專利名稱：用于電和光信號的線性化的在線預(yù)畸變電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種從諸如半導(dǎo)體激光器之類的調(diào)幅發(fā)射裝置中提供線性輸出的電子電路，半導(dǎo)體激光器由于固有的非線性具有來自其輸入端的畸變的輸出。非線性裝置的畸變是通過施加一個(gè)預(yù)畸變信號到該非線性裝置的輸入端進(jìn)行補(bǔ)償?shù)?。預(yù)畸變是這樣來選擇的，以至于該非線性裝置的畸變恢復(fù)出無畸變的信號。
背景技術(shù)：
在光纖中，利用電信號直接調(diào)制發(fā)光二極管(LED)或半導(dǎo)體激光器的模擬強(qiáng)度被認(rèn)為是發(fā)送模擬信號，諸如聲音和視頻信號的公知技術(shù)中各種方法中最簡單的方法。雖然這種調(diào)幅技術(shù)具有顯著比基帶數(shù)字調(diào)制或調(diào)頻小的帶寬要求，但是調(diào)幅仍然可能受到由光源引入的噪聲和非線性的損害。
在某些模擬發(fā)送機(jī)中的固有畸變阻礙線性電調(diào)制信號被線性地變換為光信號，而使該信號畸變。對于要求良好的線性以防止各個(gè)信道之間干擾的多信道視頻傳輸來說，這些影響是特別有害的。高線性化的模擬光系統(tǒng)，例如在CATV、交互電視、和可視電話傳輸中，具有廣泛的應(yīng)用。
光的和其它的非線性發(fā)送機(jī)的線性化問題已經(jīng)研究一段時(shí)間了，但是所提出的一些解決方案仍然受到一些實(shí)際缺陷或成本的代價(jià)的限制，限制了在各種重要的裝置中的使用。例如，前饋技術(shù)(feedforward teehnique)要求諸如光功率組合器和多光源之類的復(fù)雜系統(tǒng)部件。
在過去使用的減小固有畸變的一種方法是在非線性裝置中引入預(yù)畸變。在這種技術(shù)中，調(diào)制信號與一個(gè)在幅度上等于該非線性裝置的固有畸變但是符號相反的信號相組合。當(dāng)該非線性裝置被該組合信號調(diào)制時(shí)，該裝置的固有畸變被該預(yù)畸變產(chǎn)生的畸變信號抵消了，并且只發(fā)送源信號的線性部分。在預(yù)畸變信號中相互調(diào)制分量是在輸入的各頻率的整數(shù)倍的相加和相減的組合的各頻率上。例如，對于電纜電視的AM信號的分配中，在一個(gè)特定的頻段上經(jīng)常有多達(dá)80個(gè)頻率并且存在大量的這些頻率的二次和三次的互調(diào)分量。
當(dāng)前優(yōu)選的預(yù)畸變技術(shù)一般是將一個(gè)輸入信號分為兩個(gè)或多個(gè)電分路，并在一個(gè)或多個(gè)分路上，產(chǎn)生類似于非線性發(fā)射裝置的固有畸變的預(yù)畸變。所產(chǎn)生的預(yù)畸變和該非線性裝置的固有畸變的方向相反，并且在施加到該非線性裝置之前與輸入信號重新組合，用來抵消該裝置的固有畸變。
先進(jìn)的多路徑預(yù)畸變電路對于線性化大量不同的非線性裝置的輸出是靈活和高效的。在授予Blauvelt等的美國專利4992754中公開了這樣的多路徑預(yù)畸變電路。該電路能夠產(chǎn)生用于補(bǔ)償取決于頻率的各種非線性的頻率特定畸變的各個(gè)分量，并且對于諸如CATV應(yīng)用的要求特別高度線性的應(yīng)用場合是有用的。
雖然多路徑預(yù)畸變電路可以應(yīng)用在許多不同的應(yīng)用場合，但是這些電路的設(shè)計(jì)是相當(dāng)復(fù)雜的。這種復(fù)雜性表明其電路的本身經(jīng)常是過于昂貴，僅應(yīng)用于需要最高線性化程度的應(yīng)用場合。本專業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚，一種有限應(yīng)用范圍的相對簡單設(shè)計(jì)的低成本電路，特別是，如果這種電路是由現(xiàn)存的低成本部件制造的，通常被用于信號傳輸?shù)母鲬?yīng)用場合。
本專業(yè)的技術(shù)人員可能比較偏重能產(chǎn)生與頻率有關(guān)的三次畸變的電路。簡單的三次畸變，諸如由理想二極管產(chǎn)生的畸變，具有的畸變特性是實(shí)數(shù)的和與頻率無關(guān)的。然而，許多非線性發(fā)送機(jī)或放大器包含有諸如電感、電容或延遲線之類的電抗元件，這些元件使該裝置產(chǎn)生取決于輸入和輸出頻率和畸變頻率的預(yù)畸變。Nazarathy的美國專利5161044在其

圖15中公開了一種電路，該電路產(chǎn)生基本是實(shí)數(shù)的和與頻率無關(guān)的預(yù)畸變。在Nazarathy的電路中的電感和電容器的加入是為了偏置目的和阻塞直流和交流電流的。但是，Nazarathy所公開的電路對于每組輸入頻率可能不具有正確的相位或頻率依從關(guān)系，使其所產(chǎn)生的預(yù)畸變與非線性裝置產(chǎn)生的畸變幅度相同而符號相反。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種減小由非線性裝置產(chǎn)生的二次或高次諧波畸變分量的低成本的預(yù)畸變電路和一種用于產(chǎn)生與頻率有關(guān)的三次畸變的電路。
