專利名稱：分離放大振幅波形的低頻和高頻部分的功率調(diào)制系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及調(diào)制系統(tǒng)和方法，尤其涉及能夠有效地把信號調(diào)制到載波上的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
調(diào)制系統(tǒng)和方法被廣泛用在發(fā)射機中，以用于把包括話音和/或數(shù)據(jù)的信息調(diào)制到載波上。載波可以是最終載波或中間載波。載頻可處于UHF、VHF、RF、微波或其它任意頻帶中。調(diào)制器也被稱作“混頻器”或“乘法器”。例如，在移動無線電話中，調(diào)制器被用在無線電話的發(fā)射機中。
在現(xiàn)代無線電話通信中，移動無線電話的尺寸要不斷減小，其成本和功耗也要不斷降低。為了達到這些目的，通常希望提供能夠提供高功率調(diào)制并在同時減少電池功耗量的調(diào)制系統(tǒng)和方法。遺憾的是，調(diào)制器的功率放大器由于其效率的限制而會消耗過量的功率。具體來說，現(xiàn)在已知提供的是其效率可低至30％或更小的線性A類或AB類放大器。因此，大量的電池功率會作為熱量浪費掉。
高效調(diào)制系統(tǒng)和方法的主要突破在下面的共同待審申請中被描述申請序列號為09/195,384，授予本發(fā)明的共同發(fā)明人Camp，Jr等人，題目為“用于線性化功率放大器中的調(diào)幅的電路和方法”；申請序列號為09/195,129，授予本發(fā)明的共同發(fā)明人Camp，Jr等人，題目為“使用獨立高效調(diào)幅的I/Q調(diào)制的電路和方法”；申請序列號為09/207,167，授予本發(fā)明的共同發(fā)明人Camp，Jr等人，題目為“在RF放大器中的調(diào)幅-調(diào)相取消方法”；及申請序列號為09/232,503，授予本發(fā)明的共同發(fā)明人Camp，Jr等人，題目為“功率I/Q調(diào)制系統(tǒng)和方法”。這些共同待審申請中的每一個均轉(zhuǎn)讓給本申請的受讓人，并且所有這些申請的公開均作為參考與本文結(jié)合在一起。這些申請描述了使用高效放大器分別調(diào)相和調(diào)幅的系統(tǒng)和方法。


圖1所示為根據(jù)上述共同待審申請分別放大振幅和相位的功率調(diào)制系統(tǒng)和方法的框圖。如圖1所示，這些功率調(diào)制系統(tǒng)和方法100包括波形發(fā)生器102，它通過多個數(shù)據(jù)符號108產(chǎn)生振幅波形G(A(t))104和相位波形F(φ(t))106。調(diào)相器110，如壓控振蕩器(VCO)和/或鎖相環(huán)(PLL)對相位波形106調(diào)相以產(chǎn)生調(diào)相波形112。RF驅(qū)動放大器114可被包括于其中以用于過驅(qū)動功率放大器116。功率放大器116優(yōu)選為C類功率放大器，它包括電源輸入116a、信號輸入116b和功率輸出116c。調(diào)相波形112或者直接從調(diào)相器110或者經(jīng)RF驅(qū)動放大器114提供給C類功率放大器116的信號輸入116b。
下面繼續(xù)圖1的描述，D類放大器120響應(yīng)振幅波形104以把可變電源電壓提供給功率放大器116的電源輸入116a。模-數(shù)轉(zhuǎn)換器，如以時鐘頻率fc1工作的δ-σ調(diào)制器124把振幅波形104轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，該數(shù)字信號提供給了D類放大器120。D類放大器120的輸出隨后由低通濾波器126在頻率fc進行低通濾波。放大的振幅波形122提供給了功率放大器116的電源輸入116a，而且調(diào)相波形112提供給了功率放大器116的信號輸入116b，從而在功率輸出116c產(chǎn)生數(shù)據(jù)符號108的功率調(diào)制波形130。因此，圖1的功率調(diào)制系統(tǒng)和方法使用D類功率放大器120控制提供給C類功率放大器116的電源電壓，以保持高的總效率。
由于功率調(diào)制器是與不斷增高的頻率一起使用的，所以希望進一步擴展其頻率響應(yīng)。例如，與地面無線電話通信系統(tǒng)相比，衛(wèi)星無線電話通信系統(tǒng)以較高的頻率工作。因而希望擴展分別調(diào)相和調(diào)幅的功率調(diào)制系統(tǒng)和方法的頻率響應(yīng)。
圖1的功率調(diào)制系統(tǒng)和方法的頻率響應(yīng)可通過提高低通濾波器126的截止頻率fc來擴展。遺憾的是，如果提高低通濾波器的截止頻率，那么δ-σ調(diào)制器124的噪聲可能會傳遞給功率調(diào)制波形。另外，較高的時鐘頻率fc1也可用于δ-σ調(diào)制器。遺憾的是，這樣可能會增加成本和/或降低δ-σ調(diào)制器124和/或D類放大器120的效率。因此還需要能夠在高頻率下分別調(diào)相和調(diào)幅的功率調(diào)制系統(tǒng)和方法。
發(fā)明概述本發(fā)明的一個目的是提供改進的功率調(diào)制系統(tǒng)和方法。
本發(fā)明的另一個目的是提供可以分別調(diào)幅和調(diào)相的改進的功率調(diào)制系統(tǒng)和方法。
本發(fā)明的又一個目的是提供能夠擴展分別調(diào)幅和調(diào)相的功率調(diào)制系統(tǒng)和方法的頻率響應(yīng)的系統(tǒng)和方法。
