CN103329430B - 由于放大器自热引起的增益变化的消除 - Google Patents

Abstract

一种系统包括功率放大器、前置放大器、第一温度传感器和偏压发生器。功率放大器具有第一增益，其是功率放大器的温度的函数。前置放大器具有第二增益，放大输入信号，并且向功率放大器输出放大后的信号。第一温度传感器感测温度，并且产生第一信号。偏压发生器产生第一偏置信号以偏置功率放大器，产生第二偏置信号以偏置前置放大器，并且通过基于第一信号调整第二偏置信号来调整第二增益。调整后的第二增益补偿由于温度中的变化引起的第一增益的变化。

Description

由于放大器自热引起的增益变化的消除

相关申请的交叉引用

本申请要求于2011年11月29日提交的美国专利申请号13/306,289、以及于2010年12月13日提交的美国临时申请号61/422,522的优先权，通过整体引用的方式将它们的公开内容结合于此。

技术领域

本公开内容一般地涉及功率放大器，并且更具体地涉及由于放大器自热引起的增益变化的消除。

背景技术

此处提供的背景描述是出于一般地呈现本公开内容的背景的目的。在本背景技术部分所描述工作的程度上，当前名义发明人的工作以及可能不会以其他方式被视为提交时的现有技术的描述的方面既未明示也不隐含地被认作是本公开内容的现有技术。

功率放大器在许多应用中使用。例如，功率放大器在通信设备的发射器的输出级中使用。功率放大器还在接收器、电压调节调整器、驱动电机的驱动器电路等中使用。功率放大器通常被包括在集成电路中。为了节省集成电路消耗的功率，功率放大器典型地按需导通和关断。例如，在发射器中，功率放大器在发射器发射数据时导通，并且在发射器不发射数据时关断。随着功率放大器导通和关断，功率放大器周围的区域中的局部功耗显著地变化。随着时间的推移，在包括功率放大器的裸片中，远离功率放大器的点到达平均温度。然而，局部地，在邻近功率放大器的区域中，在每次功率放大器导通和关断时存在热力瞬变。

功率放大器的增益对温度变动敏感。增益通常随着温度的增加而降低。因此，增益可能可以随着时间的推移由于功率放大器的自热而漂移。由于功率放大器的自热引起的增益变动可能会导致问题。例如，在某些系统中，发射功率在发射开始时设定并且在发射过程中不调整。功率放大器的增益以及因此功率放大器的发射功率在发射过程中可能由于功率放大器的自热而改变。增益变化可能导致发射器发射的发射信号中的误差。功率放大器的增益中的小的变化转化为大的误差矢量幅度(EVM)。因此期望减小由于热力瞬变引起的功率放大器的增益变化的大小。

发明内容

一种系统包括功率放大器、前置放大器、第一温度传感器和偏压发生器。功率放大器具有第一增益，其是功率放大器的温度的函数。前置放大器具有第二增益并且被配置为接收输入信号，根据前置放大器的第二增益放大输入信号，以及向功率放大器输出放大后的信号。第一温度传感器被配置为感测功率放大器的温度，以及根据功率放大器的温度产生第一信号。偏压发生器被配置为：产生第一偏置信号以偏置功率放大器，其中功率放大器的第一增益基于第一偏置信号；产生第二偏置信号以偏置前置放大器，其中前置放大器的第二增益基于第二偏置信号；以及通过基于第一温度传感器响应于感测到功率放大器的温度中的变化而产生的第一信号调整第二偏置信号，来调整前置放大器的第二增益。前置放大器的调整后的第二增益补偿由于功率放大器的温度中的变化引起的在功率放大器的第一增益中的变化。

在另外一些特征中，第一温度传感器位于距功率放大器第一距离处，并且所述系统进一步包括布置在距功率放大器第二距离处的第二温度传感器，其中所述第二距离大于所述第一距离。第二温度传感器被配置为感测环境温度，以及根据环境温度产生第二信号。偏压发生器被配置为通过基于第一温度传感器响应于感测到功率放大器的温度中的变化而产生的第一信号以及第二温度传感器响应于感测到环境温度中的变化而产生的第二信号调整第二偏置信号，来调整前置放大器的第二增益。

