CN117938094A - 一种功率放大器的控制方法及功率放大器装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种功率放大器的控制方法及功率放大器装置，涉及通信领域，通过调整功率放大器的驱动电路的输出阻抗使得功率放大器的驱动电路的输出阻抗与功率放大器的输入阻抗尽量的做到相互匹配，相互匹配的阻抗可以减小驱动电路与功率放大器之间信号传输过程的信号反射，增加输出到功率放大器的驱动信号的线性度，在一定程度上降低了功率放大器及其驱动电路的输出信号的失真情况，减小了输出信号中的高次谐波能量，在无需新增滤波器件的基础上，只需要控制信号，通过对驱动电路进行控制，在射频芯片内部对功放的输出谐波进行控制就可以实现对谐波的抑制过程，不会显著增加整个射频芯片的体积和成本，避免影响射频芯片的集成度和成本控制过程。

Description

一种功率放大器的控制方法及功率放大器装置

技术领域

本发明涉及通信领域，特别是涉及一种功率放大器的控制方法及功率放大器装置。

背景技术

在无线通信领域，目前广泛应用的技术有蓝牙、WiFi、ZigBee等，这些技术所采用的信号的工作频段和谐波频率都相互靠近，为了避免相互干扰，不同的用户都会对自身所采用的天线的发射功率及其谐波电平等做出严格的限制。因此为了符合不同应用场景下的EMI(Electromagnetic Interference，电磁干扰)要求，在设计射频前端模块来进行无线通信的过程中，需要对射频前端模块的发射功率进行有效的控制，一款良好的射频功率放大器模块在工作时，主要能量应该都集中在工作频段，其输出的谐波必须远小于法规要求的功率等级，一般要求相对主功率小40dB左右。特别是射频前端模块中功率放大器的输出功率较大时，需要对功率放大器的输出谐波进行抑制，才能满足EMI要求，如何抑制功率放大器的输出谐波成为急需解决的技术问题。

现有技术中存在三种常见的抑制功率放大器输出谐波的方法：第一种方法是在功率放大器的输出端采用LC滤波结构进行输出匹配设计，设置滤波带宽是功率放大器的输出功率在主频点做到匹配的同时，在谐波频段产生较大的衰减，从而降低其谐波能量，从而降低其谐波能量，但是这种方法一般只能应用在功率较低，对谐波能量要求不高的场合；第二种方法是采用SAW(Surface Acoustic Wave)或者BAW(Bulk Acoustic Wave)滤波器，只允许功率放大器的输出功率中处于工作频段内的信号通过，但是这种方法需要采用工艺复杂度高、成本高的滤波器才能实现；第三种方法是设计具有滤波功能的选频天线，在天线层面抑制谐波频段的功率，但是这种方法对天线设计要求很高，对应用场合的限制也较多；这三种方法基本都采用了功率放大器的输出端滤波这一方式实现，这些方法一般需要借助芯片外围器件实现，在集成度和成本控制上并不具备很大的优势。

发明内容

本发明的目的是提供一种功率放大器的控制方法及功率放大器装置，降低了功率放大器及其驱动电路的输出信号的失真情况，减小了功率放大器及其驱动电路的输出信号的高次谐波能量，能够在无需新增滤波器件的基础上，只需要控制信号，通过对驱动电路进行控制，在射频芯片内部对功放的输出谐波进行控制就可以实现对谐波的抑制过程，不会显著增加整个射频芯片的体积和成本，避免影响射频芯片的集成度和成本控制过程。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种功率放大器的控制方法，应用于所述功率放大器的驱动电路的控制器，所述功率放大器的驱动电路的控制端与所述控制器连接，输入端接入射频信号，输出端与所述功率放大器的输入端连接；所述功率放大器的控制方法包括：

确定所述功率放大器的目标输出功率，并基于所述目标输出功率确定所述功率放大器的输入阻抗；

调整所述功率放大器的驱动电路的输出阻抗以使所述驱动电路的输出阻抗与所述功率放大器的输入阻抗相互匹配；

基于调整后的所述驱动电路的输出阻抗控制所述功率放大器的驱动电路驱动所述功率放大器。

可选地，所述功率放大器的驱动电路包括电压源、若干组推挽结构的驱动管组合、与所述驱动管组合一一对应连接的若干个第一控制开关、与所述驱动管组合一一对应连接的若干个第二控制开关，对应的所述第一控制开关、所述驱动管组合和所述第二控制开关依次串联连接，串联后的电路的第一端与所述电压源的输出端连接，第二端与基准电压连接，所述驱动管组合的输入端接入射频信号，输出端与所述功率放大器的输入端连接；

所述调整所述功率放大器的驱动电路的输出阻抗以使所述驱动电路的输出阻抗与所述功率放大器的输入阻抗相互匹配，包括：

调整所述电压源的输出电压以使所述驱动电路的输出阻抗与所述功率放大器的输入阻抗相互匹配；

和/或，

调整各个所述第一控制开关的导通情况和各个所述第二控制开关的导通情况以使所述驱动电路的输出阻抗与所述功率放大器的输入阻抗相互匹配。

可选地，所述基于调整后的所述驱动电路的输出阻抗控制所述功率放大器的驱动电路驱动所述功率放大器，包括：

确定与所述功率放大器的输入阻抗相互匹配的所述驱动电路的输出阻抗对应的所述电压源输出的目标电压；

确定与所述功率放大器的输入阻抗相互匹配的所述驱动电路的输出阻抗对应的各个所述第一控制开关的控制信号的目标值和各个所述第二控制开关的控制信号的目标值；

基于所述目标电压控制所述电压源、基于所述各个所述第一控制开关的控制信号的目标值控制各个所述第一控制开关、基于各个所述第二控制开关的控制信号的目标值控制各个所述第二控制开关以控制所述功率放大器的驱动电路驱动所述功率放大器。

