CN101350596B

CN101350596B - 用于放大器的延迟调节器预失真电路

Info

Publication number: CN101350596B
Application number: CN2008101428849A
Authority: CN
Inventors: J·A·宾厄姆
Original assignee: Andrew LLC
Current assignee: Commscope Technologies LLC
Priority date: 2007-05-31
Filing date: 2008-05-29
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2028-05-29
Also published as: CN101350596A; US20080297245A1; AU2008202176A1; US7541868B2; AU2008202176B2

Abstract

一种用于对输入到放大器的信号进行预失真的电路，包括信号分配器，用于将输入信号分为在主要路径和次要路径中传播的信号部分。在主要和次要路径中每条路径中的延迟元件将群延迟引入给各自路径中的信号部分。信号组合器用于将各自路径中的信号组合为组合的输出信号。将可变增益电路设置在主要和次要路径中的每条路径中。可变增益电路用于改变每条路径中输入信号的电平，由此调制组合的输出信号的总体相位延迟。

Description

用于放大器的延迟调节器预失真电路

技术领域

本发明涉及一种功率放大器，并特别涉及一种在功率放大器，如多赫尔蒂(Doherty)放大器和其他提高效率的放大器中处理失真特性的预失真电路。

背景技术

射频(RF)通信系统和应用，如无线语音和数据应用，需要功率放大器，其既是高效率的又是线性的。然而，这两种特性在工作中通常是相互抵触的，使得高线性功率放大器通常效率较低，反之较高效率的放大器在设计上要牺牲线性度。常规的功率放大器通常在饱和或饱和附近以最大效率操作，而这将影响其线性度。

因此，为了调节具有改变振幅的RF通信信号，无线通信系统内的功率放大器通常在不同模式下进行操作，其取决于将要被放大的输入信号的振幅。例如，功率放大器对于其时间的实质部分可能通常操作在峰值效率之下。为了处理这种放大需求，使用Doherty放大器，和具有提高效率的其他放大器，诸如增强型AB类(ECAB)放大器。例如，美国专利号6,922,102和7,064,606中描述了放大器，其提供效率和线性的期望的平衡。

然而，这种ECAB/Doherty放大器也具有描述基于频率的相位变化的失真特性。这些失真特性可以被认为是AM/PM特性的旋转(spinning)，其中AM/PM特性随着频率逆时针方向旋转。例如，用于放大器的AM/PM曲线可以利用网络分析器进行检查，将网络分析器扩展到期望的频率范围内的功率。在检查多个频率上的AM/PM曲线时，发明者确定放大器的延迟随着输入功率的增加而减小。这种失真是最难以在宽的带宽上进行校正，由于其产生通常被假定为存储效应的效应。因此，尽管ECAB/Doherty放大器提供了效率和线性度之间所希望的权衡，但是它们也展现了所不希望的失真特性。

附图说明

图1是根据本发明方案的具有提供延迟调制的预失真电路的放大器系统的一个实施例的示意图。

图2是可以在图1的电路中使用的定标电路的示意图。

图3A-3C图示了在较低频率、中频、和较高频率中使用Doherty或ECAB拓扑的RF功率放大器的通信系统的所测量的失真特性。

图4A-4C根据本发明的方案图示了预失真电路的一个实施例所测量的失真特性。

图5A-5C根据本发明图示了使用预失真电路的通信系统的所测量的失真特性。

具体实施方式

本发明通过提供将由RF功率放大器放大的信号的预失真，解决了现有技术的缺点。预失真电路利用信号多路径内的延迟调制，以便从而调制将被放大的组合输出信号的整体群延迟。输入信号在多条路径中被分成信号部分，在各个相应路径中具有延迟元件。利用每条路径中的可变增益电路，改变每条路径中输入信号部分的电平，从而调制来自由每条路径的组合的信号部分的输出信号的整体群延迟。预失真电路对于效率高的线性放大器是有效的，如Doherty放大器和增强型AB类放大器，以及展现出上述相位失真的其他放大器。

图1示出具有根据本发明的方案与RF功率放大器20结合使用的预失真电路10的放大器系统5的一个实施例。正如所指出的，RF功率放大器可以为Doherty放大器或增强型AB类放大器，或者其他适合的具有单个或多个放大级的RF放大器。因此，元件20仅是对放大器元件的示意性说明，而不是限制。

