專利名稱：用于包絡(luò)反饋放大器線性化的線性自動(dòng)優(yōu)化的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及放大器，具體地說，涉及補(bǔ)償輸入信號(hào)和輸出信號(hào)之間由功率放大器產(chǎn)生的非線性畸變的有效的功率放大電路和方法。
相關(guān)技術(shù)的描述放大器用于要求小信號(hào)放大的各種用途。在要求線性處理或重現(xiàn)包含于信號(hào)振幅和相位的信息的信號(hào)的應(yīng)用中，放大器輸出中低的畸變極其重要。為了維持放大時(shí)這種信息的完整性，放大器的輸出在振幅和相位上應(yīng)該呈現(xiàn)低畸變。換句話說，為了維持高的信號(hào)保真度，放大器應(yīng)該在其整個(gè)工作范圍內(nèi)呈現(xiàn)接近線性的輸入輸出特性。
線性放大在發(fā)射信息編碼于信號(hào)振幅和相位上的放大了的信號(hào)的通信裝置中特別重要。由信源向目的地發(fā)射的信號(hào)往往在發(fā)射前進(jìn)行調(diào)制和放大。幾種現(xiàn)存的和預(yù)期的無線電數(shù)字通信系統(tǒng)都是基于既改變振幅又改變相位的調(diào)制方案，這種調(diào)制方案常稱為線性調(diào)制方案。與只有相位調(diào)制或頻率調(diào)制的調(diào)制方案相比，線性調(diào)制方案在給定吞吐量(每秒每Hz位數(shù))下提供較高頻譜效率。
不幸的是，在通信裝置中，信號(hào)的頻譜特性只有在整個(gè)發(fā)射機(jī)鏈都是線性的情況下才得以保持。若發(fā)射機(jī)不線性，則在發(fā)射的信號(hào)中將產(chǎn)生交叉調(diào)制畸變(IMD)，致使信號(hào)的頻譜增大，干擾鄰近信道上的用戶。若非線性特別強(qiáng)，則會(huì)危害信號(hào)的完整性，導(dǎo)致接收機(jī)上誤碼率增大。但實(shí)際上，放大器的輸出是非線性的，因?yàn)殡S著輸入信號(hào)振幅的增大，某些值輸出會(huì)飽和。隨著放大器的輸出到達(dá)飽和，輸出中的IMD增大，造成不希望有的畸變。
獲得線性放大的一種傳統(tǒng)方法，是利用工作在遠(yuǎn)低于飽和的甲類功率放大器。但是，這種類型的工作效率差，因?yàn)榧最惙糯笃骷词乖诹爿斎胄盘?hào)或靜止的狀態(tài)下也耗散功率。在用電池供電的便攜式裝置中這是特別有影響的功率消耗。
發(fā)射機(jī)中的功率放大器是造成畸變的主要貢獻(xiàn)者，設(shè)計(jì)要在線性和功率效率之間進(jìn)行折衷。最近人們的注意力集中在設(shè)計(jì)這樣的功率放大器配置上、它具有應(yīng)用于功率效率高的非線性功率放大器的線性電路，以圖既獲得線性放大又獲得高的功率效率。達(dá)到增強(qiáng)線性的一種方法是利用包絡(luò)反饋回路，諸如H.Kosugi等人在Electronics andCommunication in Japan，Part 2，Vol.77，No.3，1994，pp.50-57題為“利用包絡(luò)反饋方法的高效線性放大器”一文和B.Shi等人在Proceedingsof the 49thIEEE Vehicular Technology Conference，May 1999，pp.1520-1524題為“利用功率反饋的射頻功率放大器的線性化”一文中公開的，此兩文均附此作參考。


圖1表示舉例說明包絡(luò)反饋原理的射頻功率放大器配置100的方框圖。如圖1所示，射頻輸入信號(hào)si在進(jìn)入非線性功率放大器(PA)128之前，在可變?cè)鲆娣糯笃?VGA)124中加權(quán)，以便達(dá)到整體線性。加權(quán)是由設(shè)置于加有輸入信號(hào)si的輸入節(jié)點(diǎn)120和接收輸入信號(hào)si放大重現(xiàn)so的輸出節(jié)點(diǎn)130之間的反饋回路獲得的。在節(jié)點(diǎn)122和節(jié)點(diǎn)130之間，輸入信號(hào)si由VGA 124進(jìn)行放大或衰減來調(diào)整。調(diào)整后的信號(hào)輸出到節(jié)點(diǎn)126，然后提供給PA 128，產(chǎn)生放大了的輸出so。
放大器配置100包括包絡(luò)反饋回路，以便提供控制VGA 124用的信號(hào)。反饋回路包括沿著節(jié)點(diǎn)132的第一信號(hào)通路和沿著節(jié)點(diǎn)133的第二信號(hào)通路。輸出信號(hào)so由耦合器131從輸出節(jié)點(diǎn)130耦合到節(jié)點(diǎn)132。so的退耦輸出提供給固定衰減器134。固定衰減器134按比例縮放射頻輸出so，并定義所述布局的線性增益(取非常大的回路增益)。然后把縮放后的輸出提供給常規(guī)的或功率的平方包絡(luò)檢波器136。
節(jié)點(diǎn)120上的輸入信號(hào)si類似地由耦合器121耦合到節(jié)點(diǎn)133，節(jié)點(diǎn)133本身耦合到常規(guī)包絡(luò)或平方功率包絡(luò)檢波器(D)135。檢波后的輸入和縮放后的輸出(常規(guī)的或功率的)包絡(luò)信號(hào)在諸如差動(dòng)放大器等的差動(dòng)元件140中相減，產(chǎn)生誤差信號(hào)re。然后誤差信號(hào)在諸如低通濾波器(LPF)等環(huán)路濾波器142上進(jìn)行濾波，并在放大器144上放大。在VGA 124控制之前，還可以利用求和元件146把一個(gè)任選的預(yù)設(shè)的偏移值Kc加在放大后的誤差信號(hào)上。然后提供放大后的誤差信號(hào)，用來控制VGA 124的放大電平，在輸入PA 128之前，VGA調(diào)節(jié)輸入信號(hào)si。
圖2表示功率放大器配置200的方框圖，舉例說明利用VGA控制非線性功率放大器輸出振幅的替代方案。帶有類似號(hào)碼的元件及其相應(yīng)的功能如上所述。如圖2所示，PA 228的輸出功率直接受誤差信號(hào)re控制。在這種情況下，例如，誤差信號(hào)re可以控制工作點(diǎn)或電源電壓。例如，通過控制工作點(diǎn)、電源電壓和/或其他直接控制方法，直接控制PA 228是在PA內(nèi)實(shí)現(xiàn)VGA功能的一種途徑。
正如下面將要詳細(xì)討論的，依回路元件參數(shù)選擇的不同，PA和VGA組合增益的線性可能受到不利影響。因而，回路增益對(duì)圖1和2放大器配置的總增益的影響還有待進(jìn)一步研究。
上述技術(shù)具有相同的反饋布局。圖1和2實(shí)現(xiàn)之間的差異在于VGA/PA控制信號(hào)和PA輸出振幅之間的關(guān)系。在任何情況下，都可以假定這個(gè)關(guān)系或多或少有非線性。于是，在不喪失任何一般性的情況下，在以下勾畫出任何反饋電路中小和大的信號(hào)對(duì)PA線性的影響的分析中，只須考慮圖1的布局即可。
關(guān)于檢波器135和136，不論常規(guī)包絡(luò)檢波器還是功率檢波器，都有人提出過。先從包絡(luò)檢波器開始，并考慮回路的DC特性(亦即不考慮環(huán)路濾波器)，理想的包絡(luò)檢波器的復(fù)數(shù)基帶等效電路的復(fù)數(shù)值信號(hào)的絕對(duì)值(實(shí)數(shù)值)。于是，D(sx)＝|sx|≡rx(公式1)而且在這種情況下輸出振幅由下式給出
ro=AG(Kc+Acri)1+AGAcriβ·ri]]>(公式2)在AGAcriβ》1的條件下式中的AGAcriβ可以定義為系統(tǒng)的回路增益，而對(duì)于AGAcri》Kc，輸出振幅由下式給出ro≈riβ]]>(公式3)式中1/β可以定義為系統(tǒng)的線性增益。
