TWI538389B - 功率放大器線性化回授方法和系統 - Google Patents

Description

功率放大器線性化回授方法和系統

本發明係針對用以增進功率放大器(power amplifier)之線性的方法及系統，其藉由消除或降低功率放大器所產生的非線性成分(例如，IM3、IM5、IM7、IM9、等等)和其他無用的頻譜成分或是沿一信號傳送器之傳送路徑上的該等成分而達成。

相關申請案之交互參照

本專利申請案主張西元2010年2月1日提出申請、標題為”System and Method for Cancellation-Based Pre-Distortion Power Amplifier Linearization”的美國臨時專利申請案第61/300,328號之優先權。本專利申請案也主張西元2010年5月6日提出申請、標題為”Power Amplifier Linearization Feedback Method and System”的美國臨時專利申請案第61/332,038號之優先權。本專利申請案也主張西元2010年8月20日提出申請、標題為”Methods and Systems for Noise and Interference Cancellation”的美國臨時專利申請案第61/375,491號之優先權。以上所述每一個優先權申請案的整體內容在此併入作為參考。

當一功率放大器調整一輸入信號之振幅時，其可以將諸如交互調變項IM3、IM5等非線性交互調變項引入輸出信號。此等交互調變項可能藉由減少ACPR及/或造成功率放 大器電力消耗上的增加而降低功率放大器之效能。

本說明書所述之示範性實施例可以支援針對交互調變項(intermodulation product)、干擾、電磁干擾("EMI")、雜訊、或其他無用頻譜成分之消除、修正、處理、或補償。由於線性之增進，鄰近頻道功率比(Adjacent Channel Power Ratio；"ACPR")、輸出功率、及/或功率放大器之電力消耗均得以改善。功率放大器之效率從而增加。

以下參見圖式，在所有圖式之中類似的數字編號代表類似的(但不一定完全相同的)構件，詳細說明本發明的示範性實施例。圖1係一方塊圖，依據特定示範性實施例描繪一系統100，其具有一線性化電路(linearizer)101，用以增進一功率放大器105之線性。該用於示範的線性化電路101藉由消除或降低功率放大器105輸出信號中的非線性成分之振幅而增進功率放大器105之線性。參見圖1，功率放大器105沿一傳送器103之傳送路徑199配置，以接收和放大傳送器103所傳送的信號161。在此示範性實施例之中，傳送器103傳送之信號161在射頻("RF")頻帶中具有基頻(fundamental tones)F0。然而，線性化電路101並不受限於RF頻帶，而是亦可以用以增進其他頻帶(例如，中頻(intermediate frequency))或應用(例如，有線電視放大器、 測試設備，諸如自動化測試設備(automatic test equipment；"ATE")以及產生器(generator))中的信號之線性。

功率放大器105調整傳送器103所傳送的信號161之振幅並輸出一振幅經過調整之信號162。如進一步詳述於下者，線性化電路101藉由處理來自功率放大器105之輸出信號162的取樣以產生一施加至輸入信號161中的補償信號而增進功率放大器105之線性。在特定的示範性實施例之中，功率放大器105包含一單級放大器而線性化電路101處理來自該單級放大器之輸出信號162的取樣。在另外的特定示範性實施例之中，功率放大器包含一多級放大器而線性化電路處理來自該多級放大器的最後一級放大器之輸出信號162的取樣。

當一功率放大器105調整一輸入信號161之振幅時，其可以如圖所示地將諸如交互調變項IM3、IM5等非線性交互調變項引入輸出信號162。此等交互調變項可能藉由減少ACPR及/或造成功率放大器105電力消耗上的增加而降低功率放大器105之效能。示範性線性化電路101藉由在功率放大器105的輸入前端施加一補償信號至輸入信號161而降低、抑制、移除、或者補償該等交互調變項。

示範性線性化電路101包含一具有一第一信號消除器(signal canceller)131之內迴路以及一具有一第二信號消除器132之外迴路。在特定的示範性實施例之中，信號消除器131、132中之一或二者包含多個個別的消除器(例如，配置為並聯之形式)以增加交互調變項之補償頻寬。在特定的 示範性實施例之中，信號消除器131、132包含雜訊消除器，諸如一RF雜訊消除器。

除了信號消除器131之外，內迴路包含二耦合器(coupler)111、113(其中之一或二者可以是具方向性的)以及二衰減器(attenuator)121、122。耦合器111取得輸入信號161之取樣並透過衰減器121提供此等經過取樣的輸入信號至信號消除器131。耦合器113取得輸出信號162之取樣並透過衰減器122提供此等經過取樣的輸出信號至信號消除器131。衰減器121、122係選擇性之裝置，用以將取樣信號之振幅或功率降低至適合信號消除器131、132之水平。衰減器121、122使得線性化電路101可以運用於各種不同功率位準之信號，而不會限制線性化之效能或損傷信號消除器131、132。

內迴路中的信號消除器自接收自耦合器113的取樣輸出信號減去接收自耦合器111的取樣輸入信號而產生一輸出信號163。因此，輸出信號163之基頻F0成分之振幅相對於功率放大器105輸出的信號162有所縮減，而交互調變成分(例如，IM3、IM5、等等)之振幅大致維持不變或者類似信號162(減去任何發生於功率放大器105之輸出和可變衰減器122之輸出之間的振幅減損)。

在特定的示範性實施例之中，信號163之基頻F0成分被信號消除器131完全消除。在另外的特定實施例之中，輸出信號163之基頻F0成分的振幅被縮減至一與信號163之一或多個交互調變項近似的位準。舉例而言，如例示於 圖1中的示範性輸出信號163所示，該基頻F0成分具有一與第三階交互調變項IM3類似的振幅。

信號消除器131連接至一控制器150，其調整信號消除器131之設定。在特定的示範性實施例中，信號消除器131包含一I/Q調變器，而控制器150調整該I/Q調變器的同相("I值")和正交("Q值")設定。信號消除器131依據控制器150所指定的設定，相對於信號161之取樣，調整信號162之取樣中之一或多個成分的振幅、相位、以及延遲中的至少一項。藉由執行此等調整，控制器150調整信號163中基頻F0的振幅降低量。將基頻F0的功率位準降低至一近似交互調變項之位準放寬一功率偵測器140之組件和信號消除器132的動態範圍規格，同時亦使信號免於雜訊比例問題或複雜調變(例如，64 QAM)的其他問題。

