專利名稱：放大單元、功率放大器和發(fā)信機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及移動(dòng)通信領(lǐng)域，尤其涉及一種放大單元、功率放大器和發(fā)信機(jī)。
背景技術(shù)：
基站收發(fā)信機(jī)為移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分之一?；臼瞻l(fā)信機(jī)的發(fā)信機(jī)部分 的作用是將調(diào)制后的攜帶有信息的信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榇蠊β实纳漕l信號(hào)，通過后續(xù)的天線發(fā)射出 去。基站收發(fā)信機(jī)不斷朝著更小體積，更低功耗，更高的通信速度的方向發(fā)展。在基站收發(fā)信機(jī)中，功率放大器(簡稱功放)作為核心部件之一，其作用是將信 號(hào)放大到足夠的功率電平，以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的發(fā)射、遠(yuǎn)距離傳輸和可靠接收。在整個(gè)基站收發(fā)信 機(jī)的功耗中，功放的功耗占40%以上，其工作效率一般在30% -40%之間，如何在提升功放 的工作效率的同時(shí)保證功放線性是業(yè)界的一個(gè)研究熱點(diǎn)。圖1為現(xiàn)有技術(shù)的一種發(fā)信機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。在圖1中，基帶數(shù)據(jù)調(diào)制101將需 要發(fā)送的數(shù)字信號(hào)調(diào)制成滿足射頻發(fā)射要求的特定波形信號(hào)；該特定波形信號(hào)通過數(shù)模轉(zhuǎn) 換(DAC) 103轉(zhuǎn)換成實(shí)際的模擬波形。由于數(shù)模轉(zhuǎn)換的工作頻率低，其輸出的信號(hào)頻率通常 不能滿足發(fā)信機(jī)頻段的要求，因此進(jìn)一步通過混頻器105和本振107將數(shù)模轉(zhuǎn)換輸出的頻 率較低的中頻信號(hào)調(diào)制到載波頻率上，即將信號(hào)頻率提升到滿足要求的載波頻率。頻率提 升過程中產(chǎn)生的多余信號(hào)通過濾波109濾除。最后通過功率放大器111將信號(hào)放大到符合 發(fā)信機(jī)頻段要求的功率后，送往天線113發(fā)射出去。這種結(jié)構(gòu)的發(fā)信機(jī)的基本思路是在基帶部分完成數(shù)字信號(hào)處理，而后通過數(shù)模轉(zhuǎn) 換將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，再將模擬信號(hào)通過上變頻和功率放大后發(fā)射出去。這種結(jié)構(gòu)的發(fā)信機(jī)有如下不足數(shù)模轉(zhuǎn)換(DAC) 103為發(fā)信機(jī)設(shè)計(jì)的瓶頸。由于 DAC的工作頻率受限，因此需要增加上變頻105等電路，增加了發(fā)信機(jī)設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。為DAC 增加的配套高性能時(shí)鐘電路給發(fā)信機(jī)設(shè)計(jì)帶來高成本的同時(shí)，也增加了硬件的技術(shù)實(shí)現(xiàn)難 度。上變頻電路及功放產(chǎn)生大量噪聲信號(hào)，尤其是本振產(chǎn)生的噪聲信號(hào)離有用信號(hào)很近，從 而需要增加窄帶濾波器進(jìn)行濾波，既增加了成本，也使得技術(shù)上難以實(shí)現(xiàn)寬帶發(fā)信機(jī)。如何克服DAC的瓶頸，直接將基帶數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化成射頻功率信號(hào)，從而取消上變 頻及本振等電路，簡化發(fā)信機(jī)的設(shè)計(jì)，是業(yè)界的一個(gè)研究熱點(diǎn)。圖2為現(xiàn)有技術(shù)的一種數(shù)字發(fā)信機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。詳細(xì)介紹見公開號(hào)為 W02008/150341的專利申請。在這個(gè)發(fā)信機(jī)結(jié)構(gòu)中，并行的數(shù)字射頻信號(hào)由N個(gè)比特位構(gòu) 成，從最低有效位(Least Significant Bit，LSB)Bit 1 到最高有效位(Most Significant Bit,MSB)Bit N。每個(gè)比特輸入一個(gè)開關(guān)功放22。所有開關(guān)功放的輸出功率通過射頻功率 合路器24疊加。之后，射頻信號(hào)通過帶通濾波25以后送到天線27發(fā)射出去。這個(gè)發(fā)信機(jī) 的設(shè)計(jì)，通過射頻合路來進(jìn)行功率疊加。而射頻合路的原理就是對(duì)于非同相合路，合路器 的損耗的倍率正比于支路的數(shù)量，比如說4路合路，則對(duì)任意一個(gè)輸入端口來說，到輸出端 的信號(hào)只有輸入端的四分之一?？梢钥闯?