CN103181077B - 响应于降低的电源电压的放大器增益调整 - Google Patents

Abstract

一种功率放大器增益控制系统，其监控电源电压，并且响应于电源电压的改变而改变所述放大器的增益。在受控于电源电压的改变的系统中，例如在电池供电系统中，所述电源电压可以随时间改变。电源电压的降低可以迫使所述放大器脱离线性操作。检测器电路关于一个或多个阈值比较所述电源电压以便确定所述电源电压是否小于最小标称电压。响应于所述电源电压下降到低于所述最小标称电压，降低放大器增益以便维持放大器线性度。当转变到所述最初的增益电平时，在与电源电压的比较中可以使用第二阈值以防止振荡。可以提供锁存以防止在有效传送时间段期间的增益改变。

Description

响应于降低的电源电压的放大器增益调整

优先权声明

本申请要求于2010年8月25日提交的、名称为响应于降低的电源电压的放大器增益调整（AmplifierGainAdjustmentinResponsetoReducedSupplyVoltage）的美国专利申请序列号No.12/807,041的优先权。

技术领域

本发明涉及一种放大器，特别涉及一种用于响应于降低的电源电压（supplyvoltage）状况改善放大器效率和线性度的方法和装置。

背景技术

在便携式通信设备内普遍使用功率放大器以便将发出（outgoing）信号从低功率电平放大为适合于在无线信道上传送信号的较高的功率电平。如通常理解的，在电池供电的设备中，直接从电池向功率放大器供电。随着时间的推移，因为电子设备从电池汲取（draw）电流，来自电池的电源电压将下降。这转而对被迫使用随时间改变的电源电压操作的电子系统提出挑战。

在现有技术的GSM（全球移动通信系统）和GPRS（通用分组无线业务）功率放大器设计中，用于调制将被放大的RF信号的调制类型的类型（例如，高斯最小移位键控或GMSK）允许放大器在饱和（非线性）模式中操作并且选择向放大器呈现的负载阻抗以便提供在标称电源电压的目标输出功率。这样，虽然放大器在饱和模式中有效地工作，输出功率可能在较低的电源电压降低（degrade），但所述降低通常不影响信号的质量，仅影响其功率。然而，因为由现有技术的EDGE（GSM增强数据速率演进）使用的调制类型（例如，相移键控），所以EDGE功率放大器必须在线性模式中操作。这样，对放大器输出功率能力增加大约1.3dB的功率输出余量（margin）以便支持在最小电源电压的操作。因此，当电源电压减小时，使得最大输出功率同样地减小，所增加的余量允许放大器充分线性地操作并且防止输出信号不满足一定的信号质量要求。例如，相对于3.5伏的标称电池电压（1.3dB=20*log(3.5/3.0)），电池电压可能下降到3伏，因此需要1.3dB的功率输出余量来在低电池电压维持放大器线性。

虽然增加的输出功率余量方式确实维持了线性，但是其经受几个缺点。一个这样的缺点是当对所有电源电压电平的输出功率能力增加1.3dB的余量时，当电源电压在标称电平时，放大器的功率效率降低。效率的降低导致电流消耗增加和电池寿命减少。

另一提议的方式是实施具有RF信号检测器的反馈回路，使得所述检测器监控并且报告从放大器输出的RF信号的功率。然后，这种提议的方式基于电源电压修改检测器响应。在低电源电压状况下，检测器的输出电压被设置为指示大于实际功率电平1dB的电平，其转而使得控制回路降低向放大器的输入功率，从而将输出功率降低1dB。这种功率降低减少了削波（clipping）和非线性度。然而，虽然这种现有技术方式改善了线性度，但是其不希望的复杂并且其需要增加成本和解决方案的大小的检测器。

作为结果，在本领域中需要用于被呈送低于标称电压或标称电压范围的电源电压的功率放大器的、改善功率效率和降低复杂性的具有成本效益的解决方案。

发明内容

为了克服现有技术的缺点，公开一种方法和装置用于监控电源电压并且响应于降低的电源电压而减小放大器的增益。

在一个实施例中，一种方法包括监控向具有增益电平的放大器呈送的电源电压，将放大器的增益电平设置为第一增益电平，并且当所监控的电源电压小于第一阈电压时，将放大器的增益电平设置为第二增益电平。所述第一增益电平大于所述第二增益电平。

一个示例使用环境是在通信系统中。所述通信系统包括：收发器，配置为生成RF信号；电池，配置为提供电源电压；放大器；以及检测器。放大器具有增益电平，所述增益电平设定放大器对RF信号的放大率，以便创建放大后的RF信号用于通过天线传送。检测器被适配为监控电源电压或来自电源电压的电压。当检测器确定电源电压小于第一阈电压时，放大器被适配为响应于检测器将放大器的增益电平从第一增益电平改变为第二增益电平，所述第二增益电平小于所述第一增益电平。

在分析下列图和详细描述后，本发明的其他系统、方法、特征和优点对本领域技术人员将是显而易见的或将变得显而易见。意图所有这样的额外的系统、方法、特征和优点包括在该描述中、在本发明的范围内、并且由所附权利要求保护。

