CN1504016A - 功率放大器饱和检测和补偿 - Google Patents

Abstract

一种用于检测和补偿功率放大器的饱和状态的系统，其中一个误差信号是通过求差一个代表或者来源于用于控制该功率放大器输出波形的控制信号的信号与代表或者来源于该功率放大器输出的信号产生的。一个积分器积分该误差信号以产生一个累积误差信号。当该累积误差的值等于或者大于一个在设备校准期间预先确定的常数，检测电路检测到一个饱和状态。当检测到一个饱和状态时，补偿电路通过检测到饱和的时候的该误差信号值乘以一个预先确定的常数推导出一个补偿值，并且从该控制信号中减去这个值。从该被调整的控制信号中推导出到该功率放大器的输入。

Description

功率放大器饱和检测和补偿

发明背景

1.发明领域

本发明涉及功率放大器(PA)，更具体地说，涉及在PA中检测和补偿功率饱和。

2.背景技术

在兼容GSM或者兼容TDMA的移动装置，诸如无线手持设备中，发射机必须在预先确定的功率对具有预定的噪声特性的时间掩模(time mask)之内加电和断电。同时，为了提高电池寿命和通话时间，该设备应该以最高或者近似于最高效率运行。如果在发射机或者收发信机中的该功率放大器变得饱和，这些目标就很难实现。

用于饱和补偿的传统方法是开环技术，其中当检测到饱和状态时，放大器被补偿一个预先确定的量。取决于该放大器已经进入饱和方式的程度，该预先确定的量可以是不足以引起该放大器越出饱和范围之外的量，或者可以大于退出该饱和方式来说必需量的量来退出放大器。因此，利用传统方法，存在放大器不能工作在最高或者近似于最高效率的危险。

发明内容

本发明提供了一种用于在功率放大器中检测和补偿饱和状态的系统。该系统可以包括串联的一个饱和补偿电路、一个比较器、一个积分器以及一个饱和检测电路。该饱和补偿电路接收一个用于控制该功率放大器的输出波形的控制信号，并且当由该饱和检测电路检测到一个饱和状态的时候，调整该信号。该比较器比较该饱和补偿电路的输出与该功率放大器的输出，并且产生一个代表在这二个之间差值的误差信号。该积分器积分该误差信号以产生一个累积误差信号。该饱和检测电路响应该积分误差信号，检测一个饱和状态，当检测到一个饱和状态的时候，用信号通知该饱和补偿电路。响应一个饱和状态的检测，该饱和补偿电路按照一个补偿值调整该控制信号，该补偿值是由饱和状态被检测的时候的误差信号的值获得的。在一个实施例中，该补偿值可以等于当饱和被检测的时候的瞬时误差乘以一个预先确定的常数。在另一个实施例中，这个补偿值可以是当饱和被检测的时候的平均误差乘以一个预先确定的常数。由该调整的控制信号的输出获得的信号形成到功率放大器的输入。在一个实施例中，到该功率放大器的输入来源于该积分器的输出。

在另一个实施例中，当从该积分器输出的累积误差等于或者大于一个在设备校准期间确定的预定值INTEG_MAX的时候，可能会检测到一个饱和状态。作为响应，该饱和检测电路设置标志为1。当该值被设置为1的时候，该饱和补偿电路按照一个预先确定的校准常数锁存一个等于从该比较器输出的瞬时误差的补偿值。该饱和补偿电路从表示功率放大器的期望输出值的信号中减去这个值。

本发明还公开了一种用于检测功率放大器饱和状态的方法。一个来源于或者代表用于控制功率放大器输出波形的控制信号的信号与一个代表或者来源于功率放大器的实际输出的信号相比较，并且这二个信号被求差以形成一个误差信号。然后该误差信号被积分以形成一个累积误差信号。如果该累积误差信号等于或者大于一个预先确定的值，该饱和状态被检测。

