CN113938143A - 一种发射机及其增益补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发射机的增益补偿方法，涉及电子技术，解决了目前针对发射机的增益补偿方法精度较差的技术问题。对发射机的增益温升特征进行分析，获取可编程增益补偿参数A_t；将所述可编程增益补偿参数A_t与中频增益控制参数A_if相结合后，对中频增益G_IF进行补偿。本发明还公开了一种发射机。本发明实现方案简单，可以获得更精确的发射机温度增益补偿。

Description

一种发射机及其增益补偿方法

技术领域

本发明涉及电子技术，更具体地说，它涉及一种发射机及其增益补偿方法。

背景技术

发射机的射频放大器处理的信号频率高，通常无法采用运算放大器闭环的方式进行增益控制，而工作在开环模式下射频放大器的增益会受到制造工艺、供电电压和温度变化的影响。

如图1所示为传统增益可变的直接上变频发射机，一般包括中频放大器11、上变频器12、射频放大器13、本振产生单元14和发射增益控制单元15五个部分。

其中，中频放大器11至少由运算放大器OPAMP、输入电阻R_IN和可变的反馈电阻R_B组成，用于对频率相对较低的输入信号V_IN进行放大，输出信号V_IF给上变频器。当运算放大器OPAMP的增益A(s)足够大时，中频放大器的放大倍数，即中频增益G_IF近似为：

在芯片中，通过版图的电阻匹配设计，可以得一个精确度很高的中频增益G_IF，而且由于是电阻参数的比值，增益几乎不受温度影响。另外，通过对反馈电路R_B的控制，以及发射增益控制单元15产生的中频增益控制参数A_if对中频增益G_IF的补偿，可变中频放大器11的增益步进不难控制在0.5dB以内。

中频放大器11放大后的输出信号V_IF经与本振产生单元产生的V_LO混频，上变频后得到一个射频信号V_RF。假设上变频器12的上变频增益为G_MIX，那么：

V_RF＝G_MIX·V_IF。

射频信号V_RF通过射频放大器13进行放大，实现一定功率的射频信号V_OUT输出。假设射频放大器13的射频增益为G_RF，那么发射机的输出电压幅度为：

V_OUT＝G_RF·V_RF＝G_IF·G_MIX·G_RF·V_IN。

工作在较高频率的上变频器12和射频放大器13一般是在开环模式下工作，其上变频增益G_MIX和射频增益G_RF与电路实现的结构有关。但往往都容易受到器件制造工艺、供电电压和工作温度的影响，导致无法实现如版图上设计的精确的射频放大器13的增益和增益步进控制。在没有温度补偿的情况下，受器件的温度特性影响，当温度升高时上变频增益G_MIX和射频增益G_RF会减小；反之，当温度降低时上变频增益G_MIX和射频增益G_RF就会增大。

由于射频放大器13工作时的环境温度在使用过程中可能存在极大的差异和变化，导致增益无法得到有效控制，从而影响发射机输出信号的功率。为了减少温度变化对发射机增益的影响，发射机的增益需要根据温度进行补偿。当前已有相关公开资料提出射频放大器温补的方法。

如授权公开号为CN 103051292 B的“射频发射机、其增益补偿电路及方法”。其中提出利用带隙基准电压模块产生的温度系数控制电压对发射射频可变增益放大器进行控制，温度变化时进行增益补偿。然而，这种方案仅能简单补偿，且补偿的增益精度有限，如公开文献中公开了精度仅2dB，而且当温度升高时提高控制电压会明显增加射频放大器的功耗。

又如授权公开号为CN 1186575A的“温度补偿自动增益控制”。其中提出通过温度传感器获得温度信息，再依据温度信息对放大器增益进行控制。但该公开文献中的温度补偿仅作为自动增益控制的补充，避免高温时无线电功率超出功率限制值，且方案中提高通信标准允许有+2dB和-4dB的变动，并非在各种温度下实现功率的精确控制。

