CN103873077A

CN103873077A - 用于检测将由功率放大器放大的信号的包络的包络检测器和方法

Info

Publication number: CN103873077A
Application number: CN201310757143.2A
Authority: CN
Inventors: K·杜夫雷内; H·普雷特尔; P·奥斯曼
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Intel Deutschland GmbH
Priority date: 2012-12-11
Filing date: 2013-12-11
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2033-12-11
Also published as: CN103873077B; US20140162576A1; DE102013020902A1; US8781414B2

Abstract

本公开涉及一种用于检测将由功率放大器放大的信号的包络的包络检测器和方法，其中，包络检测器包络包括接收表示将由功率放大器放大的信号的幅度的数字输入信号的输入端。一种电路被提供以便基于数字输入信号生成模拟包络信号。所述包络检测器包括用于输出所述模拟包络信号的输出端。

Description

用于检测将由功率放大器放大的信号的包络的包络检测器和方法

技术领域

本公开属于移动通信领域，并且更具体地涉及一种功率放大器中包络检测的设备和方法。

背景技术

为了改进放大器的性能，例如提升功率放大器(PA)的线性度(如与三阶互调失真相关的放大器ACLR(相邻信道泄漏比)性能)，某种功率放大器的线性化可以被应用。这种功率放大器的线性化可通过应用预失真方法或通过应用模拟包络或二次谐波注入方法来获得。然而，实现这些方法可能使整个系统复杂化。

发明内容

一种包络检测器，包括：输入端，被配置成接收表示将由功率放大器放大的信号的幅度的数字输入信号；电路，用于基于所述数字输入信号生成模拟包络信号；以及输出端，被配置成输出所述模拟包络信号。

附图说明

图1示出了示例性移动通信装置的框图；

图2示出包括嵌入式预失真器的IQ调制器基站发射机的排列的示例；

图3示出包络注入方法的示意性表示；

图4示出包括继之以单独功率放大器的小型信号RF-DAC(RF数模转换器)的电路的总体框图；

图5示出包括被合并到一个模块中的RF-DAC和功率放大器的电路；

图6示出包括基于表示将被放大的信号的幅度的数字输入信号进行操作的包络检测器示例的示例性发射机；以及

图7示出发射机中的包络检测器的另一示例。

具体实施方式

图1示出了示例性移动通信装置100的框图，所述移动通信装置100包括数字基带处理器102、以及耦合到所述基带处理器102和天线端口106的RF前端104。提供天线端口106以允许天线108连接到移动通信装置100。基带处理器102生成将经由天线108传送的信号，所述信号被转发(forward)至RF前端104，所述RF前端104生成输出到天线端口106的传送信号以便经由天线108传送。RF前端104也可经由天线端口106接收来自天线108的信号，并且把相应的信号提供给基带处理器102以便处理所接收的信号。在一实施例中，下文中进一步详细描述的设备和方法可以实现在基带处理器102中，例如，在操作数据信号以便生成到RF前端104的相应输入信号的处理器中，和/或在RF前端104中，如在用于基于从基带处理器接收的输入信号生成在天线端口106处输出的传送信号的极坐标发射机中。

移动通信装置100可以是便携式移动通信装置，并可被配置成依据移动通信标准与其他通信装置(如移动通信网络的基站或其他移动通信装置)执行声音和/或数据通信。移动通信装置可以包括移动手持装置(诸如，移动手机或智能电话)、平板PC、宽带调制解调器、膝上电脑、笔记本电脑、路由器、交换机、中继器(repeater)或PC。此外，移动通信装置100可以是通信网络的基站。

为了提高放大器(例如，功率放大器)的性能，可例如通过应用适合的PA线性化方法提升其线性度。一种方法是基于把输入信号的包络注入到功率放大器的偏置网络，这通常导致依赖于输入信号包络的修改。这种方法可应用到外部的功率放大器和集成的功率放大器。

