專利名稱：用于極化調(diào)制的放大器構(gòu)造的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于射頻信號的功率高效線性放大的電子裝置，更 加具體地講，涉及一種基于極化調(diào)制的功率放大器。
背景技術(shù)：
〃大信號極化調(diào)制〃 (也稱為"包絡(luò)消除及恢復(fù)(EER)")為大家 所普遍了解并且應(yīng)用于具有己調(diào)幅度和相位的射頻(RF)信號的高效 線性功率放大。大信號極化調(diào)制的基本原理在本領(lǐng)域中是公知的。幅 度和相位經(jīng)過調(diào)制的射頻信號被分成包含相位信息(PM)的恒定幅度 射頻信號和代表幅度信息(AM)的低頻信號。隨后在高效率非線性放 大器中放大恒定包絡(luò)射頻信號。該信號通過放大器的最后一級或多級 按照代表幅度信息的低頻信號進行的集電極調(diào)制(或漏極調(diào)制，取決 于所使用的技術(shù))再次得到重構(gòu)。這一般是這樣實現(xiàn)的驅(qū)動最后幾 級進入壓縮，從而使得流過放大器級的射頻信號的幅度實際上是由低 頻集電極電壓(或漏極電壓)確定的。
在本領(lǐng)域中眾所周知的是，大信號極化功率放大器的線性度受 到輸出信號重構(gòu)期間的不完善的束縛。在重構(gòu)期間，必定要將幅度經(jīng) 過調(diào)制的分量AM和相位經(jīng)過調(diào)制的分量PM重新組合起來，以便構(gòu)造 出輸入信號的經(jīng)過放大的版本。理想的極化功率放大器應(yīng)該僅僅會依 照AM信號來改變所放大的相位經(jīng)過調(diào)制的射頻信號的幅度。不過， 在實際的實現(xiàn)過程中，AM信號還會影響所放大的相位經(jīng)過調(diào)制的射 頻信號的相位。這一不完善被量化為〃AM2PM〃傳遞特性。AM2PM定義 的是信號重構(gòu)處理期間由于幅度調(diào)制造成的不期望有的相位調(diào)制的 量。第二個重要的特征是幅度到幅度失真，通常記為〃AM2AM〃。 AM2AM 對基帶包絡(luò)信號與射頻輸出信號的包絡(luò)之間的關(guān)系進行量化。這兩個 包絡(luò)信號發(fā)生背離的起因是幅度調(diào)制處理中的失真，例如由集電極(或漏極)電壓和射頻輸出信號的包絡(luò)之間的非線性關(guān)系造成的失真。
傳統(tǒng)集電極調(diào)制(或漏極調(diào)制)辦法的主要缺點在于，射頻功 率放大器的線性度是有限的。有限的線性度削減了動態(tài)范圍，即，使 得放大器能夠維持高線性度的幅度最大范圍。線性范圍的上限一般受 到電源電壓(例如，電池電源電壓)的限制。下限是由放大晶體管的 最小集電極電壓(或漏極電壓)決定的。在最小集電極(或漏極)電 壓以上，由于施加給放大晶體管級的AM信號造成的不希望有的相位 變化仍然處于線性限度以內(nèi)。低于該最小值，晶體管會表現(xiàn)出非線性
性狀，從而引起因AM信號造成的相位變化，導(dǎo)致所要放大的信號發(fā)
生失真。削減動態(tài)范圍的另一個方面是射頻放大級的隔離度降低。輸
出信號幅度的下限是在將AM控制信號設(shè)置為它的最小值的情況下由 功率放大器對恒定包絡(luò)輸入信號造成的衰減確定的。放大器隔離度在 這種情況下受截止晶體管的寄生電容限制。
對于今天和未來的移動低功率應(yīng)用而言，隨著電源電壓降低和 調(diào)制方案變得更加復(fù)雜，與放大器的線性度、噪聲和動態(tài)范圍有關(guān)的 要求也變得越來越至關(guān)重要。對于移動設(shè)備，典型的電池電源電壓等 于3V。使用雙極射頻裝置的功率放大器提供不低于0. 3V的最小可用 集電極電壓。這得到大約20dB的最大動態(tài)范圍。不過，現(xiàn)代蜂窩系 統(tǒng)需要超過40dB的總動態(tài)范圍，以便在平均輸出功率的整個范圍內(nèi) 覆蓋調(diào)制信號的幅度范圍。