CN100589319C - 功率放大器温度补偿装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种功率放大器温度补偿装置和方法，所述装置包括检测模块、模数转换模块、控制模块和数模转换模块，检测模块用于检测功率放大器的工作电流值，根据该工作电流值得到对应的电压值，发送到模数转换模块；模数转换模块用于接收从检测模块发送来的电压值，将该电压值转换为数字信号值，发送到控制模块；控制模块用于接收从模数转换模块发送来的数字信号值，根据该数字信号值与预设值得到调整值，并把该调整值发送到数模转换模块；数模转换模块用于接收控制模块发送的调整值，并将该值所对应的模拟信号发送到功率放大器的控制端，与功率放大器原有的控制信号相叠加。通过本发明可以实时直接监测和补偿功率放大器的工作电流值。

Description

功率放大器温度补偿装置和方法

技术领域

本发明涉及电子技术领域，特别是涉及一种功率放大器温度补偿装置和方法。

背景技术

在基站、广播、有线电视和卫星通讯中，一些功率放大器在业务量变化时，其输出功率也需要随之变化，功率的变化使得这些功率放大器的功耗也产生变化。功耗变大会引起功率放大器发热，从而导致温度升高，同时，环境温度的变化也会对温度产生影响。

下面以基站射频前端的末级功率放大器中的主要器件功率放大器管为例，说明需要对功率放大器进行温度补偿的原因。

基站射频前端的末级功率放大器中的主要器件即功率放大器管的漏级静态电流与栅极电压的关系如图1所示，从图1可以看出，当栅极电压V增大时，漏级静态电流I也随之增大。对于射频功率放大器，当其性能最优时(主要指线性指标)，对应于特定的漏级静态电流Idq，因此，应尽可能的维持功率放大器的静态电流恒定，以保证功率放大器管的线性指标。

当环境温度变化时，如果保持功率放大器管的栅极电压Vgs不变，则功率放大器管的漏级静态电流Idq会随着温度变化而升高。因此，为了维持功率放大器管的静态电流恒定，需要通过改变功率放大器管的栅极电压，来保持功率放大器漏级静态电流尽量随温度变化小一些。

对于基站射频前端的末级功率放大器，由于工作于大功率状态下，受环境温度以及基站发射信号动态范围影响(基站发射的信号功率会随着业务而变化)，导致功率放大器中的主要器件功率放大器管本身的温度变化较大，如果没有相应的温度补偿电路，就会严重影响功率放大器的线性，使得基站发出的信号质量变差，最终影响终端的解调。

目前，对功率放大器进行温度补偿的方法可以归结为两种：

方法一，利用模拟器件补偿。

该方法的原理是：找到功率放大器的控制信号随温度变化的斜率与功率放大器的控制信号随温度变化斜率相近的模拟器件，通过该模拟器件控制功率放大器的控制信号，进而维持功率放大器的工作电流恒定。

这种方法虽然实现简单，成本低，但是，由于模拟器件的离散性较大，不适合批量生产，因此，不能得到广泛应用。

方法二，利用数字电路进行补偿，又称为查表方法。

图2为现有的功率放大器温度补偿装置的模块图，如图2所示，该电路包括：检测模块、控制模块和数模转换模块，其中，

所述检测模块用于检测环境温度值，并把该温度值发送到控制模块。

所述控制模块用于根据接收到的温度值，查表得到该温度值所对应的维持功率放大器的工作电流恒定时的控制信号值，并把该控制信号值与预设值的差值发送到数模转换模块。所述预设值是预先设定在控制模块中的，其值为在正常工作状态下功率放大器在静态工作时的工作电流所对应的数字电压值。

在控制模块中，保存着记录维持功率放大器的工作电流恒定时，功率放大器的控制信号与环境温度值对应关系的表1。该表是通过提前做以下实验得到的，该实验的方法如下：当温度在特定值时，人工调整控制模块的控制信号值，并监测功率放大器的工作电流，当调整到功率放大器的工作电流为恒定值时，记录此时的功率放大器的控制信号值，作为该温度所对应的所对应的维持功率放大器的工作电流恒定时功率放大器的控制信号值。然后，继续调整温度值，并记录下每一个温度值所对应的维持功率放大器的工作电流恒定时功率放大器的控制信号值。

所述数模转换模块用于接收控制模块的控制信号值与预设值的差值，并将该差值所对应的模拟信号发送到功率放大器的控制端，与功率放大器原有的控制信号相叠加。功率放大器原有的射频输入信号为高频信号。数模转换模块的输出信号为低频信号。

