CN113966579A - 一种射频功率放大器系统及其线性化输出信号的方法 - Google Patents

一种射频功率放大器系统及其线性化输出信号的方法 Download PDF

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Abstract

本公开涉及一种射频功率放大器系统(200)，包括第一输入端口(114)和第二输入端口(121)。射频功率放大器系统(200)包括具有输入(107)和输出(108)的主放大器(101)以及具有相应输入(109，129)和输出(110，128)的第一辅助放大器(102)和第二辅助放大器(122)。射频功率放大器系统(200)包括连接到第一辅助放大器(102)的输出(110)的内部负载(103)，具有连接到第一辅助放大器(102)的输出(110)的输入端(111)和连接到第一辅助放大器(102)的输入(109)的输出端(112)的反馈网络(104)。射频功率放大器系统(200)还包括具有输入(124)和输出(130)的前馈放大器(123)。主放大器和辅助放大器的输入(107，129，109)在公共输入节点(113)处与第一输入端口(114)互连，第二辅助放大器(122)的输出(128)和第二输入端口(121)在公共节点(127)与前馈放大器(123)的输入(124)互连，以及前馈放大器(123)和主放大器(101)的输出(130，108)在公共输出节点（125）处互连。主放大器(101)是具有增加的增益的第一辅助放大器(102)的复制品，以及第二辅助放大器(122)是第一辅助放大器(102)的复制品。

Description

一种射频功率放大器系统及其线性化输出信号的方法
技术领域
本发明概念涉及射频功率放大器系统领域。特别地，本发明概念涉及一种能够使其输入和输出信号之间的关系线性化的设备，以及一种进行这种线性化的方法。
背景技术
众所周知，来自射频功率放大器的输出信号可以通过各种技术进行线性化，例如预失真、前馈误差校正和反馈。这些技术在教科书以及各种科学和白皮书中都有很好的描述，例如由Allen Katz，Linear Technology Inc .撰写的题为“线性化高功率放大器”的白皮书，并且可以总结如下:
预失真技术可以实现为模拟或数字预失真。在这两种方式中，功率放大器的行为被表征，并且其响应通过故意地使驱动功率放大器的信号失真来补偿。如果仔细选择输入信号上施加的失真，来自功率放大器的输出信号可能会变得更加线性。然而，这种技术的主要问题在于以下事实：通常需要初始校准和训练，并且预失真系统通常对漂移敏感，例如温度漂移。
另一种已知的技术是反馈方法，可以通过使用所谓的笛卡尔反馈来描述该反馈方法。在笛卡尔反馈系统中，来自功率放大器的响应被下转换，并与基带IQ信号进行比较。这种方法消除了漂移问题和功率放大器传递函数的详细特性。笛卡尔反馈系统的一个主要缺点是稳定性问题和有限的带宽，它可以在仍保持稳定运行的同时处理这些问题。因此，笛卡尔反馈不适用于信号带宽增加到数百兆赫的系统(例如，最大带宽为160MHz的无线通信标准802.11ac)。笛卡尔反馈也增加了电路复杂性和功耗。
线性反馈也用于线性化功率放大器。这种技术包括从功率放大器输出到其输入的反馈网络。这种方法提供了优越的性能，但很难在所有不同的负载条件下获得稳定。
尽管上述技术允许一定程度的线性化，但仍需要一种允许改善功率放大器信号线性化的技术。
发明内容
本发明概念的目的是提供一种解决至少一些上述关注点的技术。通过独立权利要求中限定的方法和设备来实现这一目的和其他目的，这些目的将在下文中变得显而易见。从属权利要求中限定了优选实施例。
根据本发明概念的第一方面，提供了一种射频功率放大器系统，包括第一和第二输入端口，其被布置成分别接收第一和第二输入信号。射频功率放大器系统包括具有输入和输出的主放大器以及具有各自输入和输出的第一和第二辅助放大器。射频功率放大器系统包括连接到第一辅助放大器的输出的内部负载、被布置成线性化第一输入信号并且具有连接到第一辅助放大器的输出的输入端和连接到第一辅助放大器的输入的输出端的反馈网络。射频功率放大器系统还包括具有输入和输出的前馈放大器。
