專利名稱：射頻功率放大器混合功率控制系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子領(lǐng)域，尤其涉及一種射頻功率放大器混合功率控制系統(tǒng)及方 法。
背景技術(shù)：
近二十多年來(lái)，無(wú)線通訊的發(fā)展極大地滿足了人類對(duì)通信的需求，同時(shí)這種需 求也進(jìn)一步帶動(dòng)了無(wú)線移動(dòng)電話(或稱無(wú)線手機(jī))在全世界范圍內(nèi)的迅速增長(zhǎng)。在眾多的 無(wú)線通訊標(biāo)準(zhǔn)中，GSM (Global System forMobile Communications)是最主要的標(biāo)準(zhǔn)之一，
其市場(chǎng)覆蓋面占據(jù)全球市場(chǎng)的四分之三。如何保證這巨量的無(wú)線手機(jī)滿足嚴(yán)格的手機(jī)通 訊標(biāo)準(zhǔn)要求是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)。射頻功率放大器是手機(jī)中一個(gè)至關(guān)重要的部分，它負(fù)責(zé)射頻信號(hào)的放大發(fā)射。 數(shù)字手機(jī)發(fā)送信息的方式主要是先把已數(shù)字化的聲音或數(shù)據(jù)等信息通過頻率調(diào)制或者 相位調(diào)制調(diào)制到射頻載波信號(hào)上，然后再把這個(gè)調(diào)制好的射頻信號(hào)發(fā)送給手機(jī)基站。通 常這個(gè)調(diào)制好的射頻載波信號(hào)強(qiáng)度太弱，當(dāng)手機(jī)距離基站很遠(yuǎn)時(shí)，手機(jī)就需要用射頻功 率放大器把射頻信號(hào)的強(qiáng)度放大到足夠大的功率以使信號(hào)可以傳送到手機(jī)基站。為了保 證無(wú)線手機(jī)與基站的正常通訊又不干擾其他手機(jī)用戶，手機(jī)同基站一起對(duì)手機(jī)的發(fā)射功 率進(jìn)行自動(dòng)控制。當(dāng)手機(jī)距離基站很近時(shí)手機(jī)發(fā)射小功率，當(dāng)距離很遠(yuǎn)時(shí)手機(jī)發(fā)射大功 率。根據(jù)工作頻段的不同，無(wú)線手機(jī)要求能發(fā)射至少十五種等級(jí)的射頻功率。射頻功率放大器的功率控制方法可分為直接功率控制和間接功率控制兩種。直 接功率控制是指直接控制功率放大器的功率，具體做法是用一個(gè)功率檢測(cè)器檢測(cè)放大器 的輸出功率，然后通過誤差信號(hào)與控制信號(hào)比較，再反饋回去控制功率放大器的增益或 偏置，達(dá)到控制功率的目的。間接功率控制是指通過控制功率放大器電壓或者電流來(lái)控 制其功率。間接功率控制的核心是從源頭入手控制功率放大器的直流供電功率從而達(dá)到 對(duì)射頻功率輸出的控制。如圖1所示集電極電壓功率控制方法，首先檢測(cè)功率放大器的集電極電壓Vcc， 然后通過誤差放大器與控制信號(hào)比較，再反饋到調(diào)整管Ml的柵極，達(dá)到控制Ql集電極 電壓的目的；圖2所示則為集電極電流功率控制方法，通過檢測(cè)電阻R壓降來(lái)檢測(cè)功率 放大器的集電極電流，然后通過誤差放大器與控制信號(hào)比較，再反饋到功率放大器的偏 置電路BIAS，達(dá)到控制Ql集電極電流的目的。直接功率控制由于電路實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，主要應(yīng)用在基站領(lǐng)域，在手機(jī)芯片領(lǐng)域受限 于體積應(yīng)用比較少。在手機(jī)芯片領(lǐng)域用得較多的是間接功率控制。