CN1905357A - 射频放大装置 - Google Patents

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CN1905357A CNA2006101059718A CN200610105971A CN1905357A CN 1905357 A CN1905357 A CN 1905357A CN A2006101059718 A CNA2006101059718 A CN A2006101059718A CN 200610105971 A CN200610105971 A CN 200610105971A CN 1905357 A CN1905357 A CN 1905357A
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Abstract

从末级放大器15中输出的互调失真经由第一控制电路16和第二控制电路17反馈到级间匹配电路14。第一控制电路16和第二控制电路17控制要从末级放大器15反馈到级间匹配电路14的互调失真的幅度和相位，使得从第一级放大器13输入到末级放大器15并由末级放大器15放大的互调失真与由末级放大器15新产生的互调失真的合成标量减小。

Description

射频放大装置
技术领域
本发明涉及一种可用于无线通信等的射频放大装置，包括多个相互连接的射频放大器。
背景技术
射频放大装置被要求为了保持线性而提供低失真以及为了减少功耗而具有高效率。特别地，强烈期望一种用于数字蜂窝式电话的射频放大装置以提供较低失真和较高效率，因为这样的特性直接有助于蜂窝式电话的尺寸减小。然而，失真的降低和效率的提高相互矛盾。因此，通常将射频放大装置设计成在最大化效率的同时根据相应蜂窝式电话的调制系统来实现失真特性的标准。
为了解决该矛盾，常规上建议了一种失真补偿电路技术。
作为失真补偿电路技术的一个例子，日本特开专利公开No.2001-144550(专利文件1)公开了一种在包括多个相互连接的射频放大器的射频放大装置的输入侧上增加预失真电路的方法(未示出)。日本特开专利公开No.2003-309435(专利文件2)公开了一种包括如下多个相互连接的射频放大器的射频放大装置。由第一级射频放大器产生的互调失真和由末级射频放大器产生的互调失真相互抵消，结果抑制了输出的失真。
图8示出了专利文件2中描述的常规射频放大装置的示例性结构。该常规射频放大装置包括输入匹配电路120，第一级放大器130，级间匹配电路140，末级放大器150，以及输出匹配电路160。对于该常规射频放大装置，调整第一级放大器130的尺寸和偏置条件、级间匹配电路140的电路常数等，使得由末级放大器150产生的互调失真与由第一级放大器130产生并由末级放大器150放大的互调失真反相。结果是，抑制了输出的失真。通过这种方式，该常规射频放大装置改善了在输入端210和输出端220之间的放大特性的线性度。
然而，该常规射频放大装置具有以下问题。如本领域所公知的，专利文件1中描述的预失真电路不可避免地具有过大的电路规模。因此，使用这样的预失真电路的射频放大装置实际上不可用于期望更紧凑的蜂窝式电话等。
专利文件2中描述的常规射频放大装置也不适合于期望更紧凑的设备，因为级间匹配电路140不可避免地具有大的规模用于调整互调失真的相位。此外，仅利用级间匹配电路140，在技术上不可能做出调整使得由末级放大器150产生的互调失真与由第一级放大器120产生并由末级放大器150放大的互调失真相互完全反相，不管级间匹配电路140的规模是多么大。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种能够实现效率提高和失真降低并且能够减小其尺寸的射频放大装置。
