分布式电源管理设备的制作方法

分布式电源管理设备
1.相关申请
2.本技术要求于2021年2月19日递交的第63/151,257号临时专利申请的优先权，所述临时专利申请通过本发明的整体引用，成为本发明的一部分。
技术领域
3.本公开的技术一般涉及一种分布式电源管理设备。


背景技术：

4.在现代社会中，移动通信设备日益成为提供无线通信服务的常用设备。移动通信设备的使用得到普及，其部分原因在于目前移动通信设备启用了许多功能。移动通信设备处理能力有所提高，这意味着这些设备已经从纯粹的通信工具演变成为能够增强用户体验的复杂移动多媒体中心。
5.重新定义用户体验需要提高无线通信技术提供的数据速率，例如第五代新无线电(5g-nr)技术，利用这项技术，人们可以在频率高于12ghz的毫米波频谱内传输毫米波(mmwave)射频(rf)信号。为了达到更高的数据速率，移动通信设备可采用功率放大器，以增加mmwave rf信号的输出功率(例如，保持足够的每比特能量)。然而，mmwave rf信号输出功率的增加会导致移动通信设备功耗和热耗散增加，从而影响整体性能和用户体验。
6.包络跟踪(et)是一种电源管理技术，此技术旨在提高功率放大器的效率水平，有助于减少移动通信设备中的功耗和热耗散。在et系统中，功率放大器可根据时变et电压放大rf信号，其中根据rf信号的时变振幅产生时变et电压。更具体地说，时变et电压对应于跟踪(例如提高和降低)rf信号时变功率包络的时变电压包络。可以理解，时变电压包络跟踪时变功率包络的效果越好，功率放大器能够实现的线性度越高。
7.然而，特别是当产生的时变et电压跟踪高调制带宽(例如》200mhz)rf信号的时变功率包络时，时变et电压极易受迹线电感引起的失真的影响。因此，时变电压包络可能与rf信号的时变功率包络不一致，从而导致rf信号出现不必要的失真(例如脉冲幅度限幅)。在这方面，针对rf信号的任何给定的瞬时功率要求，可能需要确保et功率放大器能够始终以所需的线性度运行。


技术实现要素：

8.本公开的实施例涉及一种分布式电源管理设备。所述分布式电源管理设备包括一个包络跟踪(et)集成电路(etic)和一个与etic分离设置的分布式etic。所述etic可针对若干功率放大电路产生若干et电压，所述分布式etic可针对分布式功率放大电路产生分布式et电压。在非限制性实施例中，所述若干功率放大电路和分布式功率放大电路可设置在无线设备的相对侧(例如顶部和底部)。因此，在本文所公开的实施例中，etic靠近功率放大电路，分布式etic靠近分布式功率放大电路。通过在靠近相应功率放大电路的位置设置etic和分布式etic，即可减少迹线电感和不必要的信号失真。
9.一方面，本发明提供了一种分布式电源管理设备。所述分布式电源管理设备包括一个分布式etic。所述分布式etic包括一个分布式电压电路。所述分布式电压电路可根据分布式et目标电压产生分布式et电压。所述分布式电源管理设备进一步包括一个与分布式etic分离设置的etic。etic包括若干电压电路，每个电压电路可根据若干et目标电压中的一个相应et目标电压产生若干et电压中的一个相应et电压和若干低频电流中的一个相应低频电流。etic进一步包括一个控制电路。所述控制电路可将若干电压电路中的一个选定电压电路与分布式etic耦合，向分布式etic提供所述若干低频电流中的一个相应低频电流。控制电路还可将若干et目标电压中的一个选定et目标电压作为分布式et目标电压提供给分布式etic。