使用预失真的方法或使用模拟包络或二次谐波(H2)注入的方法可以线性化功率放大器。图2示出IQ调制器基站发射机150的排列的示例，其中基站发射机150包括嵌入式预失真器152、IQ调制器154、功率放大器156和天线158。预失真器152从在数字笛卡尔(Cartesian)域中操作的基带处理器(未示出)接收I信号和Q信号，并且把预失真的I信号和Q信号输出到调制器154。调制器154进一步接收LO信号并且包括混合器M₁和M₂，以便通过把所述预失真的I信号和预失真的Q信号与所述LO信号(本地振荡器信号)混合来转换所述预失真的I信号和预失真的Q信号。另外，IQ调制器生成模拟输出信号158，其被施加到功率放大器156以便使用期望的增益来放大所述信号，并且把所放大的信号160输出到天线158。在图2中较下的部分，示出了功率放大器156和预失真器152关于线性输入信号的相应特性。预失真器152以与功率放大器在其非线性操作区域中操作方式相反或互补的方式，把处于较高输入电平的输入信号预失真。所述预失真通常在数模转换之前在数字域中被执行，并且基于包含复合系数的查寻表(LUT)，所述复合系数使能缩放(scaling)和旋转基带信号星座图。当使用极坐标发射机时，能够应用如图2中所图示的相似方法，并且在这种情形中，将被预失真的信号将是从基带处理器获得的幅度信号和相位信号。

预失真方法可以分为静态方法和动态(自适应)方法。静态预失真依据例如独立于各种过程、温度和电源电压的固定公式修改输入信号。自适应预失真使用例如关于温度、过程和电源电压的信息来参数化预失真器传递函数。然而这使整个系统复杂化，特别是就获得过程信息而言，因为这通常需要从所述发射机输出端(在模拟域中)到数字域的某种反馈，例如，必须提供某种反馈接收器。

图3示出包络注入方法的示意性表示。图3中所示的电路包括在输入端(IN-输入)接收将被放大的模拟信号的功率放大器156。所述电路进一步包括包络检测器162，其也在输入端IN接收模拟信号并且从所述模拟信号得出关于幅度的信息。基于这个信息，包络检测器162生成输出信号以便控制功率放大器偏置电路164，所述功率放大器偏置电路164依赖于从包络检测器162接收的控制信号选择或生成施加到功率放大器PA的适当偏置信号166。功率放大器156依据偏置信号166进行操作，以便生成将被施加到天线158的用于传送的放大输出信号160。输入信号IN的瞬时包络(或H2)借助于模拟包络检测器162被检测，并且动态地修改主放大器偏置。这种方法有不利的方面，因为需要提供用于包络检测的模拟有源电路(即，包络检测器162)，这消耗额外的功率。另外，这种方法不直接与采用数字输入信号驱动的功率放大器相兼容。

图4示出包括继之以耦合到天线204的单独功率放大器202(PA)的小型信号RF-DAC200(SS RF-DAC)的电路的总体框图。图4的电路可以在笛卡尔(I/Q)域或极坐标域中操作。当在笛卡尔(I/Q)域中操作时，小型信号RF-DAC200在第一输入端(例如，从基带处理器)接收I信号I<n-1:0>和Q信号Q＜n-1:0>，并且在第二输入端接收第一本地振荡器信号LO+和第二本地振荡器信号LO-。当在极坐标域中操作时，小型信号RF-DAC200在第一输入端接收振幅信号AM<n-1:0>，并且在第二输入端接收相位信号PM<n-1:0>。振幅信号和相位信号可以由基带处理器来提供。

图5示出包括RF-DAC和功率放大器的电路，所述RF-DAC和功率放大器被合并到一个模块中，使得图5中所示的电路可称为功率DAC(PWR-DAC)。所述电路包括RF-DAC206和可耦合到天线204的共发共基放大器缓冲级207。用于控制RF-DAC单元206的信号可基于来自可在极坐标域中操作的基带处理器的信号来提供，从而提供基带信号的振幅分量和相位分量作为输出。振幅分量形成用于相应的RF-DAC单元206的控制信号，其中，可提供多个图5中所述RF-DAC单元206(例如，1024个)。然而，为了清楚起见，在图5中仅绘出了单个单元206。此外，提供由基带处理器提供给本地振荡器源的相位分量以便生成提供给RF-DAC单元206的本地振荡器信号LO、/LO。

