CN100403649C - 控制功率放大器晶体管工作点的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用来控制功率放大器(100)的晶体管(110)工作点的方法，此功率放大器用来放大TDMA信号，包括如下步骤：检测所述晶体管(110)的实际工作点和设定工作点之间的偏移；检测所述空功率时隙(nj)的出现或者使用它们出现时的信息；为了重建所述设定工作点，根据所述偏移，调整所述晶体管(110)的栅极/基极偏压，其中，这些步骤在所述TDMA信号的各自不同的功率时隙(nj)内执行。

Description

控制功率放大器晶体管工作点的方法
技术领域
本发明涉及一种控制用于放大时分多址(TDMA)信号的功率放大器中晶体管工作点的方法。
本发明进一步涉及为实现所述方法的计算机程序，包括一个其工作点受控的晶体管的功率放大器，包括这样一种功率放大器的发射机，至少包括一个所述的发射机的发射台，以及至少包括一个所述功率放大器的通信系统。
背景技术
在现有技术中，例如从美国专利第5426641号已知控制功率放大器中晶体管工作点的方法。所述美国专利公开了用于TDMA无线通信系统的一种放大器。典型的，这种放大器的工作点随着温度的变化漂移。为了能够在温度变化的情况下维持放大器的偏压在一个合适的水平，并不受器件老化，器件和器件之间变化的影响，所述美国专利提出了一种方法，在每帧发送偏移的脉冲间隔之外，也就是说放大器的输入没有信号时，监控放大器的漏极电流。为了补偿任何变化，通过调整栅极电压来控制漏极电流。特别的，所述调整包括如下步骤：测量漏极电流，此电流代表放大器的实际工作点，特别是具有希望值的晶体管，它代表设定工作点，并根据比较结果调整栅极电压。根据该美国专利的公开，所有这些步骤，特别是测量、比较和调整步骤在一个空功率时隙内同时进行。
发明内容
针对前述现有技术，本发明的目的是改进已知的控制功率放大器中晶体管的工作点方法，提供一个包括所述晶体管的功率放大器，一个包括所述功率放大器的发射机，至少包括一个所述发射机的发射台，以及至少包括一个所述功率放大器的通信系统，使得工作点的控制能在一种较便宜的方式下实现。
根据本发明的方法实现了该目的，本发明的第一方面提供一种用来控制功率放大器的晶体管工作点的方法，此功率放大器用来放大TDMA信号，包括如下步骤：测所述晶体管的设定工作点和实际工作点之间的偏移；检测空功率时隙的出现或者使用它们出现时的信息；以及为了重建所述设定工作点，根据所述偏移，调整所述晶体管的栅极/基极偏压；其特征在于：这些步骤在所述TDMA信号的各自不同的空功率时隙内执行。
其中，调整偏压的步骤可以有选择的包含如下子步骤：检查偏压的调整。
其中，待使用的空功率时隙连续出现或不连续出现在TDMA信号中。
其中，偏压表示用来驱动晶体管栅极/基极的栅极/基极电压。
根据本发明的另一个优选实施例，偏压的调整是在几个控制循环内迭代实现的。
更进一步，为了确保精确地控制工作点，只有当功率放大器启动后，晶体管的温度达到稳定值后，控制过程才开始。为了确保已经达到稳定状态，例如，在所述的TDMA信号N个空功率时隙之后，比如N大于3，控制过程才开始。
本发明的第二方面还提供一种在TDMA系统中用来放大TDMA信号的功率放大器，包括：放大所述TDMA信号的晶体管；与所述晶体管的漏-源路径或集电极-发射极路径串联的分流电路，用于提供一个测量电压，其代表所述晶体管的实际工作点；以及检测设定工作点和所述实际工作点之间偏移的控制单元，在所述TDMA信号内检测空功率时隙的出现和按照所述的偏移，调整所述晶体管的栅极/基极偏压以重建所述设定工作点；其特征在于，在所述检测的空功率时隙的多个不同的时隙中，控制单元用来执行检测和调整步骤。
其中，控制单元是数字信号处理器。
本发明的第三方面还提供一种发射机，特别是无线发射机，包括上述功率放大器。
本发明的第四方面还提供一种发射台，特别是无线发射基站，至少包括上述发射机。
本发明的第五方面还提供一种通信系统，特别是移动无线系统，至少包括上述的功率放大器。
本发明中的空功率时隙指的是此时隙里功率很低，特别是指空的信号功率。
在分离时隙实行所述步骤的好处是：能以比较慢，也就是比较便宜的硬件设备上实行本方法。
所述解决方法的另一个好处在于，晶体管工作点的控制，也就是检测设定工作点和实际工作点之间的偏移，以及偏压的调整，不会被功率放大器放大的高频信号干扰。因此，更精确地重建(re-establish)工作点成为可能。而且，当调整是在晶体管没有高频信号的时候进行时，不会影响高频信号。
根据本方法的优选实施例，控制工作点所要求的必要步骤可以在所述的TDMA信号内的不同空功率时隙内执行。并没有严格要求这些时隙连续出现。根据本发明的控制工作点方法可以在不连续的几个时隙内进行。然而，用来实现控制工作点的单个时隙最好在一个时间间隔之内，并要比引起工作点漂移的的温度变化的时间常数要小的多。
通过使用功率放大器的控制单元中的计算机程序可以进一步实现本发明的目的。当计算机程序运行在微处理器上时，包括适于实现根据本发明方法的代码。更进一步的，上述目的由一个放大TDMA信号的功率放大器，包括这样一种功率放大器的发射机，包括这样一个发射机的发射台，以及包括这样的功率放大器的通信系统来实现。所述方案的优点对应于上述方法中所列出的优点。
附图说明
参考附图，下面将详细描述根据本发明的不同实施方式，其中，
图1示出了一个功率放大器；
图2示出了一个TDMA信号；以及
图3示出了一个发射机，一个发射基站和一个通信系统。
具体实施方式
图1示出了一个在TDMA系统中，特别是在全球移动通信系统GSM中放大时分多址TDMA信号的功率放大器100。
图2示出了一个TDMA信号的例子，该信号包括数据时隙si，其中i＝1，3-6，9-11，13，15和空功率时隙nj，其中j＝2，7，8，12和14。
图1中所示的功率放大器100包括一个用来放大所述TDMA信号的晶体管110。所述晶体管可以用双极性晶体管，但最好是用场效应晶体管，FET晶体管有一个源极S，一个栅极G和一个漏极D。所述FET晶体管的漏极和一个分流电路120串联，所述的串联连接与一个电源电压Vs相连。在所述分流电路120中下降的测量电压是运算放大器130的输入。所述运算放大器130输出一个代表所述测量电压值的模拟信号。在输入控制单元150之前，所述模拟信号通过一个模数转换器140数字化。
所述控制单元最好采用数字信号处理器DSP，所述信号处理器150的所述信号输入代表晶体管110的实际工作点。控制单元比较所述晶体管110的所述的实际工作点和预设定的工作点。当检测到所述的设定工作点和实际的工作点之间有漂移时，控制单元150输出一个控制信号，通过数模转换器160，到所述晶体管110的栅极。典型地，控制信号是一个栅极电压。为了重建设定的工作点，根据检测到的偏移值，调整晶体管栅极的偏移电压。
根据本发明，控制单元150是用来实现偏移值的检测和偏压的调整，也就是，只在所述TDMA信号的空功率时隙来控制晶体管的工作点。更有利的是，控制单元还可以用来检测所述的空功率时隙nj的出现。
在几个空功率时隙内控制单元150最好用来执n行工作点的控制，这几个空功率时隙在所述TDMA信号内不需要连续地发生。特别地，在所述空功率时隙的第一个时隙内，控制单元150可以检测到出现了所述的空功率时隙，在所述空功率时隙的第二个时隙内，可以调整偏压，在所述空功率时隙的第三个时隙内，可以随意地检查偏压的调整。更一般地，空功率时隙的检测可以通过所述的检测方法检测，也可以由所述控制单元进行控制/得道。
当用来控制工作点的空功率时隙不是连续出现时，它们出现的时间间隔必须要比导致工作点偏移的温度变化的时间常数要短的多。
偏压的调整可能没在一个控制循环内完成，但可以通过在几个控制循环内迭代实现。
最好通过在所述控制单元150中的微处理器152上运行一个计算机程序，实现根据本发明用来控制晶体管工作点的方法。在这样的软件解决方案下，计算机程序可能——和控制单元的其他计算机程序一起——存储在计算机可读的存储媒质中，例如，磁盘、光盘或者闪存。当计算机程序保存在这些存储媒质中，可以卖给客户。
另外一种把计算机程序传输给客户的可能性是通过通信网络来传送，特别是因特网。在那种情况下，则不需要存储媒质。
如图3所示，根据本发明的功率放大器可能包含在发射机200中，特别是一个无线发射机。功率放大器或发射机可能是发射台300的一部分，特别是无线发射基站。最后，所要求保护的功率放大器，发射机或者发射台可能是通信系统400的一部分，特别是移动无线系统。