本发明涉及一种包括多个相互连接的射频放大器的射频放大装置。为了实现上述目的，根据本发明的射频放大装置包括：输入匹配电路，用于执行与前级设备的匹配处理；第一级放大器，用于放大来自所述输入匹配电路的输出；级间匹配电路，用于执行与所述第一级放大器的匹配处理；末级放大器，用于放大来自所述级间匹配电路的输出；以及，控制电路，用于执行所述末级放大器和后级设备之间的匹配处理，以及以预定幅度和预定相位将从所述末级放大器输出的输出互调失真反馈到所述级间匹配电路。所述控制电路控制所述输出互调失真的幅度和相位，使得通过合成所述输出互调失真和由所述第一级放大器产生的互调失真来产生具有与由所述末级放大器新产生的互调失真相反的相位的互调失真。
根据一种优选的结构，所述控制电路包括：输出匹配电路，用于执行在所述末级放大器和所述后级设备之间的匹配处理；幅度控制电路，用于通过衰减期望的数量来控制从所述输出匹配电路中输出的互调失真的幅度；以及，相位控制电路，用于通过允许期望的频率通过从所述输出匹配电路中输出的所述互调失真来旋转所述互调失真的相位。
对于这种结构，所述幅度控制电路是插入在反馈路径的串联电阻器；并且，所述相位控制电路是插入在所述反馈路径的电容器-电感器-电容器电路。或者，所述相位控制电路是插入在反馈路径的电容器-电容器电路；并且，所述幅度控制电路是连接在所述电容器之间的并联电阻器。
根据另一优选的结构，所述控制电路包括：相位控制/匹配电路，用于执行在所述末级放大器和所述后级设备之间的所述匹配处理的一部分，并且通过允许期望的频率通过从所述输出匹配电路中输出的所述互调失真来旋转所述互调失真的相位；输出匹配电路，用于执行在所述末级放大器和所述后级设备之间的所述匹配处理的剩余部分；以及，幅度控制电路，用于通过衰减期望的数量来控制从所述相位控制/匹配电路中输出的互调失真的幅度。
对于这种结构，所述相位控制/匹配电路包括并联连接到从所述末级放大器中输出的所述输出互调失真的偏置线路和并联电容器，以及串联地插入在所述并联电容器的后级的DC隔断电容器；以及，所述幅度控制电路是插入在所述DC隔断电容器的输出和所述级间匹配电路之间的串联电阻器。或者，所述相位控制/匹配电路包括并联连接到从所述末级放大器中输出的所述输出互调失真的偏置线路和并联电容器；以及，所述幅度控制电路是插入在连接到所述并联电容器的输出和所述级间匹配电路的并联电路组件的路径的并联电阻器。
根据本发明，能够提供较高的效率和较低的失真。此外，能够简化用于执行失真补偿的级间匹配电路的结构。因此，该装置需要较小数量的组件并且从而降低了尺寸。
根据以下结合附图的本发明的详细描述，本发明的这些和其它目的、特征、方面和优点将变得更加明显。
附图说明
图1是示出根据本发明一个实施例的射频放大装置的示例性结构的方框图；
图2示出了多个矢量图，每一个矢量图在相位平面上举例说明了末级放大器15的输入侧和输出侧的三阶互调失真的状态；
图3A示出了第一电路例子；
图3B示出了第一电路例子的更具体结构；
图4A示出了第二电路例子；
图4B示出了第二电路例子的更具体结构；
图5A示出了第三电路例子；
图5B示出了第三电路例子的更具体结构；
图6A示出了第四电路例子；
图6B示出了第四电路例子的更具体结构；
图7示出了通过反馈三阶互调失真来改善从射频放大装置输出的失真；以及
图8是示出常规射频放大装置的结构的方框图。
具体实施方式
以下，将参考附图来描述本发明的实施例。
图1是示出根据本发明一个实施例的射频放大装置的示例性结构的方框图。如图1中所示，根据本发明的射频放大装置包括输入匹配电路12，第一级放大器13，级间匹配电路14，末级放大器15，第一控制电路16，以及第二控制电路17。
输入匹配电路12执行在根据本发明的射频放大装置与连接到输入端21的前级设备(未示出)之间的增益匹配和失真匹配等(以下，称作“匹配处理”)。第一级放大器13以预定增益放大从输入端21经由输入匹配电路12输入到其中的射频信号。级间匹配电路14执行在第一级放大器13与末级放大器15之间的匹配处理。末级放大器15还以预定增益放大从第一级放大器13经由级间匹配电路14输入到其中的射频信号。