無(wú)論是前述的控制集 電極電壓還是電流，功率放大管Ql都不能直接看到電池電壓Vbatt，從而導(dǎo)致相當(dāng)部分 電池電能被調(diào)整管或者檢測(cè)電阻浪費(fèi)了。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是提供一種射頻功率放大器混合功率控制系統(tǒng)及方法，可以避免電池電能的額外損失。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案是提供一種射頻功率放大 器混合功率控制系統(tǒng)，包括功率放大模塊和用于調(diào)整功率放大模塊輸出功率的功率控制 模塊；所述功率放大模塊包括偏置電路和多個(gè)功率放大單元，所述每個(gè)功率放大單元 均包括信號(hào)輸入端、信號(hào)輸出端、濾波電容、功放管和熱穩(wěn)定電阻，所述偏置電路具有 第一輸入端、第一輸出端和第二輸出端；信號(hào)輸入端經(jīng)過濾波電容后連接到功放管的基 極，功放管的發(fā)射極接地，功放管的集電極連接信號(hào)輸出端；所述偏置電路第一輸入端 和第一輸出端均連接功率控制模塊，第二輸出端通過所述熱穩(wěn)定電阻連接所述功放管的 基極；所述功率控制模塊包括電流檢測(cè)電路、誤差放大器，所述電流檢測(cè)電路包括第 一輸入端、輸出端和電源端，所述偏置電路的第一輸出端連接電流檢測(cè)電路的第一輸入 端，所述電流檢測(cè)電路的輸出端連接誤差放大器的第一輸入端，所述電流檢測(cè)電路的電 源端連接電池，所述誤差放大器的第二輸入端連接控制電壓，所述誤差放大器的輸出端 連接偏置電路的輸入端；所述電流檢測(cè)電路采集功放管的基極電流，送入誤差放大器中與控制電壓進(jìn)行 比較，誤差放大器根據(jù)比較結(jié)果改變偏置電路提供給功放管的基極電流，從而達(dá)到以控 制電壓控制基極電流的目的，進(jìn)而間接控制功率放大模塊的輸出功率。其中，所述電流檢測(cè)電路為電阻型電流檢測(cè)電路或者電流鏡電流檢測(cè)電路。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的另一個(gè)技術(shù)方案是提供一種射頻功率放 大器混合功率控制方法，包括以下步驟a.利用電流檢測(cè)電路采集功率放大模塊的基極電流；b.將步驟a中采集的功率放大模塊的基極電流送入誤差放大器中與控制電壓源進(jìn) 行比較；C.根據(jù)步驟b中得出的比較結(jié)果改變偏置電路提供給功放管的基極電流，從而達(dá) 到以控制電壓控制基極電流的目的，進(jìn)而間接控制功率放大模塊的輸出功率。其中，所述的射頻功率放大器混合功率控制方法，在步驟a中所述的采集功率放 大模塊的基極電流的方法有電阻檢測(cè)方法或者電流鏡電流檢測(cè)方法。本發(fā)明的有益效果是區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的集電極電壓檢測(cè)或電流檢測(cè)技術(shù)導(dǎo)致 的電池電能的額外損失的缺陷，本發(fā)明通過控制基極電流的方式來(lái)控制輸出功率，不需 要在集電極和電池間添加任何器件，使得功放管的集電極能直接看到電池電壓，從而得 到更高的效率。另外，本發(fā)明還可以方便地調(diào)整功率控制曲線。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的集電極電壓功率控制方法示意圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)的集電極電流功率控制方法示意圖；圖3是本發(fā)明所應(yīng)用的無(wú)線收發(fā)機(jī)系統(tǒng)框圖；圖4是本發(fā)明射頻功率放大器混合功率控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；圖5是本發(fā)明電流鏡電流檢測(cè)電路圖6是本發(fā)明電阻電流檢測(cè)電路圖；圖7是射頻功率放大器基極電流曲線圖；圖8是射頻功率放大器功率控制電壓Vramp曲線；圖9是射頻功率放大器輸出功率曲線。
