CN113395047A - 校准系统、射频系统及其输出功率线性化方法 - Google Patents

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Abstract

一种适用于校准系统的输出功率线性化方法，其包含以下流程：提供指示信号至校准系统的发射模块，指示信号对应于多个理想输出功率中的当前理想输出功率，且发射模块依据指示信号以实际输出功率输出射频信号；通过校准系统的反馈电路从发射模块的输出端获取反馈信号，并由反馈信号计算出反馈输出功率；计算当前理想输出功率与反馈输出功率的输出误差；若输出误差的绝对值大于反馈电路的反馈误差的绝对值，则调整发射模块的当前增益以使实际输出功率逼近于当前理想输出功率。

Description

校准系统、射频系统及其输出功率线性化方法
技术领域
本公开涉及一种校准系统，尤指涉及一种能自动建立功率输出控制表的校准系统。
背景技术
射频发射器在不同的使用情况中，通常会依据内建的功率输出控制表来适应性地切换其功率放大器的输出功率，以延长移动设备的电池使用时间。为了使功率放大器的多级输出功率能呈现线性增加，传统的做法是由人工针对数字控制信号的每个输入码手动调整功率放大器中晶体管的等效大小，并将调整的结果记录于功率输出控制表。然而，每当射频发射器应用于不同的天线时，上述的操作必须重新执行，在人力的使用上十分没有效率。
发明内容
本公开提供一种输出功率线性化方法，其适用于校准系统，且包含以下流程：提供指示信号至校准系统的发射模块，指示信号对应于多个理想输出功率中的当前理想输出功率，且发射模块依据指示信号以实际输出功率输出射频信号；通过校准系统的反馈电路从发射模块的输出端获取反馈信号，并由反馈信号计算反馈输出功率；计算当前理想输出功率与反馈输出功率之间的输出误差；若输出误差的绝对值大于反馈电路的反馈误差的绝对值，则调整发射模块的当前增益以使实际输出功率逼近于当前理想输出功率。
本公开提供一种校准系统，其包含基频控制电路、发射模块、反馈电路与补偿量计算电路。基频控制电路用于提供指示信号至发射模块，且指示信号对应于多个理想输出功率中的当前理想输出功率。发射模块用于依据指示信号以实际输出功率输出射频信号。反馈电路用于从发射模块的输出端获取反馈信号。基频控制电路用于依据反馈信号计算反馈输出功率，且基频控制电路计算当前理想输出功率与反馈输出功率之间的输出误差。补偿量计算电路耦合于基频控制电路。若补偿量计算电路判断输出误差的绝对值大于反馈电路的反馈误差的绝对值，则基频控制电路调整发射模块的当前增益以使实际输出功率逼近于当前理想输出功率。
本公开提供一种射频系统，其包含基频控制电路、发射模块与反馈电路。基频控制电路用于提供指示信号至发射模块，且指示信号对应于多个理想输出功率中的当前理想输出功率。发射模块用于依据指示信号以实际输出功率输出射频信号。反馈电路用于从发射模块的输出端获取反馈信号。基频控制电路用于依据反馈信号计算反馈输出功率，且基频控制电路计算当前理想输出功率与反馈输出功率之间的输出误差。基频控制电路还用于耦合到补偿量计算电路。当补偿量计算电路判断输出误差的绝对值大于反馈电路的反馈误差的绝对值时，基频控制电路调整发射模块的当前增益以使实际输出功率逼近于当前理想输出功率。
附图说明
图1为功率放大器的输出特性示意图。
图2为功率放大器的输出功率线性化过程示意图。
图3为依据本公开一实施例的校准系统简化后的功能方块图。
图4A～4C为依据本公开一实施例的输出功率线性化方法的流程图。
图5A为依据本公开一实施例的发射模块的输出功率线性化过程示意图。
图5B为依据本公开另一实施例的发射模块的输出功率线性化过程示意图。
图5C为依据本公开又一实施例的发射模块的输出功率线性化过程示意图。
图6为依据本公开一实施例的放大电路简化后的电路示意图。
具体实施方式
以下将结合相关附图来说明本公开的实施例。在附图中，相同的附图标记表示相同或类似的元件或方法流程。
图1为功率放大器的输出特性示意图。理想上，功率放大器针对不同的数字输入码所提供的多级输出功率应呈现线性递增。不过，由于制程误差和环境温度等等多种因素的影响，功率放大器的实际输出功率与理想值之间会存在误差。