总的来说，目前已有的方案中，有些仅通过器件的温度特性进行有限补偿，有些因为射频增益难以精确控制导致增益补偿精度较差，有些则依赖复杂的数字控制难以在缺乏信号处理模块的射频芯片上实现。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种发射机及其增益补偿方法，可以获得更精确的发射机温度增益补偿。

本发明所述的一种发射机的增益补偿方法，对发射机的增益温升特征进行分析，获取可编程增益补偿参数A_t；将所述可编程增益补偿参数A_t与中频增益控制参数A_if相结合后，对中频增益G_IF进行补偿。

所述增益温升特征进行分析，具体包括，

通过温升功率差异最小化分析法，对所述发射机的温升功率特性进行分析，以获取温度增益补偿系数K_t；

根据所述发射机的实时温升与温度增益补偿系数K_t之间的乘积关系，得到可编程增益补偿参数A_t。

所述温升功率差异最小化分析法，具体包括，

预设温度增益补偿系数曲线，同时设定一标准工作温度T₀，并获取所述发射机的输出功率P₀；

依次从所述温度增益补偿系数曲线中选取温度增益补偿系数K_t，并测试所述温度增益补偿系数K_t在发射机不同的工作温度T时其输出功率P_T的变化；

依次计算所有所述的输出功率P_T与输出功率P₀之间的功率差值ΔP；

选取最小的所述功率差值ΔP所对应的温度增益补偿系数K_t作为发射机的增益补偿系数K_t。

测试输出功率P_T时，首先预设所述发射机的最低工作温度T_MIN及其最高工作温度T_MAX，并确定温度测试步进T_STEP；在测试时，根据所述温度测试步进T_STEP，依次测试所述发射机在相应工作温度T时的输出功率P_T。

所述发射机的工作温度T通过温度传感器进行监测。

所述功率差值ΔP为输出功率P_T与输出功率P₀差值的绝对值。

其特征在于，测试所述发射机在不同工作温度T下的输出功率P_T时，所述发射机的输入信号及其输出负载均为相同的固定值。

在所述可编程增益补偿参数A_t中引入一初始可编程增益补偿参数A_t0，共同用于对所述中频增益G_IF进行补偿。

一种发射机，包括中频放大器、上变频器、射频放大器、本振产生单元和发射增益控制单元；还包括可编程增益补偿单元和加法器；

所述可编程增益补偿单元通过加法器与中频放大器连接，且所述可编程增益补偿单元应用所述的增益补偿方法，获取可编程增益补偿参数A_t；

所述加法器将所述可编程增益补偿参数A_t与发射增益控制单元产生的中频增益控制参数A_if相结合后，对中频增益G_IF进行补偿。

所述发射机还包括温度传感器，所述温度传感器与可编程增益补偿单元连接，用于采集所述发射机的工作温度T。

有益效果

本发明的优点在于：

1、相比传统温度增益补偿方法，本发明巧妙地利用了中频放大器工作在闭环模式下增益步进精度高的优点，在中频放大器上实现对发射机的增益补偿。相比直接在发射射频放大器上进行增益补偿，本发明的增益补偿方式减少了对发射机功耗的影响，且获得了更精确的发射机温度增益补偿效果。

2、相对传统温度增益补偿方法，本发明除了能对器件温度特性引起的增益变化进行增益补偿外，也可以对芯片的工艺制造和供电电压变化等因素引起随温度变化的增益进行温度增益补偿，还可以对多个芯片组成的发射机进行增益补偿，从而获得更准确、更广泛应用的增益补偿效果。

3、本发明实现方案简单，只需在传统的发射机电路增加一个温度传感器、一个可编程增益补偿系数单元和一个加法器，成本低且易于实现。

附图说明

图1为传统的发射机电路结构示意图；

图2为本发明的发射机电路结构示意图；

图3为本发明的温度增益补偿系数选择方法流程图；

图4为本发明的温度增益补偿曲线示意图；

图5为本发明的发射机扩展应用方案的电路结构示意图。

其中：11-中频放大器、12-上变频器、13-射频放大器、14-本振产生单元、15-发射增益控制单元、16-温度传感器、17-可编程增益补偿单元、18-加法器。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步的描述，但不构成对本发明的任何限制，任何人在本发明权利要求范围所做的有限次的修改，仍在本发明的权利要求范围内。

