CN1511371A - 前馈放大器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种新颖的前馈放大器(“FFA”)以及用于该放大器的导频音发生器－接收器。在本发明的一个实施例中，前馈放大器只需要一个单独的振荡器，以便操作与FFA放大器电路结合使用的导频音发生器以及导频音接收器。在本发明的另一个实施例中，提供了一种方法，用于产生和检测来自单个振荡信号的导频音。

Description

前馈放大器

发明领域

本发明涉及放大器电路。更具体地说，本发明涉及一种前馈放大器及其导频音发生器-接收器。

发明背景

前馈放大器(“FFA”)是众所周知的。在本领域中，使用一个导频音来改善FFA的线性品质也是已知的。简单的说，导频音是由一个导频音发生器生成，并在主放大器之前注入的。然后，在电路的输出端，一个导频音接收器对所注入的导频音进行检测。检测到的导频音被用来调整校正放大器输出的增益和相位，以便充分消除导频音以及由主放大器引入的误差或失真。总的效果实际是一个线性前馈放大器。与在FFA中使用导频音有关的更为详细的说明可以在各种资料中找到，其中包括Van Horn的美国专利5,874,850，其内容结合在此作为参考。

虽然可以使用导频音来改善FFA的总体线性，但是现有的导频音发生器和接收器容易增加FFA电路的复杂性以及总成本。举例来说，当前那些使用导频音的FFA电路通常需要多个振荡器——也就是说，一个充当导频音发生器的第一振荡器和一个充当导频音接收器的第二振荡器。此外，这两个振荡器必须以互补频率进行编程：也就是用于第一振荡器的一个第一频率和用于第二振荡器的一个第二频率，由此第二频率与第一频率之间的差值即为导频音接收器的中频(“IF”)。使用两个振荡器的另一个问题在于：振荡器之间有可能存在相位噪声(时域抖动)，由此在对发生器和接收器进行设计，以补偿这样的相位噪声的时候将会需要额外的维护、费用和/或复杂性。

而现有技术的另一个问题在于：有可能很难使导频音接收器中的某些部件，例如滤波器的大小合适，以使它们完全补足FFA电路差错信号路径中使用的校正放大器和延迟元件，由此提高了设计FFA的整体复杂性和成本。

发明概要

本发明的一个目的是提供一种新颖的前馈放大器，其排除或减轻了至少一个上述现有技术中的缺点。

在本发明的一个方面，提供了一种用于前馈放大器(FFA)的导频音发生器-接收器。该前馈放大器包括一个主放大器和一条纠错通路。该发生器-接收器包括一个用于产生信号的振荡器和一个连接到该振荡器的矢量调制器。该矢量调制器可操作用于分别向或从信号中增加或减去一个调制频率，以便产生一个适于在主放大器之前注入的导频音。该发生器-接收器还包含一个与振荡器相连的接收器电路，其用于检测来自该前馈放大器输出端的导频音。该接收器电路可操作用于以检测到的导频音来对纠错通路的控制加以修改，从而可以操作差错通路，以在该前馈放大器输出端引入一个信号，该信号充分消除了导频音以及由主放大器引入的任何差错。

在本发明的另一个方面，提供了一种用于产生和接收一个用于前馈放大器的导频音的方法，该前馈放大器具有一个主放大器、一条纠错通路以及一条输出通路，该方法包括步骤：产生一个振荡信号；将矢量调制应用于该振荡信号，以产生一个导频音；在该主放大器之前注入该导频音；将振荡信号与输出通路的测量输出相混合，以产生一个混合信号；从混合信号中过滤一个中频，以产生一个已过滤信号；以及，从已过滤信号中检测导频音。

在本发明的另一个方面，提供了一种前馈放大器，包括：一个具有主放大器和纠错通路的放大器部分；一个导频音发生器-接收器，其具有一个用于产生信号的振荡器；一个矢量调制器，其连接到所述振荡器并且分别向或从所述信号中增加或减去一个调制频率，以便产生一个适于在所述主放大器之前注入的导频音；以及一个接收器电路，其连接到所述振荡器并且用于检测来自所述前馈振荡器一个输出端的导频音，以控制所述纠错通路，以便充分消除所述导频音以及由所述主放大器引入的任何差错。