具體實(shí)施例方式為詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所實(shí)現(xiàn)目的及效果，以下結(jié)合實(shí)施 方式并配合附圖詳予說(shuō)明。請(qǐng)參閱圖4，本發(fā)明的射頻功率放大器混合功率控制系統(tǒng)，包括功率放大模塊 22和用于調(diào)整功率放大模塊22輸出功率的功率控制模塊21 ；所述功率放大模塊22包括偏置電路221和多個(gè)功率放大單元222，所述每個(gè)功率 放大單元222均包括信號(hào)輸入端RFin、信號(hào)輸出端RFout、濾波電容224、功放管225和 熱穩(wěn)定電阻223，所述偏置電路221具有第一輸入端、第一輸出端和第二輸出端；信號(hào)輸 入端RFin經(jīng)過濾波電容224后連接到功放管225的基極，功放管225的發(fā)射極接地，功放 管225的集電極連接信號(hào)輸出端RFout ；所述偏置電路221第一輸入端和第一輸出端均連 接功率控制模塊21，第二輸出端通過所述熱穩(wěn)定電阻223連接所述功放管225的基極；所述功率控制模塊21包括電流檢測(cè)電路211、誤差放大器212，所述電流檢測(cè)電 路211包括第一輸入端、輸出端和電源端；所述偏置電路221的第一輸出端連接電流檢測(cè) 電路211的第一輸入端，所述電流檢測(cè)電路211的輸出端連接誤差放大器212的第一輸入 端，所述電流檢測(cè)電路211的電源端連接電池，所述誤差放大器212的第二輸入端連接控 制電壓Vramp，所述誤差放大器212的輸出端連接偏置電路221的輸入端；所述電流檢測(cè)電路211通過熱穩(wěn)定電阻223采集功放管225的基極電流，送入誤 差放大器212中與控制電壓源Vramp進(jìn)行比較，誤差放大器212根據(jù)比較結(jié)果改變偏置電 路提供給功放管225的基極電流，從而達(dá)到以控制電壓Vramp控制基極電流的目的，進(jìn) 而間接控制功率放大模塊22的輸出功率。在一實(shí)施例中，所述電流檢測(cè)電路211為電阻型電流檢測(cè)電路或者電流鏡電流 檢測(cè)電路。本發(fā)明的射頻功率放大器混合功率控制方法，包括以下步驟a.利用電流檢測(cè)電路采集功率放大模塊的基極電流；b.將步驟a中采集的功率放大模塊的基極電流送入誤差放大器中與控制電壓源進(jìn) 行比較；C.根據(jù)步驟b中得出的比較結(jié)果改變偏置電路提供給功放管的基極電流，從而達(dá) 到以控制電壓控制基極電流的目的，進(jìn)而間接控制功率放大模塊的輸出功率。在一實(shí)施例中，在上述的步驟a中所述的采集功率放大模塊的基極電流的方法有 電阻檢測(cè)方法或者電流鏡電流檢測(cè)方法。請(qǐng)參閱圖3，本發(fā)明適用于如圖所示的手機(jī)，PDA等類似的無(wú)線收發(fā)系統(tǒng)中。這 個(gè)系統(tǒng)整體可以分為接收部分、發(fā)射部分、基帶Baseband及系統(tǒng)控制部分、接口電路。 天線接收到信號(hào)，通過雙工器或者射頻開Duplexer/Switch選擇接收通道，然后經(jīng)過低噪 聲放大器LNA放大后送到濾波器Filter。濾波器盡可能的濾掉接受信號(hào)中的干擾后送到下變頻器Mixer。下變頻器會(huì)把這個(gè)射頻信號(hào)下變頻至中頻或者基帶頻率信號(hào)送到基帶 Baseband進(jìn)行模數(shù)變換和數(shù)字信號(hào)處理。另外，下變頻的過程中需要一個(gè)穩(wěn)定的本地射 頻信號(hào)，這個(gè)信號(hào)由頻率合成器PLL提供?