МНОГОКАСКАДНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ ДОГЕРТИ И ПЕРЕДАТЧИК
MULTI-STAGE DOHERTY POWER AMPLIFIER AND TRANSMITTER

Область техники, к которой относится изобретение
Варианты осуществления настоящего раскрытия относятся, в общем, к области связи и, в частности, к многокаскадному усилителю мощности Догерти и передатчику.
Уровень техники
В базовых станциях сотовой связи системы мобильной связи 4-го поколения (4G) и выше для повышения КПД использования спектра используется усовершенствованная схема цифровой модуляции. Радиочастотный (РЧ) сигнал имеет большое отношение пикового уровня мощности сигнала к среднему (PAPR), которое усиливается в усилителе мощности (УМ). Поэтому мгновенная мощность передачи будет сильно изменяться по амплитуде. Таким образом, традиционный РЧ УМ имеет недостаток, связанный с довольно низким средним коэффициентом полезного действия (КПД) при сигнале возбуждения с высоким PAPR.
Одним из способов повышения КПД РЧ УМ состоит в том, чтобы использовать усилитель мощности Догерти (УМ Догерти). Классический УМ Догерти, или обычный УМ Догерти в настоящем раскрытии, используется для повышения КПД для сигнала с высоким PAPR, который создает вторую пиковую точку КПД на 6 дБ, лежащую далеко от пиковой выходной мощности при потерях. Однако при постоянно растущем PAPR основными проблемами для УМ Догерти являются ограниченная область Догерти для поддержания высокого КПД при PAPR более 6 дБ.
В этом разделе представлены аспекты, которые могут способствовать лучшему пониманию раскрытия. Соответственно, утверждения этого раздела следует интерпретировать с этой точки зрения и не следует понимать как подтверждение того, что находится в предшествующем уровне техники, а что отсутствует в предшествующем уровне техники.
Раскрытие сущности изобретения
Авторы изобретения обнаружили, что концепция Догерти была увеличена до многокаскадных (то есть, где имеется более двух каскадов) вариантов. Это позволяет поддерживать высокий КПД во всем более широком диапазоне уровней выходной мощности для различных распределений амплитуды. Между тем, для конкретного распределения амплитуды и конкретного уровня мощности можно увеличить средний КПД.
Однако были выявлены две проблемы, связанные с многокаскадными УМ Догерти: проблема низкого КПД, если используются усилители (транзисторы) с ограниченным коэффициентом усиления, и проблема низкой линейности. Низкий КПД вызван чрезмерным рассеянием мощности возбуждения, чтобы гарантировать высокую линейность в предоконечном каскаде, что необходимо в случае, если используются традиционные реализации многокаскадных УМ Догерти. Эта проблема особенно заметна в случае, если усилители мощности в УМ Догерти имеют низкий коэффициент усиления. Плохая линейность вызвана тем фактом, что в традиционном многокаскадном УМ Догерти некоторые из усилителей (все, кроме усилителей мощности двух верхних каскадов) должны входить в насыщение в определенных точках перехода и оставаться в насыщенном состоянии выше этих точек перехода.
Чтобы решить по меньшей мере часть вышеупомянутых проблем, в настоящем раскрытии представлены многокаскадный УМ Догерти и передатчик. Понятно, что варианты осуществления настоящего раскрытия не ограничены системой передатчика "многоканальный вход - многоканальный выход" (MIMO), но могут более широко использоваться в любом сценарии применения, где существуют подобные проблемы.
Различные варианты осуществления настоящего раскрытия направлены, главным образом, на выполнение многокаскадного УМ Догерти и передатчик, например, в системе передатчика MIMO. Передатчик может быть, например, терминальным устройством или сетевым устройством. Другие признаки и преимущества вариантов осуществления настоящего раскрытия будут также понятны из последующего описания конкретных вариантов осуществления после прочтения вместе с сопроводительными чертежами, которые иллюстрируют, посредством примера, принципы вариантов осуществления настоящего раскрытия.
В общем, для преодоления проблем, указанных в приведенном выше описании, в вариантах осуществления настоящего раскрытия представлена концепция вложенного многокаскадного УМ Догерти.
В первом аспекте предусмотрен многокаскадный усилитель мощности Догерти. Многокаскадный усилитель мощности Догерти включает в себя: обобщенный усилитель несущей частоты, который является вложенным двухканальным инвертирующим дополнительным усилителем Догерти, и обобщенный пиковый усилитель, соединенный с обобщенным усилителем несущей частоты, который является вложенным одноканальным оконечным дополнительным усилителем или вложенным двухканальным обычным дополнительным усилителем Догерти, обобщенный усилитель несущей частоты и обобщенный пиковый усилитель размещаются в виде обобщенного двухканального инвертирующего усилителя мощности Догерти.
В одном варианте осуществления обобщенный усилитель несущей частоты включает в себя дополнительный усилитель несущей частоты и первый дополнительный пиковый усилитель, соединенный с дополнительным усилителем несущей частоты, дополнительный усилитель несущей частоты имеет первое полупроводниковое средство, и первый дополнительный пиковый усилитель имеет второе полупроводниковое средство с оконечной согласованной нагрузкой для гармонического сигнала, и КПД усилителя первого дополнительного пикового усилителя выше, чем у дополнительного пикового усилителя.
В одном варианте осуществления обобщенный пиковый усилитель включает в себя второй дополнительный пиковый усилитель, при этом второй дополнительный пиковый усилитель имеет первое полупроводниковое средство.
В реализации данного варианта осуществления значения напряжения смещения дополнительного пикового усилителя и второго дополнительного пикового усилителя являются положительными, и значение напряжения смещения первого дополнительного пикового усилителя является отрицательным.
В реализации данного варианта осуществления отношения мощности среди дополнительного пикового усилителя, первого дополнительного пикового усилителя и второго дополнительного пикового усилителя определяется в соответствии с функцией распределения мощности (PDF) применяемого сигнала с высоким отношением пикового уровня мощности сигнала к среднему (PAPR).
В реализации данного варианта осуществления первое полупроводниковое средство представляет собой транзистор, выполненный по технологии металло-оксидного полупроводника с поверхностной диффузией (LDMOS), и второе полупроводниковое средство представляет собой транзистор с высокой подвижностью электронов на основе нитрида галлия (GaN) (HEMT GaN).
В реализации данного варианта осуществления коэффициент усиления по мощности первого дополнительного пикового усилителя больше, чем у дополнительного пикового усилителя для расширения коэффициента усиления по мощности, при этом коэффициент усиления по мощности дополнительного пикового усилителя уменьшается до заданного уровня уменьшения, и коэффициент усиления по мощности первого пикового усилителя не сжимается.
В реализации данного варианта осуществления характеристика расширения коэффициента усиления по мощности является обратной характеристикой по отношению к предоконечному усилителю, подсоединенному к многокаскадному усилителю мощности Догерти последовательно или каскадно для того, чтобы выполнить предыскажение в предоконечном усилителе.
В другом варианте осуществления обобщенный пиковый усилитель содержит многочисленные дополнительные пиковые усилители, дополнительный пиковый усилитель последнего каскада имеет первое полупроводниковое средство, дополнительные пиковые усилители других каскадов, за исключением дополнительного пикового усилителя последнего каскада, имеют второе полупроводниковое средство, и КПД усилителя дополнительных пиковых усилителей других каскадов, за исключением дополнительного пикового усилителя последнего каскада, выше, чем у дополнительного пикового усилителя последнего каскада.
