CN102055412B

CN102055412B - 一种功率放大器保护电路、通信设备和方法

Info

Publication number: CN102055412B
Application number: CN201010571016.XA
Authority: CN
Inventors: 谢伦琛; 蔚翔; 王�华
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2010-12-02
Filing date: 2010-12-02
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2030-12-02
Also published as: EP2637301B1; WO2012071918A1; US8674769B2; US20130257543A1; EP2637301A1; EP2637301A4; CN102055412A

Abstract

本发明实施例公开了一种功率放大器保护电路、通信设备和方法，用于当电路中出现毛刺、脉冲等异常信号时，保护功率放大器。本发明实施例方法包括：输入检测电路将输入信号中的异常信号进行检测和比较，输出保护控制信号，经延时电路的处理，控制所述功率放大器在延时处理后的保护控制信号的脉宽内处于关断状态，使得所述异常信号在所述功率放大器处于关断状态时通过所述功率放大器，从而防止该功率放大器烧毁，对该功率放大器起到保护作用。

Description

一种功率放大器保护电路、通信设备和方法

技术领域

本发明涉及电子领域，尤其涉及一种功率放大器保护电路、通信设备和方法。

背景技术

全球移动通讯系统(GSM，Global System for Mobile Communications)，码分多址(CDMA，Code Division Multiple Access)，宽带码分多址(WCDMA，Wideband Code Division Multiple Access)，时分同步码分多址(TD-SCDMA，Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access)，全球微波互联接入(WiMax，Worldwide Interoperability for Microwave Access)，长期演进(LTE，Long Term Evolution)等各制式通讯基站设备中，都需要应用功率放大器放大信号，功率放大器的性能发挥直接决定了无线基站产品的性能规格和工程规格，由于功率放大器(特别是末级功率放大器)工作在大功率近饱和状态，容易烧毁，可能会引起一系列严重后果，如直接导致通讯基站无法正常工作，引起通话服务中断，而且由于部分单板无法维修只能报废处理，增加成本。

现有技术中，解决上述技术问题主要通过末级信号幅度检测触发关断前级放大电路，此种技术方案在电路中出现连续大功率、驻波等异常信号时，对功率放大器起到一定的保护作用，但当电路中出现毛刺、脉冲等异常信号时，对功率放大器没有任何保护作用。

发明内容

本发明实施例提供了一种功率放大器保护电路、通信设备和方法，能够当电路中出现毛刺、脉冲等异常信号时，保护功率放大器，防止功率放大器烧毁。

本发明实施例提供的功率放大器保护电路，包括：输入检测电路，延时电路，以及控制电路；所述输入检测电路的输入端与信号输入端相连，所述输入检测电路用于检测输入信号中的异常信号并将所述异常信号与预先设置的参考电平进行比较，若所述异常信号脉冲幅度高于所述参考电平，则输出保护控制信号；所述延时电路的输入端与输入检测电路的输出端相连，所述延时电路用于对所述保护控制信号进行延时处理；所述控制电路的输入端与延时电路的输出端相连，所述控制电路的输出端与功率放大器的输入端相连，所述控制电路用于控制所述功率放大器在延时处理后的保护控制信号的脉宽内处于关断状态，使得所述异常信号在所述功率放大器处于关断状态时通过所述功率放大器。

本发明实施例提供的通信设备，包括：输入检测单元，用于检测输入信号中的异常信号，并将所述异常信号与预先设置的参考电平进行比较，若所述异常信号脉冲幅度高于所述参考电平，则输出保护控制信号；延时单元，用于对所述保护控制信号进行延时处理；控制单元，用于控制功率放大器在延时处理后的保护控制信号的脉宽内处于关断状态，使得所述异常信号在所述功率放大器处于关断状态时通过所述功率放大器；功率放大器，用于产生功率输出以驱动负载。

本发明实施例提供的功率放大器保护方法，包括：检测输入信号中的异常信号；将所述异常信号与预先设置的参考电平进行比较，若所述异常信号脉冲幅度高于所述参考电平，则输出保护控制信号；将所述保护控制信号进行延时处理；控制功率放大器在延时处理后的保护控制信号的脉宽内处于关断状态，使得所述异常信号在所述功率放大器处于关断状态时通过所述功率放大器。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