本发明的另一种方法包括补偿功率放大器的饱和状态。当检测到一个饱和状态的时候，代表或者来源于一个用于控制该功率放大器输出波形的控制信号的信号与一个代表或者来源于该功率放大器实际输出的信号相比较，并且这二个信号被相减以形成一个误差信号。一个补偿值由该误差信号获得，并且从该控制信号中减去该补偿值。到该功率放大器的输入来源于这个调整的信号。

当检测到饱和的时候，该补偿值可以通过该瞬时误差乘以一个预先确定的常数来确定。在另一个实施例中，当检测到饱和的时候，该补偿值可以通过该平均误差信号乘以一个预先确定的常数来确定。

对于一个本领域技术人员来说，当参阅下列附图和详细说明时，本发明其他的系统、方法、特点和优点将变得显而易见。意欲在本发明的范围之内将所有这样的附加系统、方法、特点和优点都包括在这个说明书内，并且由伴随的权利要求保护。

附图说明

参考下列附图可以更好地理解本发明。在该附图中的组成部分不一定是按比例的，而是重点在于举例说明本发明的原理。此外，在该附图中，不同附图中的相同参考数字指定相应的部分。

图1是一个说明功率放大器饱和度检测和补偿系统的方框图。

图2是一个说明在兼容GSM的发射机中用于功率放大器输出的预先确定的功率对时间掩模的图形。

图3是说明另一个功率放大器饱和度检测和补偿系统实施例的方框图。

图4是一个说明功率放大器饱和度检测和补偿系统实施方案的方框图。

图5是说明另一个功率放大器饱和度检测和补偿系统实施的方框图。

图6是一个说明用于检测功率放大器的饱和状态的方法的流程图。

图7是一个说明一个用于补偿功率放大器的饱和状态的方法的流程图。

图8是一个说明一个用于检测功率放大器的饱和状态的方法的流程图。

图9是一个说明一个用于补偿功率放大器的饱和状态的方法的流程图。

具体实施方式

图1是说明一个具有一个功率放大器100的系统的方框图，该功率放大器100具有一个输入端102和一个输出端104。该输入端有助于确定在输出端104提供的信号的形状。此外提供了用于检测该功率放大器100饱和状态的电路系统106，然后操纵该功率放大器的输入端102来至少部分地补偿该饱和状态。

该电路系统106可以包括一个电路108，用于提供一个用于控制该功率放大器100的输出104波形的信号。该电路108的输出被输入给加法器110，该加法器110从这个信号中减去饱和均衡电路112的输出。加法器110可以是饱和均衡电路112的一部分或者可以是分离的。来源于加法器110的输出端的信号被输入给比较器114。此外，来源于该功率放大器的输出端104的信号也被输入给该比较器。比较器114产生一个代表在这二个信号之间差值的误差信号。

这个误差信号被输入给积分器116以提供一个累积误差信号。从积分器116输出的该累积误差被提供给饱和检测电路118。根据这个累积误差信号，饱和检测电路118检测是否该功率放大器100已经进入一个饱和状态。一个代表该累积误差信号的信号经信号线120被提供给饱和均衡电路112。

一个来源于积分器116的信号形成到该功率放大器的输入102。当出现一个饱和状态时，饱和均衡电路112响应经信号线122提供的该误差信号确定一个补偿值。该值然后被加法器110从由电路108提供的信号中减去。这个调整最终反映在到该功率放大器的输入上。因此，放大器100被防止进入饱和，或者如果其已经进入饱和，只需非常短的时间就可被引出饱和。

该系统是一个闭环系统，在大约检测到饱和的时间，该功率放大器的输出被用于确定用于调整该功率放大器输入的补偿值。因此，该系统与传统的开环式技术相比更加实用。此外，由于该系统使用从积分器输出的累积误差检测是否出现饱和状态，其在检测饱和状态方面比常规方法更加精确。

