專利名稱：功率放大器電路及其控制方法和控制程序的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種功率放大器電路。
背景技術(shù)：
在用于無線電通信設(shè)備的發(fā)射機等的功率放大器電路中，為了使 發(fā)射機的輸出保持恒定，對功率放大器的輸出變化進行監(jiān)測，并將變 化反饋回其輸入電平。圖15是示出普遍得到廣泛使用并在日本專利申請待審公開 No.2004-072556中公開的一種功率放大器電路的示意圖。這個功率放 大器電路包括可變衰減器(ATT) 21、放大器22、定向耦合器(D-CPL) 23、檢測器(DET) 24、電阻器25、運算放大器(OP-AMP) 26、基準電 壓源(REF) 27以及低通濾波器(LPF) 28。DET 24通過D-CPL 23來檢測放大器22的輸出。OP-AMP 26輸出DET 24的輸出與REF 27的基準電壓之間的差。通過LPF 28將該輸出負反饋 至ATT 21， LPF 28是執(zhí)行相位補償?shù)幕芈窞V波器。由此來使放大器22 的輸出功率保持恒定。該功率放大器電路包括放大器22輸出側(cè)的D-CPL 23。相應(yīng)地，當經(jīng)放大器22放大的輸出功率經(jīng)過D-CPL 23時， 一部分 輸出功率被分流，并進入DET 24。結(jié)果，造成了電功率的浪費。圖16示出了本發(fā)明相關(guān)技術(shù)中的其它功率放大器電路，其在日本 專利申請待審公開No.2007-005876中公開。在圖16所示的功率放大器 電路中，將圖15中所示的放大器22中所提供的電平控制功能和電功率放大功能分開。換言之，放大器22執(zhí)行電平控制，而將執(zhí)行功率放大 的功率放大器29布置在D-CPL 23的輸出側(cè)。在該電路配置中，因為 D-CPL23被設(shè)置在功率放大器29的輸入側(cè)，所以可以減小損耗。因此， 圖16中所示的功率放大器可以極大地改善功耗的效率。圖17示出了本發(fā)明相關(guān)技術(shù)中的另一功率放大器電路。在圖17所 示的功率放大器電路中，用于控制發(fā)射輸出的電源(PS) 30連接至圖 16中所示的功率放大器29。圖17中所示的功率放大器電路根據(jù)發(fā)射輸 出來控制PS 30向功率放大器29提供的電壓。日本專利申請待審公幵No. 2003-244001、日本專利申請待審公開 No. 2004-221737和日本專利申請待審公開No. 2005-117315公開了功率 放大器電路的相關(guān)技術(shù)，其包括預放大器和后功率放大器，并改變提 供給后功率放大器的電壓以改善效率。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的示例性目的是提供一種以高效率操作放大器的功率放 大器電路、 一種用于功率放大器的控制方法以及一種功率放大器電路 的控制程序。根據(jù)本發(fā)明示例性方面的電路包括第一可變增益放大器，用于 以第一增益來放大輸入信號；第二可變增益放大器，用于以第二增益 來放大第一放大器的輸出信號；以及控制電路，用于基于第一可變增 益放大器的輸出信號和第二增益來控制第一可變增益放大器的第一增rri^ 。根據(jù)本發(fā)明示例性方面的方法包括具有第一增益的第一可變增 益放大器以及具有第二增益的第二可變增益放大器，該第二可變增益 放大器用于放大第一可變增益放大器的輸出信號，該方法包括檢測 第一可變增益放大器的輸出信號的幅度；以及基于第一可變增益放大 器的輸出信號的幅度以及第二增益來控制第一增益。一種功率放大器電路的控制程序，用于使具有控制單元的CPU實 現(xiàn)上述功率放大器電路的功能。


根據(jù)下文結(jié)合附圖的詳細描述，本發(fā)明的示例性特征和優(yōu)點將變 得顯而易見，在附圖中圖l是示出第一示例性實施例的功率放大器電路的配置的示圖； 圖2是示出功率放大器電路的示例的示圖；圖3是示出功率放大器4的輸入-輸出的輸入-輸出特性和效率特性的示圖；圖4是D-CPL 3經(jīng)過功率與Vdet 74之間的關(guān)系； 圖5是示出功率放大器4的Vd 73 (漏極電壓)與增益之間的關(guān)系 的示圖；圖6是示出功率放大器4的輸出功率與DET 5的Vdet 74之間的關(guān)系 的示圖；圖7是從另一視角示出功率放大器4的輸出功率與DET 5的Vdet 74之間的關(guān)系的示圖；圖8是示出與圖7相對應(yīng)的控制表的示例的示意圖，用于示出功率 放大器4的輸出功率的關(guān)系；圖9是第一示例性實施例中所采用的控制表的示例，其示出了輸 出功率和基準電壓Vr 75之間的關(guān)系；圖10是示出本發(fā)明的第二示例性實施例的示圖；圖ll是示出本發(fā)明的第三示例性實施例的示圖；圖12是示出具有本發(fā)明不可缺少的元件的功率放大器電路的配 置的示圖；圖13是示出第二示例性實施例中的CPU 13的過程流的示圖； 圖14是示出第三示例性實施例中的CPU 18的過程流的示圖； 圖15是示出本發(fā)明相關(guān)技術(shù)的功率放大器電路的示圖； 圖16是示出本發(fā)明相關(guān)技術(shù)的另一功率放大器電路的示圖；以及 圖17是示出本發(fā)明相關(guān)技術(shù)的另一功率放大器電路的示圖。
