專利名稱：低功率消耗混合模式功率放大器的制作方法
技術領域：
這里公開的本發(fā)明涉及無線通信終端和系統(tǒng)中的功率放大器，并更具體地，涉及 具有至少兩個工作模式的混合模式功率放大器。本發(fā)明由以下研究得出，該研究被實現(xiàn)為信息通信部和信息技術聯(lián)盟協(xié)會(MIC/ IITA)的 IT R&D 計劃的一部分[2005-S-017-03], Integrateddevelopment of ultra low power RF/HW/SW SoC。
背景技術：
根據(jù)信息通信技術的最新發(fā)展，基于例如高速因特網(wǎng)、無線因特網(wǎng)、便攜式因特 網(wǎng)、地面數(shù)字多媒體廣播(DMB)、衛(wèi)星DMB等的各種形式通信基礎結(jié)構(gòu)，例如電影、圖像、音 樂內(nèi)容、電子書等的各種內(nèi)容處于積極使用中。當考慮當前技術發(fā)展趨勢時，未來移動終端 能提供與典型基于語音的服務不同的例如語音、因特網(wǎng)、電影、和電子簽名/測量/控制的 多種服務。為了實現(xiàn)那些服務，需要復雜功能和高傳送速度，并且連同它們一起，功耗是最 重要的上升(rising)問題之一。作為信號傳送的關鍵組件的功率放大器是移動通信終端中的最多功率消耗器件。 通過降低移動通信終端和移動電話中的功率放大器的功耗，可實現(xiàn)低功耗系統(tǒng)的多功能和 復雜功能。結(jié)果，可使得新移動通信服務產(chǎn)業(yè)恢復生機，并由此每一個體可通過一個終端享 受各種便利功能的服務。此外，由于用戶可能在特別長的時間中享受多媒體通信，所以不管 時間和空間來實現(xiàn)前沿(leading)信息交換所。因此，為了在經(jīng)濟學方面在全球市場中維 持移動終端的具有較好競爭力的功率并創(chuàng)建各種附加服務，必須實現(xiàn)低功耗組件。圖1是典型混合模式功率放大器的框圖。參考圖1，功率放大器包括用于放大射頻(RF)輸入信號的高輸出放大器單元10、 用于確定高輸出放大器單元10的消耗電流L和12的模式開關20、用于匹配高輸出放大器 單元10的輸入阻抗的輸入阻抗匹配電路30、和用于匹配高輸出放大器單元10的輸出阻抗 的輸出阻抗匹配電路40。圖1的功率放大器是能夠切換到低輸出模式或高輸出模式的混 合模式功率放大器，其示例公開于Ballantyne在2000年5月30日提交的名為“PARTIAL 0RC0MPLETE AMPLIFIER BYPASS” 的美國專利第 6，069, 526 號中。當前，高輸出放大器10主要使用異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT)陣列、雙極結(jié)晶體管 (BJT)陣列、場效應晶體管(FET)陣列、和互補金屬氧化物半導體(CMOS)陣列之一。一般來 說，當RF輸出功率小于直流(DC)消耗功率時，典型功率放大器具有非常低的功率效率。為 了解決該限制，如圖1中圖示的那樣，已提出了根據(jù)輸出功率的強度在高輸出模式或低輸 出模式中工作的混合模式功率放大器。模式開關20確定混合模式功率放大器的高或低輸出模式中的消耗電流L和12。 低輸出模式中的消耗電流2小于該輸出模式中的消耗電流Ii。一般來說，利用電池電源電壓 (例如，在移動電話的情況下，大約3. 4V到大約4. 2V)來確定功率放大器的電源電壓。因 此，通過電源DC電流的量來確定功率放大器的功耗。
當RF輸入在高輸出放大器10中增強時，從高輸出放大器10輸出的RF功率連同 消耗的DC電流一起增加。在這一點，由大約1W的高輸出模式中的電池電源電壓電平來確 定用于生成最大輸出功率的電壓擺動寬度。在高輸出功率模式中，使用大約0歐到大約5 歐的負載阻抗來調(diào)整電流擺動寬度。與此形成對比的是，由于輸出功率在大約16dBm的低 輸出模式中為低，所以不是顯著增加電流消耗，而是使用大于大約15歐的負載阻抗，以允 許RF電壓擺動大小接近電池電源電壓寬度。所以，可改善功率效率。如果相等地共享功率放大器的高輸出模式和低輸出模式之間的輸出阻抗，則首先 為了滿足移動電話的最大輸出需求，負載阻抗需要足夠用于高輸出模式。因此，即使高和 低輸出模式中的工作點的消耗電流、和12通過模式開關改變，但是由于負載阻抗的限制， 所以小于大約16dBm的低輸出模式中的效率可以不大于大約10%。在該情況下，如果兩個 模式中的消耗電流1和12逐漸降低，則效率可增加。另一方面，在高輸出模式的信號操作 中出現(xiàn)非線性的特性。這惡化了功率放大器的線性。所以，僅通過簡單改變消耗電流、和 12(即簡單模式開關操作)，來實現(xiàn)在高和低輸出模式中能夠維持高線性并具有高效率的功 率放大器存在限制。圖2是根據(jù)碼分多址(CDMA)移動通信終端和移動電話的輸出的概率密度函數(shù) 的圖。圖 2 的表列出在 D. A. Teeter、E. T. Spears、H.Bui、H. Jiang 和 D. ffiday 所著的名為 "Average current reduction in(ff)CDMA poweramplifiers"429-432 IEEE Radio Freq. Integr. Circuits (RFIC) Symp. Dig.中。圖 2 的表圖示了在城市和郊區(qū)中 根據(jù)移動通信終端和移動電話的輸出的概率密度。參考圖2，移動通信終端和移動電話的實際使用率集中于其中輸出功率小于大約 16dBm的區(qū)域(即，低輸出模式區(qū)域)。然而，設計電壓放大器電路的最大效率的負載阻抗 用于高輸出模式，以便滿足最大輸出需求。為此原因，在具有最高實際使用率的低輸出模式 中，功率效率相對降低。最近，為了描述在例如移動通信終端和移動電話的系統(tǒng)中的功率放大器的效率改 善，使用用于平均功率使用效率(APUE)的概念(notion)。如下面的等式1和等式2那樣， 由供應的DC功率和平均輸出功率的比率來定義APUE。[等式1] [等式2] 其中，<Pom, i>和<PIN, i>分別代表根據(jù)功率放大器的pdf的平均RF輸出功率和供 應的DC功率消耗。Pdf代表根據(jù)圖2中圖示的輸出的概率函數(shù)值。一般來說，最大輸出功率代表CDMA功率放大器中的最重要特性。然而，如圖2中 圖示的，大多數(shù)放大器在城市中以大約OdBm的低輸出功率(即，低輸出模式區(qū)域)工作。 大約28dBm輸出功率的概率是大約0. 2%，而該概率在大約OdBm的低輸出電平中大于大約 3%。概率分布函數(shù)具有與高斯分布曲線類似的形式。Pdf 函數(shù)在大約16dBm之前計算的積
7分值為大約94%。因此，為了增加終端的電池使用時間，該功率放大器中的功率單元的效率 在其中使用頻率統(tǒng)計上為高的區(qū)域中需要增加。

發(fā)明內(nèi)容
