專利名稱：功率放大器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種線性功率放大器系統(tǒng)，特別是供第3代移動(dòng)通信系統(tǒng)使用。
功率放大器通常被分為三種操作模式，即A類、B類和C類。針對(duì)線性放大器，A類或B類放大器放大正弦信號(hào)，如果輸出是在整個(gè)電壓范圍上擴(kuò)展的正弦波，那么就達(dá)到最大效率；而如果該正弦波的振幅最小，那么就達(dá)到最低效率。B類放大器在零電壓處偏置，所以輸出產(chǎn)生丟失一半周期的電流脈沖，丟失的信號(hào)通過隨后的濾波來重建。C類放大器為負(fù)偏置并且是非線性的，在這種情況下，低信號(hào)電平也導(dǎo)致低效率。
在過去，移動(dòng)通信系統(tǒng)已使用恒定振幅的無線電波，這樣假定信號(hào)振幅是已知的，則可能針對(duì)最大效率調(diào)整放大器的設(shè)計(jì)。然而，第2代多載波操作和第3代移動(dòng)通信需要線性功率放大器來運(yùn)行振幅變化的無線電射頻(RF)信號(hào)。因此，被設(shè)計(jì)用來傳遞最大峰值包絡(luò)功率的功率放大器通常利用被設(shè)計(jì)來傳送該峰值功率的恒定電壓電源來供給，并且因?yàn)樗矔r(shí)包絡(luò)功率在大多數(shù)時(shí)間里也低于峰值功率，所以效率是極低的。因此，由于大的恒定電壓源，使放大器不必要地耗散過量功率。
已經(jīng)采用一些不同的方法來提高線性功率放大器的效率。一種方法基于包絡(luò)消除和恢復(fù)(EER)技術(shù)。這種方法具有若干帶寬限制并因此不適合對(duì)當(dāng)前移動(dòng)通信系統(tǒng)中采用的寬帶信號(hào)進(jìn)行放大。
另一種方法基于Doherty放大器原理。EER和Doherty放大器均受頻譜擴(kuò)展效應(yīng)和帶寬限制的影響，因此不被當(dāng)前的通信系統(tǒng)所采用。
US2002/0084844描述了一種其中提供第一和第二放大器級(jí)的系統(tǒng)，以致如果一個(gè)信號(hào)功率電平低于一個(gè)預(yù)置的閾值，則該信號(hào)被送往第一級(jí)放大器以對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行放大，并且如果該信號(hào)的功率電平高于該閾值，則該信號(hào)被送往第二級(jí)放大器。由于把輸入信號(hào)簡單地看作低功率或者高功率，所以這個(gè)系統(tǒng)在其應(yīng)用中有些受限。而且，因?yàn)樾枰獦?gòu)建兩個(gè)放大器級(jí)，在硬件方面也會(huì)引起效率降低，即使在任何時(shí)刻曾僅僅使用一級(jí)。
按照本發(fā)明的第一個(gè)方面，功率放大器系統(tǒng)包含一個(gè)控制電路；一個(gè)功率放大器和一個(gè)延遲電路；其中該控制電路包括一個(gè)用于測(cè)定輸入信號(hào)的瞬時(shí)功率電平的檢測(cè)器；一個(gè)閾值比較器；和一個(gè)電源電壓源；其中該閾值比較器被供給多個(gè)預(yù)置的閾值；其中該閾值比較器將所測(cè)定的功率電平和預(yù)置的閾值相比較；其中該電源電壓按照閾值比較器的輸出進(jìn)行切換；而且其中該延遲設(shè)備將輸入到功率放大器的輸入信號(hào)進(jìn)行延遲以使電源電壓能夠適應(yīng)于所測(cè)定的功率電平，以致優(yōu)化功率放大器的效率。
本發(fā)明提供了一種有效的線性功率放大器，在該線性功率放大器中供應(yīng)給該放大器的電源電壓按照通過所測(cè)定的輸入功率電平達(dá)到的閾值進(jìn)行變化。該多個(gè)閾值被預(yù)置并與一個(gè)合適的電源電壓有關(guān)。這是一個(gè)和傳統(tǒng)系統(tǒng)相比效率能夠得到顯著提高的靈活的系統(tǒng)。
優(yōu)選地，電源電壓源包括多個(gè)預(yù)置的與各自的功率電平閾值有關(guān)的電源電壓。
該系統(tǒng)可以工作在兩個(gè)預(yù)置閾值的情況下，但是優(yōu)選地，至少提供三個(gè)預(yù)置閾值。
優(yōu)選地，至少提供四個(gè)預(yù)置的電源電壓。
優(yōu)選地，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括一個(gè)脈沖整形濾波器。
優(yōu)選地，該功率放大器是一個(gè)B類放大器并且在該放大器的輸出端處提供一個(gè)濾波器來重建被放大的輸入信號(hào)。
