專利名稱：一種快速響應開關功放實現的方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及線性功率放大器領域，主要是一種快速響應開關功放實現的方法及裝置。
背景技術：
線性功率放大器在現代微波通信系統中的重要性越來越大。特別是在數字通訊體制的移動通信系統中，線性功率放大器已經是必不可少的重要部件。現在移動通信多種體制共存，對功率放大器的要求越來越高，這就給開發人員及用戶帶來了諸多不便。
功率放大器的主要功能是將前級的小信號進行功率放大，使得發射信號不僅輸出功率能滿足通訊系統的要求，同時產生的失真也要足夠小，以便不改變調制信號的頻譜形狀。因此要求整個發信通道保持嚴格的線性，不允許有非線性失真因素存在。作為發信通道末端的功率放大器，通常要使用線性優良的甲類放大器，由于甲類功率放大器的工作效率很低，功放工作的電流很大，功放的功耗很大，且大部分功耗用來產生熱量，使得功放的散熱又成為問題。
在以往技術中，在系統的接收時隙時將線性功放的電源進行關閉。這種做法雖然提高了隔離度，但由于是對線性功放管理電源的源級進行電源管理，而源級上一般都有較大電容，電壓極高，導致開關響應控制信號的時間很長。而且現有系統一般在主線性功放前還會有前級功放對信號進行預放大，以往技術對這些前級功放未加管理，使得整個系統效率很低，增加了系統設計難度。
發明內容
本發明的目的是克服上述技術的不足，而提供一種快速響應開關功放實現的方法及裝置，通過對線性功放及其前級驅動進行電源管理，使得線性功放系統在TDD工作方式下，提高收發通道的隔離度，縮短了系統開關的時間響應，并大大減少了系統的功耗。
本發明解決其技術問題采用的技術方案這種快速響應開關功放的裝置，包括線性功率放大器，用于將射頻信號進行線性放大，使得被調制的射頻信號經放大后達到系統的電平要求；前級驅動，用于將射頻信號進行預放大，使得射頻信號再經過線性功率放大器后達到系統的電平要求；射頻開關，用于在收發時隙時，根據系統的需要完成收發通路的轉換；該裝置還包括線性功放的電源管理電路，用于對供給線性功放的電源進行實時開關管理，使得線性功放隨系統的收發時隙進行工作，即在接收時隙時，將線性功放的電源進行關閉，減小系統的功耗，同時增加系統的收發隔離度。前級驅動的電源管理電路，用于對供給前級驅動各級功放的電源進行實時開關管理，使得前級驅動各功放隨系統的收發時隙進行工作，在接收時隙時，將前級驅動各功放的電源進行關閉。
本發明中所述線性功放的電源管理電路由兩路控制或門組成，控制或門的輸出由來自基帶板的TTL電平控制，其相應輸出直接控制功放電源的開關。所述或門采用74AHC1G32。
本發明中所述兩路控制或門接收來自基帶板TTL的電平的邏輯相反，每一路TTL電平的高低，控制一路或門的輸出，再通過電阻輸出，控制線性功放柵級的電壓，從而控制其源級至漏級的導通或截止。
本發明中所述前級驅動的電源管理電路由一路控制MOS場效應管、一路控制穩壓管組成；控制MOS場效應管的通斷由來自基帶板的TTL電平控制，其導通時相應輸出為穩壓管的輸出，穩壓管的輸出控制前級驅動電源的開關，減小系統的功耗，同時增加系統的收發隔離度。所述MOS場效應管采用FDC642P；所述穩壓管采用LM2940IMP-5。
本發明所述的這種快速響應開關功放實現的方法，包括如下步驟步驟一，輸入射頻開關控制信號，使射頻開關處于發信狀態；步驟二，使電源管理電路處于導通狀態，線性功放及其前級驅動開始上電；步驟三，線性功放完成正常放大功能，并完成射頻信號輸出；步驟四，關斷射頻輸入信號，同時切換射頻開關使其處于收信或關斷狀態；步驟五，切斷線性功放及其前級驅動的電源，完成線性功放及其前級驅動的關斷。
本發明中所述步驟一中具體過程如下由基帶電路根據系統時序要求，輸入射頻開關控制信號，在該控制信號的作用下射頻開關完成狀態切換，發信通路導通，信號通道處于發信狀態。