Claims (12)

1.一种用来控制功率放大器(100)的晶体管工作点的方法，此功率放大器用来放大TDMA信号，包括如下步骤：
检测所述晶体管(110)的设定工作点和实际工作点之间的偏移；
检测空功率时隙的出现或者使用它们出现时的信息；以及
为了重建所述设定工作点，根据所述偏移，调整所述晶体管(110)的栅极/基极偏压；
其特征在于：
这些步骤在所述TDMA信号的各自不同的空功率时隙内执行。
2.按照权利要求1中的方法，其特征在于，调整偏压的步骤可以有选择的包含如下子步骤：检查偏压的调整。
3.按照前述任一项权利要求的方法，其特征在于，待使用的空功率时隙连续出现或不连续出现在TDMA信号中。
4.按照权利要求1或2的方法，其特征在于，在几个控制循环内迭代地执行偏压的调整。
5.按照权利要求1或2的方法，其特征在于，偏压表示用来驱动晶体管(110)栅极/基极的栅极/基极电压。
6.按照权利要求1或2的方法，其特征在于，只有当功率放大器启动后，晶体管(110)的温度达到稳定值后，控制过程才开始。
7.按照权利要求6的方法，其特征在于，当出现N个空功率时隙之后，开始工作点的控制，N大于3。
8.在TDMA系统中用来放大TDMA信号的功率放大器(100)，包括：
放大所述TDMA信号的晶体管(110)；
与所述晶体管(110)的漏-源路径或集电极-发射极路径串联的分流电路(120)，用于提供一个测量电压，其代表所述晶体管(110)的实际工作点；以及
检测设定工作点和所述实际工作点之间偏移的控制单元(150)，在所述TDMA信号内检测空功率时隙的出现和按照所述的偏移，调整所述晶体管(110)的栅极/基极偏压以重建所述设定工作点；
其特征在于，
在所述检测的空功率时隙的多个不同的时隙中，控制单元(150)用来执行检测和调整步骤。
9.按照权利要求8的功率放大器(100)，其特征在于，控制单元(150)是数字信号处理器。
10.一种发射机(200)，包括按照权利要求8或者9的功率放大器(100)。
11.一种发射台(300)，至少包括一个按照权利要求10的发射机。
12.一种通信系统(400)，至少包括一个按照权利要求8或者9的功率放大器(100)。
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