电源开关电路及其操作方法

技术领域

以下描述涉及一种电源开关电路及其操作方法。

背景技术

随着无线通信标准的发展，在单个装置(例如，智能电话)中使用诸如2G、Wi-Fi、蓝牙、3G、4G和5G的多个通信标准。当在一个装置中使用多个通信标准时，针对每个通信标准使用输出发送信号的功率放大器。也就是说，为了输出符合多个通信标准的信号，会需要与多个通信标准相对应的多个功率放大器。

功率放大器通过从外部接收电力来进行操作，并且通常使用向单个功率放大器供应电力的单独的电源集成电路(IC)。例如，使用四个电源IC来操作四个功率放大器。当使用多个通信标准中的一个通信标准时，不可同时使用另外的通信标准。例如，当使用4G通信标准时，不可使用3G通信标准。因此，对应于未使用的通信标准的电源IC需要有效地用于另外的通信标准。

发明内容

提供本发明内容以按照简化的形式介绍所选择的构思，并在以下具体实施方式中进一步描述这些构思。本发明内容既不意在明确所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不意在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。

在一个总体方面，一种电源开关电路包括：第一开关，被配置为对向功率放大器的电源端子供应第一电源电压进行切换；控制电压生成器，被配置为通过电荷泵操作生成第一控制电压，并且通过将所述第一电源电压与第一电压进行比较来控制所述电荷泵操作，所述第一电压是所述电源端子的电压；以及开关控制器，被配置为使用所述第一控制电压生成用于控制所述第一开关的开关驱动信号。

所述电源开关电路还可包括第二开关，所述第二开关被配置为对向所述电源端子供应第二电源电压进行切换。所述控制电压生成器可被配置为通过另一电荷泵操作生成第二控制电压，并且通过将所述第二电源电压与所述第一电压进行比较来控制所述另一电荷泵操作，并且所述开关控制器可被配置为使用所述第二控制电压生成用于控制所述第二开关的第二开关驱动信号。

所述控制电压生成器可包括：比较器，被配置为将所述第一电源电压与所述第一电压进行比较；振荡器，被配置为根据所述第一开关的使能信号和所述比较器的输出，生成波形信号；以及电荷泵，被配置为接收所述第一电源电压和第二电压，并且通过利用所述波形信号进行操作来生成所述第一控制电压。

所述电源开关电路还可包括计数器，所述计数器被配置为对所述波形信号的时钟数量进行计数，并且在所述时钟数量满足参考数量时向所述比较器输出另一使能信号。所述比较器可被配置为在从所述计数器输出所述另一使能信号时确定所述第一电源电压与所述第一电压之间的差是否在设定范围内。

所述振荡器可被配置为当所述比较器确定所述第一电源电压与所述第一电压之间的差在所述设定范围内时停止生成所述波形信号。

所述控制电压生成器还可包括与非门，所述与非门被配置为接收所述第一开关的所述使能信号和所述比较器的输出，并且所述振荡器可基于所述与非门的输出信号而被激活或禁用。

所述第一控制电压可对应于所述第一电源电压和所述第二电压之和。

所述开关控制器可包括缓冲电路，所述缓冲电路被配置为接收所述第一控制电压并生成具有所述第一控制电压的所述开关驱动信号。

所述第一电源电压可根据输入到所述功率放大器的射频(RF)信号的包络而波动。

在另一总体方面，一种电源开关电路的操作方法，所述电源开关电路通过选择第一电源电压和第二电源电压中的一个电源电压来向功率放大器的电源端子供应所述一个电源电压，所述操作方法包括：根据第一开关的使能信号来生成第一波形信号，所述第一开关对向所述电源端子供应所述第一电源电压进行切换；通过利用所述第一波形信号执行电荷泵操作来生成第一控制电压；将所述第一电源电压与第一电压进行比较，所述第一电压是所述电源端子的电压；根据所述将所述第一电源电压与第一电压进行比较的结果，停止生成所述第一波形信号；以及使用所述第一控制电压生成用于控制所述第一开关的第一开关驱动信号。