本發明中所述步驟二中具體過程如下由基帶電路根據系統時序要求，輸入電源管理電路的控制信號至控制或門，或門輸出使線性功放柵級上有電壓，線性功放開始上電；由基帶電路根據系統時序要求，輸入電源管理電路的控制信號至控制MOS場效應管，使MOS場效應管處于導通狀態，此時電源通過穩壓管加到前級驅動電源端，前級驅動開始上電。
本發明中所述步驟三中具體過程如下當線性功放及其前級驅動完成上電暫態過程并處于穩定工作狀態后，輸入被放大的射頻信號，此時線性功放處于穩定工作狀態能夠完成正常放大功能，放大后的射頻信號通過射頻收發開關輸出。
本發明中所述步驟四中具體過程如下關斷功放的射頻輸入信號，基帶控制電路按照系統要求輸出射頻開關控制信號，射頻開關在該信號的控制下進行切換，完成工作狀態的轉換，使射頻開關處于收信或關斷狀態。
本發明中所述步驟五中的具體過程如下基帶控制電路按照系統要求輸出電源管理電路的控制信號，使線性功放電源管理電路中的或門輸出為低電平，切斷功放電源完成功放的關斷功能；基帶控制電路按照系統要求輸出電源管理電路的控制信號，使前級驅動電源管理電路中的MOS場效應管處于關斷狀態，切斷前級驅動電源完成前級驅動的關斷功能。
本發明有益的效果是1、由于對線性功放及其前級驅動的電源同時采用了電源管理的方式，當系統工作在接收或關斷狀態時，所有功放都停止工作，線性功放及其前級驅動均不產生雜散信號，而且可以對功放輸入端的發信雜散信號進行一定的衰減，從而可以大大增加發射和接收的隔離度；2、本發明對功放的柵級進行電源管理，電源管理電路加在線性功放柵級上來加快時間響應，發射部分的線性功放和接收部分的低噪放可以設計在同一個單板上，使得系統的設計更加容易；同時可以降低系統成本，增加熱效的同時還大大縮短了系統的響應時間。3、本發明由于線性功放及其前級驅動在接收狀態時停止工作，功放工作電流大大降低，從而可以降低系統的功耗，進而進一步簡化功放的熱設計和電源部分的設計難度，而實時工作的功放由于工作的電流很大，功耗很大，對系統的散熱和功放的結構就提出了更高的要求。4、實現本發明所述具有線性開關功能的功率放大功能，不僅能使得功率放大器滿足系統的要求，更主要的是在滿足系統指標要求的基礎上，將功率放大器及其前級驅動設計成開關式的，適合TDD工作環境下的系統，在TDD工作的通訊系統中將能得到廣泛應用。采用本發明提供的方法及裝置，不僅能使技術難度降低，研發周期縮短，而且開發和生產成本也會大幅減少，生產工藝標準、簡單，有利于大規模批量生產。
圖1是本發明的原理框圖；圖2是本發明中電源管理電路的原理框圖；圖3是本發明的線性功放、前級驅動、電源管理電路及射頻開關之間的連接示意圖；圖4是本發明中實施例1的線性功放電源管理或門控制電路的電路原理示意圖；圖5是本發明中實施例2的線性功放電源管理或門控制電路的電路原理示意圖；圖6是本發明中前級驅動電源管理電路的電路原理圖。
具體實施例方式
下面結合附圖及實施例對本發明作進一步詳細的說明。
本發明所實現的快速響應開關功放的方法和裝置，是針對TDD工作方式的系統的，由于系統的功耗的要求比較高。而本發明是在線性功放的基礎上進行電源管理，使得線性功放工作在TDD模式的系統中，當系統工作在接收狀態時，整個發送部分停止工作，因此可以降低系統的功耗。因此系統中的線性功放在滿足系統線性指標的前提下采用開關工作形式，從而大大降低了系統的功耗，并且在系統實際工作中可提高收發的隔離度。
如圖1所示圖中[101]為線性開關功放前級驅動的電源管理部分，是對前級驅動進行電源控制，使得前級驅動工作在開關狀態。[102]為線性功放的前級驅動，是對射頻信號進行預放大處理。[103]為線性功放的電源管理部分，是對線性功放進行電源管理，使得線性功放工作在開關狀態。[104]為線性功放，使得射頻信號滿足系統的要求。[105]為功放射頻輸出的射頻開關，主要是進行功放的發射和低噪放接收的切換，屬于本發明的附屬部分。[106]為射頻信號輸出端。[107]為當射頻開關切換到接收狀態時的接收通路。
如圖2所示由基帶來的信號[201]控制或門[202]的輸出，當或門輸出為一高電平時，線性功放[203]柵級導通而存在電壓，使得線性功放[203]的源級和漏級導通，線性功放開始上電。
