CN114915302B - 用于发射机的增益控制电路及相关方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于发射机的增益控制电路及相关方法,该发射机经一数字放大器及一模拟放大器和一功率放大器,该发射机用来根据一增益来放大一输入信号,以产生一输出信号。该增益控制电路包括一校正器,用来根据该发射机在一当前封包传输期间结束后的一过去时间,计算一校正功率。该增益控制电路根据该校正功率、该输入信号的一发射信号强度指示和该发射机的一环境温度,调整该增益。
Description
技术领域
本公开是关于一种增益控制电路及相关方法,特别是关于一种用于发射机的增益控制电路及相关方法。
背景技术
在射频(radio-frequency,RF)通讯系统的发射机(Transmitter)中,功率放大器(Power amplifier,PA)用来放大发射机产生的射频信号,再透过天线辐射射频信号,以实现无线通信。然而,功率放大器的操作特性(例如线性度)会随环境温度而改变。因此,为了确保通讯质量,需使用增益控制电路来追踪输出功率据以调整发射机的增益,让输出功率和目标功率的差异达到最小化。
因此,如何提供一种增益控制电路及相关方法,让发射机的输出功率和目标功率的差异达到最小化,实乃本领域的课题之一。
发明内容
为了解决上述问题,本公开提供一种增益控制电路,用于一发射机。该发射机包括一数字放大器、一模拟放大器及一功率放大器,该数字放大器、该模拟放大器及该功率放大器用来根据一增益来放大一输入信号,以产生一输出信号。该增益控制电路包括一校正器、一加法器、一目标功率查找表、一比较器以及一自动增益控制器。该校正器用来根据该发射机在一当前封包传输期间结束后的一过去时间,计算一校正功率。该加法器连接该校正器,用来根据该校正功率、该输入信号的一发射信号强度指示和该发射机的一环境温度,计算一当前输出功率。该目标功率查找表用来产生一下一笔输出功率对应的一目标功率。该比较器连接该加法器和该目标功率查找表,用来比较该当前输出功率和该目标功率,以计算一补偿功率。该自动增益控制器连接该比较器和该功率放大器,用来根据该补偿功率,调整该数字放大器、该模拟放大器及该功率放大器的该增益。
本公开另提供一种增益控制方法,用于一发射机的一数字放大器、一模拟放大器及一功率放大器,该数字放大器、模拟放大器及功率放大器用来根据一增益来放大一输入信号,以产生一输出信号。该增益控制方法包括根据该发射机在一当前封包传输期间结束后的一过去(elapsed)时间,计算一校正功率;根据该校正功率、该输入信号的一发射信号强度指示和该发射机的一环境温度,计算一当前输出功率;比较该当前输出功率和一下一笔输出功率对应的一目标功率,计算一补偿功率;以及根据该补偿功率,调整该数字放大器、该模拟放大器及该功率放大器的该增益。
本公开的增益控制电路和相关方法在当前封包传输期间结束后的过去时间大于等于门坎值时,根据校正功率来调整数字放大器、模拟放大器及功率放大器的增益,使得下一笔输出功率不会被过度补偿。因此,发射机的输出功率和目标功率的差异可达到最小化。
附图说明
为使本公开的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂,所附附图的说明如下:
图1为一发射机的功能方块图。
图2为图1的功率放大器的输出功率对时间的示意图。
图3为根据本公开实施例一发射机的功能方块图。
图4为根据本公开实施例图3的功率放大器的输出功率和基频电路的启动信号和校正信号的时序示意图。
图5为根据本公开实施例一增益控制流程的流程图。
【符号说明】
11:功率检测器
12:模拟-数字转换器
13:环境温度检测器
14:加法器
16:目标功率查找表
17:比较器
18:自动增益控制器
1,3:发射机
