinstimmung der hierin offenbarten Lehren verwendet werden.
In bestimmten Implementierungsformen sind ein oder mehrere Komponenten eines Filters steuerbar (zum Beispiel digital programmierbar und/oder analog abstimmbar), um für verbesserte Flexibilität und/oder Konfigurierbarkeit zu sorgen. In diesem dargestellten Ausführungsbeispiel haben der erste Shuntkondensator 125 und der zweite Shuntkondensator 126 Kapazitätswerte, die steuerbar sind. Auch wenn zwei Beispiele steuerbarer Filterkomponenten dargestellt werden, können andere Filterkomponenten zusätzlich oder alternativ dazu als steuerbar ausgeführt werden.
In der dargestellten Ausführungsform umfasst das Leistungsverstärkermodul 101 einen Leistungsverstärker 107 und einen Versorgungsspannungsfilter 108. Der Versorgungsspannungsfilter 108 weist eine Reiheninduktivität 131, einen ersten Shuntkondensator 131 und einen zweiten Shuntkondensator 132 auf. Auch, wenn eine Ausgestaltungsform eines Leistungsverstärkermoduls gezeigt wird, sind die hierin offenbarten Lehren auf in vielfältiger Art und Weise ausgestaltete Leistungsverstärkermodule anwendbar. Demgemäß sind andere Implementierungsformen möglich.
Wie in 3A gezeigt, umfasst die Schaltpunktanpassungsschaltung 109 eine Leistungsschätzschaltung 141, eine Spannungsschätzschaltung 142 und eine MLS-Programmierschaltung 143. Die Leistungsschätzschaltung 141 arbeitet so, dass sie eine Signalleistung des HF-Signals RF_IN schätzt. In bestimmten Implementierungsformen empfängt die Leistungsschätzschaltung 141 digitale Daten, die eine Signalleistung angeben, welche einem bestimmten Übertragungsframe oder Übertragungsslot zugeordnet sind.
Die Spannungsschätzschaltung 142 arbeitet so, dass sie gewünschte Spannungsniveaus von einer oder mehrerer der geregelten Ausgangsspannungen des MLS-Schaltelemente 121 auf der Basis der geschätzten Leistung abschätzt. Die MLS-Programmierschaltung 143 arbeitet so, dass sie die MLS-Schaltelemente 121 auf der Basis der geschätzten Spannung programmiert. In der dargestellten Ausführungsform werden die MLS-Schaltelemente 121 über eine separate Schnittstelle von dem SPI-Bus programmiert. In einer anderen Ausführungsform programmiert die Schaltpunktanpassungsschaltung 109 die MLS-Schaltelemente 121 über den SPI-Bus und/oder eine andere gemeinsame Schnittstelle mit dem Einhüllendennachverfolgungs-IC 102.
Auch, wenn eine Ausführungsform einer Schaltpunktanpassungsschaltung 109 dargestellt wird, sind die hierin offenbarten Lehren auf in einer vielfältigen Art und Weise implementierte Schaltpunktanpassungsschaltungen anwendbar.
3B ist eine schematische Darstellung eines Einhüllendennachverfolgungssystems 160 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Das Einhüllendennachverfolgungssystem 160 umfasst einen Einhüllendennachverfolgungs-IC 152, einen ersten Modulatorausgangsfilter 104a, einen zweiten Modulatorausgangsfilter 104b, eine erste Einhüllendenformungsschaltung 105a, eine zweite Einhüllendenformungsschaltung 105b, eine erste Einhüllendensignalbearbeitungsschaltung 106a, eine zweite Einhüllendensignalbearbeitungsschaltung 106b, eine Schaltpunktanpassungsschaltung 109, erste bis vierte Entkopplungskondensatoren 111 bis 114 und eine Induktivität 117. Das Einhüllendennachverfolgungssystem 160 erzeugt eine erste Leistungsverstärkerversorgungsspannung V_PA1 für das erste Leistungsverstärkermodul 101a und eine zweite Leistungsverstärkerversorgungsspannung V_PA2 für das zweite Leistungsverstärkermodul 101b.
In der dargestellten Ausführungsform umfasst der Einhüllendennachverfolgungs-IC 152 MLS-Schaltelemente 121, eine digitale Steuerschaltung 122, einen ersten Basisband-MLS-Modulator 123a, einen zweiten Basisband-MLS-Modulator 123b, eine erste Modulatorsteuerschaltung 124a und eine zweite Modulatorsteuerschaltung 124b.
Das Einhüllendennachverfolgungssystem 160 der 3B ist dem Einhüllendennachverfolgungssystem 150 der 3A ähnlich aufgebaut, mit der Ausnahme, dass das Einhüllendennachverfolgungssystem 160 eine Ausgestaltungsform darstellt, in der ein gemeinsamer oder geteilter MLS-Gleichspannungswandler in Kombination mit mehreren Modulatoren verwendet wird, um mehrere Leistungsverstärkerversorgungsspannungen zu erzeugen.
In bestimmten Implementierungsformen werden die geregelten Spannungen von einem MLS-Gleichspannungswandler von zwei oder mehreren MLS-Modulatoren verarbeitet, um die Leistungsverstärkerversorgungsspannungen für zwei oder mehr Leistungsverstärker zu erzeugen. In bestimmten Implementierungsformen steuert die Schaltpunktanpassungsschaltung die geregelten Spannungen auf der Basis der größten Signalleistung, die von den Leistungsverstärkern verstärkt wird.
4 ist eine Auftragung der Spannung gegenüber der Zeit für fünf Beispiele von Signalwellenformen verschiedener Leistungsniveaus. Das gezeigte Beispiel ist für MCS0 20 MHz WLAN Wellenformen auf fünf Niveaus aufgetragen, mit 30 MHz Bandbreite des Leistungsversorgungsfilters.
Wie in 4 gezeigt werden die fünf Spannungsniveaus in diesem Beispiel auf der Basis der Amplitude des Signals gesetzt, so dass das Minimum und das Maximum der Spannungsniveaus denjenigen der im zeitlichen Verlauf variierenden Wellenformen entsprechen. Beispielsweise sind in 4 für fünf verschiedene mittlere Leistungswert fünf verschiedene Spannungsskalen aufgetragen, die einem Puls der Amplitude im zeitlichen Verlauf folgen.