主放大器和辅助放大器的输入在公共输入节点处与第一输入端口互连，第二辅助放大器的输出和第二输入端口在公共节点处与前馈放大器的输入互连，并且前馈放大器和主放大器的输出在公共输出节点处互连。
主放大器是具有增加的增益的第一和第二辅助放大器的复制品，并且第二辅助放大器是第一辅助放大器的复制品。
第二输入信号与第一输入信号输入之比与第二辅助放大器提供的增益与第一辅助放大器提供的增益之比相同。
第二辅助放大器、第二输入端口和前馈放大器一起形成前馈网络，该前馈网络被布置成至少部分地移除来自主放大器输出的偏差。
根据本发明概念的第二方面，提供了一种根据第一方面的射频功率放大器系统的输出信号的线性化的方法。该方法包括：
借助于反馈网络获得与第一辅助放大器的理想响应的偏差，通过从第二辅助放大器的输出中移除第二输入信号来隔离所述偏差，借助于前馈放大器放大隔离的偏差，并将所述放大的偏差加到主放大器的输出上。
因此，在本发明概念的第一方面中限定的射频功率放大器系统可以用于执行第二方面的方法。
本发明的概念允许(i)对主放大器的间接反馈与(ii)对主放大器输出的前馈偏差相结合，从而允许改善射频功率放大器系统的输入信号和输出信号之间的传递函数。
关于间接反馈(i)，布置在第一辅助放大器周围的反馈网络连接到内部负载，对于该内部负载，负载条件是已知且稳定的。这种负载条件允许反馈路径的稳定，并且因此允许由第一辅助放大器处理的信号的线性化。稳定的反馈路径还允许从第一辅助放大器获得对信号的理想响应。由于反馈回路的回路增益通常不是无限的，因此也获得了与所述理想响应的偏差。此外，公共输入节点处的互连允许主放大器的输入信号与第一辅助放大器的输入信号相同。由于主放大器表示第一辅助放大器的复制品，所以它允许主放大器对输入信号的响应是第一辅助放大器对相同输入信号的响应的复制品。因此，间接反馈允许主放大器的输出信号被线性化(即，失真较小)，但是携带与第一辅助放大器的理想响应的放大偏差，该偏差依赖于反馈环路的有限环路增益。
关于前馈偏差(ii)，公共输入节点处的互连还允许第二辅助放大器的输入信号与第一辅助放大器的输入信号相同。由于第二辅助放大器是第一辅助放大器的复制品，所以它允许第二辅助放大器的输出信号类似于第一辅助放大器的输出信号、从第一辅助放大器的输出信号增加或减少，即由于反馈回路的有限回路增益，线性化输出信号包括与第一辅助放大器的理想响应类似的、增加或减少的偏差。由第二辅助放大器、公共节点和前馈放大器组成的与主放大器并联连接的前馈网络还允许所述包含的偏差与第二辅助放大器的总输出信号隔离，并被前馈放大器放大。经由前馈网络的公共节点从第二辅助放大器的输出信号中减去由第二输入端口提供的信号，使得所述偏差的隔离成为可能。然后，前馈网络允许将放大的偏差加到主放大器的输出信号中，导致完全或至少显著地移除了依赖于反馈环路的有限环路增益的与理想响应的偏差。
因此，本发明概念允许改善射频功率放大器中输入信号和输出信号之间的关系。这种概念能够通过改善对放大输入信号时产生的失真的移除以及通过对依赖于反馈回路的有限回路增益的偏差的完全或至少显著的移除，在更宽的工作频率范围内抑制所述关系的非线性。此外，与现有技术中提到的其它线性化技术相比，间接反馈和前馈偏差的组合允许本发明概念降低其对漂移的灵敏度。本发明概念允许降低功耗损失，并且非常适合于芯片集成，在CMOS和双极技术二者中，对该技术，实现示例将在实施例的详细描述中进一步解释。
在本申请中，主放大器和辅助放大器可以理解为表示跨导放大器、电压放大器、电流放大器、跨阻放大器和/或功率放大器。
前馈放大器可以理解为表示电流放大器、电压放大器、跨导放大器、跨阻放大器和/或功率放大器。
放大器的增益可以理解为一个因子，通过该因子从所述放大器的输入到输出增加信号。放大器的增益表示其输出信号与其输入信号的信号比或幅度比。例如，如果主放大器的增益为nA，其输出信号将表示其输入信号增加了一个因子nA。
环路增益可以理解为反馈网络提供的增益乘以正向放大器路径中的增益。例如，如果一个放大器(前向放大器)提供的增益为A，在其周围连接一条提供增益为β的反馈路径，则反馈环路的环路增益将为Aβ。
放大器对输入信号的理想响应或理想情况可以理解为放大器的完全线性行为。这种理想响应表明放大器的输入信号和输出信号之间不存在失真和其它非线性。
