[发明专利]集成电路、无线通信单元及相关方法

说明书

【技术领域】

本发明领域是关于一种无线通信单元、集成电路、发射机结构及提供信号的差分至单端转换的方法。本发明可应用于，但不局限应用于使用差分电路配置的包络追踪及其相关方法中。

【背景技术】

本发明主要应用于无线电信的射频(radio frequency，RF)功率放大器领域。来自无线通信系统中可用的有限频谱的持续压力迫使频谱效应线性调制机制的不断发展。由于这些线性调制机制中包络发生波动，这种现象导致天线所发射的平均功率远低于其最大功率，从而潜在地使得功率放大器的效率较低。因此在本领域中，大量的研究致力于发展能够为功率放大器的阻塞(线性)区(‘back-off’region)提供高性能的高效率拓扑。线性调制机制需要调制信号的线性放大以最小化由频谱再生所带来的不想要的带外放射(out-of-bandemission)。然而一典型RF放大装置中使用的有源元件本身就是非线性的，仅当已消耗的直流(DC)功率的一小部分转换为RF功率时，放大装置的转换函数才能趋近于一直线，即才能如同运作为一理想的线性放大器。这种‘线性’的运作模式使得DC至RF功率转换的效率较低，这对于手持(用户)无线通信单元而言是不可接受的。此外，对于基站而言，低效率也是一公认的问题。

此外，手持(用户)设备的重点在于增长电池使用寿命。为了同时实现线性度及高效率，所谓的直线化(linearisation)技术得以使用以改善高效率类别放大器(例如‘AB’类，‘B’类或‘C’类放大器)的线性度。大量各式各样的直线化技术应用于线性发射机，例如笛卡儿反馈(Cartesian Feedback)，前反馈(Feed-forward)以及自适应性预失真发射机的设计中。

为了提高发射上行链路通信通道(即从用户通信单元至服务基站之间的通信通道)中使用的比特率，具有一振幅调制(AM)成分的更大的星座调制机制成为一种需求并得以研究。该调制机制，例如十六点正交振幅调制(16-QAM)机制，需要多个线性功率放大器(PAs)以及其与调制包络波形的高‘峰值(crest)’因子(即波动的程度)相关联。对比于现有技术中使用的恒定包络调制机制，该种调制机制使得功率效率及线性大幅度降低。

因此，为了克服上述功率效率与线性的问题，各种方法予以提出。其中一种方法是通过调制该功率放大器的电源电压以匹配经射频(radio frequency,RF)PA发射的RF波形的包络，从而来克服效率与线性的问题。该种方法中使用包含包络消除与恢复(envelope elimination and restoration,EER)及包络追踪(envelope tracking,ET)的包络调制技术。

可以了解的是，由于高功率发射环境下具有较高的峰值对平均值功率比(peak-to-average power ratio,PAPR)，PA电源电压RF包络追踪的使用可以达到同时改善PA效率与线性的效果。图1所示为这两种技术的曲线示意图100，其中第一种技术中为PA提供了一固定的电源电压105，第二种技术通过调制PA的电源电压以追踪RF包络波形115。在第一种技术中，无论将要放大的调制后的RF波形性质如何，超出部分的PA电源电压净值110得以使用(因此可能存在潜在的浪费)。而在第二种技术中，超出部分的PA电源电压净值120可通过对RF PA电源的调制而得以降低，从而使得PA电源能够准确的追踪到瞬态的RF包络。

包络追踪同时支持可用于高PAPR环境的高效率改进，其同时还可以相应地实现低DC消耗功率。因此，热量得以减低以及在相同的输出功率下PA可运作于更低的温度。但是，还需要了解的是，对于高频宽信号来说，实际应用中对RF包络的精确追踪很难实现。依赖于总的系统架构，电源调制器的频宽可以远大于(例如2倍或5倍)信号(包络)的频宽，从而使得通过时间调校的调制器群延迟所带来的影响得以最小化。

众所周知的是差分电路实例可提供比单端电路实例更好的噪声、免疫力及净值(headroom)性能。图2所示为差分包络/调制追踪信号的简化示意图200，其中一差分包络/调制波形210叠加于一固定DC信号225，该差分包络/调制波形210包含正输入(Vinp)215与负输入(Vinn)220。如图2所示，该差分包络/调制追踪信号包含DC部分与AC部分，该两个部分均可以通过后随的任何差分电路元件。