CN102355206A - 功率放大器及功率放大器的增益补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种功率放大器及功率放大器的增益补偿方法，该功率放大器包括：控制器，用于根据当前温度和功放管的增益特性拟合出栅极电压偏差信号，并将所述栅极电压偏差信号输出给栅极电压供电电路；所述栅极电压供电电路，用于向所述功放管的栅极提供所述栅极电压偏差信号。上述功率放大器及功率放大器的增益补偿方法，很好地解决了功放管增益随温度漂移的问题，且实现简单。

Description

功率放大器及功率放大器的增益补偿方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术，尤其涉及一种功率放大器及功率放大器的增益补偿方法。

背景技术

随着无线通信技术的不断发展，越来越多的基站建立起来，功放模块作为基站中的一个重要组成部分直接影响无线通信的通讯距离及通信质量。由于基站一般在户外使用，环境较为恶劣，环境温度变化比较大，导致功放模块增益发生变化。当环境温度从低温到高温变化时，功放管的增益变化比较大，会影响到射频拉远单元(RRU)系统的增益、效率和线性等指标，因此有必要维持其增益的恒定。

目前常用的温补电路元件有二极管、三极管及电压调节集成电路(IC)类芯片、热敏电阻以及利用单片机和可擦可编程只读存储器(EEROM)产生随温度变化的量的显示查找表(LUT)。现有的温补控制电路要么只是针对静态工作点进行补偿，要么增益补偿控制方法复杂，需增益额外的温补电路。

发明内容

本发明提供了一种功率放大器及功率放大器的增益补偿方法，以解决功放管增益随温度漂移的问题。

本发明提供了一种功率放大器，该功率放大器包括：

控制器，用于根据当前温度和功放管的增益特性拟合出栅极电压偏差信号，并将所述栅极电压偏差信号输出给栅极电压供电电路；

所述栅极电压供电电路，用于向所述功放管的栅极提供所述栅极电压偏差信号。

优选地，所述功率放大器还包括与所述控制器相连的控制器外围电路，所述控制器外围电路包括温度传感器和模数转换器，其中：

所述温度传感器，用于检测当前温度，将所述当前温度转换为模拟信号输出至所述模数转换器；

所述模数转换器，用于将所述模拟信号转换为数字信号输出至所述控制器。

优选地，所述控制器根据当前温度和所述功放管的增益特性拟合出栅极电压偏差信号是用于：利用栅极电压控制算法根据所述模数转换器提供的数字信号拟合出栅极电压偏差信号，所述栅极电压控制算法为温度的分段函数。

优选地，所述控制器外围电路还包括：

存储器，用于保存所述栅极电压控制算法。

优选地，所述功率放大器还包括：

数模转换器，位于所述控制器和所述栅极电压供电电路之间，用于接收所述控制器输出的栅极电压偏差信号，将所述栅极电压偏差信号由数字信号转换为模拟信号并输出至所述栅极电压供电电路。

本发明提供了一种功率放大器的增益补偿方法，应用于上述的功率放大器，该方法包括：

控制器根据当前温度和功放管的增益特性拟合出栅极电压偏差信号，并将所述栅极电压偏差信号输出给栅极电压供电电路；

所述栅极电压供电电路向所述功放管的栅极提供所述栅极电压偏差信号。

优选地，所述功率放大器还包括与所述控制器相连的控制器外围电路，所述控制器外围电路包括温度传感器和模数转换器，所述方法还包括：

所述温度传感器检测当前温度，将所述当前温度转换为模拟信号输出至所述模数转换器；

所述模数转换器将所述模拟信号转换为数字信号输出至所述控制器。

优选地，所述控制器根据当前温度和功放管的增益随温度变化曲线拟合出栅极电压偏差信号包括：

所述控制器利用栅极电压控制算法根据所述模数转换器提供的数字信号拟合出栅极电压偏差信号，所述栅极电压控制算法为温度的分段函数。

优选地，所述控制器外围电路还包括存储器，所述栅极电压控制算法存储在所述存储器中。

优选地，所述功率放大器还包括数模转换器，所述方法还包括：

所述数模转换器接收所述控制器输出的栅极电压偏差信号，将所述栅极电压偏差信号由数字信号转换为模拟信号并输出至所述栅极电压供电电路。

上述功率放大器及功率放大器的增益补偿方法，很好地解决了功放管增益随温度漂移的问题，且实现简单。

附图说明

图1是本发明功率放大器实施例的结构示意图；

图2是未采用本发明增益补偿方法的功率放大器的增益变化曲线示意图；

图3是采用本发明增益补偿方法的功率放大器的增益变化曲线示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