放大器的复制品可以被理解为定义了对相同输入信号响应相似但对所述信号提供不同增益的放大器。因此，放大器的复制品可以定义一个放大器提供的增益和另一个放大器向输入信号提供的增益之间的关系。例如，本发明概念的主放大器表示第一辅助放大器的放大复制品，其中所述放大器的增益之间的关系遵循因子n:1，即，如果第一辅助放大器的增益是A，则由主放大器提供的增益将是nA。
节点或公共节点可以理解为放大器的输入和输出中的至少两个之间的互连，并且可以由加法器、减法器或导体的一般互连中的至少一个来表示。
根据一个实施例，主放大器和辅助放大器可以被配置为对输入信号提供相同的响应。由于第二辅助放大器是第一辅助放大器的复制品，并且主放大器也是第一辅助放大器的复制品，所以所有放大器对相同输入信号的响应关于线性可能是相似的。由于所有放大器的输入都在所述反馈环路内的公共输入节点处互连，所以反馈环路可以改善这种线性。与第一辅助放大器的理想响应的偏差也通过第二辅助放大器和主放大器携带，因为它们都由同一输入信号驱动，该输入信号依赖于反馈环路的有限环路增益。然而，主放大器和辅助放大器之间的增益不同，因为主放大器是第一辅助放大器的放大复制品，因此提供了更大的增益。与第一辅助放大器相比，第二辅助放大器也可以提供不同的增益。
根据实施例，射频功率放大器系统的第一输入端口和反馈网络输出端可以经由减法器连接到公共输入节点。这种减法器允许从第一输入端口的信号中减去反馈信号，以便抑制第一辅助放大器的输入信号和输出信号之间的非线性。这种减法器不必是单独的物理电路，它可以是连接节点，反馈信号在从第一输入端口的输入信号中被减去的这样状态下被馈送到该连接节点。
根据实施例，在其处第二辅助放大器的输出和第二输入端口与前馈放大器的输入互连的公共节点可以是减法器。这种减法器允许从第二辅助放大器的输出信号中减去第二输入端口的输入信号。这种减法允许依赖于第一辅助放大器的反馈环路的有限环路增益的偏差与第二辅助放大器的总输出信号隔离。因此，这种减法器允许前馈放大器的输入信号仅表示待放大的偏差，并前馈到主放大器的输出。
根据实施例，由第二输入端口提供的输入信号与由第一输入端口提供的输入信号的比可以与由第二辅助放大器提供的增益与由第一辅助放大器提供的增益的比相同。本实施例的优点在于，它确保包含在第二辅助放大器的输出信号中的偏差可以与输出信号的其余部分隔离。实际上，由于第二辅助放大器的输入信号与第一辅助放大器的输入信号相同，所以由第二输入端口提供的将从第二辅助放大器的输出信号中减去的信号应该相对于由第一输入端口提供的信号被类似地缩放，如同第二辅助放大器相对于第一辅助放大器的缩放一样。换句话说，如果第二辅助放大器相对于第一辅助放大器具有1∶m的增益比，则由第二输入端口提供的输入信号相对于由第一输入端口提供的输入信号必须具有1∶m的信号比。例如，如果第二辅助放大器为其输入信号提供0.5的增益，则由第二输入端口提供的输入信号应该表示由第一输入端口提供的输入信号的一半。
根据一个实施例，前馈放大器可以被配置为提供增益，使得其输出信号具有与主放大器的输出信号相同的幅度但相反的相位。本实施例的优点在于，它允许前馈放大器的输出信号表示由第一辅助放大器的反馈网络的有限环路增益产生的偏差的放大，其具有与主放大器的输出信号中包括的偏差相同的幅度但相反的相位，导致完全或至少显著地移除了依赖于有限环路增益的所述偏差。此外，前馈放大器提供的增益可以依赖于第二辅助放大器提供的增益。例如，如果第二辅助放大器提供的增益为0.5，以及主放大器提供的增益为4，则前馈放大器提供的增益必须为8。应当注意，来自前馈放大器的输出信号的幅度低于主放大器的输出信号的幅度，这允许部分移除包含在所述输出信号中的偏差，因此仍然导致改善的线性化。
根据一个实施例，在其处前馈放大器和主放大器的输出被互连的公共输出节点可以是加法器。这种加法器允许表示前馈放大器输出信号的放大偏差被加(即前馈)到主放大器的输出。因此，这种求和允许从主放大器的输出信号中完全或至少显著地移除依赖于反馈环路的有限环路增益的偏差。
