專利名稱：一種調(diào)整功放效率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功放的控制技術(shù)，特別涉及一種調(diào)整功放效率的方法。
背景技術(shù)：
在射頻功放電路的設(shè)計中，線性度和效率是功放寬帶特性的兩個重要指標(biāo)，二者相互矛盾又相互制約。優(yōu)良的線性指標(biāo)意味著較低的功放效率，而較高的功放效率往往導(dǎo)致較差的線性指標(biāo)。因此，為使線性度和效率達(dá)到一個最佳的匹配，往往需要花費很多時間對功放電路進(jìn)行調(diào)試，以找到線性度和效率二者之間的一個平衡點，盡可能的滿足系統(tǒng)的要求。
如圖1所示，圖1為現(xiàn)有技術(shù)中功放寬帶特性示意圖。其中a為線性/調(diào)制失真(IMD)與頻率之間的關(guān)系曲線，b為效率與頻率之間的關(guān)系曲線。圖a中，沿橫軸的正方向，頻率逐漸升高；沿縱軸的正方向，線性/IMD逐漸變差。圖b中，沿橫軸的正方向，頻率逐漸升高；沿縱軸的正方向，效率逐漸升高。由圖1可以看出頻率的低端，線性指標(biāo)較好，效率較低；頻率的高端，效率較高，線性指標(biāo)較差。這里，線性與IMD是一對相關(guān)聯(lián)的量，線性指標(biāo)越好，調(diào)制失真越小，即IMD越小。
由于功放寬帶特性的這種不均衡性，再加上功率器件本身難于克服的性能離散性，使功放批量生產(chǎn)的難度大大增加，直通率降低，生產(chǎn)效率下降。針對這一問題，目前功放生產(chǎn)廠商普遍采用的解決辦法是1、增加功放回退余量；功放設(shè)計時，為確保帶內(nèi)最高頻率點的線性指標(biāo)滿足系統(tǒng)要求，考慮到器件離散性的因素，一般給IMD留出一定的余量。例如，系統(tǒng)要求功放滿足全頻段IMD＜-40dBc，則可以考慮最高端頻率點的IMD＜-43dBc。而增加功放的回退可以加大IMD余量，所以采用增加功放回退余量的方法來給IMD留出一定的余量，以提高批量生產(chǎn)的直通率。
由于功放的效率E與功放輸出的交流電壓Vcm和交流電流Icm的乘積(Vcm×Icm)之間滿足下列關(guān)系當(dāng)功放輸出的交流電壓Vcm和交流電流Icm的乘積增大時，功放的效率E提高；當(dāng)功放輸出的交流電壓Vcm和交流電流Icm的乘積減小時，功放的效率E降低。而功放輸出的交流電壓Vcm和交流電流Icm又分別是輸入給功放的交流電壓Vcm′和交流電流Icm′的K倍，這里K為功放的放大倍數(shù)。所以，在具體實現(xiàn)的過程中，為增加功放回退余量，減小功放的效率，一般采用的方法是減小輸入給功放的交流電壓或交流電流。但是，這樣以來不可避免的是，回退余量越多，功放的效率也就越低。
2、降低功放效率指標(biāo)；在回退余量確定的情況下，測試功放在工作頻段內(nèi)最低的工作效率，考慮到器件離散性的因素，將功放效率最低點確定為功放的效率指標(biāo)。
3、人工調(diào)試手段。
對于少部分仍然不滿足指標(biāo)要求的功放，生產(chǎn)時采用人工調(diào)試的手段，針對不同的個體，調(diào)整功放電路的相關(guān)參數(shù)，使功放滿足指標(biāo)要求。
采用上述措施雖然在一定程度上能夠改善功放的寬帶特性，并且在一定程度上也能夠克服性能離散性，但是采用上述措施具有以下缺點1、成本大幅增加；增加功放回退余量，意味著要使用更高功率等級或者使用更多數(shù)量的功率器件，直接導(dǎo)致功放電路成本的增加；同時，回退越多功放的效率就越低，而功放的效率又直接影響到系統(tǒng)的電源、散熱、體積、風(fēng)扇、噪音等諸多因素，會進(jìn)一步導(dǎo)致系統(tǒng)成本的增加，同時系統(tǒng)運行時電能成本也會增加；2、可靠性降低；低的工作效率意味著功放需要消耗更多的直流功耗，使功率器件的結(jié)溫升高，壽命縮短，這樣也就必將導(dǎo)致功放及系統(tǒng)的可靠性降低；