具體實施方式
現(xiàn)在將根據(jù)附圖詳細描述本發(fā)明的示例性實施例。1.第一示例性實施例 l.l第一示例性實施例的配置 1.1. l總體配置圖1示出了第一示例性實施例的功率放大器電路的配置。該功率放 大器電路包括兩個放大器預放大器20和后(最終)功率放大器4。預放大器20包括放大器2和衰減器(ATT) 1。將定向耦合器(D-CPL) 3 布置在功率放大器4的前一級。功率放大器電路包括ATT 1、放大器2、 D-CPL3、功率放大器4、檢測器(DET) 5、電源(PS) 6、包括電阻器 7a和7b的模擬加法器、運算放大器(OP-AMP) 8、基準電壓源(REF) 9 和低通濾波器(LPF) 10。下面描述每一個電路的連接配置。在經(jīng)過ATT1之后，由放大器2對來自前一級裝置的輸入信號71(例 如調(diào)制信號)進行放大。放大器2的輸出信號72經(jīng)過D-CPL 3，并作為 信號76進入功率放大器4。功率放大器4將信號76放大至期望的輸出值， 并將其作為輸出信號77而輸出。PS6連接至功率放大器4。 PS6向功率 放大器4施加電源電壓(Vd) 73。 PS 6的輸出電壓等于功率放大器4的 Vd73。 PS 6是諸如開關(guān)電源之類的電源。PS 6的輸出電壓可以由來自 外部的控制信號(CONT-A)來控制。另一方面，D-CPL 3還連接至DET 5。 DET 5檢測放大器2在D-CPL 3處分流的輸出信號，并輸出檢測電壓 (Vdet) 74。 DET 5將Vdet 74經(jīng)電阻器7a施加到0P-AMP 8的正相輸入 端。還將PS 6的輸出電壓經(jīng)電阻器7b施加至0P-AMP 8的正相輸入端。 將REF9輸出的基準電壓(Vr) 75提供給OP-AMP 8的反相輸入端。REF 9 的Vr 75可以由來自外部的控制信號(匿-B)來控制。OP-AMP8的輸 出通過LPF IO進入ATT 1。 LPF IO的輸出控制ATT 1。在這些條件下， 經(jīng)0P-AMP 8施加的Vdet 74具有對ATT l和放大器2產(chǎn)生負反饋控制的極 性。在本發(fā)明的示例性實施例的功率放大器電路中，D-CPL3、 DET5、 電阻器7a和7b、 OP-AMP 8、 REF 9以及LPF IO作為功率控制器。1. 1.2功率放大器的電路圖2示出了功率放大器4的電路的示例。功率放大器4包括場效應(yīng)晶體管(FET) 15組成的單級放大器。在圖2中，F(xiàn)ET 15的源極端子81接 地。FET 15的柵極端子82經(jīng)匹配電路16a和耦合電容器17a組成的串聯(lián) 電路而連接至輸入端。將FET 15柵極側(cè)的偏壓經(jīng)匹配電路16c提供給耦 合電容器17a和匹配電路16a的節(jié)點。FET 15的漏極端子83經(jīng)匹配電路 16b和耦合電容器17b組成的串聯(lián)電路而連接至輸出端。將FET 15的漏 極的Vd 73經(jīng)匹配電路16d提供給匹配電路16b和耦合電容器17b的節(jié) 點。1.2工作原理將描述第一示例性實施例的功率放大器的工作原理。將依次描述 第一示例性實施例的每一部分的工作特性。1.2. 1經(jīng)過耦合器的電功率與檢測器的輸出電壓之間的關(guān)系 將描述經(jīng)過D-CPL 3的信號功率(下文稱作"D-CPL 3經(jīng)過功率") 與DET 5輸出的檢測電壓(Vdet) 74之間的關(guān)系。圖4示出了D-CPL 3經(jīng)過功率與Vdet 74之間的關(guān)系。DET 5輸出的 Vdet 74在D-CPL 3經(jīng)過功率增大時變高。圖4示出了功率放大器4的Vd 73為5V和10V的情況。即使這些情況下的Vd 73彼此不同，示出這些情 況下D-CPL 3經(jīng)過功率與Vdet 74之間的關(guān)系的曲線彼此相同。由于將 DET 5布置在功率放大器4的前級，因此DET 5的Vdet 74不取決于功率 放大器4的Vd 73。然而，Vdet 74與功率放大器4的輸出功率之間的關(guān) 系取決于功率放大器4的Vd 73。在下文對此進行描述。1.2.2功率放大器的電源電壓與增益之間的關(guān)系。 將相對于功率放大器4的輸出與DET 5的Vdet 74之間的關(guān)系以及Vd 73的變化來描述功率放大器4的增益改變。圖5示出了功率放大器4的Vd 73 (漏極電壓)與增益之間的關(guān)系。 即使功率放大器的Vd 73發(fā)生改變，其增益理論上也不會改變。然而， 如圖5中所示，增益實際上根據(jù)Vd 73而改變。例如，在功率放大器4 中，當FET 15的漏極電壓下降時，增益也下降。