阅读说明：本技术 电荷泵***电路 (Charge pump tracker circuit ) 是由 纳迪姆·赫拉特 迈克尔·R·卡伊 于 2019-05-06 设计创作，主要内容包括：公开了电荷泵跟踪器电路,所述电荷泵跟踪器电路具有第一开关网络,所述第一开关网络被配置成在第一充电阶段期间使第一电容器耦合于电压输入端子与接地端子之间,并且在第一放电阶段期间使所述第一电容器耦合于所述电压输入端子与泵输出端子之间。第二开关网络被配置成在第二充电阶段期间使第二电容器耦合于所述电压输入端子与所述接地端子之间,并且在第二放电阶段期间使所述第二电容器耦合于所述电压输入端子与所述泵输出端子之间。开关控制器被配置成控制所述第一开关网络和所述第二开关网络,使得所述第一放电阶段和所述第二放电阶段在并行模式下是一致的,并且使得所述第一放电阶段和所述第二放电阶段在交错模式下交替。(Disclose charge pump tracker circuit, the charge pump tracker circuit has first switch network, the first switch network is configured to be coupled in first capacitor device between voltage input-terminal and ground terminal during the first charging stage, and is coupled in the first capacitor device between the voltage input-terminal and pump output terminal during the first discharge regime.Second switch network is configured to be coupled in the second capacitor between the voltage input-terminal and the ground terminal during the second charging stage, and is coupled in second capacitor between the voltage input-terminal and pump output terminal during the second discharge regime.Switch controller is configured to control the first switch network and the second switch network, so that first discharge regime and second discharge regime are consistent in a parallel mode, and first discharge regime and second discharge regime are replaced under interleaving mode.)

电荷泵***电路

相关申请

本申请要求2018年5月21日提交的临时专利申请序列号62/674,308的权益，所述申请的公开内容在此以全文引用的方式并入本文。

技术领域

本文公开的实施方案涉及用于将电力供应到射频放大器的电力管理系统。

背景技术

第五代新的无线电(5G-NR)无线通信系统已经被广泛认为是超过当前的第三代(3G)通信标准(例如，宽带码分多址(WCDMA))和***(4G)通信标准(例如，长期演进(LTE))的下一个无线通信标准。与基于3G和4G通信标准的无线通信系统相比，预期5G-NR无线通信系统提供显著更高的数据速率、提高的覆盖范围、增强的信令效率，以及减少的等待时间。

在此方面，5G-NR发射无线装置当在功率等级2要求内以100MHz或以上的相对大的调制带宽操作时需要在平均功率跟踪模式下向射频放大器供电。替代地，需要5G-NR发射无线装置针对较低的调制带宽在包络跟踪模式下向射频放大器供电。因此，需要电荷泵***电路，所述电荷泵***电路可再配置以输送平均功率跟踪所需的相对更高的电压和电流并且在包络跟踪模式下提供对电力的更高效的输送。

发明内容

公开了电荷泵***电路，所述电荷泵***电路具有第一开关网络，所述第一开关网络被配置成在第一充电阶段期间使第一电容器耦合于电压输入端子与接地端子之间，并且在第一放电阶段期间使所述第一电容器耦合于所述电压输入端子与泵输出端子之间。第二开关网络被配置成在第二充电阶段期间使第二电容器耦合于所述电压输入端子与所述接地端子之间，并且在第二放电阶段期间使所述第二电容器耦合于所述电压输入端子与所述泵输出端子之间。开关控制器被配置成控制所述第一开关网络和所述第二开关网络，使得所述第一放电阶段和所述第二放电阶段在并行模式下是一致的，并且使得所述第一放电阶段和所述第二放电阶段在交错模式下进行交替。

本领域技术人员在阅读与附图相关联的优选实施方案的以下详细描述之后将了解本公开的范围并且认识到其额外的方面。

附图说明

并入本说明书中并且形成本说明书的部分的附图说明本公开的若干方面，并且与描述一起用来阐释本公开的原理。

图1是根据本公开的可再配置以提供用于平均功率跟踪操作的交错模式和用于包络跟踪操作的并行模式的电荷泵***电路的示意图。

图2是按照并行模式和交错模式操作的电荷泵***电路的开关的断开状态和闭合状态的示例性时序图。

图3是在75％的工作循环下操作的相关技术的单升压电荷泵的供应电压V_CC相对于直流(DC)负载电流的曲线图。

图4是在100％的工作循环下按照交错模式操作的图1的实施方案的供应电压V_CC相对于DC负载电流的曲线图。

图5是具有双升压电荷泵和被配置成按照用于平均功率跟踪操作的交错模式和用于包络跟踪操作的并行模式来操作所述双升压电荷泵的控制器的双电荷泵***系统的示意图。

具体实施方式

下文陈述的实施方案表示使得本领域技术人员能够实践所述实施方案的必要的信息，并且说明实践所述实施方案的最佳模式。在鉴于附图阅读以下描述之后，本领域技术人员将了解本公开的概念，并且将认识到在本文未特别提及的这些概念的应用。应理解，这些概念和应用属于本公开和所附权利要求书的范围。

