專利名稱：Rf功率放大系統(tǒng)及方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明一般涉及RF功率放大器，更特別涉及高效、線性RF信號放大。
RF信號放大是RF信號產(chǎn)生和發(fā)射中的共同步驟。典型的，無線通信設(shè)備，例如無線通信網(wǎng)絡(luò)中使用的移動終端，包括一個或多個實現(xiàn)RF信號放大的功率放大器。這些功率放大器將移動終端發(fā)射的RF信號的功率電平提高到適合發(fā)射到遠程基站等處的電平。
移動終端通常對總工作功率有明顯的限制。因為移動終端的體積因消費者對便利和輕便的要求而減小，所以包含的電池組的體積也會減小。因為移動終端的RF功率放大區(qū)是主要功耗區(qū)域，所以高效的信號放大對可接受的移動終端“通話時間”額定值是最為重要的。該額定值是給定移動終端在耗盡其電池電荷之前以有源通信模式工作的時間長度。因此功率放大器的效率對于獲得競爭性的移動終端工作時間是關(guān)鍵性的。
輸出RF功率與輸入DC功率之比得到功率放大器的效率額定值。通常，給定功率放大器的效率隨放大器輸出功率沿著線性放大范圍向上移動而增加，在放大器工作的飽和模式的規(guī)定點效率達到其最大值。雖然移動終端等電池供電設(shè)備中的功率放大器理論上在任何正在有源發(fā)射的時候都將以飽和模式工作，但通信標準典型確定這種工作是否是可容許的。例如，長期制定的高級移動電話系統(tǒng)(AMPS)標準定義了一種恒包絡(luò)、調(diào)頻發(fā)射信號。
當在AMPS系統(tǒng)中發(fā)射時，功率放大器不需要傳遞振幅信息，能夠以效率更高的飽和模式工作。例如在改進數(shù)據(jù)率GSM服務(wù)(EDGE)中使用的較新的數(shù)字調(diào)制標準使用的技術(shù)需要某些形式的線性信號調(diào)制。例如EDGE使用8路相移鍵控(FSK)調(diào)制。這些數(shù)字調(diào)制標準的效率更為可怕，例如它們?nèi)菰S在給定射頻帶寬部分中傳輸更多的信息。但是，因為需要線性放大，所以放大器功率效率降低了。
發(fā)明概述本發(fā)明提供了一種用于高效線性RF信號放大的系統(tǒng)和方法。為高效飽和模式工作配置的RF功率放大器電路包括一個將功率放大器的電源電壓接線端連接到電源電壓的有損調(diào)制器。有損調(diào)制器按調(diào)幅信號的函數(shù)改變電源電壓和功率放大器電源接線端之間的串聯(lián)負載。對于給定的放大器供電電流，變化的負載按照調(diào)幅信號調(diào)制提供給功率放大器的電源電壓。即使放大器配置為飽和模式工作，這種負載調(diào)制行為也對功率放大器的輸出信號進行所希望的調(diào)幅。在該配置中，功率放大器電路既顯示出高效率，又顯示出高線性。
RF信號除了振幅信息之外還包括頻率或相位信息，可以分成第一和第二信號分量。第一信號為希望的發(fā)射頻率，具有恒振幅包絡(luò)，但是包含要被放大的原始RF信號的相位或調(diào)頻信息。第二信號是調(diào)幅(AM)信號，表示要放大的原始RF信號中的AM信息。工作在高效飽和模式的功率放大器放大第一信號，同時第二信號通過有損調(diào)制器調(diào)制提供給功率放大器的電源電壓。以這種方式，功率放大器的RF輸出信號包含要被放大的原始RF信號的相位或頻率和振幅信息有損調(diào)制器工作象一個對調(diào)幅信號起反應(yīng)的可變阻抗。有損調(diào)制器可以以數(shù)字形式實現(xiàn)，也可以以模擬形式實現(xiàn)。在工作中，有損調(diào)制器可以方便的提供一個基本上從零到無限大阻抗的可變阻抗范圍。有損調(diào)制器具有向下基本到零阻抗的工作能力，使得功率放大器能夠在基本等于供電電壓的電壓上工作。有損調(diào)制器非常低的最小導通阻抗確保不會減小RF輸出信號的最大動態(tài)范圍。
附圖簡述

圖1是典型RF功率放大器輸出功率傳遞曲線及對應(yīng)的效率圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的射頻功率放大器電路的功能圖。
圖3是工作中的圖2射頻功率放大器電路圖。
圖4是圖2功率放大器電路中有損調(diào)制器的示例模擬實施方案。
圖5是圖2功率放大器電路中有損調(diào)制器的示例數(shù)字實施方案。
圖6是結(jié)合了本發(fā)明的移動終端的簡化圖。
