專利名稱：具有自動切換功能的功率放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種功率放大技術(shù)，尤其是涉及一種具有自動切換功能的功率放大器，能夠根據(jù)包絡(luò)信號的幅值可變地控制該功率放大器的電路輸出功率，從而所述電路可以在需要相對較大功率時完全運行，在需要相對較小功率時部分關(guān)閉，使得該電路能夠平穩(wěn)并自動地執(zhí)行切換工作從而提高其效率和工作范圍。
背景技術(shù)：
用在無線移動通信裝置中的功率放大器已經(jīng)采用了一種控制其電路的方法，從而該電路能夠部分運轉(zhuǎn)以提高功率放大器在輸出功率的整個工作范圍內(nèi)的效率。具體來講，該方法提高了功率放大器在輸出功率的整個工作范圍內(nèi)的效率是由于在需要相對較大輸出功率時打開所有電路并且在需要相對較小輸出功率時關(guān)閉部分電路。
在“Hyun-Min PARK等人‘為了提高在低功率區(qū)的效率在芯片上附加功率放大器的實證(Demonstration of on-chip appended power amplifier forimproved efficiency at low power region)’IEEE MTT-S國際微波座談會”的報告中已經(jīng)公開了這樣的一種方法。
圖1是顯示現(xiàn)有技術(shù)中在無線移動通信系統(tǒng)中使用的具有極性結(jié)構(gòu)(polar structure)的功率放大器的電路框圖。
如圖所示，射頻輸入信號是振幅恒定而相位包含信息的信號。
通常，包絡(luò)信號是其包絡(luò)具有電壓形式的信息的信號，而該包絡(luò)信號的頻率低于射頻信號的頻率。
當(dāng)這樣的包絡(luò)信號輸入到所述功率放大器的時候，可以切換該功率放大器。
大多數(shù)功率放大器作如下配置，即每個功率放大器包括多個放大群以確保在整個功率放大器范圍內(nèi)滿足工作并提高功率放大器的效率。更特別地，當(dāng)需要相對較大的功率放大器輸出功率時，開啟所述功率放大器中的所有放大群，而當(dāng)需要相對較小的功率放大器輸出功率時，關(guān)閉部分所述放大群。
因此，當(dāng)需要較小的輸出功率時，使用上述功率放大器的系統(tǒng)能夠提高其效率。
特別地，由于在偶爾需要時關(guān)閉了部分放大群，因此在無線移動通信系統(tǒng)中使用的具有極性結(jié)構(gòu)的功率放大器可以提高其工作范圍。
圖2是顯示現(xiàn)有技術(shù)中具有三個放大群的功率放大器的電路框圖。
如圖所示，當(dāng)所構(gòu)造的功率放大器包括多個放大群的時候，所述的多個放大群必須根據(jù)包絡(luò)信號幅值的變化或輸出功率的變化而部分關(guān)閉。為了判斷所述的多個放大群是開啟還是關(guān)閉，從外部向所述放大群額外施加控制信號201、202和203。
然而，使用上述控制方法的現(xiàn)有技術(shù)功率放大器的缺點是，必須從外部獲得用于部分開啟/關(guān)閉所述放大群的附加控制信號。而且，現(xiàn)有技術(shù)的功率放大器的缺點還在于使生成所述控制信號的外圍控制電路復(fù)雜化。
也就是說，現(xiàn)有技術(shù)的功率放大器的缺點是，它需要來自于外部的外圍控制信號，所述控制信號被施加到功率放大器以在輸出功率的幅值下降到預(yù)定水平時部分關(guān)閉所述功率放大器中的一部分電路。
另一方面，現(xiàn)有技術(shù)的功率放大器的缺點還在于，當(dāng)所述功率放大器中的一部分電路通過所述外圍控制信號瞬間關(guān)閉或開啟的時候，該電路的特性突然發(fā)生改變，可使得使用該功率放大器的系統(tǒng)發(fā)生故障。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明著眼于上述問題。本發(fā)明的目的是提供一種具有自動切換功能的功率放大器，由于所述功率放大器能夠根據(jù)包絡(luò)信號的幅值而在需要相對較大的功率時所有電路都工作，在需要相對較小的功率時部分電路關(guān)閉，因此可以可變地控制功率放大器中電路的輸出功率，從而所述電路能夠平穩(wěn)和自動地執(zhí)行切換工作以提高其效率和工作范圍。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，可以通過提供具有自動切換功能的功率放大器解決上述和其它問題，所述功率放大器包括多個功率放大群，包絡(luò)信號輸入到該多個功率放大群；多個切換電路，用于在各個參考電壓的基礎(chǔ)上，根據(jù)輸入的包絡(luò)信號的幅值單獨地開啟/關(guān)閉所述的多個功率放大群，其中，所述的多個切換電路安裝在多個功率放大群的各個前端或分別安裝在多個功率放大群上。
