CN1866733A - 功放装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种功放装置，其核心是：通过相位调整单元对功放装置中的峰值功放路径或载波功放路径上信号的幅度和相位进行调整。通过本发明能够使载波功放和峰值功放之间的幅度和相位得到有效的调整，从而能够更加有效的实现有源负载的牵引，进而提高Doherty功放的整体效率；由于幅度和相位调整可以通过系统调整移相器和衰减器的控制电压来实现，而且可以通过系统软件的方式来实现，因此Doherty的量产难度将会降低。另外，通过加入幅度调整能够方便的分配两路信号的功率比，因此无需对峰值功放和载波功放的大小提出严格的要求，这就提高Doherty功放设计的灵活性。

Description

功放装置

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种功放技术。

背景技术

功放装置是现代无线通信系统中的一个关键而核心的装置，高的功放效率对降低无线运营商的运营成本以及提高功放的可靠性方面都有很大的帮助。在众多的高效率功放技术中，Doherty功放技术由于其设计简单、对功放效率改善明显而越来越受到业界的青睐，它被大多数人认为是今后一段时间里功放的主流技术。下面对传统的Doherty功放技术进行简单描述：

Doherty功放是一种功放效率增强技术，其通过使用两个不同类型的功放部件分别承担不同的输入信号功率，尽可能的保证两个功放部件都工作在各自的饱和区中，从而保证整个功放装置在尽量大的输入信号功率范围内都保持有较高的信号功率，Doherty功放的设计思想是：有源负载迁移，即通过峰值功放的输出功率(电流)改变载波功放的负载阻抗，使载波功放工作在一个高效放大区间，也就是说通过峰值功放的输出功率(电流)来牵引载波功放的负载阻抗，使之能够工作在一个高效放大区间。Doherty功放的工作原理如图1所示：

通常将载波功放作为主功放，使其以B或者AB类工作，而另一个功放部件作为辅助功放则使其以C类工作。在整个输入信号的范围内主功放一直工作，而辅助功放只有在主功放达到饱和时才开始工作。辅助功放开始工作时，它所输出的电流会改变主功放的输出阻抗，即使主功放的输出阻抗发生了迁移，这就是有源负载迁移(Active-Load-Pulling)，这种负载迁移特征会使主功放保持在饱和的情况下给负载输出更多的电流，从而使整体功放效率保持较高，线性度不会恶化，直到辅助功放达到饱和。图1中主功放的Z_m＝λ/4传输线的主要作用是进行阻抗变换，而辅助功放的Za＝λ/4传输线的主要作用是弥补辅助功放支路的延时使两条支路的时延一致。

由上述描述可以看出，Doherty功放保证了作为辅助功放的峰值功放的输出电流能够对作为主功放的载波功放的负载阻抗进行正确有效的牵引，这就意味着峰值功放和载波功放的输出信号之间必须保持正确的幅度、相位以及时延关系才能发生这种正确的阻抗牵引作用。

与本发明相关的现有技术一是通过直接采用如图2所示的经典Doherty结构，该结构包括载波功放和峰值功放。通过调整载波功放和峰值功放的输入输出offset(偏移)线使两路信号的相位和时延在某个功率等级上保持一致，同时能够使峰值功放和载波功放的负载阻抗基本达到Doherty功放理论所需要的值附近：即要使在小信号峰值功放不工作时在输出合路节的地方(如图2中的P点)向峰值功放看过出的阻抗为高阻；另外使载波功放在小信号情况下的负载阻抗是其在正常工作时的两倍。理论分析和试验结果表明用该方法设计出来的Doherty功放能够显著地提高功放效率。

由上述分析可以看出现有技术一存在如下缺陷：

1、由于功放元器件间的离散性，各个峰值功放和载波功放的相位和试验特性会存在差异，而生产时不可能象在实验室那样精确地调整图2中的这些offset线，因此可能会对生产的直通率产生影响，从而难以保证元器件的大批量生产。

2、由于峰值功放一般以C类工作，因此它的增益和相位特性会随着它的输入功率不同而显著的发生变化，因此采用现有技术一难以保证功放在一个较大的动态范围内都呈现出理想的Doherty功放特性，这样设计出来的功放的效率与理想的Doherty功放的效率之间还存在差异。

3、由于载波功放一般在AB类偏置，而峰值功放一般在C类偏置，因此载波功放会比峰值功放有更大增益，这样在峰值功放开始工作之前有相当多的一部分驱动级功率被峰值功放所消耗，从而降低了功放的平均效率。

