CN101772887B - 用于功率控制环中的饱和检测和校正的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
介绍了用于检测和校正功率放大电路中的饱和的系统和方法。示例性电路包含：功率放大器，其基于输入信号和增益控制信号提供放大的输出信号；功率检测器，其提供指示放大信号量值的检测器信号；误差放大器，其基于设置点信号和检测器信号产生增益控制信号；饱和检测器，其提供指示增益控制信号是否超过基准信号的饱和检测信号。在另一实施例中，该电路包含偏差发生器，其响应于指示增益控制信号超过基准信号的饱和检测信号提供对设置点信号的校正。在又一实施例中，电路包含偏差截止电路，其响应于校正超过阈值冻结对设置点信号的校正。
Description
技术领域
本公开涉及功率放大器电路领域，特别涉及功率放大电路中的饱和检测和校正。
背景技术
在需要信号的功率放大的某些应用中，可能希望功率增益的精确控制，以便实现希望的信号特性。例如，用在例如蜂窝电话、个人数字助理(PDA)等通信装置中的发送模块可能在特定的运行模式中需要精确的内部功率控制，例如在高斯最小频移键控(GMSK)模式中。在这些应用中，可使用功率控制电路，其控制放大器级的增益。典型的控制环经由基于RF检测器输出和环设置点之间的差的环误差电压来控制放大器增益。检测器(其可以为线性或对数检测器)对放大信号进行采样，并产生表示放大信号量值的检测器输出(例如基于放大信号的rf幅度或功率)。环误差电压典型地经过误差放大器(其可以为比例、积分、微分或任何这些元素的组合，根据控制环设计的需要)，得到控制功率放大器的增益的增益控制信号。
这种功率控制反馈环的缺点在于随着放大器逼近饱和的性能严重劣化。当功率放大器饱和时，增益控制信号中的增大不再导致功率放大器输出的增大。这导致环性能的故障，例如，随着试图增大饱和功率放大器输出的输出而增大，增益控制电压固定在高轨(high rail)。这种情况有时被称为“环饱和”。
在某些应用中，环性能可对饱和特别敏感，导致不希望的功率放大器输出。例如，在典型电路中，在小到0.1dB功率放大器饱和时，控制环性能可能劣化超出可接受的限制值。避免环饱和的一种方法是监视环误差信号，并在检测到饱和时(或饱和即将开始时)降低环设置点。然而，当饱和产生的误差小时，饱和可能难以检测。在使用对数检测器来测量放大器输出的典型的环电路中，例如，检测器灵敏度可为50mV每dB。功率中0.1dB的误差于是导致环反馈信号中仅仅5mV的误差。由于5mV在标准CMOS放大器输入偏差中的误差的数量级上，系统可能不能清楚地将环饱和与放大器自身的性能的正常生产差异(production variation)区分开。
使用线性检测器，环饱和可能易于检测，其中，在饱和附近检测器灵敏度可能在相当大的程度上较高，饱和可通过在饱和发生时监视环误差信号有无偏离零来直接观察。然而，如下面进一步讨论的那样，在使用线性检测的电路中，将恒定的降低应用到环设置点导致环输出的不可接受的失真。另外，在某些应用中，可能出于其他原因优选为使用对数检测。例如，相比于线性检测，对数检测可提供宽得多的动态范围，其在许多应用中是所希望的。
因此，在许多应用中，优选为在控制环中使用对数检测器，使得饱和更难检测。
发明内容
这里介绍的系统包含功率放大电路，其包含在控制环中的特定点监视信号以判断何时存在饱和(或者即将饱和)并对这些信号进行处理以便在饱和开始时(或在即将开始时)产生指示电压中的阶梯的电路。这种阶梯可被控制器观察到，控制器可以以适当的方式响应环路饱和。特别地，这里介绍的系统包含功率放大电路，其包含对数检测，并通过监视增益控制电压来检测饱和(或饱和的即将开始)。根据另一实施形态，这里介绍的系统包含响应并校正所检测到的饱和的模拟电路。特别地，这里介绍的系统包含通过向设置点信号施加偏置来校正所检测到的饱和的控制电路。