功率放大器原有的射频输入信号可以先通过隔直模块，之后再与数模转换模块输出的模拟信号相叠加后发送到功率放大器的控制端，其作用是通交流，阻隔低频信号，防止数模转换模块输出的低频信号流向功率放大器原有的射频信号输入端，所述隔直模块可以是电容。

数模转换模块的输出信号可以先通过高频扼流模块，之后再与功率放大器原有的控制信号相叠加后发送到功率放大器的控制端，其作用是通直流，阻隔高频信号，防止功率放大器原有的射频输入信号流入数模转换模块，所述高频扼流模块可以是电感或四分之一波长微代线。

所述检测模块可以是数字温度传感器。

所述控制模块可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing，DSP)，也可以是微控制器单元(Micro-Controller Unit，MCU)。

所述数模转换模块可以是数模转换器，也可以是数字电位器。

下面介绍功率放大器电流控制电路的数据传输过程：

首先，温度检测模块检测环境温度值，并把该温度值发送到控制模块。

然后，控制模块接收温度检测模块发送来的温度值，并根据该温度值，查询表1，得到该温度下维持功率放大器的工作电流恒定时功率放大器的控制信号值，并将该工作电流值与预设值的差值输出到数模转换模块。

数模转换模块将控制模块传送来的工作电流值与预设值的差值所对应的信号转换为模拟信号，通过高频扼流输出到功率放大器的控制端。

该方法虽然可以较精确的控制功率放大器的电流值，但是如果对于每一个功率放大器都需要提前做温度实验以得到栅极电压随温度变化表，会浪费很多的精力；而如果大部分的功率放大器都共用一个功率放大器的栅极电压随温度变化表，又会因为器件的离散性而影响温度补偿的精度。

上述两种对功率放大器进行温度补偿的方法可以归结为间接补偿方法，间接的功率放大器温度补偿方法势必会受器件的离散性影响，即有可能造成批量中的个别器件补偿效果不好，从而降低指标通过率；为了弥补间接温度补偿的离散性，不得不采用功率更大的功率放大器管，以保证批量的功率放大器在全温范围下的线性指标，这在很大程度上浪费了器件成本和电源效率。

发明内容

本发明的一个目的就是提供一种功率放大器温度补偿装置，以较精确的维持功率放大器的工作电流值恒定。

本发明的功率放大器温度补偿装置，用于对功率放大器进行温度补偿，包括检测模块、模数转换模块、控制模块和数模转换模块，

所述检测模块用于根据检测到的功率放大器的工作电流值得到其对应的电压值，并发送到模数转换模块；

所述模数转换模块用于将接收到的电压值转换为数字信号值，并发送到控制模块；

所述控制模块用于根据接收到的数字信号值和预设的数字电压值得到调整值，并发送到数模转换模块，所述预设的数字电压值为功率放大器静态工作时的工作电流所对应的数字电压值；

所述数模转换模块用于将接收到的调整值对应的模拟信号发送到功率放大器的控制端。

在时分双工系统中，所述控制模块还用于在保护时隙中向检测模块发送触发信号；

所述检测模块还用于在收到触发信号后，检测功率放大器的工作电流值。

所述功率放大器温度补偿装置还包括触发模块，用于在时分双工系统的保护时隙中向控制模块发送触发信号；

所述控制模块进一步用于在收到触发信号后，触发检测模块检测功率放大器的工作电流值。

所述功率放大器温度补偿装置还包括：运放模块，用于将数模转换模块发送的模拟信号进行放大处理后，发送到功率放大器的控制端。

所述检测模块为电流传感器。

所述控制模块为数字信号处理器或微控制器单元。

所述数模转换模块为数模转换器或数字电位器。

本发明的另一目的在于，提供一种功率放大器温度补偿方法。

本发明的功率放大器温度补偿方法，用于对功率放大器进行温度补偿，包括以下步骤：

步骤A)检测功率放大器的工作电流值；

步骤B)将功率放大器的工作电流值所对应的电压值转化为数字信号值，根据该数字信号值和预设的数字电压值，得到调整值，所述预设的数字电压值为功率放大器静态工作时的工作电流所对应的数字电压值；

