一种无线终端的射频功率放大器供电装置及其控制方法与流程

本发明涉及移动通信系统，更具体地，涉及用于无线终端射频前端功率放大器的装置和方法。
背景技术：
：随着移动互联网的迅猛发展，用户对数据吞吐量的需求也迅速增加。频谱是承载数据资源的重要载体，运营商必须在频谱资源上投入更大。由于低频频谱资源较少且已经比较拥挤，而高频频谱资源相对丰富且占用较少，所以在4G以及5G发展中，运营商对高频频谱资源的布网使用越来越普遍。然而，相对于低频频谱而言，高频频谱路径损耗较大、覆盖半径较小。因此，部分运营商要求移动终端能够通过支持高频段、高功率发射来节约布网成本。对于4G终端，运营商通常要求支持3GPP功率标准CLASS3下23dBm的标称上行链路输出功率(在本文中可被简写为23dBm@CLASS3)。然而，对于B41频段(2575-2635MHZ)，运营商通常要求终端发射功率能支持26dBm@CLASS2。为了在B41频段下满足26dBm@CLASS2的需求，通常可通过优化功率放大器内部电路减低匹配/插入损耗或通过提高功率放大器(PA)供电电压提高输出功率。然而，上述方案可能由于复杂性或增加的射频元件而增加成本，并且由于某些PCB板卡不能够满足高性能用户设备(HPUE)功率要求而使得能够提高的输出功率能力受限，同时由于当前终端设计大部分有升压降压共板需求使得其灵活度受限。因此，期望有一种支持HPUE的射频功率放大器供电电路及控制方法，其成本高效且具有控制灵活性。技术实现要素：提供本
发明内容以便以简化形式介绍将在以下具体实施方式中进一步的描述一些概念。本
发明内容并非旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。本申请期望能够提供一种支持HPUE的射频功率放大器供电电路及控制方法，其成本高效且具有控制灵活性。为此，本申请提供了一种用于对无线终端的射频前端中的功率放大器进行供电的装置，其包括：与提供电源电压的电源串联的升压电路，所述升压电路用于生成第一电压；以及与所述升压电路串联、并且具有连接到所述电源的旁路的降压电路，所述降压电路用于生成第二电压以提供给所述功率放大器，其中所述升压电路以及所述降压电路被配置成：响应于确定所述无线终端处于高功率模式并且所述无线终端的发射功率大于一阈值，所述升压电路进入升压模式，并且所述降压电路将所述第一电压降为所述第二电压以提供给所述功率放大器；以及响应于确定所述无线终端不处于所述高功率模式或者确定所述无线终端的发射功率小于或等于所述阈值，所述升压电路进入旁通模式，并且所述降压电路将所述电源电压降为所述第二电压以提供给所述功率放大器。在根据本申请的一实施例的装置中，所述高功率模式是HPUE模式。在根据本申请的一实施例的装置中，在无线终端不需要提供所述指定模式的情况下，不在所述装置中贴装所述升压电路。在根据本申请的一实施例的装置中，所述降压电路被配置成基于预设的配置表来确定输出的第二电压的幅值，其中所述配置表指示在所述无线终端的不同发射功率下所述降压电路输出的第二电压的相应幅值。本申请还提供了一种无线终端，包括：射频芯片RFIC；与所述RFIC耦合的功率放大器PA，所述PA被配置成将所述RFIC的输出射频信号放大；如权利要求1-4中的任意一项所述的用于对所述PA进行供电的功率放大器供电装置；存储器，所述存储器中存储有配置表，其中所述配置表指示在所述无线终端的不同发射功率下所述功率放大器供电装置向所述PA输出的电压的相应幅值；以及处理器，所述处理器被配置成根据所述无线终端的发射功率控制所述功率放大器供电装置输出相应的电压。在根据本申请的一实施例的无线终端中，进一步包括提供电源电压的电源。在根据本申请的一实施例的无线终端中，所述电源是电池。本申请进一步提供了一种用于控制上述供电装置来对无线终端的射频前端中的功率放大器进行供电的方法，所述方法包括：确定所述无线终端是否处于高功率模式；响应于确定所述无线终端处于所述高功率模式，确定所述无线终端的发射功率是否大于一阈值；响应于确定所述无线终端的发射功率大于所述阈值，配置所述无线终端的升压电路进入升压模式，并且配置所述降压电路将所述升压电路输出的第一电压降为第二电压以提供给功率放大器；以及响应于确定所述无线终端不处于所述高功率模式或确定所述无线终端的发射功率小于或等于所述阈值，配置所述升压电路进入旁通模式，并且配置所述降压电路将电源电压降为第二电压并提供给所述功率放大器。在根据本申请的一实施例的方法中，所述高功率模式是HPUE模式。在根据本申请的一实施例的方法中，进一步包括：存储配置表，所述配置表指示在所述无线终端的不同发射功率下向所述功率放大器输出的电压的相应幅值，以及基于所述配置表来配置所述降压电路输出的第二电压的幅值。