10.另一方面，本发明提供了一种无线设备。所述无线设备包括分布式电源管理设备。所述分布式etic包括分布式电压电路。所述分布式电压电路可根据分布式et目标电压产生分布式et电压。所述分布式电源管理设备进一步包括一个与分布式etic分离设置的etic。etic包括若干电压电路，每个电压电路可根据若干et目标电压中的一个相应et目标电压产生若干et电压中的一个相应et电压和若干低频电流中的一个相应低频电流。etic进一步包括一个控制电路。所述控制电路可将若干电压电路中的一个选定电压电路与分布式etic耦合，向分布式etic提供所述若干低频电流中的一个相应低频电流。控制电路还可将若干et目标电压中的一个选定et目标电压作为分布式et目标电压提供给分布式etic。所述无线设备进一步包括一个或多个与etic耦合的功率放大电路。所述无线设备进一步包括至少一个与分布式etic耦合的分布式功率放大电路。
11.本领域技术人员应了解本公开的范围，并在结合附图查看具体实施方式之后实现本公开的其他方面。
附图说明
12.作为本说明书的一部分，附图显示了本公开的若干方面，并结合具体实施方式对本公开的原理进行解释说明。
13.图1为根据本公开实施例配置的示例性分布式电源管理设备的示意图。
14.图2a为对图1分布式电源管理设备包络跟踪(et)集成电路(etic)中的输出开关电路进行示例性说明的原理图。
15.图2b为对图1分布式电源管理设备etic中的输入开关电路进行示例性说明的原理图。
16.图3a为对图1分布式电源管理设备etic中的电压电路进行示例性说明的原理图。
17.图3b为对图1分布式电源管理设备分布式etic中的分布式电压电路进行示例性说明的原理图。
18.图4为包含图1分布式电源管理设备的无线设备的原理图。
具体实施方式
19.以下所述实施例提供了本领域技术人员实际操作实施例时需要了解的信息，并说明了实施例的最佳实际操作方式。在根据附图阅读以下说明时，本领域技术人员将理解本公开的概念，并将认识到本文中未特别提及的概念的应用情况。应当理解，这些概念和应用
均属于本公开和所附权利要求的范围。
20.应当理解，尽管本文可能会使用术语第一、第二等描述各种构件，但是这些构件不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于将一个构件与另一个构件区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一构件可称为第二构件，同样，第二构件也可称为第一构件。本文中使用的术语“和/或”包括一个或多个所列相关项目的任何和所有组合。
21.应当理解，当提及层、区域或衬底等构件“位于另一构件上”或“延伸到另一构件上”时，此构件可直接设置在另一构件上或直接延伸到另一构件上，或者还可能存在中间构件。相反，当提及一个构件“直接设置在另一构件上”或“直接延伸到另一构件上”时，不存在中间构件。同样，应当理解，当提及层、区域或衬底等构件“位于另一构件上方”或“在另一构件上方延伸”时，此构件可直接设置在另一构件上方或直接在另一构件上方延伸，或者还可能存在中间构件。相反，当提及一个构件“直接位于在另一构件上方”或“直接在另一构件上方延伸”时，不存在中间构件。还应理解的是，当提及一个构件与另一构件“连接”或与另一构件“耦合”时，此构件可直接与另一构件连接或与另一构件耦合，或者可能存在中间构件。相反，当提及一个构件与另一构件“直接连接”或与另一构件“直接耦合”时，不存在中间构件。
22.如图所示，本文可使用“下方”或“上方”或“上”或“下”或“水平”或“垂直”等反义词描述一个构件、层或区域与另一构件、层或区域之间的关系。应当理解，除了图中所示的定向以外，这些术语和上述术语旨在包含设备的不同定向。
23.本文中使用的术语仅用于对特定实施例进行介绍，并非旨在限制本公开。除非上下文另有明确说明，否则本文中使用的单数形式“一个(a)”、“一个(an)”和“所述(the)”也包括复数形式。可以进一步理解的是，当本文中使用术语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”、“包括(includes)”和/或“包括(including)”时，即说明存在所述特征、整数、步骤、操作、构件和/或组件，但是不排除存在或增加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、构件、组件和/或其分组的情况。