由基帶來的信號[205]控制MOS場效應管[206]的開關，當MOS場效應管[206]導通時，穩壓管[204]的輸出通過MOS場效應管[206]加到前級驅動柵級上，前級驅動開始上電。
當系統工作在發信狀態時，基帶部分輸出電源管理控制信號和射頻開關控制信號，在電源管理信號的控制下，電源管理電路使功放及其前級驅動上電，同時射頻收發開關在射頻開關控制信號作用下完成工作狀態的切換，使其工作在發信狀態，經過一段時間使線性功放、前級驅動和射頻開關建立起穩定的工作狀態后，由射頻信號輸入電路輸入被放大的射頻信號，此時功放已能完成正常的放大功能，放大后的射頻信號通過射頻開關輸出。
當系統完成發信功能將要切換至收信狀態時，射頻輸入電路關斷射頻輸入信號，基帶部分輸出電源管理控制信號和射頻開關控制信號，在電源管理信號的控制下，電源管理電路關斷線性功放及其前級驅動的電源，同時射頻收發開關在射頻開關控制信號作用下完成工作狀態的切換，使射頻收發開關處于收信狀態。
如圖3所示由前端來的射頻信號RF in經[302前級驅動]和[304線性功放]放大后，經[305射頻開關]控制送入天線進行發射。在工作過程中，[301前級驅動電源管理]、[303線性功放電源管理]和[305射頻開關]同步工作。當模塊(在本發明中，所述模塊是指線性功放和低噪放接收合在一起的統稱)工作在發射時隙時，[301前級驅動電源管理]和[303線性功放電源管理]分別打開[302前級驅動]和[304線性功放]的電源，[302前級驅動]和[304線性功放]工作，同時[305射頻開關]工作在發射狀態，這樣將完成射頻信號的放大傳輸工作。當模塊工作在接收時隙時，[301前級驅動電源管理]和[303線性功放電源管理]將分別關閉[302前級驅動]和[304線性功放]的電源，達到系統節電的目的，并且將大大增加收發的隔離度。同時，[305射頻開關]工作在接收狀態。
如圖4所示其工作方式為以或門74AHC1G32 2U15為例，從基帶板輸出的TXON信號控制或門74AHC1G32 2U15的輸出。當1處輸入的TXON為高電平時，4處輸出的VG21也為高電平，此時線性功放柵極導通而存在電壓，功放開始上電。當TXON為低電平時，線性功放柵極不導通，實現了主功放的關斷功能，因此可以通過TXON高低電平的變化，實現了主功放電源的開關功能。
如圖5所示或門74AHC1G32 2U14的工作原理與圖4基本相同，只是控制信號TXON的邏輯與2U15相反。
如圖6所示其工作方式為給定一+5.7V電壓，經過穩壓管LM2940IMP-52U12后，供給MOS場效應管FDC642P 2U11源極(S)的電壓為+5V。從基帶板輸出的TXON信號控制MOS場效應管FDC642P2U11的輸出。當TXON輸入為高電平時，MOS場效應管FDC642P 2U11柵極(G)上有電壓，源極至漏極(D)導通，MOS場效應管FDC642P 2U11源極上的電壓+5V通過漏極加到前級驅動的柵極上，前級驅動開始上電。當輸入為低電平時，MOS場效應管FDC642P 2U11源極至漏極不導通，漏極上無電壓，所以前級驅動柵極上也沒有電壓，前級驅動上無電流從而實現了前級驅動的關斷功能，因此可以通過TXON高低電平的變化，實現了前級功放電源的開關功能。
除上述實施例外，本發明還可以有其他實施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本發明要求的保護范圍。
權利要求
1.一種快速響應開關功放實現的裝置，該裝置包括線性功率放大器，用于將射頻信號進行線性放大；前級驅動，用于將射頻信號進行預放大；射頻開關，用于在收發時隙時，根據系統的需要完成收發通路的轉換；其特征在于該裝置還包括線性功放的電源管理電路，用于對供給線性功放的電源進行實時開關管理，使得線性功放隨系統的收發時隙進行工作，即在接收時隙時，將線性功放的電源進行關閉；前級驅動的電源管理電路，用于對供給前級驅動各級功放的電源進行實時開關管理，使得前級驅動各功放隨系統的收發時隙進行工作，在接收時隙時，將前級驅動各功放的電源進行關閉。