5A ist eine Auftragung eines Beispiels einer Leistungsverstärkerversorgungsspannung gegenüber der Eingangsleistung. Das Beispiel zeigt eine Spannungsskalierung für 24 dBm Leistung ohne eine angepasste Spannungstabelle. Spannungsschritte liegen zwischen 1,7 V und 5,5 V, wobei 5,5 V der maximalen Spitzenleistung bei 35 dBm entspricht, was einer mittleren Ausgangsleistung von 30,5 dBm für eine typische LTE-Wellenform genügt.
5B ist eine Auftragung eines Beispiels des Leistungswirkungsgrades („power added efficiency“, PAE) gegenüber der Ausgangsleistung für verschiedene Beispiele von Signalwellenformen.
Eine einzelne Spannung wird für jede Leistung auf der x-Achse ausgewählt, was in einer ausgewählten Effizienzkurve für eine vorgegebene Spannung bei jeder Leistung resultiert. Die Kombination der einzelnen für jede Leistung ausgewählten Spannungen zeichnet eine zackige überlagerte Effizienzkurve, die die realisierbare Leistungsverstärkereffizienz für das System repräsentiert.
Das Beispiel zeigt Ergebnisse für verschiedene Wellenformen, mit einem Mittelwert der Leistungsverstärkereffizienz bei 24 dBm von etwa 35%.
6A ist eine Auftragung eines weiteren Beispiels einer Leistungsverstärkerversorgungsspannung gegenüber der Eingangsleistung. Das Beispiel zeigt eine Spannungsskalierung für 24 dBm Leistung mit einem Beispiel für angepasste Spannungsschritte. Spannungsschritte liegen zwischen 1,7 V und 2,7 V, wobei 2,7 V der maximalen Spitzenleistung bei 28,5 dBm entspricht, was einer mittleren Ausgangsleistung von 24 dBm für eine typische LTE-Wellenform genügt.
6B ist eine Auftragung eines weiteren Beispiels des PAEs gegenüber der Ausgangsleistung für verschiedene Beispiele von Signalwellenformen. Das Beispiel zeigt Ergebnisse für verschiedene Wellenformen, mit einem Mittelwert der Leistungsverstärkereffizienz bei 24 dBm von etwa 42%. Dies ist eine erhebliche Verbesserung gegenüber der Effizienz von 35%, die der 5B zuzuordnen ist. Durch Auswahl von niedrigeren Spannungswerten, die an die 24 dBm mittlere Übertragungsleistung angepasst sind, kann die realisierbare Leistungsverstärkereffizienz signifikant gesteigert werden.
7 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels einer Mobilvorrichtung 800 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Die Mobilvorrichtung 800 umfasst ein Basisbandsystem 801, einen Sendeempfänger 802, ein Frontendsystem 803, Antennen 804, ein Leistungsverwaltungssystem 805, einen Speicher 806, eine Nutzerschnittstelle 807 und eine Batterie 808.
Die Mobilvorrichtung 800 kann dazu genutzt werden, mithilfe einer großen Vielzahl an Kommunikationstechnologie zu kommunizieren, einschließlich und ohne Beschränkung der Allgemeinheit 2G, 3G, 4G (inclusive LTE, LTE-Advanced und LTE-Advanced Pro), 5G, WLAN (zum Beispiel WiFi), WPAN (zum Beispiel Bluetooth und ZigBee), WMAN (zum Beispiel WiMax) und/oder GPS-Technologien.
Der Sendeempfänger 802 erzeugt HF-Signale für die Übertragung und verarbeitetet eingehende HF-Signale, die mit den Antennen 804 empfangen werden. Es sollte klar sein, dass verschiedene Funktionalitäten im Zusammenhang mit der Übertragung und dem Empfang von HF-Signalen durch eine oder mehrere Komponenten erreicht werden können, die gemeinschaftlich als der Sendeempfänger 802 in 7 dargestellt sind. In einem Beispiel können separate Komponenten (beispielsweise separate Schaltungen oder Chips) vorgesehen werden, um bestimmte Arten von HF-Signalen zu verarbeiten.
Das Frontendsystem 803 hilft bei der Aufbereitung von Signalen, die von den Antennen 804 gesendet und/oder empfangen werden. In der dargestellten Ausführungsform umfasst das Frontendsystem 803 Leistungsverstärker (PAs) 811, rauscharme Verstärker („low noise amplifiers“, LNAs) 812, Filter 813, Schalter 814 und Duplexer 815. Andere Implementierungsformen sind allerdings auch möglich.
Beispielsweise kann das Frontendsystem 803 für eine Anzahl von Funktionen sorgen, inklusive, ohne Beschränkung der Allgemeinheit, Sendesignalverstärkung, Empfangssignalverstärkung, Signalfilterung, Umschaltung zwischen verschiedenen Bändern, Umschaltung zwischen verschiedenen Leistungsmodi, Umschaltung zwischen Sende- und Empfangsmodi, Signalduplexen, Signalmultiplexen (beispielsweise Diplexen oder Triplexen) oder jedwede Kombination dieser Funktionen.
In bestimmten Implementierungen unterstützt die Mobilvorrichtung 800 eine Trägerbündelung und sorgt somit für eine Flexibilität um Spitzendatenraten zu erhöhen. Trägerbündelung kann sowohl für ein Frequenzaufteilungsduplexen („Frequency Division Duplexing“, FDD) als auch ein Zeitaufteilungsduplexen („Time Division Duplexing“, TDD) genutzt werden und kann dazu eingesetzt werden, eine Vielzahl von Trägern oder Kanälen zu bündeln. Trägerbündelung umfasst eine zusammenhängende Bündelung, bei der aneinandergrenze Träger innerhalb desselben Betriebsfrequenzbandes gebündelt werden. Trägerbündelung kann auch nicht zusammenhängend sein, und kann Träger umfassen, die innerhalb eines gemeinsamen Bandes oder in unterschiedlichen Bändern frequenzgetrennt sind.