根据本发明一实施形态，提出了一种功率放大电路，该电路包含：功率放大器，其具有功率输入，以便接收输入信号，增益控制输入，以便接收增益控制信号，功率输出，以便基于输入信号和增益控制信号提供放大输出信号；功率检测器，提供表示功率放大器的放大输出信号的量值的功率检测器信号；误差放大器，其具有第一输入，以便接收放大器控制信号，第二输入，以便接收基于检测器信号的信号，输出，其电气耦合到功率放大器的增益控制输入；饱和检测器，其具有第一输入，用于接收基于增益控制信号的信号，第二输入，用于接收基准信号，输出，用于提供表示增益控制信号是否超过基准信号的饱和检测信号。根据一实施例，误差放大器的输出通过晶体管电气耦合到增益控制输入。根据另一实施例，晶体管由电池电压供电，基准信号为电池电压减去大于晶体管限制电压的电压降。根据又一实施例，功率放大器在增益控制信号小于基准信号时不饱和。根据再一实施例，功率检测器信号与功率放大器输出上的RF电压的对数成比例。根据再一实施例，功率检测器信号与功率放大器输出上的RF电压成比例。
根据另一实施例，功率放大电路还包含线性放大器，用于接收检测器信号并向第二误差放大器输入提供放大的检测器信号。根据又一实施例，线性放大器具有单位增益。根据再一实施例，线性放大器具有非单位增益。
根据又一实施例，饱和检测器为比较器。
根据另一实施例，功率放大电路还包含偏差发生器电路，用于从饱和检测器接收饱和检测信号并响应于指示增益控制信号超过基准信号的饱和检测信号向误差放大器的第一输入提供偏差信号。根据再一实施例，偏差发生器电路包含：电流源；开关，用于响应于指示增益控制信号超过基准信号的饱和检测信号来致动电流源；线性放大器，具有耦合到电流源的输入和提供偏差信号的输出，输出电气耦合到误差放大器的第一输入。根据再一实施例，线性放大器的输出通过晶体管被电气耦合到误差放大器的第一输入。根据又一实施例，偏差发生器电路响应于指示增益控制信号超过基准信号的饱和检测信号产生斜坡的(ramping)偏差信号。
根据另一实施例，功率放大电路还包含偏差截止电路，用于响应于基于偏差信号超过偏差截止阈值信号的信号来冻结斜坡偏差信号。根据又一实施例，偏差截止阈值信号为基于功率检测器信号减去预定电压的信号。根据再一实施例，偏差截止电路包含：截止比较器，其具有第一输入，用于接收基于偏差信号的信号；第二输入，用于接收偏差截止阈值信号；输出，指示第一输入上的信号是否超过偏差截止阈值信号，输出被电气耦合到偏差发生器电路；其中，偏差发生器电路响应于指示第一输入上的信号是否超过偏差截止阈值信号的比较器输出而被解除致动。
根据另一实施例，功率放大电路还包含电容器，其电气耦合在电流源和地之间。
根据本发明另一实施形态，提出了对第一信号进行放大的方法，该方法包含以下动作：接收增益设置点信号；基于增益设置点信号产生增益控制信号；基于增益控制信号对第一信号进行放大，检测增益控制信号是否超过预定阈值；提供指示增益控制信号是否超过预定阈值的饱和检测信号。根据一实施例，产生控制信号的动作还包含：接收指示放大的第一信号的功率检测器信号；基于功率检测器信号和增益设置点信号来产生增益控制信号。
根据另一实施例，该方法还包含：响应于指示增益控制信号超过预定阈值的饱和检测信号产生校正信号；将校正信号施加到增益设置点信号。根据又一实施例，该方法还包含：检测校正信号是否超过预定的截止阈值，以及响应于校正信号超过截止阈值产生校正截止信号。根据另一实施例，该方法包含：响应于校正截止信号，停止校正信号的增大。根据又一实施例，该方法包含：响应于校正截止信号，将校正信号保持在恒定值。
根据本发明另一实施形态，公开了一种功率放大电路，该电路包含：功率放大器，用于接收输入信号并产生放大的输出信号；功率检测器，用于提供指示功率放大器的输出信号的功率检测器信号；控制电路，用于接收设置点信号并根据设置点信号产生控制功率放大器的增益的增益控制信号；用于提供指示增益控制信号是否在基准信号的饱和检测阈值之内的饱和检测信号的装置。根据一实施例，功率放大电路还包含校正装置，用于响应于指示增益控制信号在基准信号的饱和检测阈值之内的饱和检测信号产生并向设置点信号施加校正信号。根据另一实施例，功率放大电路还包含监视器装置，其用于在校正信号超过截止阈值时产生校正截止信号。根据又一实施例，功率放大电路还包含截止装置，用于响应于校正截止信号停止校正信号的增大。根据再一实施例，功率放大电路还包含保持装置，用于响应于校正截止信号保持校正信号。
附图说明
附图不是按比例绘制的。在附图中，不同图所示的各个相同或几乎相同的部件用类似的标号表示。为简化起见，不是每个部件在每个图中加标注。在附图中：
图1为具有放大模块的示例性发送系统的框图；
图2为用于检测和校正功率控制环中的饱和的电路的示例性实施例的框图；
