CN1326609A - 用于进行具有独立的、高效率调幅的i/q调制的电路和方法 - Google Patents

Abstract

RF放大器包括相位调制器,形成要被发送的调相的RF输入信号。功率放大器接收RF输入信号和放大RF输入信号,形成RF输出信号。放大器控制部分在运行上与相位调制器和功率放大器有关。放大器控制部分包括存储器,用于存储有关RF输出信号的想要的幅度相对于实际放大器幅度的校正信息,以及控制装置根据校正信息改变功率放大器的电源电压,以便线性化功率放大器中的幅度调制。

Description

用于进行具有独立的、高效率 调幅的I/Q调制的电路和方法

                   发明领域

本发明涉及RF放大器，更具体地，本发明涉及在功率放大器中进行I/Q调制和独立的幅度调制的电路和方法。

                   发明背景

射频(RF)发射机，诸如在蜂窝电话中使用的发射机，形成要被发射到空中的RF信号。信息是在通过某种调制形式的信号上被载送的，诸如调频、调相、调幅、和这些调制的组合。

可能希望产生具有幅度和相位调制的调制信号。随着开发体积小、重量轻的设备(特别是蜂窝电话)的需要，这样的放大器电路使用最少的元件是很重要的。满足这种希望的一个方法是直接调制振荡器锁相环(PLL)，把相位调制分量直接传递给信号，然后用幅度分量调幅被连接到压控振荡器/锁相环(VCO/PLL)组合的功率放大器级。VCO/PLL电路具有相对于信号的信息带宽来说足够宽的带宽，使得相位调制能直接出现在输出信号上，而不用任何上变频。然而，余下的是把幅度信号放置在这个调相的信号上。这最好在功率放大器级完成，因为它允许这一级高效率地运行在非线性模式下。困难在于信号的各个调相分量的线性带宽大于组合信号的带宽。对于复数正交幅度调制(QAM)信号，PLL环路带宽可能不足以传递全部相位调制的频谱分量。

上述的问题在以前是通过把幅度和相位调制施加到RF信号上的、直接I/Q调制RF信号，而解决的。这需要一个线性功率放大器，把它接在I/Q调制器后面。线性功率放大器的问题在于，它只有约百分之三十到四十的效率，以及产生比功率还大的热量。

本发明旨在以精巧和简单的方式克服上述的一个或多个问题。

                   发明概要

按照本发明，提供在RF放大器电路中独立地控制幅度和相位调制的电路和方法。

广泛地，这里揭示了包括形成要被发送的调相的RF输入信号的相位调制器的RF放大器。功率放大器接收RF输入信号，以及放大RF输入信号，以便形成RF输出信号。放大器控制部分在运行上与功率放大器有关。放大器控制部分包括用于形成代表想要的RF输出信号幅度的控制信号的装置。存储器装置存储有关RF输出信号的实际幅度相对于控制信号的校正信息。控制装置根据对于想要的幅度的校正信息通过使用控制信号改变功率放大器的电源电压。

本发明的一个特性是相位调制器包括I/Q调制器。相位调制器没有幅度调制。

本发明的另一个特性是放大器控制部分包括处理器。

本发明的再一个特性是存储器装置存储功率放大器RF输出信号相对于控制信号的转移曲线。

本发明的又一个特性是提供被耦合到放大器控制部分的、用于监视RF输出信号的装置。放大器控制部分通过使用监视的RF输出信号周期地更新校正信息。

本发明的又一个特性是控制装置包括形成功率放大器电源电压的开关调整器。替换地，控制装置包括Δ-∑调制器，D类放大器级和低通滤波器，形成功率放大器电源电压。

本发明的再一个特性是控制装置包括控制相位调制器的编程的处理器。相位调制器使用高速锁相环(PLL)。PLL包括压控振荡器(VCO)和在用于VCO的控制环路中的分频器，以及具有Δ-∑调制器形式的处理器控制分频器整数来设置信道频率。

按照本发明的另一个方面，RF放大器包括形成要被发送的调相的RF输入信号的I/Q调制器。功率放大器接收RF输入信号，以及放大RF输入信号，以便形成RF输出信号。放大器控制部分在运行上与I/Q调制器和功率放大器有关，放大器控制部分驱动I/Q调制器进行相位调制，以及改变功率放大器电源电压，以便线性化功率放大器电路中的幅度调制。

按照本发明的再一个方面，揭示了在放大器电路的功率放大器中线性化幅度调制的方法包括以下步骤：形成要被发送的调相的RF输入信号，功率放大器接收RF输入信号，以及放大RF输入信号，形成RF输出信号；存储有关RF输出信号的实际幅度相对于放大器控制信号的校正信息；以及通过使用根据对于想要的幅度的校正信息修改的幅度控制信号，改变功率放大器的电源电压。