第一控制电路16和第二控制电路17具有执行末级放大器15与连接到输出端22的后级设备(未示出)之间的匹配处理的输出匹配功能，以及用于将三阶互调失真(反馈信号)反馈到级间匹配电路14的幅度控制反馈功能和相位控制反馈功能。后面将详细描述用于实现这三种功能的各种示例性电路配置。
具有上述结构的射频放大装置特征在于，第一控制电路16和第二控制电路17的处理将其幅度和相位已被恰当控制的三阶互调失真从末级放大器15的输出侧反馈到其输入侧，从而抑制在输出侧上产生的三阶互调失真。下面，将解释上述功能的原理。图2示出了多个矢量图，每一个矢量图在相位平面上举例说明了在末级放大器15的输入侧和输出侧上的三阶互调失真的状态。
图2的(a)部分示出了在由第一级放大器13产生并输入到末级放大器15且由末级放大器15放大的三阶互调失真A、由末级放大器15新产生的三阶互调失真B、以及通过合成三阶互调失真A和三阶互调失真B而获得的三阶互调失真C之间的常规基本失真矢量关系。在这个例子中，假设三阶互调失真A的相位是[-90°]，三阶互调失真B的相位是[θ-90°]，三阶互调失真A和三阶互调失真B之间的相位差是[θ°]。
第一控制电路16和第二控制电路17产生三阶互调失真D并将该三阶互调失真D反馈到末级放大器15的输入侧。三阶互调失真D的幅度和相位被第一控制电路16和第二控制电路17控制，使得通过合成三阶互调失真D和三阶互调失真A而产生的三阶互调失真E具有与三阶互调失真B相反的相位(即，相位θ-270°)(参见图2的(b)部分)。也就是说，三阶互调失真D具有通过旋转三阶互调失真C[θ/2+90°]而获得的相位，即具有相位[θ°]。
结果是，末级放大器15输出通过合成三阶互调失真B和三阶互调失真E而获得的三阶互调失真F(参见图2的(c)部分)。三阶互调失真F的幅度量(标量)小于三阶互调失真C的幅度量。
在这个例子中，三阶互调失真A和三阶互调失真B具有相同的标量。即使三阶互调失真具有相互不同的标量，也能够基于上述的相同原理通过相位计算来执行上述控制。通常，由第一级放大器13产生的三阶互调失真A的幅度比由末级放大器15新产生的三阶互调失真B的幅度大。在这种情况下，执行控制，使得三阶互调失真D相对于三阶互调失真C的相位旋转量较小，以及使得通过合成三阶互调失真D和三阶互调失真A而获得的三阶互调失真E的标量等于三阶互调失真B的标量。这样，能够抑制从末级放大器15输出的三阶互调失真F。
根据本发明，第二控制电路17包含无源元件。因此，要被反馈的三阶互调失真D的标量有时不够来控制三阶互调失真E与三阶互调失真B完全反相。但是，仍然有以下效果：能够将三阶互调失真F抑止一个数量，该数量是三阶互调失真E比三阶互调失真A更接近与三阶互调失真B反相的数量。
接着，将参考图3A到6B来描述第一控制电路16和第二控制电路17的详细电路配置。
图3A示出了可适用于第一和第二控制电路16和17的第一电路例子。图3B示出了第一电路例子的更具体结构。图4A示出了可适用于第一和第二控制电路16和17的第二电路例子。图4B示出了第二电路例子的更具体结构。图5A示出了可适用于第一和第二控制电路16和17的第三电路例子。图5B示出了第三电路例子的更具体结构。图6A示出了可适用于第一和第二控制电路16和17的第四电路例子。图6B示出了第四电路例子的更具体结构。
(第一电路例子)
在这个电路例子中，第一控制电路16具有输出匹配功能，第二控制电路17具有幅度控制反馈功能和相位控制反馈功能。第一控制电路16包括与常规技术的输出匹配电路等效的输出匹配电路161。第二控制电路17包括用于通过衰减期望的数量来控制反馈信号的幅度的幅度控制电路171和用于通过仅允许期望的频率通过来旋转反馈信号的相位的相位控制电路172。幅度控制电路171和相位控制电路172串联。典型地，串联电阻器用作幅度控制电路171，而电容器-电感器-电容器电路用作相位控制电路172。
(第二电路例子)
