CN101908860A - 增益补偿装置以及根据温度补偿放大器的增益的方法 - Google Patents

增益补偿装置以及根据温度补偿放大器的增益的方法 Download PDF

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Abstract

提供一种增益补偿装置以及根据温度补偿放大器的增益的方法。其中，增益补偿装置用于根据温度调整放大器的增益，放大器的增益由其增益控制端的信号控制，增益补偿装置包含：温度补偿产生器，根据参考温度、当前温度及温度系数产生附加增益参数；加法器，包含：第一输入端，耦接温度补偿产生器，第一输入端接收附加增益参数；第二输入端，接收预设增益参数；以及输出端，耦接放大器的增益控制端，输出端输出附加增益参数与预设增益参数的总和；以及温度传感器，提供当前温度。藉此，本发明的增益补偿装置可根据温度调整增益放大器的增益，使得其实际增益不受温度变化的影响而保持不变，为用户提供极大的便利。

Description

增益补偿装置以及根据温度补偿放大器的增益的方法
技术领域
本发明涉及一种与温度有关的增益补偿装置，更具体地，涉及一种增益补偿装置以及根据温度补偿放大器的增益的方法。
背景技术
请参照图1。图1显示的是传统放大器AMP1的示意图。放大器AMP1的输入端接收输入信号SIN，而放大器AMP1的输出端输出输出信号SOUT。如图1中所示，可根据预设的(default)增益参数GS并通过放大器AMP1的增益控制端，来设定放大器AMP1的实际的增益GACT。因此，可放大输入信号SIN以产生输出信号SOUT，而在这种设定下输出信号SOUT可达到目标功率电平(level)，其中输入信号SIN与输出信号SOUT之间的关系可描述为以下方程：
SOUT＝SIN×GACT...(1)
请参照图2。图2显示的是实际增益GACT随温度变化的示意图。如图2中所示，随着温度升高，实际增益GACT下降。例如，当温度增高了20℃，放大器AMP1的实际增益GACT下降1dB。因此，当温度改变时，实际增益GACT并不同于预设增益参数GS的设定。例如，假定在25℃下预设增益参数GS将放大器AMP1设定为10dB，而当温度升高至30℃时，放大器AMP1的实际增益GACT降至9dB。因此，输出信号SOUT的功率由于受到温度变化的影响，无法保持为常数(constant)。换言之，输出信号SOUT的功率不会达到目标功率电平，而这是用户所不希望的。
发明内容
为了解决上述放大器的实际增益受温度变化影响的问题，本发明提供一种增益补偿装置以及根据温度补偿放大器的增益的方法。
根据本发明之一实施例，提供一种增益补偿装置。所述增益补偿装置，用于根据温度调整一放大器的增益，所述放大器的增益由所述放大器的增益控制端的信号控制，所述增益补偿装置包含：温度补偿产生器，用于根据参考温度、当前温度以及温度系数，产生附加增益参数；加法器，包含：第一输入端，耦接于所述温度补偿产生器，所述第一输入端用于接收所述附加增益参数；第二输入端，用于接收预设增益参数；以及输出端，耦接于所述放大器的所述增益控制端，所述输出端用于输出所述附加增益参数与所述预设增益参数的总和；以及温度传感器，用于提供所述当前温度。
根据本发明之一实施例，提供一种射频发射机。