專利名稱：包含射頻信號放大器的無線電設(shè)備、射頻信號放大器和放大這種信號的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包含一個由一個主功率級(main power stage)構(gòu)成的高頻信號放大器的設(shè)備，該主功率級有一個輸入信號輸入端、一個用于放大信號的輸出端和一個增益控制端(gain control)；該設(shè)備還包含一個用于在輸入信號和放大信號之間產(chǎn)生一個具有畸變電平(distortion level)的信號的第一比較器，以及一個用于從放大信號中除去該畸變信號的差分元件。
本發(fā)明也涉及用于放大這種信號的方法以及這種放大器。
本發(fā)明特別在移動式無線電電話方面有重要的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
這樣的設(shè)備見于專利文件EP WO01/50594。這個文件涉及按照LDMOS技術(shù)產(chǎn)生的放大器線性化(linearization)。采用放大器的一個偏壓點(bias point)最小化后者提供的畸變。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種在本文開頭提到的那種類型的、能根據(jù)另一個方法應(yīng)用到LDMOS以外的另一個技術(shù)的設(shè)備。
為此，這樣一個設(shè)備的特征在于，差分元件與被插入一個消除環(huán)路(canceling loop)中的輔助放大器級協(xié)作，用于產(chǎn)生一個恒定功率畸變消除信號。
本發(fā)明的這些和其它方面將參照以下所述的實施利以非限定性的舉例方式得到闡明。


圖1表示按照本發(fā)明的設(shè)備；圖2表示本發(fā)明的第一實施例；圖3表示本發(fā)明的第二實施例；圖4表示解釋本發(fā)明具有的優(yōu)點的曲線；和圖5表示一個表示本發(fā)明所推薦的測量(measures)的有效性的曲線。
具體實施例方式
圖1中，該設(shè)備被標(biāo)注為1。這個設(shè)備在所述例子的架構(gòu)中是一個用于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的移動式無線電電話。它包含一個電子裝置5，它一方面與人機(man-machine)裝置相連，另一方面與一個無線電部分相連。這些人機裝置是麥克風(fēng)10、揚聲器11、屏幕12和鍵盤13。無線電部分由一個具有輸入端19和輸出端21的高頻放大器20構(gòu)成。這個高頻放大器通過一個波去耦合電路(wave decoupler)(天線轉(zhuǎn)換開關(guān))22向天線24提供波(wave)。由這個天線接收的信號通過這個去耦合電路22返回到裝置5。
圖2表示按照本發(fā)明的放大器20的詳圖。它是由一個主功率級30構(gòu)成，主功率級的輸入端通過一個功率分配器(power distributor)35與輸入端子19連接。這個放大器30有一個增益控制輸入端37。這個增益控制改變這個級被提供的晶體管的偏壓(biasing)。主功率級的輸出端連接到功率耦合器39，后者將這個功率的一部分分到衰減器41。由這個放大器30產(chǎn)生的功率通過延遲單元47被傳送到功率組合器(power combiner)45。減法單元49通過比較由耦合器39分接的信號的電壓與施加到輸入端19的信號的電壓，確定由放大器30產(chǎn)生的畸變。通過調(diào)節(jié)電平的值，這是可能的；為此，一勞永逸地調(diào)整所有由衰減器41引起的衰減，并把一個由一個延遲單元51產(chǎn)生的延遲添加到其上，以便補償由放大器30引起的延遲。這樣，通過允許延遲單元51和衰減器41不引起任何畸變，減法單元的輸出端上的信號只是代表由這個放大器級30的畸變引起的寄生信號。該輸出信號被一個放大器級53放大，最后通過耦合器55被施加到功率組合器45，使得畸變在輸出端21被大量地消除。
按照本發(fā)明，將在放大器53的輸出端測量的畸變功率的水平鎖定在一個恒定的水平。為此，將這個放大器的功率的部分由耦合器55分接(tapped)。通過一個電平測量電路57測量這個分接的功率。將這個測量電路57產(chǎn)生的信號由一個主要具有積分器/比較器的功能的處理電路58處理。這個電路58包含一個比較器59，用于將由測量電路57產(chǎn)生的信號與一個由電壓生成器61表示的基準(zhǔn)值作比較。將比較器59的輸出信號施加到一個放大器65，該放大器最好顯示有一個滯后(hysteresis)。最后將構(gòu)成電路58的輸出的這個放大器的輸出信號施加到放大器30的增益控制輸入端。這樣，通過影響主放大器30的增益，就構(gòu)成了輔助放大器53的功率的一個控制回路。