應(yīng)對這些高動態(tài)范圍信號的傳統(tǒng)辦法是相 位和/或幅度預(yù)矯正，以便補償在放大和重構(gòu)處理期間的相位和/或幅 度失真。不過，這種辦法有多個重大缺陷。預(yù)矯正或預(yù)修正方法在某 些工作條件下不適用，或者至少對補償頻率、驅(qū)動功率、溫度、天線 阻抗和電源的偏差不起作用。 一般來說，預(yù)矯正原理對于不能由(例 如，數(shù)字)預(yù)修正方法補償?shù)拇髣討B(tài)范圍系統(tǒng)而言沒有任何吸引力， 因為這些方法不足夠強健或沒有可操作性。此外，常規(guī)的辦法需要復(fù) 雜的設(shè)計和生產(chǎn)期間的額外調(diào)校過程(如果與(例如，數(shù)字)預(yù)矯正 方法相結(jié)合地運用這些調(diào)校過程)。這導(dǎo)致額外的成本和上市時間推 后。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種具有較大動態(tài)范圍和改善的線性 度的用于射頻信號線性功率放大的電子裝置。
按照本發(fā)明的第一個方面，提供了一種用于功率高效線性放大 的電子裝置。該電子裝置包括用于放大相位經(jīng)過調(diào)制的信號的放大 器。該放大器適合于由第一調(diào)制信號控制，來調(diào)制高于預(yù)定幅度值的 相位經(jīng)過調(diào)制的信號的幅度。該電子裝置此外還適合于衰減放大器的 輸出信號，以提供低于預(yù)定幅度值的幅度調(diào)制。按照本發(fā)明的這一方 面，將幅度的幅度調(diào)制范圍分成了至少兩個范圍。大于特定電平的幅 度是由功率放大器按照第一幅度調(diào)制信號進行的調(diào)制生成的。僅僅在 第一幅度范圍內(nèi)的預(yù)定值以上才應(yīng)用這種調(diào)制。該值最好是這樣確定 的放大器在第一調(diào)制范圍內(nèi)基本上是線性的。低于特定電平的較小 幅度是通過衰減放大器的輸出信號來產(chǎn)生的。不是在整個范圍內(nèi)在放 大器中放大輸出信號，而是由放大級和衰減級提供輸出幅度范圍的一 個或多個特定部分，其中對經(jīng)過放大的信號進行衰減。按照本發(fā)明的 這個方面，能夠改善整體線性度，因為對于較小值衰減信號可以通過 使用多個線性器件來實現(xiàn)，而不是由晶體管進行放大。此外，在對放 大器的輸出信號進行衰減時，輸出信號中包含的所有信號分量也都得 到了衰減。高于預(yù)定值時提供的放大器的信噪比基本上保持不變。結(jié) 果是涵蓋整個輸出幅度范圍的動態(tài)范圍得到了增大。
本文前面介紹的思路不僅僅對基于極化調(diào)制的功率放大器有
益，而且對于擴展使用非線性部件(LINC)放大器進行的線性放大的 動態(tài)范圍也是有益的。對于LINC放大器，精確幅度調(diào)制在低電平也 受到局限，因為低電平是通過在輸出端加入大幅度信號來創(chuàng)造的，這 些大振幅信號幾乎是反相的，S卩，它們有接近180。的相位差。參照 本發(fā)明的這一方面介紹的調(diào)制衰減器可以用于界定需要由LINC放大 器覆蓋的動態(tài)范圍。由此，可以由跟在放大器之后的調(diào)制衰減器提供 低電平調(diào)制。
最好將按照本發(fā)明的思路應(yīng)用于低信號電平。這是由于，功率放大處理的功率效率對于小幅度不太重要。由于放大器是以較高幅度 電平驅(qū)動的，即較髙的放大系數(shù)，僅僅在以后對其進行衰減，因此浪 費了一定的能量。這也無關(guān)緊要，只要將放大器保持到的固定電平很 小。在髙功率電平下，按照本發(fā)明的這一方面的原理得益于由極化調(diào)
制或LINC構(gòu)造提供的良好效果。
按照本發(fā)明的另一個方面，該電子裝置包括調(diào)制衰減器，用于 響應(yīng)于第二調(diào)制信號來衰減放大器的輸出信號。第二調(diào)制信號用于為 低于預(yù)定值的較小幅度來控制放大器。本發(fā)明的這一方面涉及更優(yōu)的 實現(xiàn)方式，其中衰減是在單獨的調(diào)制衰減器中實現(xiàn)的。這一衰減器是 獨立于放大器實現(xiàn)的。按照本發(fā)明的另一個方面，調(diào)制衰減器可以包 括PIN二極管，該PIN二極管與放大器的輸出端耦合。PIN二極管由
