TWI739713B - 用於發射機的增益控制電路及相關方法 - Google Patents

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Abstract

一種增益控制電路，用於一發射機，該發射機經一數位放大器及一類比放大器和一功率放大器，該發射機用來根據一增益來放大一輸入訊號，以產生一輸出訊號。該增益控制電路包括一校正器，用來根據該發射機在一當前封包傳輸期間結束後的一過去時間，計算一校正功率。該增益控制電路根據該校正功率、該輸入訊號的一發射訊號強度指示和該發射機的一環境溫度，調整該增益。

Description

用於發射機的增益控制電路及相關方法
本揭露是關於一種增益控制電路及相關方法，特別是關於一種用於發射機的增益控制電路及相關方法。
在射頻(radio-frequency，RF)通訊系統的發射機(Transmitter)中，功率放大器(Power amplifier，PA)用來放大發射機產生的射頻訊號，再透過天線輻射射頻訊號，以實現無線通訊。然而，功率放大器的操作特性(例如線性度)會隨環境溫度而改變。因此，為了確保通訊品質，需使用增益控制電路來追蹤輸出功率據以調整發射機的增益，讓輸出功率和目標功率的差異達到最小化。
因此，如何提供一種增益控制電路及相關方法，讓發射機的輸出功率和目標功率的差異達到最小化，實乃本領域的課題之一。
為了解決上述問題，本揭露提供一種增益控制電路，用於一發射機。該發射機包括一數位放大器、一類比放大器及一功率放大器，該數位放大器、該類比放大器及該功率放大器用來根據一增益來放大一輸入訊號，以產生一輸出訊號。該增益控制電路包括一校正器、一加法器、一目標功率查找表、一比較器以及一自動增益控制器。該校正器用來根據該發射機在一當前封包傳輸期間結束後的一過去時間，計算一校正功率。該加法器連接該校正器，用來根據該校正功率、該輸入訊號的一發射訊號強度指示和該發射機的一環境溫度，計算一當前輸出功率。該目標功率查找表用來產生一下一筆輸出功率對應的一目標功率。該比較器連接該加法器和該目標功率查找表，用來比較該當前輸出功率和該目標功率，以計算一補償功率。該自動增益控制器連接該比較器和該功率放大器，用來根據該補償功率，調整該數位放大器、該類比放大器及該功率放大器的該增益。
本揭露另提供一種增益控制方法，用於一發射機的一數位放大器、一類比放大器及一功率放大器，該數位放大器、類比放大器及功率放大器用來根據一增益來放大一輸入訊號，以產生一輸出訊號。該增益控制方法包括根據該發射機在一當前封包傳輸期間結束後的一過去(elapsed)時間，計算一校正功率；根據該校正功率、該輸入訊號的一發射訊號強度指示和該發射機的一環境溫度，計算一當前輸出功率；比較該當前輸出功率和一下一筆輸出功率對應的一目標功率，計算一補償功率；以及根據該補償功率，調整該數位放大器、該類比放大器及該功率放大器的該增益。
本揭露的增益控制電路和相關方法在當前封包傳輸期間結束後的過去時間大於等於門檻值時，根據校正功率來調整數位放大器、類比放大器及功率放大器的增益，使得下一筆輸出功率不會被過度補償。因此，發射機的輸出功率和目標功率的差異可達到最小化。
下文係舉實施例配合所附圖式作詳細說明，但所描述的具體實施例僅用以解釋本案，並不用來限定本案，而結構操作之描述非用以限制其執行之順序，所產生具有均等功效的裝置，皆為本揭示內容所涵蓋的範圍。
第1圖為一發射機(Transmitter)1的功能方塊圖。發射機1包括一增益控制電路10、一數位放大器DA一類比放大器AA、一功率放大器PA以及一天線ANT。增益控制電路10包括一功率偵測器11、一類比-數位轉換器(Analog-to-digital converter，ADC)12、一環境溫度偵測器13、一加法器14、一目標功率查找表(Lookup table)16、一比較器17以及一自動增益控制器(Auto Gain Controller，AGC)18。
