CN101394151A - 功率放大器自动增益补偿与线性控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及功率放大器自动增益补偿与线性控制方法及装置。功率放大器自动增益补偿与线性控制方法通过将射频信号转为电信号送至控制单元判断输出功率，并通过控制单元对温度检测单元进行温度检测，当温度发生变化时，控制单元将小于功放管正常工作的偏置电压1V的电压值、实时温度情况下功率放大器需要补偿的栅级电压值与功率放大器输出的相应功率下需要补偿的栅级电压值相加得到功放管正常工作的偏置电压值，进行增益补偿，并通过确定的功放管温度补偿线性曲线，对温度变化情况下功放管的栅极进行较准补偿。本发明技术可以确保功率放大器的线性指标受温度影响变化非常小，确保放大器功率在1dB压缩点与回退9dB之间，线性均能保持最佳指标。

Description

功率放大器自动增益补偿与线性控制方法及装置

技术领域

本发明技术适用于高线性大功率放大器，具体适用于射频功率晶体管LDMOS(Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor)、射频集成电路类由单片机控制的高线性大功率放大器，是采用由单片机进行控制的一种功率放大器的自动增益补偿与线性控制方法及装置。

背景技术

为使高线性功率放大器在-25℃～+85℃范围内，线性(IMD/ACPR)始终保持在最佳情况下，就必须在温度每变化1℃，对功放管进行相应温度下的栅压补偿。在低温环境中，装置的增益会变高。在高温环境中，装置的增益会变小。为使装置在-25℃～+85℃范围内，高线性功率放大器的增益保持稳定，在每一个温度点，对放大器内部增益补偿的PIN管进行相应的衰减。为了实现上述两种功能，功率放大器应对装置温度进行实时的温度检测。

现有技术中深圳市中兴通讯股份有限公司上海第二研究所于2002年3月29日申请的专利号为02216507.X，名称为可自动控制的线性功率放大器；深圳市中兴通讯股份有限公司于2002年9月5日申请的专利号为02266974.4，名称为用于功率放大器增益控制的温度补偿装置和华为技术有限公司于2001年6月1日申请的专利号为01121344.2，名称为一种线性功率放大方法及其装置的专利文件中都对功率放大器自动增益补偿技术进行了说明。但是，这些技术中对于功率放大器自动增益补偿效果不明显，不能根据温度的细微变化进行实时的增益补偿，增益补偿的稳定性较差。

发明内容

为了解决现有技术中存在的对于功率放大器自动增益补偿效果不明显，不能根据温度的细微变化进行实时的增益补偿，增益补偿的稳定性较差这一技术问题，本发明提供了一种功率放大器自动增益补偿方法。

为了解决现有技术中存在的对于功率放大器自动增益补偿效果不明显，不能根据温度的细微变化进行实时的增益补偿，增益补偿的稳定性较差这一技术问题，并且使本发明技术方案中的功率放大器自动增益补偿方法能更加接近于功放管自身变化特性，本发明还提供了一种功率放大器自动增益线性控制方法。

为了解决现有技术中存在的对于功率放大器自动增益补偿效果不明显，不能根据温度的细微变化进行实时的增益补偿，增益补偿的稳定性较差这一技术问题，并使功率放大器自动增益补偿与线性控制方法得以有效实施，本发明还提供了一种功率放大器自动增益补偿与线性控制装置。

本发明解决现有技术问题所采用的技术方案为，提供了一种功率放大器自动增益补偿方法，所述功率放大器自动增益补偿方法包括步骤：第一步、将射频信号转为电信号送至控制单元判断输出功率；第二步、通过所述控制单元对温度检测单元进行温度检测；第三步、当温度发生变化时，所述控制单元将小于功放管正常工作的偏置电压1V的电压值、实时温度情况下所述功率放大器需要补偿的栅级电压值与所述功率放大器输出的相应功率下需要补偿的栅级电压值相加得到所述功放管正常工作的偏置电压值；第四步、根据得到的所述功放管正常工作的偏置电压值进行增益补偿。