；鶐?duì)信號(hào)進(jìn)行處理過后，就會(huì)將其送到接 口電路——比如喇叭和顯示屏——轉(zhuǎn)換為用戶能接收的信息。發(fā)射信息時(shí)，接口電路會(huì)把用戶的聲音，視頻等信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再發(fā)送到 基帶。基帶對(duì)這個(gè)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理和數(shù)模轉(zhuǎn)換后會(huì)送到調(diào)制器VCO，調(diào)制器再把 這個(gè)信號(hào)調(diào)制到射頻頻率以便進(jìn)行發(fā)射。同樣，這里也需要頻率合成器提供一個(gè)本地射 頻信號(hào)。信號(hào)經(jīng)過調(diào)制后經(jīng)過緩沖電路Buffer送到功率放大器PA。功率放大器的控制 器PA Control會(huì)根據(jù)控制中心提供的功率控制信號(hào)來(lái)控制功率放大器，使其把射頻信號(hào)放 大到合適的功率送到雙工器或者射頻開關(guān)，雙工器或者射頻開關(guān)會(huì)選擇天線，把信號(hào)發(fā) 射出去。如圖4所示，21是控制IC部分，22是功放部分。通過反饋環(huán)路，使得功放管 Ql的基極電流隨著控制信號(hào)(例如Vramp)變化。反饋環(huán)路23包括給基極供電的調(diào)整 管及電流檢測(cè)電路211，一個(gè)誤差放大器212和功放的基極偏置電路221。通過反饋環(huán)路 23，我們可以使得功放管(Ql) 225的基極直流電流受到Vramp壓的控制，假設(shè)反饋系數(shù)為 f(s)，則有Ib=^t⑴
As)那么，功放管的集電極直流電流就可以得出了，最后得出輸出功率與Vramp關(guān)系 如下
-η2Pom = ηβRl(2)
L 」其中，η為功放效率，β為功放管直流電流增益，&為功放管集電極處負(fù)載。 從上式(2)可以看出，假如f(s)為常數(shù)，則在特定的輸出匹配下，輸出功率與控制電壓的 平方成正比。另外，我們也可以通過改變f(s)來(lái)改變功率控制曲線，下面會(huì)詳細(xì)說(shuō)明。 從圖4可以看出，這種功率控制方法完全不需要在功放管Ql的集電極加任何器件，功放 管的集電極可以直接看到電池電壓，從而保證射頻功放具有更高的直流射頻轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明的射頻功率放大器混合功率控制系統(tǒng)包括誤差放大器212，電流檢測(cè)電路 211。誤差放大器212用來(lái)比較電流檢測(cè)電路得出的與功放管基極電流相關(guān)的電壓和Vramp 電壓。電流檢測(cè)電路211有很多種，例如圖5，圖6所示。在圖5中，所述電流檢測(cè)電路包括調(diào)整管51、電流檢測(cè)管52、負(fù)載53、反饋網(wǎng) 絡(luò)54、誤差放大器55。所述誤差放大器包括第一輸入端、第二輸入端和輸出端；電流檢 測(cè)管52與調(diào)整管51成電流鏡接法，它們的柵級(jí)接誤差放大器55的輸出，調(diào)整管51的源 級(jí)接電池電壓，漏級(jí)接反饋網(wǎng)絡(luò)54的輸入端，反饋網(wǎng)絡(luò)54的輸出端接誤差放大器55的 第一輸入端，誤差放大器55的第二輸入端接參考電壓Vref。這樣就形成了形成電壓反饋 環(huán)路，為功放管的柵級(jí)偏置提供穩(wěn)定的電源電壓。通過電流鏡檢測(cè)調(diào)整管51的電流，在 負(fù)載f(s)上產(chǎn)生電壓與Vramp比較。其中，負(fù)載可以由電阻、BJT、MOS或這些期間的 組合構(gòu)成。此時(shí)輸出功率與Vramp的對(duì)應(yīng)關(guān)系為
