專利名稱：用于線性調(diào)制信號放大和發(fā)送的自適應(yīng)寬帶數(shù)字放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及電磁處理，特別涉及電磁波的衰減或放大。
電磁波的受控衰減或放大有很多用途。例如，可以通過衰減和/或放大(“更改”)電磁波特性來沿著波傳遞情報，例如當(dāng)調(diào)制電流或射頻(RF)波的振幅、頻率或相位以發(fā)送數(shù)據(jù)時所看到的那樣。作為另一示例，可以通過衰減和/或放大電磁波特性而以受控的方式沿著波傳遞功率，例如當(dāng)調(diào)制電路中的電壓或電流時看到的那樣。此外，例如當(dāng)可以通過更改功率特性而經(jīng)由波傳遞情報時，可以將組合這些用途。
可以通過數(shù)字或模擬技術(shù)來實現(xiàn)電磁波特性的更改。例如，可以將波關(guān)斷，從而所述波被完全衰減；可以例如通過1.5的因子來增大波的電壓，從而調(diào)節(jié)所述波；等等。也可以組合數(shù)字和模擬衰減和/或放大，也就是說，在系統(tǒng)中，為了完成預(yù)期的任務(wù)，同一個波可以受到各種類型的數(shù)字和/或模擬衰減和/或放大。
例如在波的放大中使用數(shù)字化來處理電磁波提供了處理后的波的改善的線性，同時還通過減少功率消耗而提高了處理效率。數(shù)字化還通過使用在模擬處理系統(tǒng)中不能使用的、基于數(shù)字的技術(shù)而允許減少處理后的波中的噪聲。
因此，如果提供在處理電磁波時使用數(shù)字技術(shù)的裝置、方法和制造產(chǎn)品，則對于電磁波更改的領(lǐng)域?qū)⑹怯袔椭摹?br> 本發(fā)明的實施例包括一種裝置，該裝置包括用于將振幅信號的至少一部分轉(zhuǎn)換為二進制值的振幅映射電路、以及耦接到該振幅映射電路的多個放大器，使得將二進制值發(fā)送到所述多個放大器中的至少一個，以指定該放大器的增益級。
本發(fā)明的實施例還包括一種用于處理信號的方法，包括以下步驟將信號分離成振幅和相位分量；生成振幅分量的至少一部分的二進制表示；以及響應(yīng)于所生成的二進制表示而指定多個放大器之一的增益級。
現(xiàn)在將參考附圖、通過示例來描述本發(fā)明的實施例，其中

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明示例實施例的信號發(fā)送裝置。
圖2示出了圖1所示的信號發(fā)送裝置的數(shù)字振幅恢復(fù)部件。
圖3是示出用于設(shè)置信號發(fā)送裝置的增益的過程的流程圖。
在此使用的術(shù)語“信號”應(yīng)當(dāng)被廣泛地解釋成包括從一個地點向另一個地點傳遞數(shù)據(jù)的任何方式，例如電流或電磁場，所述電流或磁場不加限制地包括被接通和關(guān)斷的直流或交變電流或者包含一個或多個數(shù)據(jù)流的電磁載波。例如，可以通過可用模擬或數(shù)字形式實現(xiàn)的調(diào)制將數(shù)據(jù)疊加在載波電流或載波上。在此使用的術(shù)語“數(shù)據(jù)”也應(yīng)當(dāng)被廣泛地解釋成包括任何類型的情報或其它信息，例如并且不加限制音頻、語音、文本和/或視頻等。
在示例實施例中，可以將波劃分為兩種分量特性。這種波可以是例如到電磁信號發(fā)射機、接收機或收發(fā)機的輸入波。如圖1所示，輸入波可以被劃分為包括在所定義的周期上的輸入波的幅度特性的幅度分量(m)、以及包括在同一周期上的輸入波的相位特性的相位分量()。如果以下式定義輸入波s(t)＝I(t)+jQ(t)＝m(t)ej(t)則幅度分量(m)和相位分量()可由下式定義m(t)=I2(t)+Q2(t),]]>以及 劃分輸入波的方式不受具體限制?？梢詫崿F(xiàn)此劃分的一種示例方式是將輸入波提供給數(shù)字信號處理器，所述數(shù)字信號處理器例如通過使用直角坐標(biāo)或同相(I)、正交相位(Q)數(shù)據(jù)來將波數(shù)字化。然后，直角坐標(biāo)-極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器(rectangular to polar converter)接收該I、Q數(shù)據(jù)并將其變換為極坐標(biāo)。
應(yīng)當(dāng)注意，在其它實施例中，如果希望的話，可以提供波的不同的數(shù)字化表示。盡管在這里結(jié)合使用具有極坐標(biāo)數(shù)據(jù)的數(shù)字化波的實施例來描述本發(fā)明，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認識到本發(fā)明不限于此，并且可以使用任何數(shù)字或模擬波形或者它們的組合。
