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TW201630321A - 具有升壓轉換器及充電浦之電壓供應系統 - Google Patents

具有升壓轉換器及充電浦之電壓供應系統 Download PDF

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TW201630321A
TW201630321A TW104132334A TW104132334A TW201630321A TW 201630321 A TW201630321 A TW 201630321A TW 104132334 A TW104132334 A TW 104132334A TW 104132334 A TW104132334 A TW 104132334A TW 201630321 A TW201630321 A TW 201630321A
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TW104132334A
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大衛 史蒂芬 雷普利
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西凱渥資訊處理科技公司
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Abstract

本發明係關於具有升壓轉換器及充電浦之電壓供應系統。一電壓供應系統可包括一升壓轉換器，該升壓轉換器係可控制以在一輸入節點處接收一輸入電壓，且在一輸出電壓大於或等於該輸入電壓時產生該輸出電壓。該電壓供應系統可包括一充電浦，該充電浦係可控制以在該輸入節點處接收該輸入電壓，且在該輸出電壓小於該輸入電壓時產生該輸出電壓。該電壓供應系統可進一步包括一控制器，該控制器經組態以接收一控制信號，且基於該控制信號來控制該升壓轉換器或該充電浦以在一輸出節點處產生該輸出電壓。

Description

具有升壓轉換器及充電浦之電壓供應系統 對相關申請案之交叉參考
本申請案主張2015年2月15日申請的標題為「與多模式功率管理有關之器件及方法(DEVICES AND METHODS RELATED TO MULTI-MODE POWER MANAGEMENT)」之美國臨時申請案第62/116,458號的優先權，該申請案之揭示內容特此明確地以全文引用之方式併入本文中。
本發明大體上係關於電壓供應系統。
功率放大系統可藉由提供供應電壓(來源於電池電壓)之電壓供應系統供電。可改變供應電壓以減少藉由功率放大器所使用的電力量。理想地，功率放大器供應電壓應在(例如)自大致10伏特(V)低至1V的20dB窗上遵循平均輸出功率。在給定約3.8V之標稱電池電壓(Vbatt)的情況下，可利用升壓功能來產生大於Vbatt之供應電壓，且可利用降壓功能來產生小於Vbatt之供應電壓。
根據一些實施，本發明涉及一電壓供應系統。該電壓供應系統包括一升壓轉換器，該升壓轉換器係可控制以在一輸入節點處接收一輸入電壓且在一輸出電壓大於或等於該輸入電壓時產生該輸出電壓。 該電壓供應系統包括一充電浦，該充電浦係可控制以在該輸入節點處接收該輸入電壓且在該輸出電壓小於該輸入電壓時產生該輸出電壓。該電壓供應系統包括一控制器，該控制器經組態以接收一控制信號且基於該控制信號控制該升壓轉換器或該充電浦在一輸出節點處產生該輸出電壓。
在一些實施例中，回應於指示一第一模式之該控制信號，該控制器可經組態以控制該充電浦產生小於該輸入電壓之該輸出電壓。在一些實施例中，回應於指示該第一模式之該控制信號，該控制器可經組態以控制該充電浦產生約為該輸入電壓一半的該輸出電壓。在一些實施例中，回應於指示該第一模式之該控制信號，該控制器可經組態以控制一充電浦旁路電路將該輸出電壓傳遞至該輸出節點。
在一些實施例中，回應於指示一第二模式之該控制信號，該控制器可經組態以控制該升壓轉換器產生等於該輸入電壓之該輸出電壓。在一些實施例中，回應於指示該第二模式之該控制信號，該控制器可經組態以操作該升壓轉換器之一或多個開關，以將該輸入電壓作為該輸出電壓傳遞至該輸出節點。
在一些實施例中，回應於指示一第三模式之該控制信號，該控制器可經組態以控制該升壓轉換器產生大於該輸入電壓之該輸出電壓。在一些實施例中，回應於指示該第三模式之該控制信號，該控制器可經組態以定期操作該升壓轉換器之一或多個開關，以升壓該輸入電壓而在該輸出節點處產生該輸出電壓。