根据本发明的一优选技术方案：所述第一步进一步包括子步骤：一、所述射频信号经压控衰减单元进入推动级功放单元；二、通过末级功放单元将功率推到所需功率值；三、在所述末级功放单元的输出端至隔离控制单元的输入端取出射频信号；四、通过射频检波单元将射频信号转为电信号送至控制单元判断输出功率。

根据本发明的一优选技术方案：所述第二步中所述控制单元对所述温度检测单元进行实时温度检测。

根据本发明的一优选技术方案：所述第三步进一步包括子步骤：一、得到所述功放管正常工作的偏置电压值；二、通过数/模转换单元将所述功放管正常工作的偏置电压值的数字信号转换为电信号供给所述功放管的栅极。

为解决现有技术中存在的问题，并且使本发明技术方案中的功率放大器自动增益补偿方法能更加接近于功放管自身变化特性，本发明还提供了一种功率放大器自动增益线性控制方法，所述功率放大器自动增益线性控制方法包括步骤：一步、确定所述功率放大器的工作环境温度范围；二步、在所述温度范围内划分温度校准段；三步、根据小于功放管正常工作的偏置电压1V的电压值、实时温度情况下所述功率放大器需要补偿的栅级电压值与所述功率放大器输出的相应功率下需要补偿的栅级电压值相加计算出所述功率放大器的工作环境温度范围选定的每个温度点相对应的所述功放管正常工作的偏置电压值，并根据所述偏置电压值得到所述功率放大器的工作环境温度范围选定的每个温度点相对应的需补偿的电压值；四步、根据所述三步中得到的电压值确定功放管温度补偿线性曲线；五步、根据所述功放管温度补偿线性曲线对温度变化情况下所述功放管的栅极进行较准补偿。

根据本发明的一优选技术方案：所述一步中所述功率放大器的工作环境温度范围为-25℃～+85℃。

根据本发明的一优选技术方案：所述二步中以1℃、5℃或10℃为单位划分温度校准段。

根据本发明的一优选技术方案：所述二步中在采用相应温度划分温度校准段后，对相应功率档的栅极电压采用点核对的调节方法，并将每个功率档所需的栅极电压存储在所述控制单元内。

为解决现有技术中存在的问题，并使功率放大器自动增益补偿与线性控制方法得以有效实施，本发明还提供了一种功率放大器自动增益补偿与线性控制装置，所述功率放大器自动增益补偿与线性控制装置包括：压控衰减单元、功放单元、隔离控制单元、检波单元、温度测试单元、控制单元和数/模转换单元；其中，所述压控衰减单元与所述功放单元连接；所述功放单元与所述隔离控制单元连接；所述检波单元与所述功放单元连接；所述控制单元分别与所述检波单元、所述温度测试单元和所述数/模转换单元连接。

根据本发明的一优选技术方案：所述功放单元推动级功放单元和末级功放单元。

根据本发明的一优选技术方案：所述压控衰减单元为压控衰减器；所述隔离控制单元为嵌入式隔离器；所述检波单元为检波器；所述温度测试单元为温度传感器；所述控制单元为自动控制芯片；所述数/模转换单元为数/模转换芯片。

本发明的有益效果在于：采用本发明所述技术方案后，使功率放大器满功率时和回退时的线性更加理想化，可以将温度补偿曲线更加接近于功率管自身变化曲线特性。可以确保功率放大器的线性指标受温度影响变化非常小，实时检测末级功率管的工作状态并输出功率，高线性功率放大器根据实时检测到的功率值，对功放管的栅压进行相应电压值的及时补偿。确保放大器功率在1dB压缩点与回退9dB之间，线性均能保持最佳指标。

附图说明

图1.本发明功率放大器自动增益补偿与线性控制方法及装置中功率放大器自动增益补偿方法流程图；

图2.本发明功率放大器自动增益补偿与线性控制方法及装置中功率放大器自动增益线性控制方法流程图；

图3.本发明功率放大器自动增益补偿与线性控制方法及装置中功率放大器自动增益补偿与线性控制装置结构框图。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