同样，在这个电路例子中，第一控制电路16具有输出匹配功能，第二控制电路17具有幅度控制反馈功能和相位控制反馈功能。第一控制电路16包括与常规技术的输出匹配电路等效的输出匹配电路161。第二控制电路17包括用于通过仅允许期望的频率通过来旋转反馈信号的相位的相位控制电路173和用于通过衰减期望的数量来控制反馈信号的幅度的幅度控制电路174。相位控制电路173和幅度控制电路174并联。典型地，电容器-电容器电路用作相位控制电路173，而并联电阻器用作幅度控制电路174。
在第一和第二电路例子中，与常规技术不同，为了执行失真补偿，既不需要诸如有源元件这样的大规模电路也不需要包括无源元件的复杂电路。
(第三电路例子)
在这个电路例子中，第一控制电路16具有相位控制反馈功能和输出匹配功能，第二控制电路17具有幅度控制反馈功能。第一控制电路16包括用于通过仅允许期望的频率通过来旋转反馈信号的相位并执行初始匹配的相位控制/输出匹配电路162，以及用于执行最终匹配的输出匹配电路163。第二控制电路17包括用于通过衰减期望的数量来控制反馈信号的幅度的幅度控制电路175。典型地，偏置线路BL、并联电容器C和DC隔断电容器CC用作相位控制/输出匹配电路162，而串联电阻器用作幅度控制电路175。
已经通过DC隔断电容器CC的信号被分开并输入到输出匹配电路163和幅度控制电路175。理想地，偏置线路BL使从末级放大器15看起来的电源侧上的基本频率阻抗变成开路，这样需要λ/4作为电气长度。然而，实际上难以获得这样的电气长度。因此，设计电路使得基本频率阻抗通过偏置线路BL和并联电容器C的阻抗变换变得接近于开路。
如上面参考图2所描述的，反馈信号所需的相位旋转量是θ/2+90°。然而，在大部分放大器中，在由放大器放大的三阶互调失真A和由放大器产生的三阶互调失真E之间的相位差是90°到180°。因此，只要能够在135°到180°范围内的角度来进行反馈信号的相位旋转，就足够了。利用相位控制/输出匹配电路162，能够调整偏置线路BL的电气长度(λ/4到λ/12)和并联电容器C的电容，使得在通过偏置线路BL和并联电容器C后反馈信号的相位被控制为在135°到180°范围内的角度来旋转。例如，基本频率是830MHz，其中偏置线路BL的电气长度是λ/12和并联电容器C的电容是10pF，那么反馈信号的相位被旋转大约160°。插入DC隔断电容器CC使得电源不被从级间匹配电路14或输出端22短路。
在该第三电路例子中，为了执行失真补偿，输出匹配电路的一部分还用作相位控制电路。因此，与常规技术不同，既不需要诸如有源元件这样的大规模电路也不需要包括无源元件的复杂电路。
(第四电路例子)
同样，在这个电路例子中，第一控制电路16具有相位控制反馈功能和输出匹配功能，第二控制电路17具有幅度控制反馈功能。第一控制电路16包括用于通过仅允许期望的频率通过来旋转反馈信号的相位并执行初始匹配的相位控制/输出匹配电路164，以及用于执行最终匹配的输出匹配电路165。第二控制电路17包括用于通过衰减期望的数量来控制反馈信号的幅度的幅度控制电路176。典型地，偏置线路BL和并联电容器C用作相位控制/输出匹配电路164，而并联电阻器用作幅度控制电路176。
利用这个电路例子，从并联电容器C的GND侧经由级间匹配电路14的并联电路组件(未示出)来反馈已由偏置线路BL和并联电容器C旋转了其所期望的相位的信号。此外，通过调整插入在GND和在并联电容器C的GND侧与并联电路组件的GND侧之间的连接点之间的并联电阻器176的电阻值来控制反馈量。代替并联电阻器176，具有相对于GND隔离的所期望的频率的任何无源元件，例如，并联电感器、线形布置(line pattern)或VIA孔，都是可用的，因为这样的元件能够允许调整隔离量以控制反馈量。
图7示出了通过反馈三阶互调失真来改善从在图5A和图6A的每一个中示出的射频放大装置输出的失真。图7示出了相邻信道泄露比(ACLR)对输出功率的依从关系，该相邻信道泄露比是在相距5MHz的频率处的失真。该ACLR是当WCDMA调制信号输出到其上时从射频放大装置输出的信号所要求的三阶互调失真的一个例子。从图7可以理解，通过反馈三阶互调失真能够在输出功率的宽范围上改善失真(参见黑点曲线(“使用反馈电路”))。