本发明可以减少某些现有技术FFA的费用和复杂性。举例来说，在本发明的各个方面，提供了一种前馈放大器，其只需要单个振荡器，以产生一个导频音并且提供一个用于导频音接收器电路的振荡信号。与此相反，某些现有技术FFA可能需要两个振荡器；一个充当导频音发生器，而另一个则充当导频音接收器。在本发明的另一个实施例中，提供了一种产生和检测来自单个振荡信号的导频音的方法。

附图简述

现在将参考附图来对仅仅作为实例的本发明优选实施例进行描述，其中：

图1是根据现有技术的前馈放大器框图；

图2是根据本发明一个实施例的前馈放大器框图；以及

图3是一个显示根据本发明另一个实施例来产生和接收一个导频音的方法的流程图。

发明详述

现在参考图1，在20一般性表示了一个现有技术的前馈放大器(“FFA”)。FFA 20包含放大器部分24、导频音发生器28以及导频音接收器32。

放大器部分24包含一个与输入信号路径40相连的耦合器36。耦合器36可用于将一个输入信号从路径40分开到第一信号路径44以及第二信号路径48。第一信号路径44传送的是来自耦合器36的主信号，其特征在于：一个增益及相位调节器52、一个主放大器56以及一个延迟元件60，该元件输出到输出信号路径64。第二信号路径48传送的是耦合器36产生的一个输入信号取样，其特征在于：一个延迟元件68、一个增益及相位调节器72以及一个校正放大器74，其输出端经由耦合器76而与输出信号路径64相连。本领域技术人员将会了解：在放大器部分24的内部，调节器72与校正放大器74构成了一个纠错通路73。因此，当校正放大器74的输出端耦合到延迟60的输出端时，从输出信号路径64中充分消除了差错和导频音，这样一来，输出信号路径64表示的是输入信号路径40的一种非常线性的放大。

放大器部分24的特征还在于：一个耦合路径78，其将第一耦合器80(连接到主放大器56的输出端)与第二耦合器82(连接到延迟元件68的输出端)互连，以便把主放大器56引入的差错取样提供给始于调节器72的纠错通路73。另外，检测器-控制器84经由耦合器86连接到调节器72的输入端，以便在调节器72之前测量总功率。检测器-控制器84使用该测量值来对调节器52的控制加以修改，以使总的功率电平最小。经由路径78而被耦合的剩余功率中包含了导频音以及主放大器56中产生的任何互调产物，并且被馈送到差错通路73。

导频音发生器28包含一个参考信号发生器88，其向锁相环(PLL)芯片92提供一个参考信号。(虽然未在图1中明确显示，但是本领域技术人员将会了解，PLL芯片92包含PLL电路以及环路滤波电路)。PLL芯片92可用于接收一个编程输入96，以允许用户能够设定一个适于在FFA 20中使用的导频音。PLL芯片92连接到振荡器100，该振荡器将其输出反馈到PLL芯片92，同时在主放大器56的输入端之前，该振荡器还将其输出经由耦合器102注入放大器部分24。因此，总的来说，导频音发生器28可用于将一个导频音注入主放大器56。

导频音接收器32包含一个参考信号发生器104，其向PLL芯片108提供一个参考信号。PLL芯片108还可用于接收编程输入96，该编程输入与引入导频音发生器28的PLL芯片92中的编程输入相同，以确保接收器32接收的导频音对应于导频音发生器28产生的导频音。PLL芯片108还可以调谐到一个频率，该频率与PLL芯片92相差一个数值，该数值与滤波器124的中频相等。根据预期的系统参数，这个差值可以小于或大于PLL 92的频率。PLL芯片108与振荡器112相连，将其输出反馈到PLL芯片108，以便纠正通常方式下的振荡率。因此，振荡器112工作在一个受到PLL芯片92控制的频率上。本领域技术人员现在可以了解，现有技术的一个缺点在于：FFA 20需要两个振荡器，由此提高了FFA 20的总的成本以及复杂性。