10,30:增益控制电路
31:校正器
32:基频电路
33:处理器
34:定时器
DA:数位放大器
AA:模拟放大器
51~56:步骤
ANT:天线
EN:启动信号
PA:功率放大器
RFin:输入信号
RFout:输出信号
A[N]:增益
C[N]:补偿功率
P[N]:当前输出功率
P[N+1]:下一笔输出功率
Q[N]:校正功率
t:过去时间
TC:校正信号
TG[N]:目标功率
TSSI:发射信号强度指示
TXDET:检测功率
T[N]:当前时间
T[N+1]:下一笔时间
T[N+2]:下两笔时间
TH:门坎值
TX:封包传输期间
TX[1]:当前封包传输期间
TX[2]:下一笔封包传输期间
TX[3]:下两笔封包传输期间
RX:封包接收期间
ΔP:过量功率
具体实施方式
下文系举实施例配合所附附图作详细说明,但所描述的具体实施例仅用以解释本申请,并不用来限定本申请,而结构操作的描述非用以限制其执行的顺序,所产生具有均等功效的装置,皆为本公开内容所涵盖的范围。
图1为一发射机(Transmitter)1的功能方块图。发射机1包括一增益控制电路10、一数字放大器DA一模拟放大器AA、一功率放大器PA以及一天线ANT。增益控制电路10包括一功率检测器11、一模拟-数字转换器(Analog-to-digital converter,ADC)12、一环境温度检测器13、一加法器14、一目标功率查找表(Lookup table)16、一比较器17以及一自动增益控制器(Auto Gain Controller,AGC)18。
发射机1可用于一无线通信装置,例如一微波集成电路(Integrated circuit,IC)收发机(Transceiver)或微波收发机系统。发射机的一基频电路(未绘于图1)用来产生一输入信号RFin,例如射频信号。于发射机1中,经过数字放大器DA、模拟放大器AA及功率放大器PA根据一增益A[N]来放大输入信号RFin,以产生一输出信号RFout。天线ANT连接功率放大器PA,用来辐射输出信号RFout到空中。
于增益控制电路10中,功率检测器11连接功率放大器PA的输出端,用来根据输出信号RFout,产生一检测功率TXDET。模拟-数字转换器12连接功率检测器11,用来将模拟形式的检测功率TXDET转换为一数字形式的发射信号强度指示(Transmitter signalstrength indication,TSSI)。环境温度检测器13用来检测发射机1的一环境温度TEMP。加法器14连接模拟-数字转换器12和环境温度检测器13,用来根据当前的发射信号强度指示和环境温度TEMP,计算一当前输出功率P[N]。目标功率查找表16用来产生一下一笔输出功率P[N+1]对应的一目标功率TG[N]。比较器17连接加法器14和目标功率查找表16,用来比较当前输出功率P[N]和目标功率TG[N],以计算一补偿功率C[N]。自动增益控制器18连接比较器17和数字放大器DA、模拟放大器AA及功率放大器PA,用来根据补偿功率C[N],计算增益A[N]。
简单来说,增益控制电路10用来根据当前输出信号RFout的发射信号强度指示、环境温度TEMP来计算出当前输出功率P[N],接着再计算当前输出功率P[N]和目标功率TG[N]的差值来计算补偿功率C[N],最后透过自动增益控制器18来调整数字放大器DA、模拟放大器AA及功率放大器PA的增益A[N]。如此一来,增益控制电路10可实现自动功率追踪(powertracking)据以调整数字放大器DA、模拟放大器AA及功率放大器PA的增益A[N],让输出信号RFout的功率和目标功率TG[N]的差异达到最小化。