图2为功率放大器的输出功率线性化过程示意图。图2中的箭头210、220和230分别代表功率放大器的实际输出功率、由功率放大器的输出端检测到并反馈的输出功率以及补偿后的功率放大器的实际输出功率，其中补偿指的是手动或通过电路调整功率放大器的增益，以使功率放大器的多级输出功率呈现线性递增。图2中央的刻度1代表功率放大器的理想输出功率，其余的刻度则是用于判断功率补偿量的临界值。临界值之间的分贝范围在一般情况下会被设置为功率放大器的输出解析度(例如，0.5分贝)或输出解析度的一半。如图1所示，输出解析度指的是功率放大器针对相邻的数字输入码而提供的两个理想输出功率之间的差异。
请再参考图2，一般而言，反馈的输出功率(箭头220)每超过一个临界值，功率放大器的增益便会被提升或降低一个单位的补偿量，其中每单位的补偿量通常被设置为功率放大器的输出解析度(例如，0.5分贝)。然而，反馈的输出功率(箭头220)会由于反馈路径引起的误差而不同于实际输出功率(箭头210)。此时，功率放大器会获得错误的增益补偿量，进而使补偿后的实际输出功率(箭头230)具有错误的数值。
例如，在功率放大器的解析度略小于反馈路径的误差的情况下，如图2所示，即使实际输出功率(箭头210)尚未超出最接近于理想输出功率的临界值而无需补偿，功率放大器仍会获得两倍解析度的增益补偿量，使得补偿后的实际输出功率(箭头230)与理想输出功率之间的差异超过两倍解析度。
图3为依据本公开一实施例的校准系统300简化后的功能方块图。校准系统300包含补偿量计算电路310与射频系统320，其中射频系统320包含基频控制电路322、发射模块324、反馈电路326以及储存模块328。基频控制电路322用于提供基频信号Sbs与指示信号Sd至发射模块324。基频信号Sbs可以携带有欲通过天线330发射的各种信息，而指示信号Sd用于控制发射模块324切换其增益(或发射功率)。发射模块324耦合于基频控制电路322，且包含有驱动放大器DA与功率放大器PA。发射模块324用于将基频信号Sbs调制为射频信号Srf。
反馈电路326耦合于发射模块324的输出端(或功率放大器PA的输出端)与储存模块328之间。反馈电路326用于将射频信号Srf转换为反馈信号Fb，且储存模块328会储存反馈信号Fb所代表的反馈输出功率。实施上，反馈电路326可以用与发射模块324的输出端至天线330之间的传输线互相平行的金属导线来实现，亦即反馈电路326可以是间接耦合于发射模块324的输出端。反馈电路326与储存模块328之间可以串联设置有衰减器、模拟数字转换器与滤波器等等，为简洁起见，这些电路未描绘于图3中。
基频控制电路322会从储存模块328读取反馈输出功率以及对应的理想输出功率，并将反馈输出功率与理想输出功率之间的输出误差Er_out提供给补偿量计算电路310。补偿量计算电路310会依据输出误差Er_out回传对应的增益补偿量Cmp至基频控制电路322，而基频控制电路322会依据接收到的增益补偿量Cmp调整指示信号Sd，以提升或降低发射模块324的增益。如此一来，发射模块324的实际输出功率便会逼近于理想输出功率。
实施上，补偿量计算电路310可以用个人电脑、现场可编程逻辑门阵列(FieldProgrammable Gate Arrays，简称FPGA)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuits，简称ASIC)或是其他可编程的逻辑装置来实现。
图4A～4C为依据本公开一实施例的输出功率线性化方法400的流程图。图5A～5C为依据本公开一些实施例的发射模块324的输出功率线性化过程示意图。请先参考图4A，在流程S402中，基频控制电路322提供对应于第一输入码的指示信号Sd以及基频信号Sbs至发射模块324，其中第一输入码是用于指定储存模块328中的多个理想输出功率的其中之一(以下称为当前理想输出功率)。发射模块324会依据指示信号Sd，将基频信号Sbs以对应于当前理想输出功率的实际输出功率调制为射频信号Srf。
在本实施例中，储存模块328中的多个理想输出功率呈现实质上线性递增，且相邻两者之间具有预设分贝范围。例如，以相似于图1中的多个理想输出功率般线性递增。换言之，前述的预设分贝范围可以是图3的功率放大器PA的解析度。
在流程S404中，反馈电路326依据射频信号Srf产生反馈信号Fb。射频系统320会对反馈信号Fb执行一系列的信号处理(例如，模拟数字转换与衰减)，以计算出反馈信号Fb代表的反馈输出功率，并将反馈输出功率写入储存模块328。理想上，反馈输出功率应等于发射模块324的实际输出功率，但由于反馈电路326的传输损耗，反馈输出功率与实际输出功率之间会存在差异(以下称为反馈误差Er_fb)。