请参阅图1本发明功率放大器自动增益补偿与线性控制方法及装置中功率放大器自动增益补偿方法流程图。如图1所示功率放大器自动增益补偿方法，所述功率放大器自动增益补偿方法包括步骤：第一步、将射频信号转为电信号送至控制单元6判断输出功率；第二步、通过所述控制单元6对温度检测单元进行温度检测；第三步、当温度发生变化时，所述控制单元6将小于功放管正常工作的偏置电压1V的电压值、实时温度情况下所述功率放大器需要补偿的栅级电压值与所述功率放大器输出的相应功率下需要补偿的栅级电压值相加得到所述功放管正常工作的偏置电压值；第四步、根据得到的所述功放管正常工作的偏置电压值进行增益补偿。

在本发明的一优选技术方案中所述第一步进一步包括子步骤：一、所述射频信号经压控衰减单元1进入推动级功放2单元；二、通过末级功放3单元将功率推到所需功率值；三、在所述末级功放3单元的输出端至隔离控制单元4的输入端取出射频信号；四、通过射频检波单元8将射频信号转为电信号送至控制单元6判断输出功率。所述第二步中所述控制单元6对所述温度检测单元进行实时温度检测。所述第三步进一步包括子步骤：一、得到所述功放管正常工作的偏置电压值；二、通过数/模转换单元5将所述功放管正常工作的偏置电压值的数字信号转换为电信号供给所述功放管的栅极。

请参阅图2本发明功率放大器自动增益补偿与线性控制方法及装置中功率放大器自动增益线性控制方法流程图。如图2所示，为使本发明技术方案中的功率放大器自动增益补偿方法能更加接近于功放管自身变化特性，本发明提供了一种功率放大器自动增益线性控制方法，所述功率放大器自动增益线性控制方法包括步骤：一步、确定所述功率放大器的工作环境温度范围；二步、在所述温度范围内划分温度校准段；三步、根据小于功放管正常工作的偏置电压1V的电压值、实时温度情况下所述功率放大器需要补偿的栅级电压值与所述功率放大器输出的相应功率下需要补偿的栅级电压值相加计算出所述功率放大器的工作环境温度范围选定的每个温度点相对应的所述功放管正常工作的偏置电压值，并根据所述偏置电压值得到所述功率放大器的工作环境温度范围选定的每个温度点相对应的需补偿的电压值；四步、根据所述三步中得到的电压值确定功放管温度补偿线性曲线；五步、根据所述功放管温度补偿线性曲线对温度变化情况下所述功放管的栅极进行较准补偿。

本发明中所述一步中所述功率放大器的工作环境温度范围为-25℃～+85℃。所述二步中以1℃、5℃或10℃为单位划分温度校准段。所述二步中在采用相应温度划分温度校准段后，对相应功率档的栅极电压采用点核对的调节方法，并将每个功率档所需的栅极电压存储在所述控制单元6内。

在本发明功率放大器自动增益补偿与线性控制方法及装置中为了实现在环境变化过程和功率回退过程中，放大器的线性(IMD/ACPR)始终保持最佳性能。放大器的每个功放管的偏置电压均按以下公式计算：

VGS_栅压＝VGS_基础+VGS_温度+VGS_回

式中：

VGS_栅压——功放管正常工作的偏置电压(最佳性能时的偏置电压)；

VGS_基础——小于功放管正常工作的偏置电压1V的电压值；

VGS_温度——实时温度情况下，放大器需要补偿的栅级电压值；

VGS_回——放大器输出的相应功率下，需要补偿的栅级电压值。

如何将栅压补偿值更加接近于功放管自身变化特性。一般情况下，功率放大器的工作环境温度为-25℃～+85℃，在这个范围内，功放管受温度影响每变化5℃，栅压变化视为线性变化。根据两点确定一条直线的原则，校准出每5℃变化的直线。由公式VGS_栅压＝VGS_基础+VGS_温度+VGS_回计算出每5℃内，每个温度点需补偿的对应电压值。在-25℃～+85℃范围内，分为23个温度校准段。因此，即可更准确设定功放管温度补偿线性曲线。使功放管在温度每变化1℃下，均能得到相应的调整电压。使得在-25℃～+85℃内，每个温度点都对功放管栅压进行补偿。在不同温度下，使功放管输出性能处于最佳状态。

