CN104836574B - 一种自动对齐的包络跟踪功率放大器结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自动对齐的包络跟踪功率放大器结构，该包络跟踪功率放大器结构是在包络跟踪功率放大器的基础上增加依次连接的输入信号包络检波器、包络产生模块和自动延时对齐模块，使该包络跟踪功率放大器结构构成前馈通路；其中，该自动延时对齐模块包括锁相环电路和可变带宽滤波器，用以校正该前馈通路的延时。本发明可以在单芯片内实现包络跟踪功率放大器，不需要基带支持，从而大大降低了射频发射链路的复杂度，提高了可靠性。

Description

一种自动对齐的包络跟踪功率放大器结构
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，诸如3G、4G通信以及无线局域网中的射频发射机，尤其是一种自动对齐的包络跟踪功率放大器结构，是射频发射机中的重要电路模块。
背景技术
3G、4G移动通信以及无线局域网等高速无线通信技术都采用了高峰均比的调制信号，这导致功率放大器需要回退大量的功率才能满足上述信号的线性度要求。功率回退又导致了功率放大器绝大多数时间都工作在较小输出功率的状态下，因此效率非常低。
为解决该问题，学术界提出了几种基于极坐标发射机的方案，包括包络跟踪方案、包络消除与恢复方案、LINC方案等，其中包络跟踪方案被认为是最具有可行性的，如图1所示。该包络跟踪方案需要在经典射频系统的基础上新增加包络调制器(EnvelopeModulator)，基带输出合适的包络波形，利用包络调制器进行包络跟踪并为功率放大器(PA)供电，同时基带还要通过前馈校正包络信号与射频信号的延时。包络跟踪技术通过调节功率放大器的电源波形以提高其效率，因此在移动通信领域可以延长电池寿命。目前，使用包络跟踪技术后，使用4G LTE制式的手机电池寿命可延长约50％。
然而目前的包络跟踪技术的应用存在以下问题。由于包络跟踪技术使用了前馈，前馈路径的延时对包络跟踪功率放大器的性能影响很大。为校正该延时，包络跟踪功率放大器需要基带算法的支持，因此系统十分复杂，也大大降低了系统的可靠性。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对以上难点，本发明的主要目的在于提供一种自动对齐的包络跟踪功率放大器结构，以在包络跟踪技术的基础上，利用有锁相环电路和滤波器电路组成的自动对齐模块通过负反馈来自动校正前馈支路的延时。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种自动对齐的包络跟踪功率放大器结构，该包络跟踪功率放大器结构是在包络跟踪功率放大器的基础上增加依次连接的输入信号包络检波器、包络产生模块和自动延时对齐模块，使该包络跟踪功率放大器结构构成前馈通路；其中，该自动延时对齐模块包括锁相环电路和可变带宽滤波器，用以校正该前馈通路的延时。
上述方案中，所述自动延时对齐模块与所述包络跟踪功率放大器中的包络调制器构成反馈环路，用以校正包络调制器所产生的延时，其中该锁相环电路用以感应延时的大小并控制该可变带宽滤波器，该可变带宽滤波器连接于所述包络产生模块与该包络调制器之间，用于产生相位差从而抵消该包络调制器所产生的延时。
上述方案中，所述锁相环电路采样该包络调制器的输出信号和该包络产生模块的输出信号并进行相位比较，相位比较后输出的信号用以控制该可变带宽滤波器，从而在该输入信号包络检波器与该包络调制器之间产生相位差，进而由该相位差抵消该包络调制器所产生的延时。其中，所述前馈通路的延时主要由该包络调制器所产生，因而抵消该包络调制器的延时就是消除了前馈通路的延时。
上述方案中，当输入信号带宽变化时，该包络调制器的延时也会变化，因此该锁相环电路的两个输入端信号的相位会不相同，从而导致该锁相环电路的输出变化，使得该可变带宽滤波器的相位超前量变化，最终抵消该包络调制器变化的延时。