在一些實施例中，該升壓轉換器可包括一電感器及一或多個開關。在一些實施例中，該一或多個開關可包括：一第一開關，其耦接於該電感器與一接地電壓之間；及一第二開關，其耦接於該電感器與該輸出節點之間。在一些實施例中，該升壓轉換器並不包括耦接於該電感器與該輸入節點之間的一開關。
在一些實施例中，回應於指示一第二模式之該控制信號，該控制器可經組態以斷開該第一開關且閉合該第二開關，以將該輸入電壓作為該輸出電壓傳遞至該輸出節點。在一些實施例中，回應於指示一第三模式之該控制信號，該控制器可經組態以定期斷開且閉合該第一開關及該第二開關，以升壓該輸入電壓而在該輸出節點處產生該輸出電壓。
在一些實施例中，該充電浦可包括一或多個電容器。在一些實施例中，該充電浦並不包括一電感器。
在一些實施例中，該輸入電壓可實質上等於一電池電壓。
在一些實施中，本發明涉及一射頻(RF)模組，其包括經組態以接收複數個組件之一封裝基板。該RF模組包括實施於該封裝基板上之一電壓供應系統。該電壓供應系統包括一升壓轉換器，該升壓轉換器係可控制以在一輸入節點處接收一輸入電壓且在一輸出電壓大於或等於該輸入電壓時產生該輸出電壓。該電壓供應系統包括一充電浦，該充電浦係可控制以在該輸入節點處接收該輸入電壓且在該輸出電壓小於該輸入電壓時產生該輸出電壓。該電壓供應系統包括一控制器，該控制器經組態以基於一所接收控制信號控制該升壓轉換器或該充電浦在一輸出節點處產生該輸出電壓。
在一些實施例中，該RF模組可為一前端模組(FEM)。
在一些實施例中，該電壓供應系統可包括一供應器件及位於該供應器件外部且電連接至該供應器件的一或多個被動器件。
在一些實施中，本發明涉及一無線器件，該無線器件包括經組態以產生一射頻(RF)信號之一收發器。該無線器件包括與該收發器通信之一前端模組(FEM)。該FEM包括經組態以接收複數個組件之一封裝基板。該FEM包括實施於該封裝基板上且經組態以放大該RF信號之一功率放大系統。該功率放大系統包括一電壓供應系統。該電壓供 應系統包括一升壓轉換器，該升壓轉換器係可控制以在一輸入節點處接收一輸入電壓且在一輸出電壓大於或等於該輸入電壓時產生該輸出電壓。該電壓供應系統包括一充電浦，該充電浦係可控制以在該輸入節點處接收該輸入電壓且在該輸出電壓小於該輸入電壓時產生該輸出電壓。該電壓供應系統包括一控制器，該控制器經組態以基於一所接收控制信號控制該升壓轉換器或該充電浦在一輸出節點處產生該輸出電壓。該無線器件包括與該FEM通信之一天線。該天線經組態以傳輸該經放大RF信號。
出於概述本發明之目的，本文中已描述本發明之某些態樣、優勢以及新穎特徵。應瞭解，根據本發明之任何特定實施例，未必可達成所有此等優點。因此，可以達成或最佳化如本文所教示之一個優點或優點之群組而未必達成如可在本文中教示或建議之其他優點的方式來體現或進行本發明。
100‧‧‧電壓供應系統
200‧‧‧降壓升壓轉換器
201‧‧‧控制器
211‧‧‧開關
212‧‧‧開關
213‧‧‧開關
214‧‧‧開關
221‧‧‧電感器
231‧‧‧電容器
300‧‧‧升壓轉換器
301‧‧‧控制器
311‧‧‧開關
312‧‧‧開關
321‧‧‧電感器
331‧‧‧電容器
400‧‧‧電壓供應系統
402‧‧‧供應器件
404‧‧‧升壓電路
406‧‧‧旁路電路
408‧‧‧充電浦電路
410‧‧‧被動器件
500‧‧‧電壓供應系統500
502‧‧‧供應器件
504‧‧‧升壓轉換器電路
508‧‧‧充電浦電路
510‧‧‧旁路電路
521‧‧‧電感器
531‧‧‧第一電容器
532‧‧‧第二電容器
533‧‧‧第三電容器
591‧‧‧輸入節點
592‧‧‧輸出節點
593a‧‧‧切換節點
593b‧‧‧切換節點
594a‧‧‧充電浦節點
594b‧‧‧充電浦節點
600‧‧‧電壓供應系統
601‧‧‧控制器
602‧‧‧供應器件
604‧‧‧升壓轉換器電路
608‧‧‧充電浦電路
610‧‧‧旁路電路
611‧‧‧第一開關
612‧‧‧第二開關
613‧‧‧第三開關
621‧‧‧電感器
632‧‧‧電容器
633‧‧‧第三電容器
691‧‧‧輸入節點
692‧‧‧輸出節點
693a‧‧‧第一切換節點
693b‧‧‧第二切換節點
694a‧‧‧充電浦節點
694b‧‧‧充電浦節點
731‧‧‧曲線
732‧‧‧曲線
741‧‧‧第一臨限值
742‧‧‧第二臨限值
801‧‧‧電池電流量變曲線
802‧‧‧電池電流量變曲線
803‧‧‧電池電流量變曲線
811‧‧‧DG09量變曲線
900‧‧‧方法
1000‧‧‧模組
1002‧‧‧封裝基板
1004‧‧‧FE-PMIC(前端功率管理積體電路)組件
1006‧‧‧功率放大器組合件
1007‧‧‧電壓供應系統
1008‧‧‧匹配組件
1010‧‧‧雙工器組合件
1012‧‧‧天線開關模組(ASM)