應(yīng)當(dāng)注意，在這個和其它實施例中的時間周期是隨意的。例如，實施例可以在各種時間周期上導(dǎo)出波的幅度和相位特性，以便使波的分辨率(resolution)最大、使操作速度最大等。也可以在各種實施例中動態(tài)地確定這些時間周期，使得它們在操作期間改變。在優(yōu)選實施例中，輸入波的劃分是同步的，以便使輸出精度最大并且使任何失真最小。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明第一示例實施例的信號發(fā)送裝置100。輸入波I最初被提供給基帶信號生成和編碼部件110或者由基帶信號生成和編碼部件110生成。基帶信號生成和編碼部件110優(yōu)選地將輸入模擬波數(shù)字化(例如，從模擬轉(zhuǎn)換為數(shù)字)和/或直接處理數(shù)字數(shù)據(jù)，并且還可以提供必要的編碼，即通過偽隨機序列進行的這種變化(如通常在碼分多址(CDMA)中所做的那樣)。
在輸入波I被處理(例如被數(shù)字化和編碼)之后，基帶信號生成和編碼部件110將處理后的信號(模擬的或數(shù)字的)提供給將信號分離成振幅(m)和相位()分量的直角坐標(biāo)-極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器120。從那時起，信號的振幅分量(m)被提供給數(shù)字振幅恢復(fù)電路200的振幅映射部件210(參見圖2)。振幅映射部件210將振幅信號轉(zhuǎn)換為特定數(shù)目的比特(b1-bn)。例如，對于32比特，振幅映射部件210將把振幅信號轉(zhuǎn)換為比特b1-b32。
如上面所討論的那樣，可以將原始輸入波I的振幅部分(m)轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖，所述數(shù)字脈沖包括被量化為具有最高有效位(“MSB”)到最低有效位(“LSB”)順序的比特b1到bn的數(shù)字字(DW)。在各種實施例中，數(shù)字字DW可以是變化的長度(例如32位、128位等)。通常，所述字越長，輸入波的再現(xiàn)精度(“分辨率”)越大。數(shù)字字DW以將在下面進一步描述的方式提供用于波的處理、例如用于衰減和/或放大的指令信號。當(dāng)然，如在下面進一步描述的那樣，在其它實施例中，可以使用不同地構(gòu)造的數(shù)字字DW、以及振幅的其它類型的衍生物或其它波特性。
返回圖1，相位調(diào)制器130將輸入波的相位分量()調(diào)制到載波、優(yōu)選為射頻(RF)信號上。這個經(jīng)載波調(diào)制的波優(yōu)選地具有恒定包絡(luò)(即，沒有振幅變化)，然而它具有原始輸入波的相位特性信息。然后，將輸入波的經(jīng)載波調(diào)制的相位分量()提供給可變增益放大器140，所述可變增益放大器140使所述波為數(shù)字振幅恢復(fù)電路200的功率分配器250做好準(zhǔn)備。盡管以上討論涉及利用相位調(diào)制器進行的輸入波的調(diào)制，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將意識到同樣可以應(yīng)用其它調(diào)制方法(例如，利用混頻器的上變頻)。
功率分配器250將輸入波的經(jīng)載波調(diào)制的相位分量()劃分為由數(shù)字振幅恢復(fù)電路200(參見圖2)處理的多個區(qū)段S1-SM。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認識到輸入波的經(jīng)載波調(diào)制的相位分量()被劃分的區(qū)段的數(shù)目是可變的，并且取決于特定量化方案和輸入信號的振幅電平。功率分配器250還在發(fā)送經(jīng)載波調(diào)制的相位分量的電路和所述多個區(qū)段S1-SM之間提供阻抗匹配。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將意識到的那樣，可以利用分立電路、集成電路或混合電路來實現(xiàn)數(shù)字振幅恢復(fù)電路200。