技術問題本發(fā)明提供了一種能夠提供高功率使用效率并降低功耗的混合模式功率放大器。本發(fā)明還提供了一種能夠使得最頻繁使用的區(qū)域中的效率最大化以便延長電池 使用時間的混合模式功率放大器。本發(fā)明還提供了一種能夠自由調(diào)整高輸出放大器和低輸出放大器的增益差以便 容易地執(zhí)行系統(tǒng)的功率電平調(diào)整的混合模式功率放大器。技術方案本發(fā)明的實施例提供了一種功率放大器，包括低輸出放大器電路，用于在最頻繁 使用的低輸出模式中生成具有高效率的功率放大結(jié)果；高輸出放大器電路，用于在消耗最 多功率的區(qū)域的高輸出模式中生成高線性的放大結(jié)果；和放大器控制器，用于根據(jù)輸入信 號的功率電平來選擇性激活所述低和高輸出放大器電路。所述高和低輸出放大器電路具有
預定增益差。在本發(fā)明的其他實施例中，一種功率放大器包括低輸出放大器單元，用于在最頻 繁使用的低輸出模式中生成具有高效率的功率放大結(jié)果；高輸出放大器單元，用于在消耗 最多功率的區(qū)域的高輸出模式中生成具有高線性的放大結(jié)果；增益控制器，用于通過具有 預定增益差的多個放大器單元來放大輸入信號，并將放大結(jié)果提供到所述高和低輸出放大 器單元；和放大器控制器，用于根據(jù)輸入信號的功率電平來選擇性地激活所述低和高輸出 放大器單元。在本發(fā)明的其他實施例中，一種功率放大器包括輸入阻抗匹配單元，被配置為對 輸入信號進行阻抗匹配；第一放大器單元，用于對輸入阻抗匹配結(jié)果進行放大；第一中間 阻抗匹配單元，被配置為對該第一放大器單元的放大結(jié)果進行阻抗匹配；低輸出放大器單 元，用于在低輸出模式中對該第一中間阻抗匹配結(jié)果進行放大；第二放大器單元，用于在高 輸出模式中對該第一中間阻抗匹配結(jié)果進行放大；第二中間阻抗匹配單元，被配置為在高 輸出模式中對該第二放大器單元的放大結(jié)果進行阻抗匹配；高輸出放大器單元，用于在高 輸出模式中對該第二中間阻抗匹配結(jié)果進行放大；放大器控制器，用于響應于該輸入信號 的功率電平來控制該低輸出放大器單元、該第二放大器單元和該高輸出放大器單元的放大 操作；和輸出阻抗匹配單元，被配置為對所述低和高輸出放大器單元的放大結(jié)果進行阻抗 匹配。在本發(fā)明的其他實施例中，一種功率放大器包括輸入阻抗匹配單元，被配置為對 輸入信號進行阻抗匹配；第一放大器單元，用于對輸入阻抗匹配結(jié)果進行放大；第一中間 阻抗匹配單元，被配置為對該第一放大器單元的放大結(jié)果進行阻抗匹配；低輸出放大器單 元，包括分別具有不同高效率工作區(qū)的多個非線性放大器單元，以在低輸出模式中對第一 中間阻抗匹配結(jié)果進行放大；第二放大器單元，用于在高輸出模式中對該第一中間阻抗匹 配結(jié)果進行放大；第二中間阻抗匹配單元，被配置為在高輸出模式中對該第二放大器單元 的放大結(jié)果進行阻抗匹配；高輸出放大器單元，用于在高輸出模式中對該第二中間阻抗匹配結(jié)果進行放大；放大器控制器，用于響應于該輸入信號的功率電平來控制該低輸出放大 器單元、該第二放大器單元和該高輸出放大器單元的放大操作；和輸出阻抗匹配單元，被配 置為對所述低和高輸出放大器單元的放大結(jié)果進行阻抗匹配。在本發(fā)明的其他實施例中，一種功率放大器包括輸入阻抗匹配單元，被配置為對 輸入信號進行阻抗匹配；第一放大器單元，包括串聯(lián)連接的多個放大器單元，用于對輸入阻 抗匹配結(jié)果進行順序放大；多個第一中間阻抗匹配單元，連接在放大器單元之間，用于對每 一放大器單元的輸出進行阻抗匹配，所述放大器單元串聯(lián)連接；低輸出放大器單元，用于在 低輸出模式中對所述第一中間阻抗匹配單元的至少一個阻抗匹配結(jié)果進行放大；第二放大 器單元，用于在高輸出模式中對所述第一中間阻抗匹配單元中的最后第一中間阻抗匹配單 元的阻抗匹配結(jié)果進行放大；第二中間阻抗匹配單元，用于在高輸出模式中對該第二放大 器單元的放大結(jié)果進行阻抗匹配；高輸出放大器單元，用于在高輸出模式中對該第二中間 阻抗匹配結(jié)果進行放大；放大器控制器，用于響應于該輸入信號的功率電平來控制該低輸 出放大器單元、該第二放大器單元、和該高輸出放大器單元的放大操作；和輸出阻抗匹配單 元，用于對所述低和高輸出放大器單元的放大結(jié)果進行阻抗匹配。有利效果根據(jù)本發(fā)明，低消耗混合模式功率放大器在低輸出模式中通過非線性放大器提供 高效率，并在高輸出模式中滿足其線性以通過高線性獲得期望輸出。結(jié)果，提供了高功率使 用效率，并可降低功耗。根據(jù)本發(fā)明的低消耗混合模式功率放大器，在與最頻繁使用的區(qū)域?qū)牡洼敵?模式中改善了功率效率，使得可有效增加功率放大器的功率效率。另外，根據(jù)本發(fā)明的低消耗混合模式功率放大器，并聯(lián)連接的多個非線性放大器 構(gòu)成低輸出放大器，使得獲得提供最大效率的優(yōu)化點。所以，使得功率放大器的效率最大 化，并可延長移動通信終端和移動電話的電池使用時間。另外，根據(jù)本發(fā)明的低消耗混合模式功率放大器，因為能自由調(diào)整高輸出放大器 和低輸出放大器的增益差，所以可自由調(diào)整系統(tǒng)的功率電平。


圖1是典型混合模式功率放大器的框圖；圖2是根據(jù)CDMA移動通信終端和移動電話的輸出的功率密度函數(shù)的圖；圖3和4是根據(jù)本發(fā)明實施例的功率放大器的框圖；圖5是圖示了在圖3和4的低功率消耗混合模式功率放大器中的根據(jù)低輸出模式 和高輸出模式的增益特性的圖；圖6是圖示了在圖3和4的低功率消耗混合模式功率放大器中的根據(jù)低和高輸出 模式的消耗電流特性的圖；圖7是圖示了在圖3和4的低功率消耗混合模式功率放大器中的根據(jù)低輸出模式 和高輸出模式的功率增加效率(power added efficiency)的特性的圖；圖8是圖示了根據(jù)圖3和4的低功率消耗混合模式功率放大器的輸出功率的線性 的特性的圖；和圖9到14分別是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的低功率消耗混合模式功率放大器的框
9圖。*圖中的附圖標記的圖示*100 輸入阻抗匹配單元200 第一放大器單元300 第一中間阻抗匹配單元400 第二放大器單元500 第二中間阻抗匹配單元600 高輸出放大器單元700:低輸出放大器單元800:輸出阻抗匹配單元900:偏置電路950:放大器控制器1000-7000 具有至少兩個工作模式的混合模式功率放大器
