CN101926089B - 具有功率放大器的电路和放大方法 - Google Patents

Abstract

在功率放大电路中，通过对已经分别放大的第一和第二信号进行组合来产生输出信号。接收表示输出信号的所需幅度和相位的输入信号。可控制相移电路依赖于所需幅度修改第一和第二信号的相位，使得当对具有修改相位的信号进行组合时，所得到的输出信号将具有所需幅度的包络。将时间以来共模相移应用于第一和第二信号两者。控制电路选择时间以来共模相移作为输出信号的所需幅度的函数，以补偿由放大引入的共模相移的包络幅度依赖性。

Description

具有功率放大器的电路和放大方法

技术领域

本发明涉及一种具有功率放大器的电路和放大方法。

背景技术

WO03/47093描述了一种异相功率放大器。异相功率放大器解决了将射频信号放大为高功率级别的非线性问题。基本原理是通过控制随后组合以形成输出信号的分量信号的相对相位，实现了输出信号的幅度变化。这使得可以使用具有恒定幅度的分量信号，通过非线性放大将所述分量信号放大至所需功率级别，而不会影响幅度变化的线性度。在更先进的异相放大器中，当所需输出幅度较小时，所述分量信号的幅度修改为所需输出幅度。这用于防止与来自近似彼此抵消的分量信号的低幅度输出信号的实现相关联的无用功率耗散。

不幸的是，实际的异相功率放大器仍然受到非线性问题，所述非线性问题可能增加寄生调制或非故意调制。例如，当使用QAM调制时(组合的幅度和相位调制)，可以发现所调制的数据由于假性调制而损坏。

发明内容

其中，本发明的目的是实现具有功率放大器的电路，其中减小了影响调制的非线性效应。本发明由独立权利要求限定。从属权利要求描述了有利的实施例。

提出了根据权利要求1的设备。这里，在所述放大器电流形成功率输出信号之后，将时间依赖的共模相移施加于随后进行组合的第一和第二信号。选择所述共模相移作为由输入信号表示的所需输出幅度的函数。优选地，预定的函数定义了共模相移的值，用于依赖于由放大器电路引入的相移来补偿输出信号幅度。

在实施例中，在由专用共模移相器分离第一和第二信号之前，施加所述共模相移。可选地，可以部分地依赖于幅度依赖共模偏移部分地控制也向第一和第二信号施加差分相移的移相器。

在实施例中，使用连接在第一和第二放大器电流前面的可控预放大器电路。依赖于输入处表示的所需幅度来控制所述可控预放大器电路的增益。例如，可以在阈值幅度以下使用恒定增益，并且可以在阈值以上使用修改的增益，以保持第二和第二信号等于或小于选定的最大幅度。在该实施例中，可以将依赖于共模相移可控的幅度设定为使得所述时间依赖共模相移补偿由可控预放大器电路的增益控制引起的相移。

附图说明

使用以下附图，根据实施例的以下描述，这些和其他目的和有利方面将变得明白，其中：

图1示出了具有功率放大器的电路；

图2a-c示出了相移对功率的曲线；

图3示出了控制器；以及

图4示出了具有功率放大器的电路。

具体实施方式

图1示出了一种电路，包括信号发生器10、包络检测器11、控制器12、共模移相器14、放大器电路16和组合器电路18。放大器电路16包括分离器160，第一和第二差分移相器162a、b，第一和第二预放大器164a、b，以及第一和第二末端放大器166a、b。共模移相器14连接在信号发生器的输出和分离器160的输入之间。分离器160的第一输出依次经由第一差分移相器162a、第一预放大器164a和第一末端放大器166a与组合器电路18的第一输入相连。分离器160的第二输出依次经由第二差分移相器162b、第二预放大器164b和第二末端放大器166b与组合器电路18的第二输入相连。组合器电路18的输出与整个电路的输出相连，所述输出例如可以是天线(未示出)。包络检测器11具有与信号发生器10的输出相连的输入和与控制器12相连的输出。控制器12具有与共模移相器14、第一和第二移相器162a、b以及第一和第二预放大器164a、b的控制输入相连的输出。

