CN1023367C - 可控转换速率的放大器 - Google Patents

Abstract

放大器电路(10)的输入级中设一可调转换速率放大器(26)，以降低偏离频道频率的干扰，放大器电路输入测试信号序列，以测量该放大器(34)允许输入的最高电平，在输入回路中，包括一低转换速率放大器，可进一步防止产生即使是由输入测试程序造成的偏离频道频率的干扰，该可调转换速率放大器(26)，在电路正常运行期间，工作于全转换速率下，并提供全频带宽度放大。

Description

本发明一般涉及线性放大器电路，尤其是涉及负反馈线性放大器电路，这些电路可调节输入信号电平达到最大输出功率和效率，而不致因过激该放大级而造成输出信号变形。

电子放大器电路是本领域众所周知的，这些装置应用各种不同的技术来改进其线性。为了使一个线性放大器电路的输出功率和效率达到最大，提供足够的输入激励信号电平时常是必要的，然而任一给定的放大器都有一定的激励电平，超过它则线性就会严重变坏。大多数放大器电路在因输入信号过激时会固有地产生所不期望的信号，例如邻信道频率干扰或是其它不希望出现的信号。

工作于B类或AB类的电子放大器电路是所期望的，因为它们有相对高的效率，并且它们有一定程度的线性，但是它们需要负反馈以取得许多应用中所要求的线性，减少B类或AB类放大器中的输出信号变形或邻道频率干扰，则这些放大器即可应用于要求相对无失真放大的通讯应用中。只要该放大器不被过激，负反馈即能减少失真，由于在放大器被过激时负反馈增加了失真和不需要的信号，所以防止放大器受过激是重要的。

在许多通讯应用中，无线电发射机末级放大器的过激造成邻近信道用户的不期望的干扰。对于采用具有幅值随时间变化的信号的数字或模拟通讯系统中，典型地应用这些的措施，即用一个试验信号给末级放大器来确定最大允许的输入电平，以便防止末级放大器被过激。 在许多情况中应用输入试验信号序列来确定一个放大器的最大输入电平，在放大器的最大激励电平已经达到的瞬间，输入试验信号序列会造成所不期望的邻道频率干扰。

当给一个放大器的输入信号增加幅值时，一个理想的输出放大器电路将会跟踪输入电平的变化，并且放大该输入电平而产生基本上准确复制该输入信号的信号。一个电子放大器的实际极限限制了电路无限跟踪输入信号电平的能力。当一个输入信号电平增加到这样的一点，在该点处输出放大器级不能再准确地放大它时，该输出级将开始饱和，并且，如果该放大器的输出信号在负反馈回路中被反馈到输入中，则该放大器的输入信号与其反馈误差信号的代数和就会在输入到该放大级的信号中产生实质上的失真。

在某些通讯应用中，期望将由于过激一个放大器而造成的频率干扰量加以限制，甚至在对该放大器的最大输入电平正被一个测试信号序列来确定的瞬间也如此。具有限制邻道频率干扰能力的一种放大器电路，甚至在用一项试验信号序列正进行测试最大激励电平的时候也有这种能力，这将是在超过先有技术上的一种改进。

这里所提供的一种放大器电路，它降低了由过大的输入信号电平所造成的偏离频道的频率干扰，包括由为了建立最大输入信号电平而用的输入试验信号所造成的偏离频道的干扰。最佳实施例的这种放大电路包括有：一个反相放大器级;一个反馈电路，它取样于该放大器的输出并将该输出信号的一部分反馈耦合到该放大器的输入;以及一个调节转换速率放大器，它被耦合在放大器级输入和输出信号源之间，在输入电平测试信号序列被输入到该放大器电路期间，该放大器的转换速率被降低（该测试信号序列是为建立一最大输入电平用的典型的 慢上升时间信号或电压斜波）。

该可调转换速率的放大器，在一个测试信号被输入到放大器级以确定放大器级能接受而不削波的最大输入信号电平的周期内，具有受限制和控制的转换速率。这种可调转换速率放大器由于它能抑制超过放大器跟踪信号上升时间能力的输入信号，从而能减少由于试验信号序列过激所造成的放大器的偏离频道干扰。