将理解，尽管术语第一、第二等可以在本文中用于描述各种元件，但这些元件不应受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件与另一元件区分开。举例来说，在不脱离本公开的范围的情况下，可以将第一元件称为第二元件，并且类似地，可以将第二元件称为第一元件。如本文所使用，术语“和/或”包括相关联的所列举的项目中的一者或多者的任何和所有组合。

将理解，当例如层、区或基板等元件被称作处于另一元件“之上”或延伸到另一元件“上”时，其可以直接处于所述另一元件之上或直接延伸到所述另一元件上，或还可以存在中介元件。相比而言，当元件被称作“直接处于”或“直接延伸”到另一元件上时，不存在中介元件。同样地，将理解，当例如层、区或基板等元件被称作处于另一元件“上方”或在另一元件“上方”延伸时，其可以直接处于所述另一元件上方或直接在所述另一元件上方延伸，或还可以存在中介元件。相比而言，当元件被称作“直接处于”另一元件上方或“直接”在另一元件上方延伸时，不存在中介元件。还将理解，当元件被称作“连接”或“耦合”到另一元件时，其可以直接地连接或耦合到所述另一元件，或可以存在中介元件。相比而言，当元件被称作“直接连接”或“直接耦合”到另一元件时，不存在中介元件。

如图中说明，在本文可以使用例如“下方”或“上方”或“上部”或“下部”或“水平”或“垂直”等相对术语来描述一个元件、层或区与另一元件、层或区的关系。将理解，这些术语和上文论述的术语意在涵盖除了图中描绘的定向之外的装置的不同定向。

本文使用的术语是用于仅描述特定实施方案的目的，并且不打算限制本公开。如在本文中所使用，除非上下文另外清楚地指示，否则希望单数形式“一”和“所述”也包括复数形式。将进一步理解，术语“包括”和/或“包括”在用于本文中时指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在或添加。

除非另外定义，否则本文所使用的所有术语(包括技术和科技术语)具有与本公开所属的领域中的技术人员通常理解的含义相同的含义。将进一步理解，本文使用的术语应被解释为具有与其在本说明书的上下文和相关领域中的含义一致的含义，并且将不以理想化或过分正式的意义进行解释，除非本文明确地如此界定。

图1是根据本公开的可再配置以提供用于平均功率跟踪(APT)操作的交错模式和用于包络跟踪(ET)操作的并行模式的电荷泵***电路10的示例性实施方案的示意图。电荷泵***电路10包括具有第一开关网络14的双升压电荷泵12，所述第一开关网络包括耦合于第一飞跨节点16与第二飞跨节点18之间的第一电容器C1。第一开关S1耦合于电压源端子20与第一飞跨节点16之间。第二开关S2耦合于泵输出端子22与第一飞跨节点16之间。第三开关S3耦合于第二飞跨节点18与电压源端子20之间，并且第四开关S4耦合于固定电压端子24与第二飞跨节点18之间。电池V_BAT通常耦合到电压源端子20，并且固定电压端子24通常耦合接地。

双升压电荷泵12还包括第二开关网络26，所述第二开关网络包括耦合于第三飞跨节点28与第四飞跨节点30之间的第一电容器C2。第五开关S5耦合于电压源端子20与第三飞跨节点28之间。第六开关S6耦合于泵输出端子22与第三飞跨节点28之间。第七开关S7耦合于第四飞跨节点30与电压源端子20之间，并且第八开关S8耦合于固定电压端子24与第四飞跨节点30之间。

电荷泵***电路10还包括开关控制器32，所述开关控制器被配置成分别控制第一开关网络14和第二开关网络26的第一开关到第八开关S1-S8的断开和闭合。具体来说，开关控制器32具有控制总线34，所述控制总线通信地耦合到第一开关到第八开关S1-S8的控制端子。在一些实施方案中，第一开关到第八开关S1-S8是场效应晶体管，其中控制端子是耦合到开关控制器32的控制总线34的场效应晶体管栅极端子。在其他实施方案中，第一开关到第八开关S1-S8是微机电系统开关，其中所述控制端子是耦合到控制总线34的微机电系统栅极端子。