1014‧‧‧SMT器件
1100‧‧‧無線器件
1102‧‧‧使用者介面
1104‧‧‧記憶體
1106‧‧‧功率管理組件
1108‧‧‧基頻子系統
1110‧‧‧收發器
1112‧‧‧匹配電路
1114‧‧‧天線開關
1116‧‧‧天線
1120‧‧‧功率放大器(PA)
1122‧‧‧雙工器
圖1說明具有如本文中所描述之一或多個特徵之電壓供應系統的方塊圖。
圖2說明實例降壓升壓轉換器之電路圖。
圖3說明實例最佳化升壓轉換器之電路圖。
圖4說明用於多模式功率管理之電壓供應系統的方塊圖。
圖5說明包括升壓轉換器及充電浦之電壓供應系統。
圖6說明包括複數個開關之電壓供應系統。
圖7說明供應電壓對接收該供應電壓之功率放大器之輸出功率的曲線圖。
圖8說明隨PA功率而變之電池電流量變曲線的曲線圖且進一步說明DG09量變曲線。
圖9說明操作電壓供應系統之方法的流程圖表示。
圖10描繪具有如本文中所描述之一或多個特徵的模組。
圖11描繪具有本文中所描述之一或多個特徵的無線器件。
本文中所提供之標題(若存在)僅係為方便起見，且未必影響所主張發明之範疇或涵義。
圖1說明具有如本文中所描述之一或多個特徵之電壓供應系統100的方塊圖。電壓供應系統100可自(例如)來自電池(Vbatt)之輸入電壓產生一或多個輸出電壓，例如，供應電壓(Vcc)。電壓供應系統100可在輸入端子處接收輸入電壓且在輸出端子處供應輸出電壓。電壓供應系統100可進一步包括用於接收啟用信號之啟用端子，及用於接收指示如何將輸入電壓轉換成輸出電壓的參考電壓(Vref)或指示參考電壓之信號的參考端子。特定言之，儘管輸入電壓可為相對固定的，但輸出電壓可基於參考電壓。
在一些應用中，可利用圖1之電壓供應系統100以在諸如無線器件之攜帶型電子器件中提供功率放大器(PA)供應電壓。儘管在此類內容脈絡中描述各種實例，但將理解，本發明之一或多個特徵亦可用於其他應用中。
理想上，PA供應電壓應在(例如)自大致10V(伏特)低至1V的20dB窗上遵循平均輸出功率。在給定約3.8V之標稱電池電壓(Vbatt)的情況下，可利用(如由升壓轉換器所執行的)升壓功能來產生大於Vbatt的供應電壓，且可利用(如由降壓轉換器所執行的)降壓功能來產生小於Vbatt的供應電壓。
在一些PA應用中，重要效能參數係高輸出功率下(例如，約9.5V之供應電壓下)的系統電流耗用。因此，升壓效率為一重要設計考慮因素。降壓升壓轉換器架構通常使升壓效率降低約3至5個點，且在一些PA應用中被視為不可接受的。
本文中所描述的係與多模式功率管理有關的器件及方法，其中升壓轉換器可經組態且被用於高功率範圍，旁路電路可經組態且被用於中等功率範圍，而充電浦(例如，其包括輸出Vbatt/2)可經組態且被用於低功率範圍。如本文中所描述，此多模式功率管理系統可以系統之材料清單(BOM)中較少的組件(例如，相較於用於低功率範圍之降壓式轉換器中之一電感器之一電容器)在實質上整個動態範圍提供可接受效能。
圖2說明實例降壓升壓轉換器200之電路圖。如通常所理解的，開關211至214之經控制(例如，藉由控制器201)操作可引起與電感器221及電容器231相關聯之能量的積累及轉移。此等操作可在輸出節點處產生大於或小於在輸入節點處接收之輸入電壓(Vbatt)的輸出電壓(Vcc)。舉例而言，Vbatt可處於2.5V至4.8V的範圍內，且Vcc可處於1.2V至11V的範圍內。
在圖2之降壓升壓轉換器200中，第一開關211係耦接於輸入節點與電感器211之間，且可用以提供輸出電壓小於輸入電壓的降壓功能性。然而，第一開關211可引入損失，該損失轉而降低輸出電壓大於輸入電壓之升壓功能性的效能。
圖3說明實例最佳化升壓轉換器300之電路圖。開關311至312之經控制(例如，藉由控制器301)操作可引起與電感器321及電容器331相關聯之能量的積累及轉移。此等操作可在輸出節點處產生大於在輸入節點處接收之輸入電壓(Vbatt)的輸出電壓(Vcc)。舉例而言，Vbatt可處於2.5V至4.8V之範圍內，且Vout可約為10V。在最佳化升壓轉換器300中，可實施自輸出至控制器301之反饋，以將輸出電壓調節於所要之值處。
因此，不同於圖2之降壓升壓轉換器200，圖3之最佳化升壓轉換器300並不包括經耦接於電感器321與輸入節點之間的開關。然而，圖 3之最佳化升壓轉換器300通常並不支援小於輸入電壓的輸出電壓。
圖3之最佳化升壓轉換器300可經控制(例如，藉由控制器301)以提供旁路功能性。儘管開關311至312之操作可引起與電感器321及電容器331相關聯之能量的積累及轉移以提供升壓功能性，但斷開第一開關311及閉合第二開關312可提供輸出電壓(Vcc)大致等於輸入電壓(Vbatt)的旁路功能性。