發射機1可用於一無線通訊裝置，例如一微波積體電路(Integrated circuit，IC)收發機(Transceiver)或微波收發機系統。發射機的一基頻電路(未繪於第1圖)用來產生一輸入訊號RFin，例如射頻訊號。於發射機1中，經過數位放大器DA、類比放大器AA及功率放大器PA根據一增益A[N]來放大輸入訊號RFin，以產生一輸出訊號RFout。天線ANT連接功率放大器PA，用來輻射輸出訊號RFout到空中。
於增益控制電路10中，功率偵測器11連接功率放大器PA的輸出端，用來根據輸出訊號RFout，產生一偵測功率TXDET。類比-數位轉換器12連接功率偵測器11，用來將類比形式的偵測功率TXDET轉換為一數位形式的發射訊號強度指示(Transmitter signal strength indication，TSSI)。環境溫度偵測器13用來偵測發射機1的一環境溫度TEMP。加法器14連接類比-數位轉換器12和環境溫度偵測器13，用來根據當前的發射訊號強度指示和環境溫度TEMP，計算一當前輸出功率P[N]。目標功率查找表16用來產生一下一筆輸出功率P[N+1]對應的一目標功率TG[N]。比較器17連接加法器14和目標功率查找表16，用來比較當前輸出功率P[N]和目標功率TG[N]，以計算一補償功率C[N]。自動增益控制器18連接比較器17和數位放大器DA、類比放大器AA及功率放大器PA，用來根據補償功率C[N]，計算增益A[N]。
簡單來說，增益控制電路10用來根據當前輸出訊號RFout的發射訊號強度指示、環境溫度TEMP來計算出當前輸出功率P[N]，接著再計算當前輸出功率P[N]和目標功率TG[N]的差值來計算補償功率C[N]，最後透過自動增益控制器18來調整數位放大器DA、類比放大器AA及功率放大器PA的增益A[N]。如此一來，增益控制電路10可實現自動功率追蹤(power tracking)據以調整數位放大器DA、類比放大器AA及功率放大器PA的增益A[N]，讓輸出訊號RFout的功率和目標功率TG[N]的差異達到最小化。
第2圖為第1圖的增益控制電路10的輸出功率對時間的示意圖。假設發射機1在任一封包傳輸期間TX的目標功率都是TG[N]，並且發射機1在任一封包接收期間RX的目標功率是低於目標功率TG[N]的值，但不限於此。於第2圖中，一當前封包傳輸期間TX[1]在一當前時間T[N]開始、一下一筆封包傳輸期間TX[2]在一下一筆時間T[N+1]開始，以及一下兩筆封包傳輸期間TX[3]在一下兩筆時間T[N+2]開始。然而，申請人注意到，當兩個連續的封包傳輸期間TX之間的時間差達到一門檻值TH時，放大器(即數位放大器DA、類比放大器AA及功率放大器PA中的至少一者)因為在一段時間內沒有輸出高功率而自行降溫，使得放大器的操作特性改變，導致增益控制電路10過度補償功率。反之，當兩個連續的封包傳輸期間TX之間的時間差t未達到門檻值TH時，放大器的溫度和操作特性相同或是幾乎未改變，則增益控制電路10可適當地補償功率。
具體而言，如第2圖所示，由於放大器在當前封包傳輸期間TX[1]結束之後停止輸出高功率的一過去(elapsed)時間t很長(意即當前封包傳輸期間TX[1]和下一筆封包傳輸期間TX[2]之間的時間差大於等於門檻值TH)，放大器的溫度下降並且操作特性改變；然而，增益控制電路10卻根據當前封包傳輸期間TX[1]的操作特性來補償功率，導致下一筆封包傳輸期間TX[2]的輸出功率被過度補償了一過量功率ΔP。另一方面，由於下一筆封包傳輸期間TX[2]和下兩筆封包傳輸期間TX[3] 之間的時間差很近(意即下一筆封包傳輸期間TX[2]和下兩筆封包傳輸期間TX[3]之間的時間差小於門檻值TH)，放大器的溫度和操作特性視為不變；增益控制電路10根據下一筆封包傳輸期間TX[2]的操作特性來補償功率，使得下兩筆封包傳輸期間TX[3]的輸出功率滿足目標功率TG[N]。