應(yīng)當(dāng)指出，回路增益與輸入信號(hào)的振幅成正比。于是，AGAcriβ》1的條件只對(duì)有限的輸入振幅范圍是有效的。檢查公式2之后，偏移值可以選為Kc=1βAG]]>(公式4)因此得出ro≈riβ]]>(公式5)上述分析并未考慮AG是取決于輸入信號(hào)振幅的非線性函數(shù)這一事實(shí)。但若PA 128對(duì)于小的輸入信號(hào)是線性的，則Kc可以設(shè)置為Kc0=1βAG0]]>(公式6)式中AG0是PA 128的小信號(hào)增益。因此，在PA 128是線性的整個(gè)范圍內(nèi)，可以以要求的增益獲得線性運(yùn)行。超出這個(gè)范圍，回路增益必須足夠大(按照上面的討論)才能在整個(gè)輸入振幅范圍內(nèi)給出線性PA 128。
這個(gè)推理在利用功率檢波器時(shí)也適用。其中D(sx)＝|sx|2≡rx2(公式7)輸出振幅變?yōu)?br> ro=1β·(-12AGAcβri+(12AGAcβri)2+KcAc+ri2)]]>(公式8)為了獲得小輸入振幅要求的增益，公式6仍然適用，而超出小信號(hào)范圍時(shí)回路增益AGAcβri必須大。上面所說的回路增益是大信號(hào)增益，這在考慮系統(tǒng)的線性時(shí)是有用的。從穩(wěn)定性的觀點(diǎn)看(因?yàn)樗欠答佅到y(tǒng))，應(yīng)該考慮微分回路增益。
擴(kuò)大上面討論的布局的線性范圍的方便的方法是按照公式6把任選的偏移值Kc設(shè)置為適當(dāng)?shù)闹怠５?，正如下面將要更詳?xì)討論的，若Kc不具有正確值，則所述布局對(duì)小的輸入信號(hào)變?yōu)榉蔷€性，即使PA 128是理想線性的。
擴(kuò)展上述布局的線性范圍的另一個(gè)途徑是增大回路增益AGAcβri，代替把偏移值Kc設(shè)置為并未完全確定的所需值。但是，增大AGAcβri會(huì)以減小最大帶寬為代價(jià)，因?yàn)榛芈吩鲆妗⒒芈穾捄突芈费舆t的乘積決定著反饋系統(tǒng)相位的余量。于是，減小回路增益可以換來帶寬的增大。因而，對(duì)于給定的帶寬，存在一個(gè)對(duì)低的輸入振幅會(huì)造成回路增益不足的最大回路增益。因此，為了優(yōu)化帶寬，Kc必須設(shè)置為適當(dāng)?shù)臄?shù)值。
不幸的是，在一次性設(shè)置Kc值方面存在問題，因?yàn)楣β史糯笃鞯男⌒盘?hào)增益不夠準(zhǔn)確。因此，有必要采取自適應(yīng)途徑來設(shè)定Kc值，以便考慮這樣的變化。
現(xiàn)在來描述不同放大器參數(shù)值的作用。圖3a表示反饋回路對(duì)具有常規(guī)包絡(luò)檢波器的并利用以下參數(shù)的PA線性化配置的增益(r0/ri)的影響。
AG＝10；β＝0.1；0≤ri≤1；以及Kc＝0。類似地，圖3b表示對(duì)于具有相同參數(shù)值但利用功率檢波器而不是常規(guī)包絡(luò)檢波器的PA線性配置的增益。在3a和3b兩個(gè)圖中，線性PA都假定簡(jiǎn)化范圍的計(jì)算，其中回路增益變低并且PA應(yīng)線性。參數(shù)Kc設(shè)置為零，而主要構(gòu)成這些配置的峰值回路增益的放大器144的增益Ac設(shè)置為不同的值，以便表明對(duì)于低的輸入振幅回路的不良特性。
如圖3a和3b所示，在反饋回路不設(shè)置偏移值Kc時(shí)，為了獲得合理的輸入信號(hào)振幅范圍所需的恒定增益，可能要求數(shù)值非常大的Ac。但是，在大多數(shù)情況下，并不需要這樣高的Ac值來補(bǔ)償飽和范圍的PA非線性。此外，正如上面討論的，為了(在不違反穩(wěn)定性的條件下)使回路的帶寬達(dá)到最大，從而允許較大的信號(hào)帶寬，Ac應(yīng)該保持盡可能低。
接著，圖4a和4b表示對(duì)于分別利用常規(guī)包絡(luò)檢波器和功率包絡(luò)檢波器的圖1線性化配置，增益Ac固定為10時(shí)偏移值Kc的不同數(shù)值的作用。正如從圖4a和4b可以看到的，設(shè)置Kc要求高的準(zhǔn)確度。應(yīng)當(dāng)指出，零輸入信號(hào)振幅的增益總是等于Kc·AG0。
在圖5a和5b中，引入簡(jiǎn)單的非線性，以便給典型的PA的AM-AM飽和特性建模。飽和特性由以下的三階復(fù)數(shù)值多項(xiàng)式給出ro,pa=10·(1-427·ri,pa2)·ri,pa]]>(公式9)式中ro，pa是功率放大器輸出的信號(hào)振幅，而ri，pa是輸入功率放大器的輸入信號(hào)振幅。在由公式9定義的特性中，對(duì)于ro，pa＝10，輸出ro，pa飽和，并提供AG0＝10的小信號(hào)增益。如圖5a和5b所示，對(duì)于Kc和Ac的不同設(shè)置，示出分別采用包絡(luò)和功率檢波器的回路的增益。Kc＝Kc0，Ac＝0的特殊情況相當(dāng)于PA本身的增益。
圖3a至5b的曲線表示在反饋系統(tǒng)中偏移值Kc是一個(gè)與回路增益同樣重要的參數(shù)。正如在圖3a和3b中對(duì)于小信號(hào)振幅所表明的，高的回路增益決不會(huì)補(bǔ)償設(shè)置不正確的偏移值Kc，因?yàn)榛芈吩鲆媾c輸入信號(hào)成正比，并隨著輸入信號(hào)振幅的減小而持續(xù)下降。于是，在包絡(luò)反饋系統(tǒng)中，為了避免輸入范圍小信號(hào)部分的畸變，偏移值Kc必須精確設(shè)置。
發(fā)明概要因而，本發(fā)明的目的是包絡(luò)反饋RF放大器線性化的線性自動(dòng)優(yōu)化，它顯著減輕由相關(guān)技術(shù)的限制和缺點(diǎn)造成的一個(gè)或多個(gè)問題。
在本發(fā)明的一個(gè)方面中，放大器配置包括具有用以使功率放大器的輸出線性化的反饋回路的功率放大器。反饋回路包括偏移值，它與隨輸入和輸出信號(hào)振幅而變并在所述回路中產(chǎn)生的誤差信號(hào)結(jié)合。若放大器配置的輸入信號(hào)振幅等于或低于預(yù)定的小信號(hào)值，則偏移參數(shù)的值是自適應(yīng)的、以便在輸入和輸出信號(hào)振幅之間改變，從而使功率放大器在所述范圍內(nèi)線性化。當(dāng)輸入信號(hào)的振幅大于預(yù)定的小信號(hào)閾值電平時(shí)，偏移值在預(yù)定的偏移信號(hào)值上維持恒定。
本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)在下面的描述中提出，并在所述描述中部分地出現(xiàn)或者可以從本發(fā)明的實(shí)踐中學(xué)到。本發(fā)明的這些方面和優(yōu)點(diǎn)將由本系統(tǒng)和方法實(shí)現(xiàn)或獲得，并在書面描述和權(quán)利要求書以及附圖中具體指出。
顯然，上面的一般描述和下面的詳細(xì)描述都是示范性的，并且僅僅是示范性的，并不像權(quán)利要求書那樣限制本發(fā)明。
應(yīng)該強(qiáng)調(diào)指出，本申請(qǐng)書中用到的“包括”一詞是指所陳述的特征、整體、步驟或組成部分的存在；但所述詞的使用并不排除附加的一個(gè)或多個(gè)其他特征、整體、步驟、組成部分或它們的組合的存在。
附圖的簡(jiǎn)要描述為進(jìn)一步理解本發(fā)明而提供的附圖，包括于本說明書中并構(gòu)成其一部分，連同解釋本發(fā)明原理用的描述一起舉例說明本發(fā)明各實(shí)施例。附圖中圖1是舉例說明包絡(luò)反饋原理的第一放大器配置的方框圖；圖2是舉例說明包絡(luò)反饋原理的第二放大器配置的方框圖；圖3a是偏移參數(shù)值等于零時(shí)圖1所示放大器配置各種回路放大器參數(shù)下放大器增益的變化與放大器輸入振幅關(guān)系的曲線；