В реализации данного варианта осуществления значения напряжения смещения дополнительного пикового усилителя и дополнительного пикового усилителя последнего каскада являются положительными, и значения напряжения смещения первого дополнительного пикового усилителя и дополнительных пиковых усилителей других каскадов, за исключением дополнительного пикового усилителя последнего каскада, являются отрицательными.
В реализации данного варианта осуществления отношения мощности среди дополнительного пикового усилителя, первого дополнительного пикового усилителя и многочисленных дополнительных пиковых усилителей, определяется в соответствии с функцией распределения мощности (PDF) применяемого сигнала с высоким отношением пикового уровня мощности сигнала к среднему (PAPR).
В реализации данного варианта осуществления первое полупроводниковое средство представляет собой LDMOS-транзистор-транзистор, и второе полупроводниковое средство представляет собой HEMT-транзистор на основе GaN.
В реализации данного варианта осуществления коэффициент усиления по мощности дополнительных пиковых усилителей других каскадов, за исключением дополнительного пикового усилителя последнего каскада, выше, чем у первого дополнительного пикового усилителя для расширения коэффициента усиления по мощности, коэффициент усиления по мощности дополнительного пикового усилителя каждого каскада дополнительных пиковых усилителей других каскадов, за исключением дополнительного пикового усилителя последнего каскада, выше, чем у его дополнительного пикового усилителя предыдущего каскада для расширения коэффициента усиления по мощности, коэффициент усиления по мощности дополнительного пикового усилителя сжимается до заданного уровня сжатия, и коэффициенты усиления по мощности дополнительных пиковых усилителей других каскадов, за исключением дополнительного пикового усилителя последнего каскада, не сжимаются.
В реализации данного варианта осуществления характеристика расширения коэффициента усиления по мощности является обратно пропорциональной к характеристике предоконечного усилителя, подсоединенного к многокаскадному усилителю мощности Догерти последовательно или каскадно для того, чтобы выполнить предыскажение в предоконечном усилителе.
В реализации данного варианта осуществления обобщенный пиковый усилитель содержит 3 дополнительных пиковых усилителя для формирования 4-х каскадного усилителя мощности Догерти.
Во втором аспекте предусмотрен передатчик. Передатчик включает в себя процессор сигналов, выполненный с возможностью выполнения обработки сигналов над основополосными входными сигналами многочисленных каналов; и многокаскадный усилитель мощности Догерти, как описано в первом аспекте.
В третьем аспекте предусмотрено устройство, включающее в себя процессор, память и передатчик, при этом память содержит программу, включающую в себя инструкции, исполняемые процессором, и передатчик, такой как описан во втором аспекте.
В одном варианте осуществления устройство является терминальным устройством.
В другом варианте осуществления устройство является сетевым устройством.
Согласно различным вариантам осуществления настоящего раскрытия применяется функция распределения вероятности (PDF) мощности сигнала, ориентированная на экономически эффективную разработку многокаскадного УМ Догерти, и ячейки с двухканальными обычными и инвертирующими УМ Догерти используются в качестве базовых элементов для построения многокаскадного УМ Догерти с эффектом расширения коэффициента усиления.
Согласно различным вариантам осуществления настоящего раскрытия диапазон потерь выходной мощности УМ Догерти разбит на сегменты для различных схем. В то же время различные транзисторы, основанные на полупроводниковых процессах используются одновременно для различных сегментированных диапазонов потерь выходной мощности. Они разделены и предназначены для удовлетворения различных требований к мощности, КПД и стоимости.
Согласно различным вариантам осуществления настоящего раскрытия эффект расширения коэффициента усиления используется для компенсации нелинейности предоконечного усилителя. Поэтому будет повышен общий КПД линейки усилителей.
Краткое описание чертежей
Вышеупомянутые и другие аспекты, особенности и преимущества различных вариантов осуществления раскрытия станут более очевидными, например, из следующего подробного описания со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых одинаковые ссылочные позиции или буквы используются для обозначения аналогичных или эквивалентных элементов. Чертежи проиллюстрированы для облегчения и лучшего понимания вариантов осуществления раскрытия и не обязательно выполнены в масштабе. На чертежах:
фиг.1 – схема соты сети беспроводной связи;
фиг.2 – блок-схема многокаскадного УМ Догерти настоящего раскрытия;
фиг.3 – блок-схема 3-х каскадного УМ Догерти настоящего раскрытия;
фиг.4 – блок-схема четырехкаскадного УМ Догерти настоящего раскрытия;
фиг.5 – обобщенный 3-х каскадный УМ Догерти для "поэтапной" обработки сегментированных рабочих диапазонов УМ Догерти согласно настоящему раскрытию;
фиг.6 – обобщенный 4-х каскадный УМ Догерти для "поэтапной" обработки сегментированных рабочих диапазонов УМ Догерти согласно настоящему раскрытию;
фиг.7 – блок-схема последовательности операций, показывающая, как использовать анализ PDF для получения параметров проектирования УМ Догерти согласно настоящему раскрытию;
фиг.8 – иллюстрация "поэтапного" разделения рабочего диапазона УМ Догерти согласно настоящему раскрытию;
фиг.9 - иллюстрация схемы смещения на входе согласно настоящему раскрытию по сравнению с решениями, основанными только на LDMOS и GaN;
фиг.10 – иллюстрация аналоговой схемы предыскажения согласно настоящему раскрытию;
фиг.11 – блок-схема конфигураций линейки УМ для существующих решений (a) и линейка УМ с предыскажением согласно настоящему раскрытию (b) с более высоким КПД предоконечного каскада и линейки УМ;
фиг.12 – схематичное представление технической реализации настоящего раскрытия в виде 4-х каскадного УМ Догерти;
фиг.13 – иллюстрация зависимости тока питания от выходной мощности согласно настоящему раскрытию;
фиг.14 – иллюстрация зависимостей PAE и коэффициента усиления от выходной мощности и наблюдение эффекта расширения коэффициента усиления согласно настоящему раскрытию;
фиг.15 – иллюстрация наблюдения эффекта расширения коэффициента усиления в зависимости мощности выходного РЧ сигнала от мощности входного РЧ сигнала согласно настоящему раскрытию;
фиг.16 – схема передатчика согласно настоящему раскрытию;
фиг.17 – упрощенная блок-схема устройства в соответствии с вариантом осуществления настоящего раскрытия.
Осуществление изобретения
Настоящее раскрытие будет теперь описано со ссылкой на несколько примерных вариантов осуществления. Следует понимать, что эти варианты осуществления обсуждаются только с целью предоставления специалистам в данной области техники возможности лучше понять и, таким образом, реализовать настоящее раскрытие, а не предлагать какие-либо ограничения объема настоящего раскрытия.