本发明实施例利用控制器和温度检测元件实现增益的温度补偿，装置简单，具有很强的通用性并且可靠性很高，增益补偿效果好。

本发明实施例中的控制器根据当前温度和功放管的增益特性产生栅极电压偏差ΔVG，然后利用该偏差来控制静态电流的变化，进而对增益进行补偿，实现全温度范围内对射频功率放大器的增益补偿。

本发明提供了一种功率放大器，该功率放大器包括：

控制器，用于根据当前温度和功放管的增益特性拟合出栅极电压偏差信号，并将所述栅极电压偏差信号输出给栅极电压供电电路；

所述栅极电压供电电路，用于向所述功放管的栅极提供所述栅极电压偏差信号。

其中，功放管的增益特性是指功放管的增益随各种因素变化的特性，例如随温度变化的特性。

如图1所示，是本发明功率放大器实施例的结构示意图，其中，控制器11是核心控制部分，通常采用单片机、FPGA(EPLD)、DSP等作为控制器，控制器采用栅极电压控制算法，并根据当前温度输出期望的栅极电压控制信号，从而调节功放管栅极电压的大小，进而对增益进行补偿。

该功率放大器包括控制器外围电路12，该控制器外围电路包括温度传感器、模数转换器(ADC)和存储器等。温度传感器，用于检测当前温度，将该温度值转换为电平信号。ADC将模拟信号转换为数字信号，以便控制器进行处理。存储器包括但不局限于电可擦可编程只读存储器(E2PROM)，亦可采用闪存(Flash)等当前先进的存储技术，存储器用于存储栅极电压信号及控制算法。该功率放大器还包括数模转换器(DAC)13，栅极电压供给电路14接受DAC的输出电压，进行电压滤波并提供给功放管。

假设在给定的区间范围(0，T_c)内，功放管的增益下降，变化为ΔG≤0，要想进行增益补偿，需要利用栅极电压控制算法使功放管栅极电压提高，增量为ΔU，则产生的增益增量为ΔG_COM＝F(ΔU)，利用该栅极电压增量可抵消一些增益变化，使|ΔG+ΔG_COM|＜|ΔG|，进而减小增益的波动范围。同理，可对低温范围内的增益进行补偿。未采用本发明实施例增益补偿方法的功率放大器的增益变化曲线如图2所示，采用本发明实施例增益补偿方法的功率放大器的增益变化曲线如图3所示。

控制算法可根据实际情况进行设计，并要充分考虑功放管的特性，根据功放管特性，将全温度范围划分为几个温度区间，控制算法也写成分段函数形式，然后分别对每一个温度区间进行栅极电压补偿，这样温补参数可根据区间进行设计，具有很高的灵活性，控制算法的分段形式为下式：

$\mathrm{\&Delta;U}=\left\{\begin{array}{cc}{f}_1\left(T\right)& T<T_L\\ f_2\left(T\right)& T_L<T<T_H\\ f_3\left(T\right)& T_H<T\end{array}\right.$

其中，T_L为第一温度区间如低温区间的上限，T_H为第二温度区间如高温区间的下限；当然，T_L和T_H的值可以根据需要动态调整；当然，温度区间的划分不局限于以上三段，可根据实际功放管特性划分实际需要的温度区间。f_i(T)的获取可依靠试验完成，记录下参考温度点T₀下的增益G₀，逐一记录温度变化时，维持增益G₀所需的增加的栅极电压量ΔU及当前温度，然后根据当前温度T和ΔU即可拟合出f_i(T)，温度点采样越多，拟合出的f_i(T)越精确。根据存储器的容量和分段区间数量可灵活调整拟合出的函数f_i(T)。例如，一般情况下f_i(T)是T的高阶函数，为降低所需的存储容量，可将f_i(T)进行泰勒展开，取其一阶或二阶分量，这样即降低了对存储容量的需求，又有效地进行了增益补偿。

上述控制器根据功放管的增益随温度变化特性拟合栅极电压偏差信号，利用该偏差信号充分抵消温度变化对增益的影响。考虑到改变功放管栅极电压对功放效率的影响，本发明实施例特别适用于静态工作点对栅极电压改变不敏感而增益对栅极电压敏感的功放管，比如MW7IC2725功放管。

包括图1所示电路的功率放大器，利用控制器和存储器实现的补偿控制算法具有很好的灵活性，结构简单，不需要增加额外的控制电路，兼顾了温度对静态工作点和增益的影响。由于采用数字控制技术，该方法比较稳定而且精度较高，补偿效果较好，满足功放的性能需求。

上述实施例可在既有的电路上实现，不需要增加额外的器件，具体的控制算法可根据实际需求及功放管特性和控制器类型设计，控制算法不拘泥某一种形式，最终目的是保证增益波动较小。上述分区间设计控制算法，在不同温度区间设计不同的增益补偿算法，充分考虑了功放管的实际温度特性。