通過分別放大振幅波形的低頻部分和振幅波形的高頻部分，這些目的及其它目的可根據(jù)本發(fā)明來提供。優(yōu)選地，通常包含大部分調(diào)制能量的低頻部分以高效率放大，從而產(chǎn)生放大的低頻部分，而高頻部分以較低的效率放大，從而產(chǎn)生放大的高頻部分。放大的低頻部分和放大的高頻部分組合產(chǎn)生組合的放大振幅波形，該波形提供給了高效功率放大器的電源輸入端。
本發(fā)明源于下面的認識，即在傳統(tǒng)調(diào)幅頻譜中的能量-頻率通常隨著頻率的增加而快速減少。相應(yīng)地，有效的調(diào)制被用于振幅波形的低頻部分。在該頻率之上的調(diào)幅頻率分量可利用更傳統(tǒng)的調(diào)制及放大的線性方法來提供。因此，大部分調(diào)幅功率可通過有效的放大來提供，而表示非常少的功率的剩余頻率分量可通過較低效率但更方便的傳統(tǒng)線性控制電路來提供。其總體上的高效率可被保持，同時允許擴展的帶寬信號被調(diào)制。
具體來說，根據(jù)本發(fā)明的功率調(diào)制系統(tǒng)和方法通過多個數(shù)據(jù)符號產(chǎn)生振幅波形和相位波形。振幅波形包括低頻部分和高頻部分。相位波形被調(diào)相，從而產(chǎn)生調(diào)相波形。功率放大器優(yōu)選為C類功率放大器，它包括電源輸入、信號輸入和功率輸出。調(diào)相波形提供給了該信號輸入端。振幅波形的低頻部分以高效率放大，從而產(chǎn)生放大的低頻部分。高頻部分以較低的效率放大，從而產(chǎn)生放大的高頻部分。放大的低頻部分和放大的高頻部分組合產(chǎn)生組合的放大振幅波形。該組合放大的振幅波形被提供給功率放大器的電源輸入端，以在功率放大器的功率輸出端產(chǎn)生數(shù)據(jù)符號的功率調(diào)制波形。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，振幅波形的高通濾波被用來產(chǎn)生高頻部分。用于低頻部分的放大器在其中包括了低通濾波器。低通濾波器和高通濾波器具有相同的截止頻率，這樣就可獲得平坦的頻率響應(yīng)。在另一個實施例中，低通濾波器的截止頻率可能會由于制造公差的變化和/或其它原因而發(fā)生變化。為了補償可變低通濾波，高通濾波器可具有能夠調(diào)節(jié)至與低通截止頻率相同的頻率的可調(diào)高通截止頻率。在一個實施例中，低通截止頻率可使用測試音或其它探測技術(shù)來確定?？烧{(diào)高通截止頻率則被調(diào)節(jié)為與如此確定的低通截止頻率相同。在另一個實施例中，振幅波形可在第一低通截止頻率下低通濾波，該第一低通截止頻率低于包含在低頻部分的放大器中的低通截止頻率。通過使用數(shù)字低通濾波器，該第一低通截止頻率可被精確控制，以使高通濾波器也可與數(shù)字低通濾波器精確匹配。
在本發(fā)明的其它實施例中，前置濾波可被用來擴展低頻放大器的頻率響應(yīng)。特別是，低頻放大器中包括了具有低通截止頻率的低通濾波器。振幅波形的振幅在該低通截止頻率以上被提高，從而把該低通截止頻率擴展至高于該低通截止頻率的第二低通截止頻率。振幅波形在第二低通截止頻率進行高通濾波，從而產(chǎn)生高頻部分?？烧{(diào)高通濾波器可被使用并被調(diào)節(jié)至與第二低通截止頻率相同。
在本發(fā)明的另一個實施例中，振幅波形被前置濾波，以便根據(jù)作為低通濾波器的補充的頻率響應(yīng)在低通截止頻率以上提高振幅波形的振幅，以便在該低通截止頻率以上整平低頻放大器的響應(yīng)。具體來說，振幅波形被前置濾波，從而產(chǎn)生前置濾波的振幅波形。前置濾波的振幅波形被放大，從而產(chǎn)生放大的前置濾波振幅波形。該放大器中包括了具有第一截止頻率的低通濾波器。該前置濾波把振幅波形的振幅提高至高于第一低通截止頻率，從而把第一低通截止頻率擴展至高于該第一低通截止頻率的第二低通截止頻率。優(yōu)選地，根據(jù)作為低通濾波器的補充的頻率響應(yīng)，振幅波形的振幅在第一低通截止頻率以上被提高，從而在第一低通截止頻率以上整平低頻放大器的響應(yīng)。在這種情況下，由高頻低效放大器放大的振幅波形的部分可以減少或消除。
在上面的所有實施例中，低頻部分最好在D類放大器中放大，高頻部分最好在線性放大器中放大，而且功率放大器是C類放大器。δ-σ調(diào)制器可耦合于波形發(fā)生器和D類放大器之間，以便提供模-數(shù)轉(zhuǎn)換。根據(jù)另一個方面，低頻放大器產(chǎn)生非線性失真，而且功率調(diào)制系統(tǒng)和方法通過振幅波形產(chǎn)生預(yù)失真的振幅波形，這樣，失真的振幅波形被放大以補償非線性失真。
相應(yīng)地，高效率的功率調(diào)制系統(tǒng)和方法的頻率響應(yīng)可通過使用傳統(tǒng)放大器放大高頻來擴展。由于大部分振幅調(diào)制功率是通過有效的功率放大來提供的，因此仍然可以獲得高效率。因此，不需要提供更貴的高頻δ-σ調(diào)制器和/或D類放大器并且不必在調(diào)制波形中引入額外的噪聲就可以擴展頻率響應(yīng)。由此可向高性能高效率的功率調(diào)制系統(tǒng)和方法提供擴展的頻率響應(yīng)。
附圖簡述圖1是分別放大振幅和相位的功率調(diào)制系統(tǒng)和方法的框圖。
圖2-4是根據(jù)本發(fā)明的功率調(diào)制系統(tǒng)和方法的實施例的框圖。
圖5A-5F和6A-6F示出了圖4中的各種實施例的頻率響應(yīng)。
圖7-11表示根據(jù)本發(fā)明的功率調(diào)制系統(tǒng)和方法的其它實施例的框圖。
圖12和13表示可用在根據(jù)本發(fā)明的功率調(diào)制系統(tǒng)和方法中的組合器的實施例。