Используемый в данном документе термин "сеть беспроводной связи" относится к сети, соответствующей любым подходящим стандартам связи, таким как LTE-Advanced (LTE-A), LTE, широкополосный множественный доступ с кодовым разделением каналов (WCDMA), высокоскоростной пакетный доступ (HSPA) и т.д. Кроме того, обмен данными между терминальным устройством и сетевым устройством в сети беспроводной связи может осуществляться согласно любым протоколам связи соответствующего поколения, включая, но не ограничиваясь этим, протоколы связи первого поколения (1G), второго поколения (2G), 2,5G, 2,75G, третьего поколения (3G), четвертого поколения (4G), 4,5G, будущие протоколы связи пятого поколения (5G) и/или любые другие протоколы, известные в настоящее время или которые будут разработаны в будущем.
Термин "сетевое устройство" относится к устройству, действующему в сети беспроводной связи, через которую терминальное устройство получает доступ к сети и принимает из нее услуги. Сетевое устройство относится к базовой станции (BS), точке доступа (AP), серверу, контроллеру или любому другому подходящему устройству в сети беспроводной связи. BS может быть, например, узлом B (NodeB или NB), развитым NodeB (eNodeB или eNB), gNode B (gNB), ретранслятором, узлом малой мощности, например, фемто, пико и т.д.
Еще одни примеры сетевого устройства включают в себя радиотехническое оборудование для многостандартного радио (MSR), такое как BS, базовые приемопередающие станции (BTS), пункты передачи, узлы передачи MSR и т.п. Однако в более общем случае сетевое устройство может представлять собой любое подходящее устройство (или группу устройств), способное, сконфигурированное, размещенное и/или выполненное с возможностью обеспечения и/или предоставления терминальному устройству доступа к сети беспроводной связи или передачи некоторой услуги в оконечное устройство, которое получило доступ к сети беспроводной связи.
Термин "терминальное устройство" относится к любому оконечному устройству, которое может осуществлять доступ к сети беспроводной связи и получать из нее услуги. В качестве примера, а не ограничения, терминальное устройство относится к мобильному терминалу, пользовательскому оборудованию (UE) или другому подходящему устройству. UE может быть, например, абонентской станцией (SS), портативной абонентской станцией, мобильной станцией (MS) или терминалом доступа (AT). Терминальное устройство может включать в себя, помимо всего прочего, портативные компьютеры, терминальные устройства захвата изображений, такие как цифровые камеры, игровые терминальные устройства, устройства для хранения и воспроизведения музыки, мобильный телефон, сотовый телефон, смартфон, планшетный компьютер, носимое устройство, персональный цифровой помощник (PDA), транспортное средство и т.п.
Терминальное устройство может поддерживать связь между устройствами (D2D), например, путем реализации стандарта 3GPP для обеспечения связи по боковой линии связи, и в этом случае может называться устройством связи D2D.
В качестве еще одного конкретного примера в сценарии Интернета вещей (IoT) терминальное устройство может представлять собой машину или другое устройство, которое выполняет мониторинг и/или измерения и передает результаты такого мониторинга и/или измерений в другое терминальное устройство и/или сетевое оборудование. В этом случае терминальным устройством может быть устройство межмашинного взаимодействия (M2M), которое в контексте 3GPP может упоминаться как устройство связи машинного типа (MTC).
В качестве одного конкретного примера, терминальным устройством может быть UE, реализующее стандарт узкополосного Интернета вещей (NB-IoT). Конкретными примерами таких машин или устройств являются датчики, измерительные устройства, такие как измерители мощности, промышленное оборудование или домашние или персональные электроприборы, например, холодильники, телевизоры, персональные носимые вычислительные устройства, такие как часы и т.д. В других сценариях терминальное устройство может представлять собой транспортное средство или другое оборудование, которое способно осуществлять контроль и/или предоставлять отчеты о своем рабочем состоянии или о других функциях, связанных с его работой.
Используемые в данном описании термины "первый" и "второй" относятся к различным элементам. Существительные в форме единственного числа могут также иметь форму множественного числа, если контекст явно не указывает на иное. Используемые в данном документе термины "содержит", "содержащий", "имеет", "имеющий", "включает в себя" и/или "включающий в себя" точно определяют наличие заявленных признаков, элементов и/или компонентов и т.п., но не исключают наличие или добавление одного или более других признаков, элементов, компонентов и/или их комбинаций. Термин "на основе" следует понимать как "основанный по меньшей мере частично на". Термины "один вариант осуществления" и "вариант осуществления" следует рассматривать как "по меньшей мере один вариант осуществления". Термин "другой вариант осуществления" следует рассматривать как "по меньшей мере один другой вариант осуществления". Другие определения, явные и неявные, могут быть включены ниже.
Теперь некоторые примерные варианты осуществления настоящего раскрытия будут описаны ниже со ссылкой на чертежи. Сначала делается ссылка на фиг.1, на которой показано схематичное представление сети 100 беспроводной связи. На ней показано сетевое устройство 101 и терминальное устройство 102 в сети 100 беспроводной связи. В примере, показанном на фиг.1, сетевое устройство 101 обслуживает терминальное устройство 102.
Следует понимать, что конфигурация, показанная на фиг.1, описана просто с целью иллюстрации, без какого-либо ограничения объема настоящего раскрытия. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что сеть 100 беспроводной связи может включать в себя любое подходящее количество терминальных устройств и/или сетевых устройств и может иметь другие подходящие конфигурации.
Для удобства описания в следующих вариантах осуществления в качестве примера используется система MIMO, но вариант осуществления не ограничивается ей, и любые системы, относящиеся к многоканальному усилителю мощности, такие как спутниковая система и т.д., полностью осуществимы в настоящем раскрытии.
Для решения по меньшей мере одной из проблем, описанных в разделе "Сущность изобретения", то есть проблемы низкого КПД и проблемы плохой линейности, предложено настоящее раскрытие. Варианты осуществления настоящего раскрытия должны быть описаны ниже со ссылкой на сопроводительные чертежи и конкретные реализации.
Первый аспект вариантов осуществления
В данном варианте осуществления предусмотрен многокаскадный усилитель мощности Догерти. Многокаскадный усилитель мощности Догерти реализован в передатчике, таком как многоантенный передатчик, расположенный в терминальном устройстве или в сетевом устройстве.
На фиг.2 показана блок-схема многокаскадного усилителя мощности 200 Догерти согласно настоящему раскрытию. Как показано на фиг.2, многокаскадный усилитель мощности 200 Догерти может включать в себя: обобщенный усилитель 201 несущей частоты и обобщенный пиковый усилитель 202. Обобщенный усилитель 201 несущей частоты является вложенным двухканальным инвертирующим дополнительным усилителем Догерти, и обобщенный пиковый усилитель 202 является вложенным одноканальным оконечным дополнительным усилителем или вложенным двухканальным обычным дополнительным усилителем Догерти. В данном варианте осуществления, обобщенный усилитель 201 несущей частоты и обобщенный пиковый усилитель 202 размещаются в виде обобщенного двухканального инвертирующего усилителя мощности Догерти, таким образом, многокаскадный усилитель мощности 200 Догерти имеет топологию обобщенного инвертирующего УМ Догерти. Используя эту схему, можно реализовать интеллектуальную схему смещения, аналоговое предыскажение и поэтапная сегментирование работы УМ Догерти, как описано ниже.
В данном варианте осуществления многокаскадный УМ 200 Догерти включает в себя многочисленные ячейки вложенных дополнительных усилителей для обобщенного усилителя мощности несущей частоты и обобщенного пикового усилителя, соответственно. Поэтому этот УМ представляет собой вложенный УМ Догерти с глобальной конфигурацией инвертирующего УМ Догерти, но с инвертирующим УМ Догерти для дополнительного усилителя несущей частоты и обычного УМ Догерти для пикового дополнительного усилителя, соответственно.