第二調(diào)制信號驅(qū)動并且提供必要的衰減。本發(fā)明的這一方面實現(xiàn)輸出 信號—的—簡單.縣有—遂的衰減。PIN 二極管的阻抗和在功率放大器的RF 工作頻率下包含該PIN 二極管的匹配網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)衰減是由流經(jīng)PIN 二極管器件的低頻電流量的值決定的。幅度調(diào)制是通過將第二調(diào)制信 號轉(zhuǎn)換為流過PIN二極管的低頻信號電流來實現(xiàn)的。線性調(diào)制需要這 樣的轉(zhuǎn)換器傳遞函數(shù)使得PIN二極管的RF電阻與第二調(diào)制信號的 幅度之間的關(guān)系是線性的。
按照本發(fā)明的再另一個方面，前述電子裝置的部件適合于提供 涵蓋第一幅度調(diào)制信號和第二幅度調(diào)制信號的整個范圍的連續(xù)調(diào)制 幅度范圍。由于有兩個由兩個不同的控制信號控制的幅度范圍，因此 本發(fā)明的這一方面確保了這兩個范圍在預(yù)定值處接合，從而建立了平 滑過渡。
按照本發(fā)明的另一個方面，該電子裝置包括限幅器，該限幅 器用于提取輸入信號中的相位經(jīng)過調(diào)制的信號，其中相位經(jīng)過調(diào)制的 信號包含輸入信號的相位信息；和包絡(luò)檢測器，該包絡(luò)檢測器用于提 取輸入信號中的包絡(luò)信號，其中該包絡(luò)信號包括輸入信號的幅度信 息。本發(fā)明的這一方面涉及極化調(diào)制。將用于大信號極化調(diào)制和放大 的部件以一種有利的方式與前面介紹的放大器和衰減器結(jié)合起來。通 過使用按照本發(fā)明的原理和構(gòu)造改善了總體線性度和動態(tài)范圍。此外，按照本發(fā)明的上面提到的方面中的一個或多個方面，對于大動態(tài) 范圍極化調(diào)制器，AM2AM和AM2PM特性得到了顯著改善。這是因為對 于較小幅度，衰減器的線性度得到了改善。避免了傳統(tǒng)上由放大器對 較小幅度造成的失真和噪聲。僅僅在線性度適當?shù)姆秶鷥?nèi)使用射頻放 大器。對于放大器的線性度和失真不足的任何范圍，使放大器的輸出 保持為較高的固定輸出幅度值，并且通過衰減該固定值來提供較小的 幅度。這一原理可以應(yīng)用于一個幅度范圍，但是也可以以分段的方式 應(yīng)用于數(shù)個幅度范圍。
按照本發(fā)明的一個方面，該電子裝置此外還包括用于提供第一 調(diào)制信號的放大級，該電子裝置被耦合成這樣如果包絡(luò)信號降低得 低于規(guī)定電平，則第一幅度調(diào)制信號保持為預(yù)定幅度值。最好通過使 用運算放大器將該放大器實現(xiàn)為電壓跟隨器。可以由經(jīng)由二極管與該 電壓跟隨器的正輸入端相耦合的固定電壓電平來實現(xiàn)對低于特定值 的輸出電平的限制。這一思路提供了幅度范圍之間的平滑過渡。
按照本發(fā)明的一個方面，該衰減是由適合于用作衰減器的天線 轉(zhuǎn)換開關(guān)來實施的。按照本發(fā)明的一個方面，再利用通常存在于例如 蜂窩電話中的部件(即，蜂窩前端模塊)作為按照本發(fā)明的可變衰減 器。由此，本發(fā)明并不局限于任何具體的二極管元件，只要衰減用的 裝置適合于響應(yīng)于低頻控制信號來衰減輸出信號即可。如果天線轉(zhuǎn)換 開關(guān)不用于開關(guān)，則可以將該元件用作可變電阻器，只要它得到適當 的偏置和控制。例如M0S或pHEMT器件在線性區(qū)域內(nèi)的衰減可以通過 調(diào)節(jié)該器件的柵極電壓來調(diào)節(jié)。響應(yīng)于所施加的柵極電壓電平，對幅 度加以衰減。在使用已經(jīng)存在的器件時，這種辦法可以有效地降低電 路的復(fù)雜度和成本。