附图说明

图中的组件并非必须按比例，而是将重点放在说明本发明的原理上。在图中，贯穿不同的视图，相同的参考标号指定对应的部件。

图1是根据本发明的一个实施例的移动手机等中的传送链的示例实施例的框图。

图2是关于控制输入的放大器增益的示例图表。

图3是具有滞后性的比较器的示例电路图。

图4是根据本发明的一个实施例的具有增益控制输入的RF放大器的示例电路图。

图5是本发明的示例实施例的操作的示例操作流程图。

图6是图示包括便携式收发器的示例使用环境。

具体实施方式

在为了克服现有技术的缺点并且提供附加的好处的尝试中，公开具有可调整的增益的功率放大器。在一个或多个实施例中，响应于至放大器的电源电压调整放大器的增益，由此当以降低的电源电压操作时，维持放大器的线性操作，同时还在标称电源电压的时间段期间维持高效率。在电池供电的应用中（例如在电池操作的移动电话手机中）这个解决方案是有用的，以便在电池电压改变的情况下改善功率放大器操作。这样的移动电话应用可以根据GSM和EDGE标准或任何其他标准操作。这个解决方案提高现有技术的线性功率放大器设计的效率，同时还维持符合一定的信号质量要求，例如在宽电源操作范围上的EDGE标准中的ACPR（相邻信道功率比）和EVM（误差矢量幅度）要求。与对所有电源电压增加显著的输出功率余量从而以降低的效率操作的现有技术放大器设计不同，这个公开的解决方案不显著地忍受这样的缺点。此外，利用这个方案可以避免由与反馈回路配对的检测器消耗的复杂度、成本和空间。

图1是用于具有功率放大器的移动手机等的传送链200的示例实施例的框图，所述功率放大器具有取决于电源电压的可设置的增益。这仅是一个可能的示例实施例，并且像这样，本领域普通技术人员在阅读下面的公开之后可以发展关于这个设计的变化。这个实施例包括放大器模块202，所述放大器模块202包括被配置为放大RF信号用于最终传送的功率放大器220。例如可以从德国慕尼黑的InfineonTechnologiesAG获得的PMB6272CMOS收发器的传统收发器204向放大器模块202提供RF信号。所述收发器204可以包括控制系统，所述控制系统被配置为控制发出信号的传送；接收器系统，配置为接收和处理进入信号；以及控制电路，例如微处理器或数字信号处理器以及在非瞬时机器可读介质中存储的软件，以便控制移动手机的整体操作。如所示，电源电压源208向放大器模块202和收发器204提供电力。可以构想电源电压源208包括电池，但在其他实施例中，电源电压源可以包括燃料电池、太阳能电压源、电容器、或任何其他电压源。因为从源汲取电流，所以由电源电压源208提供的电压将随时间从当完全充电时的标称电压电平或范围变化为低于最小标称电压的电压电平。

放大器模块202的输出馈送入传统匹配网络212，所述匹配网络212转而连接到混合电路（hybrid）（未示出）或直接连接到天线216。匹配网络212执行放大器模块202和天线216之间的阻抗匹配。

放大器模块202包括被配置为放大来自收发器204的RF信号的一个或多个放大器220。放大器220还从锁存器件230接收控制信号。如下面将更详细地解释的，控制信号设置放大器级220的增益，并且在传送时间段期间锁存器件230保持控制信号不变。

放大器模块202包括电源电压检测器238，响应于来自源208的电压，所述电源电压检测器238生成耦接到放大器级220的控制信号。如将结合图3解释的，检测器238包括提供具有滞后性的比较器的电路，以便防止当来自电源208的电压变化时的检测器的振荡或“摆动（hunting）”。检测器238确定来自电源208的电压是在标称电压范围内还是低于标称，并且作为响应生成设置放大器级220的增益的控制信号。简单的说，如果电源电压低于第一阈电平，则来自电源208的电压小于最小标称电压，并且来自检测器238的控制信号将放大器级220的增益从第一增益电平降低到第二增益电平。如果电源208的电压随后超过大于所述第一阈电压的第二阈电压，来自电源208的电压再次成为标称的并且来自检测器238的控制信号使放大器级220的增益返回到第一增益电平。可以构想可以根据需要使用多于两个阈电压和增益电平。

虽然在这个实施例中检测器238是模拟的，可以理解的是，检测器238的电源电压检测可以发生在模拟或数字域中。如果在数字域中实施，则可以采样典型地模拟电源电压并且由模拟到数字转换器（未示出）将所述模拟电源电压转换为数字格式。将由收发器204内的处理器比较存储器（在收发器204外部或内部）中存储的一个或多个数字阈值与电源电压。

存在锁存器件230以便防止在传送时间段期间增益的改变。在一个实施例中，传送链200在突发脉冲模式中操作使得传送仅在传送时间段期间发生。锁存器件230从检测器238（240）和收发器204（模式）接收一个或多个增益控制信号并且从传送链200（例如但不限于收发器204）接收传送使能信号（Tx使能）。传送使能信号可以包括指示系统何时正在传送的任何信号。当系统正在传送时，传送使能信号控制锁存器件230以防止增益的改变。在传送期间放大器220的增益的改变可以使得来自放大器220的放大后的信号超过一个或多个上面标识的ACPR或EVM要求。在另一实施例中，来自检测器238和收发器204（模式）的输出240可以直接馈送入放大器220中。在一个实施例中，锁存器件230包括一个或多个触发器（flip-flop）。