В данном варианте осуществления, многокаскадный УМ Догерти включает в себя единичные усилители в виде двухканальных усилительных ячеек Догерти. Для обобщенного усилителя несущей частоты ячейка Догерти имеет инвертирующую структуру. Для обобщенного пикового усилителя ячейка Догерти имеет обычную структуру Догерти. Глобальной структурой является инвертирующий УМ Догерти.
В данном варианте осуществления многочисленные вложенные дополнительные усилители многокаскадного УМ Догерти имеют различные построения, и они предназначены для специального диапазона потерь выходной мощности, основанного на функции распределения мощности (PDF) сигнала с высоким PAPR. Поэтому технология производства полупроводниковых приборов и метрика проектирования для некоторых дополнительных усилителей являются различными. В данном варианте осуществления центральные ячейки вдоль области Догерти должны быть приоритезированы по КПД, боковые ячейки должны быть приоритезированы по линейности, стоимости или по высокому уровню мощности. Например, боковые ячейки могут быть сформированы с использованием технологий производства полупроводниковых приборов LDMOS, и центральные ячейки могут быть сформированы с использованием технологий производства полупроводниковых приборов HEMT GaN.
В данном варианте осуществления отношение мощностей определяется с помощью PDF, то есть отношение мощностей среди дополнительных усилителей определяется в соответствии с PDF применяемого сигнала с высоким PAPR, так что мощность дополнительных усилителей можно адаптировать к PDF применяемого сигнала с высоким PAPR. Чем выше PDF, тем выше КПД используемого транзистора.
В одной реализации обобщенный усилитель 201 несущей частоты включает в себя дополнительный усилитель несущей частоты и первый дополнительный пиковый усилитель, и обобщенный пиковый усилитель 202 включает в себя по меньшей мере один дополнительный пиковый усилитель.
В этой реализации дополнительный усилитель несущей частоты имеет первое полупроводниковое средство, то есть он разработан с использованием первой технологии производства полупроводниковых приборов, первый дополнительный пиковый усилитель имеет второе полупроводниковое средство, то есть он разработан с использованием второй технологии производства полупроводниковых приборов с оконечной согласованной нагрузкой для гармонического сигнала для повышения КПД, и КПД усилителя первого дополнительного пикового усилителя выше, чем у дополнительного пикового усилителя.
В качестве примера, обобщенный пиковый усилитель 202 включает в себя второй дополнительный пиковый усилитель, второй дополнительный пиковый усилитель имеет первое полупроводниковое средство, то есть он разработан с использованием первой технологии производства полупроводниковых приборов.
В этом примере КПД усилителя центральных ячеек, то есть первого дополнительного пикового усилителя обобщенного усилителя 201 несущей частоты, выше, чем у боковых ячеек, то есть у дополнительного усилителя несущей частоты обобщенного усилителя 201 несущей частоты и второго дополнительного пикового усилителя обобщенного пикового усилителя 202.
На фиг.3 показан трехкаскадный УМ 300 Догерти. Как показано на фиг.3, трехкаскадный УМ 300 Догерти вложен таким образом, чтобы дополнительный усилитель (C) несущей частоты и первый дополнительный пиковый усилитель (P1) образовывали инвертирующий дополнительный усилитель Догерти. Этот инвертирующий дополнительный усилитель Догерти можно использовать в качестве обобщенного усилителя несущей частоты с точки зрения второго пикового усилителя (P2). Обобщенный усилитель несущей частоты и второй пиковый усилитель (P2) образуют другой инвертирующий УМ Догерти, то есть многокаскадный усилитель мощности 200 Догерти. Кроме того, первый дополнительный пиковый усилитель (P1) использует высокоэффективную технологию производства полупроводниковых приборов с оконечной согласованной нагрузкой для гармонического сигнала с целью повышения КПД, такую как HEMT GaN, в то время как дополнительный усилитель (C) несущей частоты и второй пиковый усилитель (P2) используют технологию производства полупроводниковых приборов со средней эффективностью и меньшей стоимостью, такую как LDMOS.
В качестве другого примера, обобщенный пиковый усилитель 202 включает в себя многочисленные дополнительные пиковые усилители, дополнительный пиковый усилитель оконечного каскада имеет первое полупроводниковое средство, то есть он разработан с использованием первой технологии производства полупроводниковых приборов, дополнительный пиковый усилитель другого каскада, за исключением дополнительного пикового усилителя последнего каскада, имеет второе полупроводниковое средство, то есть он разработан с использованием второй технологии производства полупроводниковых приборов, и как описано выше, КПД усилителя дополнительных пиковых усилителей других каскадов, за исключением дополнительного пикового усилителя последнего каскада, выше, чем у дополнительного пикового усилителя последнего каскада.
В этом примере КПД усилителя центральных ячеек, то есть первый дополнительный пиковый усилитель обобщенного усилителя 201 несущей частоты и дополнительный пиковый усилитель другого каскада, за исключением дополнительного пикового усилителя последнего каскада обобщенного пикового усилителя 202, выше, чем у боковых ячеек, то есть дополнительного усилителя несущей частоты обобщенного усилителя 201 несущей частоты и дополнительного пикового усилителя последнего каскада обобщенного пикового усилителя 202.
На фиг.4 показан четырехкаскадный УМ 400 Догерти. Как показано на фиг.4, четырехкаскадный УМ 400 Догерти вложен таким образом, чтобы инвертирующий дополнительный усилитель Догерти, сформированный дополнительным пиковым усилителем (C) и первым дополнительным пиковым усилителем (P1), мог функционировать как обобщенный усилитель 201 несущей частоты, обычный дополнительный усилитель Догерти, сформированный вторым дополнительным пиковым усилителем (P2) и третьим дополнительным пиковым усилителем (P3), мог функционировать как обобщенный пиковый усилитель 202. В общем, УМ 400 Догерти имеет топологию инвертирующего УМ Догерти, сформированную ячейками обобщенных дополнительных усилителей. Более того, центральные ячейки, то есть первый дополнительный пиковый усилитель (P1) и второй дополнительный пиковый усилитель (P2), используют высокоэффективную технологию производства полупроводниковых приборов с оконечной согласованной нагрузкой для гармонического сигнала с целью повышения КПД, такую как HEMT GaN, в то время как боковые ячейки, то есть дополнительный усилитель (C) несущей частоты и третий дополнительный пиковый усилитель (P3), используют технологию производства полупроводниковых приборов со средней эффективностью и меньшей стоимостью, такую как LDMOS.
Используя топологию, показанную на фиг.3-4, в данном варианте осуществления могут быть достигнуты некоторые расширенные функциональные возможности. В частности, в теории точки максимального КПД имеют непостоянное или неравномерное распределение. В данном варианте осуществления точки максимального КПД имеют весовые коэффициенты, заданные PDF применяемого сигнала с высоким PAPR. Они приоритезируются и формируются с вероятностью распределения мощности. Поэтому проектирование УМ является более гибким с возможностью адаптации к различным характеристикам сигнала. Например, на фиг.5 и фиг.6 показана зависимость КПД от потерь выходной мощности 3-х каскадного и 4-х каскадного УМ Догерти согласно вариантам осуществления настоящего раскрытия, соответственно, в сравнении с графиком PDF сигнала с высоким PAPR.
