CN105811893A - 一种包络跟踪射频功率放大器的电路结构 - Google Patents

一种包络跟踪射频功率放大器的电路结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种包络跟踪射频功率放大器的电路结构，电路结构包括电源调制器，低频段放大器模块和高频段放大器模块，电源调制器连接低频段放大器模块，高频段和低频段放大器模块均由低功率和高功率放大器并联组成，所有功率放大器共连共用一个可重构式输出匹配网络。该结构实现了一种高效率且适用于多模多频的射频功率放大器，本发明结合数字信号处理技术、开关切换技术和可重构技术，提高了功率放大器的整体效率、线性度和集成度。本发明采用数字预失真校准的信号处理技术和差分堆叠式功率放大器结构来提高线性度，从而实现满足3G/4G的高线性度要求而效率也保持在较高水平。

Description

一种包络跟踪射频功率放大器的电路结构
技术领域
本发明涉及一种放大器电路，尤其涉及一种射频功率放大器的电路。
背景技术
射频功率放大器是各种无线通信设备不可缺少的重要组成部分，能将微弱的信号通过无失真地放大，并通过天线辐射出去。随着无线通信技术的发展，智能移动手机得到迅猛的发展，且需要满足广大用户高速数据流的用户体验。因此，现代移动通信系统大多采用高频谱效率的调制方式，如QPSK和OFDM等，典型的代表为3G和4G移动通信技术，而此类信号具有较高的均峰比，因此，当射频功率放大器工作于功率回退区时，效率较低。随着全球化的不断演进，为满足不同地区的用户的需求，智能手机必须满足多模多频的要求，例如，一台手机能同时在两个不同网络制式的工作环境下使用，这对射频功率放大器的设计提高了严峻的挑战。在中国专利201510219484.3中，提出了一种自动对齐的包络跟踪功率放大器结构，该结构采用单级的包络调制器、检波器和延时电路，因此该电路结构较为复杂，且体积庞大。另外，该结构并不能较好地实现对反馈信号进行实现补偿和校准。
发明内容
在中国专利201510219484.3中，提出了一种自动对齐的包络跟踪功率放大器结构，该结构采用单级的包络调制器、检波器和延时电路，因此该电路结构较为复杂，且体积庞大。另外，该结构并不能较好地实现对反馈信号进行实现补偿和校准。本发明以第四代无线通信LTE-FDD-A/TD-LTE-A为主，同时向后兼容LTE-FDD/TD-LTE(3.9G)、WCDMA/TD-SCDMA(3G)、GSM/EDGE(2G)，结合数模混合式的独特的电路架构，提供一种面向智能手机等移动智能终端的高性能、高集成度的多模多频射频功率放大器的电路结构，其通过以下技术方案实现：
一种包络跟踪射频功率放大器的电路结构，所述电路结构包括电源调制器，低频段放大器模块和高频段放大器模块，所述电源调制器连接所述低频段放大器模块，所述高频段和低频段放大器模块均由低功率和高功率放大器并联组成，所有所述功率放大器共连共用一个可重构式输出匹配网络，该输出匹配网络可自动调节负载的阻抗变换比，从而实现每个频率段的最佳输出阻抗。
进一步地，所述电路结构还包括内设DSP处理器的与所述电源调制器相连的数字基带，DSP处理器通过精确估计时延，产生慢转换速率的信号包络和射频信号(同相和正交信号)，减缓包络放大器对转换速率的要求。
进一步地，所述数字基带还包括数字预失真和慢包络控制信号产生电路，来进一步提高功率放大器的整体的线性度。
进一步地，所述电源调制器包括由开关控制的并联的线性包络放大器和开关式包络放大器；在需要高转换速率时，线性包络放大器工作，而开关式包络放大器关断，提高电源调制器的线性度；反之，在所需的转换速率较低时，开关式包络放大器工作，提高电源调制器的效率，从而提高整体效率。
进一步地，所述所有功率放大器均为通过输出端口延迟180度的混合型功率分配器实现信号反相分配与合并的伪差分结构，减小输入输出电压驻波比。
进一步地，所述所有功率放大器均包括采用数字控制的非线性补偿偏置电路，来提高线性度。
本发明还提供一种包含所述包络跟踪射频功率放大器电路结构的多频多模的包络跟踪射频功率放大器电路结构，所述数字基带通过两路D/A转换器、滤波器连接正交调制器并进而通过频率开关分别连接所述低频段放大器模块和高频段放大器模块，所述数字基带通过一路D/A转换器、滤波器连接所述电源调制器；所述数字基带通过一路A/D转换器、滤波器连接下变频调制器并进而连接天线；所述天线与所述包络跟踪射频功率放大器电路的输出匹配网络相连。
多频多模的包络跟踪射频功率放大器电路结构的工作状态分为发射和接收两种；当模组处于发射状态时，数字基带部分一方面根据用户数据自动生成I、Q信号的数字信号，经过D/A转换和低通滤波后，生成I、Q模拟信号，然后经过正交调制器转换成适合传输的高频调制信号，最后，数字基带根据信号频率的高低和调制方式自动切换高/低频率开关和功率开关。另一方面，数据基带部分还根据信号的调制方式，自动生成所需要包络信号的数字信号和切换包络放大器的开关，并通过D/A和低通滤波器转换成模拟包络信号，该包络信号可以控制功率放大器的工作电压。当模组处于接收状态时，接收的信号经天线耦合到下变频调制器，转换后的信号经过带通滤波器和D/A转换到达数字基带部分。
进一步地，所述电源调制器设有带有负温度系数补偿功能的双电阻负反馈纹波消除电路。纹波是电源调制器的一个重要参数，纹波越小，则电路的线性度越高，而DCToDC的转换速度会越小。为了效率和纹波的折中考虑，采用带有负温度系数的双电阻负反馈电路来平滑纹波，而电源调制器的效率设计为80％。
本发明的有益效果：本发明提供一种包络跟踪射频功率放大器的电路结构，该结构实现了一种高效率且适用于多模多频的射频功率放大器，本发明结合数字信号处理技术、开关切换技术和可重构技术，提高了功率放大器的整体效率、线性度和集成度。本发明采用数字预失真校准的信号处理技术和差分堆叠式功率放大器结构来提高线性度，从而实现满足3G/4G的高线性度要求而效率也保持在较高水平。
附图说明
图1是实施例的电路结构图。
图2是实施例的线性包络放大器的电路结构图。
图3是实施例的开关式包络放大器的电路结构图。
图4是实施例的伪差分功率放大器电路结构图。
附图标记说明：图中HP为高功率放大器；LP为低功率放大器。
具体实施方式
本发明的一个较佳实施例，一种包含所述包络跟踪射频功率放大器电路结构的多频多模的包络跟踪射频功率放大器电路结构，包括电源调制器，低频段放大器模块和高频段放大器模块，内设DSP处理器的与所述电源调制器相连的数字基带，所述电源调制器连接所述低频段放大器模块，所述高频段和低频段放大器模块均由低功率和高功率放大器并联组成，所有所述功率放大器共连共用一个可重构式输出匹配网络，所述数字基带还包括数字预失真和慢包络控制信号产生电路。所述电源调制器包括由开关控制的并联的线性包络放大器和开关式包络放大器；在需要高转换速率时，线性包络放大器工作，而开关式包络放大器关断；在所需的转换速率较低时，开关式包络放大器工作。所述所有功率放大器均为通过输出端口延迟180度的混合型功率分配器实现信号反相分配与合并的伪差分结构。所述所有功率放大器均包括设有数字控制的非线性补偿偏置电路。所述数字基带通过两路D/A转换器、滤波器连接正交调制器并进而通过频率开关分别连接所述低频段放大器模块和高频段放大器模块，所述数字基带通过一路D/A转换器、滤波器连接所述电源调制器；所述数字基带通过一路A/D转换器、滤波器连接下变频调制器并进而连接天线；所述天线与所述包络跟踪射频功率放大器电路的输出匹配网络相连。所述射频功率放大器电路结构的工作状态分为发射和接收两种；当模组处于发射状态时，数字基带部分一方面根据用户数据自动生成I、Q信号的数字信号，经过D/A转换和低通滤波后，生成I、Q模拟信号，然后经过正交调制器转换成适合传输的高频调制信号，最后，数字基带根据信号频率的高低和调制方式自动切换高/低频率开关和功率开关。另一方面，数据基带部分还根据信号的调制方式，自动生成所需要包络信号的数字信号和切换包络放大器的开关，并通过D/A和低通滤波器转换成模拟包络信号，该包络信号可以控制功率放大器的工作电压。当模组处于接收状态时，接收的信号经天线耦合到下变频调制器，转换后的信号经过带通滤波器和D/A转换到达数字基带部分。所述电源调制器设有带有负温度系数补偿功能的双电阻负反馈纹波消除电路，而电源调制器的效率设计为80％。
本实施例的电路结构结合数模混合式的独特的电路架构，结合收发机的基带处理器，双路并联的电源调制器，低频双功率射频功率放大器，高频双功率射频功率放大器和可重构式匹配网络，实现了一种高效率且适用于多模多频的射频功率放大器。该电路该射频功率放大器工作于高均峰比调制信号的场合，并能提高射频功率放大器的整体效率。