換一角度而言，雖然增益控制電路10可根據環境溫度TEMP來補償功率，但環境溫度TEMP不能反映數位放大器DA、類比放大器AA及功率放大器PA的溫度。此外，增益控制電路10利用當前輸出功率P[N]作為參考值來計算下一筆功率P[N+1]，但當前輸出功率P[N]可能和下一筆輸出功率差異太大。基於上述因素，增益控制電路10在特定情況下不能適當地補償功率。
第3圖為根據本揭露實施例一發射機3的功能方塊圖。發射機3包括一增益控制電路30、一基頻電路32、一數位放大器DA、一類比放大器AA及一功率放大器PA以及一天線ANT。增益控制電路30包括一功率偵測器11、一類比-數位轉換器12、一環境溫度偵測器13、一加法器14、一目標功率查找表16、一比較器17以及一自動增益控制器18，上述元件的詳細結構及操作可參考第1圖的增益控制電路10的說明，於此不贅述。
值得注意的是，相較於第1圖的增益控制電路10，第3圖的增益控制電路30更包括一校正器31，用來根據一校正訊號TC，產生一校正功率Q[N]到加法器14。因此，加法器14根據校正功率Q[N]、當前的發射訊號強度指示和環境溫度TEMP，計算當前輸出功率P[N]。於一實施例中，校正器31可以是時間對功率(或時間對效率)的一查找表。舉例來說，透過實驗測試，可得知數位放大器DA、類比放大器AA及功率放大器PA在封包接收期間(或閒置期間)的溫度、效率、線性度等特性對時間的曲線，藉此歸納校正功率Q[N]。如此一來，校正器31可根據封包接收期間(或閒置期間)的過去時間，產生校正功率Q[N]。
基頻電路32包括一處理器33以及一計時器34。處理器33連接數位放大器DA、類比放大器AA及功率放大器PA和計時器34，用來產生一輸入訊號RFin到數位放大器DA、類比放大器AA和功率放大器PA，以及一啟動訊號EN到計時器34。計時器34連接處理器33和校正器31，用來根據啟動訊號EN，產生校正訊號TC到校正器31。計時器34還用來產生封包接收期間(或閒置期間)的過去時間，以供校正器31讀取。
第4圖為根據本揭露實施例第3圖的功率放大器PA的輸出功率和基頻電路32的啟動訊號EN和校正訊號TC的訊號時序示意圖。於一實施例中，在一封包傳輸期間TX結束(或一封包接收期間RX開始)時，基頻電路32的處理器33設定啟動訊號EN為一第一邏輯狀態(例如，邏輯「1」)，使得計時器34從零開始計時；在下一封包傳輸期間TX開始(或該封包接收期間RX結束)時，基頻電路32的處理器33設定啟動訊號EN為一第二邏輯狀態(例如，邏輯「0」)，使得計時器34停止計時。於一實施例中，當計時器34判斷一過去時間t小於一門檻值TH時，計時器34設定校正訊號TC為第二邏輯狀態，因此校正器31不產生校正功率Q[N]；當計時器34判斷時間t大於等於門檻值TH時，計時器34設定校正訊號TC為第一邏輯狀態，使得校正器31產生校正功率Q[N]。
舉例來說，如第4圖所示，當一當前封包傳輸期間TX[1] 在一當前時間T[N]開始時，啟動訊號EN設定為邏輯「0」狀態，使得計時器34不計時。當當前封包傳輸期間TX[1]結束時，啟動訊號EN設定為邏輯「1」狀態，使得計時器34從零開始計時。當計時器34判斷時間t大於等於門檻值TH時，計時器34設定校正訊號TC為邏輯「1」狀態，使得校正器31產生校正功率Q[N]。舉例來說，當校正訊號TC為邏輯「1」狀態時，校正器31讀取計時器34的一過去時間，並查找對應該過去時間的校正功率Q[N]。當一下一筆封包傳輸期間TX[2]在一下一筆時間T[N+1]正要開始時，增益控制電路30的加法器14根據校正功率Q[N]來計算下一筆輸出功率P[N+1]，使得下一筆輸出功率P[N+1]不會被過度補償。接著，在下一筆封包傳輸期間TX[2]內，啟動訊號EN設定為邏輯「0」狀態，使得計時器34不計時。因此，在下一筆封包傳輸期間TX[2]內，由於計時器34的過去時間沒有改變，校正器31產生的校正功率Q[N]不變。直到下一筆封包傳輸期間TX[2]結束之後，校正訊號TC設定為邏輯「0」狀態，使得校正器31不產生校正功率Q[N]。