在圖5中，當Vd 73為IOV時，增益為10dB。然而，當Vd73是5V時，增益變?yōu)?dB，改變了ldB。 在功率放大器4中，其增益根據(jù)Vd73而改變。因此，功率放大器4 的輸出功率與DET 5的Vdet 74之間的關(guān)系也會根據(jù)電源電壓Vd 73而改 變。1.2.3功率放大器的輸出功率與檢測器的檢測電壓之間的關(guān)系。 圖6示出了功率放大器4的輸出功率與DET5的Vdet 74之間的關(guān)系。 當功率放大器4的電源電壓Vd73為5V且Vdet 74為2. 1V時，功率放大器 4的輸出功率對應(yīng)于30dBm。然而，當功率放大器4的電源電壓Vd 73為 10V時，功率放大器的增益變得與電源電壓為5V時不同。因此，即使Vdet 74仍像Vd73為5V的情況下那樣為2. IV，當Vd 73為10V時，功率放大器 4的輸出功率表現(xiàn)為32dBm。換言之，當功率放大器4的Vd 73為10V時， 即使功率放大器4的輸出功率為30dBm， Vdet 74也會變得小于2. IV。這 意味著功率放大器4的輸出功率和DET 5的Vdet 74之間的關(guān)系包括取決 于功率放大器4的Vd 73的特性。1.2.4不考慮功率放大器的電源電壓的反饋控制的缺點。這里，將描述不考慮功率放大器4的電源電壓Vd 73的情況下執(zhí)行反饋控制時出現(xiàn)的缺點。假設(shè)圖l中不存在經(jīng)電阻器7b向0P-AMP 8輸入Vd 73的連接。就是 說，不考慮功率放大器4的Vd 73，僅將Vdet 74施加到0P-AMP 8的正相 輸入端。如下面將提到的，為了有效地使用功率放大器，根據(jù)其輸出 功率，需要改變Vd 73。因此，當功率放大器用于30dBm或更小的輸出 功率時，Vd 73設(shè)為5V，而當功率放大器用于不小于31dBm的輸出功率 時，Vd73變?yōu)?0V。這樣，對放大器2進行控制，使得其輸出功率可以 在如下每種情況中保持恒定放大器4的Vd 73為5V且其輸出功率為 30dBm或更少；以及放大器4的Vd 73為10V且其輸出功率不小于31dBm。 因此，功率放大器4的輸出功率與DET 5的Vdet 74之間的關(guān)系變?yōu)閳D6 中所示的兩個特性的組合，即圖7中所示的關(guān)系。圖7從另一視角示出了功率放大器4的輸出功率與DET 5的Vdet 74之間的關(guān)系。如果在不考慮功率放大器4的Vd 73的情況下執(zhí)行反饋控 制，貝l」Vdet 74與輸出功率之間的關(guān)系由圖7中的實線示出。圖8是與圖7相對應(yīng)的控制表的示例，其示出了功率放大器4的輸出 功率、基準電壓Vr 75 (等于Vdet 74)以及功率放大器4的Vd 73的關(guān) 系。參照圖7和8，在功率放大器4為30dBm或更少的輸出功率范圍中， Vd73為5V。另一方面，當在不小于31dBm的輸出功率范圍中Vd73變?yōu)?IOV時，Vr 75 (檢測電壓Vdet 74)為2. 0V對應(yīng)于輸出功率為31dBm， 而Vr 75為2. 1V對應(yīng)于輸出功率為32dBm。因此，輸出功率為30dBm (Vd二5V)和32dBm (Vd:10V)對應(yīng)于基準電壓Vr 75為2. IV。當存在與 相同的基準電壓Vr 75相對應(yīng)的兩個輸出功率時，反饋控制回路變得不 穩(wěn)定，并且其控制可能會發(fā)散(divergent)。因此，當在不考慮功率 放大器4的電源電壓Vd 73的情況下執(zhí)行反饋控制時，反饋回路中的缺 點會不穩(wěn)定地出現(xiàn)。1.2.5第一示例性實施例中的功率電平控制方法在示例性實施例中，根據(jù)功率放大器4的電源電壓Vd 73以及檢測 電壓Vdet 74來控制ATT l的衰減因數(shù)，以控制功率放大器4的輸出功率。 為了穩(wěn)定地執(zhí)行對功率放大器4的輸出功率的反饋控制，功率放大器4 的輸出功率需要根據(jù)檢測電壓Vdet74的增大而平滑地增大。例如，對 Vdet 74與功率放大器4的輸出功率之間的關(guān)系進行控制，使得Vd 73 為10V的特性與Vd73為5V的特性可以連續(xù)，如圖7中的虛線所示。換言 之，可以基于檢測電壓Vdet 74和提供給功率放大器4的電源電壓Vd73 來執(zhí)行對ATT l的衰減因數(shù)的控制。在第一示例性實施例中，如圖1所示，由包括電阻器7a和7b的模擬 加法器將DET 5輸出的Vdet 74和PS 6輸出的Vd 73相加。OP-AMP 8把相 加后的電壓與來自REF 9的Vr 75進行比較。根據(jù)預先設(shè)置的期望輸出 功率來設(shè)置Vr75。上述控制可以避免圖7和8中示出的、待控制的兩個 輸出電壓值與一個基準電壓相對應(yīng)的情況。望的輸出功率。例如，當輸出功率被設(shè)為40dBm時，Vr被設(shè)為3. 7V。根據(jù)該設(shè)置，功率放大器電路控制ATT1，使得3.7V的基準電壓Vr 75以及0P-AMP的輸入電壓變得相等。