图3为具有环饱和检测电路的功率放大电路的示例性实施例；
图4为具有检测和校正功率放大控制环中的饱和的电路的功率放大电路的示例性实施例；
图5为一图表，其示出了示例性对数RF检测器和示例性线性RF检测器的响应曲线。
具体实施方式
本发明的应用不限于下面的说明书所述或附图所示的部件布置和构造的细节。本发明能够用于其它的实施方式，以及用多种方式实践或执行。另外，这里所用的措辞和术语用于说明性，不应被看作限制。“包括”、“包含”或“具有”、“含有”、“涉及”及其变型意味着包括其下所列的项目及其等价物以及附加的项目。
这里介绍的方法和系统可用在发送应用中，其中，存在增益受到控制环控制的放大级。这种系统的一个示例性实施例的图在图1中示出。图1的系统10可为例如蜂窝电话、个人数字助理等的发送模块。示例性系统10包含信号发生模块70，其包含信号发生电路和包含控制电路的控制器模块80。信号发生模块70和控制器模块80可在一个或多于一个的数字处理器中实现，和/或包含某些模拟电路。放大模块100接收并放大在信号发生模块中产生的信号，并将之传送到发送器90(例如天线)，以便发送。控制器模块80向放大模块100提供增益控制信号。方法模块100包含使用控制信号来确定信号被放大以便发送的增益的增益控制环。
如上面提到的，放大控制环的饱和可降低控制环的性能，导致并非最优化的放大器输出。图2以框图的形式显示出示例性放大模块100，其具有检测饱和(或饱和的即将到来)以及视情况可选地施加校正信号以校正饱和的电路。
放大模块100包含功率放大电路60，其包含具有输入端子104和输出端子106的功率放大器102。功率放大电路60还包含RF检测器114(在其响应上可以为对数或线性的)，RF检测器114采样功率反大器的输出，并向误差放大器110提供反馈(视情况可选地通过未示出的缓冲器或另一放大器)。RF检测器114的输出也可被提供到输出VOUT(视情况可选地通过缓冲器118)，输出VOUT可被例如其中配置放大模块100的装置10的另一模块监视，例如控制器模块80。
误差放大器110也将环控制信号VSET接收为输入(直接或通过下面进一步讨论的注入电路40间接地)，环控制信号VSET提供功率放大器102的增益的设置点。在一个示例性实施例中，环控制信号VSET提供时变曲线，例如正弦波，或提供其他的斜坡曲线，功率放大器的增益将遵循该曲线，因此，放大器输出的功率曲线将遵循该曲线。误差放大器110的输出为增益控制信号VGAIN，其被提供给功率放大电路60，以便控制功率放大器102的增益。因此，在正常的环运行中，误差放大器110输出VGAIN，使得检测器114的输出(视情况地被放大)等于输入控制信号VSET。误差放大器110可被配置为比例放大器、积分放大器、微分放大器或这些元素的任何合适的组合，根据环设计的要求。如下面联系图3所进一步讨论的，误差放大器110也可包含高电流输出级，其被集成到误差放大器中，或作为离散的输出级。
增益控制信号VGAIN也被发送到饱和检测电路20，其判断饱和是否存在或即将发生。在一示例性实施例中(在下面联系图3进一步讨论)，饱和检测电路20将VGAIN与低于环性能由于饱和而存在可察觉的劣化的VGAIN值的阈值或基准电压进行比较，如果VGAIN超过该阈值或基准电压，返回肯定地指示饱和的信号。通过这种方式，饱和检测电路20可在饱和逼近时但在环性能或功率放大器性能已经开始可察觉的劣化之前提供清楚的结果(用于指示饱和，并在某些实施例中初始化饱和的校正)。
饱和检测电路在一个实施例中提供指示饱和是否存在的饱和指示信号50。饱和指示信号50可以为例如二进制信号，其在饱和存在时为高，并在不存在时为低。饱和指示信号50可作为替代地为加到(或从之减去)检测器118的VOUT的任何可检测的偏置电压，其将饱和与非饱和区分开。饱和指示信号50可由例如控制器模块80接收，控制器模块80可以以某种合适的方式响应。在某些实施例中，控制器模块80通过降低VSET直到环饱和被校正来响应。
