專利名稱：提高無(wú)線電頻率線性功率放大器性能的功率增升器的方法和裝置的制作方法
相關(guān)申請(qǐng)本申請(qǐng)要求2000年2月9日提出的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)No.60/181,345(代理人號(hào)No.004711.P001Z)以及2000年2月28日提出的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)No.60/185,311(代理人號(hào)No.004711.POO2Z)的權(quán)利。
領(lǐng)域本發(fā)明通常涉及功率放大器系統(tǒng)，特別是一種通過(guò)將互調(diào)失真減到最少而提高射頻功率放大器的線性性的方法和裝置。
當(dāng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字地基于例如碼分多址(CDMA)或者時(shí)分多址(TDMA)的調(diào)制格式的調(diào)制解調(diào)時(shí)，滿足這些發(fā)射屏蔽要求特別困難。使用上述調(diào)制需要非常線性的信號(hào)處理系統(tǒng)和部件來(lái)衰減該邊帶以滿足聯(lián)邦通信委員會(huì)的要求。在無(wú)線電頻率上設(shè)計(jì)線性部件，特別地是功率放大器，是代價(jià)高的并且很難實(shí)現(xiàn)。
無(wú)線電頻率(RF)線性功率放大器(LPA)典型地用于數(shù)字蜂窩基站以提高傳輸信號(hào)的功率。用于蜂窩通信的RF功率放大器典型地運(yùn)行在兆赫(MHz)和千兆赫(GHz)頻率區(qū)域。提高傳輸信號(hào)通常需要具有峰值到平均功率輸出(動(dòng)態(tài)的凈空高度)的高比率的LPA，典型地至少10dB。該挑戰(zhàn)將設(shè)計(jì)可以提供上述動(dòng)態(tài)的凈空高度，最小化邊帶溢出而不使提高的信號(hào)失真的LPAs。
典型地，傳統(tǒng)的LPA設(shè)計(jì)，為了實(shí)現(xiàn)新的執(zhí)行過(guò)程所需要的動(dòng)態(tài)凈空高度在增加附加RF功率晶體管的數(shù)目上已經(jīng)減輕了。然而，使用附加RF功率晶體管具有提高全部的元件計(jì)算、制造成本、和LPA直流電消耗量的較高的不希望有的影響。
在設(shè)計(jì)線性RF功率放大器中的一個(gè)基本問(wèn)題是功率放大器是固有地非線性的裝置并且產(chǎn)生所不希望的互調(diào)失真(IMD)。
線性性指功率放大器的一種特征，在輸入信號(hào)和輸出信號(hào)之間有一個(gè)基本上恒定的(線性)增益。典型地，在輸入信號(hào)電壓電平范圍內(nèi)，功率放大器僅僅展現(xiàn)線性增益。該范圍經(jīng)常被叫做功率放大器的線性區(qū)域。如果輸入信號(hào)電壓低于該線性區(qū)域的最小電壓或者高于線性區(qū)域的最高電壓，那么發(fā)生互調(diào)失真。
互調(diào)失真本身表現(xiàn)為放大的RF輸出信號(hào)中的寄生信號(hào)，但是與RF輸入信號(hào)不同。當(dāng)來(lái)自輸入信號(hào)的不同頻率混頻產(chǎn)生不存在于輸入信號(hào)中的和頻率和差頻率時(shí)，IMD產(chǎn)生。當(dāng)在線性區(qū)域以外操作時(shí)，它是放大器部件工作情況的結(jié)果。
因此，要求一個(gè)基本上具有線性特性的線性RF功率放大器，最小化雙邊帶溢出和互調(diào)失真，并且比傳統(tǒng)的LPAs并不增加直流電消耗量。
圖2說(shuō)明操作在30瓦特RF功率輸出上的一個(gè)線性功率放大器的傳輸特性。
圖3說(shuō)明操作在30瓦特RF功率輸出并且由本發(fā)明的功率增升器補(bǔ)充上的一個(gè)線性功率放大器的傳輸特性。
圖4是提高射頻功率放大器線性性的本發(fā)明的第二實(shí)施例的一個(gè)系統(tǒng)級(jí)說(shuō)明。
圖5是提高射頻功率放大器線性性的本發(fā)明的第三實(shí)施例的一個(gè)系統(tǒng)級(jí)說(shuō)明。
發(fā)明詳述

圖1是公開具有信號(hào)輸入端口104、信號(hào)輸出端口106以及電源電壓端口108的傳統(tǒng)RF線性功率放大器(LPA)102的本發(fā)明的第一實(shí)施例。在圖1中也公開了一個(gè)抽樣LPA 102的全部的輸出功率并且連接到一個(gè)微處理器112的功率檢測(cè)器110。以來(lái)自功率檢波器110的微處理器112接收到的輸出功率測(cè)量為基礎(chǔ)，配置微處理器112指示功率增升器114以提高從第一端口116到第二端口118的直流電壓。第二端口118然后與LPA 102的電源電壓端口108連接。在一個(gè)實(shí)施例中，功率檢測(cè)器110可以是一個(gè)方均根功率檢測(cè)器。