可选地，所述调整所述功率放大器的驱动电路的输出阻抗以使所述驱动电路的输出阻抗与所述功率放大器的输入阻抗相互匹配，包括：

控制所述功率放大器的驱动电路的输出阻抗在预设时长内从初始值逐渐变化至与所述功率放大器的输入阻抗相互匹配的目标值。

可选地，所述功率放大器的控制方法还包括：

当所述功率放大器停止工作时，控制所述功率放大器的驱动电路的输出阻抗在预设时长内从与所述功率放大器的输入阻抗相互匹配的目标值逐渐变化至初始值。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种功率放大器装置，包括功率放大器、功率放大器的驱动电路和所述功率放大器的驱动电路的控制器，所述功率放大器的驱动电路的控制端与所述控制器连接，输入端接入射频信号，输出端与所述功率放大器的输入端连接；所述功率放大器的驱动电路的控制器用于实现如前述所述的功率放大器的控制方法的步骤。

可选地，所述功率放大器的驱动电路包括电压源、若干组推挽结构的驱动管组合、与所述驱动管组合一一对应连接的若干个第一控制开关、与所述驱动管组合一一对应连接的若干个第二控制开关，对应的所述第一控制开关、所述驱动管组合和所述第二控制开关依次串联连接，串联后的电路的第一端与所述电压源的输出端连接，第二端与基准电压连接，所述驱动管组合的输入端接入射频信号，输出端与所述功率放大器的输入端连接。

可选地，所述推挽结构的驱动管组合包括PMOS管和NMOS管，所述PMOS管的源极与所述第一控制开关的一端连接，漏极分别与所述功率放大器的输入端和所述NMOS管的漏极连接，所述NMOS管的漏极与所述第二控制开关的一端连接，所述PMOS管的栅极和所述NMOS管的栅极连接，且接入射频信号。

可选地，不同组的推挽结构的驱动管组合中的PMOS管的尺寸成等比例关系、NMOS管的尺寸成等比例关系。

可选地，所述功率放大器装置还包括锁相环和天线，所述功率放大器的输出端与所述天线连接，所述锁相环的输出端与所述推挽结构的驱动管组合的输入端连接，所述锁相环用于输出射频信号。

本发明提供了一种功率放大器的控制方法，根据功率放大器需要满足的目标输出功率确定与目标输出功率对应的功率放大器的输入阻抗，通过调整功率放大器的驱动电路的输出阻抗使得功率放大器的驱动电路的输出阻抗与功率放大器的输入阻抗尽量的做到相互匹配，相互匹配的阻抗可以减小驱动电路与功率放大器之间信号传输过程的信号反射，增加输出到功率放大器的驱动信号的线性度，从而在一定程度上降低了功率放大器及其驱动电路的输出信号的失真情况，减小了功率放大器及其驱动电路的输出信号的高次谐波能量，能够在无需新增滤波器件的基础上，只需要控制信号，通过对驱动电路进行控制，在射频芯片内部对功放的输出谐波进行控制就可以实现对谐波的抑制过程，不会显著增加整个射频芯片的体积和成本，避免影响射频芯片的集成度和成本控制过程。

本发明还提供了一种功率放大器装置，具有与上述功率放大器的控制方法相同的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种功率放大器的控制方法的流程示意图；

图2为本发明提供的一种功率放大器装置的结构示意图；

图3为本发明提供的另一种功率放大器装置的结构示意图；

图4为本发明提供的一种功率放大器装置的具体电路结构示意图；

图5为本发明提供的一种输入信号的波形示意图；

图6为本发明提供的一种驱动电路的输出信号的波形示意图；

图7为本发明提供的一种驱动电路的控制信号的波形示意图；

图8为本发明提供的一种功率放大器的输出信号的波形示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种功率放大器的控制方法及功率放大器装置，降低了功率放大器及其驱动电路的输出信号的失真情况，减小了功率放大器及其驱动电路的输出信号的高次谐波能量，能够在无需新增滤波器件的基础上，只需要控制信号，通过对驱动电路进行控制，在射频芯片内部对功放的输出谐波进行控制就可以实现对谐波的抑制过程，不会显著增加整个射频芯片的体积和成本，避免影响射频芯片的集成度和成本控制过程。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1，图1为本发明提供的一种功率放大器的控制方法的流程示意图；请参照图2，图2为本发明提供的一种功率放大器装置的结构示意图；请参照图3，图3为本发明提供的另一种功率放大器装置的结构示意图；为解决上述技术问题，本发明提供了一种功率放大器的控制方法，应用于功率放大器的驱动电路的控制器，功率放大器的驱动电路的控制端与控制器连接，输入端接入射频信号，输出端与功率放大器的输入端连接；功率放大器的控制方法包括：

