專利名稱：功率放大器的制作方法
技術領域：
本發明涉及功率放大器。
在EDGE調制模式中，由于功率放大器在高輸出功率時將會是非線性的，在那樣的高輸出功率下增益和相位將會失真。
在失真互調分量中，第三階(IM3)是最嚴重的。在GuillermoGonzalez所著，1984版，ISBN為0-13-581646-7的“微波晶體管放大器”中第178頁中可以找到更多的信息。在EDGE中，可能要求IM3分量＜-40dBc。如果功率放大器是按照慣例為線性操作進行偏置的，這將是一個非常難以滿足的技術要求。在USD-AMPS系統中要求-28dBc，因此在D-AMPS中連甲乙類(非常接近于乙類操作)功率放大器都能滿足該要求。傳統偏置的EDGE功率放大器需要偏置到接近甲類以達到該技術要求。
但是，與D-AMPS功率放大器相比，甲類偏置的EDGE功率放大器在調制期間當振幅低的時候仍然會有電流。在D-AMPS功率放大器中發射低振幅時，電流減少得相當多。如果比較它們的平均效率，D-AMPS功率放大器將得到幾乎與飽和的GSM功率放大器一樣高的效率。從另一方面講，EDGE功率放大器有很低的平均效率。
然而，如果考慮最大輸出功率時的效率，那么EDGE功率放大器有很高的效率。這一點在平均效率中得不到體現的原因是最大輸出功率只在功率放大器運行期間很短的一部分時間內應用。
因此希望以這樣一種方式偏置功率放大器，它在所有的輸出功率量級都能保持盡可能地接近飽和。
有許多已知的將功率放大器線性化的不同方法。這些方法中的許多都是基于在射頻的反饋和前饋，而且對元件的變化很敏感。美國專利No.5742201描述了一種系統，其中反饋發生在比射頻發射信號更低的頻率。
希望提供一種用于功率放大器的偏置電路，該偏置電路有最小的復雜性，能夠克服先前考慮的解決方案的缺點。
根據本發明的另一方面，提供了一種控制功率放大器的方法，包括產生表示放大器高頻輸入信號振幅的第一信號和表示放大器高頻輸出信號振幅的第二信號，比較第一和第二信號以產生一個比較信號，以及將該比較信號作為偏置控制信號提供給功率放大器。
在這樣一種電路中，第一振幅檢測電路優選地包括在檢測電路輸入與地之間并聯的一個二極管和第一電阻，其中二極管在輸入與地之間反向偏置連接；在檢測電路的輸入與輸出之間串聯的第二電阻；以及在檢測電路輸出與地之間連接的電容。
第二振幅檢測電路也優選地包括在檢測電路輸入與地之間并聯的一個二極管和第三電阻，其中二極管在輸入與地之間反向偏置連接；在檢測電路輸入和輸出之間串聯的第四電阻；以及在檢測電路輸出與地之間連接的電容。
相位檢測電路優選地包括一個在輸入與地之間反向偏置連接的二極管，并且其中相位檢測電路的輸入與其輸出相連。
應當強調在本說明書中使用術語“包括”或“包括”是為了具體說明一定的特征，整數，步驟或元件的存在，但不排除增加一個或多個特征，整數，步驟或元件，或它們的集合。
優選實施例詳述
圖1說明了一種體現本發明一方面的振幅與相位檢測電路。圖2說明了一種功率放大器電路，它利用圖1中電路的檢測信號控制功率放大器48的偏置。
圖1所示電路在輸入2接收第一射頻信號Rfin1。該信號Rfin1取自使用該電路的發射器的射頻路徑。耦合電容6將輸入2與第一振幅檢測電路耦合。該振幅檢測電路包含在Rfin1信號與地之間反向偏置連接的肖特基二極管8。電阻10同二極管8在Rfin1信號線與地之間并聯連接。電阻12與Rfin1信號路徑串聯，以便將該通路連接到輸出14，輸出14提供表示第一RF信號Rfin1振幅的輸出信號(DC輸出振幅1)。濾波電容器16連接在輸出14與地之間。