由此，功率放大器4的輸出功率保 持恒定。圖9所示的控制表中的右邊一列示出了功率放大器4的電源電壓Vd 73。當功率放大器4的期望設(shè)置的輸出功率為低時，施加到功率放大器 4的電源電壓Vd73也為低。由此，改善了功率放大器4的效率。當功率 放大器的輸出功率被設(shè)為高時，給功率放大器4施加高電源電壓。由此， 功率放大器4可以輸出高輸出功率。在圖9中，當輸出功率被設(shè)為不小 于31dBm時，施加給功率放大器4的電源電壓變?yōu)?0V。當輸出功率被設(shè) 為30dBm或更小時，施加給功率放大器4的電源電壓變?yōu)?V。將說明不僅基于Vdet 74而且還基于提供給功率放大器4的Vd 73 來執(zhí)行對ATT l的衰減因數(shù)進行控制的示例。在圖1中，電阻器7a和7b作為以預定比率將電壓相加的模擬加法 器。就是說，將Vdet 74和基于Vd 73相加的電壓之和的電壓提供至 0P-AMP8的正相輸入端。在第一示例性實施例中，當功率放大器4的Vd 73為10V時，電阻器7a和7b被布置為使施加至0P-AMP 8的正相輸入端的 電壓變得比Vd73為5V情況下高0.2V。在圖9所示的控制表中，在Vd 73 為10V和5V的情況下，施加至OP-AMP 8的正相輸入端的電壓相對于圖8 所示控制表中的Vr 75的值而增大。具體地，在Vd 73為5V的情況下， 增大的值為0.2V。在Vd 73為10V的情況下，增大的值為0.4V。因此， 當Vd 73為10V時，Vdet 74增大0.2V，這是與Vd 73為5V的情況下相比 的差電壓。在圖9中，斜體數(shù)字表示相加后的電壓值。執(zhí)行負反饋，使 得Vdet74和增大的電壓之和變得等于Vr 75。因此，通過與圖9所示的 功率放大器的輸出功率相對應(yīng)地設(shè)置Vr 75，可以獲得期望的輸出功 率。1.3第一示例性實施例的操作1. 3. 1定向耦合器的布置與功率放大器電路的功率效率之間的關(guān)系。下文將會詳細描述第一示例性實施例的功率放大器電路的操作。在圖1中，來自前級裝置的輸入71在經(jīng)過ATT1后在放大器2中被放 大。來自放大器2的輸出信號72經(jīng)過D-CPL 3。來自D-CPL 3的信號76 在由功率放大器4放大至期望的電功率后，變?yōu)檩敵鲂盘?7。 D-CPL 3 分流從中經(jīng)過的信號的一部分，以輸出至DET 5。 DET 5根據(jù)放大器2 輸出的信號電平來輸出檢測電壓74。因此，根據(jù)第一示例性實施例，功率放大器電路包括兩個放大器 前級中的放大器2和后級(最后級)中的功率放大器4。由于D-CPL 3 被設(shè)在功率放大器4之前，所以整個功率放大器電路的功率效率得以改 善。其原因如下所述。由于在D-CPL 3被布置在功率放大器4之后時經(jīng) 過D-CPL 3的電功率為高，所以D-CPL 3中的電功率損耗也為高。相反 地，當D-CPL3被布置在功率放大器4之前時，經(jīng)過D-CPL3而引起的電 功率損耗變低。因此，當D-CPL 3被布置在功率放大器4之前時，整個 功率放大器電路的功率效率得以改善。1.3.2反饋控制電路的操作接下來將會描述反饋控制電路。反饋控制電路使用基于DET 5的 Vdet 74和Vd 73相加后的電壓來執(zhí)行對放大器2的輸出功率的反饋控 制。在圖1中，被設(shè)置為模擬加法器的電阻器7b連接至0P-AMP8和電阻 器7a。以預定比率將Vd 73連同Vdet 74—同施加至0P-AMP 8的正相輸 入端。在0P-AMP8中，對相加后的電壓與REF9輸出的Vr 75進行比較。 在OP-AMP8中放大的差電壓78經(jīng)LPF10反饋至ATT 1。執(zhí)行負反饋控制， 以使放大器2的輸出功率變得恒定。換言之，當放大器2的輸出功率變 高時，Vdet 74變高。當Vdet 74變高時，OP-AMP 8的輸出也變高。此 時，當OP-AMP8的輸出電壓增大時，控制ATT1使得衰減由此增大。這 樣，當Vdet 74變高時，放大器2的輸出功率變低。負反饋以該方式操 作。當放大器2的輸出功率減小時，Vdet74變低。此時，當控制ATT1 的衰減為低時，放大器2的輸出功率變高。這里，如在部分1.2.5中所 述，Vd 73為5V或10V，取決于期望的輸出功率。施加至0P-AMP 8的正 相輸入端的電壓也根據(jù)Vd 73的值而改變。當Vd 73為10V時，施加至0P-AMP8的正相輸入端上的電壓比Vd73為5V的情況下高0.2V。反饋控 制電路的操作使得輸入至OP-AMP 8的Vr 75變得與經(jīng)電阻器7a和7b施加 到OP-AMP8的正相輸入端的電壓相等。負反饋控制使放大器2的輸出保 持恒定。1.3.3功率放大器的操作和功率效率將會描述第一示例性實施例的功率放大器4的操作和功率效率。圖2所示的功率放大器是包括單級FET 15的放大器。匹配電路連接 至FET 15。偏壓電路布置在FET 15的柵極側(cè)。