本發(fā)明的目的也是由包括下列步驟的方法實現(xiàn)的只要輸出幅 度大于預(yù)定幅度值，由第一調(diào)制信號將放大器控制來調(diào)制相位經(jīng)過調(diào) 制的信號的幅度，以提供大于預(yù)定幅度值的輸出幅度，和將放大器的 輸出保持在恒定電平的預(yù)定幅度值上，并且衰減保持在恒定電平上的 放大器的輸出信號，來提供低于預(yù)定幅度值的幅度。由此，本發(fā)明的 重要方面在于，射頻放大器的固定輸出信號的衰減。按照本發(fā)明的這一方面的思路適合于眾多不同的放大思路，例如AB類、E類、F類和 D類放大器。本質(zhì)上來說，還可以設(shè)想到，以分段的方式組成放大器 的輸出信號，從而輸出信號的一個或多個部分是由衰減提供的而不是 由放大提供的。


參照下文中介紹的實施方式，將會明顯看出本發(fā)明的這些和其 它方面，并且將會參照下文介紹的實施方式闡述本發(fā)明的這些和其它 方面。在下面的附圖中
圖1表示按照現(xiàn)有技術(shù)的基于極化調(diào)制的放大器的簡化框圖， 圖2表示按照本發(fā)明的實施方式的基于極化調(diào)制的放大器原理 的簡化框圖，
圖3表示按照本發(fā)明的實施方式的基于極化調(diào)制的放大器的電 路的示意圖，和
圖4表示按照現(xiàn)有技術(shù)實施方式和按照本發(fā)明實施方式的極化 調(diào)制器的幅度和相位曲線。
具體實施例方式
圖1表示現(xiàn)有技術(shù)中極化調(diào)制器的簡化框圖。將射頻輸入信號 RFin供應(yīng)給包絡(luò)檢測器ED和限幅器LIM。限幅器LIM從輸入信號中 提取出相位經(jīng)過調(diào)制的分量PM (從而是抑制了幅度信息的分量)。 相位經(jīng)過調(diào)制的信號PM的幅度是恒定不變的。包絡(luò)檢測器ED從輸入 信號中提取出包絡(luò)信號ES并且將該包絡(luò)信號ES送到低頻放大器 LF-AMP。包絡(luò)信號ES包含輸入信號RFin的幅度信息。由該低頻放大 器LF-AMP對ES進行放大，低頻放大器LF-AMP向射頻功率放大器 RF-PA提供幅度調(diào)制信號AM。信號AM用于控制射頻放大器，g卩，控 制放大器RF-PA的輸出信號RFout的幅度。通過由幅度經(jīng)過調(diào)制的分 量AM對相位經(jīng)過調(diào)制的分量PM進行調(diào)制，在射頻功率放大器RF-PA 中將相位經(jīng)過調(diào)制的分量PM和幅度經(jīng)過調(diào)制的分量AM重新合成在一 起。合成輸出信號RFout是輸入信號RFin的放大版本。射頻功率放大器RF-PA是功率高效非線性放大級，將其設(shè)計為 用來放大相位經(jīng)過調(diào)制的輸入信號。為了將幅度信息加到相位經(jīng)過調(diào)
制的信號上，要使射頻功率放大器RF-PA的至少一部分的電源電壓依 照幅度分量AM發(fā)生變化。輸出信號RFoiit是放大了的經(jīng)過極化調(diào)制 的輸入信號RFin。圖1中所示構(gòu)造的主要缺點是，射頻功率放大器 RF-PA的線性動態(tài)范圍是有限的。放大范圍的上限由電源電壓定義。 下限是由放大裝置兩端跨接的最小電壓和這些裝置的有限RF隔離度 決定的。這些裝置通常是安排成共發(fā)射極結(jié)構(gòu)并且以壓縮狀態(tài)工作的 晶體管。用于放大信號的晶體管的集電極為下一級提供經(jīng)過放大的輸 出信號。這些晶體管兩端跨接的電壓必須保持在最小值以上。低于這 個最小值，晶體管將會離開其中集電極(或漏極)電源電壓精確決定 RF包絡(luò)而又不影響RF信號相位的區(qū)域。有限線性范圍(即，有限線 性度)的后果是輸出信號的幅度和相位產(chǎn)生失真。為了改善圖1中所 示的實現(xiàn)方式，本發(fā)明提出了一種如圖2中所示構(gòu)造那樣的構(gòu)造。