具體實施例方式下面將參考附圖來更詳細地描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。然而，本發(fā)明可按照不同 形式實施，并不應被解釋為限于這里闡明的實施例。相反，提供這些實施例，使得該公開將 全面和完整，并將向本領域技術人員全面?zhèn)鬟_本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的低功率消耗混合模式功率放大器在低輸出模式中通過非線性放大器提 供高功率效率，并在高輸出模式中通過高線性放大器提供期望輸出。高輸出放大器和低輸 出放大器被配置為具有增益差。可自由地調(diào)整該增益差，并因此可容易地調(diào)整系統(tǒng)的功率 電平。低輸出放大器包括并聯(lián)連接的多個非線性放大器單元。結(jié)果，由于可獲得提供最大 效率的優(yōu)化點，所以可使得功率放大器的效率最大化，并可延長移動通信終端和移動電話 的電池使用時間。該低功率消耗混合模式功率放大器的詳細結(jié)構(gòu)如下。圖3和4是根據(jù)本發(fā)明實施例的功率放大器1000的框圖。參考圖3和4，混合模式功率放大器1000包括輸入阻抗匹配單元100、第一放大器 單元200、第一中間阻抗匹配單元300、第二放大器單元400、第二中間阻抗匹配單元500、高 輸出放大器單元600、低輸出放大器單元700、輸出阻抗匹配單元800、偏置電路900、和放大 器控制器950。構(gòu)成混合模式功率放大器1000的功能塊100到950根據(jù)圖3和4中圖示的 功能塊100到950的功能包括低輸出放大器電路1100、高輸出放大器電路1200、和增益控 制器1300。然而，圖3和4的功率放大器1000中的每一個包括根據(jù)塊100到950的功能 而進行功能性劃分的不同結(jié)果1100到1300。功能塊100到950的每一結(jié)構(gòu)自己基本上相 同。因此，相同的附圖標記表示相同塊。首先，參考圖3，混合模式功率放大器1000包括低功率放大器電路1100、高輸出放 大器電路1200、放大器控制器950、和偏置電路900。低功率放大器電路1100包括輸入阻抗 匹配單元100、第一放大器單元200、第一中間阻抗匹配單元300、和低輸出放大器單元700。 低輸出放大器電路1100在最頻繁使用的低輸出模式中生成具有高效率的功率放大結(jié)果。 高輸出放大器電路120包括第二放大器單元400、第二中間阻抗匹配單元500、和高輸出放 大器單元600。高輸出放大器電路1200在最多功率消耗區(qū)域的高輸出模式中生成具有高線 性的放大結(jié)果。偏置電路900與第一和第二放大器單元200和300相連，以提供驅(qū)動電壓。 放大器控制器950根據(jù)輸入信號的功率電平來選擇性地激活低輸出放大器電路1100和高 輸出放大器電路1200。混合模式功率放大器1000被配置為具有高輸出放大器電路1200和 低輸出放大器電路1100之間的預定增益差。參考圖4，混合模式功率放大器1000包括低輸出放大器單元700、高輸出放大器單元600、增益控制器1300、放大器控制器950、和偏置電路900。增益控制器1300包括輸入 阻抗匹配單元100、第一放大器單元200、第一中間阻抗匹配單元300、第二放大器單元400、 和第二中間阻抗匹配單元500。增益控制器1300通過具有預定增益差的多個放大器單元來 放大輸入信號，并然后將放大結(jié)果提供到低和高輸出放大器單元700和600。增益控制器 1300通過第一和第二放大器單元200和400放大輸入信號，以獲得該系統(tǒng)需要的增益。偏 置電路900與第一和第二放大器單元200和400相連，以提供驅(qū)動電壓。放大器控制器950 根據(jù)輸入信號的功率電平來選擇性地激活低和高輸出放大器電路700和600。低輸出放大 器單元700響應于放大器控制器950的控制，在最頻繁使用的低輸出模式中生成具有高效 率的功率放大結(jié)果。高輸出放大器單元600響應于放大器控制器950的控制，在最多功率 消耗區(qū)域的高輸出模式中生成具有高線性的放大結(jié)果。參考圖3和4，構(gòu)成混合模式功率放大器1000的每一功能塊100到950如下。偏置電路900與輸入阻抗匹配單元100和第一中間阻抗匹配單元300之間的路徑 的一點相連，以便向第一和第二放大器單元200和400提供驅(qū)動電壓。輸入阻抗匹配單元 100通過阻抗匹配輸出從外部輸入的射頻(RF)信號。第一放大器單元200接收并放大從輸 入阻抗匹配單元100輸出的信號。第一中間匹配單元300從第一放大器單元200接收放大 的高頻信號，并通過適當阻抗匹配輸出它。將第一中間阻抗匹配單元300的阻抗匹配結(jié)果 提供到第二放大器單元400和低輸出放大器單元700中。這里，第一放大器單元200和低 輸出放大器單元700可由雙極晶體管實現(xiàn)。然而，對于本領域技術人員來說顯而易見的是， 第一放大器單元200和低輸出放大器單元700可由異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT)陣列、雙極結(jié) 晶體管(BJT)陣列、場效應晶體管(FET)陣列、和互補金屬氧化物半導體(CMOS)陣列中的 一個(或組合)來實現(xiàn)。第二放大器單元400接收并放大從第一中間阻抗匹配單元300輸出的信號。第二 放大器單元400根據(jù)放大器控制器950的控制在最多功率消耗區(qū)域的高輸出模式(例如， 其中輸出功率多于大約16dBm的區(qū)域)中工作。包括第一和第二放大器單元200和400的 放大器的結(jié)構(gòu)充當用于提供系統(tǒng)需要的增益的增益控制器。具體來說，當實現(xiàn)在高頻率區(qū) 域中工作的放大器時，因為該單元自己的增益小，所以本發(fā)明將多個放大器單元串聯(lián)連接， 以便滿足系統(tǒng)需求，使得可增加增益。另外，放大器單元的數(shù)目可取決于系統(tǒng)中需要的總體 信號放大度而改變。例如，在其中需要低放大度的情況下，可省略第一放大器單元200和第 一中間阻抗匹配單元300。在其中需要高總體信號放大度的情況下，如圖10到14中圖示的 那樣，可通過包括多個放大器單元的多級放大器來實現(xiàn)第一放大器單元(或第二放大器單 元)°盡管將在下面進行詳細描述，但是第二放大器單元400和高輸出放大器單元600 在高輸出模式中工作，而不在低輸出模式(例如，其中輸出功率低于大約16dBm的區(qū)域)中 工作。因此，連接在第二放大器單元400和高輸出放大器單元600之間的第二中間阻抗匹 配單元500基本上在其中第二放大器單元400和高輸出放大器600工作的高輸出模式中工 作。此外，第二中間阻抗匹配單元500在其中第二放大器單元400和高輸出放大器單元600 不工作的低輸出模式中不工作。在高輸出模式操作期間，第二中間阻抗匹配單元500接收 在第二放大器單元400中放大的高頻信號，并通過適當阻抗匹配輸出它。將第二中間阻抗 匹配單元500的阻抗匹配結(jié)果提供到高輸出放大器單元600中。根據(jù)本發(fā)明，其中輸出功
