CN110798155A - 一种功率放大器am-pm失真校正电路及方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种功率放大器AM‑PM失真校正电路及方法，PA的第一信号输入端与校准移相器的信号输出端电连接，PA的信号输出端与鉴相器的第一信号输入端电连接，鉴相器的信号输出端与电容器阵列的第一信号输入端电连接，电容器阵列的信号输出端与校准移相器的第一信号输入端电连接，电容器阵列中设置有多组电容，不同电容对应不同的校准环路稳定电压。通过切换电容阵列，可以实现在不同幅度时控制电压能够迅速切换到使PA的相移被完全补偿时的电压，实现前馈效果，避免了每次幅度切换时重新稳定引起的相位误差。鉴相器可以在宽频带工作，能够实现宽频带覆盖。在模拟域上完成校准功能，数字部分辅助开关切换，降低了系统的复杂度。

Description

一种功率放大器AM-PM失真校正电路及方法
技术领域
本申请涉及功率放大器技术领域，具体涉及一种功率放大器AM-PM失真校正电路及方法。
背景技术
在数字功率放大器(DigitalPowerAmplifier，DPA)中，由于末级开关管的非线性和寄生参数会导致输出信号的相位受输出幅度影响。输出相位随输出幅度影响会导致调制信号的质量恶化，误差向量幅度增加。为了解决非线性以及输出幅度和相位之间的相互影响，需要引入数字预失真技术。数字预失真技术会增加系统的复杂性，需要DPA具有高线性度避免数字预失真的需要。
现有技术中为了实现失真校正，为了实现对电路的补偿，有以下几种方案。如图1采用基于变压器的AM-PM补偿电路。如图1所示，变压器原边串联在驱动放大器的输入。输入信号幅度小时MSW不导通，变压器次边没有电流，原边电感量较大。输入信号幅度大时MSW导通，次边有电流，使得原边的电感量减小，驱动放大器输入相位提前，补偿了驱动和功率放大级在大幅度时的相位滞后。如图2增加P型变容二极管的方式。P型变容二极管的容值随输入信号功率变化，趋势与后级NMOS放大电路的趋势相反。补偿了后级NMOS放大电路输入电容随幅度的变化。避免因放大电路输入电容变化导致的AM-PM失真。如图3通过改变数字PA开关单元的结构。在上管(M3、M4)的源极和漏极之间并联电容，同时在单元关闭时降低上管栅极电压。使得PA的输出电容值在单元打开和关闭时保持不变。
但是现有技术使用无源电路，需要进行比较精确的设计，同时无源补偿电路的特性难以在宽频带内与PA的特性匹配，使得在宽带时补偿电路设计困难。技术一、二在PA输入增加电路根据输入幅度进行补偿，因此只适用于模拟PA。数字PA因输入幅度不变，无法使用此方法。技术三适用于数字PA，但因为在单元关断时需要降低栅极电压，使得栅极漏极之间的电压差增加，可靠性差。
发明内容
本申请为了解决上述技术问题，提出了如下技术方案：
第一方面，本申请实施例提供了一种功率放大器AM-PM失真校正电路，包括功率放大器PA，所述PA的第一信号输入端与校准移相器的信号输出端电连接，所述PA的信号输出端与鉴相器的第一信号输入端电连接，所述鉴相器的信号输出端与电容器阵列的第一信号输入端电连接，所述电容器阵列的信号输出端与所述校准移相器的第一信号输入端电连接，所述电容器阵列中设置有多组电容，不同电容对应不同的校准环路稳定电压。
采用上述实现方式，通过切换电容阵列，可以实现在不同幅度时控制电压能够迅速切换到使PA的相移被完全补偿时的电压，实现前馈效果。避免了每次幅度切换时重新稳定引起的相位误差。鉴相器可以在宽频带工作，能够实现宽频带覆盖。同时，反馈电路能够补偿因温度等原因导致的相位缓慢变化。在模拟域上完成校准功能，数字部分辅助开关切换，避免了常规DPD中复杂的采样及计算电路，降低了系统的复杂度。
结合第一方面，在第一方面第一种可能的实现方式中，所述鉴相器与所述电容器阵列之间设置有跨导放大器OTA，所述OTA的两端分别与所述鉴相器的信号输出端和所述电容器阵列的第一信号输入端电连接。
结合第一方面第一种可能的实现方式，在第一方面第二种可能的实现方式中，所述电容器阵列与所述校准移相器之间设置有缓冲放大器，所述缓冲放大器的两端分别与所述电容器阵列的信号输出端和所述校准移相器的第一信号输入端电连接。
结合第一方面第二种可能的实现方式，在第一方面第三种可能的实现方式中，所述PA的第二信号输入端和所述电容器阵列的第二信号输入端用于接收幅度控制码。
结合第一方面第三种可能的实现方式，在第一方面第四种可能的实现方式中，所述电容器阵列包括第一多路复用器、第二多路复用器和多个电容，多个所述电容独立设置，所述电容的第一端分别与所述第一多路复用器的第一端和所述第二多路复用器的第一端电连接，所述电容的第二端接地，所述第一多路复用器的第二端与所述OTA的信号输出端电连接，所述第二多路复用器的第二端与所述缓冲放大器的信号输入端电连接。
结合第一方面第四种可能的实现方式，在第一方面第五种可能的实现方式中，所述第一多路复用器和所述第二多路复用器均与一译码器电连接，所述译码器用于向所述第一多路复用器和所述第二多路复用器输出选择信号。