参阅图2-图4，本发明的一种发射机的增益补偿方法，首先对发射机的增益温升特征进行分析，获取可编程增益补偿参数A_t。

本实施例中，对发射机的增益温升特征进行分析，获取可编程增益补偿参数A_t，具体包括以下步骤，

步骤一、通过温升功率差异最小化分析法，对发射机的温升功率特性进行分析，以获取温度增益补偿系数K_t。所获取的温度增益补偿系数K_t可以用来调节温度变化时发射增益补偿量的大小，可以满足发射机增益的不同补偿需求。

如图3所示，温升功率差异最小化分析法，具体包括以下步骤，

第一步、预设温度增益补偿系数曲线，同时设定一标准工作温度T₀，并获取发射机的输出功率P₀。

其中，温度增益补偿系数曲线可根据整个发射机(含中频放大器11、上变频器12和射频放大器13)的增益温度特性进行设定。如图4所示，预设了一系列可编程的随温度变化的温度增益补偿系数曲线，如K_t0、K_t1、K_t2、K_t3等。

需要说明的是，为确保测试的统一性，测试发射机在不同工作温度T下的输出功率P_T时，发射机的输入信号及其输出负载均为相同的固定值。

第二步、依次从温度增益补偿系数曲线中选取温度增益补偿系数K_t，并测试温度增益补偿系数K_t在发射机不同的工作温度T时其输出功率P_T的变化。

在该步骤中，首先预设发射机的最低工作温度T_MIN及其最高工作温度T_MAX，并确定温度测试步进T_STEP。在测试时，根据温度测试步进T_STEP，依次测试发射机在相应工作温度时的输出功率P_T。而且，发射机在最低工作温度T_MIN及其最高工作温度T_MAX时的输出功率也需进行测试。

第三步、依次计算所有的输出功率P_T与输出功率P₀之间的功率差值ΔP。其中，功率差值ΔP取输出功率P_T与输出功率P₀差值的绝对值。

第四步、选取最小的功率差值ΔP所对应的温度增益补偿系数K_t作为发射机的温度增益补偿系数K_t。

通过上述步骤，实现了温度增益补偿系数K_t的获取。

步骤二、根据发射机的实时温升与温度增益补偿系数K_t之间的乘积关系，得到可编程增益补偿参数A_t。并且，在可编程增益补偿参数A_t中引入一初始可编程增益补偿参数A_t0，共同用于对中频增益G_IF进行补偿。因此本实施例的可编程增益补偿参数A_t可通过公式表示：A_t＝A_t0+K_t×(T-T₀)。

一般来说，在发射机工作在初始工作温度T₀时，发射机无需额外的增压补偿，因此，可进一步优化，将初始可编程增益补偿参数A_t0设为0。此时，A_t＝K_t×(T-T₀)。

在获取可编程增益补偿参数A_t后，将可编程增益补偿参数A_t与中频增益控制参数A_if相结合，得到中频放大器增益补偿参数A_ift。通过中频放大器增益补偿参数A_ift对中频增益G_IF进行补偿。

即本发明的发射机，中频放大器11的中频增益G_IF受中频放大器增益补偿参数A_ift控制实施中，可以通过测试发射机增益的温度特性，选择一个温度增益补偿系数K_t。当温度变化时产生一个K_t×(T-T₀)的增益补偿参数，即可编程增益补偿参数A_t。该参数将调整中频放大器11的中频增益G_IF。中频放大器11的中频增益G_IF受中频放大器增益补偿参数A_ift控制，而中频放大器增益补偿参数A_ift为发射增益控制单元15的中频增益控制参数A_if和可编程增益补偿参数A_t的求和结果。