在一个外电路控制下，至少建立两个不同的转换速率。在一种运行方式中，该转换速率放大器具有最大转换速率，它能在正常运行条件下精确地跟踪输入信号电平的上升时间。在受限转换速率方式中，进入到这种情况，即当具有典型慢上升时间的输入试验信号送到该放大器时，该放大器降低的转换速率足以跟踪该输入测试信号，但是抑制了过激发生时从该放大器发射不期望的干扰。

图1表示具有降低偏离频道频率干扰的一个放大器电路的方框图。

图2示出用于相移放大信号的具有降低偏离频道频率干扰的一个放大器的方框图;以及

图3为图1和图2所期望的一个可调节转换速率放大器的原理图。

图1示出放大器电路（10）的简化方框图，提供降低了的偏离频道频率干扰，该干扰是由于输入到放大器中为确定其最大允许激励电平的削波检测信号序列所造成的。在示于图1的该放大器电路（10）中，从一个外加电源来的输入信号（20），例如一个声信号调制器或其它源通过一个选择无关（22）耦合到一个总加网络（24）的第一输入（24A），该总加器（24）的输出耦合到一个可调换速 率放大器（26），该放大器（26）在正常运行方式中具有一最大转换速率，它足以调节从该信号源（20）来的信号的上升时间。

如图1所示，可调转换速率放大器（26）的输出被耦合到第一乘法器（也称为混频器，且在图1中是双输入混频器）电路（30），它的另一输入被耦合到本机振荡器（32）（未表示）的输出上。该乘法器电路（30）将该可调转换速率放大器的输出进行混频或外差，所得频率等于该本机振荡器频率和可调转速率放大器（26）的输出的频率相加（或根据所期望的产生频率的差）。

乘法器电路（30）的输出被一个反相放大器级（34）放大产生输出电压Vout。该反相放大器级（34）的输出信号可被耦合到天线，例如，它可以根据放大器电路（10）具体应用所需来考虑耦合到其后的信号处理级。

在图1所示放大器电路中，反相放大器级（34）的输出被耦合到第二乘法器级（36）（也称为混频器），它的另一输入接受本机振荡信号（32）。该第二乘法器级（36）将反相放大器级（34）的输出与从本机振荡器（32）来的同一本机振荡信号进行外差，所产生的基频带信号由总加网络（24）输入到可调转换速率放大器（26），第二乘法器（36）的输出被耦合到总加网络（24）的第二输入（24B）。

（所示的实施例打算用于一个无线电设备中，本发明的另外各实施例可不采用图1所示的信号单频转换，而可采用多频转换。本发明还有其它的实施例可不用所示放大器电路中的任一频率转换器，且基本上在一单一频率实施所有的功能，例如用基频带）。

该总加网络（24）在一个输出上产生一个信号，它实质上是第 一输入（24A）和第二输入（24B）的代数和。因为末级放大器级（34）是一个反相放大器，故在输入（24A）的代数和信号和信号（24B）的代数和信号在这里产生一最后结果等于这两个信号相减。总加器（24）的输出可被看作是一个误差信号，该信号被可调转换速率放大器（26）放大。如果输入到可调转换速率放大器（26）的信号具有超过该可调转换速率放大器跟踪能力的转换速率或上升时间，则该可调转换速率放大器将限制输入到第一乘法器（30）信号的转换速度（时间），使其不大于该转换速率放大器的最大转换速率的能力。

当一个测试信号从测试信号源（40）通过源选择器开关（22）转接到该总加网络（24）时，在这期间，该可调转换速率放大器（26）的最大转换速率在增益带宽和转换速率控制电路（28）的控制下基本上被降低。该测试信号用于建立放大器电路（10）在该总加网络（24）的第一输入（24A）处能接受的最大输入电平。

放大器电路（10）能精确再现的最大输入信号电平可由下述方法确定，送入一个由测试信号源（40）来的慢上升时间的信号，缓慢地增长到一点处，在该点处，由反相放大器级（34）来的输出开始饱和或削波，当达到此最大输入信号电平时，这一判定此后可用于限制从信号源（20）来的输入信号偏移，以消除因过激该放大器（34）造成的失真或干扰。