圖3b是偏移參數(shù)值等于零時(shí)圖2所示放大器配置各種回路放大器參數(shù)下放大器增益的變化與放大器輸入振幅關(guān)系的曲線；圖4a是偏移參數(shù)值改變而閉環(huán)放大器增益固定時(shí)，圖1所示放大器配置的放大器增益的變化與放大器輸入振幅關(guān)系的曲線；圖4b是偏移參數(shù)值改變而閉環(huán)放大器增益固定時(shí)，圖2所示放大器配置的放大器增益的變化與放大器輸入振幅關(guān)系的曲線；圖5a是偏移參數(shù)和閉環(huán)放大器增益改變，而且所述功率放大器用AM-AM飽和特性建模時(shí)，圖1所示放大器配置的放大器增益的變化與放大器輸入振幅關(guān)系的曲線；圖5b是偏移參數(shù)和閉環(huán)放大器增益改變，而且所述功率放大器用AM-AM飽和特性建模時(shí)，圖2所示放大器配置的放大器增益的變化與放大器輸入振幅關(guān)系的曲線；圖6示出舉例說明按照本發(fā)明的一般檢波和控制原理的曲線圖；圖7表示按照本發(fā)明第一實(shí)施例的示范性包絡(luò)放大器的示意圖；圖8表示按照本發(fā)明第二實(shí)施例的示范性包絡(luò)放大器的示意圖；圖9表示按照本發(fā)明第三實(shí)施例的示范性包絡(luò)放大器的示意圖；圖10表示按照本發(fā)明第四實(shí)施例的示范性包絡(luò)放大器的示意圖；圖11表示按照本發(fā)明第五實(shí)施例的示范性包絡(luò)放大器的示意圖；圖12表示按照本發(fā)明第六實(shí)施例放大信號(hào)的示范性方法的流程圖；圖13表示按照本發(fā)明第七實(shí)施例放大信號(hào)的示范性方法的流程圖；以及圖14表示按照本發(fā)明第八實(shí)施例放大信號(hào)用的示范性方法的流程圖。
詳細(xì)描述現(xiàn)將結(jié)合附圖中舉例說明的幾個(gè)示范性實(shí)施例更詳細(xì)地描述本發(fā)明的這些和其他方面。
把偏移值設(shè)置為預(yù)設(shè)的恒定值的一個(gè)缺點(diǎn)是，放大器和其他放大系統(tǒng)組件存在時(shí)間漂移、熱漂移和電源電壓波動(dòng)以及系統(tǒng)組件制造上變化和不利環(huán)境工作條件造成的漂移。這些變化本身使功率放大器的小信號(hào)增益AG0不準(zhǔn)確和/或變化。于是，預(yù)設(shè)偏移值Kc0值的不準(zhǔn)確造成不希望有的非線性。
因此，本發(fā)明旨在包絡(luò)反饋RF放大器線性化的線性自動(dòng)優(yōu)化，它大大地減輕先有技術(shù)的限制和缺點(diǎn)造成的一個(gè)或多個(gè)問題。本發(fā)明的一般方法是，當(dāng)輸入信號(hào)振幅處在小信號(hào)振幅范圍內(nèi)時(shí)，允許偏移值Kc自適應(yīng)至最優(yōu)值。
采用本發(fā)明，在輸入信號(hào)振幅小、功率放大器足夠線性、使得與不正確的Kc值造成的誤差相比、功率放大器的非線性引起的誤差可以看作是不顯著的的情況下，可以檢測(cè)由不正確的Kc值引起的誤差。于是，本發(fā)明可以通過檢測(cè)等于或低于某個(gè)閾值電平的小的輸入信號(hào)振幅時(shí)的誤差，并以不同的方式利用此誤差來控制Kc值，保證Kc值得到正確的設(shè)置。
在諸如便攜式無線電通信裝置等要求充分線性地放大的電子設(shè)備中，本發(fā)明是有用的。便攜式無線電通信設(shè)備在這里是指移動(dòng)式無線電終端，包括諸如移動(dòng)電話、傳呼機(jī)、通信機(jī)(例如，電子組織機(jī)、智能電話)等所有設(shè)備。在諸如包括發(fā)射信號(hào)進(jìn)行了調(diào)制以便在其振幅中包含信息的通信發(fā)射機(jī)的系統(tǒng)等要求調(diào)制信號(hào)的信號(hào)振幅畸變低的系統(tǒng)中，本發(fā)明特別有用。本發(fā)明任何一種反饋技術(shù)都可以單獨(dú)用來補(bǔ)償功率放大器中的振幅到振幅畸變，或者，例如在利用正交相移鍵控(QPSK)調(diào)制方案的通信系統(tǒng)中，與相位反饋回路結(jié)合，實(shí)現(xiàn)功率放大器非線性的完全校正。當(dāng)然，在不直接涉及便攜式無線電通信系統(tǒng)組件的應(yīng)用中，本發(fā)明也可以用來在所需輸入信號(hào)范圍內(nèi)達(dá)到線性化的放大器信號(hào)輸出。
參見圖6，現(xiàn)將描述按照本發(fā)明控制偏移值Kc的一般化方法。信號(hào)610和信號(hào)620分別代表按照本發(fā)明的線性化放大器的檢波輸出包絡(luò)和檢波輸入包絡(luò)。某個(gè)時(shí)刻信號(hào)線610和620之間的垂直分隔距離代表錯(cuò)誤的Kc造成的輸出信號(hào)中的誤差。如圖6所示，當(dāng)輸入信號(hào)620振幅降到或低于振幅閾值電平ATH時(shí)，在時(shí)間周期630過程中，放大器系統(tǒng)的誤差檢測(cè)允許對(duì)Kc的控制。正如從以下詳細(xì)的實(shí)施例中將會(huì)看到的，這種允許功能可以以各種方法調(diào)整偏移值Kc的大小。于是，正如在以下實(shí)施例中將舉例說明的，本發(fā)明可以檢測(cè)小輸入振幅的誤差，并以各種方式用這個(gè)誤差來控制Kc的值。
圖7表示按照本發(fā)明第一實(shí)施例的示范性放大器配置700的方框圖，它舉例說明自適應(yīng)偏移值的原理。如圖7所示，RF輸入信號(hào)si在非線性放大器718之前在可變?cè)鲆嬖?14中加權(quán)，以便達(dá)到總的線性特性。加權(quán)是通過設(shè)置在加有輸入信號(hào)si的輸入節(jié)點(diǎn)710和接收輸入信號(hào)si放大后的復(fù)現(xiàn)so的輸出節(jié)點(diǎn)720之間的反饋電路獲得的。在節(jié)點(diǎn)710和節(jié)點(diǎn)720之間，輸入信號(hào)電平通過可變?cè)鲆嬖?14的放大或衰減加以調(diào)整。然后把可變?cè)鲆嬖?14輸出的調(diào)整后的輸入信號(hào)提供給放大器718。
放大器配置700包括反饋電路，為控制可變?cè)鲆嬖?14提供信號(hào)。反饋電路包括沿著節(jié)點(diǎn)722的第一信號(hào)通路和沿著節(jié)點(diǎn)726的第二信號(hào)通路。輸出信號(hào)so提供給振幅檢波器724的輸入端。沿著輸入側(cè)的通路，節(jié)點(diǎn)710上的輸入信號(hào)si提供給振幅檢波器728的輸入端。
振幅檢波器724，728的類型可以包括例如常規(guī)或功率包絡(luò)檢波器，諸如上述包絡(luò)檢波器或其他類型的監(jiān)視器/檢波器，諸如包括模擬和/或數(shù)字組件的檢波器。檢波后的輸入和輸出振幅信號(hào)在諸如差動(dòng)放大器等求差元件730上相減，在節(jié)點(diǎn)732上產(chǎn)生誤差信號(hào)θError。在求和元件734上誤差信號(hào)θError與偏移值Kc相加。求和元件734輸出的復(fù)合信號(hào)提供給與可變?cè)鲆嬖?14相連的節(jié)點(diǎn)740，在輸入到放大器718之前調(diào)整輸入信號(hào)si。