優(yōu)選實施例的詳細描述參考附圖，下面將更充分地描述本發(fā)明，附圖所示為本發(fā)明的優(yōu)選實施例。但本發(fā)明也能夠以多種不同的形式來體現(xiàn)，并且不應(yīng)被認為是受限于這里所述的實施例；相反，這些實施例的提供是為了使本公開透徹完整，并且將把本發(fā)明的范圍充分地傳達給本專業(yè)技術(shù)人員。在整個過程中，相似的數(shù)字表示相似的元件。
現(xiàn)在參考圖2，下面將描述根據(jù)本發(fā)明的功率調(diào)制系統(tǒng)和方法的框圖。功率調(diào)制系統(tǒng)和方法200包括波形發(fā)生器202，它通過多個數(shù)據(jù)符號208產(chǎn)生振幅波形G(A(t))204和相位波形F(φ(t))206。波形發(fā)生器202分別通過輸入數(shù)據(jù)流208和調(diào)制格式的其它特性如濾波器形狀和符號速率產(chǎn)生基帶調(diào)制信號振幅和相位波形204和206。相位波形206最好被標度并被格式化，從而在頻率F得到希望的調(diào)相射頻信號并被提供到調(diào)相器210，如壓控振蕩器(VCO)和/或鎖相環(huán)(PLL)，從而產(chǎn)生調(diào)相波形212。
仍然參考圖2，功率放大器216優(yōu)選為高效率C類功率放大器，它包括電源輸入216a、信號輸入216b和功率輸出216c。調(diào)相波形212被提供給信號輸入216b。調(diào)相波形212可直接由信號輸入216b提供。另外，調(diào)相波形212可提供給任選的RF驅(qū)動放大器214，其輸出提供給功率放大器216的信號輸入216b。RF驅(qū)動放大器214可用于把信號電平增強至功率放大器216的信號輸入電平足以過驅(qū)動功率放大器216至飽和的點，由此保證該功率放大器以C類模式操作，并且其輸出響應(yīng)其漏極或集電極的電壓電源的電平。
仍然參考圖2，波形發(fā)生器202還提供時間同步信號，它表示所希望的振幅波形204。振幅波形204包括低頻部分和高頻部分。低頻放大系統(tǒng)240以高效率放大低頻部分，從而產(chǎn)生放大的低頻部分242。低頻放大系統(tǒng)240最好包括把振幅波形轉(zhuǎn)換為數(shù)字波形的δ-σ調(diào)制器224和放大數(shù)字波形的D類放大器220。因此，D類放大器220產(chǎn)生二進制波形，其時間平均值跟蹤調(diào)幅波形。該時間平均值通過截止頻率為fc的低通濾波器226對D類放大器的輸出進行濾波來獲得。低通濾波器226還去除δ-σ調(diào)制器224的輸出的噪聲。相應(yīng)地，低頻放大系統(tǒng)220能夠以高效率放大大部分調(diào)幅功率，從而產(chǎn)生放大的低頻部分242。
仍然參考圖2，高頻放大系統(tǒng)250也被提供，它用于以較低的效率放大高頻部分，從而產(chǎn)生放大的高頻部分262。特別是，高頻放大系統(tǒng)250可包括任選的數(shù)字延遲單元251，它可用來把高頻部分延遲時間T，從而使經(jīng)過低頻放大系統(tǒng)240和高頻放大系統(tǒng)250的信號同步。高通濾波器優(yōu)選為數(shù)字高通濾波器254，它也可包括于其中，它具有與低通濾波器226相反的高通濾波器的頻率響應(yīng)?？梢岳斫?，高通濾波器254可作為波形發(fā)生器202的一部分提供。
如圖2所示，高通濾波器254和低通濾波器226具有相同的截止頻率fc。因此，當(dāng)被加在一起時，來自低頻放大系統(tǒng)240和高頻放大系統(tǒng)250的信號將產(chǎn)生平坦的頻率響應(yīng)。
高頻放大系統(tǒng)250還包括數(shù)-模(D-A)轉(zhuǎn)換器256和第二低通濾波器258，該濾波器具有最好針對功率調(diào)制所希望的最高頻率fh進行設(shè)置的截止頻率。這個第二低通濾波器258可限制將進入輸出信號的噪聲。來自第二低通濾波器258的信號由諸如標稱為40％的效率的A類或AB類放大器的傳統(tǒng)線性放大器260放大，從而產(chǎn)生放大的高頻部分262。
組合器270組合放大的低頻部分242和放大的高頻部分262，從而產(chǎn)生組合放大的振幅波形272。組合放大的振幅波形272被提供給功率放大器216的電源輸入216a，從而在功率輸出216c產(chǎn)生數(shù)據(jù)符號208的功率調(diào)制波形230。該組合器可利用電容耦合來耦合放大的低頻部分242和放大的高頻部分262，同時把低頻放大系統(tǒng)240和高頻放大系統(tǒng)250彼此隔開。
相應(yīng)地，功率調(diào)制系統(tǒng)和方法200的頻率響應(yīng)可被擴展至超出可由δ-σ調(diào)制器的噪聲施加的上限。而且，該擴展的頻率響應(yīng)能夠在總效率損失較小的情況下獲得，這是因為由高頻放大系統(tǒng)250提供的功率可處在用來對功率放大器216進行調(diào)幅的總功率的大約1％-5％之間。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的功率調(diào)制系統(tǒng)和方法300的另一個實施例的框圖?？梢岳斫猓屯V波器226的實際截止頻率fc可根據(jù)制造公差和/或其它真實世界的變化而進行變化。因而難以提供圖2所示的具有與低通濾波器226的實際截止頻率相匹配的截止頻率的高通濾波器254。圖3的實施例提供了可調(diào)數(shù)字高通濾波器354。另外還提供把可調(diào)數(shù)字高通濾波器354的可調(diào)高通截止頻率調(diào)節(jié)為等于低通濾波器226的截止頻率fc的裝置。具體來說，是提供用于確定低通濾波器的截止頻率fc以用于把可調(diào)數(shù)字高通濾波器354的可調(diào)高通截止頻率調(diào)節(jié)為等于如此確定的低通截止頻率的裝置。