所述操作方法还可包括对所述第一波形信号的时钟数量进行计数，并且所述将所述第一电源电压与第一电压进行比较可包括在所述时钟数量满足参考数量时将所述第一电源电压与所述第一电压进行比较。

所述停止生成所述第一波形信号可包括：当所述第一电源电压与所述第一电压之间的差在设定范围内时，停止生成所述第一波形信号。

所述操作方法还可包括：根据第二开关的使能信号来生成第二波形信号，所述第二开关对向所述电源端子供应所述第二电源电压进行切换；通过利用所述第二波形信号执行另一电荷泵操作来生成第二控制电压；将所述第二电源电压与所述第一电压进行比较；根据所述第二电源电压和所述第一电压之间的比较的结果，停止生成所述第二波形信号；以及使用所述第二控制电压生成用于控制所述第二开关的第二开关驱动信号。

所述第一控制电压可高于所述第一电源电压，并且所述第二控制电压可高于所述第二电源电压。

所述第一电源电压和所述第二电源电压可根据输入到所述功率放大器的射频(RF)信号的包络而波动。

根据以下具体实施方式和附图，其他特征和方面将是易于理解的。

附图说明

图1是根据示例的传输系统的框图。

图2示出了根据示例的电源开关电路和功率放大器之间的连接关系。

图3示出了图2的电源开关电路的内部配置。

图4示出了根据示例的逻辑表。

图5示出了根据示例的控制电压生成器。

图6A示出了根据示例的第一控制电压生成器的内部配置。

图6B示出了根据示例的第二控制电压生成器的内部配置。

图7示出了关于图6A的第一控制电压生成器的操作时序图。

图8示出了根据示例的开关电路的内部配置和开关控制器的内部配置。

图9示出了根据示例的逻辑电路。

图10示出了图9的逻辑电路的输入-输出逻辑表。

在整个附图和具体实施方式中，相同的附图标记表示相同的要素。附图可不按比例绘制，并且为了清楚、说明和方便，可夸大附图中的要素的相对尺寸、比例和描绘。

具体实施方式

提供以下具体实施方式以帮助读者获得对在此描述的方法、设备和/或系统的全面理解。然而，在此描述的方法、设备和/或系统的各种改变、变型及等同方案对于本领域普通技术人员将是易于理解的。在此描述的操作的顺序仅仅是示例，并且不限于在此阐述的顺序，而是除了必须按照特定顺序发生的操作之外，可做出对于本领域普通技术人员将易于理解的改变。此外，为了提高清楚性和简洁性，可省略对于本领域普通技术人员会是普遍已知的功能和结构的描述。

在此描述的特征可以以不同的形式实施，并且将不被解释为局限于在此描述的示例。更确切地说，已经提供在此描述的示例，使得本公开将是全面和完整的，并且将向本领域普通技术人员完全传达本公开的范围。

在此，注意的是，关于示例或实施例的术语“可”的使用(例如，关于示例或实施例可包括或实现什么)意味着存在包括或实现这样的特征的至少一个示例或实施例，并且全部示例和实施例不限于此。

在整个说明书中，当诸如层、区域或基板的要素被描述为“在”另一要素“上”、“连接到”另一要素或“结合到”另一要素时，该要素可直接“在”另一要素“上”、直接“连接到”另一要素或直接“结合到”另一要素，或者可存在介于它们之间的一个或更多个其他要素。相比之下，当要素被描述为“直接在”另一要素“上”、“直接连接到”另一要素或“直接结合到”另一要素时，不存在介于它们之间的其他要素。