在又一些特征中，一种方法包括使用第一温度传感器感测功率放大器的温度，并且根据温度产生第一信号。功率放大器(i)具有第一增益，并且(ii)接收具有第二增益的前置放大器的输出作为输入。该方法还包括产生第一偏置信号，其中功率放大器的第一增益基于第一偏置信号；产生第二偏置信号，其中前置放大器的第二增益基于所述第二偏置信号；通过基于第一信号调整第二偏置信号来调整前置放大器的第二增益。

在另外一些特征中，该方法还包括通过调整前置放大器的第二增益，补偿由于功率放大器的温度中的变化引起的在功率放大器的第一增益中的变化。

在另外一些特征中，该方法还包括：在距功率放大器第一距离处布置第一温度传感器；在距功率放大器第二距离处布置第二温度传感器，其中所述第二距离大于所述第一距离。该方法还包括使用第二温度传感器感测环境温度以及根据环境温度产生第二信号。

在另外一些特征中，该方法还包括：通过基于(i)第一信号和(ii)第二信号调整第二偏置信号，来调整前置放大器的第二增益。

本公开内容进一步的可应用领域将从详细描述、权利要求书和附图中变得清楚。详细描述和具体的示例意图仅仅说明的目的，而不意图限制本公开内容的范围。

附图说明

通过详细描述和附图将更全面地理解本公开内容，在附图中：

图1是发射器的功能框图；

图2是用于使用靠近功率放大器定位的温度传感器来消除由于功率放大器的自热引起的增益变化的系统的功能框图；

图3A和图3B是用于使用两个温度传感器来消除由于功率放大器的自热引起的增益变化的系统的功能框图，一个温度传感器靠近功率放大器定位而另一个温度传感器远离功率放大器定位；

图4和图5是用于消除由于功率放大器的自热引起的增益变化的方法的流程图；

图6描绘等效于图3A和图3B的框图的示意图；

图7A是用于使用温度传感器和低通滤波器来消除由于功率放大器的自热引起的增益变化的系统的功能框图；以及

图7B是用于使用温度传感器和高通滤波器来消除由于功率放大器的自热引起的增益变化的系统的功能框图。

具体实施方式

本公开内容提出用于消除由于功率放大器的自热导致的功率放大器的增益中的变化的系统和方法。例如，可以与功率放大器相邻地安装温度传感器以感测邻近功率放大器的温度变动。温度传感器产生指示温度变动的信号。该信号可以被用来调整功率放大器的增益或者驱动功率放大器的前置放大器级的增益。例如，该信号可以被用来调整功率放大器或前置放大器的偏置电流。调整功率放大器的增益可能影响功率放大器的线性度。调整前置放大器的增益不太可能影响功率放大器的线性度，并因此更可取。

与功率放大器相邻安装的温度传感器可能对于功率放大器的温度中的瞬时变化和静态/环境温度中的变化二者敏感。因此，由温度传感器所产生的信号将基于功率放大器的温度中的瞬时变化以及静态/环境温度中的变化调整功率放大器或前置放大器的增益。这可以减小发射器增益的温度系数，这可以是有利的。然而，当环境温度范围大(例如，-40℃至125℃)，调整后的偏置电流可能会降低或增加至可能会使发射器的线性度降低的水平。因此，可以更远离功率放大器安装另一个温度传感器，由这两个温度传感器所产生的信号之间的差值可以用来调整增益。

现在参考图1，示出了包括功率放大器102和前置放大器级104的发射器100。在整个本公开内容中，发射器仅被用作示例。本公开的教导可以被应用于使用功率放大器和前置放大器级的任何其他系统。另外，在整个本公开内容中，仅作为示例示出单个前置放大器级。一些系统可以包括多个前置放大器级。在这些系统中，这里关于前置放大器级描述的教导可以被应用于多个前置放大器级中的任一个。

发射器100包括产生偏置电流以偏置功率放大器102的偏压发生器108，以及产生偏置电流以偏置前置放大器级104的偏压发生器110。仅作为示例示出了用于功率放大器102和前置放大器级104的独立的偏压发生器。相反，对于功率放大器102和前置放大器级104二者，可以使用单个的偏压发生器来产生偏置。偏置确定功率放大器和前置放大器级的操作参数(例如，增益、线性度等)。在整个本公开内容中，仅作为示例，偏置电流被用来偏置功率放大器和前置放大器级。在其他系统也可以取而代之使用其他类型的偏置(例如，基于电压的偏置)。