在特定的示範性實施例中，信號消除器131在自接收自耦合器113的取樣輸出信號減去取樣輸入信號之前，先調整接收自耦合器111的取樣輸入信號的相位、振幅、及延遲中的一或多個項目。控制器150(或者信號消除器131)可以監測取樣輸入信號的基頻成分中的振幅及相位以及取樣輸出信號的基頻成分中的振幅及相位，並依據這些參數調整取樣輸入信號的相位、振幅、及延遲中的一或多個項目。信號消除器131可以調整取樣輸入信號的相位、振幅、及延遲中的一或多個項目(例如，透過控制器150調控的設定)，使得上述的相減運算期間，取樣輸入信號的基頻成分相對於取樣輸出信號的基頻成分其相位大約相差180°。信 號消除器131亦可以調整取樣輸入信號的相位、振幅、及延遲中的一或多個項目(例如，透過控制器150調控的設定)，使得上述的相減運算期間，取樣輸入信號的基頻成分與取樣輸出信號的基頻成分其強度大致相等。

信號消除器131輸出的信號163被傳送至線性化電路101的外迴路。除了信號消除器132之外，外迴路包含一選擇性的驅動器146和一耦合器112(其可以是具方向性的)。外迴路的組件調整接收自信號消除器131的信號163中的交互調變項之振幅及相位(以及，選擇性地，延遲)以產生一補償信號，當此補償信號施加至功率放大器105的輸入信號161之時，功率放大器105所產生的交互調變項之振幅將在功率放大器105的輸出端處被消除或降低。功率放大器105的輸出從而展現出更佳的線性。

信號消除器132可以包含一I/Q調變器，用以依據接收自控制器150的設定，調整信號163之成分的振幅、相位、以及延遲中的至少一項。舉例而言，控制器150可以調整I/Q調變器的I值和Q值設定。外迴圈的驅動器146係一選擇性的組件，其可以被納入此示範性線性化電路101以在補償信號被施加至功率放大器105的輸入端之前進一步調整該補償信號之振幅。在特定的示範性實施例之中，驅動器146包含一比功率放大器105本身線性更差的放大器。線性化電路101所產生的補償信號經由耦合器112被施加至功率放大器105之輸入端。

線性化電路101之功率偵測器140透過一開關145或 中繼器連接至信號消除器131的輸入端及輸出端。功率偵測器140，其將配合圖2進一步說明於後，可被組構成用以量測一信號之整體功率位準(例如，位於信號消除器131輸入端處之信號或者是位於信號消除器131輸出端處的信號163)或用以量測一特定頻帶之功率位準。換言之，功率偵測器140係頻率選擇性的。在一實例中，功率偵測器140被組構成用以量測存在於信號163中的基頻F0之功率位準。在另一實例中，功率偵測器140被組構成用以量測一或多階交互調變項的功率位準(例如，第三階及/或第五階)。功率偵測器140通信耦接至控制器150以接收來自控制器150之組態設定並對控制器150提供功率位準量測。

控制器150可以被實施成處理器、微處理器(microprocessor)、微控制器(microcontroller)、電腦、狀態機(state machine)、可程式裝置、或其他適當技術之形式。控制器150執行一校準演算法(圖4)以及一或多個額外演算法以調整線性化電路101的某些設定(例如，信號消除器131、132之I值和Q值)以增進在功率放大器105輸出處非線性成分之消除或降低。在演算法執行期間，控制器150監測接收自功率偵測器140的功率量測以決定對於信號消除器131、132的較佳設定。在本說明書的特定示範性實施例中控制器150可以實施的示範性演算法揭示於編號13/014,681的美國專利申請案[代理人案號07982.105115]，標題為"Methods and Systems for Noise and Interference Cancellation(用於雜訊及干擾消除的方法與系統)"，其與本 申請案同時提申。與本申請案同時提申，標題為"Methods and Systems for Noise and Interference Cancellation"的編號13/014,681之美國專利申請案[代理人案號07982.105115]的整體內容以參照的方式併入本文。控制器150所執行的演算法可以包含以下的一或多項：一二進位修正演算法(binary correction algorithm；"BCA")、一快速二進位演算法(fast binary algorithm；"FBA")、一最少步驟演算法(minstep algorithm；"MSA")、一盲目出擊演算法(blind shot algorithm；"BSA")、一雙重斜率演算法(dual slope algorithm；"DSA")以及一追蹤及搜尋演算法，其描述於與本申請案同時提申，標題為"Methods and Systems for Noise and Interference Cancellation"的編號13/014,681之美國專利申請案[代理人案號07982.105115]之中。在任一前述演算法的執行之中，控制器150可以使用接收自功率偵測器140的一或多個功率量測做為一回授值以找出信號消除器131、132的較佳設定。

圖2係一功能方塊圖，其依據特定示範性實施例，進一步詳細描繪線性化電路101的某些組件。特別是，圖2繪出耦合器113、衰減器122、信號消除器131、開關145、以及功率偵測器140的某些示範性組件。參見圖2，功率偵測器140透過開關145連接至一通往信號消除器131之輸入端的信號路徑以及一延伸自信號消除器131之輸出端的信號路徑。如上參照圖1之簡要說明，功率偵測器140可以量測整體的功率位準或位於信號消除器131輸入端及輸 出端處的信號的一或多個交互調變項和基頻F0的功率位準。在特定的示範性實施例之中，控制器150利用一控制信號操控開關145以在一位於信號消除器131輸入端處的功率量測和一位於信號消除器131輸出端處的功率量測之間切換。在另外的特定實施例之中，開關145係一受一使用者操控的手動開關。

示範性功率偵測器140包含一可調式主動濾波器(tunable active filter)141、一PLL+Mixer+LPF 142、一峰值偵測器(peak detector)143、一類比至數位轉換器("A/D轉換器")144、以及一旁通(bypass)148。控制器150透過一開關147在可調式主動濾波器141、PLL+Mixer+LPF 142、和旁通148之間做出選擇。在另外的示範性實施例之中，可以省略組件141、142、148中的一或多個。在一實例中，功率偵測器140僅包含可調主動式濾波器141、或PLL+Mixer+LPF 142、或旁通148。上述之旁通148允許功率偵測器140量測一信號的整體功率，未經過可調式主動濾波器141或PLL+Mixer+LPF 142的濾波動作。