为了给第一电容器C1充电，开关控制器32通过命令第一开关S1和第四开关S4闭合以及第三开关S3和第四开关S4断开以使得第一充电电流流动到第一电容器C1中来起始第一充电阶段。开关控制器32随后命令第一开关S1和第四开关S4断开以及第二开关S2和第三开关S3闭合来起始第一放电阶段，以允许第一放电电流从第一电容器C1流动并流过泵输出端子22。

为了给第二电容器C2充电，开关控制器32通过命令第五开关S5和第六开关S6闭合以及第七开关S7和第八开关S8断开以使得第二充电电流流动到第二电容器C2中来起始第二充电阶段。开关控制器32随后命令第五开关S5和第八开关S8断开以及第六开关S6和第七开关S7闭合来起始第二放电阶段，以允许第二放电电流从第二电容器C2流动并流过泵输出端子22。

开关控制器32进一步被配置成通过控制由第一开关到第四开关S1-S4构成的第一开关网络14和由第五开关到第八开关S5-S8构成的第二开关网络26以使得所述第一放电阶段和所述第二放电阶段是一致的，而提供并行操作模式。因此，所述并行模式在泵输出端子22处提供所述第一放电电流和所述第二放电电流的总和，这产生用于ET的更高的效率。

开关控制器32还进一步被配置成通过控制由第一开关到第四开关S1-S4构成的第一开关网络14和由第五开关到第八开关S5-S8构成的第二开关网络26以使得所述第一放电阶段和所述第二放电阶段进行交替，而提供交错模式，使得所述第一放电电流和所述第二放电电流不在泵输出端子22处相加，而是循序地流过泵输出端子22。因此，所述交错模式提供更高的连续电力并且有利于APT。

电荷泵***电路10还包括耦合于泵输出端子22与RF放大器供应端子36(标记为V_CC)之间的功率电感器L1。功率电感器L1提供对由双升压电荷泵12产生的电力的滤波。具体来说，功率电感器被配置成对在泵输出端子22与RF放大器供应端子36之间流动的电力进行滤波。

第九开关S9耦合于电压源端子20与泵输出端子22之间，并且第十开关S10耦合于泵输出端子22与固定电压端子24之间。在示例性实施方案中，固定电压端子24耦合接地。第九开关S9和第十开关S10的控制端子耦合到开关控制器32的控制总线34，在一些实施方案中，所述开关控制器被配置成按交替的顺序暂时选择性地闭合第九开关S9和第十开关S10，以在第二开关S2和第六开关S6断开时维持穿过功率电感器L1的电流流动。

反馈输入端子38耦合到RF放大器供应端子36以将反馈信号V_CC__FB输送到开关控制器32，在一些实施方案中，所述开关控制器进一步被配置成基于预定的反馈信号设定点而自动在并行模式与交错模式之间切换。

电荷泵***电路10还包括并行放大器40，所述并行放大器具有耦合到RF放大器供应端子36以接收反馈信号V_CC__FB的第一放大器输入端子42。并行放大器40还包括用于接收目标电压波形V_TARGET的目标电压输入端子44，以及放大器输出端子46，通过所述放大器输出端子来提供作为反馈信号V_CC__FB与目标电压波形V_TARGET之间的经缩放的差值的经放大的电压波形V_AMP。放大器输出端子46通过第三电容器C3而耦合到RF放大器供应端子36，所述第三电容器提供补偿电压以增加经放大的电压波形V_AMP的动态范围，以便减小供应并行放大器40所需的最大电压，并且进而进一步增加效率。

第十一开关S11耦合于放大器输出端子46与固定电压端子24之间，所述固定电压端子在此示例性实施方案中耦合接地。第十一开关S11的控制端子耦合到控制总线34。开关控制器32被配置成在停用并行放大器40时闭合第十一开关S11，并且在启用并行放大器40时断开第十一开关S11。通常在较高的电力需求操作(例如，APT)期间启用并行放大器40，并且在较低的电力需求操作(例如，ET)期间停用所述并行放大器。