圖2表示本發(fā)明的第一實施方式的簡化框圖。由此，有射頻輸 入信號RFin供應(yīng)給包絡(luò)檢測器ED和限幅器LIM。限幅器LIM產(chǎn)生相 位經(jīng)過調(diào)制的RF信號PM，信號PM代表輸入信號RFin的相位調(diào)制分 量。包絡(luò)檢測器ED的輸出信號ES供應(yīng)給低頻放大器LF-AMP。按照 本發(fā)明的這種實施方式，低頻放大器LF-AMP生成輸出信號AM—high, 輸出信號AM—high供應(yīng)給射頻功率放大器RF-PA，用來調(diào)制相位經(jīng)過 調(diào)制的輸入信號PM。低頻放大器LF-AMP還接收限幅信號VL，限幅信 號VL指示低頻放大器LF-AMP提供調(diào)制幅度信號AM—high的調(diào)制范圍 的下限。由此，幅度調(diào)制信號AMJiigh得以固定為低于VL的特定電 壓范圍的預(yù)定值。這些小調(diào)制幅度是由衰減控制器電路AC和調(diào)制衰 減器MA提供的。包絡(luò)檢測器ED的輸出還供應(yīng)給衰減控制器塊AC。 這個塊產(chǎn)生用于控制調(diào)制衰減器的輸出信號AM—low。幅度經(jīng)過調(diào)制 的信號認一low僅僅對小于預(yù)定值VL的幅度有效。由此，將幅度調(diào)制 的完整范圍分成了兩個部分，第一個部分由AM—high控制，第二個部 分由AM—low控制。AM—high用于前面參照圖1介紹的按照傳統(tǒng)原理 的幅度調(diào)制。對于小于由VL指示的值的幅度，使用AM—low。 AM—high規(guī)定，對于低于由VL指示的最小值的所有幅度，放大器RF-PA的輸 出信號定死為最小值。較小的幅度僅由AM—low調(diào)制。此外，按照傳 統(tǒng)原理，并不對小幅度進行放大。而是，使用調(diào)制衰減器MA來減小 這些幅度。功率放大器僅僅輸出具有恒定幅度的相位經(jīng)過調(diào)制的信 號。然后還要通過衰減來進一步減小這一恒定輸出信號。取決于具體 的構(gòu)造，補充了衰減器，衰減可以比放大更加線性。此外，如果將輸 出信號減小，則在功率放大器的"凍結(jié)"輸出信號中引入的噪聲將會得 到與輸出信號的幅度等量的衰減。這導(dǎo)致動態(tài)范圍增大。高于特定的 最小值(該最小值可以是通過輸入信號VL有意地預(yù)先確定的)，運 用的是射頻功率放大器RF-PA的調(diào)制電源電壓的傳統(tǒng)原理。
本發(fā)明的這一方面的優(yōu)點在于，為較小的幅度值改善了線性度， 并且為較小的幅度改善了信噪比，這兩項改善都會導(dǎo)致動態(tài)范圍得到 改善。由此，特征AM2AM得到了改善。此外，如果嚴格執(zhí)行，輸出信 號的相位(即，特征AM2PM)受到的影響會更小。按照本發(fā)明的這一 方面，衰減器適合于提供調(diào)制信號AMJow和輸出信號RFout之間的 更好的線性關(guān)系。極化調(diào)制功率放大器PA的組合總線性度得到了顯 著改善，在調(diào)制和功率控制所需的整個動態(tài)范圍內(nèi)提供了更好的信噪 比。
圖3表示按照本發(fā)明的基于極化的功率髙效線性放大器的實施 方式的原理圖。圖3中沒有示出限幅器LIM和包絡(luò)檢測器ED。幅度 經(jīng)過調(diào)制的分量AM (假設(shè)是例如由包絡(luò)檢測器產(chǎn)生的)作為輸入信 號供應(yīng)給所示電路上部的輸入引腳AM。將參照圖1和圖2解釋的例 如由限幅器生成的相位經(jīng)過調(diào)制的分量PM供應(yīng)給該電路中由級聯(lián)的 三個共發(fā)射極(CE)放大器級AS1、 AS2和AS3組成的下部分。這些 級每級包括一些去耦電容器和電感器以及一個晶體管Ql、 Q2和Q3。 雖然下面的介紹提到的主要是用于雙極晶體管的記法，但是本發(fā)明并 不局限于任何特定的技術(shù)。