振荡器112的输出还被导向混频器116，该混频器还对连接到输出信号路径64的耦合器120的输入进行接收。混频器116的输出提供到滤波器124，如从振荡器100和112之间频率中的差值所确定的那样，该滤波器被选择以匹配中频。滤波器124输出的已过滤信号输入到检测器-控制器128中，其检测在耦合器120接收的导频音，并对调节器72的控制加以修改，以使导频音电平最小。因此，总的来说，导频音接收器32可用于检测输出信号路径64上的导频音，并且使用导频音电平来修改增益及相位调节器72，以使耦合器120上的导频音电平最小。

现在参考上文以及图1来讨论现有技术FFA 20的操作。一个信号被引入输入信号路径40，在那里它被分为第一信号路径44和第二信号路径48。在主放大器56之前，导频音发生器28将一个导频音注入第一信号路径44。导频音接收器32对沿着信号输出路径64的输出进行监视，其检测导频音的幅度并将它导向调节器72。调节器72还经由耦合路径78来接收主放大器56的输出。然后，校正放大器74使用增益及相位调节器72的输出来产生一个输入，该输入经由耦合器76而被注入输出信号路径64，从而充分消除导频音以及由主放大器56引入的任何差错。

现在参考图2来讨论根据本发明一个实施例的前馈放大器，并且20a大概表示了该前馈放大器。FFA 20a包含放大器部分24，在本实施例中，该部分等同于上述现有技术FFA 20的放大器部分24。因此，对FFA 20a的放大器24来说，其独立部件等同于FFA 20的放大器部分24，由此使用与图1中放大器24相同的参考数字来表示这些独立部件。

FFA 20a还包含一个导频音发生器-接收器132，其包括一个参考信号发生器136，用于向PLL芯片140提供参考信号。PLL芯片140可用于接收一个编程输入96a(该输入可以与图1所示现有技术中讨论的编程输入96相同)，这个编程输入被引入导频音发生器-接收器132的PLL芯片140，以使用户能为FFA 20a设定一个预期的导频音。PLL芯片140连接到一个振荡器144，该振荡器可用于在预期导频音频率上产生一个信号，并与中频相加或是相减。振荡器144将其输出反馈到锁相环芯片140，以便校正通常方式中的预期振荡率。

在主放大器56之前，振荡器144还将其信号输出到一个矢量调制器160，该矢量调制器产生一个导频音，用于在耦合器102a上将其注入放大器部分24。振荡器144向振荡信号增加或是从中减去一个预期调制频率(Fm)，从而产生信号，借助于该信号，矢量调制器160产生导频音。借助于为调制器160的正弦和余弦输出所提供的相位基准，可以对增加或减去调制频率进行选择。本领域技术人员将会想到，可以借助FFA 20a的数字信号处理器(DSP)或是其他类型的主控制器来操作这些正弦和余弦输入。

任何适当的调制频率都可被选择。调制频率(Fm)可选的一个适当频率范围是任何小于大约1兆赫(1MHz)的频率。然而，其他频率范围可以是从接近直流到大约50兆赫。另一个频率范围可以是大约10千赫到大约10兆赫。而在本实施例中，由于预备提供450kHz的中频滤波器，因此当前优选的是450千赫(450kHz)的调制频率。由此，矢量调制器160的输出端给出了一个精确的导频音，在耦合器102a，通过等同于上述现有技术FFA 20中在耦合器102注入导频音的方法，可以将这个导频音注入FFA 20a的放大器部分24。

振荡器144的输出还被导向导频音接收器电路，在本实施例中，该电路包含一个混频器148，该混频器还从与输出信号路径64相连的耦合器120a接收输入。然后，混频器148的输出被提供给滤波器150，该滤波器中频的中心大小与调制频率(Fm)一致。滤波器150输出的已过滤信号被输入到检测器-控制器154，其检测在耦合器120a接收的导频音，并对调节器72进行调整，以使导频音电平最小。