與圖1和2所示的對(duì)si所有信號(hào)電平都使用恒定的預(yù)設(shè)偏移值的放大器配置不同，放大器配置700包括動(dòng)態(tài)偏移值控制器736，提供一個(gè)例如，如圖6所示可以隨著小信號(hào)閾值A(chǔ)TH和si的振幅特性737而變化的偏移值Kc。小信號(hào)閾值A(chǔ)TH可以是一個(gè)預(yù)設(shè)的量，諸如對(duì)于特定的放大器配置設(shè)置的恒定值。作為另一方案，ATH可以是可調(diào)整的，使其值隨著特定的操作環(huán)境而調(diào)整。不是采用預(yù)設(shè)的閾值A(chǔ)TH，而是動(dòng)態(tài)偏移值控制器736可以包括數(shù)字信號(hào)處理電路，它提供根據(jù)諸如上述公式計(jì)算的Kc值。作為另一個(gè)示范性替代方案，處理電路可以利用存儲(chǔ)的ATH值，使得只有在其上限由ATH定義的范圍內(nèi)才進(jìn)行Kc的動(dòng)態(tài)計(jì)算。si的振幅特性737可以用來與ATH的大小比較，并由各種來源提供，諸如由輸入信號(hào)si的檢波振幅常規(guī)或功率包絡(luò)提供、由放大器700之前產(chǎn)生或處理輸入信號(hào)的基帶電路，或監(jiān)視和/或測(cè)量輸入信號(hào)振幅特性的其他電路提供。盡管在圖7中沒有顯示，動(dòng)態(tài)偏移值發(fā)生器736也可以根據(jù)諸如下列實(shí)施例進(jìn)一步舉例說明的本發(fā)明原理的特定應(yīng)用與諸如輸出振幅特性等其他信號(hào)特性一齊提供。
圖8表示按照本發(fā)明第二實(shí)施例的示范性放大器800的示意圖。放大器電路800在輸入節(jié)點(diǎn)820上接收輸入信號(hào)si，并沿著輸出節(jié)點(diǎn)830產(chǎn)生輸出信號(hào)so。加在節(jié)點(diǎn)820上的輸入信號(hào)si可以是，例如，振幅和相位調(diào)制的信號(hào)，而輸出信號(hào)so是輸入信號(hào)si放大后的復(fù)現(xiàn)。輸入信號(hào)si由耦合器821耦合到節(jié)點(diǎn)833，后者本身提供給常規(guī)包絡(luò)或功率(平方)包絡(luò)檢波器835的輸入端。輸出信號(hào)so由耦合器831耦合到節(jié)點(diǎn)832，然后在提供給常規(guī)包絡(luò)或功率(平方)包絡(luò)檢波器836之前由衰減器834適當(dāng)?shù)乜s放。盡管在示意圖上耦合器821和831表示為分布線耦合器，但應(yīng)明白，任何耦合/取出安排都可以用來把來自一個(gè)節(jié)點(diǎn)的信號(hào)耦合/取出到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)，包括節(jié)點(diǎn)的直接連接和/或它們的組合。這兩個(gè)已檢波包絡(luò)信號(hào)提供給求差元件840。求差元件840把所述已檢波包絡(luò)信號(hào)之一從另一個(gè)已檢波包絡(luò)信號(hào)中減去、從而產(chǎn)生誤差信號(hào)re。求差元件840可以是任何一種能夠輸出指示兩個(gè)輸入信號(hào)的差值信號(hào)的器件。例如，求差元件840可以是差動(dòng)放大器。
然后誤差信號(hào)re提供給回路濾波器(LPF)842，隨后由放大器844放大Ac倍并在求和元件846上加上偏移值Kc。然后把從求和元件846輸出的信號(hào)用來控制可變?cè)鲆嬖?24，例如，可變?cè)鲆娣糯笃骰蛩p器，后者本身控制節(jié)點(diǎn)826上的信號(hào)電平，它是節(jié)點(diǎn)822上信號(hào)放大(或衰減)后的型式。于是，由功率放大器(PA)828提供的信號(hào)so電平被控制可變?cè)鲆嬖?24的反饋信號(hào)調(diào)制，使得PA 828的輸出特性線性化。誤差信號(hào)re還提供給節(jié)點(diǎn)843，后者耦合到積分器(INT)845的輸入端。
在本實(shí)施例中，Kc的值決定于積分器845的輸出，并當(dāng)積分器845被啟動(dòng)信號(hào)EI啟動(dòng)時(shí)，取決于re的值。只有當(dāng)輸入信號(hào)振幅在預(yù)定的積分范圍內(nèi)，積分器845才應(yīng)被啟動(dòng)(例如，EI為高時(shí))。例如，如圖6所示，積分范圍可以定義為閾值振幅ATH。當(dāng)信號(hào)EI為高時(shí)，積分器845被啟動(dòng)，并對(duì)誤差信號(hào)re進(jìn)行積分。啟動(dòng)信號(hào)EI可以從發(fā)射機(jī)的基帶電路控制，它主要是接通或關(guān)斷積分器845的積分功能。當(dāng)不被啟動(dòng)時(shí)，積分器維持一個(gè)基本上相當(dāng)于積分器零輸入的原值。于是，積分器輸出保持恒定，并等效于Kc。
本專業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該很容易理解，在輸入信號(hào)振幅越出積分器的范圍時(shí)，Kc應(yīng)保持恒定。于是，采用這樣的反饋控制結(jié)構(gòu)，PA 828的輸入便被增大或減小，以便補(bǔ)償PA 828的振幅非線性。所以偏移值的數(shù)值不再像圖1和2的放大器那樣保持恒定，而是響應(yīng)小信號(hào)輸入使非線性PA的輸出部分地根據(jù)在輸入信號(hào)si振幅小時(shí)會(huì)變化的自適應(yīng)偏移參數(shù)Kc而得到補(bǔ)償。
積分器啟動(dòng)信號(hào)EI可以從發(fā)射機(jī)基帶電路以外的來源產(chǎn)生。圖9表示按照本發(fā)明的第三實(shí)施例的示范性放大器900，其中EI信號(hào)從輸入信號(hào)包絡(luò)振幅與基準(zhǔn)電平比較中產(chǎn)生。圖9中引用字符與圖8中的引用字符相似的放大器組件的類型和功能如上所述。如圖9所示，檢波后的輸入信號(hào)常規(guī)的或功率的包絡(luò)在節(jié)點(diǎn)912處饋入比較器914。比較器具有基準(zhǔn)電平，而積分器918配置得當(dāng)輸入信號(hào)包絡(luò)振幅在積分范圍內(nèi)，例如，如圖6舉例說明的，等于或低于閾值振幅ATH時(shí)從比較器914接收啟動(dòng)信號(hào)EI。
因?yàn)檎`差信號(hào)re可能非常小，實(shí)際上當(dāng)利用功率包絡(luò)檢波器(r2)時(shí)，積分器918的增益應(yīng)該足夠低，以便抑制噪音和(若有)寄生信號(hào)，不然它們會(huì)調(diào)制所述系統(tǒng)的增益。這本身意味著反饋電路可能慢。但是，這并不成問題，因?yàn)橛伤龌芈窓z測(cè)到的變化主要是緩慢變化(例如由于溫度漂移造成的)和/或系統(tǒng)中的其他靜態(tài)誤差。
因?yàn)榉答伝芈沸枰欢螘r(shí)間才能收斂到偏移值Kc的最優(yōu)值，故可加入預(yù)設(shè)功能，使積分器輸出在接通電源后立即可以設(shè)置為接近(亦即，盡可能接近系統(tǒng)精度)最優(yōu)值。
上述實(shí)施例的實(shí)際實(shí)現(xiàn)可能受到誤差信號(hào)通路上偏移值的不利影響。信號(hào)通路誤差可能來源于兩個(gè)檢波器835，836之間的不平衡。求差裝置840也可能引起DC偏移。所述偏移可能產(chǎn)生非最優(yōu)的Kc。若有必要，可以在積分器845和918之前設(shè)置DC消除電路，以便去除或減少偏移值。例如，DC消除電路可以設(shè)置在求差裝置840之后和/或設(shè)置在檢波器835，836之后。
圖10表示按照本發(fā)明第四實(shí)施例的示范性放大器1000。圖10所示的放大器組件的類型和功能使用與上述第二和第三實(shí)施例相同的參考符號(hào)。
