專(zhuān)利名稱(chēng)：用于運(yùn)行高頻功放的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求1的前序部分所述的、用于運(yùn)行特別是移動(dòng)無(wú)線發(fā)射末級(jí)的高頻功放的方法以及用于實(shí)施該方法的裝置。
移動(dòng)語(yǔ)音和數(shù)據(jù)通信是一個(gè)具有較大經(jīng)濟(jì)前景的且發(fā)展極其迅速的技術(shù)領(lǐng)域。實(shí)現(xiàn)該前景的先決條件是不斷地改善利用可用的頻率資源以及開(kāi)發(fā)一些可能性來(lái)以必要的可靠性傳輸越來(lái)越大的數(shù)據(jù)量。
在必須考慮該要求的新標(biāo)準(zhǔn)的制訂中，規(guī)定使用具有非恒定包絡(luò)線的調(diào)制方法-不同于譬如現(xiàn)有的GSM標(biāo)準(zhǔn)-，也即比如使用相位及振幅的組合調(diào)制方法。從而，在決定了將來(lái)不久的移動(dòng)技術(shù)的UMTS(通用移動(dòng)電信系統(tǒng))標(biāo)準(zhǔn)的范圍內(nèi)，規(guī)定采用QPSK(正交相移鍵控)調(diào)制來(lái)作為這種調(diào)制方法的例子。
比如在移動(dòng)無(wú)線終端設(shè)備的發(fā)射末級(jí)中，如此進(jìn)行調(diào)制的高頻信號(hào)的放大必須沒(méi)有失真且具有較高的精確度，也即，不會(huì)由于放大器特性曲線的非線性而產(chǎn)生振幅失真，以及沒(méi)有相位失真，其中相位失真是由于“調(diào)幅至調(diào)相的變換”而引起的。在諸如前述UMTS標(biāo)準(zhǔn)等將來(lái)移動(dòng)無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)中所定義的數(shù)字調(diào)制方法同樣對(duì)取決于失真的誤碼非常敏感。從而在該系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范中包含有關(guān)于允許振幅和相位誤差以及允許相鄰信道功率(ACP-相鄰信道功率)的嚴(yán)格規(guī)定。
可以僅僅借助線性運(yùn)行的發(fā)射放大器或通過(guò)采用輔助校正電路來(lái)使傳輸特性曲線線性化來(lái)遵守規(guī)范中所確定的誤差界限和相鄰信道功率。A類(lèi)放大器線性運(yùn)行的前提條件是，放大器的1dB輸出壓縮點(diǎn)明顯位于輸出信號(hào)最大功率級(jí)的上方。在設(shè)計(jì)所有放大器級(jí)和偏置電流時(shí)要注意該要求。在用于提供最大輸出功率的放大器的設(shè)計(jì)中，在小功率情況下將會(huì)產(chǎn)生不必要的大電流消耗。放大器的效率從而隨輸出功率級(jí)的下降而很快地下降。這對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)意味著大大增加損耗這個(gè)缺點(diǎn)，原因是這會(huì)帶來(lái)不必要的大電流消耗，從而對(duì)于移動(dòng)無(wú)線終端設(shè)備的蓄電池來(lái)說(shuō)會(huì)相對(duì)縮短放電周期。這在將來(lái)符合UMTS標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備中尤其重要，原因是在這些設(shè)備中，發(fā)射器以所謂的全雙工運(yùn)行方式連續(xù)運(yùn)行。
在用于使非線性放大器裝置的傳輸特性曲線(本身具有的)線性化的輔助措施方面，比如已公開(kāi)了一種對(duì)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行預(yù)校正的方法，借助該預(yù)校正對(duì)原來(lái)放大器的非線性傳輸特性曲線進(jìn)行逆向模擬，使得放大器的實(shí)際傳輸特性曲線與調(diào)制信號(hào)的逆向模擬振幅特性相疊加，并由此共同生成近似線性的傳輸函數(shù)。然而也象類(lèi)似種類(lèi)的其它措施一樣，該措施在電子實(shí)現(xiàn)方面相對(duì)耗費(fèi)較大，并且只能使整個(gè)傳輸特性曲線的實(shí)際線性達(dá)到一定的程度。