2.根據權利要求1所述的快速響應開關功放實現的裝置，其特征是所述線性功放的電源管理電路由兩路控制或門組成，控制或門的輸出由來自基帶板的TTL電平控制，其相應輸出直接控制功放電源的開關。
3.根據權利要求2所述的快速響應開關功放實現的裝置，其特征是所述兩路控制或門接收來自基帶板TTL的電平的邏輯相反，每一路TTL電平的高低，控制一路或門的輸出，再通過電阻輸出，控制線性功放柵級的電壓，從而控制其源級至漏級的導通或截止。
4.根據權利要求1所述的快速響應開關功放實現的裝置，其特征是所述前級驅動的電源管理電路由一路控制MOS場效應管、一路控制穩壓管組成；控制MOS場效應管的通斷由來自基帶板的TTL電平控制，其導通時相應輸出為穩壓管的輸出，穩壓管的輸出控制前級驅動電源的開關。
5.一種快速響應開關功放實現的方法，其特征在于，該方法包括如下步驟步驟一，輸入射頻開關控制信號，使射頻開關處于發信狀態；步驟二，使電源管理電路處于導通狀態，線性功放及其前級驅動開始上電；步驟三，線性功放完成正常放大功能，并完成射頻信號輸出；步驟四，關斷射頻輸入信號，同時切換射頻開關使其處于收信或關斷狀態；步驟五，切斷線性功放及其前級驅動的電源，完成線性功放及其前級驅動的關斷。
6.根據權利要求5所述的快速響應開關功放實現的方法，其特征在于所述步驟一中具體過程如下由基帶電路根據系統時序要求，輸入射頻開關控制信號，在該控制信號的作用下射頻開關完成狀態切換，發信通路導通，信號通道處于發信狀態。
7.根據權利要求5所述的快速響應開關功放實現的方法，其特征在于所述步驟二中具體過程如下由基帶電路根據系統時序要求，輸入電源管理電路的控制信號至控制或門，或門輸出使線性功放柵級上有電壓，線性功放開始上電；由基帶電路根據系統時序要求，輸入電源管理電路的控制信號至控制MOS場效應管，使MOS場效應管處于導通狀態，此時電源通過穩壓管加到前級驅動電源端，前級驅動開始上電。
8.根據權利要求5所述的快速響應開關功放實現的方法，其特征在于所述步驟三中具體過程如下當線性功放及其前級驅動完成上電暫態過程并處于穩定工作狀態后，輸入被放大的射頻信號，此時線性功放處于穩定工作狀態能夠完成正常放大功能，放大后的射頻信號通過射頻收發開關輸出。
9.根據權利要求5所述的快速響應開關功放實現的方法，其特征在于所述步驟四中具體過程如下關斷功放的射頻輸入信號，基帶控制電路按照系統要求輸出射頻開關控制信號，射頻開關在該信號的控制下進行切換，完成工作狀態的轉換，使射頻開關處于收信或關斷狀態。
10.根據權利要求5所述的快速響應開關功放實現的方法，其特征在于所述步驟五中的具體過程如下基帶控制電路按照系統要求輸出電源管理電路的控制信號，使線性功放電源管理電路中的或門輸出為低電平，切斷功放電源完成功放的關斷功能；基帶控制電路按照系統要求輸出電源管理電路的控制信號，使前級驅動電源管理電路中的MOS場效應管處于關斷狀態，切斷前級驅動電源完成前級驅動的關斷功能。
全文摘要
本發明涉及一種快速響應開關功放的裝置，包括線性功率放大器、前級驅動、射頻開關和線性功放的電源管理電路，用于對供給線性功放的電源進行實時開關管理；前級驅動的電源管理電路，用于對供給前級驅動各級功放的電源進行實時開關管理；本發明實現的方法是1.輸入射頻開關控制信號，使射頻開關處于發信狀態；2.使電源管理電路處于導通狀態，線性功放及其前級驅動開始上電；3.線性功放完成正常放大功能，并完成射頻信號輸出；4.關斷射頻輸入信號，同時切換射頻開關使其處于收信或關斷狀態；5.切斷線性功放及其前級驅動的電源，完成線性功放及其前級驅動的關斷。本發明有益的效果是增加發射和接收的隔離度；降低了系統成本，增加熱效，縮短了系統的響應時間。
文檔編號H03F1/02GK101079599SQ200710069280
公開日2007年11月28日 申請日期2007年6月11日 優先權日2007年6月11日
發明者舒曉軍, 俞海明, 王學富, 周葉茂 申請人:浙江三維通信股份有限公司