11率超出大約16dBm的區(qū)域和其中輸出功率小于大約16dBm的區(qū)域?qū)⒈环謩e描述為高輸出模 式和低輸出模式。然而，高輸出模式區(qū)域和低輸出模式區(qū)域之間的邊界點僅是本發(fā)明所應 用到的一個示例。可按照各種形式改變和修改邊界點。高輸出放大器單元600包括具有高線性的高線性放大器單元。例如，高輸出放大 器單元600可包括A類或AB類的高線性放大器單元。高輸出放大器單元600根據(jù)放大器 控制器950的控制在最多功率消耗區(qū)域的高輸出模式中工作，并接收從第二中間阻抗匹配 單元500輸出的信號，以放大該信號。該高輸出放大器單元600的面積可被實現(xiàn)為大于該 第一放大器單元200和該低輸出放大器單元700的面積。這里，該最多功率消耗區(qū)域意味 著在功率放大器單元中獲得最大功率的區(qū)域、以及只要在終端中維持線性就可在其間獲得 最大功率的間隔。在該情況下，負載電流具有高值(或最大值)。低輸出放大器單元700包括高功率消耗效率的非線性放大器單元，并根據(jù)放大器 控制器950的控制在最頻繁使用的區(qū)域的低輸出模式(例如，其中輸出功率低于大約16dBm 的區(qū)域)中工作。串聯(lián)連接的第二放大器單元400、第二中間阻抗匹配單元500、和高輸出 放大器單元600的電壓路徑與低輸出放大器單元700并聯(lián)連接。低輸出放大器單元700接 收并放大從第一中間阻抗匹配單元300輸出的信號。高和低輸出模式中的功率放大器單元 的增益與第二放大器單元400的增益具有一樣多的差。低輸出放大器單元700包括具有高 電壓效率特性的E類非線性放大器單元。一般來說，當觀察該功率放大器單元中使用的類 時，執(zhí)行線性操作的D類、E類和F類比執(zhí)行線性操作的A類、AB類和B類具有更高的效率 特性。非線性功率放大器單元在高輸入功率狀態(tài)中使用晶體管的非線性。非線性放大器單 元的輸出功率不使用調(diào)制輸入功率的方法，并通過調(diào)制偏壓Vcc的方法來調(diào)整。所以，高輸 入功率對于利用晶體管的開關特性來說是必須的。S卩，低功率消耗混合模式功率放大器1000將功率放大器的功率終端劃分為多于 一個，并激活包括E類非線性放大器單元的低輸出放大器單元700，以便在低輸出模式中獲 得高效率。所激活的低輸出放大器單元700的放大結(jié)果通過輸出阻抗匹配單元800被阻抗 匹配，并然后被輸出為低輸出模式的功率放大結(jié)果。為了在低輸出模式操作中實現(xiàn)最大功 率特性，重要的是控制該輸出阻抗匹配單元800通過阻抗匹配獲得最大增加效率。低輸出模式對應于移動通信終端和移動電話的最頻繁使用的區(qū)域。向低輸出放大 器單元700供應預定集電極電壓，并向低輸出放大器單元700供應比晶體管中的開關特性 (即，準E類操作)必需的輸入功率低的輸入電壓。通過設計具有大于大約16dBm的低輸 出放大器單元700的PldB，可滿足系統(tǒng)的線性標準。這里，PldB代表ldB增益壓縮點，并意 味著在功率放大器達到飽和功率之前實際可用的最大功率點。即，最大功率點是功率放大 器中穩(wěn)定可用的最大線性輸出功率。因此，盡管低輸出放大器單元700包括E類非線性放 大器單元，但是PldB被設計為高于大約16dBm，對于最頻繁使用的區(qū)域(即，圖2中低于大 約16dBm的區(qū)域)保證線性。所以，低輸出放大器單元700不是執(zhí)行完全開關操作的E類 放大器單元，并比一般功率放大器單元具有更高效率。由于該特性改善，所以可使得功率放 大器的功率效率最大化。另外，低功率消耗混合模式功率放大器1000在高輸出模式中激活包括高線性放 大器單元的高輸出放大器單元600。高輸出放大器單元600包括A類或AB類高線性放大 器單元以保證高線性。所激活的高輸出放大器單元600的放大結(jié)果通過輸出阻抗匹配單元
12800被阻抗匹配，并然后作為高輸出模式中的功率放大結(jié)果輸出。為了在高輸出模式操作中 獲得最大特性，重要的是控制用于阻抗匹配的輸出阻抗匹配單元800，以便維持高線性。根 據(jù)該結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的功率放大器1000在高輸出模式中滿足線性，并還在最頻繁使用的低輸 出模式中改善功率效率。結(jié)果，可有效延長電池使用時間。放大器控制器950通過根據(jù)高/低輸出模式添加數(shù)字信號，而控制第二輸出放大 器單元400、高輸出放大器單元600、和低輸出放大器單元700。向以上單元應用典型數(shù)字信 號控制技術。例如，放大器控制器950基于外部天線輸出信號生成功率控制信號。響應于 生成的功率控制信號，低輸出放大器單元700關斷，而第二放大器單元400和高輸出放大器 單元600接通，用于在高輸出模式操作中驅(qū)動。在這一點，處于高和低輸出模式中的放大器 單元1000的增益與第二放大器單元400的增益具有一樣多的差?？勺杂烧{(diào)整所述高和低 輸出放大器單元的增益差，并由于此，可容易地執(zhí)行系統(tǒng)的功率電平調(diào)整。圖5是圖示了在圖3和4的低功率消耗混合模式功率放大器1000中的根據(jù)低輸 出模式和高輸出模式的增益特性的圖。參考圖3和4以及圖5，在低輸出模式中，根據(jù)放大器控制器950的控制，第二放 大器單元400和高輸出放大器單元600在低功率消耗混合模式功率放大器1000中被關斷。 在該情況下，第一中間阻抗匹配單元300的匹配結(jié)果不由第二放大器單元400和高輸出放 大器單元600放大，而被直接提供到低輸出放大器單元700。因此，在低輸出模式中，不存在 通過第二放大器單元400和高輸出放大器單元600的增益特性。所以，與高輸出模式(參 考圖5的低輸出模式區(qū)域中的實線)相比，低增益特性存在于低輸出模式中。在這一點，處 于高和低輸出模式中的功率放大器1000的增益與第二放大器單元400的增益具有一樣多 的差?？勺杂烧{(diào)整所述高輸出放大器單元600和低輸出放大器單元700之間的增益差，并 由于此，可容易地執(zhí)行系統(tǒng)的功率電平調(diào)整。另外，在功率放大器1000的低輸出模式期間， 由于不存在通過第二放大器單元400和高輸出放大器單元600的增益特性，所以可有效降 低第二放大器單元400和高輸出放大器單元600的DC功耗。因此，可改善功率增加效率的 特性。將參考圖7更詳細地描述功率增加效率的特性。根據(jù)放大器控制器950的控制，該低輸出放大器單元700在高輸出模式期間在低 功率消耗混合模式放大器1000中被關斷。所以，第一中間阻抗匹配單元300的匹配結(jié)果不 由低輸出放大器單元700放大，而通過第二放大器單元400和第二中間阻抗匹配單元700 被提供到高輸出放大器單元600。在該情況下，當輸出模式從低輸出模式改變?yōu)楦咻敵瞿Ｊ?(參考圖5的高輸出模式區(qū)域中的實線)時，示出了高增益特性。在這一點，由具有總體高 輸出功率電平的高輸出放大器單元600確定該低功率消耗混合模式功率放大器1000的功 率增加效率的特性。為了在高和低輸出模式期間獲得最大特性，重要的是控制用于阻抗匹配的輸出阻 抗匹配單元800，以便在低輸出模式中獲得最大的增加效率。另外，根據(jù)該阻抗匹配，重要的 是，在高輸出模式操作期間控制高線性。圖6是圖示了圖3和4的低功率消耗混合模式功率放大器10000的根據(jù)低和高輸 出模式的消耗電流特性的圖。參考圖3和4以及圖6，存在僅通過低輸出模式中的低輸出放大器單元700的消耗 電流，并且還存在僅通過高輸出模式中的第二放大器單元400和高輸出放大器單元600的