可調式主動濾波器141對一信號中所包含的一或多個交互調變項及/或基頻F0進行帶通濾波(band-pass filtering)，並將此等交互調變項及/或基頻F0輸出至峰值偵測器143。在特定的示範性實施例之中，被可調式主動濾波器141傳送至峰值偵測器143的信號之成分被控制器150依據圖4所示之一方法400進行選擇。此可調式主動濾波器141允許控制器150特定地監測所選擇的自信號162消 除的交互調變項或基頻F0的功率位準。此使得控制器150能夠修改信號消除器131及/或信號消除器132之設定，以促進交互調變項或基頻F0之消除。此特徵在基頻F0抵達一近似交互調變項的功率位準時有所作用。在特定的示範性實施例之中，可調式主動濾波器141包含一與編號12/413,454之美國專利申請案中所述的可調式主動濾波器類似或大致相同之可調式主動濾波器，，該案提申於2009年三月27日，標題為"Filter Shaping Using a Signal-Cancellation Function(利用信號消除功能進行濾波器塑形)"。編號12/413,454之美國專利申請案之完整揭示以參照之形式納入本說明書。

上述PLL+Mixer+LPF 142包含一鎖相迴路(phase-locked loop；"PLL")、一混合器(mixer)、以及一低通濾波器(low pass filter；"LPF")。PLL+Mixer+LPF 142套用一向下轉換及一頻道選擇濾波器以將一信號之一特定交互調變項(或基頻F0)傳送至峰值偵測器143。與可調式主動濾波器141類似，被傳送至峰值偵測器143之一信號之特定頻率可以被控制器150依據圖4所示之方法400進行選擇。

峰值偵測器143連接至可調式主動濾波器141及PLL+Mixer+LPF 142之輸出以量測經過濾波之信號之功率位準。若開關147被定位於使得旁通產生作用之位置，則信號未經頻率濾波即傳送至峰值偵測器143。此使得峰值偵測器143能夠量測信號的整體功率位準。峰值偵測器143量測信號之功率位準並提供該量測之功率位準至A/D轉換 器144。A/D轉換器144將功率量測轉換成一數位格式並將該功率量測之數位形式提供予控制器150。

控制器150使用接收自功率偵測器140的功率量測以及圖4所示之方法400產生一補償信號，當該補償信號被施加至功率放大器105的輸入端之時，使得存在於來自功率放大器105的輸出信號162上的交互調變項得以被降低或消除。控制器150可以反覆地執行方法400多次，直到達到一預定的線性水準為止。在特定的示範性實施例之中，此位於功率放大器105輸出處之補償信號包含一具有交互調變項之信號，其振幅接近或等於功率放大器105所產生者，且相對於信號162相位偏移180°。

在特定的示範性實施例之中，示範性線性化電路101運用取樣路徑(例如，耦合器111、113)及消除路徑(例如，信號消除器131、132)二者之延遲補償進行消除頻寬之最大化，以涵蓋各種通信標準下之傳送器的完整頻率範圍。

圖3係一功能方塊圖，其依據特定示範性實施例，描繪圖1之線性化電路101的某些組件。參見圖3，控制器150通信耦接至每一信號消除器131、132。控制器150可以對每一信號消除器131和132提供I值和Q值設定以消除或降低位於功率放大器105輸出處的交互調變項之強度。如以下參照圖4A及4B所進一步詳述，控制器150使用接收自功率偵測器140的功率量測依據一演算法(例如，BCA、FBA、MSA、BSA、DSA、或追蹤及搜尋)調整信號消除器131、132之設定。該演算法可以被儲存於位於控制器 150處之記憶體中，或者是被儲存於控制器150可以存取之一外部記憶體裝置170之中(例如，RAM、ROM、或快閃記憶體、等等)。在特定的示範性實施例之中，該外部記憶體170同時亦儲存信號消除器131、132之現有或較佳(例如，溫度及頻帶相關)設定。

控制器150同時亦通信耦接至可調式主動濾波器141、PLL+Mixer+LPF 142、開關147、峰值偵測器143、以及開關145。控制器150提供一致能信號至可調式主動濾波器141、PLL+Mixer+LPF 142、以及峰值偵測器143中的每一個。控制器150同時亦提供一頻道選擇信號至可調式主動濾波器141及PLL+Mixer+LPF 142以選擇其功率應被量測之頻率或頻帶(例如，F0、IM3、IM5、等等)。同樣地，控制器操控開關147以選擇信號所採用通往峰值偵測器143之路徑。此外，控制器150操控開關145以在位於消除器131輸入端處的信號和位於信號消除器131輸出端處的信號163之功率量測之間切換。

在此示範性實施例之中，控制器150連接至一溫度感測器175，其量測線性化電路101或其附近之溫度。其可以在一或多個演算法執行期間使用此溫度量測以增進功率放大器105之線性化。

在特定的示範性實施例之中，控制器150亦與外部裝置進行通信以接收控制指令，諸如一致能功率偵測器140之組件的指令或一選擇可調式主動濾波器141或PLL+Mixer+LPF 142之一特定頻道之指令。控制器150亦 提供一介面予使用者以監測信號162及163並在控制器150調整設定，諸如一演算法(例如，BCA、FBA、MSA、BSA、DSA、或追蹤及搜尋)之設定或是信號消除器131、132之設定。該使用者介面同時亦允許一使用者致能功率偵測器140之組件或選擇可調式主動濾波器141或PLL+Mixer+LPF 142之頻道。

圖4係一流程圖，其依據特定示範性實施例，描繪一種用以校準圖1之線性化電路101的方法400。參見圖1、圖2及圖4，在區塊405之中，功率被提供至功率放大器105及傳送器103。傳送器103被設定以提供一具有基頻F0之RF信號。

在區塊410之中，控制器150啟動線性化電路101之內迴路中的信號消除器131並提供初始設定(例如，初始I值及Q值)至信號消除器131以維持最小的正向增益(forward gain)。

在區塊415之中，控制器150操控開關145以將功率偵測器140之輸入端連接至信號消除器131之輸出端。控制器150亦致能可調式主動濾波器141或PLL+Mixer+LPF 142的其中之一並對其提供一頻道選擇以量測位於信號消除器131輸出端處之信號163之基頻F0之功率位準。控制器150亦致能峰值功率偵測器143以量測自所選的濾波器141或142傳送過來的信號的功率位準。控制器150透過A/D轉換器144自峰值偵測器143接收此功率量測並將該量測儲存為P0於記憶體之中。