S11：确定功率放大器的目标输出功率，并基于目标输出功率确定功率放大器的输入阻抗；

不难理解的是，当需要输出信号进行通信时，功率放大器的驱动电路会接收预设的射频信号，并且将射频信号进行谐波抑制等处理过程后输出到功率放大器，同时功率放大器的驱动电路的输出信号还可以起到驱动功率放大器的作用，当驱动电路的输出信号达到一定的值，满足功率放大器的驱动要求之后，功率放大器会对接收到的驱动电路的输出信号进行放大；对于不同的通信过程，功率放大器最终输出的放大后的信号的需求输出功率也不同，因此需要先根据应用需求确定功率放大器的目标输出功率，之后进一步确定功率放大器的输入阻抗，以便后续根据功率放大器的输入阻抗来调控驱动电路。

需要说明的是，射频信号的来源存在多种选择，本申请在此不做特别的限定，射频前端模组中可以设置PLL(Phase locked loop，锁相环)来生成射频信号，PLL中的VCO(Voltage Controlled Oscillator，压控振荡器)电路可以产生固定的振荡频率的射频信号，最后将其输出到PA(Power Amplifier，功率放大器)模块进行放大。确定功率放大器的输入阻抗的方式也存在多种选择，功率放大器的输入阻抗与功率放大器内部设置的偏置电压和功率放大器的内部电路结构有关，可以由PA的偏置电压、工作电流、内部放大管的管子类型等因素共同决定，需要根据功率放大器的具体类型和实现方式等进行确定。

S12：调整功率放大器的驱动电路的输出阻抗以使驱动电路的输出阻抗与功率放大器的输入阻抗相互匹配；

考虑到在大功率情况下工作的功率放大器需要驱动电路提高输出到功率放大器的输出电压的驱动能力，但是功率放大器在大功率情况下，往往已经接近饱和区，存在明显的非线性特征，造成其谐波能量变大，输出波形的失真变得更加严重，这种情况下功率放大器的驱动端、也即驱动电路的输出端由于非线性负载的存在，也会产生严重的谐波失真的情况，这种失真会通过键合线、共地线等其他路径传递到天线端，同时也会加重PA的输出非线性，造成更大的谐波能量输出，为了避免驱动电路的输出端的大量谐波能量的输出，可以通过调整驱动电路的输出信号的幅度和/或相位来调整功率放大器的驱动电路的输出阻抗，使得其与功率放大器的输入阻抗相互匹配，或者尽可能的达到匹配，从而在满足功率放大器的驱动要求的情况下，减小信号反射，增强驱动信号的线性度，在一定程度上降低功率放大器输出信号的高次谐波能量；对于调整功率放大器的驱动电路的输出阻抗的具体方式等可以根据驱动电路的具体电路结构等进行选择和调整，本申请在此不做特别的限定，主要通过调整驱动电路的输出信号的幅度和/或相位来调整功率放大器的驱动电路的输出阻抗。

需要说明的是，功率放大器的输入阻抗是表征在功率放大器的输入端的端口阻抗，功率放大器的驱动电路的输出阻抗是表征在功率放大器的驱动电路的输出端的端口阻抗，驱动电路的输出阻抗可以根据信号的输出幅度和输出相位计算获得，通过将驱动电路的输出阻抗调整到合适的值，即可获得驱动电路的输出阻抗和功率放大器的输入阻抗之间最佳的阻抗匹配方式，减小信号失真，抑制功率放大器的驱动端所产生的谐波。

S13：基于调整后的驱动电路的输出阻抗控制功率放大器的驱动电路驱动功率放大器。

不难理解的是，功率放大器的输出级一般面积很大，需要驱动电路提供驱动，来驱动功率放大器进行正常工作，否则功率放大器的输出级难以正常输出最大功率。因此需要基于调整后的驱动电路的输出阻抗来控制驱动电路输出信号到功率放大器，从而驱动功率放大器完成对射频信号的放大过程。对于驱动电路以及功率放大器的具体类型和电路结构等实现方式本申请在此不做特别的限定。

可以理解的是，射频信号本身也可能会由于信号不稳定等因素存在杂散干扰的情况，特别是在采用锁相环生成射频信号的过程中，在输出的射频信号逐渐锁定到固定的频率过程中，会有杂散产生，从而输出到功率放大器，造成功率放大器的输出信号的杂散干扰。在调整驱动电路的输出阻抗以抑制谐波的基础上，还可以在调整驱动电路的输出信号的功率幅度的同时，在对驱动电路的控制过程中采用PA Ramping功能，进一步对功放的输出杂散、高次谐波进行抑制，从而满足EMI要求。PA Ramping是控制功率放大器的输出功率变化快慢的功能，能够使得功率放大器的输出功率平滑上升或者平滑下降，避免杂散信号的产生和输出。

本发明提供了一种功率放大器的控制方法，根据功率放大器需要满足的目标输出功率确定与目标输出功率对应的功率放大器的输入阻抗，通过调整功率放大器的驱动电路的输出阻抗使得功率放大器的驱动电路的输出阻抗与功率放大器的输入阻抗尽量的做到相互匹配，相互匹配的阻抗可以减小驱动电路与功率放大器之间信号传输过程的信号反射，增加输出到功率放大器的驱动信号的线性度，从而在一定程度上降低了功率放大器及其驱动电路的输出信号的失真情况，减小了功率放大器及其驱动电路的输出信号的高次谐波能量，能够在无需新增滤波器件的基础上，只需要控制信号，通过对驱动电路进行控制，在射频芯片内部对功放的输出谐波进行控制就可以实现对谐波的抑制过程，不会显著增加整个射频芯片的体积和成本，避免影响射频芯片的集成度和成本控制过程。

