CN1212596A - 能够在宽范围内改变发送功率的发送功率控制装置 - Google Patents

能够在宽范围内改变发送功率的发送功率控制装置 Download PDF

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Abstract

一种用于无线电通信装置中的发送功率控制装置。该发送功率控制装置包括一个处理发送信号的处理部件。一个功率放大电路具有第一晶体管。该发送功率控制装置还包括一个用于检测流经第一晶体管的电流以产生一个电流检测信号的检测电路。一个转换电路将控制信号转换成一个与经过处理的发送信号的电平相应的参照值信号。一个偏流部件比较电流检测信号和参照值信号以产生一个比较结果信号。偏流装置根据该比较结果信号控制放大电路的偏流。

Description

能够在宽范围内改变发送 功率的发送功率控制装置
本发明涉及一种用于控制一个诸如移动电话之类的无线电通信装置中的发送功率的发送功率控制装置。
通常，一部移动电话如果没有用作电源的充电电池就无法工作。为了延长移动电话的通话时间，需要使移动电话中的消耗电流非常小。在一次发送(通话)过程中，消耗电流主要消耗在移动电话的一个发送功率放大器(高频功率IC)中。因此，需要使发送功率放大器中的消耗电流尽可能小。该移动电话可被称为一个移动终端。
众所周知，为了降低移动电话中的消耗电流，该移动电话具有一个用于控制发送功率的常规发送功率控制装置。
另一方面，为了避免由CDMA移动通信系统(如IS95)中的一个基站和该移动电话之间的距离引起的麻烦，需要在80dB的范围内改变该移动电话的发送功率。当一部移动电话离基站很远时，该移动电话不可避免地受到另一部位于该基站附近的移动电话的干扰。
在常规的发送功率控制装置被用于CDMA系统的移动电话中时，难以大范围地改变发送功率。其结果是，它不可能象后面所述的一样延长移动电话的通话时间。
因此，本发明的一个目的是提供一种发送功率控制装置，该设备能够大范围地改变CDMA系统的移动电话中的发送功率，以延长该移动电话的通话时间。
本发明的其它目的将在下面的描述中显而易见。
在说明本发明的要点时，可以理解发送功率控制装置是用于一个无线电通信装置中。
依据本发明，发送功率控制装置包括(A)处理装置，用于依据一个控制信号，将一个输入发送信号处理成一个经过处理的发送信号，(B)具有第一晶体管的功率放大装置，用于将经过处理的发送信号放大成一个经过功率放大的发送信号，(C)检测装置，用于检测流经第一晶体管的电流以产生一个电流检测信号，(D)转换装置，用于将控制信号转换成一个与经过处理的发送信号的电平相应的参照值信号，(E)偏流装置，用于比较电流检测信号和参照值信号以产生一个比较结果信号，偏流装置根据该比较结果信号控制放大装置的偏流。
图1是移动电话中常规的发送功率控制装置的方框图；
图2是依据本发明最佳实施例的发送功率控制装置的方框图；
图3描述了功率放大器的特性；
图4是用于说明图2所示的发送功率控制装置的功率放大器和偏流检测电路的电路图；
图5是用于说明图2所示的发送功率控制装置的功率放大器和偏流检测电路的另一个电路图；
图6是用于说明图2所示的发送功率控制装置的转换电路的电路图。
参照图1，为了有助于理解本发明，首先说明一种现有的发送功率控制装置。在所说明的例子中，发送功率控制装置用于一个移动站或终端，如移动电话中。在图1中，该发送功率控制装置包括一个HPA饱和输出控制电路3。该移动电话利用了一种多值数字调制，如16值QAM。提供一个具有同相(I)和正交(Q)分量的模拟多电平信号作为一个输入发送信号，多值QAM调制器1将这个输入发送信号调制成调制发送信号。该调制发送信号被一个功率放大器(HPA)2放大成一个放大信号，以作为输出发送信号并通过一天线ANT以一发送功率而被发送。