图2为图1的增益控制电路10的输出功率对时间的示意图。假设发射机1在任一封包传输期间TX的目标功率都是TG[N],并且发射机1在任一封包接收期间RX的目标功率是低于目标功率TG[N]的值,但不限于此。于图2中,一当前封包传输期间TX[1]在一当前时间T[N]开始、一下一笔封包传输期间TX[2]在一下一笔时间T[N+1]开始,以及一下两笔封包传输期间TX[3]在一下两笔时间T[N+2]开始。然而,申请人注意到,当两个连续的封包传输期间TX之间的时间差达到一门坎值TH时,放大器(即数字放大器DA、模拟放大器AA及功率放大器PA中的至少一者)因为在一段时间内没有输出高功率而自行降温,使得放大器的操作特性改变,导致增益控制电路10过度补偿功率。反之,当两个连续的封包传输期间TX之间的时间差t未达到门坎值TH时,放大器的温度和操作特性相同或是几乎未改变,则增益控制电路10可适当地补偿功率。
具体而言,如图2所示,由于放大器在当前封包传输期间TX[1]结束之后停止输出高功率的一过去(elapsed)时间t很长(意即当前封包传输期间TX[1]和下一笔封包传输期间TX[2]之间的时间差大于等于门坎值TH),放大器的温度下降并且操作特性改变;然而,增益控制电路10却根据当前封包传输期间TX[1]的操作特性来补偿功率,导致下一笔封包传输期间TX[2]的输出功率被过度补偿了一过量功率ΔP。另一方面,由于下一笔封包传输期间TX[2]和下两笔封包传输期间TX[3]之间的时间差很近(意即下一笔封包传输期间TX[2]和下两笔封包传输期间TX[3]之间的时间差小于门坎值TH),放大器的温度和操作特性视为不变;增益控制电路10根据下一笔封包传输期间TX[2]的操作特性来补偿功率,使得下两笔封包传输期间TX[3]的输出功率满足目标功率TG[N]。
换一角度而言,虽然增益控制电路10可根据环境温度TEMP来补偿功率,但环境温度TEMP不能反映数字放大器DA、模拟放大器AA及功率放大器PA的温度。此外,增益控制电路10利用当前输出功率P[N]作为参考值来计算下一笔功率P[N+1],但当前输出功率P[N]可能和下一笔输出功率差异太大。基于上述因素,增益控制电路10在特定情况下不能适当地补偿功率。
图3为根据本公开实施例一发射机3的功能方块图。发射机3包括一增益控制电路30、一基频电路32、一数字放大器DA、一模拟放大器AA及一功率放大器PA以及一天线ANT。增益控制电路30包括一功率检测器11、一模拟-数字转换器12、一环境温度检测器13、一加法器14、一目标功率查找表16、一比较器17以及一自动增益控制器18,上述组件的详细结构及操作可参考图1的增益控制电路10的说明,于此不赘述。
值得注意的是,相较于图1的增益控制电路10,图3的增益控制电路30还包括一校正器31,用来根据一校正信号TC,产生一校正功率Q[N]到加法器14。因此,加法器14根据校正功率Q[N]、当前的发射信号强度指示和环境温度TEMP,计算当前输出功率P[N]。于一实施例中,校正器31可以是时间对功率(或时间对效率)的一查找表。举例来说,透过实验测试,可得知数字放大器DA、模拟放大器AA及功率放大器PA在封包接收期间(或闲置期间)的温度、效率、线性度等特性对时间的曲线,藉此归纳校正功率Q[N]。如此一来,校正器31可根据封包接收期间(或闲置期间)的过去时间,产生校正功率Q[N]。
基频电路32包括一处理器33以及一定时器34。处理器33连接数字放大器DA、模拟放大器AA及功率放大器PA和定时器34,用来产生一输入信号RFin到数字放大器DA、模拟放大器AA和功率放大器PA,以及一启动信号EN到定时器34。定时器34连接处理器33和校正器31,用来根据启动信号EN,产生校正信号TC到校正器31。定时器34还用来产生封包接收期间(或闲置期间)的过去时间,以供校正器31读取。
