CN104734647A - 一种放大器系统及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种放大器系统及设备，涉及通信领域，解决现有技术中放大器功放效率不高的问题，该放大器系统包括：顺序连接的至少两级放大器，其中，所述至少两级放大器中第N级放大器的静态工作电流值为第一值调小第一预设倍数后的值，且第N-1级放大器的静态工作电流值为第二值调大第二预设倍数后的值；所述第一值为所述第N级放大器对应的静态工作电流推荐值，N为大于或者等于2的任一整数；所述第二值为所述第N-1级放大器对应的静态工作电流推荐值。本发明的方案在保证功放链路线性的条件下，有效提高了功放效率。

Description

一种放大器系统及设备
技术领域
本发明涉及通信领域，特别涉及一种放大器系统及设备。
背景技术
随着移动通讯的飞速发展，功率放大电路在基站、移动终端中的应用越来越广，级联应用场合愈来愈多，效率和线性指标要求越来越高。如何满足放大电路的线性要求并不断提升效率已经成为功放设计新的挑战。
作为目前业界主流的器件，横向扩散金属氧化物半导体LDMOS场效应管凭借其良好的性能指标、可靠的稳定性等优势已经得到了广泛的应用。而LDMOS场效应管的工作特性之一，是LDMOS的增益特性会随着静态工作电流的变化而变化，即LDMOS场效应管的静态工作电流决定增益形状。图1和图2为不同功率等级的LDMOS场效应管的典型增益曲线。
由LDMOS场效应管增益曲线可以看出，LDMOS场效应管的静态工作电流对其放大特性均有显著的影响，特别是当输入功率较小时。同时，该特性不随LDMOS场效应管功率等级的不同而变化。
目前业界常采用级联LDMOS场效应管以实现功率放大，并对每一级LDMOS场效应管按照推荐静态工作电流设置，以保证各级LDMOS场效应管的大小信号增益一致。虽然此种方式能保证级联放大器的良好线性，但整体链路的效率不高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种放大器系统及设备，在保证功放链路线性的条件下，提高功放效率。
为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种放大器系统，包括：
顺序连接的至少两级放大器，其中，所述至少两级放大器中第N级放大器的静态工作电流值为第一值调小第一预设倍数后的值，且第N-1级放大器的静态工作电流值为第二值调大第二预设倍数后的值；
所述第一值为所述第N级放大器对应的静态工作电流推荐值，N为大于或者等于2的任一整数；
所述第二值为所述第N-1级放大器对应的静态工作电流推荐值。
其中，所述第N放大器为所述至少两级放大器中功率容量最大的放大器。
其中，所述第N级放大器为所述至少两级放大器中位于最后一级的放大器。
其中，所述至少两级放大器均工作在AB类。
其中，所述至少两级放大器均为应用横向扩散金属氧化物半导体LDMOS场效应管的放大器。
其中，所述第一预设倍数及所述第二预设倍数均为0.4至0.6之间的任一数值。
其中，上述放大器系统还包括：
与所述至少两级放大器一一对应连接，用于控制所述放大器稳定性工作的至少两个偏置电路。
其中，所述偏置电路包括：
用于调整所述放大器栅极电压的电压调整单元；
与所述电压调整单元相连的温度补偿单元；
及与所述温度补偿单元相连的稳定性电阻。
其中，上述放大器系统还包括：
与所述至少两级放大器及所述至少两个偏置电路分别连接，用于给所述放大器及所述偏置电路供电的供电网络。
为解决上述技术问题，本发明的实施例还提供一种设备，包括：如上所述的放大器系统。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