具體來說，在圖3所示的實施例中，當(dāng)需要時，波形發(fā)生器302還在特定的頻率產(chǎn)生測試音而不是產(chǎn)生調(diào)幅波形204。當(dāng)產(chǎn)生測試音時，波形發(fā)生器302傳送信號使開關(guān)380打開。模-數(shù)轉(zhuǎn)換器382與組合器270的輸出耦合。取樣數(shù)據(jù)則由數(shù)字處理器384處理。數(shù)字處理器384調(diào)節(jié)可調(diào)數(shù)字高通濾波器354的截止頻率，以對應(yīng)于低通濾波器226的測量截止頻率。
通過測量相對于低通濾波器226的截止區(qū)中各種頻率的音調(diào)對該濾波器的振幅和相位響應(yīng)，數(shù)字處理器384可計算高通濾波器的精確反函數(shù)?？梢岳斫猓粽{(diào)數(shù)可根據(jù)低通濾波器226中的極數(shù)來確定。還應(yīng)當(dāng)理解，低通截止頻率的確定以及可調(diào)高通截止頻率的調(diào)節(jié)可在模擬領(lǐng)域中進行。最后，可以理解，高頻放大系統(tǒng)的參數(shù)也可使用圖3的系統(tǒng)測量，其中音調(diào)被傳送給高頻放大系統(tǒng)250而不是低頻放大系統(tǒng)240，并且該響應(yīng)是使用模-數(shù)轉(zhuǎn)換器382來測量的。這可被用來測量高頻放大系統(tǒng)250的增益和相移。但是，這些測量結(jié)果可能并不是必需的，這是因為高頻放大系統(tǒng)的分量由于它們是數(shù)字的原因而被良好地控制。
圖4示出了本發(fā)明的系統(tǒng)和方法400的其它實施例，它把數(shù)字前置濾波器410耦合在波形發(fā)生器202和低頻放大系統(tǒng)240和高頻放大系統(tǒng)250的至少之一之間。數(shù)字前置濾波器410可用于各種目的，這將在下面進行詳細描述。
在數(shù)字前置濾波器410的第一個用途中，數(shù)字前置濾波器410是低通數(shù)字前置濾波器，它具有比低通濾波器226低的截止頻率。通過在數(shù)字濾波器中包含較低的截止頻率，低通濾波器226的截止頻率fc的變化對系統(tǒng)的整個響應(yīng)的影響可以減小，并且最好能夠消除。換言之，數(shù)字前置濾波器410起到了第二低通濾波器的作用，第二低通濾波器具有比低通濾波器226要低的截止頻率。由于該截止頻率是在數(shù)字領(lǐng)域中產(chǎn)生，因此它可以被良好地控制。相應(yīng)地，數(shù)字高通濾波器254可匹配數(shù)字前置濾波器410的截止頻率而不是與低通濾波器226的截止頻率fc匹配。因此，對低通濾波器226中的變化的靈敏度可以減小，并且最好可以消除。
圖5A-5F示出了圖4的該實施例的頻率響應(yīng)。如圖5A所示，低通濾波器226具有截止頻率f1。如圖5B所示，數(shù)字前置濾波器410具有截止頻率f3，f3低于f1。因此，如圖5C所示，低頻放大系統(tǒng)240的頻率響應(yīng)受到前置濾波器410的頻率響應(yīng)的控制。如圖5D所示，數(shù)字高通濾波器254具有與數(shù)字前置濾波器410相對應(yīng)的截止頻率f3。低通濾波器258具有高截止頻率fh，它表示進行調(diào)制的最高頻率。相應(yīng)地，圖5F中的組合響應(yīng)被整平至希望的截止頻率fh。換句話說，數(shù)字前置濾波器410的截止頻率低于模擬低通濾波器226的截止頻率。因此，低頻放大系統(tǒng)240的頻率響應(yīng)由數(shù)字前置濾波器410控制，該數(shù)字前置濾波器410具有會受到模擬低通濾波器226影響的群延遲。因此，高頻放大系統(tǒng)250中的數(shù)字高通濾波器254可被精確設(shè)計以便于匹配低頻放大系統(tǒng)240。當(dāng)所有元件被組合在一起時，組合的頻率響應(yīng)在圖5F中示出。
借助圖6A-6F將描述圖4的數(shù)字前置濾波器410的第二個用途。如圖6A所示，圖4的低通濾波器226保持截止頻率f1。但是，如圖6B所示，在本實施例中，數(shù)字前置濾波器410是提高頻率的數(shù)字濾波器，它在低通濾波器的截止頻率f1以上提高振幅波形的振幅。如圖6C所示，該增加的振幅數(shù)字頻率因而把低頻放大系統(tǒng)的低通截止頻率擴展至高于原始低通截止頻率的第二低通截止頻率。
換句話說，數(shù)字前置濾波器410的作用在于減小損耗-頻率的斜率，這樣，高頻放大系統(tǒng)250中的數(shù)字高通濾波器354的級(order)可被減小。這在圖6D中所示為數(shù)字高通濾波器的響應(yīng)-頻率的較低的斜率。低通濾波器258的響應(yīng)在圖6E中示出。低頻放大系統(tǒng)240和高頻放大系統(tǒng)250的組合響應(yīng)會產(chǎn)生平坦的頻率響應(yīng)，該平坦的頻率響應(yīng)是所希望的支持調(diào)幅的帶寬fh。由于組合的數(shù)字前置濾波器和低通濾波器的截止區(qū)的斜率較小，因此，與其匹配的數(shù)字高通濾波器的靈敏度也較小。但是，數(shù)字高通濾波器和高頻放大系統(tǒng)可表現(xiàn)出對第一低通濾波器258的頻率響應(yīng)變化的一定的靈敏度。
比較而言，圖5A-5F和圖6A-6F的數(shù)字前置濾波器均可獲得非常相同的頻率響應(yīng)。但是，對于圖5A-5F的數(shù)字前置濾波器來說，在低頻放大系統(tǒng)240和高頻放大系統(tǒng)250之間保持合適的相位和振幅關(guān)系的可能性會較高。事實上，唯一重要的變化可能是低頻放大系統(tǒng)240中的群延遲變化，這將由高頻放大系統(tǒng)250中的數(shù)字延遲252匹配。該延遲可能單單是由于模擬低通濾波器226引起的，并且與由于兩個放大系統(tǒng)之間的截止頻率失配所引起的延遲相比具有較小的影響。