圖2示出了作為信號發(fā)送裝置100的一部分的數(shù)字振幅恢復(fù)電路200。如上面所討論的那樣，數(shù)字振幅恢復(fù)電路200包括用于將輸入信號的振幅部分(m)轉(zhuǎn)換為數(shù)字字DW、即特定數(shù)目的比特(b1-bn)中的每一個的振幅映射部件210。每個數(shù)字字DW代表輸入信號的振幅部分(m)的至少一部分。數(shù)字字DW被提供給數(shù)字增益控制電路220，所述數(shù)字增益控制電路220通過多個噪聲濾波器230將增益控制信號提供給所述多個區(qū)段S1-SM中的各個放大器PA1-PAM。噪聲濾波器230按照所需去除在將振幅部分(m)轉(zhuǎn)換為數(shù)字字DW時引入的任何噪聲。如上所述，數(shù)字振幅恢復(fù)電路200還包括功率分配器250，用于將經(jīng)載波調(diào)制的相位分量分解為多個區(qū)段S1-SM，并且提供阻抗匹配；以及功率合成器240，用于將所述多個區(qū)段S1-SM重新組合成單一的輸出信號并且提供阻抗匹配。
除了向所述多個區(qū)段S1-SM提供增益控制信號以外，數(shù)字增益控制電路220還提供輸入和輸出控制信號221、222。輸入控制信號221控制經(jīng)載波調(diào)制的相位分量的功率的、被提供給每個區(qū)段S1-SM的部分，并且輸出控制信號222控制區(qū)段S1-SM的重新組合，使得按照與劃分它們相同的方式來將它們重新組合。輸入控制信號221根據(jù)由振幅映射電路210生成的數(shù)字字DW的值來改變輸入信號的經(jīng)載波調(diào)制的相位部分()的、被提供給每個區(qū)段S1-SM的部分。
如上所述，每個區(qū)段S1-SM的控制端耦接到數(shù)字增益控制電路220，使得可以使用數(shù)字字DW來設(shè)置每個放大器的增益。使用n位的增益(由比特b1-bn提供)和M個區(qū)段來量化振幅信號(m)，以根據(jù)下式產(chǎn)生信號m=(KrefΣi=1nbi2i+ΣjMKj(Σk=0n2k+1)),]]>其中，Kref是每個比特b1-bn的基準(zhǔn)增益，Kj是當(dāng)使用多于一個區(qū)段時第j區(qū)段的區(qū)段增益，并且M是區(qū)段的總數(shù)目。為了均勻量化，對于被偏置為“接通(ON)”(例如，在區(qū)段的控制端接收到邏輯“1”)的區(qū)段，Kref＝Kj，而對于被偏置為“關(guān)斷(OFF)”(例如，在區(qū)段的控制端接收邏輯“0”)的區(qū)段，Kj＝0。
在根據(jù)本發(fā)明第一實施例的示例實現(xiàn)中，由振幅映射部件210生成的數(shù)字字DW每個是5位(例如，每個具有比特b1-b5)，并且數(shù)字振幅恢復(fù)電路200包括四(4)個區(qū)段S1-S4(其具有對應(yīng)的放大器PA1-PA4)。使用5位的數(shù)字字DW來表示輸入信號的振幅部分(m)，每個放大器PA1-PA4可以指定32個增益級(例如，對于每個數(shù)字字DW的25＝32個可能的二進制組合)之一。利用四(4)個區(qū)段S1-S4和5位的數(shù)字字DW，數(shù)字振幅恢復(fù)電路200可以表示在1和128之間的任何量化級(即，四個區(qū)段S1-S4的每一個可以表示多達32的增益級)。
繼續(xù)以上示例，如果將輸入信號的振幅部分(m)的瞬時振幅值設(shè)置為十進制量化值“70”。在此情況中，M＝4，n＝5，并且對于j＝4，Kj＝0，則振幅映射部件210將首先把第32增益級的5位表示加載到放大器PA1和PA2的控制端。然后，振幅映射部件210將連續(xù)地把第32增益級的5位表示加載到放大器PA3的控制端，將第6增益級的5位表示(例如，00110)加載到放大器PA3的控制端，并且放大器PA4被偏置為‘關(guān)斷’。
圖3示出了描述用于設(shè)置各個放大器PA1-PAn的增益的過程300的流程圖。如上面討論的那樣，在步驟310，振幅映射電路210首先將輸入信號的振幅部分(m)量化。如果輸入振幅信號的量化級大于單個放大器PA的增益控制范圍(步驟320)，則該過程進行到使用多個放大器(步驟330)。然而，如果輸入振幅信號的量化級小于單個放大器PA的增益控制范圍(步驟320)，則直接設(shè)置該放大器的增益(步驟340)。顯然，如果輸入振幅信號的量化級大于單個放大器PA的增益控制范圍，則在步驟340設(shè)置每個放大器的增益之前，將需要在步驟330選擇某個數(shù)目的放大器。一旦設(shè)定了放大器的數(shù)目和每個放大器的增益，該過程就在步驟350輸出所恢復(fù)的信號s(t)。所恢復(fù)的信號s(t)具有重新組合的振幅部分(m)和相位部分()。