Die Antennen 804 können Antennen umfassen, die für eine große Vielzahl unterschiedlicher Kommunikationsarten genutzt werden. Beispielsweise können die Antennen 804 Antennen zum Übertragen und/oder Empfangen von Signalen aufweisen, die mit einer großen Vielzahl unterschiedlicher Frequenzen und Kommunikationsstandards verknüpft sind.
In bestimmten Implementierungen unterstützen die Antennen 804 MIMO-Kommunikation und/oder geschaltete Diversitätskommunikation. Zum Beispiel nutzt MIMO-Kommunikation mehrere Antennen, um mehrere Datenströme über einen einzigen Hochfrequenzkanal zu kommunizieren. MIMO-Kommunikation profitiert von einem besseren Signal-zu-Rausch-Verhältnis, von verbesserter Codierung und/oder von verminderter Signalinterferenz aufgrund räumlicher Multiplexunterschiede der Funkumgebung. Geschaltete Diversität bezieht sich auf eine Kommunikation, bei der eine bestimmte Antenne zu bestimmten Zeitpunkte für einen Betrieb ausgewählt wird. Beispielsweise kann ein Schalter genutzt werden, um eine bestimmte Antenne aus einer Gruppe von Antennen basierend auf einer Vielzahl von Faktoren auszuwählen, wie etwa eine beobachtete Bitfehlerrate und/oder ein Signalstärkenindikator.
Die Mobilvorrichtung 800 kann in bestimmten Implementierungen mit Strahlformung betrieben werden. Beispielsweise kann das Frontendsystem 803 Phasenschieber mit variabler Phase aufweisen, die durch den Sendeempfänger 802 gesteuert werden. Zusätzlich können die Phasenschieber angesteuert werden, um für eine Strahlformung und Richtungscharakteristik für eine Übertragung und/oder einen Empfang von Signalen unter Nutzung der Antennen 804 zu sorgen. Beispielsweise können im Zusammenhang mit einer Signalübertragung die Phasen der Sendesignale, die den Antennen 804 bereitgestellt werden, derart gesteuert werden, dass die von den Antennen 804 ausgestrahlten Signale unter konstruktiver und destruktiver Interferenz kombiniert werden, um ein gebündeltes Sendesignal mit strahlartigen Eigenschaften zu erhalten, welches in einer vorgegebenen Ausbreitungsrichtung eine höhere Signalstärke aufweist. Im Zusammenhang mit einem Signalempfang können die Phasen so gesteuert werden, dass mehr Signalenergie empfangen wird, wenn das Signal an den Antennen 804 aus einer bestimmten Richtung ankommt. In bestimmten Implementierungen weisen die Antennen 804 ein oder mehrere Anordnungen von Antennenelementen auf, um das Strahlformen zu verstärken.
Das Basisbandsystem 801 ist mit der Nutzerschnittstelle 807 gekoppelt, um eine Verarbeitung von verschiedentlichen Nutzereingaben und -ausgaben (I/O) wie etwa Sprach- und Datensignale zu verarbeiten. Das Basisbandsystem 801 versorgt den Sendeempfänger 802 mit digitalen Darstellungen der Übertragungssignale, die der Sendeempfänger 802 zur Erzeugung von HF-Signalen für die Übertragung verarbeitet. Das Basisbandsystem 801 verarbeitet auch digitale Darstellungen von Empfangssignalen, die von dem Sendeempfänger 802 geliefert werden. Wie in 7 gezeigt, ist das Basisbandsystem 801 mit dem Speicher 806 gekoppelt, um einen Betrieb der Mobilvorrichtung 800 zu ermöglichen.
Der Speicher 806 kann für eine breite Vielfalt an Zwecken verwendet werden, wie etwa Speichern von Daten und/oder Anweisungen, um den Betrieb der Mobilvorrichtung 800 zu ermöglichen und/oder Speicher für Nutzerinformationen bereitzustellen.
Das Leistungsverwaltungssystem 805 stellt eine Anzahl von Leistungssteuerungsfunktionen für die Mobilvorrichtung 800 bereit. Das Leistungsverwaltungssystem 805 kann einen MLS-Einhüllendennachverfolger 860 aufweisen, der gemäß ein oder mehrerer Merkmale der vorliegenden Offenbarung ausgestaltet ist.
Wie in 7 dargestellt empfängt das Leistungsverwaltungssystem 805 eine Batteriespannung von der Batterie 808. Die Batterie 808 kann jede für den Einsatz in der Mobilvorrichtung 800 geeignete Batterie sein, einschließlich beispielsweise eine Lithium-Ionen-Batterie.
8 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Kommunikationssystems 950 zum Übertragen von HF-Signalen. Das Kommunikationssystem 950 weist eine Batterie 901, einen MLS-Einhüllendennachverfolger 902, einen Leistungsverstärker 903, einen Richtkoppler 904, eine Duplex- und Schaltanordnung 905, eine Antenne 906, einen Basisbandprozessor 907, eine Signalverzögerungsschaltung 908, eine digitale Vorverzerrungsschaltung („digital pre-distortion“, DPD) 909, einen I/Q-Modulator 910, einen Beobachtungsempfänger 911, eine Intermodulationserkennungsschaltung 912, eine Einhüllendenverzögerungsschaltung 921, eine digitale Koordinatenrotationsberechnungsschaltung („coordinate rotation digital computation“, CORDIC) 922, eine Formschaltung 923, einen Digital-zu-Analog-Wandler 924 und einen Wiederherstellungsfilter bzw. Rekonstruktionsfilter 925 auf.
Das Kommunikationssystem 950 der 8 veranschaulicht ein Beispiel eines HF-Kommunikationssystems, welches ein Einhüllendennachverfolgungssystem aufweisen kann, das gemäß einem oder mehrerer Merkmale der vorliegenden Offenbarung ausgestaltet ist. Die Lehren hierin sind allerdings auf in vielfältiger Art und Weise ausgestaltete HF-Kommunikationssysteme anwendbar.
