DE69736107T2

DE69736107T2 - Vorspannungseinstellung für leistungsverstärker

Info

Publication number: DE69736107T2
Application number: DE69736107T
Authority: DE
Inventors: Edward James Arlington Heights MITZLAFF
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Mobility LLC
Priority date: 1996-06-28
Filing date: 1997-04-16
Publication date: 2006-11-09
Anticipated expiration: 2017-04-17
Also published as: CA2257887A1; AU2729297A; DE69736107D1; EP0908006A1; AU702964B2; US5757229A; EP0908006B1; EP0908006A4; KR100284798B1; WO1998000912A1; JP2000513535A; KR20000022271A; JP4210332B2; MY116892A

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf lineare Leistungsverstärker, die ein unter Vorspannung Setzen von Verstärkern der Doherty-Bauart einschließt, aber nicht darauf begrenzt ist.
Hintergrund der Erfindung
Es ist wünschenswert für Funkfrequenzleistungsverstärker (RF-Leistungsverstärker), RF-Signale linear auf eine hocheffiziente Weise zu verstärken. Nichtsdestotrotz sind Kompromisse zwischen einer maximalen Effizienz und einer hohen Linearität einzugehen. Die Effizienz ist im Allgemeinen proportional zu einem Eingangsantriebspegel, wobei eine hohe Effizienz gewöhnlich nicht erreicht wird, bis sich ein Verstärker dessen maximaler Ausgangsleistung annähert, welche nicht übereinstimmend mit dem linearen Betrieb ver läuft. Verstärker der Doherty-Bauart erreichen einen Effizienzvorteil gegenüber Verstärkern der Standardklasse AB und B unterhalb einer Spitzenleistung, zum Teil wegen einer unmittelbaren Modulation von ihrer Ladelinie des Trägersignalverstärkers, sowie sich der RF-Eingangspegel verändert. Mit anderen Worten legen Verstärker der Doherty-Bauart eine noch günstigere Beziehung zwischen dem Eingangsantriebspegel und der Effizienz dar, weil die Ladelinie des Verstärkers zum Aufrechterhalten einer hohen Effizienz kontinuierlich modifiziert wird, sowie sich der Eingangsantriebspegel verändert. Zusätzlich wird die Vorspannungsleistung des Verstärkers der Doherty-Bauart bedeutend gegenüber den Verstärkern der Standardklasse AB und B reduziert.
Ein Beispiel für solch einen Verstärker der Doherty-Bauart ist in der US-5420541 gegeben.
Ein Verfahren zum unter Vorspannung Setzen eines Verstärkers der Doherty-Bauart wird in der US-Patentanmeldung 08/566,811 beschrieben, die den Titel "Linearer Leistungsverstärker unter Verwendung einer aktiven Vorspannung für eine hohe Effizienz und ein Verfahren dafür" trägt, am 4. Dezember 1995 im Namen von BERNARD E. SIGMON et al. mit den gleichen Rechtsnachfolgern eingereicht wurde, wie bei der vorliegenden Erfindung, und die durch Bezugnahme hierin aufgenommen ist. Die Schaltung, die in der Anmeldung, auf die oben verwiesen wird, beschrieben ist, beruht auf Veränderungen des Gates- oder Basis-Vorspannungsstroms des Trägersignalverstärkers als eine Art und Weise zum Messen einer RF-Eingangsleistung zu diesem Gerät. Solch ein Mechanismus ist nicht für MOSFET-Verstärker-Geräte (Metalloxidhalbleiter-Feldeffekt-Transistor-Verstärkergeräte) effek tiv, da solche Geräte keinen Vorspannungsstrom bei irgendeinem RF-Antriebspegel ziehen.
Dementsprechend besteht ein Bedarf nach einer Vorspannungsschaltung für einen Verstärker der Doherty-Bauart, der eine gutes unter Vorspannung Setzen für MOSFET- oder andere Null-Vorspannungsstrom-Verstärker bereitstellt, aber gegenüber dem dynamischen RF-Eingangsantriebsbereich effektiv ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockdiagramm eines Leistungsverstärkers der Doherty-Bauart mit einer Vorspannungssteuerung in Übereinstimmung mit der Erfindung.
2 ist ein Blockdiagramm einer alternativen Verwendung eines Leistungsverstärkers der Doherty-Bauart mit einer Vorspannungssteuerung in Übereinstimmung der Erfindung.