采用本发明的方法和系统，将功率放大器的供电电路分离成串联的升压电路和降压电路两个电路，并进行相应控制，实现终端HPUE功能，达到成本和灵活性的折衷。通过阅读下面的详细描述并参考相关联的附图，这些及其他特点和优点将变得显而易见。应该理解，前面的概括说明和下面的详细描述只是说明性的，不会对所要求保护的各方面形成限制。附图说明为了能详细地理解本发明的上述特征所用的方式，可以参照各实施例来对以上简要概述的内容进行更具体的描述，其中一些方面在附图中示出。然而应该注意，附图仅示出了本发明的某些典型方面，故不应被认为限定其范围，因为该描述可以允许有其它等同有效的方面。图1A和1B解说了现有技术中的无线终端的射频前端的示例的示图；图1C解说了现有技术中的对无线终端的发射功率进行平均功率跟踪(APT)的示例的示图。图2解说了根据本申请一实施例的包括具有分离的升压和降压电路的供电装置的射频前端示例的示图；以及图3解说了用于控制根据本申请一实施例的具有分离的升压和降压供电装置来对射频功率放大器进行供电的方法的流程图。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。在以下详细描述中，阐述了许多具体细节以提供对所描述的示例性实施例的透彻理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实践所描述的实施例。在其他示例性实施例中，没有详细描述公知的结构或处理步骤，以避免不必要地模糊本公开的概念。在本说明书中，除非另有说明，否则通过本说明书使用的术语“A或B”指的是“A和B”和“A或B”，而不是指A和B是排他性的。随着移动互联网的迅猛发展，用户对数据吞吐量的需求也迅速增加。部分运营商要求移动终端能够通过支持高频段高功率发射来节约布网成本。对于4G终端，运营商通常要求终端支持23dBm@CLASS3的上行链路发射功率，而对于B41频段，运营商通常要求终端发射功率支持26dBm@CLASS2。增大的功率使得在为移动设备设计射频前端时，射频工程师始终面临着挑战。图1A解说了现有技术中的无线终端的射频前端的示例的示图。常规地，在无线终端射频前端电路中，发射链路通常由如下电路构成：射频芯片(RFIC)101、功率放大器(PA)102、功率放大器供电电路(DCDC)103、滤波器(BPF)104、开关(SW)105，其耦合关系在图1中详细示出。其中，PA102可配置成将RFIC101的输出射频信号放大；DCDC103可配置成为PA102供电；BPF104可滤除工作频带外的杂散信号；而SW105可实现各个工作频段信号之间以及发射和接收信号之间的复用。RFIC101的输出射频信号被输入到PA102，经放大后经过BPF104来滤除带外杂散信号，然后传送到SW105进行频段和/或收发复用。在射频前端电路中，PA102承载着发射功率的重要作用。PA102最大发射功率受多个因素影响，比如供电电压、线性度、制造工艺、管子承压等。以LTEB41频段为例，当前在满足线性度要求的条件下，通常设计是在3.4V电压下可满足LTE要求的最大发射功率为28dBm。由于PA102输出的信号之后要经过BPF104(插入损耗通常为2.5dB)和SW105的衰减(插入损耗通常为1.5dB)，因此到达天线口的功率要降低一些，即28dBm-2.5dB-1.5dB＝24dBm。考虑到高温下功率放大器输出功率还有进一步降低，当前方案仅可以满足23dBm@CLASS3的需求，不能满足26dBm@CLASS2的需求。当前，为了在B41频带下满足26dBm@CLASS2的需求，通常有如下处理方案：方案一：优化器件性能。例如，可以通过优化PA内部电路，将输出功率优化至3.4V下的30dBm，以实现26dBm@CLASS2。附加地或替换地，可以通过优化BPF104内部电路将插入损耗降低至2dB，从而实现26dBm@CLASS2。方案二：提高PA的供电电压。例如，对于PA，提高供电电压可以提高输出功率。例如，可以将供电电压从3.4V提高到4.4V，最大线性输出功率可以由28dBm提高到32dbm，从而实现26dBm@CLASS2。进一步地，可以将功率放大器供电电路更换成能够支持升压(BOOST)或降压(BUCK)(BOB)功能的功率放大器供电电路，有效地提高输出功率，如下文结合图1B详细描述的。图1B解说了根据现有技术的具有升压或降压(BOB)功率放大器供电电路(DCDC)113的射频前端的示例的示图。