多模式功率管理设备的制作方法

多模式功率管理设备
1.相关申请
2.本技术要求于2019年7月25日提交的临时专利申请序列号62/878,358的权益，所述临时专利申请的公开内容特此通过引用整体并入本文。
技术领域
3.本公开的技术总体上涉及功率管理设备。


背景技术：

4.如智能手机等移动通信装置在当前社会中已经变得越来越普遍，以便用于提供无线通信服务。这些移动通信装置的常规部分地由现在在此类装置上启用的许多功能驱动。此类装置的处理能力的提高意味着移动通信装置已经从纯通信工具发展成为能够实现增强的用户体验的复杂的移动多媒体中心。
5.重新定义的用户体验也已导致如智能手表等所谓的可穿戴装置的兴起。随着时间的推移，这些可穿戴装置已经从简单的配套装置发展成为移动通信装置，成为成熟的多功能无线通信装置。如今，大多数可穿戴电子装置通常配备有能够在如长期演进(lte)、wi-fi、蓝牙等各种无线通信系统中传送射频(rf)信号的数字和模拟电路系统。类似于移动通信装置，可穿戴装置通常采用复杂的功率放大器来放大rf信号，以帮助改善可穿戴装置的覆盖范围、数据吞吐量和可靠性。
6.包络跟踪(et)是被设计成提高功率放大器的效率水平的功率管理技术。在此方面，可能期望跨各种无线通信技术采用et以帮助降低可穿戴装置的功耗和热耗散。值得注意的是，在不同无线通信系统中通信的rf信号可以对应于不同的调制带宽(例如，从80khz到200mhz以上)。如此，可能进一步期望确保功率放大器可以跨宽调制带宽范围维持最佳效率和线性度。


技术实现要素：

7.本公开的实施例涉及一种多模式功率管理设备。在本文所公开的实施例中，所述多模式功率管理设备可以被配置成跨宽调制带宽范围(例如，80khz到200mhz以上)在不同功率管理模式下操作。所述多模式功率管理设备包含在单独管芯中实施的功率管理集成电路(pmic)和包络跟踪集成(et)电路(etic)。所述pmic被配置成产生低频电流和低频电压。所述etic被配置成产生一对et电压。取决于所述功率管理模式，所述多模式功率管理设备可以选择性地向功率放大器电路的不同级(例如，驱动器级和输出级)输出所述et电压和所述低频电压中的一个或多个，从而有助于跨所述宽调制带宽范围维持所述功率放大器电路的最佳效率和线性度。
8.在一方面，提供了一种多模式功率管理设备。所述多模式功率管理设备包含pmic，所述pmic被配置成产生低频电流和低频电压。所述多模式功率管理设备还包含etic。所述etic包含第一节点，所述第一节点耦接到所述pmic。所述etic还包含第二节点，所述第二节
点通过多功能电路耦接到所述第一节点。所述etic还包含第一电压电路，所述第一电压电路被配置成基于第一et目标电压产生第一et电压。所述etic还包含第二电压电路，所述第二电压电路被配置成基于第二et目标电压产生第二et电压。所述etic还包含控制电路。所述控制电路被配置成使所述第一节点和所述第二节点输出所述第一et电压、所述第二et电压和所述低频电压中的一个或多个。所述控制电路还被配置成使所述第一节点和所述第二节点输出至少所述低频电流。
9.本领域的技术人员将在结合附图阅读优选实施例的以下详细描述之后了解本公开的范围并且认识到本公开的另外的方面。
附图说明
10.并入本说明书中并且形成本说明书的一部分的附图展示了本公开的若干方面，并且与说明书一起用于解释本公开的原理。
11.图1是根据本公开的实施例的示例性多模式功率管理设备的示意图；并且
12.图2是展示了图1的多模式功率管理设备在不同功率管理模式下的详细配置的示意图。
具体实施方式
13.下文阐述的实施例表示使本领域的技术人员能够实践实施例的必要信息，并且展示了实践实施例的最佳方式。在根据附图阅读以下描述之后，本领域的技术人员将理解本公开的概念并且将认识到本文中未特别提出的这些概念的应用。应当理解，这些概念和应用落入本公开和所附权利要求的范围内。
14.应当理解，尽管本文中可以使用术语第一、第二等来描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件进行区分。例如，在不脱离本公开的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元件。如本文所使用的，术语“和/或”包含相关联列举项中的一个或多个的任何和全部组合。