24.除非另有规定，否则本文中使用的所有术语(包括科技术语)的含义与本公开所属领域普通技术人员通常理解的含义相同。可以进一步理解的是，本文中使用的术语应解释为具有与其在本说明书和相关技术上下文中的含义一致的含义，除非本文另有明确规定，否则本文中使用的术语不得在理想化或过于正式的意义上进行解释。
25.本公开的实施例涉及一种分布式电源管理设备。所述分布式电源管理设备包括一个包络跟踪(et)集成电路(etic)以及一个与etic分离设置的分布式etic。所述etic可针对若干功率放大电路产生若干et电压，所述分布式etic可针对分布式功率放大电路产生分布式et电压。在非限制性实施例中，所述若干功率放大电路和分布式功率放大电路可设置在无线设备的相对侧(例如顶部和底部)。因此，在本文所公开的实施例中，etic靠近功率放大电路，分布式etic靠近分布式功率放大电路。通过在靠近相应功率放大电路的位置设置etic和分布式etic，即可减少跟踪电感和不必要的信号失真。
26.图1为根据本公开实施例配置的示例性分布式电源管理设备10的原理图。分布式电源管理设备10包括一个etic 12和一个分布式etic 14(表示为“detic”)。值得注意的是，etic 12和分布式etic 14是通过导电迹线16耦合的独立电路。
27.etic 12包括若干电压电路18(1)-18(m)。电压电路18(1)-18(m)中的一个电压电
路可根据若干et目标电压v
tgt-1-v
tgt-l
中的一个相应et目标电压产生若干et电压中的一个相应et电压v
cca-v
ccm
以及若干低频电流i
dca-i
dcm
(例如直流电)中的一个相应低频电流。
28.分布式etic 14包括至少一个分布式电压电路20，分布式电压电路20可根据至少一个分布式et目标电压d
vtgt
产生至少一个分布式et电压d
vcc
。值得注意的是，分布式电压电路20不会产生自身的低频电流。相反，分布式etic 14可通过导电迹线16接收电压电路18(1)-18(m)(以下也称“选定低频电流di
dc”)中的一个选定电压电路产生的低频电流i
dca-i
dcm
中的一个相应低频电流。此外，分布式etic 14还接收电压电路18(1)-18(m)中的一个选定电压电路的et目标电压v
tgt-1-v
tgt-l
中的一个相应et目标电压，作为分布式et目标电压d
vtgt
。如图3a和图3b所示，通过接收来自etic 12的分布式et目标电压d
vtgt
和选定的低频电流di
dc
，分布式etic 14的足迹可小于etic 12。
29.etic 12可包括若干电压输出22(1)-22(n)。在本文公开的实施例中，n可以小于、等于或大于m。其中一个电压输出22(1)-22(n)(以下简称“专用电压输出24”)专用于向分布式etic 14中的分布式电压输出26提供选定的低频电流di
dc
。作为非限制性实施例，以下将电压输出22(n)称为专用电压输出24。然而，应当理解，电压输出22(1)-22(n)中的任何一个电压输出均可起到专用电压输出24的作用。
30.etic 12进一步包括一个输出开关电路28，输出开关电路28可将电压电路18(1)-18(m)中的任何一个电压电路与电压输出22(1)-22(n)中的任何一个电压输出耦合。例如，etic 12进一步包括一个控制电路30，控制电路30可以是现场可编程门阵列(fpga)。控制电路30可以控制输出开关电路28，将电压电路18(1)-18(m)中的任何一个电压电路与专用电压输出24耦合，向分布式电压输出26提供低频电流i
dca-i
dcm
中的一个相应低频电流，作为选定的低频电流di
dc
。