输入发送信号还被提供给HPA饱和输出控制电路3。HPA饱和输出控制电路3包括一个识别电路3a和偏移控制电路3b。通过提供的输入发送信号，识别电路3a识别输入发送信号的输入符号在一个相面(PHASE PLANE)上的位置，以产生一个代表输入符号的位置的识别信号。根据该识别信号，识别电路3a确定每个输入符号的峰值电平或峰值以向偏移控制电路3b提供一个表示每个输入符号的峰值电平的峰值电平信号。根据该峰值信号，偏移控制电路3b向功率放大器2提供一个最佳偏移值。
从上述描述中可以理解，HPA饱和输出控制电路3依据输入发送信号控制功率放大器2的偏移。其结果是，在发送多电平数字信号的过程中，功率放大器2中的平均消耗电流减少了。
但是，由于发送功率控制装置依据每个输入符号的峰值电平来控制功率放大器2的偏移，所以在CDMA系统中，不可能在80dB的范围内大范围地改变移动电话的发送功率。其结果是，在移动电话具有图1所示的发送功率控制装置时，难以延长移动电话的通话时间。
参照图2，下面说明依据本发明的最佳实施例的发送功率控制装置。
所述的发送功率控制装置包括一个可变增益中频(IF)放大器11。该可变增益IF放大器11被提供以一个输入IF信号Sa，以依据一个增益控制信号Sb可变地将输入IF信号放大成一个放大IF信号。放大IF信号被提供给一个混频器12。该混频器12与一个本机振荡器13相连以接收一个本机振荡信号。混频器12将本机振荡信号混频到放大IF信号中以产生一个具有预定频率的高频信号。
该高频信号被提供给带通滤波器(BPF)14。BPF14将高频信号滤波为一个滤波信号，以从该高频信号中消除不需要的频率。滤波信号被传送到一个步进式衰减器(ATT)15。该步进式衰减器(ATT)15根据一个衰减器控制信号Sc将滤波信号衰减成一个衰减信号。具体地说，依据衰减器控制信号Sc将步进式衰减器15置于开状态或关状态以产生衰减信号。该衰减信号被输入到功率放大器16中，功率放大器16根据一个偏移电压Sn输出一个发送功率Se，这将在后面说明。
功率放大器16通过一个偏流检测电路17与电源Vcc相连。如后所述，通过偏流检测电路17向功率放大器16提供一个偏流。而且，偏流检测电路17根据电源Vcc检测该偏流以产生一个表示偏流值的偏流检测信号Sd。
增益控制信号Sb和衰减器控制信号Sc被提供给一个转换器电路18。响应于增益控制信号Sb和衰减器控制信号Sc，转换器电路18产生一个表示IF信号Sa的电平的参考值信号Sv。换言之，参考值信号Sv表示每次发送功率被改变时偏流的一个参考值。该参考值信号被提供给一个减法器19。该减法器19还被提供以上述偏流检测信号Sd。减法器19从参考值信号Sv中减去偏流检测信号Sd以产生一个提供给积分器20的相减后信号。积分器20在一个预定的时期内对相减信号积分以向功率放大器16提供一个积分信号作为偏压Sn。该积分信号被提供给功率放大器16作为图3所示的偏压Sn。功率放大器16以图3所示的特性工作。
参照图4，说明图2所示的功率放大器16和偏流检测电路17的一个例子。偏流检测电路17包括一个电阻L1和一个第一电容C1。功率放大器16包括第一和第二匹配电路24和15，第一和第二线圈或电感L1和L2，第二电容C2以及一个场效应晶体管(FET)Q1。具体地说，匹配电路24由一个用于向FET Q1的栅极提供衰减信号的调谐电路(LC)构成，该FET Q1将衰减信号放大成放大信号。匹配电路24用于匹配输入阻抗。匹配电路25与FET Q1的漏极相连用以匹配输出阻抗。FET Q1的源极接地。FET Q1的漏极与一个用于防止将衰减信号漏入偏流检测电路17的线圈L1相连。线圈L1可设在偏流检测电路17中。FET Q1的栅极与线圈L2和电容C2相连。线圈L2用于防止将衰减信号漏入偏压线。电容C2用于对衰减信号分流(BYPASSING)。
在偏流检测电路17中，电阻R1与电源Vcc和线圈L1相连。电容C1是一个旁路电容器并连接于电阻R1和线圈C1的连接点上。而且，电容C1被接地。基于电阻R1的一个电压降作为偏流检测信号Sd被提供给减法器19，如图2所示。
参照图2和图4，衰减信号被提供给功率放大器16。在功率放大器16中，衰减信号通过匹配电路24被提供给FET Q1的栅极。而且，通过线圈L2和电容C2向FET Q1的栅极提供偏压Sn。FET Q1依据偏压Sn将衰减信号放大成放大信号，以通过匹配电路25将放大信号作为发送功率Se输出。