從FET 15的漏極側(cè)提供 功率。因此，功率放大器4中的電路配置是簡單的。使用FET15的放大 器的級數(shù)是單級。由于放大器的級數(shù)很少，穩(wěn)態(tài)期間的功率放大器4 的工作條件的波動較小。因此，即使執(zhí)行控制以通過改變前級中的放 大器2的輸出來改變功率放大器4的輸入功率，由此獲得放大器4的期望 輸出功率，也能夠正常地控制整個功率放大器電路。圖3示出了功率放大器4的輸入-輸出中的輸入-輸出特性和效率特 性。功率放大器4在Vd 73為高時可以輸出高輸出功率。功率放大器4 的這種操作明顯可基于根據(jù)功率放大器4的電源電壓Vd 73的差的輸出 功率的特性來識別。另一方面，根據(jù)圖3，在固定的電源電壓之下，功 率放大器4在靠近其最大輸出的區(qū)域中最有效率，而且在其它區(qū)域中效 率下降。因此，當功率放大器4的Vd 73在低輸出功率區(qū)域中保持為低 且在高輸出功率區(qū)域中保持為高時，可以在寬的輸出范圍內(nèi)獲得高的 效率。如圖3所示，當功率放大器4的輸入功率大于或等于特定值時， 其輸出發(fā)生飽和，變?yōu)楹愣ㄖ?。當功率放大?的輸出發(fā)生飽和時，其 輸入-輸出特性的線性變差，而且在其輸出信號中出現(xiàn)失真。因此，期 望在具有低電源電壓情況下輸出功率沒有發(fā)生飽和的區(qū)域中，由低電 源電壓變?yōu)楦唠娫措妷?。在第一示例性實施例中，D-CPL 3和用于檢測放大器2的輸出功率 的DET5恰好被布置在功率放大器4之前。由此，D-CPL3引起的絕對數(shù) 量的損耗得以減小。最終級中的功率放大器4的Vd73是可變的。因此， 無論功率放大器的輸出功率如何，功率放大器電路的效率總為高。1.4第一示例性實施例的效果如上所述，當Vd73為10V時，將比Vd 73為5V時高0. 2V的電壓輸入 至OP-AMP 8的正相輸入端，并將其與Vr 75進行比較。由此，如圖9中 所示，可以避免存在與一個基準電壓相對應(yīng)的兩個待控制的輸出電壓 值的情況。將檢測電壓和相加的電壓之和與輸出功率之間的關(guān)系表示 為圖7中所示的粗直的斷點線。就是說，功率放大器的輸出功率的線性 得以改善。根據(jù)第一實施例，當由Vd 73確定的電壓與Vdet 74相加時，基準 電壓Vr75與輸出功率之間的關(guān)系變?yōu)榫€性。然而，修正后的基準電壓 與輸出功率之間的關(guān)系不一定具有正確的線性關(guān)系。例如，即使基準 電壓關(guān)于輸出功率單調(diào)地增大，發(fā)射電平的控制也不會變得不穩(wěn)定。因此，在本發(fā)明中，可以在圖1所示的功率放大器電路中在0P-AMP 8的正相輸入端處將檢測電壓與某個電壓相加，而無需正確的調(diào)整。2.第二示例性實施例在上述第一示例性實施例中，通過模擬處理來執(zhí)行對功率放大器 電路的負反饋控制。然而，本發(fā)明可以通過負反饋控制中的數(shù)字處理 來實現(xiàn)。2.1第二示例性實施例的配置和操作圖10示出了本發(fā)明的第二示例性實施例。根據(jù)圖1所示的第一示例 性實施例，運算放大器(OP-AMP) 8的輸出被輸出至低通濾波器(LPF) 10。 LPF10作為模擬回路濾波器。根據(jù)第二示例性實施例，將OP-AMP8 的輸出信號91輸出至A/D轉(zhuǎn)換器(A/D) 11。用于設(shè)置功率放大器4的輸 出功率的控制信號(CONT-C) 93進入CPU 13。 CPU 13對輸出信號92和 A/D 11的控制信號93進行處理，以產(chǎn)生反饋信號94并實現(xiàn)濾波功能。 經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器(D/A) 12將反饋信號94轉(zhuǎn)換為模擬信號。被轉(zhuǎn)換為模擬 信號95的反饋信號94控制ATT 1。圖13示出了第二示例性實施例中的CPU 13的過程流。CPU 13從A/Dll接收OP-AMP 8的具有數(shù)字信號形式的輸出信號91 (SIOI)。 CPU 13 根據(jù)A/D11的輸出信號92和控制信號93中產(chǎn)生反饋信號94 (S102)。此 外，CPU 13將反饋信號94輸出至D/A 12 (S103)。2.2第二示例性實施例的效果在第二示例性實施例中，例如當CPU 13實現(xiàn)數(shù)字濾波功能時，功 率放大電路的用戶可以自由地設(shè)置回路的時間常數(shù)。CPU 13將基于控 制信號93的數(shù)字值與經(jīng)A/D ll轉(zhuǎn)換后的數(shù)字值進行比較，以產(chǎn)生反饋 信號94。因此，可以省略圖1中所示的外部REF 9。根據(jù)第二示例性實 施例，由于使用了由CPU 13控制的數(shù)字濾波器，因此可以精確地控制 反饋回路。在第二示例性實施例中，可以添加溫度傳感器(溫度傳感 器)14，并將其輸出輸入至CPU 13。