3、批量生產(chǎn)性差。
由于存在人工調(diào)試環(huán)節(jié)，使功放批量生產(chǎn)的難度較高，功放的直通率降低，生產(chǎn)效率下降。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種調(diào)整功放效率的方法，以降低成本，提高功放的可靠性，并提高批量生產(chǎn)時功放生產(chǎn)的直通率和生產(chǎn)效率，實現(xiàn)功放的超寬帶特性。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種調(diào)整功放效率的方法，關(guān)鍵在于，該方法包括以下步驟A、根據(jù)功放工作時的載波頻率，控制輸入給功放的直流偏置電壓；B、通過控制輸入給功放的直流偏置電壓，調(diào)整功放的效率；當(dāng)輸入給功放的直流偏置電壓增大，功放的效率降低；當(dāng)輸入給功放的直流偏置電壓減小，功放的效率提高。
上述方案中，步驟A中所述輸入給功放的直流偏置電壓是由基站系統(tǒng)中微處理器的中央處理器進(jìn)行控制的。
上述方案中，當(dāng)步驟A中所述的功放工作時的載波頻率低于系統(tǒng)工作頻段的中心頻率時，將減小輸入給功放的直流偏置電壓。當(dāng)步驟A中所述的功放工作時的載波頻率高于系統(tǒng)工作頻段的中心頻率時，將增大輸入給功放的直流偏置電壓。
上述方案中，所述的功放是雙極性晶體管或場效應(yīng)晶體管功放。
當(dāng)所述的功放是雙極性晶體管功放時，所述的直流偏置電壓包括輸入給雙極性晶體管功放集電極直流電壓和基極直流電壓。步驟B中所述的直流偏置電壓，是集電極直流電壓、基極直流電壓或者集電極直流電壓與基極直流電壓的乘積。
當(dāng)所述的功放是場效應(yīng)晶體管功放時，所述的直流偏置電壓包括輸入給場效應(yīng)晶體管功放漏極直流電壓和柵極直流電壓。步驟B中所述的直流偏置電壓，是漏極直流電壓、柵極直流電壓或者漏極直流電壓與柵極直流電壓的乘積。
因此，本發(fā)明提供的這種調(diào)整功放效率的方法，通過控制輸入給功放的直流偏置電壓，改變功放的效率，實現(xiàn)對功放效率與線性度之間關(guān)系的調(diào)整，有效改善功放的寬帶特性和性能離散性，進(jìn)而降低了成本，提高了功放的可靠性，并提高了批量生產(chǎn)時功放的直通率和生產(chǎn)效率，實現(xiàn)了功放的超寬帶特性。由于實現(xiàn)了功放的超寬帶特性，也就同時提高了功放的工作效率和線性指標(biāo)，并克服了功放的性能離散性。而功放工作效率的提高，可以減少功放的回退余量，在輸出相同功率的情況下，使用更低的功率等級或者數(shù)量更少的功率器件，直接降低了功放的電路成本；同時，系統(tǒng)的電源、散熱、體積、風(fēng)扇、噪音等諸多成本因素得以降低，系統(tǒng)運行的電能成本也得以顯著下降；另外，功放工作效率的提高，功率器件結(jié)溫降低，壽命延長，功放及系統(tǒng)的可靠性得以提高。而克服功放的性能離散性，可以使功放批量生產(chǎn)的難度大大降低，進(jìn)而提高功放的直通率和生產(chǎn)效率。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中功放寬帶特性示意圖；圖2為本發(fā)明調(diào)整功放效率總體技術(shù)方案的原理框圖；圖3為本發(fā)明調(diào)整功放效率總體技術(shù)方案的方法流程圖；圖4為本發(fā)明一個較佳實施例中調(diào)整功放效率的方法流程圖；圖5為本發(fā)明實施例中對輸入給功放集電極的直流電壓修正前后功放的寬帶特性示意圖；圖6為本發(fā)明實施例中對輸入給功放集電極的直流電壓設(shè)置大小不同的基準(zhǔn)電壓前后功放的效率離散性示意圖。