在另一实施例中，放大模块100包含偏置发生器电路30，其接收由饱和检测电路20提供的饱和指示信号50。偏置发生器电路30产生由偏置注入电路40与VSET加在一起的偏置电压，以便降低功率放大器的增益。在一个示例性实施例中，偏置发生器电路30所产生的偏置电压倾斜变化到足够将功率放大器控制环引出饱和的值。偏置发生器电路30可在某些实施例中包含当放大器102的增益降低足够将控制环引出饱和时停止偏置电压的斜坡变化的电路。在一个示例性实施例中，偏置发生器电路30包含例如电容等电路，用于在偏置电压的斜坡变化停止后保持偏置电压。在放大模块100用于例如蜂窝电话或PDA等装置的发送模块的实施例中，偏置发生器电路30可对于发送突发(transmission burst)的持续时间保持偏置电压。复位信号可用于在下一个突发开始之前清除偏置电压。例如，在一个实施例中，复位通过闭合偏置发生电路30中的开关来实现，其将保持偏置电压的电容器短接到地。
图3和4更为详细地示出了图2的框图所示的系统的特定示例性实施例。
图3示出了放大模块100的一个示例性实施例，其具有检测饱和并提供可用于向例如控制器模块80等另一装置或部件警报环饱和的存在或即将到来的检测信号的能力。如下面进一步所讨论的，检测电路可被设计为以希望的任何公差(tolerance)提供饱和的清楚指示(例如正饱和指示信号)，在某些应用中，检测电路可在环接近饱和但尚未饱和时响应，但在其他应用中，检测电路可在实际饱和发生时响应。贯穿本说明书，术语“饱和”一般用于指饱和检测电路的实施例被设计为响应的任何饱和或接近饱和的条件。在某些实施例中，因此，“饱和”可指增益控制信号超过某个阈值，其中，高于该阈值则饱和有望发生。
在图3所示的实施例中，放大模块100包含功率放大器102，其可包含多个级联的增益级。在所示出的实施例中，例如，功率放大器102包含三个级联的增益级，但可使用其他类型的功率放大器(例如具有更多或更少的级联增益级)。功率放大器102在输入端子104上接收将被放大的信号(例如发送突发)，并在输出端子106上产生放大的输出信号。输入端子104上的信号可从例如图1的信号发生模块接收，输出端子106上的信号可被提供给例如发送器90。
回到图3，功率放大器102的增益以VGAIN受到驱动，VGAIN在一示例性实施例中通过电感器108被耦合到功率放大器102，以便过滤可能在dc信号VGAIN中存在的任何ac分量。VGAIN由误差放大器110上的反馈网络确定。误差放大器110运行，将VDET保持为等于输入信号VSET，输入信号VSET为控制放大模块100的整体增益的外部控制信号。在图3所示的实施例中，VGAIN由FET 112提供来源，FET 112受到误差放大器110的驱动。使用FET 112的优点在于许多运算放大器(例如高精度运算放大器，其可能希望在希望精确控制的控制环中用于误差放大器110)不能提供足够的电流来驱动功率放大器102。在一个示例性实施例中，功率放大器102从VGAIN驱动吸取多达200mA的电流。在所示出的实施例中，FET 112为PEET，但应当明了，FET 112可用其他类型的晶体管替代，例如NFET或pnp双极型晶体管，或者，任何能提供必需的电流来驱动功率放大器102的类似的部件。另外，FET 112不必为离散的部件，而是可以为能够提供希望的电流的误差放大器110的输出级。在图3的实施例中，其中，FET 112为离散部件，为了确保VGAIN随着VSET的增大而增大，VSET被施加到误差放大器110的反相输入端，反馈信号(将在下面进一步讨论)被施加到误差放大器110的非反相输入。应当明了，当FET 112为误差放大器110的输出级而不是离散部件时，到误差放大器110的输入可被反转，以便实现稳定的控制环。
如上面所提到的，误差放大器110运行，以便将VDET保持为等于输入信号VSET。VDET为来自RF检测器114的输出信号的缓冲和/或放大版本，RF检测器114对在功率放大器102的输出端子106上的放大信号进行采样并提供指示功率放大器102的输出端子106上的信号的量值的信号。在一个示例性实施例中，RF检测器114为对数(log)功率检测器，意味着其输出与其输入上的RF电压的对数成比例的电压。或者，RF检测器114可在某些实施例中为线性检测器，其产生与其输入上的RF电压成比例的输出电压。