求差元件1030，例如差動(dòng)放大器等接收限幅器1011，1010的輸出，并把節(jié)點(diǎn)1042上所得誤差信號(hào)提供給積分器1050。限幅器1011，1010的增益應(yīng)大體上等于和/或設(shè)置為一個(gè)值，使得超出積分范圍(例如，大于ATH)的輸入振幅使兩個(gè)限幅器都飽和。結(jié)果，當(dāng)輸入振幅超出積分范圍時(shí)，節(jié)點(diǎn)1042上限幅器1010，1011的輸出將處于同一電平，產(chǎn)生零電平誤差信號(hào)，因而由于積分器1050的輸入為零，積分器輸出將恒定。
為了考慮兩個(gè)限幅器通路1001/1027和1002/1028之間增益和/偏移值的不平衡可能會(huì)對(duì)積分器的控制產(chǎn)生有害影響造成非最優(yōu)Kc，可以在積分器1050之前用DC消除電路來減輕偏移值的問題。作為另一種方案，或者除利用DC消除電路之外，為了在輸入信號(hào)振幅超出積分范圍時(shí)避免對(duì)偏移值進(jìn)行積分，如上所述，積分器1050可以只在輸入信號(hào)處在積分范圍內(nèi)才啟動(dòng)(EI)積分器1050。
圖11表示按照本發(fā)明第五實(shí)施例的示范性放大器1100。上述第二至第四實(shí)施例依靠通過對(duì)低于某閾值電平的輸入振幅誤差的直接積分推算的Kc，而放大器1100卻基于當(dāng)輸入振幅低于閾值電平ATH時(shí)對(duì)檢波輸入和輸出信號(hào)在任意時(shí)刻的采樣、計(jì)算兩者的比率、然后由此出發(fā)、根據(jù)例如上述關(guān)于常規(guī)包絡(luò)和功率包絡(luò)反饋系統(tǒng)的各自的公式、計(jì)算新的Kc值。
如圖11所示，正如上述第二至第四實(shí)施例一樣，放大器1100包括反饋回路，但是，不是利用積分器來確定偏移值Kc，而是，通過將檢波器835和836的輸出耦合到諸如對(duì)模擬輸入信號(hào)進(jìn)行采樣和數(shù)字化的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)等各自的采樣元件1127a和1127b，使放大器1100分別對(duì)節(jié)點(diǎn)1126上的輸入包絡(luò)和節(jié)點(diǎn)1125上縮放后的輸出包絡(luò)進(jìn)行采樣和數(shù)字化。采樣和數(shù)字化后的輸入和輸出包絡(luò)值分別輸出到節(jié)點(diǎn)1128a，1128b，然后由諸如根據(jù)采樣包絡(luò)振幅值計(jì)算新的Kc的數(shù)字信號(hào)處理器等信號(hào)處理器1140接收。例如，信號(hào)處理器1140可以計(jì)算采樣和數(shù)字化的輸入/輸出比率，然后不是根據(jù)公式2就是根據(jù)公式8(分別取決于是采用常規(guī)包絡(luò)還是采用功率包絡(luò)檢波器)產(chǎn)生新的偏移值Kc，以便在數(shù)字化輸入達(dá)到或降低到閾值電平ATH以下時(shí)對(duì)小信號(hào)輸入維持平坦的放大器增益特性。信號(hào)處理器1140把算出的Kc值注入節(jié)點(diǎn)1129，此后算出的Kc在求和元件846上與濾波和放大后的誤差信號(hào)re相加，以此控制可變?cè)鲆娣糯笃?24，并最終影響節(jié)點(diǎn)826上輸入功率放大器828的信號(hào)振幅。
信號(hào)處理器1140可以通過以下方式計(jì)算新的偏移值Kc用類似于連續(xù)的方式、利用時(shí)鐘發(fā)生器產(chǎn)生具有固定頻率的時(shí)鐘信號(hào)CL、在時(shí)間間隔相等的時(shí)刻對(duì)輸入的包絡(luò)和縮放后的輸出包絡(luò)值進(jìn)行采樣和數(shù)字化?；蛘?，信號(hào)處理器1140可以通過在受信號(hào)產(chǎn)生電路(未示出)控制的信號(hào)CONT指定的時(shí)刻對(duì)輸入的和輸出的包絡(luò)值進(jìn)行采樣和數(shù)字化來計(jì)算Kc值。在這種情況下，產(chǎn)生信號(hào)CONT的采樣時(shí)刻可以選在例如假定誤差為很小值的時(shí)刻。所述誤差可以是噪音和/或輸入信號(hào)si和輸出信號(hào)so之間延遲時(shí)間不匹配造成的偏移值誤差。當(dāng)對(duì)非常小的信號(hào)振幅進(jìn)行采樣和數(shù)字化時(shí)，噪音和偏移值的影響會(huì)是顯著的，而當(dāng)檢測(cè)時(shí)間導(dǎo)數(shù)大的信號(hào)時(shí)，亦即當(dāng)信號(hào)振幅隨著時(shí)間急速變化時(shí)，延遲時(shí)間不匹配的影響會(huì)是顯著的。
如圖11用功能決1150表示的，不是連續(xù)輸出新的偏移值Kc代替每個(gè)采樣間隔的舊值，而是注入的Kc值可任選地根據(jù)兩個(gè)或多個(gè)測(cè)量值的平均值算出，并最終代替舊值或通過計(jì)算移動(dòng)平均，亦即兩值之間通過給舊值進(jìn)行某種加權(quán)來求新值的平均值。
圖11中，功能塊1160代表放大器1100另一種任選的改變。在要求線性化放大的許多放大器應(yīng)用中，例如，在通信裝置中、信號(hào)產(chǎn)生電路是在數(shù)字域中實(shí)現(xiàn)的。因此，可以方便地從信號(hào)產(chǎn)生電路獲得的信息計(jì)算采樣的輸入振幅，而不是在節(jié)點(diǎn)1126上對(duì)來自檢波器835的檢波輸入包絡(luò)進(jìn)行采樣和數(shù)字化。
盡管放大器800至1100的特定組件是用模擬器件描述的，但應(yīng)明白，組件功能塊的功能(例如，D，LPF，INT等)可以是模擬的、數(shù)字的或既是模擬的又是數(shù)字的，根據(jù)需要設(shè)置數(shù)模轉(zhuǎn)換器或模數(shù)轉(zhuǎn)換器。另外，盡管在上述示范性實(shí)施例中使用了可變?cè)鲆娣糯笃鳎珣?yīng)明白，所述PA可以直接由回路輸出控制。對(duì)于本專業(yè)的技術(shù)人員，本發(fā)明顯然可以方便地單獨(dú)應(yīng)用或在串級(jí)配置中應(yīng)用，而且它還可以包括附加的組件。例如，輸入節(jié)點(diǎn)826可以在功率放大器828之前包括一個(gè)或多個(gè)附加的放大級(jí)，諸如驅(qū)動(dòng)放大器。盡管采樣元件1127a和1127b表示為分立的元件，但應(yīng)明白，采樣和數(shù)字化元件或者可以一起集成為一個(gè)單一的器件或者與信號(hào)處理器集成在一起。盡管功率放大器828表示為單獨(dú)的單元，但應(yīng)明白，功率放大器828可以包括多個(gè)放大級(jí)，輸出信號(hào)從功率放大器828的末級(jí)輸出。
圖12是按照本發(fā)明第六實(shí)施例的放大信號(hào)的示范性方法1200的流程圖。方法1200在針對(duì)放大裝置確定偏移值初始值時(shí)在步驟1210開始。例如，初始的Kc值可以設(shè)置等于公式6指示的值。但是，初始的Kc值也可以取決于各種因素，例如，工作溫度，或者若在放大器輸出之前有幾個(gè)放大級(jí)，則可能基于復(fù)合的小信號(hào)增益。在步驟1220，確定閾值電平ATH，以便定義小信號(hào)增益呈非線性范圍。在步驟1230和1240，分別檢測(cè)輸入和輸出信號(hào)的振幅特性。步驟1230和1240的檢測(cè)可以，例如，利用采樣技術(shù)或用諸如上述常規(guī)或功率包絡(luò)檢波器835和836包絡(luò)檢波器進(jìn)行。在步驟1250，求出輸入振幅特性和輸出振幅特性之差來建立誤差信號(hào)。在步驟1260，隨在步驟1250確定的誤差和當(dāng)前偏移值大小而變地確定放大電平。輸入信號(hào)在步驟1270根據(jù)在步驟1250確定的放大電平進(jìn)行放大。在步驟1272判斷檢波后的輸入信號(hào)特性是否小于小信號(hào)閾值電平ATH。若檢波后的輸入信號(hào)特性小于小信號(hào)閾值電平ATH，則在步驟1272動(dòng)態(tài)地調(diào)整偏移值Kc(步驟1273)，以便維持放大器充分線性的增益特性。若檢波后的輸入信號(hào)特性大于小信號(hào)閾值電平ATH，則在步驟1274把偏移值設(shè)置為初值。返回路徑1275和1276舉例說明對(duì)輸入(和輸出)信號(hào)振幅特性的連續(xù)檢測(cè)，以便在放大器工作的同時(shí)動(dòng)態(tài)地調(diào)整偏移值Kc。