圖3中顯示了按照本發(fā)明的放大器的另一個變體實施例。這個變體更特別地涉及到積分/比較電路58。在這個圖3中，與前面的附圖的元件相同的元件具有相同的標(biāo)注字符。在這個變體中，電路58的輸入是由模-數(shù)轉(zhuǎn)換器72的輸入構(gòu)成，它由一個除了其它效應(yīng)外還產(chǎn)生期望的滯后效應(yīng)的數(shù)字處理電路74跟隨。這個數(shù)字處理電路本身又由一個數(shù)-模轉(zhuǎn)換器76跟隨，以便最終在放大器30的控制輸入端產(chǎn)生一個控制信號。這個信號處理電路的存在，為該放大器適應(yīng)各種配置提供的很大的靈活性。例如，可以調(diào)節(jié)放大器37的增益控制—實際上是這個放大器的一個偏壓控制步幅(bias control step)，以避免任何不穩(wěn)定性。也有可能在放大器53的輸出端上的功率水平(power level)最大時生成一個報警信號ALRT，而要影響在這些參數(shù)被包含在這個電路74時被停止的控制37是不可能的。
本發(fā)明根據(jù)的是以下考慮。在即將到來的應(yīng)用的架構(gòu)內(nèi)，就是說在關(guān)于滿足由ETSI編輯的UMTS-FDD要求的無線電傳輸?shù)募軜?gòu)內(nèi)，提供無線電功率的最后的放大器要在一個大的功率范圍上保持良好的性能。例如，按照所述的要求類4從-44dBm到+24dBm連續(xù)的功率，那是68dB動態(tài)的類3從-44dBm到+21dBm連續(xù)的功率，那是65dB動態(tài)的如果不進行按照本發(fā)明的測量，要在低電平下具有良好的功率效率工作，那將是有困難的。在根據(jù)一個先驗的估計為降低放大器的消耗而影響放大器30的偏壓時，這個放大器將冒著持續(xù)故障太長或者被在不足的水平被偏置(biased)的風(fēng)險。輔助放大器53由于尺寸小而將迅速達(dá)到飽和，因此在馬上有對更多功率的需要時提供完整的放大和/或?qū)崿F(xiàn)對畸變的補償是不充分的。由于按照本發(fā)明的測量的結(jié)果，放大器30和53工作的功率不是零，但是足夠低，相當(dāng)節(jié)省能量。
圖4表示一個旨在例示本發(fā)明重要性的曲線。該曲線顯示，由于按照本發(fā)明的測量而獲得滿足UMTS-FDD標(biāo)準(zhǔn)的要求的充分性能。實線曲線C1、C2和C3表示按照本發(fā)明獲得的、作為輸出功率Pout的一個函數(shù)的放大器20的特性。這些曲線給出曲線C1和C2的參數(shù)ACPR的值和曲線C3的參數(shù)EVM的值。參數(shù)ACPR涉及相鄰的功率比率，而參數(shù)EVM則涉及誤差矢量。在上面提及的標(biāo)準(zhǔn)中，將找到參數(shù)EVM和參數(shù)ACPR的含義。涉及相鄰?fù)ǖ?channels)的曲線C1在輔助放大器開始消去畸變時從功率水平0dBm上升，然后，這個參數(shù)在+12dBm/+26dBm范圍內(nèi)保持恒定，這對應(yīng)于由控制回路為保持放大器53的輸出功率恒定而產(chǎn)生的效應(yīng)。然后可以看到這個曲線C1的一個上升(-33dB)，這是由于偏壓的限制、因此由于放大器30的可用功率的限制。因此輔助放大器53不再可能補償畸變。這不能與涉及現(xiàn)有技術(shù)的放大器的曲線D1相比。這個曲線在低電平逗留，高至值Pout＝+20dBm，然后在放大器變成非線性的時候迅速增長，沒有對畸變的任何補償。最后，該電平(-33dB ACPR)比得上輸出功率+26/+26.5dBm的曲線C1的電平。
分別涉及實現(xiàn)和不實現(xiàn)本申請的曲線C2和D2涉及交替的通道(N-2)和(N+2)。結(jié)果然后是可比的并不被認(rèn)為是不可靠的。
考慮了矢量誤差EVM的曲線C3和C4顯示有與C2和D2類似的特性。UMTS標(biāo)準(zhǔn)指出，考慮到時鐘抖動現(xiàn)象，17％EVM適合于設(shè)備包含的各種數(shù)-模轉(zhuǎn)換器的非線性的發(fā)送器。這就有必要讓放大器對這個畸變的貢獻(xiàn)降低幾個百分點。如果規(guī)定為3％，則兩種解決方案等同。