在本申請(qǐng)人的實(shí)踐中還公開(kāi)了以放大器特性曲線的線性化為目標(biāo)，把單個(gè)晶體管級(jí)的電流消耗與同期望輸出功率有關(guān)的理論值相比較，并且根據(jù)比較結(jié)果對(duì)晶體管工作點(diǎn)進(jìn)行跟蹤。
為了降低發(fā)射放大器的放大器特性曲線非線性的所不期望的副效應(yīng)(也即由于交叉調(diào)制效應(yīng)而擴(kuò)展了發(fā)射頻譜-主要是第三級(jí))，另外還公知通過(guò)比較輸入和輸出信號(hào)，并且通過(guò)對(duì)振幅和相位進(jìn)行合適地調(diào)節(jié)，在比較器的輸出上把交叉調(diào)制結(jié)果作為錯(cuò)誤信號(hào)從整個(gè)信號(hào)中分離出來(lái)。為了獲得交叉調(diào)制的負(fù)反饋，然后則可以把所獲得的錯(cuò)誤信號(hào)通過(guò)合適的耦合元件送到要線性化的放大器的輸出上(或者在其輸出上實(shí)現(xiàn)正反饋)。然而這是一種輔助措施，僅僅可以減少所提及的非線性作用。
由此，本發(fā)明的任務(wù)在于，提供一種用近似線性的特性曲線來(lái)運(yùn)行高頻功率放大器的有效方法以及一種相應(yīng)的電路裝置，其中該裝置能夠以合適的費(fèi)用來(lái)實(shí)現(xiàn)。
該任務(wù)就其方法方面是通過(guò)具有權(quán)利要求1的特征的方法而得到解決的，而就其裝置方面是通過(guò)具有權(quán)利要求6的特征的裝置而得到解決的。
一方面，本發(fā)明包括如下基本思想，即把晶體管及高頻功率放大器級(jí)的集電極電流或漏極電流調(diào)節(jié)到最小值，其中該最小值保證滿足合適的線性要求。另外還包括如下思想，即通過(guò)輸入信號(hào)電平的變化來(lái)控制輸出信號(hào)電平。本發(fā)明還有最后一種基本想法，就是把輸出信號(hào)的諧波功率和有用信號(hào)功率之比作為分析準(zhǔn)則而被考慮進(jìn)來(lái)。
遵照前述原則，可以與需提供的輸出功率無(wú)關(guān)地始終使高頻功率放大器保持一種高效優(yōu)化的工作點(diǎn)。由此可以明顯減少在較小調(diào)制時(shí)的電流消耗，并從而比如為移動(dòng)電話的蓄電池明顯延長(zhǎng)放電周期時(shí)間。
在前述解決方案的一種優(yōu)選實(shí)施方案中，輸入信號(hào)電平的控制是借助一種調(diào)節(jié)回路以“經(jīng)典的”功率控制來(lái)實(shí)施的。
在另一有利的實(shí)施方案中，輸入信號(hào)電平的控制是通過(guò)由一種特殊的控制單元對(duì)以表格方式存儲(chǔ)的分配規(guī)則進(jìn)行訪問(wèn)來(lái)實(shí)施的，其中該規(guī)則是指增益值或輸出信號(hào)電平值與輸入信號(hào)電平值之間的分配規(guī)則。這種實(shí)現(xiàn)方式是以現(xiàn)有的相應(yīng)存儲(chǔ)器裝置和處理裝置為前提的，但是在由微處理器控制的設(shè)備中(比如移動(dòng)電話)就能夠毫無(wú)問(wèn)題地實(shí)現(xiàn)。
在一種特殊的改進(jìn)方案中，也可以根據(jù)控制信號(hào)來(lái)進(jìn)行所提及的輸入信號(hào)電平的控制，其中該控制信號(hào)是從外部輸入到發(fā)射設(shè)備的-比如在按照UMTS標(biāo)準(zhǔn)的“下行鏈路閉環(huán)功率控制”的范圍內(nèi)，其中，由基站定期地給移動(dòng)電話傳輸發(fā)射功率電平的調(diào)節(jié)指令(以一個(gè)確定值或因數(shù)升高或下降)。
輸入信號(hào)電平的變化過(guò)程尤其可以作為前聯(lián)在放大器輸入上的衰減元件的衰減變化來(lái)運(yùn)行。
為了進(jìn)行偏置調(diào)節(jié)以及集電極/漏極調(diào)節(jié)，以有利的方式使用了一種與前述功率調(diào)節(jié)回路相分離的調(diào)節(jié)回路。
另外，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及實(shí)用性可根據(jù)從屬權(quán)利要求和借助附圖對(duì)下述優(yōu)選實(shí)施例的說(shuō)明來(lái)獲得。其中