与图1A描述的类似，在具有BOBDCDC113的无线终端射频前端电路中，终端发射链路通常由如下电路构成：RFIC101、PA102、BPF104、SW105、以及BOBDCDC113，其耦合关系在图1B中详细示出。其中，RFIC101、PA102、BPF104、SW105的功能与图1A中所描述的类似，而图1A中的DCDC103被替换成能够支持升压或降压功能的BOBDCDC113。其功能将在下文结合图1C进行描述。图1C解说了现有技术中的对无线终端的发射功率进行平均功率跟踪(APT)的示例的示图。无线终端的发射功率在移动过程中不断变化，大部分时间并不处于最大发射功率。当发射功率较低时，如果PA供电电压仍旧设定在为满足最大发射功率所需的电压，则浪费了功率。相应地，可降低PA供电电压到匹配电压，从而提高PA工作效率。因此，基于节省功耗的考虑，将无线终端的处理器设计成根据发射功率的变化动态调整PA供电电压，也即移动终端信号发射引入平均功率跟踪技术(APT)是有利的。如参照图1C所描述的，处理器可接收到无线终端的发射功率变化的反馈，且按无线终端的发射功率要求来控制PA供电电压VCC，同时射频终端的输出RF_OUT随着PA供电电压VCC而成正比地变化。相应地，在图1B的示例中，对于不同发射功率，与功率放大器供电电路耦合的处理器(未示出)可传送APT控制信号110至BOBDCDC113，控制BOBDCDC113输出不同的电压作为PA供电电压VCC。如以上所讨论的，对于无需支持HPUE的非HPUE终端，PA供电电路可选择通常的降压电路，该降压电路的输出电压可以低于正常的电源电压3.7V，但不能够高于电源输入电压。然而，基于网络覆盖成本和终端用户体验考虑，部分运营商要求运营的高频段终端能够支持HPUE，也即需要支持26dBm@CLASS2输出功率。在4G网络中，则主要对Band41提出了要求，当前提出强制要求的有北美Sprint，可选要求的有中国移动，故对于支持这两个运营商的终端需要满足Band4126dBm@CLASS2，而其他市场可以不支持HPUE。因此，对于HPUE终端，选用同时支持降压和升压能力的电路BOBDCDC203可将PA供电电压从电源电压3.7V提高到4.4V，从而有效提高输出功率，支持HPUE，满足26dBm@CLASS2。使用BOBDCDC203的缺点是增加成本且能够提高的输出功率有限，某些板卡布线不能够满足HPUE功率要求。此外，该方案灵活度不够，当前终端设计大部分有升压和降压共板的需求。在终端需要满足不同市场需求，对于不需要HPUE的市场，不能方便回退到仅支持降压电路的APT配置。本发明通过将功率放大器的供电电路分离成串联的升压电路和降压电路两个电路，并进行相应软件控制，实现终端HPUE功能，达到成本和灵活性的折衷。如以下结合图2详细描述的。图2解说了根据本申请一实施例的包括具有分离的升压电路214和降压电路213的供电电路的射频前端的示例的示图。与图1A和1B描述的类似，在包括具有分离的升压电路214和降压电路213的供电电路的无线终端射频前端电路中，发射链路通常由如下电路构成：RFIC201、PA202、BPF204、SW205、以及降压电路213和升压电路214，其耦合关系在图2中详细示出。其中，图1B中的DCDC103被替换成能够分别支持升压或降压功能的升压电路214和降压电路213，其功能将在下文中详细描述。该供电装置将电源、升压电路214、降压电路213串联在线路a上，同时设计可以旁通升压电路214的线路b(如图2中虚线所示出的)。在升压电路214处于升压模式时，其工作以将电源电压3.7V升至第一输出电压4.4V，该第一输出电压再通过降压电路213降为第二输出电压，该第二输出电压为PA提供可达4.4V的供电电压，从而满足26dBm@CLASS2的需求。当升压电路214处于旁通模式时，电源电压3.7V直接连接到降压电路213，降压电路213将电源电压降为第二输出电压以提供PA供电电压。上述操作可通过处理器控制旁通电路b来实现。在升压电路214处于旁通模式时，在发射低功率区域消除了升压电路214的电压转换损耗，实现了低功率区的功耗降低。附加地或替换地，在不需要HPUE的情况下(例如，除了北美Sprint、中国移动之外的运营商)，PCB板卡上也可以不贴装升压电路214，节省成本。参照图1C所描述的，根据本申请一实施例的包括具有分离的升压电路和降压电路的供电装置的无线终端射频前端也根据发射功率的变化动态调整PA供电电压，即进行平均功率跟踪(APT)。该无线终端射频前端进行APT的操作在以下分为非HPUE模式和HPUE模式(高功率模式)来更详细地进行解说。