優(yōu)選情況下，所述的各個參考電壓互不相同。
優(yōu)選情況下，所述功率放大器是具有極性結(jié)構(gòu)的非線性功率放大器或線性功率放大器。
優(yōu)選情況下，所述功率放大器可以進一步包括功率檢測器以在所述功率放大器為線性功率放大器時檢測由該功率放大器輸出的包絡(luò)信號的幅值。
優(yōu)選情況下，所述切換電路是PMOS晶體管，其漏極連接到所述功率放大器的切換輸入導(dǎo)線，柵極輸入?yún)⒖茧妷?，源極輸入包絡(luò)信號。
優(yōu)選情況下，每個切換電路是PMOS晶體管，其漏極連接到所述功率放大器的切換輸入導(dǎo)線，柵極輸入包絡(luò)信號，源極輸入?yún)⒖茧妷骸?br> 優(yōu)選情況下，所述包絡(luò)信號包括電壓形式的信息。
操作根據(jù)本發(fā)明的功率放大器，使得在多個驅(qū)動放大群被設(shè)定為具有互不相同的參考電壓情況下，當(dāng)根據(jù)應(yīng)用到驅(qū)動放大群的包絡(luò)信號而切換該驅(qū)動放大群，并且所述驅(qū)動放大群的尾端相應(yīng)地開啟/關(guān)閉時，所述功率放大器中的一部分電路開啟/關(guān)閉以提高其效率和工作范圍，并且由于所述驅(qū)動放大群通過阻抗的改變而平穩(wěn)地切換，從而能夠避免所述功率放大器的突然操作。


本發(fā)明的上述和其它目標(biāo)、特征以及其它優(yōu)點將通過下面的結(jié)合附圖的詳細描述而更清晰的理解，其中圖1是顯示無線移動通信系統(tǒng)中使用的現(xiàn)有技術(shù)的具有極性結(jié)構(gòu)的功率放大器的電路框圖；圖2是顯示現(xiàn)有技術(shù)中包括三個放大群的功率放大器的電路框圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的顯示具有自動切換功能的功率放大器的電路框圖；圖4是連接有圖3中切換電路的功率放大群的詳細電路框圖；圖5是顯示根據(jù)包絡(luò)信號的幅值而應(yīng)用到到功率放大群上的電壓的圖；圖6是適用于級聯(lián)放大群的自動切換電路的電路框圖；圖7是適用于非級聯(lián)結(jié)構(gòu)放大群的自動切換電路的電路框圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的具有自動切換功能的功率放大器的電路框圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明的具有自動切換功能的功率放大器的計算機仿真圖；以及圖10是應(yīng)用了本發(fā)明的自動切換電路的線性功率放大器的電路框圖。
具體實施例方式
雖然本發(fā)明是根據(jù)優(yōu)選實施方式說明和描述的，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明做出改進和修改而不脫離本發(fā)明的范圍和實質(zhì)。因此，本發(fā)明的范圍也不局限于本發(fā)明的實施方式。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的顯示具有自動切換功能的功率放大器的電路框圖。
如圖所示，驅(qū)動放大群分別適用于切換電路。也就是說，所述切換電路位于包絡(luò)信號輸入端和驅(qū)動放大群之間，其中每個切換電路為PMOS晶體管。
例如，當(dāng)所述包絡(luò)信號在3.3V至0V之間變化時，參考電壓Vg1、Vg2和Vg3分別可以輸入2V、1V和0V到所述放大群。當(dāng)作為切換開關(guān)的PMOS晶體管具有0.7V的閾值時，驅(qū)動放大群301會在輸入的包絡(luò)信號的幅值小于2.7V時關(guān)閉。而且，當(dāng)所述包絡(luò)信號的幅值小于1.7V的時候，驅(qū)動放大群302關(guān)閉。因此，功率放大器中的電路可以自動關(guān)閉或開啟而無須應(yīng)用外部信號。
圖4是連接有圖3中切換電路的功率放大群的詳細電路框圖。也就是說，圖4是圖3中方框400的細節(jié)電路圖，該方框400是指連接有切換電路的功率放大群。