圖7是圖6結(jié)合了圖4有損調(diào)制器電路的發(fā)射機圖。
圖8是圖6結(jié)合了圖5有損調(diào)制器電路的發(fā)射機圖。
圖9是圖6發(fā)射機的平衡放大器實現(xiàn)圖。
發(fā)明詳述雖然本發(fā)明考慮在功率放大器效率和線性為關(guān)鍵的移動終端或其它電池供電的RF通信設(shè)備中使用，但是它適用于廣大范圍的RF應(yīng)用。
圖1顯示了典型功率放大器的一般射頻輸出功率曲線，還說明了放大器工作點及其工作效率之間的一般關(guān)系。橫軸表示輸入信號RFIN的RF功率，而縱軸表示射頻功率放大器輸出信號RFOUT的RF功率?？v軸上的工作點1(OP1)表示為功率放大器線性工作選擇的額定工作點。
OP1對應(yīng)于線性模式工作的放大器工作效率η1，典型值可能在40％左右。如在EDGE移動終端中使用的8-PSK技術(shù)等某些調(diào)制標準對線性的要求使得OP1會顯著降低功率放大器輸出的頻譜特性。因為這一點，可以設(shè)置功率放大器工作在工作點2(OP2)，這提供了更大的線性放大范圍，但是導致效率顯著降低。對于OP2，效率典型值可能在30％的范圍內(nèi)。
工作點3(OP3)與OP1和OP2相比提供了顯著提高的效率，但是要求功率放大器以飽和模式工作，其中RF輸出功率不再隨RF輸入功率線性變化。如前面提到的，某些信號調(diào)制方案不要求線性放大，因此在OP3工作不存在關(guān)于這種信號調(diào)制方案的問題。但是，要求線性放大的信號調(diào)制方案不受以飽和模式工作的傳統(tǒng)功率放大器的放大作用。
圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的簡化功率放大器電路10。功率放大器電路10包括射頻功率放大器12和有損調(diào)制器14。工作中，為了RF輸入信號RFIN的飽和模式應(yīng)用，將RF功率放大器12加偏壓。有損調(diào)制器14行為象一個可變電阻，串聯(lián)放置在電源電壓VSUPPLY和RF功率放大器12的電源電壓輸入13之間。因為有損調(diào)制器14通過可變功耗控制輸出信號振幅調(diào)制，所以產(chǎn)生了詞語“有損調(diào)制器”。更特別的是，有損調(diào)制器14作用象一個電阻負載，根據(jù)調(diào)幅控制信號改變電阻負載，在有損調(diào)制器的電阻負載兩端得到希望的電壓降。
工作時，RF功率放大器12以飽和模式運行，放大恒包絡(luò)射頻輸入信號RFIN，得到放大的射頻輸出信號RFOUT。RFOUT的信號振幅受RF功率放大器12的工作電壓的限制。電源電壓VSUPPLY通過有損調(diào)制器14連接到RF功率放大器12的電源輸入。有損調(diào)制器14行為象一個對輸入調(diào)幅信號AMIN起反應(yīng)的可變電阻。因為功率放大器12牽引其工作電流通過有損調(diào)制器14，所以有損調(diào)制器14的有效串聯(lián)電阻決定功率放大器12的工作電壓VPA。因此，工作時，功率放大器工作電壓VPA是調(diào)幅信號AMIN的函數(shù)，有損調(diào)制器14的最小阻抗和值VSUPPLY定義了最大工作值。
圖3說明有損調(diào)制器14如何根據(jù)調(diào)幅輸入信號AMIN對輸出信號RFOUT進行包絡(luò)調(diào)制。上方的圖顯示RF輸入信號RFIN的示例部分，中間的圖顯示調(diào)幅(AM)波形AMIN的時間對齊的示例部分，下方的圖顯示RF輸出信號RFOUT的時間對齊的示例部分。輸入信號RFIN有一個恒包絡(luò)，包含如相位或調(diào)頻信息。RF輸出信號RFOUT的振幅隨AM輸入信號AMIN的振幅增加而增加。反之，RF輸出信號RFOUT的振幅也隨AM輸入信號AMIN的振幅減小而減小。通過使AMIN的改變相對于RFOUT的改變成線性，可以使用AM輸入信號在RFOUT中加上線性AM信息。
圖4是功率放大器電路10的示例圖，包含有損調(diào)制器14的模擬實現(xiàn)。有損調(diào)制器14包括旁路晶體管16、控制放大器18、集電極電阻20、反饋電阻(RF)22和發(fā)射極電阻(RE)24。例如控制放大器18可能是雙極結(jié)晶體管(BJT)，配置用于根據(jù)AM輸入信號AMIN線性控制旁路晶體管16。