为解决现有技术一中存在的问题，提出了与本发明有关的现有技术二，其工作原理如图3所示，在峰值功放的栅极连接了包络成形电路，通过耦合电路中的耦合器将输入信号耦合出一部分来控制该包络成形电路使峰值功放的栅极偏置电压进行自适应调整，而且为了尽量减小峰值功放和载波功放所在的两路信号的时延差，在载波功放或峰值功放所在的路径上还可以设置时延调整单元。

利用图3所示的方案可以使峰值功放和载波功放的两路的增益差得到一定的平滑和改善，使整个功放的特性更加接近理想Doherty的特性，从而使功放的性能得到一定程度的改善，但是并没有完全解决现有技术一中所提到的问题，其仍然存在着如下缺陷：

由于C类功放的相位特性会随着它的栅极电压的变化而发生变化，因此峰值功放和载波功放信号路径的相位差依然会随着输出功率的不同而发生变化，Doherty功放所要求的理想的负载牵引特性并不能实现，在开始工作之前，峰值功放损耗一定的驱动功率的问题依然存在，而且这种功放的可量产特性还是值得怀疑的。

发明内容

本发明的目的是提供一种功放装置，通过本发明，载波功放和峰值功放之间的相位差能够得到有效的调整，从而能够更加有效的实现有源负载的牵引，进而提高Doherty功放的整体效率；由于相位调整可以通过系统调整移相器的控制电压来实现，而且可以根据需要调整的数据与功率的对应关系通过软件的方式来实现，因此Doherty的量产难度将会降低。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提供一种功放装置，包括峰值功放和相位调整单元；

所述相位调整单元用于对功放装置中的峰值功放路径信号的相位进行调整。

其中，所述的功放装置还包括：

耦合电路和第一包络检波电路；

所述耦合电路，用于将输入信号进行耦合，并将得到的耦合信号传递给第一包络检波电路；所述第一包络检波电路对所述耦合信号进行检波，并将得到的低频控制信号传递给所述相位调整单元用以调整功放装置中峰值功放路径信号的相位。

其中，所述的功放装置还包括：

第二包络检波电路；用于根据耦合电路耦合出的耦合信号控制功放装置中峰值功放路径中末级放大器的栅极电压。

其中，所述的功放装置还包括：

第三包络检波电路，用于根据耦合电路耦合出的耦合信号控制功放装置中峰值功放路径中驱动级放大器的栅极电压。

其中，所述的功放装置还包括：

幅度调整单元，用于对功放装置中的峰值功放路径信号的幅度进行调整。

本发明提供一种功放装置，包括载波功放和相位调整单元；

所述相位调整单元用于对功放装置中的载波功放路径信号的相位进行调整。

其中，所述的功放装置还包括：

耦合电路和第七包络检波电路；

所述耦合电路，用于将输入信号进行耦合，并将得到的耦合信号传递给第七包络检波电路；所述第七包络检波电路对所述耦合信号进行检波，并将得到的低频控制信号传递给所述相位调整单元用以调整功放装置中载波功放路径信号的相位。

其中，所述的功放装置还包括：

第八包络检波电路；用于根据耦合电路耦合出的耦合信号控制功放装置中载波功放路径中末级放大器的栅极电压。

其中，所述的功放装置还包括：

第九包络检波电路，用于根据耦合电路耦合出的耦合信号控制功放装置中载波功放路径中驱动级放大器的栅极电压。

其中，所述的功放装置还包括：

幅度调整单元，用于对功放装置中的载波功放路径信号的幅度进行调整。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明通过相位调整单元对功放装置中的峰值功放路径或载波功放路径上信号的相位进行调整，能够使载波功放和峰值功放之间的相位差得到有效的调整，从而能够更加有效的实现有源负载的牵引，进而提高Doherty功放的整体效率；由于相位调整可以通过系统调整移相器的控制电压来实现，而且可以根据需要调整的数据与功率的对应关系通过系统软件的方式来实现，因此Doherty的量产难度将会降低。

另外，通过加入幅度调整能够方便的分配两路信号的功率比，因此无需对峰值功放和载波功放的大小提出严格的要求，这就提高Doherty功放设计的灵活性。

附图说明

图1为背景技术中Doherty功放的基本原理图；

图2为现有技术一提供的Doherty功放的工作原理图；

图3为现有技术二提供的对峰值功放栅压进行自适应调整来改善Doherty性能的工作原理图；

图4为本发明提供的第一实施例的工作原理图；

图5为本发明提供的第二实施例的工作原理图；

图6为本发明提供的第三实施例的工作原理图；

图7为本发明提供的第六实施例的工作原理图；

图8为本发明提供的第七实施例的工作原理图。

具体实施方式

针对本发明所述的功放装置，本发明提供了第一实施例，其如图4所示，包括：offset线输入单元、载波功放、峰值功放、offset线输出单元、在峰值功放的信号路径上设置的幅度调整单元和相位调整单元，以及设置在峰值功放路径上的单片放大器、驱动级放大器和末级放大器，设置在载波功放路径上的单片放大器、驱动级放大器、末级放大器以及设置在单片放大器和驱动放大器之间的时延调整单元。