第二射頻信號Rfin2通過第二輸入4與電路相連。第二RF信號是放大的Rfin1輸出信號的振幅衰減樣值。該輸出信號的一個樣值被用來與初始的Rfin1信號進行比較，以便監控功率放大器48(圖2)的偏置。
第二RF信號Rfin2通過耦合電容18與第二振幅檢測電路相連。第二檢測電路與第一檢測電路相同，包含在RF信號Rfin2與地之間同電阻22并聯的反向偏置肖特基二極管20。電阻24的一端與輸入4相連，另一端與輸出26相連。在輸出26與地之間提供了一個濾波電容器。輸出26提供表示第二RF信號Rfin2振幅的信號(DC輸出振幅2)。
第一和第二輸入分別通過耦合電容30和32與第三肖特基二極管34的陰極相連。二極管34的陽極接地，因而二極管34在輸入與地之間反向偏置連接。二極管34的陰極提供了電路的第三輸出36，用來提供表示兩個輸入RF信號Rfin1和Rfin2的相對相位的信號。
當振幅幾乎相同的輸入信號彼此同相時，第三輸出36(DC輸出相位)達到最大幅值(在本例中是負電壓)。很容易理解任何二極管都可以與所述相反的方式進行連接。在那種情況下，第三輸出36將達到正的最大值。
參考圖2，功率放大器48被連接用來從比較器40的輸出和門電壓或衰減控制器42接收衰減控制信號41。比較電路40從圖1所示電路接收第一和第二輸出信號14和26，分別作為它的兩個輸入。控制器42用來調節信號41從而控制功率放大器的增益保持恒定。在本發明的優選實施例中，該增益控制信號作為偏置信號直接提供給功率放大器。
保持功率放大器的增益恒定只能將線性度提高到這樣一個程度，其中或者補償產生比它消除的更多的相位失真，或者在任何方式下都產生幅度失真或相位失真。
因此，為了進一步提高性能，相位也應該線性化。在圖1中，兩個輸入Rfin1和Rfin2通過各自的耦合電容30和32與第三肖特基二極管34的陰極相連。第三二極管34的陽極接地。第三二極管的陰極提供第三輸出36，它提供一個表示兩個輸入信號之間相位差的輸出信號DC輸出相位。
由于第三二極管有非線性特性，所以相位檢測器具有高相位分辨率。如果諧波含量低于-30dB，則信號非常接近于理想的正弦波。這就意味著只有一個最大值并且最大值發生在信號同相的時候。
功率放大器48(圖2)的相位控制是通過使用比較器44比較第三輸出信號36和參考電壓(Vcomp)38實現的。比較器44的輸出與相位控制單元46相連，控制單元46在將相位經過調節的RF信號Rfin1傳送到功率放大器之前，操作調節該信號相位。相位控制器優選地是變容二極管。
標準相位檢測器檢測兩個累加電壓的振幅、一個參考相位和兩個正交電壓，并檢測檢測到的電壓之間的差值。然而，在本發明中，由于給定參考電壓Vcomp一個適當的值，該檢測器提供一半正交的檢測器。一個適當的參考電壓Vcomp值可以是表示振幅信息的第一輸出信號14(DC輸出振幅1)的經過修正的值。該信號可以修改，從而當第三輸出信號指示兩RF信號異相90度時，信號大小一樣。比較器44的輸出電壓是奇函數。
另一種使利用“DC輸出相位”檢測到的相位信號和獲得奇函數成為可能的方法是首先對“DC輸出相位”信號求微分。然后將導數輸入比較器44。比較器44優選地用PI-調節器來實現。
那么就有可能總是將Vcomp設置為參考地。于是當上述導數為零時，相位控制單元46將相位差調節到零度差。