上述方案中，输入信号被分为两路，一路输入信号连接于该包络跟踪功率放大器中功率放大器的输入端，另一路输入信号连接于该输入信号包络检波器；进入该输入信号包络检波器的该路输入信号被该输入信号包络检波器进行包络检波，得到的包络由该包络产生模块进行包络整形，整形后的包络经该自动延时对齐模块中的可变带宽滤波器电路进行相位超前，之后输出给该包络跟踪功率放大器中的包络调制器进行包络跟踪，该包络调制器的输出端为该包络跟踪功率放大器中功率放大器供电。
上述方案中，所述输入信号包络检波器包括全波整流电路和低通滤波器，分别对进入该输入信号包络检波器的该路输入信号进行全波整流及低通滤波。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的自动对齐的包络跟踪功率放大器结构，片上实现了延时的自动对齐，不需要复杂的基带算法的支持，大大降低了包络跟踪系统的复杂度，提高了可靠性。
2、本发明提供的自动对齐的包络跟踪功率放大器结构，由于该结构是在功率放大器的电源调制的基础上引入了自动对齐，所以该结构在输出调制信号下效率优于传统的固定电源电压功率放大器。
3、本发明提供的自动对齐的包络跟踪功率放大器结构，由于该结构是基于对功率放大器进行电源调制的，所以在未来调制信号峰均比越来越高，大多数时间里输入信号都比较小的趋势下该结构仍能保证较高的效率。
4、本发明提供的自动对齐的包络跟踪功率放大器结构，由于包络波形可在包络产生模块中自定义产生，所以通过对该模块的优化获得更高的输出线性度。
附图说明
图1是现有技术中包络跟踪方案的结构示意图。
图2是本发明提供的自动对齐的包络跟踪功率放大器结构的框图。
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明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图2所示，图2是本发明提供的自动对齐的包络跟踪功率放大器结构的框图，该包络跟踪功率放大器结构是在现有包络跟踪功率放大器的基础上增加依次连接的输入信号包络检波器(Envelope Detector)、包络产生模块(Envelope Generator)和自动延时对齐模块(Timing Aligner)，使该包络跟踪功率放大器结构构成前馈通路；其中，该自动延时对齐模块包括锁相环电路(Phase Lock Loop)和可变带宽滤波器(Variable HPF)，用以校正该前馈通路的延时。
现有包络跟踪功率放大器包括功率放大器(PA)和包络调制器(EnvelopeModulator)，包络调制器连接于功率放大器的电源端。
请参照图2，自动延时对齐模块与所述包络跟踪功率放大器中的包络调制器构成反馈环路，用以校正包络调制器所产生的延时，其中该锁相环电路用以感应延时的大小并控制该可变带宽滤波器，该可变带宽滤波器连接于所述包络产生模块与该包络调制器之间，用于产生相位差从而抵消该包络调制器所产生的延时。
图2中，锁相环电路采样该包络调制器的输出信号和该包络产生模块的输出信号并进行相位比较，相位比较后输出的信号用以控制该可变带宽滤波器，从而在该输入信号包络检波器与该包络调制器之间产生相位差，进而由该相位差抵消该包络调制器所产生的延时。其中，前馈通路的延时主要由该包络调制器所产生，因而抵消该包络调制器的延时就是消除了前馈通路的延时。
当输入信号带宽变化时，该包络调制器的延时也会变化，因此该锁相环电路的两个输入端信号的相位会不相同，从而导致该锁相环电路的输出变化，使得该可变带宽滤波器的相位超前量变化，最终抵消该包络调制器变化的延时。
请参照图2，输入信号被分为两路，一路输入信号连接于该包络跟踪功率放大器中功率放大器的输入端，另一路输入信号连接于该输入信号包络检波器。进入该输入信号包络检波器的该路输入信号被该输入信号包络检波器进行包络检波，得到的包络由该包络产生模块进行包络整形，整形后的包络经该自动延时对齐模块中的可变带宽滤波器电路进行相位超前，之后输出给该包络跟踪功率放大器中的包络调制器进行包络跟踪，该包络调制器的输出端为该包络跟踪功率放大器中功率放大器供电。