预失真电路10对将由放大器20进行放大的输入信号22进行操作。电路10利用用于在处理路径26和采样路径28之间划分输入信号22的信号分配器24或者其他信号划分装置。在本发明一个实施例中，信号分配器24可以为90°混合耦合器，如图1所示，其中将输入信号22划分为输出信号26和28。将处理路径26上的信号引导至另一个信号分配器或分路器30，该分配器或分路器将输入信号22在路径26上的一部分划分为在电路10的主要路径32和次要路径34中传送的输入信号部分。信号路径32和34被认为包括信号分路器30和信号组合器40。此外，适合的信号分配器30可以为90°混合耦合器。

信号延迟元件，如延迟元件36和38，被并入到各自的信号路径32和34。根据本发明一个方面，延迟元件将群延迟引入到每个各自路径中的信号部分。然后路径32和34中的延迟信号部分在信号组合器40中被组合，如图1所示。也可以是90°混合耦合器的信号组合器40，将主要路径32和次要路径34的输入信号部分组合为被输入到放大器20的组合的输出信号42。根据本发明的方面，从而输出信号42被预失真，以便当信号42被放大时，处理由RF功率放大器20所引入的失真特性。如上指出的，功率放大器，或者功率放大电路20可以是从本发明受益的任一适合的放大器设计。此外，尽管系统5的电路10和功率放大器20作为独立的元件示出，但是所有这些电路可以被组合为在单个外壳内一个总的放大器电路，其中将电路10实施为对输入到放大器20的输入信号进行预失真。

根据本发明一个方面，在主要路径32和次要路径34中的每条路径中，使用可变增益电路44、46，并且其可用于改变每条路径中输入信号的电平并且改变被引导至信号组合器40的所延迟的信号部分的电平。主要和次要路径中每个信号都由相应的延迟元件36和38进行延迟。然后这些延迟信号由信号组合器40进行组合为输出42。通过改变来自对组合输出信号42的有贡献的每条路径的特别延迟信号的部分，所组合的输出信号42的整体相位延迟可以被改变或被调制，从而以影响输出信号42延迟的延迟调制形式提供预失真。例如，适合的延迟元件可以是同轴电缆长度的形式，如通常自由分散的TEM模式延迟线。于是预失真电路10的理想性能可以以简化形式来进行建模为：

V_{O} = \frac{A \cdot e^{- jβ d_{1}} + (1 - A) \cdot e^{- jβ d_{2}}}{2} V_{i}

这采用了理想混合耦合器和以距离d₁和d₂表示的延迟元件，且主要路径中可变增益电路44的增益为A，次要路径中可变增益电路46的增益为(1-A)。从而，本发明在组合输出信号42中产生线性变化和延迟，其随着各自路径中增益A和(1-A)而变化。当增益A从0向1变化时，延迟变化为

延迟(次要)减去

延迟(主要)。当A不等于0或者1时，增益平稳度将受到影响，并且增益平稳度由带宽和两个延迟之差所确定的。通常，增益平稳度在A＝0.5处为最差。

可以各种不同方式实施可变增益电路44和46，例如，通过使用可变增益放大器、乘法器芯片、或可变衰减器。在本发明一个实施例中，使用了高速衰减器，并且高速衰减器由输入到电路10的输入信号的测量所控制，如下面所讨论的，输入信号的测量如由各自包络(envelope)检波器48、50所提供。利用可变衰减器，路径32和34中信号的电压衰减可以被认为是乘法器函数。也就是说，A＝1的最大增益相应于电路44的最低衰减。相似地，A＝0的最低增益被认为是最理想的衰减。根据本发明一个方面，可变增益电路通常是相反关联的，使得电路44具有增益A，而电路46具有增益(1-A)，其中A在0和1之间变化(0＜A≤1)。在所设计的中心频率处(其中两个路径32和34的插入相位是相同的)，由上面的等式1提供输出电压。通过改变由每个延迟元件36和38提供的群延迟，其中由延迟元件36提供的d₁不等于d₂并且具有相同的中心带相位延迟，电路10提供对输出信号42的延迟进行调制的延迟调制器。将来自电路10的预失真与放大器20相加导致显著减少的AM/PM失真。