在圖6B中，提高振幅的數(shù)字前置濾波器410被用來擴展低頻放大系統(tǒng)240的頻率響應(yīng)。在圖7所示的本發(fā)明的另一個實施例中，數(shù)字前置濾波器710是與低通濾波器226相反的濾波器。換言之，數(shù)字前置濾波器710是具有與低通濾波器226相同的截止頻率和斜率的高通濾波器。因此，數(shù)字前置濾波器710可完全消除低通濾波器226的頻率響應(yīng)的滾降。因而不再需要高頻放大系統(tǒng)250。
相應(yīng)地，如圖7的系統(tǒng)和方法700所示，振幅波形204由數(shù)字前置濾波器710進行前置濾波，以產(chǎn)生前置濾波的振幅波形712。前置濾波的振幅波形隨后被放大，從而產(chǎn)生放大的前置濾波振幅波形272。放大系統(tǒng)740包括具有第一截止頻率fc的低通濾波器226。數(shù)字前置濾波器在第一低通截止頻率fc以上提高振幅波形204的振幅，從而把第一低通截止頻率擴展至高于第一低通截止頻率的第二低通截止頻率。優(yōu)選地，振幅波形的振幅以作為低通濾波器226的補充的方式在第一低通截止頻率以上被提高，從而在第一低通截止頻率以上整平放大系統(tǒng)740的響應(yīng)?？梢岳斫?，數(shù)字前置濾波器710最好還包括具有截止頻率fh的低通濾波器部分，以限制高于該頻率的噪聲。
應(yīng)當(dāng)理解，數(shù)字前置濾波器710的動態(tài)范圍可能會變得太大而不符合實際。例如，即使數(shù)字前置濾波器710可以在與波形發(fā)生器202相關(guān)的數(shù)字處理器中執(zhí)行，但它可能會超過可獲得的數(shù)字分辯率。在這種情況下，該數(shù)字前置濾波器可用來取消第一低通濾波器226中的一些但不是全部的滾降，這已經(jīng)結(jié)合圖6A-6F進行了描述。
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的功率調(diào)制系統(tǒng)和方法800的另一個實施例。圖8把圖3的截止頻率確定系統(tǒng)和圖4的數(shù)字前置濾波器組合在一起，以便減小低通濾波器226的截止頻率偏差的影響。這些系統(tǒng)中的每個系統(tǒng)均已結(jié)合圖3和4進行了詳細解釋，在此不再贅述。
C類功率放大器216可在電源電壓和輸出電平之間具有非線性關(guān)系，由此會引起失真。這種放大器也可能受到調(diào)幅-調(diào)相(AM-PM)轉(zhuǎn)換的影響，由此，調(diào)幅會產(chǎn)生不希望的相位調(diào)制。圖9所示為同樣補償這種非線性失真的功率調(diào)制系統(tǒng)和方法900。
參考圖9，輸出信號的振幅可使用功率檢測器910來測量，其結(jié)果由A-D轉(zhuǎn)換器912取樣并轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式，并由功率-振幅轉(zhuǎn)換器914轉(zhuǎn)換為幅值。該取樣可以在非常慢的速率下發(fā)生。比較器功能916比較該振幅和振幅波形G(A(t))的值，以計算新的校正值。校正值被提供給校正表918。
取樣是與調(diào)幅鏈G(A(t))的輸入一致的，這樣，功率-振幅轉(zhuǎn)換的輸出可被比較。如果檢測到誤差，則可計算校正表918中輸入振幅的該值的新校正值。波形G(A(t))隨后由校正表918轉(zhuǎn)換為校正的波形，而且該校正波形被提供給數(shù)字前置濾波器410。該校正表采用希望的幅值并把校正值加入其中，這樣，凈輸出振幅是與振幅輸入值線性響應(yīng)的。
由于所涉及的非線性可能會隨著溫度和/或負載的變化而緩慢變化，因此，該取樣以及校正表值的調(diào)整可以在低速率下進行，如每秒1-10次，而且在這種方式下，總的振幅響應(yīng)值可被檢測。預(yù)補償系統(tǒng)和方法在上述共同待審且共同授權(quán)的專利申請中進行過詳細的描述，在此不必贅述。
圖10所示為在其中圖4的實施例與圖9的預(yù)失真補償組合在一起的另一個實施例。圖11所示為在其中圖3的實施例被改進為增加圖9的預(yù)失真補償?shù)牧硪粋€實施例。圖10和11的詳細描述不再重復(fù)。
再次參考圖1，下面將描述根據(jù)本發(fā)明的組合器270的第一實施例。如圖12所示，組合器270’用來把低頻放大系統(tǒng)240和高頻放大系統(tǒng)250耦合到功率放大器216的信號輸入216b上。當(dāng)數(shù)字高通濾波器254匹配模擬低通濾波器226時(舉例來說，如圖2、3、6A-6F、8、9、10和11所示)，該組合器可以是傳統(tǒng)的同向共用器，它包括含有電容器C2和電感線圈L2的高通濾波器和含有電感線圈L1和電容器C1的低通濾波器。數(shù)字高通濾波器254可被重調(diào)為較低的電容頻率，以避免使兩條路徑之和失配。優(yōu)選地，L1的截止等于L2的截止并且斜率最好相等。其它傳統(tǒng)組合器可用來分別組合低頻放大系統(tǒng)和高頻放大系統(tǒng)240和250的輸出，同時減小并且最好是將這些系統(tǒng)之間的交互作用減至最小。
圖13所示為可在數(shù)字高通濾波器254匹配數(shù)字低通濾波器時使用的組合器270”的另一個實施例，其中該數(shù)字低通濾波器的截止頻率低于模擬低通濾波器226的截止頻率。例如，如圖5A-5F和9-11所示，數(shù)字前置濾波器410具有比低通濾波器226的截止頻率fc要低的截止頻率。如圖13所示，組合器270”包括線性控制器件1310，如場效應(yīng)晶體管，其源極和漏極通過功率放大器210連接在低通濾波器236和信號輸入216之間。在由濾波器1312濾波時，線性控制器件1310的柵極與線性放大器260的輸出連接。該線性控制器件兩端的電壓V1和V2在線性比較器1314中比較，其輸出提供到線性放大器260的負輸入端。