發(fā)明概要因此，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，提供一種在線預(yù)畸變電路來減小在模擬信號的傳輸中的畸變。所產(chǎn)生的畸變或預(yù)畸變被調(diào)整為基本上與該信號要施加的非線性調(diào)制裝置中固有的二次或高次互調(diào)分量畸變幅度相等但符號相反。預(yù)畸變信號的實(shí)數(shù)分量是由諸如一種放大器的第一裝置產(chǎn)生的，并被在幅度上調(diào)整為與該非線性裝置的畸變相匹配。預(yù)畸變信號的虛數(shù)分量通過引入一個(gè)與在線電路徑上的預(yù)畸變信號的實(shí)數(shù)分量異相位的畸變信號被調(diào)整。實(shí)數(shù)和虛數(shù)分量進(jìn)行組合產(chǎn)生一種單一的包括互調(diào)分量畸變的調(diào)制信號，以便施加到該非線性裝置。該在線預(yù)畸變電路通過抵消非線性發(fā)射裝置中的固有畸變，大大線性化了調(diào)制信號的發(fā)送，并可以由通用的、低成本的元件構(gòu)成的。
在一個(gè)可代替的實(shí)施例中，預(yù)畸變信號的實(shí)數(shù)分量是由一個(gè)組態(tài)為從RF通路連接到地的壓控電阻器的FET產(chǎn)生的。在另外一個(gè)實(shí)施例中，預(yù)畸變信號的實(shí)數(shù)分量是通過與RF通路相串聯(lián)的一個(gè)二極管和一個(gè)電阻的并聯(lián)組合產(chǎn)生的。由這些裝置產(chǎn)生的預(yù)畸變的幅度是通過改變饋送到該裝置的直流偏流可調(diào)整的。
在另外一個(gè)可代替的實(shí)施例中，設(shè)置一個(gè)單獨(dú)的預(yù)畸變電路用于產(chǎn)生與頻率有關(guān)的三次畸變。與頻率有關(guān)的三次畸變是通過組合一對具有電抗電路元件和延遲元件的反并聯(lián)的二極管產(chǎn)生的。由這些電路產(chǎn)生的預(yù)畸變的幅度是利用改變饋送到二極管的直流偏流可調(diào)整的。
附圖簡述本發(fā)明的這些和其它特點(diǎn)通過下面的結(jié)合各個(gè)附圖的詳細(xì)描述將會(huì)更好的理解和更加顯而易見，其中圖1是表示按照本發(fā)明的預(yù)畸變電路的一般特征的方框圖；圖2是表示在線預(yù)畸變電路的一個(gè)實(shí)施例的方框圖；圖3是圖2的在線預(yù)畸變電路的可代替實(shí)施例的方框圖；圖4是的用在一個(gè)預(yù)畸變電路中的級內(nèi)濾波器的示意圖5是用在一個(gè)預(yù)畸變電路中的級內(nèi)濾波器的簡圖；圖6是說明預(yù)畸變對一個(gè)已調(diào)信號波形的影響的示意圖；圖7是說明畸變的實(shí)數(shù)和虛數(shù)的矢量分量；圖8是混合預(yù)畸變電路的示意圖；圖9A是包含組態(tài)為壓控電阻的FET的主要用來產(chǎn)生預(yù)畸變的實(shí)數(shù)分量的電路的示意圖；圖9B是圖9A的電路的一個(gè)可代替的實(shí)施例；圖10A是包含一個(gè)二極管和一個(gè)電阻的并聯(lián)組合的主要用來產(chǎn)生預(yù)畸變的實(shí)數(shù)分量的電路的示意圖；圖10B是圖10A的電路的一個(gè)可代替的實(shí)施例；圖11A是用于產(chǎn)生與頻率有關(guān)的三次畸變分量的電路的示意圖；和圖11B是圖11A的三次畸變電路的一個(gè)可代替的實(shí)施例。
詳細(xì)描述預(yù)畸變的概念在理論上被表示在圖6。一個(gè)輸入信號Y0被輸入到一個(gè)預(yù)畸變網(wǎng)絡(luò)40。該預(yù)畸變網(wǎng)絡(luò)的非線性轉(zhuǎn)移函數(shù)與線性的偏離同轉(zhuǎn)移函數(shù)已知的非線性發(fā)送機(jī)41與線性的偏離正好相反。來自預(yù)畸變網(wǎng)絡(luò)的信號Y1是輸入源信號Y0和由預(yù)畸變網(wǎng)絡(luò)40的非線性轉(zhuǎn)移函數(shù)產(chǎn)生的預(yù)畸變的組合。信號Y1被饋送到非線性發(fā)送機(jī)，由發(fā)送機(jī)調(diào)制以后，作為該發(fā)送機(jī)的固有畸變反向相關(guān)于預(yù)畸變信號Y1和由預(yù)畸變信號Y1抵消的結(jié)果，呈現(xiàn)為基本上線性的信號Y2。
由一個(gè)示例性的非線性裝置產(chǎn)生的畸變被以圖形的方式表示在圖7。該圖為表示畸變的實(shí)數(shù)分量50和虛數(shù)分量60的極座標(biāo)表示，上述兩個(gè)分量被組合為一個(gè)畸變矢量70。利用常規(guī)的表示方式，輸入信號為eiω1t]]>和eiω2t]]>由以下方程表示輸入信號引起二次畸變的分量Aei[(ω1+ω2)t+θ]]]>畸變的實(shí)數(shù)分量，即，沿實(shí)數(shù)軸(0°相角)的畸變信號的矢量分量是Acos θ；畸變的虛數(shù)分量，即，沿虛數(shù)軸(90°相角)的畸變信號的矢量分量是Asin θ。為了從非線性裝置提供線性化的輸出，畸變的實(shí)數(shù)和虛數(shù)分量兩者在該非線性裝置中應(yīng)當(dāng)被抵消。這是通過施加相反于和相對于由該非線性裝置產(chǎn)生的畸變分量的實(shí)數(shù)和虛數(shù)預(yù)畸變分量來實(shí)現(xiàn)的。