圖1以功能框圖的形式示出了用于解釋本發(fā)明第一實(shí)施方案的圖示，以及圖2以功能框圖的形式示出了用于解釋本發(fā)明第二實(shí)施方案的圖示。
圖1示出了按照第一實(shí)施例的發(fā)射放大器裝置100，其核心為高頻功率放大器101，該放大器鑒于發(fā)射信號(hào)ST的QPSK調(diào)制而必須滿足高線性要求。
在高頻功率放大器101之前聯(lián)接了可控衰減元件103，其中該衰減元件為了調(diào)節(jié)高頻功率放大器101的輸入信號(hào)電平而通過(guò)功率調(diào)節(jié)回路105來(lái)進(jìn)行控制。高頻功率放大器101后面聯(lián)接了定向耦合器107，其中該耦合器把放大器輸出功率的一部分耦合輸出到至天線ANT的信號(hào)路徑上去，并且傳輸至另外的可控衰減元件109。其衰減是通過(guò)控制單元111來(lái)調(diào)節(jié)的，其中該控制單元將在下面進(jìn)行詳細(xì)解釋。在通過(guò)衰減元件109之后，放大器輸出信號(hào)的耦合輸出部分到達(dá)節(jié)點(diǎn)113，其中該節(jié)點(diǎn)構(gòu)成前述功率調(diào)節(jié)回路105與偏置調(diào)節(jié)回路115之間的分支點(diǎn)。
在功率調(diào)節(jié)回路105中，節(jié)點(diǎn)113之后(可選地)設(shè)置了低通濾波器117和線性小信號(hào)放大器119。小信號(hào)放大器或者線性放大器119的輸出上聯(lián)接了功率檢測(cè)器121，該功率檢測(cè)器的輸出與用作調(diào)節(jié)放大器的運(yùn)放123的反相輸入相聯(lián)接。與運(yùn)放123的正相輸入相聯(lián)接的是溫度補(bǔ)償元件125，其中該補(bǔ)償元件的輸入與參考電壓源127相聯(lián)接。運(yùn)放123的輸出信號(hào)構(gòu)成了用于調(diào)節(jié)衰減元件103的可變衰減的控制信號(hào)。
在偏置調(diào)節(jié)回路115中，接點(diǎn)113之后聯(lián)接了高通濾波器129和線性信號(hào)放大器131，該線性放大器的輸出與功率檢測(cè)器133相聯(lián)接。其輸出與運(yùn)放(調(diào)節(jié)放大器)135的反相輸入相聯(lián)接，該運(yùn)放的正相輸入與另外的溫度補(bǔ)償元件137相聯(lián)接。該元件137從控制單元111獲取偏置補(bǔ)償電壓，其中該偏置補(bǔ)償電壓(類(lèi)似于為可變衰減元件109獲取控制信號(hào))從控制單元111內(nèi)存儲(chǔ)的表格式分配中導(dǎo)出，該分配是指位于偏置補(bǔ)償值(或者用于調(diào)節(jié)衰減元件的衰減值)與要調(diào)節(jié)的輸出信號(hào)電平之間的分配。
由于功率調(diào)節(jié)，在節(jié)點(diǎn)113上出現(xiàn)了具有恒定有用功率電平的信號(hào)(除了由于輸出信號(hào)調(diào)幅而引起的包絡(luò)線波動(dòng)之外)。由接下來(lái)濾波器129中的高通濾波而獲得的信號(hào)諧波功率在線性放大之后進(jìn)行功率測(cè)定，其結(jié)果中包含了實(shí)際電壓值，該值與控制單元111中所生成的理論電壓值進(jìn)行比較。通過(guò)從比較結(jié)果所獲得的控制信號(hào)(調(diào)節(jié)放大器135的輸出信號(hào))來(lái)如此地調(diào)節(jié)高頻功率放大器101的工作點(diǎn)，使得該放大器以足夠線性特性曲線運(yùn)行。
通過(guò)控制單元111可以調(diào)節(jié)靜態(tài)電流(或者集電極電流或漏極電流)，該電流也可以在高頻功率放大器小調(diào)制的情況下而不降低。在附圖所示的實(shí)施例中，在調(diào)節(jié)回路中使用了控制量“偏置補(bǔ)償”，而在可選實(shí)施例中，該控制量也可以直接傳輸至功率放大器。在設(shè)計(jì)偏置調(diào)節(jié)回路時(shí)必須注意有滿足系統(tǒng)要求的帶寬。