圖4說明用於多模式功率管理之電壓供應系統400的方塊圖。電壓供應系統在輸入節點處接收輸入電壓(Vbatt)，且在輸出節點供應輸出電壓(Vcc)。電壓供應系統400包括供應器件402(例如，晶粒或模組)，該供應器件402具有用以產生大於輸入電壓之輸出電壓的升壓電路404、用以傳遞輸入電壓作為輸出電壓的旁路電路406，及用以產生小於輸入電壓之輸出電壓的充電浦電路408。
電壓供應系統400進一步包括一或多個被動器件410(例如，電容器及/或電感器)，其可促進與供應器件400相關聯之各種功能性。在一些實施例中，被動器件可位於供應器件外部且電連接至該供應器件。作為一實例，升壓電路404、被動器件410之電感器，及被動器件410之電容器可形成升壓轉換器，諸如圖3之最佳化升壓轉換器300。作為另一實例，充電浦電路408及被動器件410之一或多個電容器可形成一充電浦。
在一些實施中，升壓電路404及旁路電路406包括至少一些相同組件。特定言之，如下文進一步描述，升壓電路及旁路電路可均包括相同的兩個開關，其可經組態以提供升壓功能性或旁路功能性。
在圖4之實例中(且遍及本發明)，輸入電壓被指示為由電池提供(Vbatt)。然而，將理解，本發明之一或多個特徵亦可實施於輸入係來自除電池之外的電源的系統中。
圖5說明包括升壓轉換器及充電浦之電壓供應系統500。電壓供 應系統包括供應器件502(例如，晶粒或模組)、用以接收輸入電壓(Vbatt)之輸入節點591，及用以供應輸出電壓(Vcc)之輸出節點592。輸入節點經由分路輸入電壓之變化的第一電容器531耦接至接地電壓。輸出節點592經由分路輸出電壓之變化且實施升壓轉換器之電容器的第二電容器532耦接至接地電壓。
供應器件502包括經由電感器521耦接至輸入電壓之兩個切換節點593a至593b。電感器521實施升壓轉換器之電感器。供應器件502包括經由第三電容器532耦接在一起之兩個充電浦節點594a至594b，第三電容器532實施充電浦之電容器。
供應器件502包括升壓轉換器電路504，其係可控制以產生大於(升壓功能性)或等於(旁路功能性)輸入電壓之輸出電壓。可將輸出電壓作為供應電壓提供至(例如)高電壓(HV)功率放大器(PA)。此HV PA可包括(例如)HV平均功率追蹤(APT)PA。電壓供應系統500可包括升壓轉換器，其包括升壓轉換器電路504、電感器521及第二電容器532。
供應器件502進一步包括充電浦電路508，其係可控制以產生小於輸入電壓之輸出電壓。充電浦電路508可經組態以產生低電壓(LV)輸出，其被展示為經由旁路電路510提供至輸出節點592。
在一些實施例中，充電浦電路508可與第三電容器533(例如，飛行電容(flying capacitance))一起操作以產生所要輸出，該所要輸出可(例如)為輸入電壓的兩倍或輸入電壓的一半。可被用作該充電浦之實例充電浦描述於2015年2月15日申請的標題為「交錯式雙輸出充電浦(INTERLEAVED DUAL OUTPUT CHARGE PUMP)」之美國臨時申請案第62/116,457號及2015年9月22日申請的標題為「交錯式雙輸出充電浦(INTERLEAVED DUAL OUTPUT CHARGE PUMP)」之美國申請案第14/861,058號中，該等申請案中之每一者的揭示內容特此明確地以 全文引用之方式併入本文中。
圖6說明包括複數個開關611至613之電壓供應系統600。電壓供應系統600包括供應器件602(例如，晶粒或模組)，其包括用以接收輸入電壓(Vbatt)之輸入節點691及用以供應輸出電壓(Vcc)之輸出節點692。輸入節點691經由分路輸入電壓之變化的第一電容器531耦接至接地電壓。輸出節點692經由分路輸出電壓之變化且實施升壓轉換器之電容器的第二電容器632耦接至接地電壓。
供應器件602包括兩個切換節點693a至693b，其經由電感器621耦接至輸入電壓。電感器621實施升壓轉換器之電感器。升壓轉換器進一步包括駐留於供應器件602上之升壓轉換器電路604，該升壓轉換器電路604包括：耦接於第一切換節點693a與接地電壓之間的第一開關611；及耦接於第二切換節點693b與輸出節點692之間的第二開關612。
第一開關611及第二開關612係可控制(例如，藉由控制器601)以用於與電感器621及電容器632相關聯之能量的積累及轉移，以在輸出節點692處產生大於輸入節點691處之輸入電壓的輸出電壓。因此，控制器601可經組態以定期操作開關611至612，以升壓輸入電壓而在輸出節點692處產生輸出電壓。
