CN1992549A - 用于优化射频放大器的栅极偏压的装置及其方法 - Google Patents

用于优化射频放大器的栅极偏压的装置及其方法 Download PDF

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Abstract

所公开的是用于保持射频放大器的线性的装置，其包括：耦合器，用于耦合向功率放大器输入的信号；栅极偏压控制器，用于确定耦合信号电平，以根据该信号电平确定栅极偏压；以及功率放大器，用于利用从栅极偏压控制器接收的栅极偏压，对输入信号进行放大，同时保持输入信号的线性，其使得可以改善整个输出范围内的功率放大器输出的线性，并且当使用预定失真器时，还可以增强内部调制失真(IMD)消除。尽管功率放大器的输出信号电平降低了，但由于对功率放大器的线性特性进行了优化，所以可以在高输出的单频率分配(FA)条件和低输出的多频率分配条件下使用一个功率放大器。

Description

用于优化射频放大器的栅极偏压的装置及其方法
技术领域
本发明通常涉及一种用于增强功率放大器效率的装置及其方法，并且具体地，涉及一种用于根据功率放大器的输入信号电平自适应地提供最优栅极偏压的装置及其方法。
背景技术
通常，功率放大器用于放大输入信号的功率以增强输出信号。理想的是线性增加仅仅信号的幅值。然而，功率放大器包括多个有源部件。由于构成功率放大器的有源部件的非线性特性，使得功率放大器的输出信号失真。
多个载波的放大或者移动通信系统中具有优异频率效率的数字调制系统内的无线发射机的使用会导致内部调制失真(IMD)，该失真产生于功率放大器的非线性特性，从而使得系统性能出现恶化。
因此，为了补偿功率放大器的非线性，向功率放大器提供了均衡栅极偏压，从而优化了向功率放大器输入的信号的线性。
图1示出了传统的射频(RF)功率放大器的结构。如图1所示，功率放大器101利用从直流(DC)功率提供装置103接收到的栅极偏压，线性放大输入信号。即，功率放大器101利用从DC功率提供装置103接收到的栅极偏压，对功率放大器101的非线性进行补偿。
如上所述，将栅极偏压提供给功率放大器以补偿功率放大器的非线性。然而，用于补偿功率放大器非线性的栅极偏压仅仅补偿了特定信号的电平的非线性。因此，当输入到功率放大器的信号的平均功率发生变化时，功率放大器的特性也发生了变化，所以不能获得最优的效果。例如，当采用窄带单载波功率放大器的通信系统需要其输出电平降低的多载波功率放大器时(例如，智能天线)，就必须更换功率放大器。
发明内容
本发明的一个目的在于至少基本解决上述问题和/或缺点，从而至少提供以下的优点。因此，本发明提供了一种用于根据功率放大器的输入信号电平提供自适应栅极偏压的装置及其方法。
本发明的另一目的在于提供一种用于根据功率放大器的输入信号电平自适应地提供栅极偏压的装置，以在一个功率放大器中实现单载波的功率放大器和多载波的功率放大器，及其方法。
为实现上述目的，本发明提供了一个功率放大装置，其包括耦合器，用于耦合向功率放大器输入的信号；栅极偏压控制器，用于确定耦合信号的电平，以根据信号电平确定栅极偏压；以及功率放大器，用于利用从栅极偏压控制器接收的栅极偏压对输入信号进行放大。
根据本发明，一种保持功率放大器线性的方法包括耦合向功率放大器输入的信号，以确定信号电平，根据输入信号电平确定栅极偏压，以及利用栅极偏压放大输入信号，同时保持输入信号的线性。
根据本发明，一种移动通信系统中的基站的功率放大装置包括：耦合器，用于耦合向功率放大器输入的信号；栅极偏压控制器，用于确定耦合信号的电平，以根据信号电平确定栅极偏压；以及功率放大器，用于利用从栅极偏压控制器接收的栅极偏压，对输入信号进行放大。
根据本发明，一种在移动通信系统的基站中放大输出信号的方法包括耦合输出信号以确定耦合信号电平，根据输出信号的电平确定栅极偏压，以及利用栅极偏压放大输出信号，同时保持输出信号的线性。
附图说明
结合附图，本发明的上述和其它目的、特征和优点将通过以下的详细描述变得更加明确，附图中：
图1示出了传统的RF功率放大器的结构；
图2示出了根据本发明的RF功率放大器的结构；
图3示出了根据本发明的栅极偏压控制器的详细结构；
图4是根据本发明在RF功率放大器中优化栅极偏压的处理的流程图；
图5A至5C示出RF功率放大器的相邻信道泄露功率比(ACLR)特性的图；
图6是示出根据本发明的RF功率放大器的栅极偏压的变化的图；以及
图7是示出根据本发明的相应于功率放大器的输入信号的电平、RF功率放大器的电流消耗的变化的图。
具体实施方式
下面将参照附图对本发明的优选实施例进行描述。在以下描述中，由于一些公知的功能和结构隐含在本发明的非必要细节中，因此不再对其进行详细描述。
本发明提供了一种技术，用于根据功率放大器的输入信号电平自适应地改变栅极偏压以对放大信号的非线性进行补偿。在下文中，将基站中用于放大射频(RF)信号的RF功率放大器作为例子。在此，由于功率放大器用于放大基站的输出信号，因此功率放大器的输入信号意味着基站的输出信号。
图2根据本发明示出了RF功率放大器的结构。如图2中所示，RF功率放大器包括功率放大器201、耦合器203、栅极偏压控制器205，以及直流(DC)功率提供装置207。
耦合器203耦合向功率放大器201输入的RF输入信号，进而将耦合后的RF输入信号输出至栅极偏压控制器205。栅极偏压控制器205选择用于保持由耦合器203耦合的RF信号的最优线性的栅极偏压，进而将所选的栅极偏压提供给功率放大器201。在此，栅极偏压控制器205包括预定的栅极偏压表，以从该表中选择与输入的RF信号相对应的栅极偏压。