在第三和第四电路例子中，为了执行失真补偿，输出匹配电路的一部分还用作相位控制电路。因此，与常规技术不同，既不需要诸如有源元件这样的大规模电路也不需要包括无源元件的复杂电路。特别在第四电路例子中，因为经由并联电容器C来反馈信号，所以能够省略DC隔断电容器。
如上所描述的，根据本发明一个实施例的射频放大装置执行反馈控制，使得输入到末级放大器并由末级放大器放大的失真矢量和由末级放大器新产生的失真矢量的合成矢量的标量减小。这样，有可能既提高效率又降低失真。此外，能够简化用于执行失真补偿的级间匹配电路的结构。因此，该装置需要较小数量的组件并且减小了尺寸。
在上述实施例中，射频放大装置包括两级相互连接的放大器。只要该装置的末级包括级间匹配电路14、末级放大器15、第一控制电路16和第二控制电路17，则不限制插入在第一级放大器13和级间匹配电路14之间的放大器的数量。
在上述实施例中，减小了三阶互调失真。通过相似的方法可以减小n阶互调失真。
虽然已经详细地描述了本发明，但是前述描述在各个方面都是说明性的而不是限制性的。应当理解，在没有偏离本发明的范围的情况下，能够设计出许多其它的变形和变化。

Claims (7)

1、一种包括多个相互连接的射频放大器的射频放大装置，所述射频放大装置包括：
输入匹配电路，用于执行与前级设备的匹配处理；
第一级放大器，用于放大来自所述输入匹配电路的输出；
级间匹配电路，用于执行与所述第一级放大器的匹配处理；
末级放大器，用于放大来自所述级间匹配电路的输出；以及
控制电路，用于执行在所述末级放大器和后级设备之间的匹配处理，以及以预定幅度和预定相位将从所述末级放大器输出的输出互调失真反馈到所述级间匹配电路；
其中，所述控制电路控制所述输出互调失真的幅度和相位，使得通过合成所述输出互调失真和由所述第一级放大器产生的互调失真来产生具有与由所述末级放大器新产生的互调失真基本反相的互调失真。
2、如权利要求1所述的射频放大装置，其中，所述控制电路包括：
输出匹配电路，用于执行在所述末级放大器和所述后级设备之间的匹配处理；
幅度控制电路，用于通过衰减期望的数量来控制从所述输出匹配电路中输出的互调失真的幅度；以及
相位控制电路，用于通过允许期望的频率通过从所述输出匹配电路中输出的所述互调失真来旋转所述互调失真的相位。
3、如权利要求1所述的射频放大装置，其中，所述控制电路包括：
相位控制/匹配电路，用于执行在所述末级放大器和所述后级设备之间的所述匹配处理的一部分，并且通过允许期望的频率通过从所述末级放大器中输出的来旋转所述输出互调失真的相位；
输出匹配电路，用于执行在所述末级放大器和所述后级设备之间的所述匹配处理的剩余部分；以及
幅度控制电路，用于通过衰减期望的数量来控制从所述相位控制/匹配电路中输出的互调失真的幅度。
4、如权利要求2所述的射频放大装置，其中：
所述幅度控制电路是插入在反馈路径的串联电阻器；以及
所述相位控制电路是插入在所述反馈路径的电容器-电感器-电容器电路。
5、如权利要求2所述的射频放大装置，其中：
所述相位控制电路是插入在反馈路径的电容器-电容器电路；以及
所述幅度控制电路是连接在所述电容器之间的并联电阻器。
6、如权利要求3所述的射频放大装置，其中：
所述相位控制/匹配电路包括并联连接到从所述末级放大器中输出的所述输出互调失真的偏置线路和并联电容器，以及串联地插入在所述并联电容器之后的级处的DC隔断电容器；以及
所述幅度控制电路是插入在所述DC隔断电容器的输出和所述级间匹配电路之间的串联电阻器。
7、如权利要求3所述的射频放大装置，其中：
所述相位控制/匹配电路包括并联连接到从所述末级放大器中输出的所述输出互调失真的偏置线路和并联电容器；以及
所述幅度控制电路是插入在连接到所述并联电容器的输出和所述级间匹配电路的并联电路组件的路径中的并联电阻器。
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