3 ist ein Blockdiagramm einer Vorspannungssteuerschaltung für einen Trägersignalverstärker in Übereinstimmung mit der Erfindung.
4 ist ein Blockdiagramm einer Vorspannungssteuerschaltung für einen Peaking-Verstärker in Übereinstimmung mit der Erfindung.
5a und 5b sind graphische Darstellungen von Vorspannungssteuersignalen in Übereinstimmung mit der Erfindung.
6 ist ein Blockdiagramm eines Trägersignalverstärkers oder eines Peaking-Verstärkers in Übereinstimmung mit der Erfindung.
Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
Das Folgende beschreibt eine Vorrichtung zur Vorspannungssteuerung eines Leistungsverstärkers der Doherty-Bauart und ein Verfahren dafür. Der Doherty-Leistungsverstärker ist aus einem Trägersignalverstärker und einem Peaking-Verstärker zusammengesetzt. Unterschiedliche Vorspannungssignale werden dem Trägersignalverstärker und dem Peaking-Verstärker zum Bereitstellen einer konstanten Leistungsverstärkung bereitgestellt, während Intermodulationsverzerrungen begrenzt werden. In einem Ausführungsbeispiel nimmt das Trägersignalverstärker-Vorspannungssignal ab, sowie das Peaking-Verstärker-Vorspannungssignal zunimmt.
Die vorliegende Erfindung sieht einen Leistungsverstärker vor, der einen mit einem RF-Eingangssignal gekoppelten Leistungsverteiler zum Erzeugen eines In-Phase-Signals und eines Quadraturphasensignals aus dem RF-Eingangssignal aufweist. Ein Trägersignalverstärker verstärkt das In-Phase-Signal von dem Leistungsteiler und hat einen Trägersignalverstärker-Vorspannungseingang. Ein Peaking-Verstärker verstärkt das Quadraturphasensignal von dem Leistungsteiler und hat einen Peaking-Verstärker-Vorspannungseingang. Ein Kombinierer ist mit einem Ausgang des Trägersignalverstärkers und einem Ausgang des Peaking-Verstärkers gekoppelt. Der Kombinierer kombiniert auf phasenadditive Weise das Ausgangssignal des Trägersignalverstärkers und das Ausgangssignal des Peaking-Verstärkers. Eine erste Vorspannungsschaltung ist mit dem Trägersignalverstärker gekoppelt, wobei das Trägersignal verstärker-Vorspannungseingangssignal durch die erste Vorspannungsschaltung zur Verfügung gestellt und durch ein erstes Signal gesteuert wird, das die Größe des RF-Eingangssignals des Leistungsverstärkers angibt. Eine zweite Vorspannungsschaltung ist mit dem Peaking-Verstärker gekoppelt, wobei das Peaking-Verstärker-Vorspannungseingangssignal durch die zweite Vorspannungsschaltung zur Verfügung gestellt und durch ein zweites Signal gesteuert wird, das die Größe des RF-Eingangssignals des Leistungsverstärkers angibt. Alternativ sind das erste Signal und das zweite Signal das gleiche Signal. Zusätzlich kann das erste Signal und/oder das zweite Signal von einem Ausgangssignal eines Einhüllenden-Detektors abgeleitet werden, der mit dem RF-Eingangssignal gekoppelt ist. Darüber hinaus können das erste Signal und/oder das zweite Signal zu einem Strom proportional sein, der durch den Trägersignalverstärker gezogen wird. Zusätzlich kann der Trägersignalverstärker-Vorspannungspegel abnehmen, sowie der Peaking-Verstärker-Vorspannungspegel zunimmt.