具體實施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下舉實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
本發(fā)明的核心內(nèi)容是通過控制輸入給功放的直流偏置電壓，改變功放的效率，實現(xiàn)對功放效率與線性度之間關(guān)系的調(diào)整，有效改善功放的寬帶特性和性能離散性，進(jìn)而降低了成本，提高了功放的可靠性，并提高了批量生產(chǎn)時功放的直通率和生產(chǎn)效率，實現(xiàn)了功放的超寬帶特性。
如圖2所示，圖2為本發(fā)明調(diào)整功放效率總體技術(shù)方案的原理框圖，下面對本發(fā)明調(diào)整功放效率的原理進(jìn)行詳細(xì)介紹。
功放一般主要有兩種類型，一種由雙極性晶體管(BJT)構(gòu)成，雙極性晶體管主要包括NPN型三極管和PNP型三極管；另一種由場效應(yīng)晶體管(FET)構(gòu)成。對于由雙極性晶體管構(gòu)成的功放，輸入給功放的直流偏置電壓包括輸入給功放集電極的直流電壓VCC和基極的直流電壓Vb。功放的效率E與集電極直流電壓VCC和靜態(tài)工作電流Idq的乘積(VCC×Idq)之間滿足下列關(guān)系當(dāng)集電極直流電壓VCC和靜態(tài)工作電流Idq的乘積增大時，功放的效率E降低；當(dāng)集電極直流電壓VCC和靜態(tài)工作電流Idq的乘積減小時，功放的效率E提高。
而靜態(tài)工作電流Idq又與基極直流電壓Vb有關(guān)，Vb越大，Idq也越大，所以改變雙極性晶體管功放集電極直流電壓VCC和基極直流電壓Vb的乘積，或者單獨改變集電極的直流電壓VCC或基極的直流電壓Vb，功放的效率都將隨之反向改變。即增大雙極性晶體管功放集電極直流電壓VCC和基極直流電壓Vb的乘積，或者單獨增大集電極直流電壓VCC或基極直流電壓Vb，功放的效率E都降低；而減小雙極性晶體管功放集電極直流電壓VCC和基極直流電壓Vb的乘積，或者單獨減小集電極直流電壓VCC或基極直流電壓Vb，功放的效率E都提高。
對于由場效應(yīng)晶體管構(gòu)成的功放，輸入給功放的直流偏置電壓包括輸入給功放漏極的直流電壓VCC和柵極的直流電壓Vb。功放的效率E與漏極直流電壓VCC和靜態(tài)工作電流Idq的乘積(VCC×Idq)之間滿足下列關(guān)系當(dāng)漏電極直流電壓VCC和靜態(tài)工作電流Idq的乘積增大時，功放的效率E降低；當(dāng)漏電極直流電壓VCC和靜態(tài)工作電流Idq的乘積減小時，功放的效率E提高。
而靜態(tài)工作電流Idq又與柵極直流電壓Vb有關(guān)，Vb越大，Idq也越大，所以改變場效應(yīng)晶體管功放的漏極的直流電壓VCC和柵極的直流電壓Vb的乘積，或者單獨改變漏極直流電壓VCC或柵極直流電壓Vb，功放的效率都將隨之反向改變。即增大場效應(yīng)晶體管功放漏極直流電壓VCC和柵極直流電壓Vb的乘積，或者單獨增大漏極直流電壓VCC或柵極直流電壓Vb，功放的效率E都降低；而減小場效應(yīng)晶體管功放漏極直流電壓VCC和柵極直流電壓Vb的乘積，或者單獨減小漏極直流電壓VCC或柵極直流電壓Vb，功放的效率E都提高。