在从测试信号源（40）来的测试信号被输入到该总加网络（24）的期间，邻道或偏离通道频率干扰（由放大器削波造成的）即能由于降低该可调转换速率放大器（26）的转换速率而被避免。 在输入激励电平正在测量瞬间，加上该可调转换速率放大器并且减少其转换速率能有效地排除了任何偏离通道频率干扰的产生，甚至在将能造成削波的测试信号序列输入到该放大器期间也如此。在这种方式下，在要求最小邻道干扰的通讯系统中能保持十分纯净的信号源。

图2表示该放大器电路最佳实施例的另一应用的方框图，该放大器电路降低偏离通道频率干扰，包括由削波测试信号序列造成的偏离通道频率干扰。在该图中，该放大器电路（也称为正交放大器）放大了如I通道所定义的同相分量，以及放大如Q通道所定义的正交分量（I和Q信号分量是基频带信号，用它们测量相隔90度的各本机振荡信号的大小。I和Q信号以及本机振荡的相位或频率可用作承载信息）。

在该图中，用一个数字信号处理器来分别控制数一模转换器50I和50Q，它们产生通讯装置（如无线电发射机）需用的输入信息信号。数一模转换器50I和50Q的输出被I通道和Q通道中的低通滤波器42I和42Q进行低通滤波。I通道和Q通道的低通滤波器的输出都分别输入到I通道和Q通道各自的总加电路24I和24Q。这些总加器的输出被耦合到I通道和Q通道的可调转换速率放大器电路（26I和26Q）。这些可调转换速率放大器（26I和26Q）都被一个增益带宽转换速率控制电路（28）（图2中未示出）控制。该转换速率控制电路（28）可以包括一个微处理机或其它电路，可以确定该可调转换速率放大器的转换速率何时应被降低。

如图1所示，这些可调转换速率放大器（26I和26Q）的输出都被耦合到乘法器电路（30I和30Q）。这两个乘法器电路都 从一个本机振荡器（32）（未示于图2）取得其外差频率，正交或Q分量是由本机振荡信号在移相网络（33）中移相90度而产生的的。

I通道和Q通道乘法器电路（30I和30Q）两者的输出在一个总加网络（35）中进行总加，其输出被末级放大器级（34）放大，与图1所示的实施相似。

在图2中，末级放大器级（34）的输出被取样并返回到两个乘法器电路（36I和36Q）中，它们利用一个第二本机振荡信号32P乘该放大器输出信号而将末级放大器级（34）的输出恢复到基频带的频率，第二本机振荡信号32P已由本机振荡信号32进行了移相，以使回路稳定，（信号32P的复制信号也被移相90度，而使Q通道分量返回到基频带）。该正交放大器的负反馈回路是由将反馈信号从乘法器（36I和36Q）连接到I通道和Q通道第一加法器（24I和24Q）的第二输入来完成的。

在各种通讯应用中，当需要多电平的QAM式正交调幅信号或其它可变幅值信号，例如单边带的情况时，示于图2中的放大器电路能减小偏离通道频率干扰，即使这是由上述的削波检测序列所造成的也一样有效。当一项削波检测序列输入到总加网络24I和24Q时，该测试信号序列典型地由一个慢上升时间的斜波电压组成，该可调放大器（26I和26Q）的转换速率被降低以抑制由测试信号上升到超出末级放大器级（34）能精确地放大的一点所引起产生的谐波或乱真信号。

图3示出用于图1和图2的一个可调转换速率的放大器。该可调转换速率放大器（26）可看作是一个电压一电流转换器，或是一个 跨导放大器，它的输出被一个RC网络所旁路。

转换速率的调节是通过恒电流源晶体管Q₅调节该尾电流（tail current）I得到，Q₁和Q₂形成一差动对。Q₃和Q₄形成一个电流反射镜以为Q₁和Q₂的集电极提供一有功负荷。如果通过Q₅的集电极电流被建立的相对大，Q₁和Q₂就可分别通过Q₃和Q₄完全地深度导通。（RE1和RE2可选择得限制集电极电流量和增加有功负荷的输出阻抗）。