本发明实施例的放大器系统，包括顺序连接的至少两级放大器，其中，第N级放大器的静态工作电流值为第一值调小第一预设倍数后的值，第N-1级放大器的静态工作电流值为第二值调大第二预设倍数后的值，其中第一值为第N级放大器对应的静态工作电流推荐值，第二值为第N-1级放大器对应的静态工作电流推荐值，N为大于或者等于2的任一整数。通过灵活配置级联放大器的各级静态工作电流，在保证功放链路线性的条件下，提高了功放效率。
附图说明
图1为现有技术中LDMOS场效应管的典型增益曲线一；
图2为现有技术中LDMOS场效应管的典型增益曲线二；
图3为本发明放大器系统的结构示意图；
图4为现有技术中一放大器系统各级放大器的增益曲线；
图5为现有技术中一放大器系统各级放大器级联后的增益曲线；
图6为本发明放大器系统一具体实施例各级放大器的增益曲线；
图7为本发明放大器系统一具体实施例各级放大器级联后的增益曲线；
图8为本发明放大器系统一具体实施例的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
如图3所示，本发明实施例的放大器系统，包括：
顺序连接的至少两级放大器，其中，所述至少两级放大器中第N级放大器的静态工作电流值为第一值调小第一预设倍数后的值，且第N-1级放大器的静态工作电流值为第二值调大第二预设倍数后的值；
所述第一值为所述第N级放大器对应的静态工作电流推荐值，N为大于或者等于2的任一整数；
所述第二值为所述第N-1级放大器对应的静态工作电流推荐值。
本发明实施例的放大器系统，其中第N级放大器的静态工作电流值C1为第一值X调小第一预设倍数W后的值，第N-1级放大器的静态工作电流值C2为第二值Y调大第二预设倍数Z后的值，具体为C1=X-X*W，C2=Y+Y*Z，其中第一值X为第N级放大器对应的静态工作电流推荐值，第二值Y为第N-1级放大器对应的静态工作电流推荐值，N为大于或者等于2的任一整数。通过灵活配置级联放大器的各级静态工作电流，在保证功放链路线性的条件下，提高了功放效率。
其中，所述第N级放大器为所述至少两级放大器中功率容量最大的放大器。
此时，第N级放大器的静态功耗在整个放大链路中的静态功耗中占比最高，通过调小第N级放大器的静态工作电流，能够降低第N级放大器的静态功耗，从而有效提高放大链路的功放效率。同时通过调大第N-1级放大器的静态工作电流，保证了放大链路总体增益在大小信号时基本一致，保证了放大链路的线性条件。
其中，大小信号是相对于放大器的动态范围来说的信号分类，是两个不同层面或角度上对放大器特性的描述。任何实际器件都不是理想线性的，特别是在其整个动态范围内。如果将信号的范围限制在整个动态范围中相对较小且近似线性的范围内，剥离直流偏置取其微分特性，就得到一个近似的线性模型—即小信号模型，这将有利于分析和设计。但如果信号范围比较大（如接近器件的动态范围），小信号模型就不再奏效，而需考虑大信号（满功率）下的器件特性，大小信号是两个不同场合下使用的参数，两者有一定的关联。
其中，所述第N级放大器为所述至少两级放大器中位于最后一级的放大器，此时，默认情况下第N级放大器的功率容量最大，静态功耗在整个放大链路中的静态功耗中占比最高，通过调小第N级放大器的静态工作电流，能够有效提高放大链路的功放效率。
另外，工作在A类(甲类)的放大器，是指电流连续地流过所有输出器件的一种放大器。工作在B类(乙类)的放大器，是指器件的导通时间为50％的一种放大器。而工作在AB类(甲乙类)的放大器，是指器件的导通时间介于50%到100%之间的一种放大器，因此AB类（甲乙类）工作状态的线性和效率状态介于A类和B类工作状态之间。由于不同的静态工作点可以决定放大器不同的工作状态，因此通过适当调整器件本身的静态工作电流，就可以改变场效应管的工作状态，以达到放大器不同工作状态的变化。
具体的，所述至少两级放大器均工作在AB类。
进一步的，所述至少两级放大器均为应用横向扩散金属氧化物半导体LDMOS场效应管的放大器。
此时，通过调整放大器的静态工作电流，能在各级LDMOS场效应管的大小信号增益一致的条件下，提高功放效率，增加了设备的实用性。且通过合理配置各级增益，能够保证功率的有效传输，减小由于不良匹配导致的功率损耗。