输入检测电路将输入信号中的异常信号与参考电平进行比较，若异常信号的脉冲幅度高于参考电平，则输出保护控制信号，经延时电路的延时处理，使得控制电路控制功率放大器在延时处理后的保护控制信号的脉宽内处于关断状态，使得异常信号在功率放大器处于关断状态时通过功率放大器，防止该功率放大器烧毁，对该功率放大器起到保护作用。

附图说明

图1为本发明实施例中功率放大器保护电路总体示意图；

图2为本发明实施例中功率放大器保护电路实施例示意图；

图3为本发明实施例中功率放大器保护通信设备实施例示意图；

图4为本发明实施例中功率放大器保护方法实施例示意图；

图5为本发明实施例中功率放大器保护电路运行时序示意图；

图6为本发明实施例中功率放大器保护电路运行时序另一个示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种功率放大器保护电路、通信设备和方法，用于当电路中出现毛刺、脉冲等异常信号时，保护功率放大器，防止功率放大器烧毁。

本发明实施例中提供的功率放大器保护电路还可以应用到监控系统中，能够保护功率放大器，防止功率放大器烧毁，节约成本，可以理解的是，该功率放大器保护电路还可以应用到其他需要保护功率放大器的情况下。

请参阅图1，本发明实施例中功率放大器保护电路主要包括以下部分：

输入检测电路101，延时电路102，控制电路103；

输入检测电路101的输入端与信号输入端相连，用于检测输入信号中的异常信号并将该异常信号与预先设置的参考电平进行比较，若该异常信号脉冲幅度高于该参考电平，则输出保护控制信号；

延时电路102的输入端与输入检测电路101的输出端相连，用于对保护控制信号进行延时处理；

控制电路103的输入端与延时电路102的输出端相连，控制电路103的输出端与功率放大器输入端相连，用于控制功率放大器在延时处理后的保护控制信号的脉宽内处于关断状态，使得异常信号在功率放大器处于关断状态时通过功率放大器。

下面对本发明实施例中的功率放大器保护电路实施例进行详细描述，请参阅图2，本发明实施例中功率放大器保护电路的一个实施例包括：

输入检测电路201的结构包括：比较器及运算放大器；

比较器的一个输入端加载输入检测电路201待检测的信号，比较器的另一输入端加载预先设置的参考电平，比较器将该待检测的信号与参考电平进行比较，若该待检测的信号脉冲幅度高于参考电平，比较器将输出保护控制信号；

优选的，高速比较器能够加快比较运算速度，减少传播信号的延迟。

比较器输出端与运算放大器的输入端相连，将模拟信号转换成放大的数字信号后，从运算放大器的输出端输出。

本实施例中的参考电平可以根据系统允许的正常输入信号的最大功率确定，例如系统允许的正常输入信号的最大功率为10dBm，则可知该信号的最大脉冲幅度为1伏特，本实施例中的参考电平可以设置为略高于该最大脉冲幅度，例如为1.1伏特。

可以理解的是，上述仅以一个具体例子对本实施例中的参考电平进行了说明，在实际应用中，该参考电平还可以根据其他的数据进行设置，具体为本领域技术人员的公知常识，此处不作限定。

延时电路202的结构包括：二极管，电阻以及电容；

二极管的正极与输入检测电路201相连，二极管的负极与电容的一端相连，该电容的另一端接地，二极管的负极同时与电阻第一连接端相连，电阻的第二连接端与控制电路相连，延时电路202能够将输入检测电路201输出的保护控制信号进行延时处理，以控制保护控制信号到达控制电路203的时刻以及该保护控制信号的脉宽。

需要说明的是，进行延时处理具体可以通过调整延时电路202中的电阻及电容来实现延时，可以单独调节电阻或电容，也可以同时调节电阻及电容，具体调节过程与实际应用过程相关，此处不作限定。

优选的，肖特基二极管适合在低压、大电流输出场合用作高频整流，在非常高的频率下用于检波和混频。

控制电路203的结构包括：MOS管；

MOS管的栅极与延时电路202的输出端相连，MOS管的漏极与功率放大器的输入端相连，MOS管的源极接地，当接收到延时电路202输出的保护控制信号时，控制功率放大器在延时处理后的保护控制信号的脉宽内处于关断状态，使得异常信号在功率放大器处于关断状态时通过功率放大器，对该功率放大器起到保护作用。