按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，功率增升器114可以提高并且減少?gòu)牡谝欢丝?16到第二端口118的直流電壓。因此，同時(shí)可以配置微處理器112以指示功率增升器114增加或者減少直流電壓。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，功率增升器可以自適應(yīng)地并且動(dòng)態(tài)地適應(yīng)于提供較大或者較少電源電壓到該功率放大器。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例里，機(jī)器可讀介質(zhì)可以包括調(diào)整功率增升器結(jié)構(gòu)的指令。也就是說(shuō)，當(dāng)在機(jī)器可讀介質(zhì)里的指令由一個(gè)處理器執(zhí)行時(shí)，它使該處理器配置功率增升器以增加或者減少到該功率放大器的電源電壓。
LPAs典型地包括配置以放大輸入端口和輸出端口之間信號(hào)的RE功率晶體管。按照慣例，蜂窩基站提供+26到+28的直流電壓到基站內(nèi)部的通訊設(shè)備。這限制RF功率放大器可以提供用于傳輸?shù)姆逯档狡骄β瘦敵鲂阅?動(dòng)態(tài)的凈空高度)。
按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，LPA 102可以由一個(gè)或多個(gè)RF徑向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體(LDMOS)功率晶體管組成。MOS裝置的一個(gè)特征是它們具有電壓控制電流源的性質(zhì)。因此，MOS裝置的功率輸出增加大約與偏壓的平方的因數(shù)一樣。因此，提高LPA內(nèi)部的LDMOS晶體管的偏壓增加它們的動(dòng)態(tài)的凈空高度，因此增加它們的輸出線性性并且改進(jìn)LPA的全部IMD性能。
圖2說(shuō)明如同圖1的LPA的特性，而沒(méi)有功率增升器電路114。為了提供一個(gè)例子，一個(gè)真正的CDMA調(diào)制波形或者信號(hào)由該圖表描述。然而，本發(fā)明不局限于任何特定的傳輸頻率，調(diào)制方案或者信號(hào)類型。因此，特定的圖表和其上的數(shù)據(jù)不被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在圖2里，該信號(hào)在三個(gè)不同階段上說(shuō)明。第一區(qū)域202描述沒(méi)放大的基準(zhǔn)信號(hào)。第二區(qū)域204顯示從沒(méi)放大的到放大的狀態(tài)轉(zhuǎn)變的信號(hào)。第三區(qū)域206描述在由LPA放大之后的信號(hào)。在第三區(qū)域206上，信號(hào)功率是具有接近它的最大輸出功率操作的LPA的30瓦特。與在指示器208上測(cè)量一樣，該信號(hào)以1.9468GHZ為中心并且具有在-41.33dBc上測(cè)量到的IMD性能。
圖3說(shuō)明如同圖1的LPA的特性，包含功率增升器電路114。就象圖2，一個(gè)真正的碼分多址調(diào)制波形由該圖表描述。第一區(qū)域302描述沒(méi)有放大的基準(zhǔn)信號(hào)。第二區(qū)域304顯示該信號(hào)從沒(méi)放大到放大的狀態(tài)變遷。第三區(qū)域306描述由功率增升器114增補(bǔ)的LPA放大之后的信號(hào)。在第三區(qū)域306上，信號(hào)功率是30瓦特。與在指示器308上測(cè)量一樣，該信號(hào)以1.9468GHz為中心和具有一個(gè)在48.67dBc上測(cè)量的改進(jìn)的IMD性能。這是一個(gè)相對(duì)LPA的7分貝改善而沒(méi)有圖2中所示的功率增升器。
因此，如圖1中所示的一個(gè)啟動(dòng)可能用來(lái)提高電壓到存在于蜂窩基站中的LPA，因此實(shí)現(xiàn)所要求的放大的信號(hào)的IMD的減少。在本發(fā)明的不同實(shí)施例里，功率增升器114(圖1)可以將電壓源提高1到20伏特(圖1中的v+)以實(shí)現(xiàn)所要求的IMD中的改善。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，功率增升器114(圖1)由附加的2到15伏特增加源電壓(圖1中的V+)。
一個(gè)功率增升器可以設(shè)計(jì)成本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的許多的常規(guī)配置。例如，在一個(gè)實(shí)施例中該功率增升器可以包括一個(gè)能夠提高或者降低從第一端口到第二端口的電壓的直流到直流變換器。