所述射频发射机包含：射频模块，包含：本地振荡器，用于提供一时钟信号；分频器，将所述时钟信号分为第一分频时钟信号与第二分频时钟信号；其中所述第一分频时钟信号与所述第二分频时钟信号在相位上相差90度；第一混频器，用于接收I路径基频信号与所述第一分频时钟信号，并且相应产生同相信号；第二混频器，用于接收Q路径基频信号与所述第二分频时钟信号，并且相应产生正交相信号；第一加法器，用于接收所述同相信号与所述正交相信号，并且相应产生输出信号；以及温度补偿放大模块，包含：增益补偿装置，包含：温度补偿产生器，用于根据参考温度、当前温度以及温度系数，产生附加增益参数；第二加法器，包含：第一输入端，耦接于所述温度补偿产生器，所述第一输入端用于接收所述附加增益参数；第二输入端，用于接收预设增益参数；以及输出端，用于输出所述附加增益参数与所述预设增益参数的总和；以及温度传感器，用于提供所述当前温度；以及放大器，包含：输入端，用于接收来自所述第一加法器的所述输出信号；增益控制端，耦接于所述第二加法器的所述输出端，用于为所述放大器接收所述附加增益参数与所述预设增益参数的总和，据此控制所述放大器的增益；以及输出端，用于输出放大输出信号，其中，所述放大输出信号是按照经控制后的增益将自所述第一加法器接收到的所述输出信号放大得到的。
根据本发明之一实施例，提供一种根据温度补偿放大器的增益的方法。所述根据温度补偿放大器的增益的方法中，所述放大器的增益由所述放大器的增益控制端上接收到的预设增益参数控制，所述方法包含：根据所述放大器的实际增益与温度之间的关系设定温度系数；根据所述温度系数、当前温度以及参考温度，产生附加增益参数；以及将所述附加增益参数与所述预设增益参数相加。
根据本发明之一实施例，提供一种根据温度补偿放大器的增益的方法。所述根据温度补偿放大器的增益的方法中，所述放大器的增益由所述放大器的增益控制端上接收到的预设增益参数控制，所述方法包含：根据所述放大器的实际增益与温度之间的关系设定温度系数；根据所述放大器的输出信号的目标功率电平，设定偏移值；根据所述温度系数、所述偏移值、当前温度以及参考温度，产生附加增益参数；以及将所述附加增益参数与所述预设增益参数相加。
综上所述，本发明的增益补偿装置可根据温度调整增益放大器的增益，使得其实际增益不受温度变化的影响而保持不变，为用户提供了极大的便利。
附图说明
图1显示的是传统放大器的示意图。
图2显示的是实际增益随温度变化的示意图。
图3显示的是本发明的射频发射机的示意图。
图4显示的是在使用增益补偿装置之后的放大器的实际增益的示意图。
图5显示的是温度补偿放大模块的温度补偿产生器的一个实施例的示意图。
图6显示的是产生附加增益参数温度补偿产生器的另一个实施例的示意图。
图7显示的是本发明的温度传感器的示意图。
图8显示的是本发明的用于补偿放大器增益的方法的示意图。
具体实施方式
请参照图3与图4。图3显示的是本发明的射频(Radio Frequency，RF)发射机300的示意图。图4显示的是在使用增益补偿装置310之后的放大器AMP2的实际增益GACT的示意图。射频发射机300包含增益补偿装置310、射频模块320、放大器AMP2以及功率放大器PA。功率放大器PA根据输入信号SOUT输出射频信号RFsignal。增益补偿装置310与放大器AMP2形成温度补偿放大模块330。温度补偿放大模块330在不受温度效应(temperatureeffect)的影响下放大接收到的信号。换言之，在温度补偿放大模块330中，放大器AMP2利用增益补偿装置310以消除射频发射机300的温度效应，藉此从温度补偿放大模块330中输出的信号不再受温度的变化影响。更具体地，增益补偿装置310提供附加增益参数GADD加入到预设增益参数GS中，以产生最终的增益参数GSUM。藉此，发送至放大器AMP2的增益控制端的增益参数变为GS+GADD。附加增益参数GADD随着温度的升高而增加，也即意味着最终的增益参数GSUM也随之增加。因此，如图4中所示，放大器AMP2的实际增益GACT可保持与预设增益参数GS相同，而不受到温度的变化影响。