，功率損耗較大，發(fā)信機(jī)效率不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例提供了一種放大單元，包括第一輸入端B(i)，第二輸入端R(i)，第 三輸入端VR(i)和輸出端D(i)，其中，輸入第二輸入端R(i)的信號(hào)為輸入第一輸入端B(i) 的信號(hào)的反相信號(hào)，其中該放大單元進(jìn)一步包括第一晶體管T1，該第一晶體管T1的柵極與第一輸入端B(i)耦合連接，該第一晶體 管T1的漏極與輸出端D(i)耦合連接，該第一晶體管T1的源極與還能電容xC耦合連接；該 還能電容xC，一端與該第一晶體管T1的源極耦合連接，另一端接地；和第二晶體管T2，該第二晶體管T2的柵極與第二輸入端R(i)耦合連接，該第二晶體 管T2的源極與第三輸入端VR(i)以及二極管的陽極耦合連接，該第二晶體管T2的漏極與 該第一晶體管T1的源極以及該二極管的陰極耦合連接。本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種功率放大器，包括并聯(lián)耦合連接的n+1個(gè)前述的放 大單元，n為大于等于0的整數(shù)，其中，該n+1個(gè)放大單元的第三輸入端VR(i)與電源輸入 \耦合連接，該n+1個(gè)放大單元的輸出端D (i)通過該諧振電感L與電源輸入VH耦合連接， 并且，該功率放大器的輸出功率與該n+1個(gè)放大單元的還能電容xC累加得到的電容值呈增 函數(shù)關(guān)系。本發(fā)明實(shí)施例還提供的功率放大器與現(xiàn)有技術(shù)中數(shù)字發(fā)信機(jī)的功率放大相關(guān)功 能模塊相比，不是利用功率合路的方式來進(jìn)行功率疊加，而是通過開關(guān)數(shù)字信號(hào)控制電容 并聯(lián)值的方式來改變電路阻抗，從而控制退還功率值的大小，形成不同的輸出功率。可以有 效解決功率合路方式造成的功率損耗，效率低下的問題。本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種發(fā)信機(jī)，包括數(shù)字處理單元，電源單元，該發(fā)信機(jī)進(jìn)一 步包括前述的功率放大器，其中，該電源單元與該數(shù)字處理單元以及該功率放大器耦合連 接，該功率放大器用于接收該數(shù)字處理單元輸入的數(shù)字信號(hào)，進(jìn)行信號(hào)放大以及數(shù)字/模 擬轉(zhuǎn)換后輸出射頻信號(hào)，以及輸出退還能量至該電源單元。


圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)一種發(fā)信機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2所示為現(xiàn)有技術(shù)一種數(shù)字發(fā)信機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3a所示為本發(fā)明實(shí)施例一種放大單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3b所示為圖3a所示放大單元的簡化示意圖；圖4所示為本發(fā)明實(shí)施例一種功率放大器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5所示為功率放大器的輸出功率與累加的電容值呈增函數(shù)關(guān)系示例圖；圖6所示為本發(fā)明實(shí)施例一種發(fā)信機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7所示為圖6所示發(fā)信機(jī)中的電源單元的一個(gè)實(shí)施例示意圖；圖8所示為圖6所示發(fā)信機(jī)中的數(shù)字處理單元的一個(gè)實(shí)施例示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式
和附圖，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明的示意性實(shí) 施方式及其說明適用于幫助理解本發(fā)明的創(chuàng)新方案，并不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的不 必要的限定。
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為了便于說明而不是限制，以下實(shí)施例的描述中提出了諸如特定體系結(jié)構(gòu)、接口、 技術(shù)等的具體細(xì)節(jié)，以便透徹地理解本發(fā)明。本領(lǐng)域的技術(shù)人員很清楚，在背離這些具體細(xì) 節(jié)的其它實(shí)施例中也可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。在其他情況下，省略對(duì)眾所周知的裝置、電路及方法的 詳細(xì)說明，以免不必要的細(xì)節(jié)妨礙對(duì)本發(fā)明的說明。此外，在一些附圖中給出各個(gè)功能或單 元框。本領(lǐng)域的技術(shù)人員知道，這些功能可采用單獨(dú)的硬件電路，或者采用結(jié)合適當(dāng)編程的 數(shù)字微處理器或通用計(jì)算機(jī)工作的軟件，或者采用專用集成電路(ASIC)和/或采用一個(gè)或 多個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器(DSP/FPGA)來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明實(shí)施例提供一種放大單元。如圖3a所示為本發(fā)明實(shí)施例一種放大單元300 的結(jié)構(gòu)示意圖。輸入B(i) (311)的信號(hào)為可以表示為二進(jìn)制數(shù)字開關(guān)信號(hào)的信號(hào)，比如，B⑴為 高電平或者低電平；或者為1(表示高電平)，0(表示低電平)等。R⑴(312)為B(i)的反 相信號(hào)。比如，B⑴為1，則R⑴為0;或者B(i)為高電平，則R(i)為低電平。