在流程S406中，基频控制电路322会从储存模块328读取当前理想输出功率与反馈输出功率，并计算当前理想输出功率与反馈输出功率之间的输出误差Er_out。
在流程S408中，基频控制电路322会将输出误差Er_out提供至补偿量计算电路310。补偿量计算电路310会判断输出误差Er_out是否大于0分贝。若是，校准系统300会执行流程S410。若否，校准系统300会执行流程S412。
请参考图4B，在流程S410中，补偿量计算电路310会依据输出误差Er_out判断反馈输出功率是否大于一个或多个大于0分贝的临界值，其中临界值用于决定增益补偿量Cmp并可以事先储存于补偿量计算电路310本身的存储单元中，且任意两个相邻临界值之间的分贝范围等于反馈误差Er_fb。若是，则校准系统300会执行流程S414，以降低发射模块324对应于当前的指示信号Sd的增益(以下称为当前增益)。若否，校准系统300不调整发射模块324的当前增益，并执行后述的流程S420。
以下将配合图5A进一步说明流程S410。图5A中刻度1代表发射模块324的当前理想输出功率，而其余的刻度(1+Er_fb)至(1+i*Er_fb)以及(1-Er_fb)至(1-i*Er_fb)则代表着补偿量计算电路310中储存的多个临界值，其中i为正整数。箭头510、520和530分别代表发射模块324的实际输出功率、反馈输出功率以及补偿后的实际输出功率。
如图5A所示，由于实际输出功率(箭头510)等于当前理想输出功率，反馈输出功率(箭头520)会等于当前理想输出功率加上反馈误差Er_fb而位于刻度(1+Er_fb)上。此时，因为反馈输出功率(箭头520)没有大于任何的临界值，补偿量计算电路310会判断无需调整发射模块324的当前增益而将增益补偿量Cmp设置为0。校准系统300会接着执行后述的流程S420，使得补偿后的实际输出功率(箭头530)也会等于当前理想输出功率。
另一方面，在流程S414中，补偿量计算电路310会依据输出误差Er_out和反馈误差Er_fb彼此之间的倍数关系设置补偿量。若将输出误差Er_out除以反馈误差Er_fb所得到的商值的小数点后无条件舍去得到M，则代表反馈输出功率已在大于0分贝的区段中不小于M个临界值，补偿量计算电路310会将增益补偿量Cmp设置为功率放大器PA的解析度的M倍，其中M为正整数。接着，基频控制电路322会从补偿量计算电路310接收增益补偿量Cmp，并将功率放大器PA的当前增益减去增益补偿量Cmp。
以下将配合图5B进一步说明流程S414。在图5B的情况中，由于补偿量计算电路310计算出的M值为1，补偿量计算电路310会将增益补偿量Cmp设置为功率放大器PA的1倍解析度。因此，补偿后的实际输出功率(箭头530)会等于实际输出功率(箭头510)减去功率放大器PA的1倍解析度。相较于图2的情况，虽然图5B的情况中功率放大器PA的解析度也接近于反馈误差Er_fb，但图5B中补偿后的实际输出功率(箭头530)与当前理想输出功率的误差只约有功率放大器PA的0.5倍解析度，而不会像图2的情况般相差2倍解析度以上。
请参考图4C，在流程S412中，补偿量计算电路310会依据输出误差Er_out判断反馈输出功率是否小于一个或多个小于0分贝的临界值。若是，则校准系统300会执行流程S416，以增加发射模块324的当前增益。若否，校准系统300不调整发射模块324的当前增益，并执行后述的流程S420。
在流程S416中，补偿量计算电路310会依据输出误差Er_out和反馈误差Er_fb彼此之间的倍数关系设置补偿量。若将输出误差Er_out除以反馈误差Er_fb所得到的商值的小数点后无条件舍去得到M，则代表反馈输出功率已在小于0分贝的区段中不大于M个临界值，补偿量计算电路310会将增益补偿量Cmp设置为功率放大器PA的解析度的M倍，其中M为正整数。接着，基频控制电路322会从补偿量计算电路310接收增益补偿量Cmp，并将功率放大器PA的当前增益加上增益补偿量Cmp。
以下将配合图5C进一步说明流程S416。在图5C的情况中，由于补偿量计算电路310计算出的M值为2，补偿量计算电路310会将增益补偿量Cmp设置为功率放大器PA的2倍解析度。因此，补偿后的实际输出功率(箭头530)会等于实际输出功率(箭头510)加上功率放大器PA的2倍解析度。由图5C可知，在功率放大器PA的解析度接近于反馈误差Er_fb的情况下，即使当前理想输出功率与反馈输出功率(箭头520)相差2倍解析度以上，补偿后的实际输出功率(箭头530)与当前理想输出功率的误差仍然能够维持在0.5倍解析度左右。