圖4說(shuō)明本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，具有一個(gè)接收信號(hào)的輸入端口404，一個(gè)傳統(tǒng)的LPA 402放大該輸入信號(hào)，以及一個(gè)提供放大信號(hào)的輸出端口406。LPA 402與功率增升器414耦合，該功率增升器又通過(guò)第一端口416與電壓電源(V+)耦合。功率增升器414用于提高來(lái)自第一端口416的電壓(V+)，并且提供增加的電壓(V++)到LPA 402的電源電壓端口408。如先前所注意的，增加了的電壓用來(lái)減少在LPA402的輸出端口406上觀測(cè)到的放大信號(hào)的IMD。
為了配置功率增升器414，功率增升器414包括一個(gè)第三端口422和一個(gè)第四端口424。
按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，功率增升器414的輸出電壓(V++)可以由第三端口422和第四端口424之間的一個(gè)電阻負(fù)載420設(shè)置。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，電阻負(fù)載420是一個(gè)可以人工地調(diào)整的阻抗分量，例如一個(gè)分壓器。用于一個(gè)第三端口422和第四端口424之間給定的電阻值，直流電壓輸出(V++)比直流電壓輸入(V+)的增加量保持固定。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，為了設(shè)置直流電壓輸出(V++)，功率增升器414檢測(cè)第三端口422和第四端口424之間的電壓差。在另一個(gè)實(shí)施例里，功率增升器414通過(guò)測(cè)量穿過(guò)第三端口422和第四端口424之間的電阻負(fù)載420的電流設(shè)置直流電壓輸出(V++)。
圖5說(shuō)明本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例。在功率增升器514的第二端口518上，直流輸出電壓(V++)是不變的和恒定的，即使當(dāng)在第一端口516上的直流輸入電壓(V+)是可以變化的。功率增升器514通過(guò)將第三端口522上的電壓和第四端口524上的基準(zhǔn)電壓作比較可以調(diào)節(jié)第二端口518上的直流輸出電壓(V++)。存在于第三端口522上的電壓是由第一電阻器526形成的分壓器的結(jié)果，第一電阻器526耦合在直流電壓輸出端口518和第三端口522之間，并且第二電阻器528耦合在第三端口522和地530之間。基準(zhǔn)電壓510與功率增升器514的第四端口524耦合。通過(guò)比較第四端口524上的基準(zhǔn)電壓和第三端口522上的電壓，功率增升器514可以指示保持第二端口518上的直流輸出電壓(V++)為一個(gè)預(yù)先決定的恒定值。預(yù)先確定的恒定值可能與連接到第四端口524的基準(zhǔn)電壓510直接成正比。
雖然本發(fā)明已經(jīng)被詳細(xì)地描述和說(shuō)明了，易于理解這僅僅用作例證和舉例，而不是用作限制，本發(fā)明的精神和范圍僅僅由從屬權(quán)利要求的項(xiàng)目限定。
權(quán)利要求
1.一種減少功率放大器的互調(diào)失真的方法，包括給功率放大器提供一個(gè)信號(hào)；以及和提高給功率放大器的電壓電源功率。以減少互調(diào)失真。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中提高電壓電源功率包括配置一個(gè)功率增升器，以提高給功率放大器的電壓電源功率。
3.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中提高電壓電源功率包括提高電壓電源超過(guò)27伏特直流電流。
4.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中提高電壓電源功率包括提高電壓電源1到15伏特DC。
5.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中提高電壓電源功率包括提高電壓電源2到8伏特DC。
6.按照權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括對(duì)功率放大器的輸出采樣。
7.按照權(quán)利要求6的方法，其中提高電壓電源功率包括以功率放大器的輸出的抽樣為基礎(chǔ)自適應(yīng)地提高功率增升器。
8.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中只有當(dāng)功率放大器在它的最大輸出功率的百分之二十之內(nèi)操作時(shí)，才提高電壓電源功率。
9.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中功率放大器是一個(gè)無(wú)線電頻率線性功率放大器。
10.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中功率放大器包括徑向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。