本实施例中，MOS管关断过程非常迅速，开关时间在10一100纳秒之间，工作频率可达100kHz，所以可以有效提高开关速度。

需要说明的是，本实施例中，输入检测电路201包括但不限于使用比较器；延时电路202包括但不限于使用二极管，电容及电阻；控制电路203包括但不限于使用MOS管。

下面描述一下本实施例电路运行过程：

当电路中的输入信号为脉冲、毛刺等异常信号时，比较器将该异常信号与预先设置的参考电平进行比较，若该异常信号的脉冲幅度高于参考电平，则输出保护控制信号，经过预算放大器，该保护控制信号转换成放大的数字信号输出到二极管的正极，此时二极管接通，信号的一部分经接地电容分流，剩余部分传输到电阻，可通过调节该电阻及电容将保护控制信号进行延时，并输出该保护控制信号，MOS管的栅极接收到该保护控制信号，当该保护控制信号足够大时，MOS管的漏极导通，MOS管处于接通状态，功率放大器输入端电压大于输入检测单元的接入点电压，则功率放大器保护电路起作用，关闭所连接的功率放大器。

本实施例中，输入检测电路将输入信号中的异常信号与参考电平进行比较，若异常信号的脉冲幅度高于参考电平，则输出保护控制信号，经延时电路的延时处理，使得控制电路控制功率放大器在延时处理后的保护控制信号的脉宽内处于关断状态，使得异常信号在功率放大器处于关断状态时通过功率放大器，防止该功率放大器烧毁，对该功率放大器起到保护作用。

下面介绍通讯设备，请参阅图3，本发明实施例中提供的通讯设备包括：

输入检测单元301，用于检测输入端的异常信号，当该异常信号的脉冲幅度高于预先设置的参考电平时，输出保护控制信号；

延时单元302，用于将保护控制信号延时处理，并输出该保护控制信号；

控制单元303，用于控制功率放大器在延时后的保护控制信号的脉宽内处于关断状态，使得异常信号在功率放大器处于关断状态时通过功率放大器；

功率放大器304，用于产生功率输出以驱动负载。

进一步的，输入检测单元301包括：

比较器，该比较器一个输入端加载待检测信号，另一输入端加载参考电平；

该参考电平根据输入信号最大功率确定，具体确定过程与前述图2实施例中描述的确定方式相同，此处不再赘述。

延时单元302包括：

二极管，该二极管的正极与输入检测单元301相连；

电阻，该电阻第一连接端与二极管的负极相连，该电阻的第二连接端与控制单元303相连；

电容，该电容的一端与二极管的负极以及电阻的第一连接端相连，该电容的另一端接地。

控制单元303包括：

MOS管，该MOS管的栅极与延时单元202相连，该MOS管的漏极与功率放大器的输入端相连，该MOS管的源极接地。

本实施例中输入检测单元301，延时单元302以及控制单元303的具体实现方式请参见图2中所示的实现方式，此处不再赘述。

下面介绍功率放大器保护方法，请参阅图4，本发明实施例中提供的功率放大器保护方法包括：

401、检测输入信号中的异常信号；

输入检测电路首先对输入信号中的异常信号进行检测，异常信号包括脉冲、毛刺等对功率放大器有不利影响的信号。

402、判断异常信号脉冲幅度是否高于参考电平；

输入检测电路检测到有异常信号时，将异常信号的脉冲幅度与参考电平进行比较，判断将异常信号脉冲幅度是否高于参考电平，若该异常信号脉冲幅度高于参考电平，则执行步骤403。

本实施例中，参考电平可以根据输入信号最大功率确定，具体确定过程与前述图2实施例中描述的确定方式相同，此处不再赘述。

403、输出保护控制信号；

当异常信号脉冲幅度高于参考电平时，输入检测电路将输出保护控制信号。

404、将保护控制信号进行延时处理；

延时电路接收到输入检测电路输出的保护控制信号后，可以对该保护控制信号进行延时处理，以控制保护控制信号到达控制电路的时刻以及该保护控制信号的脉宽，下面对具体的延时处理过程进行详细描述：