第一晶體 管T1 (301)(或稱功放管)的柵極(G)與B(i)耦合連接，其漏極(D)與放大器的輸出D(i) (314)耦合連接，其源極(S)與電容xC(303)(或稱還能電容)耦合連接，同時(shí)與第二晶體 管T2 (302)(或稱還能晶體管)的漏極(D)耦合連接。還能電容xC的x為正整數(shù)，用以表 示其電容值為某一預(yù)設(shè)容量C的正整數(shù)倍。比如說5C表示電容值為5倍的預(yù)設(shè)容量。還 能電容xC—端與第一晶體管T1的源極(S)耦合連接，另一端接地。第二晶體管T2 (302) 的柵極(G)與R(i)耦合連接，源極⑶與VR⑴(313)以及二極管305的陽極耦合連接，漏 極⑶與第一晶體管T1的源極⑶以及二極管305的陰極耦合連接。VR(i)為低壓電源輸 入，用于通過二極管305向還能電容xC充電到預(yù)期電壓，以保證晶體管T1工作直流基準(zhǔn)的 準(zhǔn)確性?？蛇x的，第一晶體管和第二晶體管均工作在開關(guān)狀態(tài)，不加偏置。本說明書中，第一晶體管和第二晶體管以場效應(yīng)管為例予以說明，本領(lǐng)域普通技 術(shù)人員可以理解，第一晶體管和第二晶體管可以為工業(yè)應(yīng)用中的各種功放晶體管，例如 Gallium arsenide(GaAs),Heterojunction Bipola r Transistor(HBT),LDMOS(laterally diffused metal oxide semicondu ctor)晶體管等。第一晶體管和第二晶體管的類型可以 不一致。圖3b所示為圖3a所示放大單元實(shí)施例的簡化示意圖。圖示放大單元包括第一輸入端B(i) (311)，第二輸入端R(i) (312)，第三輸入端 VR(i) (313)和輸出端D(i) (314)。B(i)由代表信號(hào)幅度的二進(jìn)制數(shù)字開關(guān)信號(hào)控制。R⑴ 為B(i)的反相信號(hào)。VR(i)為低壓電源輸入。D⑴為放大單元的輸出。放大單元的功率 可以表示成xC的函數(shù)，比如說P = f (C)。如圖4所示為本發(fā)明實(shí)施例一種功率放大器的結(jié)構(gòu)示意圖。該功率放大器包括多個(gè)(大于等于1個(gè))如圖3b所示的放大單元(410，411… 41n)并聯(lián)耦合連接。該并聯(lián)耦合連接為每個(gè)放大單元的第三輸入端VR(i) (VR(0)，VR(1>" VR(n))均耦合連接電源輸入\;每個(gè)放大單元的輸出端D(i)均與電源輸入VH以及功率放 大器輸出端耦合連接。各個(gè)放大單元的第三輸入端VR(i)與電源輸入\可以進(jìn)一步通過電容CB接地。 電容CB可以用于吸收放大單元退還的能量，避免\出現(xiàn)突變。放大單元的輸出端D(i)可以進(jìn)一步通過諧振電感L(401)與高壓電源輸入
6合連接。諧振電感L可以起儲(chǔ)能的作用，晶體管導(dǎo)通的情況下開始儲(chǔ)能，晶體管斷開開始釋 放能量，還可以與其他無源元件(電容)構(gòu)成諧振網(wǎng)絡(luò)。可選的，放大單元的輸出端D(i)可以進(jìn)一步通過隔直電容CJ403)與功率放大器 輸出端耦合連接。隔直電容Q可以用于消除直流信號(hào)對(duì)后級(jí)電路造成的影響。隔直電容Q可以與其他無源元件(電感)構(gòu)成諧振網(wǎng)絡(luò)。放大單元的輸出端D(i)輸出的是射頻開關(guān)信號(hào)，可以在諧振電感L(401)、隔直電 容(^(403)等模擬器件配合下，產(chǎn)生射頻模擬信號(hào)。每個(gè)放大單元的第一輸入端B(i)，第二輸入端R(i)與對(duì)應(yīng)的數(shù)字比特位連接。 每個(gè)放大單元的還能電容的電容值與對(duì)應(yīng)輸入的比特位在所有比特位中的相對(duì)位置對(duì) 應(yīng)。比如說，輸入功率放大器的數(shù)字信號(hào)為(0，0，1)，即三個(gè)比特位Bit2[MSB]，Bitl， BitO[LSB]，則該輸入的數(shù)字信號(hào)對(duì)應(yīng)三個(gè)放大單元(410，411，412)，它們的還能電容分別 為〗^，〗1?！?。C為基本容量，C的取值取決于發(fā)信機(jī)的載波頻率及諧振電感401的值，可 以是一個(gè)以發(fā)信機(jī)的載波頻率F、諧振電感的值L和并聯(lián)耦合連接的放大單元的總個(gè)數(shù)N為 參數(shù)的函數(shù)C = f(F, L，N)。例如C與F，L和2~N的一個(gè)乘積成反比。一個(gè)具體的例子 如下C = 1/(4*PI*PI*F*F*L*2~N)，式中PI代表圓周率，F(xiàn)代表發(fā)信機(jī)的載波頻率，L為功 放電路中諧振電感的值，N代表退能功放的總個(gè)數(shù)。下面舉實(shí)施例說明圖4所示的功率放大器的工作原理。B(0)至B(n)直接由代表信號(hào)幅度的二進(jìn)制數(shù)字開關(guān)信號(hào)控制。數(shù)字開關(guān)信號(hào)從 LSB到MSB,分別對(duì)應(yīng)從B (0)到B (n)，即從LSB到MSB的每個(gè)比特位對(duì)應(yīng)一個(gè)B⑴，R(0) 至R(n)的信號(hào)為B(0)至B(n)信號(hào)的反相信號(hào)。VR(i)為低壓電源輸入，用于通過放大單 元中的二極管向放大單元中的還能電容xC充電到預(yù)期電壓\，保證晶體管T1工作直流基 準(zhǔn)的準(zhǔn)確性。