射频模块320包含两个混频器(mixer)M1与M2、加法器M3、分频器(divider)D以及本地振荡器(local oscillator)LO。本地振荡器LO提供时钟信号至分频器D。分频器D将时钟分为在相位上相差90度的第一分频时钟信号(divided clock signal)与第二分频时钟信号。混频器M1接收I路径基频信号SBI与来自分频器D的第一分频时钟信号，并将接收到的信号混频以产生I信号SI，即同相(in-phase)信号SI。混频器M2接收Q路径基频信号SBQ与来自分频器D的第二分频时钟信号，并将接收到的信号混频以产生Q信号SQ，即正交相(quadrature-phase)信号SQ。加法器M3接收信号SI与SQ，并将它们相加以产生输入信号SIN。射频模块320的详细操作为普通技术人员所熟知，故不再赘述。
增益补偿装置310包含温度补偿产生器311、模数转换器(Analog/DigitalConverter，ADC)312、温度传感器313以及加法器314。
温度补偿产生器311接收参数TNOW(当前温度)与TREF(参考温度)，以及温度系数A。根据参数TNOW与TREF以及温度系数A，温度补偿产生器311确定附加增益参数GADD的数值。
ADC 312耦接于温度传感器313与温度补偿产生器311之间。ADC 312接收从温度传感器313发送来的电压VT，并相应地将接收到的电压VT转换至数字域，接着提供转换结果作为参数TNOW至温度补偿产生器311。
温度传感器313感测当前的温度并据此产生相应的电压VT。对于参数TNOW而言电压VT可视为当前温度的表示。ADC 312将电压VT转换至数字域以产生参数TNOW。
加法器314包含第一输入端、第二输入端以及输出端。加法器314的第一输入端耦接至温度传感器311以接收附加增益参数GADD。加法器314的第二输入端接收预设增益参数GS。加法器314的输出端耦接至放大器AMP2的增益控制端。加法器314将附加增益参数GADD与预设增益参数GS相加，输出参数GADD与GS的总和。换言之，加法器314通过加法器314的输出端将最终的增益参数GSUM(即GADD+GS)输出至放大器AMP2的增益控制端。
请参照图5。图5显示的是温度补偿放大模块330的温度补偿产生器311的一个实施例的示意图，其中温度补偿产生器311产生附加增益参数GADD。如图5中所示，附加增益参数GADD与温度之间的关系可描述为以下方程：
GADD＝A×(TNOW-TREF)+B...(2)
其中A代表温度系数(或图表中线条的斜率)，B代表偏移值，该偏移值用以将输出信号SOUT的功率校准至目标功率电平。A与B的数值可为常数。
当温度补偿放大模块330中的温度补偿产生器311处于校准模式时，确定偏移值B，感测参数TNOW并将其设定为参数TREF。因此，根据方程(2)，附加增益参数GADD等于偏移值B，而最终的增益参数GSUM等于GS+B。藉此，预设增益参数GS固定(fixed)而偏移值B可调整，在输出信号SOUT达到目标功率电平之前偏移值B皆可调整，而在输出信号SOUT达到目标功率电平之后，偏移值B则是固定的。
可根据与温度有关的射频发射机300的增益变化设定温度系数A。例如，若当温度上升了100℃时，射频发射机的实际增益GACT降低了5dB，那么可将温度系数设定为+1dB/20℃。
除此之外，可视需要将参考温度TREF设定为任意数值，例如25℃。更具体地，可在任意温度下对温度补偿放大装置300进行校准，对参数TNOW进行感测并设定为参数TREF。
在正常操作模式下，温度补偿装置300的温度补偿产生器311开始接收参数TNOW，以根据方程(2)产生附加增益参数GADD。所以，由于温度补偿放大模块330的配置(disposition)，最终的增益参数GSUM(即GADD+GS)随着温度的升高而增加，而最后放大器AMP2的实际增益GACT可保持为与预设增益参数GS相同的数值，而不受温度变化的影响。也就是说，温度补偿放大模块330能够不受温度效应影响输出放大信号。因此，输出信号SOUT的功率电平可保持为目标功率电平。