上述功率放大器可以位于RRU中，由于上述功率放大器的增益波动较小，因而对RRU的影响也比较小。

综上所述，上述功率放大器，针对静态工作点对栅极电压不敏感的功放管提出了新的增益温补方式，在静态工作点波动不大的前提下，通过改变功放管的栅极电压来调整功放管增益，很好地解决了功放管增益随温度漂移的问题，实现简单，具有精度高、可靠性高的特点，且不需要增加额外的温补器件。

本发明还提供了一种功率放大器的增益补偿方法，应用于上述功率放大器，该方法包括：

步骤一、控制器根据当前温度和功放管的增益特性拟合出栅极电压偏差信号，并将所述栅极电压偏差信号输出给栅极电压供电电路；

其中，所述功率放大器还包括与所述控制器相连的控制器外围电路，所述控制器外围电路包括温度传感器、模数转换器和存储器，所述方法还包括：

所述温度传感器检测当前温度，将所述当前温度转换为模拟信号输出至所述模数转换器；所述模数转换器将所述模拟信号转换为数字信号输出至所述控制器。

所述控制器是利用栅极电压控制算法根据所述模数转换器提供的当前数字信号拟合出栅极电压偏差信号，所述栅极电压控制算法为温度的分段函数；优选地，该栅极电压控制算法可以位于存储器中。

步骤二、所述栅极电压供电电路向所述功放管的栅极提供所述栅极电压偏差信号。

进一步地，所述功率放大器还包括数模转换器，所述方法还包括：

数模转换器接收所述控制器输出的栅极电压偏差信号，将所述栅极电压偏差信号由数字信号转换为模拟信号输出至所述栅极电压供电电路。

上述功率放大器的增益补偿方法，根据功放管的增益随温度变化特性拟合栅极电压偏差信号，利用该偏差信号充分抵消温度变化对增益的影响。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，仅仅参照较佳实施例对本发明进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种功率放大器，该功率放大器包括：

控制器，用于根据当前温度和功放管的增益特性拟合出栅极电压偏差信号，并将所述栅极电压偏差信号输出给栅极电压供电电路；

所述栅极电压供电电路，用于向所述功放管的栅极提供所述栅极电压偏差信号。

2.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，所述功率放大器还包括与所述控制器相连的控制器外围电路，所述控制器外围电路包括温度传感器和模数转换器，其中：

所述温度传感器，用于检测当前温度，将所述当前温度转换为模拟信号输出至所述模数转换器；

所述模数转换器，用于将所述模拟信号转换为数字信号输出至所述控制器。

3.根据权利要求2所述的功率放大器，其特征在于：

所述控制器根据当前温度和所述功放管的增益特性拟合出栅极电压偏差信号是用于：利用栅极电压控制算法根据所述模数转换器提供的数字信号拟合出栅极电压偏差信号，所述栅极电压控制算法为温度的分段函数。

4.根据权利要求3所述的功率放大器，其特征在于，所述控制器外围电路还包括：

存储器，用于保存所述栅极电压控制算法。

5.根据权利要求3或4所述的功率放大器，其特征在于，所述功率放大器还包括：

数模转换器，位于所述控制器和所述栅极电压供电电路之间，用于接收所述控制器输出的栅极电压偏差信号，将所述栅极电压偏差信号由数字信号转换为模拟信号并输出至所述栅极电压供电电路。

6.一种功率放大器的增益补偿方法，应用于如权利要求1所述的功率放大器，该方法包括：

控制器根据当前温度和功放管的增益特性拟合出栅极电压偏差信号，并将所述栅极电压偏差信号输出给栅极电压供电电路；

所述栅极电压供电电路向所述功放管的栅极提供所述栅极电压偏差信号。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述功率放大器还包括与所述控制器相连的控制器外围电路，所述控制器外围电路包括温度传感器和模数转换器，所述方法还包括：

所述温度传感器检测当前温度，将所述当前温度转换为模拟信号输出至所述模数转换器；

所述模数转换器将所述模拟信号转换为数字信号输出至所述控制器。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：

所述控制器根据当前温度和功放管的增益随温度变化曲线拟合出栅极电压偏差信号包括：

所述控制器利用栅极电压控制算法根据所述模数转换器提供的数字信号拟合出栅极电压偏差信号，所述栅极电压控制算法为温度的分段函数。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：

所述控制器外围电路还包括存储器，所述栅极电压控制算法存储在所述存储器中。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述功率放大器还包括数模转换器，所述方法还包括：

所述数模转换器接收所述控制器输出的栅极电压偏差信号，将所述栅极电压偏差信号由数字信号转换为模拟信号并输出至所述栅极电压供电电路。

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