設(shè)定控制放大器18工作在有源模式，提供隨AM輸入信號AMIN的振幅線性改變的集電極電流。反饋和發(fā)射極電阻22和24分別設(shè)置控制放大器18的增益。工作時，通過集電極電阻20的電流隨AM輸入信號AMIN的振幅增加而線性增加。集電極電阻20兩端的電壓降隨集電極電流的增加而增加，從而增加旁路晶體管16柵極—源極電壓(VGS)的振幅。
旁路晶體管16作用象一個可變電阻器件。在該實施方案中，旁路晶體管16的作用象一個壓控可變電阻器件，例如可以是場效應(yīng)晶體管(FET)。對于所說明的P溝道FET，連接到電源電壓VSUPPLY的源極端和連接到功率放大器12的工作電壓輸入13的漏極端之間的阻抗的變化是柵極—源極電壓VGS的函數(shù)。因此旁路晶體管16的漏極—源極阻抗(RDS-ON)隨VGS的振幅增加而降低。對于P溝道PET，VGS為負，表示柵極電壓相對于源極電壓降低了?？刂品糯笃魍ㄟ^控制旁路晶體管16的集電極電阻20兩端的電壓降來控制器柵極電壓。
使用現(xiàn)代的FET器件，最小開態(tài)漏極—源極阻抗RDS-ON可以非常小。例如，和功率有關(guān)的P-FET器件獲得小于30毫歐的最小RDS-ON值。旁路晶體管16達到這樣低的開態(tài)阻抗的能力為功率放大器電路10提供了重要的益處。例如，放大效率對于天生受電源電壓和可用功率限制的電池供電的通信設(shè)備常常是最重要的。當希望RFOUT有最大輸出信號擺幅時，可以驅(qū)動有損調(diào)制器14的旁路晶體管16到最小開態(tài)阻抗值，這樣加在功率放大器12上的工作電壓VPA基本等于電源電壓VSUPPLY。
因為工作電壓VPA限制了RF輸出信號RFOUT的信號振幅，所以RF功率放大器12的增益是加在其工作電壓輸入13上的工作電壓VPA的函數(shù)。電壓VPA由電源電壓VSUPPLY、有損調(diào)制器14的增益和AM輸入信號AMIN的瞬時值確定。
反饋電阻22和發(fā)射極電阻24與RF功率放大器12的電源電壓輸入13串聯(lián)，因此形成了一個接地的分壓器。在該配置中，提供給RF功率放大器12的工作電壓VPA的一小部分出現(xiàn)在控制放大器18的發(fā)射極。隨著AM輸入信號AMIN增加，旁路晶體管的RDS-ON降低，VPA增加?？刂品糯笃?8的基極—發(fā)射極電壓隨VPA增加而降低。以這種方式反饋回功率放大器工作電壓VPA，保持控制放大器18的控制響應(yīng)與調(diào)幅信號AMIN成線性，并設(shè)置有損調(diào)制器14的增益。
反饋電阻22、發(fā)射極電阻24和集電極電阻20的值取決于給定的設(shè)計要求集合。在示例配置中，反饋電阻22和發(fā)射極電阻24的值的大小要使得它們形成的電阻分壓器與從功率放大器12的工作電壓輸入13看進去的有效阻抗相比要較大。例如，根據(jù)所希望的有損調(diào)制器14的特定增益，反饋電阻22可以是大約100歐姆，而發(fā)射極電阻24可以是大約50歐姆。集電極電阻20的值只需要在一個值范圍內(nèi)，使得控制放大器18的可用集電極電流的范圍為旁路晶體管16的柵極產(chǎn)生一個適當?shù)目刂乒ぷ鞣秶?VGS)。
圖5是包含有損調(diào)制器14數(shù)字實現(xiàn)的功率放大器電路10的示例圖。有損調(diào)制器14包含多個旁路晶體管16，并行放置，連接電源電壓VSUPPLY和濾波電路24。為了方便起見，可以通過上拉電阻26將各個旁路晶體管16的柵極上拉到電源電壓VSUPPLY。上拉電阻26為數(shù)字I/O線提供了一個便于數(shù)字控制的接口，用于將各個旁路晶體管16導通或斷開。不同的旁路晶體管16可以組合特定RDS-ON值，使得可以按不同的二進制組合導通或斷開旁路晶體管16，從而得到希望的、在電源電壓VSUPPLY和功率放大器12的工作電壓輸入13之間的總串聯(lián)阻抗值。
為了產(chǎn)生與RF輸出信號RFOUT希望的AMIN信息成比例變化的有效串聯(lián)阻抗，AMIN信號的N位數(shù)字形式采用與連續(xù)有效阻抗值對應(yīng)的連續(xù)二進制值，在并聯(lián)晶體管16集合兩端加上希望的電壓降。因此，當希望在輸出信號RFOUT上加上已知的AM信息時，數(shù)字AMIN信號采用對應(yīng)于RFOUT信號所希望的AM信息的連續(xù)二進制值。
并聯(lián)晶體管16集合兩端的電壓降通常取決于導通多少個并聯(lián)晶體管16，特別是取決于導通了并聯(lián)晶體管16中哪一個特定晶體管。優(yōu)選是象一個開關(guān)一樣運行各個并聯(lián)晶體管16，假設(shè)是全開和全關(guān)狀態(tài)，而不是以模擬方式運行。因此，各個導通的并聯(lián)晶體管16的特性開態(tài)阻抗決定了其對多個晶體管16的總有效阻抗的作用。