图4为根据本公开实施例图3的功率放大器PA的输出功率和基频电路32的启动信号EN和校正信号TC的信号时序示意图。于一实施例中,在一封包传输期间TX结束(或一封包接收期间RX开始)时,基频电路32的处理器33设定启动信号EN为一第一逻辑状态(例如,逻辑“1”),使得定时器34从零开始计时;在下一封包传输期间TX开始(或该封包接收期间RX结束)时,基频电路32的处理器33设定启动信号EN为一第二逻辑状态(例如,逻辑“0”),使得定时器34停止计时。于一实施例中,当定时器34判断一过去时间t小于一门坎值TH时,定时器34设定校正信号TC为第二逻辑状态,因此校正器31不产生校正功率Q[N];当定时器34判断时间t大于等于门坎值TH时,定时器34设定校正信号TC为第一逻辑状态,使得校正器31产生校正功率Q[N]。
举例来说,如图4所示,当一当前封包传输期间TX[1]在一当前时间T[N]开始时,启动信号EN设定为逻辑“0”状态,使得定时器34不计时。当当前封包传输期间TX[1]结束时,启动信号EN设定为逻辑“1”状态,使得定时器34从零开始计时。当定时器34判断时间t大于等于门坎值TH时,定时器34设定校正信号TC为逻辑“1”状态,使得校正器31产生校正功率Q[N]。举例来说,当校正信号TC为逻辑“1”状态时,校正器31读取定时器34的一过去时间,并查找对应该过去时间的校正功率Q[N]。当一下一笔封包传输期间TX[2]在一下一笔时间T[N+1]正要开始时,增益控制电路30的加法器14根据校正功率Q[N]来计算下一笔输出功率P[N+1],使得下一笔输出功率P[N+1]不会被过度补偿。接着,在下一笔封包传输期间TX[2]内,启动信号EN设定为逻辑“0”状态,使得定时器34不计时。因此,在下一笔封包传输期间TX[2]内,由于定时器34的过去时间没有改变,校正器31产生的校正功率Q[N]不变。直到下一笔封包传输期间TX[2]结束之后,校正信号TC设定为逻辑“0”状态,使得校正器31不产生校正功率Q[N]。
简言之,于本公开实施例中,当当前封包传输期间TX[1]结束后的过去时间t大于等于门坎值TH时,校正信号TC设定为逻辑“1”状态,使得校正器31产生校正功率Q[N]。因此,本公开的增益控制电路30可根据校正功率Q[N]来计算下一笔输出功率P[N+1]并调整增益A[N],使得下一笔输出功率P[N+1]不会被过度补偿。相较于图2,图4在下一笔封包传输期间TX[2]的输出功率减少了过量功率ΔP,以满足目标功率TG[N]。
于一实施例中,校正器31和定时器34可由硬件电路或软件程序来实现。当校正器31和定时器34是由软件程序来实现时,本公开的增益控制电路30可整合在任何现有的发射机,因此本公开具有兼容性和易于整合的优势。
关于增益控制电路30的操作方式可归纳为一增益控制流程,如图5所示,增益控制流程包含以下步骤。
步骤51:判断当前封包传输期间结束后的过去时间t是否大于等于门坎值TH。若是,进行步骤52;若否,进行步骤54。
步骤52:根据发射机在当前封包传输期间结束后的过去时间,产生校正功率。
步骤53:根据校正功率、发射信号强度指示和环境温度,计算当前输出功率。进行步骤55。
步骤54:根据发射信号强度指示和环境温度,计算当前输出功率。
步骤55:比较当前输出功率和下一笔输出功率对应的目标功率,计算补偿功率。
步骤56:根据补偿功率,调整增益。
关于增益控制流程的详细操作,可参考图3和图4的说明,于此不赘述。于一实施例中,增益控制流程可编译为一程序代码而储存于发射机的内存中,用来指示基频电路32和增益控制电路30来实现自动功率追踪,据以调整数字放大器DA、模拟放大器AA及功率放大器PA的增益A[N]。
综上所述,本公开的增益控制电路和流程在当前封包传输期间结束后的过去时间大于等于门坎值时,根据校正功率来调整增益,使得下一笔输出功率不会被过度补偿。因此,发射机的输出功率和目标功率的差异可达到最小化。