由于在D-AMPS系統中調節器的PI部分將與增益一起設置帶寬，檢測器在高輸入功率時比低輸入電平時將有更高的帶寬。這在功率放大器的線性化中不是缺點，因為它意味著在PA中相位誤差是最高的高輸出功率時，校準循環也是最快的，因此能夠補償誤差。在較低的輸出功率時，由于輸入信號比較低，帶寬也較低，這也是好的，因為無論如何PA都更加線性化，因而無須同樣多的補償。在低輸出功率時，如果帶寬也高，則校準器只降低線性度。
由于所有的測量都是微分，該方法在本質上對溫度和供電電壓的變化不敏感。
很容易理解上面所述的二極管可以用與所述相反的極性相連；即，可以將反向偏置連接成為正向偏置。
功率放大器的另一優選實施例如圖3所示。該放大器包括通過RF扼流圈60與電源電壓58相連并接地的晶體管62。該晶體管的集電極通過阻抗匹配電路64及耦合電容C2與輸出Pout相連。晶體管的輸入(基極)被連接用來通過阻抗匹配電路56及耦合電容C1從圖2的相位控制器46接收輸入信號。眾所周知，晶體管62的工作方式是將提供給其輸入的信號放大以便在其輸出提供一個放大的信號。來自圖1和圖2的功率放大器控制電路的偏置信號41連接到輸入。偏置信號41通過RF阻塞電路54相連，因此雜散的RF信號不會傳輸到輸入。
由此可以看到由圖1和圖2的電路產生的偏置信號41作為偏置電壓直接提供給了功率放大器的晶體管的信號輸入。很容易理解晶體管62可以由任何合適的晶體管提供，比如場效應晶體管(FET晶體管)。在這種情況下，FET晶體管的漏極端子提供放大的信號輸出，并且柵極端子提供信號輸入。
權利要求
1.一種控制功率放大器特征的電路，包括第一和第二輸入；含一個輸入和一個輸出的第一振幅檢測電路，其中輸入與第一輸入相連，該檢測電路包括在該檢測電路輸入與地之間并聯的一個二極管和第一電阻，該二極管在輸入與地之間反向偏置連接；在該檢測電路輸入與輸出之間串聯的第二電阻；以及在該檢測電路輸出與地之間連接的電容器；含一個輸入和一個輸出的第二振幅檢測電路，其中輸入與第二輸入相連，該檢測電路包括在該檢測電路輸入與地之間并聯的一個二極管和第一電阻，該二極管在輸入與地之間反向偏置連接；在該檢測電路輸入與輸出之間串聯的第二電阻；以及在該檢測電路輸出與地之間連接的電容器；含一個輸入和一個輸出的相位檢測電路，輸入與第一和第二輸入中的每個相連，相位檢測電路的輸入與其輸出相連，并且相位檢測電路還包括在輸入與地之間反向偏置連接的二極管；被連接用來接收第一和第二振幅檢測電路輸出的振幅控制電路，并且可以操作以從中產生振幅控制信號；及被連接用來接收相位檢測電路輸出的相位控制電路，并且可以操作以從中產生相位控制信號。
2.一種控制功率放大器特征的電路，包括第一和第二輸入；含一個輸入和一個輸出的第一振幅檢測電路，其中輸入同第一輸入相連，并且第一檢測電路可以操作以產生表示在其輸入接收到的輸入信號振幅的第一輸出信號；含一個輸入和一個輸出的第二振幅檢測電路，其中輸入同第二輸入相連，并且第二檢測電路可以操作以產生表示在其輸入接收到的輸入信號振幅的第二輸出信號；含一個輸入和一個輸出的相位檢測電路，其中輸入與第一和第二輸入中的每個相連，且可以操作以產生表示提供給第一和第二輸入的輸入信號之間的相對相位的相位信號；被連接用來接收第一和第二振幅檢測電路輸出的振幅控制電路，并且可以操作以從中產生振幅控制信號；及被連接用來接收相位檢測電路輸出的相位控制電路，并且可以操作以從中產生相位控制信號。
3.權利要求2中所述的電路，其中第一振幅檢測電路包括在檢測電路輸入與地之間并聯的一個二極管和第一電阻，該二極管在輸入與地之間反向偏置連接；在檢測電路輸入和輸出之間串聯的第二電阻；以及在檢測電路輸出與地之間連接的電容器。
