CN103715997B - 一种改善功率放大器线性度的电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种改善功率放大器线性度的电路。所述电路包括功率放大器电路，所述功率放大器电路前端设有线性度补偿电路；所述线性度补偿电路包括一电流源、一电压钳位晶体管、一状态补偿晶体管以及隔离电阻；所述电流源与电压钳位晶体管串联接地，为功率放大器电路提供偏置电压；所述隔离电阻串联在电流源与功率放大器电路信号输入端之间；所述状态补偿晶体管串联在电流源与功率放大器电路信号输入端之间。所述电压钳位晶体管和状态补偿晶体管可采用二极管、三极管、NMOS管等。本发明采用模拟预失真技术能有效的补偿功率放大器产生的幅度失真和相位失真，且该电路结构简单，控制方便，易于集成和实现，对功率放大器的线性度改善效果显著。

Description

一种改善功率放大器线性度的电路
技术领域
本发明涉及射频功率放大器技术领域，具体是指一种采用模拟预失真技术来改善功率放大器线性度的电路。
背景技术
随着无线通信技术的发展，各种用于射频功率放大器的线性化技术被进一步研究和应用。尤其是窄带CDMA和第三代移动通信等技术的发展，对功放的线性度提出了更高的要求。在W-CDMA等无线通信系统中，如果采用一般的高功率放大器，由于功率放大器的交调失真，将会出现频谱再生效应，从而干扰相邻信道，甚至产生误码。因此，功率放大器的线性化技术越来越受到关注。目前常用的三种技术分别是：前馈技术(Feedforward)、反馈技术(Feedback)和预失真技术(Pre-Distortion)。
在这些线性化技术中，前馈法可以得到很高的线性度，但结构复杂而且昂贵。反馈法有其致命的缺陷，如不稳定，带宽有限。预失真技术中，基带信号预失真系统需要正确对比源信号和反馈信号，对环路延时补偿有很高的要求，同时系统结构比较复杂。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种实现简单、成本低、易集成且工作带宽宽的改善功率放大器线性度的电路。
为解决上述问题，本发明所采取的技术方案为：
一种改善功率放大器线性度的电路，包括功率放大器电路，所述功率放大器电路前端设有线性度补偿电路；所述线性度补偿电路包括一电流源、一电压钳位晶体管、一状态补偿晶体管以及隔离电阻；所述电流源与电压钳位晶体管串联接地，为功率放大器电路提供偏置电压；所述隔离电阻串联在电流源与功率放大器电路信号输入端之间；所述状态补偿晶体管串联在电流源与功率放大器电路信号输入端之间。
优选的，所述电压钳位晶体管采用二极管，该二极管正极接电流源、负极接地；所述状态补偿晶体管采用二极管，该二极管正极接电流源、负极接功率放大器电路信号输入端。
优选的，所述电压钳位晶体管采用三极管，该三极管集电极与基极连接在一起并连接电流源、发射极接地；所述状态补偿晶体管采用三极管，该三极管集电极与基极连接在一起并连接电流源、发射极接功率放大器电路信号输入端。
优选的，所述电压钳位晶体管采用NMOS管，该NMOS漏极与栅极连接在一起并连接电流源、源极接地；所述状态补偿晶体管采用三极管，该NMOS漏极与栅极连接在一起并连接电流源、源极接功率放大器电路信号输入端。
优选的，所述线性度补偿电路还包括滤波电容，所述滤波电容一端与电流源相连，另一端接地。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：本发明所述电路采用预失真技术,能有效的补偿功率放大器产生的幅度失真和相位失真，且该电路结构简单，控制方便，易于集成和实现，对功率放大器的线性度改善效果显著。
附图说明
图1为功率放大器幅度-幅度失真曲线图；
图2为功率放大器幅度-相位失真曲线图；
图3为本发明所述电路实施例一原理图；
图4为图3实施例中状态补偿二极管等效原理图；
图5为本发明所述电路实施例二原理图；
图6为本发明所述电路实施例三原理图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细说明。
功率放大器的非线性失真包括幅度-幅度失真（AM-AM）和幅度-相位失真（AM-PM），其中AM-AM转换相当于一个调幅信号加到理想的放大器上，主要影响到功率放大器的交调指标；而AM-PM转换相当于一个调相信号加到理想的功率放大器上，主要影响功率放大器的频谱再生指标相邻信道，功率泄露比（ACPR）。如图1为功率放大器的幅度-幅度失真特性，从图中可以看出，随着输入信号Pin的增大，功率放大器的增益Gain会出现一定的压缩;图2为功率放大器的幅度-相位失真特性，从图中可以看出，随着输入信号Pin的增大相位phase会出现一定的增长，这是因为调幅信号的幅度变化同时引起了相位变化或相位调制。如果输入信号为线性调制信号或者多载波信号，功率放大器会产生很严重的非线性失真，特别是三阶交调失真。