當CPU 13中產(chǎn)生反饋信號94時， 可以使用溫度傳感器14的輸出值，基于外界溫度的波動來修正檢測器 (DET) 5以及電阻器7a和7b的特性的波動。3.第三示例性實施例3.1第三示例性實施例的配置和操作圖11示出了本發(fā)明的第三示例性實施例。在第三示例性實施例中， 圖10中所示示例性實施例的一部分發(fā)生變化。在本實施例中，使用與 檢測器(DET) 5和電源6的輸出相對應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換器(A/D) lla和llb 來代替圖10中的運算放大器(OP-AMP) 8以及電阻器7a和7b。 A/D lla 和llb的輸出進入CPU 18。圖14示出了第三示例性實施例中的CPU 18的過程流。A/D lla和llb 將檢測電壓74和電源電壓73分別轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號101和102。 CPU 18從 A/D 1la和llb接收檢測電壓101和電源電壓102 (S20"。 CPU 108以預 定比率將這些數(shù)字信號相加(S202)。 CPU18對相加的結(jié)果值與CPU18 內(nèi)產(chǎn)生的與控制信號103相對應(yīng)的值之間的差進行處理，從而獲得反饋 信號104 (S203)。 CPU 18將反饋信號104輸出至D/A轉(zhuǎn)換器(D/A) 12 (S204)。3.2第三示例性實施例的效果在示例性實施例中，與圖IO所示實施例相同的效果包括精確受控的反饋回路和經(jīng)溫度傳感器14的修正。在第三示例性實施例中，CPU18 數(shù)字地將檢測電壓101與電源電壓102相加，取代了作為模擬電路的 OP-AMP 8。因此，在第三示例性實施例中，不存在由于外界溫度的變 化而由OP-AMP的電阻或特性的波動而造成的影響。因此，獲得了高精 確的處理結(jié)果，而且可以執(zhí)行穩(wěn)定的輸出功率控制。在本發(fā)明的第一至第三示例性實施例中，描述了包括兩個放大器 的功率放大器電路的示例，其中預放大器20在其輸入部分具有ATT 1， 而在后級(最終級)具有功率放大器4，并使用反饋信號來控制ATT1。 另一方面，明顯可以看出，放大器2用作預放大器，而且其輸出受其增 益的控制。本發(fā)明包括具有任意備選配置的放大器電路。在上述示例 性實施例中，示出了檢測器5由恰好位于最終級的功率放大器4之前的 定向耦合器(D-CPL) 3所連接的示例。另外，可以使用各個分流電路 代替D-CPL 3來連接檢測器。本發(fā)明包括這樣的任意配置。作為示例性實施例，例如，圖l中示出了將電源(PS) 6向功率放 大器4輸出的電源電壓Vd73添加到DET5的檢測輸出的示例。明顯看出，理論上可以基于檢測輸出以及電源電壓的相加值與基準電壓之間的差 來執(zhí)行對布置在放大器2的輸入側(cè)的ATT l的控制。例如，即使模擬加 法器從OP-AMP 8的基準電壓Vr 75中減去預定比率的電源電壓Vd，也可 以獲得類似的效果。還可以明顯看出，上述示例性實施例包括配置上 的任意改變。4.第四示例性實施例4. l第四示例性實施例的配置圖12是具有本發(fā)明不可缺少的元件的功率放大器電路的配置。在 圖12的框圖中，本發(fā)明的功率放大器電路包括預放大器51、功率放大 器52、檢測器(DET) 53、電源(PS) 54、反饋電路(FB) 55和耦合器 (CPL) 56。CPL56分流預放大器51的輸出，并將該輸出輸入至DET53。 DET 53檢測從CPL 56輸入的信號，并將該信號輸入至FB 55。 PS 54向功率放 大器52提供電功率。將DET53的輸出和來自PS54的分流的電源電壓輸 入至FB 55。 FB 55將通過對這些輸入迸行處理而獲得的信號輸出至預 放大器51，以控制預放大器51。換言之，具有圖12所示的配置的功率放大器電路包括具有控制電 路的預放大器以及最終級的功率放大器，所述控制電路用于執(zhí)行對輸 出的反饋控制，該功率放大器電路基于預放大器的輸出的檢測電壓以 及功率放大器的電源電壓來控制該預放大器。因此，圖12中描述的功 率放大器電路解決了如下問題CPL 56中存在大量的損耗，而且功率 放大器的增益根據(jù)所提供的電壓而改變，從而導致反饋回路的不穩(wěn)定 性。本發(fā)明可以廣泛地用于整個無線電通信設(shè)備。具體地，本發(fā)明在 具有高電功率的發(fā)射機以及針對電池操作的設(shè)備中是有效的，在這些 發(fā)射機和設(shè)備中功率效率是重要高的，而且本發(fā)明在小型化設(shè)備中是 有效的，以減小散熱結(jié)構(gòu)。在背景部分中描述的圖15所示的相關(guān)技術(shù)的功率放大器電路中， 為了使發(fā)射機的輸出保持恒定，對功率放大器的輸出進行檢測，并根 據(jù)所檢測的電壓來控制其輸入電平。在背景部分中描述的圖16所示的 相關(guān)技術(shù)的另一功率放大器電路中，為了改善功率放大器的效率，將 放大器分為預放大器和最終級的功率放大器，以減小輸出損耗。