因此，線性比較器1314輸出V1和V2之差。該環(huán)路包括比較器1314、線性放大器260、濾波器1312和線性控制器件1310，它使V2-V1跟蹤Vs，其中Vs是具有足夠DC分量以使Vs大于0的復(fù)合信號的高頻分量。DC分量最好被盡可能地減小，以便盡可能減小對整個DC-DC效率的影響。應(yīng)當(dāng)理解，在較低路徑中的控制信號可被標度以用于計算線性控制器件兩端的DC壓降。還應(yīng)當(dāng)理解，其它組合電路也可被提供。
在附圖和說明書中，已經(jīng)公開了本發(fā)明的典型優(yōu)選實施例，而且，盡管采用的是特定術(shù)語，但它們僅僅是以通用和描述性的含義來使用的，而且并不限制本發(fā)明，本發(fā)明的范圍在下面的權(quán)利要求中提供。
權(quán)利要求
1.一種功率調(diào)制系統(tǒng)，包括從多個數(shù)據(jù)符號中產(chǎn)生振幅波形和相位波形的裝置，該振幅波形包括低頻部分和高頻部分；對相位波形調(diào)相以產(chǎn)生調(diào)相波形的裝置；功率放大裝置，包括電源輸入、信號輸入和功率輸出，該調(diào)相波形被提供給該信號輸入；以高效率放大低頻部分以產(chǎn)生放大的低頻部分的裝置；以比該高效率低的效率放大高頻部分以產(chǎn)生放大的高頻部分的裝置；以及用于組合放大的低頻部分和放大的高頻部分以產(chǎn)生組合放大的振幅波形，并用于把組合放大的振幅波形提供給該電源輸入端，以在該功率輸出端產(chǎn)生數(shù)據(jù)符號的功率調(diào)制波形的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的功率調(diào)制系統(tǒng)，還包括對振幅波形進行高通濾波以產(chǎn)生高頻部分的裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的功率調(diào)制系統(tǒng)，其中用于放大低頻部分的裝置包括在其中進行低通濾波的裝置，用于低通濾波的裝置和用于高通濾波的裝置具有相同的截止頻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的功率調(diào)制系統(tǒng)，其中用于放大低頻部分的裝置包括在其中進行低通濾波的裝置，用于低通濾波的該裝置具有一個低通截止頻率，并且其中用于高通濾波的裝置包括在可調(diào)高通截止頻率下對振幅波形進行高通濾波的裝置；及調(diào)節(jié)可調(diào)高通截止頻率等于該低通截止頻率的裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的功率調(diào)制系統(tǒng)，其中該調(diào)節(jié)裝置包括確定低通截止頻率的裝置；和調(diào)節(jié)可調(diào)高通截止頻率等于如此確定的低通截止頻率的裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的功率調(diào)制系統(tǒng)，還包括對振幅波形進行低通濾波以產(chǎn)生低頻部分的裝置；和對振幅波形進行高通濾波以產(chǎn)生高頻部分的裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的功率調(diào)制系統(tǒng)，其中用于放大低頻部分的裝置包括在其中進行低通濾波的第二裝置，用于低通濾波的第二裝置具有第二低通截止頻率，且其中用于低通濾波的裝置包括用于在低于第二低通截止頻率的第一低通截止頻率對振幅波形進行低通濾波，從而產(chǎn)生低頻部分的裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的功率調(diào)制系統(tǒng)，其中用于放大低頻部分的裝置包括在其中進行低通濾波的裝置，用于低通濾波的該裝置具有一個低通截止頻率，其中該功率調(diào)制系統(tǒng)還包括在該低通截止頻率以上提高振幅波形的振幅，從而把該低通截止頻率擴展至高于該低通截止頻率的第二低通截止頻率的裝置；以及用于在第二低通截止頻率對振幅波形進行高通濾波以產(chǎn)生高頻部分的裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的功率調(diào)制系統(tǒng)，其中用于高通濾波的裝置包括用于在可調(diào)高通截止頻率對振幅波形進行高通濾波的裝置；以及用于把該可調(diào)高通截止頻率調(diào)節(jié)至等于第二低通截止頻率的裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的功率調(diào)制系統(tǒng)，其中功率放大裝置產(chǎn)生非線性失真，該功率調(diào)制系統(tǒng)還包括用于通過該振幅波形產(chǎn)生預(yù)失真振幅波形的裝置，放大低頻部分的裝置和放大高頻部分的裝置中的至少一個裝置響應(yīng)該預(yù)失真振幅波形來補償該非線性失真。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的功率調(diào)制系統(tǒng)，其中用于放大低頻部分的裝置包括D類放大器，其中用于放大高頻部分的裝置包括線性放大器，且其中用于功率放大的裝置包括C類放大器。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的功率調(diào)制系統(tǒng)，其中用于放大低頻部分的裝置還包括耦合在發(fā)生裝置和D類放大器之間的δ-σ調(diào)制器。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的功率調(diào)制系統(tǒng)，還包括耦合于振幅波形之間、用于放大低頻部分的裝置和用于放大高頻部分的裝置的數(shù)字前置濾波器，以產(chǎn)生低頻部分和高頻部分。