4.權利要求2或3中所述的電路，其中第二振幅檢測電路包括在檢測電路輸入與地之間并聯的一個二極管和第三電阻，該二極管在輸入與地之間反向偏置連接；在檢測電路輸入和輸出之間串聯的第四電阻；以及在檢測電路輸出與地之間連接的電容器。
5.權利要求2、3或4中所述的電路，其中的相位檢測電路包括在輸入與地之間反向偏置連接的二極管，而且其中相位檢測電路的輸入與其輸出相連。
6.權利要求2中所述的電路，其中第一振幅檢測電路包括在檢測電路輸入與地之間并聯的一個二極管和第一電阻，該二極管在輸入與地之間正向偏置連接；在檢測電路輸入與輸出之間串聯的第二電阻；以及在檢測電路輸出與地之間連接的電容器。
7.權利要求2或6中的電路，其中第二振幅檢測電路包括在檢測電路輸入與地之間并聯的一個二極管和第三電阻，該二極管在輸入與地之間正向偏置連接；在檢測電路輸入與輸出之間串聯的第四電阻；以及在檢測電路輸出與地之間連接的電容器。
8.權利要求2、6或7中所述的電路，其中相位檢測電路包括在輸入與地之間正向偏置連接的二極管，并且其中相位檢測電路的輸入與其輸出相連。
9.放大器裝置，包括前面任何一項權利要求中所述的電路；及與第一輸入相連的功率放大器，并且可以操作將在第一輸入接收到的信號放大以產生放大的輸出信號，其中功率放大器被連接用來接收振幅控制信號和相位控制信號，從而分別控制放大器輸出信號的振幅和相位。
10.一種控制功率放大器的方法，包括產生表示放大器的高頻輸入信號振幅的第一信號和表示放大器高頻輸出信號振幅的第二信號、比較第一和第二信號以產生一個比較信號、以及將該比較信號作為偏置控制信號提供給功率放大器。
11.權利要求10中所述的方法，其中功率放大器包括一個晶體管，該晶體管含一個接收高頻輸入信號的信號輸入端，并且其中比較信號提供給晶體管的該信號輸入端。
12.一種控制功率放大器的電路，它包括一個接收輸入信號的輸入端，該電路包括一個確定功率放大器的輸入信號同功率放大器的輸出信號各自的振幅測量裝置；及一個根據測量到的信號產生比較信號的比較器，其中比較器可以操作將該比較信號作為偏置信號直接提供給功率放大器。
13.一種功率放大器電路，包括具有一個接收輸入信號的輸入端的晶體管；及權利要求12中所述的電路，其中比較器被連接用來將比較信號提供給晶體管的輸入端。
14.權利要求13中所述的放大器，其中晶體管是FET晶體管并且輸入端是晶體管的柵極。
15.權利要求13中所述的放大器，其中晶體管是雙極型晶體管并且輸入端是晶體管的基極。
全文摘要
一種控制功率放大器特征的電路，包括第一和第二輸入(2，4)；具有一個輸入和一個輸出(14)的第一振幅檢測電路(8，10，12，16)，其中輸入與第一輸入相連，且第一檢測電路可以操作以產生表示在其輸入端接收到的輸入信號振幅的第一輸出信號；具有一個輸入和一個輸出(26)的第二振幅檢測電路(20，22，24，28)，其中輸入與第二輸入相連，且第二檢測電路可以操作以產生表示在其輸入端接收到的輸入信號振幅的第二輸出信號。該電路還包括具有一個輸入和一個輸出(36)的相位檢測電路(34)，其中輸入與第一和第二輸入中的每個相連，并且可以操作以產生表示提供給第一和第二輸入的輸入信號之間相對相位的相位信號；被連接用來接收第一和第二振幅檢測電路輸出，且可以操作產生振幅控制信號的振幅控制電路(40，42)；以及被連接用來接收相位檢測電路的輸出，且可以操作產生相位控制信號的相位控制電路(44，46)。
文檔編號H03F1/32GK1399812SQ00816274
公開日2003年2月26日 申請日期2000年11月6日 優先權日1999年11月25日
發明者P·-O·布蘭德特 申請人:艾利森電話股份有限公司