步骤C)将所述调整值所对应的模拟信号发送到功率放大器的控制端。

所述步骤C)还包括：所述调整值所对应的模拟信号与功率放大器原有的控制信号进行叠加。

所述步骤A)为：在时分双工系统的保护时隙中检测功率放大器的工作电流值。

所述预设的数字电压值为功率放大器静态工作时的工作电流所对应的数字电压值。

所述步骤C)中，在将所述调整值所对应的模拟信号发送到功率放大器的控制端之前，对所述模拟信号进行放大。

本发明的功率放大器温度补偿装置和方法可以实时直接监测和补偿功率放大器的工作电流值，从而较精确的控制功率放大器的工作电流值，维持功率放大器的工作电流值恒定，完全不必考虑器件的离散性，保证批量的功率放大器在全温范围下的线性指标，提高了生产效率和电源效率最大程度发挥了功率放大器自身的性能，节省了器件成本，提高了电源效率。

附图说明

图1为功率放大器管的漏级静态电流与栅极电压的关系示意图；

图2为现有的功率放大器温度补偿装置的模块图；

图3为本发明的功率放大器温度补偿装置的模块图；

图4为本发明的功率放大器温度补偿装置的具体实施例的电流图；

图5为本发明的功率放大器温度补偿方法的流程图。

具体实施方式

本发明的基本思想是：将功率放大器的工作电流作为负反馈信号，根据该负反馈信号对功率放大器进行实时、直接的信号补偿，充分利用了功率放大器的性能，不需要为器件离散性留出指标上的余量，大大节省了成本，提高了生产效率。

下面，将参考图3介绍本发明的功率放大器温度补偿装置。

图3示出了本发明的功率放大器温度补偿装置的模块图。如图3所示，本发明的功率放大器温度补偿装置用于对功率放大器进行温度补偿，包括：

检测模块、模数转换模块、控制模块和数模转换模块，其中，

所述检测模块用于检测功率放大器的工作电流值，根据该工作电流值得到该工作电流值所对应的电压值，并发送到模数转换模块。由于检测模块实时直接检测功率放大器的工作电流值，从而可以较精确的控制功率放大器的工作电流值。

所述模数转换模块用于接收从检测模块发送来的电压值，将该电压值转换为数字信号值，发送到控制模块；

所述控制模块用于接收从模数转换模块发送来的数字信号值，根据该数字信号值与预设值得到调整值，并把该调整值发送到数模转换模块。

所述根据该数字信号值与预设值得到调整值是将所述数字信号值与预设值相比较，如果所述数字信号值大于预设值，调整值为一个步长的反向电压值；如果所述数字信号值小于预设值，调整值为一个步长的正向电压值；如果所述数字信号值等于预设值，调整值为零。

所述预设值是预先设定在控制模块中的，其值为在正常工作状态下功率放大器在静态工作时的工作电流所对应的数字电压值。

由于控制模块实时根据检测模块发送来的功率放大器的工作电流值发送调整值，可以实时直接监测和补偿功率放大器的工作电流值，维持功率放大器的工作电流值恒定。

所述模数转换模块可以在检测模块中，也可以在控制模块中。

所述数模转换模块用于接收控制模块发送的调整值，并将该值所对应的模拟信号发送到功率放大器的控制端，与功率放大器原有的控制信号相叠加。功率放大器原有的射频输入信号为高频信号。数模转换模块的输出信号为低频信号。

功率放大器原有的射频输入信号可以通过隔直模块与数模转换模块输出的模拟信号相叠加后发送到功率放大器的控制端，其作用是通交流，阻隔低频信号，防止数模转换模块输出的低频信号流向功率放大器原有的射频输入端，所述隔直模块可以是电容。基于同样的作用，功率放大器的工作电流可以通过隔直模块输入到检测模块。所述隔直模块可以是电容。

数模转换模块的工作电流可以通过高频扼流模块与功率放大器原有的控制信号相叠加后发送到功率放大器的控制端，其作用是通直流，阻隔高频信号，防止功率放大器原有的射频输入信号流入数模转换模块，所述高频扼流模块可以是电感。基于同样的作用，功率放大器的输入端通过一个隔直模块输出射频输出信号。所述高频扼流模块可以是电感或四分之一波长微代线。所述隔直模块可以是电容。

所述功率放大器温度补偿装置用于时分双工系统，所述控制模块还可以用于接收基站、广播或有线电视发送来的射频同步信息，并根据该同步信息，对计数脉冲进行同步，在时分双工(Time Division Duplex，TDD)系统的保护时隙中触发检测模块，使检测模块开始检测功率放大器的工作电流值。

进一步地，所述TDD的保护时隙包括功放响应时间段和静态时间段，所述保护时隙分为两段：前一个时间段为功放响应时间段，其长度为功放的响应时间，后一个时间段为静态时间段，其长度为TDD的保护时隙减去功放的响应时间。