根据实施例，每个辅助放大器可以包括串联连接的第一晶体管和第二晶体管。本发明概念中使用的晶体管类型可以包括但不限于金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和/或双极结型晶体管(BJT)。这种晶体管允许将输入信号调制成放大的输出信号。此外，这种晶体管可以允许功率信号、电压和/或电流信号的调制。
根据实施例，主放大器可以包括串联连接的第一晶体管和第二晶体管。因为主放大器表示第一辅助放大器的复制品，所以它包括与所述第一辅助放大器相似的第一和第二晶体管(例如:MOSFET、BJT等)，但是具有更大的尺寸，以实现输入信号的更大放大，即:提供更大的增益。
根据一个实施例，前馈放大器可以表示间接反馈放大器。这种间接反馈放大器可以包括反馈网络，该反馈网络可以起到与布置在第一辅助放大器周围的反馈网络相同的目的，即减少前馈放大器的输出信号和输入信号之间的非线性。这种反馈可以连接到第二内部负载，对于该第二内部负载，负载条件是已知的并且是稳定的，因此允许反馈的稳定性。因此，前馈放大器的反馈网络允许来自第一辅助放大器的偏差被放大并前馈到主放大器的输出，而没有前馈放大器可能产生的任何明显失真。
根据一个实施例，射频功率放大器系统可以被配置成在第一和第二输入端口处接收输入信号，该输入信号可以从系统前面的驱动器电路提供。本实施例的替代可以是射频功率放大器系统仅包括一个输入端口。然后，在所述单个输入端口处从该系统前面的驱动电路接收的输入信号可以被同等地提供给公共输入节点和公共节点。
根据一个实施例，射频功率放大器系统的输出信号可以被馈送到负载。负载及其条件可以影响射频功率放大器系统所需的负载能力，即系统的输入信号和输出信号之间为负载供电所需的放大。这种负载可以由任何合适的电子设备来表示，例如天线、滤波器、外部功率放大器、扬声器等。需要放大的输入信号才能工作。
根据一个实施例，前馈放大器、主放大器和辅助放大器可以包含在同一集成电路上。这里所说的“集成电路”是指在显著小的一块半导体材料(例如硅)上形成的电子电路。本实施例的优点在于，它允许射频功率放大器系统的电路的组成具有显著小的尺寸，允许它对于芯片集成应用等是有效的。
附图说明
通过以下对本发明实施例的说明性和非限制性详细描述，将更好地理解本发明的上述以及附加目的、特征和优点。将参考附图，在附图中:
图1图示了具有间接反馈的射频功率放大器系统的框图；
图2图示了根据本发明的射频功率放大器系统的实施例的框图，其中间接反馈与前馈偏差相结合；
图3图示了图2的射频功率放大器的基于CMOS的实现的示例电路；
图4图示了图3的射频功率放大器的示例电路，其中示出了前馈放大器的示例电路；以及
图5图示了如图1中所示的系统的线性性能与如图3和图4中所示的本发明实现的比较。
具体实施方式
图1图示了实现间接反馈线性化技术的射频功率放大器系统的框图。图1的框图示出了具有输入107和输出108的主放大器101、具有输入109和输出110的第一辅助放大器102、连接到第一辅助放大器的输出110的内部负载103、以及具有连接到第一辅助放大器102的输出110的输入端111和经由减法器115连接到第一辅助放大器102的输入109的输出端112的反馈网络104。主放大器101和第一辅助放大器102的输入107、109在公共输入节点113处互连。功率放大器系统100具有经由减法器115连接到公共输入节点113的第一输入端口114。射频功率放大器系统100连接到外部负载105，在图1中由天线表示。
主放大器101构成第一辅助放大器102的复制品。在许多应用中，主放大器101和第一辅助放大器102之间的比例因子可以大约在2∶1直到8∶1的范围内，然而也可以提供其它关系。这种比例因子定义了主放大器101的输入信号和输出信号之间的增益与第一辅助放大器102的相应增益之间的关系。因此，例如，在比例因子为4∶1的情况下，主放大器101的增益相当于第一辅助放大器102的增益的4倍。
