CN1131359A - 低功率时效率提高的rf功率放大器 - Google Patents

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Abstract

提供一种装置和方法，其采用简单的电压比率技术给可变电压衰减器和GaAsRF功率放大器的栅极提供具体电压，以控制放大器的效率。功率放大器的输出被采样，而后反馈至可变电压衰减器作为控制信号。控制信号的比率部分被用于控制功率放大器的栅极偏置。当功率要求小于最大值时，电压比率负向变化，导致电流减小。当RF输出增加时，电压比例正向变化。因此，当DC电压变化时，功率放大器的输出功率将相应变化，以更高的效率提供所要求的输出功率。

Description

低功率时效率提高的RF功率放大器
本发明大体涉及射频(RF)功率放大器，具体地说是涉及低功率输入时放大器效率的提高。
当今的移动通信系统需要能够在较大的输出功率范围和输入电源变化时工作而不影响系统性能的高性能发射机。发射机相对其基站的距离确定控制RF功率放大器必须传递给天线的输出功率的信号的值。所要求的处于最小和最大值之间的功率电平通常是外推出来的。另外，对于移动通信，电源电压倾向于随电池的充电和放电周期剧烈变化。当电压低于标称值时，电压的变化会对输出功率产生不利影响，而当电压高于标称值时，电压变化会对效率产生不利影响。
现有的解决功率放大器(PA)问题的方法是通过采用将三态的高效率砷化镓(GaAs)功率放大器跟随一可变电压衰减器(VVA)实现的。然而，当通过增加VVA衰减(补偿输入驱动电平)来减小PA的输出功率时，PA的作用就象一A类放大器。当放大器被补偿时，发射机的工作效率就会降低。
在移动的数字蜂窝式通信系统中，RF输出功率放大器消耗电池功率贮量的大部分。低效率的PA会耗尽电池并导致通话时间大大减少。因此，由于补偿PA时会增加功耗，所以恒流PA对蜂巢式应用不理想。移动发射机应在不需要最大输出功率时具有较低的电流损耗。
根据本发明的原理，提供一种控制RF功率放大器效率的技术。该技术依赖VVA和对GaAs PA栅极电压的动态控制来改变PA的工作电流。这种功率控制技术采用简单的电压比率方法给VVA和PA的栅极提供具体电压。该技术提供了一种增加GaAs功率放大器在较低输出功率时的效率的有效方法。它还增强了电池刚充完电并接近其输出电压规范上限时PA’的性能。当电源电压增加时，PA所要求的电流可以减少同时保持同样的输出功率。
为使本发明相关领域的技术人员较好地了解如何实现本发明，下文将参照附图详细描述装置和方法的最佳实施例。其中：
图1是根据本发明所述RF功率放大器的示意框图；
图2是图1的详细示意图。
图1简略地说明概要地示于10的RF功率放大器的控制电路所需的操作。进站信号进入可变电压衰减器(VVA)12的输入端12A。该信号而后被RF功率放大器(PA)14放大。通过放大器14后，部分输出信号14A由耦合器24采样。采样信号被检波和滤波，并给驱动电路20(Vga)提供依赖功率的参考电压(Vdet)。驱动电路20于是就控制WA12。Vga驱动电路20本身跟随有一个排序电路18，其通过直流—直流电压转换稳压器16被供电。排序电路18还控制功率放大器级的栅极驱动电路22。Vga驱动电路20由编程的功率控制电压(Vcont)53和Vdet控制。部分Vcont53用来提供功率放大器14的最佳栅极偏置电压(Vg1，Vg2和Vg3)。
本发明电路更详细的描述示于图2。RF信号在12A进入VVA12，然后在功率放大器14中被放大。PA14的输出14A由电压Vd72供电。采样RF信号在被馈送至检波器和低通滤波器56前用固定衰减器74衰减。滤波后的电压被馈送至运算放大器(运放)50的非反相端。运放50的输出通过与运放50的反相端并联的电阻52和二极管54反馈以形成放大。成比例的控制信号通电阻48注入运放50的反相端。
控制信号由通过电阻30进入运放30反相端的Vd脉冲电压33产生。运放30的非反相端由部分经过电阻34的电压Vdd38供电，其它部分通电阻36到地。运放40的输出通过电阻32和42被反馈，以形成控制信号。随着电压Vcont53和电阻44、46、48的应用，成比例的控制信号被加到运放50，控制电压的比率部分控制VVA12。其它部分通过电阻器58加到运放70的反相端。阈值基准电压由基准金属半导体场效应晶体管60提供。该电压由电压Vdd62与电阻64和66一起确定。基准电压也被加到运放70的反相端。运放70的非反相端通过电阻78接地。运放70的输出，在通过电阻68加倍反馈至反相端的同时，被用于PA14的栅极偏置((Vg1，Vg2和Vg3)。当输出要求小于最大值时，电压比率负向变化，这将导致DC电流减少，从而提高效率。当所要求的RF输出功率增加时，比率正向变化，使得PA14达到其最大输出。类似地，当DC电压变化时，与之直接相关的PA的输出功率也将变化。施加VVA12和栅极的电压从而以提高的效率提供所需的PA输出功率。
虽然参照最佳实施例描述所提出的发明，但有关领域的普通技术人员很容易知道可对其进行变化和修改而没有脱离所附权利要求规定的本发明的精神或范围。

Claims (11)

1.用于控制RF功率放大器效率的装置，其包括：
可变电压衰减器；
RF功率放大装置；和
所述RF功率放大装置的动态电压控制装置，其包括用在所述可变电压衰减器和控制RF功率输出的所述RF功率放大装置多个栅极间的电压比率技术。
2.权利要求1所述的装置，其中所述RF功率放大装置是一多级功率放大器。
3.权利要求2所述的装置，其中所述功率放大器还包括三级。
4.权利要求1所述的装置，其中所述动态电压控制装置又包括用于抽取部分功率输出信号的提取装置(耦合器)，可变电压衰减器驱动电路和多级功率放大器的偏置驱动电路。
5.权利要求4所述装置，其中所述提取装置是一RF耦合器，其将所述RF功率放大装置的输出馈送至所述可变电压衰减器的驱动电路。
6.权利要求4所述的装置，其中所述可变电压衰减器驱动电路包括至少一个运算放大器以产生成比例的控制信号来控制所述可变电压衰减器。
7.权利要求4所述的装置，其中所述功率放大器多级驱动电路包括至少一个运算放大器以产生一定比率的部分所述成比例控制信号来控制所述功率放大器的多个栅极偏置。
8.权利要求7所述的装置，其中所述成比例控制信号的所述比率部分还控制所述可变电压衰减器。
9.一种用于控制RF功率放大器效率的方法，其包括步骤：
通过可变电压衰减器和功率放大器放大注入的RF信号；
采样部分所述RF信号，对所述RF信号的采样的部分进行滤波；
放大所述滤波信号的受控部分以控制可变电压衰减器；
产生处于所述控制部分和阈电压之间的比率部分以控制所述功率放大器的多个栅极偏置。
10.权利要求9所述的方法，其中所述对控制部分的放大还包括将所述RF信号被采样的部分注入至少一个运算放大器的步骤。
11.权利要求9所述的方法，其中所述产生比率部分的步骤还包括将所述控制部分和所述阈电压注入至少一个运算放大器的步骤。
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