请参阅图5，图5所示的是本实施例的时序图，其中：

T1指的是异常信号经过系统正常电路到达功率放大器所需的时长；

T2指的是保护控制信号产生后到控制电路所需的时长；

T3指的是功率放大器处于关断状态的时长，即延时后的保护控制信号的时长；

T4指的是异常信号的脉宽。

其中，T1由系统设计所预先设置，即当电路组建完成后，该T1为一固定数值，T2以及T3可以由延时电路控制，T4由参考电平决定，当参考电平确定后，该T4也相应确定。

此外，由于异常信号需要经过系统正常电路才能到达功率放大器，而保护控制信号只需要经过功率放大器保护电路，所以T1的数值大于T2。

本实施例中，输入检测电路输出的保护控制信号与普通的数据信号相同，假设其产生时的脉宽为10微秒。

T1为异常信号经过系统正常电路到达功率放大器所需的时长，假设为150微秒；

异常信号的脉宽可以由参考电平决定，假设T4为30微秒。

由于T1和T4均为相对固定的数值，则在组建功率放大器保护电路时，可以按照T1和T4的数值配置延时电路具体的延时过程。

本实施例中，要使得异常信号在功率放大器处于关断状态时通过该功率放大器，则必须满足如下条件：

条件(1)、异常信号到达功率放大器时，功率放大器处于关断状态；

条件(2)、功率放大器在异常信号完全通过后才开启。

在实际应用中，由控制电路来控制功率放大器的开与关，而控制电路可以由MOS管实现，MOS管进行开关的速度非常快，需要的时长为纳秒级，可以不考虑该时长，则可以按照上述两个条件设置具体的T2以及T3的数值：

假设在不考虑延时电路的延时作用的情况下，T2为100微秒，则可以设置延时后的T2为120微秒，T3为80微秒，，也就是说，只要使得T3+T2＞＝T1+T4，即可满足上述条件(1)以及条件(2)。

当功率放大器处于关断状态时，会对正常的数据信号造成影响，为了减少对正常的数据信号的影响，最好能够在保证功率放大器安全的情况下可能减小功率放大器关断的时长，即T3的数值，在实际应用中，可以按照“T1＝T2+(T3—T4)/2”来调整T2和T3的数值。

上述公式经过转换后为“T3＝2*(T1-T2)+T4”，由于T2大于T1时不满足条件(1)，无法保证功率放大器的安全，所以，当T1与T2相等时，T3可以取得最小值。

需要说明的是，在上述的例子中仅仅给出了一些T2以及T3的具体数值，或者是设置方法，可以理解的是，在实际应用中，该T2以及T3还可以设置为其他的数值，只要能够满足上述条件(1)以及条件(2)即可，具体此处不再赘述。

405、控制功率放大器在延时后的保护控制信号的脉宽内处于关断状态。

控制电路接收到延时电路输出的保护控制信号后，控制功率放大器在延时后的保护控制信号的脉宽内处于关断状态，使得异常信号在功率放大器处于关断状态时通过功率放大器，避免该异常信号烧毁该功率放大器。

本实施例中，当T2为120微秒，T3为80微秒时，在0120时刻(以微秒为单位)，保护控制信号到达控制电路，控制电路随即关断功率放大器，关断的时长为80微秒，即到0200时刻，该功率放大器重新开启，而在0150时刻，异常信号达到功率放大器，此时功率放大器正处于关断状态，在0180时刻，异常信号完全通过功率放大器，此时的功率放大器仍处于关断状态，从而有效的保护了功率放大器。

本实施例中，除了可以针对异常信号保护功率放大器之外，同样也可以针对持续的大信号保护功率放大器：

对于持续大信号，该保护电路原理如下：持续大信号可以分解成无数小脉宽信号，而对于每一个小脉宽信号，保护电路总能有效在小脉宽信号到达前关闭功率放大器，请参见图6，图6中T1、T2、T3及T4的具体含义同图5，此处不再赘述。

进一步的，以上的本发明实施例中所描述的功率放大器可以是级联后的整个功率放大器，也可以是级联后的功率放大器中的末级功率放大器放大器，此处不作限定。

本实施例中，输入检测电路将输入信号中的异常信号与参考电平进行比较，若异常信号的脉冲幅度高于参考电平，则输出保护控制信号，延时电路对该保护控制信号做延时处理，从而使得控制电路接收到该保护控制信号时，控制功率放大器在延时后的保护控制信号的脉宽内处于关断状态，使得异常信号在功率放大器处于关断状态时通过功率放大器，防止该功率放大器烧毁，对该功率放大器起到保护作用并节省成本。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上对本发明所提供的一种功率放大器保护电路、通信设备和方法进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种功率放大器保护电路，其特征在于，包括：