在上述实施例的基础上：请参照图4，图4为本发明提供的一种功率放大器装置的具体电路结构示意图。

作为一种可选地实施例，功率放大器的驱动电路包括电压源、若干组推挽结构的驱动管组合、与驱动管组合一一对应连接的若干个第一控制开关、与驱动管组合一一对应连接的若干个第二控制开关，对应的第一控制开关、驱动管组合和第二控制开关依次串联连接，串联后的电路的第一端与电压源的输出端连接，第二端与基准电压连接，驱动管组合的输入端接入射频信号，输出端与功率放大器的输入端连接；

调整功率放大器的驱动电路的输出阻抗以使驱动电路的输出阻抗与功率放大器的输入阻抗相互匹配，包括：

调整电压源的输出电压以使驱动电路的输出阻抗与功率放大器的输入阻抗相互匹配；

和/或，

调整各个第一控制开关的导通情况和各个第二控制开关的导通情况以使驱动电路的输出阻抗与功率放大器的输入阻抗相互匹配。

在实际应用中，在设计功率放大器的过程中，考虑到功率放大器对于大功率的输出需求，需要的功率放大器的输出MOS面积也非常大，此时功率放大器的工作电流也相应变大。由于大面积的PA MOS管输入栅极寄生电容很大，为了能够满足驱动要求，需要同步增大驱动级的输出能力、也即增大驱动电路的输出能力。但是功率放大器在大功率情况下，其中MOS管的工作状态往往已经接近饱和区，存在明显的非线性特征，造成最终输出信号的谐波能量变大，输出波形的失真变得更加严重，其中功率放大器的输出信号非线性数学模型为：

上式中，y(x)为功率放大器的输出信号，α₁Acos(ωt)为输出信号中的一次谐波分量，α₂A²cos²(ωt)为输出信号中的二次谐波分量，α₃A³cos³(ωt)为输出信号中的三次谐波分量，ω为基波频点。可以看出随着输出功率的变大，功率放大器输出的二次、三次非线性谐波分量也会随之变大。上式的非线性模型同样适用于功率放大器的驱动电路，随着功率放大器要求的驱动能力的增大，驱动电路的输出信号中的谐波分量也会逐渐变大。

在高度集成的射频模组的芯片内部，功率放大器输出端设置的作为输出匹配网络的LC匹配网络具有一定的谐波抑制能力，但是在大功率情况下，其抑制能力有限。为了降低功率放大器的输出的谐波能量，可以进一步分析功率放大器输出的谐波来源，可以发现，在大功率功率放大器的驱动端、也即驱动电路的输出端VOUT端处就已经产生了一定的谐波失真，这种失真会通过键合线、共地线等其他路径传递到天线端，同时也会加重功率放大器的输出非线性，造成更大的谐波能量输出。因此本申请从驱动电路的输出信号入手，通过调控驱动电路来调整驱动电路的输出阻抗来进行抑制谐波。

具体地，如图4所示，整个功率放大器装置包括：PA(功率放大器)、输出匹配网络、天线、功率放大器的驱动电路PA Driver和控制器，控制器输出针对驱动电路的数字控制信号来调整驱动电路的输出阻抗。驱动电路的主体结构包括多个Push-Pull推挽结构的驱动管组合，M0和M1为一组驱动管组合、M2和M3为一组驱动管组合、M4和M5为一组驱动管组合，驱动管组合的数量可以根据需要进行扩展。在每组驱动管组合的PMOS和NMOS侧，分别串接有第一控制开关和第二控制开关，M0和M1这一组驱动管组合对应的第一控制开关为SW0、第二控制开关为SW1，M2和M3这一组驱动管组合对应的第一控制开关为SW2、第二控制开关为SW3，M4和M5这一组驱动管组合对应的第一控制开关为SW4、第二控制开关为SW5，第一控制开关和第二控制开关可以采用MOS管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管)或其他类型的开关器件实现，每组驱动管组合对应的第一控制开关和第二控制开关均由控制器输出的数字控制信号D2进行控制。每组驱动管组合都采用同一组电源VCC_PAD和基准电压VSS，VCC_PAD是电压源的输出电压，其大小可以通过数字控制信号D1进行调整。功能实现示意图如图3所示。通过数字控制信号D1可以调整驱动电路的输出信号电压；不同组的驱动管组合的MOS管面积不同，通过数字控制信号D2调整驱动电路中接通的驱动管组合对应的晶体管面积大小，从而调整驱动电路输出的MOS管面积，驱动电路输出的MOS管面积与功率放大器最终输出级的输出MOS管面积成正相关，因此通过数字控制信号D2可以抑制功率放大器的非线性特性，从而减小产生的谐波能量。

本申请提出了一种用于功率放大器输出功率及杂散、谐波的控制方法，采用可以数控的功率放大器的驱动电路、功率放大器和功率放大器的输出匹配网络等模块来实现功率放大器的放大过高，在驱动电路中设置数控电压源来调整驱动电路输出信号的电压情况，可以通过数字信号对驱动电路内部的MOS管驱动单元进行控制；同时驱动电路内部的数字控制信号的时序可按照PA Ramping的需求进行有序变化，从而控制功率放大器输出的波形。通过对驱动电路的调控，可以实现对功率放大器输出功率的控制和杂散、谐波的抑制。能够在无需片外滤波器件的基础上，通过数字信号对驱动电路中的相关模块进行控制，在芯片内部对功放的输出谐波进行控制。当功率放大器的驱动信号来自PLL时，为了减小开关频谱杂散，可以在PLL锁定前采用PA Ramping功能减缓功率放大器的开启速度，从而抑制输出的杂散，使得驱动电路兼具PA Ramping功能，可以控制功率放大器的输出信号满足EMI要求。