在发射机工作时，当工作温度为标准工作温度T₀时，发射机增益补偿值为0。即此时的发射机增益为无任何增益补偿。中频放大器增益补偿参数A_ift为中频增益控制参数A_if。当工作温度T不等于标准工作温度T₀时，可编程增益补偿参数A_t不等于0，此时中频放大器增益补偿参数A_ift为：A_ift＝A_if+A_t＝A_if+K_t×(T-T₀)。可编程增益补偿参数A_t是与工作温度T成正相关的增益补偿系数，引入可编程增益补偿参数A_t实现了对发射机受温度影响的增益进行补偿。

发射机增益随温度变化最大的电路是工作在开环模式下的射频放大器13和上变频器12。但本发明的增益补偿不是直接在射频放大器13和上变频器12上实现的。而是在传统的发射机架构的基础上，通过对发射机的增益温升特征分析，将可编程增益补偿参数A_t与中频增益控制参数A_if结合起来，对中频放大器11的增益在各种温度下进行增益补偿。巧妙地利用了中频放大器11工作在闭环模式下增益步进精度高的优点，在中频放大器11上实现对发射机的增益补偿，因此可以获得更精确的发射机温度增益补偿。

此外，本发明的发射机增益补偿方法，不仅适用于单芯片的发射机方案，还可以拓展为多芯片组成的发射机。如图5所示，为实现在发射射频芯片上的温度增益补偿。在测试中只要将功放输出PA_OUT作为最后的发射机输出功率，根据如图3所示的方法选择温度增益补偿系数K_t，就可以同时对发射射频芯片和功放芯片的增益在工作温度范围内进行增益补偿。

一种发射机，包括中频放大器11、上变频器12、射频放大器13、本振产生单元14和发射增益控制单元15；还包括可编程增益补偿单元17和加法器18。

可编程增益补偿单元17通过加法器18与中频放大器11连接，且可编程增益补偿单元17应用上述的增益补偿方法，获取可编程增益补偿参数A_t。

加法器18将可编程增益补偿参数A_t与发射增益控制单元15产生的中频增益控制参数A_if相结合后，对中频增益G_IF进行补偿。

本实施例的发射机还包括温度传感器16，温度传感器16与可编程增益补偿单元17连接，用于采集发射机的工作温度T。

本发明实现方案简单，只需在传统的发射机电路增加一个温度传感器、一个可编程增益补偿系数单元和一个加法器即可。

本发明的工作原理为：发射机的中频放大器11的中频增益为G_IF、上变频器12的上变频增益为G_MIX和射频放大器13的射频增益为G_RF。不失一般性地，假定中频增益G_IF和射频增益G_RF为可控制增益，受发射增益控制单元15的输出参数中频增益控制参数A_if和射频放大器增益控制参数A_rf控制，假定上变频增益G_MIX为不可控增益，如图2所示。假定中频增益G_IF不随温度变化，温度变化时，上变频增益为G_MIX1和射频增益为G_RF1。发射机增益补偿的流程如下。

在常温工作温度下，根据输入信号V_IN的大小和输出功率P_T的要求，设置中频放大器11增益为G_IF0，上变频器12增益为G_MIX0，射频放大器13增益为G_RF0，整体增益为：

G_TX0＝G_IF0+G_MIX0+G_RF0。

此时的发射机工作温度为初始工作稳定T₀，即常温工作温度，可编程增益补偿参数A_t为0。

当温度变化为△T时，中频放大器增益补偿参数A_ift和射频放大器增益控制参数A_rf变化，此时发射增益为：

G_TX2＝G_IF0+G_MIX1+G_RF1。

温度传感器16检测到变化后，即发射机的工作温度T＝T₀+△T，可编程增益补偿参数A_t为：

A_t＝A_t0+K_t×(T-T₀)。

当A_t0＝0时，简化为：

A_t＝K_t×(T-T₀)。

此时，中频放大器增益补偿参数A_ift为：

A_ift＝A_if+A_t＝A_if+K_t×(T-T₀)。

实际控制中，通常中频增益G_IF是一个离散化的增益值。假设中频放大器增益补偿参数A_ift的增益步进为G_STEP，那么理想的增益控制误差不大于G_STEP/2。受益于中频放大器11可实现高精度的增益控制，相对传统温度补偿方法本发明可以获得更精确的发射机温度增益补偿。