所述offset线输入单元分别通过单片放大器、驱动级放大器和末级放大器输入offset线给载波功放和峰值功放，在峰值功放的信号路径上通过幅度调整单元和相位调整单元调整峰值功放路径上的信号的幅度和相位，使调整后的信号与载波功放路径上的信号的幅度和相位保持一致，并通过时延调整单元使两路信号的延时保持一致。

所述幅度调整单元可以由系统通过衰减器来实现信号幅度的调整；所述相位调整单元可以由系统通过移相器来实现信号相位的调整。

上述实施例中，可以在载波功放路径和/或峰值功放路径上不设置单片放大器、驱动级放大器和末级放大器，也可以只设置驱动级放大器或末级放大器。

针对本发明所述的功放装置，本发明提供了第二实施例，其如图5所示，其比第一实施例增加了耦合电路和第一包络检波电路。

所述耦合电路将输入信号进行耦合，并将得到的耦合信号传递给第一包络检波电路；所述第一包络检波电路对所述耦合信号进行检波，并将得到的低频控制信号传递给所述相位调整单元和幅度调整单元用以调整功放装置中峰值功放路径信号的相位和幅度。

这种通过包络检波电路来实时的调整峰值功放路径上的信号的幅度和相位，能够取得比较理想的调整效果。

针对本发明所述的功放装置，本发明提供了第三实施例，其如图6所示，其在第二实施例的基础上增加了第二包络检波电路。

所述第二包络检波电路根据耦合电路耦合出的耦合信号控制功放装置中峰值功放路径中末级放大器的栅极电压。

在本发明的第三实施例中，通过将输入信号耦合出一部分进行包络检测来控制峰值功放的末级放大器的功率管的栅极电压以调整峰值功放的关断和导通特性，并通过第一包络检波电路实时对峰值功放路径上的幅度和相位调整弥补调整峰值功放的末级放大器的功率管的栅极电压时所造成的幅度和相位失真，从而使整个功放工作在一种理想或接近理想的Doherty状态。

针对本发明所述的功放装置，本发明提供了第四实施例，其在第二实施例的基础上增加了第三包络检波电路。

第三包络检波电路，用于根据耦合电路耦合出的耦合信号控制功放装置中峰值功放路径中驱动级放大器的栅极电压。

在第四实施例中，通过将输入信号耦合出一部分进行包络检测来控制峰值功放的驱动级放大器的功率管的栅极电压以调整峰值功放的关断和导通特性，能够降低峰值功放在小信号工作状态下所损耗的前级驱动功率。而且在此实施例中，通过第一包络检波电路实时对峰值功放路径上的幅度和相位调整弥补调整峰值功放的驱动级放大器的功率管的栅极电压时所造成的幅度和相位失真，从而使整个功放工作在一种理想或接近理想的Doherty状态。

针对本发明所述的功放装置，本发明提供了第五实施例，其在第一实施例的基础上增加了第四包络检波电路。

所述第四包络检波电路根据耦合电路耦合出的耦合信号控制功放装置中峰值功放路径中末级放大器的栅极电压。

在此实施例中，通过第四包络检波电路将输入信号耦合出一部分进行包络检测来控制峰值功放的末级放大器的功率管的栅极电压以调整峰值功放的关断和导通特性，并通过系统进行幅度和相位调整弥补调整峰值功放的末级放大器的功率管的栅极电压时所造成的幅度和相位失真，从而使整个功放工作在一种理想或接近理想的Doherty状态。

针对本发明所述的功放装置，本发明提供了第六实施例，其如图7所示，其在第三实施例的基础上增加了第五包络检波电路。

第五包络检波电路，用于根据耦合电路耦合出的耦合信号控制功放装置中峰值功放路径中驱动级放大器的栅极电压。

此实施例是一种理想的解决方案，能够最大限度的发挥Doherty功放的潜能：通过将输入信号耦合一部分出来进行包络检测来控制峰值功放的末级功率管和驱动级放大器的功率管的栅极电压以调整峰值功放的关断和导通特性，调整前级驱动级放大器的的栅极控制电压是为了降低峰值功放在小信号工作状态下所损耗前级驱动功率。幅度和相位调整是为了弥补峰值功放的末级放大器的功率管和驱动级级放大器的功率管的栅极电压调整时所造成的幅度和相位失真，从而较第三和第四实施例的调整效果更佳，使整个功放工作在一种理想或接近理想的Doherty状态。