进一步的，所述至少两级放大器中除第N级放大器及第N-1级放大器外的其余各级放大器均工作在各自对应的静态工作电流推荐值下。
此时，在静态工作电流推荐值下，各级放大器的大小信号放大特性一致，级联后的放大特性也一致，保证了整体链路的放大特性不随信号的幅度改变而改变，保证了整体链路的良好线性。
优选的，所述第一预设倍数及所述第二预设倍数均为0.4至0.6之间的任一数值。
此时，假定第N级放大器的静态工作电流推荐值为B毫安，第N-1级放大器的静态工作电流推荐值为A毫安，通过将第N级放大器的静态工作电流值调整为（0.4～0.6）*B毫安，同时将第N-1级放大器的静态工作电流值调整为（1.4～1.6）*A毫安，在保证整体链路线性的条件下，有效提高了功放效率。
以两级级联放大器为例，其中第一级放大器和第二级放大器均为应用LDMOS场效应管的放大器，且均工作在AB类，假定第一级放大器和第二级放大器的功率增益POWER GAIN与输出功率OUTPUT POWER的对应关系曲线分别如图1、图2所示，增益GPS的单位为分贝dB，输出功率Pout的单位为瓦特WATTS。
其中，按照传统调整静态工作电流IDQ的方法，即第一级放大器和第二级放大器分别工作在各自的静态工作电流推荐值下，则第一级放大器PA1的增益与输出的对应关系曲线Gain vs PA1Out和第二级放大器PA2的增益与输出的对应关系曲线Gain vs PA2Out分别如图4所示，此时各级放大器的大小信号放大特性一致，且级联后的放大特性也一致，级联后的增益曲线Gain如图5所示。
其中，按本发明的放大器系统的调整方法，如图6所示，根据LDMOS静态电流对增益曲线的特性，在保持放大链路大小信号增益不变的情况下，将第一级放大器的静态工作电流值调整为第二值调大第二预设倍数后的值，使第一级小信号放大特性改变以及整体增益提高，同时第二级放大器调整为第一值调小第一预设倍数后的值，使得第二级信号增益减小，则调整后的放大链路整体增益仍基本保持一致，如图7所示，保证了整体链路的线性条件。
其中，本发明实施例的放大器系统还可以包括：
与所述至少两级放大器一一对应连接，用于控制所述放大器稳定性工作的至少两个偏置电路。
此时，偏置电路能保证各级放大器的正常工作及稳定性，从而保证放大链路的正常传输。
具体的，所述偏置电路包括：
用于调整所述放大器栅极电压的电压调整单元；
与所述电压调整单元相连的温度补偿单元；
及与所述温度补偿单元相连的稳定性电阻。
此时，电压调整单元能调整放大器的栅极电压，使放大器偏置到合理的状态，且温度补偿单能使放大器保持温度恒定，避免因温度过高而造成的器件损坏，同时稳定性电阻能使放大器保持稳定性工作，从而保证了放大链路的正常传输。
其中，本发明实施例的放大器系统还可以包括：
与所述至少两级放大器及所述至少两个偏置电路分别连接，用于给所述放大器及所述偏置电路供电的供电网络。
另外，偏置电路和供电网络可以分别包括射频单元和低频滤波单元，能够有效防止射频功率对功放管性能产生的影响。
下面对本发明的另一种实施例举例说明如下。
如图8所示，本发明实施例的放大器系统包括顺序连接的两级放大器、与两级放大器一一对应连接的两个偏置电路、与两级放大器及两个偏置电路分别连接的供电网络，其中，偏置电路包括电压调整单元、温度补偿单元及稳定性电阻，第一级放大器和第二级放大器均为应用LDMOS场效应管的放大器，且均工作在AB类，另外，第一预设倍数及第二预设倍数均为0.4至0.6之间的任一数值。假定第一级放大器的静态工作电流推荐值为A1毫安，第二级放大器的静态工作电流推荐值为B1毫安，则第一级放大器的静态工作电流值可以调整为（1.4～1.6）*A1毫安，第二级放大器的静态工作电流值可以调整为（0.4～0.6）*B1毫安。在保证整体链路线性的条件下，有效提高了功放效率。