如下面将更详细地解释的，放大器220可以在饱和（非线性）模式或线性模式中操作。对于GSM操作，在饱和模式中操作放大器级220并且不需要随电源电压的放大器增益调整。然而，EDGE标准需要放大器作为线性放大器操作以便满足ACPR和EVM要求。对于饱和模式中的高效率，在这里描述的实施例中，对于放大器220，以比当在线性模式中操作时更高的增益操作是有利的。因此，在这个实施例中，来自收发器204的MODE控制信号根据传送链200是在EDGE还是在GSM模式中操作而设置放大器的增益。当在EDGE模式中操作时，由来自耦接到输入A的检测器238的控制信号设置放大器220的增益。

图2图示基于控制输入MODE和A的放大器220的增益的示例图表。这仅是一个示例图表并且提供用来示出示例控制输入和增益之间的关系。可以构想在其他实施例中或当考虑系统的其他方面时，另外的增益步阶可以是可用的，以便说明其他系统能力。在这个示例图表中，在纵轴104上示出增益，而在横轴108上示出控制输入值。在这个示例实施例中，存在两种操作模式：线性和饱和。在线性模式（MODE=0）中，示出的控制输入配置包括控制输入A=0（112）以及控制输入A=1（116）。在饱和模式（MODE=1）（增益控制信号配置120）中，控制输入A对增益没有影响。具体地，对于增益控制信号配置112，在放大器模块的输出处建立第一增益电平130。这代表放大器220的最低增益电平。对于增益控制信号配置116，建立第二增益电平134。这是中间增益电平。对于增益控制信号配置120，建立第三增益电平138。这代表放大器220的最高增益电平。在一个实施例中，这些增益电平分别对应于大约33dB、34dB和40dB的增益。在其他实施例中，可以建立其他增益电平或步阶。如下面更详细地讨论的，响应于在线性模式中在操作期间电源电压的改变而发生增益的改变，并且可以响应于取决于使用中的通信标准（例如，GSM或EDGE）或调制类型的操作模式而发生增益的改变。

在图3中，图示检测器238（图1）的示例实施例。来自电源208（图1）的电压由电阻器串150按分数比例分配（fractionallyscaled）。沿串150的抽头（tap）152、154分别提供两个电压V₂和V₁，用于经由单刀双掷开关162耦接到比较器160的非反相输入。如下面将更详细地描述的，开关162可以使用许多公知设计中的一个来实现，例如使用由比较器160的输出控制的两个传统CMOS传送门（gate）。所述两个抽头152、154和比较器控制的开关162为检测器238提供上面描述的滞后性。例如生成基本不随温度变化的电压（例如，1.2伏）的传统带隙电压基准的电压基准164被耦接到比较器160的反相输入。假设来自电源208的电压是足够的，使得在抽头152、154两者处的电压大于来自基准164的电压（即，电源电压是标称的），比较器的输出是“1”，其配置开关162使得比较器160的非反相输入被耦接到抽头154。如果在抽头154的电压V₁下降到小于来自基准164的电压，比较器160的输出转到“0”，并且配置开关162以便将比较器160的非反相输入耦接到抽头152。比较器160的输出将不会回到“1”直到抽头152上的、小于电压V₁的电压V₂超过基准电压。因此，对比较器160的操作增加滞后性。可以理解的是可以使用替换的技术来实现检测器238。

本领域普通技术人员容易地设计将使得比较器从“1”切换到“0”和从“0”切换到“1”的电源208的电压。为了该目的，将使得比较器160的输出从“1”到“0”改变的电源电压是第一阈电压，以及将使得输出从“0”到“1”改变的电源电压是第二阈电压。如在这里使用的，术语标称电压被定义为由完全充电的电压源产生的电压。最小标称电压是将导致来自放大器220的输出信号质量刚好满足目标水平的电压电平。低于最小标称电压的电压被定义为将导致输出信号质量下降到低于目标水平的电压。输出信号质量目标水平被定义为使得来自放大器220的输出信号的质量满足系统的IP3（三阶截取点）、ACPR（相邻信道功率比）、EVM（误差矢量幅度）、和ORFS（输出RF频谱）规范的水平。根据需要可以增加其他规范或去掉上面明确的规范中的一个或多个。

在一个实施例中，对于典型的锂离子电池或镍金属氢化物可充电电池，电源电压的电压电平在大约3伏和4.8伏之间，标称电源是大约3.5伏。因此，第一阈电压被设置为大约3.3伏并且第二阈电压被设置为大约3.5伏。在其他实施例中或对于不同的技术（例如镍铬可充电电池或非可充电碱性电池），第一和第二阈电压可以不同。

回到图1，如果收发器204被配置为在例如GSM模式中操作，则MODE控制信号被设置为“1”，并且如图2中所示，放大器220的增益处于最大增益电平138。在这个实施例中，控制信号A对放大器增益没有影响，但可以理解的是当在饱和模式中操作时可替换的实施例可以具有包括控制信号A的、设置放大器的增益的另外的控制信号。