待发射的信号是至前置放大器级104的输入。前置放大器级104根据前置放大器级104的增益对信号进行放大。前置放大器级104输出的放大后的信号是至功率放大器102的输入，功率放大器102进一步根据功率放大器102的增益对放大后的信号进行放大。由功率放大器102产生的输出信号经由天线106被发射。

现在参考图2，发射器150包括布置在集成电路的裸片上的功率放大器152、前置放大器级154和偏压发生器156。偏压发生器156偏置功率放大器152和前置放大器级154。温度传感器158与功率放大器152相邻地、距功率放大器152的距离D1被布置在裸片上。温度传感器158感测功率放大器152和/或其周围区域的温度中的变化，并基于功率放大器152的温度产生信号(例如，电流)。偏压发生器156使用电流作为参考以产生用于前置放大器级154的偏置电流。偏压发生器156产生根据期望的线性度预设的用于功率放大器152的偏置电流。偏压发生器156不基于由温度传感器158输出的电流调整功率放大器的偏置电流。

功率放大器152的增益与功率放大器152的温度成反比地变化。随着功率放大器152的温度增加，功率放大器152的增益从由功率放大器152的偏置电流确定的正常值降低。随着功率放大器152的温度增加，由温度传感器158输出的电流增加。基于由温度传感器158输出的增加的电流，偏压发生器156增加前置放大器级154的偏置电流，这进而将前置放大器级154的增益从其正常值增加。例如，前置放大器级154的增益的正常值由偏压发生器156产生的用于前置放大器级154的基极偏置电流和由温度传感器158输出的稳态电流来确定。

前置放大器级154的增益中的增加补偿由于功率放大器152的温度中的增加导致的功率放大器152的增益中的下降。因此，发射器150的总增益(例如，功率放大器152和前置放大器级154的增益的乘积)得以保持，而不管功率放大器152的温度中的增加。发射器150的总增益保持在由前置放大器级154和功率放大器152的增益的正常值确定的值。

现在参考图3A和图3B，示出包括附加温度传感器的发射器200。在图3A中，发射器200包括发射器150的所有部件并且还包括在集成电路的裸片上在距功率放大器152的距离D2处布置的附加的温度传感器160。温度传感器160距功率放大器152的距离D2大于温度传感器158距功率放大器152的距离D1。温度传感器160感测环境温度中的变化，并且基于环境温度中的变化产生信号(例如，电流)。温度传感器160不感测靠近功率放大器152的瞬时温度变化，因为在裸片的距离作为热力瞬变的过滤器。

在图3B中，示出偏压发生器156的示例。偏压发生器156包括偏置电流模块162和求和模块164。偏置电流模块162产生用于功率放大器152的预定的偏置电流。偏置电流模块162还产生用于前置放大器级154的预定的偏置电流。求和模块164将由温度传感器158输出的电流加到前置放大器级154的预定的偏置电流上。求和模块164从前置放大器级154的预定的偏置电流中减去由温度传感器160输出的电流。因此，在温度传感器158和160输出的电流相等时，偏压发生器156提供至前置放大器级154的预定的偏置电流，并且因此避免对于前置放大器级154的零偏压状态。另外，如图3B所示，偏压发生器156基于由温度传感器158和160输出的电流之间的差值改变前置放大器级154的偏置电流。

实际上，偏压发生器156基于由于功率放大器152的自热引起的瞬时温度变化并且不基于环境温度变化，改变前置放大器级154的偏置电流和增益。因此，偏压发生器156基于由于功率放大器152的自热引起的瞬时温度变化并且不基于环境温度变化，调整前置放大器级154的增益。因此，发射器150的总增益(例如，功率放大器152和前置放大器级154的增益的乘积)得以保持，而不管功率放大器152的温度的增加。

现在参考图4，示出用于消除由于功率放大器的自热引起的增益变化的方法300。在302，控制感测邻近功率放大器的温度变动。在304，控制基于温度变动产生信号(例如，电流)。在306，控制通过基于信号调整前置放大器的偏置电流，来调整前置放大器的增益。控制返回302。