图1的射频功率放大器系统100操作如下:从第一输入端口114向系统提供输入信号，在减法器115从该输入端口减去反馈信号，即反馈网络104的输出。由于反馈网络104连接在第一辅助放大器102周围，反馈网络104线性化第一辅助放大器102，并使在其输出106处的输出信号失真较小。由于内部负载103是已知的并且不能从外部访问，所以可以使在第一辅助放大器102周围的反馈网络104的操作稳定。换句话说，负载条件是已知的，并且不会改变。因此，由于反馈网络104，第一辅助放大器102中的非线性被抑制。主放大器101然后由与第一辅助放大器102相同的输入信号驱动，因为它们的两个输入在公共输入节点113处互连。由于主放大器101是第一辅助放大器102的复制品，所以它将以与第一辅助放大器102相同的方式响应所述相同的输入信号，导致主放大器101的输入和输出信号之间的非线性也被抑制。主放大器101的输出信号然后以增加的线性被提供给负载105。
然而，由包括第一辅助放大器102和反馈网络104的反馈环路提供的有限环路增益可能导致信号偏离第一辅助放大器的理想响应，这在本实施例中可能得不到补偿。这种偏差可以通过主放大器101携带，并因此用线性化信号的其余部分放大。
图2示出了射频功率放大器系统200的框图，该射频功率放大器系统200包括图1的射频功率放大器系统100以及添加前馈网络120。因此，图1中描述的组件及其功能在图2中被相同地表示。图2的前馈网络120包括具有输入129和输出128的第二辅助放大器122。第二辅助放大器122是第一辅助放大器102的复制品。因此，两个辅助放大器102、122以相同的方式响应输入信号。前馈网络120还包括具有输入124和输出130的前馈放大器123。第二辅助放大器122的输入129在公共输入节点113处与主放大器101和第一辅助放大器102的输入(107，109)互连。第二辅助放大器122的输出128和第二输入端口121在减法器127处与前馈放大器123的输入124互连，并且前馈放大器123的输出130和主放大器101的输出108在由加法器表示的公共输出节点125处互连。前馈网络120因此与主放大器101并联连接。
由布置在第一辅助放大器102周围的反馈网络104提供给主放大器101的间接反馈根据上面参考图1描述的射频功率放大器系统100的操作而工作。除了间接反馈之外，射频功率放大器系统200的前馈网络120如下操作:第二辅助放大器122的输入信号与第一辅助放大器102的输入信号相同，第一辅助放大器102的输入信号表示包括由反馈环路的有限环路增益产生的偏差的线性化信号。因为第二辅助放大器122是第一辅助放大器102的复制品，所以第二辅助放大器122的输出信号类似于第一辅助放大器102的输出信号，或者从第一辅助放大器102的输出信号增加或者减少。此外，以与第二辅助放大器122的增益与第一辅助放大器102的增益的比相同的比来针对在第一输入端口114处提供的输入信号缩放在第二输入端口121处提供的输入信号。在减法器127处，从第二辅助放大器122的输出信号中减去第二输入端口121的输入信号，从而将与第一辅助放大器102的理想响应的偏差与输出128的其余输出信号隔离开。因此，前馈放大器123的输入信号124仅表示所述偏差，该偏差然后以这样的方式被前馈放大器123放大，使得它包括与主放大器的输出108所携带的偏差相同的幅度，具有180°相移，即相反的相位。加法器125然后将放大的偏差加到主放大器101的输出108上，导致线性化的输出信号126，并且从该输出信号126中，与功率放大器的理想响应的偏差被完全或至少显著地移除。输出信号126然后被提供给负载105。
应当理解，射频功率放大器系统200的另一个示例可以是这样的，即前馈放大器123对隔离偏差的放大与主放大器101的输出108携带的偏差具有相同的相位，但是公共输出节点125由减法器表示。还应当理解，射频功率放大器200的另一个示例可以是这样的，即第二输入端口121的输入信号与第一输入端口114的输入信号相比包括180°相移，但是公共节点127由加法器表示。
图2中描述的射频功率放大器200的操作可以用数学表示进一步解释。考虑到由第一和第二辅助放大器102、122提供的增益是相同的并且等于A，由主放大器101提供的增益是nA(即，是辅助放大器102、122的增益n倍)，由前馈放大器123提供的增益是-n(即，具有180°相移的n的增益)，并且由反馈网络104提供的增益是β，减法器115之后的信号S113可以表示如下:
Figure DEST_PATH_IMAGE001
Sin表示第一输入端口114的输入信号，Aβ表示反馈环路的有限环路增益，该反馈环路产生与第一辅助放大器102的理想响应的偏差，这里用项