功率放大器201利用从栅极偏压控制器205接收到的栅极偏压，线性放大输入的RF信号，以输出线性放大的RF信号。
图2中用于选择对应于RF信号的栅极偏压的栅极偏压控制器205优选地具有图3所示的结构。图3示出了根据本发明的栅极偏压控制器的详细结构。如图3所示，栅极偏压控制器205包括RF信号检测器301、模拟/数字转换器303、栅极偏压确定器305、以及数字/模拟转换器307。
RF信号检测器301接收由耦合器203耦合的RF信号，以检测RF信号的电压。模拟/数字转换器303将从RF信号检测器301接收到的RF信号电压的模拟信号转换为数字信号，进而输出该数字信号。
栅极偏压确定器305利用从模拟/数字转换器303接收的信号，确定提供给功率放大器201的栅极偏压。这时，栅极偏压确定器305包括栅极偏压表，该表包括与RF信号的电平(电压)相对应的栅极偏压，以放大RF信号，同时保持RF信号的线性。因此，栅极偏压确定器305从栅极偏压表中确定与RF信号检测器301检测到的RF信号的电平(电压)相对应的栅极偏压，进而输出该栅极偏压。这里，栅极偏压表包括通过实验确定的、对应于不同的输入信号电平的、以便保持功率放大器的线性的最优栅极偏压。
数字/模拟转换器307将与从栅极偏压确定器305接收的栅极偏压相对应的数字输出信号转换为模拟信号，进而将该模拟信号提供给功率放大器201。
图4示出了根据本发明在RF功率放大器中优化栅极偏压的处理的流程图。参见图4，首先，在步骤401中，RF功率放大器利用耦合器203来耦合向功率放大器输入的RF信号。然后，处理前进到步骤403，其中RF功率放大器确定由RF信号检测器301耦合的RF信号的电压。
在确定了RF信号的电压之后，算法前进到步骤405，其中RF功率放大器从预定的栅极偏压表中选择对应于所确定的RF信号的栅极偏压。这里，栅极偏压表包括通过实验确定的、对应于不同的输入信号电平的、以便保持功率放大器的线性的最优栅极偏压。
然后，处理前进到步骤407，其中RF功率放大器将所选的栅极偏压提供给功率放大器201，以放大输入RF信号，同时保持RF信号的线性。然后，终止处理。
如上所述，功率放大器根据输入到功率放大器的信号电平控制栅极偏压以线性放大该信号。因此，控制一个功率放大器的栅极偏压以用作单载波功率放大器以及多载波功率放大器。
图5A至5C是示出RF功率放大器的相邻信道泄露功率比(ACLR)特性的图。在下文中，横坐标表示输入RF信号功率(dBm)，纵坐标表示相邻信道泄露功率比(下文称为ACLR)(-dBr)。在下文中，示出了基于一个频率分配在-4.77MHz偏移量和+4.77MHz偏移量上、传统系统和本发明之间的ACLR特性的差异。
图5A是示出了传统RF功率放大器的ACLR特性的图。图5B是示出了根据本发明RF功率放大器的ACLR特性的图。图5C是将传统RF功率放大器的ACLR特性与根据本发明的RF功率放大器的ACLR特性相互比较的图。
如图5A所示，传统RF功率放大器的ACLR特性在大约41dBm处最优。然而，±4.77MHz偏移量的频谱增量标记值在不超过最优电平(不超过大约40dBm)的范围内是相互不一致的。也就是说，功率放大器的ACLR是不均衡的。功率放大器ACLR的不均衡意味着存在记忆效应(memory effect)，因此由于输出电平的变化，ACLR可能会变差。这里，记忆效应意味着由调制频率产生的内部调制失真(下文中称为IMD)谐波分量中的频率分配的次谐波分量又影响了操作频率分配，因此就频率而言，IMD是不均衡的。
另一个方面，如图5B所示，根据本发明，按照从功率放大器输入的RF信号的电平来控制栅极偏压，从而整个范围内的±4.77MHz偏移量的ACLR特性是相互一致的。因此，尽管输入信号的电平发生了变化，但该功率放大器能够不失真地放大信号。
另外，如图5C所示，在不超过预定电平的范围内(不超过约41dBm)，与根据本发明的功率放大器的ACLR特性相比，传统的功率放大器的ACLR特性整体变差。
图6是示出了根据本发明的RF功率放大器的栅极偏压的变化的图。在下文中，横坐标表示输入RF信号的功率(dBm)，纵坐标表示栅极偏压(Vgs)。
如图6所示，当提供给传统功率放大器的栅极偏压在整个范围内相同时，向根据本发明的功率放大器提供的栅极偏压会随着输入到功率放大器的信号的电平的变化而变化。在此，与功率放大器的输入信号的电平相对应的栅极偏压是通过实验预先确定的。
图7是示出了根据本发明的对应于功率放大器的输入信号电平的、RF功率放大器的电流消耗的变化的图。在下文中，横坐标表示输入RF信号的功率(dBm)，纵坐标表示消耗效率(drain efficiency)。
从其中示出了与功率放大器的输入信号电平相对应的功率放大器的效率特性的图7注意到，在现有技术中以及根据本发明，由于电流消耗的变化较小，所以效率的变化也小。
如上所述，当通过防止IMD不均衡而使用预定失真器时，通过根据输入信号的电平而自适应地改变栅极偏压以施加变化了的栅极偏压并增加IMD消除的量，可以在整个输出范围内改善功率放大器的线性特性。此外，尽管降低了功率放大器的输入信号的电平，但由于始终优化功率放大器的线性特性，所以对于高输出的单频率分配(FA)条件和低输出的多FA条件，有可能使用一个功率放大器。
尽管在此已结合特定优选实施例对本发明进行了描述，但对本领域技术人员而言应该明确的是，在不背离附加权利要求所确定的本发明的精神和范围的情况下，可对其进行各种形式和细节上的变化。
优先权
该申请要求基于35 U.S.C.§119在2005年11月4日申请的韩国专利申请序列号2005-105499的优先权，在此结合其全部内容作为参考。