在一个示例性实施例中，来自RF检测器114的输出信号被提供给一对线性放大器116和118，其输出信号分别为VDET和VOUT。VDET提供功率控制环的反馈。在某些实施例中，VOUT被用作饱和指示信号，VOUT和开关128在下面进一步讨论。在一个示例性实施例中，放大器116和118非常密切地匹配，例如，通过放大器本身和电阻器120、122、124、126的适当的选择，使得只要开关128断开，VOUT等于VDET。在一个示例性实施例中，电阻器120和122被选择为经由误差放大器110、FET 112和VGAIN向放大器116给出用于功率放大器102的闭环控制的合适的增益。一般而言，线性放大器116可具有单位增益、非单位增益或对其增益的微分和/或积分分量(例如通过增加一个或多于一个的与电阻器120并联或串联的电容器)。放大器116的最优增益值将取决于RF检测器114的灵敏度以及其他的环参数。(如下面进一步讨论的，VOUT放大器118的使用是视情况可选的，其可用于这样的实施例中：其中，具有基于反馈信号VDET的饱和检测信号VOUT是方便的；在特定实施例中，不存在VOUT放大器118。)附加的部件(未示出)也可根据环设计原理使用，以便实现希望的环性能。例如，误差放大器110的反馈网络可包含电容器，以便实现反馈环中的积分。
在一个示例性实施例中，图3中所示的电路的饱和检测部分(对应于图2中的饱和检测电路20)包含比较器130、电流源136、开关128、放大器118、电阻器124和126。在所示出的实施例中，比较器130为施密特触发器，在其他的实施例中，比较器130可以为任何合适的比较器。比较器130将VGAIN与由电流源132、电阻器134、电池电压VBATT决定的电压降进行比较。电压降可以基于FET 112的参数如下所述地选择。
在正常(非饱和)运行中，VGAIN随着VSET变化，调节功率放大器102的增益，使得VDET＝VSET。然而，如果VGAIN变得与VBATT过于接近，FET112(其在一个示例性实施例中为PFET)进入欧姆区，导致VGAIN急剧下降，且环增益因此急剧下降。饱和检测器允许在VGAIN变得足够接近VBATT从而使得增益下降之前接近此条件的检测。
FET 112停止工作且控制环因此停止工作的电压为FET 112的特性。因此，在一个示例性实施例中，电阻器134和/或电流源132提供的电流的值被选择为使得电阻器134上的电压等于或略高于FET限制电压。因此，比较器130的输出将在VGAIN超过VBATT减去电阻器134上的电压降时变化，也就是说，当VGAIN进入VBATT的FET限制时变化。(如前面所提到的，部件112不必为FET；将会明了，对于用于提供VGAIN的任何类型的晶体管，比较器致动条件可被类似地选择。或者，在所示出的电路中尽管比较器130被配置为其输出在VGAIN在VBATT的FET限制内变正，应当明了，比较器可以以相反的极性被配置，其输出区分VGAIN是否超过比较器其他输入端子上的基准。)在环饱和特别有害或出于任何原因特别希望避免饱和的应用中，电阻器134和/或电流源132可被选择为使得早在VGAIN足够高到使环实际达到饱和之前比较器被触发。在这样的电路中，峰值功率输出的某些量被牺牲，换取确定避免环饱和的安全性。在其他的应用中，例如，在VSET的时间变化限定的斜坡曲线关键性较低时，或者在希望使得功率放大器102的功率输出最大化以及更为接近地逼近饱和的风险可接受的应用中，电阻器134和/或电流源132可被选择为允许在触发比较器130之前VGAIN变得更为接近VBATT。通过这种方式，灵敏度可被设置为检测即将到来的饱和或实际的饱和。
在所示出的实施例中，VBATT为其中配置放大模块100的装置(例如蜂窝电话，个人数字助理等)的电池供给的DC电压。应当明了，VBATT可根据装置而变化，或者，甚至在一个装置中，取决于使用什么电池、其充电状态等变化。在一替代性实施例中，比较器130将VGAIN与分立的基准电压VREF(未示出)而不是像图3所示的实施例中那样与基于VBATT的基准电压进行比较。在这样的实施例中，VREF可被用作到比较器130的输入信号，而不是VBATT减去电阻器134上的电压降。电压基准VREF在这样的实施例中于是被选择为使得，在电路可运行的最低VBATT处，VBATT-VREF大到足够将FET112保持在希望的运行区域；也就是说，只要VGAIN小于VREF，FET 112不进入欧姆区。在这样的实施例中，比较器130将会在VGAIN超过VREF时被触发，即使电路被布置有较高的VBATT。这样的实施例可能在电路整体被设计为有效地以VBATT的某些最小值运行时是希望的；在这样的实施例中，其中，即使是使用更高的VBATT，在允许VGAIN变得更高方面可存在很小优势。电压基准VREF可在外部被提供给放大器模块100，通过与放大器模块100在同一板上的电压调节器、通过施加到电阻器的电流源或者通过任何其他合适的提供恒定基准电压的装置。