31.图2a为对图2分布式电源管理设备10etic 12中的输出开关电路28进行示例性说明的原理图。如图所示，图1和图2a之间的共同构件用共同构件编号表示，此处不再赘述。
32.值得注意的是，输出开关电路28可包括一个或多个输出开关sw
out
，输出开关可以是任何类型的开关。例如，输出开关sw
out
可以是多刀多掷(mpmt)开关或若干单刀多掷(spmt)开关。相应地，控制电路30可以控制输出开关sw
out
，将电压电路18(1)-18(m)中的任何一个电压电路与电压输出22(1)-22(n)中的任何一个电压输出选择性耦合。
33.如图1所示，分布式电源管理设备10可包括一个或多个功率放大电路32(1)-32(k)(k《n)，每个功率放大电路可放大一个或多个射频(rf)信号34(1)-34(k)中的一个相应射频(rf)信号。控制电路30可以控制输出开关电路38，向功率放大电路32(1)-32(k)中的任何一个功率放大电路提供et电压v
cca-v
ccm
中的任何一个et电压以及低频电流i
dca-i
dcm
中的任何一个低频电流。分布式电源管理设备10进一步包括至少一个分布式功率放大电路36，分布式功率放大电路36可放大至少一个分布式rf信号38。分布式功率放大电路36与分布式电压输出26耦合，接收分布式et电压dv
cc
。
34.由于分布式etic 14通过导电迹线16与etic 12耦合，因此分布式etic 14将产生迹线电感l
t
和电容c
vo
。这里的迹线电感l
t
表示导电迹线16的等效电感，电容c
vo
表示与专用电压输出24的所有有源和无源电路耦合的等效电容。例如，电容c
vo
可包括输出开关电路38中的开关(未示出)的等效电容，输出开关电路38将电压电路18(1)-18(m)中的一个选定电压电路与专用电压输出24耦合。此外，如果功率放大电路32(1)-32(k)中的任何一个功率放
大电路与专用电压输出24耦合，电容c
vo
还将包括功率放大电路的等效电容。假设开关和功率放大电路的等效电容均为相对于专用电压输出24的并联电容，专用电压输出24处的电容c
vo
将等于与专用电压输出24耦合的任何开关和任何功率放大电路的等效电容之和。
35.迹线电感l
t
和电容c
vo
可产生如等式(eq.1)所示的等效串联谐振频率f谐振。
[0036][0037]
如果等效串联谐振频率f
谐振
与分布式rf信号38的调制带宽足够接近，则等效串联谐振频率f
谐振
会降低分布式功率放大电路36的线性度。在这方面，有必要尽可能将等效串联谐振频率f
谐振
与调制带宽分离。
[0038]
在一个实施例中，通过增加等效串联谐振频率f
谐振
，即可将等效串联谐振频率f
谐振
与分布式rf信号38的调制带宽分离。根据等式(eq.1)，增加等效串联谐振频率f
谐振
的一种方法是减小电容c
vo
。如上所述，电容c
vo
等于与专用电压输出24耦合的任何开关和任何功率放大电路的等效电容之和。在非限制性实施例中，通过消除与专用电压输出24耦合的任何功率放大电路的等效电容，即可减小电容c
vo
。在这方面，分布式电源管理设备10不会将功率放大电路32(1)-32(k)中的任何一个功率放大电路与专用电压输出24耦合。换言之，功率放大电路32(1)-32(k)可与除专用电压输出24以外的任何电压输出22(1)-22(n)耦合。
[0039]
etic 12进一步包括衣蛾输入开关电路40。输入开关电路40与收发电路(未示出)耦合，接收et目标电压v
tgt-1-v
tgt-l
。输入开关电路40还与etic 12中的电压电路18(1)-18(m)和分布式etic 14中的分布式电压电路20耦合。
[0040]
图2b为对图2分布式电源管理设备10etic 12中的输入开关电路40进行示例性说明的原理图。图1和图2b之间的共同构件用共同构件编号表示，此处不再赘述。
[0041]
值得注意的是，输入开关电路40可包括一个或多个输入开关sw