Как показано на фиг.5(a), существующие решения не приоритезируют расчетные параметры усилителя для различных областей работы УМ Догерти, при этом для некоторой области значений вероятности низкой мощности назначенные КПД и мощность являются настолько высокими, насколько является большой область значений вероятности высокой мощности. Как показано на фиг.5(b), в настоящем раскрытии области Догерти разделены на три части, при этом центральная точка максимального КПД использует УМ (P1) с высоким КПД с оконечной согласованной нагрузкой для гармонического сигнала, чтобы приоритезировать КПД. Кроме того, боковые точки максимального КПД находятся только в областях значений вероятности низкой мощности. Поэтому боковые точки максимального КПД можно рассматривать с более низким приоритетом для КПД, что позволяет снизить затраты.
Как показано на фиг.6(a), в существующих решениях в процессе изготовления полупроводниковых приборов и методах проектирования четыре точки максимального КПД рассматриваются или проектируются единообразно, например, все усилители, которым соответствуют четыре точки максимального КПД, изготавливаются из HEMT GaN без учета PDF применяемого сигнала с высоким PAPR, так что использование ресурсов уменьшается, и требуется большее количество каскадов. Как показано на фиг.6(b), в настоящем раскрытии расчетные параметры выбираются дифференцированно, включая выходную мощность, коэффициент усиления, КПД, линейность на различных: низком (L), среднем (M) и высоком (H) уровнях в соответствии с профилем PDF применяемого сигнала с высоким PAPR.
В данном варианте осуществления расчетные параметры для многокаскадного УМ Догерти могут быть получены из PDF применяемого сигнала с высоким PAPR, как показано на фиг.7.
Используя способ, показанный на фиг.7, зависимость КПД от потерь выходной мощности можно разделить на три области и сформировать маску "пошаговой" формы для схемы УМ Догерти. На фиг.8 показано три этапа, то есть каскад 1, компромисс по КПД для коэффициента усиления, и/или мощности и/или линейности; каскад 2, другие компромиссы для КПД; и каскад 3, компромисс по КПД для мощности, которая позволяет приоритезировать различные расчетные параметры УМ Догерти для получения более эффективного использования ресурсов и создания экономически эффективного решения для схемы многокаскадного УМ Догерти.
Как показано на фиг.8, в данном варианте осуществления кривая зависимости КПД от потерь выходной мощности является "пошаговой" при использовании различных технологий методов проектирования и т.д. Соответственно, так как транзисторы с различными особенностями полупроводников используются в соответствии с PDF применяемого сигнала с высоким PAPR, обеспечивается экономически эффективное решение для усилителей высокой мощности.
В данном варианте осуществления, так как боковые ячейки спроектированы с использованием технологии производства полупроводниковых приборов со средним КПД, например, LDMOS, и центральная(ые) ячейка(и) спроектирована(ы) с использованием технологии производства полупроводниковых приборов с высоким КПД, например, HEMT GaN, значения напряжения смещения боковых ячеек являются положительными, и значения напряжения смещения одной или более центральных ячеек являются отрицательными. Таким образом, настоящее раскрытие обеспечивает более разумную схему смещения на входе по сравнению с существующими решениями, основанными на одном технологическом процессе. На фиг.9 показаны схемы смещения на входе (базе/затворе) LDMOS и HEMT GaN в существующих решениях и в настоящем раскрытии (включающем в себя LDMOS и HEMT GaN) на примере четырехкаскадного УМ Догерти, в качестве примера.
В соответствии с компоновкой, показанной на фиг.9, для LDMOS или HEMT GaN, дополнительный усилитель, который включается первым ("несущая частота", показанная на фиг.9) в многокаскадном УМ Догерти не может оказывать влияния и обеспечивает высокий КПД в режиме низкой мощности. Пиковые усилители ("пик 1", "пик 2" и "пик 3", показанные на фиг.9) могут быть полностью отключены путем применения значительного отрицательного смещения на входе. Однако некоторые схемы управления усилителем мощности (PACC) не могут обеспечить оптимальное отрицательное смещение из-за ограничений, что затрудняет смещение последнего пикового усилителя ("пик 3", показанный на фиг.9) многокаскадного УМ Догерти в оптимальном режиме.
Для сравнения настоящее раскрытие упорядочивает полярность смещения на входе чередующимся образом, используя положительное смещение на входе для усилителя несущей частоты ("несущая частота", показанная на фиг.9), средние пиковые усилители ("пик 1", "пик 2" и "пик 3", показанные на фиг.9) смещаются при отрицательных смещениях на входе, и последний пиковый усилитель ("пик 3", показанный на фиг.9) возвращается к положительному значению или достигает нулевого значения в качестве смещения на входе.
Используя эту компоновку, диапазон смещения на входе будет значительно расширен, так как одновременно положительные и отрицательные смещения на входе могут использоваться в одной схеме многокаскадного УМ Догерти. Расширенный диапазон смещения на входе больше не уменьшается монотонно, но стремится к нулю, что требует только ограниченного диапазона напряжения смещения для схемы многокаскадного УМ Догерти и упрощает проектирование для получения надлежащего эффекта модуляции за счет активной нагрузки. Таким образом, уменьшается сложность схемы смещения затвора при использовании единообразной технологию производства полупроводниковых приборов, и многокаскадная схема смещения Догерти может быть реализована более простым способом.
В данном варианте осуществления настоящее раскрытие предусматривает аналоговую схему предыскажения, повышающую напряжение усилителя предоконечного каскада, и выравнивание PAE (добавленный КПД по мощности), то есть расширение коэффициента усиления по мощности. При расширении коэффициента усиления по мощности коэффициент усиления по мощности последнего дополнительного усилителя больше, чем у предыдущего дополнительного усилителя за исключением дополнительного усилителя последнего каскада.
Если взять в качестве примера трехкаскадный УМ Догерти, коэффициент усиления по мощности первого дополнительного пикового усилителя больше, чем у дополнительного пикового усилителя для расширения коэффициента усиления по мощности, коэффициент усиления по мощности дополнительного пикового усилителя сжимается до заданного уровня сжатия, и коэффициент усиления по мощности первого пикового усилителя не сжимается.
Взяв в качестве примера многокаскадный УМ Догерти, который отличается от трехкаскадного, коэффициенты усиления по мощности дополнительных пиковых усилителей других каскадов, за исключением дополнительного пикового усилителя последнего каскада, выше, чем у первого дополнительного пикового усилителя для расширения коэффициента усиления по мощности, коэффициент усиления по мощности дополнительного пикового усилителя каждого каскада из дополнительных пиковых усилителей других каскадов, за исключением дополнительного пикового усилителя последнего каскада, выше, чем у дополнительного пикового усилителя предыдущего каскада для расширения коэффициента усиления по мощности, коэффициент усиления по мощности дополнительного пикового усилителя сжимается до заданного уровня сжатия, и коэффициенты усиления по мощности дополнительных пиковых усилителей других каскадов, за исключением дополнительного пикового усилителя последнего каскада, не сжимаются. Для четырехкаскадного УМ Догерти коэффициент усиления по мощности первого дополнительного пикового усилителя больше, чем у дополнительного усилителя несущей частоты, и коэффициент усиления по мощности второго дополнительного пикового усилителя больше, чем у первого дополнительного пикового усилителя.
