CN111200404A - 线性度改善系统及线性度改善方法 - Google Patents

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Abstract

一种线性度改善系统及线性度改善方法。线性度改善系统包括信号耦合电路、降频电路及转换电路。信号耦合电路用于耦合部分的输入射频信号。降频电路耦接于信号耦合电路。降频电路用于将输入射频信号降至基带，以输出调制信号。转换电路耦接于降频电路。转换电路用于调整调制信号的相位及功率。输入射频信号及调整后的调制信号输入至放大器电路后，放大器电路输出输出射频信号。

Description

线性度改善系统及线性度改善方法
技术领域
本公开是有关于一种线性度改善系统及线性度改善方法。
背景技术
因应5G时代的来临，为了要达成更高的传输数据量，调制信号的频率宽度必须由LTE的20MHz，进一步提升至100MHz以上更宽的传输带宽。一般而言，功率放大器的输出功率增加时，传输效率虽然有效增加，但信号失真程度也变得严重。基站的功率放大器需要极低的信号失真程度，通常是通过功率回馈(power back-off)技术来达到此目标。然而，此时的功率放大器的效率不佳。
线性度可以反应信号失真程度，若能够较有效改善线性度，将可获得更大的输出功率与效率。尤其是因应5G的宽带时代的来临，更需开发新的宽带线性改善技术。
发明内容
本公开有关于一种线性度改善系统及线性度改善方法，其利用调制信号注入机制，使得传输宽带信号时，可以改善放大器电路的线性度。
根据本公开的一个实施例，提出一种线性度改善系统。线性度改善系统包括信号耦合电路(coupler)、降频电路(down converter)及转换电路(transformer)。信号耦合电路用于耦合部分的输入射频信号。降频电路耦接于信号耦合电路。降频电路用于将输入射频信号降至基带，以输出调制信号。转换电路耦接于降频电路。转换电路用于调整调制信号的相位及功率。输入射频信号及调整后的调制信号输入至放大器电路后，放大器电路输出输出射频信号。
根据本公开的另一实施例，提出一种线性度改善方法。线性度改善方法包括以下步骤。耦合部分的输入射频信号，将输入射频信号降至基带，以输出调制信号。调整调制信号的相位及功率。输入射频信号及调整后的调制信号输入至放大器电路后，输出输出射频信号。
为了对本公开的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举实施例，并配合所附附图详细说明如下：
附图说明
图1图示了线性度曲线的改善情况的示意图。
图2图示了根据一个实施例的线性度改善系统的示意图。
图3图示了根据一个实施例的线性度改善方法的流程图。
图4A～4C说明信号调制的过程。
图5图示了根据另一实施例的线性度改善系统的示意图。
图6图示了根据一个实施例的可调式衰减器的示意图。
图7图示了根据一个实施例的降频电路的示意图。
图8A图示了根据一个实施例的负群时延器的示意图。
图8B图示了根据一个实施例的负群时延器的示意图。
图9图示了放大器电路的示意图。
图10图示了根据另一实施例的线性度改善系统的示意图。
图11图示了根据一个实施例的低通滤波器电路的示意图。
具体实施方式
本公开提出各种实施例来提升功率放大器的线性度。如图1所示，其图示了线性度曲线的改善情况的示意图。如线性度曲线C1所示，线性度与输出功率呈现负相关，输出功率越高，线性度越低。因此，在线性度规范TH之下，线性度曲线C1最佳仅能达到点A的输出功率。经过本公开的改良，线性度曲线C2的线性度恶化的情况可以有效改善。因此，在线性度规范TH下，线性度曲线C2最佳可以达到点B的输出功率。
请参照图2，其图示了根据一个实施例的线性度改善系统100的示意图。线性度改善系统100包括信号耦合电路(coupler)110、降频电路(down converter)120及转换电路(transformer)130。信号耦合电路110耦合输入射频信号RF_IN。降频电路120耦接于信号耦合电路110。转换电路130耦接于降频电路120。放大器电路900耦接于转换电路130及信号耦合电路110，以输出输出射频信号RF_OUT。以下搭配流程图说明各项组件的运作。
请参照图3，其图示了根据一个实施例的线性度改善方法的流程图。首先，在步骤S110中，信号耦合电路110耦合部分的输入射频信号RF_IN后。在此实施例中，信号耦合电路110用于提供0度相位信号与180度相位信号。
接着，在步骤S120中，降频电路120将输入射频信号RF_IN降至基带，以输出调制信号RF_M。在本实施例中，所采用的信号耦合电路110与降频电路120可以减少宽带调制信号的损耗，与一般功率检测器不同。
然后，在步骤S130中，转换电路130调整调制信号RF_M的相位及功率。输入射频信号RF_IN及调整后的调制信号RF_M输入至放大器电路900后，放大器电路900输出上述的输出射频信号RF_OUT。在本实施例中，转换电路130包括负群时延器(negative group delay,NGD)131及基带放大器(baseband amplifier)132。负群时延器131用于调整调制信号RF_M的相位。基带放大器132用于调整调制信号RF_M的功率。在本实施例中，降频电路120、负群时延器131、及基带放大器132依序耦接，而先进行相位的调整，再进行功率的调整。在另一实施例中，也可以是降频电路120、基带放大器132、及负群时延器131依序耦接，而先进行功率的调整，再进行相位的调整。
放大器电路900包括偏压电路(bias circuit)910及放大器920。输入射频信号RF_IN及调制信号RF_M输入至放大器电路900后，输出射频信号RF_OUT的线性度能够较有效提升。