无论使用何种方式产生基准电压，当饱和发生或即将发生时，即当VGAIN逼近VBATT从而小于电阻器134上的电压降或当VGAIN超过任何被用作比较器输入信号的基准电压VREF时，来自比较器130的输出信号变化，闭合开关128。当开关128被闭合时，电流IOFF从电流源136流出，导致饱和检测器输出电压VOUT的负偏置。因此，尽管正常非饱和运行中VOUT＝VDET(如上面所讨论的)，当饱和发生时，开关136闭合，在VOUT中发生阶梯变化。来自电流源136的电流IOEF可被选择为使得VOUT的变化被容易地检测到。
在替代实施例中，来自比较器130的输出信号自身被用作饱和检测信号，不需要电流源136、开关128或VOUT放大器118。如前面提到的，可能存在希望具有基于反馈信号VDET的饱和检测信号VOUT或具有基于反馈信号VDET的饱和检测信号VOUT是方便的的应用，电流源136、开关128和VOUT放大器118的所示出的配置是实现这一点的一种方式。然而，比较器130输出信号可自身提供饱和的数字指示。
无论来自比较器130的输出信号是直接使用还是转换为检测器信号上的阶梯偏置，图3所示的检测电路将饱和的开始转换为VOUT或来自比较器130的输出信号中的易于检测的阶梯，尽管饱和的开始可能难以直接在VGAIN中检测或在功率放大器102的输出端子106上的信号中检测。重新参照图1，VOUT或在来自比较器130的输出信号中的阶梯可由控制器模块80检测，其通过降低VSET直到饱和结束来做出响应。
图4所示的实施例包含检测饱和以及响应饱和并对之进行校正的电路。类似于图3的电路，图4所示的实施例包含功率放大器102，其增益受到通过电感器108耦合的FET级112的输出的控制。RF检测器114采样功率放大器102的输出端子106上的信号，来自RF检测器的输出信号用作到误差放大器110的反馈信号。通过放大器202(类似于图3中的放大器116)，控制反馈环的增益可被设置为适当的。
对于图3的饱和检测电路，图4所示的实施例包含比较器130，其输出指示VGAIN何时进入VBATT的FET限制，对饱和发出信号。来自比较器130的输出信号指示饱和的存在，并可用于如下所述地对饱和进行校正。
在正常的非饱和运行下，可忽略的量的电流流经电阻器204，节点206上的电压基本上与增益设置点VSET一样。然而，在饱和时，改变增益设置点使得控制功率放大器102的增益的VGAIN也将降低是有利的，将放大器102引出饱和。图4所示的电路是实现该目标的一种方式，电路对应于图2的偏置发生器电路30和注入电路40。
在图4所示的实施例中，响应于指示饱和的来自比较器130的输出信号，电流源208被开通。由于电容器224，这导致放大器210的非反相输入端上的电压增大，其又开通晶体管212，并通过电阻器204和214吸取电流，拉低节点206上的电压。因此，当饱和被指示时，使用来自比较器130的输出信号来控制电流源208减小了到误差放大器110的输入信号。结果是，电路自动地将校正施加到控制环的设置点，因此，自动降低功率放大器102的增益，将放大器102引出饱和。
现在介绍使用在图4所示校正电路的实施例中实现的对数(与线性相反)检测的优点。当使用对数检测时，控制信号VSET可被减小，而不影响其整体曲线(其在放大器模块100用在蜂窝电话的发送级的一示例性实施例中是正弦的)。例如，为了与例如邻近信道谱发射和时间掩码边界等蜂窝电话规格兼容，保持VSET曲线的形状可能是重要的。RF检测器响应相比于放大器102的功率输出的示例性曲线对于对数(曲线501)和线性(曲线502)检测器二者在图5中示出。由于放大器102的功率输出根据RF电压的平方变化，线性检测器的响应曲线502(其产生与RF电压成比例的检测器信号)是指数的。另一方面，对数检测器(其产生与RF电压的对数成比例的检测器信号)的响应曲线501是线性的。