Der Basisbandprozessor 907 kann verwendet werden, um ein Inphasen-(I)-Signal und ein Quadratur-(Q)-Signal zu erzeugen, die Signalkomponenten einer sinusförmigen Welle oder eines Signals mit einer gewünschten Amplitude, Frequenz und Phase entsprechen. So können beispielsweise die I- und Q-Signale eine äquivalente Darstellung der sinusförmigen Welle sein. In bestimmten Implementierungen können die I- und Q-Signale in einem digitalen Format ausgegeben werden. Der Basisbandprozessor 907 kann jeder geeignete Prozessor sein, der zur Verarbeitung eines Basisbandsignals konfiguriert ist. So kann beispielsweise der Basisbandprozessor 907 einen digitalen Signalprozessor, einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Kern oder eine beliebige Kombination davon beinhalten.
Die Signalverzögerungsschaltung 908 sorgt für eine einstellbare Verzögerung der I- und Q-Signale, um bei der Steuerung der relativen Angleichung zwischen dem differentiellen analogen Einhüllendensignal ENV_p, ENV_n, welches dem MLS-Einhüllendennachverfolger 902 bereitgestellt wird, und für das dem Leistungsverstärker 903 bereitgestellte HF-Signal RFIN unterstützend zu wirken. Das Ausmaß der Verzögerung, für die durch die Signalverzögerungsschaltung 908 gesorgt wird, wird auf der Basis der Größe der durch die Intermodulationserkennungsschaltung 912 detektierten Intermodulation benachbarter Bänder gesteuert.
Die DPD-Schaltung 909 dient dazu, für eine digitale Umformung der von der Signalverzögerungsschaltung 908 verzögerten I- und Q-Signale zu sorgen, um digital vorverzerrte I- und Q-Signale zu erzeugen. In der dargestellten Ausführungsform wird die von der DPD-Schaltung 909 bereitgestellte DPD auf der Basis der Größe der durch die Intermodulationserkennungsschaltung 912 detektierten Intermodulation gesteuert. Die DPD-Schaltung 909 dient einer Verringerung der Verzerrung des Leistungsverstärkers 903 und/oder einer Erhöhung der Effizienz des Leistungsverstärkers 903.
Der I/Q-Modulator 910 empfängt die digital vorverzerrten I- und Q-Signale, die verarbeitet werden, um das HF-Signal RF_IN zu erzeugen. So kann beispielsweise der I/Q-Modulator 910 Digital-zu-Analog-Wandler (DAC), die konfiguriert sind, um die digital vorverzerrten I- und Q-Signale in ein analoges Format umzuwandeln, Mischer zur Hochkonvertierung der analogen I- und Q-Signale in Hochfrequenz und einen Signalkombinierer zur Kombination der hochkonvertierten I- und Q-Signale in das HF-Signal RFIN aufweisen. In bestimmten Implementierungen kann der I/Q-Modulator 910 ein oder mehrere Filter beinhalten, die dazu ausgelegt sind, den Frequenzgehalt von darin verarbeiteten Signale zu filtern.
Die Einhüllendenverzögerungsschaltung 921 verzögert die I- und Q-Signale von dem Basisbandprozessor 907. Zusätzlich verarbeitet die CORDIC-Schaltung 922 die verzögerten I- und Q-Signale, um ein digitales Einhüllendensignal zu erzeugen, welches eine Einhüllende des HF-Signals RFIN darstellt. Obschon 8 eine Ausgestaltungsform unter Zuhilfenahme der CORDIC-Schaltung 922 zeigt, kann ein analoges Einhüllendensignal auch auf andere Art und Weise gewonnen werden.
Die Formschaltung 923 wird so betrieben, dass sie das digitale Einhüllendensignal formt, um die Leistungsfähigkeit des Kommunikationssystems 950 zu erhöhen. In bestimmten Implementierungen weist die Formschaltung 923 eine Formtabelle auf, welche jeden Pegel des digitalen Einhüllendensignals auf ein entsprechendes geformtes Einhüllendensignalniveau abbildet. Einhüllendenformung kann dabei helfen, die Linearität, Verzerrung und/oder Effizienz des Leistungsverstärkers 903 zu steuern.
In der dargestellten Ausführungsform ist das geformte Einhüllendensignal ein digitales Signal, welches von dem DAC 924 in ein differentielles analoges Einhüllendensignal gewandelt wird. Zusätzlich wird das differentielle analoge Einhüllendensignal durch den Rekonstruktionsfilter 925 gefiltert, um ein differentielles analoges Einhüllendensignal ENV_p, ENV_n zur Nutzung durch einen differentiellen Einhüllendenverstärker des MLS-Einhüllendennachverfolgers 902 zu erzeugen. In bestimmten Implementierungsformen umfasst der Rekonstruktionsfilter 925 einen differentiellen Tiefpassfilter.
Auch, wenn ein Beispiel für Einhüllendensignalgebung gezeigt wird, sind die Lehren hierin auf Einhüllendensignalgebung anwendbar, die auf vielfältige Weise ausgestaltet sein kann. In einem anderen Beispiel können der DAC 924 und der Rekonstruktionsfilter 925 weggelassen und der MLS-Einhüllendennachverfolger 902 stattdessen mit digitalen Einhüllendendaten versorgt werden.
Unter weiterer Bezugnahme auf 8, empfängt der MLS-Einhüllendennachverfolger 902 das Einhüllendensignal von dem Rekonstruktionsfilter 925 und eine Batteriespannung V_BATT von der Batterie 901, und verwendet das differentielle analoge Einhüllendensignal ENV_p, ENV_n, um eine Leistungsversorgungsspannung V_{CC_PA} für den Leistungsverstärker 903 zu erzeugen, die sich in Bezug auf die Einhüllende des HF-Signals RFIN ändert. Der Leistungsverstärker 903 empfängt das HF-Signal RFIN von dem I/Q-Modulator 910, und stellt in diesem Beispiel ein verstärktes HF-Signal RF_OUT an der Antenne 906 über die Duplex- und Schaltanordnung 905 bereit.
Der Richtkoppler 904 ist zwischen dem Ausgang des Leistungsverstärkers 903 und dem Eingang der Duplex- und Schaltanordnung 905 platziert, wodurch eine Messung der Ausgangsleistung des Leistungsverstärkers 903 ermöglicht wird, ohne dass dabei Einfiigeverluste seitens der Duplex- und Schaltanordnung 905 auftreten. Das erfasste Ausgangssignal des Richtkopplers 904 wird dem Beobachtungsempfänger 911 bereitgestellt, welcher Mischer zum Abwärtswandeln von I- und Q-Signalkomponenten des erfassten Ausgangssignals sowie DACs zum Erzeugen von I- und Q-Beobachtungssignalen aus den abwärtsgewandelten Signalen aufweisen kann.