13消耗電流。因此，當?shù)洼敵瞿Ｊ皆陬愃茍D6的實線的預定點P處改變?yōu)楦咻敵瞿Ｊ綍r，根據(jù) 每一工作模式在消耗電流中發(fā)生差異。圖6的實線中顯示的部分代表在低輸出模式操作中 不關斷第二放大器單元400和高輸出放大器單元600的典型功率放大器的消耗電流特性。 圖6的實線的部分代表在低輸出模式操作期間關斷第二放大器單元400和高輸出放大器單 元600的功率放大器100的消耗電流特性。參考圖6，根據(jù)功率放大器1000，因為第二放大 器單元400和高輸出放大器單元600在低輸出模式操作期間不消耗電流，所以與典型方法 相比消耗更少消耗電流。圖7是圖示了圖3和4的低功率消耗混合模式功率放大器1000的根據(jù)低和高輸 出模式的功率增加效率的特性的圖。參考圖3、4和7，該低功率消耗混合模式功率放大器1000在低輸出模式中激活具 有低效率特性的低輸出放大器單元700，并使得第二放大器單元400和高輸出放大器單元 600無效。所以，降低了由于第二放大器單元400和高輸出放大器單元600造成的DC消耗。 結(jié)果，在低輸出模式中改善了功率增加效率的特性。另外，該低功率消耗混合模式功率放大 器1000在高輸出模式中使得低輸出放大器單元700無效，并激活第二放大器單元400和高 輸出放大器單元600。在該情況下，因為沒有損耗地傳遞該高輸出放大器單元600的輸出， 所以可獲得高的增加效率。一般來說，當RF輸出功率與輸入的DC消耗功率相比為低時，功率放大器具有非常 低的功率效率?？赏ㄟ^下面的等式PAE(%)=(輸出RF功率-輸入RF功率)/輸入DC功 率X 100來獲得功率放大器的功率增加效率(PAE)。這里，輸入和輸出的RF功率是固定的， 并且當輸入當前DC功率低時，PAE增加。貫穿該原理，在低輸出模式中，低輸出放大器700 的輸出電壓使得輸出電壓最小化，以便使得功率放大器單元1000的效率最大化。參考圖7，虛線的部分圖示了當?shù)凸β史糯笃鲉卧ň€性功率放大器單元(或 具有大面積的放大器單元)時、典型功率放大器的增加效率特性。實線的部分圖示了當?shù)?輸出放大器700包括占用小面積的非線性功率放大器單元時、功率放大器1000的功率增加 效率的特性。如圖7中圖示的，典型功率放大器在低于預定點P(例如，大約16dBm)的區(qū)域 (即，最頻繁使用的區(qū)域)處具有低效率的輸出功率。然而，因為低輸出放大器單元700包 括在功率放大器1000中占用小面積的非線性放大器單元，所以如實線中圖示的那樣在最 頻繁使用的輸出功率區(qū)域中可改善效率。即，根據(jù)功率放大器1000的結(jié)構(gòu)，低輸出模式的 增加效率可幾乎達到最大輸出功率模式(即，高輸出模式)的效率。圖8是圖示了根據(jù)圖3和4的低功率消耗混合模式功率放大器的輸出功率的線性 的特性的圖。將作為代表功率放大器的線性的索引的相鄰信道泄漏比(ACLR)用作代表W-CDMA 中的功率放大器的線性的標準。預定點P(例如，大約16dBm)以下的虛線面積圖示了典型 功率放大器中的低輸出模式的ACLR。此外，實線的部分圖示了使用非線性放大器作為低輸 出放大器的功率放大器1000的ACLR。參考圖3、4和8，功率放大器1000使用具有大面積的線性放大器單元作為高輸出 模式中的高輸出放大器單元600。因此，這滿足預定ACLR的標準(S即，功率放大器的線性)。 然而，將具有小面積的非線性放大器用作低輸出模式中的放大器單元700。因此，與典型功 率放大器中的低輸出模式的ACLR值(圖8中的虛線的部分)相比，低輸出模式中的ACLR的值可增加。然而，因為一旦將增加的ACLR值限于任意標準的區(qū)域(點R的虛線延長線)， 該線性就可維持在該標準所定義的預定范圍內(nèi)。所以，可容易地滿足系統(tǒng)的標準。圖9到14分別是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的低功率消耗混合模式功率放大器2000 到7000的框圖。圖9的低功率消耗混合模式功率放大器2000等同于圖3和4中的低功率消耗混 合模式功率放大器，除了并聯(lián)連接的多個非線性放大器單元700a到700m之外。相同的附 圖標記表示相同的部分，并且為了簡明將省略其重復描述。參考圖9，多個低輸出放大器單元700a到700m(a和m是正整數(shù))包括具有高功率 效率的非線性放大器單元，并在最頻繁使用的區(qū)域(例如，其中輸出功率低于大約16dBm的 區(qū)域)的低輸出模式中工作。低輸出放大器單元700a到700m中的每一個可被配置為分別 具有輸入信號的功率電平中的不同高效率工作區(qū)。低輸出放大器單元700a到700m中的每 一個可根據(jù)放大器控制器950的控制在最頻繁使用的區(qū)域的低輸出模式中被選擇性激活。 例如，在最頻繁使用的區(qū)域的低輸出模式中的低輸出放大器單元700a到700m中，僅可激活 第一低輸出放大器單元700a，或僅可激活的第一和第二低輸出放大器單元700a和700b?；?者，可在最頻繁使用的區(qū)域的低輸出模式中僅激活第m低輸出放大器單元700m。有關低輸 出放大器單元700a到700m的選擇性激活操作可獲得用于生成最大效率的多個優(yōu)化點。因 此，使得功率放大器2000的效率最大化，并由于此，可更有效地延長移動通信終端和移動 電話的電池使用時間。參考圖10，低功率消耗混合模式功率放大器3000等同于圖3和4的低功率消耗混 合模式功率放大器，除了多個第一放大器單元200a到200n(a和n是正整數(shù))與多個對應 中間阻抗匹配單元300a到300n串聯(lián)相連之外。因此，相同的附圖標記表示相同的部分，并 為了簡明將省略其重復描述。如圖10中所示，第一放大器單元200a到200n以及對應中間阻抗匹配單元300a 到300n從偏置電路900接收驅(qū)動電壓。第一放大器單元200a到200n的輸出端分別與對 應中間阻抗匹配單元300a到300n相連。輸入阻抗匹配單元100對從外部輸入的RF信號 進行阻抗匹配并輸出。輸入阻抗匹配單元100的阻抗匹配結(jié)果通過第一放大器單元200a 到200n以及對應中間阻抗匹配單元300a到300n被放大和阻抗匹配。