15.应当理解，当如层、区域或衬底等元件被称为“位于另一个元件上”或延伸“到另一个元件上”时，所述元件可以直接位于其它元件上或直接延伸到其它元件上，或还可以存在中间元件。相比之下，当一个元件被称为“直接位于另一个元件上”或“直接延伸到另一个元件上”时，不存在中间元件。同样，应当理解，当如层、区域或衬底等元件被称为“位于另一个元件之上”或“在另一个元件之上”延伸时，所述元件可以直接位于另一个元件之上或直接在另一个元件之上延伸，或还可以存在中间元件。相比之下，当一个元件被称为“直接位于另一个元件之上”或“直接在另一个元件之上延伸”时，不存在中间元件。还应当理解，当一个元件被称为“连接”或“耦接”到另一个元件时，所述元件可以直接连接或耦接到其它元件，或可以存在中间元件。相比之下，当一个元件被称为“直接连接”或“直接耦接”到另一个元件时，不存在中间元件。
16.如“之下”或“之上”或“上部”或“下部”或“水平”或“竖直”等相对术语可以在本文中用于描述如附图所示的一个元件、层或区域与另一个元件、层或区域的关系。应当理解，除了附图中描绘的朝向之外，这些术语和上文所讨论的术语旨在涵盖装置的不同朝向。
17.本文所使用的术语仅出于描述特定实施例的目的并且不旨在限制本公开。如本文所使用的，单数形式“一个(a)”、“一种(an)”和“所述(the)”旨在也包含复数形式，除非上下文另有明确指示。应进一步理解，当在本文中使用术语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”、“包含(includes)”和/或“包含(including)”时，其指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组的存在或添加。
18.除非另外定义，否则本文所使用的所有术语(包含技术术语和科技术语)的含义与本公开所属领域的技术人员通常所理解的含义相同。应进一步理解，本文所使用的术语应被解释为具有与其在本说明书和相关领域的上下文中的含义一致的含义，并且除非本文中明确地如此定义，否则将不会在理想化或过度正式的意义上进行解释。
19.本公开的实施例涉及一种多模式功率管理设备。在本文所公开的实施例中，所述多模式功率管理设备可以被配置成跨宽调制带宽范围(例如，80khz到200mhz以上)在不同功率管理模式下操作。所述多模式功率管理设备包含在单独管芯中实施的功率管理集成电路(pmic)和包络跟踪集成(et)电路(etic)。所述pmic被配置成产生低频电流和低频电压。所述etic被配置成产生一对et电压。取决于所述功率管理模式，所述多模式功率管理设备可以选择性地向功率放大器电路的不同级(例如，驱动器级和输出级)输出所述et电压和所述低频电压中的一个或多个，从而有助于跨所述宽调制带宽范围维持所述功率放大器电路的最佳效率和线性度。
20.图1是根据本公开的实施例配置的示例性多模式功率管理设备10的示意图。多模式功率管理设备10包含在单独管芯中提供的pmic 12和etic 14。多模式功率管理设备10可以包含或耦接到多级功率放大器电路16，所述多级功率放大器电路被配置成放大射频(rf)信号18。多级功率放大器电路16可以包含驱动器级20和输出级22。在非限制性实例中，驱动器级20包含功率放大器24，并且输出级22包含一个或多个功率放大器26。
21.在本文所讨论的实例中，多模式功率管理设备10可以被配置成取决于rf信号18的调制带宽，在不同功率管理模式下操作。在非限制性实例中，多模式功率管理设备10当调制带宽大于160mhz(＞160mhz)时在第一功率管理模式下操作；当调制带宽在1mhz与160mhz之间(＞1mhz且≤160mhz)时在第二功率管理模式下操作；当调制带宽在120khz与1mhz之间(＞120khz且≤1mhz)时在第三功率管理模式下操作；当调制带宽在80khz与120khz之间(＞80khz且≤120khz)时在第四功率管理模式下操作或者当调制带宽低于80khz(≤80khz)时在第五功率管理模式下操作。因此，通过基于rf信号18的调制带宽在不同功率管理模式下操作，多模式功率管理设备10可以跨宽调制带宽范围维持多级功率放大器电路16的最佳效率和线性度。