在區塊420之中，控制器150依據一演算法(例如，BCA、FBA、MSA、BSA、DSA、或追蹤及搜尋)針對不同的相位及/或增益調整信號消除器131之I值和Q值以降低信號163之基頻F0之功率位準。在區塊425之中，控制器150自峰值偵測器143接收信號163之基頻F0之一更新功率量測並將此更新功率量測儲存為P1。

在區塊430之中，控制器150決定P0和P1之間的差異並將此差異與一門檻值比較以判定信號163在基頻F0之功率位準是否已充分地降低。在一實例中，該門檻值被設定於30dB。若介於P0和P1之差異超過此門檻值，則方法400前進至區塊435。否則，方法400返回區塊420，而控制器150依據該演算法(例如，BCA、FBA、MSA、BSA、DSA、或追蹤及搜尋)繼續調整信號消除器131之I值和Q值，直到抵達或超過上述之門檻值為止，例如，藉由將所估算出的差異值做為執行該演算法之回授數值。或者，一類似之演算法可以改變消除器131之I值中的所有位元(在I值和Q值以數位字元組之形式傳送至信號消除器131、132的實施例之中)和Q值中的所有位元，以在前進至區塊435之前收歛於一基頻F0之最大或較佳之消除或降低(針對有可能的I值和Q值)。

在區塊435之中，控制器150啟動線性化電路101之外迴路中的信號消除器132並提供初始設定(例如，初始I值及Q值)至信號消除器132以維持最小的正向增益。在區塊440之中，控制器150啟動驅動器146。

在區塊445之中，控制器150操控開關145以將功率偵測器140之輸入連接至信號消除器131之輸入。控制器150亦致能可調式主動濾波器141或PLL+Mixer+LPF 142的其中之一以量測位於信號消除器131輸入處之功率位準，其透過開關145連接至衰減器122之輸出。。控制器150提供一或多個頻道選擇至所選擇的濾波器141或142。舉例而言，控制器150可以先致能可調式主動濾波器141並選擇頻道F0以供量測。而後，控制器150可以選擇交互調變項IM3和IM5以供可調式主動濾波器141進行量測。控制器150從而分別將F0、IM3、及IM5之頻道功率量測儲存為A0、A3、及A5。雖然在此實例之中其僅量測三個交互調變項的功率位準，但其基本上可以量測任意數目交互調變項的功率位準。

在區塊450之中，控制器150依據該演算法(例如，BCA、FBA、MSA、BSA、DSA、或追蹤及搜尋)針對不同的相位及/或增益調整信號消除器132之I值和Q值以降低功率放大器105之輸出信號之每一交互調變項之功率位準。在區塊455之中，控制器150自功率偵測器140接收一位於信號消除器131輸入處的基頻F0及交互調變項之頻率的更新功率量測，並將此等更新功率量測分別儲存為A0'、A3'、及A5'。

在區塊460之中，控制器150比較基頻F0處之功率(A0值)和一或多個交互調變項的每一個處的功率(Axy值)間的差異，以判定每一個該等差異是否超過一門檻值，從而達 成一預定之線性化。在特定的示範性實施例之中，該門檻值對於特定的交互調變項係設定於45dB，諸如第三階交互調變項IM3。若每一(或某些)差異超過此門檻值，則方法400結束。否則，方法400返回區塊450，而控制器150繼續執行該演算法(例如，BCA、FBA、MSA、BSA、DSA、或追蹤及搜尋)以調整信號消除器132之I值和Q值，直到抵達預定之線性化水準為止，例如，藉由將所估算出的差異值做為執行該演算法之回授數值。此外，其可以使用如先前段落所述之一類似演算法，例如藉由改變消除器132之I值中的所有位元和Q值中的所有位元，以收歛於一最大或較佳之消除，基本上免於必需定義一特別的門檻值。更確切言之，控制器150可以重複區塊450-460直到抵達或超過一個可接受的消除程度為止。

圖5係依據特定示範性實施例之一系統500之一功能方塊圖，其具有一線性化電路501，用以增進一功率放大器105之線性。該用於示範的線性化電路501藉由消除或降低功率放大器105輸出信號中的非線性成分之振幅而增進功率放大器105之線性。線性化電路501係例示於圖1且描述如上的線性化電路101之一替代性實施例。參見圖5，系統500包含許多與例示於圖1之系統100中的相同構件。特別是，系統500包含功率放大器105以及用以消除或降低功率放大器105所產生的交互調變項之線性化電路501。線性化電路501包含耦合器111-113、信號消除器131、131、一功率偵測器140、一開關145以及一控制器150，其各自 均可以相同於或大致近似於例示於圖1之線性化電路101中的對應構件。然而，示範性系統500同時亦包含頻率轉換功能。

在此示範性實施例之中，一傳送器503沿一傳送路徑599傳送一信號561(例如，透過一正交調變器(quadrature modulator))。傳送之信號561主要包含基頻F0i。標示"i"表示基頻F0i之頻率係位於一中頻("IF")。信號561自傳送器501傳送至一混合器505，其藉由將信號561與一本地端振盪器信號混合而產生信號562以轉換信號561之頻率。頻率經過轉換之信號562包含位於一載波頻率(carrier frequency)而非IF之基頻F0r。標示"r"表示基頻F0r之頻率係位於RF或是位於任一其他載波頻率。頻率經過轉換之信號562被傳送至功率放大器105以進行放大。此放大通常會在功率放大器輸出信號563之中造成交互調變項(例如，IM3、IM5、IM7、等等)或其他非線性成分。

示範性系統500同時亦包含一選擇性的影像濾除器(image reject filter)515配置於混合器505和功率放大器105之間。此影像濾除器515去除混合器505所產生的影像成分。

耦合器111(其可以是方向性的)在傳送器503的輸出端處對基頻F0i進行取樣並提供此取樣輸入信號至一可變衰減器521。可變衰減器521衰減取樣輸入信號並提供該衰減信號至信號消除器131。可變衰減器521係一選擇性之裝置，用以將取樣信號之振幅或功率調整至適合信號消除器 131之位準。