諧波功率與有用信號(hào)功率的比值(該值直接表征了高頻功率放大器101的線性)通過(guò)調(diào)節(jié)回路105并動(dòng)態(tài)地根據(jù)各自調(diào)節(jié)的輸出功率來(lái)與系統(tǒng)規(guī)范中所給定的要求相匹配。
圖2中示出了一種變型實(shí)施方案的發(fā)射放大器裝置200，該裝置能夠與功率調(diào)節(jié)無(wú)關(guān)地進(jìn)行末級(jí)偏置調(diào)節(jié)。這里高頻功率放大器201再次被供給了QPSK調(diào)制的發(fā)射信號(hào)ST，并且放大的輸出信號(hào)被傳輸至雙工器203，在至天線ANT的信號(hào)路徑中，該雙工器之后聯(lián)接了定向耦合器205。雙工器203在這里被用作輸出信號(hào)的諧波濾波器，并且能夠針對(duì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于有用頻率的頻率而與放大器輸出的恒定阻抗相匹配，而且與雙工器的第二輸出端上的終端電阻無(wú)關(guān)。
雙工器203通過(guò)所述的第二輸出端并經(jīng)過(guò)高通濾波器207與線性放大器209的輸入相聯(lián)接，該放大器的輸出信號(hào)傳輸至功率檢測(cè)器211，由該檢測(cè)器測(cè)定高頻功率放大器201的輸出信號(hào)的諧波功率部分。功率檢測(cè)器211的輸出信號(hào)被傳輸至運(yùn)放213(調(diào)節(jié)放大器)的正相輸入上，而該運(yùn)放的輸出信號(hào)構(gòu)成了用于控制高頻功率放大器201的控制信號(hào)。
最初通過(guò)定向耦合器205而分支出的被諧波衰減的有用信號(hào)成分被傳輸至運(yùn)放213的反相輸入上，該信號(hào)成分通過(guò)衰減元件215到達(dá)第二功率檢測(cè)器217，其中由該功率檢測(cè)器測(cè)定高頻放大器201的總輸出信號(hào)的有用功率部分。功率檢測(cè)器217后面聯(lián)接了加法器219，其中用于匹配諧波間隔的補(bǔ)償電壓U補(bǔ)償(比如通過(guò)再次查取分配表)可以傳輸至該加法器。
諧波功率與有用功率的比值在前述情況中是用作放大器調(diào)節(jié)的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，而在該裝置中它是通過(guò)元件鏈“雙工器203-定向耦合器205-衰減元件215-功率檢測(cè)器217(有用信號(hào)功率)”與元件鏈“雙工器203-高通207-線性放大器209-功率檢測(cè)器211(諧波功率)”的增益之比來(lái)確定的。
在根據(jù)圖2而改變的實(shí)施方案中，放棄了加法器219，而代替它的是把衰減元件215作為可控衰減元件來(lái)實(shí)施，其中該元件的衰減可以通過(guò)控制電壓(根據(jù)U補(bǔ)償)來(lái)改變。在此，功率檢測(cè)器211、217持續(xù)地在相同的直流和高頻工作點(diǎn)下運(yùn)行。
另外，本發(fā)明的實(shí)施方案也不局限于前述的例子，而且還可以適合于專(zhuān)業(yè)處理的范圍內(nèi)的很多變型。
權(quán)利要求
1.通過(guò)調(diào)節(jié)放大器的至少一個(gè)工作參數(shù)或至少一個(gè)有效元件，用近似線性的特性曲線來(lái)運(yùn)行尤其是移動(dòng)無(wú)線發(fā)射末級(jí)的高頻功率放大器(100；200)的方法，其特征在于根據(jù)放大器輸出信號(hào)的諧波功率與有用信號(hào)功率之比來(lái)控制有效元件或者放大器級(jí)的最小集電極電流或漏極電流以及高頻功率放大器的輸入信號(hào)電平。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于輸入信號(hào)電平(ST)的控制是以功率調(diào)節(jié)的形式借助調(diào)節(jié)回路(105)來(lái)實(shí)施的。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于輸入信號(hào)電平的控制是通過(guò)對(duì)一種尤其以查詢表方式存儲(chǔ)的分配規(guī)則進(jìn)行訪問(wèn)而由一種輸入電平控制單元來(lái)實(shí)施的，其中該分配規(guī)則是指增益值或者輸出信號(hào)電平值與輸入信號(hào)電平值之間的分配規(guī)則。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于輸入電平控制單元是根據(jù)由外部傳送來(lái)的增益值或輸出信號(hào)電平值或者放大變化指令或輸出信號(hào)變化指令來(lái)工作的。