Die Intermodulationserkennungsschaltung 912 bestimmt ein Intermodulationsprodukt aus den I- und Q-Signalkomponenten des erfassten Ausgangssignals und den I- und Q-Signalen des Basisbandprozessors 907. Außerdem steuert die Intermodulationserkennungsschaltung 912 die von der DPD-Schaltung 909 bereitgestellte DPD und/oder eine Verzögerung der Signalverzögerungsschaltung 908, um die relative Ausrichtung zwischen dem differentiellen Einhüllendensignal ENV_p, ENV_n und dem HF-Signal RFIN zu steuern. In einer anderen Ausführungsform steuert die Intermodulationserkennungsschaltung 912 zusätzlich oder alternativ dazu eine Verzögerung der Signalverzögerungsschaltung 921.
Durch das Einbauen eines Rückkopplungspfades von dem Ausgang des Leistungsverstärkers 903 und Basisband können die I- und Q-Signale dynamisch angepasst werden, um den Betrieb des Kommunikationssystems 950 zu optimieren. Beispielweise kann eine derartige Konfiguration des Kommunikationssystems 950 dabei helfen, Leistungssteuerung auszuüben, Senderbeeinträchtigungen auszugleichen und/oder DPD durchzuführen.
Auch, wenn der Leistungsverstärker 903 nur als einstufig dargestellt ist, kann er eine oder mehrere Stufen aufweisen. Weiterhin sind die hierin offenbarten Lehren auf Kommunikationssysteme anwendbar, die mehrere Leistungsverstärker aufweisen.
9 ist eine schematische Darstellung eines Modulationssystems 1050 mit Mehrniveauversorgung (MLS-Modulationssystem) gemäß einer Ausführungsform. Das MLS-Modulationssystem 1050 umfasst eine Modulatorsteuerschaltung 1025, einen MLS-Gleichspannungswandler 1025, eine Modulatorschaltbank 1027 und eine Bank mit Entkopplungskondensatoren 1030.
Das MLS-Modulationssystem 1050 der 9 stellt eine Ausgestaltungsform einer MLS-Modulatorschaltung dar, die zum Einbau in einen Mehrniveaueinhüllendennachverfolger geeignet ist. Allerdings können auch anderen Ausgestaltungsformen von MLS-Modulatorschaltungen in Mehrniveaueinhüllendennachverfolger gemäß den hierin offenbarten Lehren aufgenommen werden.
Der MLS-Gleichspannungswandler 1025 erzeugt eine erste geregelte Spannung V_MLS1, eine zweite geregelte Spannung V_MLS2 und eine dritte geregelte Spannung V_MLS3 in Abhängigkeit von der Bereitstellung einer Gleichspannungswandlung einer Batteriespannung V_BATT. Auch wenn ein Beispiel mit drei geregelten Spannungen gezeigt wird, kann der MLS-Gleichspannungswandler 1025 mehr oder weniger geregelte Spannungen erzeugen. In bestimmten Ausgestaltungsformen wird zumindest ein Teil der geregelten Spannungen relativ zu der Batteriespannung V_BATT im Spannungsniveau angehoben. Zusätzlich oder alternativ dazu sind eine oder mehrere der geregelten Spannungen heruntergesetzte Spannungen mit einem relativ zu der Batteriespannung V_BATT geringeren Spannungsniveau.
Die Bank mit Entkopplungskondensatoren 1030 hilft bei der Stabilisierung der geregelten Spannungen, die von dem MLS-Gleichspannungswandler 1025 erzeugt werden. Beispielsweise umfasst die Bank mit Entkopplungskondensatoren 1030 der 9 einen ersten Entkopplungskondensator 1031 zur Entkopplung der ersten geregelten Spannung V_MLS1, einen zweiten Entkopplungskondensator 1032 zur Entkopplung der zweiten geregelten Spannung V_MLS2 und einen dritten Entkopplungskondensator 1033 zur Entkopplung der dritten geregelten Spannung V_MLS3.
Unter weiterer Bezugnahme auf 9 umfasst die Modulatorschalterbank 1027 einen ersten Schalter 1041, welcher zwischen den Ausgang des Modulators (MOD_OUT) und die erste geregelte Spannung V_MLS1 geschaltet ist, einen zweiten Schalter 1042, welcher zwischen den Ausgang des Modulators und die zweite geregelte Spannung V_MLS2 geschaltet ist, und einen dritten Schalter 1043, welcher zwischen den Ausgang des Modulators und die zweite geregelte Spannung V_MLS3 geschaltet ist. Die Modulatorsteuerung 1020 wird so betrieben, dass sie die Schalter 1041 bis 1043 auswählbar öffnet oder schließt, um dadurch die Ausgabe des Modulators zu steuern.
10 ist eine schematische Darstellung eines MLS-Gleichspannungswandlers 1073 gemäß einer Ausführungsform. Der MLS-Gleichspannungswandler 1073 umfasst eine Induktivität 1075, einen ersten Schalter S₁, einen zweiten Schalter S₂, einen dritten Schalter S₃, einen vierten Schalter S₄, einen fünften Schalter S₅ und einen sechsten Schalter S₆. Der MLS-Gleichspannungswandler 1073 umfasst weiterhin eine (nicht in 10 dargestellte) Steuerschaltung zum Öffnen und Schließen der Schalter zur Bereitstellung einer Regelung.
Der MLS-Gleichspannungswandler 1073 der 10 veranschaulicht eine mögliche Ausgestaltungsform eines MLS-Gleichspannungswandlers, welcher zum Einbau in einen Mehrniveaueinhüllendennachverfolger geeignet ist. Allerdings können auch andere Ausgestaltungsformen von MLS-Gleichspannungswandlern in Mehrniveaueinhüllendennachverfolger gemäß den hierin offenbarten Lehren aufgenommen werden.