簡言之，於本揭露實施例中，當當前封包傳輸期間TX[1]結束後的過去時間t大於等於門檻值TH時，校正訊號TC設定為邏輯「1」狀態，使得校正器31產生校正功率Q[N]。因此，本揭露的增益控制電路30可根據校正功率Q[N]來計算下一筆輸出功率P[N+1]並調整增益A[N]，使得下一筆輸出功率P[N+1]不會被過度補償。相較於第2圖，第4圖在下一筆封包傳輸期間TX[2]的輸出功率減少了過量功率ΔP，以滿足目標功率TG[N]。
於一實施例中，校正器31和計時器34可由硬體電路或軟體程式來實現。當校正器31和計時器34是由軟體程式來實現時，本揭露的增益控制電路30可整合在任何現有的發射機，因此本揭露具有相容性和易於整合的優勢。
關於增益控制電路30的操作方式可歸納為一增益控制流程，如第5圖所示，增益控制流程包含以下步驟。
步驟51：判斷當前封包傳輸期間結束後的過去時間t是否大於等於門檻值TH。若是，進行步驟52；若否，進行步驟54。
步驟52：根據發射機在當前封包傳輸期間結束後的過去時間，產生校正功率。
步驟53：根據校正功率、發射訊號強度指示和環境溫度，計算當前輸出功率。進行步驟55。
步驟54：根據發射訊號強度指示和環境溫度，計算當前輸出功率。
步驟55：比較當前輸出功率和下一筆輸出功率對應的目標功率，計算補償功率。
步驟56：根據補償功率，調整增益。
關於增益控制流程的詳細操作，可參考第3圖和第4圖的說明，於此不贅述。於一實施例中，增益控制流程可編譯為一程式碼而儲存於發射機的記憶體中，用來指示基頻電路32和增益控制電路30來實現自動功率追蹤，據以調整數位放大器DA、類比放大器AA及功率放大器PA的增益A[N]。
綜上所述，本揭露的增益控制電路和流程在當前封包傳輸期間結束後的過去時間大於等於門檻值時，根據校正功率來調整增益，使得下一筆輸出功率不會被過度補償。因此，發射機的輸出功率和目標功率的差異可達到最小化。
雖然本案已以實施方式揭露如上，然其並非限定本案，任何熟習此技藝者，在不脫離本案之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本案之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
11:功率偵測器 12:類比-數位轉換器 13:環境溫度偵測器 14:加法器 16:目標功率查找表 17:比較器 18:自動增益控制器 1,3:發射機 10,30:增益控制電路 31:校正器 32:基頻電路 33:處理器 34:計時器 DA:數位放大器 AA:類比放大器 51～56:步驟 ANT:天線 EN:啟動訊號 PA:功率放大器 RFin:輸入訊號 RFout:輸出訊號 A[N]:增益 C[N]:補償功率 P[N]:當前輸出功率 P[N+1]:下一筆輸出功率 Q[N]:校正功率 t:過去時間 TC:校正訊號 TG[N]:目標功率 TSSI:發射訊號強度指示 TXDET:偵測功率 T[N]:當前時間 T[N+1]:下一筆時間 T[N+2]:下兩筆時間 TH:門檻值 TX:封包傳輸期間 TX[1]:當前封包傳輸期間 TX[2]:下一筆封包傳輸期間 TX[3]:下兩筆封包傳輸期間 RX:封包接收期間 ΔP:過量功率
為使本揭露之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下： 第1圖為一發射機的功能方塊圖。 第2圖為第1圖的功率放大器的輸出功率對時間的示意圖。 第3圖為根據本揭露實施例一發射機的功能方塊圖。 第4圖為根據本揭露實施例第3圖的功率放大器的輸出功率和基頻電路的啟動訊號和校正訊號的時序示意圖。 第5圖為根據本揭露實施例一增益控制流程的流程圖。
11:功率偵測器
12:類比-數位轉換器
13:環境溫度偵測器
14:加法器
16:目標功率查找表
17:比較器
18:自動增益控制器
DA:數位放大器
AA:類比放大器
3:發射機
30:增益控制電路
31:校正器
32:基頻電路
33:處理器