Ein Verfahren zum Verstärken eines RF-Eingangssignals unter Verwendung eines Leistungsverstärkers weist die Schritte zum Teilen des RF-Eingangssignals in ein In-Phase-Signal und ein Quadraturphasensignal auf. Ein Trägersignalverstärker-Vorspannungseingangssignal wird relativ zu der Größe des RF-Eingangssignals variiert. Ein Peaking-Verstärker-Vorspannungseingangssignal wird relativ zu der Größe des RF-Eingangssignals variiert. Das In-Phase-Signal wird unter Verwendung eines Trägersignalverstärkers zum Erzeugen eines ersten verstärkten Signals verstärkt. Das Quadraturphasensignal wird unter Verwendung eines Peaking-Verstärkers zum Erzeugen eines zweiten verstärkten Signals verstärkt. Das erste verstärkte Signal und das zweite verstärkte Signal werden in Phase kombiniert, um ein Ausgangssignal zu erzeugen. Alternativ kann der Schritt zum Variieren des Trägersignalverstärker-Vorspannungseingangssignals und der Schritt zum Variieren des Peaking-Verstärker-Vorspannungseingangssignals derart ausgeführt werden, dass das Trägersignalverstärker-Vorspannungseingangssignal abnimmt, sowie das Peaking-Verstärker-Vorspannungseingangssignal zunimmt. Eine Einhüllenden-Detektierung des RF-Eingangssignals kann zum Herleiten der Größe des RF-Eingangssignals ausgeführt werden. Die Größe des RF-Eingangssignals kann aus einem Strom bestimmt werden, der durch den Trägersignalverstärker gezogen wird.
Ein Blockdiagramm eines Leistungsverstärkers der Doherty-Bauart mit einer Vorspannungssteuerung ist in 1 gezeigt. Ein RF-Eingangssignal wird einem Richtungskoppler 101 zugeführt, der die Funktion ausführt, einen geringen Anteil (SAMPLE) des Eingangssignals an seinen Kopplungsausgang bereitzustellen, während die Mehrheit der Eingangssignalleistung an den Hauptausgang geliefert wird. Das Hauptausgangssignal des Richtungskopplers 101 wird in einen Quadratursplitter 103 eingegeben. Wegen des Splittens sind das In-Phase-Signal und das Quadratur-Phasen-Signal um 3 dB kleiner in deren Größe als das RF-Eingangssignal. Das In-Phase-Ausgangssignal (In-Phase=0°) des Quadratursplitters 103 wird zu einem Trägersignalverstärker 105 eingegeben. Das Quadraturphasenausgangssignal (Quadraturphase=–90°) des Quadratursplitters 103 wird zu einem Peaking-Verstärker 107 eingegeben. Das Kopplungsausgangssignal des Richtungskopplers 101 wird zu einem Detektor 109 eingegeben. Der Detektor kann ein Dioden-Einhüllenden-Detektor sein, so wie er in Kapitel 9 des Buches Halbleiterfunkingenieurwesen von Herbert L. Kraus et al. (John Wiley & Söhne, New York, 1980) beschrieben ist.
Das Ausgangssignal des Detektors 109 ist eine Anzeige des RF-Eingangsleistungspegels des RF-Eingangssignals, genauso wie Eine der Größe des RF-Eingangssignals. Der Detektor 109 kann derart eingerichtet sein, dass er entweder eine Spitzen- oder Durchschnittsleistung angibt. Das Ausgangssignal des Detektors wird zu einer Trägersignalverstärker-Vorspannungssteuerung 111 und einer Peaking-Verstärker-Vorspannungssteuerung 113 eingegeben. Das Ausgangssignal der Trägersignalverstärker-Vorspannungssteuerung 111 ist ein CA-Vorspannungssteuersignal, welches zu dem Vorspannungssteuereingang des Trägersignalverstärkers 105 eingegeben wird. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Trägersignalverstärker geringfügig über einer Abschaltung unter Vorspannung gesetzt, wenn das Detektorausgangssignal einen niedrigen Eingangssignalpegel angibt. Dieser Prozess erlaubt dem Trägersignalverstärker, eine lineare Verstärkung bei niedrigen Eingangssignalpegeln bereitzustellen. Das Ausgangssignal der Peaking-Verstärker-Vorspannungssteuerung 113 ist ein PA-Vorspannungssteuersignal, welches zu dem Vorspannungssteuereingangssignal des Peaking-Verstärkers 107 eingegeben wird. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Peaking-Verstärker unter der Abschaltung unter Vorspannung gesetzt, wenn das Detektorausgangssignal einen niedrigen Eingangssignalpegel angibt. Dieser Prozess verbessert eine Effizienz bei niedrigen Eingangssignalpegeln, nämlich durch Verhindern, dass der Peaking-Verstärker einen Strom zieht, bis das RF-Eingangs signal die Hälfte von dessen maximal zugelassener Amplitude erreicht hat.