从技术说明和从附图将容易明白本发明的进一步的特性和优点。

                  附图简述

图1是显示按照本发明的放大器电路的方框图。

                发明详细描述

参照图1，图上显示了按照本发明的、使用RF放大器电路12的发射机10。发射机10可以是发送RF信号到空中的设备，诸如在移动蜂窝电话中的发射机。更一般地，发射机10可被利用在产生具有幅度和相位调制的调制信号的任何设备。本发明特别是针对使用具有独立的、高效率的幅度调制的、发射机中的同相和正交信道(I/Q)相位调制。放大器电路12获知功率放大器的RF信号幅度输出对电源电压控制信号的转移曲线，来线性化幅度调制，正如随后更具体地描述的。

在本发明的说明的实施例中，发射机10利用数字信号处理器(DSP)和相关的电路，用于形成要被发送的输出信号。正如将看到的，电路功能可以用ASIC，编程的DSP，或编程的微处理器，或其它类似类型的装置来实施。

发射机10包括波形发生器14。波形发生器14产生总的调制，包括幅度和相位调制，适合于被发送的数字数据和调制特征。RF放大器电路12接收该波形，以及把它传送到相位调制路径16和幅度调制路径18。

相位调制路径16包括I/Q功能块20。这是数学功能块，它把数学调制波形变换成调制波形的相位对时间的数学的正弦和余弦。相位的正弦和余弦的组合具有恒定的幅度，它只在相位上变化。功能块20也把格式从数字变换成模拟。正弦和余弦信号然后被加到I/Q调制器22的两个调制部分。I/Q调制器22只改变连续的RF信号的相位，正如下面进一步描述的。

I/Q调制器22的输出被RF驱动器级24放大。RF驱动器级24提供足够的信号电平给功率放大器26，以使得它被过驱动。功率放大器26的输出是以方块28表示的发射机的输出。

幅度调制路径18包括幅度功能块30，用来产生代表RF输出信号的想要的幅度的幅度调制控制信号A(t)。可以使用各种实施方案和方法来产生这个信号。这个信号必须与I/Q功能块20同步，以使得通过放大器电路12以后的净效果是产生在输出端28的想要的符号信号。

在幅度调制路径18上，来自幅度功能块30的控制信号被加到校正表34。校正表34被存储在与DSP有关的放大器电路的、适当的存储器中。存储器存储功率放大器RF信号幅度输出对控制信号的转移曲线。具体地，校正表34把想要的幅度的数值修改成一个幅度，以使得它在加到系统时导致RF信号的输出的校正的幅度。修改的控制信号被加到调制器36，它产生一系列一比特数字信号，它的平均值与输入波形相似。可以使用任何的脉冲密度调制器。然而，Δ-∑调制器具有优点，其噪声对频率在低频时很低，以及在高频时很高。D类放大器级38提升调制信号的电流容量，因为它的输出或者是全部电池电压或者是零，取决于输入到调制器36的信号的二进制状态。放大的信号被加到具有平滑电压的低通滤波器40，它被连接到功率放大器26的漏极或集电极。这样，当由功率放大器26作用在自I/Q调制器22的RF信号上时，最后的输出信号是由波形发生器14产生的原先的波形，但现在是在频率f0的RF载波信号上。

为了保持来自波形发生器14的信号在输出端28的忠实的重现，必须连续地校正幅度调制过程中的非线性。在功率放大器26的输出端的功率电平由功率检测电路42进行测量。功率信号在模拟-数字变换器44中被采样。变换块46把功率电平变换成幅度，通过取平方根和用一个常数把它缩放到适当的电平，以使得它能够在方块48与想要的幅度进行比较。具体地，方块48把来自块30的想要的幅度与来自块46的测量的幅度进行比较，以及对于想要的幅度的特定的电平计算新的校正值。如果它与对于控制信号A(t)的特定的值的先前存储的数值显著不同，则把新的数值插入到方块34的校正表。

方块34的校正表在改变温度、功率放大器负载、电池电压等条件时被保持。方块34的校正表的维护很容易以非常低的采样速率完成。

回到相位调制路径16，被加到I/Q调制器22的连续波信号由组合压控振荡器(VCO)/锁相环(PLL)功能块50形成。Δ-∑调制器或信道发生器52形成一组二进制控制信号Zi(t)，来控制分频器54的分频比。分频器54接收VCO 56的输出。分频器54在Δ-∑调制器52的控制下覆盖大的范围。因此，VCO/PLL 50的参考频率保持为高的，以及环路频率也保持为高的。分频比设置VCO 56的特征频率。系统参考振荡器58，鉴相器60，和PLL滤波器62，连同振荡器56和分频器组成锁相环源，产生被I/Q调制器22调制的连续波信号。