in
，输入开关sw
in
可以是任何类型的开关。例如，输入开关sw
in
可以是mpmt开关或若干spmt开关。相应地，控制电路30可以控制输入开关sw
in
向电压电路18(1)-19(m)中的任何一个电压电路提供et目标电压v
tgt-1-v
tgt-l
中的任何一个et目标电压。例如，输入开关电路40进一步包括至少一个配电开关sw
dist
，配电开关可以是多刀单掷(mpst)或spmt开关。控制电路30可以控制配电开关sw
dist
向分布式电压电路20提供et目标电压v
tgt-1-v
tgt-l
中的任何一个et目标电压，作为分布式et目标电压dv
tgt
。
[0042]
如图1所示，如前所述，etic 12中的一个电压电路18(1)-18(m)可产生et电压v
cca-v
ccm
中的一个相应et电压和低频电流i
dca-i
dcm
中的一个相应低频电流。在这方面，图3a为对图1分布式电源管理设备10中作为电压电路18(1)-18(n)中的任何一个电压电路提供的电压电路42进行示例性说明的原理图。图1和图3a之间的共同构件用共同构件编号表示，此处不再赘述。
[0043]
电压电路42包括一个串联与偏置电容器46耦合的电压放大器44(表示为“va”)。电压放大器44可根据et目标电压v
tgt
产生初始et电压v
amp
，此et目标电压可以是et目标电压v
tgt-1-v
tgt-l
中的任何一个et目标电压。偏置电容器46可利用低频电流i
dc
(可以是任何低频电流i
dca-i
dcm
)充电到偏移电压v
off
，从而通过偏移电压v
off
提高初始et电压v
amp
。相应地，电压电路42可通过et电压v
cca-v
ccm
中的任何一个et电压产生et电压v
cc
，et电压v
cc
等于初始et电压v
amp
和偏移电压v
off
之和(v
cc
＝v
amp
v
off
)。
[0044]
电压电路42进一步包括一个旁路开关s
byp
，旁路开关的一端耦合在两个电压放大
器44和偏置电容器46之间，另一端与接地(gnd)耦合。在偏置电容器46充电到偏移电压v
off
的同时，旁路开关s
byp
闭合，当偏置电容器46充电到偏移电压v
off
时，旁路开关s
byp
打开。电压电路42进一步包括一个反馈回路48，反馈回路48将et电压v
cc
的副本反馈给电压放大器44。电压放大器44根据供电电压v
sup
工作，供电电压v
sup
可由etic 12中的控制电路30提供。值得注意的是，供电电压v
sup
也可由etic 12中的专用供电电压电路(未示出)提供。
[0045]
电压电路42进一步包括一个与功率电感器52串联耦合的多级电荷泵(mcp)50。mcp 50可根据电池电压v
bat
在多个电平上产生低频电压v
dc
。在非限制性实施例中，mcp 50可根据et目标电压v
tgt
在不同电平(例如0v、v
bat
或2*v
bat
)上产生低频电压。功率电感器52可根据低频电压v
dc
感应低频电流i
dc
。
[0046]
返回图1，如前所述，分布式etic 14中的分布式电压电路20可根据分布式et目标电压dv
tgt
产生分布式et电压dv
cc
。在这方面，图3b的原理图提供了图1分布式电源管理设备10中的分布式电压电路20的示例性说明。图1和图3b之间的共同元件用共同元件编号表示，此处不再赘述。
[0047]
分布式电压电路20包括一个与分布式偏置电容器56串联耦合的分布式电压放大器54(表示为“dva”)。分布式电压放大器54可根据分布式et目标电压dv
tgt
产生分布式初始et电压dv
amp
，分布式et目标电压可以是et目标电压v
tgt-1-v
tgt-l
中的任何一个et目标电压。分布式偏置电容器56可以通过选定的低频电流di
dc
(可以是低频电流i
dca-i
dcm