尽管如此，也不必将温度补偿放大模块330的温度补偿产生器311配置为仅将输出信号SOUT保持在相同的目标功率电平上。换言之，通过调整附加增益参数GADD，温度补偿放大模块330的温度补偿产生器311可视需求调整输出信号SOUT的功率。例如，温度补偿产生器311可根据温度将输出信号SOUT的功率调整得比目标功率电平更高或是更低。用户可自行定义温度补偿函数的方程。
请参照图6。图6显示的是产生附加增益参数GADD的温度补偿产生器311的另一个实施例的示意图。如图6中所示，附加增益参数GADD与温度之间的关系可描述为以下方程：
GADD＝A(t)×(TNOW-TREF)+B...(3)
其中A(t)代表温度系数(或图表中线条的斜率)，B代表偏移值，该偏移值用以将输出信号SOUT的功率校准至目标功率电平。
温度系数A(t)可为温度的函数。例如，温度系数可描述为以下方程：A(t)＝C(ΔT)...(4)，其中ΔT代表|TNOW-TREF|而C为常数。藉此，当参数TNOW与TREF之间的差距越来越大时，温度系数A(t)也随之增大；当参数TNOW与TREF之间的差距越来越小时，温度系数A(t)也随之减小。
进一步地，偏移值B并不必须存在于方程(2)与(3)中。用户可忽略温度补偿放大模块330的校准模式，不用偏移值B而直接使用方程(2)与(3)，以消除对于放大器AMP2的实际增益的温度效应，使射频发射机300输出信号不受温度的变化影响。
本发明中上述的放大器AMP2可为可编程增益放大器(ProgrammableGain Amplifier，PGA)或可变增益放大器(Variable Gain Amplifier，VGA)。需要注意，如果放大器AMP2为VGA，那么在温度补偿产生器311的输出端与加法器314的第一输入端之间须设有数模转换器(Digital/Analog Converter，DAC)。当然加法器314也须能够处理模拟数据。藉此，可如VGA所需，将附加增益参数GADD转换至模拟域。
请参照图7。图7显示的是本发明的温度传感器313的示意图。如图7所示，可以利用与环境温度成正比(Proportional To Ambient Temperature，PTAT)的电流源IT以及电阻器R来实现温度传感器313。电流源IT具有与当前温度成正比的电流I，电流源IT的一端耦接至偏压源VDD；电流源IT的另一端耦接至电阻器R的第一端，而电阻器R的第二端耦接至另一偏压源VSS。温度传感器313将温度电压VT输出至温度补偿产生器311，以指示当前感测的温度(参数TNOW)，其中温度电压VT等于I×R。
请参照图8。图8显示的是本发明的用于补偿放大器增益的方法800的示意图，方法800可使得射频发射机输出信号不受温度变化的影响。方法800的步骤描述如下：
步骤801：开始；
步骤802：设定偏移值B以将输出信号SOUT的功率校准至目标功率电平；
步骤803：根据射频发射机的增益与温度之间的关系，设定温度系数A；
步骤804：基于正常操作模式与校准模式之间的温度差，产生附加增益参数GADD；
步骤805：将附加增益参数GADD与预设增益参数GS相加，以产生最终的增益参数GSUM；
步骤806：利用最终的增益参数GSUM控制放大器AMP2的增益；
步骤807：结束。
在步骤802中，可通过从方程(2)中消去A×(TNOW-TREF)项(term)来获得偏移值B，具体地，可以通过将参数A设定为0或是将TNOW-TREF设定为0的方式来达到。除此之外，温度补偿放大模块330的校准模式中感测到的温度(参数TNOW)被记录为参数TREF。
在步骤804中，可由方程(2)、(3)或用户定义的其他方程来产生附加增益参数GADD。当前温度TNOW可由上述温度传感器313感测得到。因此，放大器AMP2的实际增益可根据温度变化进行控制。