在數(shù)字實現(xiàn)中，AM輸入信號AMIN是一個N位數(shù)字信號，其中N等于并聯(lián)晶體管16的數(shù)量。因為動態(tài)導通和斷開不同的旁路晶體管16會在工作電壓VPA中產(chǎn)生噪聲，所以在RF功率放大器12的工作電壓輸入13和并聯(lián)晶體管16集合之間放置一個濾波電路24。濾波電路24濾除因以不同組合導通和斷開并聯(lián)的旁路晶體管16集合而產(chǎn)生的開關(guān)噪聲。根據(jù)濾波電路24的實現(xiàn)，其特性電壓降可能與牽引功率放大器12的電流成比例。可以將數(shù)字AMIN信號的二進制值偏移一個固定量來補償這一點，或者可以使用濾波電路24的工作電壓輸出反饋來補償AMIN的值。
如后面將要更為詳細解釋的，AM輸入信號AMIN的頻率是一個大大低于RF輸入信號RFIN的頻率的頻率。例如，至少在某些期望的應(yīng)用中，例如EDGE或數(shù)字AMPS(IS-136)調(diào)制，AM輸入信號AMIN為1MHz或低于1MHz。因此，對產(chǎn)生數(shù)字AMIN信號的電路的性能要求不顯著，而且濾波節(jié)點24的設(shè)計是順向的。
雖然本發(fā)明為很多通信系統(tǒng)提供了有利條件，但特別有益于工作效率是最重要的電池供電的無線通信設(shè)備。圖6是在如蜂窩無線電話網(wǎng)絡(luò)等無線通信系統(tǒng)中使用的典型移動終端的簡化圖，一般用數(shù)字100表示移動終端。移動終端100包括系統(tǒng)控制器102及相關(guān)存儲器104、接收機120、發(fā)射機130、天線共用器/天線140和用戶接口150。
工作時，移動終端100通過射頻信號在它與遠程基站(沒有顯示)之間發(fā)送和接收信息。系統(tǒng)控制器102典型實現(xiàn)為一個或多個微控制器(MCU)，管理用戶接口150和提供對移動終端100的總體控制。存儲器104通常包括應(yīng)用軟件、工作時使用的常量默認值以及數(shù)據(jù)的工作空間。
用戶通過用戶接口150與移動終端100交互。麥克風152將用戶語音信號轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的模擬信號，提供給發(fā)射機130，隨后進行轉(zhuǎn)換、處理并通過天線共用器/天線140發(fā)射到遠程基站。接收機120接收來自遠程基站的信號并提取接收的音頻信息，例如來自遠程用戶的語音，并提供一個聲頻信號來驅(qū)動包含在用戶接口150中的揚聲器154。用戶接口150還包括接收用戶命令和數(shù)據(jù)輸入的鍵盤156和為用戶提供可視信息的顯示器158。簡而言之，用戶接口150允許用戶發(fā)送和接收語音和其它聲頻信息、撥號和按需要輸入其它數(shù)據(jù)。
接收機120包括接收機/放大器122、解碼/數(shù)據(jù)恢復模塊124和數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)126。工作時，通過天線144接收信號，天線共用器142提供接收和發(fā)射信號之間的信號隔離。接收信號發(fā)送給接收機放大器122，進行接收信號的調(diào)整、濾波和下變換。在數(shù)字實現(xiàn)中，接收機/放大器122可以使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)為解碼/數(shù)據(jù)恢復模塊124提供對應(yīng)于輸入的接收信號的連續(xù)數(shù)字值。解碼/數(shù)據(jù)恢復模塊124恢復接收信號中編碼的聲頻信息，為DAC 126提供對應(yīng)于接收聲頻信息的數(shù)字值。而DAC 126提供一個適合驅(qū)動揚聲器154的模擬輸出信號。
發(fā)射機130包括ADC 132、基帶處理器134、頻率變換模塊136和根據(jù)本發(fā)明配置的發(fā)射放大器138。工作時，ADC 132將來自麥克風152的模擬語音信號轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的數(shù)字值?；鶐幚砥?34處理并編碼這些數(shù)字值，提供糾錯編碼并轉(zhuǎn)換成適合頻率變換模塊136中頻率變換調(diào)制的格式。頻率轉(zhuǎn)換模塊136為發(fā)射放大器138提供恒包絡(luò)輸入信號RFIN，基帶處理器134為其提供AM輸入信號AMIN。而發(fā)射放大器138產(chǎn)生RF輸出信號RFOUT，通過天線共用器/天線140發(fā)射給遠程基站。