參照圖1，在一個(gè)按照本發(fā)明的示例性在線預(yù)畸變電路中，一個(gè)輸入的源信號12饋送到在線電路徑14。通過在線電路徑，意味著輸入源信號是被傳送通過一個(gè)單一的畸變產(chǎn)生路徑，不同于被分割為以并聯(lián)連接的兩個(gè)或多個(gè)分別的路徑。該在線電路徑包括串聯(lián)的用于主要產(chǎn)生實(shí)數(shù)畸變分量的一個(gè)實(shí)數(shù)畸變分量發(fā)生器16和用于主要產(chǎn)生虛數(shù)畸變分量的虛數(shù)畸變分量發(fā)生器18。理想的情況下，被饋送到非線性裝置的來自該發(fā)生器的組合畸變與施加該預(yù)畸變輸入信號22的非線性裝置20產(chǎn)生的畸變大小相等方向相反。實(shí)數(shù)畸變發(fā)生器可以包括一些虛數(shù)分量，而虛數(shù)畸變產(chǎn)生器可以包括一些實(shí)數(shù)分量。當(dāng)形成匹配非線性裝置的畸變的實(shí)數(shù)和虛數(shù)分量的矢量和時(shí)，這些分量被包括在內(nèi)。
圖2表示一個(gè)實(shí)際在線預(yù)畸變器電路的示例性實(shí)施例，其中包括串聯(lián)的單片微波集成電路(MMIC)放大器30、CATV混合放大器32、RF反向器34和在諸如激光器之類的非線性裝置之前的變?nèi)荻O管36。信號在在線路徑上首先饋送到一個(gè)單端放大器，例如MMIC放大器，主要用于產(chǎn)生預(yù)畸變的實(shí)數(shù)分量。MMIC放大器是一種通常用于RF電路設(shè)計(jì)中的低成本部件。MMIC具有低成本的優(yōu)點(diǎn)，然而類似的性能是可以從按照混合集成電路構(gòu)成的放大器或從分離元件構(gòu)成的放大器中得到。MMIC放大器的輸出包括放大的輸入的各基本頻率和輸入信號頻率的互調(diào)畸變。MMIC放大器產(chǎn)生的主要是二次互調(diào)分量。
來自MMIC放大器的畸變輸出的實(shí)數(shù)分量的幅度最好是在幅度上與非線性發(fā)送裝置的固有畸變的實(shí)數(shù)分量的幅度相匹配。但是，MMIC放大器已被發(fā)現(xiàn)僅相對于非線性激光器呈現(xiàn)畸變特性和可能需要調(diào)整。在相等輸入信號電平的情況下，來自MMIC放大器的畸變幅度一般大于由非線性激光器所產(chǎn)生的幅度。為了匹配畸變的幅度，從MMIC輸出的信號電平必須低于激光器的輸入信號電平。這需要在MMIC和激光器之間利用一個(gè)增益塊?？赡茉贛MIC之前還要通過衰減器38引入衰減，使每個(gè)分量工作在當(dāng)前的信號電平。
由于其低成本，廣泛地應(yīng)用在同軸分配網(wǎng)絡(luò)，并且能對感興趣的輸入頻率產(chǎn)生線性輸出，CATV混合放大器32適合用于放大MMIC放大器的輸出信號。CATV放大器對中低信號電平產(chǎn)生可忽略的畸變。在高信號電平下，CATV放大器可能產(chǎn)生畸變。但是，這不是一個(gè)問題，因?yàn)楫a(chǎn)生畸變的信號電平一般高于典型非線性激光器裝置的調(diào)制所用信號電平。
衰減量和CATV放大器的增益可按照需要變化，以在輸入調(diào)制信號中產(chǎn)生畸變分量。MMIC中的畸變的強(qiáng)度是由輸入信號的強(qiáng)度確定的。在高信號強(qiáng)度下，畸變比較大。因此，如果希望大的畸變，輸入信號可以被衰減得小而CATV混合放大器的增益可降低。同樣，MMIC放大器和CATV放大器的偏置可以用于調(diào)整畸變的相對幅度變化。通過較強(qiáng)地驅(qū)動(dòng)MMIC放大器，則得到比輸入信號較小時(shí)較大的畸變(相對于信號強(qiáng)度)。
如果需要，在RF反向器34中將被CATV放大器調(diào)整到適合電平的預(yù)畸變信號被反向，以提供一個(gè)可用于抵消非線性裝置的畸變的實(shí)數(shù)分量的信號。
預(yù)畸變信號的虛數(shù)分量在示例性實(shí)施例中主要通過變?nèi)荻O管36產(chǎn)生，該變?nèi)荻O管在一個(gè)典型實(shí)施例中是由一個(gè)電阻68和一個(gè)二極管72連接到地形成的。具有一個(gè)隨著電壓變化的電容的變?nèi)荻O管產(chǎn)生各個(gè)諧波畸變分量，這些分量隨輸入信號頻率的平方增加而且其相位與基本信號的相位差90°。當(dāng)沒有電阻的情況下變?nèi)荻O管被利用時(shí)，產(chǎn)生的畸變是純虛數(shù)分量，幅度上的增加正比于畸變信號的頻率。包括該電阻引入了一個(gè)通過變化該電阻的值可以被改變的小的實(shí)數(shù)分量。
由變?nèi)荻O管產(chǎn)生的預(yù)畸變信號的虛數(shù)分量是通過改變來自外部電源的變?nèi)荻O管輸入端74的電壓來控制的。隨著該電壓的增加，由于在高反偏壓下電容的變化小，產(chǎn)生較小的畸變。在降低的電壓下，該二極管呈現(xiàn)較大的畸變。類似于幅度的調(diào)整，這種變?nèi)荻O管的調(diào)整，可以手動(dòng)或自動(dòng)進(jìn)行。假設(shè)一個(gè)簡單的正弦波輸入到在線路徑，通過該變?nèi)荻O管，該正弦波的波峰可能按時(shí)間向前移動(dòng)，而波谷向后移動(dòng)。
雖然主要用于產(chǎn)生實(shí)數(shù)畸變分量，MMIC放大器具有不同的畸變機(jī)制，其中一些可以是取決于頻率的和其中一些是移動(dòng)畸變的相位的。不同的機(jī)制可以在不同的偏壓下設(shè)置。在多數(shù)情況下，通過偏壓輸入端76、78改變加到各個(gè)放大器的偏壓和在輸入端74改變加到變?nèi)荻O管的輸入電壓，畸變可以按照需要被調(diào)整，補(bǔ)償非線性裝置。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，手動(dòng)的幅度、頻率和相位的調(diào)整通常在小于幾分鐘內(nèi)完成。在觀察該非線性裝置的輸出的畸變的同時(shí)，人們進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。調(diào)整找出使非線性裝置的最后畸變最小。最佳的調(diào)整是預(yù)畸變信號與該非線性裝置的固有畸變的幅度相同，而預(yù)畸變的相位精確地和固有畸變相差180°。這樣的調(diào)整還可以例如通過利用反饋控制電路自動(dòng)進(jìn)行。如果該特定的裝置的非線性特性是事先知道的或是可測量的，MMIC放大器、CATV放大器和變?nèi)荻O管的偏壓可以被甚至于更為迅速地電子調(diào)諧。