表I显示了一个供导频音发生器-接收器132使用的示范性部件编号的表格。

                                           表I

零件名称	图2中参考数字	部件供应商	部件编号
				矢量调制器	160	RF Micro Devices，Inc.5550 Scotts Valley Drive，Suite 400Scotts Valley，CA 95066	RF2422
振荡器	144	Z～Communications Inc.9939 Via PasarSan Diego，CA 92126	V622ME10
				PLL芯片	140	National Semiconductor2900 Semiconductor DriveP.O.Box 58090Santa Clara，CA 95052-8090	LMX2326
滤波器	150	Murata Electronics2200 Lake Park DriveSmyra，GA 30080 7604，	CFUX450C100H
				检测器-控制器	154	Analog Devices	AD8310(检测器)ADSP-2186(DSP控制器)
混频器	148	Mini-Circuits	SYM-22H

现在参考图3所示流程图，对根据本发明另一实施例来产生和接收一个导频音的方法进行讨论。为了帮助说明该方法，对图2所示FFA 20a以及上述讨论加以参考。在步骤300，产生一个振荡信号。在本实施例中，振荡器144产生振荡信号，然而本领域技术人员将会想到其他产生振荡信号的方法。虽然并不重要，但是当前优选的是，振荡信号可以是任何不包括将由FFA 20a放大的频率的信号。在FFA 20a中，通过包含输入96a，提供了其他功能，以使用户能够设置振荡信号频率。PLL芯片140和参考信号136提供了更多输入以及对于振荡器144的控制，从而确保产生一个可靠的振荡频率。通常可以理解，可以使用任何产生振荡信号的装置，即可用于产生和检测导频音的装置，因此本领域技术人员将会想到其他功能性等同物。

在步骤305中，将矢量调制应用于步骤100产生的振荡信号，以便产生一个导频音。在当前实施例中，矢量调制由矢量调制器160执行，根据正在接收的正弦(Fm)输入与余弦(Fm)输入的相位关系，该矢量调制器160将会增加或是减去一个预期调制频率，由此在矢量调制器160的输出端产生一个导频音。可以理解的是，在其他实施例中可以使用任何把预期矢量调制应用于振荡信号的装置，也可以使用任何向(或从，分别)振荡信号中增加(或减去)一个调制频率的装置，由此本领域技术人员将会想到其他类型的设备，以便执行步骤305。

在步骤310，在主放大器之前加入导频音。在本实施例中，导频音是经由位于主放大器56之前的耦合器102a注入的，然而，本领域技术人员将会想到其他装置，以便将导频音注入放大器部分24。

在注入导频音之后，放大器部分24以通常方式工作，也就是说，主放大器56放大主信号和注入的导频音。在延迟元件60上，经过一个延迟之后，放大信号从延迟元件60沿着输出信号路径64输出。另外，放大器56产生的一个放大信号取样被导入差错通路。

在步骤315，步骤100产生的振荡信号与放大器部分的一个测量输出相混合。在本实施例中，测量输出是经由连接到输出信号路径64的耦合器120a得到的。测量输出是使用混频器148来混合的，该混频器将混合信号输出到滤波器150。

在步骤320，从混合信号中过滤中频。在本实施例中，这个步骤由滤波器150完成，该滤波器把已过滤信号提供给检测器-控制器154，然而其他可用于从混合信号中过滤中频的滤波器也在本发明的范围内。

在步骤325，从已过滤信号中检测导频音。在本实施例中，这个操作由检测器-控制器154完成。

在步骤330，对纠错通路73的控制加以修改，以使检测到的导频信号最小。在本实施例中，该调整由检测器-控制器154执行，其使用了步骤325中检测到的导频音。该修改是在纠错通路73内部的调节器72上执行的。