输入检测电路，延时电路，以及控制电路；

所述输入检测电路的输入端与信号输入端相连，所述输入检测电路用于检测输入信号中的异常信号并将所述异常信号与预先设置的参考电平进行比较，若所述异常信号脉冲幅度高于所述参考电平，则输出保护控制信号；

其中，所述输入检测电路具体为：比较器；

所述延时电路的输入端与输入检测电路的输出端相连，所述延时电路用于对所述保护控制信号进行延时处理；

所述控制电路的输入端与延时电路的输出端相连，所述控制电路的输出端与功率放大器的输入端相连，所述控制电路用于控制所述功率放大器在延时处理后的保护控制信号的脉宽内处于关断状态，使得所述异常信号在所述功率放大器处于关断状态时通过所述功率放大器。

2.根据权利要求1所述的功率放大器保护电路，其特征在于，

所述比较器的一个输入端加载待检测信号，另一输入端加载参考电平；

所述参考电平根据输入信号最大功率确定。

3.根据权利要求1所述的功率放大器保护电路，其特征在于，所述延时电路包括：

二极管，所述二极管的正极与所述输入检测电路的输出端相连；

电阻，所述电阻的第一连接端与二极管的负极相连，所述电阻的第二连接端与所述控制电路相连；

电容，所述电容的一端与所述二极管的负极以及所述电阻的第一连接端相连，所述电容的另一端接地。

4.根据权利要求1所述的功率放大器保护电路，其特征在于，所述控制电路包括：

MOS管，所述MOS管的栅极与所述延时电路的输出端相连，所述MOS管的漏极与所述功率放大器的输入端相连，所述MOS管的源极接地。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的功率放大器保护电路，其特征在于，

所述功率放大器为末级功率放大器。

6.一种通信设备，其特征在于，包括：

输入检测单元，用于检测输入信号中的异常信号，并将所述异常信号与预先设置的参考电平进行比较，若所述异常信号脉冲幅度高于所述参考电平，则输出保护控制信号；

其中，所述输入检测单元具体为：比较器；

延时单元，用于对所述保护控制信号进行延时处理；

控制单元，用于控制功率放大器在延时处理后的保护控制信号的脉宽内处于关断状态，使得所述异常信号在所述功率放大器处于关断状态时通过所述功率放大器；

功率放大器，用于产生功率输出以驱动负载。

7.根据权利要求6所述的通信设备，其特征在于，

所述参考电平根据输入信号最大功率确定。

8.根据权利要求6所述的通信设备，其特征在于，所述延时单元包括：

二极管，所述二极管的正极与所述输入检测单元的输出端相连；

电阻，所述电阻的第一连接端与二极管的负极相连，所述电阻的第二连接端与所述控制单元相连；

9.根据权利要求6所述的通信设备，其特征在于，所述控制单元包括：

MOS管，所述MOS管的栅极与所述延时单元的输出端相连，所述MOS管的漏极与所述功率放大器的输入端相连，所述MOS管的源极接地。

10.一种功率放大器保护方法，其特征在于，包括：

检测输入信号中的异常信号；

将所述异常信号与预先设置的参考电平进行比较，若所述异常信号脉冲幅度高于所述参考电平，则输出保护控制信号；

将所述保护控制信号进行延时处理；

控制功率放大器在延时处理后的保护控制信号的脉宽内处于关断状态，使得所述异常信号在所述功率放大器处于关断状态时通过所述功率放大器；

其中，所述将保护控制信号进行延时处理具体包括：对所述保护控制信号进行延时，使得延时的保护控制信号的脉宽T3满足如下条件：

T3>=T1-T2+T4；

其中，所述T 1为所述异常信号到达功率放大器所需的时长，所述T2为所述保护控制信号到达控制电路所需的时长，所述T4为所述异常信号的脉宽，所述T1大于或等于T2。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述T3具体通过如下方式得到：

T3=2*（T1-T2）+T4。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，

所述参考电平根据输入信号的最大功率确定。

13.根据权利要求10至12任意一项所述的方法，其特征在于，

所述功率放大器为末级功率放大器。