當(dāng)某一個(gè)比特位B(i)為高電平時(shí)(比如B(i) = 1)，該比特位對(duì)應(yīng)的放大單 元的第二晶體管T2(或稱還能晶體管)截至，第一晶體管T1 (或稱功放管)導(dǎo)通，還能電容 xC接通，其中，x = 所有高電平比特位對(duì)應(yīng)的放大單元的還能電容構(gòu)成累加關(guān)系，因此， 理論上整個(gè)功率放大器電路可以組合出從C到2nC之間的以基本電容C為步進(jìn)的任意電容 值。功率放大器的輸出功率與累加得到的電容值呈增函數(shù)關(guān)系，可參考圖5示例。當(dāng)所有 B(i)為低電平時(shí)(比如所有B(i) =0)，所有放大單元的第二晶體管T2(或稱還能晶體管) 開啟，每個(gè)放大單元通過第三輸入端VR(i) (VR(0)，VR(l^"VR(n))向電源輸入八輸出多余 的能量，以形成信息傳輸所需要的輸出包絡(luò)。理論上來說，基帶調(diào)制后的信號(hào)是有包絡(luò)的， 要真實(shí)還原這個(gè)信號(hào)，則需要輸出包絡(luò)。這個(gè)包絡(luò)在本發(fā)明實(shí)施例中通過退還能量來形成。 否則僅開關(guān)信號(hào)輸出的射頻信號(hào)沒有包絡(luò)，不能攜帶信息。為了保證動(dòng)態(tài)范圍，需要保 >>乂1，例如可以取乂11 = 29伏^1= 1伏。圖4所示的功率放大器與現(xiàn)有技術(shù)中數(shù)字發(fā)信機(jī)的功率放大相關(guān)功能模塊相比， 不是利用功率合路的方式來進(jìn)行功率疊加，而是通過開關(guān)數(shù)字信號(hào)(輸入的基帶信號(hào))控 制電容并聯(lián)值的方式來改變電路阻抗，從而控制退還功率值的大小，形成不同的輸出功率。 可以有效解決功率合路方式造成的功率損耗，效率低下的問題。圖6所示為本發(fā)明實(shí)施例一種發(fā)信機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖示發(fā)信機(jī)600包括基帶調(diào)制單元601，數(shù)字處理單元603，電源單元605和功率 放大器607?，F(xiàn)有技術(shù)發(fā)信機(jī)中的DAC及模擬上變頻部分在這里被取消?；鶐д{(diào)制單元601
7處理后的信號(hào)經(jīng)過數(shù)字處理單元603的處理，轉(zhuǎn)化為信號(hào)符號(hào)速率為發(fā)信機(jī)載波頻率，信 號(hào)頻譜1次諧波中心頻率為發(fā)信機(jī)載波頻率的數(shù)字開關(guān)信號(hào)組后送往功率放大器607。功 率放大器607完成信號(hào)放大及數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換后的直接射頻功率輸出。功率放大器607可 以參考圖4所示的功率放大器實(shí)施例。它根據(jù)輸入的數(shù)字信號(hào)輸出符合要求的射頻功率信 號(hào)，即輸出的射頻功率信號(hào)與輸入的數(shù)字信號(hào)期望表達(dá)的模擬信號(hào)一致。多余的能量退還 給電源單元605供下個(gè)電源開關(guān)周期循環(huán)使用，而不是轉(zhuǎn)化成熱能，從而極大提高了發(fā)信 機(jī)的工作效率。能量的退還還可以用于形成包絡(luò)。如果數(shù)字信號(hào)表達(dá)的目標(biāo)信號(hào)在某一時(shí) 刻不需要滿幅度的輸出，則滿幅度信號(hào)與這個(gè)目標(biāo)信號(hào)能量的差值就是多余的能量。退還 過程發(fā)生在所有B(i)為低電平的狀態(tài)下。數(shù)字處理單元負(fù)責(zé)依據(jù)基帶信號(hào)表達(dá)的信號(hào)期 望幅度值計(jì)算退還給電源單元的能量的大小，并采樣電源單元的輸出，計(jì)算每一個(gè)工作周 期的電源占空比。這樣可以保證電源輸出電壓(H)的穩(wěn)定，使得電源單元不會(huì)因?yàn)榻邮?到功率放大器退還的能量而波動(dòng)超出范圍。具體的退還給電源單元的能量的大小的方法可 以為現(xiàn)有技術(shù)中的計(jì)算方法，可以為其他計(jì)算方法，在本發(fā)明實(shí)施例中可以不予限定。本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)信機(jī)600可以包括數(shù)字處理單元603，電源單元605 和功率放大器607?；鶐д{(diào)制單元601置于另外的網(wǎng)元實(shí)體中，這個(gè)另外的網(wǎng)元實(shí)體可以通 過光纖、電纜或者微波的方式與發(fā)信機(jī)600耦合連接，在本發(fā)明實(shí)施例中可以不予限定?？蛇x的，發(fā)信機(jī)提供一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)L0 CLK給功率放大器607，這個(gè)時(shí)鐘信號(hào)采用 “與”的關(guān)系對(duì)數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。這個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的頻率為發(fā)信機(jī)載波頻率。這個(gè)時(shí) 鐘信號(hào)與功率放大器中的所有放大單元耦合連接。圖7所示為圖6所示發(fā)信機(jī)實(shí)施例中的電源單元605的一個(gè)實(shí)施例示意圖。在本 實(shí)施例中，電源單元605包括主電源電路701，低壓開關(guān)穩(wěn)壓電路703和升壓開關(guān)穩(wěn)壓電 路705。主電源電路701與低壓開關(guān)穩(wěn)壓電路耦合連接，用于向低壓開關(guān)穩(wěn)壓電路供電，以 及輸出VH。低壓開關(guān)穩(wěn)壓電路703進(jìn)一步用于輸出\，從而可以對(duì)功率放大器中的放大單 元的還能電容進(jìn)行充電。