应该理解的是所述电路可以附加地配置用于在第一和第二末端放大器166a、b之前的任意级中执行基带频率、中间频率和/或输出频率之间的频率转换。例如，分离器160可以包括用于从基带或中间频率到输出频率转换的频率转换电路，或者第一和第二预放大器164a、b可以包含这种频率转换电路。作为另一个示例，分离器160可以包括用于从基带或第一中间频率到第二中间频率转换的频率转换电路，并且第一和第二预放大器164a、b可以包含用于从第二中间频率到输出频率转换的另外频率转换电路。在下文中除非另有说明，信号的任意处理将参考这种处理可以包括频率转换的暗示理解来进行描述。

另外，应该理解的是，在第一和第二末端放大器166a、b之间的部分或全部电路可以是数字处理电路，所述信号进行数字化表示。在这种情况下，任意电路部件可以包含数模转换器，用于产生所述电路部件的作为模拟信号的输出信号。

在操作时，信号发生器10提供不得不按照输出信号的调制形式发射的信息。可以使用各种调制结束的一种或多种，例如QAM(正交幅度调制)、CDMA(码分多址)等等。例如，QAM包含在载波信号的幅度相位组合的合成时的不同点之间的转换，使得可以讲述信息按照输出信号的幅度和相位两者进行编码。信号发生器10使用不得不发射的信息在其输出处产生信号，表示输出信号的所需幅度和相位(如这里所使用的，“信号”覆盖了可以具有多个分量的信号，例如同相分量和正交(I/Q)分量)。共模移相器14按照可控方式对由该信号表示的相位进行偏移，并且所述相移信号通过分离器160进行分离。所分离的信号是通过第一和第二差分移相器162a、b偏移的、通过第一和第二预放大器164a、b以及第一和第二末端放大器166a、b放大的相位。在实施例中，至少当所述信号幅度较高时取出幅度信息，即可以与来自信号发生器10的信号幅度无关地进行第一和第二预放大器164a、b的输出处的包络幅度。例如，这可以通过作为输入信号包络幅度的函数来可逆地修改第一和第二预放大器164a、b的增益来进行，但是限幅器可以包括在分离器160或任意其他部件中。

由第一和第二差分移相器162a、b进行的相移彼此相反，即，这些相移之和为0。通过组合器电路18组合所得到的相移和放大的分离信号，并且通过组合器电路18输出所述分离、相移、放大和组合过的信号。输出信号的功率是源自第一和第二末端放大器166a、b的信号功率的组合。优选地，组合器电路18是非耗散线性电路。在实施例中，组合器电路18包括传输线或连接在第一和第二末端放大器166a、b的输出之间的一组传输线、或具有输出信号的半波长度加上任意整数波长的一组传输线，据从所述传输线中可以分接输出信号。这种组合器电路本身是已知的，但是可以使用任意其他已知的组合器电路。

包络检测器11检测由来自信号发生器10的信号表示的输出信号的所需包络幅度。控制器12依赖于来自信号发生器10的信号的已检测幅度，控制由共模移相器14以及第一和第二差分移相器162a、b施加的相移。控制器12依赖于使用来自信号发生器10的信号检测到的所需包络幅度来控制由第一和第二预放大器164a、b施加的放大。

如果证明假设组合器电路18将在所有功率级别输出分离、相移和放大信号的相同和，或者如果输出信号中的假性相变是可接受的，可以将共模移相器14的相移设置为0或恒定值，即可以省略共模移相器14。在这种情况下，控制器12与来自信号发生器10的信号的检测幅度成比例地设定第一和第二差分移相器162a、b的相移的余弦。此外，控制器12可以与来自信号发生器10的检测信号幅度成比例地设置第一和第二预放大器164a、b的增益，例如当所需输出功率落在第一和第二末端放大器166a、b线性工作的范围内时。在这种情况下，可以将第一和第二差分移相器162a、b的相移设置为0或者与调节的增益相应地减小所述相移。

图2示意性地示出了第一和第二末端放大器166a、b的输入和输出处的相移作为组合器电路18输出处的功率级别的函数。然而，已经发现所述功率级别可以影响组合分离信号的方式。虚线20a、b示出了第一和第二差分移相器162a、b的输入处的相反相移的示例，收敛至0。线条22a、b示出了馈送至输出的已放大信号的相移。可以看出，输出的相移22a、b在高功率时不会收敛至0。其中，这可以是第一和第二末端放大器166a、b的输出晶体管的栅极-源极和漏极-源极电容(或基极-射极以及集电极-发射极电容)的非线性行为的结果。由于第一和第二末端放大器166a、b的输出装置通过组合器电路18与来自其他末端放大器相互作用的事实，这些电容可以变化。如果第一和第二末端放大器166a、b的输入幅度变化，也可能是由于针对高功率级别，相移非线性地依赖于输入幅度的事实。