將第n中間阻抗匹 配單元300n的阻抗匹配結(jié)果提供到第二放大器單元400和低輸出放大器單元700。功率放大器3000在高輸出模式操作期間控制并關斷低輸出放大器單元700，并控 制和接通第二放大器單元400和高輸出放大器單元600。在這一點，將第n中間阻抗匹配單 元300n的阻抗匹配結(jié)果提供到第二放大器單元400中。功率放大器3000在低輸出模式操 作期間關斷第二放大器單元2400和高輸出放大器單元600并接通低輸出放大器單元700。 在這一點，將第n中間阻抗匹配單元300n的阻抗匹配結(jié)果提供到低輸出放大器單元700。 根據(jù)該結(jié)構(gòu)，高輸出模式和低輸出模式中的功率放大器的增益與第二放大器單元400的增 益具有一樣多的差異。另一方面，如圖10中圖示的，包括多個劃分的第一放大器單元200a到200n的功 率放大器的結(jié)構(gòu)提供系統(tǒng)需要的增益。特別是，當實現(xiàn)在高頻率區(qū)域中工作的功率放大器 時，每一單元自己的小增益存在限制。然而，如果通過根據(jù)本發(fā)明的第一放大器單元200a 到200n逐步調(diào)整增益，則每一放大器單元的小增益可充分滿足系統(tǒng)需要的增益。
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參考圖11，低功率消耗混合模式功率放大器4000基本上等同于圖10的低功率消 耗混合模式功率放大器，除了低輸出放大器單元700的輸入信號路徑之外。因此，相同的附 圖標記表示相同的部分，并且為了簡明將省略其重復描述。在圖11中，在低輸出模式操作期間，根據(jù)放大器控制器950的控制來關斷第二放 大器單元400和高輸出放大器單元600，并將輸入阻抗匹配結(jié)果通過第一放大器單元200和 第一中間阻抗匹配單元300a提供到低輸出放大器單元700。與此不同的是，在高輸出模式 操作期間，根據(jù)放大器控制器950的控制來關斷低輸出放大器單元700，并且輸入阻抗匹配 結(jié)果通過第一放大器單元200a到200n和對應中間阻抗匹配單元300a到300n被放大和阻 抗匹配。將第n中間阻抗匹配單元300n的阻抗匹配結(jié)果通過第二放大器單元400提供到 第n-1中間阻抗匹配單元500和高輸出放大器單元600。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，高和低輸出模式中的 放大器4000的增益與第一放大單元200b到200n (n-1的數(shù)目)和第二放大器單元400的 增益具有一樣多的差異。這里，可通過改變低輸出放大器單元700的輸入信號路徑，來按照 各種形式修改高和低輸出模式中的放大器4000的增益。可通過改變第一放大器單元200a 到200n和低輸出放大器單元700的連接關系，來完成低輸出放大器單元700的輸入信號路 徑的改變。參考圖12，低功率消耗混合模式功率放大器5000基本上等同于圖10的低功率消 耗混合模式功率放大器，除了并聯(lián)連接的非線性放大器單元700a到700m之外。因此，相同 的附圖標記表示相同的部分，并為了簡明將省略其重復描述。參考圖12，多個低輸出放大器單元700a到700m(a和m是正整數(shù))包括高功率效 率的非線性放大器單元。根據(jù)放大器控制器950的控制，低輸出放大器單元700a到700m 在最頻繁使用的區(qū)域(例如，其中輸出功率低于大約16dBm的區(qū)域)的低輸出模式中工作。 低輸出放大器單元700a到700m中的每一個可根據(jù)放大器控制器950的控制在最頻繁使用 的區(qū)域的低輸出模式中被選擇性激活。例如，在最頻繁使用的區(qū)域的低輸出模式中的低輸 出放大器單元700a到700m中，僅激活第一低輸出放大器單元700a，或僅激活第一和第二 低輸出放大器單元700a和700b?；蛘?，可在最頻繁使用的區(qū)域的低輸出模式中僅激活第m 低輸出放大器單元700m。低輸出放大器單元700a到700m的選擇性激活操作可獲得生成最 大效率的多個優(yōu)化點。因此，使得功率放大器2000的效率最大化，并由于此，可更有效地延 長移動通信終端和移動電話的電池使用時間。參考圖13，低功率消耗混合模式功率放大器6000等同于圖12的低功率消耗混合 模式功率放大器，除了低輸出放大器700的輸入信號路徑之外。因此，相同的附圖標記表示 相同的部分，并為了簡明將省略其重復描述。在圖13中，在低輸出模式中，多個低輸出放大器700a到700m(a和m是正整數(shù)) 根據(jù)放大器控制器950的控制在最頻繁使用的區(qū)域的低輸出模式中被選擇性激活。激活的 低輸出放大器單元700a到700m接收并放大第一中間阻抗匹配單元300a的阻抗匹配結(jié)果。 而且，在高輸出模式操作期間，低輸出放大器單元700a到700m根據(jù)放大器控制器950的控 制被關斷。另外，第一中間阻抗匹配單元300a的阻抗匹配結(jié)果通過第一放大器單元200b 到200n和對應中間阻抗匹配單元300b到300n被放大和阻抗匹配。然后，將阻抗匹配結(jié) 果通過第二放大器單元400順序提供到第n-1中間阻抗匹配單元500和高輸出放大器單元 600。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，可自由調(diào)整高和低輸出模式中的功率放大器600的增益，并可實現(xiàn)生成
16最大效率的優(yōu)化點。因此，使得功率放大器600的效率最大化，并由于此，可更有效地延長 移動通信終端和移動電話的電池使用時間。參考圖14，低功率消耗混合模式功率放大器7000等同于圖13的低功率消耗混合 模式功率放大器，除了低輸出放大器700的輸入信號路徑之外。因此，相同的附圖標記表示 相同的部分，并為了簡明將省略其重復描述。在圖14中，在低輸出模式操作期間，低輸出放大器單元700a到700n(a和n是正 整數(shù))分別接收和放大中間阻抗匹配單元300b到300n(b和n是正整數(shù))的輸出。在低輸 出模式操作期間，根據(jù)放大器控制器950的控制來關斷第二放大器單元400和高輸出放大 器單元600。如圖14中圖示的，低輸出放大器單元700a到700n分別對應于中間阻抗匹配 單元300b到300n。然而，可按照各種形式修改低輸出放大器單元的數(shù)目、中間阻抗匹配單 元的數(shù)目、以及它們之間的連接關系。另外，可按照各種形式修改用于選擇性激活n個數(shù)目 的低輸出放大器單元700a到700n的方法。根據(jù)以上結(jié)構(gòu)，具有小增益的放大器單元可充分滿足系統(tǒng)需要的增益。另外，可自 由調(diào)整高和低輸出模式中的放大器700的增益，并可獲得生成最大效率的優(yōu)化點。