在图5的电路中，RF-DAC单元206包括接收来自基带处理器的振幅信号的控制输入端208a和208b以及用于接收LO信号LO、/LO的控制输入端214a和214b。此外，RF-DAC单元206包括用于接收偏置信号的偏置输入端228。RF-DAC单元206包括第一逻辑模块230a和第二逻电路230b(例如，与门)。与门230a接收来自输入端208a和214a的信号，并且生成用于控制耦合在RF-DAC单元206的第一输出端216a和参考电位之间的晶体管T₁的输出信号。同样地，与门230b接收来自输入端208a和214b的信号并且生成用于控制耦合在第二输出端216b和参考电位之间的晶体管T₁’的控制信号。与门230a和230b进一步接收来自偏置输入端228的偏置信号V_BIAS。

共发共基放大器(casecode)缓冲级207包括三级，每一级包括一对晶体管(例如，场效应晶体管)。共发共基放大器缓冲级207可包括第一级中的两个晶体管T₂和T₂’，第二级中的晶体管T₃和T₃’，和第三级中的晶体管T₄和T₄’。三级的第一晶体管T₂到T₄串联连接在RF-DAC单元206的第一输出端216a和共发共基放大器缓冲级207的第一输出端218a之间，并且三级的第二晶体管T₂’到T₄’串联连接在RF-DAC单元206的第二输出端216b和共发共基放大器缓冲级207的第二输出端218b之间。相应级接收用于激活/停用、或者选择相应级的控制信号V_G2到V_G4，使得施加到共发共基放大器缓冲级207的信号由一个或多个所述级放大以便在输出端218a和218b提供相应的放大信号。共发共基放大器缓冲级207在其输出端218a和218b提供差分RF输出信号。出现在共发共基放大器缓冲级207的输出端218a和218b的差分输出信号经由变压器222耦合到RF输出终端224，所述RF输出终端224可以耦合到天线204。例如，图5中所示的电路可用于另一发射机集成步骤，其中RF-DAC电路和PA电路被合并到上文提及的一个模块中(功率DAC模块)。

用于检测包络的设备和方法的示例可与用于放大信号的电路一起使用。将被放大的信号是基于数字信号的，使得数字到RF功率的转换被执行。然而，当包络信息已经包括在数字信号中并且也能够用于线性化目的时，调制信号的包络能够被评估而不需要模拟包络检测器，这将在下面进一步详细描述。

例如，在无线发射机领域中，功率放大器可为包括数字部分的CMOS功率放大器，所述CMOS功率放大器能够与无线发射机链的其余部分集成在相同的管芯上。在这种情形，而且在外部功率放大器(例如，磁耦合到信号处理电路)的情形中，数字到RF功率转换是可能的，这表明了不需要模拟包络检测器而评估调制信号的包络的可能性，更确切地，已包含在数字信号中的信息也用于线性化目的，这将在下面进一步详细描述。

用于检测包络的设备和方法的示例适合于混合信号的功率放大器(如图5中所示的那个)。在这个电路体系结构中，RF数模转换器包含依赖于相位调制LO信号的状态而把其单位电流切换至两个差分分支中的任意一个的单位单元阵列。基于幅度代码字激活每个单位单元。单位电流量用偏置电压Vbias设置。用于图5中相应单位单元206的偏置电压而且用于共发共基放大器缓冲级207的偏置电压可以被动态地调节。

图6示出包括基于表示将被放大信号的幅度的数字输入信号进行操作的包络检测器示例的示例性发射机。发射机300包括极性电源DAC302，其可以包括以上关于图5所描述的共发共基放大器缓冲级207和多个功率放大器输入单位单元206。在图6所示的示例中，极性电源DAC302为如关于图5所绘出和解释的集成极性电源DAC。可替代地，也可以实施如关于图4所描述的电路。功率DAC302与基带处理器304耦合，所述基带处理器304在极坐标域中操作并把相位调制信号PM+和PM-提供给功率DAC302以便生成以上关于图5所描述的本地振荡器信号。此外，振幅信号被提供给电源DAC302。发射机进一步包括功率放大器偏置电路306，其被连接到电源DAC302以便提供用于操作共发共基放大器缓冲级207的偏置信号VG2到VG4，并提供施加到相应单元206的信号Vbias。所述发射机进一步包括耦合在天线226和共发共基放大器缓冲级207的输出端218a和218b之间的输出级308。