结合第一方面第五种可能的实现方式，在第一方面第六种可能的实现方式中，所述移相器的第二信号输入端与信号发生器电连接，所述移相器用于将所述信号发生器产生的调相信号进行相位处理后发送给所述PA。
结合第一方面第六种可能的实现方式，在第一方面第七种可能的实现方式中，所述鉴相器的第二信号输入端与所述信号发生器电连接，所述鉴相器用于比较所述PA的输入信号和所述输出信号的相位差。
第二方面，本申请实施例提供了一种功率放大器AM-PM失真校正方法，采用第一方面或第一方面任一实现方式所述的功率放大器AM-PM失真校正电路，所述方法包括：鉴相器比较PA的输出信号和输入信号的相位差；将所述相位差转换为电压信号输入到电容器阵列；所述电容器阵列输出电压控制校准移相器进行相位补偿。
结合第二方面，在第二方面第一种可能的实现方式中，所述电容器阵列输出电压控制校准移相器进行相位补偿包括：不同的选择信号经译码器控制多路复用器选中不同的电容；第一多路复用器和第二多路复用器分别控制与跨导放大器和缓冲放大器之间的连接；反馈环路调整电容上的电压值直到输出与参考信号同相或存在固有的相位差。
附图说明
图1为传统技术中基于变压器的AM-PM补偿电路的结构示意图；
图2为传统技术中基于P型变容二极管的AM-PM补偿电路的结构示意图；
图3为传统技术中改变数字PA开关单元补偿电路的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的一种功率放大器AM-PM失真校正电路的结构示意图；
图5为本申请实施例提供的一种电容器阵列的结构示意图；
图6为本申请实施例提供的一种功率放大器AM-PM失真校正方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本方案进行阐述。
图4为本申请实施例提供的一种功率放大器AM-PM失真校正电路的结构示意图，参见图4，本实施例中的校正电路包括：功率放大器PA、校准移相器1、鉴相器2和电容器阵列。
所述PA的第一信号输入端与校准移相器的信号输出端电连接，所述PA的信号输出端与鉴相器的第一信号输入端电连接。
所述鉴相器与所述电容器阵列之间设置有跨导放大器OTA，所述OTA的两端分别与所述鉴相器的信号输出端和所述电容器阵列的第一信号输入端电连接。所述跨导放大器OTA可以实现将所述鉴相器输出的电压信号转换为电流信号，然后发送给电容器阵列。
所述电容器阵列与所述校准移相器之间设置有缓冲放大器，所述缓冲放大器的两端分别与所述电容器阵列的信号输出端和所述校准移相器的第一信号输入端电连接。缓冲放大器通常是1：1的放大器，它没有放大信号，而是起到阻抗匹配的作用，减小信号失真、抗干扰，比如：射极跟随器，就是典型的缓冲放大器。
所述电容器阵列中设置有多组电容，不同电容对应不同的校准环路稳定电压。具体地，参见图5，所述电容器阵列包括第一多路复用器、第二多路复用器和多个电容，多个所述电容独立设置，所述电容的第一端分别与所述第一多路复用器的第一端和所述第二多路复用器的第一端电连接，所述电容的第二端接地，所述第一多路复用器的第二端与所述OTA的信号输出端电连接，所述第二多路复用器的第二端与所述缓冲放大器的信号输入端电连接。
本申请实施例中，所述PA的第二信号输入端和所述电容器阵列的第二信号输入端用于接收幅度控制码。所述第一多路复用器和所述第二多路复用器均与一译码器电连接，所述译码器用于向所述第一多路复用器和所述第二多路复用器输出选择信号。本申请实施例中的选择信号由当前幅度控制码通过截取高位等特定方式产生，并同步变化。
不同的选择信号经译码控制多路复用器选中不同的电容，两个多路复用器分别控制与跨导放大器和缓冲放大之间的连接。电容阵列中的每个电容存储特定范围ACW值时校准环路的稳定电压，选中的电容接入校准回路使得电压迅速达到稳定值，未选择的电容则保持稳定时电压不变。
所述移相器的第二信号输入端与信号发生器电连接，所述移相器用于将所述信号发生器产生的调相信号进行相位处理后发送给所述PA。所述鉴相器的第二信号输入端与所述信号发生器电连接，所述鉴相器用于比较所述PA的输入信号和所述输出信号的相位差。
由上述实施例可知，本申请实施例提供的一种功率放大器AM-PM失真校正电路，通过切换电容阵列，可以实现在不同幅度时控制电压能够迅速切换到使PA的相移被完全补偿时的电压，实现前馈效果。避免了每次幅度切换时重新稳定引起的相位误差。鉴相器可以在宽频带工作，能够实现宽频带覆盖。同时，反馈电路能够补偿因温度等原因导致的相位缓慢变化。在模拟域上完成校准功能，数字部分辅助开关切换，避免了常规DPD中复杂的采样及计算电路，降低了系统的复杂度。
与上述实施例提供的一种功率放大器AM-PM失真校正电路相对应，本申请还提供了一种功率放大器AM-PM失真校正方法的实施例，参见图6，所述方法包括：
S101，鉴相器比较PA的输出信号和输入信号的相位差。