不难理解的是，可以通过配置不同的数字控制信号D1来配置合适的驱动电路的电源电压VCC_PAD，还可以通过配置不同的数字控制信号D2，选择驱动电路里的不同的驱动管组合进行组合，控制驱动电路里PMOS和NMOS的导通晶体管面积大小来对驱动电路的输出阻抗进行调整；从而调整驱动电路的输出信号幅度和相位，使其与功率放大器输入端的阻抗相匹配，减小信号反射，增强驱动信号的线性度，在一定程度上降低了功率放大器输出信号的高次谐波能量。控制器输出的数字控制信号D2中可以设置针对各个第一控制开关和各个第二控制开关的单独控制信号，各个控制开关单独接收控制器的控制信号，控制过程相互独立，也可以设置同一组驱动管组合对应的第一控制开关和第二控制开关对应同一控制信号，对于数字控制信号D2的具体设置方式等本申请在此不做特别的限定。

作为一种具体地实施例，请参照图5，图5为本发明提供的一种输入信号的波形示意图；请参照图6，图6为本发明提供的一种驱动电路的输出信号的波形示意图；图5所示为一种VIN信号的时域波形图，横坐标为时间，纵坐标为输入的射频信号的电压，VIN信号的波形可能是方波也可能是正弦波或其他调制波形，本申请在此不做特别的限定。图6所示为与图5所示的VIN信号对应的经过驱动电路后的VOUT信号的时域波形图，横坐标为时间，纵坐标为驱动电路输出的VOUT信号的电压，不难发现驱动电路输出的VOUT信号产生了一定的失真，通过上述调控驱动电路的数字控制信号D1和数字控制信号D2的方式，可以调整这一过程中产生的失真大小。通过选择合适的数字控制信号D1和数字控制信号D2，可以调制驱动电路输出的VOUT信号的波形的幅度和相位，进而得到最小的输出谐波幅度，通过选择数字控制信号D1和数字控制信号D2对驱动电路进行调控，可以让这种失真波形的幅度和相位能够与功率放大器的输入特性相匹配，减小级联造成的失真，就可以最大限度减小整体的谐波电平。

不难理解的是，通过数字控制信号D1配置VCC_PAD为低电压时，驱动电路的驱动能力降低，输出信号的功率降低，随着信号功率的降低，驱动电路输出到功率放大器的输出信号的失真降低，谐波也减小，因此功率放大器最终的输出信号的失真也会随之降低，谐波得到抑制。假设M0、M2、M4的晶体管面积比例为1：2：4；M1、M3、M5的晶体管面积比例也为1：2：4，通过配置数字控制信号D2，选取晶体管面积最小的M0和M1导通，其他都关断，也即控制第一控制开关SW0和第二控制开关SW1闭合，控制其他控制开关SW2、SW3、SW4和SW5均断开，此配置的驱动电路具备最小的驱动能力，对功率放大器的输出来说，此时的谐波分量也是最小的；通过配置数字控制信号D2，选取所有第一控制开关和第二控制开关都导通，此配置的驱动电路具备最大的驱动能力，对功率放大器的输出来说，此时的谐波分量也是最大的。对于最佳的数字控制信号D1和数字控制信号D2配置的目标值，需要根据实际的射频工作频率、输出功率要求以及谐波要求来最终确定，选择满足目标输出功率的适合的低输出电压和小MOS管面积来抑制谐波。

需要说明的是，对于数字控制信号D1和数字控制信号D2的具体配置值的取值和取值方式等本申请在此不做特别的限定，需要根据模拟仿真方式或者实测等方式进行确定，同时也需要考虑功率放大器的应用要求等方面的因素。驱动电路的内部电路结构不限于Push-Pul l推挽结构，内部的作为第一控制开关或第二控制开关的SW开关的具体类型和实现方式等本申请在此不做特别的限定，可以由一个或者多个晶体管构成，最好采用开关速度快、导通电阻低的开关器件实现，可以根据实际应用需要折衷考虑开关速度、导通电阻和开关面积等多方面因素。

具体地，对于功率放大器的驱动电路的输出阻抗的调整过程可以通过配置数字控制信号D1和数字控制信号D2来分别实现对驱动电路的电源电压和晶体管的面积的调整过程，有效实现调整驱动电路的输出阻抗的过程，在满足功率放大器的驱动要求的基础上，通过配置合适的数字控制信号D1和数字控制信号D2可以实现对驱动电路的输出信号的失真大小和谐波分量的减小，进一步完善调整驱动电路的输出阻抗的具体实现方式，有利于整个控制方法的有效实现。

作为一种可选地实施例，基于调整后的驱动电路的输出阻抗控制功率放大器的驱动电路驱动功率放大器，包括：

确定与功率放大器的输入阻抗相互匹配的驱动电路的输出阻抗对应的电压源输出的目标电压；

确定与功率放大器的输入阻抗相互匹配的驱动电路的输出阻抗对应的各个第一控制开关的控制信号的目标值和各个第二控制开关的控制信号的目标值；

基于目标电压控制电压源、基于各个第一控制开关的控制信号的目标值控制各个第一控制开关、基于各个第二控制开关的控制信号的目标值控制各个第二控制开关以控制功率放大器的驱动电路驱动功率放大器。