再次转向图1，在主要和次要路径中的延迟元件36和38具有不同的值，并且由此引入不同的群延迟。在一个实施例中，主要路径中的延迟元件在主要路径信号部分中引入群延迟，该群延迟比次要路径中由延迟元件38引入的群延迟要大。

为了实施本发明，可变增益电路被各自耦合到控制子电路52，该控制子电路52包括一个或多个模拟增益调节电路54、56。根据本发明，增益调节电路54、56为相应可变增益电路44、46中的每一个提供增益变化。将增益调节电路54、56中的每一个耦合到控制其操作的相应的包络检波器48、50。特别地，控制子电路52利用来自采样路径28的信号，并进一步利用信号分路器58将信号分到独立的控制路径60、62。从而将输入信号22在路径28中的一部分提供给确定输入信号电平的包络检波器48、50。输入信号的具体电平被用来操作改变可变增益电路44、46中的每一个的增益的增益调节电路。

根据本发明的一个方面，在较低信号电平时，希望具有来自电路10的较短的有效延迟。根据本发明一个实施例，次要路径中的延迟元件38提供或引入比主要路径32中延迟元件36引入的群延迟小的群延迟(或元件36引入比元件38大的延迟)。因此，对于较低输入信号电平，如由包络检波器48、50所确定的，操作可变增益电路使得A处于0或接近0。可变增益电路44的增益为0(最大衰减)，并且可变增益电路46的增益处于1或接近1(最小衰减)。因此，输出信号42主要受次要路径34中来自元件38的较小的延迟所影响。可选择地，在较高信号电平时，希望具有较长的有效延迟。因此，操作可变增益电路，使得A移动到接近1，以至于电路44提供最大增益(最小衰减)，同时电路46移动到最小增益(A-1)或0(最大衰减)。那样，输出信号将更多地受主要路径32中较大的延迟所影响。从而，基于可变增益电路的控制，将延迟调制提供给输入信号22。

在图1所描述的本发明实施例中，一个或多个路径60、62包括定标电路，其定标一部分输入信号，从而通过模拟增益调节电路改变可变增益电路的增益。即，各自的定标电路64、66先于包络检波器48、50定标一部分输入信号，以影响增益调节电路54、56的操作。定标电路64和66具有两个主要目的：在部件中对于小误差的调节以及设置延迟调制器影响的输入信号的范围。因此，可以调谐电路10来处理电路多种部件的缺陷，例如信号分配器24和30，以及由可变增益电路提供的衰减，和由延迟部件36、38提供的所希望的延迟中的差。可以改变定标和增益调节电路的调节以便为最佳延迟分配进行调节，从而补偿放大器20的延迟特性。

在控制子电路52中，路径60对应于主要路径和可变增益电路44，而路径62对应于次要路径和可变增益电路46。可以配置定标电路来处理部件的缺陷并且提供本发明的延迟调制器电路的更实际的实施方式。特别地，根据下面的等式2，定标电路66可以提供对次要路径中可变增益电路46的定标：

G_p＝A

G_S＝1-αG_P

A≡0→1

即，定标电路控制α。其允许对来自电路46的次要增益的精细调谐，以获得对于各自可变增益电路的理想增益A和(1-A)。

此外，进一步可以将控制子电路52配置为将线性偏移量提供给路径62中的一部分输入信号，以改变可变增益电路46的增益。例如，由于部件的缺陷，可变增益电路46的增益不可能非常接近所希望的(1-A)参数。即，在等式(1-A)中，电路不能准确地提供理想的“1”，使得电路46中增益的范围不在所希望的“0”和“1”之间波动。因此，根据下面的等式3，可以将控制子电路52配置来操作并提供线性偏移量：

G_p＝A

G_S＝β-G_P

A≡0→1

例如，这种偏移量可以在增益调节电路56中实现，其提供具有偏移量的固定的增益。通过提供调节β，次要G_S可以在(1-A)增益的实施中被精细调谐到更接近“1”和“0”。

定标电路64可以被配置来调节次要路径32中的可变增益电路44，类似于其中定标电路66调节次要路径增益的方式。为此，可以将定标电路64设置来提供主要G_p的可定标性(scalability)，如下面所示：