使用这个VCO/PLL配置的优点在于，环路带宽非常高，以及包括对于传送相位调制频率分量所必须的带宽。

本领域技术人员将会看到，本发明可以用方法或设备来体现。因此，本发明可以取完全硬件实施例、完全软件实施例、和组合硬件和软件方面的实施例的形式。本发明是参照图1的方框图描述的。将会看到，许多方块可以通过计算机程序指令来实施。这些代表步骤的程序指令可被提供给处理器，以便产生一个机器。

因此，说明的方块支持用于执行特定的功能的装置结合用于执行特定的功能的步骤的组合。将会看到，说明的每个方块，以及说明中方块的组合，可以通过执行特定的功能或步骤的基于特定用途硬件的系统、或特定用途的硬件与计算机指令的组合来实施。

因此，按照本发明，揭示了独立地控制I/Q调制器和功率放大器的发射机放大器电路，提供独立的、高效率的幅度调制。

Claims (25)

1.RF放大器包括：

相位调制器，形成要被发送的调相的RF输入信号；

功率放大器，接收RF输入信号和放大RF输入信号，形成RF输出信号；

放大器控制部分，在运行上与相位调制器和功率放大器有关，放大器控制部分包括用于形成控制信号的装置，用于存储关于RF输出信号的实际幅度相对于控制信号的校正信息的存储器装置，以及控制装置，通过使用根据对于想要的幅度的校正信息修改的幅度控制信号，改变功率放大器的电源电压。

2.权利要求1的RF放大器，其中相位调制器电路没有幅度调制。

3.权利要求1的RF放大器，其中放大控制部分包括处理器。

4.权利要求1的RF放大器，其中存储器装置存储功率放大器RF输出信号对控制信号的转移曲线。

5.权利要求1的RF放大器，还包括被耦合到放大器控制部分的、用于监视RF输出信号的装置。

6.权利要求5的RF放大器，其中放大器控制部分通过使用监视的RF输出信号周期地更新校正信息。

7.权利要求1的RF放大器，其中控制装置包括形成功率放大器电源电压的开关调整器。

8.权利要求1的RF放大器，其中控制装置包括Δ-∑调制器，D类放大器级和低通滤波器，形成功率放大器电源电压。

9.权利要求1的RF放大器，其中控制装置包括控制相位调制器的编程的处理器。

10.权利要求9的RF放大器，其中相位调制器包括I/Q调制器。

11.权利要求10的RF放大器，其中加到相位调制器的RF信号源包括高速锁相环(PLL)和压控振荡器(VCO)。

12.权利要求11的RF放大器，其中PLL具有在用于VCO的控制环路中的分频器，以及具有一个处理器控制分频器整数来设置信道频率。

13.RF放大器包括：

I/Q调制器，形成要被发送的调相的RF输入信号；

功率放大器，接收RF输入信号和放大RF输入信号，形成RF输出信号；

放大器控制部分，在运行上与I/Q调制器和功率放大器有关，放大器控制部分驱动I/Q调制器进行相位调制，以及改变功率放大器电源电压，以便线性化功率放大器电路中的幅度调制。

14.权利要求13的RF放大器，其中I/Q调制器电路没有幅度调制。

15.权利要求13的RF放大器，其中放大控制部分包括处理器，具有存储器装置，用于存储功率放大器RF输出信号对电源电压的转移曲线。

16.在放大器电路的功率放大器中线性化幅度调制的方法包括以下步骤：

形成要被发送的调相的RF输入信号；

功率放大器接收RF输入信号，以及放大RF输入信号，形成RF输出信号；

存储有关RF输出信号的实际幅度相对于放大器控制信号的校正信息；以及

通过使用根据对于想要的幅度的校正信息修改的幅度控制信号，改变功率放大器的电源电压。

17.权利要求16的方法，其中形成步骤包括提供I/Q调制器，用于形成调相的RF输入信号。

18.权利要求16的方法，其中存储步骤包括存储功率放大器RF输出信号对电源电压的转移曲线。

19.权利要求16的方法，还包括监视RF输出信号的步骤。

20.权利要求19的方法，还包括通过使用监视的RF输出信号周期地更新校正信息的步骤。

21.权利要求16的方法，其中改变步骤包括形成一个控制信号，提供给形成功率放大器电源电压的开关调整器。

22.权利要求16的方法，其中改变步骤包括形成一个控制信号，提供给形成功率放大器电源电压的D类放大器级。

23.权利要求16的方法，其中形成步骤包括操作编程的处理器电路，来控制相位调制器电路。

24.权利要求23的方法，其中相位调制器电路包括高速锁相环(PLL)。

25.权利要求24的方法，其中PLL包括压控振荡器(VCO)和在用于VCO的控制环路中的分频器，以及操作步骤包括控制处理器电路，来控制分频器整数。

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