第一開關611及第二開關612亦係可控制(例如，藉由控制器601)以藉由斷開第一開關611且閉合第二開關612使得輸出節點692處之輸出電壓大致等於輸入節點691處的輸入電壓而提供旁路功能性。因此，控制器601可經組態以操作開關611至612，以將輸入電壓作為輸出電壓傳遞至輸出節點。
在一些實施中，供應器件602包括與升壓轉換器電路604分隔開的旁路電路(圖中未示)，以將輸入電壓作為輸出電壓傳遞至輸出節點。舉例而言，在一些實施中，第一開關611及第二開關612可經實施 以便以較高開關損失為代價而迅速改變狀態(在執行升壓功能性的同時)。因此，供應器件602可包括一旁路電路，該旁路電路包括並不同樣迅速地改變狀態，但是相比第二開關612具有較小開關損失的較慢開關(經串聯耦接於輸入節點691與輸出節點692之間)。
供應器件602包括經由第三電容器632耦接在一起之兩個充電浦節點694a至694b，第三電容器632實施充電浦之電容器。供應器件602包括充電浦電路608，其係可控制(例如，藉由控制器601)以產生小於輸入電壓之一輸出電壓。在一些實施例中，充電浦電路608可與第三電容器633(例如，飛行電容)一起操作以產生所要輸出，該所要輸出可(例如)為輸入電壓的兩倍或輸入電壓的一半。可經由包括可被控制器601控制之第三開關613的旁路電路610將充電浦電路608的輸出提供至輸出節點692。
供應器件602可包括用於接收一或多個控制信號的一或多個控制節點695。控制節點695可經耦接至控制器601，該控制器可接收且處理控制信號。因此，電壓供應系統600包括一升壓轉換器，該升壓轉換器係可控制(例如，藉由控制器601)以在輸入節點691處接收輸入電壓，且在輸出電壓大於(升壓功能性)或等於(旁路功能性)輸入電壓時產生輸出電壓。升壓轉換器可包括駐留於供應器件602上的升壓控制電路604及位於供應器件602外部的一或多個被動器件(例如，電感器621及第二電容器632)。電壓供應系統600包括一充電浦，該充電浦係可控制(例如，藉由控制器601)以在輸入節點691處接收輸入電壓，且在輸出電壓小於輸入電壓時產生輸出電壓。充電浦可包括駐留於供應器件602上的充電浦電路608及位於供應器件602外部的一或多個被動器件(例如，第三電容器633)。電壓供應系統600包括一控制器601，該控制器經組態以接收控制信號(例如，經由控制節點695)，且基於控制信號來控制升壓轉換器或充電浦以在輸出節點692處產生輸出電壓。
在一些實施中，控制信號指示一操作模式。控制信號可以若干方式指示一操作模式。在一些實施中，控制信號直接指示複數個模式中之一者。在一些實施中，控制信號指示對應於複數個模式中之一者的目標輸出功率。在一些實施中，控制信號指示對應於複數個模式中之一者的目標供應電壓。
回應於指示第一模式(例如，低電壓模式、降壓模式，或電壓減小模式)之控制信號，控制器601經組態以控制充電浦(例如，充電浦電路608或充電浦電路608之一或多個開關)產生小於輸入電壓的輸出電壓。在一些實施中，控制器601經組態以控制充電浦產生大致為輸入電壓一半的輸出電壓。在一些實施中，當控制信號指示第一模式時，控制器601經組態以控制充電浦旁路電路610將(來自充電浦輸出之)輸出電壓傳遞至輸出節點692。舉例而言，控制器601可經組態以回應於指示第一模式之控制信號而閉合第三開關613。
回應於指示第二模式(例如，中等電壓模式、旁路模式，或電壓相等模式)之控制信號，控制器601經組態以控制升壓轉換器產生等於輸入電壓之輸出電壓。在一些實施中，控制器601經組態以操作升壓轉換器之一或多個開關，以將輸入電壓作為輸出電壓傳遞至輸出節點692。舉例而言，控制器601可經組態以斷開第一開關611且閉合第二開關612，以將輸入電壓作為輸出電壓傳遞至輸出節點692。
如上所述，在一些實施中，供應器件602包括與升壓轉換器電路604分隔開的旁路電路(圖中未示)。因此，在一些實施中，回應於指示第二模式之控制信號，控制器601經組態以控制旁路電路將輸入電壓作為輸出電壓傳遞至輸出節點692。
回應於指示第三模式(例如，高電壓模式、升壓模式，或電壓增大模式)之控制信號，控制器經組態以控制升壓轉換器產生大於輸入電壓之輸出電壓。除指示第三模式之外，控制信號可進一步指示目標 輸出電壓。控制器601可控制升壓轉換器升壓輸入電壓，以產生目標輸出電壓。在一些實施中，控制器601經組態以定期操作升壓轉換器之一或多個開關，以升壓輸入電壓而在輸出節點692處產生輸出電壓。舉例而言，控制器601可經組態以定期斷開且閉合第一開關611及第二開關612，以升壓輸入電壓而在輸出節點692處產生輸出電壓。
如上所述，升壓轉換器可包括電感器621及一或多個開關(例如，耦接於電感器621與接地電壓之間的第一開關611，及耦接於電感器621與輸出節點692之間的第二開關612)。在一些實施中(不同於圖2之轉換器200)，升壓轉換器並不包括耦接於電感器621與輸入節點691之間的開關。特定言之，電壓供應系統600不包括耦接於電感器621與輸入節點691之間的開關。