同時，由于功放的線性度和效率是功放寬帶特性的兩個重要指標(biāo)，二者相互矛盾又相互制約。所以，通過改變輸入給功放的直流偏置電壓來改變功放的效率，可以調(diào)整功放的線性度與效率之間的關(guān)系，進(jìn)而有效改善功放寬帶特性和性能離散性，實現(xiàn)功放的超寬帶特性。
另外，每個基站系統(tǒng)都工作在一個固定的載波頻率范圍內(nèi)，該載波頻率范圍是在基站系統(tǒng)組建時配置的，其頻率范圍的中心被稱為中心頻率。基站系統(tǒng)中微處理器的中央處理器(CPU)可以實時獲取功放工作時載波的具體頻率，并將獲取的功放工作時載波的具體頻率與中心頻率進(jìn)行比較。因此，基站系統(tǒng)中微處理器的CPU可以根據(jù)不同的載波頻率，控制輸入給功放不同的直流偏置電壓，改變功放的效率，從而實現(xiàn)對功放效率與線性之間關(guān)系的調(diào)整，有效改善功放寬帶特性和性能離散性，實現(xiàn)功放的超寬帶特性。
如圖3所示，圖3為本發(fā)明調(diào)整功放效率總體技術(shù)方案的方法流程圖，該流程圖包括以下步驟步驟301根據(jù)功放工作時的載波頻率，控制輸入給功放的直流偏置電壓；步驟302通過控制輸入給功放的直流偏置電壓，調(diào)整功放的效率；當(dāng)輸入給功放的直流偏置電壓增大，功放的效率降低；當(dāng)輸入給功放的直流偏置電壓減小，功放的效率提高。
本發(fā)明基站系統(tǒng)中微處理器的CPU，可以單獨或同時將直流偏置電壓輸入給雙極性晶體管功放的集電極或基極，也可以單獨或同時將直流偏置電壓輸入給場效應(yīng)晶體管功放的漏極或柵極。下面以基站系統(tǒng)中微處理器的CPU單獨將直流偏置電壓輸入給雙極性晶體管功放的集電極為例，詳細(xì)說明本發(fā)明如何改變功放的效率，調(diào)整功放效率與線性之間的關(guān)系，改善功放寬帶特性和性能離散性，實現(xiàn)功放的超寬帶特性。
如圖4所示，圖4為本發(fā)明實施例中調(diào)整功放效率的方法流程圖，該流程圖包括以下步驟步驟401基站系統(tǒng)中微處理器的CPU，根據(jù)功放工作時的載波頻率，控制電源單元向雙極性晶體管功放的集電極輸入直流電壓；電源單元向雙極性晶體管功放的集電極輸入的直流電壓VCC＝V0+K(f)，其中V0為基準(zhǔn)電壓，基準(zhǔn)電壓是整個通信系統(tǒng)中供電系統(tǒng)提供的標(biāo)準(zhǔn)電壓；K(f)是對基準(zhǔn)電壓的修正函數(shù)，可以是任意曲線；在頻率低端，功放工作時的載波頻率低于中心頻率，線性指標(biāo)有余量，效率指標(biāo)偏低，為了提高效率指標(biāo)，可通過K(f)將VCC修正到低于基準(zhǔn)電壓V0，或者減小基準(zhǔn)電壓V0的設(shè)置值，使輸入給功放的直流電壓VCC降低；在頻率高端，功放工作時的載波頻率高于中心頻率，效率指標(biāo)有余量，線性指標(biāo)較差，為了提高線性指標(biāo)，可通過K(f)將VCC修正到高于基準(zhǔn)電壓V0，或者增大基準(zhǔn)電壓V0的設(shè)置值，使輸入給功放的直流電壓VCC提高；步驟402通過控制電源單元向功放的集電極輸入直流偏置電壓，改變功放的效率，調(diào)整雙極性晶體管功放效率與線性之間的關(guān)系，改善雙極性晶體管功放的寬帶特性和效率離散性，實現(xiàn)雙極性晶體管功放的超寬帶特性。