不难理解的是，通过调整配置数字控制信号D1和数字控制信号D2这两个控制信号使得驱动电路的输出阻抗与功率放大器的输入阻抗相互匹配之后，就可以将调整配置的结果作为目标值分别控制驱动电路的电压源和驱动电路中的第一控制开关、第二控制开关，使得驱动电路基于目标电压、各个第一控制开关的控制信号的目标值和各个第二控制开关的控制信号的目标值输出功率放大器所需的驱动电压，从而驱动功率放大器进行正常工作。

具体地，基于调整后的驱动电路的输出阻抗控制功率放大器的驱动电路驱动功率放大器的过程也即根据调整配置后的目标值控制驱动电路正常驱动功率放大器的过程，此时正常工作的功率放大器的输出信号中的谐波由于调整配置的过程得到的抑制，实现了减小谐波后的功率放大器正常工作过程。

作为一种可选地实施例，调整功率放大器的驱动电路的输出阻抗以使驱动电路的输出阻抗与功率放大器的输入阻抗相互匹配，包括：

控制功率放大器的驱动电路的输出阻抗在预设时长内从初始值逐渐变化至与功率放大器的输入阻抗相互匹配的目标值。

考虑到不稳定的射频信号会导致杂散输出到功率放大器，造成干扰，特别是当射频信号通过PLL生成时，锁定完成的PLL才会输出稳定的射频信号，在PLL没有完成锁定的时候，输出到驱动电路和功率放大器的射频信号中就会存在杂散；本申请在调整功率放大器的驱动电路的输出阻抗以使驱动电路的输出阻抗与功率放大器的输入阻抗相互匹配的过程中，还可以进一步引入PA Ramping功能。PA Ramping功能要求功率放大器从开启到满功率输出需要几微秒到几十微秒的时间进行过渡，可以进一步防止功率放大器过快开启时造成的杂散频率泄露，造成天线口的杂散信号能量超标，导致整个射频模组不满足EMI要求。因此在将功率放大器的驱动电路的输出阻抗调整到目标值的过程中，本申请增加设置了时序控制，控制功率放大器的驱动电路的输出阻抗在预设时长内从初始值逐渐变化至与功率放大器的输入阻抗相互匹配的目标值，功率放大器的驱动电路的输出阻抗达到目标值之后，功率放大器才能接收到有足够驱动能力的输出信号从而开启，在驱动电路的输出阻抗逐渐变化的过程中，功率放大器处于关闭状态，从而避免过渡时间内不稳定的射频信号输出的杂散，同时避免功率放大器过快开启。对于预设时长的具体取值等本申请在此不做特别的限定，可以根据实际应用情况进行设置和调整。

不难理解的是，可以通过对驱动电路中的第一控制开关和第二控制开关的开启时序进行控制来实现缓慢启动功率放大器的过程，同时根据阻抗匹配的控制要求，对每个驱动管组合里的第一控制开关和第二控制开关进行有序的控制。请参照图7，图7为本发明提供的一种驱动电路的控制信号的波形示意图；请参照图8，图8为本发明提供的一种功率放大器的输出信号的波形示意图。如图7所示，横坐标为时间，纵坐标为数字控制信号D2，在确定了驱动电路的输出阻抗的目标值对应的数字控制信号D2的指定值之后，通过控制数字控制信号D2缓慢变化到指定值，不仅仅实现控制驱动电路内部MOS管的组合来抑制谐波的过程，同时实现功率放大器驱动能力缓慢变化的效果，这一控制过程对功率放大器的输出信号的影响如图8所示，横坐标为时间，纵坐标为功率放大器的输出功率。图8中从t1到t2这种缓慢的、由弱变强驱动的功率放大器的过程就是Ramping UP工作的过程，从t3到t4这种缓慢的、由强变弱驱动的功率放大器的过程就是Ramping Down工作的过程，其中t2到t3时间，功率放大器满功率输出。通过有序控制不同的第一控制开关和第二控制开关进行的导通和关断，达到整体缓慢控制VOUT输出的效果。

可以理解的是，通过增加设置的时序控制的过程，可控制驱动电路同时实现功率放大器对于谐波和杂散的抑制过程，根据阻抗匹配的调整配置过程确定数字控制信号D1和数字控制信号D2最终的目标值，同时采用时序控制的方式控制数字控制信号D2按预设时长缓慢达到最终的目标值，从而同时实现对功率放大器输出信号的谐波和杂散的同时控制。例如根据阻抗匹配的调整配置过程确定数字控制信号D2的最终控制字为111，则可以控制数字控制信号D2从000变化到111，每2us变化1bit的控制字，总共耗时16us，这样就达到了缓慢控制PA开启的效果，缓慢关断效果也是类似过程，本申请在此不再赘述。

具体地，射频发射电路在工作时，VCO的输出频率尚未锁定时，此时功率放大器不能一直处于开启状态，需要Ramping控制功率放大器缓慢开启，从而避免VCO不稳定输出以及功率放大器开启速度过快带来的杂散干扰。因此还可以增加设置将功率放大器的驱动电路的输出阻抗调整到目标值的时序控制过程，利用时序控制的方式实现功率放大器的缓慢启动，从而有效抑制杂散对功率放大器工作过程的干扰。