如上所述，偏流检测电路17向减法器19提供代表电阻R1的电压降的偏流检测信号Sd。减法器19从参考值信号Sv中减去偏流检测信号Sd以产生相减信号。积分器20根据该相减信号产生偏压Sn以将该偏压Sn提供给FET Q1的栅极。
在图4中，一个大电流从FET Q1流入电阻R1中。其结果是，有必要使电阻R1的阻值非常小。当电阻R1的阻值变得非常小时，难以忽略掉功率放大器16和偏流检测电路17中电线的阻值。其结果是，分流检测信号Sd可能有误差。此外，由于在电阻R1的电压降基础上将电源电压(Vcc)降到一个降低电压，功率放大器16中的特性如放大器线性特性会降低。
参照图5，说明图2所示的功率放大器16和偏流检测电路17的另一个例子。
在图5中，分别用标号16A和17A表示功率放大器和偏流检测电路。功率放大器16A和偏流检测电路17A具有和用其它类似标号表示的功率放大器和偏流检测电路相同的部件。功率放大器16A包括用于功率放大的第一晶体管Q11。第一晶体管Q11可以是例如一个FET。偏流检测电路17A包括一个用作附加晶体管的第二晶体管Q12。第二晶体管Q12可以是例如一个FET。在所述的例子中，第二晶体管Q12的选通脉宽随第一晶体管FET Q11的选通脉宽成比例地减小。第二晶体管Q12的选通脉宽被定为第一晶体管Q11的十分之一。为了保持第一和第二晶体管Q11和Q12之间精确的比例关系，第二晶体管Q12和第一晶体管Q11被构造在同一块半导体芯片26上。换言之，当第二晶体管Q12的DC偏流条件与第一晶体管Q11的DC偏流条件相同时，流经第二晶体管Q12的DC偏流变成流经第一晶体管Q11的DC偏流的大约十分之一。
功率放大器16A包括输入侧的匹配电路24，输出侧的匹配电路，第一晶体管Q11，线圈L1，线圈L2以及一个电容C2。在功率放大器16A中，第一晶体管Q11的源极接地并且第一晶体管Q11的漏极通过线圈L1与电源线(Vcc)相连。功率放大器16A包括用作对一高频信号的旁路电容的电容C4。在偏流检测电路17A中，第二晶体管Q12的源极被接地。电阻R1和电容C1位于第二晶体管Q12的漏极和电源线(Vcc)之间。电容C1被用作对一高频信号的分流电容。电阻R1的电压降作为偏流检测信号Sd被提供给图2中的减法器19。
参照图2和图5，向功率放大器16A提供衰减信号。在功率放大器16A中，通过匹配电路24，将该衰减信号提供给第一晶体管Q11的栅极。而且，通过线圈L2和电容C2，将偏压Sn提供给第一晶体管Q11的栅极。第一晶体管Q11依据偏压Sn将衰减信号放大成放大信号，以通过匹配电路25将放大信号作为发送功率Se输出。
如上所述，第二晶体管Q12的选通脉宽被定为FET Q11的十分之一。其结果是，当第二晶体管Q12的DC偏流条件与第一晶体管Q11的DC偏流条件相同时，流经第二晶体管Q12的DC偏流变成流经第一晶体管Q11的DC偏流的大约十分之一。
依据偏压Sn，电流通过电阻R1流到第二晶体管Q12的漏极。在电阻R1中产生电压降。电压降作为偏流检测信号Sd被提供给减法器19，如图2所示。如上所述，减法器19从参考值信号Sv中减去偏流检测信号Sd以产生相减信号。积分器20根据相减信号将该偏压Sn提供给第一晶体管Q11的栅极。
在图5中，一个电流从第二晶体管Q12流入电阻R1中。如上所述，流入第二晶体管Q12的电流等于流入第一晶体管Q11的电流的十分之一。其结果是，可能使电阻R1的阻值非常大。这就可能忽略功率放大器16A和偏流检测电路17A中电线的阻值。偏流检测信号几乎没有误差。此外，由于电阻R1没有被连接到第一晶体管Q11的漏极，功率器16中的放大特性，如放大器线性特性就不会降低。