14.一種功率調(diào)制系統(tǒng)，包括從多個數(shù)據(jù)符號中產(chǎn)生振幅波形和相位波形的裝置；對相位波形調(diào)相以產(chǎn)生調(diào)相波形的裝置；功率放大裝置，包括電源輸入、信號輸入和功率輸出，該調(diào)相波形被提供給該信號輸入；對振幅波形進行前置濾波以產(chǎn)生前置濾波的振幅波形的裝置；以及放大該前置濾波的振幅波形以產(chǎn)生放大的前置濾波振幅波形的裝置，該放大裝置包括在其中進行低通濾波的裝置，該低通濾波裝置具有第一截止頻率，該放大的前置濾波振幅波形被提供到該電源輸入端，以便在該功率輸出端產(chǎn)生數(shù)據(jù)符號的功率調(diào)制波形；其中該前置濾波裝置包括在第一低通截止頻率以上提高振幅波形的振幅的裝置，從而把第一低通截止頻率擴展至高于該第一低通截止頻率的第二低通截止頻率。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的功率調(diào)制系統(tǒng)，其中用于提高振幅的裝置包括根據(jù)作為低通濾波裝置的補充的頻率響應(yīng)在第一低通截止頻率以上提高振幅波形的振幅的裝置，以便在第一低通截止頻率以上整平放大裝置的響應(yīng)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的功率調(diào)制系統(tǒng)，其中用于前置濾波的裝置包括用于確定第一低通截止頻率的裝置和用于根據(jù)如此確定的第一低通頻率在第一低通截止頻率以上可調(diào)提高振幅波形的振幅的裝置，從而把第一低通截止頻率擴展至高于第一低通截止頻率的第二低通截止頻率。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的功率調(diào)制系統(tǒng)，其中該提高裝置包括用于確定第一低通截止頻率并根據(jù)作為低通濾波裝置的補充的頻率響應(yīng)以如此確定的第一低通頻率為基礎(chǔ)在第一低通截止頻率以上可調(diào)提高振幅波形的振幅的裝置，以便在第一低通截止頻率以上整平放大裝置的響應(yīng)。
18.根據(jù)權(quán)利要求14的功率調(diào)制系統(tǒng)，其中功率放大裝置產(chǎn)生非線性失真，該功率調(diào)制系統(tǒng)還包括用于通過該振幅波形產(chǎn)生預(yù)失真振幅波形的裝置，放大裝置和前置濾波裝置中的至少一個裝置響應(yīng)該預(yù)失真振幅波形來補償該非線性失真。
19.根據(jù)權(quán)利要求14的功率調(diào)制系統(tǒng)，其中放大裝置包括D類放大器，且其中功率放大裝置包括C類放大器。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的功率調(diào)制系統(tǒng)，其中該放大裝置還包括耦合在前置濾波裝置和D類放大器之間的δ-σ調(diào)制器。
21.一種功率調(diào)制系統(tǒng)，包括波形發(fā)生器，通過多個數(shù)據(jù)符號產(chǎn)生振幅波形和相位波形，該振幅波形包括低頻部分和高頻部分；調(diào)相器，對相位波形調(diào)相以產(chǎn)生調(diào)相波形；功率放大器，包括電源輸入、信號輸入和功率輸出，該調(diào)相波形被提供給該信號輸入端；低頻放大系統(tǒng)，以高效率放大低頻部分，從而產(chǎn)生放大的低頻部分；高頻放大系統(tǒng)，以比該高效率低的效率放大高頻部分，從而產(chǎn)生放大的高頻部分；以及組合器，用于組合放大的低頻部分和放大的高頻部分以產(chǎn)生組合放大的振幅波形，并用于把組合放大的振幅波形提供給該電源輸入端，以在該功率輸出端產(chǎn)生數(shù)據(jù)符號的功率調(diào)制波形。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的功率調(diào)制系統(tǒng)，還包括高通濾波器，它與振幅波形耦合以產(chǎn)生高頻部分。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的功率調(diào)制系統(tǒng)，其中低頻放大系統(tǒng)中包含了低通濾波器，該低通濾波器和該高通濾波器具有相同的截止頻率。
24.根據(jù)權(quán)利要求22的功率調(diào)制系統(tǒng)，其中低頻放大系統(tǒng)中包含了低通濾波器，該低通濾波器具有一個低通截止頻率，并且該高通濾波器包括可調(diào)高通濾波器，具有一個可調(diào)高通截止頻率。
25.根據(jù)權(quán)利要求21的功率調(diào)制系統(tǒng)，還包括低通濾波器，與振幅波形耦合以產(chǎn)生低頻部分；和高通濾波器，與振幅波形耦合以產(chǎn)生高頻部分。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的功率調(diào)制系統(tǒng)，其中該低頻放大系統(tǒng)中包括了第二低通濾波器，第二低通濾波器具有第二低通截止頻率，并且其中該低通濾波器具有低于第二低通截止頻率的第一低通截止頻率，從而產(chǎn)生低頻部分。
27.根據(jù)權(quán)利要求21的功率調(diào)制系統(tǒng)，其中低頻放大系統(tǒng)包括D類放大器，其中高頻放大系統(tǒng)包括線性放大器，并且其中功率放大器包括C類放大器。