图2举例说明一个由预先指定的功率对时间掩模限制的输出信号轮廓(profile)的例子。时间掩模200之一为功率放大器输出提供了一个上限。另一个时间掩模202为该功率放大器提供了一个下限。

图3说明了一个系统的第二个实施例。在图1和3表示的二个实施例之间的差别是，在图3当检测到一个饱和状态时，该饱和均衡电路112响应该平均累积误差而不是该瞬时误差，确定一个用于饱和均衡的补偿值。这就是为什么饱和均衡电路112从积分器116(经信号线300)而不是从比较器114接收一个输入。

图4说明图1实施例的一个实施过程。斜坡存储器(ramp store)400提供能够使该系统产生一个输出信号轮廓的基准输入，该信号轮廓是由标准组织诸如ETSI(参见图2)规定的预先指定的功率对时间掩模来限制的。斜坡存储器400的输出被提供给加法器402，其减去饱和均衡电路404的输出err_val。饱和均衡电路404包括一个锁存器(未示出)，其提供该输出err_val。饱和均衡电路404响应经信号线408提供的饱和检测电路406的输出，更新该锁存器的内容。饱和检测电路406的输出是一个标识sat_flag，如果出现饱和状态它是1，否则它是0。在sat_flag是1的情况下，该锁存器的内容被设置为等于常数SAT_CAL乘以经信号线410从比较器412的输出提供的瞬时误差信号的值loopsub。

在一个实施例中，SAT_CAL被设置在1.0，但是应该理解该值小于1.0和大于1.0是可允许的。在sat_flag是0的情况下，该锁存器的内容未被更新，而是被保持等于在最近的饱和状态期间确定和锁存的err_val值。因此，能够看出在这个实施中，当该功率放大器414是在饱和的时候，饱和均衡电路404设置err_val为常数SAT_CAL乘以从加法器412输出的瞬时误差信号的值，并且在该功率放大器414不饱和的情况下，其保持err_val的先前的值。换句话说，即使当不存在饱和状态的时候，一个用于err_val的值被从斜坡存储器400的输出中减去。但是，应该理解，只有当饱和状态出现或者即将来临时，饱和均衡电路404提供一个从斜坡存储器400的输出中减去的一个输出的实施方式是可允许的。

加法器402的输出errsub被作为一个输入提供给具有转换功能 的低通滤波器(LPF)416。LPF416的输出被作为一个输入提供给比较器412。此外，功率放大器414的输出418被输送给反馈路径电路420，其随后调整该信号的增益和动态范围并且数字化该信号。反馈路径电路420的输出形成到比较器412的第二个输入。

比较器412从LPF 416的输出中减去这个信号。该结果是代表该瞬时误差或者代表从斜坡存储器1输出的控制信号和功率放大器414的输出之间差值的误差信号loopsub。如上所述，这个误差信号被作为一个输入经信号线410提供给饱和均衡电路404。此外，其被作为一个输入提供给积分器422，如举例说明的，积分器422具有转换功能 积分器116的输出是一个表示随着时间的流逝反映在该误差信号loopsub上误差累积的累积误差信号。

积分器422的输出被作为一个输入提供给饱和检测电路406，其响应从积分器422提供的累积误差信号，确定饱和状态是否出现或者即将来临。在一个实施例中，饱和检测电路406通过比较该累积误差信号与一个在设备校准期间确定的值INTEG_MAX来运行。如果该累积误差大于INTEG_MAX，假定为出现饱和状态，如果不大于INTEG_MAX，可以认为不存在饱和状态。如果出现饱和状态，sat_flag被设置为1。如果不出现饱和状态，该标识被重置为0。

