CN101106356B - 功率放大器电路以及其初始化方法和功率放大方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种功率放大器电路，其包括有数字电位器，所述数字电位器包括有温度传感器、存储器和可变电阻，存储器中存储有温度数据与可变电阻阻值的对应信息，所述可变电阻连接到偏置电路中，对功率放大器电路的线性、效率和增益进行控制。本发明还公开了上述功率放大器电路的初始化方法，其包括在各个不同的温度记录使电路的线性和效率以及增益都达到较好指标时，数字电位器中可变电阻的阻值。本发明还公开了一种功率放大器电路功率放大的方法，其根据温度传感器采集的温度信息变化可变电阻的阻值，进而对功率管电路进行调节，使其在不同的温度下都具有较好的线性、效率和增益。

Description

功率放大器电路以及其初始化方法和功率放大方法

技术领域

本发明涉及一种电路，尤其是一种功率放大器电路。本发明还涉及一种功率放大器电路的初始化方法和功率放大方法。

背景技术

在现代的通信系统中功率放大器是必不可少的一部分，在基站中它的成本可以占到30％左右。它用于对模拟信号进行放大，使之便于传输。其主要参数是增益、线性和效率。

其中，增益是指功率放大器对射频信号的放大倍数，通常单位是dB，用来表示功率放大器的输出信号与输入信号的比值。通常系统会要求功率放大器有稳定的增益。

线性表征功率放大器能否真实地放大信号。功率放大器的线性越好，则对被放大信号的失真越小。而通讯系统中如果线性差，会恶化误码率(EVM增加)、增加临道干扰(ACPR增大)，从而影响自己和他人的通话质量或信息传输质量。

效率是指功率放大器把多少的输入能量(包含信号输入和直流输入)转化成被放大了的信号能量输出。高的效率是通讯系统功率放大器的重要指标，直接影响到系统的受热程度、可靠性和成本。所以在满足线性的前提下，要求效率越高越好。

如果想要功率放大器能够增益稳定地工作在比较好的线性和效率指标下，就必须保证功率放大器的末级甚至末前级的LDMOS功率管能够随时工作在所能达到高线性和高效率下，并且增益保持高稳定性。但是LDMOS功率管一般都是对温度变化非常敏感的，必须随温度变化实时调整其偏置电压才能使其一直工作在最好的状态，这种随温度实时调整LDMOS功率管偏置电压的技术就称之为温度补偿技术。

现有的温度补偿技术一般是先测得LDMOS功率管的增益随温度变化曲线，再利用一个负温度系数的器件来近似的调整LDMOS功率管偏置电压，达到温度补偿的效果。但是这种做法的缺点很多。首先是受到器件一致性的影响，一般LDMOS功率管的一致性都不太好，都用同样的曲线去补偿会使功率放大器的指标参差不齐，造成不良率提高。其次，现有的温度补偿技术都是对LDMOS功率管的增益进行补偿，不能对线性和效率进行实时调整，这样功率放大器在高温或低温工作环境中是不能工作在最佳状态的。

现有的温度补偿都是针对功率放大器的静态电流和增益来进行补偿，通常先测出温度变化时保持增益不变的偏置电压值，如图1中的1号线，然后再用一个输出电压随温度变化的器件，比如三极管，对偏置端的的电压进行调节，补偿后的偏置电压如图1中的2号线。

温度补偿前后的增益变化趋势如图2所示，1号线为补偿前，2号线为补偿后。

可见这样的温度补偿并不能保证增益的高度稳定性的要求，而且这种针对增益的温度补偿无法保证功率放大器的线性和效率在高低温下的指标，对于线性和效率要求比较高或者有很高增益稳定度要求的功率放大器就无法用这种方法达到要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种功率放大器电路，以及这种功率放大器电路的初始化方法和功率放大方法，能够随温度变化实时调整功率管的工作状态，使功率放大器电路一直工作在增益稳定、线性和效率都是最佳的状态。

为解决上述技术问题，本发明功率放大器电路的技术方案是，包括

功率管电路，对输入信号进行功率放大；

压控衰减器，连接到所述功率管电路，对功率放大时的增益进行控制和调节；

第一偏置电路，连接到所述功率管电路的偏置端，控制功率管电路工作的偏置电压；

数字电位器，所述数字电位器包括温度传感器、存储器和第一可变电阻，所述存储器中存储有各个温度数据与所述第一可变电阻的电阻值相对应的信息，所述温度传感器采集温度数据之后，所述第一可变电阻的电阻值调节至所述存储器中与该温度数据相对应的电阻值，所述第一可变电阻连接到所述第一偏置电路中，对所述功率管电路的偏置电压进行控制。