现在参考图5，示出用于消除由于功率放大器的自热引起的增益变化的方法350。在352，控制感测邻近功率放大器的第一位置处的第一温度以及第二位置处的第一温度，该第二位置比第一位置更远离功率放大器。在354，控制基于第一温度产生第一信号(例如，电流)以及基于第二温度产生第二信号。在356，控制通过基于第一信号和第二信号调整前置放大器的偏置电流，来调整前置放大器的增益。例如，控制通过将第一信号加到前置放大器的预定偏置电流上，并且通过从前置放大器的预定偏置中减去第二信号，来调整前置放大器的偏置电流。控制返回352。

现在参考图6，示出等效于图3A和图3B的框图的示意图。远离功率放大器152定位的温度传感器160等效于温度传感器和低通滤波器。温度传感器160沿着裸片与功率放大器152的距离作为低通滤波器。也就是说，功率放大器152和温度传感器160之间的裸片(硅)的材料作为低通滤波器。更具体地，硅(裸片)的热时间常数提供低通滤波器功能。

现在参考图7A和7B，取代使用两个温度传感器，单个温度传感器以及低通滤波电路或高通滤波器电路可以被用来消除由于功率放大器的自热引起的增益变化。低通滤波器电路或高通滤波电路可以对温度传感器的输出执行数字采样和处理。

在图7A中，与功率放大器152相邻地安装单个温度传感器(例如，温度传感器158)。温度传感器158的输出是至求和模块164的输入。此外，温度传感器158的输出是至低通滤波器电路180的输入。低通滤波器电路180的输出被从温度传感器158的输出中减去。求和模块164将该差值加到前置放大器级154的偏置电流上，并且调整前置放大器级154的增益。虽然图3A和图3B中的温度传感器158在功率放大器154关断时可以被关断，但是图7A中的温度传感器158在功率放大器154关断时不可以被关断。

在图7B中，与功率放大器152相邻地安装单个温度传感器(例如，温度传感器158)。温度传感器158的输出是至高通滤波器电路182的输入。高通滤波器电路182的输出被用来调整前置放大器级154的偏置电流和增益。虽然图3A和图3B中的温度传感器158在功率放大器154关断时可以被关断，但是图7B中的温度传感器158在功率放大器154关断时不可以被关断。

前文的描述其本质仅是示例性的并且不以任何方式意图对本公开内容、其应用或用途进行限制。本公开内容的宽泛教导能够以各种形式来实施。因此，虽然本公开内容包括特定示例，但是由于其它的修改在研习了附图、说明书和以下权利要求后将变得清楚，所以本公开内容的实际范围并不应当被限制于此。出于清楚的目的，在附图中将使用相同的附图标记来标示类似的元件。如这里所使用的，短语A、B和C中的至少一个应当被理解为表示使用非排他性的逻辑OR的逻辑(A或B或C)。应当理解的是，方法之中的一个或多个步骤可以以不同顺序(或并发)执行而并不改变本公开内容的原则。

如这里所使用的，术语模块可以指代、作为其一部分或者包括专用集成电路(ASIC)、电路、组合逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)、执行代码的处理器(共享的、专用的或群组)、提供所描述功能的其它适当硬件组件、或者诸如在片上系统中的以上一些或全部的组合。术语模块可以包括存储由处理器所执行的代码的存储器(共享的、专用的或群组)。

Claims (15)

1.一种电子系统，包括：

具有第一增益的功率放大器，其中所述功率放大器的所述第一增益是所述功率放大器的温度的函数；

具有第二增益的前置放大器，其中所述前置放大器被配置为：

接收输入信号，

根据所述前置放大器的所述第二增益放大所述输入信号，以及

向所述功率放大器输出放大后的信号；

第一温度传感器，被配置为：

感测所述功率放大器的温度，以及

根据所述功率放大器的温度产生第一信号；

其中所述第一温度传感器位于距所述功率放大器第一距离处；

第二温度传感器被配置为：

感测环境温度，以及

根据所述环境温度产生第二信号，

其中第二温度传感器位于距所述功率放大器第二距离处，并且

其中所述第二距离大于所述第一距离；以及偏压发生器，被配置为：

产生第一偏置信号以偏置所述功率放大器，其中所述功率放大器的所述第一增益基于所述第一偏置信号，

产生第二偏置信号以偏置所述前置放大器，其中所述前置放大器的所述第二增益基于所述第二偏置信号，以及

通过基于(i)所述第一温度传感器响应于感测到所述功率放大器的温度中的变化而产生的所述第一信号和(ii)所述第二温度传感器响应于感测到所述环境温度中的变化而产生的所述第二信号调整所述第二偏置信号，来调整所述前置放大器的所述第二增益，