Claims (8)

1.一种包络跟踪射频功率放大器的电路结构，其特征在于：所述电路结构包括电源调制器，低频段放大器模块和高频段放大器模块，所述电源调制器连接所述低频段放大器模块，所述高频段和低频段放大器模块均由低功率和高功率放大器并联组成，所有所述功率放大器共连共用一个可重构式输出匹配网络。
2.根据权利要求1所述的包络跟踪射频功率放大器的电路结构，其特征在于：所述电路结构还包括内设DSP处理器的与所述电源调制器相连的数字基带。
3.根据权利要求2所述的包络跟踪射频功率放大器的电路结构，其特征在于：所述数字基带还包括数字预失真和慢包络控制信号产生电路。
4.根据权利要求3所述的包络跟踪射频功率放大器的电路结构，其特征在于：所述电源调制器包括由开关控制的并联的线性包络放大器和开关式包络放大器；在需要高转换速率时，线性包络放大器工作，而开关式包络放大器关断，在所需的转换速率较低时，开关式包络放大器工作。
5.根据权利要求4所述的包络跟踪射频功率放大器的电路结构，其特征在于：所述所有功率放大器均为通过输出端口延迟180度的混合型功率分配器实现信号反相分配与合并的伪差分结构。
6.根据权利要求5所述的包络跟踪射频功率放大器的电路结构，其特征在于：所述所有功率放大器均包括设有数字控制的非线性补偿偏置电路。
7.一种包含权利要求5所述的包络跟踪射频功率放大器电路结构的多频多模的包络跟踪射频功率放大器电路结构，其特征在于：所述数字基带通过两路D/A转换器、滤波器连接正交调制器并进而通过频率开关分别连接所述低频段放大器模块和高频段放大器模块，所述数字基带通过一路D/A转换器、滤波器连接所述电源调制器；所述数字基带通过一路A/D转换器、滤波器连接下变频调制器并进而连接天线；所述天线与所述包络跟踪射频功率放大器电路的输出匹配网络相连。
8.根据权利要求7所述的多频多模的包络跟踪射频功率放大器电路结构，其特征在于：所述电源调制器设有带有负温度系数补偿功能的双电阻负反馈纹波消除电路。
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