如圖所示，所述驅(qū)動放大群的輸出導(dǎo)線為D類。PMOS晶體管位于所述D類輸出導(dǎo)線和包絡(luò)信號端之間以執(zhí)行自動切換操作。
當(dāng)所述包絡(luò)信號改變的時候，圖5顯示了節(jié)點401的電壓如何改變。也就是說，如圖5所示，當(dāng)所述包絡(luò)信號的幅值小于Vg1+Vth(Vth是PMOS晶體管的閾值電壓)時，圖4中的電路以類似于圖5中曲線502所示的特征而完全關(guān)閉。
當(dāng)所述電路沒有采用所述的用于自動切換元件的PMOS晶體管時，節(jié)點401的電壓作類似于如圖5中曲線501的變化。因此，所述電路在包絡(luò)信號的所需振幅處不關(guān)閉或者開啟。
當(dāng)所述自動切換電路配置為圖4所示時，所述電路具有曲線502的特征。然而，當(dāng)PMOS晶體管的柵極和源極之間的電壓差降低時，由于該PMOS晶體管的阻抗部分提高，因此所述電路具有類似于圖5中曲線503的特征。因此，連接到該PMOS晶體管的驅(qū)動放大群突然關(guān)閉而不是平穩(wěn)地關(guān)閉。
圖6是適用于級聯(lián)放大群的自動切換電路的電路框圖。
如圖6所示，功率放大群602的NMOS晶體管603的柵極連接到自動切換電路601。也就是說，圖6中配置為共發(fā)共基(Cascode)結(jié)構(gòu)的功率放大群作如下構(gòu)造，即共發(fā)共基功率放大群602的NMOS晶體管603連接到所述PMOS晶體管和所述自動切換電路601中的電阻。因此，根據(jù)所述PMOS晶體管柵極的電壓而控制所述電路的關(guān)閉電平。也就是說，當(dāng)所述自動切換電路601的PMOS晶體管由于所述包絡(luò)信號的幅值小于預(yù)設(shè)值而自動關(guān)閉時，所述功率放大群602中共發(fā)共基NMOS晶體管603的柵極接地。因此，所述共發(fā)共基晶體管關(guān)閉并且所述功率放大群602部分關(guān)閉。
利用上述原理，如圖2所示，可以配置多個功率放大群以形成自動切換電路。也就是說，操作所述自動切換電路以使得所述的多個功率放大群根據(jù)包絡(luò)信號的變化部分關(guān)閉/開啟。
圖7是適用于非級聯(lián)結(jié)構(gòu)放大群的自動切換電路的電路框圖。
如圖7所示，變化的包絡(luò)信號施加到PMOS晶體管703的柵極。當(dāng)所述包絡(luò)信號下降到低于根據(jù)Vctr1值的預(yù)設(shè)電壓時，所述PMOS晶體管703開啟，從而開啟NMOS晶體管704。在此狀態(tài)下，當(dāng)所述功率放大群705中柵極電壓下降到低于所述閾值電壓時，該功率放大群705關(guān)閉。
當(dāng)根據(jù)此原理配置圖2所示的電路時，該電路中的放大群可以根據(jù)包絡(luò)信號的幅值變化而自動開啟/關(guān)閉，這就是指自動切換電路。
也就是說，利用此原理，可以如圖2配置多個功率放大群以形成自動切換電路。也就是說，操作所述自動切換電路使得多個功率放大群根據(jù)包絡(luò)信號的變化而部分關(guān)閉/開啟。
如此，可以利用這樣的自動切換電路來設(shè)計功率放大器。此后，可以通過設(shè)計結(jié)果來檢查所述自動切換電路的工作。
圖8是采用圖4所示的自動切換技術(shù)的功率放大器的電路框圖，其中，一部分驅(qū)動放大群和一部分功率放大群在包絡(luò)信號下降到預(yù)設(shè)值的時候一起關(guān)閉。
如圖所示，當(dāng)參考電壓Vg2和Vg1分別為0V和2V的時候，可以在包絡(luò)信號變化的同時仿真所述電路的輸出功率和效率。具體來說，當(dāng)包絡(luò)信號的幅值從0.9V變化到3.3V并且該包絡(luò)信號的幅值下降到低于預(yù)設(shè)值的時候，功率放大群804的NMOS晶體管805以及與該NMOS晶體管805連接的驅(qū)動放大群803關(guān)閉。因此僅僅是與NMOS晶體管806連接的驅(qū)動放大群開啟。當(dāng)需要相對較低的輸出功率時可以執(zhí)行這樣的情況。因此，由于一部分電路關(guān)閉，該電路的功耗降低，而效率提高。
圖9是根據(jù)本發(fā)明的具有自動切換功能的功率放大器的計算機仿真圖。