另外，发射机300包括包络检测器310。可提供包络检测器310作为发射机300的一部分，然而，需要注意的是也可以提供包络检测器作为与发射机分离的实体。包络检测器310包括输入端312，其耦合到基带处理器304以便接收来自基带处理器的也施加到电源DAC302的幅度信号。包络检测器310基于在输入端312提供的数字输入信号进行操作并且通过把数字输入信号312转换为模拟信号314而生成在包络检测器310的输出端314提供的模拟包络信号。包络检测器310可耦合到PA偏置电路306以便把模拟包络信号施加到这个电路，该电路又基于所述模拟信号来修改将被施加到共发共基放大器缓冲级207和PA输入级(Vbias)的偏置信号。包络检测器310提供允许修改共发共基放大器缓冲级207的操作点(偏置点)的信号，从而改进线性度。包络检测器310利用已在DAC302的输入端提供的数字包络(幅度)信息。

由于不需要在模拟域中检测将被放大的信号的幅度，因此包络检测器310是有利的，即，由于幅度信号作为到DAC302输入易于获得，因此不需要如上述关于图3所描述的模拟包络检测器。这减小了整体包络注入系统的功率消耗。

下面将要描述的包络检测器310的其他示例，例如，为了奇阶非线性度的更好补偿，允许提供数字幅度信号的进一步数字处理。数字幅度信号的数字带宽减小也可以被执行以便减小把数字幅度信号转换到模拟包络信号所需的采样率。

上面描述的包络检测器310可以用于替代数字预失真方法(如上述关于图2所提及的方法)或与上述数字预失真方法一起使用。在数字预失真方法实现为仅静态(没有用于过程变化的自适应)的情形中，针对所述包络注入要被预线性化的功率放大器将需要较小程度上的预失真，这又导致最优传输函数在PVT(过程-电压温-度)上的变化较低。

此外，在图6中已经描述了示例，其中基带处理器304在极坐标域中操作，从而提供相位信号PM+和PM-以及幅度信号。然而，包络检测器310也可用于在IQ调制模式中操作的功率DAC。当使用极坐标模式时，直接由基带处理器提供的幅度信号是易于获得的。在IQ调制模式情形中，到包络检测器310的输入信号312包括I信号和Q信号，另外，所述包络检测器能够基于所述I信号和Q信号评估复合基带信号的幅度。

图7示出发射机300中的包络检测器310的另一个示例。在图7中，已关于图6所描述的发射机的那些单元已关联相同的附图标记并且将不再进行描述。在这个示例中，包络检测器310包括数字信号处理器316、数字低通滤波器318、数模转换器320和模拟低通滤波器322。可以看出，数字信号处理器316连接到输入端312并且接收表示将由发射机结构300放大的基带信号的幅度的输入信号。数字低通滤波器318接收所处理的数字输入信号并且执行低通滤波以及把低通滤波的信号输出给DAC320，DAC320又把模拟信号输出到模拟低通滤波器322，所述模拟低通滤波器322把低通滤波的模拟信号作为模拟包络信号输出给输出端314，然后所述模拟包络信号被提供给PA偏置电路306。如图7中所表示的，模块316、318和322为可用于特定示例的可选模块。更具体地，检测器310可包括所有的模块316、318和322，其中在另一实施例中，它可以仅包括模块316、318、322中的一个或两个。