圖5表示按照本發(fā)明制造的放大器的效率(EFF)曲線E1。曲線F1顯示一個沒有應(yīng)用所述任何測量的放大器。
要注意的是這樣一個放大器20(圖1)特別適合于集成，能以集成電路的形式存在。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)備，包含一個高頻信號放大器，高頻信號放大器由一個主功率級構(gòu)成，該主功率級有一個輸入信號輸入端、一個放大信號輸出端和一個增益控制端，該裝置還包含一個用于在該輸入信號和放大信號之間產(chǎn)生一個具有畸變電平的信號的第一比較器和一個用于從該放大信號中除去畸變信號的差分元件，特征在于，該差分元件與一個插在一個消除環(huán)路中的輔助放大器級協(xié)作，用于產(chǎn)生一個恒定功率畸變消除信號。
2.權(quán)利要求1中所要求的設(shè)備，特征在于，該環(huán)路由所述輔助放大器級的一個輸出功率測量電路、一個比較這個功率與一個設(shè)定值的比較電路、一個用于影響所述增益控制的處理電路構(gòu)成。
3.權(quán)利要求1或2中所要求的設(shè)備，特征在于，該環(huán)路包含用于在所述輔助級的輸出功率值和主級的控制信號的大小的至少一個被停止時產(chǎn)生一個報警信號的裝置。
4.權(quán)利要求1或2或3中所要求的設(shè)備，特征在于，所述放大器的輸出功率完全由輔助級產(chǎn)生。
5.一種在權(quán)利要求1至3的任何一個中要求的設(shè)備中實現(xiàn)的用于放大無線電信號的方法，特征在于包含以下步驟由一個主功率級放大要被放大的信號；為確定這個主級的畸變而比較其輸入信號與其輸出信號；通過一個輔助放大器級放大這個比較信號；從主功率級的輸出信號中減去輔助放大器的輸出信號；用一個控制環(huán)路保持輔助放大器級的輸出功率恒定。
6.權(quán)利要求5中所要求的方法，特征在于包含附加步驟實際由輔助放大器級執(zhí)行的對放大器的輸入信號的放大。
7.一種適用于如權(quán)利要求1至3的任何一項中所要求的設(shè)備的信號放大器，包含一個主功率級，主功率級有一個輸入信號輸入端、一個用于放大信號的輸出端和一個增益控制端，該裝置還包含一個用于在該輸入信號和放大信號之間產(chǎn)生一個具有畸變電平的信號的第一比較器和一個用于從該放大信號中除去畸變信號的差分元件，特征在于，該差分元件與一個插在一個消除環(huán)路中的輔助放大器級協(xié)作，用于產(chǎn)生一個用于消除恒定功率畸變的消除信號。
8.權(quán)利要求7中所要求的放大器，特征在于，該環(huán)路由用于測量所述輔助放大器級的一個輸出功率的測量電路、一個比較這個功率與一個設(shè)定值的比較電路、一個用于影響所述增益控制的處理電路構(gòu)成。
9.權(quán)利要求7或8中所要求的放大器，特征在于，所述放大器的輸出功率完全由輔助放大器級產(chǎn)生。
10.權(quán)利要求7至9之一中所要求的放大器，特征在于，它以集成電路的形式存在。
全文摘要
這個設(shè)備包含一個高頻信號放大器，高頻信號放大器由一個具有輸入信號輸入端、放大信號輸出端和增益控制端(37)的主功率級(30)構(gòu)成，該裝置也包含一個用于在該輸入信號和放大信號之間產(chǎn)生一個具有畸變電平的信號的第一比較器(49)和一個用于從該放大信號中除去畸變信號的差分元件(45)。此外，為了讓畸變信號與由主功率級產(chǎn)生的畸變是相同的水平，增加一個插在一個消除環(huán)路中的輔助放大器級，以便其輸出信號恒定。這個環(huán)路由一個用于測量所述輔助放大器級的輸出功率的測量電路、一個比較這個功率與一個基準(zhǔn)值(61)的比較電路、一個用于影響所述增益控制(37)的處理電路(58)構(gòu)成。應(yīng)用移動式無線電電話的放大器。
文檔編號H04B1/04GK1650514SQ03809721
公開日2005年8月3日 申請日期2003年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月30日
發(fā)明者H·雅各布 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司