Das Ausgangssignal des Trägersignalverstärkers 105 und das Ausgangssignal des Peaking-Verstärkers 107 werden zu einem Kombinierer 115 eingeben. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Kombinierer aus einer Ein-Viertel-Wellenlängen-50-Ohm-Übertragungsleitung (1/4-Wellenlängen-50-Ohm-Übertragungsleitung) 117 zusammengesetzt, deren Ausgang mit dem Peaking-Verstärkerausgang bei dem RF-Ausgangsport 119 verbunden ist. Bei niedrigen Eingangssignalpegeln ist der Peaking-Verstärker inaktiv und weist eine hohe Impedanz zu dem Kombinierer 115 bei dem RF-Ausgangsport 119 auf. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt die Impedanz bei dem RF-Ausgangsport einen Nennwert von 25 Ohm, wobei die 1/4-Wellenlängen-50-Ohm-Übertragungsleitung 117 diese Impedanz zu 100 Ohm bei dem Ausgang des Trägersignalverstärkers transformiert. Da der Trägersignalverstärker derart gestaltet ist, dass er bei einer 50 Ohm-Nennlast betrieben arbeitet, verursacht das Vorliegen einer 100 Ohm-Last, dass der Trägersignalverstärker bei der Hälfte dessen maximalen Nennausgangsleistungspegels gesättigt ist, wenn das RF-Eingangssignal die Hälfte dessen maximal zugelassener Amplitude erreicht. An dieser Stelle verursacht die Amplitude des RF-Eingangssignals, dass der Peaking-Verstärker beginnt, Leistung zu dem RF-Ausgangsport 119 zu liefern. Unter diesen Bedingungen gewährleistet die 1/4-Wellenlängen-50-Ohm-Übertragüngsleitung 117 ebenso, dass sich die Ausgangssignale von sowohl dem Trägersignal- als auch dem Peaking-Verstärker in deren Phase bei dem RF-Ausgangsport 119 addieren, um die maximal erhältliche Ausgangsleistung und Effizienz bereitzustellen.
Ein Filter kann ebenso zwischen dem Detektor 109 und den Vorspannungssteuerschaltungen 111 und 113 eingesetzt werden, um jegliche Wechselstromkomponente (engl. AC component) oder Kurzzeit-Einhüllenden-Schwankungen von dem Ausgangssignal des Detektors 109 zu entfernen, die die Intermodulationsverzerrung verschlechtern können.
Wenn der Trägersignalverstärker 105 und der Peaking-Verstärker 107 auf oben beschriebene ideale Weise betrieben werden, könnten die Vorspannungspegel fest bei den Pegeln verbleiben, die bei dem Null-Detektorausgang hergestellt werden, das heißt es besteht kein Bedarf für irgendein Vorspannungssteuerschaltschema. Diese Situation ist selten, jedoch wahr in der Praxis. Zum Beispiel kann der Peaking-Verstärker 107 eine ungenügende Verstärkung haben, wenn er derart unter Vorspannung gesetzt wird, dass er inaktiv verbleibt, bis das RF-Eingangssignal die Hälfte von dessen maximal zugelassener Amplitude erreicht. In diesem Fall ist es vorteilhaft, die Vorspannung an dem Peaking-Verstärker 107 zu erhöhen, wenn das RF-Eingangssignal die Hälfte dessen maximal zugelassener Amplitude überschreitet. Zusätzlich kann es vorteilhaft sein, die Vorspannung an dem Trägersignalverstärker 105 bei einem gewissen anderen RF-Eingangssignalpegel zu reduzieren, um eine konstante Verstärkung in dem Leistungsverstärker der Doherty-Bauart über einen breiten Bereich von Eingangssignalpegeln aufrechtzuerhalten. Dieser Prozess verbessert die Linearität des Leistungsverstärkers der Doherty-Bauart, wodurch der Pegel der Intermodulationsverzerrung bei dem RF-Ausgangsport 119 reduziert wird.
Der Detektor 109 kann an anderer Stelle in der Schaltung verbunden werden, so dass er eine unterschiedliche Be triebsbedingung überwacht, solch eine wie das/die RF-Ausgangssignal/e oder den/die Gleichspannungseingangsstrom/ströme (engl. DC input current(s)) des Trägesignalverstärkers und/oder des Peaking-Verstärkers. Die endgültige Wahl der Position des Detektors 109 und die Funktion kann derart bewerkstelligt werden, dass er die Gesamteigenschaften des Doherty-Verstärkers optimiert (z. B. die Effizienz, Verstärkung, die Verstärkungsebenheit, die Intermodulationsverzerrung usw.). Ein alternatives Ausführungsbeispiel ist in 2 gezeigt.