本领域技术人员现在将会理解，步骤300-330连续循环，并且不必按照图3所示的确切顺序出现。

虽然这里讨论的实施例针对的是本发明的特定实施，但是可以理解，该实施例的组合、子集和变化都处在本发明的范围以内。举例来说，虽然较不优选，但是可以预期，在本发明其他实施例中可以去除矢量调制器160或是用一个移相器或相位调整装置来将其取代，以便自适应调整振荡器144产生的振荡信号相位。相位调整装置可位于任何适当位置，例如注入导频音的耦合器102a之前，也可位于混频器148与振荡器144之间。振荡器144产生的信号是用于导频音接收器以及本机振荡器的导频音。在这个实例中，在混频器148的输入端提供了装置，以便保持耦合器120a的导频音与来自振荡器144的信号之间的预期相位关系。并且还提供了附加装置，以便自适应控制相位调整装置，从而补偿温度与分量变化。依据这种变化，无论相位调整装置位于何处，混频器148的输出都是一个与耦合器120a接收到的导频音电平相对应的直流电压。本领域技术人员由此将会了解，这种变化是一个“零中频”系统。

本发明提供了一种新颖的前馈放大器。该前馈放大器包括通常能在前馈放大器的放大器部分找到的任何电路，并且还包含一个导频音发生器-接收器，当被引入一个完整的前馈放大器时，这个导频音发生器-接收器只需要一个单独的振荡器，以使前馈放大器能够产生一种基本没有误差的线性放大。由于只需要一个单独的振荡器，因此与现有技术中的双振荡器系统相比，通常本发明更易于实施，并且成本也相对较低。此外，可以使用易于得到的矢量调制器来实施本发明的导频音发生器-接收器，以便得到一个与导频音接收器电路相结合的导频音发生器。通过使用一个通用振荡器，可以免除导频音接收器的滤波器以及检测器-控制器与导频音发生器元件之间乏味而且复杂的匹配。另外，由于将一个振荡器既用于导频音产生也用于接收，因此，在很大程度上，有可能消除相位噪声并且免除一个通常更灵敏的导频音接收器，其中相位噪声是由一个产生低噪声中频信号的振荡器生成的。

本发明的上述实施例只用作本发明的实例，如在附加于此的权利要求中所限定的那样，在不脱离本发明范围的情况下，本领域技术人员可以对其进行修改和替换。

Claims (20)

1.一种用于前馈放大器的导频音发生器-接收器，该前馈放大器具有一个主放大器和一条纠错通路，所述发生器-接收器包括：

一个用于产生一个信号的振荡器；

一个矢量调制器，其连接到所述振荡器并通过一个调制

频率改变所述信号，以便产生一个适于在所述主放大器之前注入的导频音；以及

一个接收器电路，其连接到所述振荡器并用于检测来自所述前馈放大器一个输出端的导频音，以使所述差错通路可操作用于在所述输出端引入一个信号，以便充分消除所述导频音以及由所述主放大器引入的任何差错。