存在很多技術(shù)，根據(jù)要發(fā)射的數(shù)據(jù)，為給定發(fā)射信號調(diào)制技術(shù)產(chǎn)生分離的調(diào)幅和調(diào)相信息。以各不相同的細節(jié)說明這種技術(shù)的示例專利包括5,847,602；5,861,777；6,049,703；4,417,358；5,777,519；5,825,248；5,886,572；5,929,702和5,251,330，在這里通過引用結(jié)合了所有這些專利。
圖7是發(fā)射機130的圖，其中發(fā)射放大器138包括圖3的功率放大器電路10。這種配置的功率放大器電路10包括模擬實現(xiàn)的有損調(diào)制器14。
基帶處理器134接收聲頻數(shù)據(jù)，并處理該數(shù)據(jù)產(chǎn)生恒包絡(luò)調(diào)相信號φ和AM輸入信號AMIN?；鶐幚砥?34可以由數(shù)字信號處理器(DSP)實現(xiàn)，對于與接收和發(fā)射操作相關(guān)的數(shù)字處理功能，可以在接收機120和發(fā)射機130之間共享。對于M路PSK等調(diào)制方案，希望結(jié)合AM輸入信號AMIN產(chǎn)生調(diào)相信號φ。改進數(shù)據(jù)率GSM服務(wù)(EDGE)移動終端100可以利用，例如8-PSK。這些較新的調(diào)制標準要求對相鄰信道功率有嚴格的限制，要求400KHz偏移處的相鄰信道功率比為，例如-56dB。發(fā)射放大器138必須以良好的線性工作，以達到這些性能要求。
頻率轉(zhuǎn)換模塊136將基帶處理器134提供的調(diào)相信號φ轉(zhuǎn)換到希望的載波頻率。因此，頻率轉(zhuǎn)換模塊136為發(fā)射放大器138提供將要被RF功率放大器12放大的RF輸入信號RFIN。如前面提到的，AM輸入信號AMIN典型是處在比RF輸入信號RFIN，例如可能是1.8GHz，低的頻率上，例如1MHz。發(fā)射放大器138按照前面對功率放大器電路10的描述工作。
圖8是發(fā)射機130的圖，其中發(fā)射放大器138還包括圖7的功率放大器電路10。但是，這種配置的功率放大器電路10包括數(shù)字實現(xiàn)的有損調(diào)制器14。發(fā)射機130的工作基本與上面說明的一致，但基帶處理器134產(chǎn)生的AM輸入信號AMIN為N位數(shù)字信號，適合分別導通和斷開N個并聯(lián)晶體管16，從而改變電源電壓VSUPPLY與功率放大器12的工作電壓輸入13之間的有效串聯(lián)阻抗。此外，使用ADC 132為基帶處理器134提供反饋信號。這使得基帶處理器134能夠象有損調(diào)制器14的模擬實現(xiàn)中所提供的一樣，提供對電壓VPA的閉環(huán)控制。
因為ADC 132還對來自麥克風152的模擬聲頻信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，所以這種配置假設(shè)ADC 132有至少一個額外的轉(zhuǎn)換信道供使用。當然，模數(shù)轉(zhuǎn)換功能可以在移動終端100的其它地方可用，或可以為有損調(diào)制器14的數(shù)字實現(xiàn)(見圖5)特別提供。
工作時，基帶處理器134根據(jù)發(fā)射信號RFOUT想要的希望相位和AM信息確定調(diào)相信號φ和數(shù)字AMIN信號。更特別的是，基帶處理器134確定數(shù)字AMIN信號的二進制值，按照對應(yīng)于希望的有效阻抗的各不相同的組合導通和斷開并聯(lián)晶體管16集合。希望的有效阻抗等于電源電壓VSUPPLY與功率放大器12的工作電壓輸入13之間的有效電壓降。放大器工作電壓VPA通過ADC 132的數(shù)字化反饋，使基帶處理器134能夠?qū)MIN信號進行閉環(huán)調(diào)整，使工作電壓VPA的誤差最小化。