Ein alternatives Ausführungsbeispiel des Leistungsverstärkers der Doherty-Bauart mit Vorspannungssteuerung ist in 2 gezeigt. Ein RF-Eingangssignal wird einem Quadratursplitter 203 zugeführt. Das In-Phase-Ausgangssignal (In-Phase=0°) des Quadratursplitters 203 wird zu einem Trägersignalverstärker 205 eingegeben. Die Quadraturphasenausgangssignal (Quadraturphase=–90°) des Quadratursplitters 203 wird zu einem Peaking-Verstärker 207 eingegeben. Ein Differenzverstärker 209 wird über einen Widerstand R_S platziert, der in Reihe zu dem DC-Leistungseingang zu dem Trägersignalverstärker 205 geschaltet ist (engl. Beschr. S. 7). Die Spannung über diesen Widerstand ist proportional zu dem DC-Strom, der durch den Trägersignalverstärker gezogen wird, dessen Strom wiederum proportional zu dem RF-Eingangsleistungspegel des RF-Eingangssignals ist. Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 209 ist eine verstärkte Nachbildung der Spannung über dem Widerstand R_S. Das Ausgangssignal der Trägersignalverstärker-Vorspannungssteuerschaltung 211 wird zu der Trägersignalverstärker-Vorspannungssteuerung eingegeben. Das Ausgangssignal der Peaking-Verstärker-Vorspannungssteuerschaltung 213 wird zu der Vorspannungssteuereingang des Peaking-Verstärkers eingegeben. Das Ausgangssignal des Trägersignalverstärkers 205 und des Peaking-Verstärkers werden in einem Kombinierer 215 kombiniert, welche eine Ein-Viertel-Wellenlängen-50-Ohm-Übertragungsleitung 217 (1/4-Wellenlängen-50-Ohm-Übertragungsleitung) hat, die ein Ausgangssignal bei einem Knoten 219 hervorruft, ähnlich zu der Funktion des Kombinierers 115, der unter Bezugnahme auf 1 beschrieben ist.
Ein Blockdiagramm einer Vorspannungssteuerschaltung für einen Trägersignalverstärker ist in 3 gezeigt. Die Trägersignalverstärker-Vorspannungssteuerschaltung 111 oder 211 gibt ein CA-Vorspannungssteuersignal aus, das zu dem Trägersignalverstärker 105 oder 205 eingegeben wird. Ein Operationsverstärker 301 mit dessen Leistungsversorgungseingang, der mit V_CC gekoppelt ist, hat dessen positiven Eingang mit der Bezugsspannung Vos gekoppelt. Vos ist die Offset-Spannungsdifferenz. Der negative Eingang des Operationsverstärkers 301 hat einen Widerstand R₁ in Reihenschaltung mit dem Eingang der Vorspannungssteuerschaltung. In dem Fall von 1 ist das Vorspannungssteuerschaltungseingangssignal das Ausgangssignal des Detektors 109. In dem Fall von 2 ist das Vorspannungssteuerschaltungseingangssignal das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 209. Ein Widerstand R₂ ist in Reihe zwischen dem negativen Eingang des Operationsverstärkers 301 und dem Ausgang des Operationsverstärkers 301 gekoppelt.
Ein Blockdiagramm einer Vorspannungssteuerschaltung für einen Peaking-Verstärker ist in 4 gezeigt. Die Peaking-Verstärker-Vorspannungssteuerschaltung 113 oder 213 gibt ein PA-Vorspannungssteuersignal aus, das zu dem Pea king-Verstärker 107 oder 207 eingegeben wird. Ein Operationsverstärker 401 mit dessen Leistungsversorgungseingang, der mit Vcc gekoppelt ist, hat dessen positiven Eingang mit dem Eingangssignal der Vorspannungssteuerschaltung 113 oder 213 gekoppelt. In dem Fall von 1 ist das Vorspannungssteuerschaltungseingangssignal das Ausgangssignal des Detektors 109. In dem Fall von 2 ist das Vorspannungssteuerschaltungseingangssignal das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 209. Ein Reihenwiderstand R₃ ist zwischen der Bezugsspannung Vos und dem negativen Eingang des Differenzverstärkers platziert. Ein anderer Reihenwiderstand R₄ ist in Reihe zwischen dem negativen Eingang des Operationsverstärkers 401 und dem Ausgang des Operationsverstärkers 401 gekoppelt.