一旦在線電路徑的預(yù)畸變信號的實(shí)數(shù)和虛數(shù)分量已經(jīng)被設(shè)置，該信號被輸出到非線性發(fā)射裝置而被調(diào)制。
所描述的示例性實(shí)施例可用于各種非線性裝置，但是在要求較高線性的情況下，在該在線路徑中各個(gè)不同的和附加的部件可能是必需的。例如，在一些情況下，表示在圖2的電路可能不能產(chǎn)生與非線性裝置在整個(gè)頻段精確匹配的畸變分量。簡單地變化諸如表示在圖2中的電路的各部件的偏壓可能不足以實(shí)現(xiàn)所要求的線性化。一種如圖3所表示的電抗電路可以用于校正這種相位差。圖3的電路具有一種相當(dāng)平坦的幅度響應(yīng)和一種由包括電阻82、電感84、和電容86的LRC組合80產(chǎn)生的非線性相位響應(yīng)。其它的實(shí)質(zhì)上具有更大非線性相位響應(yīng)的全通濾被器電路也可以利用，但是成本有些高。
在簡單的在線預(yù)畸變器中，預(yù)畸變器包括各個(gè)單獨(dú)的構(gòu)成模塊，將其信號相加以提供所期望的線性化信號。各個(gè)基本的構(gòu)成模塊是串聯(lián)的和并聯(lián)的正偏二極管、晶體管、單端放大器、CATV放大器、和變?nèi)荻O管。這些模塊可以用作單獨(dú)的畸變部件或與諸如電阻器、電容器、和電感之類的無源元件相組合。但是，在許多情況下，不可能從單獨(dú)的模塊中綜合出正確的預(yù)畸變信號。例如，一種示例性發(fā)射裝置可以是一個(gè)由輸出信號調(diào)制的半導(dǎo)體激光器或LED。這種裝置的固有畸變經(jīng)常是不取決于頻率的。一般來說，在較高的頻率上，固有的畸變是較大的。在這種情況下，各種元件或基本元件組的組合，每個(gè)組合形成一個(gè)級，可能是需要的。
一個(gè)或多個(gè)濾波器可以用在一個(gè)單一的級中或在各級之間，以改變在線預(yù)畸變器的性能，適合于特定的應(yīng)用。例如，為調(diào)整非線性發(fā)射裝置的取決于頻率的畸變，幅度調(diào)整模塊的輸出被饋送到一個(gè)頻率調(diào)整或“傾斜”調(diào)整級內(nèi)濾波器100中，如圖4所示。傾斜調(diào)整是諸如在反饋環(huán)中的一個(gè)可變電阻102和一個(gè)電容104的可變?yōu)V波器，或其它類似的裝置，在高頻端增加畸變的幅度，以產(chǎn)生“上傾斜”。類似地，反饋可以被用于級內(nèi)濾波器在高頻端減小畸變，以產(chǎn)生“下傾斜”。類似于幅度調(diào)整，這種調(diào)整可以用手動(dòng)或自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。
來自預(yù)畸變部件的取決于頻率的信號也可以經(jīng)由如圖5所示的級內(nèi)濾波器110來補(bǔ)償。在這個(gè)實(shí)施例中，更高頻率的畸變通過電阻114和電容112，因此提供了一個(gè)預(yù)畸變的上傾斜。利用通過比低頻畸變分量多或少的高頻畸變分量，這種傾斜調(diào)整能夠使預(yù)畸變信號更為精確地調(diào)整到非線性裝置的固有畸變特性上。
一般來說，幅度調(diào)整是進(jìn)行補(bǔ)償發(fā)生在頻段的低頻端的畸變。頻率調(diào)整則按照上傾斜補(bǔ)償頻段的高頻端的畸變?？梢宰⒁獾?，這種相同的效果可以利用在高頻端的幅度調(diào)整來實(shí)現(xiàn)，和按照適當(dāng)?shù)男盘柕乃p或放大，在低頻端上傾斜或下傾斜來實(shí)現(xiàn)。
以上描述的所有實(shí)施例已經(jīng)嚴(yán)格地限定在在線的情況下，其中每個(gè)畸變器是有效地與非線性裝置或與其它預(yù)畸變部件相串聯(lián)。換句話說，整個(gè)基本信號是由預(yù)畸變部件或各個(gè)部件操作的。即使在圖4的實(shí)施例中，在圖中出現(xiàn)了有些簡單的并聯(lián)的部件，具有一個(gè)耦合到濾波器的畸變器，它可以包括一個(gè)并聯(lián)的信號通路或串聯(lián)信號通路，如圖5所示。
在一些實(shí)施例中，至少部分并聯(lián)地使用不昂貴的在線畸變部件，可能是優(yōu)點(diǎn)。在并聯(lián)路徑中產(chǎn)生的畸變可以相加，從而提供較大的可調(diào)整性。多畸變的一個(gè)示例性配置表示在圖8。
在這個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)輸入信號12被輸入到一個(gè)具有多個(gè)在電路中串聯(lián)的預(yù)畸變部件A、B和C的在線電路徑中。這些畸變器是任何數(shù)量的可以被包括在在線路徑中的這種畸變分量的代表，在所選擇的頻率范圍中，例如每個(gè)提供畸變的一個(gè)實(shí)數(shù)分量或虛數(shù)分量，它們累積地產(chǎn)生一個(gè)預(yù)畸變輸出信號，該信號可以被用來抵消所示的預(yù)畸變電路的下游的非線性裝置的畸變。