其中，按本发明放大器系统的调整方法，如图8所示的放大器系统的一种静态工作电流调整情况：假定第一级放大器为应用功放管MRF6S20010N的放大器，第二级放大器为应用功放管MRF6S27050H的放大器。按照供应商推荐，第一级放大器的静态工作电流推荐值A1为50mA，第二级放大器的静态工作电流推荐值B1为480mA，静态工作电流总和为530mA，按预设倍数调整后，第一级放大器的静态工作电流值可以为75mA，第二级放大器的静态工作电流值可以为290mA，静态工作电流总和为365mA。调整前后静态工作电流总和减小了165mA，较调整前的整体静态电流减小了31%，而在回退10dB时，较调整前工作电流减小了90mA，效率提升了近10%。在保证整体链路线性的条件下，有效提高了功放效率。
其中，按本发明的放大器系统的调整方法，如图8所示的放大器系统的另一种静态工作电流调整情况：假定第一级放大器的静态工作电流推荐值A1为50mA，第二级放大器的静态工作电流推荐值B1为500mA，在保证整体链路增益基本不变的条件下，第一级放大器的静态工作电流值可以调整为75mA，第二级放大器的静态工作电流值可以调整为300mA。调整后的静态工作电流总和减小了175mA，比原有静态工作电流总和减小了约30%，此时，在高回退的应用条件下，放大链路的功放效率也有较大提升，如在10dB回退时，工作电流大概能有10%左右的降低，在保证整体链路线性的条件下，有效提高了功放效率。
本发明实施例的放大器系统，在不增加电路复杂度的基础上，且保证功放链路线性的条件下，通过灵活配置级联放大器的各级静态工作电流，有效提高了功放效率，且具有相当的灵活性、简洁性和适用性，成本低廉，可广泛应用于各种放大器的技术设计中。
由于本发明实施例的放大器系统应用于设备，因此，本发明实施例还提供了一种设备，包括：如上述实施例中所述的放大器系统。其中，上述放大器系统的所述实现实例均适用于该设备的实施例中，也能达到相同的技术效果。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种放大器系统，其特征在于，包括：
顺序连接的至少两级放大器，其中，所述至少两级放大器中第N级放大器的静态工作电流值为第一值调小第一预设倍数后的值，且第N-1级放大器的静态工作电流值为第二值调大第二预设倍数后的值；
所述第一值为所述第N级放大器对应的静态工作电流推荐值，N为大于或者等于2的任一整数；
所述第二值为所述第N-1级放大器对应的静态工作电流推荐值。
2.根据权利要求1所述的放大器系统，其特征在于，所述第N放大器为所述至少两级放大器中功率容量最大的放大器。
3.根据权利要求1所述的放大器系统，其特征在于，所述第N级放大器为所述至少两级放大器中位于最后一级的放大器。
4.根据权利要求1所述的放大器系统，其特征在于，所述至少两级放大器均工作在AB类。
5.根据权利要求1所述的放大器系统，其特征在于，所述至少两级放大器均为应用横向扩散金属氧化物半导体LDMOS场效应管的放大器。
6.根据权利要求1所述的放大器系统，其特征在于，所述第一预设倍数及所述第二预设倍数均为0.4至0.6之间的任一数值。
7.根据权利要求1所述的放大器系统，其特征在于，还包括：
与所述至少两级放大器一一对应连接，用于控制所述放大器稳定性工作的至少两个偏置电路。
8.根据权利要求7所述的放大器系统，其特征在于，所述偏置电路包括：
用于调整所述放大器栅极电压的电压调整单元；
与所述电压调整单元相连的温度补偿单元；
及与所述温度补偿单元相连的稳定性电阻。
9.根据权利要求7所述的放大器系统，其特征在于，还包括：
与所述至少两级放大器及所述至少两个偏置电路分别连接，用于给所述放大器及所述偏置电路供电的供电网络。
10.一种设备，其特征在于，包括：如权利要求1-9任一项所述的放大器系统。
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