在背 景部分中描述的圖17所示的相關(guān)技術(shù)的另一功率放大器電路中，對提供給功率放大器的電壓進行控制。在對提供給功率放大器的電壓進行控制的功率放大器電路中，期 望功率放大器的增益不會改變。然而，實際上，功率放大器的增益會 由于電源電壓而改變。因此，由于無法獲得期望的正確功率值，圖15 所示的功率放大器電路不能正常地控制功率放大器的電功率。圖15所 示的功率放大器電路無法使輸出功率在寬范圍內(nèi)保持恒定。具體地，在圖15所示的功率放大器電路中，當發(fā)射功率在自動發(fā) 射功率控制(ATPC)中系統(tǒng)地得到控制時，例如在基于對方站的接收 電平而執(zhí)行發(fā)射功率控制的情況下，控制回路變得發(fā)散。因此，由于當背景部分中描述的相關(guān)技術(shù)的功率放大器電路改變 功率放大器的電源電壓時功率放大器的增益發(fā)生改變，發(fā)射機的輸出 會發(fā)生波動。在背景部分中描述的相關(guān)技術(shù)的功率放大器中，當自動電平控制(ALC)回路中形成斷點(break point)時，控制變得不穩(wěn) 定。下面是根據(jù)本發(fā)明的示例性優(yōu)點。在本發(fā)明中，定向耦合器和檢 測器恰好設(shè)置在最終級的功率放大器之前。因此，可以減小放大器輸 出的損耗。此外，可以改善整個放大器的功率效率。當功率放大器的 電源電壓發(fā)生改變時，其輸出功率改變，而且功率放大器可以一直在 有效范圍內(nèi)使用。此外，在本發(fā)明中，基于功率放大器的電源電壓和 檢測電壓來控制預放大器。結(jié)果，即使功率放大器的增益由于電源電 壓而發(fā)生波動，也可以改善功率電平相對于功率放大器的控制信號的 線性。可以防止控制回路變得不穩(wěn)定。雖然參考本發(fā)明的示例性實施例具體示出和描述了本發(fā)明，然而 本發(fā)明不局限于這些實施例。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，在不背離 由權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可以在形式和細 節(jié)上做出各種改變。此外，發(fā)明人的意圖是，即使權(quán)利要求在審査期間發(fā)生修改，也 要保留所要求保護的本發(fā)明的所有等同物。
權(quán)利要求
1.一種功率放大器電路，包括第一可變增益放大器，用于以第一增益來放大輸入信號；第二可變增益放大器，用于以第二增益來放大所述第一可變增益放大器的輸出信號；以及控制電路，用于基于所述第一可變增益放大器的所述輸出信號和所述第二增益來控制所述第一可變增益放大器的所述第一增益。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的功率放大器電路，其中，所述控制電路基于所述第一可變增益放大器的所述輸出信 號的檢測信號以及所述第二可變增益放大器的增益控制信號來控制所 述第一可變增益放大器的所述第一增益。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率放大器電路，包括定向耦合器，用于將所述第一可變增益放大器的所述輸出分流為 第一信號和第二信號；以及檢測器，用于檢測所述第二信號并輸出檢測信號， 其中，所述第二可變增益放大器放大所述第一信號。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率放大器電路，其中 所述第一可變增益放大器包括具有可變衰減因數(shù)的衰減器，以及 所述第一增益由受到所述控制電路控制的所述衰減因數(shù)控制。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的功率放大器電路，其中，所述控制電路包括模擬加法器，用于將所述檢測信號與所述增益控制信號相加；以及減法電路，用于輸出所述模擬加法器的輸出與預定基準電壓之間 的差的幅度，其中，根據(jù)所述減法電路的輸出來控制所述第一增益。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的功率放大器電路， 其中，所述控制電路包括控制單元；模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器，用于對所述模擬加法器的所述輸出進行A/D轉(zhuǎn) 換；以及數(shù)模D/A轉(zhuǎn)換器，用于將來自所述控制單元的數(shù)字值轉(zhuǎn)換為要輸 出給所述第一可變增益放大器的模擬信號，其中，所述控制電路輸出基于對所述模擬加法器的所述輸出和所 述基準電壓的模數(shù)轉(zhuǎn)換的結(jié)果的所述數(shù)字值。