在一些應(yīng)用中，可在信號路徑中包括一個(gè)分路器41，用于提取一部分信號并饋送該信號到在并聯(lián)路徑中的一個(gè)附加的畸變器D中。該并聯(lián)路徑還可以包括濾波器43，如上所述。一個(gè)延遲器44也可以包括在并聯(lián)路徑中(或在主路徑中)，以便組合來自兩個(gè)路徑的畸變，最佳地匹配發(fā)射裝置的畸變特性。
在該說明的實(shí)施例中，分路器41和耦合器46位于在線通路中的一些畸變部件之間。這僅僅是典型的安排，實(shí)質(zhì)上并聯(lián)通路可以位于任何其它畸變器的連接中。
在這樣一個(gè)實(shí)施例中，包括畸變器D的并聯(lián)畸變通路可以被用作粗補(bǔ)償調(diào)整。一般來說，在并聯(lián)畸變通路中僅存在幅度調(diào)整，雖然它是相當(dāng)靈活地具有傾斜調(diào)整的功能。一般來說，濾被器和延遲器可以被固定為適合大多數(shù)希望由該預(yù)畸變電路服務(wù)的各個(gè)輸出裝置。該在線畸變部件A、B、C等被用作精細(xì)調(diào)整元件。
如所表示，三個(gè)這種裝置是在線的，但這種裝置可或多或少，并且它們可以放置在主通路的任何位置。適合的放大器和衰減器也可以用在信號通路中，用于為每個(gè)在線的畸變器提供最佳RF電平。并聯(lián)通路可以包括多于一個(gè)的畸變部件。例如，MMIC放大器和變?nèi)荻O管可以提供畸變的實(shí)數(shù)和虛數(shù)分量。這種附加的畸變器可以兩者都在一個(gè)并聯(lián)通路中，或可以在多于一個(gè)的并聯(lián)通路中。
具有實(shí)數(shù)和虛數(shù)分量的在線畸變和用于粗預(yù)畸變的并聯(lián)通路的混合設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是變?nèi)荻O管和MMIC放大器相當(dāng)容易自動(dòng)調(diào)整，以向選擇的輸出裝置提供最佳預(yù)畸變。因此，具有用于粗預(yù)畸變的并聯(lián)通路的在線預(yù)畸變器可以比具有用于產(chǎn)生第二和第三次預(yù)畸變分量的并聯(lián)通路的更為復(fù)雜的預(yù)畸變器更有效和更容易地精細(xì)自動(dòng)調(diào)整。
這種配置的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，預(yù)畸變調(diào)整可以實(shí)際上在并聯(lián)通路中進(jìn)行，不影響基本信號。缺點(diǎn)是并聯(lián)通路需要分路器和耦合器?？赡苄枰郊拥姆糯笃饔糜谘a(bǔ)償在各并聯(lián)通路中的信號損失。因此，這種安排可能增加成本、復(fù)雜性、尺寸和功率消耗。因此，除非特別的應(yīng)用，是不采用的。
純在線預(yù)畸變器的優(yōu)點(diǎn)是不需要保證當(dāng)信號被重新組合時(shí)，在并聯(lián)通路中的信號與主通路中的信號同相位。再有，放大器是普通用在電路中的而MMIC放大器或類似的放大器可以被用作所要求的放大器和用于提供所希望的預(yù)畸變。
對于本專業(yè)的技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，作出各種變化和修改將是顯而易見的。許多部件可以被用來構(gòu)成畸變產(chǎn)生級，例如包括晶體管或二極管。任何的畸變級的組合都可以被各濾波器級控制，以提供所期望的預(yù)畸變信號到非線性裝置。
另外，可用不同的裝置來產(chǎn)生在線預(yù)畸變。參照圖9A和圖9B，在本發(fā)明的一個(gè)可替代的實(shí)施例中，預(yù)畸變的實(shí)數(shù)分量是由組態(tài)為一個(gè)連接到RF信號通路和到地的壓控電阻的FET 120產(chǎn)生的。同樣的標(biāo)號被用來表示在圖9A和9B中同樣的元件。參照圖9A，當(dāng)在漏極128上的電壓增加時(shí)，漏極電流增加。然而漏極電流不是線性地正比于漏極電壓的，這是因?yàn)镕ET的非線性動(dòng)態(tài)特性，并且正在變化的源電流流過源電阻器130，引起柵-源極電壓的變化。因?yàn)槁O電流是漏極電壓的非線性函數(shù)，RF的插入損耗是由RF該信號調(diào)制的，引起預(yù)畸變。預(yù)畸變的量可以利用改變通過FET的偏壓電流來調(diào)整。一般地，差分電阻隨著偏壓電流的增加而增加。因此RF信號中的正電壓的擺幅將瞬間降低插入損耗。
參照圖9B，預(yù)畸變電路也含有一組態(tài)為非線性電阻的FET，但是這種組態(tài)中RF信號是被施加到該非線性電阻的相反的一端，使得RF信號中的正電壓的擺幅將瞬間增加插入損耗。因此，圖9B的電路產(chǎn)生與電路9A產(chǎn)生的畸變符號相反的畸變。
參照圖10A和10B，在另外一個(gè)實(shí)施例中，預(yù)畸變信號的實(shí)數(shù)分量由與RF信號通路相串聯(lián)的二極管140(D1)和電阻器142(R1)的并聯(lián)組合產(chǎn)生。在圖10A和10B中相同標(biāo)號表示相同的部件。預(yù)畸變的幅度是由改變饋送給該裝置的DC偏流調(diào)整的。
在圖10A和10B中的電阻R1一般是該電路的特征阻抗的幾分之一。在操作中，流過電阻R1的RF電流產(chǎn)生出現(xiàn)在二極管兩端的RF電壓。當(dāng)在二極管兩端的正向電壓增加時(shí)，二極管的差分電阻降低。因此，在圖10A中，RF信號的正向擺幅將瞬間降低電路的插入損耗。電阻器144(R2)和150(R3)用于向二極管提供偏壓；電容器146(C1)是隔直流電容器。圖10B與圖10A的不同處僅在于二次畸變是相反極性的，因?yàn)樵趫D10B的RF信號的正電壓擺幅將瞬間增加電路的插入損耗。
