CN103199797A - 具有自适应合路对消功能的放大电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有自适应合路对消功能的放大电路，包括基带预失真信号处理单元、第一放大单元、第二放大单元和合路电路单元；该放大电路还包括失真信号解调及校正单元、第一反馈电路和第二反馈电路；基带信号通过该失真信号解调及校正单元输给基带预失真信号处理单元；通过第一反馈电路和第二反馈电路形成自适应的闭环系统，实现对放大电路的两次线性化补偿，从而实现了放大电路的高效率和高线性。

Description

具有自适应合路对消功能的放大电路

技术领域

本发明涉及一种放大电路，尤其涉及一种具有自适应合路对消功能的放大电路。

背景技术

当前数字预失真技术在无线通信基站系统被广泛应用，然而随着人类对资源需求的不断增长，对移动通信系统的效率要求也越来越高，传统的基带数字预失真虽然能够和Doherty技术结合来提高功放的效率，然而基带预失真对功放的失真补偿也是有限制的，只有在满足一定失真要求的功放才能与基带预失真配合得到较好的线性效果。因此进一步研究功放在幅度和相位失真比较厉害，而效率较高的条件下通过基带预失真与相应的对消技术结合来进一步提高功放的效率和线性是一个值得深入研究的课题。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有自适应合路对消功能的放大电路， 该放大器能实现对移动通信频段的射频信号的高效率和高线性放大。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供一种具有自适应合路对消功能的放大电路，包括基带预失真信号处理单元、第一放大单元、第二放大单元和合路电路单元；

所述第一放大单元包括依次连接的第一中频单元电路、第一混频和射频单元电路、第一放大器、第一耦合器和第二耦合器；该第二放大单元包括依次连接的第二中频单元电路、第二混频和射频单元电路、第二放大器、第三耦合器和第四耦合器；所述基带预失真信号处理单元的两个输出端分别连接所述第一中频单元电路和所述第二中频单元电路，所述第二耦合器和所述第四耦合器与所述合路电路单元连接，所述第一放大单元和所述第二放大单元的输出信号通过所述合路电路单元叠加；

该放大电路还包括失真信号解调及校正单元、第一反馈电路和第二反馈电路；基带信号通过该失真信号解调及校正单元输入所述基带预失真信号处理单元；

所述第一反馈电路的输入端连接所述第一耦合器和所述第三耦合器，以将两路包含失真的信号转换成基带信号反馈给所述基带预失真信号处理单元，所述基带预失真信号处理单元对反馈信号中包含的失真信号进行预失真补偿，产生反向失真的信号分别送入到所述第一放大单元和所述第二放大单元，以对所述第一放大器和所述第二放大器进行线性化补偿；

所述第二反馈电路的输入端连接所述第二耦合器和所述第四耦合器，以将两路包含失真的信号转换成基带信号反馈给所述失真信号解调及校正单元，所述失真信号解调与校正单元对反馈信号中失真信号进行解调并进行幅度和相位的调节，以使所述第一放大器和所述第二放大器中的经过预失真补偿后剩下的误差信号幅度相等相位相反，并在合路电路单元处产生对消，实现所述第一放大器和所述第二放大器的二次线性化补偿；

本发明所述的放大电路中，所述第一放大单元和所述第二放大单元所输出到所述合路电路单元的主信号幅度相等相位相同。

本发明所述的放大电路中，所述第一反馈电路包括依次连接的第三中频单元电路、第三混频和射频单元电路以及第一射频开关，所述第一射频开关与所述第一耦合器和所述第三耦合器连接，所述第三中频单元电路与所述基带预失真信号处理单元连接；

所述第一射频开关对所述第一耦合器和所述第三耦合器的输出信号进行分时采样并输出给所述第三混频和射频单元电路；所述第三混频和射频单元电路将射频信号转换为中频信号并放大；所述第三中频单元电路将放大的中频信号转换成数字信号并输出给所述基带预失真信号处理单元。

本发明所述的放大电路中，所述第二反馈电路包括依次连接的第四中频单元电路、第四混频和射频单元电路以及第二射频开关，所述第二射频开关与所述第二耦合器和所述第四耦合器连接，所述第四中频单元电路与所述失真信号解调与校正单元连接；

所述第二射频开关对所述第二耦合器和所述第四耦合器的输出信号进行分时采样并输出给所述第四混频和射频单元电路；所述第四混频和射频单元电路将射频信号转换为中频信号并放大；所述第四中频单元电路将放大的中频信号转换成数字信号并输出给所述失真信号解调与校正单元。