28.一種功率調(diào)制系統(tǒng)，包括波形發(fā)生器，通過多個數(shù)據(jù)符號產(chǎn)生振幅波形和相位波形；調(diào)相器，對相位波形調(diào)相以產(chǎn)生調(diào)相波形；功率放大器，包括電源輸入、信號輸入和功率輸出，該調(diào)相波形被提供給該信號輸入；前置濾波器，對振幅波形進行前置濾波以產(chǎn)生前置濾波的振幅波形；以及放大系統(tǒng)，放大該前置濾波的振幅波形以產(chǎn)生放大的前置濾波振幅波形，該放大系統(tǒng)包括低通濾波器，該低通濾波器具有第一截止頻率，該放大的前置濾波振幅波形被提供到該電源輸入端，以便在該功率輸出端產(chǎn)生數(shù)據(jù)符號的功率調(diào)制波形；其中該前置濾波器在第一低通截止頻率以上提高振幅波形的振幅，從而把第一低通截止頻率擴展至高于第一低通截止頻率的第二低通截止頻率。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的功率調(diào)制系統(tǒng)，其中該前置濾波器根據(jù)作為低通濾波器的補充的頻率響應(yīng)在第一低通截止頻率以上提高振幅波形的振幅，以便在第一低通截止頻率以上整平放大系統(tǒng)的響應(yīng)。
30.根據(jù)權(quán)利要求28的功率調(diào)制系統(tǒng)，其中放大系統(tǒng)包括D類放大器，并且其中功率放大器包括C類放大器。
31.一種功率調(diào)制方法，包括的步驟是通過多個數(shù)據(jù)符號產(chǎn)生振幅波形和相位波形，該振幅波形包括低頻部分和高頻部分；對相位波形調(diào)相以產(chǎn)生調(diào)相波形；以高效率放大低頻部分以產(chǎn)生放大的低頻部分；以比該高效率低的效率放大高頻部分以產(chǎn)生放大的高頻部分；組合放大的低頻部分和放大的高頻部分以產(chǎn)生組合放大的振幅波形；把組合放大的振幅波形提供給功率放大器的電源輸入端；以及把調(diào)相波形提供給該功率放大器的信號輸入端以產(chǎn)生數(shù)據(jù)符號的功率調(diào)制波形。
32.根據(jù)權(quán)利要求31的功率調(diào)制方法，還包括對振幅波形進行高通濾波以產(chǎn)生高頻部分的步驟。
33.根據(jù)權(quán)利要求32的功率調(diào)制方法，其中放大低頻部分的步驟包括在與高通濾波步驟相同的截止頻率下進行低通濾波的步驟。
34.根據(jù)權(quán)利要求32的功率調(diào)制方法，其中放大低頻部分的步驟包括在低通截止頻率下進行低通濾波的步驟，并且其中高通濾波的步驟包括在可調(diào)高通截止頻率下對振幅波形進行高通濾波；及調(diào)節(jié)可調(diào)高通截止頻率等于該低通截止頻率。
35.根據(jù)權(quán)利要求34的功率調(diào)制方法，其中該調(diào)節(jié)步驟包括確定低通截止頻率；和調(diào)節(jié)可調(diào)高通截止頻率等于如此確定的低通截止頻率。
36.根據(jù)權(quán)利要求31的功率調(diào)制方法，另外包括的步驟是對振幅波形進行低通濾波以產(chǎn)生低頻部分；和對振幅波形進行高通濾波以產(chǎn)生高頻部分。
37.根據(jù)權(quán)利要求36的功率調(diào)制方法，其中放大低頻部分的步驟包括在第二低通截止頻率下進行低通濾波的步驟，并且其中對振幅波形進行低通濾波的步驟包括在低于第二低通截止頻率的第一低通截止頻率對振幅波形進行低通濾波，從而產(chǎn)生低頻部分。
38.根據(jù)權(quán)利要求31的功率調(diào)制方法，其中放大低頻部分的步驟包括在低通截止頻率下進行低通濾波的步驟，并且其中該功率調(diào)制方法還包括在該低通截止頻率以上提高振幅波形的振幅，從而把該低通截止頻率擴展至高于該低通截止頻率的第二低通截止頻率；以及在第二低通截止頻率對振幅波形進行高通濾波以產(chǎn)生高頻部分。
39.一種功率調(diào)制方法，包括的步驟是通過多個數(shù)據(jù)符號產(chǎn)生振幅波形和相位波形；對相位波形調(diào)相以產(chǎn)生調(diào)相波形；對振幅波形進行前置濾波以產(chǎn)生前置濾波的振幅波形；放大并在第一截止頻率對前置濾波的振幅波形進行低通濾波，以產(chǎn)生放大的前置濾波振幅波形；以及把放大的前置濾波振幅波形提供給功率放大器的電源輸入端并把調(diào)相波形提供給該功率放大器的信號輸入端，以產(chǎn)生數(shù)據(jù)符號的功率調(diào)制波形；其中該前置濾波步驟包括在第一低通截止頻率以上提高振幅波形的振幅的步驟，從而把第一低通截止頻率擴展至高于該第一低通截止頻率的第二低通截止頻率。
40.根據(jù)權(quán)利要求39的功率調(diào)制方法，其中提高振幅的步驟包括根據(jù)作為低通濾波步驟的補充的頻率響應(yīng)在第一低通截止頻率以上提高振幅波形的振幅的步驟，以便在第一低通截止頻率以上整平該放大和低通濾波步驟的響應(yīng)。
全文摘要
功率調(diào)制系統(tǒng)和方法通過數(shù)據(jù)符號產(chǎn)生振幅波形和相位波形。振幅波形包括低頻部分和高頻部分。相位波形被調(diào)相,從而產(chǎn)生調(diào)相波形。功率放大器優(yōu)選為C類功率放大器,它包括電源輸入、信號輸入和功率輸出。調(diào)相波形提供給了該信號輸入端。振幅波形的低頻部分以高效率放大,從而產(chǎn)生放大的低頻部分。高頻部分以較低的效率放大,從而產(chǎn)生放大的高頻部分。放大的低頻部分和放大的高頻部分組合產(chǎn)生組合的放大振幅波形。該組合放大的振幅波形被提供給功率放大器的電源輸入端,以在功率放大器的功率輸出端產(chǎn)生數(shù)據(jù)符號的功率調(diào)制波形。
文檔編號H03F3/38GK1361938SQ00810419
公開日2002年7月31日 申請日期2000年4月11日 優(yōu)先權(quán)日1999年5月17日
發(fā)明者小W·O·坎普, B·林多夫 申請人:艾利森公司