CN1592090A - 一种实现线性开关功率放大的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种实现线性开关功率放大的装置及方法，特别是一种基于TDD工作方式，实现对PHS基站信号进行线性开关功率放大的装置及方法。本发明对线性功率放大器进行电源管理，所述电源管理电路由两路控制三极管、一路控制线性功放的电流开关管组成。所述控制三极管的通断由来自基带板的TTL电平控制，其输出至电流开关管，进而控制线性功放电源的开关。本发明由于对线性功放的电源采用了电源管理的方式，当系统工作在接收状态时，线性功放停止工作，因此线性功放不产生杂散信号，从而降低了收发隔离的要求，使得系统的设计更加容易，可以降低系统成本，解决由于上述问题引起的系统设计方面困难。

Description

一种实现线性开关功率放大的装置及方法

技术领域

本发明属于移动通讯领域，涉及一种实现线性开关功率放大的装置及方法，特别涉及一种基于TDD工作方式，实现对PHS基站信号进行线性开关功率放大的装置及方法。

背景技术

微波线性功率放大器在现代微波通信系统中的重要性越来越大。特别是在数字通讯体制的移动通信系统中，线性功率放大器已经是必不可少的重要部件。现在移动通信多种体制共存，新体制不断涌现，对功率放大器的要求越来越高，这就给开发人员及用户带来不便。

功率放大器的主要功能是将前级的小信号进行功率放大，使得发射信号不仅输出功率能满足通讯系统的要求，同时产生的失真也要足够小，以便不改变调制信号的频谱形状。因此要求整个发信通道保持严格的线性，不允许有非线性失真因素存在。作为发信通道末端的功率放大器，通常要使用线性优良的甲类放大器。由于甲类功率放大器的工作效率很低，功放的功耗很大，且大部分功耗用来产生热量，使得功放的散热又成为问题。

而在以往系统中，线性功放的电源，在系统的接收时隙时是不进行关闭的，只是将发射的射频信号进行关闭，这样由于功放的增益很高，杂散信号将影响系统在接收时的接收信号。为避免这种现象，就要求系统在设计时有更好的隔离度，使系统设计难度增加。

发明内容

本发明的目的是提供一种实现线性开关功率放大的装置及方法。通过对线性功放进行电源管理，使得线性功放在TDD工作方式下，提高收发通道的隔离度，并大大减少系统的功耗。

实现本发明所述具有线性开关功能的功率放大功能，不仅能使得功率放大器满足系统的要求，更主要的是在满足系统指标要求的基础上，将功率放大器设计成开关式的，适合TDD工作环境下的系统。

本发明不仅可在PHS系统使用，在其他TDD工作的通讯系统中也能得到广泛使用。

功放的功能主要是将信号进行线性放大，工作是实时的。由于功放工作的电流很大，功耗较大，因此就对系统的散热和功放的结构提出了很高的要求。而本发明是在线性功放的基础上进行电源管理，使得线性功放在TDD模式工作的系统中，当系统工作在接收状态时，线性功放停止工作，因而可以降低系统的功耗。

本发明所实现的线性开关功率放大的装置及方法，是针对PHS系统设计的，PHS系统的工作模式是TDD工作方式，由于系统目前采用的是远端供电方式，对系统的功耗的要求比较高。因此系统中的线性功放在满足系统线性指标的前提下采用开关工作形式，从而大大降低了系统的功耗，并且在系统实际工作中可提高收发的隔离度。

本发明是这样实现的：

一种实现线性开关功率放大的装置，包括：

线性功率放大器，用于将射频信号进行线性放大，使得被调制的射频信号经放大后达到系统的电平要求；

射频开关，用于在收发时隙时，根据系统的需要完成收发通路的转换；

其特征在于还包括：

电源管理电路，用于对供给线性功放的电源进行实时开关管理，使得线性功放随系统的收发时隙进行工作，在接收时隙时，将线性功放的电源进行关闭，减少系统的功耗，同时增加系统的收发隔离度。