本发明所述的放大电路中，所述第一放大器和所述第二放大器为可工作在A类、AB类、C类、D类或E类中的任何一种工作状态的放大器。 

本发明所述的放大电路中，所述第一放大器和所述第二放大器均单独构成任何形式的功率放大器，或者组合构成Doherty功率放大器。

本发明所述的放大电路中，当第一放大器和第二放大器单独构成功率放大器时，合路电路单元为微带合路器或者3dB合路器。 

本发明所述的放大电路中，当第一放大器和第二放大器组合构成Doherty功率放大器时,合路电路单元为Doherty合路电路，包括1/4波长线、合路器和阻抗变换线。

本发明产生的有益效果是：本发明的放大电路中的基带预失真信号处理单元和失真信号解调与校正单元，通过第一反馈电路和第二反馈电路形成自适应的闭环系统，实现对放大器的两次线性化补偿，从而实现了本放大电路的高效率和高线性，峰均比在8dB的条件下功放的效率可提高3-5%。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例具有自适应合路对消功能的放大电路的结构示意图。

 

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明实施例具有自适应合路对消功能的放大电路包括：基带预失真信号处理单元2、第一放大单元21、第二放大单元22和合路电路单元13；

第一放大单元21包括依次连接的第一中频单元电路3、第一混频和射频单元电路4、第一放大器5、第一耦合器6和第二耦合器7；该第二放大单元22包括依次连接的第二中频单元电路8、第二混频和射频单元电路9、第二放大器10、第三耦合器11和第四耦合器12；基带预失真信号处理单元2的两个输出端分别连接第一中频单元电路3和第二中频单元电路8，第二耦合器7和第四耦合器12与合路电路单元13连接，第一放大单元21和第二放大单元22的输出信号通过合路电路单元13叠加；

该放大电路还包括失真信号解调及校正单元1、第一反馈电路31和第二反馈电路32；基带信号通过该失真信号解调及校正单元1输入基带预失真信号处理单元2；

第一反馈电路31的输入端连接第一耦合器6和第三耦合器11，以将两路包含失真的信号转换成基带信号反馈给基带预失真信号处理单元，基带预失真信号处理单元2对反馈信号中包含的失真信号进行预失真补偿，产生反向失真的信号分别送入到第一放大单元21和第二放大单元22，以对第一放大器和第二放大器进行线性化补偿；

第二反馈电路32的输入端连接第二耦合器7和第四耦合器12，以将两路包含失真的信号转换成基带信号反馈给失真信号解调及校正单元1，失真信号解调与校正单元1对反馈信号中失真信号进行解调并进行幅度和相位的调节，在本发明的一个实施例中，失真信号解调与校正单元1主要对失真信号中的三阶和五阶分量解调出来，然后对三阶和五阶失真信号进行幅度和相位的调节，以使第一放大器5和第二放大器10中的经过预失真补偿后剩下的误差信号幅度相等相位相反，并在合路电路单元13处产生对消，实现第一放大器5和第二放大器10的二次线性化补偿；

在本发明的一个实施例中，通过电路调节可使第一放大单元21和第二放大单元22所输出到合路电路单元13的主信号幅度相等相位相同。

通过第一反馈电路31和第二反馈电路32使本发明的放大电路形成一个自适应的闭环系统。

如图1所示，具体地，输入到本放大电路的基带信号输入到失真信号解调与校正单元1的输入端D1，失真信号解调与校正单元1的输出端D2连接基带预失真信号处理单元2的输入端D3，基带预失真信号处理单元2的第一输出端A1连接第一中频单元电路3的输入端A2，第一中频单元电路3的输出端A3连接第一混频和射频单元电路4的输入端A4，第一混频和射频单元电路4输出端A5连接第一放大器5的输入端A6，第一放大器5的输出端A7连接第一耦合器6的输入端A8，第一耦合器6的输出端A9连接第二耦合器7的输入端A10，第二耦合器7的输出端A11连接合路电路单元13的第一输入端A12。第一中频单元电路3实现数字信号到模拟信号的转换，第一混频和射频单元电路4实现中频信号到射频信号的转换和射频信号的放大功能。