所以，級AS1、 AS2和AS3的晶體管Ql 到Q3可以用雙極晶體管實現(xiàn)或者用金屬氧化硅場效應(yīng)晶體管 (M0SFET)或異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT)實現(xiàn)。各級晶體管的各集電 極與各自的后級相接。放大級AS1至AS3后面跟著三個匹配L部分，這三個L部分各自包括電感器Ll、 L2或L3和對應(yīng)的電容器Cl、 C2、 C3、 C4或C5。用于大信號電平的幅度調(diào)制是經(jīng)由通過電感器L4和 L5與級AS2和AS3耦合的控制信號AM—high供應(yīng)的。輸入引腳IN1、 IN2和IN3用于為這些晶體管施加基極(柵極)偏置，從而使得級AS1、 AS2和AS3得到正確調(diào)整，以作為AB類放大器工作。這樣的偏置通 常不隨時間變化。不過，本發(fā)明并不局限于特定種類的放大器類。由 此，也可以使用其它的操作類，象例如D類、E類和F類。將放大器 的最后級驅(qū)動進入飽和狀態(tài)。在飽和狀態(tài)下，經(jīng)過這些放大器級的射 頻包絡(luò)信號的幅度是由低頻集電極(或漏極)電壓決定的。不過，從 前面的解釋中可以明顯看出，按照本發(fā)明的某些重要方面，可以有其 它一些思路來改變相位經(jīng)過調(diào)制的信號的幅度，這些思路也是本發(fā)明 所容許的，因為放大和衰減組合的有益效果與放大器的具體類型無 關(guān)。
將幅度調(diào)制分量認供應(yīng)給運算放大器0A，該運算放大器0A被 安排為電壓跟隨器。電壓跟隨器的輸出級包括MOS晶體管M1，該M0S 晶體管Ml適合于提供高輸出電流作為幅度調(diào)制信號AM_high。運算 放大器OA此外還包括與運算放大器的正輸入端耦合的二極管Dl。經(jīng) 由二極管D1，極限電壓Vlim定義幅度范圍的下限。對于這一范圍， 運算放大器OA提供幅度調(diào)制信號認—high。如果運算放大器級0A的 輸入信號AM降低到極限電壓Vlira以下，則輸出電壓AM—high將會保 持為最小值Vlim。幅度調(diào)制分量AM也施加給電壓電流轉(zhuǎn)換器UI。由 此，將幅度調(diào)制信號轉(zhuǎn)換為要用于低幅度電平的電流。供應(yīng)AM—low 作為二極管D2的電源電流。二極管D2最好是PIN 二極管(PIN:正極， 本征層，負極)。如前文己經(jīng)解釋過的，在功率放大器的RF工作頻 率下，PIN 二極管D2的阻抗和匹配級的相應(yīng)衰減取決于流經(jīng)PIN 二 極管D2的低頻電流量。輸出信號的幅度由信號AM—low調(diào)制，在本實 施方式中，信號AM—1ow是流過PIN二極管D2的低頻信號電流。為了 實現(xiàn)線性調(diào)制，轉(zhuǎn)換器的傳遞函數(shù)必須在PIN二極管D2的射頻電阻 與第二調(diào)制信號AM一low的幅度之間提供線性關(guān)系。由此，輸出信號 RFout的輸出特性是如前面參照圖2介紹的那樣實現(xiàn)的。由信號
1AM_high和極限電壓Vlim定義的高電平AM傳遞的特性和由AM—low 定義的低電平AM傳遞得到了校準，從而獲得了作為輸入信號AM函數(shù) 的平滑AM2AM和AM2PM特性。平滑過渡是整個申請的關(guān)鍵方面，以便 防止在調(diào)制循環(huán)中的高電平調(diào)制和低電平調(diào)制之間的過渡期間出現(xiàn) 相位和幅度誤差。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，本文前面介紹的思路，尤其是圖3 中所示的實現(xiàn)例子，允許在放大級的數(shù)量和布局以及調(diào)制衰減器的實 現(xiàn)形式方面有多種改變。就衰減器而言，可以設(shè)想下面的改變。可以 使用不同數(shù)量的輸出匹配級和對不同數(shù)量的匹配級應(yīng)用低電平調(diào)制。 此外，可以使用衰減器的L、 PI或T形網(wǎng)絡(luò)代替單一旁路裝置來為功 率放大器實現(xiàn)隨功率電平變化的更為穩(wěn)定的負載阻抗。這種辦法將會 進一步改善AM2AM禾卩AM2PM特性。更進一步，可以采用GaAs pHEMT