В данном варианте осуществления характеристика расширения коэффициента усиления является обратной характеристикой по отношению к предоконечному усилителю, подсоединенному к многокаскадному усилителю мощности Догерти последовательно или каскадно таким образом, чтобы можно было скомпенсировать сжатие коэффициента усиления по мощности предоконечного усилителя, который выполняет предыскажение в предоконечном усилителе.
На фиг.10 показана аналоговая схема предыскажения согласно настоящему раскрытию. Как показано на фиг.10, манипулируя многочисленными каскадами в УМ Догерти, в настоящем раскрытии эффект расширения коэффициента усиления можно получить с использованием различных технологий производства полупроводниковых приборов и параметров проектирования применительно к усилителю оконечного каскада. Как известно, эффект сжатия коэффициента усиления более характерен для УМ. Обратную характеристику сжатия коэффициента усиления можно использовать в последовательном размещении усилителя предоконечного каскада и усилителя оконечного каскада (в настоящем раскрытии многокаскадный УМ Догерти) для коррекции сжатия коэффициента усиления, возникающего в каскаде предоконечного усилителя. В общем, усилитель предоконечного каскада не будет слишком сильно входить в насыщение для того, чтобы можно было получить приемлемую линейность, оставляя при этом запас для проектирования усилителя оконечного каскада в линейной конфигурации цепочки УМ. Основным недостатком существующих решений является то, что КПД предоконечного усилителя будет очень низким, поскольку он находится далеко от области насыщения. Так как вклад в КПД предоконечного усилителя является существенным для конфигурации в виде цепочки, следовательно размещение в существующих решениях усилителя предоконечного каскада будет ограничивать повышение КПД цепочки УМ.
В настоящем раскрытии обеспечивается надлежащий эффект расширения коэффициента усиления в усилителе оконечного каскада, который можно использовать для коррекции эффекта сжатия, возникающего в предоконечном усилителе, как показано на фиг.10. Это позволяет предоконечному усилителю отбирать больше мощности в области слабого сжатия, что поможет значительно повысить КПД предоконечного каскада и цепочки УМ. Как показано на фиг.11, в настоящем раскрытии это можно выполнить с использованием схемы дополнительного усилителя.
На фиг.11 представлен новый способ предыскажения сигналов в цепочке УМ, использующий расширение коэффициента усиления усилителя оконечного каскада (многокаскадный УМ Догерти). Как обсуждалось ранее в настоящем раскрытии, расширение коэффициента усиления многокаскадного УМ Догерти оконечного каскада компенсирует характеристику сжатия коэффициента усиления УМ предоконечного каскада. Эта компенсация приводит к повышению уровня точки сжатия 3 дБ (P3дБ) во всем усилителе с цепочкой УМ. Может быть получен эффект повышения P3дБ на всем протяжении линейного участка.
На фиг.11(a) показана конфигурация цепочки УМ для существующих решений, которая выполнена с использованием линейного усилителя предоконечного каскада и усилителя оконечного каскада. На фиг.11(b) представлена структура, в которой осуществляется расширение коэффициента усиления усилителя оконечного каскада, который предшествует такому усилителю оконечного каскада, который показан на фиг.11(a). Как видно из фиг.11(b), настоящее раскрытие позволяет компенсировать характеристики AM-AM цепочки УМ, которые показаны на фиг.15. По сравнению с существующими решениями характеристика коэффициента усиления предложенной структуры цепочки УМ демонстрирует лучшую линейность благодаря расширение коэффициента усиления, противодействующего сжатию коэффициента усиления усилителя оконечного каскада. По сравнению с существующими решениями отношение мощностей соседних каналов (ACPR) предыскаженной цепочки УМ повышается благодаря компенсации усиления многокаскадным УМ Догерти оконечного каскада. Кроме того, кривые дополнительной кумулятивной функции распределения (CCDF) могут показать, как далеко и как часто сигнал превышает среднюю мощность. Когда уровень мощности выходного сигнала превышает точку сжатия P3дБ, кривая CCDF начинает заваливаться, что показывает частоту, при которой сжимается усиленный сигнал. Результат CCDF предыскаженного усилителя в виде цепочки УМ в меньшей степени ограничен по сравнению с существующими решениями.
Концепция настоящего раскрытия проверена в ходе моделирования с использованием системы автоматизированного проектирования (ADS) от компании Keysight Technologies. В качестве примера проверки, на фиг.12 показана примерная 4-х каскадная схема Догерти.
На фиг.12 обобщенный многокаскадный УМ 1200 Догерти представляет собой двухканальный составной инвертирующий УМ Догерти, включающий в себя два дополнительных усилителя 1201, 1202 Догерти. Первый дополнительный усилитель 1201 Догерти представляет собой двухканальный инвертирующий УМ Догерти, тогда как второй дополнительным усилитель 1202 Догерти представляет собой двухканальный обычный УМ Догерти. Оба усилителя объединены вместе с помощью надлежащей последовательности, которая должна быть включена. Усилитель несущей частоты и усилитель 12021 пика 3 реализованы в процессе LDMOS для обеспечения низкой стоимости транзистора и высокой мощности. Усилители пика 2 и пика 1 реализованы в процессе HEMT GaN для обеспечения высокого КПД при максимальной PDF с конечными согласованными нагрузками для 2-ой и 3-ей гармоник. Имеются три гибридных ответвителя (показанных на фиг.12 как Hybrid 90), используемых для распределения входной мощности по разным каналам. Смещенные линии используются для фазовой синхронизации на входе схемы. На фиг.13 показана последовательность включения путем наблюдения тока питания усилителя каждого дополнительного усилителя.
На фиг.14 показана зависимость добавленного коэффициента полезного действия (КПД) по мощности и коэффициента усиления преобразователя от выходной мощности 4-х каскадного УМ Догерти. Кривая КПД не является больше гладкой, но сформирована в соответствии с гистограммой распределения применяемого сигнала с высоким PAPR. Считается, что распределение вероятности мощности является оптимизированным. Кроме того, можно наблюдать эффект расширения коэффициента усиления, вызванный переходом от усилителя несущей частоты LDMOS к пиковому усилителю 2 HEMT GaN. Это используется для линеаризации предоконечного усилителя, так что каскад предоконечного усилителя может работать в режиме насыщения для обеспечения гораздо более высокого КПД цепочки УМ.
На фиг.15 показан график зависимость РЧ выходной мощности от передаточной функции РЧ входной мощности. С помощью кривой, показанной на фиг.15, станет более понятным созданный эффект расширения коэффициента усиления.
Чтобы сделать преимущества настоящего раскрытия ясными и более понятными, ниже со ссылкой на чертежи описаны как проблемы, свойственные существующим решениям, так и преимущества настоящего раскрытия.
Как показано на фиг.8, традиционные схемы УМ Догерти оптимизированы для постоянного высокого КПД во всем широком диапазоне потерь без избирательности. Эта стратегия может привести к некоторому виду потерь, особенно для предельно низкого диапазона вероятности мощности. Однако настоящее раскрытие приоритезирует и оптимизирует расчетные параметры УМ Догерти в соответствии с PDF применяемого сигнала с высоким PAPR, который позволяет принимать компромиссные решения относительно использования параметров и ресурсов.