22.pmic 12被配置成产生低频电压v
dc
(例如，恒定电压或经调制的恒定电压)和低频电流i
dc
(例如，直流电流或经调制的直流电流)。etic 14包含第一电压电流28a和第二电压电流28b，所述第一电压电流被配置成产生第一et电压v
cca
，所述第二电压电流被配置成产生第二et电压v
ccb
。etic 14包含第一节点30a和第二节点30b，所述第一节点和第二节点可以分别耦接到多级功率放大器电路16的输出级22和驱动器级20。第一节点30a耦接到第一电压电路28a和pmic 12。第二节点30b通过多功能电路32(表示为“ldo/sw”)耦接到第二电压电路28b和第一节点30a。在非限制性实例中，多功能电路32可以包含低压差(ldo)和开关
(未示出)。
23.etic 14包含控制电路34，举例来说，所述控制电路可以是任何类型的微控制器或现场可编程门阵列(fpga)。应当理解，控制电路34的功能可以在多个控制电路和/或控制器之间共享，而不影响多模功率管理设备10的功能和操作。
24.控制电路34耦接到第一电压电路28a、第二电压电流28b和多功能电路32。如以下详细讨论的，控制电路34可以单独地或共同地控制第一电压电路28a、第二电压电流28b和多功能电路32，以使第一节点30a和第二节点30b在不同功率管理模式下输出低频电压v
dc
、第一et电压v
cca
和第二et电压v
ccb
中的一个或多个。另外，控制电路34还可以单独地或共同地控制第一电压电路28a、第二电压电流28b和多功能电路32，以使第一节点30a和第二节点30b在不同功率管理模式下输出至少低频电流i
dc
。
25.控制电路34可以向pmic 12提供反馈信号36。反馈信号36使得pmic 12能够相应地调整低频电流i
dc
和/或低频电压v
dc
。控制电路34可以耦接到产生rf信号18的收发器电路38。在此方面，控制电路34能够基于来自收发器电路38的指示40确定rf信号18的调制带宽，并且因此确定不同的功率管理模式。
26.图2是展示了图1的多模式功率管理设备10在不同功率管理模式下的详细配置的示意图。图1与2之间的公共元件在此以公共元件附图标记示出并且将不会在本文中重新描述。
27.在非限制性实例中，pmic 12包含多电平电荷泵(mcp)42，所述mcp被配置成基于电池电压v
ba
t(例如，0xv
ba
t、1xv
ba
t或2xv
ba
t)产生多电平的低频电压v
dc
。pmic 12还包含功率电感器44，所述功率电感器被配置成基于低频电压v
dc
感生低频电流i
dc
。pmic 12进一步包含控制器46，举例来说，所述控制器可以是任何类型的微控制器或微处理器。控制器46从etic 14中的控制电路34接收反馈信号36。因此，控制器46可以控制mcp 42以调整低频电压v
dc
，并且因此相应地调整低频电流i
dc
。
28.第一电压电路28a包含第一电压放大器48a(表示为“vampa”)，所述第一电压放大器被配置成基于第一et目标电压v
tgta
和第一电源电压v
supa
产生第一初始et电压v
ampa
。在此方面，第一初始et电压v
ampa
可以对应于跟踪(例如，上升和下降)第一et目标电压v
tgta
的时变目标包络的时变电压包络。可以调整第一电源电压v
supa
，以使第一电压放大器48a调整第一初始et电压v
ampa
的振幅并且因此调整第一et电压v
cca
的振幅。
29.第一电压电路28a还包含第一偏移电容器50a，所述第一偏移电容器具有耦接在第一电压放大器48a与第一节点30a之间的第一电容ca(例如，4.7μf)。第一偏移电容器50a被配置成将第一初始et电压v
ampa
升高第一偏移电压v
offa
(例如，0.8v)，以产生第一et电压v
cca
(v
cca
＝v
ampa
+v
offa
)。
30.第一电压电路28a还包含第一开关52a(表示为“sw”)，所述第一开关耦接在第一耦接节点54a与接地(gnd)之间。第一电压电路28a进一步包含第一反馈回路56a，所述第一反馈回路被配置成向第一电压放大器48a提供第一et电压v
cca
的反馈。
31.第二电压电路28b包含第二电压放大器48b(表示为“vampb”)，所述第二电压放大器被配置成基于第二et目标电压v