然而，如果收发器204被配置为在例如EDGE模式中操作，则MODE控制信号被设置为“0”并且控制输入A具有设置放大器220的增益的作用。在电源电压满足或超过最小标称电源电压的情况下，由于电源电压在标称电压范围内并且放大器被配置为对于这些电源电压以最大功率操作，所以放大器220在最大效率或接近最大效率处操作。

为了在各种电源电压实现改善的效率和线性度，检测器238操作来监控电源电压，并且根据电源电压通过控制信号A调整放大器220的增益。锁存器件230在下一非传送时间段期间（即，当传送器不传送时）向放大器级220呈送这个增益控制信号A。锁存器件230维持至放大器220的相同的增益控制信号值，直到向锁存器件230呈送了不同的增益控制信号值并且传送使能信号（Tx使能）为“0”或其他指示系统不传送的逻辑电平为止。在其他实施例中，系统可以被配置为在传送时间段期间改变增益。

随着时间的推移，电源电压将下降直到电源电压达到低于最小标称电源电压的电平为止。检测器238继续监控并且将电源电压与第一阈值相比较，并且最终检测到电源电压下降到低于所述第一阈值。第一阈值是代表作为检测器238迫使放大器220达到降低的增益的最小标称电压的电压的阈值，所述降低的增益在这里被称为第二增益电平。在一种配置中，增益降低1dB，但在其他实施例中可以出现不同量的增益降低。因此，检测器238向锁存器230输出指示电源电压下降到低于第一阈值的比较结果，锁存器230如上所述改变放大器220的控制输入A。输出信号可以包括逻辑电平或任何其他类型信号的改变。

在这个降低的增益电平继续操作，同时检测器238关于所述一个或多个阈值继续监控电源电压。在第二或降低的增益电平操作期间，可以构想电源电压可以增大回到标称电源电压范围。这可以因为任何数量的理由而发生，包括温度改变、从电池汲取的电流减少、或电池充电时间段。为了减少增益电平之间的不想要的振荡，希望对检测器238的操作增加滞后性。在这个实施例中，当在第二增益电平操作时，检测器238关于第二阈值监控电源电压，在这个实施例中所述第二阈值大于第一阈值。因为第二阈值大于第一阈值，所以在控制信号A将转变前，电源电压的值必须增加到大于第一阈值的电压，所述转变将放大器220的增益从第二增益电平设置为回到第一增益电平。第一和第二阈值之间被称为滞后性的差别防止增益电平之间不想要的振荡或摆动。

如果检测器238确定电源电压大于第二阈值，当传送器不传送时，检测器输出在下一时间段经由锁存设备230迫使放大器220在第一增益电平而非第二增益电平操作。操作按这种方式继续。

通过降低放大器220的增益，输出级的摆幅（swing）（即，在放大器220的最后一级中晶体管的输出节点（例如，集电极或漏极）上的峰到峰电压）随之减少，其转而减少放大器220造成的削波和失真。减少削波和失真改善了线性度。当放大器220包括一系列级联的级时，由从收发器204至模块202的输入功率和放大器220的增益控制输出功率。在线性放大器中输出功率与输入功率成比例。因此降低放大器220的增益降低在输出级上信号的功率和电压摆幅。当由电源电压限制输出级上的电压波形时，发生线性度的严重退化，引起失真。对于EDGE系统，这样的失真将使得放大器220不能达成上面描述的ACPR和EVM要求。减少电压摆幅减少了这种现象并且保持了线性度。

图1的系统与现有技术相比具有几个优点。一个这样的优点是这个解决方案是自动的，并且像这样不需要与传送链200的复杂交互。如上面讨论的，其不需要闭环控制并且可以被实现而不修改操作软件。

图4是具有增益控制输入的示例RF功率放大器220的电路级图。这仅是一个可能的电路级实现方式。在这个示例电路中，向MODE控制输入304和控制输入A308呈送的信号代表图1和2中示出的增益控制信号。这个示例实施例具有三个不同的增益电平，但是可以通过以许多公知的方式中的一种修改图4中的放大器220电路而实现多于三个增益电平。在一个实施例中，关于标称电源电压对于线性操作建立第一增益电平，同时关于降低的电源电压对于线性操作建立第二增益电平，并且对于饱和模式操作建立第三增益电平。现在逐个元件的讨论这个示例电路。

RF输入320向放大器电路呈送RF信号用于放大。RF信号输入连接到放大器晶体管336，这里是双极晶体管。偏置电压328通过偏置电阻器340偏置晶体管336。在这个示例中，偏置电压是固定的，但可以理解的是可以使用包括可变偏置的其他偏置安排。晶体管通过包括电感器的RF扼流圈344接收电源电压330。在晶体管的集电极上向RF信号提供高阻抗的RF扼流圈344从电源电压330去耦接晶体管336的集电极，同时允许DC电流传送到晶体管336。向RF输出324呈送晶体管336的输出。在一个实施例中，保持RF输入320上的信号不变，同时修改增益。