當(dāng)電源單元向雙極性晶體管功放的集電極輸入的直流電壓低于基準(zhǔn)電壓V0時，相當(dāng)于減小了VCC，根據(jù)功放的效率E與集電極直流電壓VCC和靜態(tài)工作電流Idq的乘積(VCC×Idq)之間的關(guān)系，功放的效率指標(biāo)E將被提高；當(dāng)電源單元向雙極性晶體管功放的集電極輸入的直流電壓高于基準(zhǔn)電壓V0時，相當(dāng)于增大了VCC，根據(jù)功放的效率E與集電極直流電壓VCC和靜態(tài)工作電流Idq的乘積(VCC×Idq)之間的關(guān)系，功放的效率指標(biāo)E將被降低。
通過控制輸入給功放集電極的直流電壓VCC，可以有效地調(diào)整功放的效率指標(biāo)，進(jìn)而調(diào)整功放效率與線性之間的關(guān)系，改善雙極性晶體管功放的寬帶特性。對輸入給功放集電極的直流電壓修正前后，功放的寬帶特性如圖5所示，圖5為本發(fā)明實施例中對輸入給功放集電極的直流電壓修正前后功放的寬帶特性示意圖。其中，實線表示調(diào)整前，虛線表示調(diào)整后。
另外，通過改變基準(zhǔn)電壓V0的設(shè)置值，即對功放設(shè)置大小不同的基準(zhǔn)電壓V0值，可以有效地克服功率器件本身的效率離散性，有利于提高批量生產(chǎn)時的直通率和生產(chǎn)效率。對功放設(shè)置大小不同的基準(zhǔn)電壓V0值前后，功放的效率離散性如圖6所示，圖6為本發(fā)明實施例中對輸入給功放集電極的直流電壓設(shè)置大小不同的基準(zhǔn)電壓前后功放的效率離散性示意圖。其中，實線表示調(diào)整前，虛線表示調(diào)整后。
在本發(fā)明所舉的這個實施例中，基站系統(tǒng)中微處理器的CPU控制電源單元將直流電壓，單獨輸入給了雙極性晶體管功放的集電極，通過改變輸入給集電極的直流電壓VCC，調(diào)整功放的效率E，實現(xiàn)對功放效率與線性之間關(guān)系進(jìn)行調(diào)整，有效改善了功放的寬帶特性和效率離散性，實現(xiàn)了功放的超寬帶特性。
在實際應(yīng)用中，基站系統(tǒng)中微處理器的CPU，如果單獨或同時將直流偏置電壓輸入給雙極性晶體管功放的集電極或基極，或者單獨或同時將直流偏置電壓輸入給場效應(yīng)晶體管功放的漏極或柵極，與本發(fā)明提供的技術(shù)方案完全一致，同樣能夠調(diào)整功放的效率，實現(xiàn)對功放效率與線性之間關(guān)系的調(diào)整，有效改善功放的寬帶特性和效率離散性，進(jìn)而達(dá)到降低成本，提高功放的可靠性，并提高批量生產(chǎn)時功放的直通率和生產(chǎn)效率，實現(xiàn)功放的超寬帶特性的目的。
從上面的實施例可以看出，本發(fā)明提供的這種調(diào)整功放效率的方法，通過控制輸入給功放的直流偏置電壓，改變功放的效率，實現(xiàn)對功放效率與線性度之間關(guān)系的調(diào)整，有效改善功放的寬帶特性和性能離散性，進(jìn)而降低了成本，提高了功放的可靠性，并提高了批量生產(chǎn)時功放的直通率和生產(chǎn)效率，實現(xiàn)了功放的超寬帶特性。由于實現(xiàn)了功放的超寬帶特性，也就同時提高了功放的工作效率和線性指標(biāo)，并克服了功放的性能離散性。而功放工作效率的提高，可以減少功放的回退余量，在輸出相同功率的情況下，使用更低的功率等級或者數(shù)量更少的功率器件，直接降低了功放的電路成本；同時，系統(tǒng)的電源、散熱、體積、風(fēng)扇、噪音等諸多成本因素得以降低，系統(tǒng)運行的電能成本也得以顯著下降；另外，功放工作效率的提高，功率器件結(jié)溫降低，壽命延長，功放及系統(tǒng)的可靠性得以提高。而克服功放的性能離散性，可以使功放批量生產(chǎn)的難度大大降低，進(jìn)而提高功放的直通率和生產(chǎn)效率。