这里要说明的是功放的响应时间可以由本领域技术人员用公知的方法得到。

所述控制模块在时分双工系统的保护时隙的静态时间段中触发检测模块，使检测模块开始检测功率放大器的工作电流值。

该触发模块在TDD系统的保护时隙中，触发检测模块的原因如下：

TDD系统中，为了保证收发的时间隔离以及提高效率，下行链路的功率放大器只工作于发送时隙，在接收时隙关断；同理，上行链路的功率放大器也只工作于接收时隙，在发送时隙关断。在发送时隙和接收时隙之间，有一段保护时隙，在该保护时隙的前一段时间内，上行链路和下行链路的功率放大器都处于打开状态，此时没有射频信号，相当于功率放大器工作于静态，因此，可以利用这段时间检测功率放大器的电流值。

本发明的功率放大器温度补偿装置还可以包括触发模块，所述触发模块用于接收基站、广播或有线电视发送来的射频同步信息，并根据该同步信息，对计数脉冲进行同步，在时分双工(Time Division Duplex，TDD)系统的保护时隙中向控制模块发送触发信号，控制模块接收到该触发信号后触发检测模块，使检测模块开始检测功率放大器的工作电流值。该触发模块可以是可编程逻辑器件包括现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)或复杂可编程逻辑器件(ComplexProgrammable Logic Device，CPLD)。

进一步地，所述时分双工系统的保护时隙包括功放响应时间段和静态时间段，所述触发模块在时分双工系统的保护时隙的静态时间段中向控制模块发送触发信号。

所述装置进一步包括：运放模块，所述数模转换模块的模拟信号在与原有控制信号叠加并发送到功率放大器的控制端之前，先通过运放模块对所述模拟信号进行放大处理。所述运放模块用于隔离高频信号，并且把调整值所对应的模拟信号变换到栅极电压工作的范围上，提高了控制精度。所述运放模块可以是运算放大器。

所述检测模块可以是电流传感器。传感器可以是数字传感器，也可以是模拟传感器。

所述控制模块可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing，DSP)，也可以是微控制器单元(Micro-Controller Unit，MCU)。

所述模数转换模块可以是模数转换器。

所述数模转换模块可以是数模转换器，也可以是数字电位器。

下面，将参考图4介绍本发明的功率放大器温度补偿装置的具体实施例的电流图。

图4示出了本发明的功率放大器温度补偿装置的具体实施例的电路图，如图4所示，电流传感器对应上述检测模块，模数转换器对应上述模数转换模块，DSP对应上述控制模块，数模转换器对应上述数模转换模块，运算放大器对应上述运放模块，电感对应上述高频扼流模块，电容对应上述隔直模块。

功率放大器以MOS管为例进行说明。

功率放大器的射频输入电压Rin通过电容输入到MOS管的栅极G端，控制MOS管的漏极D端的输入电流值，从MOS管的D端通过电容引出功率放大器的射频输出电压Rout；

CPLD接收基站、广播或有线电视发送来的射频同步信息，并根据该同步信息，对计数脉冲进行同步，在TDD系统的保护时隙到来时，向DSP发送触发信号，DSP接收到该触发信号后触发电流传感器，使电流传感器开始通过电容检测MOS管的D端的静态输入电流值；

电流传感器检测到MOS管的D端的输入电流值I后，将该电流值想对应的电压值发送到模数转换器，模数转换模块将该电压值转换为数字信号值发送到DSP，DSP根据模数转换模块输出的数字信号值与预设值得到调整值，并把该调整值发送到数模转换器；

数模转换器接收DSP发送的调整值，并将该值所对应的模拟信号发送到MOS管的栅极G端，与MOS管的栅极G端原有的控制信号相叠加，通过反馈的控制信号与原有的控制信号相叠加，控制MOS管的漏极D端的输入电流值，从而实现温度补偿。

本实施例仅以上述器件为例，说明本发明的功率放大器温度补偿装置，并不限制本发明的功率放大器温度补偿装置。

下面，将参考图5介绍本发明的功率放大器温度补偿方法。

图5示出了本发明的功率放大器温度补偿方法的流程图，具体过程如下：

在本发明的功率放大器温度补偿方法开始之前，需要在控制模块中写入预设值，其值为在正常工作状态下功率放大器在静态工作时的工作电流所对应的数字电压值。

接着执行以下步骤：

步骤101)利用基站、广播或有线电视发射的射频同步信息，并根据该同步信息，对计数脉冲进行同步，在TDD系统的保护时隙中检测功率放大器的工作电流值，根据该工作电流值得到该工作电流值所对应的电压值。