本发明功率放大器电路的初始化方法的技术方案是，在各个不同的温度下分别对所述第一可变电阻进行调节，以改善所述功率放大器电路的评价指标，并且记录在各个温度下第一可变电阻阻值的数据，将温度数据与阻值数据相对应，并存储在所述存储器中。

本发明功率放大器电路的功率放大方法的技术方案是，所述数字电位器的温度传感器采集温度数据，所述存储器在其存储的信息中查找与所述温度传感器采集的温度数据相对应的电阻值，并且控制所述第一可变电阻以该电阻值连接到所述第一偏置电路中，从而控制所述功率管电路的偏置电压。

本发明通过设置有数字电位器，实时的根据温度数据调整功率放大器电路的偏置电压，使得功率放大器电路在不同的温度之下都在增益稳定、效率和线性俱佳的情况下工作，大大提高了功率放大器电路的性能。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明：

图1为现有的温度补偿电路中线性、效率和增益的温度补偿曲线图；

图2为现有的温度补偿电路中增益的温度补偿曲线图；

图3为本发明功率放大器电路的结构框图；

图4为本发明功率放大器电路实施例的电路图；

图5为本发明功率放大器电路进行初始化时的结构框图；

图6为本发明功率放大器电路的线性、效率和增益的温度补偿曲线图；

图7为本发明功率放大器电路的增益的温度补偿曲线图。

具体实施方式

本发明功率放大器电路的结构可参见图3和图4所示，包括：

功率管电路，对输入信号进行功率放大，在图4中，功率管V1及其周边电路负责对功率进行放大，之后由端口RFout输出放大后的信号；

压控衰减器，连接到所述功率管电路，对功率放大时的增益进行控制和调节，在图4中，压控衰减器N1连接到所述功率管V1上，对整个功率放大器电路的增益进行控制调节；

第一偏置电路，连接到所述功率管电路的偏置端，控制功率管电路工作的偏置电压；在图4中，第一偏置电路由运算放大器A1B及其周边的电路组成，该偏置电路可以对功率管V1的偏置电压进行调节和控制；

数字电位器，所述数字电位器包括温度传感器、存储器和第一可变电阻，所述存储器中存储有各个温度数据与所述第一可变电阻的电阻值相对应的信息，所述温度传感器采集温度数据之后，所述第一可变电阻的电阻值调节至所述存储器中与该温度数据相对应的电阻值，所述第一可变电阻连接到所述第一偏置电路中，对所述功率管电路的偏置电压进行控制，在图4中，数字电位器D1的H1和L1端口就是所述第一可变电阻的两端，它们被连接到由所述运算放大器A1B组成的第一偏置电路中，通过改变H1和L1之间的电阻值，可以影响功率管V1的偏置电压，从而对功率管的偏置电压进行控制。

还包括第二偏置电路，所述数字电位器中还包括第二可变电阻，所述存储器中存储有各个温度数据与所述第二可变电阻的电阻值相对应的信息，所述温度传感器采集温度数据之后，所述第二可变电阻的电阻值调节至所述存储器中与该温度数据相对应的电阻值，所述第二偏置电路连接到所述压控衰减器的控制端，所述第二可变电阻连接到所述第二偏置电路中，对所述压控衰减器进行控制，从而控制功率放大器电路的增益。在图4中，由运算放大器A1A及其周边电路组成了所述第二偏置电路，所述数字电位器D1中的第二可变电阻的两端为H0和L0，所述第二可变电阻连接到由A1A组成的第二偏置电路中，通过所述第二可变电阻阻值的调节，可以对所述第二偏置电路的输出产生影响，而第二偏置电路的输出端连接到所述压控衰减器N1的控制端，因此第二可变电阻可以对所述压控衰减器N1进行控制。

实际上，所述第一可变电阻和所述第二可变电阻可以分别采用两个数字电位器，即两个可变电阻都有各自的温度传感器和存储器进行控制。但是由于两个可变电阻阻值变化所依据的温度数据是一致的，为了节约成本和简化电路结构，所述一个数字电位器中包含有不少于两个可变电阻，所述数字电位器中的存储器中存储有各个温度数据与各个可变电阻的电阻值相对应的信息，所述温度传感器采集温度数据之后，所述各个可变电阻的电阻值调节至所述存储器中与该温度数据相对应的电阻值。