所述电源管理电路由两路控制三极管、一路控制线性功放电源的电流开关管组成；

所述控制三极管的通断由来自基带板的TTL电平控制，其相应输出至电流开关管，电流开关管的输出控制功放电源的开关。

所述两路控制三极管接收来自基带板TTL电平的逻辑相反，每一路TTL电平的高低，控制一路三极管的通断，再通过电阻输出，控制电流开关管源级至漏级的导通或截止。

所述三极管为MMBT4401；

所述电流开关管为SI9934DY。

一种实现线性开关功率放大的方法，包括如下步骤：

步骤一，输入射频开关控制信号，使射频开关处于发信状态；

步骤二，使电源管理电路的电流开关管处于导通状态，线性功放开始上电；

步骤三，线性功放完成正常放大功能，并完成射频信号输出；

步骤四，关断射频输入信号，同时切换射频开关使其处于收信或关断状态；

步骤五，切断线性功放电源，完成线性功放的关断。

所述步骤一中：使系统中射频开关处于发信工作状态，进一步包括如下过程：

由基带电路根据系统时序要求，输入射频开关控制信号，在该控制信号的作用下射频开关完成状态切换，发信通路导通，信号通道处于发信状态。

所述步骤二中：使系统中电源管理电路的电流开关管处于导通状态，线性功放开始上电，进一步包括如下过程：

由基带电路根据系统时序要求，输入电源管理电路的控制信号至控制三极管，使电流开关管处于导通状态，此时电源通过电流开关管加到功放电源端，线性功放开始上电。

所述步骤三中：使系统中线性功放完成正常放大功能，并完成射频信号输出，进一步包括如下过程：

当线性功放完成上电暂态过程并处于稳定工作状态后，输入被放大的射频信号，此时线性功放处于稳定工作状态能够完成正常放大功能，放大后的射频信号通过射频收发开关输出。

所述步骤四中：使系统关断射频输入信号，同时切换射频开关使其处于收信或发信关断状态，进一步包括如下过程：

关断功放的射频输入信号，基带控制电路按照系统要求输出射频开关控制信号，射频开关在该信号的控制下进行切换，完成工作状态的转换，使射频开关处于收信或关断状态。

所述步骤五中：切断线性功放电源，完成线性功放的关断，进一步包括如下过程：

基带控制电路按照系统要求输出电源管理电路的控制信号，使电源管理电路中的电流开关管处于关断状态，切断功放电源完成功放的关断功能。

采用本发明，克服现有TDD通讯系统中对系统的收发隔离、系统的供电和功耗要求高的缺点。由于对线性功放的电源采用了电源管理的方式，当系统工作在接收状态时，功放停止工作，功放不产生杂散信号，从而降低了收发隔离的要求，使得系统的设计更加容易，可以降低系统成本，解决由于上述问题引起的系统设计方面的困难。本发明适用于其它TDD工作方式的系统。

附图说明

图1是本发明所述装置的原理框图；

图2是本发明所述装置中电源管理电路的原理框图；

图3是本发明所述装置的线性功放和电源管理电路及射频开关之间的连接示意图；

图4是本发明所述装置中电源管理电路的一个具体实施例。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述：

附图1为本发明所述装置的原理框图。

图中【101】是线性开关功放的驱动级，主要是射频信号进行第一次的放大进行驱动。【103】是线性主功放，使得射频信号满足系统的要求。【102】为线性开关功放的电源管理部分，是对主功率放大进行电源控制，使得功放工作在开关状态。【104】为功放的射频输出的射频开关，主要是进行功放的发射和低噪放接收的切换，属于本发明的附属部分。【105】为射频信号的输出端。【106】为当射频开关切换到接收状态时的接收通路。

图2为本发明所述装置中电源管理电路的原理框图。

由基带来的信号【204】控制三极管【205】的通断，当三极管【205】导通时，控制功放电源的电流开关【202】将同时打开，将电源电压【201】通过打开的开关【202】送给功放【203】。