·非HPUE模式：当无线射频终端在非HPUE模式中操作的情况下时，PA不需要支持B41HPUE，即射频终端最大发射功率要求为23dBm@CLASS3。电源电压V电池自身满足PA输出功率要求，因此PA供电电压不需要被升压。此时，PCB可以不贴装升压电路214，或者电源电压V电池可以通过旁通线路b直接提供给降压电路213，降压电路213输出电压V输出作为PA供电电压VCC，并且降压电路213可按照设计的APT操作模式，例如通过处理器发送APT控制信号210配置降压电路进行APT工作。非HPUEAPT配置表的配置如表1所示：B41发射电平(dBm)V电池(V)降压电路处的输出电压V输出(V)233.73.4223.73.3………………103.71.493.71.35………………表1非HPUEAPT配置表在表1中可见，该非HPUEAPT配置表指示了无线终端的不同发射功率下降压电路处输出的电压V输出的相应幅值。当无线终端的发射电平要求为23dBm时，降压电路处的V输出为3.4V。这是当前LTEB41频段下，在满足线性度要求的条件下的设计，即在3.4V电压下可输出最大发射功率28dBm，经过BPF104(插入损耗通常为2.5dB)和SW105的衰减(插入损耗通常为1.5dB)，到达天线口的功率为24dBm，大于发射电平要求23dBm。在本申请的一实施例中，上述非HPUEAPT配置表可被存储在与射频终端的功率放大器供电电路耦合的存储器(例如，非瞬态随机存取存储器)中，或者该非HPUEAPT配置表可以是可由处理器配置的。·HPUE模式(高功率模式)：当无线射频终端在HPUE模式中操作的情况下时，PA需要支持B41HPUE，即射频终端最大发射功率要求为26dBm@CLASS2。为满足此功率，PA供电电压需要被升压，需要贴装升压电路。在本申请的一实施例中，处理器可通过控制信号“启用和配置220”来配置升压电路214升压到4.4V以输出第一输出电压V输出1，该V输出1被提供给降压电路213，该降压电路213输出第二输出电压V输出2作为PA供电电压VCC并且按照设计的APT工作模式操作，例如可通过处理器发送APT控制信号210配置降压电路213进行平均功率跟踪。与非HPUE模式不同的是，当平均功率跟踪的电压需求低于一预定阈值(例如，当前LTEB41频段下在满足线性度要求的条件下的设计，即3.4V电压)时，处理器可配置升压电路214进入旁通模式，以节省升压电路214功耗。HPUEAPT配置表的配置如表2所示：表2HPUEAPT配置表在表2中可见，该HPUEAPT配置表指示了无线终端的不同发射功率下，升压电路处的第一输出电压V输出1和降压电路处的第二输出电压V输出2的相应幅值。在HPUE模式下，当要求B41发射电平大于23dBm时，要求V输出2大于3.4V，因此升压电路214工作以进入升压模式将V电池升为V输出1，该V输出1可恒定保持为4.4V。V输出1被提供给降压电路213并被降压电路213降为V输出2作为PA供电电压VCC。而当要求B41发射电平小于或等于23dBm时，V输出2小于或等于3.4V，升压电路214进入旁通模式，V电池被直接提供给降压电路213，并被降压电路213降为V输出2作为PA供电电压VCC。并且，无论升压电路是否被旁通降压电路213可被配置成按照APT工作模式操作，例如可通过APT控制信号210将降压电路213配置成基于上述HPUEAPT配置表来确定输出的V输出2的幅值。在本申请的一实施例中，上述HPUEAPT配置表可被存储在与射频终端的功率放大器供电电路耦合的存储器(例如，非瞬态随机存取存储器)中或者可以是可配置的。应注意，上述区分是否需要将升压电路进行旁通的预定阈值3.4V是当前LTEB41频段下在满足线性度要求的条件下的设计。本领域技术人员可领会，该阈值可以是满足条件的任何值，并且可以是固定的或可配置的。当无线终端操作在其他功率模式中时，该阈值可被适配以满足该功率模式的要求，但该阈值不可以高于电源电压。图3解说了根据本申请一实施例的控制具有分离的升压和降压供电装置来对射频功率放大器进行供电的方法300的流程图。在本申请的实施例中，可以首先将配置表存入无线终端的存储器中，该配置表指示在无线终端的不同发射功率下降压电路输出的第二电压的相应幅值。该配置表可以是预先设置的，也可以是可通过无线终端的处理器配置的。例如，可以根据表2来制作HPUEAPT配置表，并将其存入无线终端的非瞬态随机存取存储器(NVRAM)中。此外，在本申请的实施例中，无线终端可提前执行初始化升压电路，配置升压需要输出的最高电压、旁通实现模式、第一输出电压与旁通模式切换阈值等操作。在步骤305，无线终端的处理器可确定无线终端的操作模式是否为高功率模式。