当通过Q₅的集电极电流（I）相当大时，在反相和非反相端V_IN-和V_IN+上的摆动电压可以同摆动在-I和+I之间的Q₄和Q₂集电极上的最后输出电流相对自由地摆动，这里I是通过Q₅的电流值。由于跨在电容器两端上输出电压的变化率等于1/c乘通过该电容器的电流，通过Q₅集电极相对大的电流将使跨在电容器C₀两端的输出电压很快地改变。

如果通过Q₅的集电极电流设计得相当小，则该输出电压的最大变化率（也称为转换速率）将也小，这与跨在Q₁和Q₂基极上输入信号的偏移无关。

可以看出一个可调转换速率放大器，当被结合到一个放大器级的信号回路中时，它能在放大器能够放大的最大输入电平信号正在测试信号期间被测量时用于减小邻道频率干扰。在这种方式下，甚至测试信号频率干扰能被进一步减小从而在要求精确干扰控制的无线电通讯中进一步改进或降低偏离频道的干扰。

虽然图1示出了一种反相放大器，其它的实施例可以包括对该放大器（34）采用一个非反相增益级。采用一个非反相放大器需在其后采用某些其它的信号反相装置，例如用一个反相电压放大器或反 相运算放大器，它被置于放大器（34）的输出和总加器（24）的第二输入（24B）之间，以便从总加器（24）产生一个差信号输出。此外，放大器（34）不需提供电压放大，但是如果选择一个合适的输出负荷则可以提供电流增益。改变的实施例也可试图采用一个电压或电流跟随器作为末级放大器（34），只要一个负反馈信号提供到该总加器电路（24或24I和24Q）即可。

Claims (10)

1、在一个放大器电路(10)中，在一个电路输出结点上提供的信号是电路输入结点处各型信号的放大信号，该放大器电路具有至少一个内部信号放大器级(34)，它带有一个输入和一个输出，在其输出端提供的信号是其输入端信号的反相形式，一种限制从该放大器电路(34)输出乱真信号的方法，该乱真信号是指在予定的上升时间的削波检测输入信号测试信号序列被输入到该放大器电路期间过激了该内部信号放大器级造成的，所述的方法包括步骤：

由该放大器电路中取样该输出信号提供一个反馈信号；

将该反馈信号加到该预定的上升时间削波检测输入信号测试信号序列中以产生一个误差信号；

测试该误差信号，以识别内部信号放大器级输出信号有削波出现；以及

在一可调转换速率放大器中放大该误差信号，它具有至少第一和第二转换速率，这是由对该可调转换速率放大器施加一控制信号确定的，为该一内部信号放大器级产生一输入信号，以便在输入该予定的上升时间削波检测输入信号测试信号序列期间限制从该放大器输出所不期望的信号分量。

2、一种降低偏离频道频率干扰的放大器电路，该干扰是由于过大的输入信号电平所造成的，因为利用予定的上升时间测试信号建立的输入信号电平可能发生削波所致，该电路包括：

一个反相放大器装置（34），具有一个输入和一个输出，在输出上提供的输出信号至少是与其输入处的信号形式反相;

取样装置（36），具有一个输入和一个输出，该输入耦合到该放大器装置（34）的输出上，用于从放大器装置（34）的输出信号中提取一部分作为反馈信号;

总加装置（24），具有至少第一和第二输入（24A和24B）和一个输出，用于在该输出处提供一信号，该信号实质上是第一和第二输入的代数和信号，所述总加装置第一输入（24B）被耦合到取样装置（36）的输出上，所述第二输入（24A）被耦合到欲被放大器电路（34）放大的一个信号源（20）;

可调转换速率放大器装置（26），具有一个输入和一个输出，在予定的间隔时间内响应一个转换速率控制信号而提供至少第一和第二放大器转换速率，所述输入被耦合到该总加装置（24）的输出上，所述输出被耦合到该放大器装置的输入上;以及