发射机增益受制造工艺、供电电压和温度变化。但是，当发射机的芯片完成制造，并应用到具体产品中时，制造工艺和供电电压是一个确定的参数。因此，需要改变发射机的增益时，本发明只需根据实际发射机应用需求，对温度增益补偿系数K_t进行设置，即可能够对发射机增益进行补偿。相对传统温度增益补偿方法，本发明还可以对发射机的温度变化之外工艺制造和供电电压引起的温度增益补偿系数进行校准，从而获得更准确的增益补偿效果。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims (10)

1.一种发射机的增益补偿方法，其特征在于，对发射机的增益温升特征进行分析，获取可编程增益补偿参数A_t；将所述可编程增益补偿参数A_t与中频增益控制参数A_if相结合后，对中频增益G_IF进行补偿。

2.根据权利要求1所述的一种发射机的增益补偿方法，其特征在于，所述增益温升特征进行分析，具体包括，

通过温升功率差异最小化分析法，对所述发射机的温升功率特性进行分析，以获取温度增益补偿系数K_t；

根据所述发射机的实时温升与温度增益补偿系数K_t之间的乘积关系，得到可编程增益补偿参数A_t。

3.根据权利要求2所述的一种发射机的增益补偿方法，其特征在于，所述温升功率差异最小化分析法，具体包括，

预设温度增益补偿系数曲线，同时设定一标准工作温度T₀，并获取所述发射机的输出功率P₀；

依次从所述温度增益补偿系数曲线中选取温度增益补偿系数K_t，并测试所述温度增益补偿系数K_t在发射机不同的工作温度T时其输出功率P_T的变化；

依次计算所有所述的输出功率P_T与输出功率P₀之间的功率差值ΔP；

选取最小的所述功率差值ΔP所对应的温度增益补偿系数K_t作为发射机的增益补偿系数K_t。

4.根据权利要求3所述的一种发射机的增益补偿方法，其特征在于，测试输出功率P_T时，首先预设所述发射机的最低工作温度T_MIN及其最高工作温度T_MAX，并确定温度测试步进T_STEP；在测试时，根据所述温度测试步进T_STEP，依次测试所述发射机在相应工作温度T时的输出功率P_T。

5.根据权利要求4所述的一种发射机的增益补偿方法，其特征在于，所述发射机的工作温度T通过温度传感器进行监测。

6.根据权利要求3所述的一种发射机的增益补偿方法，其特征在于，所述功率差值ΔP为输出功率P_T与输出功率P₀差值的绝对值。

7.根据权利要求3或5或6所述的一种发射机的增益补偿方法，其特征在于，测试所述发射机在不同工作温度T下的输出功率P_T时，所述发射机的输入信号及其输出负载均为相同的固定值。

8.根据权利要求1或2所述的一种发射机的增益补偿方法，其特征在于，在所述可编程增益补偿参数A_t中引入一初始可编程增益补偿参数A_t0，共同用于对所述中频增益G_IF进行补偿。

9.一种发射机，包括中频放大器(11)、上变频器(12)、射频放大器(13)、本振产生单元(14)和发射增益控制单元(15)；其特征在于，还包括可编程增益补偿单元(17)和加法器(18)；

所述可编程增益补偿单元(17)通过加法器(18)与中频放大器(11)连接，且所述可编程增益补偿单元(17)应用如权利要求1-8任一项所述的增益补偿方法，获取可编程增益补偿参数A_t；

所述加法器(18)将所述可编程增益补偿参数At与发射增益控制单元(15)产生的中频增益控制参数A_if相结合后，对中频增益G_IF进行补偿。

10.根据权利要求9所述的一种发射机，其特征在于，所述发射机还包括温度传感器(16)，所述温度传感器(16)与可编程增益补偿单元(17)连接，用于采集所述发射机的工作温度T。

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