升壓開關(guān)穩(wěn)壓電路705與電源輸入VH和\耦合連接，用于將\升 壓至VH。來自圖6示例的發(fā)信機(jī)中的數(shù)字處理單元603與主電源電路701，低壓開關(guān)穩(wěn)壓電 路703和升壓開關(guān)穩(wěn)壓電路705耦合連接，用于對(duì)電源單元605進(jìn)行數(shù)字電源控制，以控制 電源輸入\的波動(dòng)。數(shù)字電源控制功能包括根據(jù)上一個(gè)工作周期的退還功率值，以及當(dāng) 前工作周期的各個(gè)電源電路(701，703，705)的采樣工作電壓，按照預(yù)設(shè)的算法計(jì)算出當(dāng)前 工作周期各個(gè)電源電路(701，703，705)的開關(guān)管占空比。該預(yù)設(shè)的算法的目標(biāo)是盡可能保 持\精確，即盡可能保持\取值在預(yù)設(shè)的取值范圍內(nèi)保持不變。為保持\精確，優(yōu)先使用 主電源電路供電，并盡可能使升壓開關(guān)穩(wěn)壓電路和低壓開關(guān)穩(wěn)壓電路不供能。因?yàn)閷⒅麟?源電壓降壓再將\升壓的操作，效率會(huì)比將主電源電壓直接變換到功放工作電壓差；因此 如果檢測到\的電壓在某個(gè)周期內(nèi)是額定值，則升壓開關(guān)穩(wěn)壓電路和低壓開關(guān)穩(wěn)壓電路的 開關(guān)晶體管就可以保持?jǐn)嚅_狀態(tài)，即占空比為0。功放完全由功放主電源供電。一旦檢測到 \升高，則下一個(gè)開關(guān)周期就可以根據(jù)把\的電壓降低到額定值需要往外送多少能量計(jì)算 出升壓開關(guān)穩(wěn)壓電路的占空比，并將主電源電路的占空比計(jì)算減掉這個(gè)能量值，從而使得 這個(gè)開關(guān)周期過后\又回到額定值。圖8所示為圖6所示發(fā)信機(jī)實(shí)施例中的數(shù)字處理單元603的一個(gè)實(shí)施例示意圖。 數(shù)字處理單元603包括的各個(gè)功能模塊說明如下。
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插值功能模塊801，用于將輸入的數(shù)字中頻信號(hào)通過預(yù)設(shè)的插值算法將信號(hào)速率 提升至L0 CLK的頻率。L0 CLK是提供給發(fā)信機(jī)的一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)。這個(gè)時(shí)鐘信號(hào)采用“與”的關(guān)系對(duì)數(shù)字 基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，使數(shù)字基帶信號(hào)移到L0 CLK的頻率處。即，使符號(hào)速率等于發(fā)信機(jī)目 標(biāo)載波頻率的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過“與”關(guān)系調(diào)制后，成為中心頻率為載波頻率的開關(guān)信號(hào)組。即 信號(hào)組B(0)-B(n)中每個(gè)信號(hào)的中心頻率都是載波頻率。這個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的頻率為發(fā)信機(jī) 載波頻率。另外，這個(gè)時(shí)鐘信號(hào)可以進(jìn)一步與功率放大器中的所有放大單元耦合連接。濾波功能模塊802，用于濾除插值運(yùn)算產(chǎn)生的噪聲分量。此功能模塊為可選功能模 塊。去負(fù)值功能模塊803，用于將插值運(yùn)算或?yàn)V波運(yùn)算后的信號(hào)加上幅度等于1/2全 數(shù)字動(dòng)態(tài)范圍的直流分量，將輸入的信號(hào)幅度轉(zhuǎn)變?yōu)檎怠ｋ妷翰楸砉δ苣K804，用于根據(jù)輸入的去負(fù)值后的信號(hào)幅度值，查表得到以二進(jìn) 制比特位表示的以電容值C為基本單位的電容值，并輸出以二進(jìn)制比特位表示的該查表電 容值。比如說某個(gè)樣本周期欲輸出30dBm幅度的樣本點(diǎn)，電壓查表得到對(duì)應(yīng)的電容值為 25C，則B(4)至B(0)在該樣本周期的輸出依次取11001。該表可以通過實(shí)測校準(zhǔn)獲得。延時(shí)功能模塊809，用于延時(shí)多個(gè)樣本周期，補(bǔ)償查表時(shí)間。此功能模塊為可選模 塊。當(dāng)采用該功能模塊時(shí)，電壓查表功能模塊804和延時(shí)功能模塊809的輸出聯(lián)合構(gòu)成輸 入功率放大器607的MSB至LSB的各個(gè)比特位?？蛇x的，延時(shí)功能模塊809的輸出構(gòu)成輸入功率放大器607的若干個(gè)從LSB起始 的低位比特位，用于驅(qū)動(dòng)小功率信號(hào)功放。此處的若干個(gè)低位比特位的數(shù)目與小功率信號(hào) 功放的數(shù)目相同。這種小功率信號(hào)功放，可以為工作在純B類狀態(tài)的線性功放管，因?yàn)槠渚€ 性很好，可以不需要查表修正。為了最終使所有比特位輸出的信號(hào)都在同一個(gè)時(shí)刻出現(xiàn)在 輸出端，需要將不需要查表修正的比特位進(jìn)行延遲，延遲時(shí)間與查表修正所用的周期數(shù)相 同。L0 CLK時(shí)鐘信號(hào)可以進(jìn)一步與所有小功率信號(hào)功放耦合連接?？蛇x的，可以進(jìn)一步采用小功率功放驅(qū)動(dòng)器與小功率信號(hào)功放連接，用于驅(qū)動(dòng)小 功率信號(hào)功放。