图2b示出了由于第一和第二末端放大器166a、b之一的相移作为输出功率级别函数的示例。该示例意味着示出了相移对功率的趋势，而不是定量关系。照此，可以将所述曲线作为相互作用的效果和/或输入功率级别依赖性的示例。如可以看出的，所述相移在高功率级别时改变。在第一和第二末端放大器166a、b两者中，这种变化可以沿相同方向发生，结果是当输入相移彼此相反时，输出移相器22a、b在高功率时不会收敛至零。

图2c示意性地示出了表示由控制器12控制的、第一和第二末端放大器166a、b的输入处的相移的第一线24a、b。可以看出，这些输入相移不会不对称地位于零相移周围。通过共模移相器14引入了依赖于共模相移CM的包络幅度。该共模相移CM由控制器12控制，并且具有补偿由第一和第二末端放大器166a、b产生的不对称相移的大小。第二线26a、b代表第一和第二末端放大器166a、b输出处的相移。可以看出，共模相移CM具有这样的效果：来自不同的末端放大器166a、b的输出相移相对于零相位对称地分布。

图3示出了控制器12的实施例，包括第一、第二和第三控制电路32、34、36。部分地示出了放大器电路16以说明与第一、第二和第三控制电路32、34、36的连接。包络检测器11的输出与第一、第二和第三控制电路32、34、36的输入相连。首先，第一、第二和第三控制电路32、34、36具有分别与共模移相器14、差分移相器(示出为一个)和预放大器(示出为一个)的控制输入相连的输出。

在操作时，包络检测器11检测由来自信号发生器11的信号表示的输出信号的所需幅度(即其包络的幅度)。包络检测器11向第一、第二和第三控制电路32、34、36提供关于检测到的幅度的信息。例如，第一、第二和第三控制电路32、34、36可以是查找表，配置用于针对所述多个幅度值的每一个存储控制信息来控制针对所述幅度值的共模相移、差分相移和增益。响应于关于所述幅度的信息，第一、第二和第三控制电路32、34、36分别向共模移相器14、差分移相器(示出为一个)和预放大器(示出为一个)输出相应的控制信息。依赖于末端放大器166a、b的性质来选择所述查找表的内容。由第一控制电路32选择的共模相移产生与图2b所示相对应的幅度依赖的相移。

注意，来自信号发生器10的信号可以是输出频率信号或基带信号或进行后续频率转换的中间频率信号。当来自信号发生器10的信号是基带信号时，可以由相位矢量的I/Q分量信号(同相信号和异相信号)来表示，所述相位矢量的幅度和相位与输出频率的输出信号的所需幅度和相位相对应。在这种情况下，包络幅度作为时间的函数可以通过确定相位矢量的幅度作为时间的函数来简单的确定。当来自信号发生器10的信号时输出频率信号或中间频率信号时，例如，可以通过在至少一个信号周期期间检测峰值幅度、通过下混频或通过幅度等的同步检测来确定包络幅度作为时间的函数。来自信号发生器10的信号可以是数字信号或模拟信号。因此，共模移相器14和包络检测器11可以是数字或模拟信号处理电路和/或它们可以包括用于产生模拟输出信号的数模转换器。

图4示出了电路的实施例，其中已经用独立可控的移相器40a、b替换了差分移相器和共模移相器，并且从控制器12向独立可控移相器40a、b输出独立的控制。在该实施例中，控制器12配置用于向移相器40a、b施加相位控制信号，所述相位控制信号包括彼此相反的差分相移和共模相移。

作为另一个替代物，图1的共模移相器14的功能可以由第一和第二共模移位器(未示出)来代替，所述第一和第二共模移位器分别连接在分离器160以及第一和第二末端放大器166a、b之间的任意位置。在该实施例中，控制器12共同控制这些第一和第二共模移相器，而不是控制共模移相器14。

可以与来自信号发生器10的信号无关的实现第一和第二预放大器164a、b的输出处信号的包络幅度。在这种情况下，可以通过由第一和第二差分移相器162a、b施加的相移的选择来整体实现来自信号发生器10的输入信号幅度和来自组合器电路18的输出的输出信号之间的关系。然而在实施例中，保留了一部分幅度依赖性。因此例如，控制器12可以控制第一和第二预放大器164a、b，当输入包络幅度小于阈值时提供恒定增益，当输入包络幅度大于阈值时提供可变增益。