来自积分器422的累积误差信号也经由饱和检测电路406送到放大器424。放大器424起DAC增益的作用。放大器424的输出被提供给功率整形器426。功率整形器426提供一个可编程的增益形状函数给该DAC环路的前向通道。功率整形器426的输出被输入给数模转换器(DAC)428。DAC428转换该输入信号为模拟，并且该模拟信号被作为一个输入提供给RC LPF 430。RC LPF430使该模拟信号平滑。RC LPF 430的输出被作为一个输入提供给电压输出电路432。电压输出电路432起转换该输入信号为一个电压模式信号的作用。然后该电压模式信号被作为一个输入提供给功率放大器414的输入端434。

图3实施例的一个实施过程在图5中举例说明。除了来自积分器422的累积误差作为来自加法器412输出的瞬时误差的替代被作为一个输入经信号线500提供给饱和均衡电路404之外，这个实施是与图4的实施相同的。这个瞬时误差信号经信号线410被提供给在图4的实施中的饱和均衡电路404。

在这个实施例中，饱和均衡电路404利用该误差被积累的持续时间去除累积误差。该结果是一个平均的累积误差。在出现饱和状态的情况下，该饱和均衡电路404锁存常数SAT_CAL与平均累积误差的乘积。在不存在饱和状态的情况下，该饱和均衡电路404不更新该锁存器。在这种情况下，从而该锁存器保持在其先前的饱和状态期间存储的值。该锁存器的输出是值err_val，它被提供给加法器402。换句话说，这个实施例与在图4举例说明的是相同的。因此，不需要进一步的解释。

图6说明一个饱和检测方法的实施例。如举例说明的，在步骤600，一个代表或者来源于用于控制功率放大器输出波形的控制信号的信号与代表或者来源于该功率放大器的实际输出的信号被求差以产生一个误差信号。在步骤602，该误差信号被积分以产生一个累积误差信号。在步骤604，该累积误差信号被分析以确定是否出现一个饱和状态。在一个实施例中，这个步骤通过比较累积误差与一个在设备校准期间确定的预先确定的常数发生。如果该累积误差大于预先确定的常数，假定为存在一个饱和状态。否则，假定为不存在饱和状态。如果存在一个饱和状态，执行步骤606，否则，执行步骤608。在步骤606，标识被放置在第一状态，表示出现饱和状态。在步骤608，该标识被放置在第二状态，表示不存在饱和状态。  然后该过程本身从步骤600开始重复。

图7说明一个饱和均衡或者补偿方法的实施例。在步骤700，一个代表或者来源于用于控制功率放大器输出波形的控制信号的信号与代表或者来源于该功率放大器的实际输出的信号被求差以产生一个误差信号。在步骤702，该误差信号被积分以产生一个累积误差信号。在步骤704，从该累积误差信号推导出到该功率放大器的输入。在步骤706，查验表示是否出现饱和状态的标识。如果放置在表示出现饱和状态的第一状态，执行步骤708和710。在步骤708，一个补偿值被从在步骤700产生的瞬时误差信号或者从在步骤702产生的累积误差信号中导出。在一个实施例中，通过来源于步骤700的瞬时误差乘以一个预先确定的常数发生这个步骤。在另一个实施例中，通过平均误差(等于来自步骤702的累积误差除以该误差被积累的持续时间)乘以一个预先确定的常数发生这个步骤。在步骤710，响应该补偿值，操纵代表或者来源于用于控制PA输出波形的信号。在一个实施例中，通过从代表或者来源于该控制信号的信号中减去该补偿值使这个步骤发生。然后，跳转到步骤700。然后该过程本身重复。

转回到步骤706，如果该标识被放置在表示不存在饱和状态的第二状态，跳转到步骤700。然后该过程本身重复。作为选择，在一个实施例中，在先前的开始饱和状态期间在步骤708计算的补偿值被提取，并且被从代表该饱和状态的信号中减去。然后，跳转到步骤700去重复该过程。