耦合器113對功率放大器105所輸出且具有基頻F0r及交互調變項(例如，IM3r、IM5r、等等)之信號563在功率放大器105的輸出端處進行取樣。此取樣輸出信號被傳送至一可變衰減器523，其衰減取樣輸出信號並提供該衰減輸出信號至混合器510。類似可變衰減器521，衰減器523係一選擇性之裝置，用以將取樣輸出信號之振幅或功率調整至一適合信號消除器131之位準。

混合器510藉由將衰減輸出信號與一本地端振盪器信號混合而產生信號564，以將衰減輸出信號之頻率轉換回中頻(例如，F0i、IM3i、和IM5i、等等)。在此示範性實施例之中，信號564被傳送至一選擇性濾波器520，其移除信號564中的任何本地端振盪器漏損。信號564接著被傳送至一選擇性可變衰減器522，其在將衰減信號564送至消除器131之前，先衰減信號564。

消除器131自信號564減去接收自耦合器111的取樣輸入信號而產生信號565。因此，信號565之F0i成分之振幅相對於功率放大器105輸出的信號563有所縮減，而交互調變成分之振幅大致維持不變或者類似信號563(減去介於功率放大器105的輸出和可變衰減器522的輸出之間的減損總和)。在特定的示範性實施例之中，信號565之基頻F0i成分被信號消除器131完全消除。在另外的特定實施例之中，輸出信號565之基頻F0i成分的振幅被縮減至一與信號565之一或多個交互調變項相仿的位準。舉例而言，如 同示範性信號565中所顯示，基頻F0i具有近似於第三階交互調變項IM3i之振幅。

信號565，其包含交互調變項(例如，IM3i、IM5i、等等)以及縮減之基頻F0i，被傳送至信號消除器132。信號消除器132調整信號565之增益、相位、及延遲中的至少一項，並將經過調整的信號傳送至一可變增益放大器(variable gain amplifier；"VGA")545。該VGA 545進一步調整信號565之增益。此經過調整的信號，一補償信號，透過耦合器112被施加至主要信號路徑。該補償信號之頻率被混合器505轉換成載波頻率(例如，將IM3i、IM5i、等等，轉換成IM3r、IM5r、等等)，並被傳送至功率放大器105以進行放大。此由功率放大器105輸出之經過放大及頻率轉換之補償信號消除或降低功率放大器105所產生的交互調變項之振幅。控制器150監測信號565以判定交互調變項被該補償信號降低的程度，並調整設定(例如，消除器131及132之I值和Q值)以控制如上參照圖4A及4B所述之降低及/或消除。

前述之混合器505，一個基本上在不使用線性化方法時存在原始信號路徑中之裝置，被線性化電路501重予利用以將補償信號向上轉換成RF，非線性產生於該處而同時亦被消除或抑制。然而，若中頻不適合於信號消除器131、131，除了將位於濾波器515後方的二耦合器111、112直接移至PA輸入端之外，其可以將另一混合器插入介於耦合器111和信號消除器131之間的路徑之中，且將一第二混 合器插入介於耦合器和信號消除器132的輸出端之間的路徑之中。該二混合器之LO頻率與混合器510相同，而可以就所有區塊之便利考量而加以選用。在此示範性系統之中，該線性化方法與原始信號路徑中出現的任何頻率完全無關，且在該線性化方法運作頻率的例如20倍處產生交互調變項之PA得以改善。

圖6係一功能方塊圖，描繪一依據特定示範性實施例之系統600，其具有一線性化電路601，用以增進一功率放大器105之線性。線性化電路601係例示於圖1且描述如上的線性化電路101之又另一替代性實施例。參見圖6，系統600包含線性化電路601，相對於線性化電路101，其提供一替代性的校準流程。特別是，線性化電路601包含一混合器605、一帶通濾波器621和一低通濾波器622配置於信號消除器131及132以及一峰值偵測器143之間。

混合器605之一輸入端連接至消除器131之輸出，其與消除器132之輸入端共同分擔交互調變項及基頻F0(被消除者)。混合器605的另一輸入端連接至耦合器111，其與消除器131共同分擔經過取樣之基頻F0。帶通濾波器621和低通濾波器622之輸入端透過一開關645連接至混合器605之輸出端。以類似之形式，濾波器621、622之輸出透過一開關646連接至峰值偵測器143。控制器150透過一控制信號操控該二開關645、646，如下所述。

在特定的示範性實施例之中，低通濾波器622具有之頻寬等於由傳送器103透過功率放大器105傳送的通信信 號之總頻寬"fc"(例如，通用行動通訊系統(Universal Mobile Telecommunications System)頻帶2100("UMTS2100")之中的直流("DC")到60MHz)。在特定的示範性實施例之中，帶通濾波器621之通帶頻率(pass-band frequency)係介於fc及2*fc之間(例如，在UMTS2100之中的60MHz至120MHz)，或者是介於2*fc及3*fc之間(例如，在UMTS2100之中的120MHz至180MHz)。

藉由將混合器605和濾波器621、622以此種形式配置，示範性線性化電路601之控制器150可以(透過峰值偵測器143以及A/D轉換器144)監測基頻F0之功率位準以調整內迴路，並量測交互調變項之功率位準以調整外迴路。其藉由將開關645設定成將混合器605之輸出連接至低通濾波器622之輸入，使線性化電路601開始其內迴路校準程序，此時外迴路處於無作用(處於關電模式)狀態或是一最小正向增益模式。其同時亦將開關646設定成使得低通濾波器622之輸出端連接至峰值偵測器143之輸入端。在此組態之中，峰值偵測器143之輸出表示基頻F0之功率位準。控制器150可以監測此功率位準並調整消除器131之設定(例如，I值及Q值)以消除或降低位於消除器131輸出端處之信號中的基頻F0之功率位準。

其藉由將開關645設定成將混合器605之輸出端連接至低通濾波器621之輸入端，使線性化電路601開始其外迴路校準程序，此時外迴路處於一正常運作模式，而消除器132據此主動調整消除器131輸出信號之增益及相位(以 及，選擇性地，延遲)以產生一補償信號。其同時亦將開關646設定成使得帶通濾波器621之輸出端連接至峰值偵測器143之輸入端。在此組態之中，峰值偵測器143之輸出表示交互調變項之功率位準。控制器150可以監測此功率位準並調整消除器132之設定(例如，I值及Q值)以消除或降低功率放大器105輸出之信號162中的交互調變項之功率位準。