按照本發(fā)明的第二個(gè)方面，一個(gè)碼分多路訪問(CDMA)通信系統(tǒng)包含根據(jù)第一方面的功率放大器。
CDMA系統(tǒng)使用具有變化振幅的無線電波，但是本發(fā)明能夠通過按照輸入信號(hào)的功率電平切換電源電壓來維持放大器的效率的同時(shí)處理這個(gè)問題。
按照本發(fā)明的第三個(gè)方面，一種操作功率放大器系統(tǒng)的方法包括測(cè)定輸入信號(hào)的瞬時(shí)功率電平；將所測(cè)定的功率電平和多個(gè)預(yù)置的閾值相比較；按照該比較的輸出對(duì)電源電壓進(jìn)行切換；并將輸入到功率放大器的輸入信號(hào)進(jìn)行延遲以使得電源電壓能夠適應(yīng)于所測(cè)定的功率電平，以致優(yōu)化功率放大器的效率。
優(yōu)選地，預(yù)置多個(gè)與各自的功率電平閾值相關(guān)的電源電壓電平。
按照本發(fā)明的功率放大器系統(tǒng)的一個(gè)例子現(xiàn)在將參考下述附圖來描述，其中

圖1是按照本發(fā)明的電源系統(tǒng)的一個(gè)例子；圖2說明了使用圖1的系統(tǒng)的一個(gè)輸入信號(hào)的輸入功率中的變化；以及圖3說明了針對(duì)圖1的系統(tǒng)的功率放大器的電源電壓中的相應(yīng)變化。
圖1示出按照本發(fā)明的功率放大器系統(tǒng)1的一個(gè)例子。一個(gè)包含要被傳送的信息的振幅變化的源信號(hào)2輸入到該系統(tǒng)。該信號(hào)沿著第一條路徑通過一個(gè)控制電路到一個(gè)功率放大器3。該控制電路包括一個(gè)包絡(luò)檢測(cè)器4，該包絡(luò)檢測(cè)器提供與輸入信號(hào)2的瞬時(shí)功率成比例的一個(gè)值。該值被應(yīng)用于一個(gè)閾值檢測(cè)器5，該閾值檢測(cè)器5有N個(gè)(在這種情況下為3個(gè))預(yù)置的閾值，盡管在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候可以設(shè)定更多的閾值。該閾值檢測(cè)器5的輸出控制開關(guān)裝置6在N+1個(gè)(在這種情況下是4個(gè))針對(duì)功率放大器的離散的電源電壓之間的切換。接著所選擇的電壓經(jīng)過脈沖整形濾波器7到功率放大器3。該信號(hào)沿著第二條路徑經(jīng)過時(shí)間延遲8到功率放大器，以致在所涉及的信號(hào)在該功率放大器3中被放大之前將該功率放大器的電源電壓設(shè)置為一個(gè)恰當(dāng)?shù)闹怠?br> 操作中，閾值檢測(cè)器5將預(yù)置的閾值TH1、TH2、TH3與表示由包絡(luò)檢測(cè)器4提供的瞬時(shí)功率的值進(jìn)行比較。這個(gè)比較的輸出提供控制信號(hào)以接通開關(guān)裝置6中的合適的開關(guān)。在這個(gè)例子中，如果信號(hào)2的瞬時(shí)包絡(luò)低于閾值TH1，則電壓V1就被應(yīng)用于功率放大器3。如果該包絡(luò)在閾值TH1和TH2之間，則電壓V2就被應(yīng)用于功率放大器；如果該包絡(luò)在閾值TH2和TH3之間，則電壓V3就被應(yīng)用于功率放大器并且最后，針對(duì)所有高于預(yù)置的閾值TH3的包絡(luò)值，電壓、V4通過開關(guān)裝置6來選擇。
應(yīng)該注意到本發(fā)明并不限于上述3個(gè)離散閾值，而且實(shí)際上可以使用任意數(shù)。預(yù)置的閾值的數(shù)量及相應(yīng)的電源電壓被確定來匹配所傳送的信號(hào)的屬性和功率放大器的特性。
本發(fā)明的一個(gè)進(jìn)一步的特點(diǎn)是提供脈沖整形濾波器7。因?yàn)橹绷麟妷涸陔x散值之間切換，所以這個(gè)濾波器限制了電源電壓源的轉(zhuǎn)換速率。這依次最小化不期望的所傳送信號(hào)的頻譜擴(kuò)展，這種頻譜擴(kuò)展可能會(huì)因?yàn)殡娫措妷鹤兓ㄟ^功率放大器引起。
第二條路徑中的時(shí)間延遲8的目的是匹配第一條路徑中的全部延遲，該第一條路徑包含包絡(luò)檢測(cè)器4、閾值檢測(cè)器5、開關(guān)裝置6和具有功率放大器的延遲的脈沖整形濾波器7。這樣就保證了信號(hào)和合適的電源電壓在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)刻被同步應(yīng)用。