2.根据权利要求1所述的发生器-接收器，其中：所述频率被从所述振荡信号中减去，以便产生所述导频音。

3.根据权利要求1所述的发生器-接收器，其中：所述矢量调制器具有对从所述信号中增加还是减去所述调制频率进行选择的输入端。

4.根据权利要求1所述的发生器-接收器，其中：所述振荡器还包括一个用于对所述信号的频率进行编程的装置。

5.根据权利要求1所述的发生器-接收器，还包括与所述振荡器相连的锁相环芯片和参考信号芯片，用于将所述信号保持在预期参数以内。

6.根据权利要求1所述的发生器-接收器，其中：所述频率小于大约1兆赫。

7.根据权利要求1所述的发生器-接收器，其中：所述频率是从大约1赫兹到大约50兆赫的范围中选出的。

8.根据权利要求1所述的发生器-接收器，其中：所述频率大约是450千赫。

9.根据权利要求1所述的发生器-接收器，其中：所述接收机电路包括：

一个混频器，用于将所述前馈放大器的测量输出与所述信号相混合，以产生一个混合信号；

一个连接到所述混频器的滤波器，用于从所述混合信号中过滤一个中频，以产生一个已过滤信号；以及

一个连接到所述滤波器的检测器，用于从所述已过滤信号中检测所述导频音，并可操作以调整所述纠错通路。

10.一种用于产生和接收一个用于前馈放大器的导频音的方法，该前馈放大器具有一个主放大器，一条纠错通路以及一条输出通路，所述方法包括步骤：

产生一个振荡信号；

将一种矢量调制应用于所述振荡信号，以产生一个导频音；

在所述主放大器之前注入所述导频音；

将所述振荡信号与所述输出通路的一个测量输出相混合，以产生一个混合信号；

从所述混合信号中过滤一个中频，以产生一个已过滤信号；以及

从所述已过滤信号中检测所述导频音。

11.根据权利要求10所述的方法，包括附加步骤：提供一个表示预期振荡信号的编程输入。

12.一种前馈放大器，包括：

一个放大器部分；以及

一个导频音发生器-接收器，其可操作既用于将一个导频音注入所述放大器部分，也在其输出端检测所述导频，所述发生器-接收器只具有一个振荡器。

13.一种用于产生和接收一个用于前馈放大器的导频音的方法，该前馈放大器具有一个主放大器，一条纠错通路以及一条输出通路，所述方法包括步骤：

产生一个振荡信号；

从所述振荡信号中产生一个导频音；

在所述主放大器之前注入所述导频音；

将所述振荡信号与所述输出通路的测量输出相混合，以产生一个混合信号；以及

从所述混合信号中接收一个导频音。

14.根据权利要求13所述的方法，包括附加步骤：使用所述导频音以调整所述纠错通路中的控制，以使所述纠错通路可操作以将一个修正信号引入所述输出通路。

15.一种用于前馈放大器的导频音发生器-接收器，该前馈放大器具有一个主放大器，一条纠错通路以及一条输出通路，所述发生器-接收器包括：

一个用于产生一个振荡信号的振荡装置；

一个连接到所述振荡装置的频率和相位偏移装置，用于产生一个偏移了频率和相位的振荡信号；

一个连接到所述振荡装置或所述偏移装置之一的导频音输出端，所述输出端用于在所述主放大器之前产生和注入一个导频音；

一个连接到所述振荡装置或所述偏移装置的导频音接收器，其中所述振荡装置或所述偏移装置并未与所述导频音输出端相连，所述接收器用于检测所述输出通路上的所述导频音，以便调整所述纠错通路的控制，从而充分消除所述导频音以及由所述主放大器引入的任何差错。

16.根据权利要求15所述的导频音发生器-接收器，其中：所述调制频率被表示为一个负数，以便从所述振荡信号中减去所述调制频率，以产生所述导频音。

17.根据权利要求15所述的导频音发生器-接收器，其中：所述频率和相位偏移装置是一个矢量调制器，以及所述导频音输出端与所述矢量调制器相连。

18.一种前馈放大器，包括：

一个具有一个主放大器和一条纠错通路的放大器部分；

一个导频音发生器-接收器，具有：

(a)一个振荡器，用于产生一个信号；

(b)一个连接到所述振荡器的矢量调制器，用于分别向或从所述信号中增加或减去一个调制频率，以便产生一个适于在所述主放大器之前注入的导频音；以及

(c)一个接收器电路，其连接到所述振荡器并用于对来自所述前馈放大器一个输出端的导频音进行检测，以控制所述纠错通路，以便充分消除所述导频音以及由所述主放大器引入的任何差错。

19.一种前馈放大器，包括：

一个放大器部分，其具有一个主放大器和一条纠错通路；

一个振荡器装置，用于产生一个振荡信号；

一个装置，其连接到所述振荡器装置用于提供矢量调制，以及分别向或从所述信号中增加或减去一个调制频率，以便产生一个适于在所述主放大器之前注入的导频音；以及

一个导频接收器装置，其连接到所述振荡器装置并用于检测来自所述放大器部分一个输出端的导频音，以及用于修改所述纠错通路，以便充分消除所述导频音以及由所述主放大器引入的任何差错。

20.根据权利要求19所述的前馈放大器，其中：所述频率是从一个大约10千赫到大约10兆赫的范围中选出的。

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