權(quán)利要求
1.一種射頻功率放大器混合功率控制系統(tǒng)，其特征在于包括功率放大模塊和用于 調(diào)整功率放大模塊輸出功率的功率控制模塊；所述功率放大模塊包括偏置電路和多個(gè)功率放大單元，所述每個(gè)功率放大單元均包 括信號(hào)輸入端、信號(hào)輸出端、濾波電容、功放管和熱穩(wěn)定電阻，所述偏置電路具有第一 輸入端、第一輸出端和第二輸出端；信號(hào)輸入端經(jīng)過濾波電容后連接到功放管的基極， 功放管的發(fā)射極接地，功放管的集電極連接信號(hào)輸出端；所述偏置電路第一輸入端和 第一輸出端均連接功率控制模塊，第二輸出端通過所述熱穩(wěn)定電阻連接所述功放管的基 極；所述功率控制模塊包括電流檢測(cè)電路、誤差放大器，所述電流檢測(cè)電路包括第一輸 入端、輸出端和電源端，所述偏置電路的第一輸出端連接電流檢測(cè)電路的第一輸入端， 所述電流檢測(cè)電路的輸出端連接誤差放大器的第一輸入端，所述電流檢測(cè)電路的電源端 連接電池，所述誤差放大器的第二輸入端連接控制電壓，所述誤差放大器的輸出端連接 偏置電路的輸入端；所述電流檢測(cè)電路采集功放管的基極電流，送入誤差放大器中與控制電壓進(jìn)行比 較，誤差放大器根據(jù)比較結(jié)果改變偏置電路提供給功放管的基極電流，從而達(dá)到以控制 電壓控制基極電流的目的，進(jìn)而間接控制功率放大模塊的輸出功率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的射頻功率放大器混合功率控制系統(tǒng)，其特征在于所述電 流檢測(cè)電路為電阻型電流檢測(cè)電路或者電流鏡電流檢測(cè)電路。
3.—種射頻功率放大器混合功率控制方法，其特征在于，包括以下步驟a.利用電流檢測(cè)電路采集功率放大模塊的基極電流；b.將步驟a中采集的功率放大模塊的基極電流送入誤差放大器中與控制電壓進(jìn)行比較；c.根據(jù)步驟b中得出的比較結(jié)果改變偏置電路提供給功放管的基極電流，從而達(dá)到以 控制電壓控制基極電流的目的，進(jìn)而間接控制功率放大模塊的輸出功率。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的射頻功率放大器混合功率控制方法，其特征在于在步驟 a中所述的采集功率放大模塊的基極電流的方法有電阻檢測(cè)方法或者電流鏡電流檢測(cè)方法。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種射頻功率放大器混合功率控制系統(tǒng)及方法，所述系統(tǒng)包括信號(hào)輸入端、信號(hào)輸出端、濾波電容、功放管、偏置電路、熱穩(wěn)定電阻、電流檢測(cè)電路、誤差放大器和控制電壓源；電流檢測(cè)電路采集功放管的基極電流并轉(zhuǎn)換為電壓，送入誤差放大器中與控制電壓進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果改變偏置電路提供給功放管的基極電流，從而達(dá)到以控制電壓控制基極電流的目的，進(jìn)而間接控制功率放大模塊的輸出功率。本發(fā)明通過控制基極電流的方式來(lái)控制集電極電流，不需要在集電極和電池間添加任何器件，使得功放管的集電極能直接看到電池電壓，從而得到更高的效率。
文檔編號(hào)H03F3/189GK102013876SQ20101055911
公開日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2010年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月25日
發(fā)明者徐杰, 李奎兵 申請(qǐng)人:深圳市廣迪克科技有限公司