控制器12可以配置用于利用大于阈值的增加包络幅度，渐进地改变第一和第二预放大器164a、b的增益。可以选择所述渐进变化，使得第一和第二预放大器164a、b处的输出包络幅度对于较高的输入包络幅度收敛至预定最大级别。可选地，可以选择渐进的减小，使得第一和第二末端放大器166a、b处的输出包络幅度收敛至预定的最大级别。这最大化了效率，并且如果没有施加共模相移以减小非故意调制也可以施加这种渐进的减小。作为通过组合器电路18的相互作用的结果，该输出包络也可以依赖于第一和第二末端放大器166a、b的输入信号之间的相位差。优选地，当施加差分相位变化时通过改变相对增益来修改所述第一和第二预放大器164a、b的增益以补偿这种依赖性，甚至根据输入包络幅度和增益之间的预定关系来进行修改，设定所述增益以将所述第一和第二末端放大器处的输出包络幅度保持在选定的最大级别。因此，控制器12可以配置用于当输入包络幅度大于所述阈值时，修改由第一和第二差分移相器162a、b施加的相移，以便在组合器电路18的输出提供所要求的输出幅度。

在这种情况下，当所述幅度小于阈值并且针对较高的输入幅度在最大级别时饱和时，第一和第二末端放大器166a、b的输出处的包络幅度，或者依赖于所述实施例，第一和第二预放大器164a、b的输出处的包络幅度与输入信号的包络幅度成比例地变化。在实施例中，对于另外的阈值以上的输入幅度保持所述最大级别，在所述阈值以上增益开始变化。当输入幅度小于所述阈值并且在所述阈值以上的随着增加的幅度变化时，来自第一和第二差分移相器162a、b的差分相移例如是0或90度的恒定值。如上所述，对于不同放大器的增益可以不同的变化，以便保持第一和第二末端放大器166a、b处的输出幅度相等。因此可以对于低幅度使功率效率进行优化，并且另一方面，第一和第二末端放大器166a、b在选定的最大级别以上的非线性度不会影响整个响应的线性度。

在该实施例中，第一和第二预放大器164a、b的增益修改可以导致共模相移，这可能导致来自组合器电路18的输出信号的假性相位调制。控制器12通过控制共模移相器14沿与从第一和第二预放大器164a、b的增益修改得到的相移相比而言的相反方向修改至少一部分共模相移，补偿了这种共模相移。优选地，控制器12将共模移相器14的至少一部分共模相移的大小设定为等于由于第一和第二预放大器164a、b的增益修改导致的相移。此外理所当然的是，控制器12可以控制共模移相器14以提供共模相移，用于补偿依赖于信号包络幅度的其他共模相移。

尽管已经示出了部件顺序的示例，应该理解的是使用部件的不同顺序可以获得功能类似的结果。例如，可以将第一和第二预放大器164a、b放置在差分移相器162a、b前面，或者可以将它们用分离器160前面的单独预放大器来代替。

尽管已经示出了其中使用分立的包络检测器11的实施例，应该理解的是包络检测器11可以是信号发生器10的一部分。在实施例中，信号发生器10可以配置为使用发射数据直接得出代表所需输出信号幅度的信号(即不是通过基带信号)。在该实施例中，可以直接使用代表所需信号幅度的该信号，而不会使用包络检测器11。同样，如果信号发生器10产生由相位信号和幅度信号所代表的基带信号而不是I/Q分量，可以直接使用所述幅度信号。

本领域的普通技术人员在根据附图、公开和所附权利要求的学习在实践所要求权利的本发明时，可以理解和施行所公开实施例的各种变体。在权利要求中，词语“包括”不排除出其他元件或步骤，并且不定冠词“a”或“an”不排除多个元件或步骤。单独的处理器或其他单元可以完成在权利要求中描述的几个项目的功能。唯一的事实在于，在彼此不同的从属权利要求中列举的特定措施不表示不能有利地使用这些措施的组合。可以将计算机程序存储在与其他硬件一起或作为其他硬件一部分提供的光学存储介质或固态介质之类的合适介质上，但是也可以按照其他形式分布，例如经由英特网或其他有线或无线通信系统。权利要求中的任意参考符号不应该解释为限制范围。

Claims (10)