Die Vorspannungssteuerschaltungen 111, 113, 211 und 213 sind wie gezeigt zum Handhaben einer positiven Spannung als deren Eingangssignal gestaltet. Die Vorspannungssteuerschaltungen 111, 113, 211 und 213 können leicht von jemandem mit Fachwissen in der Technik zum Handhaben der negativen Eingangssignale modifiziert werden.
Ein Diagramm des CA-Vorspannungssteuersignals bezüglich des Detektorausgangssignals ist in 5A gezeigt. Das CA-Vorspannungssteuersignal verläuft in der entgegengesetzten Richtung wie das Ausgangssignal des Detektors 109 oder 209. Das CA-Vorspannungssteuersignal verbleibt nahe Vcc bis das Ausgangssignal (Vdet) des Detektors 109 oder 209 einen Pegel von im Wesentlichen Vos+(Vos-Vcc)R₁/R₂ erreicht. Das CA-Vorspannungssteuersignal fällt dann mit einer Steigung, die durch das Verhältnis –R₂/R₁ bestimmt wird, bis es einen Pegel nahe Null erreicht.
Zum Beispiel sei angenommen, dass das CR-Vorspannungssteuersignal von 5V bis 0V variieren muss, sowie das Ausgangssignal des Detektors 109 oder 209 von 4V bis 5V wandert, was eine Steigung von –5 ist. Der erste Schritt ist, Vcc=5V um festzulegen, um den gewünschten Bereich der Änderung des CA-Vorspannungssteuersignals zu erhalten. Als nächstes muss das Verhältnis R₂/R₁=5 sein, um die gewünschte Steigung zu erhalten, welche durch Festlegen von R₁=1000 Ohm und R₂=5000 Ohm bewerkstelligt wird. Schließlich ergibt das Lösen der obigen Gleichung für Vos mit Vdet=4V und Vcc=5V den erforderlichen Wert von Vos, welcher näherungsweise 4,17V ist.
Es sollte angemerkt werden, dass die Trägersignalverstärker-Vorspannungssteuerschaltung von 3 ebenso für den Differenzverstärker 209 verwendet werden kann. In diesem Fall wird die Bezugsspannung Vos mit dem Ende von Rs am nächsten der Versorgungsspannung DC verbunden und der Anschluss, der mit EINGANG bezeichnet ist, wird mit dem gegenüberliegenden Ende von Rs verbunden. Der Gesamtstrom zu der Spannungsübertragungsfunktion ist RsR₂/R1.
Ein Diagramm des PA-Vospannungssteuersignal bezüglich des Detektorausgangssignals ist in 5B gezeigt. Das PA-Vorspannungssteuersignal verläuft in der gleichen Richtung wie das Ausgangssignal des Detektors 109 oder 209. Das PA-Vorspannungssteuersignal verbleibt nahe Null, bis das Ausgangssignal (Vdet) des Detektors 109 oder 209 einen Pegel von im Wesentlichen (Vos)R₄/(R₃+R₄) erreicht. Das PA-Vorspannungssteuersignal steigt dann mit einer Steigung an, die durch die Verhältnis (R₃+R₉)/R₃ bestimmt ist, bis es einen Pegel nahe von Vcc erreicht.
Zum Beispiel sei angenommen, dass PA-Vorspannungssteuersignal von 0 V bis 5 V variieren muss, sowie das Ausgangssignal des Detektors 109 oder 209 von 2,5 V bis 5 V wandert, was eine Steigung von 2 ist. Der erste Schritt ist, Vcc = 5 V festzulegen, um den gewünschten Bereich der Variation des PA-Vorspannungssteuersignals zu erhalten. Als nächstes muss das Verhältnis (R₃+R_Q)/R₃ gleich 2 sein, um die gewünschte Steigung zu erhalten, welche durch Festlegen von R₃ = 1000 Ohm und R₄ = 1000 Ohm bewerkstelligt wird. Schließlich ergibt das Lösen der obigen Gleichung für Vos mit Vdet = 2,5 V und Vcc = 5 V den erforderlichen Wert von Vos, welcher 5 V beträgt.