虽然本申请已以实施方式公开如上,然其并非限定本申请,任何熟习此技艺者,在不脱离本申请的精神和范围内,当可作各种更动与润饰,因此本申请的保护范围当视后附的权利要求书所界定者为准。
Claims (10)
1.一种增益控制电路,用于一发射机,该发射机包括一数字放大器、一模拟放大器及一功率放大器,该数字放大器、该模拟放大器及该功率放大器用来根据一增益来放大一输入信号,以产生一输出信号,其特征在于,该增益控制电路包括:
一校正器,用来根据该发射机在一当前封包传输期间结束后的一过去时间,产生一校正功率;
一加法器,连接该校正器,用来根据该校正功率、该输入信号的一发射信号强度指示和该发射机的一环境温度,计算一当前输出功率;
一目标功率查找表,用来产生一下一笔输出功率对应的一目标功率;一比较器,连接该加法器和该目标功率查找表,用来比较该当前输出功率和该目标功率,以计算一补偿功率;以及
一自动增益控制器,连接该比较器和该功率放大器,用来根据该补偿功率,调整该增益。
2.如权利要求1所述的增益控制电路,其特征在于,进一步包括:
一功率检测器,连接该功率放大器的一输出端,用来根据该输出信号,产生一检测功率;
一模拟-数字转换器,连接该功率检测器,用来将该检测功率转换为该发射信号强度指示;以及
一环境温度检测器,连接该加法器,用来检测该环境温度。
3.如权利要求1所述的增益控制电路,其特征在于,该发射机包括一基频电路,该基频电路包括:
一处理器,连接该功率放大器的一输入端,用来产生该输入信号到该数字放大器、该模拟放大器及该功率放大器,以及产生一启动信号;以及
一定时器,连接该处理器和该校正器,用来根据该启动信号,产生一校正信号到该校正器。
4.如权利要求3所述的增益控制电路,其特征在于,
在该当前封包传输期间结束或一封包接收期间开始时,该处理器设定该启动信号为一第一逻辑状态,使得该定时器从零开始计时;以及
在一下一笔封包传输期间开始或该封包接收期间结束时,该处理器设定该启动信号为一第二逻辑状态,使得该定时器停止计时。
5.如权利要求3所述的增益控制电路,其特征在于,
当该当前封包传输期间结束后的该过去时间大于等于一门坎值时,该定时器设定该校正信号为一第一逻辑状态,使得该校正器产生该校正功率;以及
当该当前封包传输期间结束后的该过去时间小于该门坎值时,该定时器设定该校正信号为一第二逻辑状态,使得该校正器不产生该校正功率。
6.如权利要求5所述的增益控制电路,其特征在于,当该当前封包传输期间结束后的该过去时间大于等于该门坎值时,直到一下一笔封包传输期间结束,该定时器设定该校正信号为该第二逻辑状态,使得该校正器不产生该校正功率。
7.如权利要求5所述的增益控制电路,其特征在于,该校正信号为该第一逻辑状态时,该校正器读取该定时器的该过去时间,并查找对应该过去时间的该校正功率。
8.如权利要求1所述的增益控制电路,其特征在于,该发射机用于一无线通信装置,该无线通信装置是一微波集成电路收发机或一微波收发机系统。
9.如权利要求2所述的增益控制电路,其特征在于,该发射机包括一天线,连接该功率放大器的该输出端和该功率检测器,用来辐射该输出信号到空中。
10.一种增益控制方法,用于一发射机的一数字放大器、一模拟放大器及一功率放大器,该数字放大器、该模拟放大器及该功率放大器用来根据一增益来放大一输入信号,以产生一输出信号,其特征在于,该增益控制方法包括:
根据该发射机在一当前封包传输期间结束后的一过去时间,产生一校正功率;
根据该校正功率、该输入信号的一发射信号强度指示和该发射机的一环境温度,计算一当前输出功率;
比较该当前输出功率和一下一笔输出功率对应的一目标功率,计算一补偿功率;以及
根据该补偿功率,调整该数字放大器、该模拟放大器及该功率放大器的该增益。
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