tgtb
和第二电源电压v
supb
产生第二初始et电压v
ampb
。在此方面，第二初始et电压v
ampb
可以对应于跟踪(例如，上升和下降)第二et目标电压v
tg
tb的时变目标包络的时变电压包络。可以调整第二电源电压v
supb
，以使第二电压放大器48b调整第
二初始et电压v
ampb
的振幅并且因此调整第二et电压v
ccb
的振幅。
32.第二电压电路28b还包含第二偏移电容器50b，所述第二偏移电容器具有耦接在第二电压放大器48b与第二节点30b之间的第二电容cb(例如，10-100nf)。第二偏移电容器50b被配置成将第二初始et电压v
ampb
升高第二偏移电压v
offb
(例如，0.8v)，以产生第二et电压v
ccb
(v
ccb
＝v
ampb
+v
offb
)。
33.第二电压电路28b还包含第二开关52b(表示为“sw”)，所述第二开关耦接在第二耦接节点54b与gnd之间。第二电压电路28b进一步包含第二反馈回路56b，所述第二反馈回路被配置成向第二电压放大器48b提供第二et电压v
ccb
的反馈。
34.etic 14包含电源电压电路58，所述电源电压电路被配置成产生第一电源电压v
supa
和第二电源电压v
supb
。在非限制性实例中，电源电压电路58可以产生多电平的第一电源电压v
supa
和第二电源电压v
supb
中的每一个，以有助于维持第一电压放大器48a和第二电压放大器48b的效率和线性度。
35.etic14可以包含第一电压均衡器电路60a(表示为“vrf”)和第二电压均衡器电路60b(表示为“vrf”)。第一电压均衡器电路60a被配置成基于公共et目标电压vtgt产生第一et目标电压vt
gta
。第二电压均衡器电路被配置成基于公共et目标电压v
tgt
产生第二et目标电压vt
gtb
。公共et目标电压v
tgt
被产生为具有跟踪(例如，上升和下降)rf信号18的时变信号包络的时变电压包络。
36.在一个实施例中，在第一功率管理模式下，控制电路34被配置成使第一节点30a输出第一et电压v
cca
和低频电流i
dc
。控制电路34还被配置成使第二节点30b输出第二et电压v
ccb
和与低频电流i
dc
成比例的调整后的低频电流i
′
dc
。在此方面，驱动器级20接收第二et电压v
ccb
和调整后的低频电流i
′
dc
，而输出级22接收第一et电压v
cca
和低频电流i
dc
。
37.值得注意的是，当rf信号18到达输出级22时，rf信号18已经由驱动器级20中的功率放大器24放大。如此，rf信号18将对应于输出级22处比驱动器级20处更高的振幅。如此，第一et电压v
cca
需要大于或等于第二et电压v
ccb
(v
cca
≥v
ccb
)，以防止rf信号18在输出级22处失真(例如，由于振幅削波)。
38.更具体地，控制电路34激活第一电压放大器48a和第二电压放大器48b，以使第一节点30a和第二节点30b分别输出第一et电压v
cca
和第二et电压v
ccb
。控制电路34控制多功能电路32中的ldo调节器以产生调整后的低频电流i
′
dc
。控制电路34还闭合多功能电路32中的开关以向第二节点30b提供调整后的低频电流i
′
dc
。控制电路34进一步断开第一开关52a和第二开关52b，以使第一节点30a和第二节点30b分别输出低频电流i
dc
和调整后的低频电流i
′
dc
。
39.控制电路34可以确定跨第一偏移电容器50a的电压差(例如，v
cca
与v
ampa
之间的差)。跨第一偏移电容器50a的电压差可以用作第一节点30a处的低频电流i
dc
的过剩或不足的指示。因此，控制电路34基于电压差产生反馈信号36。因此，pmic 12中的控制器46可以基于反馈信号36控制mcp 42，以使低频电压v
dc
和低频电流i
dc
减小或增大。
40.控制电路34可以确定跨第二偏移电容器50b的电压差(例如，v
ccb
与v
ampb
之间的差)。跨第二偏移电容器50b的电压差可以用作第二节点30b处的调整后的低频电流i
′
dc
的过剩或不足的指示。因此，控制电路34可以控制多功能电路32中的ldo调节器以减小或增大调整后的低频电流i
′
dc
。
