CN104348423B

CN104348423B - 功率放大器

Info

Publication number: CN104348423B
Application number: CN201310329345.7A
Authority: CN
Inventors: 刘渝; 邢昊洋; 黄海; 肖春来
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2013-07-31
Filing date: 2013-07-31
Publication date: 2021-06-01
Anticipated expiration: 2033-07-31
Also published as: CN104348423A

Abstract

本发明公开了一种功率放大器，包括：频率差值计算单元，用于计算单频的参考信号与功率放大器的输入信号的频率差值；第一相位差值计算单元，用于计算单频的参考信号与功率放大器的输入信号的相位差值；调整单元，包括用于根据基于频率差值的第一控制信号来调整功率放大器的输入信号的功率的子单元和用于根据基于相位差值的第二控制信号来调整功率放大器的输入信号的相位的子单元；以及放大单元，用于对调整单元的输出信号进行放大得到功率放大器的输出信号。本发明的功率放大器，能够解决由于功率放大器中的调节器件的频响的非线性导致的输出波形失真，还能消除由于结温变化和电容池的放电导致的输出波形失真。

Description

功率放大器

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，特别涉及功率放大器技术领域。

背景技术

现有的功率放大器会利用闭环反馈的方式，通过计算输出信号与输入信号之间的差值，来控制对输入信号进行调节的器件，从而使得输出信号尽量接近期望值。

然而，由于调节器件的频响是非线性的，输入信号频率的变化会导致上述器件对输入信号的调节值也随之变化。也就是说，上述器件本身会由于输入信号的频率不同而表现出不同的调节值，进而使得功率放大器的输出波形失真。

另外，功率放大器工作过程中，器件的结温会发生改变，这也会导致功率放大器的输出波形失真。

此外，当一个功率放大器用于对输入的脉冲信号进行大增益的放大时，现有技术会采用电容池来予以辅助支持。然而，电容池的放电过程，会导致功率放大器在放大脉冲的过程中，将顶部平坦的输入脉冲波形，变成顶部不够平台的脉冲输出，特别是在一个脉冲持续时间的将要结束部分，输出脉冲的顶部的波形会明显的下降。这也会导致功率放大器的输出波形失真。

因此，现有技术面临功率放大器的输出波形由于上述原因失真的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种功率放大器，以解决现有技术存在的上述问题。

该功率放大器包括频率差值计算单元，用于计算单频的参考信号与功率放大器的输入信号的频率差值；第一相位差值计算单元，用于计算单频的参考信号与功率放大器的输入信号的相位差值；调整单元，包括用于根据基于频率差值的第一控制信号来调整功率放大器的输入信号的功率的子单元和用于根据基于相位差值的第二控制信号来调整功率放大器的输入信号的相位的子单元；以及放大单元，用于对调整单元的输出信号进行放大得到功率放大器的输出信号。

与现有技术相比，本发明提供的功率放大器，能够解决由于功率放大器中的调节器件的频响的非线性导致的输出波形失真，还能消除由于结温变化和电容池的放电导致的输出波形失真。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明的一个实施例的功率放大器的示意图；

图2是根据本发明的另一个实施例的功率放大器的示意图；

图3是根据本发明的又一个实施例的功率放大器的示意图；

图4是根据本发明的再一个实施例的功率放大器的示意图。

在这些附图中，使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步地详细说明。

为简单起见，以下描述中省略了本领域技术人员公知的某些技术特征。

图1是根据本发明的一个实施例的功率放大器100的示意图。放大器100可以包括：

参考信号发生单元101，用于产生单频的参考信号，即：单频正弦波。在具体实现时，对正弦波的频率没有限制。

频率差值计算单元102，用于计算单频的参考信号与功率放大器的输入信号的频率差值。根据本发明的一个实施例，可以采用功率放大器100所在的硬件电路板上能够提供的单频正弦波信号作为该参考信号。根据本发明的另一个实施例，也可以利用参考信号发生单元101产生的单频正弦波作为该参考信号。对正弦波的频率没有限制。计算得到的频率差值可以通过频率差值计算单元102的输出信号的电压大小来反映。根据本发明的一个实施例，频率差值计算单元102可以是加法器或运算放大器。