則，L0 CLK時(shí)鐘信號(hào)可以通過與所有小功率功放驅(qū)動(dòng)器耦合連接來與所有 小功率信號(hào)功放耦合連接。退還功率計(jì)算功能模塊805，計(jì)算當(dāng)前開關(guān)周期內(nèi)累計(jì)退還的功率值，并在下一個(gè) 開關(guān)周期開始前輸出計(jì)算得到的退還功率值。數(shù)字電源控制功能模塊807，用于根據(jù)退還功率計(jì)算模塊輸入的上一個(gè)工作周 期的退還功率值，以及當(dāng)前工作周期的各個(gè)電源電路(701，703，705)的采樣工作電壓，按 照預(yù)設(shè)的算法計(jì)算出當(dāng)前工作周期各個(gè)電源電路(701，703，705)的開關(guān)管占空比。關(guān)于該 預(yù)設(shè)的算法，可以參考圖7所示的實(shí)施例的相關(guān)描述。本發(fā)明發(fā)信機(jī)實(shí)施例具有如下技術(shù)優(yōu)勢功率放大器中的所有放大單元工作在開關(guān)狀態(tài)下，大功率下可以獲得極高的功放 效率，理論功放效率可以達(dá)到100%，從而大幅提高整個(gè)發(fā)信機(jī)的工作效率；發(fā)信機(jī)的最終輸出理論上不會(huì)出現(xiàn)任何失真，從而獲得較佳的信號(hào)調(diào)制質(zhì)量 (EVM)；
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相對(duì)通常的單管功放或者Doherty Class E功放，本發(fā)明實(shí)施例的功率放大器具 有類似開關(guān)功放的結(jié)構(gòu)，使得發(fā)信機(jī)的輸出具備極高的線性，理論上不需要再使用線性化 技術(shù)來提高線性，可以省去數(shù)字預(yù)失真(DPD)電路的成本；發(fā)信機(jī)通道除了功率放大器為模擬電路外，其他電路可以全部為數(shù)字電路，整個(gè) 發(fā)信機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，避免了引入混頻結(jié)構(gòu)帶來的雜散和噪聲；進(jìn)一步減少了散熱， 以及發(fā)信機(jī)的體積；因?yàn)檩敵龅男盘?hào)不是采用混頻方式，沒有本振及互調(diào)分量等噪聲信號(hào)，所以理論 上不需要后級(jí)濾波器。理論上工作頻點(diǎn)不受限制，可以實(shí)現(xiàn)寬達(dá)倍頻的平臺(tái)化超寬帶發(fā)信 機(jī)，有效支持多模多載波基站；能夠擺脫對(duì)高速DAC器件的依賴，大幅降低供貨風(fēng)險(xiǎn)；能夠大幅縮短設(shè)計(jì)周期，無需進(jìn)行發(fā)射通道鏈路預(yù)算，只需要計(jì)算功放匹配及功率。以上所述的具體實(shí)施方式
，對(duì)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(shí)施方式
而已，并不用于限定本發(fā)明 的保護(hù)范圍，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)。更多實(shí)施例1. 一種放大單元，包括第一輸入端B(i)，第二輸入端R(i)，第三輸入端VR(i)和 輸出端D(i)，其中，輸入第二輸入端R(i)的信號(hào)為輸入第一輸入端B(i)的信號(hào)的反相信 號(hào)，前述放大單元進(jìn)一步包括第一晶體管T1，前述第一晶體管T1的柵極與第一輸入端B (i)耦合連接，前述第一 晶體管T1的漏極與輸出端D(i)耦合連接，前述第一晶體管T1的源極與還能電容xC耦合 連接；前述還能電容xC，一端與前述第一晶體管T1的源極耦合連接，另一端接地；和第二晶體管T2，前述第二晶體管T2的柵極與第二輸入端R(i)耦合連接，前述第二 晶體管T2的源極與第三輸入端VR(i)以及二極管的陽極耦合連接，前述第二晶體管T2的 漏極與前述第一晶體管T1的源極以及前述二極管的陰極耦合連接。2.如實(shí)施例1的放大單元，前述輸入第一輸入端B(i)的信號(hào)為二進(jìn)制數(shù)字開關(guān)信 號(hào)。3.如實(shí)施例1的放大單元，前述還能電容xC的x為正整數(shù)，用以表示前述還能電 容的電容值為電容容量C的正整數(shù)倍。4.如實(shí)施例1的放大單元，前述第三輸入端VR(i)用于接收電源輸入，并通過前述 二極管向前述還能電容xC充電。5.如實(shí)施例1的放大單元，前述第一晶體管T1和前述第二晶體管T2均工作在開 關(guān)狀態(tài)。6.如實(shí)施例1的放大單元，前述輸出D(i)的輸出為射頻開關(guān)信號(hào)。7. 一種功率放大器，包括并聯(lián)耦合連接的n+1個(gè)如實(shí)施例1至6任一項(xiàng)的放大 單元，n為大于等于0的整數(shù)，其中，前述n+1個(gè)放大單元的第三輸入端VR(i)與電源輸入 \耦合連接；前述n+1個(gè)放大單元的輸出端D (i)與電源輸入VH耦合連接，并且，前述功率 放大器的輸出功率與前述n+1個(gè)放大單元的還能電容xC累加得到的電容值呈增函數(shù)關(guān)系。