(砷化鎵擬態(tài)高電子遷移率晶體管)作為可變衰減器。按照本發(fā)明的 一個方面，可以再利用pHEMT天線轉(zhuǎn)換開關(guān)，p服MT天線轉(zhuǎn)換開關(guān)通 常存在于眾多的蜂窩前端模塊中，比如按照本發(fā)明的可變衰減器。再 另一種可供選用的方案在于使用在線性區(qū)域中工作的M0S晶體管作 為可變衰減器。至于放大級(也稱為射頻LineUp)，可以使用不同 的級數(shù)并且對不同數(shù)量的放大級應(yīng)用高電平調(diào)制。還可以采用差分
(對稱)電路的形式而不是圖3中所示的單端拓撲結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)按照本 發(fā)明的放大器。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會意識到， 一般可以使用場 效應(yīng)晶體管(FET)代替雙極結(jié)型晶體管(BJT)作為射頻器件。
圖4表示傳統(tǒng)解決方案的相位和幅度特性與按照本發(fā)明實施方 式的解決方案的特性的比較。由此，圖4中示出的是針對3V、 30dBm 雙極硅功率放大器的傳統(tǒng)的和所提出的高動態(tài)范圍思路的典型 AM2AM和AM2PM特性的比較結(jié)果。由虛線al和bl表示參照圖1介紹 的傳統(tǒng)思路的性能，而按照本發(fā)明實施方式的思路由實線a2和b2 表示。按照圖4 (a)，傳統(tǒng)思路的幅度到幅度范圍(AM2AM)局限于 35dB。這一局限性是由于與本發(fā)明的實施方式相比，放大器級的隔離 度有限而造成的。按照本發(fā)明的實施方式達到了大約45dB的AM2AM。 從圖4 (a)中可以看出，得到改善的AM2認范圍是為較小的輸入信號實現(xiàn)的。由此，由衰減器為小信號幅度實現(xiàn)了積極的效果。此外， 如圖4 (b)中所示，按照本發(fā)明的實施方式達到了小于20°的相位
失真，相比之下傳統(tǒng)的思路會超過100° 。本發(fā)明的這一方面尤其有 益，因為得到減小的幅度到相位失真為GSM EDGE操作消除了相位預(yù) 矯正的必要。
此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會意識到，本文前面參照本發(fā)明介紹 的調(diào)制線性衰減器的思路還可以用于使用非線性部件(LINC)進行線 性放大，也稱為Chireix或反相(outphasing)。對于各種不同的放 大思路而言，LINC使用的精確幅度調(diào)制在低電平也受到局限，因為 低電平是通過在輸出端加入大幅度信號來創(chuàng)造的，這些大振幅信號幾 乎是反相的(即，它們有接近180。的相位差)。精確調(diào)制需要非常 精確地控制用于LINC的兩個輸出信號之間的相位差。本文前面參照 本發(fā)明介紹的調(diào)制衰減器可以用于解除由LINC放大器覆蓋的現(xiàn)有范 圍的限制。于是可以由跟在放大器之后的調(diào)制衰減器提供低電平調(diào) 制。
雖然在附圖和前面的介紹中詳細圖解說明和介紹了本發(fā)明，但 是要將這些圖解和介紹看作是說明性或示范性的，而非限定性的；本 發(fā)明并不局限于所公開的實施方式。通過研究附圖、說明書和所附權(quán) 利要求，在實踐所要求保護的發(fā)明的過程中，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理 解和實施所公開實施方式的其它變型方案。在權(quán)利要求中，詞"包括" 并不排除還存在其它元件或步驟的可能，并且量詞〃一〃或〃一個〃并不 排除存在多個的可能。單獨一個放大級、晶體管等等或其它單元可以 履行權(quán)利要求中列出的數(shù)個項目的功能，并且反之亦然。在相互不同 的從屬權(quán)利要求中敘述特定手段這一表面現(xiàn)象并不表明使用這些手 段的組合沒有有益效果。權(quán)利要求中的任何附圖標記不應(yīng)看作是對范 圍的限定。