充電浦可包括一或多個電容器(例如，第三電容器633)。充電浦可進一步包括一或多個開關(例如，充電浦電路608之開關)。然而，在一些實施中，充電浦不包括電感器。
表1說明回應於指示一模式之控制信號的第一開關611(S1)、第二開關612(S2)，及第三開關613(S3)之狀態表。特定言之，回應於指示第一模式(例如，低電壓模式)之控制信號，第一開關611及第二開關612關斷(例如，斷開)，且第三開關613接通(例如，閉合)。回應於指示第二模式(例如，中等電壓模式)之控制信號，第一開關611及第三開關613關斷，且第二開關612接通。回應於指示第三模式(例如，高電壓模式)之控制信號，第三開關613關斷，且第一開關611及第二開關612在經切換模式中操作。
圖7說明供應電壓對接收該供應電壓之功率放大器之輸出功率的曲線圖。指示為732之曲線為可被用以產生PA輸出功率範圍之一實例理想供應電壓量變曲線。指示為731之曲線為可獲自電壓供應系統(例如，圖6之電壓供應系統600)之多個輸出電壓的一實例。出於描述目的，將假定輸入電壓實質上等於電池電壓3.8V。
當需要低功率PA輸出(例如，低於第一臨限值741之目標輸出功率)且控制信號指示第一模式時，可藉由利用充電浦之電壓供應系統600產生低電壓輸出(例如，Vbatt/21.9V)。當需要中等功率PA輸出(例如，介於第一臨限值741與第二臨限值742之間的目標輸出功率)，且控制信號指示第二模式時，可藉由利用升壓轉換器作為旁路電路之電壓供應系統600(或藉由利用單獨的旁路電路)產生中等電壓輸出(例如，Vbatt)。當需要高功率PA輸出(例如，高於第二臨限值742之目標輸出電壓)且控制信號指示第三模式時，可藉由利用升壓轉換器之電壓供應系統600產生高電壓輸出。
圖8說明隨PA功率而變之電池電流量變曲線801至803的曲線圖且進一步說明DG09量變曲線811。DG09量變曲線811指示在特定PA功率下使用之可能性。因此，典型電池使用為藉由DG09量變曲線加權且相對於PA功率積分之所汲取電流的函數。
第一電池電流量變曲線801說明升壓/旁路組合(例如，使用圖3之轉換器300)，電流量變曲線802說明升壓/充電浦(除以2)組合(例如，使用圖6之電壓供應系統600)，且電流量變曲線803說明升壓/降壓組合(例如，使用圖2之轉換器200)。在28dBm條件之顯著額定功率條件下，吾人可見如本文中所描述之升壓/充電浦(除以2)組合造成約20mA之電流節省，同時將DG09降低僅僅約1.7mA。
電流量變曲線802說明升壓/充電浦組合的效能超過高PA功率下的升壓/降壓組合(歸因於沒有源於耦接於輸入節點與電感器之間的開關 的切換損失)。電流量變曲線802說明升壓/充電浦組合的效能超過較低PA功率下的升壓/旁路組合(歸因於使用充電浦降低輸入電壓)。
圖9說明操作電壓供應系統之方法的流程圖表示。在一些實施中(且如下文詳述為一實例)，方法900至少部分藉由控制器執行，諸如圖6之控制器601。在一些實施中，方法900至少部分藉由處理邏輯執行，包括硬體、韌體、軟體或其一組合。在一些實施中，方法900至少部分藉由處理器執行，該處理器執行儲存於非暫時性電腦可讀媒體(例如，記憶體)中之程式碼。
方法900開始於區塊910處，其中控制器接收指示電壓供應系統之一或多個模式之控制信號。取決於決策區塊922(第一模式？)、924(第二模式？)、或926(第三模式？)之結果，可以恰當方式組態電壓供應系統。若控制信號指示第一模式，則在區塊932中，控制器可控制充電浦產生小於輸入電壓之輸出電壓。控制器可進一步控制充電浦旁路電路將輸出電壓耦接至輸出模式。若控制信號指示第二模式，則在區塊934中，控制器可控制旁路電路將輸入電壓作為輸出電壓傳遞至輸出節點。若控制信號指示第三模式，則在區塊936中，控制器可控制升壓轉換器產生大於輸入電壓之輸出電壓。在一些實施中，旁路電路為升壓控制器之部分。在一些實施中，控制信號指示目標輸出電壓，且控制控制升壓轉換器產生目標輸出電壓。
在區塊940處，控制器940可控制電壓供應系統將輸出電壓供應至功率放大器。