使用以上示例，量化級“70”大于單個放大器PA的增益控制范圍(例如0-32)。這樣，必須使用多個放大器來實現(xiàn)該量化級。由于“70”至少可以被“32”除兩(2)次，因此必須使用至少兩個放大器PA。使用兩個放大器實現(xiàn)量化級“64”，因而必須使用一個另外的放大器來實現(xiàn)另外的六(6)級。因此，前兩個放大器(例如PA1、PA2)將具有增益32(最大增益)，并且第三放大器(例如PA3)將具有增益6。在以上示例中，放大器PA4對于實現(xiàn)量化級70不是必需的，因此其未被使用。
由數(shù)字增益控制電路200發(fā)出的輸入控制信號221控制功率分配器250，以便相應(yīng)地以所使用的放大器的數(shù)目來劃分與正由數(shù)字振幅恢復(fù)電路200恢復(fù)的振幅分量的部分相對應(yīng)的經(jīng)載波調(diào)制的相位分量的部分的功率。例如，使用上述場景將導(dǎo)致在三(3)個不同的放大器(例如PA1-PA3)之間的功率劃分。然而，前兩個放大器(例如PA1、PA2)處于最大增益，并且因此應(yīng)當(dāng)接收比第三放大器(例如PA3)更多的經(jīng)載波調(diào)制的相位分量的功率。功率分配器250將把輸入信號的經(jīng)載波調(diào)制的相位部分()均勻地分配給接通的放大器PA1-PAn。類似地，功率合成器240將結(jié)束該振幅恢復(fù)，并且傳送如下式定義的調(diào)制和放大后的信號s(t) 其中，f是‘潛在噪聲限制’要求所需的濾波器。如將由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解的那樣，對于不同的應(yīng)用，‘潛在噪聲限制’將是不同的。例如，在頻分雙工(FDD)無線系統(tǒng)(例如CDMA、WCDMA、WLAN)中，發(fā)射機和接收機同時操作。因此，與在時分雙工(TDD)無線系統(tǒng)(例如GSM、TDMA)中相比，在FDD系統(tǒng)中，接收機波段中的發(fā)射機‘潛在噪聲限制’要求更加嚴格。
盡管根據(jù)示例實施例描述了本發(fā)明，但是它不限于此。確切地說，所附權(quán)利要求應(yīng)當(dāng)被廣泛地解釋為包括在不背離本發(fā)明的范疇和本發(fā)明等同物的范圍的情況下可由本領(lǐng)域技術(shù)人員做出的本發(fā)明的其它變體和實施例。
權(quán)利要求
1.一種裝置，包括振幅映射電路，用于將振幅信號的至少一部分轉(zhuǎn)換為二進制值；和，多個放大器，耦接到振幅映射電路，其中，將所述二進制值發(fā)送給所述多個放大器中的至少一個，以指定該放大器的增益級。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括直角坐標(biāo)-極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器，用于將信號轉(zhuǎn)換為振幅和相位部分，并且用于將所述振幅部分發(fā)送到振幅映射電路。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，還包括相位調(diào)制器，用于利用載波信號調(diào)制相位部分。
4.如權(quán)利要求2所述的裝置，還包括混頻器，用于利用載波信號調(diào)制相位部分。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括至少一個增益控制源，用于將所述二進制值施加到所述多個放大器中的至少一個。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括輸入匹配電路，耦接到所述多個放大器的各個輸入；和輸出匹配電路，耦接到所述多個放大器的各個輸出。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，還包括至少一個增益控制源，耦接到所述多個放大器的至少一個的控制端。
8.一種用于處理信號的方法，包括以下步驟將信號分離成振幅和相位分量；生成振幅分量的至少一部分的二進制表示；以及響應(yīng)于所生成的二進制表示而指定多個放大器之一的增益級。
全文摘要
一種裝置包括用于將振幅信號的至少一部分轉(zhuǎn)換為二進制值的振幅映射電路、以及耦接到該振幅映射電路的多個放大器，使得將二進制發(fā)送給所述多個放大器中的至少一個，以指定該放大器的增益級。該裝置可以用于輸入波已經(jīng)被劃分為振幅和頻率分量的系統(tǒng)中。
文檔編號H03G3/30GK1853342SQ200480027167
公開日2006年10月25日 申請日期2004年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月19日
發(fā)明者甘紅, 安東尼·丹尼斯 申請人:M/A-Com公司