进一步地，所述TDD的保护时隙包括功放响应时间段和静态时间段，所述保护时隙分为两段：前一个时间段为功放响应时间段，其长度为功放的响应时间，后一个时间段为静态时间段，其长度为TDD的保护时隙减去功放的响应时间。在步骤101)中，在时分双工系统的保护时隙的静态时间段中检测功率放大器的工作电流值。

这里要说明的是功放的响应时间可以由本领域技术人员用公知的方法得到。

通过实时直接监测功率放大器的工作电流值，可以较精确的控制功率放大器的工作电流值。

步骤102)根据功率放大器的工作电流值所对应的电压值和预设值，得到调整值。

根据功率放大器的工作电流值所对应的电压值和预设值的方法是将所述功率放大器的工作电流值所对应的电压值与预设值相比较，如果所述电压值大于预设值，调整值为一个步长的反向电压值；如果所述电压值小于预设值，调整值为一个步长的正向电压值；如果所述电压值等于预设值，调整值为零。

步骤103)将所述调整值所对应的模拟信号发送到功率放大器的控制端。

所述调整值所对应的模拟信号与功率放大器原有的控制信号进行叠加。

进一步地，在所述步骤103)中将该调整值所对应的模拟信号与功率放大器原有的控制信号叠加之前，将该调整值所对应的模拟信号放大后输入到功率放大器的控制端，其作用是隔离高频信号，并且把调整值所对应的模拟信号变换到栅极电压工作的范围上，提高了控制精度。

通过向功率放大器的控制端发送调整值所对应的模拟信号，可以实时直接监测和补偿功率放大器的工作电流值，维持功率放大器的工作电流值恒定。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (12)

1.一种功率放大器温度补偿装置，用于对功率放大器进行温度补偿，其特征在于，包括检测模块、模数转换模块、控制模块和数模转换模块，

所述检测模块用于根据检测到的功率放大器的工作电流值得到其对应的电压值，并发送到模数转换模块；

所述模数转换模块用于将接收到的电压值转换为数字信号值，并发送到控制模块；

所述控制模块用于根据接收到的数字信号值和预设的数字电压值得到调整值，并发送到数模转换模块，所述预设的数字电压值为功率放大器静态工作时的工作电流所对应的数字电压值；

所述数模转换模块用于将接收到的调整值对应的模拟信号发送到功率放大器的控制端。

2.如权利要求1所述的功率放大器温度补偿装置，其特征在于，在时分双工系统中，所述控制模块还用于在保护时隙中向检测模块发送触发信号；

所述检测模块还用于在收到触发信号后，检测功率放大器的工作电流值。

3.如权利要求1所述的功率放大器温度补偿装置，其特征在于，还包括触发模块，用于在时分双工系统的保护时隙中向控制模块发送触发信号；

所述控制模块进一步用于在收到触发信号后，触发检测模块检测功率放大器的工作电流值。

4.如权利要求1所述的功率放大器温度补偿装置，其特征在于，还包括：运放模块，用于将数模转换模块发送的模拟信号进行放大处理后，发送到功率放大器的控制端。

5.如权利要求1所述的功率放大器温度补偿装置，其特征在于，所述检测模块为电流传感器。

6.如权利要求1所述的功率放大器温度补偿装置，其特征在于，所述控制模块为数字信号处理器或微控制器单元。

7.如权利要求1所述的功率放大器温度补偿装置，其特征在于，所述数模转换模块为数模转换器或数字电位器。

8.一种功率放大器温度补偿方法，用于对功率放大器进行温度补偿，包括：

步骤A)检测功率放大器的工作电流值；

步骤B)将功率放大器的工作电流值所对应的电压值转化为数字信号值，根据该数字信号值和预设的数字电压值，得到调整值，所述预设的数字电压值为功率放大器静态工作时的工作电流所对应的数字电压值；

步骤C)将所述调整值所对应的模拟信号发送到功率放大器的控制端。

9.如权利要求8所述的功率放大器温度补偿方法，其特征在于，所述步骤C)还包括：所述调整值所对应的模拟信号与功率放大器原有的控制信号进行叠加。

10.如权利要求8所述的功率放大器温度补偿方法，其特征在于，所述步骤A)为：在时分双工系统的保护时隙中检测功率放大器的工作电流值。

11.如权利要求8所述的功率放大器温度补偿方法，其特征在于，所述预设的数字电压值为功率放大器静态工作时的工作电流所对应的数字电压值。

12.如权利要求8至11任一项所述的功率放大器温度补偿方法，其特征在于，所述步骤C)中，在将所述调整值所对应的模拟信号发送到功率放大器的控制端之前，对所述模拟信号进行放大。

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