8.如實(shí)施例7的功率放大器，前述并聯(lián)耦合連接為前述n+1個(gè)放大單元的第三 輸入端VR(i)均與前述電源輸入\耦合連接，前述n+1個(gè)放大單元的輸出端D(i)均與前 述電源輸入VH以及前述功率放大器的輸出端耦合連接。9.如實(shí)施例7的功率放大器，進(jìn)一步包括電容(；，前述n+1個(gè)放大單元的第三輸 入端VR(i)以及電源輸入\通過前述電容CB接地，前述電容CB用于吸收前述n+1個(gè)放大 單元退還的能量。10.如實(shí)施例7的功率放大器，進(jìn)一步包括諧振電感L和隔直電容&，其中，前述 n+1個(gè)放大單元的輸出端D (i)通過前述諧振電感L與電源輸入VH耦合連接，前述n+1個(gè)放 大單元的輸出端D(i)通過隔直電容Q與前述功率放大器輸出端耦合連接。11.如實(shí)施例7的功率放大器，前述n+1個(gè)放大單元中每一個(gè)放大單元的第一輸入 端B(i)對(duì)應(yīng)輸入前述功率放大器的n+1個(gè)數(shù)字比特位中的從LSB到MSB的第i個(gè)比特位。12.如實(shí)施例7的功率放大器，前述n+1個(gè)放大單元中的任意一個(gè)放大單元的還能 電容xC的取值，與對(duì)應(yīng)該放大單元的比特位在輸入前述功率放大器的n+1個(gè)數(shù)字比特位中 的相對(duì)位置對(duì)應(yīng)。13. 一種發(fā)信機(jī)，包括數(shù)字處理單元，電源單元，前述發(fā)信機(jī)進(jìn)一步包括如實(shí)施例 7至12任一項(xiàng)的功率放大器，其中，前述電源單元與前述數(shù)字處理單元以及前述功率放大 器耦合連接，前述功率放大器用于接收前述數(shù)字處理單元輸入的數(shù)字信號(hào)，進(jìn)行信號(hào)放大 以及，對(duì)放大后的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換后輸出射頻信號(hào)，以及輸出退還能量至前述電 源單元。14.如實(shí)施例13的發(fā)信機(jī)，前述數(shù)字處理單元用于接收數(shù)字基帶信號(hào)，輸出信號(hào) 的符號(hào)速率等于前述發(fā)信機(jī)的載波頻率。15.如實(shí)施例13的發(fā)信機(jī)，前述數(shù)字處理單元用于計(jì)算前述退還能量的大小。16.如實(shí)施例13的發(fā)信機(jī)，前述數(shù)字處理單元用于對(duì)前述電源單元進(jìn)行數(shù)字電源 控制，以控制電源輸入\的波動(dòng)。17.如實(shí)施例13的發(fā)信機(jī)，前述發(fā)信機(jī)進(jìn)一步包括與前述數(shù)字處理單元耦合連 接的基帶調(diào)制單元。18.如實(shí)施例13的發(fā)信機(jī)，前述發(fā)信機(jī)進(jìn)一步包括與前述功率放大器中的n+1 個(gè)放大單元耦合連接的時(shí)鐘信號(hào)L0 CLK，前述時(shí)鐘信號(hào)L0 CLK的頻率等于前述發(fā)信機(jī)的載
波頻率。19.如實(shí)施例13的發(fā)信機(jī)，前述電源單元包括主電源電路，低壓開關(guān)穩(wěn)壓電路和 升壓開關(guān)穩(wěn)壓電路，其中，前述主電源電路，與前述低壓開關(guān)穩(wěn)壓電路耦合連接，用于向前述低壓開關(guān)穩(wěn)壓 電路供電，以及輸出VH;前述低壓開關(guān)穩(wěn)壓電路，用于輸出\ ；前述升壓開關(guān)穩(wěn)壓電路與前述功率放大器的電源輸入VH和\耦合連接，用于將\ 升壓至VH。20.如實(shí)施例13的發(fā)信機(jī)，前述數(shù)字處理單元包括插值功能模塊，用于將輸入的數(shù)字信號(hào)通過預(yù)設(shè)的插值算法來提升信號(hào)的速率；去負(fù)值功能模塊，與插值功能模塊耦合連接，用于將經(jīng)過插值功能模塊處理后的
11信號(hào)的幅度轉(zhuǎn)變?yōu)檎?；退還功率計(jì)算功能模塊，與去負(fù)值功能模塊耦合連接，用于計(jì)算當(dāng)前開關(guān)周期內(nèi) 累計(jì)退還的功率值，并在下一個(gè)開關(guān)周期開始前輸出計(jì)算得到的退還功率值；數(shù)字電源控制功能模塊，與退還功率計(jì)算功能模塊耦合連接，用于根據(jù)退還功率 值，以及當(dāng)前工作周期的各個(gè)電源電路的采樣工作電壓，按照預(yù)設(shè)的算法計(jì)算出當(dāng)前工作 周期各個(gè)電源電路的開關(guān)管占空比；和電壓查表功能模塊，與去負(fù)值功能模塊耦合連接，用于根據(jù)輸入的去負(fù)值后的信 號(hào)幅度值，查表得到以二進(jìn)制比特位表示的以電容值C為基本單位的電容值，并輸出以二 進(jìn)制比特位表示的該查表電容值，將該查表電容值作為輸入前述功率放大器的數(shù)字信號(hào)輸 入前述功率放大器。21.如實(shí)施例20的發(fā)信機(jī)，前述數(shù)字處理單元進(jìn)一步包括濾波功能模塊802，與插值功能模塊和去負(fù)值功能模塊耦合連接，用于濾除插值運(yùn) 算產(chǎn)生的噪聲分量，去負(fù)值功能模塊通過前述濾波功能模塊與前述插值功能模塊連接。22.如實(shí)施例20的發(fā)信機(jī)，前述數(shù)字處理單元進(jìn)一步包括延時(shí)功能模塊，用于延時(shí)多個(gè)符號(hào)周期，補(bǔ)償電壓查表時(shí)間；前述電壓查表功能模 塊和前述延時(shí)功能模塊的輸出聯(lián)合構(gòu)成輸入前述功率放大器的MSB至LSB的各個(gè)比特位。23.如實(shí)施例22的發(fā)信機(jī)，前述延時(shí)功能模塊的輸出構(gòu)成輸入前述功率放大器的 低位比特位，用于驅(qū)動(dòng)小功率信號(hào)功放。
1權(quán)利要求
一種放大單元，包括第一輸入端B(i)，第二輸入端R(i)，第三輸入端VR(i)和輸出端D(i)，其中，輸入第二輸入端R(i)的信號(hào)為輸入第一輸入端B(i)的信號(hào)的反相信號(hào)，其特征在于，所述放大單元進(jìn)一步包括第一晶體管T1，所述第一晶體管T1的柵極與第一輸入端B(i)耦合連接，所述第一晶體管T1的漏極與輸出端D(i)耦合連接，所述第一晶體管T1的源極與還能電容xC耦合連接；所述還能電容xC，一端與所述第一晶體管T1的源極耦合連接，另一端接地；和第二晶體管T2，所述第二晶體管T2的柵極與第二輸入端R(i)耦合連接，所述第二晶體管T2的源極與第三輸入端VR(i)以及二極管的陽極耦合連接，所述第二晶體管T2的漏極與所述第一晶體管T1的源極以及所述二極管的陰極耦合連接。