11.一種減少功率放大器的互調(diào)失真的裝置，包括一個(gè)功率放大器；一個(gè)功率增升器包括連接到電源的第一端口；以及連接到放大器的第二端口并且給功率放大器提供電壓電源功率；其中功率增升器增加從第一端口到第二端口的電壓。
12.按照權(quán)利要求11所述的裝置，進(jìn)一步包括一個(gè)對(duì)功率放大器的輸出信號(hào)抽樣的取樣裝置。
13.按照權(quán)利要求12所述的裝置，其中取樣裝置包括一個(gè)均方相檢波器。
14.按照權(quán)利要求12所述的裝置，進(jìn)一步包括一個(gè)連接到取樣裝置的微處理器，并且該微處理器連接到功率增升器，以功率放大器的輸出測(cè)量到的抽樣為基礎(chǔ)配置該功率增升器。
15.按照權(quán)利要求11所述的裝置，其中功率增升器包括配置該功率增升器的第三和第四端口。
16.按照權(quán)利要求15所述的裝置，進(jìn)一步包括一個(gè)耦合在功率增升器的第三端口和第四端口之間的調(diào)整部件，為了配置該增升器的功率輸出。
17.按照權(quán)利要求15所述的裝置，其中調(diào)整部件包括一個(gè)分壓器。
18.按照權(quán)利要求15所述的裝置，進(jìn)一步包括一個(gè)連接到第四端口的參考電壓源，連接到功率增升器的第二端口的第三端口，以便配置增升器的功率輸出。
19.按照權(quán)利要求11所述的裝置，其中功率放大器包括一個(gè)無(wú)線電頻率線性功率放大器。
20.按照權(quán)利要求11所述的裝置，其中功率放大器包括多個(gè)晶體管。
21.按照權(quán)利要求20所述的裝置，其中功率晶體管包括徑向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。
22.一種減少功率放大器的互調(diào)失真的裝置，包括一個(gè)功率放大器；以及用于提高功率放大器的電源電壓以便減少互調(diào)失真的裝置。
23.按照權(quán)利要求22所述的裝置，進(jìn)一步包括用于配置一個(gè)功率增升器以便提高給功率放大器的電壓電源功率的裝置。
24.按照權(quán)利要求22所述的裝置，進(jìn)一步包括用于對(duì)功率放大器的輸出抽樣的裝置。
25.按照權(quán)利要求22所述的裝置，其中提高電壓電源功率包括自適應(yīng)地以功率放大器的輸出的抽樣為基礎(chǔ)配置該功率增升器的裝置。
26.按照權(quán)利要求22所述的裝置，其中該功率放大器包括徑向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。
27.一種機(jī)器可讀入介質(zhì)包括至少一個(gè)提高功率放大器的電源功率的指令，其中當(dāng)通過(guò)處理器執(zhí)行時(shí)，使該處理器執(zhí)行操作包括配置一個(gè)功率增升器以提供增加的電源電壓給功率放大器.
28.按照權(quán)利要求27的機(jī)器可讀介質(zhì)，進(jìn)一步包括至少一個(gè)用于配置該功率增升器以提供減少了的電源電壓給該功率放大器的指令。
29.按照權(quán)利要求27所述的機(jī)器可讀媒體，進(jìn)一步包括至少一個(gè)指令以便獲得功率放大器的輸出的抽樣。
30.按照權(quán)利要求29所述的機(jī)器可讀介質(zhì)，進(jìn)一步包括至少一個(gè)自適應(yīng)地以功率放大器的輸出的抽樣為基礎(chǔ)配置功率增升器，以增加或者減少給功率放大器的電源電壓的指令。
31.一種提高功率放大器的電源功率的系統(tǒng)，包括配置功率增升器以提供增加的電源電壓到該功率放大器的一個(gè)第一子系統(tǒng)。
32.按照權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，其中第一子系統(tǒng)可以配置該功率增升器，以提供一個(gè)減少的電源電壓給該功率放大器。
33.按照權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括獲得功率放大器的輸出的抽樣的一個(gè)第二子系統(tǒng)。
34.按照權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括配置該功率增升器，以增加或者減少給功率放大器的電源電壓的一個(gè)第二子系統(tǒng)。
全文摘要
通常，本發(fā)明涉及一種提高無(wú)線電頻率功率放大器性能的方法和裝置。更特別的，本發(fā)明公開了與無(wú)線電頻率線性功率放大器相結(jié)合以便減小放大的信號(hào)的互調(diào)失真的功率升壓器的用途。
文檔編號(hào)H03F1/02GK1422454SQ01807838
公開日2003年6月4日 申請(qǐng)日期2001年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月9日
發(fā)明者K·Y·納姆 申請(qǐng)人:帕拉戴姆無(wú)線系統(tǒng)公司