由于检测器在根据VSET控制放大器增益的控制环中，其中使用了线性检测器，试图施加固定的偏置校正可将环的响应扭曲到时变(即正弦)VSET曲线。由于线性检测器的指数响应曲线，响应的斜率在功率范围的高末端和低末端不同。对于具有图5所示的示例性灵敏度的检测器，在接近饱和的功率等级(接近示例性的正弦VSET曲线的顶部)，对VSET的接近100mV校正需要实现0.5dB的功率减小。然而，如果100mV校正被应用为恒定的校正，在低输出功率时(接近示例性正弦VSET曲线的底部)，对VSET的100mV校正将导致输出功率的超过10dB的降低。因此，对VSET的简单的dc偏置校正将导致放大信号的曲线的不可接受的失真。应当明了，可使用线性检测，假如施加在节点206上的校正信号将被相乘，以便补偿作为放大器102的功率输出的函数的VDET信号中的非线性，而不是简单地作为偏置加到VSET。相反，具有对数检测的控制环的简单相加特性允许将校正应用到环控制输入信号，而没有对控制信号曲线的失真。
回到图4，当环不再饱和时，希望电路停止改变提供给误差放大器110的增益设置点，使得功率放大器102的增益不再比校正饱和所必需的相比更多地减小。图4所示的实施例也用比较器216实现了此目的，其将节点206上的电压与VDET比较。(由于VDET为RF检测器114的缓冲和/或放大的输出，VDET直接指示功率放大器的输出。在放大器饱和期间，VDET为放大器102的饱和功率的直接指示)。比较器216的负输入端子上的电压由电流源220以及电阻器218决定。当节点206上的电压大于VDET减去电阻器218上的电压降时，来自比较器216的输出信号高。因此，电阻器218上的电压降限制饱和时节点206上的电压将会相对于VDET降低的程度。由于AND门222，对VSET的校正将仅仅在比较器130指示饱和且比较器216指示校正后的VSET电压(节点206上)超过VDET减去由电阻器218和电流源220设置的阈值时发生。
适当的阈值依赖于电路的特性，例如RF检测器114的灵敏度和将功率放大器102保持在饱和状态外的同时使得功率放大器102的增益最大化的希望的安全裕量。在一示例性实施例中，放大器102的饱和功率下的0.5dB降低一般足够使放大器102脱离饱和。在具有40mV/dB的典型检测器灵敏度的实施例中，在检测到饱和时以20mV降低VSET将会是令人满意的。在这样的实施例中，电流源220和电阻器218可被选择为使得电阻器218上的电压降为20mV，且因此，校正斜坡停止的阈值为20mV。
使用这种阈值和比较器216来防止校正的VSET电压(在节点206上)下降得过于低于校正饱和所需要的电压是有利的，因为直接检查校正的VSET可快于等候比较器130记录饱和的结束。特别地，在图4所示的实施例中，输入控制环的VSET被电阻器226和电容器228滤波(在一示例性实施例中，1/RC～300kHz)，以便从VSET输入中移除不希望的高频噪音(例如来自对环电路提供VSET的数字至模拟转换器(DAC)的噪音)。由于这种滤波器，功率放大器102的输出端子106上的信号的饱和检测明显慢于使用校正的VSET。在替代性实施例中，此滤波器可不需要，在这样的实施例中，使用对电压信号求和的任何其他方式，饱和校正可被加到VSET。
即使在来自比较器216的输出信号反映节点206上的电压下降到足够校正饱和并截止电流源208时，电容器224将电压保持在电流源208开通时被充到的电压。因此，FET 212将连续吸取电流，将节点206上的电压保持在相对于这样的VSET的降低的水平：其将功率放大器102增益保持为恰好低于饱和。电容器224可保持该状态多久取决于其电容，在一示例性实施例中，功率放大模块200用在无线装置的发送级中，电容器224可被选择为对于发送突发的持续时间保持其大部分电荷。
因此，将图2所示的示例性实施例与图4所示的特定示例性实施例相比，示例性偏差发生器电路30包含响应于来自AND门222的正信号开始校正电压的斜坡的电流源208和电容器224。AND门222又响应于来自比较器216的正信号，在校正电压达到希望的最大校正时，关断校正电压的斜坡。类似地，示例性注入电路40包含运算放大器210、晶体管212、电阻器214，其一起运行，以便通过改变节点206上的电压将偏置注入到控制环。