2.如權(quán)利要求1所述的放大單元，其特征在于，所述第三輸入端VR(i)用于接收電源輸 入，并通過所述二極管向所述還能電容xC充電。
3.—種功率放大器，其特征在于，包括并聯(lián)耦合連接的n+1個(gè)如權(quán)利要求1至2任一 項(xiàng)所述的放大單元，n為大于等于0的整數(shù)，其中，所述n+1個(gè)放大單元的第三輸入端VR(i) 與電源輸入\耦合連接；所述n+1個(gè)放大單元的輸出端D (i)與電源輸入VH耦合連接，并 且，所述功率放大器的輸出功率與所述n+1個(gè)放大單元的還能電容xC累加得到的電容值呈 增函數(shù)關(guān)系。
4.如權(quán)利要求3所述的功率放大器，其特征在于，所述并聯(lián)耦合連接為所述n+1個(gè)放 大單元的第三輸入端VR(i)均與所述電源輸入\耦合連接，所述n+1個(gè)放大單元的輸出端 D(i)均與所述電源輸入VH以及所述功率放大器的輸出端POTT耦合連接。
5.如權(quán)利要求3所述的功率放大器，其特征在于，進(jìn)一步包括電容CB，所述n+1個(gè)放 大單元的第三輸入端VR(i)以及電源輸入\通過所述電容CB接地，所述電容CB用于吸收 所述n+1個(gè)放大單元退還的能量。
6.如權(quán)利要求3所述的功率放大器，其特征在于，進(jìn)一步包括諧振電感L和隔直電容 Cp其中，所述n+1個(gè)放大單元的輸出端D (i)通過所述諧振電感L與電源輸入VH耦合連接， 所述n+1個(gè)放大單元的輸出端D (i)通過隔直電容Q與所述功率放大器輸出端POTT耦合連 接。
7.如權(quán)利要求3所述的功率放大器，其特征在于，所述n+1個(gè)放大單元中每一個(gè)放大單 元的第一輸入端B(i)對(duì)應(yīng)輸入所述功率放大器的n+1個(gè)數(shù)字比特位中的從 LSB到MSB的 第i個(gè)比特位。
8.如權(quán)利要求3所述的功率放大器，其特征在于，所述n+1個(gè)放大單元中的任意一個(gè) 放大單元的還能電容xC的取值，與對(duì)應(yīng)該放大單元的比特位在輸入所述功率放大器的n+1 個(gè)數(shù)字比特位中的相對(duì)位置對(duì)應(yīng)。
9.一種發(fā)信機(jī)，包括數(shù)字處理單元，電源單元，其特征在于，所述發(fā)信機(jī)進(jìn)一步包括如 權(quán)利要求3至8任一項(xiàng)所述的功率放大器，其中，所述電源單元與所述數(shù)字處理單元以及所 述功率放大器耦合連接，所述功率放大器用于接收所述數(shù)字處理單元輸入的數(shù)字信號(hào)，進(jìn) 行信號(hào)放大以及，對(duì)放大后的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換后輸出射頻信號(hào)，以及輸出退還能 量至所述電源單元。
10.如權(quán)利要求9所述的發(fā)信機(jī)，其特征在于，所述數(shù)字處理單元包括插值功能模塊，用于將輸入的數(shù)字信號(hào)通過預(yù)設(shè)的插值算法來提升信號(hào)的速率；去負(fù)值功能模塊，與插值功能模塊耦合連接，用于將經(jīng)過插值功能模塊處理后的信號(hào) 的幅度轉(zhuǎn)變?yōu)檎?；退還功率計(jì)算功能模塊，與去負(fù)值功能模塊耦合連接，用于計(jì)算當(dāng)前開關(guān)周期內(nèi)累計(jì) 退還的功率值，并在下一個(gè)開關(guān)周期開始前輸出計(jì)算得到的退還功率值；數(shù)字電源控制功能模塊，與退還功率計(jì)算功能模塊耦合連接，用于根據(jù)退還功率值，以 及當(dāng)前工作周期的各個(gè)電源電路的采樣工作電壓，按照預(yù)設(shè)的算法計(jì)算出當(dāng)前工作周期各 個(gè)電源電路的開關(guān)管占空比；和電壓查表功能模塊，與去負(fù)值功能模塊耦合連接，用于根據(jù)輸入的去負(fù)值后的信號(hào)幅 度值，查表得到以二進(jìn)制比特位表示的以電容值C為基本單位的電容值，并輸出以二進(jìn)制 比特位表示的該查表電容值，將該查表電容值作為輸入所述功率放大器的數(shù)字信號(hào)輸入所 述功率放大器。全文摘要
本發(fā)明涉及功率放大器領(lǐng)域。本發(fā)明實(shí)施例提供的一種功率放大器，包括并聯(lián)耦合連接的n+1個(gè)放大單元，n為大于等于0的整數(shù)，其中，該n+1個(gè)放大單元的第三輸入端VR(i)與電源輸入VL耦合連接；該n+1個(gè)放大單元的輸出端D(i)與電源輸入VH耦合連接，并且，該功率放大器的輸出功率與該n+1個(gè)放大單元的還能電容xC累加得到的電容值呈增函數(shù)關(guān)系。本發(fā)明實(shí)施例提供的功率放大器通過開關(guān)數(shù)字信號(hào)控制電容并聯(lián)值的方式來改變電路阻抗，從而控制退還功率值的大小，形成不同的輸出功率?？梢杂行Ы鉀Q傳統(tǒng)功放結(jié)構(gòu)造成的功率損耗，效率低下的問題。
文檔編號(hào)H03F3/21GK101860330SQ20101015530
公開日2010年10月13日 申請日期2010年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月14日
發(fā)明者歐健 申請人:華為技術(shù)有限公司