在特定的示範性實施例之中，線性化電路601之內迴路和外迴路校準係與功率放大器實施於同一晶片之中，而可以在沒有功率放大器105可能位於其中的基地台或其他主機系統的涉入之下確保校準及量測的持續運作。

圖7係一功能方塊圖，描繪一依據特定示範性實施例之系統700，其具有一線性化電路701，用以增進一功率放大器105之線性。線性化電路701係例示於圖1且描述如上的線性化電路101之又另一替代性實施例。參見圖7，系統700包含線性化電路701，其與線性化電路101之差異在於在傳送路徑199之中採用一共用耦合器711以取代耦合器111、112。此共用耦合器711被使用於基頻F0取樣以及交互調變項回授。在此示範性實施例之中，具有交互調變項回授之消除器132所輸出之信號透過VGA 745及一耦合器712(此可以是具方向性的)耦接至耦合器711之路徑。在特定的示範性實施例之中，耦合器712之方向性大於可變衰減器721、消除器131、消除器132、VGA 745、以及耦合器712之耦合係數的總增益之和。此有助於確保迴路790 之穩定性。此共用耦合器實施例亦可以分別被使用於圖1、圖5、及圖6中所例示的線性化電路101、501、和601。

圖8係依據特定示範性實施例之一系統800之一功能方塊圖，其具有一線性化電路801，用以增進一功率放大器105之線性。線性化電路801係例示於圖6且描述如上的線性化電路601之一替代性實施例。參見圖8，示範性線性化電路801包含一額外之開關850通信耦接至控制器150。控制器150操控該開關以在一位於信號消除器131輸出端處的功率量測和一位於信號消除器131輸入端處的功率量測之間進行選擇。此開關850使得控制器150能夠監測功率放大器105之輸出端處的基頻F0及/或交互調變項之功率位準。有關線性化電路601的另一變化係方向性耦合器811取代方向性耦合器111，使得信號161之取樣將不再被消除器131及混合器605之輸入共用。此外，方向性耦合器812取代耦合器112同時亦使得回授補償信號不出現在消除器131之信號161的取樣之中。

圖9係一功能方塊圖，其描繪可以分別實施於圖1、5、6、7、及8中的系統100、500、600、700、及800之傳送路徑199。特別是，圖9描繪一正交調變器910、一前級驅動器(pre-driver)915、以及一傳送天線925耦接至一雙工器(duplexer)920。此圖係用以例示沿著傳送路徑199之額外位置，於該處可以取得由一傳送器傳送之一信號之基頻F0之一取樣。例如，其可以在位於正交調變器910輸入處的點955處、在位於前級驅動器915輸入處的點965處、或者是 位於功率放大器105輸入處的點975處取得基頻F0之取樣。此外，回授信號(例如，信號消除器132之輸出)可以被施加於955、965、或975任一點處。然而，回授點通常係位於基頻F0之取樣點的下行處，以避免振盪及交互調變項饋穿至消除器131之輸入端。利用點955可能需要額外之電路以將I值和Q值轉換成一針對信號消除器131之輸入的組合類比信號，及/或一組合類比信號轉換回位於信號消除器132之輸出處的I、Q資料。

上述之線性化電路可以是以晶片、晶粒、或IP之形式整合入任何種類之功率放大器。在特定的示範性實施例之中，該線性化電路係功能自足而獨立運作且可以利用如前所述之耦合器耦接至一功率放大器之輸入及輸出。在特定的示範性實施例之中，該等功能自足而獨立運作之線性化電路係組製於一或多個積體電路之中。

該等線性化電路可以利用一由一或多個演算法驅動的信號(例如，類比電壓或一數位控制信號)調整在一功率放大器之輸入處取樣之信號或在一功率放大器之輸出處取樣之信號的振幅、相位、及延遲的任意組合，使得該功率放大器輸出信號中的交互調變項對基頻F0之比例得以降低或被消除。在特定的示範性實施例之中，信號消除器採用無延遲的相位偏移。

該等線性化電路亦可以利用一由一或多個演算法驅動的信號(例如，類比電壓或一數位控制信號)調整在一功率放大器之輸入處取樣之信號或在一功率放大器之輸出處取樣 之信號的振幅、相位、及延遲的任意組合，使得該功率放大器輸出信號中的基頻F0對交互調變項之比例得以增加。

該等線性化電路同時亦可以選擇性地消除一功率放大器之輸出信號中特定的一或多對交互調變項(或降低其振幅)。舉例而言，該等線性化電路可以自功率放大器之輸出信號中消除或抑制二對交互調變項。

該等線性化電路同時亦可以消除(或降低)在耦合器111及113之間的信號路徑上所產生的雜訊或雜頻。該線性化電路501同時亦可以自功率放大器105輸出處的信號563消除存在於輸入信號562上的雜訊(例如，由混合器505所造成的)。該線性化電路101同時亦可以消除(或降低)在輸出信號162中由功率放大器105所產生的雜訊。

雖然上述每一示範性實施例之中均描繪有二個信號消除器，但其亦可以在線性化電路之中使用額外的信號消除器。例如，圖1的信號消除器131可以包含多個信號消除器以增加基頻F0之頻寬消除。以額外或替代之方式，圖1的信號消除器132可以包含多個信號消除器以增加交互調變項之頻寬消除。當採用多個並聯的信號消除器之時，可以由控制器150執行例示於編號13/014,681[代理人案號07982.105115]、標題為"Methods and Systems for Noise and Interference Cancellation"之與本申請案同時提申的美國專利申請案的圖29-31中的一或多個演算法，以決定每一信號消除器的較佳設定。

該等線性化電路同時亦可以包含及執行一或多個調整 演算法，使得線性化電路能夠找出信號消除器的較佳設定，而讓一功率放大器輸出處的基頻F0對交互調變項之比例得以增加。

該等線性化電路同時亦可以使用一調變頻譜做為一功率放大器之輸入信號。該調變頻譜可以具有在功率放大器輸出信號中提供一較大的基頻F0對交互調變項之比例之調變及/或編碼機制，如3GPP及/或4G行動通信標準中所規定。