盡管上面針對(duì)方法1200描述了所述處理過程、并將以步驟的形式在下面描述和示出其他示范性方法的處理過程，但應(yīng)明白，它們說明的順序、目的在于從概念上理解，而不是想要規(guī)定任何特定的步驟順序。例如，步驟1220和1210就可以互換，而且有些步驟，諸如步驟1230和1240可以同時(shí)完成。
圖13是按照本發(fā)明第七實(shí)施例放大信號(hào)的示范性方法的流程圖。方法1300以為放大裝置確定初始偏移值的步驟1310開始。例如，初始的Kc值可以設(shè)置等于公式6指示的值。在步驟1320，確定閾值電平ATH，以便定義小信號(hào)增益呈非線性的范圍。在步驟1330檢測(cè)輸入信號(hào)的包絡(luò)。在步驟1340對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行縮放，以便建立縮放后的輸出信號(hào)，并在步驟1350檢測(cè)縮放后輸出信號(hào)的包絡(luò)。步驟1330和1350的檢測(cè)可以用上述包絡(luò)檢波器，諸如常規(guī)的或功率的包絡(luò)檢波器835和836進(jìn)行。在步驟1360，求出輸入信號(hào)包絡(luò)和輸出信號(hào)包絡(luò)之間的差值，以便建立誤差信號(hào)。
在步驟1370檢查輸入信號(hào)包絡(luò)振幅，以便確定它是否在由ATH定義的小信號(hào)閾值范圍內(nèi)。若確定輸入振幅處在小信號(hào)閾值范圍內(nèi)，例如，小于或等于ATH，則在步驟1374對(duì)誤差信號(hào)(來自步驟1360)進(jìn)行積分，以便建立偏移值Kc自適應(yīng)后的版本。在步驟1380，隨誤差信號(hào)和偏移值Kc而變地控制輸入信號(hào)通路上的可變?cè)鲆嬖?。在這種情況下，偏移值Kc已經(jīng)在步驟1374由積分的誤差信號(hào)求出?？勺?cè)鲆嬖梢允强勺冊(cè)鲆娣糯笃鳎T如上述可變?cè)鲆嬖?24或其他可變?cè)鲆嫫骷?。在步驟1390，從可變?cè)鲆嬖敵龅男盘?hào)由放大器放大，以便產(chǎn)生放大后的輸出信號(hào)。
若在步驟1370確定輸入信號(hào)包絡(luò)振幅超出由小信號(hào)閾值電平ATH定義的范圍，則如繞過步驟1374的判決路徑1372所表示的，不對(duì)誤差信號(hào)進(jìn)行積分。于是，隨誤差信號(hào)和在步驟1310確定的偏移值Kc而變地控制輸入信號(hào)通路上的可變?cè)鲆嬖?。?dāng)系統(tǒng)接通電源時(shí)，積分器的初始輸出可以設(shè)置為由例如初始估計(jì)值確定。此后，系統(tǒng)會(huì)自然而然地適應(yīng)Kc的數(shù)值。
作為用可變?cè)鲆嬖妮敵隹刂品糯笃鞯牧硪粋€(gè)方案是，輸入信號(hào)可以由直接受誤差信號(hào)和偏移值Kc控制的放大器放大。這一點(diǎn)，對(duì)于輸入振幅處在由小信號(hào)閾值電平ATH定義的范圍以外的情況示于判決路徑1382，而對(duì)于對(duì)誤差信號(hào)已經(jīng)進(jìn)行積分的情況則示于路徑1384。這兩條路徑1382、1384均后跟步驟1386，其中輸入信號(hào)由受偏移值(亦即或者初始偏移值Kc或者從積分的誤差信號(hào)導(dǎo)出的值)和誤差信號(hào)控制的放大器放大。步驟1386和1390上的放大器可以是功率放大器(PA)，諸如上述PA 828。從步驟1390或1386返回步驟1330的返回路徑1392舉例說明對(duì)輸入(和輸出)信號(hào)振幅特性進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，以便在放大器工作的同時(shí)動(dòng)態(tài)地調(diào)整偏移值Kc。
圖14是按照本發(fā)明第八實(shí)施例放大信號(hào)的示范性方法1400的流程圖。方法1400在為放大裝置設(shè)置偏移值初值的步驟1410開始。例如，Kc初值可以設(shè)置等于公式6指示的數(shù)值。在步驟1420，確定閾值電平ATH，以便定義小信號(hào)增益呈非線性的范圍。在步驟1430檢測(cè)輸入信號(hào)包絡(luò)。在步驟1440，輸出信號(hào)進(jìn)行縮放，以便建立縮放后的輸出信號(hào)，并在步驟1450檢測(cè)縮放后輸出信號(hào)的包絡(luò)。步驟1430和1450的檢測(cè)可以用上述包絡(luò)檢波器，諸如常規(guī)的或功率的包絡(luò)檢波器835和836進(jìn)行。在步驟1460，求出輸入信號(hào)包絡(luò)和縮放后輸出信號(hào)包絡(luò)之間的差值，以便建立誤差信號(hào)。
在步驟1470檢查輸入信號(hào)包絡(luò)的振幅，以便確定它是否處在由ATH定義的小信號(hào)閾值范圍內(nèi)。若確定輸入振幅在小信號(hào)閾值范圍內(nèi)，例如，小于或等于ATH，則在步驟1474根據(jù)輸入振幅和采樣的縮放后的輸出信號(hào)包絡(luò)計(jì)算偏移值Kc的自適應(yīng)型式。Kc的計(jì)算，例如，可以根據(jù)對(duì)檢測(cè)的輸入包絡(luò)信號(hào)和檢測(cè)的縮放后的輸出信號(hào)進(jìn)行，計(jì)算兩者的比率，并由此根據(jù)公式2(對(duì)于檢測(cè)常規(guī)信號(hào)包絡(luò)的方法)或公式8(對(duì)于檢測(cè)縮放后的功率包絡(luò)的方法)計(jì)算自適應(yīng)的或新的Kc值。
在步驟1474以類似于連續(xù)的方式按照以下方法進(jìn)行新偏移值Kc的計(jì)算例如利用具有固定頻率的時(shí)鐘發(fā)生器、在時(shí)間間隔相等的時(shí)刻、對(duì)輸入包絡(luò)和縮放后輸出的包絡(luò)值進(jìn)行采樣。作為另一方案，可以采用以下方法來計(jì)算新的Kc值在由輸入信號(hào)產(chǎn)生電路(未示出)控制的時(shí)刻和/或選定的時(shí)刻、例如在假設(shè)誤差為很小值的時(shí)刻對(duì)輸入和輸出包絡(luò)值進(jìn)行采樣。
任選地在步驟1474，不是對(duì)每一采樣間隔連續(xù)地輸出偏移值的新Kc值來代替舊值，而是根據(jù)兩個(gè)或多個(gè)測(cè)量值的平均來注入Kc值，最后代替舊值，或者計(jì)算移動(dòng)平均。
在步驟1480，隨誤差信號(hào)和偏移值Kc而變地控制輸入信號(hào)通路上的可變?cè)鲆嬖?。在完成步驟1474的情況下，偏移值Kc是算出的數(shù)值。計(jì)算可以利用數(shù)字信號(hào)處理器、模擬電路或模擬和數(shù)字電路結(jié)合完成?？勺?cè)鲆嬖梢允强勺冊(cè)鲆娣糯笃鳎T如上述的可變?cè)鲆嬖?24或其他可變?cè)鲆嫫骷?。在步驟1490，可變?cè)鲆嬖敵龅男盘?hào)由放大器放大，以便產(chǎn)生放大后的輸出信號(hào)。