如所示晶体管336的发射极连接到串联连接到地的电阻器360、电阻器364和电阻器368。电阻器360、364、368作为用于控制晶体管336的增益的发射极负反馈电阻器（emitterdegradationresistor），使得随着电阻增加，晶体管336的增益降低，从而放大器220的增益降低。与电阻器368并联的是具有连接到控制输入A308的基极的开关晶体管354。在这个实施例中，在输入A308上呈送逻辑“1”信号迫使晶体管354进入导通模式，由此对于晶体管336有效地从的发射极到地路径移除电阻器368，其转而降低发射极负反馈电阻并且增加放大器220的增益。

同样地，与电阻器368和电阻器364并联的是具有连接到输入MODE304的基极的开关晶体管350。在这个实施例中，在输入MODE304上呈送逻辑“1”信号迫使晶体管350进入导通模式，由此有效地从发射极到地路径移除电阻器368、364，其转而降低发射极负反馈电阻，由此将放大器220的增益增加到其最大值。在这个实施例中，晶体管350、354是被配置为可以基于向晶体管350、354的基极呈送的逻辑信号在开路和短路之间切换的开关的双极器件。可替换地，可以使用MOSFET器件或机电器件（例如，中继器）代替双极晶体管350、354。

在这个示例实施例中，输入A308接收响应于来自检测器238（图2）的电源电压电平控制增益的控制信号。MODE输入接收对于在GSM或EDGE通信标准等中的操作分别设置不同的增益电平的控制信号。然而，可以构想在其他实施例中可以省略MODE输入。可替换地，输入A可以响应于不同的电源电压电平建立不同的增益步阶，由此创建响应于不同程度的电源电压变化的更多的增益分辨度。关于GSM或EDGE中的MODE控制操作给出以下讨论，其中GSM或EDGE每个具有不同的操作模式从而具有不同的增益要求。虽然在逻辑“1”电平建立MODE从电路中消除A控制输入的增益控制，在这个实施例中GSM操作不使用增益步阶，所以当在GSM中操作时，不需要增益步阶。在其他实施例中，GSM中的操作可以受益于增益步阶并且像这样在这些可替换的实施例中MODE输入可以被用于建立GSM模式或EDGE模式中的操作，由此留下控制输入A用于两种模式的增益调整。

在操作中，向晶体管336的基极呈送RF信号，所述晶体管336基于电源电压208和与晶体管336的发射极串联的负反馈电阻而放大RF信号。在操作期间，由系统是在GSM还是EDGE模式中而确定在MODE输入304上呈送的信号，并且像这样MODE输入可以分别接收逻辑“1”或“0”信号。

在标称电源电压范围期间，向耦接到图1中的检测器238的输入A308呈送逻辑“1”电平信号。这转而迫使晶体管354表现为短路。这有效地移除作为发射极负反馈电阻的部分的晶体管368的电阻，其提供与在电阻器368作为电路的部分的情况下的增益相比由晶体管336造成的更高的增益。

按这种方式继续操作，直到系统检测到电源电压下降到标称电压范围之外为止。当电源电压下降到低于最小标称电压时，在输入A上呈送逻辑“0”电平。这迫使晶体管354表现为其集电极和发射极端之间的开路。这有效地将电阻器368放置在电路中，由此增加发射极电阻。这转而减小增益，其具有在降低的电源电压的时间段期间减少削波并且改善线性度的作用。此后，输入A可以根据电源电压值以及所述电源电压值与第一阈电压和第二阈电压的关系在逻辑“1”电平或逻辑“0”电平之间转变。如结合图1和3讨论的，存在滞后性控制以便防止振荡。

在可替换的实施例中，可以根据由检测器238监控的电源电压而替换具有不同增益的放大器级或将具有不同增益的放大器级切换入和切换出放大器220，而非通过改变放大器中的一个或多个组件值而使放大器220的增益变化。例如，对于正常的电源电压，在放大器220中使用具有高增益的放大器级。然而，如果电源电压下降到低于第一阈电压，高增益放大器被替换为低增益放大器级。在美国专利7,482,868中公开了一种用于替换具有不同增益的放大器级的合适的技术，其整体通过引用合并于此。

可以构想FET或其它类似的器件可以替换双极晶体管336。利用FET而非双极晶体管336的操作将基本上如上面描述地一样发生，但是其中电阻器360、364、368作为与对于双极形式描述的操作类似地操作的源极负反馈电阻器而操作。

图5是放大器模块200（图2）当被配置用于线性（MODE=0）放大时的操作的示例方法的示例操作流程图。这仅是一个可能的操作方法，并且像这样可以构想在其它实施例中可以出现其他操作方法而不背离所附权利要求。在下列示例中，假设电源是正的，并且第一阈值是比第二阈值稍小的正数，以便提供上面描述的滞后性；本领域普通技术人员可以适配在这里描述的电路和功能用于负电源电压。如果放大器模块200被配置为用于饱和的、非线性放大（MODE=1），则可以跳过下列步骤。