還請注意，反饋回來的VPA使基帶處理器134能夠“學習”各個旁路晶體管16的RDS-ON特性。以這種方式，基帶處理器134能夠通過觀察對應(yīng)AMIN的特定二進制值的特定VPA值，校準其對整個并聯(lián)晶體管16集合的控制。通過反饋工作電壓VPA，基帶處理器134可以實現(xiàn)一個總校準過程，使移動終端100能夠產(chǎn)生一個希望工作電壓設(shè)置及對應(yīng)數(shù)字AMIN信號二進制值的查找表。另一種做法是，可以用對應(yīng)于各個旁路晶體管16的特定RDS-ON值對基帶處理器134或一些相關(guān)存儲器器件進行預(yù)編程。如果已經(jīng)知道適當精度的阻抗值具有足夠的準確性，則基帶處理器134可以使用不需要閉環(huán)反饋的并聯(lián)晶體管16控制工作電壓VPA。在這種配置中，開環(huán)控制的并聯(lián)晶體管16可以基于對應(yīng)于各個并聯(lián)晶體管16的已知阻抗的查找表信息。在這種情況下，查找表自身可能只是希望的振幅設(shè)置及對應(yīng)數(shù)字AMIN信號二進制值的列表。
圖9說明了一種平衡放大器方法，包括兩個RF功率放大器12A和12B；各由有損調(diào)制器14提供一個已調(diào)制工作電壓VPA。平衡發(fā)射機138還包括兩個3分貝定向耦合器30A和30B。耦合器30A和30B可以是混合或相移Wilkinson或集總元件組合器。
運用平衡放大器12A和12B會加強消除由于發(fā)射機138外部接線端不匹配而引起的反射功率。如前面討論的，基帶處理器134產(chǎn)生調(diào)相信號及相應(yīng)的AM信號。頻率轉(zhuǎn)換模塊136將調(diào)相信號調(diào)制到發(fā)射頻率上，作為RFIN信號驅(qū)動耦合器30A。耦合器30A用RFIN信號驅(qū)動第一RF功率放大器12A，用相移90°的RFIN信號驅(qū)動第二RF功率放大器12B。RF功率放大器12A和12B的兩個RFOUT信號驅(qū)動輸出耦合器30B，相對相移90°。最終送往天線共用器/天線140的RFOUT信號取自耦合器30B的輸出。
可以使用相同的AM信號調(diào)制兩個RF功率放大器12A和12B。雖然振幅和相位信號的相對相位校準是重要的，但在足夠高的RFIN的RF載波頻率上，對兩個放大器12A和12B使用相同AM信號而引起的振幅偏移量小到可忽略不計。實際上，使用相同AM信號的最終結(jié)果是有效消除了放大器12A和12B輸出信號的任何振幅失配，導致加強消除，穩(wěn)定性更好。
當然本發(fā)明可以在不偏離本發(fā)明精神和關(guān)鍵特性的前提下，以這里提出的那些方式之外的其它特定方式實現(xiàn)。因此在各個方面進行解釋的本實施方案是說明性的，而不是限制性的，這里計劃包含所有在附加權(quán)利要求的含義及等價含義范圍內(nèi)的變化。
權(quán)利要求
1.一種功率放大器電路，包括一個功率放大器，加偏壓進行飽和模式工作，作用是通過放大一個恒包絡(luò)RF輸入信號產(chǎn)生一個RF輸出信號；以及一個調(diào)制器，包括一個連接功率放大器的工作電壓輸入到電源電壓的電阻負載，調(diào)制器的作用是根據(jù)調(diào)幅控制信號改變該電阻負載的阻抗。
2.權(quán)利要求1的功率放大器電路，其中電阻負載是一個壓控電阻器件。
3.權(quán)利要求2的功率放大器電路，其中壓控電阻是場效應(yīng)晶體管。
4.權(quán)利要求1的功率放大器電路，其中調(diào)制器包括一個用作電阻負載的可變電阻器件。
5.權(quán)利要求1的功率放大器電路，其中調(diào)制器包括一個放大器電路，作用是根據(jù)調(diào)幅控制信號產(chǎn)生一個模擬控制電壓；以及一個旁路晶體管，連接電源電壓和功率放大器的工作電壓輸入，作用是對一個對模擬控制電壓起反應(yīng)的可變電阻器件。
6.權(quán)利要求1的功率放大器電路，其中電阻負載包括一個旁路晶體管，此外其中調(diào)制器包括一個控制電路，作用是根據(jù)調(diào)幅控制信號控制旁路晶體管。
7.權(quán)利要求6的功率放大器電路，其中旁路晶體管是場效應(yīng)晶體管(FET)。
8.權(quán)利要求6的功率放大器電路，其中FET是P溝道FET，包括一個連接到控制電路的柵極端；一個連接到電源電壓的源極端；以及一個連接到功率放大器的工作電壓輸入的漏極端，漏極端為功率放大器提供工作電壓。