在图4所示的实施例中，OR门230提供了触发电流源208并将校正式加到控制信号VSET的视情况可选的附加方式。除了监视控制环的电压饱和的图3和/或图4所示的电路，可能存在监视功率放大器102是否存在饱和的其他电路(未示出)。被供给输入ISAT的OR门230允许电流限制监视器作为替代地触发饱和校正电路，即使在基于VGAIN的饱和检测电路不指示饱和时。ISAT可以为例如电流限制监视器输出的逻辑信号，以便指示环中某处电流的饱和。一个或多于一个OR门230的使用可允许在任何希望的条件下触发饱和校正电路，即使不存在电压饱和。
已经介绍了此发明的至少一个实施例的几个实施形态，将会明了，本领域技术人员将会想到多种修改、改变和改进。这种修改、改变和改进构成本公开的一部分，并包含在本发明的范围内。因此，前面的说明书和附图仅仅是举例。
Claims (13)
1.一种功率放大电路，包含：
功率放大器，具有：输入，以便接收输入信号，增益控制输入，以便接收增益控制信号，输出，以便基于输入信号和增益控制信号提供放大的输出信号；
功率检测器，提供表示功率放大器的放大输出信号的量值的功率检测器信号；
误差放大器，具有：第一输入，以便接收放大控制信号，第二输入，以便接收基于功率检测器信号的信号，输出，其直接或借助能够提供必需的电流以驱动功率放大器的部件电气耦合到电源节点，电源节点适用于耦合到电源，误差放大器适用于对提供到功率放大器的增益控制输入的电流进行控制；
饱和检测器，电气耦合到电源节点以及功率放大器的增益控制输入，以便当电源节点与增益控制输入在电压上的差小于限制电压时产生饱和检测信号；以及
偏差发生器电路，用于从饱和检测器接收饱和检测信号并响应于饱和检测信号向误差放大器的第一输入提供偏差信号。
2.根据权利要求1的功率放大电路，其中，误差放大器的输出通过晶体管电气耦合到功率放大器的增益控制输入以及电源节点，限制电压对应于晶体管的限制电压。
3.根据权利要求1的功率放大电路，其中，功率放大器在电源节点与增益控制输入在电压上的差大于限制电压时不饱和。
4.根据权利要求1的功率放大电路，其中，功率检测器信号是下列中的一种：与功率放大器输出上的RF电压的对数成比例，与功率放大器的输出上的RF电压线性成比例。
5.根据权利要求1的功率放大电路，其还包含线性放大器，用于接收功率检测器信号并向误差放大器的第二输入提供放大的检测器信号。
6.根据权利要求1的功率放大电路，其中，偏差发生器电路进一步包含：
电流源；
开关，用于响应于饱和检测信号来致动电流源；以及
线性放大器，具有耦合到电流源的输入和提供偏差信号的输出，输出电气耦合到误差放大器的第一输入。
7.根据权利要求6的功率放大电路，其中，线性放大器的输出通过晶体管被电气耦合到误差放大器的第一输入。
8.根据权利要求6的功率放大电路，其中，偏差发生器电路响应于饱和检测信号产生斜坡变化的偏差信号。
9.根据权利要求8的功率放大电路，其还包含偏差截止电路，用于响应于基于偏差信号超过偏差截止阈值信号的信号来停止偏差信号斜坡变化。
10.根据权利要求9的功率放大电路，其中，偏差截止电路进一步包含：
截止比较器，其具有：第一输入，用于接收电气耦合有偏差信号的放大控制信号；第二输入，用于接收偏差截止阈值信号；输出，指示第一输入上的信号是否超过偏差截止阈值信号，输出被电气耦合到偏差发生器电路；
偏差发生器电路响应于这样的比较器输出而被解除致动：其指示第一输入上的信号超过偏差截止阈值信号；且
功率放大电路还包含电气耦合在电流源和地之间的电容器。
11.一种使用功率放大器对第一信号进行放大的方法，该方法包含以下动作：
接收增益设置点信号；
基于增益设置点信号，由电源产生电流；
将该电流供到功率放大器的功率输入；
在功率放大器中，基于该电流对第一信号进行放大；
当电源与功率输入在电压上的差小于限制电压时，提供饱和检测信号；
响应于饱和检测信号产生校正信号；以及
将校正信号施加到增益设置点信号。
12.根据权利要求11的方法，其中，产生电流的动作还包含以下动作：
接收指示放大的第一信号的功率检测器信号；以及
基于功率检测器信号和增益设置点信号来产生电流。
13.根据权利要求11的方法，其还包含以下动作：
检测校正信号是否超过预定的截止阈值；
响应于校正信号超过预定的截止阈值产生校正截止信号；以及
以下中的一种：响应于校正截止信号停止校正信号的斜坡变化，或响应于校正截止信号在校正信号的斜坡变化停止后将校正信号保持在恒定值。
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