在不同功率档，功放管输出最佳性能所需的栅压是不一样的，因此，必须对不同功率档的栅压进行相应调节。在本发明中采用点校准方式，将每个功率档所需的VGS_栅压记忆在单片机内。可根据需要进行相应功率档的校准。

为了实现上述功能，引入公式VGS_栅压＝VGS_基础+VGS_温度+VGS_回，就可以根据不同温度和功率下的VGS(栅压)进行补偿。

在-25℃～+85℃范围内，放大器受温度影响每变化10℃，增益变化值视为线性变化。根据两点确定一条直线的原则，校准出每10℃变化的直线。在由公式VGS_栅压＝VGS_基础+VGS_温度+VGS_回计算出每10℃内，每个温度点需给压控衰减单元1(PIN管)相对应的电压值。-25℃～+85℃范围内，分为11个校准段，因些，即可算出-25℃～+85℃中，每个温度点需给压控衰减器(PIN管)的电压值。

请参阅图3本发明功率放大器自动增益补偿与线性控制方法及装置中功率放大器自动增益补偿与线性控制装置结构框图。如图3所示功率放大器自动增益补偿与线性控制装置，所述功率放大器自动增益补偿与线性控制装置包括：压控衰减单元1、功放单元、隔离控制单元4、检波单元8、温度测试单元7、控制单元6和数/模转换单元5；其中，所述压控衰减单元1与所述功放单元连接；所述功放单元与所述隔离控制单元4连接；所述检波单元8与所述功放单元连接；所述控制单元6分别与所述检波单元8、所述温度测试单元7和所述数/模转换单元5连接。

在本发明的技术方案中：所述功放单元推动级功放2单元和末级功放3单元。所述压控衰减单元1为压控衰减器；所述隔离控制单元4为嵌入式隔离器；所述检波单元8为检波器；所述温度测试单元7为温度传感器；所述控制单元6为自动控制芯片；所述数/模转换单元5为数/模转换芯片。

具体实施方式的工作原理为射频信号经压控衰减器，进入放大器的推动级功放2，由末级功放3将功率推到需要的功率值后，经大功率隔离器输出。从末级功放3的输出至大功率隔离器的输入端，取出射频信号由射频检波器件将射频信号转为电信号，送至自动控制芯片处理，判断输出功率值。自动控制芯片对温度传感器进行实时检测，当温度传感器检测到温度发生变化时，自动控制芯片会根据公式VGS_栅压＝VGS_基础+VGS_温度+VGS_回算出VGS栅压相应电压值，由数/模转换芯片将数字信号转为电信号直接供给功放管的栅级。放大器的增益受温度影响而变化。自动控制芯片会根据温度传感器检测的温度进行实时增益补偿，以此控制压控衰减器的衰减值。

采用本发明所述技术方案后，使功率放大器满功率时和回退时的线性更加理想化，可以将温度补偿曲线更加接近于功率管自身变化曲线特性。可以确保功率放大器的线性指标受温度影响变化非常小，实时检测末级功率管的工作状态并输出功率，高线性功率放大器根据实时检测到的功率值，对功放管的栅压进行相应电压值的及时补偿。确保放大器功率在1dB压缩点与回退9dB之间，线性均能保持最佳指标。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种功率放大器自动增益补偿方法，其特征在于：所述功率放大器自动增益补偿方法包括步骤：