9.權(quán)利要求8的功率放大器電路，其中控制電路包括一個晶體管電路，包括一個雙極結(jié)晶體管(BJT)，包括一個由調(diào)幅控制信號驅(qū)動的基極端、一個連接到P溝道FET柵極端的集電極端和一個發(fā)射極端；一個集電極電阻，將BJT的集電極端和P溝道FET柵極端連接到電源電壓；一個發(fā)射極電阻，將BJT的發(fā)射極端連接到信號地；以及一個反饋電阻，將P溝道FET的漏極端連接到BJT的發(fā)射極端，反饋電阻和發(fā)射極電阻構(gòu)成一個分壓器，將一部分工作電壓反饋回BJT的發(fā)射極端。
10.權(quán)利要求1的功率放大器電路，其中調(diào)制控制信號是數(shù)字控制信號，其中調(diào)制器還包括多個并聯(lián)晶體管，將電源電壓連接到一個濾波電路，多個并聯(lián)晶體管適合根據(jù)數(shù)字控制信號按變化的組合導通和斷開；以及一個濾波電路，將多個并聯(lián)晶體管連接到功率放大器的工作電壓輸入，濾波電路的作用是根據(jù)對多個并聯(lián)晶體管的輸出電壓濾波而為功率放大器產(chǎn)生工作電壓。
11.權(quán)利要求10的功率放大器電路，還包括一個數(shù)字電路，作用是計算數(shù)字控制信號的二進制值，數(shù)字控制信號是希望用于RF輸出信號振幅調(diào)制的函數(shù)。
12.權(quán)利要求11的功率放大器電路，還包括一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將工作電壓的數(shù)字化值反饋回數(shù)字電路，數(shù)字電路的作用是根據(jù)該數(shù)字化值調(diào)制數(shù)字控制信號的二進制值。
13.一種平衡功率放大器電路，包括第一和第二功率放大器，第一功率放大器的作用是通過放大第一和第二RF輸入信號分別產(chǎn)生第一和第二RF輸出信號；一個組合器，作用是通過組合第一和第二RF輸出信號來組合RF輸出信號；以及一個調(diào)制器，包括一個將第一和第二功率放大器的工作電壓輸入連接到電源電壓的電阻負載，該調(diào)制器的作用是根據(jù)調(diào)幅控制信號改變該電阻負載的阻抗，從而在第一和第二RF輸出信號中加上希望的調(diào)幅信息。
14.一種移動終端，包括一個發(fā)射機，產(chǎn)生一個發(fā)射信號，該發(fā)射機包括一個功率放大器，通過放大RF輸入信號產(chǎn)生發(fā)射信號，該功率放大器加偏壓進行飽和模式工作；一個調(diào)制器，包括一個將功率放大器的工作電壓輸入連接到電源電壓的電阻負載，該調(diào)制器的作用是通過根據(jù)調(diào)幅控制信號改變電阻負載，在發(fā)射信號中加上調(diào)幅信息。
15.權(quán)利要求14的移動終端，其中調(diào)制器還包括一個控制電路，作用是根據(jù)調(diào)幅控制信號改變電阻負載。
16.權(quán)利要求14的移動終端，其中電阻負載是一個P溝道場效應(yīng)晶體管(FET)，具有一個連接到電源電壓的源極端、一個連接到功率放大器的工作電壓輸入的漏極端和一個連接到控制電路接收負載控制信號的柵極端，此外其中電阻負載是P溝道FET的漏極一源極阻抗。
17.權(quán)利要求14的移動終端，其中調(diào)制器還包括一個濾波電路，將電阻負載連接到功率放大器的工作電壓輸入，其中電阻負載還包括多個對數(shù)字振幅控制信號起反應(yīng)的并聯(lián)晶體管。
18.權(quán)利要求17的移動終端，還包括一個產(chǎn)生數(shù)字調(diào)幅控制信號的數(shù)字電路，使得數(shù)字調(diào)幅控制信號的二進制值等于實現(xiàn)發(fā)射信號中希望的調(diào)幅所需要的電阻負載值。
19.權(quán)利要求18的移動終端，還包括一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器，作用是通過濾波電路將工作電壓的數(shù)字化值反饋回功率放大器，其中數(shù)字電路的作用是根據(jù)該數(shù)字化值調(diào)整二進制值以實現(xiàn)希望的調(diào)幅。
20.一種產(chǎn)生RF發(fā)射信號的方法，包括使用加偏壓以飽和模式工作的功率放大器放大RF輸入信號，產(chǎn)生RF輸出信號；以及通過根據(jù)調(diào)幅控制信號改變將電源電壓連接到功率放大器的工作電壓輸入的電阻負載，將調(diào)幅信息加在RF輸出信號上。