为了改善功率放大器的非线性失真，本发明提供了一种改善功率放大器线性度的电路，图3为本发明的第一实施例的原理图。本实施例的原理图包括线性度补偿电路10和功率放大器电路两部分，所述线性度补偿电路和所述功率放大器之间是串联式级联。其中线性度补偿电路包括电流源S10、二极管D10、二级管D11、电阻R10和电容C10组成；二极管D10与功率放大器的MOS管的栅极相连，另一端与电流源S10相连，为功率放大器提供线性补偿；电容C10和二极管D10均一端与电流源S10相连，另一端接地；电阻R10与二极管D11为并联式级联，电流源S10与RFIN输入端口之间通过电阻R10连接，其中电阻R10起着隔离直流信号与射频信号的作用。功率放大电路由功率管Q10、电感L10和输出匹配电路1构成。
如图3所示，电流源S10和二极管D10为功率放大器提供偏置电压，即二极管D10的阳极A点电压被钳位在一定值，为后级功率放大器的功率管Q10提供一定的偏置电压，电阻R10将通过直流源S10的直流信号与RFIN端输入的射频信号隔离开，避免两信号之间相互串扰。该功率放大器线性度改善的原理是：利用二极管的非线性特性，通过调节二极管D11的工作状态，使从RFIN端输入的原始射频信号产生与功率放大器相反的失真特性，以达到线性化的目的。在交流状态下，二极管可近似为电阻与电容的并联。等效电路如图4所示，其中Rd是二极管并联等效电阻，Cj是二极管的结电容。随着输入信号的增大，二极管的等效电阻Rd会增大，给线性度补偿电路带来幅度上的增益和相位上的提前，会产生与功率放大器相反的幅度-幅度失真特性和幅度-相位失真特性，从而补偿功率放大器部分所产生的非线性失真。
图5是本实施例二的原理图，该实施例二与实施例一的区别在于，将图3中的二极管D10与D11换成PNP型的半导体三级管。如图5所示，其中三级管D20的集电极与基级短接构成二极管，与电流源S20相连于B节点，发射级接地，三级管D20的集电极B节点处被钳位在一定电压值，为后级功率放大器提供偏置电压。三级管D21的集电极与基级短接，其发射级与后级功率放大器的RFIN输入端相连，利用三级管的非线性特性，使输入的原始射频信号产生与后级功率放大器相反的幅度-幅度失真特性和幅度-相位失真特性，来补偿信号通过后级功率放大器所产生的非线性失真。实施例二图5具体工作原理与实施例一图3所示方案相同，在此不再赘述。
图6是本实施例三的原理图，该实施例与实施例二的区别在于，将图中的PNP型三极管D20与D21均换成NMOS管。实施例图6工作原理与实施例一中图3所示方案相同，在此不再赘述。
实际上，本发明所述电路中，实施例一中二极管D10可用基级和集电极短接的NMOS管和BJT管（N型或P型均可）代替，二极管D11可采用基级和集电极短接的NMOS管、PMOS管和BJT管（N型或P型均可），均可实现该电路功能，在此不再一一列举。
以上仅为本发明较优选的实施例，需说明的是，在未脱离本发明构思前提下对其所做的任何微小变化及等同替换，均应属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种改善功率放大器线性度的电路，包括功率放大器电路，其特征在于：所述功率放大器电路前端设有线性度补偿电路；所述线性度补偿电路包括一电流源、一电压钳位晶体管、一状态补偿晶体管以及隔离电阻；所述电流源与电压钳位晶体管串联接地，为功率放大器电路提供偏置电压；
所述隔离电阻串联在电流源与功率放大器电路信号输入端之间；
所述状态补偿晶体管串联在电流源与功率放大器电路信号输入端之间；
所述电压钳位晶体管采用二极管，该二极管正极接电流源、负极接地；所述状态补偿晶体管采用二极管，该二极管正极接电流源、负极接功率放大器电路信号输入端；
或者，所述电压钳位晶体管采用三极管，该三极管集电极与基极连接在一起并连接电流源、发射极接地；所述状态补偿晶体管采用三极管，该三极管集电极与基极连接在一起并连接电流源、发射极接功率放大器电路信号输入端；
或者，所述电压钳位晶体管采用NMOS管，该NMOS漏极与栅极连接在一起并连接电流源、源极接地；所述状态补偿晶体管采用三极管，该NMOS漏极与栅极连接在一起并连接电流源、源极接功率放大器电路信号输入端。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于：还包括滤波电容，所述滤波电容一端与电流源相连，另一端接地。
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