A：将射频信号转为电信号送至控制单元(6)判断输出功率；

B：通过所述控制单元(6)对温度检测单元进行温度检测；

C：当温度发生变化时，所述控制单元(6)将小于功放管正常工作的偏置电压1V的电压值、实时温度情况下所述功率放大器需要补偿的栅级电压值与所述功率放大器输出的相应功率下需要补偿的栅级电压值相加得到所述功放管正常工作的偏置电压值；

D：根据得到的所述功放管正常工作的偏置电压值进行增益补偿。

2.根据权利要求1所述功率放大器自动增益补偿方法，其特征在于：所述步骤A进一步包括子步骤：

A1：所述射频信号经压控衰减单元(1)进入推动级功放(2)单元；

A2：通过末级功放(3)单元将功率推到所需功率值；

A3：在所述末级功放(3)单元的输出端至隔离控制单元(4)的输入端取出射频信号；

A4：通过射频检波单元(8)将射频信号转为电信号送至控制单元(6)判断输出功率。

3.根据权利要求1所述功率放大器自动增益补偿方法，其特征在于：所述步骤B中所述控制单元(6)对所述温度检测单元进行实时温度检测。

4.根据权利要求1所述功率放大器自动增益补偿方法，其特征在于：所述步骤C进一步包括子步骤：

C1:得到所述功放管正常工作的偏置电压值；

C2:通过数/模转换单元(5)将所述功放管正常工作的偏置电压值的数字信号转换为电信号供给所述功放管的栅极。

5.一种功率放大器自动增益线性控制方法，其特征在于：所述功率放大器自动增益线性控制方法包括步骤：

E:确定所述功率放大器的工作环境温度范围；

F:在所述温度范围内划分温度校准段；

G:根据小于功放管正常工作的偏置电压1V的电压值、实时温度情况下所述功率放大器需要补偿的栅级电压值与所述功率放大器输出的相应功率下需要补偿的栅级电压值相加计算出所述功率放大器的工作环境温度范围选定的每个温度点相对应的所述功放管正常工作的偏置电压值，并根据所述偏置电压值得到所述功率放大器的工作环境温度范围选定的每个温度点相对应的需补偿的电压值；

H:根据所述步骤G中得到的电压值确定功放管温度补偿线性曲线；

I:根据所述功放管温度补偿线性曲线对温度变化情况下所述功放管的栅极进行较准补偿。

6.根据权利要求5所述功率放大器自动增益线性控制方法，其特征在于：所述步骤F中以1℃、5℃或10℃为单位划分温度校准段。

7.根据权利要求5所述功率放大器自动增益线性控制方法，其特征在于：所述步骤F中在采用相应温度划分温度校准段后，对相应功率档的栅极电压采用点核对的调节方法，并将每个功率档所需的栅极电压存储在所述控制单元(6)内。

8.一种功率放大器自动增益补偿与线性控制装置，其特征在于：所述功率放大器自动增益补偿与线性控制装置包括：压控衰减单元(1)、功放单元、隔离控制单元(4)、检波单元(8)、温度测试单元(7)、控制单元(6)和数/模转换单元(5)；

其中，所述压控衰减单元(1)与所述功放单元连接；

所述功放单元与所述隔离控制单元(4)连接；

所述检波单元(8)与所述功放单元连接；

所述控制单元(6)分别与所述检波单元(8)、所述温度测试单元(7)和所述数/模转换单元(5)连接。

9.根据权利要求8所述功率放大器自动增益补偿与线性控制装置，其特征在于：所述功放单元推动级功放(2)单元和末级功放(3)单元。

10.根据权利要求8所述功率放大器自动增益补偿与线性控制装置，其特征在于：

所述压控衰减单元(1)为压控衰减器；

所述隔离控制单元(4)为嵌入式隔离器；

所述检波单元(8)为检波器；

所述温度测试单元(7)为温度传感器；

所述控制单元(6)为自动控制芯片；

所述数/模转换单元(5)为数/模转换芯片。

Images