综上所述，本发明提供一种温度补偿放大模块用以补偿温度变化，藉此利用温度补偿放大模块的射频发射机不再受到温度变化影响。因此，在本发明的射频发射机中，自温度补偿放大装置输出的输出信号的功率不受温度变化的影响而保持不变，为用户提供了极大的便利。
虽然本发明已就较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的变更和润饰。因此，本发明的保护范围当视之前的权利要求书所界定者为准。

Claims (21)

1.一种增益补偿装置，用于根据温度调整放大器的增益，所述放大器的增益由所述放大器的增益控制端的信号控制，所述增益补偿装置包含：
温度补偿产生器，用于根据参考温度、当前温度以及温度系数，产生附加增益参数；
加法器，包含：
第一输入端，耦接于所述温度补偿产生器，所述第一输入端用于接收所述附加增益参数；
第二输入端，用于接收预设增益参数；以及
输出端，耦接于所述放大器的所述增益控制端，所述输出端用于输出所述附加增益参数与所述预设增益参数的总和；以及
温度传感器，用于提供所述当前温度。
2.根据权利要求1所述的增益补偿装置，其特征在于，所述温度补偿产生器根据以下方程产生所述附加增益参数：
GADD＝A×(TNOW-TREF)；
其中，GADD代表所述附加增益参数，A代表所述温度系数，TNOW代表所述当前温度，以及TREF代表所述参考温度。
3.根据权利要求1所述的增益补偿装置，其特征在于，所述温度补偿产生器进一步根据偏移值产生所述附加增益参数。
4.根据权利要求3所述的增益补偿装置，其特征在于，所述温度补偿产生器根据以下方程产生所述附加增益参数：
GADD＝A×(TNOW-TREF)+B；
其中，GADD代表所述附加增益参数，A代表所述温度系数，B代表所述偏移值，TNOW代表所述当前温度，以及TREF代表所述参考温度；
其中，当所述温度补偿装置处于校准模式时，对B进行计算以使得输出自所述放大器的输出信号满足目标功率电平，此时GADD等于B。
5.根据权利要求1所述的增益补偿装置，其特征在于，所述温度补偿产生器根据以下方程产生所述附加增益参数：
GADD＝A(t)×(TNOW-TREF)；
其中，GADD代表所述附加增益参数，A(t)代表所述温度系数，TNOW代表所述当前温度，以及TREF代表所述参考温度；
其中，A(t)为温度函数。
6.根据权利要求5所述的增益补偿装置，其特征在于，A(t)＝C×|TNOW-TREF|，以及C代表常数。
7.根据权利要求1所述的增益补偿装置，其特征在于，所述温度传感器包含：
电流源，具有与所述当前温度成正比的电流；以及
电阻器，耦接于所述电流源，用以输出电压作为所述当前温度。
8.根据权利要求7所述的增益补偿装置，其特征在于，进一步包含模数转换器，所述模数转换器耦接于所述温度传感器与所述温度补偿产生器之间，以将所述电压转换至数字域中作为当前温度。
9.一种射频发射机，包含：
射频模块，包含：
本地振荡器，用于提供时钟信号；
分频器，将所述时钟信号分为第一分频时钟信号与第二分频时钟信号；其中所述第一分频时钟信号与所述第二分频时钟信号在相位上相差90度；
第一混频器，用于接收I路径基频信号与所述第一分频时钟信号，并且相应产生同相信号；
第二混频器，用于接收Q路径基频信号与所述第二分频时钟信号，并且相应产生正交相信号；
第一加法器，用于接收所述同相信号与所述正交相信号，并且相应产生输出信号；以及
温度补偿放大模块，包含：
增益补偿装置，包含：
温度补偿产生器，用于根据参考温度、当前温度以及温度系数，产生附加增益参数；
第二加法器，包含：第一输入端，耦接于所述温度补偿产生器，所述第一输入端用于接收所述附加增益参数；第二输入端，用于接收预设增益参数；以及输出端，用于输出所述附加增益参数与所述预设增益参数的总和；以及
温度传感器，用于提供所述当前温度；以及