第一相位差值计算单元103，用于计算参考信号与功率放大器的输入信号的相位差值。在具体实现时，在具体实现时，可以采用功率放大器100所在的硬件电路板上能够提供的单频正弦波信号作为该参考信号，也可以单独设计一个能够产生单频正弦波信号的单元。对正弦波的频率没有限制。该相位差值可以通过第一相位差值计算单元103的输出信号的电压大小来反映。根据本发明的一个实施例，第一相位差值计算单元103可以是加法器或运算放大器。

调整单元104，包括用于根据基于频率差值的第一控制信号来调整功率放大器的输入信号的功率的子单元和用于根据基于相位差值的第二控制信号来调整功率放大器的输入信号的相位的子单元。

对于功率放大器100而言，第一控制信号可以直接采用频率差值计算单元102输出的信号，也可以对该信号进行简单的线性放大以后用作第一控制信号。第二控制信号可以直接采用第一相位差值计算单元103输出的信号，也可以对该信号进行简单的线性放大以后用作第二控制信号。

根据本发明的一个实施例，基于频率差值的第一控制信号来调整功率放大器的输入信号的功率的子单元可以是可变电压衰减器。用于根据基于相位差值的第二控制信号来调整功率放大器的输入信号的相位的子单元可以是移相器。

放大单元105，用于对调整单元的输出信号进行放大得到功率放大器的输出信号。放大单元可以包括MOS场效应管。

由于调整单元104中调整输入信号频率和相位的器件的频响的非线性，会导致的功率放大器的输出波形失真。在本实施例中，通过计算输入信号的频率与单频的参考信号的频率的差值，以及输入信号的相位与单频的参考信号的相位的差值。然后可以利用频率差值来控制调整单元104中的频率调整器件(如：可变电压衰减器)，可以利用相位差值来控制调整单元104中的相位调整器件(如：移相器)。这就很大程度上去除了由于频率调整器件和相位调整器件的频响的非线性导致的功率放大器的输出波形失真。

图2是根据本发明的另一个实施例的功率放大器200的示意图。相对于图1所示的功率放大器100而言，功率放大器200可以进一步包括：

功率差值计算单元201，用于计算功率放大器的输入信号与功率放大器的输出信号的功率差值。在具体实现时，可以分别检测输入信号和输出信号的功率，然后计算功率差值。功率差值计算单元201可以用其输出信号的电压大小来反映该功率差值。根据本发明的一个实施例，功率差值计算单元201可以是加法器或运算放大器。

第二相位差值计算单元202，用于计算功率放大器的输入信号与功率放大器的输出信号的相位差值。在具体实现时，可以分别检测输入信号和输出信号的相位，然后计算相位差值。第二相位差值计算单元202可以用其输出信号的电压大小来反映该相位差值。根据本发明的一个实施例，第二相位差值计算单元202可以是加法器或运算放大器。

在功率放大器200中，基于频率差值的第一控制信号是根据频率差值与功率差值的和产生的。即：根据频率差值计算单元102的输出与功率差值计算单元201的输出的和产生第一控制信号。

在功率放大器200中，基于相位差值的第二控制信号是根据第一相位差值计算单元103输出的相位差值与第二相位差值计算单元202输出的相位差值的和产生的。

功率放大器200通过反馈的手段，将功率放大器的输入与输出信号的频率差值和相位差值反映到了用于控制调整单元104的控制信号中，进一步减小了输入与输出之间的失真。

图3是根据本发明的又一个实施例的功率放大器300的示意图。相对于图2所示的功率放大器200而言，功率放大器300可以进一步包括：

结温测量单元301，用于测量放大单元105中的功率放大器件(如：MOSFET或BJT等)在不同的脉宽和占空比工作条件下的结温。其输出是用电压值表示的结温的大小。

静态工作点调整单元302，用于根据结温测量单元301的输出，调整放大单元105中的功率放大器件的静态工作点。由于结温的变化会导致静态工作点的改变，而静态工作点调整单元302可以根据结温的大小调整静态工作点，保证静态工作点在放大器工作过程中的稳定。具体来说，可以通过调整功率放大器件的静态工作电流，来消除功率放大器件由于节温导致的静态工作电流漂移，以保证功率放大器件的稳定。