在图7所绘出的检测器310的示例中，由基带处理器304提供给DAC302的数字幅度信号也被在包络检测器310的输入端312接收。也可提供数字信号处理器316以便数字地预处理数字幅度流，例如，通过执行平方或二次平方操作以更好地补偿奇阶非线性度(例如，三阶非线性度，也可以是更高阶的非线性度)的影响。此外，在基带处理器于笛卡尔(I/Q)域中操作的情形中，DSP316可以被进一步地提供以便接收来自基带处理器的复合基带信号(即，I信号和Q信号)，以及基于这两个信号在数字域中生成幅度信号(幅度=I²+Q²的平方根)。借助于数字低通滤波器318，可以减少从DSP316获得或直接从输入端312获得的幅度信号的带宽，使得其余的操作能够以减小的采样率来执行，从而节约功率。更具体地，当使用数字低通滤波器318时，DAC320可以按减小了的采样率操作，更具体地按(当与DAC302的采样率比较时)被减小的采样率操作，从而减小功率消耗。在数模转换后，产生的模拟信号(其可以是电流或电压)可以由滤波器322进行低通滤波，以衰减高频噪声。为满足关于接收器带中的发射机噪声的需求，低通滤波模拟信号可能是期望的。如以上提及的，模拟信号可馈给到PA偏置电路306并且添加一个或多个静态偏置电压(如电流源偏置电压或共发共基放大器偏置电压)。组合的偏置电压把包络信号有效地注入(修改)到共发共基放大器缓冲级207，从而动态地修改其权重点并改进其线性度。

尽管某些示例已经以设备为背景进行了描述，但清楚的是这些示例也代表相应方法的描述，其中模块或装置对应于方法步骤或方法步骤的特征。类似地，以方法步骤为背景描述的示例也代表相应设备的相应模块或项目或特征的描述。一些或全部的方法步骤可以由(或使用)硬件设备(如微处理器、可编程计算机或电子电路)执行。某个或多个最重要的方法步骤可以由这种设备执行。

上面的描述仅是说明性的，并且可以理解的是在此所描述的结构和细节的修改和变型对于其他本领域技术人员是显然的。因此，其意图仅由随后权利要求的范围来限定，而不是由借助于以上描述和解释所给出的特定细节来限定。

Claims

1.一种包络检测器，包括：

输入端，被配置成接收表示将由功率放大器放大的信号的幅度的数字输入信号；

电路，被配置成基于所述数字输入信号生成模拟包络信号；以及

输出端，被配置成输出所述模拟包络信号。

2.如权利要求1所述的包络检测器，其中，所述电路包括数模转换器DAC。

3.如权利要求2所述的包络检测器，其中，所述DAC被配置成以比所述功率放大器操作的频率低的采样频率进行操作。

4.如权利要求2所述的包络检测器，其中，所述电路包括被连接在所述输入端与所述DAC之间的数字信号处理单元，其中，所述数字信号处理单元被配置成处理所述数字输入信号以补偿与其相关的奇阶非线性度的影响。

5.如权利要求4所述的包络检测器，其中，处理所述数字输入信号包括平方操作或二次平方操作。

6.如权利要求2所述的包络检测器，其中，所述电路包括被连接在所述输入端和所述DAC之间的数字低通滤波器，其中，所述数字低通滤波器被配置成减小数字输入信号的带宽。

7.如权利要求2所述的包络检测器，其中，所述电路包括被连接在所述DAC和所述输出端之间的模拟低通滤波器，其中，所述模拟低通滤波器被配置成低通滤波模拟包络信号以便衰减高频噪声。

8.如权利要求1所述的包络检测器，其中，数字输入信号是将由功率放大器放大的数字信号的至少一部分。

9.如权利要求1所述的包络检测器，其中，将由功率放大器放大的信号基于极坐标域或IQ域中提供的数字信号。

10.如权利要求9所述的包络检测器，其中，数字信号由基带处理器提供。

11.如权利要求9所述的包络检测器，其中，在极坐标域中提供数字信号的情形中，数字输入信号包括极坐标域中的幅度信号。

12.如权利要求9所述的包络检测器，其中，在I/Q域中提供数字信号的情形中，所述数字输入信号包括I信号和Q信号，并且所述电路被配置成基于所述I信号和Q信号确定所述幅度。