Ein Blockdiagramm eines Trägersignalverstärkers 105 oder 205 oder eines Peaking-Verstärkers 107 oder 207 ist in 6 gezeigt. Der Eingang zu dem Verstärker 106 ist mit einer Eingangssignalabgleichungsschaltung 601 verbunden. Der Ausgang der Eingangssignalabgleichungsschaltung ist mit dem Gate eines RF-Leistungsverstärkungsgerätes 603 verbunden. Das Leistungsverstärkungsgerät 603 kann ein MOSFET-Leistungsverstärkungsgerät sein, zum Beispiel ein VMOS oder MDMOS. Die Funktion der Eingangssignalabgleichungsschaltung 601 ist es, die RF-Impedanz bei dem Gate des MOSFET-Geräts 603, welche typischerweise ungefähr ein Ohm ist, zu dem Pegel zu transformieren, der für das optimale Funktionieren der RF-Eingangs-Source erforderlich ist, welche typischerweise 50 Ohm beträgt. Die Eingangssignalabgleichungsschaltung kann durch Verwendung verschiedener Kombinationen von reaktiven Komponenten, Transformatoren und Übertragungsleitungen ausgeführt werden, wie in dem Buch Halbleiterfunkingenieurwesen von Herbert L. Krauss et al. (John Wiley & Söhne, New York, 1980) beschrieben ist. Das Gate des Transistors 603 wird mit der Spannungsversorgung Vgg durch einen Widerstand R₅. Das Gate des Transistors 603 ist ebenso mit einer Masse durch einen Widerstand R₆ verbunden. Die Source des Transistors 603 ist mit der Masse verbunden. Der Drain des Transistors 603 ist mit der Versorgungsspannung Vdd über eine RF-Spule verbunden. Der Vorspannungsteuereingang ist mit dem Gate des Transistors 603 über einen Widerstand Rgc verbunden. Rgc ist derart ausgewählt, dass er die gewünschte Variation der Gate-Vorspannungsspannung Vg gibt, sowie das Detektorausgangssignal von einem Minimum zu einem Maximum wandert. Diese Veränderung von Vg ist im Wesentlichen Vcc*1000/(1000+Rgc) unter der Annahme, dass R5 = R6 = 2000 Ohm ist. Vgg wird dann festgelegt, mit der angemessenen Vorspannungssteuerschaltung 111, 113, 211 oder 213 verbunden, um die gewünschte Vg bei dem minimalen Ausgangssignal des Detektors 109 oder 209 zu ergeben. Der Drain des Transistors 603 ist mit einer Ausgangssignalabgleichungsschaltung 607 verbunden, welche die Impedanz bei dem Drain des MOSFET-Geräts 603, welche typischerweise ungefähr 1 Ohm ist, zu der Impedanz bei dem RF-Ausgangsport 109 transformiert, welche typischerweise 50 Ohm ist. Die Ausgangssignalabgleichungsschaltung kann durch Verwendung verschiedener Kombinationen von reaktiven Komponenten, Transformatoren und Übertragungsleitungen ausgeführt sein, wie in dem Halbleiterfunkingenieurwesen von Herbert L.Krauss et al. (John Wiley & Söhne, New York, 1980) beschrieben ist. Die Ausgangssignalabgleichungsschaltung gibt das RF-Ausgangssignal des Verstärkers aus.
Die vorliegende Erfindung sieht eine Vorspannungssteuerung von Doherty-Leistungsverstärkern vor, die einen Null-Vorspannungsstrom haben. Das oben beschriebene Vorspan nungsschema stellt eine verbesserte Effizienz verglichen mit den Doherty-Verstärkern des Stands der Technik unter Verwendung von MOSFET-Geräten durch Halten des Peaking-Verstärkers in fester Abschaltung, bis der Trägersignalverstärker dessen Sättigungspunkt erreicht hat, zur Verfügung. Dieses Vorspannungsschema erhält ebenso eine noch konstantere Leistungsverstärkung als eine Funktion eines Leistungspegels bei dem Doherty-Leistungsverstärker aufrecht, weil die Vorspannung zu dem Trägersignalverstärker abnimmt, sowie die Vorspannung zu dem Peaking-Verstärker zunimmt. Diese Abnahme der Verstärkungsveränderung führt zu einer verringerten Intermodulationsverzerrung (verbesserte Linearität) bei dem Doherty-Leistungsverstärker.