请参照图4A～4C，其说明信号调制的过程。图2的节点(a)输入图4A的混合双频的信号S1、S2时，利用信号耦合电路110将信号S1、S2少量耦合至降频电路120，再经由降频电路120降至基带。此时在图2的节点(b)可产生如于图4B的结果(即信号S1、S2、S3)。接着，通过负群时延器131及基带放大器132将信号S1、S2、S3由图2的节点(b’)注入至放大器电路900的偏压电路910之中。通过负群时延器131与基带放大器132的设计，可以调整适合的相位与功率。放大器电路900具有非线性的特性，于输出端与频率ω1的信号S1、频率ω2的信号S2交互调制而在图2的节点(c)产生频率2ω1-ω2的信号S4’与频率2ω2-ω1的信号S5’，以抑制频率2ω1-ω2的信号S4与频率2ω2-ω1的信号S5。如此一来，信号S1、S2不会受到信号S4、S5的干扰，而可较有效提升了线性度。
因此，通过上述实施例的线性度改善系统100及线性度改善方法，在传输宽带信号时可以改善功率放大器电路900的线性度。
上述实施例使用模拟电路架构，相较于数字的失真现象，上述实施例能够减少直流功率消耗，且实现成本较低。
此外，上述实施例在传输混合双频信号时，可有效改善其三阶谐波失真。尤其是在传输宽带信号(例如是40,100MHz LTE)时，可以有效抑制其邻道泄漏功率(ACLR)。
请参照图5，其图示了根据另一实施例的线性度改善系统200的示意图。在此实施例中，线性度改善系统200的信号耦合电路210包括电解质电容器211、可调式衰减器(tunable attenuator)212及平衡-不平衡转换器(balun)213。电解质电容器211接收输入射频信号RF_IN。可调式衰减器212耦接于电解质电容器211。平衡-不平衡转换器213耦接于可调式衰减器212。图5的实施例所描述的信号耦合电路210仅为本公开的其中一种实施方式，并非用于局限本公开的范围。
更详细来说，请参照图6，其图示了根据一个实施例的可调式衰减器212的示意图。可调式衰减器212例如是由多个电阻、二极管、电容所组成，通过可调式电压Vtune的调整，可以实现可调整信号大小的功能。然而，图6的可调式衰减器212仅为本公开的其中一种实施方式，并非用于局限本公开的范围。
平衡-不平衡转换器213又称为单端转差动平衡电路，例如是由两组九十度耦合器所组成。
请参照图7，其图示了根据一个实施例的降频电路120的示意图。降频电路120例如是由多个晶体管、电阻所组成。降频电路120又可称为降频转换器、向下变换器(downconvertor)。降频电路120通过电压VE1、VE2、VB1、VB2的输入，实现将信号降至基带的功能。然而，图7的降频电路120仅为本公开的其中一种实施方式，并非用于局限本公开的范围。
请参照图8A，其图示了根据一个实施例的负群时延器131的示意图。负群时延器131例如是由多个电阻、电感、电容组成。负群时延器131例如是滤波器的形式，目的在于产生与邻近信道功率信号相位相反的信号。通过适当的电路设计，负群时延器131可以在某一特定频率范围内，使相位与频率的关系呈现正相关。然而，图8A的负群时延器131仅为本公开的其中一种实施方式，并非用于局限本公开的范围。
请参照图8B，其图示了根据一个实施例的负群时延器131’的示意图。负群时延器131’例如是由多个电阻、电感组成。通过适当的电路设计，可以在某一特定频率范围内，使相位与频率的关系呈现正相关。然而，图8B的负群时延器131’仅为本公开的其中一种实施方式，并非用于局限本公开的范围。
基带放大器132的目的则为产生与邻近信道功率信号大小相等的信号。
请参照图9，其图示了放大器电路900的示意图。放大器电路900的偏压电路910及放大器920例如是由多个晶体管、二极管、电感、电容、电阻组成。输入射频信号RF_IN输入至放大器电路900后，通过输入至偏压电路910的调制信号RF_M的辅助，将输入射频信号RF_IN放大为输出射频信号RF_OUT。如此一来，输出射频信号RF_OUT的线性度能够较有效提升。
请参照图10，其图示了根据另一实施例的线性度改善系统300的示意图。在本实施例中，线性度改善系统300还包括低通滤波器电路(low pass filter)340。低通滤波器电路(low pass filter)340耦接于降频电路120及转换电路130的负群时延器131之间。低通滤波器电路340用于滤除高频的信号。举例来说，请参照图4B，滤波曲线LPF表示滤波范围，经过低通滤波器电路340之后，仅保留频率2(ω2-ω1)以下的信号。如此一来，后续交互调制过程可以更有效率，而不会受到过多高频信号的干扰。
详细来说，请参照图11，其图示了根据一个实施例的低通滤波器电路340的示意图。低通滤波器电路340例如是由多个电感、电容组成。通过适当的电路设计，低通滤波器电路340可以滤除高于某一参考频率的高频的信号。
通过上述各种实施例的线性度改善系统100、200、300、及信号控制方法，提出一种调制信号注入机制，其利用将输入射频信号RF_IN耦合至线性度改善系统100、200、300中，并利用线性度改善系统100、200、300产生的调制信号RF_M，注回放大器电路900的偏压电路910中，藉以产生相同大小、相位相反的信号，并与原信号产生混波。如此一来，能够有效抑制三阶调制项或邻道泄露功率，改善放大器电路900的线性度。
综上所述，虽然本公开已以实施例公开如上，然其并非用于限定本公开。本公开所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本公开的精神和范围内，当可作各种的改动与润饰。因此，本公开的保护范围当视后附的权利要求所确定的保护范围为准。
【符号说明】
100：线性度改善系统
110：信号耦合电路
120：降频电路
130：转换电路
131、131’：负群时延器
132：基带放大器
200：线性度改善系统
210：信号耦合电路
211：电解质电容器
212：可调式衰减器
213：平衡-不平衡转换器
300：线性度改善系统
340：低通滤波器电路
900：放大器电路
910：偏压电路
920：放大器
A、B：点
C1、C2：线性度曲线
LPF：滤波曲线
RF_IN：输入射频信号
RF_M：调制信号
RF_OUT：输出射频信号
S1、S2、S3、S4、S4’、S5、S5’、S6、S7：信号
S110、S120、S130：步骤
TH：线性度规范
Vtune：可调式电压
VB1、VB2、VE1、VE2：电压
ω1、ω2、2ω1-ω2、2ω2-ω1、2ω2、2ω1、2(ω2-ω1)：频率(a)、(b)、(b’)、(c)：节点