41.值得注意的是，当rf信号18前进通过多级功率放大器电路16的驱动器级20和输出级22时，rf信号18可能在驱动器级20与输出级22之间经历时间延迟。因此，rf信号18可能在驱动器级20与输出级22之间经历瞬时振幅变化。在此方面，第一电压均衡器电路60a和第二电压均衡器电路60b可以被配置成将第一et目标电压v
tgta
从第二et目标电压vt
gtb
延迟多级功率放大器电路16的驱动器级20与输出级22之间的所确定时间延迟。因此，第二et电压v
ccb
将从第一et电压v
cca
延迟所确定时间延迟，从而有助于适应驱动器级20与输出级22之间的时间延迟。
42.在另一个实施例中，在第二功率管理模式下，控制电路34被配置成使第一节点30a和第二节点30b各自输出第一et电压v
cca
和低频电流i
dc
。具体地，控制电路34激活第一电压放大器48a并去激活第二电压放大器48b，以使第一节点30a和第二节点30b各自输出第一et电压v
cca
。控制电路34还禁用ldo调节器并闭合多功能电路32中的开关以将第二节点30b耦接到第一节点30a，从而接收低频电流i
dc
。控制电路34进一步断开第一开关52a和第二开关52b，以使第一节点30a和第二节点30b各自输出低频电流i
dc
。控制电路34被进一步配置成基于跨第一偏移电容器50a的电压差产生反馈信号36。
43.在另一个实施例中，在第三功率管理模式下，控制电路34被配置成使第一节点30a和第二节点30b各自输出第二et电压v
ccb
和低频电流i
dc
。具体地，控制电路34去激活第一电压放大器48a并激活第二电压放大器48b，以使第一节点30a和第二节点30b各自输出第二et电压v
ccb
。控制电路34还禁用ldo调节器并闭合多功能电路32中的开关以将第二节点30b耦接到第一节点30a，从而接收低频电流i
dc
。控制电路34进一步断开第一开关52a和第二开关52b，以使第一节点30a和第二节点30b各自输出低频电流i
dc
。控制电路34被进一步配置成基于跨第一偏移电容器50a的电压差产生反馈信号36。
44.在另一个实施例中，在第四功率管理模式下，控制电路34被配置成使第一节点30a和第二节点30b各自输出低频电压v
dc
和低频电流i
dc
。具体地，控制电路34去激活第一电压放大器48a和第二电压放大器48b。因此，第一et电压v
cca
和第二et电压v
ccb
均将不会产生。控制电路34还禁用ldo调节器并闭合多功能电路32中的开关以将第二节点30b耦接到第一节点30a，从而接收低频电流i
dc
。控制电路34进一步闭合第一开关52a并断开第二开关52b，使得第一节点30a和第二节点30b处的低频电压v
dc
跨第一偏移电容器50a得到调制，以跟踪rf信号18的平均功率。在此方面，低频电压v
dc
可以被称为平均功率跟踪(apt)电压。控制电路34被进一步配置成基于跨第一偏移电容器50a的电压差产生反馈信号36，并且pmic 12可以相应地调制低频电流i
dc
。因此，驱动器级20和输出级22两者将基于低频电压v
dc
和低频电流i
dc
来操作。
45.在另一个实施例中，在第五功率管理模式下，控制电路34被配置成使第一节点30a和第二节点30b各自输出低频电压v
dc
和低频电流i
dc
。具体地，控制电路34去激活第一电压放大器48a和第二电压放大器48b。因此，第一et电压v
cca
和第二et电压v
ccb
均将不会产生。控制电路34还禁用ldo调节器并闭合多功能电路32中的开关以将第二节点30b耦接到第一节点30a，从而接收低频电流i
dc
。控制电路34进一步断开第一开关52a并闭合第二开关52b，使得第一节点30a和第二节点30b处的低频电压v
dc
跨第二偏移电容器50b得到调制，以跟踪rf信号18的平均功率。在此方面，低频电压v
dc
也是apt电压。控制电路34被进一步配置成基于跨第一偏移电容器50a的电压差产生反馈信号36，并且pmic 12可以相应地调制低频电流idc
。因此，驱动器级20和输出级22两者将基于低频电压v
dc
和低频电流i
dc
来操作。
46.本领域的技术人员将认识到对本公开的优选实施例的改进和修改。所有此类改进和修改都被认为是在本文所公开的概念和以下权利要求的范围内。