本發明可以搭配執行上述方法及處理功能的電腦硬體及軟體使用。如熟習相關技術者所應理解，本說明書所述之系統、方法、以及程序可以被實施於一可程式電腦、電腦可執行軟體、或數位電路之中。軟體可以被儲存於電腦可讀取媒體之上。舉例而言，電腦可讀取媒體可以包含軟碟、RAM、ROM、硬碟、可移除式媒體、快閃記憶體、隨身碟記憶體、光學媒體、磁性光學媒體、CD-ROM、等等。數位電路可以包含積體電路、邏輯閘陣列、結構區塊邏輯、現場可程式邏輯閘陣列(field programmable gate arrays；"FPGA")等等。

雖然本發明係以特定實施例之形式詳述如上，但該等說明之目的係僅用於例示。因此，其應理解，本發明上述的許多特色僅係示範性質，除非特別指明，均並非本發明的必要或不可或缺之構件。除了上述之示範性實施例之揭示特色之外，相關領域之熟習者應能基於本揭示，在未脫離界定於以下申請專利範圍中的本發明之精神和範疇下， 達成各種不同之修改及對應之等效步驟，該等範疇應依據最寬廣之解讀以涵蓋此等修改及等效結構。

100‧‧‧系統

101‧‧‧線性化電路

103‧‧‧傳送器

105‧‧‧功率放大器

111‧‧‧耦合器

112‧‧‧耦合器

113‧‧‧耦合器

121‧‧‧衰減器

122‧‧‧衰減器

131‧‧‧信號消除器

132‧‧‧信號消除器

140‧‧‧功率偵測器

141‧‧‧可調式主動濾波器

142‧‧‧PLL+Mixer+LPF

143‧‧‧峰值偵測器

144‧‧‧類比至數位轉換器

145‧‧‧開關

146‧‧‧選擇性的驅動器

147‧‧‧開關

148‧‧‧旁通

150‧‧‧控制器

161‧‧‧輸入信號

162‧‧‧信號

163‧‧‧信號

170‧‧‧外部記憶體裝置

175‧‧‧溫度感測器

199‧‧‧傳送路徑

500‧‧‧系統

501‧‧‧線性化電路

503‧‧‧傳送器

505‧‧‧混合器

510‧‧‧混合器

515‧‧‧濾波器

520‧‧‧濾波器

521‧‧‧可變衰減器

522‧‧‧可變衰減器

523‧‧‧可變衰減器

545‧‧‧可變增益放大器

561‧‧‧信號

562‧‧‧頻率經過轉換之信號

563‧‧‧功率放大器輸出信號

564‧‧‧信號

565‧‧‧信號

599‧‧‧傳送路徑

600‧‧‧系統

601‧‧‧線性化電路

605‧‧‧混合器

621‧‧‧帶通濾波器

622‧‧‧低通濾波器

645‧‧‧開關

646‧‧‧開關

700‧‧‧系統

701‧‧‧線性化電路

711‧‧‧耦合器

712‧‧‧耦合器

721‧‧‧可變衰減器

722‧‧‧可變衰減器

745‧‧‧可變增益放大器

790‧‧‧迴路

800‧‧‧系統

801‧‧‧線性化電路

811‧‧‧耦合器

812‧‧‧耦合器

850‧‧‧開關

910‧‧‧正交調變器

915‧‧‧前級驅動器

920‧‧‧雙工器

925‧‧‧傳送天線

955‧‧‧點

965‧‧‧點

975‧‧‧點

圖1係依據特定示範性實施例之一系統之一功能方塊圖，該系統具有一線性化電路，用以增進一功率放大器之線性。

圖2係一功能方塊圖，其依據特定示範性實施例，描繪圖1之線性化電路的特定組件。

圖3係一功能方塊圖，其依據特定示範性實施例，描繪圖1之線性化電路的特定組件。

圖4A及4B，統稱圖4，係一邏輯流程圖，其依據特定示範性實施例，描繪一種用以校準圖1之線性化電路的方法。

圖5係依據特定示範性實施例之一系統之一功能方塊圖，該系統具有一線性化電路，用以增進一功率放大器之線性。

圖6係依據特定示範性實施例之一系統之一功能方塊圖，該系統具有一線性化電路，用以增進一功率放大器之線性。

圖7係依據特定示範性實施例之一系統之一功能方塊圖，該系統具有一線性化電路，用以增進一功率放大器之線性。

圖8係依據特定示範性實施例之一系統之一功能方塊 圖，該系統具有一線性化電路，用以增進一功率放大器之線性。

圖9係依據特定示範性實施例之一功率放大器之一傳送路徑之一功能方塊圖。

參照以上圖式，本發明的許多特色可以得到更佳的理解。該等圖式僅係例示本發明之示範性實施例，因此不應被視為對其範疇之限制，因為本發明可以容許有其他等效之實施例存在。顯示於圖式中的構件及特徵不必然成比例繪製，其可能加以強調以清楚例示本發明示範性實施例之原理。此外，某些尺寸可能被誇大以助於在視覺上傳達該等原理。圖式之中，類似的參考編號代表類似或對應的，但不一定完全相同之，構件。

100‧‧‧系統

101‧‧‧線性化電路

103‧‧‧傳送器

105‧‧‧功率放大器

111‧‧‧耦合器

112‧‧‧耦合器

113‧‧‧耦合器

121‧‧‧衰減器

122‧‧‧衰減器

131‧‧‧信號消除器

132‧‧‧信號消除器

140‧‧‧功率偵測器

145‧‧‧開關

146‧‧‧驅動器

150‧‧‧控制器

161‧‧‧輸入信號

162‧‧‧信號

163‧‧‧信號

199‧‧‧傳送路徑

Claims (25)