參照圖11A和11B，公開了按照本發(fā)明的附加電路，用于產(chǎn)生取決于頻率的預(yù)畸變。圖11A和11B的實(shí)施例用于產(chǎn)生取決于頻率的三次畸變。由這些電路產(chǎn)生的預(yù)畸變是隨著輸入頻率和畸變頻率而變化的。在圖11A和11B中，相同標(biāo)號表示相同的部件。每個(gè)電路包括與信號通路165相串聯(lián)，與電阻164(R1)相并聯(lián)的一對反并聯(lián)的二極管160和162。該電路還可能包括連接到或插入到該電路的一個(gè)或多個(gè)電感166(L1)、電容器168(C1)、或延遲器170。使電路產(chǎn)生的預(yù)畸變依賴于頻率，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這將改善電路對一些發(fā)送機(jī)和放大器線性化的能力。
在操作中，電流按照每個(gè)二極管兩端的電壓的非線性函數(shù)流過每個(gè)二極管。在圖11A中，電感166(L1)的存在引起二極管兩端電壓的相位超前于該預(yù)畸變器的輸出端174上的信號相位。也使在輸出端的信號的相位落后于輸入端176上的信號，并且使在輸出端的預(yù)畸變電壓超前于在二極管產(chǎn)生的非線性電流，最后的結(jié)果是在輸出端預(yù)畸變超前于信號。這種影響在高頻是大的，因?yàn)樵诟哳l電感的阻抗大。由于相同的原因，預(yù)畸變的幅度對于高輸入頻率是大的，因?yàn)樵陔姼袃啥说碾妷航?貢獻(xiàn)于二極管兩端的總的電壓)大。
參照圖11B，延遲線170使達(dá)到二極管對的一端的輸入信號相對于達(dá)到二極管對的另外一端的信號在相位上被延遲，而達(dá)到另外一端的信號被串聯(lián)電阻164衰減。因?yàn)樵诿總€(gè)二極管兩端的電壓等于在二極管對兩端的信號之差，二極管兩端電壓的相對于輸入電壓的相位延遲，顯著地超過由延遲線產(chǎn)生的時(shí)間延遲。此外，二極管對產(chǎn)生的預(yù)畸變在達(dá)到輸出端時(shí)再次被延遲，這是因?yàn)樗囊徊糠直仨毻ㄟ^延遲線返回。在這個(gè)電路中，延遲線引入的結(jié)果是相對于信號延遲預(yù)畸變。在高頻端相應(yīng)的相位延遲大，因?yàn)橛裳舆t線引入的延遲對應(yīng)于這些頻率時(shí)一個(gè)周期的較大的部分。此外，在高頻端預(yù)畸變的幅度大，因?yàn)樵谶@些頻率上，在具有增加的相位差的二極管對的兩端的信號，具有較大的矢量差，從而在二極管對的兩端出現(xiàn)較大的電壓。
所描述的本發(fā)明不限于任何具體的應(yīng)用。例如，雖然所描述的是調(diào)制一個(gè)激光器或發(fā)光二極管的TV信號，但是其它非線性裝置，諸如放大器可以具有由這個(gè)技術(shù)抵消的大的固有畸變。另外，這些畸變抵消的同樣原理可以被利用在例如接收機(jī)中，在這種情況下，畸變裝置可以是非線性裝置的下行方向。由于這樣的變形，本發(fā)明可以應(yīng)用在除上述以外的地方。
權(quán)利要求
1.一種預(yù)畸變電路，包括具有基本頻率的信號的輸入端和輸出端；連接在輸入端和輸出端之間用于主要產(chǎn)生基本頻率的互調(diào)分量的實(shí)數(shù)分量的實(shí)數(shù)裝置；與實(shí)數(shù)裝置串聯(lián)的主要用于產(chǎn)生基本頻率的互調(diào)分量的虛數(shù)分量的虛數(shù)裝置；用于調(diào)整實(shí)數(shù)和/或虛數(shù)裝置從而產(chǎn)生一個(gè)具有與非線性裝置的畸變幅度相等但方向相反的實(shí)數(shù)和虛數(shù)分量的矢量和的裝置；和與實(shí)數(shù)和虛數(shù)裝置串聯(lián)的非線性裝置，該裝置具有基本上與實(shí)數(shù)和虛數(shù)分量的矢量和相反的固有畸變矢量。
2.權(quán)利要求1的預(yù)畸變電路，還包括耦合到實(shí)數(shù)和虛數(shù)裝置的濾波裝置，用于作為頻率的函數(shù)調(diào)節(jié)互調(diào)分量的幅度。
3.權(quán)利要求1的預(yù)畸變電路，還包括用于調(diào)整實(shí)數(shù)裝置的偏置的裝置，用于調(diào)節(jié)與基本頻率的幅度有關(guān)的互調(diào)分量的實(shí)數(shù)分量的幅度。
4.權(quán)利要求1的預(yù)畸變電路，還包括用于調(diào)整虛數(shù)裝置的偏置的裝置，用于調(diào)節(jié)與基本頻率的幅度有關(guān)的互調(diào)分量的虛數(shù)分量的幅度。
5.權(quán)利要求1的預(yù)畸變電路，還包括在與輸入和輸出之間的與至少一部分主信號通路相并聯(lián)的次信號通路中的附加畸變部件。
6.權(quán)利要求1的預(yù)畸變電路，其中實(shí)數(shù)裝置包括一個(gè)組態(tài)為壓控電阻器的FET。
7.權(quán)利要求1的預(yù)畸變電路，其中實(shí)數(shù)裝置包括并聯(lián)連接的二極管和阻抗。
8.權(quán)利要求1的預(yù)畸變電路，還包括耦合到非線性裝置上的用于產(chǎn)生與頻率有關(guān)的三次畸變的裝置。