当系统工作在发信状态时，基带部分输出电源管理控制信号和射频开关控制信号，在功放电源管理信号的控制下，功放电源管理电路使功放上电，同时射频收发开关在射频开关控制信号作用下完成工作状态的切换，使其工作在发信状态，经过一段时间使功放和射频开关建立起稳定的工作状态后，由射频信号输入电路输入被放大的射频信号，此时功放已能完成正常的放大功能，放大后的射频信号通过射频开关输出。

当系统完成发信功能将要切换至收信状态时，射频输入电路关断射频输入信号，基带部分输出电源管理控制信号和射频开关控制信号，在功放电源管理信号的控制下，功放电源管理电路关断电源，同时射频收发开关在射频开关控制信号作用下完成工作状态的切换，使射频收发开关处于收信状态。

图3为本发明所述装置的线性功放和电源管理电路及射频开关之间的连接示意图。

由前端来的射频信号RF in经【线性功放】放大后，经【射频开关】控制送入天线进行发射。在工作过程中，【电源管理】和【射频开关】同步工作。当模块(在本发明中，所述模块是指线性功放和低噪放接收合在一起的统称)工作在发射时隙时，【电源管理】打开【线性功放】的电源，【线性功放】工作，同时【射频开关】工作在发射状态，这样将完成射频信号的放大传输工作。当模块工作在接收时隙时，【电源管理】将关闭【线性功放】的电源，达到系统节电的目的，并且将大大增加收发的隔离度。同时，【射频开关】工作在接收状态。

图4为本发明所述装置中电源管理电路的一个具体实施例。

由于功放管正常连续工作时的电流为1.25A，所以要求控制功放的电流开关管满足大电流工作要求，上图中的SI9934DY为大电流开关管，连续工作时的电流为4A，脉冲工作时可通过电流20A，完全满足本设计要求。

功放开关工作方式：以SI9934DY的1通道即S1到D1通道为例，从基带板送的TTL电平TSW控制三极管MMBT4401 VT201的通断。当MMBT4401VT201导通时，则R214、R215上有电流通过，这时R214上的电压降为4VDC，既Vgs为-4VDC，此时SI9934DY打开，有电流由SI9934DY的源级S1流向漏级D1，此时PA_SUPPLY端的输出电压为S1输入电压10VDC，使线性功放处于正常放大状态。当TSW为低电平时MMBT4401截止，R214、R215上没有电流，则VGS为0VDC。SI9934DY的S1-D1不导通，既功放管没有电流实现主功放的关断功能，因此通过TSW信号高低电平的变化，实现了功放电源的开关功能。RSW控制的SI9934DY2通道S2-D2工作原理与此基本相同，只是控制信号LNAC与从基带板送的TTL电平RSW逻辑相反。

与以前的传统功放设计方法相比具有以下特点：

本发明由于在电路对功放实现了电源管理功能，与现有技术相比，当功放运用在TDD模式工作的系统中，此时，功放在接收状态时停止工作，功放工作电流大大降低，从而可以降低系统的功耗，进而进一步简化功放的热设计和电源部分的设计难度，而实时工作的功放由于工作的电流很大，功耗很大，对系统的散热和功放的结构就提出了更高的要求。

对于TDD工作的系统，当系统工作在接收状态时，功放停止工作，功放本身不但不产生杂散信号，而且可以对功放输入端的发信杂散信号进行一定的衰减，从而可以大大增加发射和接收的隔离度，并且由于本身线性功放的电源采用了电源管理的方式，使得在系统的设计中，发射部分的线性功放和接收部分的低噪放可以设计在同一个单板上，使得系统的设计更加容易。

而以往系统中的线性功放的电源在系统的接收时隙时是不进行关闭的，只是将发射的射频信号进行关闭，这样由于功放的增益很高，为了避免发信杂散信号影响系统在收信时的接收信号。这样就要求系统在设计时有更好的隔离度，使得系统的设计较为复杂。