其中所述前置放大器的所调整后的第二增益补偿由于所述功率放大器的温度中的所述变化引起的在所述功率放大器的所述第一增益中的变化。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述偏压发生器被配置为通过(i)将所述第一信号加到所述第二偏置信号，以及(ii)从所述第二偏置信号中减去所述第二信号，来调整所述前置放大器的所述第二增益。

3.一种集成电路，包括：

裸片，

其中所述裸片包括根据权利要求1所述的系统，并且

其中所述第一温度传感器靠近所述功率放大器布置在所述裸片上。

4.一种集成电路，包括：

裸片，

其中所述裸片包括根据权利要求1所述的系统，并且

其中所述第一温度传感器靠近所述功率放大器布置在所述裸片上。

5.一种电子系统，包括：

具有第一增益的功率放大器；

具有第二增益的前置放大器，其中所述前置放大器的输出是至所述功率放大器的输入；

第一温度传感器，被配置为：(i)感测所述功率放大器的温度，以及(ii)根据所述温度产生第一信号，其中所述第一温度传感器位于距所述功率放大器第一距离处；以及

第二温度传感器被配置为：

感测环境温度，以及

根据所述环境温度产生第二信号，

其中第二温度传感器位于距所述功率放大器第二距离处，并且

其中所述第二距离大于所述第一距离；以及偏压发生器，被配置为：

产生第一偏置信号，其中所述功率放大器的所述第一增益基于所述第一偏置信号，

产生第二偏置信号，其中所述前置放大器的所述第二增益基于所述第二偏置信号，以及

通过基于(i)所述第一信号和(ii)所述第二信号调整所述第二偏置信号来调整所述前置放大器的所述第二增益。

6.根据权利要求5所述的系统，其中所述前置放大器的所调整后的第二增益补偿由于所述功率放大器的温度中的变化引起的在所述功率放大器的所述第一增益中的变化。

7.权利要求5所述的系统，其中所述偏压发生器被配置为通过(i)将所述第一信号加到所述第二偏置信号，以及(ii)从所述第二偏置信号中减去所述第二信号，来调整所述前置放大器的所述第二增益。

8.根据权利要求5的系统，其中所述前置放大器的所调整后的第二增益补偿由于所述功率放大器的温度中的变化引起的在所述功率放大器的所述第一增益中的变化。

9.一种集成电路，包括：

裸片，

其中所述裸片包括根据权利要求5所述的系统，并且

其中所述第一温度传感器靠近所述功率放大器布置在所述裸片上。

10.一种集成电路，包括：

裸片，

其中所述裸片包括根据权利要求5所述的系统，并且

其中所述第一温度传感器靠近所述功率放大器布置在所述裸片上。

11.一种调整放大器的增益的方法，包括：

在距功率放大器第一距离处布置第一温度传感器，其中所述功率放大器(i)具有第一增益，并且(ii)接收具有第二增益的前置放大器的输出作为输入；

使用所述第一温度传感器感测功率放大器的温度；

根据所述温度产生第一信号，

在距所述功率放大器第二距离处布置第二温度传感器，其中所述第二距离大于所述第一距离；

使用所述第二温度传感器感测环境温度；

根据所述环境温度产生第二信号；

产生第一偏置信号，其中所述功率放大器的所述第一增益基于所述第一偏置信号；

产生第二偏置信号，其中所述前置放大器的所述第二增益基于所述第二偏置信号；以及

通过基于(i)所述第一信号和(ii)所述第二信号调整所述第二偏置信号来调整所述前置放大器的所述第二增益。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括通过调整所述前置放大器的所述第二增益，补偿由于所述功率放大器的温度中的变化引起的在所述功率放大器的所述第一增益中的变化。

13.根据权利要求11所述的方法，还包括：通过(i)将所述第一信号加到所述第二偏置信号，以及(ii)从所述第二偏置信号中减去所述第二信号，来调整所述前置放大器的所述第二增益。

14.根据权利要求11所述的方法，还包括：通过调整所述前置放大器的所述第二增益，补偿由于所述功率放大器的温度中的变化引起的在所述功率放大器的所述第一增益中的变化。

15.根据权利要求11所述的方法，还包括：在集成电路的裸片上布置所述功率放大器、所述前置放大器、所述第一温度传感器和所述第二温度传感器。