1. 一種用以增進功率放大器之線性的系統，包含：一第一輸入端，可用以耦接至該功率放大器之一輸入信號路徑以取得該功率放大器之一輸入信號之一第一取樣；一第二輸入端，可用以耦接至該功率放大器之一輸出信號路徑以取得該功率放大器之一輸出信號之一第二取樣，該輸出信號包含該功率放大器加諸於該輸出信號上之至少一非線性成分，該第二取樣包含對應至該至少一非線性成分之至少一取樣非線性成分；一輸出端，可用以耦接至該功率放大器之該輸入信號路徑，該輸出端係用以施加一線性增進信號至該輸入信號路徑；以及一線性化電路，電性耦接至該第一輸入端、該第二輸入端、和該輸出端，該線性化電路包含：一第一信號消除器，用於自該第一輸入端接收該第一取樣及自該第二輸入端接收該第二取樣，並自該第二取樣扣除該第一取樣以產生一包含該至少一取樣非線性成分之中介信號；以及一第二信號消除器，耦接於該第一信號消除器及該輸出端之間，該第二信號消除器可用以藉由調整該中介信號之該至少一取樣非線性成分之振幅、相位、和延遲中的至少一項而產生該線性增進信號，該線性增進信號可用以藉由被耦接至該輸入信號路徑並被該功率放大器放大而降低 該至少一非線性成分之一強度。
2. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該第一輸入端、該第二輸入端、和該輸出端各自均包含一耦合器。
3. 如申請專利範圍第1項所述之系統，更包含一第一衰減器，配置於該第一輸入端及該第一信號消除器之間，以及一第二衰減器，配置於該第二輸入端及該第一信號消除器之間。
4. 如申請專利範圍第1項所述之系統，更包含一放大器，配置於該第二信號消除器之輸出端及該輸出端之間。
5. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該第一取樣包含一調變信號成分且該第二取樣包含一振幅調整調變信號成分，且其中該第一消除器降低該振幅調整調變信號成分之強度並將該第二取樣之該至少一取樣非線性成分之強度大致維持不變以產生該中介信號。
6. 如申請專利範圍第1項所述之系統，更包含：一功率偵測器，用以量測該第一取樣之該調變信號成分之強度；以及一控制器，用以自該功率偵測器接收該強度量測及用以依據該強度量測調整該第一信號消除器之至少一設定。
7. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該第一信號消除器可用以在自該第二取樣扣除該第一取樣之前依據一同相設定及一正交設定調整該第一取樣的至少一成分之振幅、相位、和延遲中的至少一項。
8. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該第二信號 消除器可用以依據一同相設定及一正交設定調整該中介信號的該至少一取樣非線性成分之振幅、相位、和延遲中的至少一項。
9. 如申請專利範圍第1項所述之系統，更包含：一功率偵測器，用以量測該至少一取樣非線性成分之強度；以及一控制器，用以自該功率偵測器接收該強度量測及用以依據該強度量測調整該第二信號消除器之至少一設定。
10. 如申請專利範圍第1項所述之系統，更包含：一功率偵測器，包含一功率偵測器輸入端及一功率偵測器輸出端；一開關，包含：一第一開關輸入端，耦接至該第一信號消除器之一輸入端；一第二開關輸入端，耦接至該第一信號消除器之輸出端；一開關輸出端，耦接至該功率偵測器輸入端；以及一控制器，電性耦接至該開關且可用以組構該開關以將該第一開關輸入端耦接至該開關輸出端或將該第二開關輸入端耦接至該開關輸出端。
11. 如申請專利範圍第10項所述之系統，其中該功率偵測器包含：一峰值偵測器，用以量測一信號之一強度；以及一濾波器，配置於該功率偵測器輸入端及該峰值偵測 器之間。
12. 如申請專利範圍第1項所述之系統，更包含一頻率轉換混合器，配置於該第一輸入端及該第一信號消除器之間。
13. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該線性化電路係組製於一或多個積體電路之中。
14. 一種用以降低功率放大器加諸於其信號輸出上之非線性成分的方法，該方法包含：接收該功率放大器所輸出之一輸出信號之一第一取樣，該輸出信號包含該功率放大器加諸於該輸出信號上之至少一非線性成分，該第一取樣包含對應至該至少一非線性成分之至少一取樣非線性成分；決定該至少一取樣非線性成分之一強度位準；藉由依據該強度位準調整該至少一取樣非線性成分之相位、振幅、和延遲中的至少一項以產生一補償信號；將該補償信號施加至該功率放大器之一輸入端；以及藉由將該補償信號施加至該輸入端，降低該至少一非線性成分之振幅。
15. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中該至少一非線性成分包含該功率放大器加諸於該輸出信號上之一交互調變項。
16. 如申請專利範圍第14項所述之方法，更包含：接收一通往該功率放大器之輸入信號之一第二取樣；以及 藉由自該第一取樣減去該第二取樣而降低該第一取樣之一基頻成分之一強度位準。
17. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中該相位、振幅、和延遲中的至少一項被依據一同相設定和一正交設定被調整。
18. 如申請專利範圍第17項所述之方法，更包含執行一電腦程式，該電腦程式利用該強度位準做為一回授值以決定該同相設定及該正交設定。
19. 一種用以降低功率放大器之輸出信號之非線性成分的方法，該方法包含：(a)自通往該功率放大器之一輸入信號路徑取得一輸入信號之一第一取樣，該第一取樣包含一第一調變信號成分；(b)取得該功率放大器之一輸出信號之一第二取樣，該輸出信號包含該功率放大器加諸於該輸出信號上之至少一非線性成分，該第二取樣包含一第二調變信號成分以及至少一取樣非線性成分；(c)藉由自該第二取樣扣除該第一取樣而降低該第二取樣之該第二調變信號成分之振幅，以產生一中介信號；(d)決定該至少一取樣非線性成分之一強度位準；(e)藉由依據該強度位準調整該至少一取樣非線性成分之相位、振幅、和延遲中的至少一項以產生一補償信號；(f)將該補償信號施加至該輸入信號路徑；以及(g)藉由將該補償信號施加至該輸入信號路徑和放大 該補償信號之該功率放大器，以降低該至少一非線性成分之一強度位準。
20. 如申請專利範圍第19項所述之方法，更包含重複上述之步驟(a)至(g)複數次，以促進該至少一非線性成分之該強度位準之降低。
21. 如申請專利範圍第19項所述之方法，更包含轉換該第二取樣之一頻率。
22. 如申請專利範圍第19項所述之方法，更包含將該輸入信號之頻率及該輸出信號之頻率二者轉換成一類似之頻率。
23. 如申請專利範圍第19項所述之方法，其中該補償信號被施加至介於該第一取樣被取得之一位置和該功率放大器之一輸入端之間之該輸入信號路徑。
24. 如申請專利範圍第19項所述之方法，其中該相位、振幅、和延遲中的至少一項被依據一同相設定和一正交設定被調整。
25. 如申請專利範圍第19項所述之方法，更包含執行一電腦程式，該電腦程式利用該強度位準做為一回授值以決定該同相設定及該正交設定。