中的任何一个低频电流)充电到分布式偏移电压dv
off
，从而通过分布式偏移电压dv
off
提高分布式初始et电压dv
amp
。相应地，分布式电压电路20可产生分布式et电压dv
cc
，分布式et电压等于分布式初始et电压dv
amp
与分布式偏移电压dv
off
之和(dv
cc
＝dv
amp
dv
off
)。
[0048]
分布式电压电路20进一步包括一个分布式旁路开关ds
byp
，分布式旁路开关的一端耦合在分布式电压放大器54和分布式偏置电容器56之间，另一端与gnd耦合。在分布式偏置电容器56充电到分布式偏移电压dv
off
的同时，分布式旁路开关ds
byp
闭合，当分布式偏置电容器56充电到分布式偏移电压dv
off
时，分布式旁路开关ds
byp
打开。电压电路42进一步包括一个分布式反馈回路58，分布式反馈回路58将分布式et电压dv
cc
的副本反馈给分布式电压放大器54。分布式电压放大器54根据分布式供电电压dv
sup
工作，分布式供电电压dv
sup
可由etic 12中的控制电路30提供。值得注意的是，分布式供电电压dv
sup
也可由etic 12或分布式etic 14中的专用供电电压电路(未示出)提供。
[0049]
与图3a中的电压电路42相反，分布式电压电路20不包含mcp 50和功率电感器52。相反，分布式电压电路20依靠图3a电压电路42中的mcp 50和功率电感器52提供选定的低频电流di
dc
。通过从分布式电压电路20中排除mcp50和功率电感器52，可以减少分布式电压电路20的足迹。
[0050]
参见图1，当电压电路18(1)-18(m)中的一个选定电压电路与专用电压输出24耦合，向分布式电压电路20提供选定的低频电流di
dc
时，控制电路30可停用电压电路18(1)-18(m)中的一个选定电压电路中的电压放大器44。控制电路30可进一步控制输入开关电路40中的配电开关sw
dist
，向分布式etic14中的分布式电压电路20提供由电压电路18(1)-18(m)中的一个选定电压电路接收到的et目标电压v
tgt-1-v
tgt-l
中的一个相应et目标电压。例如，如果电压电路18(1)已经与专用电压输出24耦合并且可接收et目标电压v
tgt-1
，控制电路30将停用电压电路18(1)中的电压放大器44，并控制配电开关sw
dist
向分布式电压电路20提供
et目标电压v
tgt-1
，作为分布式et目标电压dv
tgt
。
[0051]
分布式电源管理设备10可安装在无线设备中，实现了天线的灵活配置。在这方面，图4为包括图1分布式电源管理设备10的无线设备60的原理图。图1和图4之间的共同构件用共同构件编号表示，此处不再赘述。
[0052]
无线设备60可包括一个或多个设置在无线设备60第一侧64(例如顶侧)上的天线62(1)-62(k)。因此，功率放大电路32(1)-32(k)可分别与天线62(1)-62(k)中的一个相应天线耦合。
[0053]
无线设备60进一步包括至少一个设置在无线设备60第二侧68(例如底侧)上的分布式天线66。如图4所示，第二侧68是相对于第一侧64的相对侧。通过将天线64和分布式天线66设置在相对侧上，即可减轻所谓的分支阻挡效应。相应地，分布式功率放大电路36可与分布式天线66耦合。
[0054]
在本文公开的实施例中，etic 12更靠近所述功率放大电路32(1)-32(k)中的任何一个功率放大电路，远离分布式功率放大电路36。同样，分布式etic14更靠近分布式功率放大电路36，远离功率放大电路32(1)-32(k)中的任何一个功率放大电路。因此，有可能减少et电压v
cca-v
ccm
和分布式et电压dv
cc
中的电位迹线电感失真。
[0055]
本领域技术人员将认识到，需要对本公开的优选实施例做出改进和修改。所有改进和修改均在本文所公开的概念及随后的权利要求书范围内考虑。