34:計時器
ANT:天線
EN:啟動訊號
PA:功率放大器
RFin:輸入訊號
RFout:輸出訊號
A[N]:增益
C[N]:補償功率
P[N]:當前輸出功率
P[N+1]:下一筆輸出功率
Q[N]:校正功率
TC:校正訊號
TEMP:環境溫度
TG[N]:目標功率
TSSI:發射訊號強度指示
TXDET:偵測功率

Claims (10)

  1. 一種增益控制電路，用於一發射機，該發射機包括一數位放大器、一類比放大器及一功率放大器，該數位放大器、該類比放大器及該功率放大器用來根據一增益來放大一輸入訊號，以產生一輸出訊號，該增益控制電路包括： 一校正器，用來根據該發射機在一當前封包傳輸期間結束後的一過去時間，產生一校正功率； 一加法器，連接該校正器，用來根據該校正功率、該輸入訊號的一發射訊號強度指示和該發射機的一環境溫度，計算一當前輸出功率； 一目標功率查找表，用來產生一下一筆輸出功率對應的一目標功率； 一比較器，連接該加法器和該目標功率查找表，用來比較該當前輸出功率和該目標功率，以計算一補償功率；以及 一自動增益控制器，連接該比較器和該功率放大器，用來根據該補償功率，調整該增益。
  2. 如請求項1所述的增益控制電路，進一步包括： 一功率偵測器，連接該功率放大器的一輸出端，用來根據該輸出訊號，產生一偵測功率； 一類比-數位轉換器，連接該功率偵測器，用來將該偵測功率轉換為該發射訊號強度指示；以及 一環境溫度偵測器，連接該加法器，用來偵測該環境溫度。
  3. 如請求項1所述的增益控制電路，其中該發射機包括一基頻電路，該基頻電路包括： 一處理器，連接該功率放大器的一輸入端，用來產生該輸入訊號到該數位放大器、該類比放大器及該功率放大器，以及產生一啟動訊號；以及 一計時器，連接該處理器和該校正器，用來根據該啟動訊號，產生一校正訊號到該校正器。
  4. 如請求項3所述的增益控制電路，其中 在該當前封包傳輸期間結束或一封包接收期間開始時，該處理器設定該啟動訊號為一第一邏輯狀態，使得該計時器從零開始計時；以及 在一下一筆封包傳輸期間開始或該封包接收期間結束時，該處理器設定該啟動訊號為一第二邏輯狀態，使得該計時器停止計時。
  5. 如請求項3所述的增益控制電路，其中， 當該當前封包傳輸期間結束後的該過去時間大於等於一門檻值時，該計時器設定該校正訊號為一第一邏輯狀態，使得該校正器產生該校正功率；以及 當該當前封包傳輸期間結束後的該過去時間小於該門檻值時，該計時器設定該校正訊號為一第二邏輯狀態，使得該校正器不產生該校正功率。
  6. 如請求項5所述的增益控制電路，其中，當該當前封包傳輸期間結束後的該過去時間大於等於該門檻值時，直到一下一筆封包傳輸期間結束，該計時器設定該校正訊號為該第二邏輯狀態，使得該校正器不產生該校正功率。
  7. 如請求項5所述的增益控制電路，其中，該校正訊號為該第一邏輯狀態時，該校正器讀取該計時器的該過去時間，並查找對應該過去時間的該校正功率。
  8. 如請求項1所述的增益控制電路，其中該發射機用於一無線通訊裝置，該無線通訊裝置是一微波積體電路收發機或一微波收發機系統。
  9. 如請求項1所述的增益控制電路，其中該發射機包括一天線，連接該功率放大器的該輸出端和該功率偵測器，用來輻射該輸出訊號到空中。
  10. 一種增益控制方法，用於一發射機的一數位放大器、一類比放大器及一功率放大器，該數位放大器、該類比放大器及該功率放大器用來根據一增益來放大一輸入訊號，以產生一輸出訊號，該增益控制方法包括： 根據該發射機在一當前封包傳輸期間結束後的一過去時間，產生一校正功率； 根據該校正功率、該輸入訊號的一發射訊號強度指示和該發射機的一環境溫度，計算一當前輸出功率； 比較該當前輸出功率和一下一筆輸出功率對應的一目標功率，計算一補償功率；以及 根據該補償功率，調整該數位放大器、該類比放大器及該功率放大器的該增益。
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