检测功率放大器的饱和状态的方法的一个实施例在图8中说明。在步骤800，一个代表或者来源于用于控制PA输出波形的控制信号的信号与代表或者来源于该PA输出的信号被求差以产生一个误差信号。在步骤802，该误差信号被积分以产生一个累积误差信号。在步骤804，该累积误差与一个在设备校准期间确定的预先确定的常数INTEG_MAX相比较。如果该累积误差大于INTEG_MAX，表示存在饱和状态，执行步骤808。否则，步骤806被执行。在步骤808，标识sat_flag被设置为1，然后跳转到步骤800。然后该过程本身重复。在步骤806，sat_flag被重置为0，继之以跳转到步骤800。然后该过程本身重复。

均衡或者补偿功率放大器的饱和状态的方法的一个实施例在图9中说明。在步骤900，标识sat_flag被查验。在步骤902，进行确定是否sat_flag被设置为1或者重置为0。如果该标识被设置为1，表示存在一个饱和状态，跳转到步骤904。如果该标识被重置为0，表示不存在一个饱和状态，跳转到步骤906。在步骤904，一个值err_val是通过该瞬间的回路误差和loopsub乘以一个预先确定的常数SAT_CAL来计算的。在一个实施例中，该环路误差是通过求差一个代表或者导出于用于控制PA输出波形的信号与代表或者导出于该PA输出的信号来计算的。在这个例子中，一经计算，该值err_val被锁存。在步骤906，在先前开始的饱和状态期间锁存的err_val值被恢复。在步骤908，在步骤904和906中的一个或者另一个确定的值err_val被从一个用于控制该功率放大器输出波形的信号ramp_store中减去。在步骤910，由err_sub推导出到该功率放大器的输入。在一个实施例中，这个步骤通过积分环路误差发生以产生累积误差信号，然后从该累积误差信号中推导出PA输入。然后跳转到步骤900，该过程本身重复。

虽然本发明已经描述了不同的实施例，对那些本领域普通的技术人员来说显而易见的是，在本发明的范围内很多的实施例和实施是可允许的。因此，本发明除了根据附加的权利要求和其等效之外不受限制。

Claims (30)

1.一种用于在功率放大器中检测和补偿饱和状态的系统，包括：

一个具有一个输入端和一个输出端的功率放大器；

一个饱和补偿电路，当一个饱和状态被检测的时候，用于调整一个控制信号；

一个比较器，用于比较一个代表或者来自于所述控制信号的信号与一个代表或者来自于所述功率放大器的输出端的信号，并且产生一个代表在所述二个信号之间差值的误差信号；

一个积分器，用于积分所述误差信号以提供一个累积误差信号；和

一个饱和检测器，用于响应所述累积误差信号，检测所述功率放大器的饱和状态，其中由所述调整的控制信号获得的信号被输入所述该功率放大器。

2.根据权利要求1的系统，其中所述比较器产生一个误差信号，该误差信号是代表或者来自于所述饱和补偿电路输出的所述调整的控制信号的信号与代表或者来自于所述功率放大器的输出的信号之间的差值。