13.一种包络检测器，包括：

输入端，被配置成接收表示将由功率放大器放大的数字信号的幅度的数字输入信号，其中，所述数字输入信号是将被放大的所述数字信号的至少一部分；

数字信号处理单元，被连接到所述输入端，并被配置成处理所述数字输入信号；

数字低通滤波器，被连接到数字处理单元，并被配置成减小被处理的数字输入信号的带宽；

数模转换器DAC，被连接到所述数字低通滤波器，并被配置成把被低通滤波的、被处理的数字输入信号转换成模拟信号；

模拟低通滤波器，被连接到所述DAC，并被配置成低通滤波所述模拟信号以便衰减高频噪声；以及

输出端，被连接到所述模拟低通滤波器，并被配置成输出被低通滤波的模拟信号。

14.如权利要求13所述的包络检测器，其中，在极坐标域中提供将被放大的数字信号，并且其中数字输入信号包括数字信号的幅度信号。

15.如权利要求13所述的包络检测器，其中，在I/Q域中提供将被放大的数字信号，其中，数字输入信号包括数字信号的I信号和Q信号，并且其中数字信号处理单元被配置成基于所述I信号和Q信号生成幅度信号。

16.一种电路，包括：

输入端，被配置成接收数字基带信号，所述数字基带信号包括表示将被传送的射频RF输出信号的幅度的数字信号；

一个或多个RF数模转换器RF-DAC，被配置成基于所述数字基带信号生成RF输出信号；以及

包络检测器，被配置成把模拟包络信号提供给所述一个或多个RF-DAC，其中，所述包络检测器包括：

输出端，被配置成输出所述模拟包络信号。

17.如权利要求16所述的电路，进一步包括功率放大器偏置电路，所述功率放大器偏置电路被耦合到所述包络检测器的输出端并且被配置成基于所述模拟包络信号生成功率放大器偏置信号，所述功率放大器偏置电路包括被配置成提供所生成的功率放大器偏置信号的输出端。

18.如权利要求17所述的电路，进一步包括功率放大器，其包括：被配置成从所述RF-DAC接收RF输出信号的输入端；被连接到所述功率放大器偏置电路的输出端的偏置输入端；以及被配置成提供被放大的RF输出信号的输出端。

19.如权利要求16所述的电路，进一步包括预失真级，被配置成在将被提供到电路输入端之前把预定义的失真施加到所述数字基带信号。

20.一种发射机，包括：

输入端，被配置成接收数字基带信号，所述数字基带信号包括表示将被传送的RF输出信号的幅度的数字信号；

一个或多个RF-DAC，被配置成基于所述数字基带信号生成所述RF输出信号；

输入端，被配置成接收表示将由功率放大器放大的信号的幅度的数字基带信号；

电路，被配置成基于数字输入信号生成模拟包络信号；以及

输出端，被配置成输出所述模拟包络信号；

功率放大器偏置电路，被耦合到所述包络检测器的输出端并被配置成基于所述模拟包络信号生成功率放大器偏置信号，所述功率放大器偏置电路包括被配置成提供所生成的功率放大器偏置信号的输出端；以及

功率放大器，包括：被配置成从所述RF-DAC接收所述RF输出信号的输入端；被连接到所述功率放大器偏置电路的输出端的偏置输入端；和被配置成提供被放大的RF输出信号的输出端。

21.如权利要求20所述的发射机，进一步包括被连接到功率放大器的输出端的天线端口，并且所述天线端口被配置成把天线连接到所述功率放大器的输出端。

22.一种用于检测将由功率放大器放大的信号的包络的方法，所述方法包括：

接收表示所述信号的幅度的数字输入信号，其中，所述数字输入信号是将被放大的数字信号的至少一部分；以及

把所述数字输入信号转换为模拟包络信号。

23.如权利要求22所述的方法，其中，转换数字输入信号包括：

处理所述数字输入信号；

减小被处理的数字输入信号的带宽；

把被低通滤波的、被处理的数字输入信号转换成模拟信号；

衰减所述模拟信号中的高频噪声；以及

输出被低通滤波的模拟信号。