图2是在并行模式和交错模式下的第一开关到第八开关S1-S8的断开状态和闭合状态的示例性时序图。虽然示例性时序图描绘了在并行模式下的50％工作循环和在交错模式下的100％工作循环，但可以操作具有不同的工作循环的其他实施方案。时间周期T0到T8描绘并行模式所需的第一开关到第八开关S1-S8的断开状态和闭合状态，而时间周期T8到T16描绘交错模式所需的第一开关到第八开关S1-S8的断开状态和闭合状态。参看图1中的电荷泵***电路10的示例性实施方案的示意图以及图2的时序图，应注意，开关控制器32当在并行模式下操作时一致地闭合第二开关S2和第六开关S6。相比而言，应注意，在交错模式下，开关控制器32在闭合第六开关S6时断开第二开关S2，并且在断开第六开关S6时闭合第二开关S2。在并行模式下，第九开关S9与第一开关S1、第四开关S4、第五开关S5和第八开关S8的断开和闭合相匹配。另外，在并行模式下，在将电压源V_BAT升压时断开第十开关S10。在一些实施方案中，在将电压源V_BAT降压时，闭合第十开关。此外，在并行模式下，针对APT操作而闭合第十一开关S11，并且在ET操作期间断开所述第十一开关。

在交错模式下，第九开关S9在100％的工作循环操作期间保持断开，如图2的示例性时序图中所描绘。然而，于在除了100％的工作循环之外的工作循环下操作的其他实施方案中，在闭合第二开关S2或第六开关S6时断开第九开关S9。在将电压源V_BAT升压时断开第十开关S10。在一些实施方案中，在将电压源V_BAT降压时，闭合第十开关。在交错模式下，在APT操作期间闭合第十一开关S11。然而，通常在交错模式下不使用ET操作。因此，在交错模式下不断开第十一开关S11。

当所有开关(第一开关S1到第八开关S8)同时断开时，图1的双升压电荷泵12被视为处于高阻抗状态，还称为HiZ状态。在一些实施方案中，在将电压源V_BAT降压时，交替地断开和闭合第九开关S9和第十开关S10以切换泵输出端子22在电压源V_BAT与接地之间的耦合。另外，于在按照并行模式操作时的升压操作期间，泵输出节点在等于V_BAT的电压与两倍的V_BAT之间交替。此外，在升压操作期间并且在按照交错模式操作时，泵输出节点端子22处的电压在第一阶段和第二阶段期间在等于V_BAT的电压与两倍的V_BAT之间交替。请注意，当在100％的工作循环下在交错模式下升压时，泵输出节点端子22不切换到V_BAT。而是，在100％的工作循环下在交错模式下的所述第一阶段和所述第二阶段一直处于两倍的V_BAT电压而从不处于V_BAT电压。

图3是在75％的工作循环下操作的相关技术的单升压电荷泵的供应电压V_CC相对于直流(DC)负载电流的曲线图。虚线表示典型的负载斜率，而点虚线表示最坏情况的负载斜率。具体来说，图3的曲线图描绘与图1的实施方案的电路结构类似的电路结构的相关技术类型性能，其中假设电容器C1的大小加倍，第一开关网络14在75％的工作循环下操作，并且不存在第二开关网络26。所述曲线图示出可以在3.4V的电压源下在0.7A的最大DC负载电流下产生5.5V的最大值。因此，相关技术的单升压电荷泵当在75％的工作循环下操作时在700mΩ的负载下输送3.8W的电力，并且在530mΩ的负载下输送4.9W的电力。

相比之下，图4是按照交错模式操作的图1的实施方案的供应电压V_CC相对于DC负载电流的曲线图。在图3中，虚线表示典型的负载斜率，而点虚线表示最坏情况的负载斜率。所述曲线图示出可以在3.4V的电压源下在1.6A的最大DC负载电流下产生5.5V的最大值。因此，图1的双升压电荷泵12当在100％的工作循环下操作时在800mΩ的负载下输送8.8W的电力，并且在600mΩ的负载下输送12W的电力。

图5是电荷泵***系统48的示例性实施方案的示意图，所述电荷泵***系统具有包括第一双升压电荷泵12A的第一电荷泵***电路10A和包括第二双升压电荷泵12B的第二电荷泵***电路10B。第一开关控制器32A在第一控制总线34A上控制第一双升压电荷泵12A，并且第二开关控制器32B在第二控制总线34B上控制第二双升压电荷泵12B。第一开关控制器32A和第二开关控制器32B分别被配置成针对APT操作在交错模式下并且针对ET操作在并行模式下操作第一双升压电荷泵12A和第二双升压电荷泵12B。另外，在至少一些实施方案中，第一开关控制器32A和第二开关控制器32B被配置成在通信链路50上进行通信以共享数据和操作模式状态。第一双升压电荷泵12A和第二双升压电荷泵12B在结构上等同于在电荷泵***电路10(图1)中包括的双升压电荷泵12。