总之，采用本发明提供的装置及方法，不仅会使系统构成简化，技术难度降低，研发周期缩短，而且开发和生产成本也会大幅减少，生产工艺标准、简单，有利于大规模批量生产。

Claims (10)

1、一种实现线性开关功率放大的装置，包括：

线性功率放大器，用于将射频信号进行线性放大，使得被调制的射频信号经放大后达到系统的电平要求；

射频开关，用于在收发时隙时，根据系统的需要完成收发通路的转换；

其特征在于还包括：

电源管理电路，用于对供给线性功放的电源进行实时开关管理，使得线性功放随系统的收发时隙进行工作，在接收时隙时，将线性功放的电源进行关闭，减少系统的功耗，同时增加系统的收发隔离度。

2、如权利要求1所述实现线性开关功率放大的装置，其特征在于：

所述电源管理电路由两路控制三极管、一路控制线性功放电源的电流开关管组成；

所述控制三极管的通断由来自基带板的TTL电平控制，其相应输出至电流开关管，电流开关管的输出控制功放电源的开关。

3、如权利要求1所述实现线性开关功率放大的装置，其特征在于：

所述两路控制三极管接收来自基带板TTL电平的逻辑相反，每一路TTL电平的高低，控制一路三极管的通断，再通过电阻输出，控制电流开关管源级至漏级的导通或截止。

4、如权利要求1所述实现线性开关功率放大的装置，其特征在于：

所述三极管为MMBT4401；

所述电流开关管为SI9934DY。

5、一种实现线性开关功率放大的方法，包括如下步骤：

步骤一，输入射频开关控制信号，使射频开关处于发信状态；

步骤二，使电源管理电路的电流开关管处于导通状态，线性功放开始上电；

步骤三，线性功放完成正常放大功能，并完成射频信号输出；

步骤四，关断射频输入信号，同时切换射频开关使其处于收信或关断状态；

步骤五，切断线性功放电源，完成线性功放的关断。

6、如权利要求5所述实现线性开关功率放大的方法，其特征在于：

所述步骤一中：使系统中射频开关处于发信工作状态，进一步包括如下过程：

由基带电路根据系统时序要求，输入射频开关控制信号，在该控制信号的作用下射频开关完成状态切换，发信通路导通，信号通道处于发信状态。

7、如权利要求5所述实现线性开关功率放大的方法，其特征在于：

所述步骤二中：使系统中电源管理电路的电流开关管处于导通状态，线性功放开始上电，进一步包括如下过程：

由基带电路根据系统时序要求，输入电源管理电路的控制信号至控制三极管，使电流开关管处于导通状态，此时电源通过电流开关管加到功放电源端，线性功放开始上电。

8、如权利要求5所述实现线性开关功率放大的方法，其特征在于：

所述步骤三中：使系统中线性功放完成正常放大功能，并完成射频信号输出，进一步包括如下过程：

当线性功放完成上电暂态过程并处于稳定工作状态后，输入被放大的射频信号，此时线性功放处于稳定工作状态能够完成正常放大功能，放大后的射频信号通过射频收发开关输出。

9、如权利要求5所述实现线性开关功率放大的方法，其特征在于：

所述步骤四中：使系统关断射频输入信号，同时切换射频开关使其处于收信或发信关断状态，进一步包括如下过程：

关断功放的射频输入信号，基带控制电路按照系统要求输出射频开关控制信号，射频开关在该信号的控制下进行切换，完成工作状态的转换，使射频开关处于收信或关断状态。

10、如权利要求5所述实现线性开关功率放大的方法，其特征在于：

所述步骤五中：切断线性功放电源，完成线性功放的关断，进一步包括如下过程：

基带控制电路按照系统要求输出电源管理电路的控制信号，使电源管理电路中的电流开关管处于关断状态，切断功放电源完成功放的关断功能。

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