作为一种可选地实施例，功率放大器的控制方法还包括：

当功率放大器停止工作时，控制功率放大器的驱动电路的输出阻抗在预设时长内从与功率放大器的输入阻抗相互匹配的目标值逐渐变化至初始值。

不难理解的是，功率放大器关闭过程也存在与开启过程类似的情况，导致杂散信号对功率放大器的输出造成干扰，因此可以进一步将时序控制的过程增加设置到功率放大器的关闭过程中，通过将驱动电路的输出阻抗逐渐变化至初始值来缓慢控制功率放大器关闭，从而避免关闭过程中的杂散信号。通常情况下这一时序控制过程采用与开启过程相同的预设时长，也可以采用不同的预设时长实现，本申请在此不做特别限定。

具体地，为了进一步避免VCO不稳定输出以及功率放大器关闭速度过快带来的杂散干扰，还可以增加设置将功率放大器的驱动电路的输出阻抗从目标值恢复至初始值的时序控制过程，利用时序控制的方式实现功率放大器的缓慢关闭，从而有效抑制杂散对功率放大器工作过程的干扰。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种功率放大器装置，包括功率放大器、功率放大器的驱动电路和功率放大器的驱动电路的控制器，功率放大器的驱动电路的控制端与控制器连接，输入端接入射频信号，输出端与功率放大器的输入端连接；功率放大器的驱动电路的控制器用于实现如前述的功率放大器的控制方法的步骤。

不难理解的是，对于功率放大器、功率放大器的驱动电路和功率放大器的驱动电路的控制器的具体类型和实现方式等本申请在此不做特别的限定，本申请提供的功率放大器装置可以利用数字组合时序控制驱动电路中的Push-Pull单元，实现功率放大器的缓慢开启和关闭，从而实现Ramping功能，抑制了功率放大器的输出杂散。同时通过对驱动电路中的Push-Pull单元进行调优选择，以及对驱动电路的工作电压进行调整，可以找到驱动功率放大器的最优组合，从而最大限度降低驱动电路和功率放大器输出的谐波能量。整体方案不新增其他滤波模块，不会显著增加芯片内部MOS管的面积，只需要若干组数字控制信号，就可以同时实现Ramping和谐波功率控制功能。功率放大器装置可以应用在射频发射电路中，也可以应用在其他领域的适用场景中。

对于本发明提供的一种功率放大器装置的介绍请参照上述功率放大器的控制方法的实施例，本发明在此不再赘述。

作为一种可选地实施例，功率放大器的驱动电路包括电压源、若干组推挽结构的驱动管组合、与驱动管组合一一对应连接的若干个第一控制开关、与驱动管组合一一对应连接的若干个第二控制开关，对应的第一控制开关、驱动管组合和第二控制开关依次串联连接，串联后的电路的第一端与电压源的输出端连接，第二端与基准电压连接，驱动管组合的输入端接入射频信号，输出端与功率放大器的输入端连接。

不难理解的是，可以配置数字控制信号D1对驱动电路中的电压源进行控制从而实现对驱动电路的电源电压的调整，还可以配置数字控制信号D2来实现对驱动电路的晶体管的面积的调整过程，从而有效实现调整驱动电路的输出阻抗的过程；对于驱动电路中的电压源、若干组推挽结构的驱动管组合、与驱动管组合一一对应连接的若干个第一控制开关、与驱动管组合一一对应连接的若干个第二控制开关的具体类型和实现方式等本申请在此不做特别的限定。

作为一种可选地实施例，推挽结构的驱动管组合包括PMOS管和NMOS管，PMOS管的源极与第一控制开关的一端连接，漏极分别与功率放大器的输入端和NMOS管的漏极连接，NMOS管的漏极与第二控制开关的一端连接，PMOS管的栅极和NMOS管的栅极连接，且接入射频信号。

需要说明的是，推挽结构的驱动管组合通常包括一个PMOS管和一个NMOS管，PMOS管和NMOS管的导通或关闭状态受到输入的射频信号VIN的大小、MOS管本身导通阈值电压的大小等因素影响。对于PMOS管和NMOS管的具体类型和实现方式等本申请在此不做特别的限定。整个电路结构简单，易于实现，有利于整个功率放大器装置的简便实现。

作为一种可选地实施例，不同组的推挽结构的驱动管组合中的PMOS管的尺寸成等比例关系、NMOS管的尺寸成等比例关系。

不难理解的是，不同组的驱动管组合之间的MOS管尺寸一般为等比例关系，这样可以实现输出VOUT电压的线性控制，当然也可以为其他比例关系。因此可以设置各个驱动管组合中的PMOS管的尺寸成等比例关系、且NMOS管的尺寸成等比例关系，方便线性调整驱动电路的输出阻抗，有利于整个控制方法的简便实现。

作为一种可选地实施例，功率放大器装置还包括锁相环和天线，功率放大器的输出端与天线连接，锁相环的输出端与推挽结构的驱动管组合的输入端连接，锁相环用于输出射频信号。

不难理解的是，为了方便生成射频信号，还可以在功率放大器装置中增加设置锁相环，同时功率放大器输出的信号需要借助天线进行信号发射等过程，因此还需要增加设置与功率放大器的输出端连接的天线。对于锁相环和天线的具体类型和实现方式等本申请在此不做特别的限定。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如前述的功率放大器的控制方法的步骤。