另外，在本发明提供的第二至第六实施例中，可以不设置幅度调整单元，而仅仅设置相位调整单元，并通过包络检波电路实时控制功放路径上的相位调整单元调整功放路径上的信号的相位。例如如图8所示给出本发明提供的第七实施例。

上述的第一至第五包络检波电路可以为一个或多个。

上述描述了峰值功放路径上的信号进行调整时的具体实施方式，对于载波功放路径上的信号同样可以采取类似的方式调整该路径上的信号，这里不再一一详细描述对载波功放路径上的信号进行幅度和相位调整时的具体实施方式。

本发明通过对峰值功放或载波功放路径上的信号的幅度和相位进行调整，保证了两路信号的幅度和相位特性满足理想Doherty功放的设计要求，这种幅度和相位的调整可以是静态的也可以是动态的。在调整时通过系统软件或者硬件的方法按照频率或者功率等级的不同来将峰值功放信号路径的幅度和相位设置好，这种调整比前面调整offset线方便快捷得多，比较适合大规模量产。通过系统软件来调整可以获得意想不到的好处：因为峰值功放和载波功放的增益和相位特性通过装备软件能够很方便的测得，这些工作借助PC能够方便地完成，这些信息可以存储在系统中，因此系统软件根据这些信息可以比较容易的将峰值功放信号路径的幅度和相位调整到所需要的值上。通过本发明，载波功放和峰值功放之间的相位差将得到有效的调整；有源负载牵引将会更加有效的实现，从而会提高Doherty功放的整体效率；由于幅度和相位调整可以通过包络检波电路控制调整移相器和衰减器的控制电压来实现，而且可以根据需要调整的数据与功率的对应关系通过系统软件的方式来方便的实现，因此Doherty的量产难度将会降低；另外通过加入幅度调整能够方便的分配两路信号的功率比，因此就没有必要对峰值功放和载波功放的大小提出严格的要求了，这就提高Doherty功放设计的灵活性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1、一种功放装置，包括峰值功放，其特征在于，包括：

相位调整单元，用于对功放装置中的峰值功放路径信号的相位进行调整。

2、根据权利要求1所述的功放装置，其特征在于，还包括：

耦合电路和第一包络检波电路；

所述耦合电路，用于将输入信号进行耦合，并将得到的耦合信号传递给第一包络检波电路；所述第一包络检波电路对所述耦合信号进行检波，并将得到的低频控制信号传递给所述相位调整单元用以调整功放装置中峰值功放路径信号的相位。

3、根据权利要求2所述的功放装置，其特征在于，还包括：

第二包络检波电路；用于根据耦合电路耦合出的耦合信号控制功放装置中峰值功放路径中末级放大器的栅极电压。

4、根据权利要求2所述的功放装置，其特征在于，还包括：

第三包络检波电路，用于根据耦合电路耦合出的耦合信号控制功放装置中峰值功放路径中驱动级放大器的栅极电压。

5、根据权利要求1至4任意一项所述的功放装置，其特征在于，还包括：

幅度调整单元，用于对功放装置中的峰值功放路径信号的幅度进行调整。

6、一种功放装置，包括载波功放，其特征在于，包括：

相位调整单元，用于对功放装置中的载波功放路径信号的相位进行调整。

7、根据权利要求6所述的功放装置，其特征在于，还包括：

耦合电路和第七包络检波电路；

所述耦合电路，用于将输入信号进行耦合，并将得到的耦合信号传递给第七包络检波电路；所述第七包络检波电路对所述耦合信号进行检波，并将得到的低频控制信号传递给所述相位调整单元用以调整功放装置中载波功放路径信号的相位。

8、根据权利要求6所述的功放装置，其特征在于，还包括：

第八包络检波电路；用于根据耦合电路耦合出的耦合信号控制功放装置中载波功放路径中末级放大器的栅极电压。

9、根据权利要求6所述的功放装置，其特征在于，还包括：

第九包络检波电路，用于根据耦合电路耦合出的耦合信号控制功放装置中载波功放路径中驱动级放大器的栅极电压。

10、根据权利要求6至9任意一项所述的功放装置，其特征在于，还包括：

幅度调整单元，用于对功放装置中的载波功放路径信号的幅度进行调整。

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