9.一種預(yù)畸變電路，包括用于將一非線性裝置的輸入調(diào)制信號輸入一在線電通路的裝置；在線電通路中主要用于產(chǎn)生至少二次互調(diào)分量的實(shí)數(shù)分量的裝置，該實(shí)數(shù)分量具有正比于該非線性裝置的畸變幅度的相應(yīng)的幅度；在線通路中主要用于產(chǎn)生至少二次互調(diào)分量的虛數(shù)分量的裝置，該虛數(shù)分量正比于該非線性裝置的畸變；一個(gè)耦合到在線電通路的輸出端由預(yù)畸變輸出信號調(diào)制的非線性裝置，該預(yù)畸變輸出信號包括輸入調(diào)制信號和在線電通路中產(chǎn)生的互調(diào)分量預(yù)畸變。
10.權(quán)利要求9的預(yù)畸變電路，還包括耦合到互調(diào)分量產(chǎn)生裝置的濾波裝置，用于作為頻率的頻率函數(shù)調(diào)整在線電通路上的信號的幅度，以向非線性裝置提供與頻率有關(guān)的預(yù)畸變。
11.權(quán)利要求9的預(yù)畸變電路，還包括耦合到互調(diào)分量產(chǎn)生裝置的輸入端，用于衰減輸入調(diào)制信號的裝置；和用于放大實(shí)數(shù)分量產(chǎn)生裝置的輸出信號的線性放大裝置。
12.權(quán)利要求11的預(yù)畸變電路，其中線性放大裝置包括一個(gè)CATV混合放大器。
13.權(quán)利要求9的在線預(yù)畸變電路，還包括用于調(diào)整由產(chǎn)生畸變的實(shí)數(shù)分量的裝置產(chǎn)生的畸變的幅度的偏置裝置。
14.權(quán)利要求9的預(yù)畸變電路，其中互調(diào)分量產(chǎn)生裝置包括一個(gè)MMIC放大器。
15.權(quán)利要求9的預(yù)畸變電路，其中用于產(chǎn)生畸變的虛數(shù)分量的裝置包括一個(gè)變?nèi)荻O管。
16.權(quán)利要求9的預(yù)畸變電路，還包括一個(gè)與至少在線電通路的一部分相并聯(lián)的次電通路中的附加畸變部件。
17.權(quán)利要求9的預(yù)畸變電路，其中在在線電通路中主要用于產(chǎn)生實(shí)數(shù)分量的裝置包括一個(gè)組態(tài)為壓控電阻器的FET。
18.權(quán)利要求9的預(yù)畸變電路，其中在在線電通路中主要用于產(chǎn)生實(shí)數(shù)分量的裝置包括并聯(lián)連接的一個(gè)二極管和阻抗。
19.權(quán)利要求9的預(yù)畸變電路，還包括在在線通路中用于產(chǎn)生與頻率有關(guān)的三次畸變的裝置。
20.一種預(yù)畸變電路，包括具有一個(gè)用于接收在線通路上的調(diào)制信號的輸入端的非線性發(fā)射裝置；在線通路中的至少一個(gè)畸變產(chǎn)生部件，主要用于在調(diào)制信號中產(chǎn)生實(shí)質(zhì)上正比于由非線性裝置產(chǎn)生的畸變的實(shí)數(shù)分量的基本輸入頻率信號的畸變分量；在線通路中的至少另一個(gè)畸變產(chǎn)生部件，主要用于在調(diào)制信號中產(chǎn)生實(shí)質(zhì)上正比于由非線性裝置產(chǎn)生的畸變的虛數(shù)分量的基本輸入頻率信號的畸變分量；和在線通路上的至少一個(gè)濾波器，用于作為頻率的函數(shù)對饋送到該非線性裝置的調(diào)制信號進(jìn)行濾波。
21.權(quán)利要求20的預(yù)畸變電路，其中畸變產(chǎn)生部件包括一個(gè)單端放大器。
22.權(quán)利要求20的預(yù)畸變電路，其中非線性裝置是一個(gè)半導(dǎo)體激光器。
23.權(quán)利要求20的預(yù)畸變電路，其中濾波器部件包括LRC電路。
24.權(quán)利要求20的預(yù)畸變電路，其中濾波器耦合在至少一對畸變產(chǎn)生部件之間。
25.權(quán)利要求20的預(yù)畸變電路，其中濾波器跨接在至少一個(gè)畸變產(chǎn)生部件的兩端。
26.權(quán)利要求20的預(yù)畸變電路，還包括一個(gè)在輸入和輸出端之間至少與在線電通路的一部分相并聯(lián)的次電通路中的附加畸變部件。
27.權(quán)利要求20的預(yù)畸變電路，其中至少一個(gè)畸變產(chǎn)生部件包括組態(tài)為壓控電阻器的FET。
28.權(quán)利要求20的預(yù)畸變電路，其中至少一個(gè)畸變產(chǎn)生部件包括并聯(lián)連接的一個(gè)二極管和阻抗。
29.權(quán)利要求20的預(yù)畸變電路，其中至少一個(gè)畸變產(chǎn)生部件包括一對反并聯(lián)的二極管，用于產(chǎn)生與頻率有關(guān)的畸變。
30.一種具有一個(gè)用于引入輸入調(diào)制信號到一個(gè)非線性裝置的在線電通路的預(yù)畸變電路，該電路包括一個(gè)在在線電通路上的單端放大器，用于產(chǎn)生正比于由非線性裝置產(chǎn)生的畸變的幅度的二次畸變分量；一個(gè)在在線通路中串聯(lián)耦合到單端放大器上的變?nèi)荻O管，主要用于改變由單端放大器產(chǎn)生的各分量的虛數(shù)分量。
31.權(quán)利要求30的預(yù)畸變電路，還包括一個(gè)串聯(lián)耦合到在線通路中的單端放大器的CATV混合放大器，用于放大由單端放大器產(chǎn)生的各畸變分量。
32.權(quán)利要求30的預(yù)畸變電路，還包括串聯(lián)連接到在線通路中的單端放大器上的RF反向器，用于反向由單端放大器產(chǎn)生的各畸變分量。
33.權(quán)利要求30的預(yù)畸變電路，還包括在線通路中耦合在單端放大器和非線性裝置之間的級間濾波器。