In der dargestellten Ausführungsform umfasst der erste Schalter S₁ ein erstes mit der Batteriespannung V_BATT elektrisch verbundenes Ende und ein zweites elektrisch mit einem ersten Ende des zweiten Schalters S₂ und einem ersten Ende der Induktivität 1075 verbundenes Ende. Der zweite Schalter S₂ umfasst weiterhin ein zweites elektrisch mit einer ersten Versorgung oder auch Masseversorgung V_GND elektrisch verbundenes Ende. Auch wenn 10 eine Konfiguration eines DC/DC-Wandlers veranschaulicht, welcher unter Nutzung einer Masseversorgung und einer Batteriespannung energetisiert wird, sind die hierin offenbarten Lehren auf DC/DC-Wandler mit beliebigen geeigneten Spannungsversorgungen anwendbar. Die Induktivität 1075 umfasst weiterhin ein zweites elektrisch mit einem ersten Ende jedes der dritten bis sechsten Schalter S₃-S₆ verbundenes Ende. Der dritte Schalter S₃ umfasst weiterhin ein zweites elektrisch mit der Masseversorgung V_GND verbundenes Ende. Die vierten, fünften und sechsten Schalter S₄-S₆ umfassend jeweils ein zweites Ende, welche jeweils dazu ausgelegt sind, die ersten, zweiten und dritten geregelten Spannungen V_MLS1, VMLS2 bzw. VMLS3 zu erzeugen.
Die ersten bis sechsten Schalter S₁-S₆ werden selektiv geschlossen oder geöffnet, um geregelte Spannungen innerhalb einer bestimmten Fehlertoleranz von Sollspannungsniveaus zu halten. Auch wenn ein Beispiel mit drei geregelten Spannungen gezeigt wird, kann der MLS-Gleichspannungswandler 1073 dazu ausgelegt werden, mehr oder weniger geregelte Spannungen zu erzeugen.
In der dargestellten Ausführungsform wird der MLS-Gleichspannungswandler 1073 als Abwärts-Aufwärts-Wandler betrieben, um geregelte aufwärts gewandelte Spannungen höher als die Batteriespannung V_BATT und/oder abwärts gewandelte Spannungen geringer als die Batteriespannung V_BATT zu erzeugen. Andere Ausgestaltungsformen sind jedoch auch möglich.
11 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels für den Zeitverlauf einer MLS-Gleichspannungswandlung. Wie in 11 dargestellt, kann die Breite der Regelzyklen genutzt werden, um das Spannungsniveau der durch die MLS-Gleichspannungswandlung erzeugten geregelten Spannungen zu steuern. Beispielsweise kann eine MLS-geregelte Spannung einem Zeitraum t1 zugeordnet sein, währen eine zweite geregelte Spannung einem unterschiedlichen Zeitraum t2 zugeordnet sein kann. Zusätzlich kann eine Zeitspanne ohne Überlapp tovlp verwendet werden, um Klemmschaltungsströme zwischen unterschiedlichen Spannungsniveaus zu vermeiden.
In bestimmten hierin offenbarten Implementierungsformen sind eine oder mehrere Regelungszeiträume (zum Beispiel t1 und/oder t2) und/oder ein oder mehrere Zeitspannen ohne Überlapp (zum Beispiel tovlp) digital steuerbar. In bestimmten Implementierungsformen werden die Verzögerungen auf der Basis eines digitalen Zustandsautomaten und/oder anderer geeigneter Schaltungen gesteuert.
Die durch die MLS-Gleichspannungswandlung erzeugten geregelten Spannungen können durch einen Modulator selektiv einem Modulatorausgangsfilter bereitgestellt werden. In dem dargestellten Beispiel wird der Modulatorausgangsfilter mit Shuntkondensatoren C1 und C2 sowie Reiheninduktivitäten L1 und L2 dargestellt. Andere Ausgestaltungsformen von Modulatorausgangsfiltern sind jedoch ebenfalls möglich.
12 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels für MLS-Einhüllendennachverfolgung eines kontinuierlichen Wellensignals. Das gezeigte Beispiel gilt für ein kontinuierliches Wellensignal mit einer Frequenz von etwa 100 MHz und einer entsprechenden Periode von etwa 10 ns. Beispiele geeigneter MLS-Spannungsniveaus für das Signal sind gezeigt.
Schlussbemerkungen
Einige der oben beschriebenen Ausführungsformen haben Beispiele im Zusammenhang mit Mobilvorrichtungen bereitgestellt. Die Prinzipien und Vorteile der Ausführungsformen können jedoch für jedes andere System oder jedes andere Gerät genutzt werden, bei denen ein Bedarf an Einhüllendennachverfolgung besteht.
Sofern der Kontext nicht eindeutig etwas Anderes erfordert, sind die Worte „umfassen“, „umfassend“ und dergleichen in der Beschreibung und den Ansprüchen in einem inklusiven Sinne auszulegen, im Gegensatz zu einem exklusiven oder erschöpfenden Sinne; das heißt, im Sinne von „einschließlich, aber nicht beschränkt auf“. Das Wort „gekoppelt“, wie hier allgemein verwendet, bezieht sich auf zwei oder mehrere Elemente, die entweder direkt miteinander verbunden sind oder über ein oder mehrere Zwischenelemente verbunden sein können. Ebenso bezieht sich das Wort „verbunden“, wie es hier allgemein verwendet wird, auf zwei oder mehrere Elemente, die entweder direkt verbunden sind oder über ein oder mehrere Zwischenelemente verbunden sein können. Darüber hinaus beziehen sich die Worte „hier“, „oben“, „unten“ und Worte von ähnlicher Bedeutung, wenn sie in dieser Anmeldung verwendet werden, auf diese Anmeldung als Ganzes und nicht auf einen bestimmten Teil dieser Anmeldung. Wenn der Kontext es zulässt, können Wörter in der obigen Detailbeschreibung mit der Ein- oder Mehrzahl auch die Mehr- oder Einzahl beinhalten. Das Wort „oder“ in Bezug auf eine Liste von zwei oder mehr Elementen deckt alle folgenden Interpretationen des Wortes ab: eines der Elemente in der Liste, alle Elemente in der Liste und jede Kombination der Elemente in der Liste.