1.一种具有功率放大器的电路，所述电路包括：

第一和第二放大器电路，用于分别放大第一和第二信号；

组合器电路，与所述第一和第二放大器电路的输出相连，并且配置用于组合来自所述第一和第二放大器电路的功率以形成输出信号，所述输出信号具有由第一和第二信号之间的相位关系影响的包络幅度；

输入，用于接收表示输出信号的所需幅度和相位的输入信号；

可控相移电路，配置用于修改第一和第二信号的相位；

控制电路，连接在所述输入和可控相移电路的控制输入之间，并且配置用于控制施加于第一和第二信号两者的时间依赖共模相移作为在输入处表示的所需幅度的函数，

其中第一和第二放大器电路的至少一个包括串联连接的可控预放大器电路和末端放大器电路，所述可控预放大器电路具有与所述控制电路的输出相连的增益控制输入，所述控制电路配置用于依赖于输入处表示的所需幅度来控制所述可控预放大器电路的增益，并且配置用于将所述时间依赖共模相移的方向和大小设置为这样的值，所述值使得所述时间依赖共模相移补偿由所述可控预放大器电路的增益控制而得到的相移。

2.根据权利要求1所述的电路，其中所述函数是所需幅度的预定函数，所需幅度具有补偿由放大器电路引入的相移的输出信号包络幅度依赖性的值。

3.根据权利要求1所述的电路，包括分离器，所述分离器具有与所述输入相连的分离器输入以及第一和第二分离器输出；其中所述可控相移电路包括分别连接在第一分离器输出与第一放大器电路之间以及第二分离器输出与第二放大器电路之间的第一和第二移相器，所述控制电路配置用于控制由第一和第二移相器施加的相移之间的差，以修改所述输出信号的包络幅度所依赖的第一和第二信号之间的相位关系。

4.根据权利要求3所述的电路，其中所述可控相移电路包括具有与所述输入相连的移相器输入的共模移相器，所述分离器连接在所述共模移相器以及所述第一和第二放大器电路之间，所述控制电路具有与所述共模移相器的相位控制输入相连的输出。

5.根据权利要求3所述的电路，其中所述控制电路配置用于控制由第一和第二移相器施加的相移的共模分量，以作为输入处表示的所需幅度的函数来改变所述共模分量。

6.根据权利要求1所述的电路，其中所述控制电路包括存储控制信号的值的查找表电路，用于针对多个所需幅度值来控制所述共模相移。

7.根据权利要求1所述的电路，其中第一和第二放大器电路每一个均包括串联连接的可控预放大器电路和末端放大器电路，所述可控预放大器电路具有与所述控制电路的输出相连的增益控制输入，所述控制电路配置用于相互不同地依赖于输入处表示的所需幅度来控制所述可控预放大器电路的增益，至少当所需幅度大于阈值时，保持所述第一和第二放大器电路的末端放大器电路处的输出包络等于预定的最大值。

8.根据权利要求1所述的电路，包括与用于提供所述输入信号的输入相连的信号发生器，所述信号发生器配置用于对输入信号的所需幅度和相位两者彼此结合地执行组合数据依赖调制。

9.一种功率放大方法，所述方法包括：

接收表示输出信号的所需幅度和相位的输入信号；

应用可控相移电路，所述可控相移电路配置用于修改第一和第二信号的相位；

分别通过第一和第二放大器电路放大第一和第二信号；

组合来自第一和第二信号的功率以形成具有依赖于第一和第二信号之间相位关系的包络幅度的输出信号；

其中将时间依赖共模相移施加于第一和第二信号两者，将所述时间依赖共模相移作为在输入处表示的所需幅度的函数控制为共模相移值，所述共模相移值补偿由所述放大引入的共模相移的包络幅度依赖性，

其中，所述第一和第二放大器电路的至少一个包括串联连接的可控预放大器电路和末端放大器电路，所述可控预放大器电路具有与控制电路的输出相连的增益控制输入，所述控制电路配置用于依赖于输入处表示的所需幅度来控制所述可控预放大器电路的增益，并且配置用于将所述时间依赖共模相移的方向和大小设置为这样的值，所述值使得所述时间依赖共模相移补偿由所述可控预放大器电路的增益控制而得到的相移。

10.根据权利要求9所述的方法，其中依赖于所需幅度来相互不同地将施加用于放大第一和第二信号的增益修改为这样的增益值，至少当所需幅度大于阈值时，所述增益值保持所述第一和第二放大器电路的末端放大器电路处的输出包络等于预定的最大值。

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