34.權(quán)利要求30的預(yù)畸變電路，其中單端放大器具有一個(gè)用于接收經(jīng)衰減的輸入調(diào)制信號的輸入端和耦合到CATV放大器的輸出端，用于實(shí)質(zhì)上線性放大由單端放大器產(chǎn)生的各畸變分量。
35.權(quán)利要求30的預(yù)畸變電路，其中單端放大器包括一個(gè)偏置輸入端，用于改變該單端放大器的產(chǎn)生畸變的特性。
36.權(quán)利要求30的預(yù)畸變電路，其中該變?nèi)荻O管包括一個(gè)偏置輸入端，用于調(diào)整變?nèi)荻O管的虛數(shù)分量的改變特性。
37.權(quán)利要求30的預(yù)畸變電路，其中非線性裝置包括半導(dǎo)體激光器。
38.權(quán)利要求30的預(yù)畸變電路，還包括一個(gè)耦合到在線通路中的單端放大器上的衰減器，用于向單端放大器提供經(jīng)衰減的輸入調(diào)制信號；和一個(gè)耦合到單端放大器上的CATV放大器，用于放大單端放大器的輸出信號。
39.權(quán)利要求30的預(yù)畸變電路，還包括一個(gè)耦合到電抗元件上的反并聯(lián)的二極管，用于產(chǎn)生與頻率有關(guān)的畸變。
40.一種預(yù)畸變電路，包括具有基本頻率的信號的輸入端和輸出端；連接在輸入端和輸出端之間的主要用于產(chǎn)生基本頻率的互調(diào)分量的實(shí)數(shù)分量的實(shí)數(shù)裝置；連接在輸入端和輸出端的主要用于產(chǎn)生基本頻率的互調(diào)分量的虛數(shù)分量的虛數(shù)裝置；用于調(diào)整實(shí)數(shù)和/或虛數(shù)裝置用以產(chǎn)生一個(gè)具有與非線性裝置的畸變幅度相等但方向相反的實(shí)數(shù)和虛數(shù)分量的矢量和；和在線路中的與實(shí)數(shù)和虛數(shù)裝置在一起的非線性裝置，該裝置具有以基本上與實(shí)數(shù)和虛數(shù)分量的矢量和相反的固有畸變矢量。
41.權(quán)利要求40的預(yù)畸變電路，其中至少一個(gè)用于產(chǎn)生互調(diào)分量的一個(gè)分量的裝置電通路中與另外一個(gè)用于產(chǎn)生互調(diào)分量的一個(gè)分量的裝置串聯(lián)。
42.權(quán)利要求40的預(yù)畸變電路，其中至少一個(gè)用于產(chǎn)生互調(diào)分量的一個(gè)分量的裝置在電通路中與另外一個(gè)用于產(chǎn)生互調(diào)分量的一個(gè)分量的裝置并聯(lián)。
43.權(quán)利要求40的預(yù)畸變電路，其中實(shí)數(shù)裝置包括組態(tài)為壓控電阻器的FET。
44.權(quán)利要求40的預(yù)畸變電路，其中實(shí)數(shù)裝置包括一個(gè)并聯(lián)連接到一個(gè)阻抗的二極管。
45.權(quán)利要求40的預(yù)畸變電路，還包括耦合到非線性裝置的用于產(chǎn)生與頻率有關(guān)的三次預(yù)畸變的裝置。
46.一種用于產(chǎn)生與頻率有關(guān)的預(yù)畸變的預(yù)畸變電路，該預(yù)畸變與非線性裝置產(chǎn)生的畸變符號相反但具有實(shí)質(zhì)上與非線性裝置產(chǎn)生的畸變相同的幅度，該電路包括一個(gè)用于為該非線性裝置接收RF信號的輸入端；和與一個(gè)非線性元件相組合，產(chǎn)生隨該輸入信號的頻率變化的預(yù)畸變的裝置。
47.權(quán)利要求46的預(yù)畸變電路，還包括用于調(diào)整預(yù)畸變幅度的裝置。
48.權(quán)利要求46的預(yù)畸變電路，其中非線性元件包括一個(gè)二極管。
49.權(quán)利要求46的預(yù)畸變電路，其中非線性元件包括一對反并聯(lián)的二極管。
50.權(quán)利要求46的預(yù)畸變電路，其中用于產(chǎn)生預(yù)畸變的裝置產(chǎn)生隨畸變頻率變化的預(yù)畸變。
51.權(quán)利要求46的預(yù)畸變電路，其中該電路產(chǎn)生與頻率有關(guān)的奇數(shù)次的預(yù)畸變。
52.權(quán)利要求51的預(yù)畸變電路，其中該電路產(chǎn)生與頻率有關(guān)的三次預(yù)畸變。
全文摘要
一種從一個(gè)非線性裝置提供線性輸出的電子電路。該非線性裝置的二次和高次畸變是被饋送一個(gè)與該畸變的實(shí)數(shù)和虛數(shù)分量幅度相等符號相反的預(yù)畸變信號來補(bǔ)償?shù)?。輸入信?12)，至少一個(gè)實(shí)數(shù)畸變產(chǎn)生部件(16)和在某些應(yīng)用中的一個(gè)虛數(shù)畸變產(chǎn)生部件(18)被提供到在線電通路中的非線性裝置(20)。一個(gè)衰減器、一個(gè)MMIC放大器、一個(gè)CATV混合放大器和一個(gè)變?nèi)荻O管可以提供預(yù)畸變的信號。預(yù)畸變的實(shí)數(shù)分量可以由組態(tài)為壓控電阻器的FFT或由串聯(lián)連接到信號通路的二極管和電阻器的并聯(lián)組合來產(chǎn)生。提供一個(gè)包括反并聯(lián)二極管和電抗元件的單獨(dú)電路，用于產(chǎn)生與頻率有關(guān)的三次預(yù)畸變。
文檔編號H04B10/50GK1151229SQ95193659
公開日1997年6月4日 申請日期1995年5月19日 優(yōu)先權(quán)日1994年5月19日
發(fā)明者亨利·A·布勞維爾特, 馬丁·雷格爾 申請人:奧泰爾公司