在这个实施例中，操作在步骤404开始。首先，在步骤406中放大器的增益被初始设置为Gain_Level_1。此后，操作前进到步骤408并且系统监控电源电压。可以直接监控来自电源208的电压，或者可以作为这个过程的部分监控例如来自分压器网络的按比例的形式。基于所述监控，操作前进到决策步骤412。在决策步骤412，操作确定电源电压是否小于第一阈值。通过将电源电压与第一阈值相比较，操作确定电源电压是否在标称电压范围中或低于标称范围。基于所述比较，可以调整放大器220的增益电平以便维持在低电源电压处的线性度。如果在决策步骤412处电源电压不小于第一阈值（即，电源电压大于最小标称电压），则操作前进到步骤416并且维持现有增益电平（在这个实施例中处于Gain_Level_1），并且如所示操作回到决策步骤412。

可替换地，如果在决策步骤412，操作确定电源电压小于第一阈值（即，电源电压低于最小标称电压），则操作前进到步骤420。在步骤420，操作确定系统是否正在传送数据。在这个实施例中，如果系统正在传送数据，则不希望改变增益电平。如果系统正在传送，则操作前进到步骤424，并且系统在回到步骤424之前进入短等待周期。相反，如果在步骤420，操作确定系统没有传送，则操作前进到步骤428并且系统实现Gain_Level_2。在这个实施例中Gain_Level_2响应于较低的电源电压在放大器220中建立比Gain_Level_1低的增益电平。这具有减少削波由此维持放大器220的线性度的效果。如下面描述的在这个增益电平继续操作。

在步骤432，系统继续关于第二阈值监控电源电压，其中第二阈值与第一阈值不同。如果电源电压不大于第二阈值，则操作前进到步骤440并且系统维持Gain_Level_2。这是因为电源电压仍然低于标称电压范围并且低于第二阈值而产生的。虽然电源电压可能已增加到超过第一阈值，但其还未增加到超过第二阈值。因此，如所示，操作回到步骤436，并且维持相同的增益电平，直到在步骤436，电源电压上升到第二阈值之上为止。如果电源电压大于第二阈值，则操作前进到决策步骤444并且操作确定系统是否正在传送。

如果系统正在传送，则如所示，操作前进到步骤448并且其执行等待周期，然后回到决策步骤444。如上面讨论的，不应该在传送时间段期间改变增益。如果在决策步骤444，系统不传送，则操作前进到步骤406并且放大器220的增益电平被调整回到当电源电压在标称范围中时的增益电平Gain_Level_1。在步骤406之后，操作回到步骤408并且系统监控电源电压。

虽然结合具有关于电源电压的两个阈值和两个对应的增益电平的系统进行描述，可以构想可以建立多于两个阈值，其转而创建多于两个增益电平。这个可选的实施例将创建增益调整的额外的分辨率以便匹配电源电压。此外，可以构想在传送时间段期间可以改变增益。此外，虽然两个阈值被用于两个增益电平系统，然而可以使用单个阈值，虽然可能发生振荡。其他部件可以被用于防止振荡，例如定时器或其他延时器。

图6图示包括示例便携式收发器的示例使用环境。这是在这里公开的创新的一个可能的示例使用环境并且像这样，可以构想可以在许多其他环境中使用所述创新。便携式收发器800包括扬声器802、显示器804、键盘806、和扩音器808，所有这些连接到基带子系统810。可以是直流（DC）电池或其他电源的电源208经由连接844也连接到基带子系统110，以便向便携式收发器800提供电力。在具体实施例中，便携式收发器800可以例如是但不限于诸如移动蜂窝式电话的便携式电信设备。如本领域技术人员所知，扬声器802和显示器804分别经由连接812和814从基带子系统810接收信号。类似地，键盘806和扩音器808分别经由连接816和818向基带子系统810提供信号。基带子系统810包括经由总线828通信的微处理器（.mu.P）820、存储器822、模拟电路824、和数字信号处理器（DSP）826。虽然总线828被示出为单个总线，但是可以使用基带子系统810内的子系统中在必要时连接的多个总线来实现总线828。基带子系统810还可以包括特定用途集成电路（ASIC）835和现场可编程门阵列（FPGA）833。

微处理器820和存储器822为便携式收发器800提供信号时序、处理和存储功能。模拟电路824为基带子系统810内的信号提供模拟处理功能。基带子系统810例如通过诸如连接832向传送器850、接收器870和功率放大模块202提供控制信号。

基带子系统810生成经由连接846向功率放大器模块202提供的在这里被称为V_APC的功率控制信号。功率放大器模块202可以与图1中示出的放大器模块对应。信号V_APC由基带子系统810生成并且通常由下面将描述的数字到模拟转换器（DAC）中的一个转换为模拟控制信号。如本领域技术人员所知，还可以从总线828提供功率控制信号V_APC以便指示可以按不同的方式生成信号。通常，功率控制信号V_APC在基带子系统810中生成，并且控制功率放大器的输出作为在校准期间确定的功率放大器的峰值电压的函数，并且与功率放大器输出功率对应。

连接832和846上的控制信号可以来自DSP826、ASIC835、FPGA833、来自微处理器820，或可以在传送器850、接收器870上、或传送器850和接收器870所位于的收发器芯片上生成，并且向传送器850、接收器870和功率放大器模块202中的各种连接提供。应该注意，为了简单，仅在这里图示便携式收发器800的基本组件。由基带子系统810提供的控制信号控制便携式收发器800内的各种组件。此外，传送器850和接收器870的功能可以被集成到收发器中。