Figure 760327DEST_PATH_IMAGE002
表示。类似地，主放大器101的输出信号和第二辅助放大器122的输出信号可以表示为:
Figure DEST_PATH_IMAGE003
并且来自减法器127的输出信号可以表示为:
Figure 83992DEST_PATH_IMAGE004
减法器127的输出信号S124然后被前馈放大器123放大，并被加到主放大器101的输出信号S108上，导致输出信号126，如下面等式所示。
Figure DEST_PATH_IMAGE005
上述等式示出，移除了环路增益
Figure 394887DEST_PATH_IMAGE006
的依赖性，即射频功率放大器系统200的输出和输入之间的关系中与放大器理想响应的偏差。
因此，与现有技术的线性化技术相反，利用增加的前馈网络120执行的信号处理导致输出信号和输入信号之间更明确的关系，从而导致改善的线性。
图3示出了本发明概念的基于CMOS实现的示例。图3图示了由上半部301和下半部302组成的差分实现，其中两个半部是相同的。每个半部301、302由连接到相应的第一和第二输入端口的输入信号驱动，对于上半部301，输入端口是IN1+和IN2+，对于下半部302，输入端口是IN1-和IN2。两个输入端口由相同但相位相反的电流is304、305馈送，该电流由射频功率放大器系统之前的驱动电路产生。差分输出端口OUT+和OUT-分别连接到变压器306，变压器306将差分输出信号转换成提供给负载307的单端输出信号OUT。下面针对基于CMOS的实现的上半部301描述图2中所图示的射频功率放大器系统200的不同块。
主放大器可以包括电容C2和两个晶体管器件，分别是n沟道MOSFET或NMOS、N3和N4。第一辅助放大器用电容C1和两个晶体管器件实现，分别是NMOS、N1和N2，它们连接到由并联谐振电路308组成的内部负载。第一辅助放大器以与主放大器相似的方式实现，即两个放大器对输入信号提供相同的响应。反馈网络可以包括从晶体管N1的漏极到输入端口IN1+的短路309。两个电容C1、C2可以被认为是工作频率处的短路，并且对于射频功率放大器系统的行为不是必需的。第二辅助放大器由电容C3和两个晶体管器件(NMOS) N5和N6实现。
第二辅助放大器与主放大器并联连接，但是在本实现中没有被缩放以提供增益，即由第二辅助放大器提供的增益与第一辅助放大器中的增益相同。由于辅助放大器在该实现中是相同的复制品，所以晶体管器件N5和N6的尺寸应该分别等于晶体管器件N1和N2的尺寸。这样，由于间接反馈，晶体管器件N5、N6中的电流id2变得等于晶体管器件N1、N2中的电流id1。此外，前馈放大器303可以由电流放大器表示，并且提供增益，使得其输出信号可以具有与主放大器的输出信号相同的幅度但是相反的相位。
本发明的射频功率放大器的CMOS实现的操作可以用如下数学表示来解释:馈送到第一输入端口IN1+的输入信号(电流i s 为304)在第一输入端口IN1+处产生电压，并且从而在晶体管器件N2的栅极处产生电压。晶体管器件N2栅极处的电压产生通过晶体管器件N1和N2的电流id1。类似于图2的等式(2)，电流id1和输入电流is 304之间的关系可以由下列等式表示:
Figure DEST_PATH_IMAGE007
在典型的高频实现中，环路增益Aβ可能大约-10，导致电流id1仅为输入电流is 304的大约90%。因此，通过由第一辅助放大器的负载阻抗两端的电压产生的电流表示与第一辅助放大器的理想响应的偏差
Figure 196621DEST_PATH_IMAGE008
，假设无限环路增益Aβ，对于理想响应，电流i d1 等于输入电流i s 304。这种关系可以表示为:
Figure DEST_PATH_IMAGE009
由于本实现的第二辅助放大器是第一辅助放大器的相同复制品，并且两个放大器具有相同的输入信号，所以由有限反馈回路产生的偏差可以通过第二辅助放大器来携带，导致晶体管器件N5、N6的电流被表示为:
Figure 214256DEST_PATH_IMAGE010
根据上面等式，偏差可表示为:
Figure DEST_PATH_IMAGE011