Claims (14)

1、一种功率放大装置，包括：
耦合器，用于耦合输入信号；
栅极偏压控制器，用于确定耦合信号的电平，以确定栅极偏压；以及
功率放大器，用于利用从栅极偏压控制器接收的栅极偏压，放大输入信号。
2、如权利要求1所述的功率放大装置，其中栅极偏压控制器包括：
信号检测器，用于确定耦合信号的电平；以及
栅极偏压确定器，用于根据所确定的耦合信号的电平，确定栅极偏压。
3、如权利要求2所述的功率放大装置，其中栅极偏压确定器包括栅极偏压表，该栅极偏压表包括与输入信号的电平相对应的栅极偏压信息，以从栅极偏压表中选择与由信号检测器确定的耦合信号的电平相对应的栅极偏压。
4、如权利要求3所述的功率放大装置，其中栅极偏压表包括通过实验确定的与不同输入信号电平相对应的栅极偏压数据。
5、一种保持功率放大器线性的方法，该方法包括以下步骤：
耦合对功率放大器的输入信号，以确定输入信号的电平；
根据输入信号的电平确定栅极偏压；以及
利用栅极偏压放大输入信号，同时保持输入信号的线性。
6、如权利要求5所述的方法，其中确定栅极偏压的步骤包括：从栅极偏压表中选择与输入信号的电平相对应的栅极偏压，其中该栅极偏压表包括与输入信号的电平相对应的栅极偏压信息。
7、如权利要求6所述的方法，其中栅极偏压表包括由实验确定的与不同输入信号电平相对应的栅极偏压数据。
8、一种移动通信系统中的基站的功率放大装置，包括：
耦合器，用于耦合对功率放大器的输入信号；
栅极偏压控制器，用于确定耦合信号的电平，以根据信号的电平确定栅极偏压；以及
功率放大器，用于利用从栅极偏压控制器接收的栅极偏压，放大输入信号。
9、如权利要求8所述的功率放大装置，其中栅极偏压控制器包括：
信号检测器，用于确定耦合信号的电平；以及
栅极偏压确定器，用于根据所确定的信号的电平，确定栅极偏压。
10、如权利要求9所述的功率放大装置，其中栅极偏压确定器包括栅极偏压表，该栅极偏压表包括与输入信号的电平相对应的栅极偏压信息，以从栅极偏压表中选择与由信号检测器确定的耦合信号的电平相对应的栅极偏压。
11、如权利要求10所述的功率放大装置，其中栅极偏压表包括由实验确定的与不同输入信号电平相对应的栅极偏压数据。
12、一种在移动通信系统的基站中放大输出信号的方法，该方法包括以下步骤：
耦合输出信号以确定耦合信号的电平；
根据耦合信号的电平确定栅极偏压；以及
利用栅极偏压放大输出信号，同时保持输出信号的线性。
13、如权利要求12所述的方法，其中确定栅极偏压的步骤包括：从栅极偏压表中选择与输入信号的电平相对应的栅极偏压，其中该栅极偏压表包括与输出信号的电平相对应的栅极偏压信息项。
14、如权利要求13所述的方法，其中栅极偏压表包括由实验确定的与不同输出信号电平相对应的栅极偏压数据。
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