Claims (11)

1.一种线性度改善系统，其特征在于该线性度改善系统包括：
信号耦合电路，用于耦合部分的输入射频信号；
降频电路，耦接于该信号耦合电路，该降频电路用于将该输入射频信号降至基带，以输出调制信号；以及
转换电路，耦接于该降频电路，该转换电路用于调整该调制信号的相位及功率，其中该输入射频信号及调整后的该调制信号输入至放大器电路后，该放大器电路输出输出射频信号。
2.如权利要求1所述的线性度改善系统，其中该信号耦合电路用于提供0度相位信号与180度相位信号。
3.如权利要求1所述的线性度改善系统，其中该转换电路包括：
负群时延器，用于调整该调制信号的相位；以及
基带放大器，用于调整该调制信号的功率。
4.如权利要求3所述的线性度改善系统，其中该负群时延器耦接于该降频电路，该基带放大器耦接于该负群时延器。
5.如权利要求3所述的线性度改善系统，其中该基带放大器耦接于该降频电路，该负群时延器耦接于该基带放大器。
6.如权利要求1所述的线性度改善系统，其中该信号耦合电路包括：
电解质电容器，接收该输入射频信号；
可调式衰减器，耦接于该电解质电容器；以及
平衡-不平衡转换器，耦接于该可调式衰减器。
7.如权利要求1所述的线性度改善系统，还包括：
低通滤波器电路，耦接于该降频电路及该转换电路之间。
8.一种线性度改善方法，其特征在于该线性度改善方法包括：
耦合部分的输入射频信号；
将该输入射频信号降至基带，以输出调制信号；以及
调整该调制信号的相位及功率，
其中该输入射频信号及调整后的该调制信号输入至放大器电路后，输出输出射频信号。
9.如权利要求8所述的线性度改善方法，其中在调整该调制信号的相位及功率的步骤中，是先调整该调制信号的相位，再调整该调制信号的功率。
10.如权利要求8所述的线性度改善方法，其中在调整该调制信号的相位及功率的步骤中，是先调整该调制信号的功率，再调整该调制信号的相位。
11.如权利要求8所述的线性度改善方法，还包括：
用低通滤波器电路，滤波该调制信号。
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