另外，第一电荷泵***电路10A还包括接收反馈信号V_{CCA_FB}的第一并行放大器40A。所述第一并行放大器40A接收目标电压波形V_TARGET。第三电容器C3A向反馈信号V_{CCA_FB}与目标电压波形V_TARGET之间的经放大的差值提供补偿电压。

第一个第十一开关S11A耦合于第一并行放大器40A的输出与接地之间。第一个第十一开关S11A的控制端子耦合到第一控制总线34A。第一开关控制器32A被配置成在停用第一并行放大器40A时闭合所述第一个第十一开关S11A，并且在启用第一并行放大器40A时断开所述第一个第十一开关S11A。通常在较高的电力需求操作(例如，APT)期间启用第一并行放大器40A，并且在较低的电力需求操作(例如，ET)期间停用所述第一并行放大器。

第一电荷泵***电路10A还包括耦合于第一泵输出端子22A与第一RF放大器供应端子36A(标记为V_CCA)之间的第一功率电感器L1A。第一功率电感器L1A提供对由第一双升压电荷泵12A产生的电压的滤波。第一个第九开关S9A耦合于电压源V_BAT与第一泵输出端子22A之间，并且第一个第十开关S10A耦合于第一泵输出端子22A与接地之间。第一个第九开关S9A和第一个第十开关S10A的控制端子耦合到第一开关控制器32A的第一控制总线34A，在一些实施方案中，所述第一开关控制器被配置成按交替的顺序暂时选择性地闭合第一个第九开关S9A和第一个第十开关S10A，以在没有电流从第一双升压电荷泵12A流动到第一泵输出端子22A时维持穿过第一功率电感器L1A的电流流动。

此外，第二电荷泵***电路10B还包括接收反馈信号V_{CCB_FB}的第二并行放大器40B。所述第二并行放大器40B接收目标电压波形V_TARGET。第三电容器C3B向反馈信号V_{CCB_FB}与目标电压波形V_TARGET之间的经放大的差值提供补偿电压。

第二个第十一开关S11B耦合于第二并行放大器40B的输出与接地之间。所述第二个第十一开关S11B的控制端子耦合到第二控制总线34B。第二开关控制器32B被配置成在停用第二并行放大器40B时闭合所述第二个第十一开关S11B，并且在启用第二并行放大器40B时断开所述第二个第十一开关S11B。通常在较高的电力需求操作(例如，APT)期间启用第二并行放大器40B，并且在较低的电力需求操作(例如，ET)期间停用所述第二并行放大器。

第二电荷泵***电路10B还包括耦合于第二泵输出端子22B与第二RF放大器供应端子36B(标记为V_CCB)之间的第二功率电感器L1B。第二功率电感器L1B提供对由第二双升压电荷泵12B产生的电压的滤波。第二个第九开关S9B耦合于电压源V_BAT与第二泵输出端子22B之间，并且第二个第十开关S10B耦合于第二泵输出端子22B与接地之间。第二个第九开关S9B和第二个第十开关S10B的控制端子耦合到第二开关控制器32B的第二控制总线34B，在一些实施方案中，所述第二开关控制器被配置成按交替的顺序暂时选择性地闭合第二个第九开关S9B和第二个第十开关S10B，以在没有电流从第二双升压电荷泵12B流动到第二泵输出端子22B时维持穿过第二功率电感器L1B的电流流动。

如图5中描绘，电荷泵***系统48的示例性实施方案包括多个RF功率放大器PA1、PA2、PA3和PA4，所述多个RF功率放大器分别具有第一RF输入端RFI1、第一RF输出端RFO1、第二RF输入端RFI2、第二RF输出端RFO2、第三RF输入端RFI3、第三RF输出端RFO3、第四RF输入端RFI4和第四RF输出端RFO4。可以通过多个辅助开关AS1、AS2、AS3和AS4来个别地或组合地运送来自第一电荷泵***电路10A和第二电荷泵***电路10B的电力以供应所述多个功率放大器PA1、PA2、PA3和PA4。举例来说，多个辅助开关AS1、AS2、AS3和AS4中的每一者被配置成选择性地将多个RF放大器PA1、PA2、PA3和PA4中的至少一些RF放大器的供应输入端子52耦合到第一RF放大器供应端子36A和第二RF放大器供应端子36B。所述多个辅助开关AS1、AS2、AS3和AS4的辅助控制端子54可以耦合到基带控制器(未示出)的控制输出端。

本领域技术人员将认识到对本公开的优选实施方案的改进和修改。所有此类改进和修改被视为在本文公开的概念和所附权利要求书的范围内。