功率放大器300的结温测量单元301和静态工作点调整单元302能够消除由于结温变化引起的静态工作电流漂移导致的输出波形失真。

图4是根据本发明的又一个实施例的功率放大器400的示意图。相对于图3所示的功率放大器300而言，功率放大器400可以进一步包括：

第一结温转换单元401，用于将结温测量单元301的输出转换为由于结温导致的功率放大器的输出信号的功率变化值。

第二结温转换单元402，用于将结温测量单元301的输出转换为由于结温导致的所述功率放大器的输出信号的相位变化值。

在功率放大器400中，基于频率差值的第一控制信号是根据频率差值、功率差值、功率变化值三者的和产生的。即：根据频率差值计算单元102的输出、功率差值计算单元201的输出、第一结温转换单元401的输出的和产生第一控制信号。

在功率放大器400中，基于相位差值的第二控制信号是根据第一相位差值计算单元103输出的相位差值、第二相位差值计算单元202输出的相位差值、第二结温转换单元402输出的相位差值三者的和产生的。

功率放大器400的第一结温转换单元401和第二结温转换单元402，能够消除由于电容池的放电导致的输出波形失真。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims

1.功率放大器，其特征是，包括：

频率差值计算单元，用于计算单频的参考信号与功率放大器的输入信号的频率差值；

第一相位差值计算单元，用于计算单频的参考信号与功率放大器的输入信号的相位差值；

调整单元，包括用于根据基于所述频率差值的第一控制信号来调整所述功率放大器的输入信号的功率的功率调整子单元和用于根据基于所述相位差值的第二控制信号来调整所述功率放大器的输入信号的相位的相位调整子单元，所述功率调整子单元包括可变电压衰减器；以及

放大单元，用于对所述调整单元的输出信号进行放大得到功率放大器的输出信号。

2.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征是，所述相位调整子单元是移相器。

3.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征是，包括：

功率差值计算单元，用于计算所述功率放大器的输入信号与所述功率放大器的输出信号的功率差值；

其中：

所述基于所述频率差值的第一控制信号是根据所述频率差值与所述功率差值的和产生的。

4.根据权利要求3所述的功率放大器，其特征是，包括：

第二相位差值计算单元，用于计算所述功率放大器的输入信号与所述功率放大器的输出信号的相位差值；

其中：

所述基于所述相位差值的第二控制信号是根据所述第一相位差值计算单元输出的相位差值与所述第二相位差值计算单元输出的相位差值的和产生的。

5.根据权利要求4所述的功率放大器，其特征是，包括：

结温测量单元，用于测量所述放大单元中的功率放大器件的结温。

6.根据权利要求5所述的功率放大器，其特征是，包括：

静态工作点调整单元，用于根据所述结温测量单元的输出，调整所述放大单元中的功率放大器件的静态工作点。

7.根据权利要求6所述的功率放大器，其特征是，包括：

第一结温转换单元，用于将所述结温测量单元的输出转换为由于结温导致的所述功率放大器的输出信号的功率变化值；

其中：

所述基于所述频率差值的第一控制信号是根据所述频率差值、所述功率差值、所述功率变化值的和产生的。

8.根据权利要求7所述的功率放大器，其特征是，包括：

第二结温转换单元，用于将所述结温测量单元的输出转换为由于结温导致的所述功率放大器的输出信号的相位变化值；

其中：

所述基于所述相位差值的第二控制信号是根据所述第一相位差值计算单元输出的相位差值、所述第二相位差值计算单元输出的相位差值、所述相位变化值的和产生的。

9. 根据权利要求1-8中的任一项所述的功率放大器，其特征是，包括：参考信号发生单元，用于产生所述单频的参考信号。