圖10展示：在一些實施例中，具有如本文中所描述之一或多個特徵的一些或所有電壓供應系統(例如，圖2至圖6之組態)可實施於一模組中。此模組可為(例如)前端模組(FEM)。在圖10之實例中，模組1000可包括封裝基板1002，且若干組件可安裝於此封裝基板上。舉例而言，可將FE-PMIC(前端功率管理積體電路)組件1004、功率放大器 組合件1006、匹配組件1008，及雙工器組合件1010安裝及/或實施於封裝基板1002上及/或內。亦可將諸如若干SMT器件1014(諸如圖4之被動器件410及/或圖5及圖6之電感器及/或電容器)及天線開關模組(ASM)1012的其他組件安裝於封裝基板1002上。儘管所有各種組件被描繪為被佈置於封裝基板1002上，但應理解，一些組件可實施於其他組件上方。在一些實施例中，具有如本文中所描述之一或多個特徵的電壓供應系統1007可實施為FE-PMIC組件1004的一部分。
在一些實施中，具有本文中所描述之一或多個特徵的器件及/或電路可包括於諸如無線器件之RF器件中。可在無線器件中、在如本文中所描述之模組形式中或在其某一組合中直接實施此器件及/或電路。在一些實施例中，此無線器件可包括(例如)蜂巢式電話、智慧型電話、具有或不具有電話功能性之手持型無線器件、無線平板電腦等。
圖11描繪具有本文中所描述之一或多個有利特徵的實例無線器件1100。在具有如本文中所描述之一或多個特徵的模組之內容脈絡中，此模組可大體上由虛線框1000描繪，且可實施為(例如)前端模組(FEM)。
參考圖11，功率放大器(PA)1120可自可以已知方式組態且操作以產生待放大及傳輸之RF信號且處理所接收信號的收發器1110接收其各別RF信號。收發器1110被展示為與基頻子系統1108互動，該基頻子系統經組態以提供適於使用者之資料及/或語音信號與適於收發器1110之RF信號之間的轉換。收發器1110亦可與經組態以管理用於無線器件400之操作之功率的功率管理組件1106通信。此功率管理亦可控制基頻子系統1108及模組1000之操作。
基頻子系統1108被展示為連接至使用者介面1102，以促進提供至使用者及自使用者接收的語音及/或資料之各種輸入及輸出。基頻子 系統1108亦可連接至經組態以儲存資料及/或指令之記憶體1104，以促進無線器件之操作，及/或提供用於使用者之資訊的儲存。
在實例無線器件1100中，PA 1120之輸出被展示為經匹配(經由各別匹配電路1112)且經路由至其各別雙工器1122。此等經放大及濾波之信號可經由天線開關1114路由至天線1116以供傳輸。在一些實施例中，雙工器1122可允許使用共同天線(例如，1116)同時執行傳輸及接收操作。在圖11中，所接收信號被展示為經路由至可包括(例如)低雜訊放大器(LNA)之「Rx」路徑(圖中未示)。
在一些實施例中，如本文中所描述之電壓供應系統1007可實施為模組1000的一部分。
若干其他無線器件組態可利用本文中所描述之一或多個特徵。舉例而言，無線器件無需為多頻帶器件。在另一實例中，無線器件可包括諸如分集天線之額外天線，及諸如Wi-Fi、藍芽及GPS之額外連接性特徵。
除非上下文另外明確要求，否則貫穿說明書及申請專利範圍，詞「包含」及其類似者應以包括性意義解釋，而非排他性或窮盡性意義；換言之，具有「包括(但不限於)」之意義。如本文通常所使用之詞「耦接」是指可直接連接，或藉助於一或多個中間元件連接之兩個或兩個以上元件。此外，當用於本申請案中時，詞「本文中」、「上文」、「下文」及類似意義之詞應指本申請案整體而非本申請案之任何特定部分。若上下文准許，上述實施方式中使用單數或複數數目之詞亦可分別包括複數或單數數目。涉及兩個或兩個以上項目的清單之詞「或」，該詞涵蓋其所有以下解釋：清單中之項目中之任一者、清單中之所有項目及清單中之項目之任何組合。
本發明之實施例之上述實施方式並不意欲為窮盡的或將本發明限制於上文所揭示之確切形式。熟習相關技術者將認識到，雖然上文 出於說明之目的描述本發明之特定實施例及實例，但在本發明之範疇內各種等效修改係有可能的。舉例而言，雖然以給定次序呈現程序或區塊，但替代實施例可以不同次序執行具有步驟之常式，或使用具有區塊之系統，且可刪除、移動、添加、再分、組合及/或修改一些程序或區塊。可以多種不同方式實施此等程序或區塊中之每一者。此外，儘管有時程序或區塊被展示為連續執行，但此等程序或區塊可替代地並行執行，或可在不同時間執行。
本文所提供之本發明之教示可應用於其他系統，不一定是上文所描述之系統。可組合上文所描述之各種實施例的元件及動作以提供其他實施例。
儘管已描述本發明之一些實施例，但此等實施例僅藉助於實例呈現，且並不意欲限制本發明之範疇。實際上，本文中所描述之新穎方法及系統可以多種其他形式實施；此外，在不背離本發明精神之情況下，可對本文中所描述之方法及系統的形式進行各種省略、替代及改變。隨附申請專利範圍及其等效物意欲涵蓋此類處於本發明之範疇及精神內之形式或修改。
600‧‧‧電壓供應系統
601‧‧‧控制器
602‧‧‧供應器件
604‧‧‧升壓轉換器電路
608‧‧‧充電浦電路
610‧‧‧旁路電路
611‧‧‧第一開關
612‧‧‧第二開關