權(quán)利要求
1. 用于功率高效線性放大的電子裝置，包括用于對相位經(jīng)過調(diào)制的信號(PM)進行放大的放大器(RF-PA)，該放大器(RF-PA)由第一調(diào)制信號(AM_high)控制，來調(diào)制高于預(yù)定幅度值的相位經(jīng)過調(diào)制的信號(PM)的幅度，該電子裝置適合于衰減放大器(RF-PA)的輸出信號，以提供低于預(yù)定幅度值的幅度。
2. 按照權(quán)利要求1所述的電子裝置，此外還包括調(diào)制衰減器 (MA)，該調(diào)制衰減器(MA)用于響應(yīng)于第二調(diào)制信號(AM—low)來對放大器(RF-PA)的輸出信號進行衰減，調(diào)制衰減器(MA)包括與放 大器(RF-PA)輸出端耦合的PIN二極管(D2)，其中該PIN二極管 (D2)此外也由第二調(diào)制信號(AM—low)驅(qū)動。
3. 按照權(quán)利要求2所述的電子裝置，此外還適合于提供涵蓋了 第一幅度調(diào)制信號(AM_high)和第二幅度調(diào)制信號(AM—low)的整 個范圍的連續(xù)調(diào)制幅度范圍。
4. 按照權(quán)利要求1所述的電子裝置，此外還包括限幅器(LIM)， 該限幅器(LIM)用于提取輸入信號中的相位經(jīng)過調(diào)制的信號(PM)， 其中相位經(jīng)過調(diào)制的信號(PM)包括輸入信號(RFin)的相位信息； 和包絡(luò)檢測器(ED)，該包絡(luò)檢測器(ED)用于提取輸入信號中的包 絡(luò)信號(ES)，其中該包絡(luò)信號包括輸入信號(RFin)的幅度信息。
5. 按照前述權(quán)利要求中任何一項所述的電子裝置，此外還包括 用于提供第一調(diào)制信號(AM—high)的放大級，該電子裝置被耦合成 這樣如果包絡(luò)信號(ES)降低到規(guī)定電平以下，則第一幅度調(diào)制信 號(AM—high)保持為預(yù)定幅度值。
6. 按照權(quán)利要求1所述的電子裝置，其中衰減是由天線轉(zhuǎn)換開關(guān)進行的，該開關(guān)得到偏置并且受到控制，以起到可變電阻器的作用， 從而作為用來衰減放大器(RF-PA)輸出信號的衰減器使用。
7.功率高效線性放大方法，包括步驟-由第一調(diào)制信號(AM—high)控制放大器(RF-PA)來對相位 經(jīng)過調(diào)制的信號(PM)的幅度進行調(diào)制，以提供大于預(yù)定幅度值的輸 出幅度，-將放大器(RF-PA)的輸出保持在恒定電平的預(yù)定幅度值上， 并且衰減放大器(RF-PA)的恒定輸出信號來提供低于預(yù)定幅度值的 幅度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于功率高效線性放大的電子裝置。該電子裝置包括用于放大相位經(jīng)過調(diào)制的信號(PM)的放大器(RF-PA)。該放大器(RF-PA)適合于由第一調(diào)制信號(AM_high)控制，來調(diào)制高于預(yù)定幅度值的相位經(jīng)過調(diào)制的信號(PM)的幅度。該電子裝置此外還適合于衰減放大器(RF-PA)的輸出信號，以提供低于預(yù)定幅度值的幅度調(diào)制。
文檔編號H04L27/34GK101512895SQ200780033672
公開日2009年8月19日 申請日期2007年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月12日
發(fā)明者安東尼厄斯·J·M·德格拉烏, 萊昂·C·M·范登厄費爾 申請人:Nxp股份有限公司