另外，使 得功率放大器7000的效率最大化，并由于此，可更有效地延長移動通信終端和電話的電池 使用時間。另一方面，可通過作為示例的雙極晶體管來實現(xiàn)本發(fā)明的放大器單元(例如，第 一放大單元和低輸出放大器單元)，但是這僅是本發(fā)明的一個示例。對于本領域技術人員 來說顯而易見的是，可通過HBT陣列、BJT陣列、FET陣列、和CMOS陣列中的一個(或組合) 來實現(xiàn)本發(fā)明的放大器單元。另外，放大器單元的數(shù)目可根據(jù)系統(tǒng)需要的總體信號放大度而改變。例如，在需要 低放大度的情況下，可省略第一放大器單元200和第一中間阻抗匹配單元300。在需要高總 體信號放大度的情況下，如圖10到14中圖示的，可通過包括多個放大器單元的多級放大器 來實現(xiàn)第一放大器單元(或第二放大器單元)。此外，在增益差在高和低輸出模式中為大、 并且要求該低輸出模式的信號低的情況下，如圖11和13中圖示的，第一放大器單元200a 和第一中間阻抗匹配單元300a的輸出可直接連接到低輸出放大器單元700。如圖9和12 到14中圖示的，低輸出放大器單元700a到700m或700a到700n并聯(lián)連接，而第一中間阻 抗匹配單元300a到300n的輸出可分別選擇性連接到低輸出放大器單元700a到700m或 700a到700n。結(jié)果，可自由調(diào)整高輸出放大器單元600與低輸出放大器單元700a到700m 或700a到700n之間的增益差。上面公開的主題可被看作圖示性的而非限制性的，并且所附權(quán)利要求意欲覆蓋落 入本發(fā)明的真實精神和范圍之內(nèi)的所有這樣的修改、增強、和其他實施例。由此，在法律允 許的最大程度上，本發(fā)明的范圍將由以下權(quán)利要求及其等效的最寬容許解釋來確定，并不 應由前述詳細描述局限或限制。工業(yè)實用性可采用本發(fā)明用于無線通信終端和系統(tǒng)中的具有至少兩個工作模式的混合模式 功率放大器。
權(quán)利要求
一種功率放大器，包括低輸出放大器電路，用于在最頻繁使用的低輸出模式中生成具有高效率的功率放大結(jié)果；高輸出放大器電路，用于在消耗最多功率的區(qū)域的高輸出模式中生成具有高線性的放大結(jié)果；和放大器控制器，用于根據(jù)輸入信號的功率電平來選擇性激活所述低和高輸出放大器電路，其中所述高和低輸出放大器電路具有預定增益差。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的功率放大器，其中該低輸出放大器電路包括 輸入阻抗匹配單元，被配置為對該輸入信號進行阻抗匹配；第一放大器單元，用于對所述輸入阻抗匹配結(jié)果進行放大；第一中間阻抗匹配單元，被配置為對該第一放大器單元的放大結(jié)果進行阻抗匹配；和 低輸出放大器單元，用于在低輸出模式中對該第一中間阻抗匹配結(jié)果進行放大。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的功率放大器，其中該高輸出放大器電路包括第二放大器單元，用于在高輸出模式中對所述第一中間阻抗匹配結(jié)果進行放大； 第二中間阻抗匹配單元，被配置為在高輸出模式中對該第二放大器單元的放大結(jié)果進 行阻抗匹配；和高輸出放大器單元，用于在高輸出模式中對該第二中間阻抗匹配結(jié)果進行放大。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的功率放大器，還包括偏置電路，用于將工作電壓供應到所述第一 和第二放大器單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的功率放大器，其中所述高和低輸出放大器電路具有與該第二放大 器單元的增益對應的增益差。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的功率放大器，其中該增益差是可調(diào)整的。
7.—種功率放大器，包括低輸出放大器單元，用于在最頻繁使用的低輸出模式中生成具有高效率的功率放大結(jié)果；高輸出放大器單元，用于在消耗最多功率的區(qū)域的高輸出模式中生成具有高線性的放 大結(jié)果；增益控制器，用于通過具有預定增益差的多個放大器單元來放大輸入信號，并將放大 結(jié)果提供到所述高和低輸出放大器單元；和放大器控制器，用于根據(jù)輸入信號的功率電平來選擇性地激活所述低和高輸出放大器 單元。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的功率放大器，其中該增益控制器包括 輸入阻抗匹配單元，被配置為對該輸入信號進行阻抗匹配；第一放大器單元，用于在所述低和高輸出模式中對輸入阻抗匹配結(jié)果進行放大； 第一中間阻抗匹配單元，被配置為在所述低和高輸出模式中對該第一放大器單元的放 大結(jié)果進行阻抗匹配；第二放大器單元，用于在高輸出模式中對所述第一中間阻抗匹配結(jié)果進行放大；和 第二中間匹配單元，被配置為在高輸出模式中對該第二放大器單元的放大結(jié)果進行阻抗匹配。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的功率放大器，其中該增益差對應于該第二放大器單元的增益。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的功率放大器，其中該增益差是可調(diào)整的。
11.根據(jù)權(quán)利要求7的功率放大器，還包括偏置電路，用于向該增益控制器供應工作電壓。
12.根據(jù)權(quán)利要求1或7的功率放大器，還包括輸出阻抗匹配單元，被配置為對所述低 和高輸出放大器單元的放大結(jié)果進行阻抗匹配。
13.一種功率放大器，包括輸入阻抗匹配單元，被配置為對輸入信號進行阻抗匹配； 第一放大器單元，用于對輸入阻抗匹配結(jié)果進行放大；第一中間阻抗匹配單元，被配置為對該第一放大器單元的放大結(jié)果進行阻抗匹配； 低輸出放大器單元，用于在低輸出模式中對該第一中間阻抗匹配結(jié)果進行放大； 第二放大器單元，用于在高輸出模式中對該第一中間阻抗匹配結(jié)果進行放大； 第二中間阻抗匹配單元，被配置為在高輸出模式中對該第二放大器單元的放大結(jié)果進 行阻抗匹配；高輸出放大器單元，用于在高輸出模式中對該第二中間阻抗匹配結(jié)果進行放大； 放大器控制器，用于響應于該輸入信號的功率電平來控制該低輸出放大器單元、該第 二放大器單元和該高輸出放大器單元的放大操作；和輸出阻抗匹配單元，被配置為對所述低和高輸出放大器單元的放大結(jié)果進行阻抗匹配。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的功率放大器，其中該低輸出放大器單元響應于該放大器控制器 的控制在低輸出模式中工作，而不在高輸出模式中工作。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的功率放大器，，其中該低輸出放大器單元是具有高功率效率的 非線性放大器。