转换速率控制装置（28），耦合到该可调转换速率放大器装置（26）上，用于对该可调转换速率放大器（26）提供一控制信号。

3、如权利要求2的放大器电路，其特征为，所述的反相放大器（34）是一个电压放大器。

4、如权利要求2的放大器电路，其特征为，所述的取样装置（36）是一个反馈电路。

5、如权利要求2的放大器电路，其特征为，所述的取样装置（36）包括一个双输入信号混合器（36），它将反相放大器的输出信号与一本机振荡器信号（32）混合。

6、如权利要求2的放大器电路，其特征为，所述的可调转换速率放大器装置（26）包括一个跨导放大器。

7、如权利要求2的放大器电路，其特征为，所述的转换速率控制装置（26）是一个微处理机。

8、一种放大器电路，提供降低的偏离频道频率干扰，这干扰是由削波检测测试信号序列造成的，该电路包括：

一个放大器（34），具有一个输入和一个输出，在其输出处提供的输出信号是在该输入处的各形式信号;

取样装置（36），具有一个输入和一个输出，该输入耦合到该放大器（34）的输出，用于提供一个反馈信号，此信号是放大器（34）输出信号的一部分;

总加装置（24），具有至少第一和第二输入（24A和24B）和一个输出，用于在该输出上提供一个信号，该信号实质上是该第一和第二输入（24A和24B）的代数和，该总加装置的第一输入（24A）耦合到该取样装置（36）的输出，所述第二输入（24B）被耦合到欲被放大器（34）放大的一个电源信号（20）;

反相器装置，具有一个输入和一个输出，用于在其输出上提供信号，该信号是输入处信号的反相形式，所述反相器装置可被操作地耦接在取样装置的输出和总加装置的第一输入之间;

可调转换速率放大器装置（26），具有一个输入和一个输出，用于在予定的时间间隔内响应一转换速率控制信号而提供至少第一和第二放大器转换速率，所述的输入被耦合到该总加装置（24）的输出上，所述输出被耦合到该放大器的输入;以及

转换速率控制装置（28），耦合到该可调转换速率放大器装置，用于对该可调转换速率放大器装置（26）提供一控制信号。

9、如权利要求10的放大器电路，其特征为，所述转换速率控制装置（28）是一个微处理机。

10、一种相位正交放大器电路，用于放大具有同相（I）和正交（Q）分量的信号，并且它降低偏离频道频率干扰，该干扰是由过大的I和Q输入信号电平造成的，是由建立I和Q输入信号电平，在该电平上由于利用予定的上升时间测试信号可能发生削波造成的，该电路包括：

一个反相放大器装置（34），具有一个输入和一个输出，用于在该输出上提供输出信号，所提供的信号至少是在该输入上各信号的反相形式;

通道取样装置（36I、36Q、32P、37），具有一个输入和至少一个I通道输出和一个Q通道输出，该输入被耦合到该放大器装置（34）的输出上，用于在I和Q输出上提供I和Q反馈信号，这些信号与该放大器装置（34）的输出信号成比例;

I信号总加电路（24I），具有至少一个第一和一个第二输入（V_fi和V_ii）和一个输出（V_ei），在该输出上提供的一个信号实质上是在该第一和第二输入上各信号的代数和，该I信号总加电路的所述第一输入（V_fi）被耦合到该通道取样装置（36I、36Q、32P、37）的I输出，所述第二输入（_ii）被耦合到欲被该放大电路放大的一个I通道信号源（50I、42I）;

Q信号总加电路（24Q），具有至少第一和第二输入（V_fq和V_iq）和一个输出（V_eq），在该输出（V_eq）提供的一个信号实质上是在该第一和第二输入上各信号的代数和，所述Q信号总加电路的第一输入（V_fq）被耦合到该通道取样装置的Q输出，所述第二输入（V_iq）被耦合到欲被该放大器电路放大的一个Q通道信号源（50Q和42Q）;

I通道可调转换速率放大器装置（26I），具有一个输入和一个输出，用于在予定的时间间隔内响应一转换速率控制信号（28）而提供至少第一和第二放大器转换速率，所述的输入被耦合到I信号总加电路的输出上，所述输出被耦合到该放大器装置（34）的输入上;

Q通道可调转换速率放大器装置（26Q），具有一个输入和一个输出，用于在予定的时间间隔内响应一转换速率控制信号（28）而提供至少第一和第二放大器转换速率，所述的输入被耦合到该Q信号总加电路的输出上，所述的输出被耦合到该放大器装置的输入上;以及

转换速率控制装置（28），被耦合到该I通道和Q通道可调转换速率放大器装置，用于对该可调转换速率放大器提供一控制信号。

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