放大器，包含：输入端，用于接收来自所述第一加法器的所述输出信号；增益控制端，耦接于所述第二加法器的所述输出端，用于为所述放大器接收所述附加增益参数与所述预设增益参数的总和，据此控制所述放大器的增益；以及输出端，用于输出放大输出信号，其中，所述放大输出信号是按照经控制后的增益将自所述第一加法器接收到的所述输出信号放大得到的。
10.根据权利要求9所述的射频发射机，其特征在于，所述温度补偿产生器根据以下方程产生所述附加增益参数：
GADD＝A×(TNOW-TREF)；
其中，GADD代表所述附加增益参数，A代表所述温度系数，TNOW代表所述当前温度，以及TREF代表所述参考温度。
11.根据权利要求9所述的射频发射机，其特征在于，所述温度补偿产生器进一步根据偏移值产生所述附加增益参数。
12.根据权利要求11所述的射频发射机，其特征在于，所述温度补偿产生器根据以下方程产生所述附加增益参数：
GADD＝A×(TNOW-TREF)+B；
其中，GADD代表所述附加增益参数，A代表所述温度系数，B代表所述偏移值，TNOW代表所述当前温度，以及TREF代表所述参考温度；
其中，当所述温度补偿装置处于校准模式时，对B进行计算以使得输出自所述放大器的所述放大输出信号满足目标功率电平，此时GADD等于B。
13.根据权利要求9所述的射频发射机，其特征在于，所述温度传感器包含：
电流源，具有与所述当前温度成正比的电流；以及
电阻器，耦接于所述电流源，用以输出电压作为所述当前温度。
14.根据权利要求13所述的射频发射机，其特征在于，进一步包含模数转换器，所述模数转换器耦接于所述温度传感器与所述温度补偿产生器之间，以将所述电压转换至数字域中作为当前温度。
15.根据权利要求9所述的射频发射机，其特征在于，所述温度补偿放大模块进一步包含功率放大器，所述功率放大器包含：
输入端，耦接于所述放大器的所述输出端，用于接收来自所述放大器的所述放大输出信号；以及
输出端，用于输出所述功率放大器的所述输入端接收到的信号；
其中，所述功率放大器以固定增益放大所述功率放大器接收到的信号。
16.一种根据温度补偿放大器的增益的方法，其中，所述放大器的增益由所述放大器的增益控制端上接收到的预设增益参数控制，所述方法包含：
根据所述放大器的实际增益与温度之间的关系设定温度系数；
根据所述温度系数、当前温度以及参考温度，产生附加增益参数；以及
将所述附加增益参数与所述预设增益参数相加。
17.根据权利要求16所述的根据温度补偿放大器的增益的方法，其特征在于，进一步包含感测所述当前温度。
18.根据权利要求17所述的根据温度补偿放大器的增益的方法，其特征在于，根据以下方程产生所述附加增益参数：
GADD＝A×(TNOW-TREF)；
其中，GADD代表所述附加增益参数，A代表所述温度系数，TNOW代表所述当前温度，以及TREF代表所述参考温度。
19.一种根据温度补偿放大器的增益的方法，其中，所述放大器的增益由所述放大器的增益控制端上接收到的预设增益参数控制，所述方法包含：
根据所述放大器的实际增益与温度之间的关系设定温度系数；
根据所述放大器的输出信号的目标功率电平，设定偏移值；
根据所述温度系数、所述偏移值、当前温度以及参考温度，产生附加增益参数；以及
将所述附加增益参数与所述预设增益参数相加。
20.根据权利要求19所述的根据温度补偿放大器的增益的方法，其特征在于，进一步包含感测所述当前温度。
21.根据权利要求20所述的根据温度补偿放大器的增益的方法，其特征在于，根据以下方程产生所述附加增益参数：
GADD＝A×(TNOW-TREF)+B；
其中，GADD代表所述附加增益参数，A代表所述温度系数，B代表所述偏移值，TNOW代表所述当前温度，以及TREF代表所述参考温度。
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