如在此使用的，术语“和/或”包括相关所列项中的任何一项或者任何两项或更多项的任何组合。

尽管可在此使用诸如“第一”、“第二”和“第三”的术语来描述各种构件、组件、区域、层或部分，但是这些构件、组件、区域、层或部分将不受这些术语限制。更确切地说，这些术语仅用来将一个构件、组件、区域、层或部分与另一构件、组件、区域、层或部分区分开。因此，在不脱离示例的教导的情况下，在此描述的示例中所称的第一构件、第一组件、第一区域、第一层或第一部分也可被称为第二构件、第二组件、第二区域、第二层或第二部分。

为了易于描述，在此可使用诸如“上方”、“上面”、“下方”和“下面”的空间相对术语来描述如附图中示出的一个要素与另一要素的关系。这样的空间相对术语意在除了包含附图中描绘的方位之外还包含装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的装置被翻转，则描述为相对于另一要素位于“上方”或“上面”的要素将相对于另一要素位于“下方”或“下面”。因此，术语“上方”根据装置的空间方位包括“上方”和“下方”两种方位。装置还可以以其他方式被定位(例如，旋转90度或者处于其他方位)，并且将相应地解释在此使用的空间相对术语。

在此使用的术语仅用于描述各种示例且不用于限制本公开。除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式也意在包括复数形式。术语“包括”、“包含”和“具有”列举存在所陈述的特征、数量、操作、构件、要素和/或它们的组合，但不排除存在或添加一个或更多个其他特征、数量、操作、构件、要素和/或它们的组合。

由于制造技术和/或公差，可发生附图中所示的形状的变化。因此，在此描述的示例不限于附图中所示的具体形状，而是包括制造期间发生的形状的改变。

在此描述的示例的特征可按照在理解本申请的公开内容之后将易于理解的各种方式进行组合。此外，尽管在此描述的示例具有各种配置，但是在理解本申请的公开内容之后将易于理解的其他配置是可行的。

在整个描述中，RF信号可具有根据以下协议的形式：无线保真(Wi-Fi)(电气与电子工程师协会(IEEE)802.11族等)、全球微波接入互操作性(WiMAX)(IEEE 802.16族等)、IEEE 802.20、LTE(长期演进)、EV-DO(evolution-data only，CDMA2000 1x的一种演进技术)、高速分组接入(HSPA)、高速下行链路分组接入(HSDPA)、高速上行链路分组接入(HSUPA)、增强数据速率全球演进(EDGE)、全球移动通信系统(GSM)、全球定位系统(GPS)、通用分组无线业务(GPRS)、码分多址(CDMA)、时分多址(TDMA)、数字增强型无绳电信(DECT)、蓝牙、3G协议、4G协议、5G协议以及此后指定的任何其他无线协议和有线协议，但不限于此。

图1是根据示例的传输系统1000的框图。

如图1所示，传输系统1000可包括第一电源电路100a和第二电源电路100b、第一电源开关电路200a和第二电源开关电路200b以及第一功率放大器300a、第二功率放大器300b、第三功率放大器300c和第四功率放大器300d。图1示出了传输系统1000由四个功率放大器形成，并且两个电源开关电路连接到所述四个功率放大器，但是配置不限于此，并且功率放大器的数量和电源开关电路的数量能够改变。

第一电源电路100a生成并输出第一电源电压VCC1。第一电源电压VCC1可施加到第一功率放大器300a、第二功率放大器300b或第三功率放大器300c的电源端子。为了支持平均功率跟踪模式(APT模式)，第一电源电压VCC1的值可根据输入到第一功率放大器300a、第二功率放大器300b或第三功率放大器300c的信号的包络而变化。

第二电源电路100b生成并输出第二电源电压VCC2。第二电源电压VCC2可施加到第二功率放大器300b、第三功率放大器300c或第四功率放大器300d的电源端子。为了支持APT模式，第二电源电压VCC2的值可根据输入到第二功率放大器300b、第三功率放大器300c或第四功率放大器300d的信号的包络而变化。