参照图6，说明图2所示的转换电路18的例子。转换电路18包括一个只读存储器(ROM)27和一个模-数(A/D)转换器28。转换电路18以增益控制信号Sb和衰减器控制信号Sc为地址。在所述的例子中，增益控制信号Sb和衰减器控制信号Sc中的每一个均为数字信号形式。ROM27具有一个转换表，用于根据增益控制信号Sb和衰减器控制信号Sc产生参考值信号Sv。具体地说，ROM27具有包含了作为偏流点参考数据的参考值信号Sv数据的转换表。偏流点代表输入IF信号的电平。转换表中的参考数据相应于图3所示的功率放大器16的特性。如上所述，参考值信号Sv代表FET Q1(Q11)的偏流参考值。A/D转换器28将参考值信号Sv转换成提供给图2所示的减法器19的模拟参考值信号。
从上述说明中可以理解，功率放大器16(16A)的偏流点随衰减信号而变化。因此，功率放大器中的消耗电流相应于在发送功率Se降低过程中的偏流点而降低。其结果是，功率放大器16(16A)总是在最匹配于发送输出功率Se的偏压Sn下工作。
尽管在上述实施例中，通过混频器12和本机振荡器13将放大IF信号Sa转换成高频信号，但是混频器12和本机振荡器13不是必需的。此外，可变增益放大器11或衰减器15也不是必需的。在可变增益放大器11不是必需的情况下，转换电路18只根据衰减器控制信号Sc产生参考值信号Sv。在衰减器15不是必需的情况下，转换电路18只根据增益控制信号Sb产生参考值信号Sv。
尽管在上述实施例中，发送功率控制装置具有用于从参考值信号中减去偏流检测信号的减法器19，但发送功率控制装置也可以以一个用于对偏流检测信号和参考值信号求和的加法器来代替减法器，以依据流入FET Q1(Q11)的电流来补偿参考值信号。此外，发送功率控制装置也可以以一个比较器电路和一个电压可变放大器来代替减法器19。比较器电路比较参考值信号和偏流检测信号以产生一个比较结果。电压可变放大器根据该比较结果放大参考值信号。而且，一个EEPROM被用于代替ROM。
在参照最佳实施例对本发明作出详细说明的同时，对本领域的技术人员来说，以其他不同方式实施本发明是容易的。

Claims (19)

1．一种用于无线电通信装置中的发送功率控制装置，包括：
处理装置，用于依据一个控制信号，将一个输入发送信号处理成一个经过处理的发送信号；
具有第一晶体管的功率放大装置，用于将所述经过处理的发送信号放大成一个经过功率放大的发送信号；
检测装置，用于检测流经所述第一晶体管的电流以产生一个电流检测信号；
转换装置，用于将控制信号转换成一个与所述经过处理的发送信号的电平相应的参照值信号；以及
偏流装置，用于将所述电流检测信号和所述参照值信号进行比较以产生一个比较结果信号，所述偏流装置根据所述比较结果信号控制所述放大装置的偏流。
2．如权利要求1所述的发送功率控制装置，其特征在于所述检测装置包括一个插在从电源到所述第一晶体管的源电流的流经路径上的检测电阻，所述检测电阻检测其电压降以产生作为所述电流检测信号的所述电压降。
3．如权利要求1所述的发送功率控制装置，其特征在于所述检测装置包括：
一个在DC偏流条件与所述第一晶体管DC偏流条件相同的情况下工作的第二晶体管；以及
一个插在从电源到所述第一晶体管的源电流的流经路径上的检测电阻，所述检测电阻检测其电压降以产生作为所述电流检测信号的所述电压降。
4．如权利要求3所述的发送功率控制装置，其特征在于所述第一晶体管和所述第二晶体管被形成于同一块半导体芯片上。
5．如权利要求1所述的发送功率控制装置，其特征在于所述转换装置包括：
存储装置，用于存储所述参考值信号作为参考值数据，该参考值数据与作为地址的所述控制信号的每个电平中的所述处理发送信号的电平相对应；所述存储装置依据所述控制信号输出所述参考值数据；以及
D/A转换器装置，用于将所述参考值数据转换成一个模拟信号以产生作为所述参考值信号的所述模拟信号。
6．如权利要求5所述的发送功率控制装置，其特征在于所述存储装置由一个可重写存储器构成。
7．如权利要求1所述的发送功率控制装置，其特征在于所述偏流装置包括：
比较器装置，用于比较所述偏流检测信号和所述参考值信号以产生所述比较结果信号；以及
电源装置，用于根据所述比较结果信号向所述放大装置提供一个偏压。
8．如权利要求7所述的发送功率控制装置，其特征在于所述电源装置由一个在一个预定的时期内对所述比较结果信号积分以向所述放大装置提供所述偏压的积分器电路构成。