圖2a說明了包絡(luò)檢測(cè)器4中確定的瞬時(shí)功率如何針對(duì)一個(gè)特定輸入信號(hào)而變化的。該曲線圖顯示了歸一化功率相對(duì)時(shí)間的關(guān)系，并且該歸一化功率的三個(gè)閾值TH1、TH2、TH3被設(shè)置，其值分別為0.9、0.5和0.2。從圖2b中可能看出電源電壓如何隨著每次閾值轉(zhuǎn)換進(jìn)行變化。該歸一化的DC電壓相對(duì)時(shí)間被顯示?；ㄙM(fèi)一個(gè)有限的一段時(shí)間來達(dá)到新值，因此就需要將進(jìn)入功率放大器的信號(hào)進(jìn)行延遲，以致電源電壓是恰當(dāng)?shù)摹?br> 時(shí)間延遲8、包絡(luò)檢測(cè)器4和閾值測(cè)檢測(cè)器5可以在發(fā)射機(jī)的基帶部分以數(shù)字方式來實(shí)現(xiàn)，或可替換地這些元件可以通過模擬電路來實(shí)現(xiàn)。在此所述的效率提高可與前饋技術(shù)以及預(yù)失真線性化技術(shù)一起結(jié)合應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種功率放大器系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個(gè)控制電路；一個(gè)功率放大器和一個(gè)延遲電路；其中該控制電路包含一個(gè)檢測(cè)器，用于測(cè)定輸入信號(hào)的瞬時(shí)功率電平；一個(gè)閾值比較器；和一個(gè)電源電壓源；其中該閾值比較器被供給多個(gè)預(yù)置的閾值；其中該閾值比較器將所測(cè)定的功率電平與預(yù)置的閾值進(jìn)行比較；其中該電源電壓根據(jù)該閾值比較器的輸出進(jìn)行切換；并且其中該延遲設(shè)備將輸入到該功率放大器的輸入信號(hào)進(jìn)行延遲以使該電源電壓能夠適應(yīng)于所測(cè)定的功率電平，以致優(yōu)化該功率放大器的效率。
2.如權(quán)利要求1所述的功率放大器系統(tǒng)，其中至少提供三個(gè)預(yù)置的閾值。
3.如權(quán)利要求1或2所述的功率放大器系統(tǒng)，其中所述電源電壓源包括多個(gè)與各自的功率電平閾值相關(guān)的預(yù)置的電源電壓。
4.如權(quán)利要求3所述的功率放大器系統(tǒng)，其中至少提供四個(gè)預(yù)置的電源電壓。
5.如任何一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的功率放大器系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括一個(gè)脈沖整形濾波器。
6.如任何一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的功率放大器系統(tǒng)，其中所述功率放大器為B類放大器，并且其中在該放大器的輸出端處提供一個(gè)濾波器以重建被放大的輸入信號(hào)。
7.一個(gè)CDMA通信系統(tǒng)，包含根據(jù)任何一項(xiàng)前述權(quán)利要求所述的功率放大器。
8.一種操作一個(gè)功率放大器系統(tǒng)的方法，該方法包括測(cè)定輸入信號(hào)的瞬時(shí)功率電平；將所測(cè)定的功率電平和多個(gè)預(yù)置的閾值進(jìn)行比較；按照閾值比較器的輸出對(duì)電源電壓進(jìn)行切換；并對(duì)輸入到功率放大器的輸入信號(hào)進(jìn)行延遲以使該電源電壓能夠適應(yīng)于所測(cè)定的功率電平，以致優(yōu)化該功率放大器的效率。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中預(yù)置多個(gè)與各自的功率電平閾值相關(guān)的電源電壓電平。
全文摘要
一個(gè)功率放大器系統(tǒng)(1)包括一個(gè)控制電路；一個(gè)功率放大器(3)和一個(gè)延遲設(shè)備(8)。該控制電路包括一個(gè)用于測(cè)定輸入信號(hào)的瞬時(shí)功率電平的檢波器(4)；一個(gè)閾值比較器(5)；和一個(gè)電源電壓源(6)。該閾值比較器被供給多個(gè)預(yù)置的閾值(TH
文檔編號(hào)H03G3/00GK1675827SQ03819855
公開日2005年9月28日 申請(qǐng)日期2003年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月21日
發(fā)明者J·多莫科斯 申請(qǐng)人:西門子公司