基带子系统810还包括模拟到数字转换器（ADC）834以及数字到模拟转换器（DAC）836和838。虽然DAC836和838被图示为两个分开的器件，可以理解的是可以使用单个数字到模拟转换器来执行DAC836和838的功能。ADC834、DAC836和DAC838还经由总线828与微处理器820、存储器822、模拟电路824和DSP826通信。DAC836将基带子系统810内的数字通信信息转换为用于经由连接840向调制器852传送的模拟信号。连接840被示出为两个有向箭头，其包括在从数字域转换到模拟域之后将由传送器850传送的信息。

传送器850包括调制器852，所述调制器852调制连接840上的模拟信息并且经由连接858向上变换器854提供调制后的信号。上变换器854将在连接858上的调制后的信号转变为适当的传送频率，并且经由连接884向功率放大器模块202提供上变换后的信号。功率放大器模块202包括一个或多个功率放大器，其将信号放大到用于便携式收发器800被设计在其中操作的系统的适当功率电平。下面描述功率放大器模块202的结构和操作的细节。

由于本领域技术人员将理解调制器852和上变换器854的细节，已省略所述调制器852和所述上变换器854的细节。例如，通常由基带子系统110将连接840上的数据格式化为同相（I）和正交（Q）分量。所述I和Q分量可以根据使用的通信标准采取不同形式并且被不同地格式化。例如，当在诸如全球移动通信系统（GSM）的恒定幅度、相位（或频率）调制应用中使用功率放大器模块时，由调制器852提供相位调制后的信息。当在例如诸如被称为EDGE的GSM增强数据速率演进的要求相位和幅度调制两者的应用中使用功率放大器模块时，传送信号的笛卡尔同相（I）和正交（Q）分量被转换为他们的极坐标相对物（polarcounterpart）幅度和相位。由调制器852执行相位调制，同时由功率放大器控制元件的元件执行幅度调制，其中由功率放大器功率控制电压V_APC定义幅度包络，所述V_APC由功率放大器控制元件生成。功率放大器模块202的瞬时功率电平追踪V_APC，因此生成具有相位和幅度分量两者的传送信号。已知为极化调制的这种技术消除了由功率放大器模块造成的线性放大的需要，在提供相位和幅度调制两者的同时，允许使用更有效的饱和模式的操作。

功率放大器模块202经由连接856向前端模块862提供放大后的信号。如本领域普通技术人员所知，前端模块862包括天线系统接口，所述天线系统接口可以包括例如具有允许传送信号和接收信号两者同时通过的滤波器对的双工器。在实施例中，功率放大器模块202和前端模块862可以被合成为单个元件。所述传送信号从前端模块862提供至天线216。

由天线216接收的信号将从前端模块862被引导到接收器870。接收器870包括下变换器872、滤波器882、和解调器878。如果使用直接转换接收器（DCR）来实现，则下变换器872将所接收的信号从RF电平变换为基带电平（DC）。可替换地，所接收的RF信号可以根据应用被下变换为中间频率（IF）信号。下变换后的信号经由连接874被发送到滤波器882。如本领域所知，滤波器包括至少一个滤波器级以便滤波所接收的下变换后的信号。

滤波后的信号经由连接876从滤波器882被发送到解调器878。解调器878恢复所传送的模拟信息，并且经由连接886向ADC834提供代表这个信息的信号。ADC934将这些模拟信号转换为基带频率的数字信号并且经由总线828向DSP826传递所述信号用于进一步处理。

将在功率放大器202和基带系统810中使用在这里描述的方法和装置。例如ASCI835或其它处理器件的基带子系统810可以向接收器功率放大器模块202提供控制信号。

虽然已经描述了本发明的各种实施例，本领域普通技术人员将清楚在本发明的范围内许多的实施例和实现方式是可能的。此外，可以按任何组合或安排要求或结合在这里描述的各种特征、元件、和实施例。

Claims (32)

1.一种放大器增益调整方法，包括：

监控向放大器呈送的电源电压，所述放大器具有增益电平并且被适配为选择性地在饱和模式或线性模式的一个中操作；

将所述放大器的增益电平设置为第一增益电平；

当所监控的电源电压小于第一阈电压时，将所述放大器的增益电平设置为第二增益电平，所述第二增益电平小于所述第一增益电平；以及

当所监控的电源电压超过第二阈电压时，将所述放大器的增益电平设置为所述第一增益电平，所述第二阈电压大于所述第一阈电压。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述电源电压来源于电池。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述放大器的增益电平至少部分由耦接到所述放大器中的晶体管的负反馈电阻量控制。

4.如权利要求1所述的方法，其中在被配置为执行存储器中存储的软件的处理器上执行所述方法。

5.如权利要求1所述的方法，其中当所述电源电压小于所述第一阈电压时，所述放大器不能满足相邻信道功率比或误差矢量幅度信号质量要求。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述放大器是在被适配为以突发脉冲传送的传送器中实现的功率放大器，并且仅在突发脉冲之间改变所述放大器的增益电平。