如圖所示，曲線901表示沒有使用自動切換電路的情況，曲線902表示使用自動切換電路的情況。也就是說，當(dāng)包絡(luò)信號的幅值通過自動切換電路降低的時候，一部分輸出相對較多功率的功率放大器關(guān)閉，而一部分輸出較少功率的功率放大器開啟，從而提高該電路的效率。如此，由于在輸出較小功率時一部分功率放大器關(guān)閉，因此與沒有使用自動切換電路的電路相比，該電路使其工作范圍變寬。
上述實施例介紹了如何通過無線移動通信系統(tǒng)中使用的非線性功率放大器執(zhí)行自動切換操作。具有極性結(jié)構(gòu)的功率放大器分別輸入包絡(luò)信號和相位信號。
然而，由于通常的線性功率放大器輸入相位信號和包絡(luò)信號混合的射頻信號，因此，為了使用線性功率放大器中的自動切換電路，必須檢測從所述功率放大器輸出的包絡(luò)信號的幅值。
因此，如圖10所示，包絡(luò)信息以電壓形式通過功率放大器轉(zhuǎn)化為包絡(luò)信號。當(dāng)檢測的包絡(luò)信號輸入到自動切換電路中時，類似于上述的非線性功率放大器，一部分功率放大器可以關(guān)閉。
如上所述，由于在需要相對較大功率時所有電路工作，而需要相對較小功率時所述電路部分關(guān)閉，因此根據(jù)本發(fā)明的具有自動切換功能的所述功率放大器能夠根據(jù)包絡(luò)信號的幅值可變地控制電路的輸出功率，從而，所述電路能夠平穩(wěn)并自動地切換而不影響所述電路的工作，并且由于部分電路能夠根據(jù)輸出功率的幅值而關(guān)閉/開啟從而提高所述電路的效率和工作范圍。
盡管出于說明的目的，公開了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，可以對其作出各種修改、添加和替換而不背離所附權(quán)利要求書所公開的本發(fā)明的范圍和實質(zhì)。
權(quán)利要求
1.一種具有自動切換功能的功率放大器，所述功率放大器包括多個功率放大群，包絡(luò)信號輸入到該多個功率放大群；以及多個切換電路，用于在各個參考電壓的基礎(chǔ)上，根據(jù)輸入的包絡(luò)信號的幅值單獨地開啟/關(guān)閉所述的多個功率放大群，其中，所述的多個切換電路安裝在多個功率放大群的各個前端或分別安裝在多個功率放大群上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率放大器，其中，所述各個參考電壓互不相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率放大器，其中，所述功率放大器是具有極性結(jié)構(gòu)的非線性功率放大器或線性功率放大器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的功率放大器，其中，所述功率放大器進一步包括功率檢測器，以在所述功率放大器為線性功率放大器時檢測由該功率放大器輸出的包絡(luò)信號的幅值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率放大器，其中，所述切換電路是PMOS晶體管，其漏極連接到所述功率放大器的切換輸入導(dǎo)線，柵極輸入?yún)⒖茧妷?，源極輸入包絡(luò)信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率放大器，其中，所述切換電路是PMOS晶體管，其漏極連接到所述功率放大器的切換輸入導(dǎo)線，柵極輸入包絡(luò)信號，源極輸入?yún)⒖茧妷骸?br> 7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任意一項所述的功率放大器，其中，所述包絡(luò)信號包括電壓形式的信息。
全文摘要
公開了一種具有自動切換功能的功率放大器。由于在需要相對較大功率時所有電路工作，而需要相對較小功率時所述電路部分關(guān)閉，因此所述功率放大器能夠根據(jù)包絡(luò)信號的幅值可變地控制電路的輸出功率，從而，所述電路能夠平穩(wěn)并自動地切換而不影響所述電路的工作，并且由于部分電路能夠根據(jù)輸出功率的幅值而關(guān)閉/開啟從而提高所述電路的效率和工作范圍。
文檔編號H03F3/72GK1855705SQ20061007626
公開日2006年11月1日 申請日期2006年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月27日
發(fā)明者樸昌根, 洪圣喆 申請人:韓國科學(xué)技術(shù)院