本发明还提供了一种上述功率放大器电路的初始化方法，先将所述功率放大器电路连接成如图5所示的结构，将所述数字电位器通过数据接口连接到计算机上，由测试系统1对所述功率放大器电路提供电源和信号源，所述功率放大器电路进行功率放大之后的信号由所述测试系统2的功率计和频谱仪进行测定，所述测试系统1和所述测试系统2也都连接到计算机上，将电源、信号源、功率及波形等信息传输给计算机，由计算机进行处理。在图4中，数字电位器D1的SDA端和SCL端与计算机连接，由计算机对数字电位器进行控制和读写操作，而WP1为写保护端，这时需要将写保护关闭，使得计算机可以对数字电位器进行写操作。在各个不同的温度下计算机分别对所述第一可变电阻进行调节，以改善所述功率放大器电路的评价指标，并且记录在各个温度下第一可变电阻阻值的数据，将温度数据与阻值数据相对应，并存储在所述存储器中。所述评价指标或者是功率放大器电路的线性，或者是功率放大器电路的效率，或者是功率放大器电路线性和效率的综合水平。由于应用于不同的场合，对于功率放大器电路的要求是不一样的，例如，有些地方对功率放大器电路的线性要求很高，这就可以以线性为评价指标对所述可变电阻进行调节；有些地方对效率要求很高，那就以效率作为评价指标；还有些地方对线性和效率都有要求，这就需要综合线性和效率的数据对可变电阻进行调节。这些评价指标的数据可以通过计算机采集所述测试系统1和所述测试系统2的数据，进行比较和计算后得出。

此外，计算机在各个不同的温度下也分别对所述第二可变电阻进行调节，以改善所述功率放大器电路的增益，并且记录在各个温度下第二可变电阻阻值的数据，将温度数据与阻值数据相对应，并存储在所述存储器中。所述功率放大器电路的增益也由计算机经过采集测试系统1和测试系统2的数据后计算得到。

在经过初始化之后，所述数字电位器的存储器中就会存储有一个数据表，这个数据表中记录了温度与可变电阻阻值的对应关系，之后所述功率放大器电路进行工作的时候就可以根据该数据表变化可变电阻的阻值。

本发明还提供了一种功率放大方法，在经过上述初始化的步骤之后，将所述计算机与所述数字电位器断开，并且打开数字电位器的写保护，防止数字电位器的存储器中的信息被修改，所述数字电位器的温度传感器采集温度数据，所述存储器在其存储的信息中查找与所述温度传感器采集的温度数据相对应的电阻值，并且控制所述第一可变电阻以该电阻值连接到所述第一偏置电路中，从而控制所述功率管电路的偏置电压。

所述数字电位器的温度传感器采集温度数据，所述存储器在其存储的信息中查找与所述温度传感器采集的温度数据相对应的电阻值，并且控制所述第二可变电阻以该电阻值连接到所述第二偏置电路中，以此对所述压控衰减器进行控制，从而控制功率放大器电路的增益。

在实际应用中，一般功率管会采用LDMOS功率管，采用本发明的电路结构、初始化方法及功率放大方法之后，线性、效率及增益的温度补偿曲线如图6所示，其中1号线为原本需要的增益温度补偿曲线，2号线为线性和效率的温度补偿曲线。利用本发明中计算机自动调试的方式可以使得电路工作状态很逼近2号线，计算机自动调试的方式是利用计算机对数字电位器进行电阻控制，调节LDMOS功率管的偏置电压，同时读取功率放大器的温度数据、电源的电流数据、功率计的功率数据以及频谱仪的线性数据，通过一定的算法来综合线性和效率指标，再来控制数字电位器的电阻值，闭环使数字电位器输出的电阻值对应温度的变化可以让功率放大器一直处于高线性和高效率。这样就可以让功率放大器的线性在全温度范围内都有很好的表现，但是增益随温度变化的曲线就有可能变得不规律，如图8所示。本发明利用第二可变电阻对功率放大器电路中的压控衰减器的控制电压进行控制，从而完成对增益的控制。