可以理解的是，如果上述实施例中的方法以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。具体地，计算机可读存储介质可以包括但不限于任何类型的盘，包括软盘、光盘及移动硬盘等，或适合于存储指令、数据的任何类型的媒介或设备等等，本申请在此不做特别的限定。

对于本发明提供的一种计算机可读存储介质的介绍请参照上述功率放大器的控制方法的实施例，本发明在此不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种功率放大器的控制方法，其特征在于，应用于所述功率放大器的驱动电路的控制器，所述功率放大器的驱动电路的控制端与所述控制器连接，输入端接入射频信号，输出端与所述功率放大器的输入端连接；所述功率放大器的控制方法包括：

确定所述功率放大器的目标输出功率，并基于所述目标输出功率确定所述功率放大器的输入阻抗；

调整所述功率放大器的驱动电路的输出阻抗以使所述驱动电路的输出阻抗与所述功率放大器的输入阻抗相互匹配；

基于调整后的所述驱动电路的输出阻抗控制所述功率放大器的驱动电路驱动所述功率放大器。

2.如权利要求1所述的功率放大器的控制方法，其特征在于，所述功率放大器的驱动电路包括电压源、若干组推挽结构的驱动管组合、与所述驱动管组合一一对应连接的若干个第一控制开关、与所述驱动管组合一一对应连接的若干个第二控制开关，对应的所述第一控制开关、所述驱动管组合和所述第二控制开关依次串联连接，串联后的电路的第一端与所述电压源的输出端连接，第二端与基准电压连接，所述驱动管组合的输入端接入射频信号，输出端与所述功率放大器的输入端连接；

所述调整所述功率放大器的驱动电路的输出阻抗以使所述驱动电路的输出阻抗与所述功率放大器的输入阻抗相互匹配，包括：

调整所述电压源的输出电压以使所述驱动电路的输出阻抗与所述功率放大器的输入阻抗相互匹配；

和/或，

调整各个所述第一控制开关的导通情况和各个所述第二控制开关的导通情况以使所述驱动电路的输出阻抗与所述功率放大器的输入阻抗相互匹配。

3.如权利要求2所述的功率放大器的控制方法，其特征在于，所述基于调整后的所述驱动电路的输出阻抗控制所述功率放大器的驱动电路驱动所述功率放大器，包括：

确定与所述功率放大器的输入阻抗相互匹配的所述驱动电路的输出阻抗对应的所述电压源输出的目标电压；

确定与所述功率放大器的输入阻抗相互匹配的所述驱动电路的输出阻抗对应的各个所述第一控制开关的控制信号的目标值和各个所述第二控制开关的控制信号的目标值；

基于所述目标电压控制所述电压源、基于所述各个所述第一控制开关的控制信号的目标值控制各个所述第一控制开关、基于各个所述第二控制开关的控制信号的目标值控制各个所述第二控制开关以控制所述功率放大器的驱动电路驱动所述功率放大器。

4.如权利要求1至3任一项所述的功率放大器的控制方法，其特征在于，所述调整所述功率放大器的驱动电路的输出阻抗以使所述驱动电路的输出阻抗与所述功率放大器的输入阻抗相互匹配，包括：

控制所述功率放大器的驱动电路的输出阻抗在预设时长内从初始值逐渐变化至与所述功率放大器的输入阻抗相互匹配的目标值。

5.如权利要求4所述的功率放大器的控制方法，其特征在于，所述功率放大器的控制方法还包括：

当所述功率放大器停止工作时，控制所述功率放大器的驱动电路的输出阻抗在预设时长内从与所述功率放大器的输入阻抗相互匹配的目标值逐渐变化至初始值。

6.一种功率放大器装置，其特征在于，包括功率放大器、功率放大器的驱动电路和所述功率放大器的驱动电路的控制器，所述功率放大器的驱动电路的控制端与所述控制器连接，输入端接入射频信号，输出端与所述功率放大器的输入端连接；所述功率放大器的驱动电路的控制器用于实现如权利要求1至5任一项所述的功率放大器的控制方法的步骤。

7.如权利要求6所述的功率放大器装置，其特征在于，所述功率放大器的驱动电路包括电压源、若干组推挽结构的驱动管组合、与所述驱动管组合一一对应连接的若干个第一控制开关、与所述驱动管组合一一对应连接的若干个第二控制开关，对应的所述第一控制开关、所述驱动管组合和所述第二控制开关依次串联连接，串联后的电路的第一端与所述电压源的输出端连接，第二端与基准电压连接，所述驱动管组合的输入端接入射频信号，输出端与所述功率放大器的输入端连接。

8.如权利要求7所述的功率放大器装置，其特征在于，所述推挽结构的驱动管组合包括PMOS管和NMOS管，所述PMOS管的源极与所述第一控制开关的一端连接，漏极分别与所述功率放大器的输入端和所述NMOS管的漏极连接，所述NMOS管的漏极与所述第二控制开关的一端连接，所述PMOS管的栅极和所述NMOS管的栅极连接，且接入射频信号。

9.如权利要求8所述的功率放大器装置，其特征在于，不同组的推挽结构的驱动管组合中的PMOS管的尺寸成等比例关系、NMOS管的尺寸成等比例关系。

10.如权利要求7所述的功率放大器装置，其特征在于，所述功率放大器装置还包括锁相环和天线，所述功率放大器的输出端与所述天线连接，所述锁相环的输出端与所述推挽结构的驱动管组合的输入端连接，所述锁相环用于输出射频信号。