由于第二辅助放大器在本实现中不提供增益(i d1 = i d2 )，并且由于输入端口IN1+、IN2+的输入电流相同，所以与第二辅助放大器的理想响应的偏差等于与第一辅助放大器的理想响应的偏差:
Figure 771139DEST_PATH_IMAGE012
然后，在被加到主放大器的输出之前，偏差
Figure DEST_PATH_IMAGE013
被前馈放大器303以增益-n放大。因此，输出端口OUT-处的输出信号的表达式可以写为:
Figure 569331DEST_PATH_IMAGE014
其中 i d3 表示主放大器的晶体管器件N3、N4处的电流。由于主放大器是第一辅助放大器的复制品，并且主放大器的电流增益与前馈放大器之一的电流增益相同，因此电流i d3 可以表示为:
Figure DEST_PATH_IMAGE015
因此，输出端口OUT-处的输出信号可以改写为:
Figure 440335DEST_PATH_IMAGE016
因此，在基于CMOS的应用中实现的本发明概念移除了由有限环路增益引起的与放大器理想响应的偏差。
图4示出了图3的射频功率放大器的CMOS实现的示例电路，其中增加了关于前馈放大器303的电路的细节。在图4中，前馈放大器303可以由电流放大器表示，并且可以分别包括电容C11和晶体管器件(NMOS) N11和N12，它们连接到由并联谐振电路310组成的内部负载。前馈放大器303因此具有反馈网络，该反馈网络包括从晶体管N11的漏极到电流放大器303的输入的短路311。前馈放大器303还分别包括第二电容C12和第二对晶体管器件(NMOS)N13和N14。放大器303的示例电路以间接反馈技术操作，以便线性化前馈放大器303的输入信号和输出信号之间的关系。这里给出的反馈环路也由于其有限环路增益而产生了与理想情况的偏差。然而，由于到前馈放大器的输入信号电平与前馈放大器能够处理的最大信号相比较小，因此这种偏差将不会太明显。在本实现中，到前馈放大器的输入信号可以表示比到主放大器101的输入信号弱得多的信号。因此，它的偏差是可以忽略的。
图5示出了图1中所示的系统的线性性能与如图3和图4中所示的本发明实现的比较。根据一个例子，用80MHz802.11ac输入信号模拟线性性能。两个模拟中的输出功率电平都是+20dBm，并且图1的射频功率放大器的响应在输出频谱501中示出，并且所实现的发明的响应在输出频谱502中示出。正如从这些结果可以看出的，与现有技术相比，所实现的发明的EVM(误差矢量幅度)性能改善了大约15 dB，该现有技术表示了由环路增益为-10产生的典型偏差。除了改善的EVM之外，与现有技术相比，本发明将增益增加了大约0.7dB。
虽然已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这种图示和描述被认为是说明性的或示例性的，而不是限制性的。本发明不限于所公开的实施例。
通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现对所公开实施例的其它变化。在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，以及不定冠词“一个”或“一”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中引用某些措施的纯粹事实并不表示这些措施的组合不能被有利地使用。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。

Claims (13)

1.一种射频功率放大器系统(200)，包括:
第一输入端口(114)和第二输入端口(121),被布置成分别接收第一和第二输入信号；
具有输入(107)和输出(108)的主放大器(101)；
第一辅助放大器(102)和第二辅助放大器(122)，具有各自的输入(109，129)和输出(110，128)；
连接到第一辅助放大器(102)的输出(110)的内部负载(103)；
反馈网络(104)，其被布置成线性化第一输入信号，并且具有连接到第一辅助放大器(102)的输出(110)的输入端(111)和连接到第一辅助放大器(102)的输入(109)的输出端(112)；以及