增益的温度补偿同样用计算机自动控制数字电位器的输出电阻，利用此第二可变电阻分压后的电压值作为压控衰减器的控制电压，同时读取功率计的功率数据以达到闭环控制的目的。增益补偿前后的曲线如图7所示，1号线为增益补偿前的曲线，此曲线是传统的增益补偿方式无法进行补偿的，2号线为补偿后的曲线。

最后，把计算机自动调节出来的温度补偿数据写入数字电位器的存储器中，该存储器通常会采用EEPROM。功率放大器电路在不同的温度点工作的时候，数字电位器就会自动根据温度的不同来调整可变电阻的电阻值，这样功率放大器电路里的LDMOS功率管的偏置电压和压控衰减器的控制电压就会随之实时变化，功率放大器就可以在全温度范围内都工作在高线性、高效率和很高的增益稳定度状态了。

Claims (9)

1.一种功率放大器电路，其特征在于，包括

功率管电路，对输入信号进行功率放大；

压控衰减器，连接到所述功率管电路，对功率放大时的增益进行控制和调节；

第一偏置电路，连接到所述功率管电路的偏置端，控制功率管电路工作的偏置电压；

数字电位器，所述数字电位器包括温度传感器、存储器和第一可变电阻，所述存储器中存储有各个温度数据与所述第一可变电阻的电阻值相对应的信息，所述温度传感器采集温度数据之后，所述第一可变电阻的电阻值调节至所述存储器中与该温度数据相对应的电阻值，所述第一可变电阻连接到所述第一偏置电路中，对所述功率管电路的偏置电压进行控制。

2.根据权利要求1所述的功率放大器电路，其特征在于，还包括第二偏置电路，所述数字电位器中还包括第二可变电阻，所述存储器中存储有各个温度数据与所述第二可变电阻的电阻值相对应的信息，所述温度传感器采集温度数据之后，所述第二可变电阻的电阻值调节至所述存储器中与该温度数据相对应的电阻值，所述第二偏置电路连接到所述压控衰减器的控制端，所述第二可变电阻连接到所述第二偏置电路中，对所述压控衰减器进行控制，从而控制功率放大器电路的增益。

3.根据权利要求1所述的功率放大器电路，其特征在于，所述一个数字电位器中包含有不少于两个可变电阻，所述数字电位器中的存储器中存储有各个温度数据与各个可变电阻的电阻值相对应的信息，所述温度传感器采集温度数据之后，所述各个可变电阻的电阻值调节至所述存储器中与该温度数据相对应的电阻值。

4.一种如权利要求1～3中任意一项所述的功率放大器电路的初始化方法，其特征在于，在各个不同的温度下分别对所述第一可变电阻进行调节，以改善所述功率放大器电路的评价指标，并且记录在各个温度下第一可变电阻阻值的数据，将温度数据与阻值数据相对应，并存储在所述存储器中。

5.根据权利要求4所述的功率放大器电路的初始化方法，其特征在于，所述评价指标或者是功率放大器电路的线性，或者是功率放大器电路的效率，或者是功率放大器电路线性和效率的综合水平。

6.根据权利要求4所述的功率放大器电路的初始化方法，其特征在于，在各个不同的温度下分别对所述第二可变电阻进行调节，以改善所述功率放大器电路的增益，并且记录在各个温度下第二可变电阻阻值的数据，将温度数据与阻值数据相对应，并存储在所述存储器中。

7.根据权利要求4或6所述的功率放大器电路的初始化方法，其特征在于，先将所述数字电位器通过数据接口连接至计算机上，由计算机在不同的温度下对所述可变电阻进行调节，并在所述存储器中存储温度数据与阻值数据相对应的信息。

8.一种如权利要求1～3中任意一项所述的功率放大器电路的功率放大方法，其特征在于，所述数字电位器的温度传感器采集温度数据，所述存储器在其存储的信息中查找与所述温度传感器采集的温度数据相对应的电阻值，并且控制所述第一可变电阻以该电阻值连接到所述第一偏置电路中，从而控制所述功率管电路的偏置电压。

9.根据权利要求8所述的功率放大方法，其特征在于，所述数字电位器的温度传感器采集温度数据，所述存储器在其存储的信息中查找与所述温度传感器采集的温度数据相对应的电阻值，并且控制所述第二可变电阻以该电阻值连接到所述第二偏置电路中，以此对所述压控衰减器进行控制，从而控制功率放大器电路的增益。

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