图2中，输入信号包络检波器(Envelope Detector)包括全波整流电路(Full-waveRectifier)和低通滤波器(LPF)，二者分别对进入该输入信号包络检波器的该路输入信号进行全波整流及低通滤波。
下面再次结合图2详细描述本发明提供的自动对齐的包络跟踪功率放大器结构的工作流程：如图2所示，信号支路上的功率放大器(PA)用于射频信号的功率放大。而前馈支路上，输入信号包络检波器对输入信号进行包络检波，之后由包络产生模块对包络进行整形，整形后的包络经过可变带宽滤波器进行相位超前，之后输出给包络调制器进行包络跟踪，包络调制器的输出端为功率放大器供电。包络调制器的输出信号和包络产生模块的输出信号会存在延时，因此这两个信号进入自动延时对齐模块中的锁相环电路(锁相环电路用滤波器电路带通也可)进行相位比较，其输出用于控制可变带宽滤波器的相位超前的量，该相位超前用于校正包络调制器所产生的延时。最终校正的结果是输入信号包络检波器的输出信号与包络调制器的输出信号同相位。
当输入信号带宽变化时，包络调制器的延时也会变化，因此锁相环电路的两个输入端信号的相位会不相同，从而导致锁相环电路的输出变化，使得可变带宽滤波器的相位超前量变化，最终抵消包络调制器变化的延时。
本发明提供的自动对齐的包络跟踪功率放大器结构，由输入的射频信号产生包络，并使用由锁相环电路和可变带宽滤波器构成的自动延时对齐模块在片上实现了前馈支路的信号延时校正，从而实现了延时的自动对齐，不需要复杂的基带算法的支持，大大降低了包络跟踪系统的复杂度，提高了可靠性。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种自动对齐的包络跟踪功率放大器结构，该包络跟踪功率放大器结构是在包络跟踪功率放大器的基础上增加依次连接的输入信号包络检波器、包络产生模块和自动延时对齐模块，使该包络跟踪功率放大器结构构成前馈通路；
其中，该自动延时对齐模块包括锁相环电路和可变带宽滤波器，用以校正该前馈通路的延时；
所述自动延时对齐模块与所述包络跟踪功率放大器中的包络调制器构成反馈环路，用以校正包络调制器所产生的延时；
所述锁相环电路采样该包络调制器的输出信号和该包络产生模块的输出信号并进行相位比较，相位比较后输出的信号用以控制该可变带宽滤波器，从而在该输入信号包络检波器与该包络调制器之间产生相位差，进而由该相位差抵消该包络调制器所产生的延时，使得输入信号包络检波器的输出信号与包络调制器的输出信号同相位，再使用包络调制器为功率放大器供电，从而实现包络跟踪功率放大器结构的延时自动对齐。
2.根据权利要求1所述的自动对齐的包络跟踪功率放大器结构，其中，该锁相环电路用以感应延时的大小并控制该可变带宽滤波器，该可变带宽滤波器连接于所述包络产生模块与该包络调制器之间，用于产生相位差从而抵消该包络调制器所产生的延时。
3.根据权利要求1或2所述的自动对齐的包络跟踪功率放大器结构，其中，当输入信号带宽变化时，该包络调制器的延时也会变化，因此该锁相环电路的两个输入端信号的相位会不相同，从而导致该锁相环电路的输出变化，使得该可变带宽滤波器的相位超前量变化，最终抵消该包络调制器变化的延时。
4.根据权利要求1所述的自动对齐的包络跟踪功率放大器结构，其中，输入信号被分为两路，一路输入信号连接于该包络跟踪功率放大器中功率放大器的输入端，另一路输入信号连接于该输入信号包络检波器；
进入该输入信号包络检波器的该路输入信号被该输入信号包络检波器进行包络检波，得到的包络由该包络产生模块进行包络整形，整形后的包络经该自动延时对齐模块中的可变带宽滤波器电路进行相位超前，之后输出给该包络跟踪功率放大器中的包络调制器进行包络跟踪，该包络调制器的输出端为该包络跟踪功率放大器中功率放大器供电。
5.根据权利要求4所述的自动对齐的包络跟踪功率放大器结构，其中，所述输入信号包络检波器包括全波整流电路和低通滤波器，分别对进入该输入信号包络检波器的该路输入信号进行全波整流及低通滤波。
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