Кроме того, в существующих решениях не учитываются характеристики PDF применяемого комплексного сигнала. Традиционно для проектирования УМ Догерти рассматривается только точка отношения пикового уровня мощности сигнала к среднему (PAPR). Поэтому детали PDF сигнала проигнорированы, например, не учитывается асимметрия PDF сигнала. Поэтому расчетные параметры не были оптимальными для PDF сигнала.
Кроме того, в существующих решениях технология производства полупроводниковых приборов являлась одинаковой для всех дополнительных усилителей схемы Догерти из-за игнорирования PDF сигнала. Поэтому стоимость и производительность нельзя было оптимизировать с максимальной выгодой. Однако требуемая технология производства полупроводниковых приборов для PDF приложенного сигнала указана в настоящем раскрытии, и выбор транзисторов может быть более гибким для экономически эффективного решения. Схема УМ Догерти в гибридном режиме может быть реализована на основе PDF-профиля применяемого сигнала.
Кроме того, в существующих решениях, параметр/степень настройки схемы УМ Догерти является весьма ограниченной в связи с тем, что отсутствует место для сегментированной оптимизации для разных диапазонов выходной мощности для схемы УМ Догерти. Однако в настоящем раскрытии схема может быть специфической для диапазона, то есть специфической для различных диапазонов потерь выходной мощности. Могут быть введены различные процессы и параметры, которые еще больше увеличивают количество параметров/степеней настройки для высокопроизводительной схемы УМ Догерти с явной целью: схема УМ, ориентированная на PDF сигналов.
Наконец, при использовании конфигурации в виде цепочки УМ предоконечные усилители, используемые в существующих решениях, должны работать в очень линейной области, избегая большого количества искажений, создаваемых в оконечном каскаде, который сильно ограничивает КПД предоконечного каскада. Для сравнения эффект расширения коэффициента усиления может быть выработан в настоящем раскрытии, который позволяет предоконечному усилителю работать в слегка насыщенной области для того, чтобы получить более высокий КПД предоконечного каскада УМ и, таким образом, повысить КПД цепочки УМ.
Второй аспект вариантов осуществления
В данном варианте осуществления предусмотрен передатчик, и его повторное описание, которое представлено в первом варианте осуществления, будет опущено.
На фиг.16 показана схема передатчика 1600. Как показано на фиг.16, передатчик включает в себя процессор 1601 сигналов, предоконечный усилитель 1602 и многокаскадный усилитель 1603 мощности Догерти.
Когда речь идет о процессоре 1601 сигналов и предоконечном усилителе 1602, можно сослаться на существующие решения, и, когда речь идет о многокаскадном усилителе мощности Догерти, можно сослаться на вариант 1 осуществления, так как он был подробно описан в варианте 1 осуществления, и, таким образом, в дальнейшем они не будут описаны в данном документе.
Третий аспект вариантов осуществления
В этих вариантах осуществления предусмотрено следующее устройство.
На фиг.17 показана упрощенная блок-схема устройства 1700 в соответствии с вариантом осуществления настоящего раскрытия. Следует понимать, что устройство 1700 может быть реализовано как по меньшей мере часть, например, сетевого устройства или терминального устройства, особенно может быть реализовано как по меньшей мере часть, например, передатчика или приемопередатчика, включенного в сетевое устройство или терминальное устройство.
Как показано на фиг.17, устройство 1700 включает в себя: средство 1730 связи и средство 1750 обработки. Средство 1750 обработки включает в себя процессор 1710 данных (DP), память (MEM) 1720, подключенную к DP 1710. Средство 1730 связи подключено к DP 1710, расположенное в средстве 1750 обработки. MEM 1720 хранит программу (PROG) 1740. Средство 1730 связи предназначено для поддержания связи с другими устройствами, которые могут быть реализованы в виде приемопередатчика для передачи/приема сигналов.
В некоторых вариантах осуществления, где устройство 1700 действует как сетевое устройство, средство 1750 обработки может быть выполнено с возможностью выполнения обработки сигналов в отношении входного сигнала и получения выходного сигнала, и средство 1730 связи может быть выполнено с возможностью передачи выходного сигнала или приема выходного сигнала, переданного терминальным устройством. В некоторых других вариантах осуществления, где устройство 1700 действует как терминальное устройство, средство 1750 обработки может быть выполнено с возможностью выполнения обработки сигнала в отношении входного сигнала и получения выходного сигнала, и средство 1730 связи может быть выполнено с возможностью передачи выходного сигнала или приема выходного сигнала, переданного сетевым устройством.
Предполагается, что PROG 1740 включает в себя программные инструкции, которые при их исполнении ассоциированным DP 1710 позволяют устройству 1700 действовать в соответствии с вариантами осуществления настоящего раскрытия. Варианты осуществления, представленные в данном документе, можно реализовать с помощью компьютерного программного обеспечения, исполняемого DP 1710 устройства 1700, или с помощью аппаратных средств, или с помощью комбинации программного обеспечения и аппаратных средств. Комбинация процессора 1710 данных и MEM 1720 позволяет сформировать средство 1750 обработки, выполненное с возможностью реализации различных вариантов осуществления настоящего раскрытия.
В качестве неограничивающих примеров, MEM 1720 может быть любого типа, подходящего для локальной технической среды, и может быть реализована с использованием любой подходящей технологии хранения данных, такой как запоминающие устройства на основе полупроводников, устройства и системы с магнитной памятью, устройства и системы с оптической памятью, фиксированная память и съемная память. Хотя в устройстве 1700 показана только одна MEM, в устройстве 1700 может быть несколько физически различных модулей памяти. В качестве неограничивающих примеров, DP 1710 может быть любого типа, подходящего для локальной технической среды, и может включать в себя один или несколько компьютеров общего назначения, компьютеров специального назначения, микропроцессоров, цифровых процессоров сигналов (DSP) и процессоров, основанных на многоядерной архитектуре процессоров. Устройство 1700 может иметь несколько процессоров, таких как специализированный чип с интегральными микросхемами, который подчинен по времени генератору тактовых импульсов, который синхронизирует главный процессор.
В варианте осуществления предусмотрено устройство (такое как терминальное устройство или сетевое устройство, которые не показаны), при этом устройство включает в себя устройство 1700, и повторное описание, как в первом аспекте и втором аспекте вариантов осуществления, опущено.
Понятно, что варианты осуществления изобретения, описанные в данном документе, могут состоять из одного или нескольких традиционных процессоров и уникальных хранящихся программных инструкций, которые управляют одним или более процессорами для реализации, в сочетании с некоторыми непроцессорными схемами некоторых, большей части или всех функций выработки сигнала связи с несколькими несущими, имеющего уменьшенный коэффициент амплитуды нагрузки, как описано в выше. Непроцессорные схемы могут включать в себя, но не ограничиваются ими, радиопередатчик, драйверы сигналов, схемы синхронизации, схемы источника питания и устройства пользовательского ввода. Как таковые, эти функции могут быть интерпретированы как этапы способа выработки сигнала, имеющего ограниченный коэффициент амплитуды нагрузки. В качестве альтернативы, некоторые или все функции могут быть реализованы машиной состояний, которая не имеет сохраненных программных инструкций, или в виде одной или более специализированных интегральных схем (ASIC), в которых каждая функция или некоторые комбинации некоторых функций реализованы в виде заказных логических схем. Кроме того, ожидается, что специалист с обычной квалификацией, несмотря на возможно значительные усилия и многие варианты схем, мотивированные, например, доступным временем, современной технологией и экономическими соображениями, когда он руководствуется концепциями и принципами, раскрытыми в данном документе, легко сможет выработать такие программные инструкции, и программы и интегральные схемы (ИС) с минимальным экспериментированием.