7.如权利要求6所述的方法，其中所述电源电压的监控仅在突发脉冲期间发生。

8.如权利要求1所述的方法，还包括当所述放大器在所述饱和模式中操作时，将所述放大器的增益电平设置为第三增益电平，所述第三增益电平大于所述第一增益电平。

9.如权利要求1所述的方法，其中当在所述线性模式中操作时，所述放大器的增益电平从仅由所述第一增益电平和所述第二增益电平组成的组中选择。

10.如权利要求1所述的方法，其中所述放大器是在被适配为以突发脉冲传送的传送器中实现的功率放大器，并且仅在突发脉冲之间改变所述放大器的模式。

11.如权利要求1所述的方法，其中所述放大器在传送器中实现，并且仅当传送时，发生电源电压的监控。

12.一种通信系统，包括：

收发器，配置为生成RF信号；

电池，配置为提供电源电压；

放大器，具有增益电平，该增益电平控制所述RF信号的放大以创建放大后的RF信号用于由天线传送；

检测器，配置为将所述电源电压与至少第一阈值相比较，并且响应于所述比较，生成将所述放大器的增益电平从第一增益电平改变为第二增益电平的一个或多个增益控制信号；以及

锁存器件，布置在所述检测器和所述放大器之间，所述锁存器件被适配为仅在所述通信系统不传送时的时间段期间改变所述放大器的增益电平。

13.如权利要求12所述的系统，其中所述检测器进一步配置为将所述电源电压与至少第二阈值相比较，并且响应于电源电压大于所述第二阈值，将所述增益电平改变为所述第一增益电平。

14.如权利要求12所述的系统，还包括由所述一个或多个增益控制信号控制的一个或多个开关晶体管，所述一个或多个开关晶体管被配置为选择性地将一个或多个电阻器切换入或切换出与所述放大器相关联的电路。

15.如权利要求12所述的系统，其中所述放大器包含响应于所述一个或多个增益控制信号以便改变负反馈电阻的一个或多个双极放大器晶体管和一个或多个开关。

16.如权利要求12所述的系统，其中所述放大器包含：

一个或多个场效应晶体管；

负反馈电阻，布置为与所述一个或多个场效应晶体管的源极端串联；以及

一个或多个开关，响应于所述一个或多个增益控制信号以通过改变所述放大器内的负反馈电阻而控制所述放大器的增益电平。

17.如权利要求12所述的系统，其中所述放大器包含具有第一增益的第一放大器级和具有第二增益的第二放大器级，并且通过用所述第二放大器级替换所述第一放大器级而控制所述放大器的增益电平。

18.如权利要求12所述的系统，其中所述检测器是被配置为执行在机器可读介质中存储的软件的处理器。

19.如权利要求12所述的系统，其中当所述电源电压下降到低于所述第一阈值时，所述放大器不能满足相邻信道功率比或误差矢量幅度信号质量要求。

20.如权利要求12所述的系统，还包括被配置为存储所述第一阈值的存储器，所述存储器可以由所述检测器读取。

21.如权利要求12所述的系统，其中所述检测器是比较器。

22.一种放大器增益控制系统，包括：

放大器模块，具有至少部分由增益控制信号控制的增益；

存储器，配置为存储至少一个阈值；

比较器，配置为将电源电压与所述至少一个阈值相比较，并且响应于所述比较，生成所述增益控制信号；以及

锁存器件，配置为接收传送使能信号和所述增益控制信号，并且仅当所述放大器模块没有放大信号用于传送时，向所述放大器模块呈送增益控制信号的改变。

23.如权利要求22所述的系统，其中所述至少一个阈值包含第一阈值和第二阈值。

24.如权利要求22所述的系统，其中所述增益控制信号响应于电源电压小于第一阈值而减小所述增益。

25.如权利要求22所述的系统，其中所述锁存器件是触发器。

26.如权利要求22所述的系统，还包括增益控制电路，其响应于所述增益控制信号增大或减小所述放大器模块中的电阻，以改变所述放大器模块的增益。

27.如权利要求22所述的系统，其中所述电源电压来源于电池，并且所述电源电压随时间改变。

28.一种通信系统，包括：

收发器，配置为生成RF信号；

电池，配置为提供电源电压；

放大器，具有增益电平，该增益电平控制所述RF信号的放大以便创建放大后的RF信号用于由天线传送；

检测器，配置为将所述电源电压与至少第一阈值相比较，并且响应于所述比较，生成将所述放大器的增益电平从第一增益电平改变为第二增益电平的一个或多个增益控制信号；以及

由所述一个或多个增益控制信号控制的一个或多个开关晶体管，所述一个或多个开关晶体管被配置为选择性地将一个或多个电阻器切换入或切换出与所述放大器相关联的电路，从而响应于所述电源电压与至少第一阈值的比较而发生切换。

29.如权利要求28所述的系统，其中所述检测器进一步被配置为将所述电源电压与至少第二阈值相比较，并且响应于电源电压大于所述第二阈值，将所述增益电平改变为所述第一增益电平。

30.如权利要求28所述的系统，其中所述检测器是被配置为执行在机器可读介质中存储的软件的处理器。

31.如权利要求28所述的系统，还包括被配置为存储所述第一阈值的存储器，所述存储器可以由所述检测器读取。

32.如权利要求28所述的系统，其中所述检测器是比较器。