具有输入(124)和输出(130)的前馈放大器(123)；
其中；
主放大器(101)和辅助放大器(102，122)的输入(107，109，129)在公共输入节点(113)处与第一输入端口(114)互连；
第二辅助放大器(122)的输出(128)和第二输入端口(121)在公共节点(127)处与前馈放大器(123)的输入(124)互连；
前馈放大器(123)和主放大器(101)的输出(130，108)在公共输出节点(125)处互连；
并且其中；
主放大器(101)是具有增加的增益的第一和第二辅助放大器(102，122)的复制品；
第二辅助放大器(122)是第一辅助放大器(102)的复制品；
并且其中；
第二输入信号与第一输入信号输入之比与第二辅助放大器(122)提供的增益与第一辅助放大器(102)提供的增益之比相同；和
第二辅助放大器(122)、第二输入端口(121)和前馈放大器(123)一起形成前馈网络(120)，该前馈网络(120)被布置成至少部分地移除来自主放大器(101)的输出(108)的偏差。
2.根据权利要求1所述的射频功率放大器系统，其中所述主放大器和所述辅助放大器被配置为对输入信号提供相同的响应。
3.根据权利要求1或2所述的射频功率放大器系统，其中第一输入端口和反馈网络输出端经由减法器(115)连接到公共输入节点。
4.根据前述权利要求中任一项所述的射频功率放大器系统，其中所述公共节点是减法器。
5.根据前述权利要求中任一项所述的射频功率放大器系统，其中，前馈放大器(123)被配置为提供增益，使得其输出信号(130)具有与主放大器(101)的输出信号(108)相同的幅度但相反的相位。
6.根据前述权利要求中任一项所述的射频功率放大器系统，其中所述公共输出节点是加法器。
7.根据前述权利要求中任一项所述的射频功率放大器系统，其中每个辅助放大器包括串联连接的第一晶体管(N1，N5)和第二晶体管(N2，N6)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的射频功率放大器系统，其中所述主放大器包括串联连接的第一晶体管(N3)和第二晶体管(N4)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的射频功率放大器系统，其中所述前馈放大器代表间接反馈放大器。
10.根据权利要求2所述的射频功率放大器系统，被配置为在所述第一和第二输入端口处从所述射频功率放大器系统之前的驱动电路接收输入信号。
11.根据前述权利要求中任一项所述的射频功率放大器系统，被配置为将所述系统的输出信号馈送到负载(105)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的射频功率放大器系统，其中所述前馈放大器、所述主放大器和所述辅助放大器被包括在同一集成电路上。
13.一种射频功率放大器系统的输出信号的线性化的方法，包括:
第一和第二输入端口，被布置成分别接收第一和第二输入信号；
具有输入和输出的主放大器；
具有各自输入和输出的第一和第二辅助放大器；
连接到第一辅助放大器的输出的内部负载；
反馈网络，被布置成线性化第一输入信号，并且具有连接到第一辅助放大器的输出的输入端和连接到第一辅助放大器的输入的输出端；以及
具有输入和输出的前馈放大器；
其中；
主放大器和辅助放大器的输入在公共输入节点处与第一输入端口互连；
第二辅助放大器的输出和第二输入端口在公共节点处与前馈放大器的输入互连；
前馈放大器和主放大器的输出在公共输出节点处互连；
并且其中；
主放大器是具有增加的增益的第一和第二辅助放大器的复制品；以及
第二辅助放大器是第一辅助放大器的复制品；
第二输入信号与第一输入信号输入之比与第二辅助放大器(122)提供的增益与第一辅助放大器(102)提供的增益之比相同；
该方法包括:
借助于反馈网络获得与第一辅助放大器上的理想响应的偏差；
通过从第二辅助放大器的输出中移除第二输入信号来隔离所述偏差；
借助于前馈放大器放大所述隔离的偏差；和
将所述放大的偏差加到主放大器的输出上。
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