G_p＝γA

G_S＝1-A

A≡0→1

从而，定标电路64被配置来处理γ并改变主要路径的增益。如果定标电路提供大量的增益，包络检波器将产生必须由增益调节电路减小的大信号以满足增益电路的某些固定需求。这将使本发明在更大的“归一化振幅”范围上影响AM/PM。通常，包络检波器具有阈值，在该阈值之下包络检波器不产生输出。在定标电路中较低增益通过相应增益调节电路中所增加的增益来抵消以产生在较小的“归一化振幅”范围上影响AM/PM的效果。除了上述用于缺陷的校正之外，偏移/定标特性的一个另外的用途，是有意地在AM/AM特性中产生倾斜。

如图2所示利用可变衰减器70和放大器72来实现定标电路64、66以在包络检波器48、50之前为信号提供所希望的定标。进一步地，电路10的调谐也可以通过任选的移相器39来执行，例如在主要路径32中。调节该移相器，使得信号路径32和34的插入相位在所希望的带处相等，有效地提供精细调节以控制中心频率。作为一种选择，可以将移相器插入到次要路径34。本发明由此提供所希望的延迟调制，因此相位调制反映输入信号的电平，并且提供预失真给输入到RF功率放大器20的信号，以处理由放大器提供的AM/PM中的失真。

图3A-3C图示出在较低频带(869MHz)、中心频带(881MHz)以及较高频带(894MHz)中RF功率放大器20或放大系统链的可能失真特性。在本发明实施例中，进行测试来提供所希望高速延迟调制器。数字乘法器，例如来自模拟装置公司(Analog Devices Inc.)的ADL5391乘法器，被用于可变增益电路44、46。延迟元件36、38利用同轴线来实现。控制电路52利用包络检波器，并且以本领域的技术人员可以理解的常规方式利用来自Texas Instruments的THS3202电流反馈运算放大器和可从Texas Instruments获得的两个THS4405全差分放大器来实现模拟增益调节电路54、56。

如图3A-3C所描述的，所示出的电路10被驱动在大约-6.3dBm功率上。所使用的测试信号包括间隔400kHz的八个GSM载波。上述的中心频带频率是八个GSM载波的中心。

在图3A、3B和3C的每个图中，左侧提供AM/AM特性，而右侧提供AM/PM特性。其与图4A-4C和5A-5C相似。参考图3A-3C，可以看到AM/PM特性显示出在较低频带和中心频带中通常向下倾斜，以及在较高频带中向上倾斜。本发明的以延迟调制器形式的预失真电路处理了放大器链20的这种特性。

图4A-4C示出了预失真电路10的AM/PM特性，并示出由预失真电路10提供的AM/PM特性的斜面提供从较低频带的通常向上斜面，以及较高频带中向下斜面，而在中心频带处通常平坦的响应。根据本发明一个方面，这对放大器链20的输出具有所希望的影响，如图5A-5C所示，其中，在全部三个频率处，AM/PM一般斜面稍微向下，即，使这些斜面相似。AM/PM的特性仍随频率而改变，其与初始放大器链的特性一致，如图3A-3C所示的。

也可以从图3A-3C、4A-4C和5A-5C确定其他观察结果。一种观察是，如图4A和4C所示的延迟调制器预失真电路10和图3A-3C中所说明的放大器链在频率上并未居中。这通过观察AM/PM特性在中心频带处的位置来确定。放大器链和预失真电路的总体趋势是在中心频率处的负AM/PM斜面。因为它们处在相同方向，可以预期这将在中心频带处引起另外的AM/PM斜面。还可以注意到，如所希望的那样，如图4A-4C所说明的延迟调制器预失真电路的频率上的相位旋转与放大器链的相位旋转相反。另外，可以观察到延迟调制器预失真电路的AM/AM示出一些增益扩展。在延迟调制器中某种程度的失配可能引起这种增益特性。

因此，尽管本发明通过各种实施例的描述来进行说明，并且尽管相当详细地描述了这些实施例，但是申请人的意图不是将所附权利要求的范围限制或以任何方式限制到这样的细节。另外的优点和修改对本领域的技术人员是显而易见的。从而，在其更广泛方面中本发明并不限于特定的细节、典型设备和方法，以及显示和描述的示例。因此，在不偏离申请人的总的发明构思的精神或范围的情况下，可以从这些细节进行变化。