5.如前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于為了對(duì)輸入信號(hào)電平進(jìn)行控制，對(duì)前聯(lián)的衰減元件(103)的衰減和/或前聯(lián)的小信號(hào)放大器的增益進(jìn)行變化。
6.高頻功率放大器裝置(100；200)，尤其是具有近似線性特線曲線的移動(dòng)無(wú)線發(fā)射末級(jí)，其特征在于用于分別根據(jù)放大器輸出信號(hào)的諧波功率與有用信號(hào)功率之比來(lái)對(duì)至少一個(gè)有效元件或放大器級(jí)的最小集電極電流或漏極電流進(jìn)行調(diào)節(jié)的偏置調(diào)節(jié)裝置(115；205至217)和對(duì)輸入信號(hào)電平進(jìn)行調(diào)節(jié)的輸入信號(hào)電平調(diào)節(jié)裝置(105)。
7.如權(quán)利要求5所述的高頻功率放大器裝置，其特征在于偏置調(diào)節(jié)裝置包括偏置調(diào)節(jié)回路(115)，并且輸入信號(hào)電平調(diào)節(jié)裝置包括與偏置調(diào)節(jié)回路基本分開(kāi)的功率調(diào)節(jié)回路(105)。
8.如權(quán)利要求6所述的高頻功率放大器裝置，其特征在于輸入信號(hào)電平調(diào)節(jié)裝置具有一種包含存儲(chǔ)單元的輸入信號(hào)電平控制單元(111)，在該存儲(chǔ)單元中尤其以查詢表的形式存儲(chǔ)了一種分配規(guī)則，該規(guī)則是指增益值或者輸出信號(hào)電平值與輸入信號(hào)電平值之間的分配規(guī)則。
9.如權(quán)利要求6所述的高頻功率放大器裝置，其特征在于輸入信號(hào)電平調(diào)節(jié)裝置具有可控的衰減元件(103)或者可控的線性小信號(hào)放大器。
10.如權(quán)利要求6至9之一所述的高頻功率放大器裝置，其特征在于偏置調(diào)節(jié)裝置具有高通濾波器(129；207)和至少間接聯(lián)接在該濾波器后面的第一功率檢測(cè)器(133；211)，并且輸入信號(hào)電平調(diào)節(jié)裝置具有低通濾波器(117)和至少間接聯(lián)接在該濾波器后面的第二功率檢測(cè)器(121)。
11.如權(quán)利要求6至10之一所述的高頻功率放大器裝置，其特征在于偏置調(diào)節(jié)裝置(115)和輸入信號(hào)電平調(diào)節(jié)裝置(105)均具有溫度補(bǔ)償元件(125、137)。
12.如權(quán)利要求6至11之一所述的高頻功率放大器裝置，其特征在于偏置調(diào)節(jié)裝置(115)和/或輸入信號(hào)電平調(diào)節(jié)裝置(105)具有參考值提供裝置(111、127)以及通過(guò)輸入端與該參考值提供裝置相聯(lián)接的比較器裝置或減法器裝置(123、135)。
全文摘要
通過(guò)調(diào)節(jié)放大器的至少一個(gè)工作參數(shù)或至少一個(gè)有效元件,用近似線性的特性曲線來(lái)運(yùn)行尤其是移動(dòng)無(wú)線發(fā)射末級(jí)的高頻功率放大器(100;200)的方法,其中,根據(jù)放大器輸出信號(hào)的諧波功率與有用信號(hào)功率之比來(lái)控制有效元件或者放大器級(jí)的最小集電極電流或漏極電流以及高頻功率放大器的輸入信號(hào)電平。
文檔編號(hào)H03G3/30GK1370349SQ00811587
公開(kāi)日2002年9月18日 申請(qǐng)日期2000年4月13日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月10日
發(fā)明者J·波倫貝克 申請(qǐng)人:西門(mén)子公司