16.根據(jù)權(quán)利要求13的功率放大器，其中該低輸出放大器單元是E類放大器。
17.根據(jù)權(quán)利要求13的功率放大器，其中該低輸出放大器單元包括分別具有不同的高 效率工作區(qū)的多個非線性放大器單元。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的功率放大器，其中根據(jù)該放大器控制器的控制在低輸出模式中 選擇性地激活所述非線性放大器單元中的每一個。
19.根據(jù)權(quán)利要求17的功率放大器，其中所述非線性放大器單元并聯(lián)連接。
20.根據(jù)權(quán)利要求13的功率放大器，其中該第二放大器單元和該高輸出放大器單元響 應于該放大器控制器的控制在高輸出模式中工作，而不在低輸出模式中工作。
21.根據(jù)權(quán)利要求13的功率放大器，其中該高輸出放大器單元是具有高線性的A類放 大器和AB類放大器之一。
22.根據(jù)權(quán)利要求13的功率放大器，其中該高輸出放大器比該第一放大器單元和該低 輸出放大器單元具有更大面積。
23.根據(jù)權(quán)利要求13的功率放大器，其中所述高和低輸出放大器單元具有與該第二放 大器單元的增益對應的增益差。
24.根據(jù)權(quán)利要求13的功率放大器，其中該增益差是可調(diào)整的。
25.根據(jù)權(quán)利要求13的功率放大器，其中所述高輸出放大器單元和所述低輸出放大器 單元中的每一個包括異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT)陣列、雙極結(jié)晶體管< BJT)陣列、場效應晶體 管(FET)陣列、和互補金屬氧化物半導體(CMOS)陣列之一。
26.根據(jù)權(quán)利要求13的功率放大器，還包括偏置電路，用于向所述第一和第二放大器 單元供應工作電壓。
27.根據(jù)權(quán)利要求13的功率放大器，其中該第一放大器單元包括其中多個放大器單元 串聯(lián)連接的多級放大器。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的功率放大器，其中該第一中間阻抗匹配單元包括與放大器單元 分別對應的多個中間阻抗匹配單元，并且所述中間阻抗匹配單元中的每一個連接在串聯(lián)連 接的放大器單元之間。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的功率放大器，其中將所述中間阻抗匹配單元的至少一個輸出提 供到該低輸出放大器單元。
30.一種功率放大器，包括輸入阻抗匹配單元，被配置為對輸入信號進行阻抗匹配； 第一放大器單元，用于對輸入阻抗匹配結(jié)果進行放大；第一中間阻抗匹配單元，被配置為對該第一放大器單元的放大結(jié)果進行阻抗匹配； 低輸出放大器單元，包括分別具有不同高效率工作區(qū)的多個非線性放大器單元，以在 低輸出模式中對第一中間阻抗匹配結(jié)果進行放大；第二放大器單元，用于在高輸出模式中對該第一中間阻抗匹配結(jié)果進行放大； 第二中間阻抗匹配單元，被配置為在高輸出模式中對該第二放大器單元的放大結(jié)果進 行阻抗匹配；高輸出放大器單元，用于在高輸出模式中對該第二中間阻抗匹配結(jié)果進行放大； 放大器控制器，用于響應于該輸入信號的功率電平來控制該低輸出放大器單元、該第 二放大器單元和該高輸出放大器單元的放大操作；和輸出阻抗匹配單元，被配置為對所述低和高輸出放大器單元的放大結(jié)果進行阻抗匹配。
31.根據(jù)權(quán)利要求30的功率放大器，其中根據(jù)該放大器控制器的控制，在低輸出模式 中對所述非線性放大器單元中的每一個進行選擇性激活。
32.根據(jù)權(quán)利要求30的功率放大器，其中所述非線性放大器單元并聯(lián)連接。
33.根據(jù)權(quán)利要求30的功率放大器，還包括偏置電路，用于向所述第一和第二放大器 單元供應工作電壓。
34.一種功率放大器，包括輸入阻抗匹配單元，被配置為對輸入信號進行阻抗匹配；第一放大器單元，包括串聯(lián)連接的多個放大器單元，用于對輸入阻抗匹配結(jié)果進行順 序放大；多個第一中間阻抗匹配單元，連接在放大器單元之間，用于對每一放大器單元的輸出 進行阻抗匹配，所述放大器單元串聯(lián)連接；低輸出放大器單元，用于在低輸出模式中對所述第一中間阻抗匹配單元的至少一個阻 抗匹配結(jié)果進行放大；第二放大器單元，用于在高輸出模式中對所述第一中間阻抗匹配單元中的最后第一中 間阻抗匹配單元的阻抗匹配結(jié)果進行放大；第二中間阻抗匹配單元，用于在高輸出模式中對該第二放大器單元的放大結(jié)果進行阻 抗匹配；高輸出放大器單元，用于在高輸出模式中對該第二中間阻抗匹配結(jié)果進行放大；放大器控制器，用于響應于該輸入信號的功率電平來控制該低輸出放大器單元、該第 二放大器單元、和該高輸出放大器單元的放大操作；和輸出阻抗匹配單元，用于對所述低和高輸出放大器單元的放大結(jié)果進行阻抗匹配。
35.根據(jù)權(quán)利要求34的功率放大器，其中該低輸出放大器單元對所述第一阻抗匹配單 元中的最后一個的阻抗匹配結(jié)果進行放大。
36.根據(jù)權(quán)利要求34的功率放大器，其中該低輸出放大器單元對所述第一阻抗匹配單 元中的第一個的阻抗匹配結(jié)果進行放大。
37.根據(jù)權(quán)利要求34的功率放大器，其中該低輸出放大器單元對從相應第一阻抗匹配 單元生成的阻抗匹配結(jié)果進行放大。
38.根據(jù)權(quán)利要求34的功率放大器，還包括偏置電路，用于將工作電壓供應到所述第 一和第二放大器單元。
全文摘要
提供了一種低功率消耗混合模式放大器。該功率放大器包括低輸出放大器電路，用于在最頻繁使用的低輸出模式中生成具有高效率的功率放大結(jié)果；高輸出放大器電路，用于在消耗最多功率的區(qū)域的高輸出模式中生成高線性的放大結(jié)果；放大器控制器，用于根據(jù)輸入信號的功率電平來選擇性激活所述低和高輸出放大器電路。所述高和低輸出放大器電路具有預定增益差。
文檔編號H03F3/20GK101868913SQ200780100226
公開日2010年10月20日 申請日期2007年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月10日
發(fā)明者嚴洛雄, 崔炳建, 崔鈗皓, 康太榮, 樸敏, 樸耿奐, 玄錫奉, 金柄助, 金永皓 申請人:韓國電子通信研究院