Claims

Leistungsverstärker, aufweisend: einen an ein RF-Eingangssignal gekoppelten Leistungsteiler (103) zum Erzeugen eines In-Phase-Signals und eines Quadraturphasensignals aus dem RF-Eingangssignal; einen Trägersignalverstärker (105) zum Verstärken des In-Phase-Signals von dem Leistungsteiler, wobei der Trägersignalverstärker einen Trägersignalverstärker-Vorspannungseingang hat; einen Peaking-Verstärker (107) zum Verstärken des Quadraturphasensignals von dem Leistungsteiler, wobei der Peaking-Verstärker einen Peaking-Verstärker-Vorspannungseingang hat; einen Kombinierer (115), der an einen Ausgang des Trägersignalverstärkers und an einen Ausgang des Peaking-Verstärkers gekoppelt ist, wobei der Kombinierer dazu vorgesehen ist auf phasenadditive Weise die Ausgabe des Trägersignalverstärkers und die Ausgabe des Peaking-Verstärkers zu kombinieren; eine erste Vorspannungsschaltung (111), die mit dem Trägersignalverstärker gekoppelt ist, wobei der Trägersignalverstärker-Vorspannungseingangssignal durch die erste Vorspannungsschaltung zur Verfügung gestellt und durch ein erstes Signal gesteuert wird, das die Größe des RF-Eingangssignals des Leistungsverstärkers angibt; eine zweite Vorspannungsschaltung (113), die mit dem Peaking-Verstärker gekoppelt ist, wobei der Peaking-Verstärker-Vorspannungseingangssignal durch die zweite Vorspannungsschaltung zur Verfügung gestellt und durch ein zweites Signal gesteuert wird, das die Größe des RF-Eingangssignals des Leistungsverstärkers angibt.
Leistungsverstärker gemäß Anspruch 1, wobei das erste Signal und das zweite Signal das gleiche Signal sind.
Leistungsverstärker gemäß Anspruch 1, wobei das erste Signal aus einem Ausgangssignal eines Einhüllenden-Detektors abgeleitet wird, der mit dem RF-Eingangssignal gekoppelt ist.
Leistungsverstärker gemäß Anspruch 1, wobei das zweite Signal von einem Ausgang eines Einhüllenden-Detektors abgeleitet wird, der mit dem RF-Eingangssignal gekoppelt ist.
Leistungsverstärker gemäß Anspruch 1, wobei der Trägersignalverstärker einen Strom zieht und das erste Signal proportional zu dem Strom ist.
Leistungsverstärker gemäß Anspruch 1, wobei der Trägersignalverstärker einen Strom zieht und das zweite Signal proportional zu dem Strom ist.
Leistungsverstärker gemäß Anspruch 1, wobei der Trägersignalverstärker-Vorspannungspegel verringert wird, sowie der Peaking-Verstärker-Vorspannungspegel erhöht wird.
Verfahren zum Verstärken eines RF-Eingangssignals unter Verwendung eines Leistungsverstärkers, das die folgenden Schritte aufweist: Teilen des RF-Eingangssignals in ein In-Phase-Signal und ein Quadraturphasensignal; Variieren eines Trägersignalverstärker-Vorspannungseingangssignals relativ zu der Größe des RF-Eingangssignals; Variieren eines Peaking-Verstärker-Vorspannungseingangssignals relativ zu der Größe des RF-Eingangssignals; Verstärken des In-Phase-Signals unter Verwendung eines Trägersignalverstärkers, um ein erstes verstärktes Signal zu erzeugen; Verstärken des Quadraturphasensignals unter Verwendung eines Peaking-Verstärkers, um ein zweites verstärktes Signal zu erzeugen; und Kombinieren, in Phase, des ersten verstärkten Signals mit dem zweiten verstärkten Signal, um ein Ausgabesignal zu erzeugen.
Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei der Schritt zum Variieren des Trägersignalverstärker-Vorspannungseingangssignals und der Schritt zum Variieren des Peaking-Verstärker-Vorspannungseingangssignals derart ausgeführt werden, dass das Trägersignalverstärker-Vorspannungseingangssignal abnimmt, sowie das Peaking-Verstärker-Vorspannungseingangssignal zunimmt.
Verfahren gemäß Anspruch 8, das weiterhin zumindest einen der folgenden Schritte aufweist: den Schritt zum Einhüllenden-Detektierens des RF-Eingangssignals, um die Größe des RF-Eingangssignals; den Schritt zum Bestimmen der Größe des RF-Eingangssignals aus einem Strom, der durch den Trägersignalverstärker aufgenommen wird.