613‧‧‧第三開關
621‧‧‧電感器
632‧‧‧電容器
633‧‧‧第三電容器
691‧‧‧輸入節點
692‧‧‧輸出節點
693a‧‧‧第一切換節點
693b‧‧‧第二切換節點
694a‧‧‧充電浦節點
694b‧‧‧充電浦節點

Claims (20)

  1. 一種電壓供應系統，其包含：一升壓轉換器，其係可控制以在一輸入節點處接收一輸入電壓，且在一輸出電壓大於或等於該輸入電壓時產生該輸出電壓；一充電浦，其係可控制以在該輸入節點處接收該輸入電壓，且在該輸出電壓小於該輸入電壓時產生該輸出電壓；及一控制器，其經組態以接收一控制信號，且基於該控制信號來控制該升壓轉換器或該充電浦以在一輸出節點處產生該輸出電壓。
  2. 如請求項1之電壓供應系統，其中回應於指示一第一模式之該控制信號，該控制器經組態以控制該充電浦以產生小於該輸入電壓之該輸出電壓。
  3. 如請求項2之電壓供應系統，其中回應於指示該第一模式之該控制信號，該控制器經組態以控制該充電浦產生約為該輸入電壓一半的該輸出電壓。
  4. 如請求項2之電壓供應系統，其中回應於指示該第一模式之該控制信號，該控制器經組態以控制一充電浦旁路電路將該輸出電壓傳遞至該輸出節點。
  5. 如請求項1之電壓供應系統，其中回應於指示一第二模式之該控制信號，該控制器經組態以控制該升壓轉換器產生等於該輸入電壓之該輸出電壓。
  6. 如請求項5之電壓供應系統，其中回應於指示該第二模式之該控制信號，該控制器經組態以操作該升壓轉換器的一或多個開關，以將該輸入電壓作為該輸出電壓傳遞至該輸出節點。
  7. 如請求項1之電壓供應系統，其中回應於指示一第三模式之該控制信號，該控制器經組態以控制該升壓轉換器產生大於該輸入電壓之該輸出電壓。
  8. 如請求項7之電壓供應系統，其中回應於指示該第三模式之該控制信號，該控制器經組態以定期操作該升壓轉換器的一或多個開關，以升壓該輸入電壓而在該輸出節點處產生該輸出電壓。
  9. 如請求項1之電壓供應系統，其中該升壓轉換器包括一電感器及一或多個開關。
  10. 如請求項9之電壓供應系統，其中該一或多個開關包括經耦接於該電感器與一接地電壓之間之一第一開關，及經耦接於該電感器與該輸出節點之間之一第二開關。
  11. 如請求項9之電壓供應系統，其中該升壓轉換器不包括經耦接於該電感器與該輸入節點之間之一開關。
  12. 如請求項10之電壓供應系統，其中回應於指示一第二模式之該控制信號，該控制器經組態以斷開該第一開關且閉合該第二開關，以將該輸入電壓作為該輸出電壓傳遞至該輸出節點。
  13. 如請求項10之電壓供應系統，其中回應於指示一第三模式之該控制信號，該控制器經組態以定期斷開且閉合該第一開關及該第二開關，以升壓該輸入電壓而在該輸出節點處產生該輸出電壓。
  14. 如請求項1之電壓供應系統，其中該充電浦包括一或多個電容器。
  15. 如請求項14之電壓供應系統，其中該充電浦不包括一電感器。
  16. 如請求項1之電壓供應系統，其中該輸入電壓實質上等於一電池電壓。
  17. 一種射頻(RF)模組，其包含： 一封裝基板，其經組態以接收複數個組件；及一電壓供應系統，其係實施於該封裝基板上，該電壓供應系統包括：一升壓轉換器，其係可控制以在一輸入節點處接收一輸入電壓，且在一輸出電壓大於或等於該輸入電壓時產生該輸出電壓；一充電浦；其係可控制以在該輸入節點處接收該輸入電壓，且在該輸出電壓小於該輸入電壓時產生該輸出電壓；及一控制器，其經組態以基於一所接收控制信號來控制該升壓轉換器或該充電浦以在一輸出節點處產生該輸出電壓。
  18. 如請求項17之RF模組，其中該RF模組為一前端模組(FEM)。
  19. 如請求項17之RF模組，其中該電壓供應系統包括一供應器件及位於該供應器件外部且經電連接至該供應器件的一或多個被動器件。
  20. 一種無線器件，其包含：一收發器，其經組態以產生一射頻(RF)信號；一前端模組(FEM)，其與該收發器通信，該FEM包括經組態以接收複數個組件之一封裝基板及經實施於該封裝基板上且經組態以放大該RF信號之一功率放大系統，該功率放大系統包括一電壓供應系統，該電壓供應系統包括：一升壓轉換器，其係可控制以在一輸入節點處接收一輸入電壓，且在一輸出電壓大於或等於該輸入電壓時產生該輸出電壓；一充電浦，其係可控制以在該輸入節點處接收該輸入電壓，且在該輸出電壓小於該輸入電壓時產生該輸出電壓；及一控制器，其經組態以基於一所接收控制信號來控制該升壓轉換器或該充電浦以在一輸出節點處產生該輸出電壓；及一天線，其與該FEM通信，該天線經組態以傳輸該經放大RF信號。
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