第一电源电路100a和第二电源电路100b中的每个可被实现为电源管理集成电路(PMIC)。

第一电源开关电路200a可从第一电源电路100a接收第一电源电压VCC1，并且可从第二电源电路100b接收第二电源电压VCC2。第一电源开关电路200a可选择输入的第一电源电压VCC1和第二电源电压VCC2中的一个，并将选择的一个电源电压输出到第二功率放大器300b的电源端子。例如，当第一功率放大器300a不操作时，第一电源开关电路200a可选择第一电源电压VCC1，并将第一电源电压VCC1输出到第二功率放大器300b的电源端子。另外，当第四功率放大器300d不操作时，第一电源开关电路200a可选择第二电源电压VCC2，并将第二电源电压VCC2输出到第二功率放大器300b的电源端子。

第二电源开关电路200b从第一电源电路100a接收第一电源电压VCC1，并从第二电源电路100b接收第二电源电压VCC2。第二电源开关电路200b可选择输入的第一电源电压VCC1和第二电源电压VCC2中的一个，并将选择的一个电源电压输出到第三功率放大器300c的电源端子。例如，当第一功率放大器300a不操作时，第二电源开关电路200b可选择第一电源电压VCC1并将第一电源电压VCC1输出到第三功率放大器300c的电源端子。另外，当第四功率放大器300d不操作时，第二电源开关电路200b可选择第二电源电压VCC2，并将第二电源电压VCC2输出到第三功率放大器300c的电源端子。

第一功率放大器300a通过从第一电源电路100a接收第一电源电压VCC1来操作，放大输入射频(RF)信号，并且输出放大的信号。第一功率放大器300a的输入RF信号可以是用于第一通信标准的RF信号。

第二功率放大器300b通过接收由第一电源开关电路200a选择的电源电压(即，第一电源电压VCC1或第二电源电压VCC2)来操作，放大输入RF信号，并且输出放大的信号。第二功率放大器300b的输入RF信号可以是用于第二通信标准的RF信号。

第三功率放大器300c通过接收由第二电源开关电路200b选择的电源电压(即，第一电源电压VCC1或第二电源电压VCC2)来操作，放大输入RF信号，并且输出放大的信号。第三功率放大器300c的输入RF信号可以是用于第三通信标准的RF信号。

第四功率放大器300d通过从第二电源电路100b接收第二电源电压VCC2来操作，放大输入RF信号，并且输出放大的信号。第四功率放大器300d的输入RF信号可以是用于第四通信标准的RF信号。

第一通信标准至第四通信标准可彼此不同，并且可以是2G通信标准、WiFi通信标准、蓝牙通信标准、3G通信标准、4G通信标准和5G通信标准中的任意一个。第一通信标准至第四通信标准可以是在5G通信标准之中限定不同频带的通信标准。

根据该配置，通过利用电源开关电路来共用电源电压，能够减少电源电路的数量。通常，当存在四个功率放大器时，使用四个电源电路，但是在图1中，能够通过使用电源开关电路将电源电路的数量减少到两个。在下文中，将描述电源开关电路(诸如，第一电源开关电路200a和第二电源开关电路200b)的详细配置和操作方法。

图2示出了根据示例的电源开关电路200与功率放大器300之间的连接关系。

电源开关电路200接收第一电源电压VCC1和第二电源电压VCC2，并且选择第一电源电压VCC1和第二电源电压VCC2中的一个并将其输出到功率放大器(PA)300的电源端子T_VCC。电源开关电路200可以是图1的第一电源开关电路200a或第二电源开关电路200b。

在图1和图2中，电源开关电路200接收两个电源电压，但是电源开关电路200可接收超过两个的电源电压。在这种情况下，电源开关电路200可选择超过两个的电源电压中的一个电源电压。