基带预失真信号处理单元2的第二输出端B1连接第二中频单元电路8的输入端B2，第二中频单元电路8的输出端B3连接第二混频和射频单元电路9的输入端B4，第二混频和射频单元电路9输出端B5连接第二放大器10的输入端B6，第二放大器10的输出端B7连接第三耦合器11的输入端B8，第三耦合器11的输出端B9连接第四耦合器12的输入端B10，第四耦合器12的输出端B11连接合路电路单元13的第二输入端B12，第二输入端B12输入的信号与输入到第一输入端A12的信号进行叠加，其中的误差信号由于相位相反幅度相等，可实现对消，并通过合路电路单元13的输出端D4输出。第二中频单元电路8实现数字信号到模拟信号的转换，第二混频和射频单元电路9实现中频信号到射频信号的转换和射频信号的放大功能。

本发明的一个实施例中，第一反馈电路31包括依次连接的第三中频单元电路14、第三混频和射频单元电路15以及第一射频开关16，第一射频开关16与第一耦合器和第三耦合器连接，第三中频单元电路14与基带预失真信号处理单元2连接。

第一耦合器6的耦合端C1连接第一射频开关16的第一输入端C2，第三耦合器11的耦合端C3连接第一射频开关16的第二输入端C4，第一射频开关16的输出端C5连接第三混频和射频单元电路15的输入端C6，第三混频和射频单元电路15的输出端C7连接第三中频单元电路14的输入端C8，第三中频单元电路14的输出端C9连接基带预失真信号处理单元2的反馈端C10。

第一射频开关16对第一耦合器6和第三耦合器11的输出信号进行分时采样并输出给第三混频和射频单元电路15；第三混频和射频单元电路15将射频信号转换为中频信号并放大；第三中频单元电路14将放大的中频信号转换成数字信号并输出给基带预失真信号处理单元2。

本发明的一个实施例中，第二反馈电路32包括第四中频单元电路17、第四混频和射频单元电路18以及第二射频开关19，第二射频开关19与第二耦合器7和第四耦合器12连接，第四中频单元电路17与失真信号解调与校正单元1连接；

第二耦合器7的耦合端E1连接第二射频开关19的第一输入端E2，第四耦合器12的耦合端E3连接第二射频开关19的第二输入端E4，第二射频开关19的输出端E5连接第四混频和射频单元电路18的输入端E6，第四混频和射频单元电路18的输出端E7连接第四中频单元电路17的输入端E8，第四中频单元电路17的输出端E9连接的失真信号解调与校正单元1的反馈端E10。

第二射频开关19对第二耦合器7和第四耦合器12的输出信号进行分时采样并输出给第四混频和射频单元18电路；第四混频和射频单元电路18将射频信号转换为中频信号并放大；第四中频单元电路17将放大的中频信号转换成数字信号并输出给失真信号解调与校正单元1。

其中，第一放大器5和第二放大器10可以工作在A类、AB类、C类、D类、E类中的任何一种工作状态。 

第一放大器5和第二放大器10可以工作于相同的工作状态也可以工作于不同的状态，第一放大器5和第二放大器10可以合起来构成Doherty功率放大器，也可单独构成任何形式的功率放大器。

进一步地，合路电路单元13有两种实现方式，当第一放大器5和第二放大器10单独构成功放时，合路电路单元13实现简单的两路功率的合路，合路电路单元13可以是微带合路器、3dB合路器等来实现。 

进一步地，当第一放大器5和第二放大器10组合构成Doherty功放时,合路电路单元13的实现可包括1/4波长线、合路器和阻抗变换线，为典型的Doherty合路电路。

本发明放大电路通过对第一放大器5和第二放大器10的输出端进行采样，然后将采样信号通过混频电路和中频电路变到基带信号，在基带信号中两路功放的信号分别进行数字预失真处理，然后在第一耦合器6、第三耦合器11的输出端分别在将信号耦合变换到基带，在失真信号解调和校正单元1对失真信号的相位和幅度进行调节，使得第一放大单元21和第二放大单元22输出的信号具备幅度相等，这样每路放大单元除了进行了数字预失真处理外，同时能够在合路电路单元13处进行二次合路对消，从而取得良好的线性效果。

本发明实现了功放的两次线性化补偿，从而使得本放大电路相对于传统的放大器补偿能力大大提高，这样对功放的AM-AM和AM-PM失真曲线的要求就相对低很多，从而使得功放的可以在效率方面得到更多的提升，最终实现本放大电路的高效率和高线性。功放的效率可达45-55%。具体效率与被放大信号的峰均比以及功放的输出功率相关，功放在有效工作带宽为20MHz，信号的载波在20MHz工作带宽内可任意配置，对于GSM信号最多12载波的高线性放大，这种条件下IM3可达-65dBc以上。 

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种具有自适应合路对消功能的放大电路，其特征在于，包括基带预失真信号处理单元（2）、第一放大单元（21）、第二放大单元（22）和合路电路单元（13）；