3.根据权利要求1的系统，其中到所述功率放大器的输入源自于该积分器的输出。

4.根据权利要求1的系统，其中如果所述累积误差信号大于在设备校准期间预先确定的一个常数，所述饱和检测器检测到一个饱和状态。

5.根据权利要求1的系统，其中饱和状态的检测使所述饱和补偿电路从所述误差信号推导出一个补偿值，并且从该代表或者来源于控制信号的信号中减去该补偿值。

6.根据权利要求5的系统，其中所述饱和补偿电路从由所述比较器提供的所述瞬时误差中推导出所述补偿值。

7.根据权利要求5的系统，其中所述饱和补偿电路从由所述积分器提供的所述累积误差中推导出所述补偿值。

8.根据权利要求6的系统，其中所述饱和补偿电路通过将所述瞬时误差乘以一个预先确定的常数推导出所述补偿值。

9.根据权利要求7的系统，其中所述饱和补偿电路由按照所述累积误差除以该累积误差积累所占的时间周期而确定的所述平均误差推导出所述补偿值。

10.根据权利要求9的系统，其中所述饱和补偿电路通过将所述平均误差乘以一个预先确定的常数推导出所述补偿值。

11.根据权利要求1的系统在一个通信设备中。

12.根据权利要求11的通信设备是一个兼容GSM的发射机。

13.根据权利要求11的通信设备是一个移动装置。

14.根据权利要求1的系统，进一步包括用于产生所述控制信号的电路系统。

15.根据权利要求14的系统，其中用于产生所述控制信号的电路系统是一个斜坡存储器。

16.根据权利要求14的系统，其中所述控制信号控制所述功率放大器的输出波形。

17.一种用于检测具有一个输出端的功率放大器的饱和状态的方法，包括步骤：

求差一个代表或者来源于控制信号的信号与代表或者来源于该功率放大器输出端的信号以产生一个误差信号；

积分所述误差信号以产生一个累积误差信号；以及

响应所述累积误差信号以检测该饱和状态。

18.根据权利要求17的方法，其中如果来源于累积误差信号的累积误差值大于一个在设备校准期间预先确定的常数，所述检测步骤包括检测该饱和状态。

19.根据权利要求17的方法，如果检测到一个饱和状态，进一步包括设置标识为第一状态，否则设置标识为第二状态。

20.一种补偿具有一个输入端和一个输出端的功率放大器饱和状态的方法，包括在当时、在期间或者在检测一个饱和状态之后执行下列步骤：

求差一个代表或者来源于控制信号的信号与代表或者来源于所述功率放大器输出端的信号以形成一个误差信号；

响应所述误差信号推导出一个补偿值；

响应所述补偿值调整所述控制信号；以及

从所述调整的信号中推导出到所述功率放大器的输入。

21.根据权利要求20的方法，其中所述调整步骤包括从代表或者来源于所述控制信号的信号中减去所述补偿值。

22.根据权利要求20的方法，其中第一推导步骤包括响应一个来源于所述误差信号的瞬时误差值推导出一个补偿值。

23.根据权利要求22的方法，其中第一推导步骤包括通过将由所述误差信号推导出的瞬时误差值乘以一个预先确定的常数推导出一个补偿值。

24.根据权利要求20的方法进一步包括积分所述误差信号以提供一个累积误差信号。

25.根据权利要求24的方法，其中第一推导步骤包括从所述累积误差信号推导出一个平均误差值，并且通过所述平均误差值乘以一个预先确定的常数推导出所述补偿值。

26.根据权利要求20的方法，其中该第二推导步骤包括积分所述误差信号以提供一个累积误差信号，并且从该累积误差信号中推导出到所述功率放大器的输入。

27.根据权利要求20的方法，进一步包括锁存该补偿值。

28.根据权利要求27的方法，进一步包括提取该锁存的补偿值，并且在该饱和状态已经中止之后，响应该锁存的补偿值，调整所述该控制信号。

29.根据权利要求20的方法，包括以下步骤检测该饱和状态：

通过求差一个代表或者来源于控制信号的信号与代表或者来源于所述功率放大器输出端的信号以产生一个误差信号；

积分该误差信号以产生一个累积误差信号；以及

响应该累积误差信号检测该饱和状态。

30.一种用于在功率放大器中检测和补偿饱和状态的系统，包括：

具有一个输入端和一个输出端的功率放大器；

饱和补偿装置，当一个饱和状态被检测的时候，用于调整一个控制信号；

比较器装置，用于比较一个代表或者来源于所述控制信号的信号与一个代表或者来源于所述功率放大器的输出端的信号，并且产生一个代表在所述二个信号之间差值的误差信号；

积分器装置，用于积分所述误差信号以提供一个累积误差信号；以及

饱和检测装置，用于响应所述累积误差信号，检测所述功率放大器的饱和状态，其中来源于所述被调整的控制信号的信号被输入给所述功率放大器。

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