功率放大器300包括输入端子RF

图2的电源开关电路200和功率放大器300可组合以实现单个功率放大器模块。

图3示出了图2的电源开关电路200的内部配置。

如图3所示，电源开关电路200可包括开关电路210、开关控制器220和控制电压生成器230。

开关电路210可包括第一开关SW1和第二开关SW2。第一开关SW1可对向功率放大器300的电源端子T_VCC供应第一电源电压VCC1进行切换，第二开关SW2可对向功率放大器300的电源端子T_VCC供应第二电源电压VCC2进行切换。第一开关SW1可连接在第一电源电路100a与功率放大器300的电源端子T_VCC之间，并且第二开关SW2可连接在第二电源电路100b与功率放大器300的电源端子T_VCC之间。在图3中，电源端子T_VCC的电压被表示为V

开关控制器220可从外部接收位信号(数字信号)，并且可响应于输入的位信号生成用于对开关电路210进行切换的开关驱动信号V

当第一开关驱动信号V

当第一开关驱动信号V

图4示出了根据示例的逻辑表。

在图4中，bit1和bit2表示输入到开关控制器220的外部位信号。如图4所示，当外部位信号为00和11时，第一开关驱动信号V

如图3所示，控制电压生成器230从第一电源电路100a接收第一电源电压VCC1，并且从第二电源电路100b接收第二电源电压VCC2。另外，控制电压生成器230接收第一过电压ΔV

图5示出了根据示例的控制电压生成器230。

如图5所示，控制电压生成器230可包括第一控制电压生成器230a和第二控制电压生成器230b。

第一控制电压生成器230a接收第一电源电压VCC1、第一过电压ΔV

第二控制电压生成器230b接收第二电源电压VCC2、第二过电压ΔV

图6A示出了根据示例的第一控制电压生成器230a的内部配置，并且图6B示出了根据示例的第二控制电压生成器230b的内部配置。

如图6A所示，第一控制电压生成器230a可包括振荡器231a、电荷泵232a、计数器233a和比较器234a。

当输入第一开关SW1的使能信号SW1_Enable时，振荡器231a被激活，并且可生成方波。由振荡器231a生成的方波可以是时钟信号。也就是说，当输入第一开关SW1的导通信号时，振荡器231a可被激活以生成方波。这里，第一开关SW1的使能信号SW1_Enable可以是位1，位1是用于控制第一开关SW1的位信号。在图6A中，振荡器231a的输出信号表示为“OSC_OUT”。另一方面，如下所述，振荡器231a可响应于比较器234a的输出而被禁用且停止生成方波。

电荷泵232a接收振荡器231a的输出信号OSC_OUT，并且接收第一电源电压VCC1和第一过电压ΔV

这里，第一控制电压V

式1

V

如式1所示，第一控制电压V

第一控制电压V

计数器233a接收振荡器231a的输出信号OSC_OUT并执行计数。也就是说，当振荡器231a输出方波时，计数器233a输出方波被计时的次数。在计数器233a内设定预定参考数量。计数器233a在所计数的时钟数量变为预定参考数量时输出使能信号。另外，计数器233a输出禁用信号，直到所计数的时钟数量达到预定参考数量为止。这里，预定参考数量是由设计者预设的数量，并且可与电荷泵232a能够充分生成第一控制电压V

比较器234a接收计数器233a的输出信号作为输入并执行操作。当从计数器233a输出使能信号时，比较器234a被激活以执行比较操作。另外，当从计数器233a输出禁用信号时，比较器234a被禁用，并且不执行比较操作。将待比较的第一电源电压VCC1和电源端子电压V

第一控制电压生成器230a还可包括与非门235a。与非门235a接收第一开关SW1的使能信号SW1_Enable和比较器234a的输出信号。与非门235a的输出信号被输出到振荡器231a，并且振荡器231a与与非门235a的输出信号对应地被激活。当与非门235a的输出信号是高电平信号时，振荡器231a被激活。当与非门235a的输出信号是低电平信号时，振荡器231a被禁用。仅当两个输入信号(即，第一开关SW1的使能信号SW1_Enable和比较器234a的输出信号)都是高电平信号时，与非门235a输出低电平信号。如上所述，当两个电压VCC1和V