Например, один или несколько из примеров, описанных в данном документе, могут быть реализованы в виде программируемой пользователем вентильной матрицы (FPGA), как правило, включающей в себя массив программируемых стандартных ячеек. Эти программируемые ячейки могут включать в себя, например, блоки ввода/вывода (IOB), конфигурируемые логические блоки (CLB), выделенные блоки памяти с произвольным доступом (BRAM), умножители, блоки обработки цифровых сигналов (DSP), процессоры, диспетчеры тактовых импульсов, схемы автоподстройки по задержке (DLL) и т.д.
Каждая программируемая ячейка, как правило, включает в себя как программируемое межсоединение, так и программируемую логическую схему. Программируемое межсоединение, как правило, включает в себя большое количество линий межсоединений различной длины, соединенных между собой точками программируемых межсоединений (PIP). Программируемая логика реализует логику пользовательской схемы с использованием программируемых элементов, которые могут включать в себя, например, генераторы функции, регистры, арифметическую логику и т.д.
Программируемые межсоединения и программируемая логическая схема, как правило, программируются после загрузки потока данных конфигурации во внутренние ячейки памяти конфигурации, которые определяют то, как конфигурируются программируемые элементы. Данные конфигурации могут считываться из памяти (например, из внешнего PROM) или записываться в FPGA с помощью внешнего устройства. Коллективные состояния отдельных ячеек памяти определяют затем функцию FPGA.
Как правило, различные варианты осуществления настоящего раскрытия могут быть реализованы в виде аппаратных средств или специализированных схем, программного обеспечения, логических схем или любых их комбинаций. Некоторые аспекты могут быть реализованы в виде аппаратных средствах, тогда как другие аспекты, могут быть реализованы в виде программно-аппаратных средств или программного обеспечения, которое может исполняться контроллером, микропроцессором или другим вычислительным устройством. Хотя различные аспекты вариантов осуществления настоящего раскрытия проиллюстрированы и описаны в виде блок-схем, блок-схем последовательности операций или с использованием некоторого другого графического представления, следует понимать, что описанные в данном документе блоки, устройства, системы, технологии или способы могут быть реализованы в качестве неограничивающих примеров в виде аппаратных средств, программного обеспечения, программно-аппаратных средств, специализированных схем или логических схем, аппаратных средств общего назначения, или контроллера или других вычислительных устройств или некоторых их комбинаций.
В качестве примера варианты осуществления настоящего раскрытия могут быть описаны в общем контексте машиноисполняемых инструкций, таких как те, которые включены в программные модули, выполняемые в устройстве на целевом реальном или виртуальном процессоре. Обычно программные модули включают в себя процедуры, программы, библиотеки, объекты, классы, компоненты, структуры данных или тому подобное, которые выполняют конкретные задачи или реализуют конкретные абстрактные типы данных. При необходимости, функциональные возможности программных модулей могут быть объединены или разделенный между программными модулями в различных вариантах осуществления. Машиноисполняемые инструкции для программных модулей могут исполняться в локальном или распределенном устройстве. В распределенном устройстве программные модули могут располагаться как в локальных, так и в удаленных носителях информации.
Программный код для осуществления способов настоящего раскрытия, может быть написан на одном или нескольких языков программирования в любой комбинации. Эти программные коды могут быть предоставлены процессору или контроллеру компьютера общего назначения, специализированного компьютера или другого программируемого устройства обработки данных, так что программные коды при их исполнении процессором или контроллером предписывают выполнять функции/операции, указанные в алгоритмах и/или блок-схемах, подлежащих выполнению. Программный код может исполняться полностью на машине, частично на машине, в виде отдельного пакета программного обеспечения, частично на машине и частично на удаленной машине или полностью на удаленной машине или сервере.
Вышеуказанный программный код может быть реализован на машиночитаемом носителе, который может быть любым невременным носителем, который может содержать или хранить программу для использования посредством или вместе с системой, аппаратным устройством или устройством исполнения инструкций. Машиночитаемый носитель может быть машиночитаемой средой передачи сигнала или машиночитаемым носителем информации. Машиночитаемый носитель может включать в себя, но не ограничиваться этим, электронную, магнитную, оптическую, электромагнитную, инфракрасную или полупроводниковую систему, аппаратное устройство, или устройство или любую подходящую комбинацию из вышеперечисленного.
Более конкретные примеры машиночитаемого носителя информации могут включать в себя электрическое соединение, имеющее один или несколько проводов, портативную компьютерную дискету, жесткий диск, оперативное запоминающее устройство (RAM), постоянное запоминающее устройство (ROM), стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (EPROM или флэш-память), оптическое волокно, портативное постоянное запоминающее устройство на основе компакт-диска (CD-ROM), оптическое запоминающее устройство, магнитное запоминающее устройство или любую подходящую комбинацию из вышеперечисленного.
В контексте настоящего раскрытия устройство может быть реализовано в общем контексте исполняемых компьютерной системой инструкций, таких как программные модули, исполняемые компьютерной системой. Как правило, программные модули могут включать в себя процедуры, программы, объекты, компоненты, логику, структуры данных и т.д., которые выполняют конкретные задачи или реализуют конкретные абстрактные типы данных. Устройство может быть применено в распределенных облачных вычислительных средах, где задачи выполняются удаленными устройствами обработки, которые связаны через сеть связи. В распределенной облачной вычислительной среде программные модули могут быть расположены как на локальных, так и на удаленных носителях компьютерной системы, включая запоминающие устройства.
Кроме того, хотя операции изображены в определенном порядке, это не следует понимать как требование, чтобы такие операции выполнялись в конкретном показанном порядке или в последовательном порядке, или чтобы все иллюстрированные операции выполнялись для достижения желаемых результатов. В определенных обстоятельствах выгодной может быть многозадачная и параллельная обработка. Аналогичным образом, хотя некоторые конкретные подробности конкретной реализации содержатся в приведенных выше обсуждениях, их следует рассматривать не как ограничение объема настоящего раскрытия, а скорее как описания признаков, которые могут быть специфичными для конкретных вариантов осуществления. Некоторые признаки, которые описаны в контексте отдельных вариантов осуществления, могут быть также реализованы в комбинации в одном варианте осуществления. С другой стороны, различные признаки, которые описаны в контексте одного варианта осуществления, могут быть также реализованы в нескольких вариантах осуществления отдельно или в любой подходящей подкомбинации.
Хотя настоящее раскрытие было описано на языке, специфичном для структурных признаков и/или методологических действий, следует понимать, что настоящее раскрытие, определенное в прилагаемой формуле изобретения, не обязательно ограничено конкретными признаками или действиями, описанными выше. Напротив, конкретные признаки и действия, описанные выше, раскрыты как примерные формы реализации формулы изобретения.