若在步驟1470確定，輸入信號(hào)的包絡(luò)的振幅超出由小信號(hào)閾值電平ATH定義的范圍，則如圖14所示由繞過步驟1474的判斷通路1472所表現(xiàn)的，不執(zhí)行步驟1474。于是，隨誤差信號(hào)和在步驟1410確定的偏移值Kc而變地控制輸入信號(hào)通路上的可變?cè)鲆嬖?br> 作為利用可變?cè)鲆嬖妮敵隹刂品糯笃鞯奶娲桨?，輸入信?hào)可以由直接受誤差信號(hào)和偏移值Kc控制的放大器放大。對(duì)于輸入振幅處于由小信號(hào)閾值電平ATH定義的范圍以外的情況，由判斷通路1482示出；對(duì)于已經(jīng)計(jì)算偏移值Kc新(自適應(yīng))值的情況，由判斷通路1484示出。這兩條通路1482和1484均后跟步驟1486，在步驟1486中輸入信號(hào)由受控于偏移值(亦即，或者初始偏移值Kc或者從積分的誤差信號(hào)導(dǎo)出的數(shù)值)和誤差信號(hào)的放大器放大。步驟1486和1490中的放大器可以是功率放大器(PA)，諸如上述PA 828。從步驟1490或從步驟1486到1430的返回步驟舉例說明對(duì)輸入(和輸出)信號(hào)振幅特性的連續(xù)檢測(cè)操作，以便在放大器運(yùn)行的同時(shí)動(dòng)態(tài)地調(diào)整偏移值Kc。
本發(fā)明的自適應(yīng)系統(tǒng)和方法允許在不伴隨反饋回路增益的增大而嚴(yán)重?fù)p失帶寬的情況下擴(kuò)大功率放大器的線性范圍。此外，本發(fā)明的放大裝置呈現(xiàn)低的畸變和低交叉調(diào)制產(chǎn)物，因而允許功率放大器的高效線性運(yùn)行。本發(fā)明還在不顯著增大電路復(fù)雜性和由于附加電路在基帶頻率下運(yùn)行的功率消耗的情況下使包絡(luò)反饋方案自給自足。
對(duì)于本專業(yè)的技術(shù)人員來說，顯然，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，對(duì)本發(fā)明的包絡(luò)反饋RF放大器線性化的自動(dòng)線性優(yōu)化可以作出各種各樣的變化和修改。因此，對(duì)本發(fā)明的修改，只要是在后附權(quán)利要求書及其等當(dāng)物的范圍內(nèi)，均為本發(fā)明所覆蓋。
權(quán)利要求
1.一種放大輸入信號(hào)的方法，它包括根據(jù)輸入信號(hào)包絡(luò)和輸出信號(hào)包絡(luò)產(chǎn)生誤差信號(hào)；隨所述誤差信號(hào)和所述偏移值而變地確定放大電平；根據(jù)所述放大電平放大所述輸入信號(hào)；以及只有在所述輸入信號(hào)的振幅處于具有由預(yù)定的小信號(hào)閾值定義的上限的范圍內(nèi)時(shí)才調(diào)整所述偏移值的大小。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于產(chǎn)生所述誤差信號(hào)的所述步驟基于獲得所述輸出信號(hào)包絡(luò)和所述輸入信號(hào)包絡(luò)之間的差值。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于調(diào)整所述偏移值大小的所述步驟包括對(duì)所述誤差信號(hào)進(jìn)行積分。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于調(diào)整所述偏移值大小的所述步驟包括對(duì)所述輸出信號(hào)包絡(luò)進(jìn)行采樣以便獲得采樣的輸出包絡(luò)值，以及計(jì)算所述調(diào)整后的偏移值、使得放大器的增益在所述輸入信號(hào)振幅值范圍內(nèi)基本上保持恒定，所述輸入信號(hào)振幅值范圍包括所述預(yù)定的小信號(hào)閾值和大于或小于所述預(yù)定的小信號(hào)閾值的數(shù)值。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于還包括對(duì)所述輸入信號(hào)包絡(luò)進(jìn)行采樣以便獲得所述輸入信號(hào)的振幅。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于還包括在計(jì)算所述調(diào)整后的偏移值的步驟之前從所述輸入信號(hào)產(chǎn)生電路獲得所述輸入信號(hào)的振幅。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于還包括求多個(gè)算出的調(diào)整后的偏移值的平均值以便產(chǎn)生所述調(diào)整后的偏移值。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于還包括隨所述誤差信號(hào)和所述偏移值而變地修改所述放大裝置的放大過程。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于修改所述放大過程的所述步驟還包括根據(jù)所述誤差信號(hào)和當(dāng)前偏移值的大小之和修改控制信號(hào)；以及根據(jù)修改后的控制信號(hào)控制輸入信號(hào)通路上的可變?cè)鲆嬖?br> 10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于還包括在對(duì)所述誤差信號(hào)和所述偏移值大小進(jìn)行求和的所述步驟之前，對(duì)所述誤差信號(hào)進(jìn)行放大和低通濾波。
11.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于修改所述放大過程的所述步驟還包括對(duì)所述誤差信號(hào)和所述調(diào)整后的偏移值求和，以便產(chǎn)生調(diào)整后的控制信號(hào)，以及根據(jù)所述調(diào)整后的控制信號(hào)控制所述放大器的電源或工作點(diǎn)。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于還包括在對(duì)所述誤差信號(hào)和所述調(diào)整后的偏移值求和的所述步驟之前對(duì)所述誤差信號(hào)進(jìn)行放大和低通濾波。
13.一種放大器裝置。它包括功率放大器，它具有輸入信號(hào)通路和輸出節(jié)點(diǎn)，所述功率放大器配置成對(duì)通過所述輸入信號(hào)通路接收輸入信號(hào)作出響應(yīng)而在所述輸出節(jié)點(diǎn)上產(chǎn)生輸出信號(hào)；反饋回路，它配置成響應(yīng)所述輸入信號(hào)和所述輸出信號(hào)而產(chǎn)生反饋信號(hào)，其中，所述反饋信號(hào)隨所述輸入信號(hào)、所述輸出信號(hào)和所述偏移值而變，而且所述反饋信號(hào)與所述輸入信號(hào)一起控制所述功率放大器的輸出電平；偏移信號(hào)電路，它產(chǎn)生所述偏移信號(hào)；以及其中，所述偏移信號(hào)電路配置成在所述輸入信號(hào)的振幅大于預(yù)定的小信號(hào)閾值電平時(shí)輸出恒定的預(yù)定的偏移信號(hào)值，而在所述輸入信號(hào)的振幅處于或小于所述預(yù)定的小信號(hào)閾值電平時(shí)輸出自適應(yīng)的偏移信號(hào)。
14.如權(quán)利要求13所述的放大裝置，其特征在于所述自適應(yīng)的偏移信號(hào)具有隨著耦合的輸入和輸出信號(hào)的振幅的改變而改變的電平。
15.如權(quán)利要求13所述的放大裝置，其特征在于所述反饋回路包括第一包絡(luò)檢波器，用以對(duì)所述輸入信號(hào)的輸入信號(hào)包絡(luò)進(jìn)行檢波；第二包絡(luò)檢波器，用以對(duì)所述輸出信號(hào)的輸出信號(hào)包絡(luò)進(jìn)行檢波；求差電路，它連接到所述第一包絡(luò)檢波器的輸出端和所述第二包絡(luò)檢波器的輸出端、并配置成輸出表示所述輸入信號(hào)包絡(luò)和所述輸出信號(hào)包絡(luò)之差的誤差信號(hào)。