由流程S408至流程S416可知，若输出误差Er_out的绝对值大于反馈误差Er_fb的绝对值，则基频控制电路322就会调整发射模块324的当前增益，以使发射模块324的实际输出功率逼近于当前理想输出功率。
如图4B～4C所示，在执行完流程S414和S416之后，校准系统300会接着执行流程S418，以将流程S414或S416中得到的调整后的当前增益与前述第一输入码的对应关系记载于储存模块328中的功率输出控制表3281。接着，校准系统300会接着执行流程S420以判断发射模块324的校准次数(亦即输出功率线性化方法400的执行次数)是否已达到预设次数。若是，校准系统300会结束执行输出功率线性化方法400。若否，校准系统300会再次执行流程S402。流程S420中的判断可由基频控制电路322或补偿量计算电路310来执行。
在一些实施例中，流程S420中的预设次数可以设置为发射模块324所能提供的不同大小的输出功率的级数。例如，若发射模块324可以提供10级不同大小的输出功率，则预设次数可以设置为10。
另外，当校准系统300再次执行流程S402，基频控制电路322会提供对应于第二输入码的指示信号Sd至发射模块324。第二输入码不同于前述的第一输入码，且用于指定储存模块328中的多个理想输出功率中的另一个作为新的当前理想输出功率。换言之，校准系统300能自动校准发射模块324的输出特性并使其线性化。
以下将配合图6进一步说明前述的流程S418。图6为依据本公开一实施例的放大电路600简化后的电路示意图。放大电路600可用于实现图3的驱动放大器DA或功率放大器PA，且放大电路600包含多个开关610、多个晶体管620、直流阻绝电容630以及射频扼流圈640。多个开关610的第一端耦合于直流阻绝电容630与射频扼流圈640，且多个开关610的控制端用于接收指示信号Sd。每个开关610的第二端耦合于一个对应的晶体管620。多个晶体管620的控制端耦合于放大电路600的输入端650，且用于接收输入信号Vin，其中输入信号Vin可以是基频信号Sbs或经由调制基频信号Sbs所产生的交流信号。直流阻绝电容630耦合于多个开关610与放大电路600的输出端660之间，且放大电路600的输出端660用于提供输出信号Vout。在一些实施例中，输出信号Vout可以作为图3的射频信号Srf。
实施上，直流阻绝电容630与输出端660之间还可以串联或并联一个或多个谐振电路，为简洁起见，这些谐振电路未描绘于图6中。另外，本公开的功率放大器PA的实际实施方式并不限于图6的示范性实施例。
晶体管620的导通数量会决定放大电路600的增益。因此，基频控制电路322在流程S418中可以依据调整后的当前增益决定晶体管620的导通数量(例如N个，且N为正整数)，并将晶体管620的导通数量与第一输入码的对应关系写入功率输出控制表3281。
换言之，基频控制电路322可以将调整后的当前增益和/或晶体管620的导通数量与第一输入码的对应关系写入功率输出控制表3281。
综上所述，校准系统300以及其输出功率线性化方法400不但能自动化操作以提升人员使用效率，且不会错误地过度补偿输出增益。
在说明书及权利要求书中使用了某些术语来指称特定的元件。然而，本领域的普通技术人员应可理解，同样的元件可能会用不同的名词来称呼。说明书及权利要求书并不以名称的差异作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的基准。在说明书及权利要求书所提及的“包含”为开放式的用语，因此应解释为“包含但不限定于”。另外，“耦合”在此包含任何直接及间接的连接手段。因此，若文中描述第一元件耦合于第二元件，则代表第一元件可通过电性连接或无线传输、光学传输等信号连接方式而直接地连接于第二元件，或者通过其他元件或连接手段间接地电性或信号连接至该第二元件。
在此所使用的“和/或”的描述方式，包含所列举的其中的一个或多个项目的任意组合。另外，除非说明书中特别指明，否则任何单数格的用语都同时包含复数格的涵义。
以上仅为本公开的较佳实施例，凡依本公开权利要求所做的均等变化与改进，均应属本公开的涵盖范围。