由于鉴相器的第二信号输入端接收到所述PA的原始输入调相信号，而且鉴相器的第一信号输入端与PA的信号输出端又相连接，因此鉴相器可以获取经过PA前后的调相信号，进而比较PA输出相位与输入信号的相位差。
S102，将所述相位差转换为电压信号输入到电容器阵列。
具体地，由于电容器阵列与所述鉴相器之间设置有跨导放大器OTA，因此鉴相器将所述相位差转换为电压信号传输给导放大器OTA。输出电压经跨导放大器OTA转换为电流信号输入电容器阵列。
S103，所述电容器阵列输出电压控制校准移相器进行相位补偿。
具体地，不同的选择信号经译码器控制多路复用器选中不同的电容，第一多路复用器和第二多路复用器分别控制与跨导放大器和缓冲放大器之间的连接，电容阵列的输出电压经缓冲放大后控制校准移相器进行相位补偿，反馈环路调整电容上的电压值直到输出与参考信号同相或存在固有的相位差。
本申请实施例中，由于刚上电时电容器阵列内电容的电压无法确定，需要进行清零操作，并等待工作达到稳定状态。具体地，对电容器阵列中所有电容进行放电，按照幅度控制码切换电容阵列，当所述电容器阵列达到稳定状态时，电容器阵列初始化完成。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本申请未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本申请的技术方案并非是对本申请的限制，如来替代，本申请仅结合并参照优选的实施方式进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本申请的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本申请的宗旨，也应属于本申请的权利要求保护范围。

Claims (10)

1.一种功率放大器AM-PM失真校正电路，其特征在于，包括功率放大器PA，所述PA的第一信号输入端与校准移相器的信号输出端电连接，所述PA的信号输出端与鉴相器的第一信号输入端电连接，所述鉴相器的信号输出端与电容器阵列的第一信号输入端电连接，所述电容器阵列的信号输出端与所述校准移相器的第一信号输入端电连接，所述电容器阵列中设置有多组电容，不同电容对应不同的校准环路稳定电压。
2.根据权利要求1所述的功率放大器AM-PM失真校正电路，其特征在于，所述鉴相器与所述电容器阵列之间设置有跨导放大器OTA，所述OTA的两端分别与所述鉴相器的信号输出端和所述电容器阵列的第一信号输入端电连接。
3.根据权利要求2所述的功率放大器AM-PM失真校正电路，其特征在于，所述电容器阵列与所述校准移相器之间设置有缓冲放大器，所述缓冲放大器的两端分别与所述电容器阵列的信号输出端和所述校准移相器的第一信号输入端电连接。
4.根据权利要求3所述的功率放大器AM-PM失真校正电路，其特征在于，所述PA的第二信号输入端和所述电容器阵列的第二信号输入端用于接收幅度控制码。
5.根据权利要求4所述的功率放大器AM-PM失真校正电路，其特征在于，所述电容器阵列包括第一多路复用器、第二多路复用器和多个电容，多个所述电容独立设置，所述电容的第一端分别与所述第一多路复用器的第一端和所述第二多路复用器的第一端电连接，所述电容的第二端接地，所述第一多路复用器的第二端与所述OTA的信号输出端电连接，所述第二多路复用器的第二端与所述缓冲放大器的信号输入端电连接。
6.根据权利要求5所述的功率放大器AM-PM失真校正电路，其特征在于，所述第一多路复用器和所述第二多路复用器均与一译码器电连接，所述译码器用于向所述第一多路复用器和所述第二多路复用器输出选择信号。
7.根据权利要求6所述的功率放大器AM-PM失真校正电路，其特征在于，所述移相器的第二信号输入端与信号发生器电连接，所述移相器用于将所述信号发生器产生的调相信号进行相位处理后发送给所述PA。
8.根据权利要求7所述的功率放大器AM-PM失真校正电路，其特征在于，所述鉴相器的第二信号输入端与所述信号发生器电连接，所述鉴相器用于比较所述PA的输入信号和所述输出信号的相位差。
9.一种功率放大器AM-PM失真校正方法，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的功率放大器AM-PM失真校正电路，所述方法包括：
鉴相器比较PA的输出信号和输入信号的相位差；
将所述相位差转换为电压信号输入到电容器阵列；
所述电容器阵列输出电压控制校准移相器进行相位补偿。
10.根据权利要求9所述的功率放大器AM-PM失真校正方法，其特征在于，所述电容器阵列输出电压控制校准移相器进行相位补偿包括：
不同的选择信号经译码器控制多路复用器选中不同的电容；
第一多路复用器和第二多路复用器分别控制与跨导放大器和缓冲放大器之间的连接；
反馈环路调整电容上的电压值直到输出与参考信号同相或存在固有的相位差。
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