16.如權(quán)利要求15所述的放大裝置，其特征在于所述偏移信號(hào)電路包括積分器，所述積分器具有配置成接收所述誤差信號(hào)的輸入節(jié)點(diǎn)和配置成輸出所述誤差信號(hào)的積分的輸出節(jié)點(diǎn)，其中，所述自適應(yīng)的偏移信號(hào)隨所述積分的誤差信號(hào)而變；以及所述反饋回路包括配置成把所述偏移信號(hào)加在所述誤差信號(hào)上的求和電路。
17.如權(quán)利要求16所述的放大裝置，其特征在于所述積分器只在接收到啟動(dòng)信號(hào)時(shí)才向所述求和電路輸出所述自適應(yīng)的偏移信號(hào)。
18.如權(quán)利要求17所述的放大裝置，其特征在于所述啟動(dòng)信號(hào)在發(fā)射機(jī)的基帶電路中產(chǎn)生。
19.如權(quán)利要求17所述的放大裝置，其特征在于所述偏移信號(hào)電路還包括配置成把所述檢波后的輸入信號(hào)包絡(luò)和所述預(yù)定的小信號(hào)閾值電平進(jìn)行比較的比較器，其中所述比較器在所述檢波后的輸入信號(hào)包絡(luò)處于或小于所述小信號(hào)閾值電平時(shí)產(chǎn)生所述啟動(dòng)信號(hào)。
20.如權(quán)利要求16所述的放大裝置，其特征在于所述偏移信號(hào)電路還包括第一限幅電路，配置成接收所述檢波后的輸入信號(hào)包絡(luò)；第二限幅電路，配置成接收所述檢波后的輸出信號(hào)包絡(luò)；以及求差電路，配置成求出所述第一和第二限幅電路之間的差值并向所述積分器的所述輸入節(jié)點(diǎn)輸出所述差值信號(hào)。
21.如權(quán)利要求20所述的放大裝置，其特征在于所述第一和第二限幅電路中每一個(gè)的增益使所述第一和第二限幅電路在所述檢波后的輸入信號(hào)包絡(luò)和所述檢波后的輸出信號(hào)包絡(luò)的振幅大于所述小信號(hào)閾值電平時(shí)飽和。
22.如權(quán)利要求21所述的放大裝置，其特征在于所述第一限幅電路的增益基本上等于所述第二限幅電路的增益。
23.如權(quán)利要求16所述的放大裝置，其特征在于所述反饋電路還包括至少一個(gè)設(shè)置在所述積分器和所述第一包絡(luò)檢波器或所述第二包絡(luò)檢波器之間的DC零位電路、使得所述至少一個(gè)DC零位電路消除所述誤差信號(hào)中的DC偏移值。
24.如權(quán)利要求15所述的放大裝置，其特征在于所述偏移信號(hào)電路還包括信號(hào)處理器，它配置成接收表示所述輸入信號(hào)振幅電平的信號(hào)和所述檢波后的輸出信號(hào)包絡(luò)的采樣值，并且計(jì)算所述自適應(yīng)的偏移信號(hào)、使得所述功率放大器的增益在所述輸入信號(hào)振幅電平的整個(gè)范圍內(nèi)基本上維持恒定，其中，所述范圍包括大于和小于所述小信號(hào)閾值電平的所述輸入信號(hào)振幅。
25.如權(quán)利要求24所述的放大裝置，其特征在于還包括第一采樣電路，配置成對(duì)所述檢波后的輸出信號(hào)包絡(luò)進(jìn)行采樣并輸出其數(shù)字化值；和第二采樣電路，它連接到所述第一包絡(luò)檢波器的輸出端并配置成對(duì)所述檢波后的輸入信號(hào)包絡(luò)進(jìn)行采樣并輸出數(shù)字化值，其中，指示所述輸入信號(hào)的振幅電平的所述信號(hào)是由所述第二采樣電路提供的。
26.如權(quán)利要求15所述的放大裝置，其特征在于所述輸入信號(hào)通路包括可變?cè)鲆娣糯笃?，所述可變?cè)鲆娣糯笃骶哂信c所述功率放大器輸入端連接的輸出端，其中所述反饋信號(hào)控制所述可變?cè)鲆娣糯笃鳌?br> 27.一種用于放大輸入信號(hào)的放大裝置，它包括根據(jù)輸入信號(hào)包絡(luò)和輸出信號(hào)包絡(luò)產(chǎn)生誤差信號(hào)的裝置；隨所述誤差信號(hào)和偏移值而變地確定放大電平的裝置；根據(jù)所述放大電平放大所述輸入信號(hào)的裝置；和只有在所述輸入信號(hào)的振幅處于具有由預(yù)定的小信號(hào)閾值定義的上限的范圍內(nèi)時(shí)才調(diào)整所述偏移值的裝置。
28.如權(quán)利要求27所述的放大裝置，其特征在于產(chǎn)生所述誤差信號(hào)的所述裝置包括用于確定所述輸出信號(hào)包絡(luò)和所述輸入信號(hào)包絡(luò)之間差值的裝置。
29.如權(quán)利要求27所述的放大裝置，其特征在于調(diào)整所述偏移值的所述裝置包括對(duì)所述誤差信號(hào)進(jìn)行積分的裝置。
30.如權(quán)利要求27所述的放大裝置，其特征在于調(diào)整所述偏移值的所述裝置包括用于計(jì)算所述調(diào)整后的偏移值、使得所述放大裝置的增益在所述輸入信號(hào)振幅值的整個(gè)范圍內(nèi)基本上保持恒定的裝置，所述輸入信號(hào)振幅值包括所述預(yù)定的小信號(hào)閾值以及大于和小于所述預(yù)定的小信號(hào)閾值的數(shù)值。
31.如權(quán)利要求30所述的放大裝置，其特征在于調(diào)整所述偏移值的所述裝置還包括用于對(duì)所述輸出信號(hào)包絡(luò)進(jìn)行采樣以便獲得采樣的輸出包絡(luò)值的裝置；和用于對(duì)所述輸入信號(hào)包絡(luò)進(jìn)行采樣以便獲得采樣的所述輸入信號(hào)的振幅值的裝置。
32.如權(quán)利要求30所述的放大裝置，其特征在于還包括用于求多個(gè)計(jì)算的調(diào)整后的偏移值的平均值以便產(chǎn)生所述調(diào)整后的偏移值大小的裝置。
33.如權(quán)利要求27所述的放大裝置，其特征在于用于確定所述放大電平的裝置包括可變?cè)鲆嬖?br> 34.如權(quán)利要求27所述的放大裝置，其特征在于還包括連接在用于產(chǎn)生誤差信號(hào)的所述裝置和用于確定所述放大電平的所述裝置之間、用于對(duì)所述誤差信號(hào)進(jìn)行放大的裝置。
35.如權(quán)利要求27所述的放大裝置，其特征在于還包括連接在用于產(chǎn)生誤差信號(hào)的所述裝置和用于確定所述放大電平的所述裝置之間、用于對(duì)所述誤差信號(hào)進(jìn)行濾波的裝置。
36.如權(quán)利要求27所述的放大裝置，其特征在于所述確定放大電平的裝置還包括對(duì)所述誤差信號(hào)和所述調(diào)整后的偏移值求和的裝置。
全文摘要
提供一種放大信號(hào)的放大器配置和方法，用以自動(dòng)優(yōu)化功率放大器輸入/輸出特性的線性。所述放大器配置包括反饋回路，后者包括對(duì)功率放大器輸入和輸出的信號(hào)包絡(luò)線的檢波。所述放大器配置包括偏移參數(shù)，后者在第二反饋回路中確定，當(dāng)輸入信號(hào)振幅處在小信號(hào)值的預(yù)定范圍內(nèi)時(shí)所述偏移參數(shù)自適應(yīng)到一個(gè)優(yōu)化功率放大器輸出的線性的值，從而在整個(gè)輸入信號(hào)振幅范圍內(nèi)產(chǎn)生顯著減小的畸變以及線性化的輸出。
文檔編號(hào)H03F1/32GK1518793SQ02812535
公開日2004年8月4日 申請(qǐng)日期2002年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月23日
發(fā)明者L·松德斯特倫, L 松德斯特倫 申請(qǐng)人:艾利森電話股份有限公司