Darüber hinaus ist die hier verwendete bedingte Sprache, wie unter anderem „könnte unter Umständen“, „könnte“, „könnte möglicherweise“, „kann“, „z.B.“, „wie“ und dergleichen, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben oder anderweitig im Rahmen des verwendeten Kontexts verstanden, im Allgemeinen dazu bestimmt, zu vermitteln, dass bestimmte Ausführungsformen bestimmte Merkmale, Elemente und/oder Zustände beinhalten, während andere Ausführungsformen bestimmte Merkmale, Elemente und/oder Zustände nicht beinhalten. Daher ist eine solche bedingte Sprache im Allgemeinen nicht dazu bestimmt, zu implizieren, dass Merkmale, Elemente und/oder Zustände in irgendeiner Weise für eine oder mehrere Ausführungsformen erforderlich sind, oder dass eine oder mehrere Ausführungsformen notwendigerweise eine Logik beinhalten, um zu entscheiden, ob diese Merkmale, Elemente und/oder Zustände in einer bestimmten Ausführungsform enthalten sind oder ausgeführt werden sollen, mit oder ohne Einbindung oder Aufforderung durch den Autor.
Die vorstehende detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung soll nicht abschließend sein oder die Erfindung auf die vorstehend offenbarte genaue Form beschränken. Während spezifische Ausführungsformen und Beispiele für die Erfindung vorstehend zur Veranschaulichung beschrieben sind, sind im Rahmen der Erfindung verschiedene gleichwertige Änderungen möglich, wie Durchschnittsfachleute in dem technischen Gebiet erkennen werden. Während beispielsweise Prozesse oder Blöcke in einer bestimmten Reihenfolge dargestellt werden, können alternative Ausführungsformen Routinen mit Schritten ausführen oder Systeme mit Blöcken in einer anderen Reihenfolge verwenden, und einige Prozesse oder Blöcke können gelöscht, verschoben, hinzugefügt, unterteilt, kombiniert und/oder geändert werden. Jeder dieser Prozesse oder Blöcke kann auf unterschiedliche Weise implementiert werden. Auch während Prozesse oder Blöcke manchmal als in Serie ausgeführt dargestellt werden, können diese Prozesse oder Blöcke stattdessen parallel oder zu unterschiedlichen Zeiten ausgeführt werden.
Die Lehren der hier angegebenen Erfindung können auf andere Systeme angewendet werden, nicht unbedingt auf das vorstehend beschriebene System. Die Elemente und Handlungen der verschiedenen oben beschriebenen Ausführungsformen können zu weiteren Ausführungsformen kombiniert werden.
Obwohl bestimmte Ausführungsformen der Erfindungen beschrieben wurden, wurden diese Ausführungsformen nur als Beispiel dargestellt und sollen den Umfang der Offenbarung nicht einschränken. Tatsächlich können die hier beschriebenen neuen Verfahren und Systeme in einer Vielzahl anderer Ausbildungen umgesetzt werden; ferner können verschiedene Auslassungen, Substitutionen und Änderungen in der Ausbildung der hier beschriebenen Methoden und Systeme vorgenommen werden, ohne vom Grundgedanken der Offenbarung abzuweichen. Die beiliegenden Ansprüche und deren äquivalente Ausbildungen sollen solche Ausbildungen oder Modifikationen abdecken, die in den Schutzbereich und den Grundgedanken der Offenbarung fallen.

Claims

Ein Einhüllendennachverfolgungssystem umfassend: einen Leistungsverstärker, welcher dazu ausgelegt ist, ein Hochfrequenzsignal zu verstärken und Leistung über eine Leistungsverstärkerversorgungsspannung zu beziehen; und einen Einhüllendennachverfolger auf, welcher dazu ausgelegt ist, die Leistungsverstärkerversorgungsspannung auf der Basis eines Einhüllendensignals, das einer Einhüllenden des Hochfrequenzsignals entspricht, zu erzeugen, und welcher einen Gleichspannungswandler, welcher dazu ausgelegt ist, eine Vielzahl von geregelten Spannungen auszugeben, einen Modulator, welcher dazu ausgelegt ist, eine Modulatorausgangsspannung auf der Basis der Vielzahl von geregelten Spannungen und dem Einhüllendensignal zu erzeugen, und eine Schaltpunktanpassungsschaltung aufweist, welche dazu ausgelegt ist, ein Spannungsniveau zumindest einer der Vielzahl von geregelten Spannungen auf der Basis eines Leistungspegels des Hochfrequenzsignals zu steuern.
Das Einhüllendennachverfolgungssystem gemäß Anspruch 1, wobei die Schaltpunktanpassungsschaltung dazu ausgelegt ist, das Spannungsniveau jeder der Vielzahl von geregelten Spannungen auf der Basis eines Leistungspegels des Hochfrequenzsignals zu steuern.
Das Einhüllendennachverfolgungssystem gemäß Anspruch 1, wobei die Schaltpunktanpassungsschaltung eine Leistungsschätzschaltung aufweist, welche dazu ausgelegt ist, den Leistungspegel des Hochfrequenzsignals auf der Basis eines Signalleistungswertes für einen Übertragungsframe und/oder ein Übertragungssymbol zu schätzen.
Das Einhüllendennachverfolgungssystem gemäß Anspruch 3, wobei der Signalleistungswert die mittlere Leistung für den Übertragungsframe oder das Übertragungssymbol angibt.
Das Einhüllendennachverfolgungssystem gemäß Anspruch 3, wobei der Signalleistungswert eine Spitzenleistung für den Übertragungsframe oder das Übertragungssymbol angibt.
Das Einhüllendennachverfolgungssystem gemäß Anspruch 3, wobei die Schaltpunktanpassungsschaltung weiterhin eine Spannungsschätzschaltung aufweist, welche dazu ausgelegt ist, eine Vielzahl von gewünschten Spannungsniveaus zu schätzen, welche dem Signalleistungswert zugeordnet sind.
Das Einhüllendennachverfolgungssystem gemäß Anspruch 6, wobei die Schaltpunktanpassungsschaltung weiterhin eine Programmierschaltung aufweist, welche dazu ausgelegt ist, den Gleichspannungswandler so zu steuern, dass er die Vielzahl von geregelten Spannungen jeweils auf einem entsprechenden der Vielzahl von gewünschten Spannungsniveaus ausgibt.