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的功率放大器電路， 其中，所述控制電路包括控制單元；第一模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器，用于對所述檢測電壓進行A/D轉(zhuǎn)換； 第二A/D轉(zhuǎn)換器，用于對所述第二放大器的增益控制信號進行A/D 轉(zhuǎn)換；以及數(shù)模D/A轉(zhuǎn)換器，用于將來自所述控制單元的數(shù)字值轉(zhuǎn)換為要輸 出給所述第一放大器的模擬信號，其中，所述控制電路輸出基于所述第一A/D轉(zhuǎn)換器的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果 以及所述第二A/D轉(zhuǎn)換器的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的所述數(shù)字值。
8. —種功率放大器電路的控制方法，所述功率放大器電路包括具 有第一增益的第一可變增益放大器以及具有第二增益的第二可變增益 放大器，所述第二可變增益放大器用于放大所述第一可變增益放大器 的輸出信號，所述方法包括步驟檢測所述第一可變增益放大器的所述輸出信號的幅度；以及 基于所述第一可變增益放大器的所述輸出信號的所述幅度以及 所述第二增益來控制所述第一增益。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的功率放大器電路的控制方法，其中，所述檢測步驟包括檢測所述第一可變增益放大器的所述輸出信 號的檢測信號的幅度；以及所述控制步驟包括基于所述幅度和所述第二可變增益放大器的 增益控制信號來控制所述第一增益。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的功率放大器電路的控制方法，其中，根據(jù)從所述第一可變增益放大器的輸出分流出的信號來檢測所 述檢測信號的所述幅度。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的功率放大器電路的控制方法，其中，改變衰減器的衰減因數(shù)；以及 基于所述衰減因數(shù)來控制所述第一增益。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的功率放大器電路的控制方法，還包括 將所述檢測信號的所述幅度與所述增益控制信號相加；以及 輸出所述相加結(jié)果與預定基準電壓之間的差的幅度，其中，基于所述幅度來控制所述第一增益。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的功率放大器電路的控制方法，包括 對所述相加結(jié)果進行A/D轉(zhuǎn)換；基于所述A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果以及所述基準電壓來計算用于控制所述第 一可變增益放大器的所述增益的數(shù)字值；以及 對所述數(shù)字值進行D/A轉(zhuǎn)換。
14. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的功率放大器電路的控制方法，包括 對所述檢測電壓進行A/D轉(zhuǎn)換；對用于控制所述第二增益的信號進行A/D轉(zhuǎn)換；基于對所述檢測電壓的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果以及對用于控制所述第二增 益的所述信號的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出數(shù)字值；以及 對所述數(shù)字值進行D/A轉(zhuǎn)換。
15. —種功率放大器電路的控制程序，用于使具有權(quán)利要求6所述 的控制單元的CPU實現(xiàn)所述功率放大器電路的功能。
16. —種用于記錄功率放大器電路的控制程序的記錄介質(zhì)， 其中，所述控制程序是根據(jù)權(quán)利要求15所述的控制程序。
17. —種功率放大器電路的控制程序，用于使具有權(quán)利要求7所述 的控制單元的CPU實現(xiàn)所述功率放大器電路的功能。
18. —種用于記錄功率放大器電路的控制程序的記錄介質(zhì)， 其中，所述控制程序是根據(jù)權(quán)利要求17所述的控制程序。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種功率放大器電路及其控制方法和控制程序，其中該功率放大器電路包括第一可變增益放大器，用于放大輸入信號；第二可變增益放大器，用于放大第一放大器的輸出信號；以及控制電路，用于基于第一可變增益放大器的輸出信號和第二可變增益放大器的增益來控制第一可變增益放大器的增益。
文檔編號H04B7/005GK101262262SQ20081008320
公開日2008年9月10日 申請日期2008年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月6日
發(fā)明者桐澤明洋 申請人:日本電氣株式會社