Claims

1.一种用于对输入到放大器的信号进行预失真的电路，包括：

信号分配器，用于将输入信号分为在主要路径和次要路径中传播的信号部分；

在每个所述主要和次要路径中的延迟元件，用于将群延迟引入给各自路径中的信号部分，所述延迟元件在所述路径之间具有不同值以将不同的延迟引入给每个所述各自路径中的信号部分；

信号组合器，用于将各自路径中的信号部分组合为组合的输出信号，所述组合的输出信号具有受所述主要和次要路径中的信号部分的延迟的组合所影响的有效延迟；

可变增益电路，其设置在每个所述主要和次要路径中，该可变增益电路用于根据所述输入信号的电平改变每条路径贡献给所述组合的输出信号的输入信号部分的电平，并由此改变每个信号部分延迟对所述组合的输出信号的有效延迟的影响以调制所述组合的输出信号的有效延迟。

2.如权利要求1所述的电路，其中所述主要和次要路径中的可变增益电路相反地改变每条路径中输入信号部分的电平。

3.如权利要求1所述的电路，其中所述主要路径中的延迟元件在所述主要路径的信号部分中引入群延迟，所述群延迟大于所述次要路径中的延迟元件引入的群延迟。

4.如权利要求1所述的电路，进一步包括增益调节电路，其耦合到至少一个可变增益电路，并且用于基于所述输入信号的电平来调节所述可变增益电路的增益。

5.如权利要求4所述的电路，进一步包括耦合到所述增益调节电路的包络检波器，用于检测所述输入信号的电平。

6.如权利要求4所述的电路，进一步包括第二信号分配器，用于将所述输入信号划分在所述增益调节电路和形成所述主要和次要路径的所述信号分配器之间。

7.如权利要求1所述的电路，其中所述主要路径中的可变增益电路具有增益(A)，并且基于所述主要路径可变增益电路的增益，所述次要路径中的可变增益电路具有增益(1-A)。

8.如权利要求4所述的电路，其中所述增益调节电路耦合到所述次要路径中的可变增益电路，所述电路进一步包括次要定标电路，用于定标一部分所述输入信号以改变所述可变增益电路的增益。

9.如权利要求4所述的电路，其中所述增益调节电路耦合到所述主要路径中的可变增益电路，所述电路进一步包括主要定标电路，用于定标一部分所述输入信号以改变所述可变增益电路的增益。

10.如权利要求4所述的电路，其中所述增益调节电路将线性偏移量提供给所述输入信号的所述部分，以改变所述可变增益电路的增益。

11.如权利要求1所述的电路，进一步包括在所述主要路径或次要路径中的至少一条路径中的移相器，其在相应的延迟元件之后。

12.一种用于对输入到放大器的信号进行预失真的电路，包括：

用于将输入信号分配到主要路径和次要路径中的信号部分中的电路，所述路径各自包括具有彼此不同的值的延迟元件以将不同的群延迟引入到每条各自路径中的信号部分，所述电路还用于将所述主要和次要路径上的信号部分组合以形成组合的输出信号；

所述组合的输出信号具有受所述主要和次要路径中的信号部分的延迟的组合所影响的有效延迟；

可变增益电路，其设置在所述主要路径和次要路径中的每条路径中，所述可变增益电路用于根据所述输入信号的电平改变每条路径贡献给所述组合的输出信号的输入信号部分的电平，并且由此改变每个信号部分延迟对所述组合的输出信号的有效延迟的影响以调制所组合的输出信号的有效延迟。

13.如权利要求12所述的电路，其中所述主要路径中的延迟元件在所述主要路径的信号部分中引入群延迟，所述群延迟大于所述次要路径中延迟元件引入的群延迟。

14.如权利要求12所述的电路，进一步包括增益调节电路，其耦合到至少一个所述可变增益电路，并且用于基于所述输入信号的电平来调节所述可变增益电路的增益。

15.如权利要求12所述的电路，进一步包括增益调节电路，其耦合到所述可变增益电路中的每一个，并且用于基于所述输入信号的电平来调节相应可变增益电路的增益。

16.如权利要求12所述的电路，其中所述可变增益电路相反地改变每条路径中输入信号部分的电平。

17.如权利要求16所述的电路，其中所述主要路径中的可变增益电路具有增益(A)，并且基于所述主要路径可变增益电路的增益，所述次要路径中的可变增益电路具有增益(1-A)。