附图标记说明
210,220,230,510,520,530:箭头
300:校准系统
310:补偿量计算电路
320:射频系统
322:基频控制电路
324:发射模块
326:反馈电路
328:储存模块
3281:功率输出控制表
330:天线
Sd:指示信号
Sbs:基频信号
Srf:射频信号
Fb:反馈信号
PA:功率放大器
DA:驱动放大器
Cmp:增益补偿量
Er_out:输出误差
Er_fb:反馈误差
400:输出功率线性化方法
S402～S420:流程
510,510,520:箭头
600:放大电路
610:开关
620:晶体管
630:直流阻绝电容
640:射频扼流圈
650:放大电路的输入端
660:放大电路的输出端
Vin:输入信号
Vout:输出信号

Claims (10)

1.一种输出功率线性化方法，适用于校准系统，其中所述输出功率线性化方法包含：
提供指示信号至所述校准系统的发射模块，其中所述指示信号对应于多个理想输出功率中的当前理想输出功率，且所述发射模块依据所述指示信号以实际输出功率输出射频信号；
通过所述校准系统的反馈电路从所述发射模块的输出端获取反馈信号，并由所述反馈信号计算反馈输出功率；
计算所述当前理想输出功率与所述反馈输出功率之间的输出误差；以及
若所述输出误差的绝对值大于所述反馈电路的反馈误差的绝对值，则调整所述发射模块的当前增益以使所述实际输出功率逼近于所述当前理想输出功率。
2.如权利要求1所述的输出功率线性化方法，其中，所述反馈误差为所述实际输出功率与所述反馈输出功率之间的差异。
3.如权利要求1所述的输出功率线性化方法，其中，调整所述当前增益的流程包含：
若所述输出误差大于0分贝且所述输出误差大于所述反馈误差，则减少所述当前增益；以及
若所述输出误差小于0分贝且所述输出误差小于所述反馈误差，则增加所述当前增益。
4.如权利要求3所述的输出功率线性化方法，其中，所述多个理想输出功率呈现实质上线性递增，且所述多个理想输出功率的相邻两者之间具有预设分贝范围。
5.如权利要求4所述的输出功率线性化方法，其中，减少所述当前增益的流程包含将所述当前增益减去所述预设分贝范围的M倍，增加所述当前增益的流程包含将所述当前增益加上所述预设分贝范围的M倍。
6.如权利要求5所述的输出功率线性化方法，其中，M实质上等于将所述输出误差除以所述反馈误差所得的商值。
7.如权利要求1所述的输出功率线性化方法，其中，所述发射模块包含功率放大器，所述功率放大器包含互相并联耦合的多个开关，且当所述发射模块接收到对应于所述当前理想输出功率的所述指示信号时，所述多个开关中的N个被导通，N为正整数，
其中调整所述当前增益的流程包含依据调整后的当前增益决定N的数值。
8.如权利要求7所述的输出功率线性化方法，另包含：
将决定的N的数值与所述当前理想输出功率之间的对应关系写入所述校准系统的储存模块中的查找表。
9.一种校准系统，包含：
基频控制电路，用于提供指示信号至发射模块，其中所述指示信号对应于多个理想输出功率中的当前理想输出功率；
发射模块，用于依据所述指示信号以实际输出功率输出射频信号；
反馈电路，用于从所述发射模块的输出端获取反馈信号，其中所述基频控制电路用于依据所述反馈信号计算反馈输出功率，且所述基频控制电路计算所述当前理想输出功率与所述反馈输出功率之间的输出误差；以及
补偿量计算电路，耦合于所述基频控制电路，其中若所述补偿量计算电路判断所述输出误差的绝对值大于所述反馈电路的反馈误差的绝对值，则所述基频控制电路调整所述发射模块的当前增益以使所述实际输出功率逼近于所述当前理想输出功率。
10.一种射频系统，包含：
基频控制电路，用于提供指示信号至发射模块，其中所述指示信号对应于多个理想输出功率中的当前理想输出功率；
发射模块，用于依据所述指示信号以实际输出功率输出射频信号；以及
反馈电路，用于从所述发射模块的输出端获取反馈信号，其中所述基频控制电路用于依据所述反馈信号计算反馈输出功率，且所述基频控制电路计算所述当前理想输出功率与所述反馈输出功率之间的输出误差；
其中所述基频控制电路还用于耦合到补偿量计算电路，当所述补偿量计算电路判断所述输出误差的绝对值大于所述反馈电路的反馈误差的绝对值时，所述基频控制电路调整所述发射模块的当前增益以使所述实际输出功率逼近于所述当前理想输出功率。
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