以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種調(diào)整功放效率的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟A、根據(jù)功放工作時的載波頻率，控制輸入給功放的直流偏置電壓；B、通過控制輸入給功放的直流偏置電壓，調(diào)整功放的效率；當(dāng)輸入給功放的直流偏置電壓增大，功放的效率降低；當(dāng)輸入給功放的直流偏置電壓減小，功放的效率提高。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟A中所述輸入給功放的直流偏置電壓是由基站系統(tǒng)中微處理器的中央處理器進(jìn)行控制的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，當(dāng)步驟A中所述的功放工作時的載波頻率低于系統(tǒng)工作頻段的中心頻率時，將減小輸入給功放的直流偏置電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，當(dāng)步驟A中所述的功放工作時的載波頻率高于系統(tǒng)工作頻段的中心頻率時，將增大輸入給功放的直流偏置電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的功放是雙極性晶體管或場效應(yīng)晶體管功放。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述的功放是雙極性晶體管功放時，所述的直流偏置電壓包括輸入給雙極性晶體管功放集電極直流電壓和基極直流電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，步驟B中所述的直流偏置電壓，是集電極直流電壓、基極直流電壓或者集電極直流電壓與基極直流電壓的乘積。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述的功放是場效應(yīng)晶體管功放時，所述的直流偏置電壓包括輸入給場效應(yīng)晶體管功放漏極直流電壓和柵極直流電壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，步驟B中所述的直流偏置電壓，是漏極直流電壓、柵極直流電壓或者漏極直流電壓與柵極直流電壓的乘積。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種調(diào)整功放效率的方法，該方法包括以下步驟A、根據(jù)功放工作時的載波頻率，控制輸入給功放的直流偏置電壓；B、通過控制輸入給功放的直流偏置電壓，調(diào)整功放的效率；當(dāng)輸入給功放的直流偏置電壓增大，功放的效率降低；當(dāng)輸入給功放的直流偏置電壓減小，功放的效率提高。利用本發(fā)明，可以有效地改善功放的寬帶特性，提高功放的工作效率和線性指標(biāo)，實現(xiàn)功放的超寬帶特性。由于功放工作效率的提高，降低了功放的電路和系統(tǒng)運行時的電能成本，提高了功放及系統(tǒng)的可靠性。利用本發(fā)明，還可以有效地克服功放的效率離散性，使功放批量生產(chǎn)的難度大大降低，提高功放的直通率和生產(chǎn)效率。
文檔編號H03F3/20GK1790897SQ200410098698
公開日2006年6月21日 申請日期2004年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月15日
發(fā)明者殷為民, 張希坤 申請人:華為技術(shù)有限公司