所述第一放大单元（21）包括依次连接的第一中频单元电路（3）、第一混频和射频单元电路（4）、第一放大器（5）、第一耦合器（6）和第二耦合器（7）；该第二放大单元（22）包括依次连接的第二中频单元电路（8）、第二混频和射频单元电路（9）、第二放大器（10）、第三耦合器（11）和第四耦合器（12）；所述基带预失真信号处理单元（2）的两个输出端分别连接所述第一中频单元电路（3）和所述第二中频单元电路（8），所述第二耦合器（7）和所述第四耦合器（12）与所述合路电路单元（13）连接，所述第一放大单元（21）和所述第二放大单元（22）的输出信号通过所述合路电路单元（13）叠加；

该放大电路还包括失真信号解调及校正单元（1）、第一反馈电路（31）和第二反馈电路（32）；基带信号通过该失真信号解调及校正单元（1）输入所述基带预失真信号处理单元（2）；

所述第一反馈电路（31）的输入端连接所述第一耦合器（6）和所述第三耦合器（11），以将两路包含失真的信号转换成基带信号反馈给所述基带预失真信号处理单元（2），所述基带预失真信号处理单元（2）对反馈信号中包含的失真信号进行预失真补偿，产生反向失真的信号分别送入到所述第一放大单元（21）和所述第二放大单元（22），以对所述第一放大器（5）和所述第二放大器（10）进行线性化补偿；

所述第二反馈电路（32）的输入端连接所述第二耦合器（7）和所述第四耦合器（12），以将两路包含失真的信号转换成基带信号反馈给所述失真信号解调及校正单元（1），所述失真信号解调与校正单元（1）对反馈信号中失真信号进行解调并进行幅度和相位的调节，以使所述第一放大器（5）和所述第二放大器（10）中的经过预失真补偿后剩下的误差信号幅度相等相位相反，并在合路电路单元（13）处产生对消，实现所述第一放大器（5）和所述第二放大器（10）的二次线性化补偿。

2.根据权利要求1所述的放大电路，其特征在于，所述第一反馈电路（31）包括依次连接的第三中频单元电路（14）、第三混频和射频单元电路（15）以及第一射频开关（16），所述第一射频开关（16）与所述第一耦合器（6）和所述第三耦合器（11）连接，所述第三中频单元电路（14）与所述基带预失真信号处理单元（2）连接；

所述第一射频开关（16）对所述第一耦合器（6）和所述第三耦合器（11）的输出信号进行分时采样并输出给所述第三混频和射频单元电路（15）；所述第三混频和射频单元电路（15）将射频信号转换为中频信号并放大；所述第三中频单元电路（14）将放大的中频信号转换成数字信号并输出给所述基带预失真信号处理单元（2）。

3.根据权利要求1所述的放大电路，其特征在于，所述第二反馈电路（32）包括依次连接的第四中频单元电路（17）、第四混频和射频单元电路（18）以及第二射频开关（19），所述第二射频开关（19）与所述第二耦合器（7）和所述第四耦合器（12）连接，所述第四中频单元电路（17）与所述失真信号解调与校正单元（1）连接；

所述第二射频开关（19）对所述第二耦合器（7）和所述第四耦合器（12）的输出信号进行分时采样并输出给所述第四混频和射频单元电路（18）；所述第四混频和射频单元电路（18）将射频信号转换为中频信号并放大；所述第四中频单元电路（17）将放大的中频信号转换成数字信号并输出给所述失真信号解调与校正单元（1）。

4.根据权利要求1所述的放大电路，其特征在于，所述第一放大器（5）和所述第二放大器（10）为工作在A类、AB类、C类、D类或E类中的任何一种工作状态的放大器。 

5.根据权利要求1所述的放大电路，其特征在于，所述第一放大器（5）和所述第二放大器（10）均单独构成任何形式的功率放大器，或者组合构成Doherty功率放大器。

6.根据权利要求5所述的放大电路，其特征在于，当第一放大器（5）和第二放大器（10）单独构成功率放大器时，合路电路单元（13）为微带合路器或者3dB合路器。 

7.根据权利要求5所述的放大电路，其特征在于，当第一放大器（5）和第二放大器（10）组合构成Doherty功率放大器时,合路电路单元（13）为Doherty合路电路，包括1/4波长线、合路器和阻抗变换线。

8.根据权利要求1所述的放大电路，其特征在于，所述第一放大单元（21）和所述第二放大单元（22）所输出到所述合路电路单元（13）的主信号幅度相等相位相同。 

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