在本申请的实施例中，参照图2所描述的，处理器可监控无线终端的调制解调器的工作模式并判断该无线终端是否操作在HPUE模式中。在步骤310，该处理器可响应于无线终端操作在高功率模式中而进一步确定该无线终端的发射功率是否大于一阈值。在本申请的实施例中，无线终端的发射功率可被反馈给处理器，处理器可在确定无线终端工作在HPUE模式时，判断无线终端的发射功率是否大于23dBm。在步骤315，该处理器可响应于确定该无线终端的发射功率大于阈值而将升压电路配置成进入升压模式以输出第一电压。从而在步骤325处，第一电压将作为降压电路的输入电压，而降压电路可被配置成基于配置表来确定输出的第二电压的幅值。在本申请的实施例中，处理器监控无线终端的调制解调器工作模式，当终端工作在HPUE模式且终端发射功率大于23dBm时，处理器可配置升压电路214进入升压模式，输出高电压V输出1给降压电路，而降压电路213根据HPUEAPT配置表输出低电压V输出2作为PA202的供电电压。另外，在步骤320，该处理器可响应于无线终端操作不处于高功率模式或该无线终端的发射功率小于或等于阈值而将升压电路配置成进入旁通模式。从而在步骤325处，电源电压直接作为降压电路的输入电压，降压电路可被配置成基于配置表来确定输出的第二电压的幅值。在本申请的实施例中，当无线终端工作在非HPUE模式或无线终端的发射功率小于等于23dBm时，处理器可配置升压电路214进入旁通模式，即经由线路b将升压电路214进行旁通。由此，电源电压V电池被直接提供给降压电路213，而降压电路213根据HPUEAPT配置表输出电压V输出2作为PA202的供电电压。以上描述了根据本发明的实现无线终端的射频功率放大器供电装置及其控制方法，相对现有技术而言，本发明的方法至少具有以下优点：(1)将无线终端的功率放大器的供电电路分离成串联的升压(BOOST)电路和降压(BUCK)电路两个电路，并进行相应控制，实现终端HPUE功能，具有控制灵活性；(2)在升压电路处于旁通模式时，在发射低功率区域消除了升压电路的电压转换损耗，实现了低功率区的功耗降低。(3)对于不需要HPUE的市场，能够方便回退到仅支持降压电路的APT配置，成本高效。应该理解，上文所描述的实施例仅是示意。本文描述的实施例可在硬件、软件、固件、中间件、微码或者其任意组合中实现。对于硬件实现，处理单元可以在一个或者多个特定用途集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器和/或设计为执行本文所述功能的其它电子单元或者其结合内实现。上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述申请披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示例性实施例的精神和范围。同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。本申请的一些方面可以完全由硬件执行、可以完全由软件(包括固件、常驻软件、微码等)执行、也可以由硬件和软件组合执行。以上硬件或软件均可被称为“数据块”、“模块”、“引擎”、“单元”、“组件”或“系统”。处理器可以是一个或多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理器件(DAPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器或者其组合。此外，本申请的各方面可能表现为位于一个或多个计算机可读介质中的计算机产品，该产品包括计算机可读程序编码。例如，计算机可读介质可包括，但不限于，磁性存储设备(例如，硬盘、软盘、磁带……)、光盘(例如，压缩盘CD、数字多功能盘DVD……)、智能卡以及闪存设备(例如，卡、棒、键驱动器……)。同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个申请实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。虽然本申请已参照当前的具体实施例来描述，但是本
技术领域：
中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本申请，在没有脱离本申请精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本申请的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。当前第1页1 2 3