21.權(quán)利要求20的方法，其中通過根據(jù)調(diào)幅控制信號改變將電源電壓連接到功率放大器的工作電壓輸入的電阻負載，將調(diào)幅信息加在RF輸出信號上，包括根據(jù)調(diào)幅控制信號控制起一個電阻負載作用的旁路晶體管。
22.權(quán)利要求21的方法，其中根據(jù)調(diào)幅控制信號控制起一個電阻負載作用的旁路晶體管包括控制配置作為旁路晶體管的場效應(yīng)晶體管(FET)的柵極電壓。
23.權(quán)利要求22的方法，其中調(diào)幅控制信號是模擬調(diào)制信號，此外其中控制配置作為旁路晶體管的場效應(yīng)晶體管(FET)的柵極電壓包括產(chǎn)生一個與模擬調(diào)制信號成比例的柵極電壓。
24.權(quán)利要求23的方法，還包括用模擬調(diào)制信號驅(qū)動配置用于線性工作的晶體管放大器電路，產(chǎn)生柵極電壓。
25.權(quán)利要求24的方法，還包括將一部分由旁路晶體管提供的工作電壓反饋回功率放大器，保持晶體管放大器電路線性工作。
26.權(quán)利要求20的方法，還包括改變電阻負載，使得它在調(diào)幅控制信號等于RF輸出信號希望的最大振幅時阻抗最小，其中最小阻抗要足夠低，使電阻負載提供給功率放大器的工作電壓能夠基本等于電源電壓。
27.權(quán)利要求20的方法，還包括計算與RF輸出信號希望的發(fā)射信號信息對應(yīng)的調(diào)相和調(diào)幅信息；根據(jù)調(diào)相信息產(chǎn)生一個象恒包絡(luò)信號一樣的RF輸入信號；以及根據(jù)調(diào)幅信息產(chǎn)生一個調(diào)幅控制信號。
28.權(quán)利要求20的方法，其中電阻負載包括多個并聯(lián)晶體管，還包括產(chǎn)生調(diào)幅控制信號作為數(shù)字控制信號，作用是導通多個晶體管中希望的一個。
29.權(quán)利要求28的方法，還包括濾波多個晶體管的工作電壓輸出，濾除不想要的瞬變電壓，工作電壓輸出提供給功率放大器的工作電壓輸入，瞬變電壓與根據(jù)數(shù)字控制信號動態(tài)改變各種多個晶體管導通和斷開的組合有關(guān)。
30.權(quán)利要求28的方法，還包括計算RF輸出信號所希望的調(diào)幅信息；以及產(chǎn)生數(shù)字控制信號，使得數(shù)字控制信號的二進制值等于RF輸出信號所希望的調(diào)幅值。
31.權(quán)利要求28的方法，還包括根據(jù)存儲的與多個晶體管中的每一個相關(guān)的特性開態(tài)阻抗信息，對于RF輸出信號的給定希望振幅，計算多個晶體管中哪一個導通。
32.權(quán)利要求28的方法，還包括將提供給功率放大器的工作電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字化值；以及根據(jù)該數(shù)字化值調(diào)整數(shù)字控制信號的二進制值。
33.一種使用平衡功率放大器產(chǎn)生發(fā)射信號的方法，方法包括以發(fā)射頻率產(chǎn)生一個具有恒包絡(luò)的第一信號；用希望的調(diào)幅信息產(chǎn)生第二信號；將沒有相對相移的第一信號提供給第一功率放大器的輸入，將具有希望的相對相移的第一信號提供給第二功率放大器的輸入；通過按照第二信號改變將第一和第二功率放大器的工作電壓輸入連接到電源電壓的電阻負載，由第一和第二放大器控制第一和第二發(fā)射信號的振幅；以及在輸出組合器中組合第一和第二發(fā)射信號，形成一個適合RF發(fā)射的組合發(fā)射信號。
全文摘要
一種射頻功率放大器電路，在以飽和放大模式工作的同時提供對射頻輸出信號的線性調(diào)幅。功率放大器電路包括一個有損調(diào)制器，作用象一個對調(diào)幅信號起反應(yīng)的可變電阻。電源電壓通過有損調(diào)制器連接到功率放大器電路的電源電壓輸入，這樣提供給功率放大器的電源電壓隨調(diào)幅信號而變化。射頻功率放大器電路通過恒包絡(luò)射頻輸入信號的飽和模式放大來調(diào)制所產(chǎn)生的RF輸出信號的包絡(luò)。
文檔編號H03F3/60GK1535497SQ01820617
公開日2004年10月6日 申請日期2001年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月14日
發(fā)明者D·R·佩爾克, A·哈德吉克里斯托斯, W·O·小坎普, D R 佩爾克, 小坎普, 錄 死鎪雇興 申請人:艾利森公司