图7示出了关于图6A的第一控制电压生成器230a的操作时序图。

在时刻t1，第一开关SW1的使能信号SW1_Enable从低电平信号改变为高电平信号。因此，振荡器231a被激活并生成方波。由振荡器231a生成的方波(例如，时钟信号)被输入到电荷泵232a和计数器233a。此时，电荷泵232a执行泵送操作，计数器233a执行计数操作。电荷泵232a生成通过泵送操作提升的第一控制电压V

在时刻t2，计数器233a输出使能信号。也就是说，计数器233a在计数的时钟数量变为预定参考数量时输出使能信号。在该情况下，由于计数器233a的使能信号被输入到比较器234a，所以比较器234a被激活以执行比较操作。此外，在时刻t1与时刻t2之间，电源端子电压V

另外，电荷泵232a从时刻t1开始持续进行泵送操作，并且在时刻t2停止泵送操作。由于电荷泵232a在时刻t2之前已经执行了足够的泵送操作，所以第一控制电压V

如图6B所示，根据示例的第二控制电压生成器230b可包括振荡器231b、电荷泵232b、计数器233b和比较器234b。此外，第二控制电压生成器230b还可包括与非门235b。

参照图6A和图6B，除了以下部分之外，第二控制电压生成器230b的内部配置与第一控制电压生成器230a的内部配置基本相同，并且将省略其详细描述。当输入第二开关SW2的使能信号SW2_Enable时，振荡器231b生成方波。电荷泵232b接收第二电源电压VCC2和第二过电压ΔV

第二控制电压V

式2

V

如式2所示，第二控制电压V

作为示例，如上所述的针对方波的相关描述也可适用于能够实现以上操作的其他类型的波形信号。

图8示出了根据示例的开关电路210的内部配置和开关控制器220的内部配置。

如图8所示，开关控制器220可包括逻辑电路221和缓冲电路222。

逻辑电路221接收外部位信号bit1和bit2，并且响应于位信号bit1和bit2生成并输出逻辑信号V

图9示出了根据示例的逻辑电路221。

如图9所示，逻辑电路221可包括第一与非门910、第二与非门920和第三与非门930。

第一与非门910接收第一位信号bit1和第二位信号bit2。第二与非门920接收第一位信号bit1和第一与非门910的输出，并输出第一逻辑信号V

图10示出了图9的逻辑电路221的输入-输出逻辑表。

如图10所示，逻辑电路221可响应于两个位信号而生成并输出四种状态。当第一逻辑信号V

缓冲电路222可从逻辑电路221接收第一逻辑信号V

如图8所示，在开关电路210中，第一开关SW1和第二开关SW2可分别被实现为晶体管211和212。作为示例，晶体管211可被实现为N型场效应晶体管(FET)。

晶体管211的第一端子(例如，漏极端子)连接到第一电源电路100a以接收(被供应)第一电源电压VCC1作为输入，并且晶体管211的第二端子(例如，源极端子)连接到电源端子T_VCC。晶体管211的控制端子(例如，栅极端子)从缓冲电路222接收第一开关驱动信号V

当晶体管211是N型晶体管时，缓冲电路222可输出第一控制电压V

虽然本公开包括具体示例，但对于本领域普通技术人员将易于理解的是，在不脱离权利要求及其等同方案的精神及范围的情况下，可在这些示例中作出形式和细节上的各种改变。在此描述的示例将仅被理解为描述性意义，而非出于限制的目的。在每个示例中的特征或方面的描述将被认为可适用于其他示例中的类似的特征或方面。如果以不同的顺序执行描述的技术，和/或如果以不同的方式组合描述的系统、架构、装置或电路中的组件和/或通过其他组件或它们的等同组件替换或补充描述的系统、架构、装置或电路中的组件，则可获得合适的结果。因此，本公开的范围不由具体实施方式限定，而是由权利要求及其等同方案限定，并且在权利要求及其等同方案的范围内的全部变型将被解释为包括在本公开中。