18.如权利要求14所述的电路，其中所述增益调节电路耦合到所述次要路径中的可变增益电路，所述电路进一步包括次要定标电路，用于定标一部分所述输入信号以改变所述可变增益电路的增益。

19.如权利要求14所述的电路，其中所述增益调节电路耦合到所述主要路径中的可变增益电路，所述电路进一步包括主要定标电路，用于定标一部分所述输入信号以改变所述可变增益电路的增益。

20.如权利要求14所述的电路，其中所述增益调节电路将线性偏移量提供给所述输入信号的所述部分，以改变所述可变增益电路的增益。

21.一种放大器，包括：

用于将输入信号分配到主要路径和次要路径中的电路，所述路径各自包括具有彼此不同的值的延迟元件以将不同的群延迟引入到每条各自路径中的信号部分，所述电路还用于将所述主要和次要路径的信号部分组合以形成组合的输出信号；

可变增益电路，其设置在所述主要路径和次要路径中的每条路径中，所述可变增益电路用于根据所述输入信号的电平改变每条路径贡献给所述组合的输出信号的输入信号部分的电平，并且由此改变每个信号部分延迟对所述组合的输出信号的有效延迟的影响以调制所组合的输出信号的有效延迟；

功率放大电路，用于放大所述组合的输出信号以形成放大的信号。

22.如权利要求21所述的放大器，其中所述主要路径中的延迟元件在所述主要路径的信号部分中引入群延迟，所述群延迟大于所述次要路径中的延迟元件引入的相位延迟。

23.如权利要求21所述的放大器，进一步包括增益调节电路，其耦合到至少一个所述可变增益电路，并且用于基于所述输入信号的电平来调节所述可变增益电路的增益。

24.如权利要求21所述的放大器，进一步包括增益调节电路，其耦合到所述可变增益电路中的每一个，并且用于基于所述输入信号的电平来调节相应可变增益电路的增益。

25.如权利要求21所述的放大器，其中所述可变增益电路相反地改变每条路径中输入信号部分的电平。

26.如权利要求25所述的放大器，其中所述主要路径中的可变增益电路具有增益(A)，并且基于所述主要路径可变增益电路的增益，所述次要路径中的可变增益电路具有增益(1-A)。

27.如权利要求21所述的放大器，其中所述功率放大电路包括Doherty放大器或增强型AB类放大器中的至少一个。

28.一种用于对待放大信号进行预失真的方法，包括：

将输入信号划分为在主要路径和次要路径中传播的信号部分；

将不同的群延迟引入到每个相应路径中的所述信号部分；

将相应路径中的信号部分组合为组合的输出信号，所述组合的输出信号具有受所述主要和次要路径中的信号部分的延迟的组合所影响的有效延迟；

利用每条路径中的可变增益电路，改变每条路径贡献给所述组合的输出信号的输入信号部分的电平，并且由此改变每个信号部分延迟对所述组合的输出信号的有效延迟的影响以以调制所组合的输出信号的有效延迟。

29.如权利要求28所述的方法，进一步包括相反地改变所述主要和次要路径中的输入信号部分的电平。

30.如权利要求29所述的方法，进一步包括在所述主要路径的信号部分中引入群延迟，所述群延迟大于所述次要路径中引入的群延迟。

31.如权利要求28所述的方法，进一步包括基于所述输入信号的电平来调节路径中可变增益电路的增益。

32.如权利要求28所述的方法，其中所述主要路径中的可变增益电路具有增益(A)，并且基于所述主要路径可变增益电路的增益，所述次要路径中的可变增益电路具有增益(1-A)。

33.如权利要求31所述的方法，进一步包括定标输入信号的一部分以改变所述次要路径的所述可变增益电路的增益。

34.如权利要求31所述的方法，进一步包括定标输入信号的一部分以改变所述主要路径的所述可变增益电路的增益。

35.如权利要求33所述的方法，进一步包括将线性偏移量提供给输入信号的一部分，以改变所述可变增益电路的增益。

36.如权利要求1所述的方法，进一步包括在所述主要路径或次要路径的至少一个中提供移相器，其在相应延迟元件之后。