9．如权利要求7所述的发送功率控制装置，其特征在于所述比较器装置包括用于从所述参考值信号中减去所述电流检测信号以产生一个作为所述比较结果信号的相减信号的减法器。
10．如权利要求1所述的发送功率控制装置，其特征在于
所述控制信号包括一个增益控制信号和一个衰减器控制信号；
所述处理装置包括：
放大装置，用于根据所述增益控制信号将所述输入发送信号放大成一个放大信号；以及
衰减器装置，用于根据所述衰减器控制信号将所述放大信号衰减成一个衰减信号，以向所述功率放大装置提供所述衰减信号作为所述处理信号。
11．如权利要求1所述的发送功率控制装置，其特征在于
所述控制信号包括一个增益控制信号和一个衰减器控制信号；
所述处理装置包括：
放大装置，用于根据所述增益控制信号将所述输入发送信号放大成一个放大信号；
频率转换装置，用于将所述放大信号进行频率转换而成为一个频率转换信号；以及
衰减器装置，用于根据所述衰减器控制信号将所述频率转换信号衰减成一个衰减信号，以向所述功率放大装置提供所述衰减信号作为所述处理信号。
12．如权利要求1所述的发送功率控制装置，其特征在于
所述控制信号包括一个增益控制信号和一个衰减器控制信号；
所述处理装置包括：
放大装置，用于根据所述增益控制信号将所述输入发送信号放大成一个放大信号；
频率转换装置，用于将所述放大信号进行频率转换而成为一个频率转换信号；
带通滤波器装置，用于对所述频率转换信号滤波而成为一个滤波信号；以及
衰减器装置，用于根据所述衰减器控制信号将所述滤波信号衰减成一个衰减信号，以向所述功率放大装置提供所述衰减信号作为所述处理信号。
13．如权利要求1所述的发送功率控制装置，其特征在于
所述控制信号为一个增益控制信号；
所述处理装置包括：
放大装置，用于根据所述增益控制信号将所述输入发送信号放大成一个放大信号以向所述功率放大装置提供所述放大信号作为所述处理信号。
14．如权利要求1所述的发送功率控制装置，其特征在于
所述控制信号为一个增益控制信号；
所述处理装置包括：
放大装置，用于根据所述增益控制信号将所述输入发送信号放大成一个放大信号；以及
频率转换装置，用于将所述放大信号进行频率转换而成为一个频率转换信号，以向所述功率放大装置提供所述频率转换信号作为所述处理信号。
15．如权利要求1所述的发送功率控制装置，其特征在于
所述控制信号为一个增益控制信号；
所述处理装置包括：
放大装置，用于根据所述增益控制信号将所述输入发送信号放大成一个放大信号；
频率转换装置，用于将所述放大信号进行频率转换而成为一个频率转换信号；以及
带通滤波器装置，用于对所述频率转换信号滤波而成为一个滤波信号，以向所述功率放大装置提供所述滤波信号。
16．如权利要求1所述的发送功率控制装置，其特征在于
所述控制信号为一个衰减器控制信号；
所述处理装置包括：
衰减器装置，用于根据所述衰减器控制信号将所述输入发送信号衰减成一个衰减信号，以向所述功率放大装置提供所述衰减信号作为所述处理信号。
17．如权利要求1所述的发送功率控制装置，其特征在于
所述控制信号为一个衰减器控制信号；
所述处理装置包括：
频率转换装置，用于将所述输入发送信号进行频率转换而成为一个频率转换信号；以及
衰减器装置，用于根据所述衰减器控制信号将所述频率转换信号衰减成一个衰减信号，以向所述功率放大装置提供所述衰减信号作为所述处理信号。
18．如权利要求1所述的发送功率控制装置，其特征在于
所述控制信号为一个衰减器控制信号；
所述处理装置包括：
频率转换装置，用于将所述输入发送信号进行频率转换而成为一个频率转换信号；
带通滤波器装置，用于对所述频率转换信号滤波而成为一个滤波信号；以及
衰减器装置，用于根据所述衰减器控制信号将所述滤波信号衰减成一个衰减信号，以向所述功率放大装置提供所述衰减信号作为所述处理信号。
19．如权利要求1所述的发送功率控制装置，其特征在于所述无线电通信装置用于一CDMA系统。
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