Das Einhüllendennachverfolgungssystem gemäß Anspruch 1, weiterhin umfassend zwei oder mehr Leistungsverstärker, welche dazu ausgelegt sind, zwei oder mehr Hochfrequenzsignale zu verstärken, wobei der Einhüllendennachverfolger zwei oder mehr Modulatoren aufweist, welche jeweils dazu ausgelegt sind, die Vielzahl von geregelten Spannungen zu empfangen und für eine Modulation zu sorgen, so dass eine Versorgungsspannung für einen entsprechenden der zwei oder mehr Leistungsverstärker erzeugt wird.
Das Einhüllendennachverfolgungssystem gemäß Anspruch 8, wobei die Schaltpunktanpassungsschaltung dazu ausgelegt ist, das Spannungsniveau auf der Basis des größten Leistungspegels der zwei oder mehr Hochfrequenzsignale zu steuern.
Das Einhüllendennachverfolgungssystem gemäß Anspruch 1, wobei jede der Vielzahl von geregelten Spannungen ein unterschiedliches Spannungsniveau.
Das Einhüllendennachverfolgungssystem gemäß Anspruch 1, wobei der Modulator eine Vielzahl von Schaltern umfasst, die jeweils zwischen die Modulatorausgangsspannung und eine entsprechende der Vielzahl von geregelten Spannungen gekoppelt sind.
Das Einhüllendennachverfolgungssystem gemäß Anspruch 1, weiterhin umfassend einen Modulatorausgangsfilter, welcher zwischen einen Ausgang des Modulators und die Leistungsverstärkerversorgungsspannung gekoppelt ist, und welcher zumindest eine Reiheninduktivität und zumindest einen Shuntkondensator aufweist.
Eine Mobilvorrichtung umfassend: einen Sendeempfänger, welcher dazu ausgelegt ist, ein Hochfrequenzsignal zu erzeugen; eine Frontendschaltung mit einem Leistungsverstärker, welcher dazu ausgelegt ist, das Hochfrequenzsignal zu verstärken und Leistung von einer Leistungsverstärkerversorgungsspannung zu beziehen; und eine Leistungsverwaltungsschaltung mit einem Einhüllendennachverfolger, welcher dazu ausgelegt ist, die Leistungsverstärkerversorgungsspannung auf der Basis eines einer Einhüllenden des Hochfrequenzsignals entsprechenden Einhüllendensignals zu erzeugen, und welcher einen Gleichspannungswandler, welcher dazu ausgelegt ist, eine Vielzahl von geregelten Spannungen auszugeben, einen Modulator, welcher dazu ausgelegt ist, eine Modulatorausgangsspannung auf der Basis der Vielzahl von geregelten Spannungen und dem Einhüllendensignal zu erzeugen, und eine Schaltpunktanpassungsschaltung aufweist, welche dazu ausgelegt ist, ein Spannungsniveau zumindest einer der Vielzahl von geregelten Spannungen auf der Basis eines Leistungspegels des Hochfrequenzsignals zu steuern.
Die Mobilvorrichtung gemäß Anspruch 13, wobei die Schaltpunktanpassungsschaltung dazu ausgelegt ist, das Spannungsniveau jeder der Vielzahl von geregelten Spannungen auf der Basis eines Leistungspegels des Hochfrequenzsignals zu steuern.
Die Mobilvorrichtung gemäß Anspruch 14, wobei die Schaltpunktanpassungsschaltung weiterhin eine Spannungsschätzschaltung aufweist, welche dazu ausgelegt ist, eine Vielzahl von gewünschten Spannungsniveaus zu schätzen, welche dem Signalleistungswert zugeordnet sind.
Die Mobilvorrichtung gemäß Anspruch 15, wobei die Schaltpunktanpassungsschaltung weiterhin eine Programmierschaltung aufweist, welche dazu ausgelegt ist, den Gleichspannungswandler so zu steuern, dass er die Vielzahl von geregelten Spannungen jeweils auf einem entsprechenden der Vielzahl von gewünschten Spannungsniveaus ausgibt.
Die Mobilvorrichtung gemäß Anspruch 13, weiterhin umfassend zwei oder mehr Leistungsverstärker, welche dazu ausgelegt sind, zwei oder mehr Hochfrequenzsignale zu verstärken, wobei der Einhüllendennachverfolger zwei oder mehr Modulatoren aufweist, welche jeweils dazu ausgelegt sind, die Vielzahl von geregelten Spannungen zu empfangen und für eine Modulation zu sorgen, so dass eine Versorgungsspannung für einen entsprechenden der zwei oder mehr Leistungsverstärker erzeugt wird.
Die Mobilvorrichtung gemäß Anspruch 17, wobei die Schaltpunktanpassungsschaltung dazu ausgelegt, das Spannungsniveau auf der Basis des größten Leistungspegels der zwei oder mehr Hochfrequenzsignale zu steuern.
Ein Verfahren zur Einhüllendennachverfolgung, umfassend: Verstärken eines Hochfrequenzsignals mithilfe eines Leistungsverstärkers; Versorgen des Leistungsverstärkers mit Energie mithilfe einer Leistungsverstärkerversorgungsspannung; Ausgeben einer Vielzahl von geregelten Spannungen durch einen Gleichspannungswandler; Steuern der Leistungsverstärkerversorgungsspannung auf der Basis der Vielzahl von geregelten Spannungen und einem der Einhüllenden des Hochfrequenzsignals entsprechenden Einhüllendensignal mithilfe eines Modulators; und Steuern eines Spannungsniveaus zumindest einer der Vielzahl von geregelten Spannungen auf der Basis eines Leistungspegels des Hochfrequenzsignals.
Das Verfahren gemäß Anspruch 19, weiterhin umfassend ein Schätzen des Leistungspegels des Hochfrequenzsignals auf der Basis eines Signalleistungswertes für einen Übertragungsframe und/oder ein Übertragungssymbol, und ein Schätzen einer Vielzahl von gewünschten Spannungsniveaus zu schätzen, welche dem Signalleistungswert zugeordnet sind.